Цифровой измеритель магнитной индукции

0 К 33/О ПЙЬА к ех бы с- е- оя расшиостей за агнит" дена блок-схем магнитной дук 3 пир К лителра 6 т нно ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГНИТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРВ 1568011, кл. С 01 К 33/06, 1988.(57), Изобретение относится к техникемагнитных измерений и может быть ис-пользовано для прецизионного иямерения постоянной магнитной индукции Изобретение относится кмагнитных измерений и может:пользовано для прецизионногния в широком диапазоне индстоянных магнитных полей,Целью изобретения являетрение функциональных возможнсчет определения направленияной индукции.На чертеже привецифрового измерителядук ции.Цифровой измеритель магнитной инции состоит из датчика 1 Холла, окополосного усилителя 2, источни питания, двух избирательных усией 4 и 5, амплитудного детектосумматора 7, прерывателя 8, дееля 9, блока 10 вычитания, синхрогс детектора 11, формирователя 12,независимо от е л; в .р:1 пения Относитвлв,-:О раСПОЛОжЕНИЯ дат;ИК". ХОЛЛа при одновт.Сменном оиру:.ленни направления магнитной индукци х, Это позволяет автоматизировать :троцесс измерения и значительно повысить произв Одит ельн Ос ть тру,1при снятии топо графин устройств сл.жной конфигурации, когда в процессе измерения изменяется направление магнитного поля. Полоютельнь.й з;фе:;:т дс ;ига.тся путем введения в устройство форкирователя, двух элементов задержки, четырех триггеров, формирователя длительности,. коммутатора, семи схем И, триггера направления, блока управленияО с соответс".вушщими связями, 1 ил. 8 формирователя 13 длительности, гера 14 напра.аления, злементов ,и 16 задержки элементов,Н 7 и коммутатора 19, преобразователя 20 напряжение - код, деиифратора 21, цифрового. индикатора 22, блока 23 управления, элементов и 24 - 30, триггеров 31 - 34, злементов Ш)И 35 и индикаторных ламп 36. 37 и 38.Токовье электроды датчика 1 Холла соединены с измерительными выходами коммутатора 9, измерительные входы которого с-.сдинены с сигнальными выходами ито:;:.Ика 3 питания. Потенциальные алек. - Оды датчика 1 Холла соединены с широко-.:олосным усилителем 2, выход которого - с входом первого избирательного усилитель 4 и вторым входом блока 10 вычитания. Выход первого избирательного усилителя 4 сое 1698858Динен с входом формирователя 12 ивходом амплитудного детектора 6, выход которого соединен с первым входом сумматора 7, второй вход которого соединен с выходом синхронного5детектора 11.Сигнальный вход синхронного детектора 11 соединен с выходом второгоизбирательного усилителя 5, вход котоОрого соединен с выходом блока 10 вычи.тания. Первый вход блока 10 вычитания соединен с выходом делителя 9,вход которого соединен с выходом прерывателя 8, сигнальный вход которогосоединен с вьходом сумматора 7.Управляющий вход прерывателя Я соЕдинен с управляющим входом синхронного детектора 11, управляющим выходом источника 3 питания и вторымивходами элементов И 17 и 13.Выход формирователя 12 соединена входом формирователя 13 длительности, выход которого соединен с третьими входами элементов И 17 и 18. 25Первый вход элемента И 17 соедиНен с выходом элемента 15 задержки,вход которого соединен с управляющимвходом коммутатора 19 и первым выходом триггера 14 направления. ВторойЗОвыход триггера 14 направления соедиНен с входом элемента 16 задержки,Выход которого соединен с первым входом элемента И 18. Пулевой вход триггера 14 направления соединен с выходом элемента И 17, а единичный вход - 35с выходом элемента И 18,Нормальнозамкнутый контакт первой группы коммутатора 19 соединен с нормальноразомкнутым контактом второй 40 группы и первым измерительным входом коммутатора 19. Иормально-замкнутый контакт второй группы коммутатора 19 соединен с нормально-разомкнутым контактом первой группы и вторым изме рительным входом коммутатора 19. Общий контакт первой группы коммутатора 19 соединен с первым измерительным выходом коммутатора 19, Общий контакт второй группы коммутатора сое динен со вторым измерительным выхо- .