Цифровой измеритель магнитной индукции

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) 111) 33 02 51)5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ о СССР 1970.РИТЕЛЬ МАГК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕНИТНОЙ ИНДУКЦИИ(57) Изобретение относится к магнитнымизмерениям и может быть использовано дляпрецизионного измерения в широком диапазоне постоянных магнитных полей. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет коррекции суммарного результата двух тактов измерения. Достигается это введением счетчика 14, элементов И 8, 11, блока 9 управления, элемента 6. Устройство также содержит датчик Холла 1, переключатель 2, источник питания 3, синхронный детектор 4, преобразователь 5 напряжение - временной интервал, реверсивный счетчик 7, блок 12 управления линеаризацией, логический блок 13 добавления и вычитания импульсов, двоично-десятичный дешифратор 16, цифровой индикатор 16. 1 з. и. ф-лы, 2 ил.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне постоянных магнитных полей,Целью изобретения является повышение точности измерения за счет коррекции суммарного результата двух тактов измерения.На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого цифрового измерителя магнитной индукции; на фиг. 2 - временные диаграммы работы блока управления.Цифровой измеритель магнитной индукции состоит из датчика Холла 1, переключателя 2, источника 3 питания, синхронного детектора 4, преобразователя 5 напряжение - временнсй интервал, элемента ИЛИ 6, реверсивного счетчика 7, элемента И 8, блока 9 управления, триггера 10, элемента И 11, блока 12 управления линеаризацией, логи ческого блока 13 добавления и вычитания импульсов, дополнительного счетчика 14, дво и чно-десятичного деш ифратора 15 и цифрового индикатора 6,Блок 9 управления состоит из генератора импульсов, счетчика, дешифратора и схемы управления операцией, включающей схемы И и триггеры.Токовые электроды датчика Холла 1 соединены с входами переключателя 2. Потенциальные электроды датчика Холла 1 соединены с входами от переключателя 2. Выходы последнего соединены с сигнальными выходами источника 3 питания, Выходы переключателя 2 соединены с сигнальным входом синхронного детектора 4. Управляющий выход источника 3 питания соединен с управляющим входом синхронного детектора 4. Выход синхронного детектора 4 соединен с входом преобразователя 5 напряжение - временной интервал и первым входом блока 9 управления. Выход счетных импульсов преобразователя 5 напряжение - временной интервал соединен с первым входом элемента ИЛИ 6. Второй вход элемента ИЛИ 6 соединен с выходом элемента И 11 и счетными входами блока 12 управления линеаризацией и логического блока 13 добавления и вычитания им пульсов. Выход тактовых импульсов преобразователя 5 напряжение - временной интервал соединен с первым входом элемента И 11. Выход элемента ИЛИ 6 соединен со счетным входом реверсивного счетчика 7. Выход реверсивного счетчика 7 соединен с первым входом элемента И 8 и вторым входом блока 9 управления. Выход элемента И 8 соединен с единичным входом триггера 1 О,.выход которого соединен с вторым входом элемента И 11. Выход добавления импульсов блока управления линеаризацией соединен с входом добавления импульсов логического блока 13 добавления и вычитания импульсов.Выход вычитания импульсов блока управления линеаризацией соединен с входом вычитания импульсов логического блока 13 добавления и вычитания импульсов. Управляющий вход блока 12 управления линеаризацией соединен с выходом дополнительного счетчика и сигнальным входом двоичнодесятичного дешифратора5, выход которого подключен к цифровому индикатору 16.