Цифровой измеритель магнитной индукции

" .т М 83 И 5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ(57) Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для прецизионного измерения вшироком диапазоне индукции постоянныхмагнитных полей. Целью изобретения является расширение функциональньх возможЯО 1597809 А 2 2ностей измерителя, что достигается путем определения направленной магнитной индукции. Цифровой измеритель магнитной индукции содержит датчик Холла 1, переключатель 2, источник 3 питания, синхронный детектор 4, преобразователь 5 напряжение - число импульсов, реверсивный счетчик 6, цифровой индикатор, состоящий из двоично-десятичного дешифратора 7 и индикатора 8, блок 9 управления, триггер 10 со счетным входом, элементы И 11, 12 и 13, триггер 14, индикатор 15 знака. Блок 9 управления состоит из генератора 16 импульсов, счетчика 17, дешифратора 18, элементов И 11, 19, 20 и 21, триггеров 22 и 23. В устройство входит также инвертор 24. 1 ил.. Изобретение относится к магнитным измерениям, может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей и является усовершенствованием изобретения по авт, св.1390584.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем определения направления магнитной индукции.На чертеже приведена блок-схема цифрового измерителя магнитной индукции.Цифровой измеритель магнитной индукции (фиг, 1) состоит из датчика Холла 1, подключенного к переключателю 2, источника 3 питания, последовательно соединенных синхронного детектора 4, преобразователя 5 напряжение - число импульсов, реверсивного счетчика 6, цифрового индикатора, состоящего из двоично-десятичного дешифратора 7 и индикатора 8, блока 9 управления, триггера 10 со счетным входом, элементов И 11 - 13, триггера 14 и индикатора 15 знака. Блок 9 управления формирует неизменяющиеся управляющие сигналы, синхронизируюшие работу всего устройства,и изменяющиеся управляющие еигналы, зависящие от изменяющихся условий работы, и состоит из последовательно соединенных генератора 16 импульсов, счетчика 7, дешифратора 18, элементов И 19 - 21, триггеров 22 и 23. В устройство входит также инвертор 24,Устройство работает в два такта измерения. Сигналом начальной установки, поступаюшим с выхода 25 блока 9, устанавливается в нулевое состяние реверсивный счетчик 6. Этим же сигналом в нулевое состояние устанавливается триггер 14 и триггеры 22 и 23 блока 9 управления. С выхода 26 блока 9 управления на шину реверса реверсивного счетчика 6 поступает такой управляюший сигнал, по которому реверсивный счетчик 6 работает на сложение,В первый такт 1 цикла измерения выходной сигнал датчика Холла 1 при ех )Ш); +В йли - В равен 13=)е + +13 . Такое значение выходного сигнала датчика Холла 1 в первый такт 1 цикла измерения обусловлено тем, что управляющий сигнал на выходе 27 блока 9 управления подключает первую пару противоположных электродов датчика Холла 1 к синхронному детектору 4, а через вторую пару противоположны ы х электродов датчика Холла 1 прп, каст ток от источника 3 питания.",срвый такт (+1) цикла измерения выходной сигнал датчика Холла равен +е - Ь 1, где е - ЭДС Холла, Ь - напряжение неэквипотенциальности датчика Холла.В первый такт 1 цикла измерения выходной сигнал датчика Холла 1 13= +1+Цэ) поступает через переключатель 2 и синхронный детектор 4 на преобразователь 5 напряжение - число импульсов 5. Результаты преобразования в виде импульсов поступают нареверсивный счетчик 6, где запоминаютсяв виде кода 1 М=+-ех+13-1 К, где К - коэффициент преобразования преобразователянапряжение - число и мпульсов.В конце первого такта измерения блок 9управления сигналом, поступаюшим с выхода 27 через триггер 10 со счетным входом,коммутирует переключатель 2.