Цифровой измеритель магнитной индукции

, О. Т, Чигиьство ССС УОО, 1972. МАГНИТМЕРИТЕ изм япр С) С 6 д (Л ЬЭ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) ЦИФРОВОЙ ИЗ ЛЬ НОЙ ИНДУКЦИИ(57) Изобретение касается магнит рений и может быть исйользовано Изобретение относится к магнитным измерениям, может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей и является дополнительным к основному авт. св. М 367794,Цель изобретения - повышение точности измерения,На фиг, 1 приведена функциональная схема измерителя магнитной индукции; на фиг.2- временные диаграммы переменного выходного сигнала датчика Холла после переключателя и после его преобразования в постоянный сигнал синхронным детектором; на фиг, 3 - временные диаграммы управляющих сигналов.Измеритель магнитной индукции содержит датчик Холла 1, переключатель 2, источник 3 питания, синхронный детектор 4, преобразователь "Напряжение - число имцизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей, Цель изобретения - повышение точности измерения. В измеритель вводят элемент ИЛИ 7, генератор 12 импульсов, счетчик 13, дешифратор 14, триггер 22 реверса, четыре триггера 23 - 26, шесть элементов И 16-21, элемент НЕ 15, второй реверсивный счетчик 27 и выключатель 11, Измеритель также содержит датчик Холла 1, переключатель 2, источник питания, синхронный детектор 4, преобразователь напряжение - число импульсов 5, фазочувствительный элемент 6, реверсивный счетчик 8, двоично-десятичный дешифратор 9, цифровой индикатор 10. 3 ил,пульсов" 5, фазоизветвительный элемент 6, элемент ИЛИ 7, реверсивный счетчик 8, двоично-десятичный дешифратор 9, цифровой индикатор 10, выключатель 11, генератор 12 импульсов, счетчик 13, дешифратор 14, элемент НЕ 15, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой элементы И 16 - 21, триггер 22 реверса, первый, второй, третий, четвертый триггеры 23 - 26, реверсивный счетчик 27.Генератор 12 импульсов через счетчик 13 соединен с входом дешифратора 14, первый выход которого подключен к первому входу первого элемента И 16, второй выходк первым входам второго 17 и третьего 18 элементов И, третий выход - к первым входам четвертого 19 и пятого 20 элементов И, четвертый выход - к управляющему входу двоично-десятичного дешифратора 9, пятый выход - к установочным входам первого 235 10 15 20 40 45 50 55 и второго 24 триггеров, запускающему входу преобразователя "Напряжение - число импульсов" 5 и установочному входу реверсивного счетчика 27, шестой выход - к установочным входам третьего 25 и четвертого 26 триггеров, установочному входу первого реверсивного счетчика 8 и первому нулевому входу триггера реверса 22, седьмой выход к управляющему входу переключателя 2, второй вход первого элемента И 16 и вход элемента НЕ 15 объединены и соединены с выходом фазочувствительного элемента б, первый счетный вход реверсивного счетчика 27 объединен с входом элемента ИЛИ 7 и соединен с выходом преобразователя "Напряжение - число импульсов" 5, выход которого подключен к первому входу шестого элемента И 21, вторые входы четвертого 19 и пятого 20 элементов И соединены с выходом четвертого триггера 26, единичный вход которого подключен к первому выходу реверсивного счетчика 27, второй выход которого через пятый элемент И 20 соединен с вторыми нулевыми входами третьего триггера 25 и триггера 22 реверса, а его третий нулевой вход подключен к выходу третьего элемента Й 18, выход четвертого элемента И 19 соединен с единичными входами второго 24 и третьего 25 триггеров и счетным входом триггера реверса 22, единичный вход которого подключен к выходу второго элемента И 17, второй, третий и четвертый входы которого соответственно