Цифровой измеритель постоянной магнитной индукции

 

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне постоянных магнитных полей. Цель изобретения - повьшение точности измерений, которая достигается за счет того, что независимо от соотношения полезного и остаточного сигналов датчика Холла и уровней выходных сигналов датчика Холла в оба такта из результатов измерения исключается остаточный сигнал (нaпIiяжeниe неэквипотенциальности) датчика Холла. Измеритель состоит из датчика Холла 1, выполненного в виде первичного преобразователя магнитной индукции, автоматического переключателя 2, источника питания 3, преобразователя напряжение-код 4, например АЦП, реверсивного счетчика 5, фазочувствительного элемента 6, являющегося нуль-органом Кроме того, в измеритель входят триггер 7 со счетным входом, цифровой индикатор 8, блок управления 9, дешифратор 10, дешифратор 11 дополнительного кода, . блок 12 сложения по mod 2, триггеры 13, 18 и 19, логические элементы И 14-17 и индикатор перегрузки 20. Блок 9 синхронизирует работу всего устройства и выдает команды на соответствующие блоки в определенные моменты времени. 3 ил. (Л |С со со ;о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ =ЕИ 33д,Ц1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ!1 1;" . „Ы

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3583132/24-21 (22) 06.01.83 (46) 23.03.86. Бюл. N ll

; (72) А. Н. Фойда, О. Т. Чигирин и 1О. Т. Чигирин (53) 621.317.44(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 347707, кл. G Ol R 33/06, 1972.

Авторское свидетельство СССР

В 386252, кл. G 01 R 33/06, 1973, (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПОСТОЯННОЙ

МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ (57) Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне постоянных магнитных полей. Цель изобретения— повышение точности измерений, которая достигается за счет того, что независимо от соотношения полезного .и остаточного сигналов датчика Холла и уровней выходных сигналов датчика

Холла в оба такта из результатов измерения исключается остаточный сигнал (напряжение йеэквипотенциальности) „„Я0„„1219991 A (5!) 4 G 0! В 33/06 датчика Холла. Измеритель состоит из датчика Холла 1, выполненного в виде первичного преобразователя магнитной индукции, автоматического переключателя 2, источника питания 3, преобразователя напряжение-код 4, например АЦП, реверсивного счетчика 5, фазочувствительного злемента 6, являющегося нуль-органом. Кроме того, в измеритель входят триггер 7 со счетным входом, цифровой индикатор

8, блок управления 9, дешифратор 10, дешифратор 11 дополнительного кода, блок 12 сложения по mod 2, триггеры

13, 18 и 19, логические элементы

И 14-17 и индикатор перегрузки 20.

Блок 9 синхронизирует работу всего устройства и выдает команды на соответствующие блоки в определенные моменты времени. 3 ил.

12199

Изобретение относится к магнитным измерениями и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне постоянных магнитных полей. 5

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет того, что независимо от соотношения полезного и остаточного сигналов датчика Холла и уровней выходных сигна- 1О лов датчика Холла в оба такта из результата измерения исключается ос- . таточный сигнал {напряжение неэквипотенциальности) датчика Холла.

На фиг. 1 представлены выходные

15 сигналы датчика Холла; на фиг. 2— блок-схема предлагаемого цифрового измерителя постоянной магнитной ин,цукции; на фиг. 3 — временные диаг20 раммы работы предлагаемого цифрового измерителя постоянной магнитной индукции.

Цифровой измеритель постоянной. магнитной индукции (фиг. 2) состоит

25 из датчика Холла 1, выполненного в виде первичного преобразователя магнитной индукции, автоматического переключателя 2, источника 3 питания, преобразователя 4 напряжение — код, являющегося аналого-цифровым преоб30 разователем, реверсивного счетчика

5, фазочувствительного элемента 6, являющегося нуль-органом, триггера 7 со счетным входом, цифрового индикатора 8, блока 9 управления, дешифратора 10, дешифратора 11 дополнительного кода, блока 12 сложения по

mod 2, триггера 13, элементов И 14-17, дополнительного триггера 18, триггера 19 перегрузки и индикатора 20 пе- 4О регрузки. Кроме того, на фиг. 2 показаны входы-выходы 21-35 устройства и соответствующие им импульсы на фиг. 3.

Блок 9 управления служит для син- 45 хронизации работы всего устройства и выдает командные сигналы на соответствующие блоки устройства.в определенные моменты времени. Блок 9 управления может состоять из тактового генератора, счетчика и дешифратора, причем дешифратор анализирует состояние счетчика, на который поступают сигналы тактового генератора, и s определенные моменты времени выдает команд<Ъ ные сигналы.

