Способ определения нормали к магнитной плоскости датчика холла и устройство для его осуществления

 

1. Способ определения нормали к магнитной плоскости датчика Холла, включающий вращение датчика в магнитиом поле относительно оси проходящей через его центр и регистрацию разностного сигнала, о т л и ч ающий ся тем, что, с целью повышения точности определения нормали , сравнивают разностные сигналы, полученные от отклонения оси вращения датчика от направления магнитного поля и от изменения ориентации датчика относительно оси вращения датчика, определяют знак изменения ориентации датчика относительно его оси вращения, затем циклически првторяют операцию изменения ориентации датчика относительно его оси вращения до исчезновения разностного сигнала , о направпении нормали к магнитной плоскости датчика Холла судят по направлению оси его вращения. 2. Устройство для осуществления способа по п. I, содержащее датчик Холла, расположенный на базовой пластине , прикрепленной к штоку, источник магнитного поля и выходной регистратор , отличающееся тем, что, с целью повышения точности оп (Л ределения нормали, в него Дополнительно введены опорный каркас, фиксатор штока, выполненный на двух подшипниках вращения, втулка, расположенная на штоке и снабженная регулирующим и фиксирующим приспособлениями, например, в виде винтов, пружина, стягивающая шток и базовую пластину, со которая имеет посадочные отверстия, о фиксирукяциеся на йлступах штока, 00 а втулка выполнена с косым срезом о в области, диаметрально противоположной регулирующему приспособлению.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ае (и) за G 01 В 33/02

l Ar, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и oTHpblTwl,21) 3438191/24-21 (22) 14.05.82 (46) 23.12.84. Бюп. Р 47 (72) В.М. Лачинов и В.П. Саванеев (71) Объединенный институт ядерных исследований (53) 621.317.44(088.8) (56) 1. Афанасьев Ю.В. Феррозоиды.

Л., "Энер гия", 1969 .

2 . Автор ское с видет ел ь ство СССР

И 232533, кл. G 01 В 33/02, 1969.

3. Афанасьев Ю.В. и др. Средства измерения параметров магнитного поля. Л., "Энергия", 1979.(прототип). (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НОРМАЛИ К

МАГНИТНОЙ ПЛОСКОСТИ ДАТЧИКА ХОЛЛА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ., (57) 1. Способ определения нормали к магнитной плоскости датчика

Холла, включающий вращение датчика в магнитном поле относительно оси проходящей через его центр и регистрацию разностного сигнала, о т л и— ч ающий ся тем, что, сцелью повышения точности определения нормали, сравнивают разностные сигналы, полученные от отклонения оси вращения датчика от направления магнитного поля и от изменения ориентации датчика оТносительно оси вращения датчика, определяют знак изменения ориентации датчика относительно его оси вращения, затем циклически повторяют операцию изменения ориентации датчика относительно его оси вращения до исчезновения разностного сигнала, о направлении нормали к магнитной плоскости датчика Холла судят по направлению оси его вращения.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее датчик

Холла, расположенный на базовой ппастине, прикрепленной к штоку, источник магнитного поля и выходной регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, Я что, с целью повышения точности определения нормали, в него дополнительно введены опорный каркас, фиксатор, штока, выпапненный на двух подшипниках вращения, втулка, расположен- р ная на штоке и снабженная регулирую-! щим и фиксирующим приспособлениями, например в виде винтов, пружина, стягивающая шток и базовую пластину, которая имеет посадочные отверстия, фиксирующиеся на выступах штока, а втулка выполнена с косым срезом в области, диаметрально противоположной регулирующему приспособлению.

1130807

Изобретение относится к магнитным измерениям, в частности для юстировки магнитных осей многокомпонентых измерителей направления вектора индук ции магнитных полей на базе датччков Холла.

При изготовлении прецизионных трехкомпонентных датчиков магнитного поля или других устройств, измеряющих пространственное положение век- щ тора индукции магнитного поля, .необходимо знать положение магнитной плоскости датчика Холла, либо направление нормапи к данной плоскости.

Известен способ компенсации эффекта несоосности магнитных осей ферроэондов, s аключающийся во вращении в магнитном поле датчика относительно оси, проходящей через его центр, с последующей регистрацией гибакщей разностного сигнала второй гармоники возбуждения; огибающая разностного сигнала используется дпя компенсации эффекта несоосности Pl) i

Способ не требует точного знания направления опорного магнитного поля, в качестве которого можно использовать магнитное поле Земли, однако иМеет недостаточную точность вследствие погрешностей, возникающих при взаимном влиянии сигналов с час-. тотой вращения и полезного сигнала второй гармоники, используемого в способе в качестве несущей частоты.