соединены с выходами первого 23 и второго 24 триггеров и элемента НЕ 15, первый выход третьего триггера 25, через шестой элемент И 21 подключен к второму входу элемента ИЛИ 7 и второму счетному входу реверсивного счетчика 27, а второй выход - к второму входу реверса реверсивного счетчика 27, единичный вход первого триггера 23 соединен с выходом первого элемента И 16, второй вход третьего элемента И 18 подключен к выходу реверсивного счетчика 8, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 7, первый вход выключателя 11 соединен с общей шиной, а его второй вход с установочным входом счетчика 23, выход триггера реверса 22 подключен к входу реверса первого реверсивного счетчика 8, выход триггера 26 соединен с вторыми входами элементов И 19, 20.Устройство вырабатывает изменяющиеся и неизменяющиеся управляющие сигналы.К изменяющимся управляющим сигналам относятся следующие сигналы.а, Сигнал, поступающий на управляющий вход переключателя 2. По этому сигналу в первый такт измерения первая пара противоположных электродов датчика Холла 1 через переключатель 2 подключается к синхронному детектору 4, а вторая пара противоположных электродов датчика 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 питания 3, а вторая пара противоположных электродов датчика - к синхронному детектору 4, При таком подключении:О 1= +х+Онэ, О 2= ф 1 х Онэ,х - ЭДС Холла;Онэ- напряжение неэквипотенциальности;б, Сигнал, поступающий на запускающий вход преобразователя "Напряжение - число импульсов" 5. По этому сигналу начинается преобразование аналогового входного сигнала в пропорциональное число импульсов,в, Сигнал, поступающий на установочный нулевой вход реверсивного счетчика 8. По этому сигналу реверсивный счетчик 8 устанавливается в исходное состояние.г, Сигнал, поступающий на управляющий вход двоично-десятичного дешифратора 9, По этому сигналу производится считывание результата измерения цифровым индикатором 10 после второго такта измерения.д. Для выделения сигналов первого и второго тактов и сигнала, формируемого после окончания измерительного процесса в оба такта измерения, дешифратор 14 формирует на своих первом, втором и третьем выходах соответствующие управляющие сигналы,К изменяющимся управляющим сигналам относятся следующие сигналы,а. Сигнал, поступающий на вход реверса реверсивного счетчика 8 и изменяющий направление счета в реверсивном счетчике 8 в зависимости от изменяющихся условий работы. В первом такте при 1 х Ф 1 Онэ 1 реверсивный счетчик 8 всегда работает на сложение. Направление счета в реверсивном счетчике 8 во втором такте зависит от следующих условий работы;- прих 1= Онэ 1: 1 хОнэ, "+" Вили "-" В на вход реверса реверсивногосчетчика 8 поступает управляющий сигнал,который не изменяет направление счета вреверсивном счетчике 8, т. е. реверсивныйсчетчик 8 в оба такта работает на сложение,где В - магнитная индукция,- при 1 1 х 1 ф 1 Онэ 1 11 х 11 Онэ 1 и "+" В на вход реверса реверсивного счетчи-: ка 8 поступает управляюЩий сигнал, который изменяет направление счета в. реверсивном счетчике 8, т. е. реверсивный счетчик 8 в первом такте работает на сложение, а во втором такте - на вычитание;- при 11 х 1 Ф 1 Онэ, 1 х 1 Онэи "-" В на вход реверса реверсивного счетчика 8 поступает управляющий сигнал, который дважды изменяет направление счета в реверсивном счетчике 8, т, е. реверсивный счетчик 8 в первом такте работает на сложение, а во втором такте сигнал работает на вычитание, а потом - на сложение;- при 1 1 х 1 = 1 Онэ 1 работа реверсивного счетчика 8 отличается от его работы при условии х ээ Онэ, в этом случае изменяется работа реверсивного счетчика 8 в первый такт измерения;- при 1 1 