дом коммутатора 19.Выход сумматора 7 соединен с сигнальным входом преобразователя 20 напряжение - код, выход которого (пе- раллельный код) соединен с входом дешифратора 21 и третьими входами многовходовых элементов И 24 - 27. Управляющий вход дешифратора 21соединен с третьим вых:дом блока 23управления и первыми входами элементов И 28, 29 и 30, Вьход дешифратора 21 (параллельный код) соединен сцифровым индикатором 22,Второй выход блока 23 управлениясоединен с первыми входами элементовИ 24 - 27, а третий выход - с запускающим входом преобразователя 20 напряжение " код и нулевыми входамитриггеров 31 - 34.Второй вход элемента И 24 соединенс вторым выходом триггера 14 направления. Вторые входы элементов И 25,26и 27 соединены с первым выходом триггера 14 направления.Выход элемента И 24 соединен сединичным входом триггера 31, выходэлемента И 25 - с единичным входомтриггера 32, выход элемента И 26 - сединичным входом триггера 33, а выход элемента И 27 - с единичным входом триггера 34.Выход триггера 31 соединен с первым входом элемента ИЛИ 35, второйвход которого соединен с выходомтриггера 32, а выход - с вторым входом элемента И 28, Выход триггера 33соединен со вторым входом элементаИ 29, Выход триггера 34 соединен свторым входом элемента И 30.К элементам И 28 - 30 подсоединенысоответственно лампочки 36 - 38.Работа устройства происходит следующим образом.Выходной сигнал датчика 1 Холла,усиленный широкополосным усилителем 2и выделенный избирательным усилителем4, преобразуется в постоянный сигналамплитудным детектором 6 и поступаетна сумматор 7, к выходу которого подключен преобразователь 20 напряжение -код.оКроме того, выходкой сигнал сумматора 7 после преобразования пцерывателем 8 в переменный сигнал с частотой тока питания датчика 1 Холла через делитель 9 поступает на первыйвход блока 10 вычитания.Иа второй вход блока 10 вычитанияпоступает сигнал с широкополосногоусилителя 2, Разностный сигнал блока10 вычитания выделяется избирательнымусилителем 5 и преобразуется в постоянный сигнал синхронным детектором 11и поступает на второй (управляющий)вход сумматора 7.При изменении коэффициента передачи измерительного тракта, состоящего из избирательного усилителя 4 и амплитудного детектора 6, от номиналь 5 ного значения вследствие временной и температурной нестабильности параметров схемы появляется сигнал рассогласования, который суммируется с сигналом амплитудного детектора 6, либ вычитается из него в сумматоре 7. Т:".- ким образом, тзосстянавливается :тсминальнсе значение коэффициента пер, - . - ДаЧИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ТРаКта СОСТСЯц в ,Гг из избирятельногс ус-лителя 4;т ямпл .; тудного детектора. 6.При изменении фазы выходного снгн.- ля датчика 1 Хоппе ня 180 , формирователь 12 и форм:н;тсвятель 13 длнтел - ности вырабатывает управляющий сигиал который изменяет состояние тр;т-. гера 14. Триггер т 4 переключает коя.;. тятор 19, что пртво,т;ит к изменению направления (фязь:) тока питания дат:.н -ш ка 1 Холла, поступающего на токовые электроды датчика ": Холла. Изме:.иьпте направления (фязьт) тока питания обу:"."ловленс тем, что меняются местами токовые электроды дятчикЯ 1 ХсллЯ отно- сительно их точек пддключения к вы-".Одным зажимам источника 3 питания. Изменение направления(тоазы) тока пт-.; - ния датчика 1 Холла приводит к нзм;: в :ению фазы выходного сигнала датчика Холла на 18 ), т,е. к восстановлениюО.фазы выходноГО сиГняля ДЯтчикя 1 Холла относительно опорного сигнала.Таким образом, на входы блока 10 вычитания сигналы поступают в пратнвофазе, что необходимо для нормаль:ого функционирования устройства.