Во второй такт измерения выходной10 сигнал датчика Холла 1 в виде числа импульсов Я=К(е, - 13 ) записывается всчетчик 6, где суммируется или вычитаетсяиз результата кодирования 1 Ч первого такта.Это напряжение через переключатель 2 и5 синхронный детектор 4 поступает на преобразователь 5 напряжение - число импульсов,откуда в виде последовательности импульсов поступает на реверсивный счетчик 6.Во втором такте реверсивный счетчик 6работает на сложение. Этло обусловлено20 тем, что состояние триггера 23 во второмтакте не изменяется. На первый единичныйвход триггера 23 через элемент 20 не можетпройти управляющий сигнал, поскольку при+В на первый вход элемента И 20 поступает запрещающий потенциал + с выхода25синхронного детектора 4. При - В в первомтакте срабатывает элемент И 19, на который поступает сигнал с выхода синхронного детектора 4. Выходной сигнал элемента И 19 переводит триггер 22 в единичное состояние. При этом триггер 22 выдаетзапрешаюший потенциал на второй входэлемента И 20.На второй единичный вход триггера 23через элемент И 21 не может пройти управляюший сигнал, поскольку при + В напервый вход элемента И 21 поступает запрещающий потенциал с триггера 22, а при- В на второй вход элемента И 21 поступает запрещающий потенциал с инвертора24, который инвертирует разрешающий потенциал-с выхода синхронного детек 40 тора 4.Во втором такте цикла измерения реверсивный счетчик 6 зафиксирует числои мпульсов, пропорциональное ЭДС ХоллаЯ =И+Мр= Ке +13 (+ К 1 е - 13 1= К 1 еф.45 +К Ц+Ке,+-К 1.3 1=2 Кех 2 Ке .Во втором такте (+1) цикла реверсивный счетчик 6 также зафиксирует число импульсов, пропорциональное ЭДС Холла.Пусть направление магнитной индукцииВ будет положительным +В, аеД 134 Тогда выходные сигналы датчика ХоллаЧ вцикле измерения будут 1 З=е+1.3 нэ 1; 13=е -- 1 , В (+1) цикле измерения сигналы датчика Холла 1 будут 13=е - 3 нэ, 13=1 е,++13 нэ,Во второй такт измерения триггер 23изменяет направление счета в реверсивном счетчике 6. Вцикле измерения во втором такте срабатывает элемент И 20, потому5что на два его входа поступают разрешающие потенциалы. На первый вход элемента И 20 поступает разрешающий потенциал-с выхода синхронного детектора 4, а на второй вход поступает разрешающий потенциал с триггера 22. Выходной сигнал элемента И 20 поступает на первый единичный вход триггера 23, изменяя его состояние. Триггер 23 с выхода выдает сигнал на шину реверса реверсивного счетчика 6, по которому последний начинает работать на вычитг,иие. В результате во втором тактецикла реверсивный счетчик 6 зафиксирует число импульсов, пропорциональное ЭДС Холла13 х = Х+Яг=КВнэ+ен- КЬнэф:К .н ++Кеэ - КВн +К 1 еэ 1= 2 Ке 4=2 Кеэ,В (+) цикле измерения во втором такте срабатывает элемент И 21, поскольку на два его входа поступают разрешающие потенциалы. На первый вход его поступает разрешающий потенциал с выхода инвертора 24, который инвертнрует запрещающий потенциал с выхода синхронного детектора 4. На второй вход элемента И 21 поступаетразрешающий потенциал с триггера 22, который в первом такте переходит в единичное состояние. Триггер 22 в первом такте переходит в единичное состояние в результате срабатывания элемента И 19, на который поступает разрешающий потенциал-с выхода синхронного детектора 4.Выходной сигнал элемента И 21 поступает на второй единичный вход триггера 23 и изменяет его состояние. Триггер 23 с выхода 26 выдает сигнал на шину реверса реверсивного счетчика б, по которому последний начинает работать на вычитание. Когда число в реверсивном счетчике б во втором такте (+1) цикла станет равным нулю, срабатывает элемент И 11, на который поступает код с реверсивного счетчика 6. Элемент И1 выдает управляющий сигнал на второй нулевой вход триггера 23 и устанавливает его в первоначальное состояние.