Устройство для измерения индукции переменного магнитного поля

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ЗО ИОАН ЕТЕ У ТЕЛЬ едов мери агнитнрияи Р973. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ К АВТОРСКОМУ С(71) Всесоюзный научно-исслтельский институт электронтельных приборов(54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНДУКЦИИ ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГОПОЛЯ, содержащее последовательносоединенные генератор прямоугольныхимпульсов, преобразователь Холла,широкополосный усилитель, выходкоторого подключен к входам первого и второго ключей, выходы которыхподключены к первому и второму входам счетно-решающего блока, первыйи второй выходы которого через первый и второй управляемые блоки запоминания подключены к третьемуи четвертому входам счетно-решающего блока, а третий выход счетнорешающего блока подсоединен к третьему ключу, и регистрирующий блок,при этом управляющие входы первогои второго ключей и управляемых блоков запоминания подключены к второму выходу генератора прямоугольных импульсов непосредственно, ауправляющий вход третьего ключачерез блок задержки, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерении, в негодополнительно введены четвертый ипятый ключи, устройство задержки,управляемое устройство задержки,двухвходовый сумматор, выпрямительи блок сравнения, причем выход первого из ключей через устройство задержки, а второго через управляемоеустойство задержки подсоединенык первому и второму входам двухвходового сумматора, выход которогоодновременно подсоединен к входучетвертого ключа и через последовательно соединенные первый выпрямитель и пятый ключ - к одному извходов блока сравнения, к другомувходу которого подсоединен выходтретьего ключа, выход блока сравнения одновременно, подсоединен квходам управления управляемого устройства задержки и четвертого ключавыход которого подключен к регистрирующему блоку, а управляюаийвход пятого ключа - к выходу блоказадержки,2. Устройство по п.1, о т л и - ч ающе е с я тем, что счетно- решающий блок выполнен в виде вто рого и третьего выпрямителей, первого и второго квадраторов, второго сумматора и блока извлечения квадратного корня, при этом второй выпрямитель и первый квадратор сое" динены последовательно, третий выпрямитель и второй квадратор также соединены последовательно, входы второго и третьего выпрямителей соединены с первым и вторым входами счетно-решающего блока, выходы первого и второго квадраторов соединеныс первым и вторым выходами счетнорешающего блока, второй сумматорпоследовательно соединен с блокомиз влечения квадр атно го корня, выходкоторого соединен с третьим выходом 12 1678счетно-решающего блока, а входы второго сумматора соединены соответственно с третьим и четвертым входами счетно - решающего блока.Изобретение относится к электро-измерительной технике, в частностидля измерений магнитной индукциипеременного магнитного поля в широком диапазоне частот, и может бытьиспользовано при точечных измеренияхмагнитной индукции переменного магнитного поля,Цель изобретения - повышениеточности измерений при контролеформы кривой измеряемой магнитнойиндукцйи.На фиг,1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - временные диаграммы его работы.Первый выход генератора 1 прямоугольных импульсов через последовательно соединеннные преобразователь 2 Холла, широкополосный усилитель 3 и первый ключ 4 подсоединен к первому входу счетно-решающего блока 5. Одновременно широкополосный усилитель 3 через второйключ 6 подключен к второму входусчетно-решающего блока 5. Первыйи второй выходы счетно-решающегоблока 5 подсоединены соответственнок входам первого 7 и второго 8управляемых блоков запоминания, аих выходы - к третьему и четвертомувходам счетно-решающего блока 5,Третий выход счетно-решающего блока5 через третий ключ 9 подсоединенк первому входу блока 1 О сравнения,Одновременно выход первого ключа4 через устройство 11 задержки, авыход второго ключа 6 через управляемое устройство 12 задержки подсоединены соответственно к первомуи второму входу первого двухвходового сумматора 13. Выход первогосумматора 13 одновременно подсоединен к входу четвертого ключа 14 ичерез последовательно соединенныепервый выпрямитель 15 и пятый ключ16 - к второму входу устройства 10сравнения, Выход блока 10 сравненияодновременно подсоединен к входамуправления управляемого устройства12 задержки и четвертого ключа 14,выход которого подключен к регистрирующему блоку 17. Вторые входыпервого и второго управляемых блоков 7 и 8 запоминания, первого ивторого ключей 4 и 6 соединены совторым выходом генератора 1 прямоугольных импульсов