Цифровой измеритель магнитной индукции

 

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне постоянных магнитных полей. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет коррекции суммарного результата двух тактов измерения. Достигается это введением счетчика 14, элементов И 8, 11, блока 9 управления, элемента 6. Устройство также содержит датчик Холла 1, переключатель 2, источник питания 3, синхронный детектор 4, преобразователь 5 напряжение - временной интервал, реверсивный счетчик 7, блок 12 управления линеаризацией , логический блок 13 добавления и вычитания импульсов, двоично-десятичный дешифратор 16, цифровой индикатор 16. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1629886 (51)5 G 01 R 33 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

rlPl4 ГКНТ СССР (21) 4453986/21 (22) 04.07.88 (46) 23.02.91. Бюл. № 7 (72) И. П. Смирнов, А. H. Фойда, О. Т. Чигирин и Ю. Т. Чигирин (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 367794, кл. G Ol R 33/00, 1970. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ (57) Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне постоянных магнитных полей. Цель

2 изобретения — повышение точности измерения за счет коррекции суммарного результата двух тактов измерения. Достигается это введением счетчика 14, элементов И 8, 11, блока 9 управления, элемента 6. Устройство также содержит датчик Холла 1, переключатель 2, источник питания 3, синхронный детектор 4, преобразователь 5 напряжение — временной интервал, реверсивный счетчик 7, блок 12 управления линеаризацией, логический блок 13 добавления и вычитания импульсов, двоично-десятичный дешифратор 16, цифровой индикатор 16. 1 з. и. ф-лы, 2 ил.

1629886

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне постоянных магнитных полей, Целью изобретения является повышение точности измерения за счет коррекции суммарного результата двух тактов измерения.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого цифрового измерителя магнитной индукции; на фиг. 2 — временные диаграммы работы блока управления.

Цифровой измеритель магнитной индукции состоит из датчика Холла 1, переключателя 2, источника 3 питания, синхронного детектора 4, преобразователя 5 напряжение — временнсй интервал, элемента ИЛИ 6, реверсивного счетчика 7, элемента И 8, блока 9 управления, триггера 10, элемента И 11, блока 12 управления линеаризацией, логи. ческого блока 13 добавления и вычитания импульсов, дополнительного счетчика 14, дво и чно-десятичного деш ифратора 15 и цифрового индикатора !6.

Блок 9 управления состоит из генератора импульсов, счетчика, дешифратора и схемы управления операцией, включающей схемы

И и триггеры.

Токовые электроды датчика Холла 1 соединены с входами переключателя 2. Потенциальные электроды датчика Холла 1 соединены с входами от переключателя 2. Выходы последнего соединены с сигнальными выходами источника 3 питания, Выходы переключателя 2 соединены с сигнальным входом синхронного детектора 4. Управляющий выход источника 3 питания соединен с управляющим входом синхронного детектора 4.

Выход синхронного детектора 4 соединен с входом преобразователя 5 напряжение— временной интервал и первым входом блока 9 управления. Выход счетных импульсов преобразователя 5 напряжение — временной интервал соединен с первым входом элемента ИЛИ 6. Второй вход элемента ИЛИ 6 соединен с выходом элемента И 11 и счетными входами блока 12 управления линеаризацией и логического блока 13 добавления и вычитания им пульсов. Выход тактовых импульсов преобразователя 5 напряжение— временной интервал соединен с первым входом элемента И 11. Выход элемента ИЛИ 6 соединен со счетным входом реверсивного счетчика 7. Выход реверсивного счетчика 7 соединен с первым входом элемента И 8 и вторым входом блока 9 управления. Выход элемента И 8 соединен с единичным входом триггера 10,.выход которого соединен с вторым входом элемента И 11. Выход добавления импульсов блока управления линеаризацией соединен с входом добавления импульсов логического блока 13 добавления и вычитания импульсов.

Выход вычитания импульсов блока управления линеаризацией соединен с входом вычитания импульсов логического блока 13 добавления и вычитания импульсов. Управляющий вход блока 12 управления линеаризацией соединен с выходом дополнительного счетчика и сигнальным входом двоичнодесятичного дешифратора 5, выход которого подключен к цифровому индикатору 16.

Первый выход блока 9 управления соединен с управляющим входом переключателя 2. Второй выход блока 9 управления соединен с запускающим входом преобразователя 5 напряжение — временной интервал.

