Устройство для измерения магнитного поля

 

Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быто использовано в приборах и устройствах измерения магнитной индукции постоянного или медленно меняющегося магнитного поля. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измеряемых магнитных полей. Цель достигается тем, что в устройство введены последовательно соединенные дифференцирующая цепь, компаратор напряжения, формирователь импульсов синхронизации и D-триггер, а также формирователь прямоугольных симметричных импульсов 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>2s G 01 R 33/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАйИЕ ИЗОЬРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4870170/21 (22) 01,10,90 (46) 07.11.92. Бюл, Иг 41 (71) Всесоюзны и научно-исследовател ьский институт злектроизмерительных приборов (72) Г,В.Абрамзон, А,Е.Бегун, А.Г,Равлик, В,Н.Самофалов, С.Т.Рощенко и Н,И.Яковлев (56) Патент ФРГ N 3442278А, кл. 6 01 R 33/06, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быть использовано в приборах и устройствах измерения магнитной индукции постоянного или медленно меняющегося магнитного поля.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерений, На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 — временные диаграммы работы его функциональных узлов.

Устройство (фиг.1) содержит генератор

1 возбуждения, питающий двухполярным током треугольной формы !д (см. фиг,2а) соленоидальную катушку 2, внутри которой установлен тонкопленочный магниторезистивный элемент (МРЭ) 3 из железоникелевого сплава, нанесенный на подложку (на фигурах не показана), МР3 3 включен в схему четырехплечевого резистивно-магниторезистивного моста 4 (остальные плечи — резисторы R1 и R2), . который питается от источника 5 постоянного тока. Измерительная диагональ моста 4 подключена к входу усилителя 6, к выходу

„„. Ы„„1774296 А1 (57) Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быт использовано в приборах и устройствах измерения магнитной индукции постоянного или медленно меняющегося магнитного поля.

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измеряемых магнитных полей. Цель достигается тем, что в устройство введены последовательно соединенные дифференцирующая цепь, компаратор напряжения, формирователь импульсов синхронизации и D-триггер, а также формирователь прямоугольных симметричных импульсов, 1 э.п. ф-лы, 2 ил. которого одключена дифференцирующая цепь 7, а ее выход подключен к одному из входов компаратора 8, на другой вход которого подается постоянное опорное напря- ф жение U<>. К выходу компаратора 8 подключен формирователь 9 импульсов . синхронизации, выход которого подключен к входу синхронизации D-триггера 10, 4 выходы D-триггера 10 подключены к входам регистрирующего прибора 11. Инфор-,фЬ, мационный вход 0-триггера подключен к ) выходу формирователя 12 прямоугольных О симметричных импульсов, вход которого подключен к выходу генератора 1 возбуждения.

Устройство работает следующим образом. ею °

Генератор 1 питает двухполярным током треугольной формы соленоидальную катушку 2, вследствие чего внутри ее создается переменное магнитное поле Hj имеющее такую же временную зависимость, как и (см. фиг.2а). Амплитуда тока ьыбирается такой, чтобы амплитуда поля Н

1774296 была больше значения поля анизотропии

Нк (фиг. 2а), при котором наступает насыщение магниторезистивной характеристики тонкопленочного МРЭ 3, Благодаря этому, как видно из фиг.2б, МРЭ большую часть 5 времени периода Т находится в состоянии насыщения (и его сопротивление минимально), а в моменты времени t1 tz тз 14 когда напряженность поля, действующая на МРЭ

3, равна нулю, он выходит из состояния на- 10 сыщения, и его сопротивление возрастает.

