Цифровой измеритель переменноймагнитной индукции

 

11Ц 8!П61

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнитечьное к авт. свпд-ву (22) Заявлено 09.01.79 (21) 2710571/18-21 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл.

G 01R 33/02

Пйудерстееаий комитет

СССР по делом изабретеиий и открытий (43) Опубликовано 07.03.81. Бюллетень № 9 (45) Дата опубликования описания 07.03.81 (53) УДК 621.317.44 (088.8) (72) Авторы изобретения

М. М. Таран, Ю. Т. Чигирин, О. Т. Чигирин и А ;-.:А. .Певко (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОЙ МАГНИТНОЙ

ИНДУКЦИИ

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для прецизионного измерения в широком частотном диапазоне индукции переменных магнитных полей.

Известны цифровые измерители магнитной Индукции, предназначенные для измерения индукции постоянных и переменных

Màãíèòíûõ полей; содержащие датчик Холла, источник его питания, автоматический переключатель, преобразователь «напряжение — код» и цифровое отсчетное устройство (1).

Недостатком известных устройств является наличие мультипликативной погрешности, обусловленной нестабильностью параметров датчика Холла, тока его питания и электрических параметров схемы.

Наиболее близок к предлагаемому измеритель, содержащий датчик Холла, источник постоянного тока, катушки, стабилизатор постоянного тока, формирователь переменной составляющей, формирователь постоянной составляющей, автоматический переключатель, преобразователь «напряжение — код», блок деления, цифровой отсчетный блок и блок управления,(2).

Недостаток этого устройства — низкая точность измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения. Достигается она тем, что в цифровой измеритель переменной магнитной индукции, содержащий катушку, в по5 ле которой находится датчик Холла, стабилизатор постоянного тока, подключенный к выводам катушки, последовательно соединенные автоматический переключатель, преобразователь «напряжение †к», блок

10 деления и цифровой отсчетный блок, а также блок управления, выход которого подключен к второму входу цифрового отсчетного блока, к второму входу преобразователя «напряжение вЂ к» и к первому входу

15 автоматического переключателя введены последовательно соединенные первый и второй дополнительные автоматические переключатели, последовательно соединенные формирователь низкочастотной составляющей и первый синхронный детектор, последовательно соединенные формирователь высокочастотной составляющей и амплитудный детектор, последовательно соединенные измеритель частоты и блок анализа, а также источник переменного тока, формирователь опорной частоты, второй синхронный детектор и реверсивный счетчик, выход которого подключен к третьему входу блока деления. Первый вход реверсивного счетчика соединен с выходом блока

811161

3 управления, а второй подключен к первому входу блока деления, При этом выход первого дополнительного автоматического переключателя соединен с входом стабилизатора постоянного тока, второй вход второго дополнительного автоматического переключателя подключен к выходу формирователя высокочастотной составляющей, третий вход соединен с выходом амплитудного детектора, первый вход подключен к выходу блока управления, выход первого синхронного детектора соединен с вторым входом автоматического переключателя, третий вход которого подключен к выходу второго синхронного детектора. Выход блока анализа соединен с входом блока управления, выход формирователя опорной частоты подключен к второму входу блока анализа, выход источника переменного тока соединен с входом датчика Холла, выход которого подключен к входу измерителя частоты, к входу формирователя низкочастотной составляющей и к входу формирователя высокочастотной составляющей.

На чертеже. представлена блок-схема цифрового измерителя переменной магнитной индукции.

Цифровой измеритель магнитной индукции содержит датчик 1 Холла, источник 2 переменного тока, катушку 3, стабилизатор

4 постоянного тока, формирователь 5 низкочастотной составляющей, формирователь

6 высокочастотной составляющей, автоматический переключатель 7, преобразователь

8 «напряжение-код», реверсивный счетчик

9, блок 10 деления, цифровой отсчетный блок 11, блок 12 управления, синхронные детекторы 13, 14, амплитудный детектор 15, дополнительные автоматические переключатели 16, 17, измеритель 18 частоты, формирователь 19 опорной частоты и блок 20 анализа.

