Устройство для измерения переменноймагнитной индукции

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<п813337 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 190379 (21) 2737452/18-21 с присоединением заявки HP— (23) Приоритет

Опубликовано 15.0381. Бюллетень 89 10

Дата опубликования описания 150381 (зi)м. к.

G 01 R 33/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621 ° 317. .44(088.8) (72) Авторы изобретения

A. A. Певко, И.И. Таран, О. Т. Чигирин и УЗ.Т. Чигирин

1:..

I (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИН ПЕРЕМЕННОЙ

ИЛГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

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

Известен измеритель магнитной индукции, предназначенный для определения индукции постоянных и переменных магнитных полей, содержащий датчик Холла, источник питания датчика

Холла, автоматический переключатель, преобразователь напряжение-код и цифровое отсчетное устройство. Устройство позволяет измерять индукцию постоянного магнитного поля в широком динамическом диапазоне. За счет двухтактной работы в нем автоматически устраняется аддитивная погрешность датчика Холла. При питании датчика

Холла от источника постоянного тока данным устройством можно измерять переменные магнитные поля в широком частотном диапазоне f1j.

Недостаток этого устройства состоит в имеющейся мультипликативной погрешности, обусловленной нестабильностью параметров датчика Холла, тока питания датчика и электрических параметров схемы.

Известно устройство для измерения переменной магнитной индукции, содержащее датчик Холла, источник переменного тока для питания датчика Холла, катушку, в поле которой находится датчик Холла, стабилизатор постоянного тока для питания обмотки катушки, переключатели, преобразователь напряжение-код, делительное устройство, цифровое отсчетное устройство, устройство управления, измеритель частоты, формирователь опорной частоты, схему анализа, формирователи низкочастотной и высокочастотной составля15 ющих, синхронные детекторы, реверсивный счетчик и амплитудный детектор.

Данный измеритель работает следующим образом. На формирователи высокочастотной и низкочастотной составляющих

Ю и на измеритель частоты поступает выходной сигнал датчика Холла

0< = (B+B<» ) 1 S cow R t

C где I„cosy t — ток питания, S — чувствительность датчика Холла к индукции, В =В„„сов<ос — переменная магнитная индукция/

В,„ — амплитудное значение индукции;

813337

В „ — индукция дополнительного магнитного поля.

Дальнейшая работа устройства зависит от частоты измеряемой магнитной индукции Ь

Если в т9.процесс измерения состоит из двух тактов. В первый такт выделяется и поступает на преобразователь напряжение-код высокочастотная составляющая выходного сигнала датчика

Холла

B cosurt I ScosQt. В делительное устройство переписывается результат кодированйя

Н„=В„„?„SK i где К вЂ” коэффициент преобразований схемы.

Во второй такт выделяется и поступает на кодирование низкочастотная составляющая выходного сигнала датчика Холла В „ I„Sccaß.t. В делительное устройство переписывается резуль- 20 тат кодирования

М2 ВАоп 1иьк

После деления N< íà N делительное устройство фиксирует в виде статического кода число импульсов, пропорциональное измеряемой магнитной индукции В,„ и не зависящее от нестабильности тока питания датчика, параметров датчика Холла и коэффициента преобразования схемы, 30

N) Sn I<5< В,„ э и я

2 А,оп и к Аоп

Еслибы<, процесс изменения состоит их трех тактов. В первый такт выделяется высокочастотная составляющая выходного сигнала датчика Холла, пропорциональная измеряемой индукции переменного магнитного поля и индукции дополнительного магнитного поля 40 (В,„со и)й+Вдор ) I cosQ t S.

Результат кодирования запоминается в реверсивном счетчике

N„-=(В1 +Buon) SINK.

Во втором такте на датчик Холла 45 действует только измеряемое магнитное поле В =B coStet. Результат преобразования йq =B „ K поступает на реверсивный счетчик и вычитается из кода Nq

НЭ=Н N B c,„SI„K.