Третий выход блока 9 управления соединен с вторым входом элемента И 8 и третьим входом элемента И 11. Четвертый выход блока 9 управления соединен с установочным (нулевым) входом реверсивного счетчика 7, нулевым входом триггера 10, установочным (нулевым) входом дополнительного счетчика 14 и установочным входом блока 12 управления линеаризацией. Пятый выход блока 9 управления соединен с управляющим входом двоично-десятичного дешифратора 15., Шестой выход блока 9 управления соединен с входом реверса реверсивного счетчика 7.

Генератор 17 импульсов через счетчик !8 соединен с входом дешифратора 19, выходы которого с первого по пятый соответственно соединены с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым выходами блока 9 управления. Четвертый выход дешифратора 19 соединен с первым нулевым входом триггера 20 и нулевым входом триггера 21., Шестой выход дешифратора 19 соединен с первым входом элемента И 22. Седьмой выход дешифратора 19 соединен с первыми входами элементов И 23 и 24. Восьмой выход дешифратора соединен с единичным входом триггера 20. Выход элемента И 22 соединен с единичным входом триггера 21, выход которого соединен с вторым входом элемента И 23.

Выход последнего соединен со счетным входом триггера 20. Третий вход элемента И 23 соединен с вторым входом элемента И 22 и первым входом блока 9 управления. Выход элемента И 24 соединен с вторым нулевым входом триггера 20. Второй вход элемента

И 24 соединен с вторым входом блока 9 упра вле ни я.

К неизменяющимся управляющим сигналам относятся следующие.

Сигнал, поступающий на управляющий вход переключателя 2. По этому сигналу в первом такте измерения первая пара противоположных электродов датчика Холла через переключатель 2 подключается к синхронному детектору 4, вторая пара противоположных электродов датчика Холла 1 через переключатель 2 подключается к источнику 3 питания. Во втором такте первая пара противоположных электродов датчика Холла 1 через переключатель 2 подключается к источнику 3 питания, а вторая пара противо1629886

55 положных электродов датчика — к синхронному детектору 4. При таком подключении (/ =+l„+ Uug, г — +i,— Ьэ, где l„— ЗДС Холла;

Ug напряжение неэквипотенциальности;

Ui и U — выходные напряжения датчика Холла после переключателя в первом и втором тактах.

Сигнал, поступающий на запускающий вход преобразователя 5 напряжение — временной интервал. По этому сигналу начинается преобразование аналогового входного сигнала в пропорциональное число импульсов.

Сигнал, поступающий на управляющий вход элементов И 8 и 11. По этому сигналу происходит срабатывание этих элементов.

Сигнал, поступающий на установочный нулевой вход реверсивного счетчика 7, установочный нулевой вход дополнительного счетчика 14, нулевой вход триггера IO и установочный вход блока 12 управления линеаризациы.

Сигнал, поступающий на управляющий вход двоично-десятичного дешифратора 15.

По этому сигналу производится считывание результата измерения цифровым индикатором 16 после второго такта измерения.

Для выделения сигналов первого и второго тактов и сигнала, изменяющего состояние триггера 20 реверса после двух тактов измерения, необходимых для работы блока 25 управления операцией, дешифратор 19 формирует соответствующие управляющие сигналы.

К изменяющимся управляющим сигналам относится сигнал, поступающий на вход реверса реверсивного счетчика 7, изменяющий направление счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте измерения и при переписи кода из реверсивного счетчика 7 в дополнительный счетчик 14 и формируемый блоком 25 управления операцией по сигналам, поступающим на его входы.

Измеритель работает следующим образом.

В первом такте реверсивный счетчик 7 всегда работает на сложение, направление счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте зависит от следующих условий работы.

При lll)IUu I, +В или — В на вход реверса реверсивного счетчика 7 поступает управляющий сигнал, который не изменяет направления счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте, т. е. реверсивный счетчик 7 в оба такта работает на сложение.

При ll.l(IUu» I и — В на вход реверса реверсивного счетчика 7 поступает управляющий сигнал, который дважды изменяет направление счета в реверсивном счетчике 7, т. е. реверсивный счетчик 7 в первом такте работает на сложение, а во втором сначала работает на вычитание, а потом на сложение.

На сложение он начинает работать в тот момент, когда код в реверсивном счетчике 7 станет равным нулю (на входе блока 9 управления) .