Очевидно, что по такому же закону изменения сопротивления МРЭ при неизменности тока через МРЭ 3, которое обеспечивается выбором соотношений плеч Ri, R2 моста 4, 15 изменяются падение напряжения на МРЭ и выходное напряжение моста 4 A Um, в который включен МРЭ 3. (Конденсатор С на фиг,1 включен для исключения падения напряжения полезного сигнала на рези- 20 сторе R2). Поэтому фиг.2б иллюстрирует не только изменение сопротивления

МРЭ 3, но главным образом выходное напряжение резистивно-магниторезистивного моста 4. 25

При отсутствии постоя н ного (измеряемого) поля Н = A Н =- 0 (см. фи г,2а, графами) момент равенства поля нулю (t>, tz, u, t4) следует равномерно через каждый пол периода частоты возбуждения (Fsosg = 1/T), При 30 действии постоянного магнитного поля с напряженностью, например, равной Н =

= Л Н (см. фиг.2а, графа Н), равномерность следования этих моментов времени нару- шается: моменты t> и tz "расходятся" íà 35 некоторую величину 2 At, à tz u tz сближаются" на эту же величину, При действии постоянного поля такого же значения, но противоположной полярности Н = — Л Н, картина становится противоположной (см. 40 фиг,2а, графа П}. Легко показать, что вре- менное смещейие моментов t>..., 14 связано со значением постоянного поля A Н зависимостью

ЛHm н т,е. при треугольной форме поля катушки 2 между A t u A Н имеется прямая пропорциональность и соответствие направлений перемещения моментов t>, ..., 4 направлениям действия поля A Н, Усилитель 6 усиливает и инвертирует напряжение моста Aum (см. фиг.2 б, в) и с выхода усилителя 6 напряжение Оу поступает на вход дифференцирующей цепи 7, которая предназначена для более четкого выделения и фиксирования моментов t>...., t4(cM. фиг,2г). С выхода дифференцирующей цепи 7 напряжение Одц поступает на вход компаратора 8, а с его выхода напряжение

Ок подается на вход формирователя 9 импульсов синхронизации, который формирует короткие импульсы синхронизации Офси с фронтами, наиболее точно фиксирующими моменты времени t>, ..., t4 (см. фиг,2д, е).

Импульсы Оф«с выхода формирователя 9 импульсов синхронизации поступают на вход синхронизации D-триггера 10. К выходу генератора 1 возбуждения подключен формирователь 12 прямоугольных симметричных импульсов, формирующий импульсы Оф, показанные на фиг,2ж. Видно, что уровню логической "1" этих импульсов соответствуют изменения значений поля Н от — Hm y+Hm, а логическому "0" — переходы от

+Hm к -Н . Эти импульсы поступают на информационный вход О-триггера 10, с помощью которого временные последовательности коротких импульсов Оф«преобразуются в последовательности Импульсов (на выходах. триггера) Urp и U>p, модулиЯ . @ рованные по ширине в соответствии с зависимостью (1) (см, фиг.2к,n), Очевидно, что средние значения импульсных напряжений U>p и Отг, на выхо0 а дах Q u Q (при неизменной их амплитуде) пропорциональны значениям 2 At, а следовательно, и Л Н. К выходам D-триггера 10 подключено устройство представления информации — регистрирующий прибор 11, реагирующее на разность средних значений напряжений О (см. рис.2м). поступающих с выходов Q u Q D-триггера 10, которая пропорциональна измеряемому постоянному полю ЛН, т е.

Ucp = K1 At = К Л Н, где К, К вЂ” коэффициенты пропорциональности. Таким образом, преобразователь обеспечивает линейную зависимость выходного напряжения от измеряемого магнитного поля.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения магнитного поля, содержащее генератор возбуждения, подключенную к нему соленоидал ную катушку, в которой размещен тонкопленочный магниторезистивный элемент. включенный в мостовую резистивномагниторезистивную схему, питаемую от источника постоянного тока, подключенный к измерительной диагонали моста усилитель и регистрирующий прибор, о т л и ч а ющ е е с я тем. что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений,в устройство дополнительно введены последовательно соединенные дифферен1774296 цирующая цепь. компэратор напряжения, формирователь импульсов синхронизации и D-триггер, а также формирователь прямоугольных симметричных импульсов, вход которого подключен,: выходу генератора возбуждения, выход — к информационному входу О-триггера, а вход дифференцирующей цепи соединен с выходом усилителя, 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что генератор возбуждения выпол5 нен в виде генератора токовых импульсов треугольной формы, 17742

Составитель Л,Устинова

Техред М.Моргентал Корректор M.Ïåòðîâà .

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгсц)од; ул.Гагарина, 101

Заказ 3925 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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