Датчик Холла 1 соединен с первым входом автоматического переключателя

91 2

2. Второй вход автоматического переключателя 2 соединен с выходом триггера 7 со счетным входом, третий вход автоматического переключателя 2 соединен с выходом источника 3 питания и первым входом фазочувствительного элемента б. Выход автоматического переключателя 2 соединен с первым входом преобразователя 4 напряжение— код и вторым входом фазочувствительного элемента 6. Второй вход преобразователя 4 напряжение — код соединен со счетным входом триггера 7 со счетным входом, первым входом реверсивного счетчика 5, первым входом дешифратора 10, первым входом дешифратора 11 дополнительного кода, первым входом цифрового индикатора

8, первыми входами элементов И 14-17, первыми входами триггеров 13 и 18, первым входом триггера 19 перегрузки и выходом блока 9 управления. Выход преобразователя 4 напряжение — код соединен с вторым входом реверсивного счетчика 5, Третий вход реверсивного счетчика 5 соединен с выходом триггера 18. Первый выход реверсивного счетчика 5 соединен с вторыми входами дешифратора 10 и дешифратора

11 дополнительного кода, второй выход реверсивного счетчика 5 через элемент

И 17 соединен с единичным входом триггера 19 перегрузки, выход которого соединен с индикатором 20 перегрузки. Выход фазочувствительного элемента 6 соединен с первым входом блока

12 сложения no mod 2 и вторым входом элемента И 14. Второй вход триггера

13 соединен с выходом элемента И 14, первый выход триггера 13 соединен с вторым входом блока 12 сложения по

mod 2, выход которого через элемент

И 16 соединен с вторым входом триггера 18. Второй вход элемента И 15 соединен с вторым выходом триггера 13, а выход — с третьими входами дешифратора 10 и дешифратора II дополнительного кода.

Устройство работает следующим образом.

Цикл работы устройства происходит в два такта измерения. В начале первого такта с первой пары противоположных электродов датчика Холла 1 через автоматический переключатель 2 на преобразователь 4 напряжение - код поступает напряжение U< = f„ + Uд где Пир — напряжение неэквипотенциаль12199

Когда 3„. > U в реверсивном счетчике 5 во втором такте производится суммирование результатов измерения двух тактов,.при В„ с П„ — их вычитание. Кроме определения вида операции, в реверсивном счетчике во втором такте производится определение вида кода (прямой или дополнительный), который хранится после окончания второго такта в реверсивном счетчике 5. Признаком, по которому определяется вид кода в ревесивном счетчике 5 (прямой или дополнительный) после второго такта, является полярз ности датчика Холла; E — ЭДС Холла.

Результат кодирования N запоминается в реверсивном счетчике 5; N = (t„ +

+ U )К, где К вЂ” коэффициент преобразования преобразователя напряжение— код. Окончание процесса кодирования фиксируется блоком 9 управления, который через триггер 7 со счетным входом коммутирует автоматический переключатель 2. Это соответствует 10 началу второго такта измерения..Во второй такт выходное напряжение датчика Холла 1 снимается с другой пары противоположных электродов и равно

U = I. — UH . В- зависимости от соотношения уровней Г» и UH во втором такте производится суммирование или вычитание результатов измерения двух тактов. В оба такта измерения опорный сигнал фазочувствительного эле- 20 мента 6 U и суммарный выходной сигнал датчика Холла 1 U = (f + U„ ) синфазны при P„ > UH, когда же Г cU х. нэ; то эти сигналы синфазны в один из тактов измерения и противофазны в 25 другой такт. Это обусловлено тем, что в оба такта измерения опорный сигнал

U,„ совпадает по фазе с ЭДС Холла

Г,. Информация об изменении фазы выходного сигнала датчика Холла во второй такт измерения выделяется с помощью фазочувствительного элемента

6, элемента И 14, триггера 13, блока

12 сложения ao mod 2. В зависимости от состояния блока.12 сложения по

mod 2 триггер 18 устанавливается в определенное состояние во второй такт и выдает командный сигнал на реверсивный счетчик 5 (определяет .направление счета). При этом в пер- 40 вом такте триггер 18 всегда выдает такой сигнал, по которому реверсивный счетчик 5 работает только на сложение.

9I ность выходного сигнала фазочувствительного элемента 6 в первый такт измерения. Если сигнал фазочувствительного элемента 6 положительный,.то в реверсивном счетчике 5 находится прямой код, если сигнал фазочувствительного элемента 6 отрицательный— в реверсивном счетчике находится дополнительный код. В первом случае элемент И 15 подключает дешифратор

10 прямого кода, во втором случаедешифратор II дополнительного кода.

Определение вида операции и вида кода производится следующим образом, E > U . В оба такта измерения выходной сигнал фазочувствительного элемента 6 синфазен с опорным сигналом. На входы блока 12 сложения по

mod 2 во втором такте поступают сигналы одного вида с фаэочувствительного элемента 6 и с триггера 13, в котором запоминается полярность выход ного сигнала фазочувствительного элемента 6 в первый такт измерения.

