Магнитометр

 

Изобретение относится к области магнитных измерений. Может быть использовано для измерения магнитной индукции слабых постоянных магнитных полей. Является дополнительным к авт. св. СССР 8 1327025. Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение динамического диа пазона измерений. В магнитометр, , содержащий четырехполюсник 3 с преобразователем Холла, четыре генератора 1, 2, 4, 5 питания четырехполюсника, измерительные усилители 8, 9,фазочувствительные амплитудные детекторы 10, 11, 12, 13, алгебраические сумматоры 7, 14, регистрирующий прибор 15, генератор 6 тактовых импульсов, для достижения цели введены дополнительный генератор 18, усилитель 16, фазочувствительный детектор 17. Четырехполюсник 3 с преобразователем Холла дополнен перестраиваемым элементом 19, обеспечивающим изменение коэффициентов связи между входной и выходной цепями четырехполюсника 3. Введение указанных элементов позволяет поддерживать ра.венство коэффициентов передач измерительных трактов с ностью, превышающей таковую у прототипа более чем на два порядка. Следовательно , увеличивается коэффициент разделения информативной и фазовой составляюп1их преобразователя Холла. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с точ- SS (Л

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5D 4 G 01 R 33/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1327025 (21) 2971211/18-21 (22) 04.08.80 (46) 15.02.88. Бюл. № 6 (71) Физико-технический институт

АН ТССР (72) И.Н. Сапранков (53) 621.317.44(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1327025, кл. G 01 R 33/06. (54) МАГНИТОМЕТР (57) Изобретение относится к области магнитных измерений. Может быть использовано для измерения магнитной индукции слабых постоянных магнитных полей. Является дополнительным к авт. св. СССР № 1327025, Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение динамического диапазона измерений. В магнитометр,, содержащий четырехполюсник 3 с преобразователем Холла, четыре генератора

„„SU„„1374156 д 2

1, 2, 4, 5 питания четырехполюсника, измерительные усилители 8, 9, фаэочувствительные амплитудные детекторы

10, 11, 12, 13, алгебраические сумматоры 7, 14, регистрирующий прибор

15, генератор 6 тактовых импульсов, для достижения цели введены дополнительный генератор 18, усилитель 16, фазочувствительный детектор 17. Четырехполюсник 3 с преобразователем Холла дополнен перестраиваемым элементом 19, обеспечивающим изменение коэффициентов связи между входной и выходной цепями четырехполюсника 3.

Введение указанных элементов позволяет поддерживать равенство коэффициентов

C передач измерительных трактов с точ- Ж ностью, превышающей таковую у прототипа более чем на два порядка. Следо- Мб вательно, увеличивается коэффициент С разделения информативной и фазовой составляющих преобразователя Холла. Я

1 звп. ф-лы, 2 ил

° ив

1374156

Изобретение относится к магнитным измерениям, может быть использовано для измерения магнитной индукции слабых постоянных магнитных полей и является дополнительным к основному по авт. св. гг" 1327025.

Известный магнитометр содержит четырехполюсник с преобразователем Холла, четыре генератора питания четырех-10 полюсника, попарно подключенные к входной и выходной парам его выводов, два измерительных усилителя, вход каждого из которых раздельно подключен к одной из пар выводов четырехполюсника, четыре фазочувствительных детектора, сигнальные входы которых попарно подключены к выходам измерительных усилителей, а опорные входык выходам соответствующих генерато- 20 ров питания черырехполюсника, два ал" гебраических сумматора, входы которых связаны с выходами фазочувствительных детекторов, регистрирующий прибор, -подключенный к выходу первого 25 сумматора, и генератор тактовых импульсов, вход управления скважностью импульсов которого подключен к выходу второго сумматора, а его выходы — к входам синхронизации генераторов пи- 30 тания четырехполюсника.

Недостатком указанного магнитометра является ограниченная точность измерений.

Фактором, ограничивающим точность измерений, является нестабильность параметров функциональных узлов магнитометра, главным образом, нестабильность коэффициентов передачи (К,, К,) измерительных усилителей. Это or-40 раничивает точность термостабилизации преобразователя Холла при измерении индукции более сильных полей и точность измерения индукции слабьгх магнитных полей.

Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение динамического диапазона измерений.

Поставленная цель достигается тем, что магнитометр, содержащий четырехполюсник с преобразователем Холла, четыре.. генератора питания четырехполюсника, попарно подключенные к входной и выходной парам его выводов, два измерительных усилителя, вход каждого из которых раздельно подключен к одной из пар выводов четырехполюсника, четыре фазочувствительных детектора, сигнальные. входы которых попарно подключены к выходам измерительных усилителей, а оПорные входы — к выходам соответствующих генераторов питания четырехполюсника, два сумматора, входы которьгх подсоединены к выходам фазочувствительных детекторов, регистрирующий прибор, подключенный к выходу первого сумматора, и генератор тактовых импульсов, вход управления скважностью импульсов которого подключен к выходу второго сумматора, а его выходы — к входам синхронизации генераторов питания четырехполюсника, снабжен дополнительным генератором и последовательно соединенными с одним из сумматоров дополнительным усилителем, и дополнительным фазочувствительным детектором, выход которого подключен к входу управления коэффициентом передачи одного из измерительных усилителей, вьгход дополнительного генератора подключен к опорному входу дополнительного фазочувствительного детектора, а четырехполюсник с преобразователем Холла дополнен перестраиваемым элементом, вход управления которым подсоединен к выходу дополнительного генератора.

В частности перестраиваемый элемент выполнен в виде перестраиваемого обратимого четырехполюсника, подсоединенного входной и выходной цепями к аналогичным цепям преобразователя

Холла, а вход дополнительного усилителя подключен параллельно входу регистрирующего прибора.

На фиг, 1 изображена блок-схема магнитометра; на фиг. 2 — схема, поясняющая вариант выполнения перестраиваемого элемента °

Импульсные генераторы (фиг. 1) 1 и 2 питания подключены к одной из пар выводов четырехполюсника 3 с преобразователем Холла. К другой паре выводов четырехполюсника подключены импульсные генераторы 4 и 5 питания.

Указанные генераторы синхрониэируются генератором 6 тактовых импульсов, скважностью которого управляет сигнал, снимаемый с выхода сумматора 7, К парам выводов четырехполюсника 3 подключены входы измерительных усилителей 8 и 9, к выходам которых подключены сигнальные входы фазочувствитель . ных импульсных детекторов 10-13. Опорные входы фазочувствительных детекторов 10 и 11 раздельно подключены к

1374156

3 выходам генераторов 1 и 2, а опорные входы детекторов 12, 13 — к выходам генераторов 4 и 5 соответственно. Выходы фазочувствительных детекторов

10-„13 подключены к входам алгебраических сумматоров 7 и 14. К выходу сумматора 14 подсоединен регистрирующий прибор 15. Кроме того, к выходу сумматора 14 подключен вход усилителя 16, выход которого соединен с сиг- 0 нальным входом фазочувствительного детектора 17. Выход детектора 17 подключен к входу управления коэффициентом передачи усилителя 8, а его опорный вход подключен к выходу генерато15 ра 18. К выходу генератора 18 подключен вход 19 управления перестраиваемым элементом, введенным в четырехполюсник 3 и обеспечивающим изменение коэффициентов связи между входной и выходной цепями четырехполюсника 3 с преобразователем Холла.

Магнитометр работает следующим образом.

Генератор 6 тактовых импульсов формирует импульсы синхронизации генераторов 1, 2, 4 и 5. Под воздействием импульсов синхронизации каждый из генераторов 1, 2, 4 и 5 в строго заданные моменты времени вырабатывает разнесенные во времени импульсы управляющего тока стабильной амплитуды для питания одной иэ цепей четырехполюсника 3 с преобразователем Холла.

При этом каждый из двух генераторов, 35 подключенных к одной и той же цепи четырехполюсника, формирует прямоугольные импульсы тока, полярность которых противоположна полярности импульсов, формируемых смежным с ним 40 генератором.

