Устройство для измерения индукции переменного магнитного поля

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯИЗМЕРЕНИЯ ИНДУКЦИИ ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов , преобразователь Холла, широкополосный усилитель, выход которого, подключен к входам первого и второго ключей, вторые йходы которых соединены с вторым выходом генератора прямоугольных импульсов, а также регистрирующий блок, о т л.и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены счетно-решающий блок, два управля-. емых блока запоминания, третий ключ и блок задержки, причем первый и второй входы счетно-решающего блока подсоединены соответственно к выходам первого, и второго ключей, первый , ,и йторой выходы - соответственно к входам первого и второго управляемых блоков запоминания, а выходы последних - к третьему и четвертому входам счетно-решающего блока, третий выход С которого через третий ключ связан с входом регистрирующего блока вторые (Л входы управляемых блоков запоминания. . соединены с вторым выходом генератора прямоугольных импульсов непосрёдственк но, а второй вход третьего ключа - ; уерез блок задержки. Nd 00 N5 сд

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) А

З(51) G 01 Р 33 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Риг. 4 (21) 3527392/24-21 (22) 23.12.82 (46) 07.12.84. Бюл. У 45 (72) 10.П.Обоишев, Л.Г.Синцова и. С.А.Скородумов (53) 621. 317.42(088.8) (56) 1. Афанасьев Ю.В. и др. Магнито .метрические преобразователи, приборы и установки. M., "Энергия", 1972, стр. 204.

2. Авторское свидетельство СССР

В 448404, кл. 6 01 Й 33/00, 1973 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ИНДУИЯИ ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов, преобразователь Холла, широкополосный усилитель, выход которого подключен к входам первого и второго ключей, вторые входы которых соеди. нены с вторым выходом генератора прямоугольных импульсов, а также регистрирующий блок, о т л и ч а ю щ е;е с я тем, что, с целью повышения точности измерений,.в него введены счетно-решающий блок, два управля . емых блока запоминания, третий ключ и блок задержки, причем первый и второй входы счетно-решающего блока подсоединены соответственно к выходам первого и второго ключей, первый; ,и второй выходы — соответственно к входам первого, и второго управляемых блоков запоминания, а выходы последних — к третьему и .четвертому входам счетно-решающего блока, третий выход которого через третий ключ связан с входом регистрирующего блока» вторые фу входы управляемых блоков запоминания соединены с вторым выходом генератора прямоугольных импульсов непосредствен но, а второй вход третьего ключа через блок задержки.

1128205

Изобретение относится к области магнитных измерений и предназначается для измерений магнитной индукции переменного магнитного поля в широком диапазоне частот с повышенной точностью. Оно может быть использовано при точечных измерениях магнитной индукции переменного магнитного поля.

Известны устройства для измерения индукции переменного магнитного поля, И содержащие преобразователь .Холла, источник переменного тока, избирательный усилитель по несущей частоте, фазовый детектор, фильтр и регистрирующее устройство )1) .

В устройстве для уменьшения влияния индукционных наводок со стороны измеряемого магнитного поля используется питание преобразователя

Холла от источника переменного тока, gp частота которого выбирается примерно на порядок выше частоты измеряемой магнитной индукции. Однако значительное увеличение частоты тока возбуждения для . повышения верхней граничной частоты 2S устройства приводит к возникновению вихревых токов в преобразователе

Холла, которые дополнительно нагревают преобразователь; и как следствие. изменяют его основные характеристики.зО

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для измерения индукции переменного магнитного поля, содержащее последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов, преобразователь Холла, широкополосный усилитель, выход которого подключен к входам первого и второго ключей, вторые входы котЬрых соединены с вторым выходом генератора прямоугольных импульсов, сумматор, выпрямители с фильтрами нижних частот, а также регистратор f2) .

Сущность работы устройства по снижению индукционной наводки заключается в алгебраическом вычитании (компенсации) в сумматоре двух напряжений; однако ll = U< + ц„, обусловленное суммой напряжений Холла и напряжения индукционных наводок на преобразователь Холла, другое, o6yc" ловленное только напряжением индукционных наводок на преобразователь .

Холла Ць, таким образом, известное 55 устройство позволяет в выходном сиг, нале скомпенсировать напряжение индукционных наводок, т.е. обеспечивает расширение частотного диапазона и увеличение точности. Однако при дальнейшем увеличении частоты появляется погрешность недокомпенсации индукционной наводки. Эта погрешность обусловлена наличием фазового сдвига 11/2 между полезным сигналом и напряжением индукционных наводок и возрастает с увеличением частоты измеряемого поля.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения индукции переменного магнитного поля, содержащее последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов, преобразователь Холла, широкополосный усилитель, выход которого подключен к входам первого и второго ключей, вторые входы кото рых соединены с вторым выходом генератора прямоугольных импульсов, а также регистрирующий блок., дополни-, тельно введены счетно-решающий блок, два управляемых блока запоминания, третий ключ и блок задержки, причем первый и второй входы счетно-решающего бл=ка подсоединены соответственно к выходам первого и второго ключей, первый и второй выходы — соответствен но к входам первого и второго управляемых блоков запоминания, а выходы последних — к третьему и четвертому входам счетно-решающего блока, третий выход которого через третий ключ связан с входом регистрирующего блока, вторые входы управляемых блоков запоминания соединены с вторым выходом генератора прямоугольных импульсов непосредственно, а второй вход третьего ключа — через блок задержки.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— временные диаграммы.

