Способ измерения напряженности магнитного поля

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 23.0281(23) 3251256/18-21 51) М. Кл,З 6 01 В 33/06 с присоединением заявки Ио Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(23) Приоритет Опубликоваво 23.12.82, Бюллетень Мо 47 Дата опубликования описания 23. 12 .82 РЦ УДК 621. 317,42(72 Авторы изобретения ВФизико-технический институт АЧ Туркмейской .С(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ. МАГНИТНОГО ПОЛЯ Изобретение относится к магнитным измерениям, а более конкретно к магнитометрам, и может быть использовано в качестве первичного измерительного преобразователя гальваномагнитного датчика.Известен способ компенсации напряжения неэквипотенциальности датчика Холла, в котором ток пропускают сначала через одну пару электродов, затем через противоположную и из напряжения, снятого с холловских электродов во втором случае, вычитают напряжение, снятое в первом случае 1.Недостатком этого способа является значительная динамическая погрешность измерений, обусловленная отсутствием синхронизации между генератором-коммутатором и измеряеьым маг" нитным полем.Известен способ измерения напряженности магнитного поля гальвано.магнитным датчиком путем воздействия на нескомпенсированный остаток нулевого сигнала, в котором моделируют , 25 Фазу нескомпенсированного остатка нулевого сигнала, изменяют его частоту, а искомую величину напряженности определяют по составляющей выходного сигнала с частотой управляющего ЗО тока, причем модуляцию Фазы осуществляют изменением величины сопротивления, компенсирующего нулевой сигнал 21Недостатком способа яВляется низкая чувствительность, возникающая из-за постоянной составляющей, обусловленной наличием электромеханических реле или полупроводниковых ключей.Целью изобретения является увеличение чувствительности измерений.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения напряженности магнитного поля гальваномагнитными датчиками, основанному на получении выходного сигнала датчика, содержащего сумму и разность полезной и побочной составляющей с последующим их сложением, по результату которого судят о значении измеряемого магнитного поля, полезную и побочную составляющие полуЧают одновременно при пропускании через парные выводы датчика тока одной амплитуды и частоты.Из полезной и побочной составля ющих формируют сумму и разность, сумму сигналовпри сдвиге Фаз тока и напряжения полезной составляющей, 3 983605равной нулю, и разность сигналов при сдвиге фаз тока и напряжения полезной составляющей, равной 180 , при зтОм пОлезную составляющую Определя ют по значению тока, пропускаемого через выводы, датчика, и величине 5 воздействующего магнитного поля, а побочную составляющую определяют при значении упомянутого тока и значениях входного и остаточного сопротивлений датчика. 10Для раскрытия сущности необходимо отметить выражение для выходного сигнала гальваномагнитного датчика на примере датчика Холла (нижеприведенное справедливо и для магниторезисторов и магниторекомбинационных датчиков) Кв = Эо т+ овых О 20 где Б- выходной сигнал;Бо - составляющая нулевого сигнала;Пв - полезная составляющая;10 - рабочий ток датчика;В - остаточное сопротивлениенулевого сигнала;воздействующее на датчикмагнитное поле;30Р.о - постоянная Холла;С - толщина полупроводниковойпластины датчика.При этом, если через обе противоположные пары выводов датчика соответственно и одновременно пропускать равные токи, частота, фаза и амплитуда которых строго постоянны, то в результате этого на противоположных парных выводах датчика возникают соответственно напряжения П описы ваемые выражениями В нд 22 вых 22 о Ы .о ост о С нд зэ ="оь хОзъ=эо зьэоост-Эо - ," 8,(з) где П, и 1)вв - напряжения на парныхвыводах датчика;В и Йз - сопротивление междупарными выводамидатчика.Из анализа выражений (2) и (3) видно, что два последних слагаемых отличаются .от выражения (1) тем, что в них появились составляющие Б и Б напряжения, создаваемые током датчика Эо на.соответствующих парах выводах датчика, кроме того, знаки перед полезной составляющей в выражениях (2) и (3) противоположные. б 0 Это связано с тем, что датчик Холла обладает свойством гиратора. Поэтому, если оба напряжения, определяемые выражениями (2) и (3), подать на- вычитающее устройство, на его выходе по лучим напряжение О , описываемоевыражениемвуй,83 22 дэъ о огде П , - выходное напряжение вычи тающего устройства,при услОвии р чт 0 ) ур Н 2 ЗТаким образом, способ измерения напряженности магнитного поля включает следующие операции, приемы и режимы их проведения.При отсутствии магнитного поля В=О пропускают через одну пару выводов датчика ток Эо, а на другой паре выводов замеряют и устанавливают величину нулевого сигнала Б и знак таким образом, чтобы сдвигпо фазе между этим напряжением и током Э был равен нулю.ПРопУскают ток Эо чеРез дРУгУю пару выводов датчика, а на другой паре выводов замеряют и устанавливают величину нулевого сигнала Бо и знак аналогичным образом, как в предыдущей операции, при этом регулировка осуществляется подбором значения сопротивления, компенсирующего величину нулевого сигнала По, изменением направления и значения тока Эо до тех пор, пока Бо в обоих случаях не станут одинаковыми по значению и знаку.