Цифровой измеритель магнитной индукции

(5 П НИЕ И гир м изо для диах поГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ Г 1 НТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(56) Авторское свидетельство СССРФ 1404990, кл. О 01 К ЗЗ/06, 1988,(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАНОЙ ИНДУКЦИИ(57) Изобретение относится к магнитнмерениям и может быть использованпрецизионного измерения в широкопазоне индукции постоянных магнитн 1675810 А 1 БРЕТЕНИЯ 1У леи, Цель изобретения - повышение точности измерения за счет автоматической коррекции остаточного сигнала датчика Холла - достигается путем введения в блок 10 управления генератора 11 импульсов, счетчика 12, дешифратора 13, схем И 14 - 17, триггеров 18-20 и образования новых функциональных связей. Кроме того, устройство содержит датчик Холла 1, переключатель 2, синхронный детектор 4, преобразователь 5 напряжение- число импульсов, реверсивный счетчик 7, двоично-десятичный дешифратор 8, цифровой индикатор 9, источник 3 питания, элемент 6 задержки. 3 ил,Изобретение атно Ггся кЛасти маг.нитных измерений и мажет быть использО.вана для прецизионного измерения вшироком диапазоне индукции постоянныхмагнитных полей,Цельо изобретения язляется повышение точности измерения за счет автоматической коррекции остаточного сигналадатика Холла,На фиг. 1 г риведена блОк-схема предлаГаемОГО цифраваГО измерителя маГнитнайиндукции; на фиг, 2 - временные диаграммыработь Злака упраьления; на фиг. 3 - временные сигналы переменнога выходногосигнала датчика Холла после переключателя (б, г, е, з) и после ега преобразования впостояиньй синхронным детектором (в, д,ж, и).Предло: аемьв цифровой измерительмагнитной индукции (фиг, 1) состоит из датчика Холла 1, переключателя 2, источника 3питания, синхраннОГО детектора 4, преобразователя 5 напрякение-числа импульсов,элемента 6 задержки, реверсивного счетчика 7, двоична-десятичного дешифратора 8,цифрового индикатора 9 и блока 10 управления,Блок 10 управления состоит из генератора 11 импульсов счетчика 12, дешифратара 13, схем И 14-17 и триггеров 18 - 20,Токовые и потенциальные электродьдатчика Холла 1 соед,нень с входами переключателя 2. Входы Гаследкега соединеньс сигнальными выходами источника 3 питания, Выходы переключателя 2 соединены ссигнальными входамл синхроннога детектора 4. Управляющий вход переключателя 2соединен с первым выходам блока 10 управления.Выход синхронного детектора 4 соединен с сигнальным входом перобразователя5 напряжение - число импульсов и пегвцмвходом блока 10 управления, Выход счетных 5 импульсов преобразователя напрякение-число импульсов соединен сосчетным входом реверсивного счетчика 7,входом элемента 6 задеркки и вторым входом блока 10 управления. Запускающийвход преобразователя 5 напряжение- числоимпульсов соединен с вторым выходом блока 10 упралеи,Выход элемента 6 задержки соединен с третьим входом блока 10 управления. Нулевой вход реверсивного счетчика 7 саедлэн с третьим выходом блока 10 управленя;, Вход реверса реверсивного счетчика 7 соединен с четвертым выходам блока 10 угравления. Выход(параглельный кад) реверсивного с.етчика 7 соединен с с.гналььм входом двоична-десятичного децифратора 8 и четвертым входом блока управления 10,Управляющий вход двоична-десятичного дешифратора 8 соединен с пятым выходам блока 10 управления, Выход (параллельный код) двоична-десятичного дешифратора 8 соединен с входом цифроваго индикатора 9.Генератор 11 импул.