Магнитометр (его варианты)

 

1. Магнитометр по авт. св. № 1327025, отличающи йс я тем, что, с -целью повьшения точности измерений, в него дополнительно введены два элемента ИЛИ, два управляемых ключа, фазоинвертор и аттенюатор , выход которого подключен к входам измерительных усилителей, вход - к выходам управляемых ключей, первые входы первого из которых соединены С регистрирующим прибором через фазоинвертор, а второго - непосредственно, вторые входы с выходами элементов ИЛИ, входы которых связаны с выходами третьего и четвертого импульсных инверторов. .2. Магнитометр по авт. ев, № 1327025, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены две идентичные цепи, каждая из которых выполнена в виде аттенюатора , двух управляемых ключей и элемента НЕ, вход которого подключен к выходу регистрирующего прибора и первому входу первого уйравляемого ключа, а выход - к первому входу второго управляемого ключа, выходы обоих управляемых ключей подключены через аттенюатор к входу одного из измерительных усилителей, а вторые входы управляемых ключей связаны с выходами двух смежных импульсных генераторов .. а S (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 G 01 К 33/06

OllHGAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1327025 (21) 2974182/18-21 (22) 15.08.80 (46) 15.02.88. Бюл. У 6 (71) Физико-технический институт

АН ТССР (72) И.Н. Сапранков (53) .621.317.44(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1327025, кл. G 01 R 33/06, 04.06.80. (54) МАГНИТОМЕТР (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) 1. Магнитометр по авт. св. 11327025, отличающийс я тем, что, с -целью повьппения точности измерений, в него дополнительно введены два элемента ИЛИ, два управляемых ключа, фазоинвертор и аттенюатор, выход которого подключен к входам измерительных усилителей, вход — к выходам управляемых ключей, первые входы первого из которых соединены с регистрирующим прибором

„„SU„„1374157 A 2 через фазоинвертор, а второго— непосредственно, вторые входы с выходами элементов ИЛИ, входы которых связаны с выходами третьего и четвертого импульсных инверторов. .2. Магнитометр по авт. св, Ф 1327025, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены две идентичные цепи, каждая иэ которых выполнена в виде аттенюатора, двух управляемых ключей и элемента НЕ, вход которого подключен к выходу регистрирующего прибора и первому входу первого управляемого ключа, а выход — к первому входу второго управляемого ключа, выходы обоих управляемых ключей подключены через аттенюатор к входу одного из измерительных усилителей, а вторые входы управляемых ключей связаны с выходами двух смежных импульсных генераторов.

1374157

Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для измерения магнитной индукции слабых постоянных магнитных полей.

Наиболее близким к изобретению является 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 выхоцам измерительных усилителей, а опорные входы — к выходам соответствующих генераторов питания четырехполюсника, два алгебраических сумматора, входы которых связаны с выходами 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.

Недостатком такого магнитометра является ограниченная точность измерений вследствие нестабильнОсти коэффициента передачи магнитометра, которая в основном определяется нестабильностью коэффициентов передачи измерительных усилителей и фазочувствительных детекторов, а также нелинейности амплитудных характеристик измерительных трактов (измерительных усилителей с фазочувствительными детекторами), приводящей к тому, что при измерении более сильных магнитных полей (т.е. в случае, когда холловское) напряжение попадает в тракт температурной стабилизации преобразователя Холла) вызывает дестабилизацию его температурного режима, что приводит к дополнительной погрешности измерения и ограничивает динамический диапазон измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитометр, содержащий четырехполюсник с преобразователем Холла, четыре генератора питания четырехполюсника, попарно подключенные к входной и выходной парам выводов четырехполюсника, два измерительных усилителя, вход каждого из которых раздельно подключен к одной из пар выводов четырехпалюсника, четыре фазочувствительных детектора, первые сигнальные входы которых попарно подключены к выходам измерительных усилителей, а их вторые опорные входы — к выходам соответствующих генераторов питания четырехполюсника, первый и второй алгебраические сумматоры, входы которых связаны с

15 выходами всех фазочувствительных детекторов, регистрирующий прибор, подключенный к выходу первого сумматора, и генератор тактовых импульсов, вход управления скважностью импуль20 сов которого подключен к выходу второго сумматора, а его выходы — к входам синхронизации генераторов питания четырехполюсника, дополнительно введены два элемента ИЛИ, два

25 управляемых ключа, фазоинвертор и аттенюатор, выход которого подключен к входам измерительных усилителей, вход — к выходам управляемых ключей, первые входы первого из которых сое30 динены с регистрирующим прибором, через фазоинвертор, а второго — непосредственно, вторые входы с выходами элементов ИЛИ, входы которых связаны с выходами третьего и четвертого импульсных генераторов.

