Устройство для измерения переменной магнитной индукции

(23) ПриоритетГосударстеанный комитет СССР по делам изобретений н открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕННОЙ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ10 Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для прецизионного измерения в широком частотном диапазоне индукции переменных магнитных полей.По основному авт.св, У 811161 известно устройство, которое состоит из датчика Холла, источника переменного тока для питания датчика Холла, катушки, в поле которой находится датчик Холла, стабилизатора постоянного тока для питания обмотки катушки, переключателей, преобразователя "напряжение-код", делительного устройства, цифрового отсчетного устройства, устройства управления, измерителя частоты, формирователя опорной частоты, схемы анализа, формирователей низкочастотной и высокочастотной составляющих, синхронных детекторов, реверсивного счетчика и амплитудного детектора 1 .Недостатком данного устройства является невысокая точность иэмерения, когда значения частот иэмеряе"мой магнитной индукции 6 и тока питания Я. отличаются друг от друга меньше, чем в 100 раз. В этом случае выделение огибающей выходного сигнала 3датчика Холла ВСозж соЖс 1 5 амплитудным детектором происходит с невысокой тонность, Эта точность. уменьшается с приближением частоты Ш кчастоте Й ,Цель изобретения - повышение точности измерения индукции переменныхмагнитных полей.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для измерения 15переменной магнитной индукции, содержащее датчик Холла, источник переменного тока для питания датчикаХолла, катушку, в поле которой находитсядатчик Холла, стабилизаторпостоянного тока для питания обмотки катушки, три переключателя, преобразователь "напряжение-код", делительное устройство, цифровое от"счетное устройство, устройство управ-,ление, измеритель частоты, Формирователь опорной частоты, схему анализа, формирователи низкочастотной ивысокочастотной составляющих, двасинхронных детектора, амплитудныйдетектор и реверсивный счетчик, входкоторого соединен с выходом преобразователя "напряжение-код" и первымвходом делительного устройства, а 1 Овыход - через делительное устройствос цифровым счетным устроиством, выход датчика Холла соединен с формиразателями низкочастотной и высокочастотной составляющих и измерителемчастоты, выход которого через схемуанализа соединен с входом устройствауправления, формирователь опорнойЭчастоты соединен с вторым входом схемы анализа, выход Формирователя низ:.очастотной составляющей через первый синхронный детектор и первый переключатель соединен с первым входомпреобразователя "напряжение-код",выход формирователя высокочастотнойсоставляющей через второй переключа-тель и второй синхронный детекторсоединен с вторым входом первого переключателя, амплитудный детекторвключен между выходом Формирователявысокочастотной составляющей и вторым входом второго переключателя,источник переменного тока подключенк да чику Холла, катушка подсоединенак стабилизатору постоянного тока,ход которого подключен к третьему;".ре,.1 ючателю, выход устройства управпения подключен к второму входу реверсивного сигнала, второму входуцифрового отсчетного устройства,третьему входу делительного устройст 40ва, второму входу преобразователя"напряжение-код", третьим входам первого и второго переключателей и второму входу третьего переключателя,дополнительно введены последовательно соединенные формирователь граничной частоты, измеритель поддиапазона,управляющий триггер и частотно-зависимый элемент, выход которого подключен ко входу источника переменного Ютока, а второй вход измерителя поддиапаэона подключен к выходу измерителя частоты.Повышение точности измерения обусловлено тем, что при приближении55частоты Ю измеряемой магнитной индукции В к частоте тока питания Я.,1 производится изменение частоты тока питания на Я Так как частоты Я. и 9.1 разнесены на несколько порядков, то частоты тока питания и измеряемой индукции в процессе измерения также всегда будут отличаться на несколько порядков.На чертеже представлена блок-схема устройства.