Цифровой измеритель магнитной индукции

. (54) ЦИ ИНДУ КЦИ (57) И магии для и индук сится: к, предназн никено зобретение отнных измерениймерения в широии постоянных ом диапазонеагнитных полей ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРУ 367794, кл, С 01 К 33/06, 1970,РОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАГНИТНОЙ ЯО 1698860 Цель изобретения - повышение точностиизмерения при одновременном определении направления магнитной индукции -достигается введением генератора 13 импульсов, счетчика 14, дешифратора 15,элементов И 20, 18, 19, 24 н 23, индикатора 11 знака, триггеров 17, 16и 21 и элемента НЕ 22, Измерительтакже содержит источник 3 питания,фазочувствительный элемент 8 и последовательно соединенные датчик 1 Холла,переключатель 2, синхронный детектор4, преобразователь 5 напряжение -число импульсов, реверсивный.счетчик6, двоично-десятичный дешифратор 9и цифровое отсчетное устройство 7.2 з.п.ф-.лы, 3 ил.Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей.Целью изобретения является повышение точности измерения при одновременном определении направления магнитной индукции.На фиг. 1 представлена блок-схема цифрового измерителя магнитной индукции; на фиг. 2 - временные диаграммы работы блока управления; на Фиг. 3 - временные диаграммы выходного сигнал датчика Холла после переключател (3, 33, Зе, 3) и после его преобразования в постоянный (ЗГ, 3, 3 3.).Цифровой измеритель магнитной ин- . дукдии тфиг. 1) состоит иа датчика 1 Хглла, переключателя 2, источника 3 питания, синхронного детектора 4, преобразователя напряжение - код, сгдержащего последовательно соединенные преобразователь 5 напряжение - тггсло импульсов и реверснвный счетчик 6, цифрового отсчетного устройства 7, Фазочувствительного блока 8,оично-десятичного дешифратора 9,ока 10 управления, индикатора 11 нака и блока 12 формирования знака.1Блок 10 управления содержит генератор 13 импульсов, счетчик 14, дешггфратор 15, триггеры 16 и 17 и элементы И 18, 19, 20.Первая пара противоположных электродов датчика 1 Холла соединена сервыгги выходами переключателя 2. Вторая пара противоположных электроггов датчика 1 Холла соединена с вторыми выводами переключателя 2, Сигнальньпг выход источника 3 питания соединен с третьими выходами переключателя 2. Сигнальньп вход синхронного детектора 4 соединен с сигнальным входом Фазочувствительного блока 8 и четвертыми входами переключателя 2, Управляющий вход переключателя 2 соединен с первым выходом блока 10 управления. Управляющий выход источника 3 питания соединен с управляющими входами синхронного детектора 4 и Фазочувствительного блока 8.Выход синхронного детектора 4 соединен с сигнальным входом преобразователя 5 напряжение - число импульсов, запускаегап вход которого соединен с вторым выходом блока 10 .управ.ления. Выход преобразователя 5 напряжение - число импульсов соединен сосчетным входом реверсивного счетчика 6, нулевой вход которого соединенс третьим выходом блока 10 управления и первым входом блока 12 Формирования знака, выполненного в виде триггера 21, элемента НЕ 22 и элементовИ 23 и 24, Вход реверса реверсивногосчетчика 6 соединен с пятым выходомблока 10 управления. Выход реверсивного счетчика 6 (параллельный код)соединен с сигнальггым входом двоичнодесятичного дешифратора 9 и вторымвходом блока 10 управления.