Устройство для измерения градиента индукции магнитного поля

.ЯО 1322210 04 С 01 К 33/ ВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ГОСУД АРСПО ДЕЛ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СТВУ ТОРСКОМЪ( СВИ змерениией и град датчик ве. Дл ройств ческий провод 2 ктронный/02, 1983.во СССР02, 1983. строиств зистор или 4 постоянн лого-цифро цифровой в управления 6.1 и 6.2, рователь 6 6.5, генер лебаний, и редели ый клю й част ро то(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГРАДИЕНТА ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ(57) Изобретение может быть использовано при измерении величины индукции неоднородного постоянного магнитного поля, а также при измерении величины его градиента. Целью изобретения является повышение точности при еоднородных магнитных поиентов с помощью одного еремещаемого в пространстстижения этой цели в устполнительно введены вибронесущей платформой 3, элелюч 5 и блок 6 управления. также содержит магниторедатчик Холла 1, источник ого тока, усилитель 7, анавой преобразователь 8 и ычислительный блок 9. Блок 6 содержит мультиплексоры фазовращатель 6.3, форми- .4 адреса, электронный ключ атор 6.6 синусоидальньж ко- с мпульсный генератор 6.7, тель 6.8 импульсов, электч 6.9 и генератор 6.10 такоты. 3 ил.1322210 1 Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано при измерении величины индукции неоднородного постоянного магнитного поля, а также при измерении величины ее градиента.Цель изобретения - повышение точности при измерении неоднородных магнитных полей и градиентов с помощью одного датчика перемещаемого в прост- О ранстве.На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 и 3 - диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство содержит плоскопарал лельный магниточувствительный элемент 1, например магниторезистор или датчик Холла, шириной с и длиной 1, вибропривод 2 с несущей платформой 3, источник 4 постоянного тока, элект ронный ключ 5, блок 6 управления, содержащий, например, два демультиплексора 6.1 и 6.2, фазовращатель 6.3, формирователь 6.4 адреса, электронный ключ 6.5, генератор 6.6 синусоидальных колебаний, импульсный генератор 6.7 с измеряемой длительностью и частотой следования прямоугольных импульсов, распределитель 6.8 импульсов, электронный ключ 6.9, импульсный ге- ЗО нератор 6.10 тактовой частоты, усилитель 7, аналого-цифровой преобразователь 8 и цифровой вычислительный блок 9, выход которого является выходом устройства. 35Магниточувствительный элемент 1 закреплен на несущей платформе 3 вибропривода 2, Вход первого электронного ключа 5 соединен с выходом источника 4 постоянного тока и выходом 40 магниточувствительного элемента 1. Вход управления первого электронного ключа 5 подключен к первому выходублока 6 управления, выход первогоэлектронного ключа 5 подключен к вхо ду вычислительного блока 9 через усилитель 7 и аналого-цифровой преобразователь 8, вход управления усилителя7 подключен к второму выходу блока 6 управления, третий и четвертый выходы 50 которого подключены к входам управления аналого-цифрового преобразователя 8 и цфрового вычислительного блока 9,пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы блока 6 управления подключены к 5первому, второму, третьему и четвертому управляющим входам вибропривода2, выход которого подключен к общей шине. 2Устройство работает следующим образом,Сигнал от генератора 6.6 синусоидальных колебаний блока 6 управления поступает на вход второго электронного ключа 6.5, управляемого импульсным генератором 6.7 с изменяемой длительностью и частотой следованияимпульсов. При поступлении импульсов длительностью ", (фиг.3 ) на управляющий вход электронного ключа 6. 5 он открывается и пропускает пачку питания синусоидальных импульсов пьезокерамических элементов вибропривода 2 (фиг.