Магнитометр (его варианты)

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 50 4 С 01 К 33/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕГО ВАРИАНТЫ)р по авт, тличающий елью повышения точнего дополнительмента ИЛИ, два упазоинвертор и атторого подключен ьных усилителеи, правляемых ключей, го из которых соеРующим прибором ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРВ 1327025, кл. С 01 К 33/06, 04.06.8(54) МАГНИТОМЕТР ( (57) 1. Магнитомет св. У 1327025, о с я тем, что, с .ц ности измерений, в но введены два эле равляемых ключа, ф тенюатор, выход ко к входам измерител вход - к выходам у первые входы перво динены с регистри,ЯО 137415 через фазоинвертор, а второго - непосредственно, вторые входы с выходами элементов ИЛИ, входы которых связаны с выходами третьего и четвертого импульсных инверторов..2, Магнитометр по авт. св, В 1327025, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены две идентичные цепи, каждая иэ которых выполнена в виде аттенюатора, двух управляемых ключей и элемента НЕ, вход которого подключен к выходу регистрирующего прибора и первому входу первого управляемого ключа, а выход - к первому входу втоФ рого управляемого ключа, выходы обоих управляемых ключей подключены через аттенюатор к входу одного из измерительных усилителей, а вторые входы Сае управляемых ключей связаны с выходами двух смежных импульсных генераторов. МеамИзобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для измерения магнитной индукции слабых постоянных магнитных полей.Наиболее близким к изобретению является магнитометр, содержащий четырехполюсник с преобразователем Холла, четыре генератора питания четырехполюсника, попарно подключенные к входной и выходной парам его выводов, два измерительных усилителя, вход каждого из которых раздельно подключен к одной из пар выводов четырехполюсника, четыре фазочувствительных детектора, сигнальные входы которых попарно подключены к выхоцам измерительных усилителей, а опорные входы - к выходам соответствующих генераторов питания четырехполюсника, два алгебраических сумматора, входы которых связаны с выходами фазочувствительных детекторов, регистрирующий прибор, подключенный к выходу первого сумматора, и генератор тактовых импульсов, вход управления скважностью импульсов которого подключен к выходу второго сумматора, а его выходы - к входам синхронизации генераторов питания четырехполюсника.Недостатком такого магнитометра является ограниченная точность измерений вследствие нестабильнОсти коэффициента передачи магнитометра, которая в основном определяется нестабильностью коэффициентов передачи измерительных усилителей и фазочувствительных детекторов, а также нелинейности амплитудных характеристик измерительных трактов (измерительных усилителей с фазочувствительными детекторами), приводящей к тому, что при измерении более сильных магнитных полей (т,е. в случае, когда холловское) напряжение попадает в тракт температурной стабилизации преобразователя Холла) вызывает дестабилизацию его температурного режима, что приводит к дополнительной погрешности измерения и ограничивает динамический диапазон измерений.Целью изобретения является повышение точности измерений.Поставленная цель достигается тем, что в магнитометр, содержащий четырехполюсник с преобразователем Холла, четыре генератора питания четырехполюсника, попарно подключенные к входной и выходной парам выводовчетырехполюсника, два измерительныхусилителя, вход каждого из которыхраздельно подключен к одной из парвыводов четырехпалюсника, четырефазочувствительных детектора, первые сигнальные входы которых попарно подключены к выходам измеритель ных усилителей, а их вторые опорныевходы - к выходам соответствующихгенераторов питания четырехполюсника, первый и второй алгебраическиесумматоры, входы которых связаны с 15 выходами всех фазочувствительных детекторов, регистрирующий прибор,подключенный к выходу первого сумматора, и генератор тактовых импульсов,вход управления скважностью импуль сов которого подключен к выходу второго сумматора, а его выходы - к входам синхронизации генераторов