Устройство для измерения градиента индукции магнитного поля

 

Изобретение может быть использовано при измерении величины индукции неоднородного постоянного магнитного поля, а также при измерении величины его градиента. Целью изобретения является повышение точности при измерении неоднородных магнитных полей и градиентов с помощью одного датчика, перемещаемого в пространстве . Для достижения этой цели в устройство дополнительно введены вибропровод 2 с несущей платформой 3, электронный ключ 5 и блок 6 управления. Устройство также содержит магниторезистор или датчик Холла 1, источник 4 постоянного тока, усилитель 7, аналого-цифровой преобразователь 8 и цифровой вычислительный блок 9. Блок управления 6 содержит мультиплексоры 6.1 и 6.2, фазовращатель 6.3, формирователь 6.4 адреса, электронный ключ 6,5, генератор 6,6 синусоидальных колебаний , импульсньт генератор 6,7, распределитель 6.8 импульсов, электронный ключ 6.9 и генератор 6,10 тактовой частоты, 3 ил. с $ (Л 00 tsD to to

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ц 4 С 01 R 33/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4023451/24-21 (22) 14.02.86 (46) 07.07.87. Бюл. Ф 25 (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (72) А.В.Рагаускас и П.А.Эймантас (53) 621.317.44(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1027656, кл. G 01 К 33/02, 1983.

Авторское свидетельство СССР

М - 993178, кл . G 01 К 33/02, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГРАДИЕНТА ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ (57) Изобретение может быть использовано при измерении величины индукции неоднородного постоянного магнитного поля, а также при измерении величины его градиента. Целью изобретения является повышение точности при

„„SU„„1322210 А1 измерении неоднородных магнитных по- лей и градиентов с помощью одного датчика, перемещаемого в пространстве. Для достижения этой цели в устройство дополнительно введены вибропровод 2 с несущей платформой 3, электронный ключ 5 и блок 6 управления.

Устройство также содержит магниторезистор или датчик Холла 1, источник

4 постоянного тока, усилитель 7, аналого-цифровой преобразователь 8 и цифровой вычислительный блок 9. Блок управления 6 содержит мультиплексоры

6.1 и 6.2, фазовращатель 6.3, формирователь 6.4 адреса, электронный ключ

6.5, генератор 6.6 синусоидальньж ко- с лебаний, импульсный генератор 6.7, распределитель 6.8 импульсов, электронный ключ 6.9 и генератор 6.10 тактовой частоты. 3 ил.

1322210

Изобретение относится к измерительной технике и може г быть использовано при измерении величины индукции неоднородного постоянного магнитного поля, а также при измерении величины ее градиента.

Цель изобретения — повышение точности при измерении неоднородных магнитных полей и градиентов с помощью одного датчика перемещаемого в прост- !р ранстве.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 и 3 — диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит плоскопарал- !5 лельный магниточувствительный элемент 1, например магниторезистор или датчик Холла, шириной d и длиной 1, вибропривод 2 с несущей платформой 3, источник 4 постоянного тока, элект- 20 ронный ключ 5, блок 6 управления, содержащий, например, два демультиплексора 6.1 и 6.2, фазовращатель 6.3, формирователь 6.4 адреса, электронный ключ 6.5, генератор 6.6 синусоидальных колебаний, импульсный генератор

6.7 с измеряемой длительностью и частотой следования прямоугольных импульсов, распределитель 6.8 импульсов, электронный ключ 6.9, импульсный re- 30 нератор 6.10 тактовой частоты, усилитель 7, аналого-цифровой преобразователь 8 и цифровой вычислительный блок

9, выход которого является выходом устройства. 35

Магниточувствительный элемент 1 закреплен на несущей платформе 3 вибропривода 2. Вход первого электронного ключа 5 соединен с выходом источника 4 постоянного тока и выходом 40 магниточувствительного элемента 1.

Вход управления первого электронного ключа 5 подключен к первому выходу блока 6 управления, выход первого электронного ключа 5 подключен к вхо- 45 ду вычислительнoãо блока 9 через усилитель 7 и аналого-цифровой преобразователь 8, вход управления усилителя

7 подключен к второму выходу блока 6 управления, третий и четвертый выходы 50 которого подключены к входам управления аналого-цифрового преобразователя

8 и цфрового вычислительного блока 9, пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы блока 6 управления подключены к 55 первому, второму, третьему и четвертому управляющим входам вибропривода

2, выход которого подключен к общей шине.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал от генератора 6.6 синусоидальньгх колебаний блока 6 управления поступает на вход второго электронного ключа 6.5, управляемого импульсным генератором 6. 7 с изменяемой длительностью и частотой следования импульсов. При поступлении импульсов длительностью ", (фиг.3 ) на управляющий вход электронного ключа 6. 5 он открывается и пропускает пачку питания синусоидальных импульсов пьезокерамических элементов вибропривода 2 (фиг.3 и). Сформированная пачка сигналов питания пьезокерамических элементов длительностью обусловливает величину амплитуды перемещения несущей платформы 3 вибропривода 2 в плоскости измеряемых двух компонент вектора градиента индукции магнитного поля. Одновременно сформированная пачка поступает на информационный вход второго демультиплексора 6.2 и на фазовращатель 6.3. С выхода фазовращателя 6,3 сигнал, сдвинутый по фазе на 90, поступает на информацио онный вход первого демультиплексора

6.1.