l

Устройство для измерения индукции переменного магнитного поля, содержит последовательно соединенные генератор 1 прямоугольных импульсов, преобразователь 2 Холла, широкополосный усилитель 3, выход которого подключен к входам первого и второго ключей 4 и 5, вторые входы которых соединены с вторым, выходом генератора 1 прямоугольных импульсов, .регистрирующий блок 6, счетно-решающий блок 7, первый,и второй управляемые

112

3 блоки 8 и 9 запоминания, третий ключ 10 и блок 11 задержки, причем первый и второй входы счетно-решающего блока 7 подсоединены соответственно к выходам первого и второго ключей 4 и 5, первый и второй выходысоответственно к входам первого и второго управляемых блоков 8 и 9 запоминания, а их выходы — к третьему и четвертому входам счетно-решающего 10 блока 7, третий выход которого через третий ключ 10 связан с входом регистрирующего блока 6, вторые входы управляемых блоков 8 и 9 запоминания соединены с вторым выходом генератора 1 прямоугольных импульсов .непосредственно, а второй вход третьего ключа 10 — через блок 11 задержки, при этом счетно-решающий блок содержит последовательно соединенные первый выпрямитель 12 и первый квадратор 13, второй выпрями- тель 14 и второй квадратор 15, а .также сумматор 16 и блок !7 извлечения корня квадратного. 25

Устройство работает следующим образом.

Преобразователь 2 Холла возбуждается прямоугольными импульсами тока (фиг. 2а), поступающими с генератора 1 прямоугольных импульсов ° Выход.ное напряжение преобразователя 2

Холла усиливается широкополосным усилителем 3. В течение времени действия импульса тока возбуждения с выхода преобразователя 2 Холла на вход широкополосного усилителя 3 поступает напряжение

40 еп(20ff tavct(" ")

"ff fop x

В течение времени действия импульса тока возбуждения нормально закрытый 45 ключ 4 открыт и выходное напряжение широковолосного усилителя 3

Цй

К< U (К вЂ” коэффициент усиления усилителя) поступает на вход а счетно-решающего блока 7 (на вход первого50 выпрямителя 12, (фиг. 2 б). Выпрямленное выпрямителем 12 напряжение (..).,-,, и ГО max x абрах возводится в квадрат квадратором 13, т.е. преобразуется в 0 = Кк к

2 2

-65

@н тъ „+ "ff ах ) и через выход счетно-решающего блока 7 поступает на управляемый от генератора I блок 8.

8205 4

Напряжение на выходе выпрямителя t 2 и квадратора 13 присутствует только в моменты времени действия импульса тока управления преобразователем

2 Холла. Т.е. только в эти моменты времени выходное напряжение квадратора

13 пропорционально возведенному в степень. "2" сигналу, равному сумме напряжений Холла и индукционных наводок, Благодаря блоку 8 на его выходе

l присутствует напряжение.0 в течение всего периода работы генератора 1 (фиг. 2 r). Второй ключ 5, управляемый от генератора 1, в течение вре-. мени действия импульса тока управления (возбуждения) закрыт. Во время отсутствия тока управления широкополосным усилителем 3 усиливается толь" ко напряжение индукционных наводок

0» = „ „ со 2ЯЙ, поступающее с выхода преобразователя 2 Холла (фиг. 2 д) . Усиленное напряжение индук ционных наводок ll>. = К, Ц через ключ 5 поступает. на вход б" счетнорешающего блока 7 (на вход второго выпрямителя 14). Выпрямленное выпрямителем 14 (фиг. 2 e) напряжение индукционных наводок ()„ = К, 0 „ К н eqх возводится в квадрат вторым.квадратором 15, т.е. преобразуется .в Uн

2 1 2

= К „0 „,,х„К и через выход "г н м счетно-решающего блока 7 поступает на управляемый от генератора 1 .блок 9. Напряжение на выходе выпрямителя 14 и квадратора 15 присутству ет только в моменты отсутствия импульса тока возбуждения преобразователя 2 Холла, т.е. только в эти моменты времени выходное напряжение квадратора 15 пропорционально возведенному в степень "2" сигналу, равному напряжению индукционных наводок.