Амплитуда и полярность прямоугольных импульсов в составе выходных сигналов четырехполюсника 3 (напряжений, возникающих в каждой иэ двух цепей 45 четырехполюсника при питании его другой цепи управляющим током) определяются фазовыми соотношениями и амплитудами четырех составляющих. Четвертая составляющая обусловлена воз- 5р действием на введенный в четырехполюсник перестраиваемый элемент.

На фиг. 2 четырехполюсник 3, обозначенный пунктирной линией, представлен преобразователем Холла 20 и последовательнб регулярно подключенным к нему перестраиваемым обратимым четырехполюсником (мостовая схема, составленная из резисторов 21 и управляемого резистора 22). Трансформатор

23 используется для обеспечения последовательного регулярного соединения обратимого четырехполюсника и преобразователя Холла. При этом пары выводов 24 и 25 являются выводами четырехполюсника. Вывод 19 является входом управления перестраиваемого элемента.

Полагая, что управляющим сигналом является синусоидальный сигнал и резистор 22 изменяет свое значение по синусоидальному закону с частотой повторения ю, ° в этом четырехполюснике изменение его коэффициентов связи достигается за счет изменения их взаимной составляющей.

Изменение указанных коэффициентов как в первом (при модуляции антивзаимной составляющей), так и во втором (при модуляции взаимной составляющей) случаях может осуществляться и иным образом, например по закону меандр", В качестве управляемого резистора для этих целей могут быть использованы элементы с различными видами модулирующего сигнала: транзисторы, фотореэисторы, ключевые схемы с реле и др, Появление напряжения с частотой генератора 18 на выходе сумматора 14 (в случае использования обратимого четырехполюсника) или на выходе сумматора 7 (в случае использования модуляции антивзаимной составляющей) является признаком разбаланса коэффициентов передачи обоих измерительных трактов (S, и S ). При этом фаза этого информационного сигнала однозначно указывает направление разбаланса, а

его амплитуда — величину отклонения, Для выделения данной информационной составляющей используются усилитель

16 и подключенный к его выходу фазочувствительный детектор 17, опорный вход которого подсоединен к выходу генератора !8. Таким образом„ в случае разбаланса коэффициентов передач

S и S на выходе фазочувствительного детектора 17 присутствует напряжение, амплитуда которого пропорциональна величине разбаланса, а его полярность однозначно указывает направление разбаланса. Используя это напряжение в качестве сигнала управления коэффициентом передачи одного из измерительных усилителей, в данном магнитометре реализуются системы автоматической подстройки (выравнивания) коэф1374156 фициентов передач измерительных трактов, т.е. реализуется самонастраивающая система.

Таким образом, введение усилителя, фазочувствительного детектора и генератора 18 позволяет поддерживать равенство коэффициентов передач измерительных трактов с точностью, превышающей тактовую у известного устройства более чем на два порядка, т.е. нестабильность этого равенства не превышает 0,01Х. Следовательно, увеличивается коэффициент разделения ин-15 формативной и фоновой составляющих преобразователя Холла. В результате этого увеличивается точность и динамический диапазон измерений магнитной индукции, .так как результирующее ос- 20 лабление аддитивной погрешности измерений в данном магнитометре по сравнению с известным увеличивается до 40 дБ.

Формула изобретения

1. Магнитометр по авт. св.91327025, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения динамического диапазона измерений, он снабжен дополнительным генератором и последовательно соединенными с одним из сумматоров дополнительным усилителем и дополнительным фазочувствительным детектором, выход которого подключен к входу уп- . равления коэффициентом передачи одного из измерительных усилителей, выход дополнительного генератора подключен к опорному входу дополнительного фазочувствительного детектора, а четырехполюсник с преобразователем Холла дополнен перестраиваемым элементом, вход управления которым подсоединен к выходу дополнительного генератора.

2. Магнитометр по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что перестраиваемый элемент, выполнен в виде перестраиваемого обратимого четырехполюсника, подсоединенного входной и выходной цепями к аналогичным цепям преобразователя Колла, а вход дополнительного усилителя при этом подключен параллельно входу регистрирующего прибора.