Цифровой измеритель магнитной индукции

 

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей измерителя, что достигается путем определения направленной магнитной индукции. Цифровой измеритель магнитной индукции содержит датчик Холла 1, переключатель 2, источник 3 питания, синхронный детектор 4, преобразователь 5 напряжение-число импульсов, реверсивный счетчик 6, цифровой индикатор, состоящий из двоично-десятичного дешифратора 7 и индикатора 8, блок 9 управления, триггер 10 со счетным входом, элементы И 11, 12 и 13, триггер 14, индикатор 15 знака. Блок 9 управления состоит из генератора 16 импульсов, счетчика 17, дешифратора 18, элементов И 11, 19-20 и 21, триггеров 22 и 23. В устройств входят также инвертор 24. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1597809 A 2 (51)5 G 01 R 33/06

ЗЬтМИЗИ1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1390584 (21) 4228881/24-21 (22) 13.04.87 (46) 07.10.90. Бюл. № 37 (72) И. П. Смирнов, А. Н. Фойда, О. Т. Чигирин и Ю. Т. Чигирин (53) 621.317.44 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1390584, кл. G 01 R 33/02, 1986. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ (57) Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магHHTHblx полей. Целью изобретения является расширение функциональнь!х возмож2 ностей измерителя, что достигается путем определения направленной магнитной индукции. Цифровой измеритель магнитной индукции содержит датчик Холла 1, переключатель 2, источник 3 питания, синхронный детектор 4, преобразователь 5 напряжение — число импульсов, реверсивный счетчик 6, цифровой индикатор, состоящий из двоично-десятичного дешифратора 7 и индикатора 8, блок 9 управления, триггер 10 со счетным входом, элементы И I l, 12 и 13, триггер 14, индикатор 15 знака. Блок 9 управления состоит из генератора 16 импульсов, счетчика 17, дешифратора 18, элементов И 11, 19, 20 и 21, триггеров 22 и 23. В устройство входит также инвертор 24. 1 ил.

1597809 з . Изобретение относится к магнитным измерениям, может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1390584.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства путем определения направления магнитной индукции.

На чертеже приведена блок-схема цифрового измерителя магнитной индукции.

Цифровой измеритель магнитной индукции (фиг. 1) состоит из датчика Холла 1, подключенного к переключателю 2, источника 3 питания, последовательно соединенных синхронного детектора 4, преобразователя 5 напряжение — число импульсов, реверсивного счетчика 6, цифрового индикатора, состоящего из двоично-десятичного дешифратора 7 и индикатора 8, блока 9 управления, триггера 10 со счетным входом, элементов

И 11 — 13, триггера 14 и индикатора 15 знака. Блок 9 управления формирует неизменяющиеся управляющие сигналы, синхронизирующие работу всего устройства,и изменяющиеся управляющие еигналы, зависящие от изменяющихся условий работы, и состоит из последовательно соединенных генератора

16 импульсов, счетчика !7, дешифратора 18, элементов И 19 — 21, триггеров 22 и 23. В устройство входит также инвертор 24.

Устройство работает в два такта измерения. Сигналом начальной установки, поступающим с выхода 25 блока 9, устанавливается в нулевое состяние реверсивный счетчик 6. Этим же сигналом в нулевое состояние устанавливается триггер 14 и триггеры 22 и 23 блока 9 управления. С выхода

26 блока 9 управления на шину реверса реверсивного счетчика 6 поступает такой управляющий сигнал, по которому реверсивный счетчик 6 работает на сложение.

В первый такт 1 цикла измерения выходной сигнал датчика Холла 1 при е ))

)tU«J; +В йли — В равен Ui=J e +

+U J. Такое значение выходного сигнала датчика Холла 1 в первый такт 1 цикла измерения обусловлено тем, что управляющий сигнал на выходе 27 блока 9 управления подключает первую пару противоположных электродов датчика Холла 1 к синхронному детектору 4, а через вторую пару противоположны ы х электродов датчика Холла 1

llpnr. каст ток от источника 3 питания.

:",ервый такт (i+1) цикла измерения выходной сигнал датчика Холла равен +е — Ь l, где е„— ЭДС Холла, Ь вЂ” напряжение неэквипотенциальности датчика

Холла.

