Магнитометр

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(51)М, Кл,(22) Заявлено 06.1277 (21) 2550213/18-21 6 01 В 33/06 с присоединением заявки Ио(23) Приоритет Государственный комитет СССР оо делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения А. А. Мур адов и С. С. Сухано в Физико-технический институт АН Туркменской ССР(54) МАГНИТОМЕТР где Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для измерения слабыхпостоянных магнитных полей.Известны магнитометры для измерения слабых постоянных магнитных полей, содержащие датчик Холла, питаемый от источника постоянного токаи помещенный в зазор концентратора с модуляционной обмоткой, подключенной к источнику переменного тока, усилитель и регистрирующий прибор (1Область применения таких магнитометров огр ани чена и з-з а темпер атурной нестабильности параметров датчика Холла.Из известных магнитометров для измерения слабых постоянных магнитных полей наиболее совершенным и близким по технической сущности являО ется магнитометр, содержащий датчик Холла, стабильный источник постсянного тока, концентратор с двумя встречно включенными обмотками, подсоединенными к стабильному генератору переменного тока, избирательный усилитель и региг тритующий прибор (21 .Оттисанный магнитометр также имеет существенные недостатки, а 36 именно; низкую чувст вительность иточно ст ь измерений вследст вие температурной нестабильности чувствительности датчика Холла, возникновениекоторой связано с тем, что на измерительный преобразователь - датчикХолла, кроме измеряемой индукциипостоянного магнитного поля В действует еще побочный фактор - температура Т, В результате такого действия выходная величина датчикаХолла оказывается функцией двух переменных, т.е,1)х -- й (В, Т) Полное приращение выходной вели-.чины будет, очевидно: х= В + Ьт с= Д 5 Д 1 (4 Яе - чувствительность датчикаХолла к измеряемому магнитному полюЯ - чувствительность датчика тХолла к температурному воздействию;ЙВ - приращение индукции магнитного поляЙТ - приращение температуры.К улл Л 0 Э- величина управляютотока, протекающего через датчик Холла 1;В- коэффициент постояннойХолла полупроводниковой пластины датчика;С - толщина полупроводни -ковой пластины датчика;Ност- остаточное сопротивление между выходнымивыводами 8 и 9 датчикаХолла 1, возникающееиз-за асимметричностирасположения выходныхвыводов 8 и 9 при отсутствии магнитного.поля,Из выражения (3) следует отметить,что третье слагаемое н являетсянеинформативной составляющей выходного. напряжения, датчика Холла 1, которую целесообразно довестидо минимума, т.е. скомпенсировать,Компенсацию Б осуществляют призаданной температуре Т датчика Холла 1, например, при 45 С, Приэтом на выходе усилителей 10 и 11появляются напряжения О й +21 иЙл (фиг. 2 б) . Тогда на выходе амплитудного детектора 13 и на выходесинхронного детектора 12 возникаютсоответственно два выходных напряжения Пф и 08 ,которые определЬыклются следующими выражениями:о" =иск квыл уУцо сэ (ээ)где Й+ 2 Й - величина холловскойЭДС комбинационнойчастоты присутствующая на входе усилителя 11;Бх лвеличина холловскойЭДС частоты, присут ст в ующая н а в ходеусилителя 10;- коэффициент усиления усилителя 11;Кулокоэффициент усиления усилителя 10;коэффициент передачиамплитудного детектора 13;К с - коэффициент синхронсвного детектора 12,Анализируя вышеприведенные выражения (2) и (3) можно заметить, чтопутем варьирования величин коэффициентов усиления К и КУ избирательных усилителей 11 и 10, а такжеподбором коэФФициентов передач К в и. КЛВ можно достигнуть равенстваи 6(6)ЬЫУчто и было осушествлено в предлагаемом магнитометре (фиг.2 в до с, .При этом на обоих входах вычитающегоблока 14 присутствуют равные напряжения 13,л и (1,",ы,поэтому выходноенапряжение вычитающего блока 14, воздействующее на масштабный преобразователь 16 будет равно нулю. В этомслучае ток подогрева, вырабатываемыймасштабным преобразователем 16 и действующим в выходной цепи масштабногопреобразов-теля 16, к которой подключен входными выводами 2 и 3датчик Холла 1 также равен нулю.При изменении температуры Т датчика Холла 1, условие компенсации Пнэнарушается, поэтому даже незначительное изменение величин П обуславливает появление на выходе синхронногодетектора суммы напряжений П, и 15 1)хй(фиг,2 в - ), т.