В третий такт выходной сигнал датчика Холла SI„ Bn,ccsvtcceat поступает на амплитудный детектор. Огибающая этого сигнала поступает на преобразователь напряжение-код. Результат кодирования равен Й4=8>SI K

Результат деления кода Ng на код

N q пропорционален измеряемой индукции переменного магнитного поля

N =в д,о1 . Недостатком данного устройства является большое время измерения: цикл измерения производится за три такта. 5

Цель изобретения — повышение быстродействия цикла измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения переменной магнитной индукции, содержащее последовательно соединенные источник переменного тока, датчик Холла,измеритель частот и блок анализа, катушку, в поле которой находится датчик Холла, последовательно соединенные первый переключатель, лреобразователь напряжение-код, делительный блок и цифровое отсчетное устройство, формирователь опорной частоты, подключенный ко второму входу блока анализа, формирователи низкочастотной и высокочастотной составляющих, подключенные к датчику Холла, два синхронных детектора, амплитудный детектор, второй переключатель и блок управления, подключенный ко второму переключателю, ко вторым входам цифрового отсчетного устройства, преобразователя напряжение-код и дели-. тельного блока, выход формирователя низкочастотной составляющей соединен с первым синхронным детектором, выход формирователя высокочастотной составляющей через второй переключатель соединен с вторым синхронным детектором, амплитудный детектор включен между выходом формирователя высокочастотной составляющей и третьим входом второго переключателя, дополнительно вводятся два дешифратора, первый иэ которых включен между выходом первого синхронного детектора и вторым входом первого переключателя, а второй — между выходом второго син-. хронного детектора и третьим входом первого переключателя, причем выход блока анализа подключен к вторым входам первого и второго дешифраторов, второму входу формирователя высокочастотной составляющей и четвертому входу второго переключателя, обмотка катушки соединена с источником переменного тока, блок управления подсоединен к третьему входу формирователя высокочастотной составляющей.

Уменьшение времени цикла измерения обусловлено тем, что выделение сигналов, пропорциональных дополнительному и измеряемому магнитным полям, независимо от соотношения частот Ш и 9. производится за один такт измерения.

На чертеже представлена блок-схема измерителя переменной магнитной индукции.

Измеритель переменной магнитной индукции содержит датчик Холла 1, источник 2 переменного тока, катушку 3, формирователи 4 и 5 низко- и высокочастотной составляющих соотве .ственно.синхронные детекторы 6 и 7, переключатели 8 и 9, амплитудный де-тектор 10, дешифраторы 11 и 12, пре813337 образователь 13 напряжение-код, делительное устройство 14, цифровое отсчетное устройство 15, блок 16 управления, измеритель 17 частоты, формирователь 18 опорной частоты и блок 19 анализа.

Измеритель работает следующим образом.

Выходной сигнал U =-5(Buncos out+

+ ВАоп cos Rt ) I icos Q t = В„, s I i cos uu4 cos 9 t+

+ Я + — р cog 2gy датчика

1 1

2 Доп 2 АОп

5 !

О

45 б0

50

14 =5К „ " РЪ и где К вЂ” коэффициент преобразования

4 формирователя низкочастотной составляющей, К вЂ” коэффициент преобразования

5 синхронного детектора.

Холла 1 поступает ча формирователи 4 и 5 и измеритель 17 частоты. Дальнейшая работа измерителя зависит от частоты измеряемой магнитной индукции В

Если щ Я., блок 19 анализа в первый такт измерения разрешает прохождение сигнала через дешифратор 12.

В этом случае на преобразователь 13 напряжение-код через переключатель 9 поступает вспомогательная составляющая В„„57 „соъш со а входного сигнала датчика Холла 1. Она выделяется формирователем 5 и через переключатель 8 поступает на синхронный детектор 7, где преобразуется в постоянное напряжение. Код N1 выходного регистра преобразователя 13 напряжение-код, соответствующий измеряемой магнитной индукции переменного магнитного поля

В „, переписывается в делительное устройство 14

" =В К и ВмК2К3 где К вЂ” коэффициент преобразования 1 формирователя высокочастотной составляющей, К вЂ” коэффициент преобразования

2 синхронного детектора;

К - коэффициент преобразования преобразования напряжениекод.

Во второй такт коммутации на преобразователь 13 напряжение-код через переключатель 9 поступает сигнал с дешифратора 11, на который поступает разрешение с блока 19 анализа. В этом случае на преобразователь 13 напряжение-код поступает низкочастотная

1 составляющая †„соэ2Я.Л выходного

2 ДоП сигнала датчика Холла 1. Она выделяется формирователем 4 и преобразуется синхронным детектором 6 в постоянное напряженйе. Код И2 выходного регистра преобразователя 13 напря::ение-код, соответствующий индукции дополнительного магнитного поля B> „, переписывается в делительное устройство 14

При поступлении управляющего сигнала блока 16 управления устройство

14 деления совершает операцию деления числа N на число К2 . Результат деления при К =К имеет вид

М 2Ьп„К<

3 к ВАоп "4

Из последнего выражения видно, что устройство 14 деления фиксирует в виде статического кода число импульсов, пропорциональное измеряемой индукции магнитного поля В и не зависящее от нестабильности тока питания датчика

Холла, параметров датчика и коэффициента преобразования схемы при стабильных коэффициентах преобразования формирователей высоко- и низкочастотной составляющих К и K4 . ЕсЛи значение индукции дополйительного магнитного поля ВА и принять за единицу измерения, то результат измерения пропорционален измеряемой индукции переменных магнитных полей.