Выход фазочувствительного блока 8соединен с первым входом блока 10управления и пятым входом блока 1220 Формирования знака,Выход двоично-десятичного дешифратора 9 (параллельный) соединенс входом цифрового отсчетного устройства 7.25 Иестой выход блока 10 управлениясоединен с вторым входом блока 12Формирования знака, седьмой выход блока 10 управления - с третьим входомблока 12 Формирования знака, восьмой30выход блока 10 управления - с четвертым входом блока 12 формированиязнака,Генератор 13 импульсов соединен свходом счетчика 14, выход которого(параллельный код) соединен с входомдешифратора 15, Первый выход дешифратора 15 соединен с первым выходомблока 10 управления, второй выходдешифратора 15 - с вторым выходомблоха 10 управления, третий выход40дешифратора 15 - с третьим выходом,блока 10 управления, первым нулевымвходом триггера 16 и нулевым входомтриггера 17, Четвергъпг выход дешиф 45 Ратора соединен с пятым выходомблока 10 управления. Пятый вьмоддешифратора соединен с первыми входами элемента И 18 и 19 и шестым выходом блока 10 управления, Иестой50выход дешифратора 15 соединен с первым входом элемента И 20 и восьмымвыходом блока 10 управления. Второйвход (параллельный код) элемента И 19соединен с вторым входом блока 10управления. Выход элемента И 19 соеди"нен со вторым нулевым входом триггера 17 и седьмым выходом блока 10 управления, Счетный вход триггера 17соединен с выходом элемента И 18, 1698860Второй вход элемента И 18 соедййен с первым входом блока 10 управления и вторым входом элемента И 20, Выход элемента И 20 соединен с единичным входом триггера 17, выход которого соединен с третьим входом элемента И 18.Индикатор 11. знака соединен с выходом блока 12 формирования знака.Первый вход блока 12 формирования .знака соединек с первым нулевым входом триггера 21 пятьп вход блока 12 формировакия знака - с входом элемен та НГ 22.Второй вход блока 12 Аормирова 15ния знака соединен с первым входом элемента И 23, второй вход которого соединен с выходом триггера 21, Четвертый вход блока 12 формирования знака соединен с первым входом элемента 20 И 24, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ 22, Выход элемента И 24 соединен " единичным входом триггера 21, второй нулевой вход ко- торого соединен с третьим входом блока 12 формирования знака.К неизменяющимся управляющим сигналам относятся:а) сигнал, поступающий на управляющий вход переключателя 2.По этому сигналу в первый такт измерения первая пара противоположных электродов датчика 1 Холла черезпереключатель 2 подключается к синхронному детектору 4, вторая пара противоположных электродов датчика 1 Холла через переключатель 2 подключается к источнику 3 питания. Во вто 40 ром такте первая пара противополож- ных эдектродов датчика 1 Холла через переключатель 2 подключается к источнику 3 питания, а вторая пара противоположных электродов датчика - к син. хронному детектору 4При таком подключении- 1 х цнэПд -1 х Ннэ ф где Б - напряжение, поступающеев первом такте на вход преобразователя напряжениекод;Б 2 - напряжение, поступающеево втором такте на входпреобразователя напряжение - 5код;551, - ЭДС датчика Холла;Б - напряжение неэквипотенциальности. б) сигнал, поступающий на запускающп вход преобразователя 5 напряжение - число импульсов,По этому сигналу начинается пре-,образование аналогового сигнала впропорциональное число импульсов.в) сигнал, поступающий на нулевойвход реверсивного счетчика 6, первыйнулевой вход триггера 21, первый4нулевой вход триггера 16 и нулевойвход триггера 17.г) сигнал, поступающий на управляющий вход двоично-десятичкого дешифратора 9. По этому сигналу производится считывание результата измерения цифровым отсчетным устройством 7 после второготакта измерения. ед) для выделения сигналов первогои второго тактов и сигнала, изменяющего направление счета в реверсивном счетчике 6, дешифратор 15 форми-.рует ка своих выходах соответствующиеуправляющие сигналы,. К изменяющимся управляющим сигна-лам относится сигнал, поступающийна вход реверса реверсивного счетчика 6 и изменяющий направление счетав реверсивном счетчике 6 во второйтакт измерения,В первом такте реверсивный счетчик 6 всегда работает ка сложение.Направление счета в реверсивном счетчике 6 во втором такте зависит отследующих условий,При 1 ) 1) + В или - В навход реверса реверсивного счетчика6 поступает управляющий сигнал, который не изменяет направление счетав,уеверсивком счетчике 6 во второмтакте, т.