Измеритель переменной магнитной индукции

Союз Советских Социалистических Республик(51)М, Кл, 6 01 К 33/Об с присоединением заявки йо Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОЙ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ Изобретение относится к электроиэмерительной технике. Оно предназначено, в частности, для измерений магнит ной индукции переменного магнитного поля в разширенном диапазоне частот 5 с повышенной точностью. Оно может быть использовано, например, в энергетике, автоматике, радиотехнике, в практике физических исследований, при испытаниях ферромагнитных материалов 10 и в других отраслях народного хозяйст. ва.Известно устройство для измерения переменного магнитного поля, которое содержит датчик Холла (ДХ), генера тор прямоугольных импульсов, широкополосный усилитель, регистрирующее устройство, а также сумматор, выпрямители с фильтрами нижних частот и ключи 11. Сущность работы устройст ва по снижению индукционной наводки заключается в вычитании (компенсации в сумматоре двух напряжений-. одного, обусловленного суммой полезного сигнала ( напряжения Холла) и напряжения 25 индукционных наводок, другого, обусловленного только напряжением ин дукционных наводок на ДХ.Использование импульсного тока возбуждения ДХ и принципа вычитания, 30 заложенного в этом устройстве, ограничивает процесс измерения только интегральным уровнем измеряемой магнитной индукции в реализуемой полосе частот и не позволяет осуществлять непрерывные (мгновенные) измерения Формымагнитной индукции. Таким образом,этот измеритель характеризуется ограниченным быстродействием и в нем отсутствует возможность анализа измеряемого магнитного поля,Известен также миллитесламетр, предназначенный для измерения индукции переменного магнитного поля, содержащий ДХ, источник переменного тока, избирательный усилитель по несущей, Фазовыйдетектор, Фильтр и регистрирукщее устройство 2. В измерителе для умень. щения влияния индукционных наводок и обеспечения частотного диапазона 20-300 Гц ДХ питают переменным током стабильной частоты 15 кГц, т.е. используется для уменьшения влияния па-разитных наводок со стороны измеряемого переменного магнитного поля питание ДХ от источника переменного то" ка, частота которого выбирается примерно на порядок выше частоты измеряемой магнитной индукции.Однако значительное увеличение частоты тока возбуждения для повышения верхйей граничной частоты устройств а приводит к возникновению вихревых то ков в ДХ, которые дополнительно нагревают датчики, как,следствие иэменяют его основные характеристики (постоянную Холла, ЗДС неэквипотенци(альности и др, Из-за отсутствия конструктивно- технологических и схемных решений по стабилизации реальной функции преобразования ДХ на высоких частотах повышение частоты тока возбуждения датчика, в конечном результате, снижает точность измерения. Затруднено обеспечение стабильной компенсации, ЭДС неэквипотенциальности на высоких частотах, определяющей порог чувствительности измерителя.Таким образом, увеличение частоты то ка возбуждения ДХ с целью расширения частотного диапазона приводит,к резкому снижению точности измерения. Для обеспечения полосы частот измеряемой магнитной индукции до десятков и сотен килогерц известный миллитесламетр и вовсе неприменим.Цель изобретения - значительное расширение частотного диапазона.Указанная цель достигается тем,что в измеритель, содержащий последовательно соединенные источник перемен-Щного тока, датчик Холла, первый избирательный усилитель, фазовый детектор,регистрирующий прибор, дополнительно введены последовательно соединенные второй избирательный усилитель, Фазосдвигающая цепь, первое апериодическое звено и сумматор, а также второе апериодическое звено, идентичное первому, при этом входы сумматора подключены к выходам обоих апериодических звеньев, вход второго избирательного усилителя, подключен к выходу датчика Холла, вход второго апериодического звена подключен к выходу фазового детектора, а выход сумматора подключен к регистрируюцему прибору, 45Структурная схема измерителя приведена на фиг. 1; на фиг. 2 - апериодические частотные характеристики (АЧХ) измерителя.