питания четырехполюсника, дополнительно введены два элемента ИЛИ, два25 управляемых ключа, фазоинвертор и аттенюатор, выход которого подключенк входам измерительных усилителей, вход - к выходам управляемых ключей, первые входы первого из которых сое 30 динены с регистрирующим прибором, через фазоинвертор, а второго - непосредственно, вторые входы с выходами элементов ИЛИ, входы которых связаныс выходами третьего и четвертого им 35 пульсных генераторов Кроме того, вариантом его являетсямагнитометр, в который дополнительновведены две идентичные цепи, каждая иэ которых выполнена в виде аттенюа тора, двух управляемых ключей и элемента НЕ, вход которого подключен квыходу регистрирующего прибора и пер,вому входу первого управляемого ключа, а выход - к первому входу второго управляемого ключа, выходы обоих управляемых ключей подключены через аттенюатор к входу одного из измерительных усилителей, а вторые входыуправляемых ключей связаны с выходамидвух смежных импульсных генераторов,На фиг, 1 приведена структурнаясхема магнитометра; на фиг. 2 - тоже, вариант,Импульсные генераторы 1 и 2 подключены к одной из пар выводов четы 55рехполюсника 3 с преобразователемХолла. К другой паре выводов четырехполюсника 3 подключены импульсные генераторы 4 и 5. Укаэанные генераторыз 137 синхронизируются генератором 6 тактовых импульсов, скважностью импульсов которого управляет сигнал, снимаемый с выхода первого сумматора 7. К парам выводов четырехполюсника 3 с преобразователем Холла подключены входы измерительных усилителей 8 и 9, к выходам которых подсоединены сигнальные входы фазочувствительных детекторов 10-,13. Опорные входы фазочувствительных детекторов 1 О и 11 раздельно подключены к выходам импульсных генераторов 1 и 2, а опорные входы фазочувствительных детекторов 12 и 13 - к выходам импульсных генераторов 4 и 5 соответственно. Выходы фазочувствительных детекторов 10-13 подключены к входам первого и второго сумматоров 7 и 14, К выходу второго сумматора 14 подсоединен регистрирующий прибор 15.В первом варианте магнитометра (фиг. 1) выход второго сумматора 14 связан с входными цепями измерительных усилителей 8 и 9 посредством аттенюатора 16, во входной цепикоторого находятся первый и второйуправляемые ключи 1 и 18, а также фазоинвертор 19, подключенный к входу второго ключа 18. Входы первого и второго управляемых ключей 17 и 18 подключены к выходам логических элементов ИЛИ 20 и 21, входы которых связаны с выходами генераторов 2, 5 и 1, 4 соответственно,1 Во втором варианте магнитрометра (фиг. 2) выход второго сумматора 14 связан с входными цепями измерительных усилителей 8 и 9 посредством двух цепочек, в каждой из которых находятся аттенюатор 16 (для входной цепи усилителя 9) и аттенюатор 22 (для входной цепи усилителя 8). Во входной цепи аттенюаторов 16 и 22 находятся первый и второй управляемые ключи 17 и 23, 18 и 24, а также фазоинверторы 19 и 25, подключенные к входу вторых ключей 18 и 24. При этом входы первого и второго управляемых ключей, находящихся в цепочке, связывающей входную цепь измерительного усилителя 8, подключены к выходам импульсных генераторов 1, 2, 4, 5, которые подключены к входной цепи измерительного усилителя 9, и наоборот.Устройство работает следующим об-, разом. Генератор 6 тактовых импульсовформирует импульсы синхронизации импульсных генераторов 1, 2, 4, 5. Подвоздействием импульсов синхронизациикаждый из импульсных генераторов 1,2, 4, 5 в строго заданные моментывремени вырабатывает разнесенные вовремени импульсы управляющего тока10 стабильной амплитуды для питаниявходной и выходной цепей четырехполюсника 3 с преобразователем Холла.При этом каждый из двух генераторов,подключенных к одной и той же цепи15 четырехполюсника, формирует прямоугольные импульсы тока, полярностькоторых противоположна полярностиимпульсов, формируемых смежным с нимгенератором, На входах измерительных2 О усилителей 8 и 9 действуют напряжения, поступающие с четырехполюсника3, и напряжение, формируемое в соответствующей цепи отрицательной обратной связи.25 Рассмотрим принцип действия цепиотрицательной обратной связи, введенной в магнитометр,В первом варианте магнитометра(фиг, 1) в момент действия импульсаЗО (допустим, положительной полярности),сформированного импульсным генератором 1, на выходе четырехполюсника 3 действует импульс, Одновременно импульс генератора 1 через логический элемент ИЛИ 21 поступает навход второго управляемого ключа 18.