сов через счетчик 12 соединен с входом дешифратора 13. Первый вцход последнего соединен с первым вцходом блока 10 управления, второй выход которого соединен с вторым выходом дешифратора 13. Третий выход дешифратора 13 соединен с третьим выходом блока 10 управления, первым нулевым входом триггера 18, нулевыми входами триггера 19 и 20. Четвертый выход дешифратора 1 соединенс пятым выходом блока 10 управления, Пятый выход дешифратара 13 соединен с первыми входами элементов И 14 и 15, Шестой выход дешифратора 13 соединен с первыми входами элементов И 16 и 17. Выход триггера 18 соединен с четвертым выходом блока 10 управления. Единичный вход триггера 18 соединен с выходом элемента И 16, второй вход которого соединен с выходом триггерат 10, Третий вход элемента И 16 соединен с выходом триггера 20, единичный входкоторого соединен с выходом элемента И 14. Второй вход элемента И 14 соединен с первым входом блока 10 управления и четвертым входом элемента И 16.Второй вход элемента И 15 соединен с вторцм входом блока 10 управления, третий вход которого соединен с вторым входом элемента И.17. Четвертый вход блока управления соединен с третьим входом элементаИ 17, выход которого соединен с вторымнулевым входом триггера 18.Блок 10 управления формирует неизменяющиеся управляющие сигналы, синхронизирующие работу всего устройства, и изменяющиеся управляющиеся сигналы,зависящие от изменяющихся условий работы., неизменяющимся управляющим сигналам относятся следующие. Сигнал,. поступающий на управляющий 21 вход переключателя 2. По этому сигналу в первый такт измерения первая пара противоположных электродов датчика Холла 1 черезпереклочатель 2 подключения к асинхрон:.-Оку детектору 4, вторая пара противополажных электродов датчика Холла 1 через переключатель 2 подключается к источнику 3 питания. Во втором такте первая парапротивоположных электродов датчика Холла 1 через переключатель 2 подключается кАсточнику 3 питания, а вторая пара г,рати 1675810воположных электродов датчика - к синхронному детектору 4. При таком подключении01 =+ ех + Онз, 02 = ." е х - Онэ,где ех - ЭДС датчика Холла; 5Онэ - напряжение неэквипотенциальности.Сигнал, поступающий на запускающийвход 22 преобразователя 5 напряжение -число импульсов. По этому сигналу начинается преобразование аналогового сигнала впропорциональное число импульсов,Сигнал, поступающий на нулевой вход23 реверсивного счетчика 7.Сигнал, поступающий на управляющий 1524 вход двоично-десятичного дешифратора8. По этому сигналу производится считыва-.ние результата измерения цифровым индикатором 9 после второго такта измерения.Для выделения сигналов первого и второго тактов дешифратор 13 формирует навыходах 25 и 25 соответствующие управляющие сигналы,К изменяющимся управляющим сигналам относится сигнал, поступающий на вход 2526 реверса реверсивного счетчика 7 и изменяющий направление счета в реверсивномсчетчике 7 во второй такт измерения по сигналам, поступающим на входы 27 - 30.В первом такыре реверсивный счетчик 7 30всегда работает на сложение. Направлениесчета в реверсивном счетчике 7 во второмтакте зависит от следующих условий работы.При 11 х 1Он 4+" В или "-" В (В магнитная индукция) на,вход 26 реверса реверсивного счетчика 7 поступает управляющийсигнал, который не изменяет направлениесчета в реверсивном счетчике 7 во второмтакте, т.е, реверсивный счетчик 7 в оба такта 40рабатает на сложение.При 1 ех 1 Онэ и "+" В на вход 26 реверса реверсивного счетчика 7 поступает управляющий сигнал, который изменяетнаправление счета в реверсивном счетчике 457 во втором такте, т.е. реверсивный счетчик7 в первом такте работает на сложение, а вовтором на вычитание,Приех 1 1 Онз и "-" В на вход 26 ревер-.