х 1 =1 Онэ 1 и "-" В на вход реверса реверсивного счетчика 8 поступает такой управляющий сигнал, и ри котором реверсивный счетчик 8 в первом такте сначала работает на сложение, а потом - на вычитание, во втором такте реверсивный счетчик 8 изменяет направление своего счета, т, е. работает на сложение;- при 1 х = 10 нэ 1 и "+" В на вход реверса реверсивного счетчика 8 поступает такой управляющий сигнал, при котором реверсивный счетчик 8 в первом такте работает на сложение, во втором такте реверсивный счетчик 8 дважды изменяет направление счета;- при 1 1 х1 Онэ 1, х Ф Онэ полярность выходного сигнала фазочувствительного элемента в оба такта измерения одинаковая: ("+", "-") при "-" В и ("-", "-") при "+" В (фиг. 2 ж, в), При одинаковых полярностях выходного сигнала фазочувствительного элемента 6 во втором такте направление счета в реверсивном счетчике 8 не меняется;- при 1 1 х 1 Онэ, 1 х Ф Онэ полярность выходных сигналов фазочувствительного элемента Бнезависимо от,направления магнитной индукции "-" В или "+" В в оба такта будет ("+", "-") (фиг. 2 д, к). При изменении полярности выходного сигнала фазочувствительного элемента 6 с "-" в первом такте на "+" изменяется направление счета в реверсивном счетчике 8 во втором такте измерения;- при условии 14 1Онэ 11 х 1 Онэ и "-" В дважды изменяется направление счета в реверсивном счетчике 8 во втором такте измерения.Сначала во втором такте он работает на вычитание. Когда число в реверсивном счетчике станет равным нулю, он начинает работать на сложение,б. Сигнал, поступающий через элементИЛИ 7 на счетный вход реверсивного счет 5 чика 8 (счетные импульсы).Эти импульсы, число которых пропорционально величине зоны нечувствительности, поступают на реверсивный счетчик 8,когда выходной сигнал датчика Холла 1,10 меньше величины зоны нечувствительностифазочувствительного элемента б,Таким образом,.из суммарного результата, хранящегося й реверсивном счетчике8, исключается значение величины зоны не 15 чувствительности фазочувствительного элемента б,При 1 х 1 =1 Онэ 1 -" В работа происходит следующим образом.В первом такте реверсивный счетчик 820 работает на сложение,Если окажется, что величина выходногосигнала датчика Холла 1 меньше величинызоны нечувствительности фазочувствительного элемента 6, то реверсивный счетчик 825 изменяет направление счета, т. е. он работает на вычитание.На счетный вход реверсивного счетчика8 через элемент ИЛИ 7 поступают счетныеимпульсы, число которых пропорционально30 выходному сигналу датчика Холла 1 в первый такт измерения, которые будут вычитаться из числа, хранящегося в реверсивномсчетчике 8,Во втором такте реверсивный счетчик 835 изменяет направление счета, т, е, реверсивный счетчик 8 во втором такте работает насложение.При 1 1 х 1 = 1 Онэ,1 "+" В работа происходит следующим образом,40 В первый такт реверсивный счетчик 8работает на сложение.Во второй такт в зависимости от выходных сигналов фазочувствительного элемента б в оба такта измерения триггер 22 выдает45 на реверс реверсивного счетчика 8 такойсигнал, который или изменяет направление счета в реверсивном счетчике 8 илинаправление счета в реверсивном счетчике 8 остается прежним, В первом случае50 реверсивный счетчик 8 работает на вычитание, а во втором - на сложение. Поскольку выходной сигнал датчика Холла 1 меньше величины зоны нечувствительности фазочувствительного элемента б, то в конце второго такта измерения триггер22 выдает на реверс реверсивного счетчика 8 сигнал, который изменяет направление счета в реверсивном счетчике 8.