Известно устройство, реализующее способ, содержащее два феррозондовых датчика, геометрические оси которых расположены на одной оси, шток, .блок вращения, блок регистрации сигнала вращения, при этом феррозондовые датчики расположены вдоль оси штока на расстоянии, равном измерительной базе устройства. При вращении штока с расположенными на нем датчиками в магнитном поле на выходе 5 регистратора появляется разностный сигнал, пропорциональный отклонению магнитных осей феррозондовых датчиков от геометрических f2) .

Недостатком устройства является низкая точность определения откаонения магнитной оси от геометрической .1 вследствие влияния дрейфа второй гармоники сигнала возбуждения ферроэондовых датчиков при формировании оги- 55 бающей раэностного сигнала.

Наиболее близким по технической супщости к предлагаемому является. способ определения нормапи,к магнитной плоскости датчика Холла, заклю- чающийся в ориентации датчика в опорном магнитном поле по максимальному выходному сигналу, после чего по направлению опорного магнитного поля судят о направлении нормали к магнитной плоскости датчика. Критерием совпадения является максимум выходного сиг-. нала с датчика Холла f3).

Однако в известном способе чувствительность датчика . к угловым перемещениям определяется зависимостью

U =K-В ° cos, где аС вЂ” угол .между направлением опорного магнитного поля. и нормалью к магнитной плоско ти датчика Холла. При g, 0 чувствитель.ность датчика Холла очень низка вследствие уплощенного участка косинусоидыо

Кроме того, точность знания направления опорного магнитного поля непосредственно влияет на результирующую точность определения нормали к магнитной плоскости датчика. Существующая привязка направления нормали к направлению опорного магнитного поля не лучше долей градуса, следовательно определение направления магнитного поля также снижает точность известного способа.

Устройство, реализующее известный способ, содержит датчик Холла, расположенный на базовой пластине, прикрепленной к штоку, блок ориентации и блок создания опорного магнитного поля и регистратор. При помощи блока ориентации шток с датчиком поворачивают в опорном магнитном поле до получения максимального сигнала, а по направлению оси штока определяют направление нормали к датчику Холла (3).

Недостатком известного устройства является низкая точность определения нормали к магнитной плоскости датчика вследствие. низкой угловой чувствительности датчика Холла при перемещениях вблизи g=-О.

Цель изобретения — повышение точности определения нормали к магнитной плоскости датчика Холла.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения нормали к магнитной ппоскости датчика, включающем вращение датчика в магнитном поле относительно оси, проходящей через его центр, и реги1! 30807 4 страцию разностного сигнала, сравнивают разностные сигналы, полученные от отклонения оси вращения датчика от направления магнитного поля и от изменения ориентации датчика относительно оси вращения датчика, определяют. знак изменения ориентации датчика относительно его оси вращения, затем циклически повторяют операцию изменения ориентации датчи- 1п ка относительно его оси вращения до исчезнования разностного сигнала, о направлении нормали к магнитной плоскости датчика Холла судят по направлению. оси его вращения. 15

Способ реализуется с помощью устройства, содержащего датчик Холла, расположенный на базовой пластине, прикрепленной к штоку, источник маг. нитного поля и выходной регистратор, в которое дополнительно введены опорный каркас, фиксатор штока, выполненный на двух подшипниках вращения, втулка . расположенная на штоке и снабженная регулирующим и фиксирующим приспособлениями, например, в виде винтов, пружина, стягивающая шток и базовую пластину, которая имеет посадочные отверстия, фиксирующнеся на выступах штока, а втулка выполнена с косым срезом в области, диаметрально противоположной регули- рующему приспособлению.

На фиг. 1 и 2 изображены векторные диаграммы способа; на фиг. 3 — уст35 ройство для осуществления предлагаемого способа, продольный разрез; на фиг. 4 — то же, вид сверху (без датчика Холла, базовой пластины и регу-. лирующего приспссобления) .

Способ осуществляется следующим образом, Датчик 1 Холла вращается в направлении вокруг оси 2, проходящей через центр 3 датчика и повернутой на угол 1 относительно направления магнитного поля В и на угол oL относительно нормали и к магнитной плоскости датчика Холла (фиг. 1). Составляющая Вгл . вектора поля В, направленная вдоль оси 2, при вращении. датчика не вызывает на его выходе сигкала с частотой вращения, а сос-.. тавляющая В<, перпендикулярная оси

2, возбуждает такой сигнал. В этом случае амплитуда сигнала пропорционапьна

U>=1В sing sin% (1) При установке датчика 1 так, что и совпадает с направлением оси 2 вращения (фиг. 2) значение 11„ становится равным нулю.