Если uo < Q., блок 19 анализа в первый такт измерения разрешает прохождение сигнала дешифратора 12 через переключатель 9 на преобразователь 13 напряжение-код. В этом случае на преобразователь 13 напряжение-код поступает составляющая B>SI„co A.ccos<юt выходного сигнала датчика Холла 1.

Она выделяется формирователем 5 и поступает на амплитудный детектор 10, выходной сигнал которого пропорциональчый измеряемому магнитному полю

В „со юе, через переключатель 8 поступает на синхронный детектор 7. Этот сигнал преобразуется в постоянное напряжение и через преобразователь 9 поступает на преобразователь 13 напряжение-код. Код N4 выходного регистра преобразователя 13 напряжение-код, равный

И4 = ВпК„К2КЭ КЬ-и 5, где Кь- коэффициент преобразования амплитудного детектора, переписывается в делительное устройство 14.

Во второй такт измерения блок 19 анализа разрешает прохождение сигнала дешифратора 12 через переключатель 9, и на преобразователь 13 нагряжение-код поступает составляющая

« Ь спСоэ2Мвыходного сигнала датчика

Холла 1. Она выделяется формирователем 5 и через переключатель 8 поступает на синхронный детектор 7, где преобразуется в постоянное напряжение. Код N> выходного регистра преобразователя 13 напряжение-код, соответствующий дополнительному магнитному полю Вдоп,переписывается в делительное устройство

При поступлении управляющега сигнала блока 16 управления устройство

14 совершает операцию деления числа

813337

N4 на число N . Результат деления при К =К имеет вид

М»- 2В К К»

Мь

" os nК4

Из последнего выражения видно, что устройство 14 деления фиксирует в виде статического кода число импульсов, пропорциональное измеряемой индукции переменного магнитного поля и не зависящее от нестабильности тока питания датчика параметров датчика и коэффициента преобразования К амплитудного детектора 10.

Предлагаемое устройство позволяет значительно уменьшить время цикла измерения (независимо от частоты измеряемой магнитной индукции цикл измерения состоит из двух тактов),что позволяет за один и тот же промежуток времени провести измерений на 30Ъ больше, чем при использовании известных устройств.

Формула изобретения

Устройство для измерения переменной магнитной индукции, содержащее последовательно соединенные источник переменного тока, измеритель частот и блок анализа, датчик Холла, катушку, в поле которой находится датчик Холла, последовательно соединенные первый переключатель, преобразователь напряжение-код, делительный блок и цифровое отсчетное устройство, формирователь опорной частоты, подключенный ко второму входу блока анализа, формирователи низкочастотной и высокочастотной составляющих, подключенные к датчику Холла, два синхронных детектора,. амплитудный детектор, второй переключатель и блок управления, подключенный ко второму переключателю, ко вторым входам цифрового отсчетного устройства, преобразователя напряжение-код и делительного блока, выход формирователя низкочастотной составляющей соединен с первым синхронным детектором, выход формирователя высокочастотной составляющей через второй переключатель соединен с вторым синхронным детектором, амплитудный детектор включен между выходом формирователя высокочастотной составляющей и третьим входом второго переключателя, о т л и ч а ю щ е

15 е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него дополнительно вводятся два дешифратора, первый из которых включен между выходом первого синхронного детектора и вторым

Щ входом первого переключателя, а второй — между выходом второго синхрон ного детектора и третьим входом перрого переключателя, причем выход блока анализа подключен к вторым входам 5- первого и второго дешифраторов,второму входу формирователя высокочастотной составляющей и четвертому входу второго переключателя, обмотка катушки соединена с источником переменного тока, блок управления подсоединен к третьему входу формирователя высокочастотной составляющей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 339884, кл. С 01 и 33/02, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2710571/21, кл. G 01 R 33/02, 09.01.79.

813337

Составитель Е. Данилина

Техред М. Рейвес

Корректор Н. Бабинец

Редактор A. Гук

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 767/57 Тираж 732

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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