На выходе блока 9 напряжение 11 прин сутствует в теченйе всего периода работы генератора t (фиг. 2 ж). Блок

8 приводится в нулевое состояние передним фронтом импульса тока генератора 1, а блок 9 — задним фронтом.

Выходные напряжения управляемых блоков 8 и 9 поступают соответственно на нх11 м и входы ц и 8 счетно-решающего блока 7 (на входы сумматора 16). В сумматоре 16 формируется разность нат, пряжений, поступающих на его два входа с выходов запоминающих устройств ,-k k71u„

1128205

Из этой разности блоком 17 извлекает-, ся квадратный корень, в результате чего на выходе блока 17 формируется значение напряжения

1 5 ц*к к, ц„„=к к, с,.в

r пропорциональное только измеряемой магнитной индукции (фиг 2 з). По окончании переходного процесса к вы-!

1Î ходу "ж" счетно-решающего блока 7 (к выходу блока 17) третьим ключом

10, управляемым от генератора 1 прямоугольных импульсов, через блок 11 задержки подключается регистрирующий блок .6. Время задержки блока 1 задержки выбирается из условия л и б >, где 6д — время переходного и процесса, определенное необходимой точностью; с " время задержки блока л

11 задержки. Регистрирующий блок 6 и и п подключается на время с = с — (фиг. 2 и). Таким образом, управление преобразователя 2 Холла генератором 1 прямоугольных импульсов тока позволяет получить на выходах подключенных к

25 широкополосному усилителю 3 противофазноуправляемых от генератора 1 ключей 4 и 5 сигналы, один из которых пропорционален сумме напряжений индукционных наводок и напряжения Холла, З0 второй ". только напряжению индукционных наводок. Использование счетнорешающего блока 7, имеющего четыре входа и три выхода, двух управляемых блоков 8 и 9 позволяет осуществить 35 точное вычитание индукционной навод ки с учетом ее фазового сдвига относительно полезного сигнала (напряжения Холла), т.е. повысить точ-. ность. Благодаря наличйю управления 4о (сброса) блоками 8 и 9 в средстве измерений обеспечивается возможность измерения изменяющегося значения индукции переменного магнитного поля.

Блоки 8 и 9 обеспечивают появление ка входах сумматора 16 одновременно двух сигналов, что необходимо для вычитания сумматором 16 индукционной наводки из суммарного сигнала. Однако использование обычных неуправляемых запоминающих устройств хотя и обеспе. чивает одновременное появление на входах сумматора 16 двух сигналов,. но не позволяет использовать средство измерений изменяющихся значений маг- 55 нитной индукции, что в принципе не . пригодно для средств измерений переменной магнитной индукции. Быстродействие средств измерений при прочих равных условиях зависит от частоты следования импульсов тока управления, "сбрасывающих" блоки запоминания и увеличивается с увеличением частоты следования . Подключение ключом 10, управляемым через блок 11 задержки от генератора 1 прямоугольных импульсов, регистрирующего блока 6 к выходу блока 17, позволяет исключить погрешность, вызванную переходными процессами в средстве измерений, т.е. увеличить точность. измерений.Это обусловлено тем, что сигнал на выходе управляемых блоков 8 и 9 устанавливается не мгновенно, а через некоторый промежуток времени. Следовательно, каждый раз в начальный момент времени — от момента появления импульса тока управления, поступающего от генератора 1 прямЬугольных импульсов, до окончания переходного процесса — в выходном сигнале всех узлов, в том числе блоков 8 и 9 и счетно-решающего блока 7 присутствует ложный сигнал, обусловленный переходным процессом, .который может привести. к с хественной погрешности измерения (к снижению точности). Поэтому на выходе .счетно-решающего блока 7 сигнал пропорционален измеряемой магнитной индукции не в течение всего промежутка времени (периода импульсов тока управления, т.е. периода генератора прямоугольных импульсов), а только после окончания переходного процесса, И, следовательно, непосредственное подключение регчстрирующего блока 6 к выходу счетно-решающего блока 7 (к выходу блока 17) приведет к существенному искажению результатов измерений. Поэтому в предлагаемой устройстве регистрирующий блок 6 подключается только после окончания переходного процесса, что осуществляется ключом 10, управляемым от генератора 1 прямоугольных импульсов через блок 11 задержки. Время задержки этого блока устанавливается равным (или больше) длительности переходного процесса.

Таким образом, исключение влияния переходного процесса на результаты измерений путем введения дополнительного ключа 10 и блока 11 задержки, подключенных к генератору 1 прямоугольных импульсов способствует повышению точности.

1128205 авиа. Л

Составитель М. Клыкова

Редактор С. Патрушева ТехредС.Легеза Корректор О. Тигор

Заказ 9024/34 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Таким образом, предлагаемое устройство благодаря использованию включенных указанным образом перечисленных узлов, позволяет повысить точность измерений индукции переменного магнитного поля.