При переписи кода из реверсивного счетчика 7 в дополнительный счетчик 14 реверсивный счетчик 7 работает на вычитание.

Условие Il,l)IU, I и !i„l /u определяется блоком 25 управления операцией по сигналу на выходе синхронного детектора 4 в обоих тактах измерения.

При Il„f)IUu> f полярность выходного сигнала синхронного детектора 4 в обоих тактах измерения одинакова: (« — », « — ») при +В и («+», «+») при — В. При одинаковых полярностях выходного сигнала синхронного детектора 4 в обоих тактах блок

25 управления операцией во втором гакте не вырабатывает управляющий сигнал, изменяющий направление счета в реверсивном счетчике 7.

При li l(I Uu I позярность выходных сигналов синхронного детектора 4 независимо от направления магнитной индукции +В или — В в обоих тактах будет (« — », «+»).

При изменении полярности выходного сигнала синхронного детектора 4 с « — » в первом такте на «+» во втором такте блок 25 управления операцией изменяет направление счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте измерения.

При условии IlJ(Uu I и — В блок 25 управления операцией дважды изменяет направление счета в реверсивном счетчике во втором такте измерения. Сначала блок 25 управления операцией по полярности выходных сигналов синхронного детектора 4 в обоих тактах измерения изменяет направление счета в реверсивном счетчике 7. Во втором такте он работает на вычитание. Когда число в реверсивном счетчике 7 станет равным нулю. блок 25 управления операцией снова изменяет направление счета в реверсивном счетчике 7. Он начинает работать на сложение.

Работа предлагаемого измерителя происходит в три такта измерения. В первых двуx тактах происходит измерение выходных сигналов датчика Холла 1 с противоположных пар электродов, а в третьем такте осуществляется линеаризация результата измерения.

Сигналом начальной установки, поступающим с выхода блока управления, в нулевое состояние устанавливаются реверсивный счетчик 7, триггер IO, дополнительный счетчик 14, блок !2 управления линеаризации и триггеры 21 и 20. С выхода блока 9 управления на шину реверса реверсивного счетчика 7 поступает такой управляемый сигнал, по которому реверсивный счетчик 7 работает на сложение.

В первом такте измерения выходной сигнал датчика Холла 1 Ui=lwl,- — Uu il. Такое значение выходного сигнала датчика Хол1629886

25 ла 1 обусловлено тем, что управляющий сигнал на выходе блока 9 управления всегда в первом такте подключает первую пару противоположных электродов датчика Холла 1 к входу синхронного детектора 4, а через вторую пару противоположных электродов датчика Холла 1 протекает ток от источника 3 питания.

Выходной сигнал датчика Холла 1 Ui=

=I++ /,— Ц,э I через переключатель 2 и синхронный детектор 4 поступает на преобразователь 5 напряжение — временной интервал.

Результат преобразования в виде импульсов поступает через элемент ИЛИ 6 на реверсивный счетчик 7, считающий в прямом направлении Хi=ll 4+-Ц IKiK

В конце первого такта измерения блок 9 управления коммутирует переключатель 2.

Во втором такте измерения выходной сигнал датчика Холла 1 U =l i„+ U, I. Это напряжение поступает через синхронный детектор 4 на преобразователь 5 напряжение— временной интервал,с которого напряжение

U, преобразованное в число импульсов, поступает через элемент ИЛИ 6 на реверс ивный счетчик 7: Л ;=1 !, Uqq !К К2.

В реверсивном счетчике 7 в зависимости от соотношения Il,l и I Un I производится суммирование или вычитание результатов кодирования двух тактов. Информация о виде операции во втором такте выделяется с помощью синхронного детектора 4. Блок 25 управления операцией в зависимости от состояния синхронного детектора 4 в обоих тактах измерения выдает определенный командный сигнал на реверсивный счетчик 7.

Когда Il,l), /ю I, производится суммирование результатов кодирования двух тактов, а и ри Ц (! И>в I — их вычитание.