Первый выход блока 9 управления соединен с управляющим входом переключателя 2. Второй выход блока 9 управления соединен с запускающим входом преобразователя 5 напряжение - временной интервал. Третий выход блока 9 управления соединен с вторым входом элемента И 8 и третьим входом элемента И 11. Четвертый выход блока 9 управления соединен с установочным (нулевым) входом реверсивного счетчика 7, нулевым входом триггера 10, установочным (нулевым) входом дополнительного счетчика 14 и установочным входом блока 12 управления линеаризацией. Пятый выход блока 9 управления соединен с управляющим входом двоично-десятичного дешифратора 15.,1.1 естой выход блока 9 управления соединен с входом реверса реверсивного счетчика 7. Генератор 17 импульсов через счетчик 8 соединен с входом дешифратора 19, выходы которого с первого по пятый соответственно соединены с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым выходами блока 9 управления. Четвертый выход дешифратора 19 соединен с первым нулевым входом триггера 20 и нулевым входом триггера 21., Шестой выход дешифратора 19 соединен с первым входом элемента И 22. Седьмой выход дешифратора 19 соединен с первыми входами элементов И 23 и 24. Восьмой выход дешифратора соединен с единичным входом триггера 20. Выход элемента И 22 соединен с единичным входом триггера 21, выход которого соединен с вторым входом элемента И 23. Выход последнего соединен со счетным входом триггера 20, Третий вход элемента И 23 соединен с вторым входом элемента И 22 и первым входом блока 9 управления. Выход элемента И 24 соединен с вторым нулевым входом триггера 20. Второй вход элемента И 24 соединен с вторым входом блока 9 управления. К неизменяющимся управляющим сигналам относятся следующие.Сигнал, поступающий на управляющий вход переключателя 2. По этому сигналу в первом такте измерения первая пара противоположных электродов датчика Холлачерез переключатель 2 подключается к синхронному детектору 4, вторая пара противоположных электродов датчика Холла 1 через переключатель 2 подключается к источнику 3 питания. Во втором такте первая пара противоположных электродов датчика Холла 1 через переключатель 2 подключается к источнику 3 питания, а вторая пара противо 1629886положных электродов датчика - к синхронному детектору 4. При таком подключении(/и (/г - выходные напряжения датчика Холла после переключателя в первом и втором тактах.Сигнал, поступающий на запускающий вход преобразователя 5 напряжение - временной интервал. По этому сигналу начинается преобразование аналогового входного сигнала в пропорциональное число импульсов.Сигнал, поступающий на управляющий вход элементов И 8 и 11. По этому сигналу происходит срабатывание этих элементов.Сигнал, поступающий на установочный нулевой вход реверсивного счетчика 7, установочный нулевой вход дополнительного счетчика 14, нулевой вход триггера 10 и установочный вход блока 12 управления линеаризаций.Сигнал, поступающий на управляющий вход двоично-десятичного дешифратора 15, По этому сигналу производится считывание результата измерения цифровым индикатором 16 после второго такта измерения.Для выделения сигналов первого и второго тактов и сигнала, изменяющего состояние триггера 20 реверса после двух тактов измерения, необходимых для работы блока 25 управления операцией, дешифратор 19 формирует соответствующие управляющие сигналы.К изменяющимся управляющим сигналам относится сигнал, поступающий на вход реверса реверсивного счетчика 7, изменяющий направление счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте измерения и при переписи кода из реверсивного счетчика 7 в дополнительный счетчик 14 и формируемый блоком 25 управления операцией по сигналам, поступающим на его входы.Измеритель оаботает следующим образом.В первом такте реверсивный счетчик 7 всегда работает на сложение, направление счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте зависит от следующих условий работы.При 1)Зи , +В или - В на вход реверса реверсивного счетчика 7 поступает управляющий сигнал, который не изменяет направления счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте, т. е, реверсивный счетчик 7 в оба такта работает на сложение.При 1,(Г 4и - В на вход реверса реверсивного счетчика 7 поступает управляющий сигнал, который дважды изменяет направление счета в реверсивном счетчике 7, т. е. реверсивный счетчик 7 в первом такте работает на сложение, а во втором сначала работает на вычитание, а потом на сложение. На сложение он начинает работать в тот момент, когда кол в реверсивном счетчике 7 станет равным нулю (на входе блока 9 управления).При переписи кол,а из реверсивного счетчика 7 в дополнительный счетчик 14 ревер. сивный счетчик 7 работает на вычитание.Условие 1,)С/и К,опрелеляется блоком 25 управления операцией по сигналу на выходе синхронного летектора 4 в обоих тактах измерения.