Кроме того, вариантом его является магнитометр, в который дополнительно введены две идентичные цепи, каждая иэ которых выполнена в виде аттенюа40 тора, двух управляемых ключей и элемента НЕ, вход которого подключен к выходу регистрирующего прибора и пер,вому входу первого управляемого ключа, а выход — к первому входу второ45 го управляемого ключа, выходы обоих управляемых ключей подключены через аттенюатор к входу одного из измерительных усилителей, а вторые входы управляемых ключей связаны с выходами двух смежных импульсных генераторов.

На фиг. 1 приведена структурная схема магнитометра; на фиг. 2 — то же, вариант, Импульсные генераторы 1 и 2 подключены к одной из пар выводов четы55 рехполюсника 3 с преобразователем

Холла. К другой паре выводов четырехполюсника 3 подключены импульсные reнераторы 4 и 5. Укаэанные генераторы з 137 синхронизируются генератором 6 тактовых импульсов, скважностью импульсов которого управляет сигнал, снимаемый с выхода первого сумматора 7.

К парам выводов четырехполюсника 3 с преобразователем Холла подключены входы измерительных усилителей 8 и 9, к выходам которых подсоединены сигнальные входы фазочувствительных детекторов 10-,13. Опорные входы фазочувствительных детекторов 10 и 11 раздельно подключены к выходам импульсных генераторов 1 и 2, а опорные входы фазочувствительных детекторов 12 и 13 — к выходам импульсных генераторов 4 и 5 соответственно. Выходы фазочувствительных детекторов

10-13 подключены к входам первого и второго сумматоров 7 и 14. К выходу второго сумматора 14 подсоединен регистрирующий прибор 15.

В первом варианте магнитометра (фиг. 1) выход второго сумматора

14 связан с входными цепями измерительных усилителей 8 и 9 посредством аттенюатора 16, во входной цепи которого находятся первый и второй

I управляемые ключи 1? и 18, а также фазоинвертор 19, подключенный к входу второго ключа 18. Входы первого и второго управляемых ключей 17 и 18 подключены к выходам логических элементов ИЛИ 20 и 21, входы которых связаны с выходами генераторов 2, 5 и 1, 4 соответственно.

Во втором варианте магнитрометра (фиг. 2) выход второго сумматора 14 связан с входными цепями измерительных усилителей 8 и 9 посредством двух цепочек, в каждой из которых находятся аттенюатор 16 (для входной цепи усилителя 9) и аттенюатор 22 (для входной цепи усилителя 8) . Во входной цепи аттенюаторов 16 и 22 находятся первый и второй управляемые ключи 17 и

23, 18 и 24, а также фазоинверторы 19 и 25, подключенные к входу вторых ключей 18 и 24. При этом входы первого и второго управляемых ключей, находящихся в цепочке, связывающей входную цепь измерительного усилителя 8, подключены к выходам импульсных генераторов 1, 2, 4, 5, которые подключены к входной цепи измерительного усилителя 9, и наоборот.

Устройство работает следующим об-, разом.

4157

Генератор 6 тактовых импульсов формирует импульсы синхронизации импульсных генераторов 1, 2, 4, 5. Под воздействием импульсов синхронизации каждый из импульсных генераторов 1, 2, 4, 5 в строго заданные моменты времени вырабатывает разнесенные во времени импульсы управляющего тока

10 стабильной амплитуды для питания входной и выходной цепей четырехполюсника 3 с преобразователем Холла.