1 ",сть + В, (/1= — !х — (/>) > (/2= — х+ (49, Il,,) И> I. В первом такте выходной сигнал синхронного детектора 4 (фиг. 2) отрицательный и является запрещающим для элементов И 22 и 23. При постугглении управ яющего сигнала с выхода на элемент И 22 он не срабатывает, поскольку на его второй вход поступает запрещающий потенциал с выхода синхронного детектора 4. Таким ооразом, состояние триггера 21 не изменяется, и он выдает разрешающий потенциал на элемент И 23. При поступлении управляющего сигнала с выхода во втором такте измерения элемент И 23 не срабатывает, поскольку во втором такте измерения на него с выхода синхронного детектора 4 поступает запрещающий потенциал. Поэтому во втором такте измерения состояние триггера 20 не изменяется и реверсивный счетчик 7 во втором такте работает на сложение.

В результате в реверсивном счетчике 7 после второго такта находится суммарный результат, пропорциональный ЭДС Холла:

Л =-Л1+Л =IlÄ+U a IKiK>+Il,—

— Uqz IKiK>=2KiK !х.

HycTb +В, U; = — lх — Uey, U>= — l„+

+(7нэ, Ilõl)IUa I. В первом такте выходной сигнал. синхронного детектора 4 (фиг. 2) отрицательный и является "-апрещающим для элементов И 22 и 23. При поступлении управляющего сигнала с выхода на элемент

И 22 он не срабатывает, поскольку на его второй вход поступает запрещающий потенциал с выхода синхронного детектора 4.

Таким образом, состояние триггера 21 нг изменяется, и он выдает разрешающий потенциал на элемент И 23. При поступлении управляющего сигнала с выхода во втором такте измерения элемент И 23 срабатывает, поскольку во втором такте измерения не поступает разрешающий потенциал с выхода синхронного детектора 4. Выходной сигнал элемента И 23 поступает на счетный вход триггера 20 и изменяет его состояние. Поэтому во втором такте реверсивный счетчик 7 работает на вычитание.

В результате в реверсивном счетчике 7 после второго такта находится суммарнь>й результат, пропорциональный ЭДС Холла: v » / A >>= i!õ+ (нэ I К) К2 — Ун, — /,. К|К =2К K>lx.

Пусть — В, U =+l,— (7нз, U>=+iÄ+

+(/нз, Il.l)IUw I. В первом такте выходной сигнал синхронного детектора 4 (фиг. 2) положительный и является разрешающим для элементов И 22 и 23. При поступлении управляющего сигнала на элемент И 22 он срабатывает и выдает сигнал на единичный вход триггера 2! . Триггер 21 переходит в единичное состояние и выдает запрещающий потенциал на элемент И 23. При поступлении управляющего сигнала во втором такте измерения элемент И 23 не срабатывает, поскольку на него поступает запрещающий потенциал с триггера 2!. Поэтому во втором такте измерения состояние триггера 20 не изменяется, и реверсивный счетчик 7 во втором такте работает на сложение.

В результате в реверсивном счетчике 7 после второго такта находится суммарный результат, пропорциональный Э.дС Холла:

Ag =-. +> >2= х — (-нэ К К +

+ >х+ Wte IK) Кх — 2 К (К>/ х.

Пусть — В, Ui =l,— Uqa, U = i,+ U >, i l„i( (I U+p I. В первом такте выходной сигнал синхронного детектора 4 (фиг. 2) отрицательный и является запрещающим для элементов И 22 и 23. При поступлении управляющего сигнала с выхода на элемент И 22 он не срабатывает, поскольку на его второй вход поступает запрещающий потенциал с выхода синхронного детектора 4. Таким образом, состояние триггера 21 не изменяется и он выдает разрешающий потенциал на элемент И 23. При поступлении управляющего сигнала во втором такте измерения элемент И 23 срабатывает, поскольку во втором такте измерения на него поступает разрешающий потенциал с выхода синхрон1629886

Формула изобретения

55 ного детектора 4. Выходной сигнал элемента

И 23 поступает на счетный вход триггера 20 и изменяет его состояние. Поэтому во втором такте измерения реверсивный счетчик 7 сигнала работает на вычитание.

Когда число в реверсивном счетчике 7 станет равным нулю, срабатывает элемент

И 24, на вход которого поступает код реверсивного счетчика 7. Выходной сигнал элемента И 24 во втором такте измерения поступает на нулевой вход триггера 20 и переводит его в нулевое состояние. Поэтому реверсивный счетчик 7 начинает работать на сложение.