е. реверсивньй счетчик 6в оба такта будет работать на сложение.При1 (Бки + В на входреверса реверсивного счетчика 6 поступает управляющий сигнал, который изменяет направление счета в реверсивном счетчике 6 во втором тактет,е.реверсивный счетчик в первом тактеработает на сложение, а во втором -на вычитание.При 1,Пи - В на входреверса реверсивного счетчика 6 поступает управляющий сигнал, которыйдважды изменяет направление счетав реверсивном счетчике 6 во второмтакте, т.е. реверсивкьп счетчик 6в первом такте работает ка сложение, 1698860а во втором - сначала на вычитание, а потом - на сложение. На сложение он начинает работать в тот момент, когда в реверсивном счетчике 6 код станет равным нулю.Условие 1С 1 нз и 1, ( 1 ПД определяется блоком 10 управления По сигналу на выходе фазочувствительНого блока 8 в оба такта измерения.При1113. полярность выходого сигнала на выходе фазочувствиельного блока 8 в оба такта измереия одинакова (-, -) при + В и (+, +) ри - В. При одинаковых полярностях 1 выходного сигнала фазочувствителього блока 8 блок 10 управления во тором такте не вырабатывает управлящий сигнал, изменяющий направление счета в реверсивном счетчике 6,При )1 (Одэ полярность выход 20 ых сигналов фазочувствительного блоха 8 независимо от направления магНитной индукции + В и - В в оба такта будет (-, +). При изменении полярости выходного сигнала фазочувствительного блока 8 с "-" в первом такте, на "+" во втором. такте, блок 10 управления изменяет направление сче 30 та в реверсивном счетчике 6 во втором такте измерения.При условиях 1 ( 1 Бн и - В блок 10 управления дважды изменяет направление счета в реверсивном счетчике 6 во втором такте измерения, Сначала блок управления по полярнос- З 5 ти выходных сигналов фазочувствительного блока 8 в оба такта измерения .изменяет направление счета в ревер,сивном счетчике 6. Во втором такте он работает на вычитание. Когда число 40 в реверсивном счетчике 6 станет равным нулю, блок 10 управления снова изменяет направление счета в реверсивном счетчике 6. Он начинает работать на сложение.45На фиг2 приведены временные диаграммы работы блока 10 управления. 1Работа устройства происходит в два такта измерения. Сигналом началь 50 ной установки, поступающим с третьего выхода блока управления, в нулевое состояние устанавливаются реверсивный счетчик 6, триггер 21 блока 12 формирования знака, триггер 17 и триггер 6 реверса. С пятого выхода .блока 10 управления на шину реверса реверсивного счетчика б поступает такой управляющий сигнал, по которому реверсивный счетчик 6 работает на сложение.В первый такт измеренттл выходной сигнал датчика 1 Холла И = (+1 + + Пэ). Такое значение вьиодного сигнала датчика 1 Холла обусловлено тем, что управляющий сигнал на первом выходе блока 10 управления подключает первую пару противоположных электродов датчика 1 Холла к выходу синхронного детектора 4, а через вторую пару противоположных электродов датчика 1 Холла протекает ток от источника 3 питания.Выходной сигнал датчика 1 Холла И 1 = (ф 1 + он) поступает через переключатель 2 синхронный детектор .4 на преобразователь 5 напряжение - число импульсов. Результат преобразования в виде импульсов поступает на реверсивный счетчик 6, считающий в прямом направлении1 к + Пну а где К - коэффициент преобразованиясинхронного детектора;К - коэффициент преобразованияпреобразователя напряжениечисло импульсов.В конце первого такта измерения блок 10 управления сигналом, поступающим с первого выхода, коммутирует переключатель 2.Во втором такте измерения выходной сигнал датчика 1 Холла И(+1 к - Пнэ). Это напряжение через синхронный детектор 4 поступает на преобразователь 5 напряжение - число импульсов, откуда в виде последовательности импульсов поступает на реверсивный счетчик 6.