Работает устройство следующим образом, Выходной сигнал датчика 1 Холла поступает на формирователи 5, 6 и измеритель

18 частоты. Дальнейшая работа устройства зависит от частоты а измеряемой магнитной индукции В-..

Если co)Q, блок 20 анализа устанавливает блок 12 в такое состояние, при котором процесс измерения состоит из двух тактов. Сигналом начальной установки, поступающим из блока 12 управления на блоки 8, 10, 7, 16, схема подготавливается к циклу измерения.

В первый такт на преобразователь 8 «напряжение-код» через автоматический переключатель 7 поступает высокочастотная составляющая SI„B cos cot cos Qt выходного сигнала датчика Холла. Она выделяется формирователем 6 и через переключатель

16 поступает на синхронный детектор 14, где преобразуется в постоянное напряжение. Код N выходного регистра преобразователя 8 «напряжение-код», соответствую5

4 щий измеряемой индукции переменного магнитного поля В, переписывается в делительное устройство 10:

N, = ЬК,I„B К,К„ где К вЂ” коэффициент преобразования формирователя высокочастотной составляющей;

Кз — коэффициент преобразования синхронного детектора;

Кз — коэффициент преобразования преобразователя «напряжение-код».

Во второй такт коммутации на преобразователь «напряжение-код» 8 через переключатель 7 поступает низкочастотная составляющая S1 B «cos Qt выходного сигнала датчика 1 Холла. Она выделяется формирователем 5 и преобразуется синхронным детектором 13 в постоянное напряжение. Код N> выходного регистра преобразователя 8 «напряжение-код», соответствующий индукции дополнительного магнитного поля, переписывается в блок 10: з — а ДаоХ з где Кд — коэффициент преобразования формирователя низкочастотной составляющей;

Кз — коэффициент преобразования синхронного детектора.

При поступлении управляющего сигнала блока 12 блок 10 совершает операцию деления числа N> на число N>. Результат деления при Кд — — К будет лт 1 п тК КзКз т К "з— з 1л ЛдопК4КзКз одоп %

Из последнего выражения видно, что устройство деления 10 фиксирует в виде статического кода число импульсов, пропорциональное измеряемой индукции переменного магнитного поля В- и не зависящее от нестабильности тока питания датчика, параметров датчика и коэффициента преобразования схемы при стабильных коэффициентах преобразования формирователей высокочастотной и низкочастотной составляющих Кь К . Если значение индукции дополнительного магнитного поля Вд, принять за единицу измерения, то результат измерения будет пропорционален измеряемой индукции переменных магнитных полей.

Если я (Р, блок 20 устанавливает блок

12 в такое состояние, при котором процесс измерения состоит из трех тактов. Сигналом, поступающим из блока 12 на блоки 8, 10, 7, 16, схема подготавливается к циклу измерения.

В первый такт на преобразователь 8 «напряжение-код» через автоматический переключатель 7 поступает выходной сигнал датчика 1 Холла.

Он выделяется формирователем 6 и через переключатель 16 поступает на син811 161

5 хронный детектор 14, где преобразуется в постоянное напряжение. Код № выходного регистра преобразователя 8 «напряжениекод», пропорциональный измеряемому и дополнительному магнитным полям (В„+ 5

+ Вд„), поступает на реверсивный счетчик

9, считающий в прямом направлении:

N, = (В +В„„)$1„К,К,К,.

Во второй такт коммутации на датчик 1

Холла действует только измеряемое магнитное поле В = В cos et, поскольку блок

12 управления отключает стабилизатор 4 тока.

Выходной сигнал датчика 1 Холла через переключатель 7 поступает на преобразователь 8 «напряжение-код». Код N выходного регистра преобразователя 8 «напряжение-код», соответствующий индукции измеряемого магнитного поля В,, поступает на реверсивный счетчик 9, считающий в обратном направлении:

A ä,: (Bù+ Вдоп) SI„ K1КзКз — В.$ „К,K,K, = B„„SI„fC К,K, .