В результате после второго такта в реверсивном счетчике 7 находится суммарный результат, пропорциональный ЭДС Холла:

Л 2=К Кг1(4э +41=К Кг1Бнэ — l +2lxl=

= К< К 1Usa — l„I+2KI K I l„l;

Л =Л > — КАКЙ Инэ —,I+2Ki К 1 lхl =

= К!K21U+> lxl К!K2I UH9 х1+

+2K> KgIlõl =2K> КЛ, Блок линеаризации осуществляет коррекцию нелинейности характеристики датчика Холла, функция коррекции которого имеет три участка линеаризации, которые обеспечивают заданную точность измерения.

Границы участков линеаризации Л и Л ° (Й и N2 — количество импульсов, пропорциональное измеряемой магнитной индукции) выбраны таким образом, чтобы на первом участке линеаризации (О(V;(N ), где производится добавление импульсов в числоимпульсный код преобразователя 5 напряжение — временной интервал, к каждой группе из и последовательных импульсов добавляется один импульс. На втором участке линеаризации (Л (Л ;(Л q) выходной число-импульсный код преобразователя 5 напряжение — временной интервал не изменяется. На третьем участке (Х (Н;(Ннои), где производится вычитание импульсов из число-импульсного кода преобразователя 5 напряжение — временной интервал, в каждой группе из п последовательных импульсов вычитается один импульс.

1. Цифровой измеритель магнитной индукции, содержащий последовательно соединенные датчик Холла, переключатель, синхронный детектор и преобразователь напряжение — временной интервал, а также реверсивный счетчик, блок управления линеаризацией, логический блок добавления и вычитания импульсов, двоично-десятичный дешифратор и цифровой индикатор, выход двоично-десятичного дешифратора соединен с цифровым индикатором, счетный вход блока управления линеаризацией соединен со счетным входом логического блока добавления и вычитания импульсов, вход добавления импульсов и вход вычитания импульсов логического блока добавления и вычита10

40 ния импульсов соответственно соединены с соответствующими выходами блока управления линеаризацией, установочный вход блока управления линеаризацией соединен с установочными входами реверсивного счетчика, источник питания соединен с переключателем, а управляющий выход источника питания — с управляющим входом синхронного детектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены дополнительный счетчик, два элемента И, триггер, блок управления и элемент ИЛИ, включенный между выходом счетных импульсов преобразователя напряжение — временной интервал и счетным входом реверсивного счетчика, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой выходы блока управления соответственно соединены с управляющим входом переключателя, запускающим входом преобразователя напряжение — временной интервал, первыми входами первого и второго элементов И, с нулевыми входами реверсивного счетчика и первого триггера, с управляющим входом двоично-десятичного дешифратора, с входом реверса реверсивного счетчика, первый и второй входы блока управления соответственно соединены с выходом синхронного детектора и выходом реверсивного счетчика, выход тактовых импульсов преобразователя напряжение временной интервал соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ и счетным входом логического блока добавления и вычитания импульсов, третий вход первого элемента И соединен с выходом первого триггера, единичный вход которого соединен с выходом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, управляющий вход блока управления линеаризацией соединен с выходом дополнительного счетчика, нулевой вход дополнительного счетчика соединен с нулевым входом реверсивного счетчика, а счетный вход дополнительного счетчика соединен с выпходом логического блока добавления и вычитания импульсов.

2. Измеритель llo п. 1, отличающийся тем, что блок управления выполнен в виде генератора импульсов, счетчика, де шифратора и блока управления операцией, включающего триггер реверса, триггер и три элемента

И, при этом генератор импульсов через счетчик соединен с входом дешифратора, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой выходы которого соответственно соединены с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым выходами блока управления, с единичным входом триггера реверса, с первыми входами первого и второго элементов И. с первым входом третьего элемента И, четвертый выход дешифратора соединен с первым нулевым входом триггера реверса и нулевым входом триггера, единич!

629886 ный вход которого соединен с выходом третьего элемента И, второй вход которого соединен с первым входом блока управления, вторым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с выходом триггера, выход второго элемента И соединен со счетным и

Фиг. 2

Составитель В. Величкин

Редактор О. Юрковецкая Техред А. Кравчук Корректор О. Ципле

Заказ 438 Тираж 421 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, !О!

18

26

2l

22

19

27ф ——

2 входом триггера реверса, выход которого соединен с шестым выходом блока управления, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого

В соединен с вторым нулевым входом триггера реверса.