В зависимости от условия1)0 или1с 0 нв реверсивном счетчике 6 производится суммирование или вычитание результатов кодирования двух тактов. Информация о виде операции во втором такте выделяется с помощью фазочувствительного блока 8 и блока 10 управления. Блок 10 управления в зависимости от полярностей сигналов на выходе фазочувствительного блока 8 в оба такта измерения, во втором такте выдает определенный сигнал на вход реверса реверсивного счетчика 6. Прн1 х 1;р0в реверсивнометчике 6 производится суммировае результатов кодирования двух так 1698860 10тов, при1( 11- производитсяих вычитание,ПРи 1 ) 11 Нэ и + В выходные сигналы датчика 1 Холла будут И(1 Х + 11 Э) 1 И 2 = (1 Х - 11 Нэ) (Лиг.Зв)В первый такт измерения сигнал навыходе фазочувствительного блока 8отрицательной полярности являетсязапрещающим для элементов И 20 и 18,поэтому управляющие сигналы блока 10управления не проходят через элементы И 20 и И 18 и состояние триггеров17 и 16 не изменяется в течение первого такта, Во втором такте сигнална выходе Аазочувствительного блок:. 8отрицательной полярности являетсязапрещаюцим для элементов И 20 и 18.Поэтому при поступлении управляющего сигнала с дешифратора 15 элемент И 20 не срабатывает и, следовательно, не изменяется состояние триггера 17.Хотя на второй вход элемента И 18поступает разрешающий потенциал с 25триггера 17, во втором такте при поступлении управляющего сигнала с дешифратора 15 элемент И 18 не срабатывает из-за наличия запрещающего потенциала на его первом входе с вьхода фазочувствительного блока 8.Поэтому блок 10 управления неизменяет свой выходной сигал на пятом выходе блока 10 управления и реверсивньй счетчик б во втором тактеработает на сложение.В. результате, во втором такте реверсивный счетчик б Фиксирует числоимпульсов, пропорциональное ЭДС Холла,И- = 1+ 12 = К,К 11 х + 11 э+= (1+ 11 э), И 2 = (1- 1,),Бо втором такте сигнал на выходе(положительной полярности) являетсяразрешающим для элемента И 18, Навторой вход элемента И 18 поступаетразрешающий потенциал с триггера 17,который в первом такте не изменяет50свос состояние.При поступлении во втором тактеуправляющего сигнала на третий, входс дешифратора 15 элемент И 18 срабатывает и выдает сигнал на счетныйвход триггера 16 реверса.Триггер 16 реверса срабатываети переходит в единичное состояние. Таким образом, блок 10 управления изменяет свой выходной потенциал-сигнал на пятом вьходе. Поэтому во втором такте реверсивньй счетчик б будет работать на вычитание1 1- И 2 = КК 2 1. + цнэ 1:КК 2 1 х Нэ 2 ККг 1 х 2 КК 21 хПри1 Х ) БНэ и - В выходные сигналы датчика 1 Холла И= (-1) + БН ),г2 НЭ ф 11 = ,-1- ПНВ первом такте сигнал на выходе фазочувствительного блока 8 (положительной полярности) (фиг, 3)К) является разрешающим для элемента И 20, При поступлении управляющего сигнала с дешифратора 15 в первом такте элемент И 20 срабатывает и выдает сигнал на единичный вход триггера 17, Триггер 17 срабатывает, переходит в единичное состояние и выдает запрещаюплй потенциал на второй вход элемента И 18. Поэтому во второмтакте при поступлении управляющего сигнала на третий вход элемента И 18 с дешифратора 15, элемент И 18 не срабатывает, хотя на его первый вход поступает разрешающий потенциал (положительной полярности) с выхода фазочувствительного блока 8. Таким образом, во втором такте блок 10 уп-., равления не изменяет свой выходной сигнал на пятом выходе и реверсивный счетчик 6 во втором такте работает на сложение11- 1 л - 2 Ел 1,1 х + Уэ ++ КК 2 1 х - 11 нэ = 2 КМ 1 х = 2 КК 2 ЪПри 1 хПэ(, - В выходные сигналы датчика 1 Холла И = (- 1 +х) Иа, - (-1 х - П )Во втором такте сигнал на выходе (Ьиг. ЗК) фазочувствительного блока 8 (положительной полярности) является разрешаюшим для элемента И 18. На второй вход элемента И 18 поступает разрешающий потенциал с триггера 17, который в первом такте не изменяет свое состояние.