непосредственно,а вторые входы третьего и пятогоключей 9 и 16 - через блок 8 за 51 О держки. При этом счетно-решающий 5 блок 5 содержит второй выпрямитель 19 и первый квадратор 20, третийвыпрямитель 21 и второй квадратор 22, а также второй сумматор 23 иблок 24 извлечения корня квадратного,Таким образом, выход первого ключа 4 через второй выпрямитель 19,первый квадратор 20, первый управляемый блок 7 запоминания подсоединен к первому входу сумматора 23. Выходвторого ключа 6 через третий выпрямитель 21, второй квадратор 22,второй управляемый блок 8 запоминания подсоединен к второму входу второго сумматора 23. Выход второго сумматора 23 через блок 24 извлечения 30 корня квадратного подсоединен квходу третьего ключа 9,35 40 45 Устройство работает следующим образом,Преобразователь 2 Холла возбуждается прямоугольными импульсами тока (фиг, 2 о), поступающими с генератора 1 прямоугольных импульсов. Выходное напряжение преобразователя 2 Холла усиливается широкополосным усилителем 3, в течение времени дей ствия импульса тока возбуждения (от 2, до ь ) с выхода преобразователя 2 Холла, на вход широкополосного усилителя 3 поступает напряжение О определяемое полезнымсигналом и напряжением индукционной наводки вю(2 И пс 1х вох (1 значениендукционной амплитудно напряжения наводки; амплитудно напряжения де начени х зарх Холла;нитной инд Г - частота м ции; время. В течение времени действия им пульса тока возбуждения первый ключ 4 открыт и - выходное напряжение широкополосного усилителя 3, О = КО,(К, - коэффициент усиления усилителя) поступает на,первый вход счетно-решающего блока 5 (фиг.23) . Выпрямленное вторым выпрямителем 19 напряжение иг, 2 ) цадится в квадрат первым квадратором 20, т.е. преобразуется в первый выход счетно-решающего блока 5 поступает на управляемый от генератора 1 первый управляемый блок 7 запоминания. Напряжение на выходе второго выпрямителя 19 и первого квадратора 20 присутствует только в моменты времени действия импульса тока управления преобразователем 2 Холла, т.е, только в эти моменты времени выходное напряжение первого квадратора 20 пропорционально возведенному в степень "2" сигналу, равному сумме напряжений Холла и индукционных наводок. На выходе первого управляемого блока 7 запоминания присутствует напряжение2 О, в течение всего периода работы генератора 1 (фиг,2 г ), Второй ключ б, управпяеюй от генератора 1, в течение времени действия импульса тока возбуждения закрыт. Во время отсутствия импульса тока управления широкополосным усилителем 3 усиливается только напряжение индукционных наводок ОгО р соз 2 вЕй, поступающее с выхода преобразователя 2 Холла (фиг.2),Усиленное напряжение индукционных наводок Ог=К,Ог через второй ключ 6 поступает на второй вход счетно-решающего блока45 О 1211678 45, Выпрямленное третьим выпрямителем21 (фиг.2 е) напряжение О =К,К О,возводится в квадрат вторым квадратором 22 т.е, преобразуется вг 2 г5 О 28 К 1 К Он зарх и чеРез второй выход счетно-решающего блока 5 поступает на управляемый от генератора 1второй управляемяй блок 8 запоминания, Напряжение на выходе, третьеговыпрямителя 21 и второго квадратора22 присутствует только в моментыотсутствия импульса тока возбуждения преобразователя 2 Холла, т.е.только в эти моменты времени выходное напряжение второго квадратора22 пропорционально возведенномув степень 2" напряжению индукционных наводок. На выходе второго бло 2ка 8 запоминания напряжение28присутствует в течение всего периодагенератора 1 (фиг.2 ж ) . Первыйуправляемый блок 7 запоминания приводится в нулевое состояние переднимфронтом импульса тока генератора 1,а второй управляемый блок 8 запоминания - задним фронтом. Выходныенапряжения управляемых блоков 7 и8 поступают соответственно на третий и четвертый входы счетно-решающего блока 5 (на входы второго сумматора 23). Во втором сумматоре 23формируется разность напряжений,поступающих на его два входа свыходов блоков запоминания ОК К,О,р. Из этой разности блоком24 извлечения корня квадратного извлекается квадратный корень, в результате чего на выходе блока 24формируется напряжение40Оч=К 1 К Ох щахК 1 Впзахэ (2)где В- амплитудное значениеизмеряемой магнитнойиндукции;6 - коэффициент передачипреобразователя Холла,пропорциональное толькоизмеряемой магнитной индукции (фиг. 2 ),По окончании переходного процеск третьему выходу счетно-решающего блока 5 третьим ключом 9, управляемым от генератора 1 прямоугольных импульсов через блок 18 задержки, подключается первый вход блока 10сравнения, Время задержки выбирается из условияЭ ь, где .