са реверсивного счетчика 7 поступает управляющий сигнал который дваждыизменяет направление счета в реверсивномсчете 7 во втором такте, т.е. реверсивныйсчетчик 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 в реверсивном счетчике 7 кодстанет равным. нулю (нэ входе 29 блока 10управления). условие 1 е,1 Ониех 1 Онэопределяется блоком управления по сигналам на выходе синхронного детектора 4 в обэ такта измерения.ПриехОнэ 1 полярность выходного сигнала на выходе 27 синхронного детектора 4 в оба такта измерения одинакова ("-", "-) при "+" В и Г+", "+") при "-" В, При одинаковых полярностях выходного сигнала синхронного детектора 4 блок 10 управления во втором такте не вырабатывает управляющий сигнал, изменяющий направление счета в реверсивном счетчике 7.При ехОн полярности выходных сигналов синхронного детектора 4 независимо от направления магнитной индукции "+" В и "-" В в оба такта будет("-", "+"). При изменении полярности выходного сигнала синхронного детектора 4 с "-" в первом такте на "+" во втором такте блок 10 управления изменяет направление счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте измерения,При условии ех 1Онэ и "-" В блок 10 управления дважды изменяет направление счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте измерения. Сначала блок 10 управления по полярностям выходных сигналов синхронного детектора 4 в оба такта измерения изменяет направление счета в реверсивном счетчике 7. Во втором такте реверсивный счетчик работает на вычитание. Когда число в реверсивном счетчике 7 станет равным нулю, блок 10 управления снова изменяет направление счета в реверсивном счетчике 7. Он не может работать на сложение,При 1 ех= Онз 1, "-" В, О=.- 1-ех+ Онз 1= =0 по сигналу, поступающему на вход блока 10 управления, во втором такте не изменяется направление счета в реверсивном счете 7 во втором такте измерения, т.е. реверсивный счетчик 7 в оба такта измерения работает на сложение. Работа устройства происходит в два такта измерения. Перед началом измерения по сигналу с выхода блока 10 управления реверсивный счетчик 7 устанавливается в нулевое состояние. Кроме того, по этому же сигналу в нулевое состояние устанавливаются триггеры 18-20. С выхода 26 блока 10 управления на шину реверса реверсивного счетчика 7 поступает такой управляющий сигнал, по которому реверсивный счетчик 7 работает на сложение. Триггер 19 выдает запрещающий потенциал на элемент И 16. Триггер 20 выдает разрешающий потенциал на элемент И 16. По сигналу с выхода 21 блока 10 управления переключатель устэналиаэется в такое состояние, что при положи 167581020 ЗО З 5 40 45 50 ельном направлении мнитно". индукции +" В выходное направл ие датчика Холла в первый такт измерения равно 01:= (+ ех + Онэ)Такое значение выходного сигнала датчика Холла 1 обусловлено тем, что управляющий сигнал на выходе 21 блока 10 управления подключает первчо пару противоположных электродов цатцикэ Холла 1 к выходу синхронного детектора 4, а через вторую пару противоположных электродов цатчикэ Холла 1 протекает ток на источник 3 питания,Выходной сигнал датчика Холла 1 01 = 1 +ех+ Онэ) поступает через переключатель 2 и синхронный детектор 4 на преобразователь 5 напряжение-число импульсов. Результат преобразования в виде импульсов поступает на реверсивный счетчик 7, считающий в прямом направленииИ 1 = К 1 К 2(ех Онэ),где К 1 - коэффициен 1 преобразования синронного детектора;К 2 - коэффициент преобразования преобразователя напряжениечисло импульсов.В конце первого такта измерения блок 10 управления сигналом, поступающим с выхода 21, коммутирует переключатель 2.