В первый такт 1 цикла измерения выходной сигнал датчика Холла 1 U — — I 1 Uí ) поступает через переключатель 2 и синхронный детектор 4 на преобразователь 5 напряжение — число импульсов 5. Результаты преобразования в виде импульсов поступают на реверсивный счетчик 6, где запоминаются в виде кода Ni=ft-ех+U-(К, где К вЂ” коэффициент преобразования преобразователя напряжение — число и мпульсов.

В конце первого такта измерения блок 9 управления сигналом, поступающим с выхода 27 через триггер 10 со счетным входом, коммутирует переключатель 2.

Во второй такт измерения выходной

10 сигнал датчика Холла 1 в виде числа импульсов Nz=K (е,— U ) записывается в счетчик 6, где суммируется или вычитается из результата кодирования N первого такта.

Это напряжение через переключатель 2 и

5 синхронный детектор 4 поступает на преобразователь 5 напряжение — число импульсов, откуда в виде последовательности импульсов поступает на реверсивный счетчик 6.

Во втором такте реверсивный счетчик 6 работает на сложение. Этло обусловлено

20 тем, что состояние триггера 23 во втором такте не изменяется. На первый единичный вход триггера 23 через элемент 20 не может пройти управляющий сигнал, поскольку при

+В на первый вход элемента И 20 поступает запрещающий потенциал «+» с выхода

25 синхронного детектора 4. При — В в первом такте срабатывает элемент И 19, на который поступает сигнал с выхода синхронного детектора 4. Выходной сигнал элемента И 19 переводит триггер 22 в единич ное состояние. При этом триггер 22 выдает запрещающий потенциал на второй вход элемента И 20.

На второй единичный вход триггера 23 через элемент И 21 не может пройти управляющий сигнал, поскольку при + В на первый вход элемента И 21 поступает запрещающий потенциал с триггера 22, а при — В на второй вход элемента И 21 поступает запрещающий потенциал с инвертора

24, который инвертирует разрешающий потенциал « — » с выхода синхронного детек40 тора 4.

Во втором такте цикла измерения реверсивный счетчик 6 зафиксирует число и мпульсов, пропорциональное ЭДС Холла

1 1 =! 1 +%=К1е +U J+ К1е — U J= К!е(45 +KJ Ц,,! +KIå,+-K U 1=2К1е 2Ке .

Во втором такте (i+1) цикла реверсивный счетчик 6 также зафиксирует число импульсов, пропорциональное ЭДС Холла.

Пусть направление магнитной индукции

В будет положительным +В, a(e IU ITorда выходные сигналы датчика Холла 1 в i цикле измерения будут U < = Ie,+ U-I; U z=Ie,—

— U I. В (i+1) цикле измерения сигналы дат чика Холла1будут Ui=Je„— U (, Uz=te,+

+! !нэ), Во второй такт измерения триггер 23 изменяет направление счета в реверсивном счетчике 6. В i цикле измерения во втором такте срабатывает элемент И 20, потому

1597809

5 что на два его входа поступают разрешающие потенциалы. На первый вход элемента

И 20 поступает разрешающий потенциал

« — » с выхода синхронного детектора 4, а на второй вход поступает разрешающий потенциал с триггера 22. Выходной сигнал элемента И 20 поступает на первый единичный вход триггера 23, изменяя его состояние. Триггер 23 с выхода выдает сигнал на шину реверса реверсивного счетчика 6, по которому последний начинает работать на вычитг,иие. В результате во втором такте

i цикла реверсивный счетчик 6 зафиксирует число импульсов, пропорциональное ЭДС

Холла

U = Ni+N =KIU-+å«I — KIU Я=К U-I+

+К!е I — КЮ !+К1е1= 2К)е4=2Ке..

В (+1) цикле измерения во втором такте срабатывает элемент И 21, поскольку на два его входа поступают разрешающие потенциалы. На первый вход его поступает разрешающий потенциал с выхода инвертора 24, который инвертнрует запрещающий потенциал с выхода синхронного детектора

4. На второй вход элемента И 21 поступает разрешающий потенциал с триггера 22, который в первом такте переходит в единичное состояние. Триггер 22 в первом такте переходит в единичное состояние в результате срабатывания элемента И19, на который поступает разрешающий потенциал « — » с выхода синхронного детектора 4.