Пусть в момент 1: направление магнитной индукпии положительное +Б Триггер 14 находится в нулевом состоянии, Д При таком состоянии триггера 14 коммутатор 19 находится в обесточенном состоянии. При этом первый выход положительное направление (Лязг) тока источника 3 питяния через нормально - замкнутый контакт второй группы коммутатора 19 соединен с вторым входом датчика 1 Холла, а первый выход - отрицательное направление фязя) тока53 истсчника 3 питятьия через нормяльнозамкнутый контакт гервой группы коммутатора 19 соединен с первым токовым входом датчика 1 Холла, Б этом случае выходной сигнал датчика 1 Холла ня выходе будет Пях=1т,саят:= т.Г,созът.- сов;)Е 1 т=88 -ттт Ънэ =Т ттт ЦС д"чика Холла;37 С датчика Холла; напряжение неэквипотенци -ЯЛЬ НОСТИ т- "к питания датчика Холла;; ув ст вит ель но с т ь к индукции датикя Холла;м;тт;.: Ная индукция;кс зффнциент неэквипотенци- зэ ст , фязя выходного сигналя датчикаХс. в .Ля совпадает с фазой опорного сигя-,т Ня тПРЯВ:-ЯЮтР 5 Е ВЫХОДЫ ИСТСЧНИ:.а 3 т.итния.:Язя вь;хслнс тг: сигнала ппдроконо: с";того сплит еэтя 2 н фаза из бира".елтного усилителя 2 совпадают по фяэз С фЯЗОИ ВЬГ 2 сттвогс СИГНЯЛЯ ДЯТЧИ Йортгровятель :". Из переменногосигналя избирательного усилителя 4,рор ттп Ет Оттота 4 Т-:ЬНЬтй ИМПУЛЬС Нсрмн,.свя,ой я"ллитудьт, совпадающим поф:.зз с отри ет;:.Ной полуволной.фсПМИ,СВЯТЕЛЬ 3 ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИЗт 1 ттР СКОГО ПОЛОЗтТЕЛЬНОГС ИМПУЛЬСЯ фОРтттрует узкий импульс и задерживаетего относительно переднего т 1 зронтя шит;.оксгс мпульсе ня время ь примерно равно 176 .":., периода переменноготыходного сигттялг датчика Холла),который поступает на вход элементовИ 17 и 18,Кя вход элементов И 17 и 18 поступает спорный сгп нал с источника Э питания. На вход элемента И 17 поступает разреюающий нулевой потенциал стриггера 14, а на вход элемента И 18 -рязреттяющий сдиничньгй потенциал стригера 14. Триггер 14 не изменяетсвоего ссстоятьият поскольку на еговходы .Не пост;пяют управляющие сигнягд,т рос т; еттъте;.1 т- че,тет: в ц 1 7 и 1 8дл,мент , , 7;стебя тьтвяет посксльку на его в.тод поступает запрещающийпотенциал с триггера 14. Элемент И 18не срабатывает, поскольку при НЯличииразрешающего потенциала на его входыСгигаЫ ПССтУГЯЮТ:- РаЗНОЕ ВРЕМЯ.Такое состояния триггера 14 соХРЯ:.-;ГЕТСЯ ДС т".:МЕНТЯ т, ИЗМЕНЕНИЯ Фазы выходного сигналя датчика 1 Холлана 180 , например, из-за измененияонаправления магнитной индукцииБ =Б сов (ч 1- и) = (-Е совч 15-"Б ,) с овч),т. е. Фаза выходного сигнала датчика 1Холла находится в противофазе с опорным сигналом на выходе источника 3 питания.10Таким образом, в моментФормирователь 1 3 длительности выдает узкийимпульс на вход элемента И 18. Поскольку на второй вход элемента И 18в это время поступает опорный сигнал, 15а на третий вход разрешающий потенциал, то элемент И 18 срабатывает и выдает сигнал на первый вход триггера 14. Триггер 14 переходит в единичное состояние и включает коммута- -,тор 19.В этом случае второй выход источника питания - положительное направление тока источника 3 питания подклю-чается к первому токовому входу датчика 1 Холла, а первый выход - отри-цательное направление источника 3 питания подключается к второму токовому входу датчика 1 Холла. Таким образом, выходной сигнал датчика 1 Холла на выходе будетЦ =П совчС=(Е совчС+ОсовчС).Триггер 14 не изменяет своего состояния, поскольку на его входы не по, ступают управляющие сигналы с элементов И 17 и 18, Элемент И 18 не срабатывает, поскольку на его вход поступает запрещающий потенциал с триггера 14. Элемент И 17 не срабатывает, 10 поскольку на его входы сигналы поступают в разное время.Такое состояние триггера 14 сохраняется до моментаизменения фазы выходного сигнала датчика 1 Холла на 45 180 из-за изменения направления магнитной индукции, + В.П =Б сов(чС-и)=(-Е совчСн м йж-Ц совчС),5 От.е. фаза выходного сигнала датчика,1Холла находится в противоФазе с опорным сигналом на выходе источника 3 питания,Таким образом, в момент 5 Формирователь 13 длительности выдает узкийимпульс на третий вход элемента И 17.