Во втором такте измерения выходной сигнал датчика Холла 02 = ( ех - Онэ). Это напряжение через синхронный детектор 4 поступает нэ преобразователь 5 напряжение - число импульсов, откуда в виде последовательности импульсов поступает на реверсивный счетчик 7,В зависимости от условияехОнэ или 1 ех (Онэ в реверсивном счетчике 7 производится суммирование или вычитание результатов кодирования двух тактов. Информация о виде операции во втором такте выделяется с помощью синхронного детектора 4, преобразователя 5 нэпряжение-число импульсов и блока 10 управления.Последний в зависимости от полярностей сигналов на выходе 27 синхронного детектора 4 в оба такта измерения и наличия импульсов на выходе ЗО преобразователя 5 напряжение - число импульсов в первый такт измерения выдает определенный командный сигнал на вход 26 реверса реверсивного счетчика 7.КогдаехОнэ или ех == Онэ(01 =-ех + Онэ = 0), в реверсивном счетчике 7 производится суммирование результатов кодирования двух тактов, при ехОнэ - и:.вычитание. При 1 ехОнэ и "+" В выходные сигналы датчика Холла 01= (ех+ Онэ) О 2=(е х-О нэ) фиг. Зв),В первый такт измерения сигнал на выходе синхронного детектора 4 отрицательной полярности является запрещающим для элементов схем И 14 и 16, Поэтому управляощие сигналы блока 10 управления не проходят через элементы И 14 и 16 в течение первого такта, Во втором такте сигнала на выходе 27 синхронного детектора 4 отрицательной полярности является запрещающим для элеменотов И 14 и 16,Поэтому при поступлении уп равд я ющего сигнала с дешифратора 13 элемент И 14 не срабатывает и, следовательно, не изменяется состояние триггера 20.Хотя на второй вход схемы И 16 поступает разрешающий потенциал с триггера 20, а на третий вход разрешающий потенциал с триггера 19, во втором такте при поступлении управляющего сигнала с дешифратора 13 элемент И 16 не срабатывает из-за наличия запрещающего потенциала на ее первом входе с выхода синхронного детектора 4, (Триггер 19 в первом такте выдает разрешающий потенциал на третий вход элемента И 16, поскольку сигнал с выхода 30 преобразователя 5 напряжение - число импульсов, поступающий на единичный вход триггера 19 в первый такт приводит его в единичное состояние),Поэтому блок 10 управления не изменяет свой выходной сигнал нэ выходе 26 и реверсивный счетчик 7 во втором такте работает на сложение, В результате во втором такте реверсивный счетчик 7 зафиксирует число импульсов, пропорциональное ЭДСХолла ех.Й= М 1+ М 2 = К 1 К 2 Ех + Онэ + К 1 К 2 ех - Онэ= 2 К 1 К 2 ех 1 = 2 К 1 К 2 ех,ПриехОнэ и "+" В выходные сиг- НаЛЫ ДатЧИКа ХОЛЛа 01 = Ех + Онэ) И 02 = (Ех - Онэ)Во втором такте сигнал. на выходе 27 синхронного детектора 4 положительной полярности является разрешающим для элемента И 16, На второй вход последнего поступает разрешающий потенциал с триггера 20, который в первом такте не изменяет свое состояние. На третий вход элемента 16 поступает разрешающий потенциал с триггера 20, который в первом такте не изменяет свое состояние. На третий вход элемента 16 поступает разрешающий потенциал с триггера 19, который в первом такте устанавливается в единичное состояние.При поступлении во втором такте уп равляющего сигнала на четвертый вход с дешифратора 13 элемент И 16 срабатывает ивыдает сигнал на счетный вход триггера 18 реверса. Последний срабатывает и переходит в единичное состояние.Таким образом, блок 10 управления изменяет свой выходной потенциал на выходе 26, Поэтому во втором такте реверсивный счетчик 7 работает на вычитание:И= И - Иг = ККг 1 ех+ Онэ - ККг Онэех = 2 К 1 К 2 1 ех = 2 К 1 Кгех.