При )Ц,эполярность выходного сигнала синхронного детектора 4 в обоих тактах измерения одинакова: ( - ,- ) при +В и (+, +) при - В. При олинаковых полярностях выхолного сигнала синхронного детектора 4 в обоих тактах блок 25 управления операцией во втором гакте не вырабатывает управляющий сигнал, изменяющий направление счета в реверсивном счетчике 7,При 4полярность выходных сигналов синхронного детектора 4 независимо от направления магнитной индукции +В или - В в обоих тактах будет ( - , +). Г 1 ри изменении полярности выхолного сигнала синхронного детектора 4 с-в первом такте на + во втором такте блок 25 управления операцией изменяет направление счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте измерения.При условии 7 "Тн,и - В блок 25 управления операцией дважды изменяет направление счета в реверсивном счетчике г во втором такте измерения. Сначала блок 25 управления операцией по полярности выходных сигналов синхронного детектора 4 в обоих тактах измерения изменяет направление счета в реверсивном счетчике 7. Во втором такте он работает на вычитание. Когда число в реверсивном счетчике 7 станет равным нулю, блок 25 управления операцией снова изменяет направление счета в реверсивном счетчике 7. Он начинает работать на сложение.Работа предлагаемого измерителя происходит в три такта измерения. В первых лвух тактах происходит измерение выхолных сигналов датчика Холла 1 с противоположных пар электродов, а в третьем такте осуществляется линеаризация результата измерения.Сигналом начальной установки, поступающим с выхода блока управления, в нулевое состояние устанавливаются реверсивный счетчик 7, триггер 10, дополнительный счетчик 14, блок 2 управления линеаризации и триггеры 21 и 20. С выхода блока 9 управления на шину реверса реверсивного счетчика 7 поступает такой управляемый сигнал, по которому реверсивный счетчик 7 работает на сложение.В первом такте измерения выхолной сигнал датчика Холла 1 (/=+(, - (/н. Такое значение выходного сигнала датчика Хол 16298865 1 О 15 20 25 ла 1 обусловлено тем, что управляющий сигнал на выходе блока 9 управления всегда в первом такте подключает первую пару противоположных электродов датчика Холла 1 к входу синхронного детектора 4, а через вторую пару противоположных электродов датчика Холла 1 протекает ток от источника 3 питания. Выходной сигнал датчика Холла 1 и 1==+/, - и/эчеРез пеРеключатель 2 и синхронный детектор 4 поступает на преобразователь 5 напряжение - временной интервал.Результат преобразования в виде импульсовпоступает через элемент ИЛИ 6 на реверсивный счетчик 7, считающий в прямом направлении х 1=/А+ иэ К 1 кг,В конце первого такта измерения блок 9управления коммутирует переключатель 2.Во втором такте измерения выходной сигналдатчика Холла 1 и =.4-/+ (4,. Это напряжение поступает через синхронный детектор 4 на преобразователь 5 напряжение -временной интервал,с которого напряжениеиг, преобразованное в число импульсов,поступает через элемент ИЛИ 6 на реверсивный счетчик 7: Л,=/-+бонэ К 1 КгВ реверсивном счетчике 7 в зависимостиот соотношения ц и идэпроизводитсясуммирование или вычитание результатовкодирования двух тактов. Информация о виде операции во втором такте выделяетсяс помощью синхронного детектора 4. Блок 25управления операцией в зависимости от состояния синхронного детектора 4 в обоихтактах измерения выдает определенный командный сигнал на реверсивный счетчик 7.Когда /,) ию , производится суммирова 11 ие результатов кодирования двух тактов,а при Ц(И 1 в- их вычитание.1 сть +В, и 1= - /к - иу/э, иг= - /х+4 эр1)И э . В первом такте выходной сигналс 1 гнхронного детектора 4 (фиг. 2) отрицательный и является запрещающим для элементов И 22 и 23. При постуг 1 лении управ 1 яющего сигнала с выхода на элемент И 22он не срабатывает, поскопьку на его второйвход поступает запрещающий потенциалс выхода синхронного детектора 4. Такимооразом, состояние триггера 21 не изменяется, и он выдает разрешающий потенциална элемент И 23. При поступлении управляющего сигнала с выхода во втором тактеизмерения элемент И 23 не срабатывает,поскольку во втором такте измерения на негос выхода синхронного детектора 4 поступаетзапрещающий потенциал. Поэтому во втором такте измерения состояние триггера 20не изменяется и реверсивный счетчик 7 вовтором такте работает на сложение,В результате в реверсивном счетчике 7после второго такта находится суммарныйрезультат, пропорциональный ЭДС Холла:,=-.