е.Н/выл ( х л нэ 1 улоКсвВ этом случае на входе вычитаюОщего блока 14 возникают П, и 20 ЬыхБ значения величин которых отличаются друг от друга на велвчгну(из.Уло Ксэ что обуславливаетпоявление на выходе вычитающего блока 14 управляющего напряжения(фиг. 2 г, л -1 ), воэдействуюцего намасштабный преобразователь 16, в выходной цепи которой появляется постоянный ток, величина которогопропорциональна изменению температуры датчика Холла 1, время суыество- ЗО вания постоянного тока масштабногопреобразователя 16 определяется достижением датчика Холла Е первоначальной заданной температуры Т (фиг,2 г,1 л) . По достижению температуры Т, 35скомпенсируется, управляющееНэнапряжение на выходе вычитающегоблока 14 и постоянный ток к выходнойцепи масштабного преобразователяпропадает (фиг. 2 д, 1) 1 ) . Всякий раз, 40 при изменении температуры вышеописанный процесс повторяется, приэтом, тем с большей точностью будетподдерживаться температура Т датчикаа, чем больше коэ Ффициент усиленияК масштабного преобразователя иУс45 чем с большей точностью выдержановыражение (6), так как обшеизвестно,что в системе с отрицательной обратной связью влияние возмущающего воздействия ослабляется в 1 + ( К раэ 50 по сравнению с этой системой приразомкнутой цепи отрицательной обратной связи. В этом выражении К -петлевой коэффициент передачи системы, Р - коэффициент обратной связи.55 На основании вышеизложенного можноутверждать, что для системы с замкнутой обратной связью для выходногонапряжения, создаваемого избирательным усилителем 10, синхронным детектором 12 и масштабным преобразователем 16, будет справедливо следующее выражение:, чло сп1 К КХ Л Ал уЛО С "КуЛО СЪ уСфф О%К К лнз0 К К65 х л УлО СЪ К усгде Кс - коэффициент усилениямасштабного преобразовав теля 16;О - величина напряжения неЙЭэ квипотенциально сти навходе избирательного усилителя 10, возникающаяпри изменении температу-,ры Т от заданной величины.Из анализа выражения (8) следует два существенных вывода: 1 - чувствительность датчика Холла 1,а значит и всего магнитометра, не зависит от обратной связи по 0 , 2 - выбором коэффициента усиления масштабного :.треобразователя 16 можно добиться значительной температурной стабилизации датчика Холла 2, т,е. высокого постоянства чувствительности датчика Холла 1. Наводки на выводах датчика за счет магнитного поля при этом могут быть подавлены избирательными усилителями 10 и 11 при соответствующем выборе полосы пропускания этих усилителей. Выход масштабного преобразователя 16, подсоединенного к входным выводам 2 и 3 датчика Холла 1 и выход генератора 4 питания датчика, подключенного также к входным выводам 2 и 3 датчика Холла 1, могут быть согласованы введением соответствующих развязывающих цепей,,:эр фильтров.Йорьула и эо бретени ямагнит." .эт"., содержащий датчик "олла, концентратор с двумя встречно включенными обмотками, подсоединенными к первому генератору переменного тока, основной избирательныйусилитель, связанный с выходнымиэлектродами датчика Холла и регистрирующий прибор, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью ловышения чувствительности и точностиизмерений, он снабжен вторым генератором переменного тока, подключен 1 О ным к входным выводам датчика Холла,частота. которого отлична от частотыпервого генератора, дополнительнымизбирательным усилителем с синхронным детектором на выходе, амплитудным детектором, подключенным к выходуосновного избирательного усилителя,вычитающим блоком, подключенным квыходам детекторов и с масштабнымпреобразователем, включенным междувыходом вычнтающего блока и входной20 цепью датчика Холла, при этом входдополнит ельного и э бират ельно го усилителя подключен ко входам основного,а второй вход синхронного детекторак выходу второго генератора пере 75 менного тока,Ист очи и ки и н Формации,принятые во внимание при экспертизе30 1. Авторское свидетельство СССР Р 418817, кл. 6 01 й 33/06, 1974. 2, Авторское свидетельство СССРР 475572, кл. С 01 В 3306, 1975.732772 Составитель Е. Данилинаевич Техред И.йсталош Корректор И. Муск едактор П. Заказ 1550/8 П 1303 Рушлиал ППППатент ф , г. Уагород,ул, Проектная Тирам 1019ПИ Государственноделам изобретениМосква, 3-35, Ра дпи сное та СССий комитеи открытская на