Устройство состоит из датчика Холла 1, источника 2 переменного тока, катушка 3, стабилизатора 4 постоянного тока, Формирователя 5 низкочастотной составляющей, Формирователя 6 высокочастотной составляющей, переключателя 7, преобразователя 8 ннапряжение-код", реверсивного счетчика 9, делительного устройства 10, цифрового отсчетного устройства 11, устройства 12 управления, синхронных детекторов 13 и 14, амплитудного детектора 15, переключателей 16 и 17, измерителя частоты 18, Формирователя опорной частоты 19, блока 20 анализа, формирователя 21 граничной частоты, измерителя 22 поддиапазона , управляющего триггера 23 и частотнозависимого элемента 24. Устройство работает следующим образом.Выходной сигнал О= ( В Со щМВдоп) 1 соЖй 5 датчика Холла 1 поступает на Формирователи 5 и 6 и измеритель частоты 18. Дальнейшая работа устройства зависит от частоты И/ измеряемой магнитной индукции В . Если ЮЯ., блок 20 анализа устанавливает устройство 12 управления в такое состояние, при котором процесс измерения состоит из двух тактов. Сигналом начальной установки, поступающим иэ устройства 12 управления на блоки 8, 10, и 16 схема подготавливается к циклу измерения. В первый такт на преобразователь 8 "напряжение-код", через переключатель 7 поступает высокочастотная составляющая ВСоэщй х соЖТ 111,выходного сигнала датчика Холла 1, Она выделяет ся форми рователем 6 и через переключатель 16 поступает на синхронный детектор 14, где преобразуется в постоянное напряжение. Код Н,1 выходного регистра преобразователя 8 "напряжение-код") соответствующий измеряемой магнитной индукции переменного магнитного поля В , переписывается в делительное устройство 0М, = Б К 11 И В 11 К 2 К У5 8859 где К - коэффициент преобразованияформирователя высокочастотной составляющей,К - коэффициент преобразованиясинхронного детектора, 5К- коэффициент преобразованияпреобразователя "напряжениекод".Во второй такт коммутации на преобразователь 8 "напряжение-кодг через 1 о переключатель 7 поступает низкочастотная составляющая Вдсож 15 выходного сигнала датчика Холла 1. Она выделяется формирователем 5 и преобразуется синхронным детектором 13 в постоянное напряжение. Код йвыходного регистра преобразователя 8 "нап" ряжение-код", соответствующий индукции дополнительного магнитного поля Вдоп, переписывается в делительное устройство 10. й= 5 Т 1 ВАОПК 4 ККЗде К- коэФфициент преобразованияформирователя низкочастотнойсоставляющей;К - коэффициент преобразованиясинхронного детектора.При поступлении управляющего сигнала схемы 12 устройство 10 соверша ет операцию деления числа й на число й. Результат деления при К = К . будетКК 2 КЪ иут) Ви К 4Из последнего выражения видно, что устройство деления 10 зафиксирует в виде статического кода число импульсов, пропорциональное измеряемой ин- щ дукции магнитного поля В и не зависит от нестабильности тока питания датчика, параметров датчика и коэффициентов преобразования схемы при стабильных коэффициентах преобразо" 4 вания формирователей низкочастотной и высокочастотной составляющих К 4Кд, Если значение индукции дополнительного магнитного поля ВАоп принять за единицу измерения, то результат измерения будет пропорционален измеряемой индукции переменных магнитных полей,Если цЯ. блок 20 анализа устанавливает устройство 12 управления в такое состояние, при котором процесс измерения состоит из трех тактов. Сигналом, поступающих из устройства 12 управления на блоки 8 10, 7 и 16 схема подготавливается кциклу измерения,В первый такт на преобразователь 8"напряжение-код" через переключатель 7 поступает выходной сигнал датчика Холла О = 51 псоз.