Пропускают одновременно через обе пары выводов датчика ток Э и при воздействии магнитного поля ВО получают и выделяютсоставляющие Цд и ПАв, описываемые выражениями (2) и (3) .Выделенные составляющие Ви ПАв поступают на входы вычитающего устройства, с выхода которого снимают информативную .составляющую Бв, пропорциональную величине воздействующего магнитного поля В; и по ней определяют величину напряженности магнитного поля.На фиг. 1-3 представлены структурные схемы устройств, реализующих предлагаемый способ.Устройство содержит датчик Холла 1, выводы 2 и 3 которого соединены через разделительный трансформатор 4 с генератором тока 5, между одним из выводов 2 и 3 включено компенсирующее сопротивление,б, устанавливающеевеличину нулевого сигнала датчика Ц,и ее фазировку с током питания, значение которого регулируется,резистором 7, к выводам 2 и 3 включены первичные обмотки 8 трансформатора 9,вторичная обмотка 10 которого подключена к входу фазочувствительноготракта 11 с регистрирующим прибором 12.,устройство работает следующим образом.983605 При отсутствии магнитного поля,В=О, через пары выводов 2 и 3 протекает ток Э создающий на этих выводахоО( падение напряжения О 22 и О 2,описываемые выражениями А 22 О 22 О ост- 3 О йз О биостАЪЬ О формула изобретения 1. Способ измерения напряженностимагнитного поля гальваномагнитнымидатчиками, основанный на получениивыходного сигнала датчика, содержащего сумму и разность полезной и,З 0 побочной составляющих с последуЮщимих сложением, по результату которогосудят о значении измеряемого магнит-.ного паля, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью увеличения чувствительности измерений, полезную и побочную составляющие получают одновременно при ропускании через парныевыводы датчика тока одной амплитуды,и частоты.л40 2, Способ по п. 1, о т л и ч а ю"щ и й с ятем, что из полезной и побочной составляющих формируют суммуи разность, сумму сигналов при сдвиге фаз тока и напряжения нолезной45 составляющей,равной нулю, и разностьсигналов при сдвиге Фаэ тока и напряжения полезной составляющей, равной 180 , при этом полезную составляющую определяют по значению тока,50 пропускаемого через выводы датчика,и величине воздействующего магнитного поля, а побочную составляющую опр еделяют при значении упомянутоготока и значениях входного и остаточ 55 ного сопротивлений датчика,Во вторичной обмотке 10 трансформатора 9 напряжение отсутствует, таккаК первичные обмотки 8 включенывстречно и в них протекают равныетоки О и О 2 при этом на выходеФазочувствительйого тракта 11 О 8 ,равно нулю,При воздействии магнитного поляВ Ф 0 равенство токов в первичных, обмотках 8 трансформатора 9 нарушается и на выходе фазочувствительноготракта 11 появляется выходное напряте.ние, определяемое выражениемНОЬЫХ=-2 О 8 Кп, (1) где перде К - коэффициент передачи измерительной цепи, составленной из трансформатора9 и Фазочувствительноготракта 11.Регистрирующим прибором 12 измеряют величину выходного напряжения, пропорциональную магнитному полю В.На фиг. 2 изображено другое устройство, первичным измерительным преобразователем которого является магниторекомбинационный датчик, остальные элементы, блоки, их назначение, цифровые обозначения и их Функционирование аналогично предыдущему устройству.На Фиг, 3 изображено устройство, использующее в качестве первичного преобразователя магниторезистор. Ге" нератор тока 5 подключен непосредственно к выводам 2 и 3 магниторезистора 1. К этим же выводам 2 и 3 подключена пара делителей 7 и первичные обмотки 8 идентичных трансформаторов 4 и 9, а вторичные встречно включенные обмотки 10 подсоединены на вход фазочувствительного тракта 11, который соединен с регистрирующим прибором 12. Следует отметить, что коэффициенты деления делителей 6 по" добраны таким образом, что на обмотках 10 трансформаторов 4 и 9 выходные напряжения О и Оэ определяются в виде рО,=О йООт-:, - " В. (э)й9- 0 ОС О СО =3 .Й т+3 О - В. Как видно эти напряжения О+ и ОЗсходны с напряжениями О 9 и О 9 (2)и (3), в связи с чем все йоследующиедействия над приведенными напряжениями О и Оз совпадают с действиями 5 вышеприведенных устройств (фиг.1 и 2) .Предлагаемый способ позволяетувеличить чувствительность ;змерений,Кроме того, позволяет создать универсальный метод измерения напряженности 30 постоянного, переменного и импульсного магнитного поля как гальваномагнитными датчиками, т к и измерительными преобразователями, основанныхна других измерительных эффектах с 15 четной или нечетной характеристикойпреобразования, в результате чегостановится возможным стандартизацияи унификация устройств, реализующихспособ, благодаря чему улучшается ихсерийноспособность и ремонтопригодность. Источники информации,принятые во. внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 328786, кл. О 01 К 33/06 1970.2. АвторскОе свидетельство СССРР 789952 кл. 0 01.К 33/06, 1980ПП Патент, г, ужгород, ул, Проектная, 4 Фили каз 9913/53 Тираж 717 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раушс