К 1+,г=/,+и. К Кг+/, -- Сиэ К 1 Кг=2 К 1 К / 30 35 40 45 50 55 Пусть +В, и 1 - 1 Инэ, иг / + +инэ, /х)(иэ . В первом такте выходной сигнал. синхронного детектора 4 (фиг. 2) отрицательный и является запрещающим для элементов И 22 и 23. При поступлении управляющего сигнала с выхода на элемент И 22 он не срабатывает, поскольку на его второй вход поступает запрещающий потенциал с выхода синхронного детектора 4. Таким образом, состояние триггера 21 не изменяется, и он выдает разрешающий потенциал на элемент И 23. При поступлении управляющего сигнала с выхода во втором такте измерения элемент И 23 срабатывает, поскольку во втором такте измерения не поступает разрешающий потенциал с выхода синхронного детектора 4. Выходной сигнал элемента И 23 поступает на счетный вход триггера 20 и изменяет его состояние. Поэтому во втором такте реверсивный счетчик 7 работает на вычитание. В результате в реверсивном счетчике 7 после второго такта находится суммарный результат, пропорциональный ЭДС Холла:.11, =Л 1 - 12= /х+ инэК 1 К 2- ииэ - /. К 1 Кг=2 К 1 Кг/Пусть - В, и 1=+/., - инз, иг=+/х+ +инэ, /.)Юнэ . В первом такте выходной сигнал синхронного детектора 4 (фиг. 2) положительный и является разрешающим для элементов И 22 и 23. При поступлении управляющего сигнала на элемент И 22 он срабатывает и выдает сигнал на единичный вход триггера 2. Триггер 21 переходит в единичное состояние и выдает запрещающий потенциал на элемент И 23. При поступлении управляющего сигнала во втором такте измерения элемент И 23 не срабатывает, поскольку на него поступает запрещающий потенциал с триггера 2. Поэтому во втором такте измерения состояние триггера 20 не изменяется, и реверсивный счетчик 7 во втором такте работает на сложение.В результате в реверсивном счетчике 7 после второго такта находится суммарный результат, пропорциональный Э/дС Холла:Л =.Х 1+ 1 Ъ 2= /х ИЯК Кг++/,+и к 1 к =2 к 1 к /,Пусть - В, и 1=/, - Ииэ, и.=/,+инэ, / ( (ифу, В первом такте выходной сигнал синхронного детектора 4 (фиг. 2) отрицательный и является запрещающим для элементов И 22 и 23. При поступлении управляющего сигнала с выхода на элемент И 22 он не срабатывает, поскольку на его второй вход поступает запрещающий потенциал с выхода синхронного детектора 4, Таким образом, состояние триггера 21 не изменяется и он выдает разрешающий потенциал на элемент И 23, При поступлении управляющего сигнала во втором такте измерения элемент И 23 срабатывает, поскольку во втором такте измерения на него поступает разрешающий потенциал с выхода синхрон 1629886 1020 Формула изобретения 45 50 55 ного детектора 4. Выходной сигнал элемента И 23 поступает на счетный вход триггера 20 и изменяет его состояние. Поэтому во втором такте измерения реверсивный счетчик 7 сигнала работает на вычитание.Когда число в реверсивном счетчике 7 станет равным нулю, срабатывает элемент И 24, на вход которого поступает код реверсивного счетчика 7. Выходной сигнал элемента И 24 во втором такте измерения поступает на нулевой вход триггера 20 и переводит его в нулевое состояние. Поэтому ре. версивный счетчик 7 начинает работать на сложение.В результате после второго такта в реверсивном счетчике 7 находится суммарный результат, пропорциональный ЭДС Холла:А 2=К К 21(4 +Ц=К К 21 Бнэ - 1,+2 Ц= = К К 21 Ун - 1,1+2 К К 21 Ц;М =Юн - КК 21 Инэ - Ц+2 КК 21 Ц= =Кг К 21 ц - Ц - К К 1 ь - г 1+ +2 К К 211 х 1=2 КК 2(лБлок линеаризации осуществляет коррекцию нелинейности характеристики датчика Холла, функция коррекции которого имеет три участка линеаризации, которые обеспечивают заданную точность измерения. Границы участков линеаризации Ли Л(Й и %2 - количество импульсов, пропорциональное измеряемой магнитной индукции) выбраны таким образом, чтобы на первом участке линеаризации (0(А;(% ), где производится добавление импульсов в число- импульсный код преобразователя 5 напряжение - временной интервал, к каждой группе из и последовательных импульсов добавляется один импульс. На втором участке линеаризации (Л(А,(А 2) выходной число-импульсный код преобразователя 5 напряжение - временной интервал не изменяется. На третьем участке (Ю 2(Н;сНнои), где производится вычитание импульсов из число-импульсного кода преобразователя 5 напряжение - временной интервал, в каждой группе из п последовательных импульсов вычитается один импульс. 