Поскольку на второй вход элемента И17 поступает в это время опорный сигнал, на первый вход - разрешающий потенциал, то элемент И 17 срабатывает и выдает сигнал на второй вход триггера 14, Триггер 14 переходит в нулевое состояние и отключает коммутатор 19.В этом случае второй выход - положительное направление (фаза) тока источника 3 питания - подключается к второму входу датчцка 1 Холла, а первый выход - отрицательное направление (Фаза) тока источника 3 пптанця подключается к первому токовому входу датчика 1 Холла. Таким образом, выходной сигнал датчцкг 1 Холла на выходе будетЦ=Б совч 1=Е совч-П, совчС.Ф)(Триггер 14 не изменяет своего состояния, поскольку на его входы непоступают управляющие сигналы с элементов И 17 и 18, Элемент И 17 несрабатывает, поскольку на его входпоступает запрещающий потенциал стриггера 14. Элемент И 18 не срабатывает, поскольку при наличии разрешающего потенциала на его входы сигналы поступают в разное время.Такое состояние триггера 14 сохраняется до момента 1; изменения Фазывыходного сигнала датчика Холла на180 и т.д.Результат преобразования, хранящийся в сумматоре "., поступает напреобразователь 20 напряжение - код,В преобразователе 20 прц поступлении запускающего сигнала с первоговыхода блока .3 управления начинаетсякодирование поступающего сигнала Результат кодирования в виде параллель,ного кода поступает на дешифратор 211 многовходовые элементы И 24 - 27.При поступлении управляющего сигнала с третьего выхода блока 23 управления срабатывает дешифратор 21, ирезультат кодирования считываетсяцифровым индикатором 22.Определение направления магнитнойиндукции производится следующим образом.Сигналом, поступающим с первоговыхода блока 23 управления в нуле оесостояние, устанавливаются тригг ры31 - 34.Дальнейшая работа схемы определения направления зависит от направления магнитной индукции и соотношенияЭДС Холла и напряжения неэквипотенциальности,1 О 1698858 При + В, Ер П щ ц . При положительном направлении магнитной индукции+ В, когда (Г,Пш, , т,е. приЕ Бш триггер 14 находится в такомсостоянии, что сигнал на его первомвыходе является единичным "1", а на.втором выходе - нулевым О", Поэтомусигнал, поступающий с первого выходатриггера 14 на элемент И 24, являет -ся разрешающим, а сигнал, поступающийсо второго выхода триггера 14 на элемент И 25, 26 и 27, является запрещающим,При поступлении управляющего сигна ла с второго выхопа блока 23 управления срабатывает многовходовой элемент И 24, настроенный на величинуЕ -3 нрО. Выходной сигнал многовходового элемента И 24 поступает на еди ничный вход триггера 31 и переводитего в единичное состояние, Выходнойсигнал триггера 31 через элемент ИЛИ35 поступает на элемент И 28, Припоступлении управляющего сигнала с 25третьего выхода блока 23 управления,элемент И 28 срабатывает и .подключает лампочку 36, что соответствует положительному направлению магнитной индукции + В е ДПри + В, Е (Б,. При положитель -ном направлении магнитной индукции+ В, когда Ещ(11 и, триггер 14 нахо -дится в таком полоении что сигнална его первом выходе является нулевьк ;"О" а на втором выходе - единичным"1". Поэтому сигнал, поступающий спервого выхода триггера 14 на элементИ 24 является запрешающим, а сигнал,поступающий со второго выхода триг Огера 14 на элементы И 25, 26 и 27является разрешающим. При поступлении управляющего сигнала с второго выхода блока 23 управ ления срабатывает многовходовый элемент И 25, настроенный на величину О(Ещ,)(Пщн . Выходной сигнал многовходового элемента И 25 поступает на единичный вход триггера 3 и переводит его в единичное состояние, Выходной сигнал триггера 3 через эле - мент ИЛИ 35 поступает на элемент И 28. При поступлении управляющего сигнала с третьего выхода блока 23 управления элемент И 28 срабатывает и подключает55лампочку 36, что соответствует положительному направлению магнитной индукции + В. При В=О, Г,д=О Ещ 11 тну