На счетный вход реверсивного счетчика 8 через элемент ИЛИ 7 поступают счетные импульсы, число которых пропорционально выходному сигналу датчикаХолла 1 во второй такт измерения,Работа предлагаемого устройства происходит в два такта измерения,Сигналом начальной установки, поступающим с пятого выхода дешифратора 14 в нулевое состояние, устанавливается реверсивный счетчик 8, Сигналом, поступающим с пятого выхода дешифратора 14 в нулевое состояние, устанавливаются триггеры 22, 23, 24.По сигналу, поступающему с шестого выхода дешифратора 14 в нулевое состояние, устанавливаются триггеры 25, 26 и реверсивный счетчик 27. С выхода триггера реверса 22 на шину реверса реверсивного счетчика 8 поступает такой управляющий сигнал, по которому реверсивный счетчик 8 работает на сложение.В первый такт измерения выходной сигнал датчика Холла 1 равен О= +Ьх+Онэ.Такое значение выходного сигнала датчика Холла 1 обусловлено тем, что управляющий сигнал на первом выходе дешифратора 14 подключает первую парупротивоположных электродов датчика Холла 1 к входу синхронного детектора 4, ачерез вторую пару противоположных электродов датчика Холла 1 протекает ток от источника 3 питания,Выходной сигнал датчика Холла 101= +х+Онэ через переключатель 2 и синхронный детектор 4 поступает на преобразователь "Напряжение - число импульсов" 5.Результат преобразования в виде импульсов поступает на реверсивный счетчик 27, а через элемент ИЛИ 7 - на реверсивный счетчик 8, считающий в прямом направлении;й 1= К 1 х + Онэ 1где К - коэффициент преобразования преобразователя "Напряжение, - число импуль сов".В конце первого такта измерения дешифратор 14 коммутирует переключатель 2. Во второй такт измерения выходной сигнал датчика Холла 1 будет 02= 1 й х-Онэ 1.Это напряжение поступает на преобразователь 5, откуда в виде последовательности импульсов поступает на реверсивнцй счетчик 27,.а через элемент ИЛИ 7 - нареверсивный счетчик 8. В реверсивном счетчике 8 в зависимости от соотношения1 )х 1 и 1 Онэ 1 йроизводится суммирование или вычитание результатов измерения двух тактов. Информация о аиде операции во втором такте выделяется с помощью фазочувствительного элемента 6. Триггер 22 реверса в зависимости от состояния фазочувствительного элемента 6 в оба такта измерения выдает определенный командный сигнал на реверсивный счетчик 8.Когда 1 х 11 Онэ 1, в реверсивном счетчике 8 производится суммирование результатов измерения двух тактов, а при 1 1 х 1 ,1 Онэ 1 - иэ вычитание.Пусть 01 1 х+Онэ 1, 02= 1 1 х Онэ 1Если число Й 1 в первый такт измерения меньше величины зоны нечувствительности Фазочувствительного элемента 6, то не срабатывает в первом такте триггер 26. Поэтому в течение первого такта измерения на вход элемента И 19 с триггера 26 поступает положительный потенциал,. разрешающий прохождение управляющего сигнала третьего выхода дешифратора 14 через схему И 19 на единичные входы триггеров 24, 25 и счетный вход триггера 22 реверса, При поступлении управляющего сигнала с схемы И 19 триггер 24 выдает запрещающий потенциал на схему И 17, а триггер 22 изменяет свое состояние, С выхода триггера реверса 22 выдается такой сигнал, при котором реверсивный счетчик 8 начинает работать на вычитание. Кроме того, триггер 25, управляющий направлением счета в реверсивном счетчике 27, установится в такое состояние; при котором реверсивный счетчик 27 работает на вычитание. При этом на вход реверсивного счетчика 27 и на вход реверсивного счетчика 8 через элемент ИЛИ 7 и элемент И 21 поступают тактовые импульсы преобразователя "Напряжение - число импульсов" 5. Когда число в реверсивном счетчике 27 станет равно нулю, его выходной сигнал через элемент И 20 установит триггер 22 в нулевое состояние.Таким образом, триггер 22 реверса установится в такое состояние, при котором реверсивный счетчик 8 работает на сложение.