З и). Сформированная пачка сигналов питания пьезокерамических элементов длительностьюобусловливает величину амплитудыперемещения несущей платформы 3 вибропривода 2 в плоскости измеряемых двух компонент вектора градиента индукции магнитного поля. Одновременно сформированная пачка поступает на информационный вход второго демультиплексора 6.2 и на фазовращатель 6.3. С выхода фазовращателя Ь,З сигнал, сдвинутый по фазе на 90 , поступает на информациоонный вход первого демультиплексора 6.1. Питание пьезокерамических элементов переменным напряжением со сдвигом по фазе для каждого из пьезоэлементов необходимо для возбуждения продольных бегущих волн в пьезокерамических элементах вибропривода 2, привзаимодействии с которыми несущая платформа 3 вибпропривода 2 перемещается покоординатам Х и У. Реверсирование достигается путем изменения направления распределения волн, т,е. путем измерения подключения фаз источника питания к пьезокерамическим элементамС импульсного генератора 6.7 последовательность импульсов одновременно поступает на третий электронный ключ 6.9 и на формирователь 6.4 адреса, на выходе которого после поступления первого, второго, третьего, четвертого импульсов, длительностьюсоответственно формируются коды адреса 00, 01, 1 О, 11, которые повторяются через каждые четыре такта. При поступлении с выхода формирователя 6.4 адреса на адресную шину первого 6.1 и второго 6.2 демультиплексоров кодов адреса 00, 01, 10, 11 демультиплексоры соединяют информационный вход соответственно с пер 3 1 32,22 вым, вторым, третьим и четвертым своими выходами, Выходы первого 6.1 и второго 6.2 демультиплексоров соединены между собой так, что питающие напряжения пьезокерамических элемен 5 тов вибропривода 2 Ц, = У з 1 пмг и 11 = О з.п(эг + ) (фиг.1) на пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы блока 6 управления поступают в следующей последовательности: на пятый - седь О мой, на шестой - восьмой, на седьмой - пятый, на восьмой - шестой, что соответствует перемещению несущей платформы 3 вибропривода 2 по траекториямА В, В - С, С-+ Р, 0 А (Фиг,1), в 15 промежутках импульсов длительностьюоткрынается третий электронный ключ 6.9, пропускающий тактовые импульсы (фиг.ЗВ), поступающие от импульсного генератора 6.10 тактовой частоты на 2 О распределитель 6.8 импульсов, с выходов которого импульсы подаются на первый, второй, третий и четвертый выходы блока 6 упраления (4 ьиг.З,Э,) и поочередно управляют элект ронным ключом 5, усилителем 7, аналого-цифровым преобразователем 8 и цифровым вычислительным устройством 9 (фиг.1).Длительность положительных импульсовпропорциональна величине амплитуды а перемещения несущей платформы 3 вибропривода 2, т,е. з, н Ь устанавливается согласно величине шага перемещения магниточувствительного элемента. Длительность всех остальных импульсов и период между ними устанавливают согласно условий достижения установившегося режима после окончания переходных процессов в соответстО ,вующих цепях устройства.Скорость перемещения магниточувствительного элемента 1 с несущей платформой 3 нибропривода 2 выбирается постоянной и зависит тОлькО От ампли 45 туды синусоидальных колебаний, поступающих от генератора 6.6 синусоидальных колебаний.К магниточувствительному элементу1, например магниторезистору, шириной 5 О д и длиной 1, расположенному в интервале х х 2 оси Х и в интервале у у 1 оси У системы координат ХОУ (фиг.1 и 2) и помещенном в неоднородное постоянное магнитное поле с нек торами индукции В 2 (х) и В (у) и их градиентами Вгадх В Вгад,2 В, проложен постоянный ток, поступающий от источника 4 постоянного тока, и он=с -В (х,у) дхду ( В ), (1) ГЯ 3 1 д 1х,ч где к - чувствительность магниточувствительного элемента 1(В/Тл);Б - площадь магниточунстнительного элемента 1, н = д 1;В(х,у) - модуль индикации измеряемого неоднородного постоянного поля в плоскости ХОУ;( В 2 ) - средняя по площади н ве(ф 1личина индукции В 2 (х,у) в положении А;х , х , у, у - координаты гранейэлемента 1 в положении А(фиг.2) .