Как видно из выражения (11 зависимость sing обеспечивает в данном способе максимальную чувствительность при значениях М вблизи нуля. Чувствительность типичных современных датчиков Холла (10 мкВ/10 Т) такова, что даже при малых (3 в средних (2Т) магнитных полях возможно регистрировать сигналы на выходе датчи.к ка Холла, эквивалентные отклонению

0L от поля меньше угловой минуты.

Кроме того, поскольку регистратор фиксирует разностные сигналы, полу.чаегые при вращении датчика Холла, ! нет влияния на точность определения нормали имеющихся в канале регистрации нестабильностей типа дрейфов.

Возможность работы с малыми /3 позволяет полностью исключить .влияние планарного эффекта датчика Холла на точность определения нормали к магнитной плоскости датчика. Существенным преимуществом способа является то, что отпадает необходимость в знании и привязке к направлению магнитного поля

Устройство для осуществления способа (фиг. 3) содержит датчик Холла

1, помещенньп в магнитное поле В, шток 4, базовую пластину 5 и выходной регистратор 6 ° В устройство дополнительно введены опорный каркас

7, фиксируемый двумя подшипниками

8 вращения относительно каркаса 7, втулка 9, расположенная на штоке 4 и снабженная регулирующим 10 и фиксирующим 11 приспособлениями, напри" мер, в виде винтов, и пружина 12, стягивающая шток 4 и базовую пластину 5 за упоры 13 и 14. Базовая пластина 5 имеет посадочные отверстия, фиксирующиеся на выступах 15 штока 4. Втулка 9 выполнена с косым срезом 16 в области, диаметрально противоположной регулирующему приспособлению 10.

При этом ребро 17, образованное пересечением плоскости косого среза и торцовой плоскости втулки перпендикулярно плоскости поворота базо- вой пластины 5 и задает ось вращения пластины при регулировочной подстройке нормали и датчика к направлению оси 2 вращения штока 4.

I13О8О7

AFIRE

Устройство работает следующим образом.

Датчик 1 Холла закрепляется в центре 3 базовой пластины 5, На внутренней стороне базовой пластины 5

5 в центре имеется упор 13, а по окружности вокруг центра посадочные

< отверстия. Пластина 5 прижимается с помощью пружины 12 к торцу штока

4 ° имеющего выступы 15 и к торцовой поверхности втулки 9, которая установлена в пЬсадочном месте в конце штока и соосно с ним. Выступы 15 штока 4 входят в посадочные отверстия базовой пластины. 5. Во втулке 9 имеются фиксирующее 11 и регулирующее

10 приспособления, выполненные в виде винтов. Шток 4 помещается в подшипники 8, закрепленные в опорном каркасе 7. Шток 4 может вращаться 20 относительно оси 2. Все устройство помещается в однородное магнитное поле, беэ особых требований к точности знания его направления. При этом ось вращения 2 штока 4 должна 25 не совпадать с направлением магнитного поля. При вращении штока 4 с датчиком I Холла íà его выходе кроме постоянной составляющей возникает разностный сигнал. Втулка 9 ловора- gp чивается в положение, близкое к максимуму сигнала. Это положение проверяется при повторных вращениях штока

4 в опорах подшипников 8 вращения.

Положение максимума сигнала фиксиру35 ется винтом 11. Регулирующим винтом

IО поднимается соответствующии край пластины 5 с дат,чиком I

Холла.. Для обеспечения устойчивости и определенности поворота пластины

5 на втулке 9 выполнен косой срез 16, диаметрально противоположный регулирующему винту 10. При этом ребро 17, образованное пересечением плоскости косого среза 16 и торцовой плоскости втулки 9, перпендикулярно плоскости поворота базовой пластины 5 и задает ось вращения пластины 5 при регулировочной операции винтом 10. Регулировкой углового положения пластины 5 разностный сигнал при повторных вращениях устанавливается равным нулю. При этом нормаль к магнитной плоскости датчика 1 Холла устанавливается по направлению оси вращения 2.

Способ определения нормали к магнитной плоскости датчика Холла и устройство для его осуществления позволяют повысить точность и чувствительность при определении нормали.

Кроме того, упрощается и улучшается сама технологическая процедура определения нормали, так как в этом случае отпадает необходимость в наличии магнитных калибровочных полей, имеющих высокую степень однородности и большую протяженность. Отпадает необходимость в жесткой привязке самой калибровочной операции к определенному направлению опорного магнитного поля.

1130807

Фиа Ф

Составитель В. Шульгин

Техред М. Гергель Корректор И. Эрдейи Ъ

Редактор Е. 33ушникова

Заказ 9604/32 Тираж 710

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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