Выходной сигнал элемента И 21 поступает на второй единичный вход триггера 23 и изменяет его состояние. Триггер 23 с выхода 26 выдает сигнал на шину реверса реверсивного счетчика 6, по которому последний начинает работать на вычитание. Когда число в реверсивном счетчике б во втором такте (i+1) цикла станет равным нулю, срабатывает элемент И 11, на который поступает код с реверсивного счетчика 6. Элемент И ! выдает управляющий сигнал на второй нулевой вход триггера 23 и устанавливает его в первоначальное состояние.

Таким образом, триггер 23 во втором такте (i+1) цикла второй раз изменяет направление счета в реверсивном счетчике б, т.е. реверсивный счетчик 6 начинает работать на сложение. В результате, после второго такта реверсивный счетчик б зафиксирует число импульсов, пропорциональное

ЭДС Холла, Иг=К е„+Бмв1= Kle„+ U — е„„+е„! =

= KI Use — ей!+ 2К1 ед = N a+ !М 2,.

N =N i — 1Ч2+М2= К10ее — е! — kl U — — e

Пусть направление магнитной йндукции будет отрицательным — B, à Ie«I (fU»l.

Тогда выходные сигналы датчика Холла 1

Сигналом, поступающим с выхода 25 блока 9 управления, триггер знака 14 устанавливается в исходное состояние. В первый такт измерения выходной сигнал синхронного детектора 4, пройдя через инвертор 24, поступает на вход элемента И 12. Элемент

З5 И 12 срабатывает и выдает сигнал на единичный вход триггера 14 знака, который переходит в единичное состояние. Направление магнитной индукции определяется во второй такт измерения. Во втором такте сра40 батывает элемент И 13, поскольку на его первый вход поступает разрешающий потенциал с триггера 14 знака. Индикатор 15 знака по сигналу элемента И 3 высвечивает положительное направление «+» магнитной индукции. При !е I)lU" 1 и +В.

45 Сигналом, поступающим с выхода 25 блока 9 управления, триггер 14 знака устанавливается в исходное состояние. В первый такт цикла измерения выходной сигнал синхронного детектора 4, пройдя через инвертор 24, поступает на вход элемента И 12, 50 который срабатывает и выдает сигнал иа единчный вход триггера 14 знака, который переходит в единичное состояние. Направление магнитной индукции определяется во второй такт измерения. Во втором такте сре55 батывает элемент И 13, поскольку íà его первыи вход поступает разрешающий потенциал с триггера 14 знака, Индикатор !5 знака по сигналу элемента И 13 высвечи5

6 в цикле измерения будут Ь i —— (— е +О - ;

U>=I — е. — U-).

В (i+1) цикле измерения выходные сигналы датчика Холла 1 будут U =I — е — — UHýI; U = (— ех+Uíýl.

Работа устройства в i цикле измерения ничем не отличается от работы устройства в (i+1) цикле измерения при +В и !e,l (МРабота устройства в (1+1) цикле измерения ничем не отличается от работы устройства в i цикле измерения при +В и е l(IU-I.

Результат двухтактиой работы, хранящийся в реверсивном счетчике 6, поступает на дешифратор 7 и считывается цифровым индикатором 8.

Кроме того, в первый такт измерения в триггере 14 знака запоминается полярность положительная («+») синхронного детектора 4. В этом случае запрещающий потенциал («+») синхронного детектора 4, пройдя через инвертор 24, становится разрешающим.. Таким образом, в первом такте на первый вход элемента И 12 поступает разрешающий потенциал. Элемент И 12 срабатывает и выдает сигнал на единичный вход триггера знака 14 и изменяет его состояние.

Определение направления магнитной индукции В происходит следующим образом. при е«!)1Ьме! и +В.

97809

1Ь

26

Формула изобретения

7 вает положительно направлеНие магнитной индуции.