В третий такт коммутации выходной сигнал датчика 1 Холла В,„$1„соз mt cos Qt, выделенный формирователем 6, поступает на амплитудный детектор 15. Выходной 30 сигнал детектора 15, пропорциональный измеряемому магнитному полю Всоз Ы, через переключатель 16 поступает на синхронный детектор 14. Этот сигнал преобразуется в постоянное напряжение и через З5 переключатель 7 поступает на преобразователь 8 «напряжение-код». Код № выходного регистра преобразователя 8 «напряжения-код»

N, = В $У„К,К,К,К„ 40 где Кз — коэффициент преобразования амплитудного детектора.

При поступлении управляющего сигнала с блока 12 на входы блока 10 поступают 45 код № с преобразователя 8 «напряжениекод» и код Жз с реверсивного счетчика 9.

Результат деления у N4 B SI„Ki КзКзКз В з 50 з дотФп ХКз @ од

Из последнего выражения видно, что блок 10 фиксирует в виде статического кода число импульсов, пропорциональное измеряемой индукции переменного магнитного поля В и не зависит от нестабильности тока питания датчика, параметров датчика и коэффициента преобразования схемы при стабильном коэффициенте преобразования

Кз амплитудного детектора 15. 60

Использование новых элементов — двух переключателей, измерителя частоты, формирователя опорной частоты, схемы анализа, источника переменного тока для питания датчика Холла, формирователей низко- 65

6 частотной и высокочастотной составляющих, двух синхронных детекторов, амплитудного детектора и реверсивного счетчика — выгодно отличает указанный цифровой измеритель от прототипа, так как позволяет значительно повысить точность измерения. Это обусловлено тем, что из выходного сигнала датчика Холла исключается термоЭДС, создающая аддитивную погрешность датчика Холла. Особенно это сказывается при измерении слабых магнитных полей в диапазоне до 10 гс, когда термоЭДС соизмерима с выходным сигналом датчика Холла. В этом случае точность измерения повышается на один-два порядка и составляет 0,001.

Формула изобретения

Цифровой измеритель переменной магнитной индукции, содержащий катушку, в поле которой находится датчик Холла, стабилизатор постоянного тока, подключенный к выводам катушки, последовательно соединенные автоматический переключатель, преобразователь «напряжение-код», блок деления и цифровой отсчетный блок, а также блок управления, выход которого подключен к второму входу цифрового отсчетного блока, к второму входу преобразователя «напряжение-код» и к первому входу автоматического переключателя, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные первый и второй дополнитедьные автоматические переключатели, последовательно соединенные формирователь низкочастотной составляющей и первый синхронный детектор, последовательно соединенные формирователь высокочастотной составляющей и амплитудный детектор, последовательно соединенные измеритель частоты и блок анализа, а также источник переменного тока, формирователь опорной частоты, второй синхронный детектор и реверсивный счетчик, выход которого подключен к третьему входу блока деления, первый вход реверсивного счетчика соединен с выходом блока управления, а второй подключен к первому входу блока деления, при этом выход первого дополнительного автоматического переключателя соединен с входом стабилизатора постоянного тока, второй вход второго дополнительного автоматического переключателя подключен к выходу формирователя высокочастотной составляющей, третий вход соединен с выходом амплитудного детектора, первый вход подключен к выходу блока управления, выход первого синхронного детектора соединен с вторым входом автоматического переключателя, третий вход которого подключен к выходу второго синхронного детектора, выход блока анализа соединен с входом блока управления, вы811161

/Я !

Составитель Л. Воронина

Техред Л. Куклина Корректоры: О. Силуянова и Н. Федорова

Редактор Б. Федотов

Заказ 222/8 Изд. № 172 Тираж 749 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 ход формирователя опорной частоты подключен к второму входу блока анализа, выход источника переменного тока соединен с входом датчика Холла, выход которого подключен к входу измерителя частоты, и входу формирователя низкочастотной составляющей и к входу формирователя высокочастотной составляющей.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

5 № 339884, кл. G 01К 33/00, 09.02.70.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2518107/21, кл. G 01R 33/00, 22.08.77 (прототип) .