1. Цифровой измеритель магнитной индукции, содержащий последовательно соединенные датчик Холла, переключатель, синхронный детектор и преобразователь напряжение - временной интервал, а также реверсивный счетчик, блок управления линеаризацией, логический блок добавления и вычитания импульсов, двоично-десятичный дешифратор и цифровой индикатор, выход двоично-десятичного дешифратора соединен с цифровым индикатором, счетный вход блока управления линеаризацией соединен со счетным входом логического блока добавления и вычитания импульсов, вход добавления импульсов и вход вычитания импульсов логического блока добавления и вычита 10 15 25 30 35 40 ния импульсов соответственно соединены с соответствующими выходами блока управления линеаризацией, установочный вход блока управления линеаризацией соединен с установочными входами реверсивного счетчика, источник питания соединен с переключателем, а управляющий выход источника питания - с управляющим входом синхронного детектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены дополнительный счетчик, лва элемента И, триггер, блок управления и элемент ИЛИ, включенный между выходом счетных импульсов преобразователя напряжение - временной интервал и счетным входом реверсивного счетчика, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой выходы блока управления соответственно соединены с управляющим входом переключателя, запускающим входом преобразователя напряжение - временной интервал, первыми входами первого и второго элементов И, с нулевыми входами реверсивного счетчика и первого триггера, с управляющим входом двоично-десятичного дешифратора, с входом реверса реверсивного счетчика, первый и второй входы блока управления соответственно соединены с выходом синхронного детектора и выходом реверсивного счетчика, выход тактовых импульсов преобразователя напряжение временной интервал соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ и счетным входом логического блока добавления и вычитания импульсов, третий вход первого элемента И соединен с выходом первого триггера, единичный вход которого соединен с выходом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, управляющий вход блока управления линеаризацией соединен с выходом дополнительного счетчика, нулевой вход дополнительного счетчика соединен с нулевым вхолом реверсивного счетчика, а счетный вход дополнительного счетчика соединен с вывхолом логического блока добавления и вычитания импульсов.2. Измеритель по п. 1, оглицающийся тем, что блок управления выполнен в виде генератора импульсов, счетчика, лешифратора и блока управления операцией, включающего триггер реверса, триггер и три элемента И, приэтом генератор импульсов через счетчик соединен с входом дешифратора, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой выходы которого соответственно соединены с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым выходами блока управления, с единичным входом триггера реверса, с первыми входами первого и второго элементов И, с первым входом третьего элемента И, четвертый выход лешифратора соединен с первым нулевым входом триггера реверса и нулевым вхолом триггера, елинич629886 и итель В. Велиравчук Состав Техред А. К Тираж 421 митета по ва, Ж - 3 ий комбина кин Коррек Подпис и открь н аб.,. Ужгор Редактор О. ЮрковецкаяЗаказ 438Н И И Г И Госуда рствен ного к113035, МоПроизводственно-издательс ор О. Ципленоетиям при ГКНТ СС4(5д, ул. Гагарина,0 изобретениям 5, Раушская т Патент,ный вход которого соединен с выходом третьего элемента И, второй вход которого соединен с первым входом блока управления, вторым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с выходом триггера, выход второго элемента И соединен со счетным 20 18 гз Ж21 гг 19 27 Ф -- 2 входом триггера реверса, выход которого соединен с шестым выходом блока управления, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого 5 соединен с вторым нулевым входом триггерареверса.