д вре,мя переходного процесса;- времязадержки блока 18 задержки. Блок1 О сравнения подключается на времяг,а л(Фиг 2 )Одновременно в моменты действия импульса тока управления, когда5первый ключ 4 открыт, переменноенапряжение Очерез устройство 11задержки поступает на вход первогосумматора 13. Устройство 11 задержкиосуществляет задержку напряжения 010на время, равное длительности импульса тока управления (Фиг.2),Это вызвано тем, что напряжение О.пропорциональное сумме полезногосигнала и индукционной наводке, а 15 , напряжение О , пропорциональное только напряжению индукционной наводки, присутствуют на выходе преобразователя 2 Холла и широкополосного усилителя 3 в разные моменты 20 времени. Время задержки устройства 11 задержки равно времени дли тельности импульса тока управления.25В паузу, когда ток управления преобразователя 2 Холла отсутствует, первый ключ 4 закрыт, второй ключ б открыт и управляемым устройством12 задержки осуществляется задержка (сдвиг) напряжения Ог , Необходимость управляемого устройства 12 задержки объясняется следующими причинами. В связи с тем, что напряжение индукционных наводок 0 (О ) сдвинуто отнсиельно35г. лезного сигнала на угол 1/2, а значение Ог(бг ) зависит от частоты измеряемой магйитной индукции, то фазовый сдвиг х между суммарным40 напряжением, определяемым индукционной наводкой и полезным сигналом 0 (0 ), и напряжением индукционной наводки 0 (О ) не равен 7/2 и зависит от частоты измеряемой магнит 45 ной индукции. Следовательно, для вычитания переменного напряжения, пропорционального индукционной наводке из суммарного переменного напряжения, должен быть обеспечен сдвиг на угол Ч . Только в этом случае может быть обеспечено уменьшение влияния индукционной наводки на результаты измерений. Но сдвиг этот, как сказано выше непостоянен, Компенсация этого сдвига, т.еоб" ратный сдвиг, осуществляется управляемым устройством 12 задержки и напряжение Ог приходит к виду,изображенному на фиг, 2 и напряжение 0 гПервым сумматором 13 напряжения О и Ог суммируются (вычитаются)1 и суммарное напряжение О через первый выпрямитель 15 (фиг. 2 м) и пятый ключ 16 поступает навторой вход блока 1 О сравнения (Фиг. 2) .В том случае, если значения напряжений (фиг. 2 и фиг, 2 н ) на двух входах блока 10 отличны друг от друга (это означает, что в выходном напряжении сумматора 13 присутствует напряжение индукционных наводок) блок 10 сравнения вырабатывает сигнал, под действием которого время задержки управляемого устрой ства 12 задержки изменяется до тех пор, пока не будет обеспечено равенство входных напряжений блока 10 сравнения. Учитывая указанные требования к коэффициентам передачи выпрямителей 15, 19 и 21, устрой ствам 11 и 12 задержки, сумматору 13, равенство входных напряжений сравнивающего устройства (устройства сравнения) 10 будет тогда, когда будет выполняться равенствоагсая -Ох хххххгде 1 - время задержки управляе3мого устройства задержки;Только при выполнении указанных требований к устройствам 11 и 12 задержки, сумматору 13, выпрямите лям 15, 19 и 21 установившееся состояние равновесия (равенство между входными сигналами сравнивающего устройства) будет соответствовать требуемому значению угла (,Учитывая тот Факт, что значение 0 при прочих равных условиях возрастает пропорционалЬно частоте измеряемой магнитной индукции, то в случае, если измеряемая магнитная индукция имеет сложную Форму кривой, для высших гармонических составляющих управляемое устройство задержки, при прочих равных условиях должно обеспечивать больший эквивалентный Фазовый сдвиг, в данном случае это необходимое условие выполняется,ибо при неизменном (установившемся, после уравновешивания) значениевремени задержки й, увеличение частоты И приводит к увеличениюэквивалентного фазового сдвигасогласночьЯО н пад .ЙузРавенство агсСдЯ"х такпри наличии высших гармоническихсоставляющих выполняется приближенно.Он пимОднако при -,0,3 равенствох щахвыполняется с погрешностью не более(2" 3)Х, Таким образом, предлагаемоеустройство уменьшает погрешностьне менее, чем в 10 раз даже приизменении магнитной индукции присложной форме кривой.Равенство входных напряжений навходе сравнивающего устройства соответствует отсутствию напряжения индукционных наводок в выходном напряжении первого сумматора 13,т.е. соответствует тому, что мгновенные значения выходного напряжения пропорциональны мгновенным значениям измеряемой магнитной индукции. В это время четвертый ключ 14, управ О ляемый сигнапом, поступающим с блока10 сравнения подключает к выходу первого сумматора 13 регистрирующий блок 17. Следовательно, на вход регистрирующего блока 17 поступает 15 напряжение, мгновенное значениекоторого пропорционально мгновенному значению измеряемой магнитной индукции.