В первый такт последующего (1+1) цикла измерения выходной сигйал синхронного детектора 4, пройдя через инвертор 24, поступает на вход элемента И 12, который не срабатывает, поскольку íà его вход поступает запрещающий потенциал. Поэтому состояние триггера 14 знака не изменяется, т е. триггер 14 находится в нулев0м состоянии, в которое он установился по сигналу, поступающему с выхода 25 блока 9 управления на нулевой вход триггера 14 знака. Поскольку во втором такте уровень выходного сигнала датчика Холла 1 будет больше, чем в первый такт измерения, во втором такте измерения срабатывает элемент И 11. Выходной сигяал его поступает на счетный вход триггера 14 знака н изменяет его состояние. Во втором такте измерения определяется направление магнитной индукции. Во втором такте измерения срабатывает элемент И 13, поскольку на его первый вход поступает разрешающий потенциал с триггера знака 14. Индикатор 15 знака по сигналу элемента И 13 высвечивает положительное направление магнитной индукции..

При (e» )1Б (и — В сигналом, поступающим с выхода 25 блока 9 управления, триггер знака 14 устанавливается в исходное состояние. В первый такт измерения выходной сигнал синхронного детектора 4, пройдя через инвертор 24, поступает на вход элемента И 12. Элемент И 12 не срабатывает, поскольку на его вход постуйает запрещающий потенциал. Поэтому состояние триггера

14 знака не изменяется, т.е. триггер 14 находится в нулевом состоянии, в которое он установился по сигналу, поступающему с выхода 25 блока управления 9 иа нулевой вход триггера 14 знака. НайравЛеНие магнитной индукции определяфтся Во зторой такт измерения. Во втором такте элемент

И 13 не срабатывает, поскольку на его первый вход поступает запрещайщий потенциал с триггера 14 знака. Такое состояние элемента И 13 соответствует отрицаТельному направлению магнитной индукции.

Прн 1е (ф.-(и — В сигналом, поступающим с выхода 25 блока 9 управления, триггер 14 знака устанавливается в исходное состояние. В первый такт цикла измерения выходной сигнал синхронного детекtbpa 4, пройдя через инвертор 24, поступает на вход элеМента И 12. Элемент И 12 срабатывает и выдает сигнал на единичный вход триггера 14 значка, который переходит в единичное состояние. Во втором такте измерения уровеиЬ выходного сигнала датчика Холла боль111е, чем в первый такт измерения, во втором такте срабатывает эле8 Ч мент И 11. Выходной сигнал элемента И

11 поступает на счетный вход триггера знака и изменяет его состоянИе, т.е. триггер

l4 переходит в нулевое состояние. Направление магнитной индукции определяется во второй такт измерения. Во втором такте измерения элемент И 13 не срабатывает, поскольку на его первый вход поступает запрещающий потенциал с триггера 14. Такое состояние элемента И 13 соответствует отрицательному направлению магнитной индукции.

В первый такт (1+1) цикла измерения выходной сигнал синхронного детектора 4, пройдя через инвертор 24, поступает на вход 22 элемента И 12. Элемент И 12 не срабатывает, поскольку на его вход поступает запрещающий потенциал. Поэтому состояние триггера 14 зцака не изменяется, т.е. триггер 14 находится в нуЛевом состоянии, в которое он установился по сигналу, поступающему с выхода 25 блока 9 управления на нулевой вход триггера 14 знака.

Направление магнитной индукции определяется во второй такт измерения. Во втором такте измерения элемент И 13 не срабатывает, поскольку на его первый вход поступает запрещающий потенциал с триггера 14 знака.

Такое состояние элемента И 13 соответствует отрнцательйому найравлению магнитной индукЦии.

ЫифрЬ ой измеритель магнитной индукции по авт. св. № 1390584, отличающийся тем, что, с целью расширения функцио нальных возможностей измерителя путем определения направления магнитной индукции, в него введены третий триггер, иивертор, третий, четвертый, пятый элементы И, триггер со счетным входом и индикатор знака, подкЛюченный к выходу

40 четвертого элемента И, йерйый вход которого соединен с первым входом третьего элемента И, второй вхОд — с выходом третьего триггера, единичный вход которого соединен с выходом пятого элемента И, счетный вход — с выходом третьего элемента И и с вторым входом блока управления, а нулевой вход триггера соединен с входом сброса реверсивного счетчиКа, при этом первый вход пятого элемента И соединЕн с выходом инвертора и второй вход пятого эле5О

О мента И вЂ” с вторым входом первого элемента И, вход инвертора подключен к первому входу блока управления, входы триггера со счетным входом — к первому выХоду блокй управления, а его выход через переключатель — к сигнальному входу сннхрон його детектора.