Таким образом, триггер 23 во втором такте (+1) цикла второй раз изменяет направление счета в реверсивном счетчике б, т.е. реверсивный счетчик 6 начинает работать на сложение. В результате, после второго такта реверсивный счетчик б зафиксирует число импульсов, пропорциональное ЭДС Холла,г=Ке+Це 1=К)ех+Ы, - е+е == К) алые - юс+ 2 Кед = хг+ мг,ъ = М- Ч 2+ М г = К 1 Бее - е - 1 Онв- е 1+2 КеЛ=2 Ке =2 Ке.Пусть направление магнитной индукции будет отрицательным - В, а ен (Канн. Тогда выходные сигналы датчика Холла 1Сигналом, поступающим с выхода 25 блока 9 управления, триггер знака 14 устанавливается в исходное состояние. В первый такт измерения выходной сигнал синхронного детектора 4, пройдя через инвертор 24, поступает на вход элемента И 12. Элемент З 5 И 12 срабатывает и выдает сигнал на единичный вход триггера 14 знака, который переходит в единичное состояние. Направление магнитной индукции определяется во второй такт измерения. Во втором такте сра батывает элемент И 13, поскольку на егопервый вход поступает разрешающий потенциал с триггера 14 знака. Индикатор 15 знака по сигналу элемента И3 высвечивает положительное направление + магнитной индукции. При ен)э 1 нэ 1 и +В.45 Сигналом, поступающим с выхода 25блока 9 управления, триггер 14 знака устанавливается в исходное состояние. В первый такт цикла измерения выходной сигнал синхронного детектора 4, пройдя через инвертор 24, поступает на вход элемента И 2, 50 который срабатывает и выдает сигнал иаединчный вход триггера 14 знака, который переходит в единичное состояние. Направление магнитной индукции определяется вовторой такт измерения. Во втором такте сра батывает элемент И 13, поскольку на егопервыи вход поступает разрешающий потенциал с триггера 14 знака, Индикатор 15 знака по сигналу элемента И 13 высвечи 5 10 15 20 25 бв цикле измерения будут Ь= 1 - е+О 4 г= - е. - 3 ).В (+1) цикле измерения выходные сигналы датяка Холла 1 будут Б=( - е -- Знэ 1; 1.2=- Ех+Цнэ.Работа устройства в 1 цикле измерения ничем не отличается от работы устройства в (+1) цикле измерения при +В и е,( (11.Работа устройства в (1+1) цикле измерения ничем не отличается от работы устройства вцикле измерения при +В и еэ(1 н 4.Результат двухтактиой работы, хранящийся в реверсивном счетчике 6, поступает на дешифратор 7 и считывается цифровым индикатором 8.Кроме того, в первый такт измерения в триггере 14 знака запоминается полярность положительная (+) синхронного детектора 4. В этом случае запрещающий потенциал (+) синхронного детектора 4, пройдя через инвертор 24, становится разрешающим Таким образом, в первом такте на первый вход элемента И 12 поступает разрешающий потенциал. Элемент И 12 срабатывает и выдает сигнал на единичный вход триггера знака 14 и изменяет его состояние.Определение направления магнитной индукции В происходит следующим образом. при еС 1 Ьне и +В.97809 10 1 Ь 26 25 формула изобретения 1571вает положительное направлеНие магнитной индуции.В первый такт последуюЩего (1+1) цикла измерения выходной сигйал синхронного детектора 4, пройдя чере инвертор 24, поступает на вход элемента И 12, который не срабатывает, поскольку на его вход поступает запрещающий потенциал. Поэтому состояние триггера 14 знака не изменяется, т.е. триггер 14 находится в нулевОм состоянии, в которое он установился по сигналу, поступающему с выхода 25 блока 9 управления на нулевой вход триггера 14 знака. Поскольку во втором такте уровень выходного сигнала датчика Холла 1 будет больше, чем в первый такт измерения, во втором такте измерения срабатывает элемент И 11, Выходной сигнал его поступает на счетный вход триггера 14 знака н изменяет его состояние. Во втором такте измерения определяется направление магнитной индукции. Во втором такте измерения срабатывает элемент И 13, поскольку на его первый вход поступает разрешающий потенциал с триггера знака 14. Индикатор 15 знака по сигналу элемента И 13 высвечивает положительное направление магнитной индукцииПрие ) 3 ( и - В сигналом, поступа ющим с выхода 25 блока 9 управления, триг. гер знака 14 устанавливается в исходное состояние, В первый такт измерения выходной сигнал синхронного детектора 4, пройдя через инвертор 24, поступает на вход элемента И 12. Элемент И 12 не срабатывает, поскольку на его вход постуйает запрещающий потенциал. Поэтому состояние триггера 14 знака не изменяется, т.