Питание пьезокерамических элементов переменным напряжением со сдвигом по фазе для каждого из пьезоэлементов необходимо для возбуждения продольных бегущих волн в пьезокерамических элементах вибропривода 2, при взаимодействии с которыми несущая платформа 3 вибпропривода 2 перемещается по ,,координатам Х и У. Реверсирование достигается путем изменения направления распределения волн, т.е. путем измерения подключения фаз источника питания к пьезокерамическим элементам °

С импульсного генератора 6.7 последовательность импульсов одновременно поступает на третий электронный ключ 6.9 и на формирователь 6.4 адреса, на выходе которого после поступления первого, второго, третьего, четвертого импульсов, длительностью соответственно формируются коды адреса 00, 01, 10 11, которые повторяются через каждые четыре такта.

При поступлении с выхода формирователя 6.4 адреса на адресную шину первого 6.1 и второго 6.2 демультиплексоров кодов адреса 00, 01, 10, 11 демультиплексоры соединяют информационный вход сосT Båòñòâåííî с пер3 13?22 вым, вторым, третьим и четвертым своими выходами. Выходы первого 6.1 и второго 6.2 демультиплексоров соединены между собой так, что питающие напряжения пьезокерамических элемен5 тов вибропривода 2 )I, = csin w t u

U = U s i n (wt + <() (фиг. 1) на пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы блока 6 управления поступают в следующей последовательности: на пятый — седь- 1р мой, на шестой — восьмой, на седьмой— пятый, на восьмой — шестой, что соответствует перемещению несущей платформы 3 вибропривода 2 по траекториям

АВ, В С, С»D, DА (фиг 1), в промежутках импульсов длительностью открывается третий электронный ключ

6.9, пропускающий тактовые импульсы (фиг.36), поступающие от импульсного генератора 6.10 тактовой частоты на 2р распределитель 6.8 импульсов, с выходов которого импульсы подаются на первый, второй, третий и четвертый выходы блока 6 упраления (фиг.3,8, y) и поочередно управляют элект- 25 ронным ключом 5, усилителем 7, аналого-цифровым преобразователем 8 и цифровым вычислительным устройством 9 (фиг.1).

Длительность положительных импуль-3О сов пропорциональна величине амплитуды а перемещения несущей платформы

3 вибропривода 2, т.е. = 4 устанавливается согласно величине шага перемещения магниточувствительного элемента. Длительность всех остальных импульсов и период между ними устанавливают согласно условий достижения установившегося режима после окончания переходных процессов в соответст-4О вующих цепях устройства.

Скорость перемещения магниточувствительного элемента 1 с несущей платформой 3 вибропривода 2 выбирается пОстОяннОЙ H зависит тОлькО От ампли»45 туды синусоидальных колебаний, поступающих от генератора 6.6 синусоидальных колебаний.

К магниточувствительному элементу

1, например магниторезистору, шириной5О

d и длиной 1, расположенному в интервале (х,, х21 оси Х и в интервале (у,, у2 1 оси Y системы координат XOY (фиг.1 и 2) и помещенном в неоднородное постоянное магнитное поле с векторами индукции В z (х) и В (у) и их гРадиентами Вгайх В ргали у В, пРоложен постоянный ток, поступающий от источника 4 постоянного тока, и он

Х2 У2

U, k 1В(у)а dy св2) (1)

СА3 1 qA)

Х,У„ где k — чувствительность магниточувствительного элемента 1 (В/Тл);

s — площадь магниточувствительного элемента 1, s = d 1;

Ву(х,у) — модуль индикации измеряемого неоднородного постоянного поля в плоскости ХОУ; (В 2 ) — средняя по площади s ве(4) личина индукции Bz (х,у) в положении А; х, х, у„, у — координаты граней элемента 1 в положении А (фиг.2) .

В положении В (фиг.1) формируется выходное напряжение

Х -Ь У„

U „=1 — ) В (::,у)

s х 1 8 (В) где с В )

Z средняя по площади S величина индукции

В2(х,у) в положении В; амплитуда перемещения несущей платформы 3 вибропривода 2 в плоскости измеряемых двух компонент вектора градиента индукции магнитного поля, С формируется выходВ положении ное напряжение

Х2 4 в

Х,-2) В (x,ó)dõdó- (В )

)с) (3) средняя величина по площади s индукции

В (х,у) в положении С (фиг. 1 и 2) . где CBz ) 10 4 последоватепьно перемещается вместе с несущей платформой 3 вибропривода 2 по траектории А В С - D - А (фиг.1).