При 1 ехОнэ 1 и "-" В выходныесигналы датчика Холла 1 О = (-ех+ Онэ) и 02 = (-ех - Онэ).В первом такте сигнал на выходе 27 синхронного детектора 4 положительной полярности является разрешающим для элементов И 14 и 16. При поступлении управляющего сигнала с дешифратора 13 в первом такте элемент И 14 срабатывает и выдает сигналы на единичный вход триггера 20 Последний срабатывает, переходит в единичное состояние и выдает запрещающий потенциал на второй вход элемента И 16, Поэтому во втором такте при поступлении управляющего сигнала на четвертый вход элемента И 16 с дешифратора 13 элемент И 16 не срабатывает, хотя на ее первый вход поступает разрешающий потенциал положительной полярности с выхода синхронного детектора 4, а на ее третий вход поступает разрешающий потенциал с триггера 19,Таким образом, во втором такте 10 управления не изменяет потенциал на выходе 26 и реверсивный счетчик 7 во втором такте работает на сложение;И= И + И 2 = ККг 1 ех+ Онэ 1+ ККг ЕхОнэ = 2 К 1 К 2 1 ех 1= 2 К 1 Кгех.При 1 ех 1Онэ и "-" В выходные сиг- . НаЛЫ датЧИКа ХОЛЛа 0 = (-Ех+ Онэ) И Ог =(-Ех - Онэ)Во втором такте сигнал на выходе 27 синхронного детектора 4 положительной полярности является разрешающим для элементов И 14 и 16. На второй вход схемы И 16 поступает разрешающий потенциал с триггера 20, который в первом такте не изменяет свое состояние, (Сигнал с выхода 27 синхронного детектора 4 отрицательной полярности является запрещающим для эле-, мента И 14).На третий вход элемента И 16 поступает разрешающий потенциал с триггера 19, который устанавливается в единичное состояние в первом такте сигналом, поступающим с выхода 30 преобразователя 5 напряжение - число импульсов. При поступленииьуправляющего сигнала во втором такте с дешифратора 13. на четвертый вход элемента И 16 последний15 ние счета в реверсивном счетчике 7, В результате после второго такта реверсивный. счетчик 7 зафиксирует число импульсов,пропорциональное ЭДС Холла е.25 02 = К 1 К 2 Ех+ Онэ 1= К 1 К 2 1 Ех+ Онэ- ех+Ех 1 = К 1 К 21 Онэ - ех 1+ 2 КК 2 ех 1= И 2+ И 2;ИИг = И 1- М г+ И 2 = ККг Онэ - ех 1 - ККгП10 нэ - ех 1+ 2 К 1 К 21 е, =- 2 К 1 К 21 ех.При ех 1 =О нэ 1, "-" В выходные сигна 30 40 45 50 5 10 срабатывает и выдает сигнал на счетный вход триггера 18 реверса. Последний срабатывает и переходит в единичное состояние,Таким образом, блок 10 управления изменяет свой выходной сигнал на выходе 26. Поэтому во втором такте реверсивный счетчик 7 работает на вычитание,Когда число в реверсивном счетчике 7 во втором такте станет равным нулю и через время т 1, определяемое элементом 6 задержки (для исключения ложного срабатывания элемента И 17), срабатывает элемент И 17. Элемент И 17 выдает сигнал на второй нулевой вход триггера 18 реверса, который переходит в единичное состояние и изменяет свой выходной сигнал на выходе 26.Таким образом, блок 10 управления во втором такте второй раз изменяет направление счета в реверсивном счетчике 7, т,е. реверсивный счетчик 7 изменяет направлеЛЫ датЧИКа ХОЛЛа 01 = (-Ех + Онэ) И 02 = (-ЕхОнэ).