При поступлении управляющего сигнала во втором такте с дешифратора 15 на третий вход элемента И 18, последний срабатывает и выдает сигнал на счетный вход триггера 16 реверса.Триггер 16 реверса срабатывает и переходит в единичное состояние,Таким образом, блок 10 управления изменяет свой выходной сигнал на пятом выходе. Поэтому вовтором такте реверсивный счетчик 6 работает на вычитание.Когда число в реверсивном счетчике 6 во втором такте станет равнымнулю, срабатывает элемент И 19 и выдает сигнал на второй нулевой входтриггера 16 реверса, который переходит в единичное состояние и изменяет свой выходной сигнал на пятомвыходе.Таким образом, блок 10 управленияво втором такте второй раз изменяетнаправление счета в реверсивном счетчике 6, т.е, реверсивньй счетчик 6сНова начинает работать на сложение.В результате, после второго тактареверсивный счетчик 6 Фиксирует числоимпульсов, пропорциональное ЭДС Холла:И = КК)1 + 11 = КК 1 + Ннэ к + 1 х 1= ККу 1 иэ - 1 х( + 2 К,К, Рк 1=2 фр 20Нг + 1 а = ККтНИЭ - 1 -" К К 2 " и1 х +2 К К 2 1 11 2 К 1 К 21 хРезультат измерения после преобразования выходного кода реверсивногосчетчика 6 в двоично-десятичном де 1 ифраторе 9 считывается цифровымотсчетным устройством 7.Определение направления магнитнойиндукции пооисхопит следующим обра- .зом,ЗОПри 1У, + В. В пеРвыйтакт измерения сигнал с выхода фаочувствительного элемента (отрицательной полярности), пройпя черезэлемент НЕ 22 является разрешающимдля элемента И 24. Поэтому при поступ-З 5пении управляющего сигнала с восьмогорыхода блока 10 управления, в первомтакте элемент И 24 срабатывает и выдает сигнал на единичнь вход тригге 40ра 2.1. Триггер 2.1 переходит в единичное состояние и вьдает разрешающийпотенциал на элемент И 23, Во второмтакте при поступлении управляющегосигнала с шестого выхода блока 10управления элемент И 24 срабатывает45и вьдает сигнал (что соответствуетположительному направлению магнитной индукции) на индикатор 11 знака,При 11 Инэ и - В, В первьп50такт измерения сигнал, положительнойполярности, поступающий через элементеНЕ 22 с выхода Аазочувствительногоблока 8, является запрещающим дляэлемента И 24.Поэтому при поступлении управля 55ющего сигнала с восьмого выхода блока 10 управления, в первом такте элемент И 24 не срабатывает. Таким образом, триггер 21 остается в первоначальном состоянии и выдает запрещающий потенциал на элемент И 23, Во втором такте при поступлении управляющего сигнала с шестого выхода блока 10,управления, элемент И 23 не срабатывает, Это соответствует отрицательному направлению магнитной индукции - В.Прн 1113), + В. В первый такт измерения сигнал отрицательной полярности, поступающий через элемент НЕ 22 с выхода Фазочувствительного блока 8, является разрешающим для элемента И 24,Поэтому при поступлении управляющего сигнала с восьмого выхода блока 10 управления, в первом такте элемент И 24 срабатывает и вьдает сигнал на единичньп вход триггера 21.Триггер 21 переходит в единичное состояние и выдает разрешающий потенциал на элемент И 23.Во втором такте при поступлении управляющего сигнала с шестого выхода блока 10 управления, элемент И 23 срабатывает и выдает сигнал на индикатор 11 знака,.ъПри 11БН и - В, В первый такт измерения сигнал отрицательной полярности, поступающий через элемент НЕ 22 с выхода Фазочувствительного блока 8, является разрешающим для элемента И 24. Поэтому при поступлении управляющего сигнала с восьмого выхода блока 10 управления, в первом такте элемент И 24 срабатывает и вьдает сигнал на единичный вход триггера 21, который срабатывает и выдает разрешающий потенциал на элемент И 23. Во втором такте (поскольку уровень сигнала во втором такте больше,. чем в первом такте) срабатывает элемент И 19. Когда число в реверсивном счетчике 6 равно нулю, управляющий сигнал элемента И 19 с седьмого выхода блока управления поступает на нулевой вход триггера 21 и изменяет его состояние. Триггер 21 выдает запрещающий потенциал на элемент И 23. Во втором такте при постуленни управляющего сигнала с шестого выхода блока 10 управления, элемент И 23 не срабатывает. Это соответствует отрицательному направлению магнитной индукции "-" В.