Выходной сигнал триггера 25 запрещает прохождение тактовых импульсов через элемент И 21 на входы реверсивнцх счетчиков 8 и 27. Поэтому в конце второго такта измерения в реверсивном счетчике 8 находится результат измерения второго такта, который при 1 х 1 = 1 Онэ 1 равен:Й,; -К 1 1 х-Онэ 1 -К 1 х-Онэ 1 +К 1 х+ +ОнэО+К 1 х+Онэ 1=К 1 х+Онэ 1 2 х 1 хСигналы, поступающие с элементов И 17 и 18 на установочные входы триггера 22, предварительно преобразуются в узкие импульсы формирователями, которые на чертеже не локазаны, поскольку они применяются по прямому назначению.Если в первый такт измерения выходной сигнал датчика Холла 1 ОЙ-Онэ 1больше величины зоны нечувствительности 5фазочувствительного элемента 6, то срабатывает триггер 26 и запрещает прохождение управляющего сигнала на третьемвыходе дешифратора через схему И 19. Приэтом в течение первого такта не изменяется 10направление счета в реверсивных счетчиках8 и 27, а нв второй вход элемента ИЛИ 7 непоступают тактовые импульсы элемента И21, т. е. на реверсивный счетчик 8 поступитИ=К 1 х-Онэ 1 импульсов15Во втором такте измерения при 1 хОнэ 1производится суммирование результатовизмерения двух тактов, а при 1 х 11 Онэ 1- их вычитание,В первом случае реверсивный счетчик 8 20зафиксирует число импульсов, пропорциональное ЭДС Холла:й =Кх-Онз 1+Кх+Онэ=2 к 1 х 1.Во втором случае, когда число в реверсивном счетчике 8 равно нулю при вычитании результатов измерения двух тактов,срабатывает схема И 18. Она устанавливаетв нулевое, состояние триггер реверса 22, прикотором реверсивный счетчик 8 начинаетработать на сложение. 30В результате реверсивный счетчик 8 зафиксирует число импульсов, пропорциональное ЭДС Холла:Й 2=К 1 Онэ+ х=К 1 Онэ-х+2 х 1=К 1 Онз-х+2 кх,И=И-К 1 Онз-х+2 Кх=К 1 Онэ 1 х "КОнэ-х+ 35+2 кх=2 кхПусть О 1= Нх+Онз 1, 02=1-х-Онэ .Выходной сигнал датчика Холла 1 черезпереключатель 2 и синхронный детектор 4поступает на преобразователь 5 напряжение - число импульсов. Результат преобразования в виде последовательностиимпульсов через схему ИЛИ 7 поступаетна реверсивный счетчик 8, где и запоминается: 45И=К 1 х+ОнэЕсли число Й 2 во второй такт измеренияменьше величины зоны нечувствительностифазочувствительного элемента 6, то не срабатывает триггер 26. 50Поэтому в течение второго такта измерения на вход элемента И 19 с триггера 26поступает положительный потенциал, разрешающий прохождение управляющегосигнала с третьего выхода дешифратора 14 55через элемент И 19 на единичные входытриггеров 24, 25 и счетный вход триггерареверса 22.При поступлении управляющего сигнала элемента И 19 триггер 24 выдает запрещающий потенциал на элемент И 17, а триг-гер операции 22 изменяетсвое состояниеКроме того, триггер 25 установится в такоесостояние, при котором реверсивный счетчик 27 начинает работать на вычитание. Приэтом на вход реверсивного счетчика 27 и навход реверсивного счетчика 8 через элементИЛИ 7 поступают через элемент И 21 тактовые импульсы.Когда число в реверсивном счетчике 27станет равным нулю, его выходной сигналчерез элемент И 20 установит триггер 22 итриггер 25 в нулевое состояние.Выходной сигнал триггера 25 запрещает прохождение тактовых импульсов черезэлемент И 21 на входы реверсивных счетчиков 22 и 8.Поэтому в конце второго такта измерения в реверсивном счетчике 8 находитсярезультат измерения первого такта, который при 1 Ьх 1 = 1 Онзравен:Ир К 1 х+Онэ 1+К 1 х-Онэ 1-К 1 х-Онз =Кх+Он 1++0=.2 К х.Если число М 2 во второй такт измерениябольше величины зоны нечувствительностифазочувствительного элемента 6, то срабатывает триггер 26 и запрещает прохождение управляющего сигнала с выходатретьего 26 дешифратора 14 через элементИ 19.