Устройство для измерения импульсного магнитного поля

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ 9) РЕСПУБЛИК зе) С 01 Р 3/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и Л. Л. Синий(53) 621,317,(56) 1. "П б мента", 1970,2. Авторск йф 528524, кл,О 01 й 29/08, 4(088.8)ры и техника эксперМ 4, с, 77.е свидетельство ССС 01 Р 33/02,1977. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее катушку индуктивности на ферромагнитном сердечнике и усилитель,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности измеренийв него дополнительно введены й датчиков Холла, включенных между катушкой индуктивности и усилителем, расположенных в поле постоянного магнита, которые по токовым выводам соедииены параллельно и подключены имик выводам катушки индуктивности, апо холловскии выводам соединены последовательно и двумя крайними выводами подключены к усилителю,1 10451Изобретение относится к магнитометрии и предназначено для измерения импульсных магнитных полей в широком амплитудном и частотном диапазоне, 5Известно устройство, содержащеекатушку индуктивности на ферритовомсердечнике, нагруженную на резисторПри воздействии переменного маг Онитного поля на катушку индуктивности по ее обмотке начинает протекатьток 3, равныйРз 3 д 5 И(1)Н 115где Щ - магнитная проницаемость3сердечника;о -, магнитная проницаемость ва- .куума ( л 10 Гн/м);5 - площадь поперечного сечения 20катушки;и - количество витков катушки;- индуктивность катушки;Н - напряженность измеряемогомагнитного поля. 25Величина обобщенной чувствительности устройства может быть увеличена за счет увеличения габаритов катушки, что нежелательно, например,при проведении измерений в замкну- З 0тых объемах, когда максимальные габариты катушки заданы заранее.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является устройство, содержащее катушку индуктив" З 5ности на ферромагнитном сердечнике,подключенные к ней резистор и согласующий трансформатор и усилитель 2).Однако для измерительных, устройств,габариты которых таковы, что они мо Огут быть размещены в сравнительнонебольших замкнутых объемах, величина обобщенной чувствительности недостаточна при проведении ряда экспериментов, 45Цела изобретения - повышение точности измерений устройства,Указанная цель достигается тем,что в устройство для измерения импульсного магнитного поля, содержащеекатушку индуктивности на ферромагнитном сердечнике и усилитель, введены й датчиков Холла, включенных между катушкой индуктивности и усилителем, расположенных в поле постоянного55магнита, которые по токовым выводамсоединены параллельно и подключеныими квыводам катушки индуктивности,а по холловским выводам соединены по 372следовательно и двумя крайними вйводами подключены к усилителю,На чертеже представлена блок-схема. предлагаемого устройства.Устройство состоит из катушкииндуктивности на ферромагнитном сердечнике 2, к выводам катушки 1 подключены токовыми выводами параллельносоединенные по ним М датчиков 3 Холла,холловские выводы которых соединеныпоследовательно, а два крайних холловских вывода подсоединены к усилителю 4, один к его сигнальному входу,другой к шине земли,Датчики 3 Холла помещены в полепостоянного магнита 5.Устройство работает следующим образом.Измеряемое переменное магнитноеполе возбуждает в обмотке катушки 1индуктивности ток 3, На каждый издатчиков 3 Холла поступает ток 1/й,который возбуждает в датчике ХоллаЭДСЛЕ (2)К й с 1где К- постоянная Холла;5 - индукция магнитного поляпостоянного магнита 5;д - толщина пластинки датчика3 Холла.При последовательном включении датчиков 3 Холла по холловским электфродам ЭДС датчиков складываются и на вход усилителя 4 поступает суммарная ЭДС./В -, В 3)Е =пЕ =ииЧувствительность устройства с учетом коэффициента усиления усилителя 4 К запишется в виде(4)1 ой" Е о Рзоп и8о1 цэРоп 18одаОценим постоянные времени устройства в области верхних и нижних частот.При параллельном соединении датчиков 3 Холла по токовым выводам катушка 1 индуктивности оказывается нагруженной на малое сопротивление нагрузки ВХ/и, где КК - входное сопротивление датчика Холла, и постоянная времени устройства в области низ1045 Ь а Соста витель В. Ыул ь гинТехред М.Костик Редактор Ю. Ковач Корректор О. Билак Заказ 9569 Тираж 710 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, 7(-35, Раушская наб д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 ких частот увеличивается в и разлЬн - и Д.При этом чувствительность устройства не уменьшается, так как в датчике Холла выводы, управляемые по току, электрически не связаны с выводами, с которых снимается выходной сигнал по напряжению.Постоянная временив области верхних частот практически не изменяется 10 и остается равной ь в = 7 ввиду того, что датчики атолла не вносятгискажений в области верхних частот, так как их временные характеристики .на несколько порядков выше, чем у 15 катушки индуктивности.Подставляя полученные значения 3,л6,1 и ьн в формулу обобщенной чувствительности, получаемиКв 201, 14 -Рл 1"вл лгде Сн и с В - постоянные времениустройства в областинижних и верхних час"25тот соответственно;собственно чувствительность.Таким образом обобщенная цувствительность устройства оказывается в КВ и/йд раз больше, чем у прототипа, при этом нижняя граница частотного диапазона расширяется в и раз в соответствии с соотношением для ь.кл и отношение сВ /также увеличиваетсял рв и раз, а чувствительность устройства увеличивается в К В/дЙ раз.Оценим возможное увеличение точности измерительного устройства.При воздействии на вход устройства ступеньки НОЙ,), где Н о - вели"40 чина измеряемого поля, 11) - ступенчатая функция, напряжение на вы- Ф 137 4ходе преобразователя 0,С) для мо 7 ментов времени с м ь будет изменяться по экспоненциальному закону О с): ИФ к, где 01= (3 11 И(С) электрический аналоговый сигнал.Величину отклонения формы выходного импульса от прямоугольной можно оценить введя коэффициент Ю О-О1 " ЙИ, откуда величиО,на 2 л, может быть выранена через этот коэффициент и длительность импульса 1 и Так как в стандартных измерительных устройствах допустимая величина искажения вершины импульса мала , К (с 1), то в таком случае форлула (С) упростится) с/ри увеличение 7 л 1 оказывается прямо пропорциональным точности измерения. Увеличение чувствительности также приводит к увеличение точности за счет увеличения отношения сигнал-шум.Увеличение точности отдельно одного измерительного устройства дает значительное преимущество при конструировании измерительных многоканальных систем, Так, для перекрытия амплитудного диапазона в 100 дБ и частотного диапазона в 120 дБ при и = 20 потребуется одно измерительное устройство данной конструкции против трех измерительных устройств по прототипу, а в стандартных измерительных системах на 30 каналов выигрыш уже будет оцениваться в 60 измерительных устройств, цто весьма существенно в экономическом и конструктивном отношении,