е. триггер 14 находится в нулевом состоянии, в которое он установился по сигналу, поступающему с выхода 25 блока управления 9 иа нулевой вход триггера 14 знака. НайравЛеНие магнитной индукции определя 9 тся Во зторой такт измерения. Во втором такте элемент И 13 не срабатывает, поскольку на его первый вход поступает запрещайщий потенциал с триггера 14 знака. Такое состояние элемента И 13 соответствует отрицаТельному направлению магнитной индукции,Прн е(Ун( и - В сигналОМ, поступающим с выхода 25 блока 9 управления, триггер 14 знака устанавливается в исходное состояние. В первый тактцикла измерения выходной сигнал синхронного детектОра 4, пройдя через инвертор 24, поступает на вход элеМента И 12. Элемент И 12 срабатывает и выдает сигнал на единичный вход триггера 14 значка, который переходит в единичное состояние. Во втором такте измерения уровеиЬ выходного сигнала датчика Холла боль 111 е, чем в первый такт измерения, во втором такте срабатывает эле 8,фмент И 11, Выходной сигнал элемента И 11 поступает на счетный вход триггера знака и изменяет его состоянИе, т.е. триггер 14 переходит в нулевое сосТояние. Направление магнитной индукции определяется во второй такт измерения. Во втором такте измерения элемент И 13 не срабатывает, поскольку на его первый вход поступает запрещающий потенциал с триггера 14. Такое состояние элемента И 13 соответствует отрицательному направлению магнитной индукции.В первый такт (1+1) цикла измерения выходной сигнал синхронного детектора 4, пройдя через инвертор 24, поступает на вход 22 элемента И 12. Элемент И 12 не срабатывает, поскольку на его вход поступает запрещающий потенциал. Поэтому состояние триггера 14 зцака не изменяется, т,е. триггер 14 находится в нуЛевом состоянии, в которое он установился по сигналу, поступающему с выхода 25 блока 9 управления на нулевой вход триггера 14 знака. Направление магнитной индукции определяется во второй такт измерения. Во втором такте измерения элемент И 13 не срабатывает, поскольку на его первый вход поступает запрещающий потенциал с триггера 14 знака.Такое состояние элемента И 13 соответствует отрнцательйому найравлению магнитной индукции. ЦифрЬой измеритель магнитной индукции по авт, св.1390584, отличающийся тем, что, с целью расширения функцио-нальных возможностей измерителя путем определения направления магнитной индукции, в него введены третий триггер, иивертор, третий, четвертый, пятый элементы И, триггер со счетным входом и индикатор знака, подкЛюченный к выходу 40 четвертого элемента И, йерйый вход которого соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход - с выходом третьего триггера, единичный вход которого соединен с выходом пятого элемента И, счетный вход - с выходом третьего элемента И и с вторым входом блока управления, а нулевой вход триггера соединен с входом сброса реверсивного счетчиКа, при этом первый вход пятого элемента И соединен с выходом инвертора и второй вход пятого эле- БОО мента И - с вторым входом первого элемента И, вход инвертора подключен к первому входу блока управления, входы тригге ра со счетным входом - к первому выХоду блокй управления, а его выход через переключатель - к сигнальному входу сннхронйого детектора.