Выходной сигнал блока 12 сложения по

mod 2 при этом во втором такте не пройдет через элемент И 16 и состояние триггера IS не изменится, во второй такт реверсивный счетчик 5 работает на сложение:

K(g„+U„ )+K(T„ П э

При положительном выходном сигнале фазочувствительного элемента 6 в первый такт срабатывает элемент И 14 и изменяет состояние триггера 13. В этом случае элемент И 15 при наличии разрешающего сигнала с триггера 13 на втором его входе выдает разрешающий сигнал на дешифратор 10, с помощью которого считывается прямой код реверсивного счетчика 5. — UH . Выходной сигнал фазочувствительного элемента 6 синфазен с опорным сигналом 11„ в первый такт и противофазен ему во второй такт. На входы блока 12 сложения rro mod 2 во втором такте поступают сигналы разного вида: с фаэочуствительного элемента

6 — отрицательный и с триггера 13— положительный. Выходной сигнал блока

12 сложения по mod 2 при этом йройдет через элемент И 16 и изменит состояние триггера 18. Поэтому во второй

1219991 такт реверсивный счетчик 5 работаетна вычитание: е (" э) K(U„ к) 2Х х,, При положительном выходном сигнале фазочувствительного элемента 6 в первый такт срабатывает элемент И 14 и изменяет состояние триггера 13. В этом случае элемент И 15 при наличии разрешающего сигнала с триггера 13 на 1О втором его входе выдает разрешающий сигнал на дешифратор 10, с помощью которого считывается прямой код реверсивного счетчика 5.

+ У„, Выходной сигнал фазочувствительного элемента 6 противофазен с опорным сигналом в первый такт измерения и синфазен с ним во второй такт.

На входы блока 12 сложения но mod 2 20 во втором такте поступают сигналы разного вида: с фазочувствительного элемента 6 — положительный и с триггера 13 — отрицательный. Выходной сигнал блока 12 сложения no mod 2 при этом пройдет через элемент И 16 и изменит состояние триггера 18. Поэтому во второй такт реверсивный счетчик

5 работает на вычитание:

K(Uíð >х )-K(„ + к )

=.1 Пи, -Х х-1 "нэ Х .к = -2Х х °

При отрицательном выходном сигнале фазочувствительного элемента 6 в первый такт элемент И 14 не срабатывает

35 и поэтому не изменяется состояние триггера 13, на единичный вход которого не поступает управляющий сигнал.

В этом случае элемент И 15 при наличии запрещающего потенциала на втором его входе с триггера 13 выдает разрешающий потенциал на дешифратор

11 дополнительного кода, с помощью которого считывается дополнительный код реверсивного счетчика 5. При на45 личии перегрузки в двух циклах измерения срабатывает триггер 19 перегрузки по сигналу элемента И 17. Проверка на перегрузку производится в первые такты первого и второго циклов измерений.

Формула из обретения

Цифровой измеритель постоянной магнитной индукции, содержащий пос55 ледовательно соединенные датчик Холла, автоматический переключатель, преобразователь напряжение — код, реверсивный счетчик, дешифратор и цифровой индикатор, второй вход которого подсоединен к второму входу дешифратора и к первому входу триггера, выход которого соединен с вторым вхо» дом реверсивного счетчика, третий вход которого подключен.к первому входу элемента И, к первому входу триггера перегрузки, к второму входу преобразователя напряжение — код и к входу триггера со счетным входом, выход которого соединен с вторым входом автоматического переключателя, третий вход которого подключен к источнику питания и к первому входу фазочувствительного элемента, второй вход которого подключен к выходу автоматического переключателя, а второй выход реверсивного счетчика подключен к второму входу элемента И, выход которого подсоединен к второму входу триггера перегрузки, своим выходом соединенного с индикатором перегрузки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены блок сложения по шой 2 три дополнительных элемента И, второй триггер, дешифратор дополнительного кода и блок управления, выход которого подключен к первым входам дешифратора дополнительного кода, дополнительных элементов И, к второму входу цифрового индикатора, к первому входу второго триггера и к входу триггера со счетным входом, выход фазочувствительного элемента соединен с вторым входом первого дополнительного элемента И и через блок сложения по mod 2— с вторым входом второго дополнительного элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго триггера, выход первого дополнительного элемента И подключен к второму входу второго триггера, первый выход которого подсоединен к второму входу блока сложения rro mod 2, второй выход второго триггера подключен к второму входу третьего дополнительного элемента И, выход которого соединен с управляющими входами дешифратора и дешифратора дополнительного кода, второй вход последнего подключен к первому входу дешифратора, а выход — к третьему входу цифрового индикатора.

1219991

Pxt нд

Px нэ

Фиг.1 гг

Я

Ь из г5

Pg Коз гб

77 гв гю вв,зв

31 юг

38 з

ЗХ

Заказ 1319/53 Тираж 728 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

Состав ит ель В . Калачев ск ая

Редактор Р. Цицика Техред В.Кадар Корректор Е. Сирохман