(Б 4:ояес ++ ВА и). Он выделяется формирователем 6 и черезпереключатель 16 поступает на синхронный детектор 1где преобразуется в постоянное напряжение. Код й 4 выходного регистрапреобразователя 8 "напряжение-код",пропорциональный измеряемому и дополнительному магнитным полям ( ++ Э , поступает на реверсивныйсчетчик 9, считающий в прямом направлении" = (Вв Вдоп) %лКРЗВо второй такт коммутации йадатчик 1 Холла действует только измеряемое ма гн ит ное поле В = В со яюйтак как устройство 12 управления отключает стабилизатор постоянного тока М. Выходной сигнал датчика Холла 1 через переключатель 7 поступает на преобразователь 8 "напряжениекод" . Код Н выходного регистра преобразователя 8 "напряжение-код",соответствующий индукции измеряемогомагнитного поля В поступает на реверсивный счетчик 9, считаоций в обратном направлении 8=144-4=(Вт, + В ) 5 т КК 4 23 и АР КлК 2 К 3 В третий такт коммутации выходной сигнал датчика 1 Холла В соьйй 1 и 5 х созйй выделенный формирователем 6, поступает на амплитудный детектор 15. Выходной сигнал амплитудного детектора 15, пропорциональный измеряемому магнитному полю Всозе через переключатель 16 поступает на синхронный детектор 14. Этот сигнал преобразуется в постоянное напряжение и через переключатель 7 поступает на преобразователь "напряжение-код" 8. Код М выходного регистра преобразователя 8 "напряжение-код" равен ЙВ 1,К 4 КККи 5где К- коэффициент преобразования амплитудного детектора. При поступлении управляющего сигнала устройства 12 на входы делительного устройства 10 поступаеткод Нас преобразователя 8 напряжение-код" и код Ис реверсивного885941 25 формула изобретения 7счетчика 9Результат деления М . равен Из последнего выражения видно, что устройство деления 10 зафиксирует в виде статического кода число импульсов, пропорциональное измеряемой индукции переменного магнитного поля В и не зависит от нестабильности тока питания датчика и коэффициента преобразования схемы-при стабильном коэффициенте преобразова-, ния. К амплитудного детектора 15.В зависимости от частоты Юизмеряемой магнитной индукции В = В:оз(бй определяемой измерителем 18, изме" ритель 22 поддиапазона выдает команд" ный сигнал на управляющий триггер 23. Если частота измеряемой индукции со, меньше граничной частоты Й. формирователя 21, измеритель 22 поддиапазона устанавливает триггер 23 в нулевое состояние. При этом частота. источника питания датчика Холла будет Й 917 Й.гр . При увеличении частоты измеряемой индукции в момент когда М станет больше Я. измеритель 22 поддиапаэона выдает управляющий сигнал на единичный вход триггера 23, Последний подключает к источнику 2 переменного тока частотно- зависимый элемент 24, При этом измеряется частота источника 2 питания. Частота источника 2 Йй ТакимР образом, независимо от частоты изме" рявмой индукции Ж , частота источника питания датчика Холла всегда будетна несколько порядков отличаться отчастоты измеряемой индукции свт .е.глубина модуляции всегда будет достаточной для выделения полезного сигнала с высокой точностью. 8Использование новых элементовформирователя граничной частоты измерителя поддиапазона и частотнозависимого элемента выгодно отличаетпредлагаемое устройство для измерения переменной магнитной индукции отизвестного,так как позволяет полностью исключить мультипликативную погрешность обусловленную нестабильно 1 р стью параметров датчика Холла, токапитания и электрических параметровсхемы во всем частотном диапазоне измеряемой магнит ной индукции 0 ЩЮбгде Юб- верхняя граничная частотадиапазона измеряемой магнитной индукции. В этом случае отпадает необходимость в изготовлении высокостабильных источников питания датчика Холлаи термостабилизации датчиков Холла.Это приводит к уменьшению габаритовизмерительного зонда, что позволяетпроводить измерение переменных магнитных полей в узких зазорах. Устройство для измерения переменной магнитной индукции по авт. св.Р 811161, о т л и ч"а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точностиизмерения, в него дополнительно введены последовательно соединенные формирователь граничной частоты, измеритель поддиапазона, .управляющий триггер и частотнозависимый элемент, вы-"ход которого подключен ко входу источника переменного тока, а второйвход измерителя поддиапазона подклю-,чен к выходу измерителя частоты, ао Источники информации,принятые во внимание при экспертизе.1. Авторское свидетельство СССРй 811161, кл. О 01 Р 33/06 19798859 ч 1Составитель Е.ДанилинаРедактор И,Тыкей Техред З.фанта Корректор Г.РешетникЗаказ 10537/67 Тираж 735 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. М 5 филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,