формула изобретения 1. Цифровой измеритель магнитнойиндукции, содержащий последовательносоединенные датчик Холла, переключатель, синхронный детектор, преобразователь напряжение - код, состоящий из последовательно соединенных преобразователя напряжение -число импульсов и реверсивного счетчика, двоично-десятичный дешифратори цифровое отсчетное устройство, атакже источник питания, соединенныйс вторыми входами переключателя, ифазочувствительный блок, подключенный к сигнальному входу синхронногодетектора, причем управляющие входысинхронного детектора и фазочувствительного блока соединены с управлякщим входом источника питания, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности измерения,в него введены индикатор знака, блокформирования знака и блок управления,при этом первый вход блока управлениясоединен с выходом фазочувствительного блока, второй вход блока управления .подключен к выходу реверсивного счетчика, выходы блока управленияс первого по восьмой .соответственносоединены с управляющим входом переключателя, запускающим входом преобразователя напряжение - число импульсов, с нулевым входом реверсивногосчетчика и первым входом блока формирования знака, с управляющим входомдвоично-десятичного дешифратора,с входом реверса реверсивного счетчика, с вторым, третьими четвертымвходом блока формирования знака,пятый вход которого соединен с первым входом блока управления, выход блока формирования знака подключен к входу индикатора знака.2. Цифровой измеритель по п. 1отличающийся тем, чтоблок управления включает в себя поф следовательно соединенные генераторимпульсов, счетчик, дешифратор, атакже два триггера и три элемента И,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 при этом первый выход дешифратора соединен с первым выходом блока 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 нулевым входом второго триггера, четвертьд выход дешифратора соединен с четвертым выходом блока управления, пятьп выход дешифратора соединен с шестым выходом блока,управления и первыми входами первого и второго элемента И, шестой выход дешифратора соединен с первым входом третьего элемента И и восьмым выходом блока управления, седьмой выход блока управления соединен с вторым нулевым входом первого триггера и выходом первого элемета И, второй вход которого соединен с вторым входом блока управления, пять выход блока управления соединен с выходом первого триггера, счетнь вход которого соединен с выходом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго триггера, егиничньй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом второго элемента И и первым входом блока управления,3. Цифровой измеритель по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок формирования знака выполнен в виде последовательно соединенных элемента НЕ, четвертого элемента И, третьего триггера и пятого элемента И, первый вход блока формирования знака соединен с первым нулевым входом третьего триггера, второй нулевой вход которого соединен с третьим входом блока формирования знака, пятыми вход которого соединен с входом эле-мента НЕ, второй вход четвертого элемента И соединен с первым входом бло-, ка формирования знака, второй вход которого соединен с вторьцч входом пятого элемента И, выход которого соединен с выходом блока формирования знака.Гхйюl ставитель В. Велички едактор А. Калениченко Техред А,Кравчук Корректор И. Самборск Заказ 4395 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 водственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгор П Гагарина, 101