В положении В (фиг.1) формируется выходное напряжение х -Ь(Ыгде ( В )7 средняя по площади Б величина индукции В 2(х, у) в положении В; амплитуда перемещения несущей платформы 3 вибропривода 2 в плоскости измеряемых двух компонент вектора градиента индукции магнитного поля,С формируется выходВ положенииное напряжение(фиг,1 и 2),где (В ) 10 4последоватепьно перемещается вместе с несущей платформой 3 вибропривода 2 по траектории А ВС -+ Э . А (фиг.1).В исходном состоянии в момент времени г (фиг.З) магниточувствительный элемент 1 с несущей платформой 3 вибропривода 2 (фиг.1) устанавливается в положении А в плоскости ХОУ оси координат. На выходе магниточунствительного элемента 1 формируется выходное напряжение(4) 5 средняя величина поплощади 8 индукцииВг(х,у) в положении 0(2)О йргали Вг. (13) Иэ выражений (4), (1) и (19) получают Выходное напряжение 1) (л) (в)Вих ф вьюсь ф (с), (ЖО В, Б в магниточувствительного элемента 1, прошедшее через первый электронный ключ 5, усилитель 7 во время нахождения его в фиксированных положениях А, В, С, Р, подается на аналого-цифровой преобразователь 8.Коэффициент передачи по напряжению усилителя 7 выбран из условия в положениях А, В, С, Р)(Ю)(с л) 1 (6) 25О " О д С помощью аналого-цифрового преобразователя 8 сигналы преобразуются в цифровые и подаются в цифровой вычислительный блок 9, работающий по 30 алгоритму, реализующему следующие выражения.Во время нахождения магниточувствительного элемента 1 в положенни В своей траектории двюкения Иэ выражений (2), (3) и (8) по- лучают Иэ выражений (3), (4) и (9) по- лучают 10 6где 1/д - коэффициент передачи цифрового вычислительного блока 9 в положениях А, В;8 гай В - амплитуда градиентахиндукции магнитногопола,Во время нахождения магниточувствительного элемента 1 в положении С своей траектории движения(8) где 1/1 - коэффициент передачи цифрво го вычислитель но го блока9 в положениях А В;Во время нахождения магниточувствительного элемента 1 в положении 0 своей траектории двюкения(9)Во время нахождения магниточувствительного элемента 1 в положении А своей траектории двюкения(у 1, у +д) ягас 1 у В, (14) Х Из выражений (11)-(14) и фиг,2 вытекает, что при использовании предложенного устройства периодически получают амплитудные оценки М -1,гад В8д 10 Мс - Сгад 3 Вг, Мп - Вгас 1 Вг иИ (2)(21М - угадВд по отношению разности пар значений, усредненных в интервалах х, -Щ х 1-л, х,1 и Г у15 У, +51 УУ +Л величин распределения амплитуд магнитных индукций. Формула изобретения Устройство для измерения градиен 20 та индукции магнитного поля, содержащее плоскопараллельный магниторезистор, источник постоянного тока, последовательно соединенные усилитель, аналого-цифровой преобразователь и цифровой вычислительный блок, о т - Л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены электронный30 ключ, блок управления и вибропривод с несущей платформой, выполненной иэ немагнитного материала, причем магниторезистор закреплен ца несущейплатформе вибропривода, а вход электронного ключа соединен с выходом источника постоянного тока и выходоммагциторезистора, вход управленияэлектронного ключа подключен к перному выходу блока управления, выходэлектронного ключа подключен к входуусилителя, вход управления которогоподключен к второму выходу блока управления, третий и четвертый выходыкоторого подключены соответственнок входам управления аналого-цифрово-го преобразователя и цифрового вычислительного блока, пятый, шестой седьмой и восьмой выходы блока управленияподключены к.первому, второму, третьему и четвертому входам управлениявибропривода, своим выходом подключенного к общей шине, при этом амплитудаперемещения несущей платформывибропривода в плоскости измеряемых,двух компонент вектора градиента индукции неоднородного постоянного магнитного поля выбирается из условияд Сс д и аут 1, где Й - ширина и 1длина магниторезистора.1322210 иаХ оставитель В.ШульгинехредЛ.Сердюкова Корректор В.Бутяга Редактор О.Головач Тираж 730 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Рау