Устройство для измерения магнитного поля

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее датчик Холла, стабилизатор тока, усилитель и регистратор, причем входные электроды датчика Холла подключены к стабилизатору тока, а выходные - к иходам усилителя, 1зыход котор.го соединен с регистратором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения диапазона -измеряемых полей , в него введены компараторпреобразователь натфяжения в ток и опорный регулируемый источник напряжения, при этом потенииальный вход и токовы:: выход компараторапреобразователя соединены с входным электродом датчика Холла, а выход опорного регулируемого источника подсоединен к второму потенциальному входу компаратора-преобразователя. 2. Устройство по П.1, о т л и чающееся тем, что компаратор-преобразователь напряжения в ток выполнен в виде первого и второго дифференциальных операционных усилителей, первого и второго переменных резисторов, четырех постоянных резисторов, двух диодов и источника смещения, причем входом компаратора-преобразователя напряжения в ток является неинвертирующий вход первого усилителя, выход которого через первый переменный с S резистор и первый диод соединен с (Л выходом преобразователя, а через второй переменный резистор - с неинвертирующим входом усилителя , соединенного через первый погтоянный резистор с общей шиной, а инвертирующий вход второго усилителя через второй резистор соединен с первым диодом и через третий ре зистор - с выходом второго усилителя, оо ю который через опорный регулируемый источник напряжения соединен с инвертирующим входом первого усилителя , при этом источник смещения через четвертый резистор и второй диод соединен с первым диодом.

СО!ОЗ СХВЕТСКИХ

Н

РЕСПУБЛИК!!9) (51) 5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3632727/21 (22) 10.08.83 (46) 30.03.91. Бюл. У 12 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) В,М,Лачинов (53) 62!.317.44 (088.8) (56) Кобус А., Тушинский Я, Датчики

Холла м магниторезисторы. M. Энергия, 1971.

Авторское свидетельство СССР к- 834631, кл. С 01 R 33/06, Бюл. ОИПОТЯ !! 20, с.201, 1981 ° (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее датчик

Холла, стабилизатор тока, усилитель и регистратор, причем входные электроды датчика Холла подключены к стабилизатору тока, а выходные — к входам усилителя, выход котор ого соединен с регистратором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения диапазона -измеряемых полей, в него введены комиараторпреобразователь напряжения в ток и опорный регулируемый источник. напряжения, при этом потенциальный вход и токовый выход компараторапреобразователя соединены с входным электродом датчика Холла, а выход опорного регулируемого ист чника

Изобретение относится к области магнитных измерений и предназначено для измерения магнитных полей, например, в ускорителях заряженных частиц и в магнитных системах экспериментальной ядерной физики, подсоединен к второму потенциальному входу компаратора-преобразователя.

2. Устройство по п.1, о т л и ч и ю щ е е с я тем, что комиаратор-преобразователь напряжения в ток выполнен в виде первого и второго дифференциальных операционных усилителей, первого и второго переменных резисторов, четырех постоянных резисторов, двух диодов и ис— точника смещения, причем входом комиаратopа-прсобразователя напряжения в ток является неинвертирующий вход первого усилителя, выход которого через первый переменный резистор и первый диод соединен с выходом преобразователя, а через второй переменный резистор - с неиннертирующим входом н ;< рого усили.теля, соединенного через первый постоянный резистор с общей шиной, а инвертирующии вход второго усилителя через второй резистор соединен с первым диодом и через третий резистор — с выходом второго усилителя, который через опорный регулируемыи источник напряжения соединен с инвертирующим входом первого усилителя, при этом источник смещения через четвертый резистор и второй диод соединен с первым диодом, Целью изобретения является повышение точности измерения устройстна за счет коррекции нелинейности измерительных каналов, d также расширение диапазона измеряемых ночей более 2 Т.

1178207

40

На фиг.1 показана схема устройства для измерения магнитного поля; на фиг.2 — вариант исполнения компаратора-преобразователя напряжения в ток.

Устройство состоит иэ стабилизатора тока 1, соединенного с ним датчика Холла 2, через операционный усилитель 3 соединенного с входом регистратора 4, компаратора-преобразователя напряжения в ток 5, включенного между источником опбрного регулируемого напряжения 6 и стабилизатором тока 1.

При этом компаратор-преобразователь напряжения в ток состоит из первого операционного усилителя 7, второго операционного усилителя 8, первого переменного резистора 9, второго переменного резистора 10, трех постоянных резисторов соответственно 11, 12, 13, первого и второго диодов 14, 15 и ограничительного четвертого резистора 16. 25

Устройство работает следующим образом.

В слабых измеряемых полях, когда магниторезистивный эффект незначителен, компаратор-преобразователь напряжения в ток благодаря высокому входному сопротивлению не оказывает влияния на режим датчика Холла (ДХ).

При средних и сильных измеряемых полях входное сопротивление датчика

Холла возрастает за счет магниторезистивного эффекта, падение напряжения на токовых контактах ДХ увеличивается и на входе компаратора-преобразователя появляется сигнал U, который сравнивается с опорным U „, а затем преобразуется в ток Ig, который подается в токовую цепь ДХ, компенсируя падения его чувствительности за счет магниторезистивного

I эффекта.

Вариант исполнения компараторапреобразователя напряжения в ток, представленный на фиг.2, имеет высокие входное и выходное сопротивления

sa счет глубокой отрицательной связи по току, реализуемой с помощью второго операционного усилителя 8. Начальное значение напряжения источника опорного регулируемого напряжения 6 вы55 бирается таким образом, чтобы компенсировать падение напряжения на токовых электродах ДХ при работе в слабых полях.

Собственно компаратор-преобразователь напряжения в ток имеет линейную характеристику, однако из-за нелинейно го из менения сопротивления

ДХ в магнитном поле в преобразователе возникает небольшая (10 ) нелинейная добавка в I в соответствии с положительной обратной связью устройства. Для тока компенсации

I < справедливо соотношение

IpR ма «

I = — — — — — — —, причем

Км g.

9 о мК 9е где R >< — магниторезисторная часть входного сопротивления ДХ (при малых полях R = 0)

R — входное сопротивление о

ДХ при малых магнитных полях, Величина Т к пропорциональна Км, но за счет КмК в знаменателе величина 1 повышается нелинейным образом.

Устранить эту нелинейную часть I возможно за счет шунтирования выхода преобразователя ограничительным четвертым резистором 16 (сотен килоом), Выходное напряжение преобразователя повторяет зависимость .напряжения на ДХ, поэтому ток I уменьк шается на величину, которая зависит от Км и в первом приближении линеаризует зависимость ?к(К ) до 10

-4

МК

Выбор ограничительного резистора 16 производится согласно соотношению

«Г

К

Кмк

В выходную цепь компаратора-преобразователя напряжения в ток вводится второй диод 15 для компенсации действия разделительного первого диода 14 и напряжение смещения П „ для компенсации начального потенциала на выходе при малых измеряемых магнитных полях.

В результате применения данного устройств возможно измерять с высокой точностью не хуже 10 в единицах магнитного поля абсолютные значения магнитных полей разных полярностей в диапазоне 0-2Т, Подключение устройства к измерительному каналу не вызывает дополнительных подстроек основного канала.. При нескольких обычно подбираемых ДХ, например для градиентного или трехкомпонентного датчика, который вклю!

178207,чается последовательно по питанию, также возможно использовать данное устройство для коррекции нелинейности измерительных каналов. редактор О, Юркова Техред А. Кравчук Корректор М,Максимишинец

Заказ 1062 Тираж 424 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101