Второй управляемый ключ 18 на времядействия импульса, формируемого импульсным генератором 1, подключает4 О выходную цепь второго сумматора 14посредством фазоинвертора 19 к входуаттенюатора 16. Таким образом, в момент действия импульса на выходе аттенюатора 16 присутствует импульс4 б с длительностью, равной длительностиимпульса, вырабатываемого импульснымгенератором 1, и амплитудой, пропорциональной выходному напряжению второго сумматора 14 и коэффициенту ослабления аттенюатора 16. С выхода аттенюатора 16 импульсное напряжение подается на входы измерительных усилителей 8 и 9. Следовательно, на входеизмерительного усилителя 8 в рассматриваемый интервал времени наряду с55импульсом, снимаемым с выхода четырехполюсника 3 с преобразователем Хол-ла, действует импульс, сформированный в цепи отрицательной обратнойсвязи, причем его полярность подбирается за счет соответствующей фазировки противоположной полярности холловского напряжения, снимаемого с четырехполюсника.При воздействии импульса, сформированного импульсным генератором 2, срабатывает первый управляемый ключ 17 и формируется выходное напряжение синхронного фазочувствительного детектора 11. Анализ результирующего напряжения на втором сумматоре 14 показывает, что данный магнитометр представляет систему с отрицательной обратной связью по холловскому напряжению, охватывающую измерительные усилители, фаэочувствительные детекторы и второй сумматор 14. Влияние нестабильности коэффициента передач измерительных усилителей и фазочувствительных детекторов и нелинейностей их характеристик в данном магнитометре незначительно сказывается на стабильности результирующего коэффициента передачи системы; его стабильность в основном определяется стабильностью коэффициента передачи аттенюатора 16. Реэуль тирующая нестабильность с учетом нестабильности первого и второго ключей 17 и 18 и фазоинвертора 19 в данном магнитометре может быть снижена до 0,012. Кроме того, на входах измерительных усилителей 8 и 9 значительно снижен уровень информативной составляющей, что улучшает работу системы термостабилизации 1374157 6преобразователя Холла при работе вболее сильных магнитных полях,Из принципа действия второго ва 5рианта магнитометра следует, что вмомент формирования импульса импульсным генератором 1 (фиг. 2) на входизмерительного усилителя 9 поступаютвыходной импульс четырехполюсника 310 и импульс с выхода аттенюатора 16,формируемый за счет подключения еговходной .цепи посредством второгоуправляемого ключа 18 и фазоинвертора 19 к выходу второго сумматора 14, Таким образом, формируетсявыходное напряжение Фазочувствительного детектора 10, Рассмотрев функционирование схемы в моменты формирования импульсов генераторами 2, 4, 5 иполагая, что коэффициенты передачаттенюаторов 16 и 22 равны между собой, вывод для первого варианта магнитометра в отношении повышения еготочности и расширения динамическогодиапазона измерений справедлив и длявторого варианта магнитометра.Вновь введенными совокупностямиузлов в обоих вариантах магнитометрареализуется избирательная (по холлов 30скому напряжению) высокостабильнаяцепь отрицательной обратной связи,охватывающая избирательные усилителии фазочувствительные детекторы, Такоерешение позволяет снизить уровеньхолловского напряжения на входах иэ 35 мерительных усилителей и уменьшитьвлияние нестабильности коэффициентапередач и нелинейностей амплитудныххарактеристик измерительных усилителей и фазочувствительных детекторовна точность измерения.1374157 Составитель Р. ЗмиевскаяТехред А,Кравчук Коррект Швыдка Бутяг едакто аз 571/42ВНИИПИ Тираж 772сударственного комитета СССРам изобретений и открытийосква, Ж, Раушская наб., д. 4 исно по113035 Проектная, 4 оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,