Датчик Холла 1(фиг. 1), возбужда емый источником переменного тока 2 совместно с избирательным усилителем , 3 по несущей, Фазовым детектором 4 преобразует в области ниэкочастотного поддиапазона переменную магнитную индукцию в пропорциональное напряжение, Дополнительно введенное апериоднческое звено 5, включенное последовательно с Фазовым детектором, ограничивает частотный диапазон ветви областью, в которой выходной сигнал про-порционален входному, и Формирует АЧХв низкочастотном поддиапазбне, Для Формирования высокочастотного поддиапазова АЧХ измерителя используетсядополнительная ветвь, состоящая из избирательного усилителя 6 по сигналу, Фаэосдвигающей цепи 7 и апериодического звена 8. Выходной сигнал ДХ (напряжение индукционной наводки) дополнительно введенной ветвью преобразуется в напряжение, пропорциональное измеряемой магнитной индукции в области высокочастотного поддйапазона. Напряжения с выходов звеньев 5 и 8 .поступайт на двухвходовый сумматор 9, где происходит суммирование сигналов с последующим их регистрированием регистрирующим прибором 10 в расширен-. ном диапазоне частот.На фиг, 2 а изображена АЧХ первой. ветви предлагаемого измерителя (низкочастотный рабочий поддиапаэон), состоящий из источника 2, датчика Холла 1, усилителя 3, Фазового детектора 4 и звена 5, В диапазоне частот до 1/Ф с помощью известной схемы обеспечивается независимость АЧХ от частоты ш измеряемой магнитной индукции. Начиная с частоты 1/Ф на характеристику ветви начинает влиять введенное апериодическое звено 5 с постоянной времени Ф, которое обеспечивает наклон АЧХ - 20 дБ/дек.В диапазоне частот до 1/Ф (Фиг.2 й) наклон АЧХ дополнительно введенной ветви, состоящей из усилителя б, цепи 7 и звена 8, определяется использованием пассивного индукционного преобразователя магнитного поля-индукционной петли (эффективной площади датчика Холла). В этом случае выходное напряжение пропорционально частоте и магнитной индукции измеряемого магнитного поля, что обеспечивает подъем АЧХ дополнительной ветви 20 дБ/дек, В диапазоне частот до 1 / усилитель, цепь 7 и звено 8 можно считать безинерционными, т.е. их характеристики независимы от частоты. Так как коэффициент переда 4 и апериодического звена 8 с постоянной времени Ф, начиная с частоты 1/ч, можно считать обратно пропорциональньп частоте о, характеристика дополнительной ветви в диапазоне частот от 1/С до 1/Ф (высокочастотный рабочий поддиапаэон) не зависит от частоты (Т - эк 5 вивалентная постоянная времени избирательного усилителя по сигналу). Для исключения влияния подъема АЧХ частоту 1/Т необходимо выбирать меньше, чем частота тока возбуждения ДХ, Так как нагряжение индукционных наводок по отношению к полезному сигналу (напряжение Холла) сдвинуто по фазе на 90 , для обеспечения синфазности напряжений на входе сумматора необходима постановка в дополнительной ветви Фазосдвигающей цепи, работающей в высокочастотном подциапазоне.Обеспечивая коэффициенты передачи первой и второй ветвей измерителя; равными соответственно в диапазонах частот от 0 до 1/Т и от 1/Ф до746357 5Формула изобретения Составитель Е.Данилинор Л.ушакова Техред Н, Бабурка рректор И. Мус одписно раж 1019тета СССрытийая наб.,4 5 е я,П Патент, г. Ужгор ли 1/Ф, а также выполняя равенство постоянных времени Ф= , можно получить суммарную АЧХ широкополосного измерителя на выходе сумматора 9 (фиг.2 с) независимый отчастоты в диапазоне частот до 1/Предлагаемый измеритель позволяет существенно расширить диапазон измерения переменной магнитной индукции, что обусловлено значительным снижением погрешности от неравномерности амплитудно-частотной характеристики измерителя. Измеритель переменной магнитной индукции, содержащий последовательно соединенные источник переменнбго тока, датчик Холла, первый избирательный усилитель и фазовый детектор, ре гистрирукщий прибор, о т л и ч а акаэ 3934/34 Т ЦНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и от 113035, Москва, Ж, Раушсю щ и й с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона, в неговведены последовательно соединенныевторой избирательный усилитель, фаэосдвигакщая цепьпервоеапериодическое звено и сумматор, а также второеапериодическое звено, идентичное первому, при этом входы сумматора подключены к выходам обоих апериодическихзвеньев, вход второго избирательного,Холла, вход второго апериодическогозвена подключен к выходу фазового детектора, а выход сумматора подключенк регистрирукщему прибору.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 448404, кл. 0 01 Й 33/00, 1974.2. Афанасьев Ю.В. и др. Магнито,метрические преобразователи, приборы,20 установки. Л., Энергия, 1972,