При этом в течение второго такта неизменяется направление счета в реверсивном счетчике 8 и 27, а на второй вход элемента ИЛИ 7 не поступают тактовыеимпульсы с элементов И 21, т, е. на реверсивный счетчик 8 поступит импульсов;Мг=Кх - ОнэВ результате, в реверсивном счетчике 8находится суммарный результат двух тактов, пропорциональный ЭДС Холла;при 13 х 11 О 1, И=Кх+Онз 1+К бах-Онэ 1=2 Кх,при 1 х 11 Онз 1, й; =К 1 х+Онз 1 "К Онз-х 1=2 Кх,Результат измерения дешифруется двоичнп-десятичным дешифратором 9 и считывается цифровым индикатором 10,Формула изобретенияЦифровой измеритель магнитной индукции по авт, св. М 367794, о тл и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышенияточности измерения, в него введены элемент ИЛИ, генератор импульсов, счетчик,дешифратор, триггер реверса, четыре триггера, шесть элементов И, элемент НЕ, второй реверсивный счетчик и выключатель,причем генератор импульсов через счетчиксоединен с входом дешифратора, первыйвыход которого подключен к первому входупервого элемента И, второй выход - к первым входам второго и третьего элементов И, 1720035третий выход - к первым входам четвертого и пятого элементов И, четвертый выход - к управляющему входу двоично-десятичного дешифратора, пятый выход - к установочному входу первого и второго 5 триггеров, запускающему входу преобразователя напряжение - число импульсов и установочному входу второго реверсивного счетчика, шестой выход - к установочным входам третьего и четвертого триггеров, ус тановочному входу первого реверсивного счетчика и первому нулевому входу триггера реверса, седьмой выход - к управляющему входу переключателя, второй вход первого элемента И и вход элемента Н Е объединены 15 и соединены с выходом фазочуцствительного.элемента, первый счетный вход второго реверсивного счетчика объединен с входом элемента ИЛИ и соединен с выходом преобразователя напряжения - число импульсов, 20 второй выход которого подключен к первому входу шестого элемента И, вторые входы четвертого и пятого элементов И соединены с выходом первого триггера, единичный вход которого подключен к первому выходу 25 второго реверсивного счетчика, второй выход которого через пятый элемент И соединен с вторыми нулевыми входами второго триггера и триггера реверса, третий выход четвертого элемента И,нулевой вход которого подключен к выходу третьего элемента И, соединен с единичными входами второго и третьего триггеров и счетным входом триггера реверса, единичный вход которого подключен к выходу второго элемента И, второй, третий и четвертый входы которого соответственно соединены с выходами третьего и четвертого триггеров и элемента НЕ, первый выход второго триггера через шестой элемент И подключен к второму входу элемента ИЛИ и второму счетному входу второго реверсивного счетчика, а второй выход" к входу реверса реверсивного счетчика, единичный вход четвертого триггера соединен с выходом первого элемента И, кроме того, второй вход третьего элемента И подключен .к выходу первого реверсивного счетчика, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход выключателя соединен с общей шиной прибора, а его второй вход - с установочным входом счетчика, выход триггера реверса подключен к входу реверса первого реверсивного счетчика, а выход первого триггера соединен с вторыми входами четвертой и пятой схем И,17200351 ШЙ 11 Ы 311) ИИЫ 33 ЫЫВЫ 1 ЫЫ 31 ЙЫ 1 В ЫЫ 3 3 ЫИайайайайайайайайайайайайайайайийвйайайайайае + ф фв М Мъ цЪ Ь 1 Ф 4 ф ф ИРипаваи яув 3 вщ вдошаФфллщ кщ Составитель В. ВеличкинРедактор М. Недолуженко Техред М.Моргентал Корректор М, ДемчикЗаказ 771 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101