В исходном состоянии в момент времени t (фиг.3) магниточувствительный элемент 1 с несущей платформой 3 вибропривода 2 (фиг.1) устанавливается в положении А в плоскости ХОУ оси координат. На выходе магниточувствительного элемента 1 формируется выходное напряжение

13222

В положении D формируется выходное напряжение р) ьмх, Б х "i+4 где (В >7

В (х,y) dx dy С В 7 (4) средняя величина по площади 8 индукции

В (x,у) в положении D (фиг.1).

Выходное напряжение U (л> --(>>) ких ьм (с> >(г» (>>> магниточувствительного элемента 1, прошедшее через первый электронный ключ 5, усилитель 7 во время нахождения его в фиксированных положениях А, В, С, D, подается на аналого-цифровой преобразователь 8.

Коэффициент передачи по напряжению усилителя 7 выбран из условия в положениях А, В, С, D (л, в),(с, л) d (5) (> (> 4 в положениях В, С1 С, A, (кс) ) (с, л)

U (> d

С помощью аналого-цифрового преобразователя 8 сигналы преобразуются в цифровые и подаются в цифровой вычислительный блок 9, работающий по 3О алгоритму, реализующему следующие выражения.

Во время нахождения магниточувствительного элемента 1 в положенни В своей траектории движения (В(х) 7

Zi Сху-4tх23 (1) ( (A g> г (х,-4 х,1

МВ» 1с с>

-(В 7 г Г У 4) 1 (t>, (12) (В .7

Мс=к >> (в,с>, 22 Г >, i+42

М = 1 (C 2>) 2 12 4 т "f ) 2 fttq-at õt) (2>

0 d вегас) „В . (13) Иэ выражений (4), (1) и (19) получают

Иэ выражений (2), (3) и (8) получают

Иэ выражений (3), (4) и (9) получают

10 6 (л,в> (В" 7 -св "7 — — — — -- - grad В

Ь О d (7) где 1/d — коэффициент передачи цифрового вычислительного блока 9 в положениях А, В;

grad  — амплитуда градиента х индукции магнитного пола, Во время нахождения магниточувствительного элемента 1 в положении С своей траектории движения (Ь) (c> (вс) сВ z 7 — (Bz 7 (t) с- (> 1

- огай В (8) где 1/1 — коэффициент передачи цифрового вычислительного блока

9 в положениях А В;

Во время нахождения магниточувствительного элемента 1 в положении D своей траектории движения (c> (ct2>) (В2 7 (В 7 (2>

М -=k

D О

- — — — — — grad В

8 х г (9)

Во время нахождения магниточувствительного элемента 1 в положении А своей траектории движения (»> (л>

М „(CA) СВ 7-(В 7

А» (> 1 grad Вг . (10)

Из выражений (1), (2) и (7) получают

1322210

1ч)

<В )

3 — (В (П (У, ч +д) Г1 Еk(см

grad > В, (14) О в (х) 8zi

s>, о g-ах, 2

ЛХ2

8z(uP

szq в,, 0

ФиаЯ

Из выражений (11) — (14) и фиг.2 нытекает, что при использовании предложенного устройства периодически получают амплитудные оценки И -grad В

6 z 10

И - grad > В, M>grad „В и

II (д) (l)

М„- grad „Вд по отношению разности пар значений, усредненных в интерваГ, ЩГх а, х ) ИГУ

15 у + 5 ), (y у + я ) величин распре деления амплитуд магнитных индукций.

Формула изобретения

Устройство для измерения градиен20 та индукции магнитного поля, содержащее плоскопараллельный магниторезистор, источник постоянного тока, последовательно соединенные усилитель, аналого-цифровой преобразователь и цифровой вычислительный блок, о т—

Л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, н него дополнительно нведены электронный

30 ключ, блок управления и вибропривод с несущей платформой, выполненной иэ немагнитного материала, причем магниторезистор закреплен на несущей платформе нибропринода, а вход электронного ключа соединен с выходом источника постоянного тока и выходом магниторезистора, вход управления электронного ключа подключен к перному выходу блока управления, выход электронного ключа подключен к входу усилителя, вход управления которого подключен к второму выходу блока управления, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к входам управления аналого-цифрово- го преобразонателя и цифрового вычислительного блока, пятый, шестой седьмой и восьмой выходы блока управления подключены к.первому, второму, третьему и четвертому входам управления нибропринода, своим выходом подключенного к общей шине, при этом амплитуда д перемещения несущей платформы вибропринода н плоскости измеряемых, двух компонент вектора градиента индукции неоднородного постоянного магнитного поля выбирается из условия

z1 Cc d и д)т 1, где d — ширина и 1 длина магниторезистора.

1322210

Составитель В.Шульгин

Редактор О.Головач ТехредЛ.Сердюкова Корректор B° . Вутнга

Заказ 2860/42

Производственно-полиграфическое предприятие, r.ужгород, ул.Проектная, 4

<и

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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