Во втором такте сигнал на выходе 27 синхронного детектора 4 положительной полярности является разрешающим для элемента И 16, На второй вход элемента И 16 поступает разрешающий потенциал с триггера 20, который в первом такте не изменяет свое состояние. (Сигнал с выхода 27 синхронного детектора 4 является запрещающим для элемента И 14). На третий вход элемента И 16 поступает запрещающий потенциал с триггера 19, который находится в нулевом состоянии, Это обусловлено тем, что в первом такте с выхода 30 преобразователя 5 напряжение - число импульсов непоступают счетные сигналы,При поступлении управляющего сигнала во втором такте с дешифратора 13 на четвертый вход элемнта И 16 последний не срабатывает и не изменяет состояние триггера 28. Таким образом, блок 10 управления не изменяет свой выходной сигнал на выходе 26. Поэтому во втором такте реверсивный счетчик 7 работает на сложение, В результате после второго такта реверсивный счетчик зафиксирует число импульсов, пропорциональное ЭДС Холла ен.Результат измерения после преобразования выходного кода реверсивного счетчи/Ф ка 7 э Двои 1 нО-Десят/1 чн )4,1)81 НлсРРа)ОР 8 8 считыВается цифрОВьм инд 1 каторОм 9.Фор 14 ула изобреениЯЦифровой измери 8 ль магнитной ин- ,ЦукЦИИ, содеркащий последвательно сое ,циненные,цатчик Р Олла, и Зрекл)0%)тель, синхронный детектор, преобразователь напрякение"1 исл 0 имп)01 ьсов реверсивнцй сче.чик, двои 1-1 о-дес)ти-ньи 7 дешифратор и ровой индика.:00, )сточник питания, 10 пОдкл)очен)Ыи к переклОчател)О и к управя)Оецему ВхОду син)0001.1-1 Огс дегектора, зл 8- Иент З,;ВР 1:К 11., Г)ОДКЛГОЧЕННЬ)й К ВЫХОДУ 1080 б О 8 30 Ва тел Я н а и р яК 811 ие - число импульсов, и блок упразлен 14)я, От л и ч а Го д и Й С Я Те 4, ЧТО, С Ц 8 ЛЬГО ПОВЫШВНИЯ ТОЧНОСТИ из )Вре)ия, бгк управл. ниЯ ВыполненВи ГГ 00 слело а 8 льн". 008 Он 1 ных "8 нератО- ра 1)мг)л, г ОВ сне.п)и,а и де)ь 1,:к 1)р" 1.0 ра трех триГГ 8 рОВ и "еты)бх 38 м)знтов И, ВхОды 20 Олока Уп)авлениЯ с 1)ВОВОГ 1) Г 10 ч 8 тВ 8 Ртый сЗОГВ )Отвен 10 с 08 Д)инень с Зь)ходом сйнх пОИИОГО йетектООР. Г В 1, Ол);4 РОВОбрзова 1- тег)я напря)К 81)ие ч)слО импульсов, с Выходом реверсиансго счет:.ика, с Выходом 25 элемента задержки, Вьлсоды блока управления с перВОГО по Гя",ый сос)тветственно сО- е д и н 8 и ы с у г р а 1:) л я Г 01 цу м В х о д 014 переклОчате)я, с заг)уска)0 Им Входом пг 8- образоваеля напряхеие)исло имгуль С О В, С ": У Л 8 В Ы М В -: О Д 0 М "8 В 8 0 С И В Н О Г О Сче)чикаЯХОДОК 1)8,".дР" ) Ррвг"ОИВ).)С,).0 счетчика с управля 100:14 Входом дВОичнодесятично)о деви(1)р)то;за, первый Выход дешифратора соединен с первым выходом блска управления, второй выход дешифратора соединен с вторым выходом блока управления, третий выход дешифратора соединен с третьим выходом блока управления, первым нулевым входом первого триггера и нулевыми входами второго и третьего триггеров, четвертыЙ выход дешифратора соединен с пятым выходом блока управления, пятый выход дешифратора соединен с первыми входами первого и второго элемента И., шестой выход дешифратора соединен с первыми входами третьео и четвертого элементов И, второй вход первого элемента И соединен с четвертым входом блока управления, третий вход которого соединен с третьим входом первого элемента И, выход которого соединен с вторым нулевым входом первого триггера, выход которого соединен с четвертым выходом блока управления, первый вход которого соединен с вторыми входами второго и третьего элементов И, выход третьего элемента И соединен с единичным входом третьего триггера, выход которого соединен с третьим входом второго элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого триггера, второй вход блока управления соединен с вторым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с единичным входом второго триггера, выход которого соединен с четвертым входом Второго элемента И1675810 Составитель В,ВеличкинРедактор Н,Бобкова Техред М,Моргентал Корректор Т.Мале Заказ 3000 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 КНТ С ои Ж ю Д щм ственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101