Пвиэтриггер 14 находится в таком положении, что сигнал на его первом выходеявляется нулевым У а на втором выходе - единичным "1". Поэтому сигналпоступающий с первого выхода триггера 14 на элемент И 4 является запрещающим а сигнал, поступающий с второго выхода триггера 14 на элементыИ 25, 26 и 27 - разрешающим,При поступлении управляющего сигнала с второго выхода блока 23 управления срабатывает многовходовой элемент И 6, настроенный на величинуПц. Выходной сигнал многовходовогоэлемента И 26 поступает на единичныйвход триггера 33 и переводит его вединичное состояние, Вьмодной сигналтриггера 33 поступает на элементИ 29.При поступлении управляющего сигналас третьего выхода блока 23 управленияэлемент И 9 срабатывает и подключаетлампочку 3, что соответствует условиюВ=О.При - В, (Е +11 шн )-11,. При отрицательном направлении магнитной индукции - В независимо от соотношения Е,и П, т е. при Е,11 пи при Е((Пшн триггер 14 находится в такомположении что сигнал на его первомвыходе является нулевым "7 а. навтором выходе - единичным 1". Поэтому сигнал, поступающий с первого выхода триггера 14 на элемент И 24,является запрещающим, а сигнал, по -ступающий с второго выхода триггера14 на элементы И 25, 26 и "7 - разрешающим. о При поступлении управляющего сигнала с второго выхода блока 23 управления срабатывает многовходовой элемент И 25, на.строенный на величину (Е +1 УНз) ) Бч . Выходной сигнал многовходового элемента И 27 поступает на единичныйвход триггера 34 и переводит его в единичное состояние. Выходной сигнал триггера 34 поступает на элемент И 3 О. При поступлении управляющего сигнала с третьего выхода блока 23 управления элемент И 30 срабатывает и подключает лампочку 38. что соответс.вует отрицательному направлению ма, нитной индукции - В.Управляющий сигнал на третьем вы ходе блока 23 управления формируется после окончания кодирования в преобразователе 20 напряжение - код.Формула изобретенияцифровой измеритель магнитной индукции по авт. св. 9 1568011, о т л ич а ю ш и й с я тем, что, с целью5 расширения функциональных возможностей за счет определения направления магнитной индукции, в него дополнительно введены блок управления, семь элементов И, четыре триггера, элемент 1 Ои три индикаторные лампы, при э ом первый выход блока управления с единен с входом запуска преобразователя напряжение - код и нулевыми водами первого, второго, третьего и четвертого триггеров, второй выход 6 ока управления соединен с первыми входами третьего, четвертого, пятого ишестого элементов И, третий выход блока управления соединен с управляющим входом дешифратора и первыми входами седьмого, восьмого и девятого элементов И, выходы которых соответственно соединены с индикаторными лампочками, второй вход третьего эле мента И соединен с вторым выходомтриггера направления, вторые входычетвертого, пятогои шестого элементов И соединены с первым выходом триг -гера направления, третьи входы третьего, четвертого, пятого и шестого эле -ментов И соединены с выходом преобразователя напряжение - код, выход третьего элемента И соединен с единичнымвходом первого триггера, выход кото -рого подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединенс выходом второго триггера, единичныйвход которого соединен с выходом четвертого элемента И, выход элемента ИЛИсоединен с вторым входом седьмого элемента И, выход пятого элемента И соединен с единичным входом третьеготриггера, выход которого соединен свторым входом восьмого элемента И,выход шестого элемента И соединен сединичным входом четвертого триггера,выход, которого соединен с вторым входом девятого элемента И,1698858 Составитель В.ВеличкинТехред А.Кравчук Корректор А.Обручар ктор А ннче аизводственно-издательский комбинат "Патент",ород, ул, Гагарина, 10 акаэ 4395 Тираж ВНИИПИ Государствепного комитета 113035, Мо: ква, ЖПодписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР35,Раушская наб д. 4/5