При этом каждый из двух генераторов, подключенных к одной и той же цепи

15 четырехполюсника, формирует прямоугольные импульсы тока, полярность которых противоположна полярности импульсов, формируемых смежным с ним генератором. На входах измерительных

2р усилителей 8 и 9 действуют напряжения, поступающие с четырехполюсника

3, и напряжение, формируемое в соответствующей цепи отрицательной обратной связи.

25 Рассмотрим принцип действия цепи отрицательной обратной связи, введенной в магнитометр.

В первом варианте магнитометра (фиг, 1) в момент действия импульса

30 (допустим, положительной полярности), сформированного импульсным генератором 1, на выходе четырехполюсника 3 действует импульс, Одновременно импульс генератора 1 через логический элемент ИЛИ 21 поступает на вход второго управляемого ключа 18.

Второй управляемый ключ 18 на время действия импульса, формируемого импульсным генератором 1, подключает

40 выходную цепь второго сумматора 14 посредством фазоинвертора 19 к входу аттенюатора 16. Таким образом, в момент действия импульса на выходе аттенюатора 16 присутствует импульс

45 с длительностью, равной длительности импульса, вырабатываемого импульсным генератором 1, и амплитудой, пропорциональной выходному напряжению второго сумматора 14 и коэффициенту ослабления аттенюатора 16. С выхода аттенюатора 16 импульсное напряжение подается на входы измерительных усилителей 8 и 9. Следовательно, на входе измерительного усилителя 8 в рассматриваемый интервал времени наряду с

55 импульсом, снимаемым с выхода четырехполюсника .3 с преобразователем Хол- ла, действует импульс, сформированный в цепи отрицательной обпатной связи, причем его полярность подбирается за счет соответствующей фазировки противоположной полярности холловского напряжения, снимаемого с четырехполюсника.

При воздействии импульса, сформированного импульсным генератором 2, срабатывает первый управляемый ключ

17 и формируется выходное напряжение синхронного фазочувствительного детектора 11.

Анализ результирующего напряжения на втором сумматоре 14 показывает, что данный магнитометр представляет систему с отрицательной обратной связью по холловскому напряжению, охватывающую измерительные усилители, фаэочувствительные детекторы и второй сумматор 14.

Влияние нестабильности коэффициента передач измерительных усилителей и фазочувствительных детекторов и нелинейностей их характеристик в данном магнитометре незначительно сказывается на стабильности результирующего коэффициента передачи системы; его стабильность в основном определяется стабильностью коэффициента передачи аттенюатора 16. Реэуль тирующая нестабильность с учетом нестабильности первого и второго ключей 17 и 18 и фазоинвертора 19 в данном магнитометре может быть снижена до 0 01Х. Кроме того, на входах измерительных усилителей 8 и 9 значительно снижен уровень информативной составляющей, что улучшает работу системы термостабилизации

1374157 6 преобразователя Холла при работе в более сильных магнитных полях.

Из принципа действия второго ва5 рианта магнитометра следует, что в момент формирования импульса импульсным генератором 1 (фиг. 2) на вход измерительного усилителя 9 поступают выходной импульс четырехполюсника 3 и импульс с выхода аттенюатора 16> формируемый за счет подключения его входной .цепи посредством второго управляемого ключа 18 и фазоинвертора 19 к выходу второго сумматора 14, Таким образом, формируется выходное напряжение фазочувствительного детектора 10. Рассмотрев функционирование схемы в моменты формирования импульсов генераторами 2, 4, 5 и полагая, что коэффициенты передач аттенюаторов 16 и 22 равны между собой, вывод для первого варианта магнитометра в отношении повышения его точности и расширения динамического диапазона измерений справедлив и для второго варианта магнитометра.

Вновь введенными совокупностями узлов в обоих вариантах магнитометра реализуется избирательная (по холлов30 скому напряжению) высокостабильная цепь отрицательной обратной связи, охватывающая избирательные усилители и фазочувствительные детекторы, Такое решение позволяет снизить уровень холловского напряжения на входах иэ35 мерительных усилителей и уменьшить влияние нестабильности коэффициента передач и нелинейностей амплитудных характеристик измерительных усилителей и фазочувствительных детекторов на точность измерения.

1374157

Составитель P. Змиевская

Техред А.Кравчук Корректор В. Бутяга

Редактор Н. Швыдкая

Заказ 571/42 Тираж 772

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4