Устройство для измерения переменной магнитной индукции

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И С А Н И Е <п>885941

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Sl ) Дополнительное к авт. свид-ву 811161 (5! )М. Кл.

R 33/06 (22) Заявлено 1903.79 (21) 2737389/18-21 с присоединением заявки М (23) ПриоритетГосударстеанный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

Опубликовано 30.1181. Бктллетень,Рв 44

Дата опубликования описания 30.11.81 (53) УДК 621 317.4< (088. 8) (72) Авторы изобретения

А.А.Левко, М.M.Tàðàí, О.T.×èãèðèí, Ю.Т и И.В.Козлов (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ (1ЕРЕМЕННОЙ

МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ то

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

Ilo основному авт.св. 11 811161 известно устройство, которое состоит из датчика Холла, источника переменного тока для питания датчика Холла, катушки, в поле которой находится датчик Холла, стабилизатора постоянного тока для питания обмотки катушки, переключателей, преобразователя

"напряжение-код", делительного устройства, цифрового отсчетного устройства, устройства управления, измерителя частоты, формирователя опорной частоты, схемы анализа, формирователей низкочастотной и высокочастотной составляющих, синхронных детекторов, реверсивного счетчика и амплитудного детектора (1 1.

Недостатком данного устройства является невысокая точность иэмерения, когда значения частот иэмеряе" мой магнитной индукции (5 и тока питания Я. отличаются друг от друга меньше, чем в 100 раз. В этом случае выделение огибающей выходного сигнала

5 датчика Холла О„„Созай cos5?tI S амплитудным детектором происходит с невысокой тонность. Эта точность. уменьшается с приближением частоты Ш к частоте Q...

Цель изобретения - повышение точности измерения индукции переменных магнитных полей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения

15 переменной магнитной индукции, содержащее датчик Холла, источник переменного тока для питания датчика

Холла, катушку, в поле которой на20 ходится датчик Холла, стабилизатор постоянного тока для питания обмотки катушки, три переключателя, преобразователь "напряжение-код", делительное устройство, цифровое от"

885941

4 счетное устройство, устройство управ-, ления, измеритель частоты, формирователь опорной частоты, схему анализа, формирователи низкочастотной и высокочастотной составляющих, два синхронных детектора, амплитудный детектор и реверсивный счетчик, вход которого соединен с выходом преобразователя "напряжение-код" и первым входом делительного устройства, а 10 выход - через делительное устройство с цифровым счетным устроиством, выход датчика Холла соединен с формиразателями низкочастотной и BblcoKo частотной составляющих и измерителем частоты, выход которого через схему анализа соединен с входом устройства управления, формирователь опорной

Э

-« стоты соединен с вторым входом схемы анализа, выход формирователя низi .. †: àñTîòH0é составляющей через первый синхронный детектор и первый переключатель соединен с первым входом преобразователя "напряжение-код", выход формирователя высокочастотной составляющей через второй переключа- тель и второй синхронный детектор соединен с вторым входом первого переключателя, амплитудный детектор включен между выходом формирователя высокочастотной составляющей и вто;ым входом второго переключателя, :,ñTà .íèK переменного тока подключен к дагчику Холла, катушка подсоединена к стабилизатору постоянного тока, :::.ход которого подключен к третьему

:-=.ре:,.1ючателю, выход устройства управления подключен к второму входу реверсивного сигнала, второму входу цифрового отсчетного устройства, третьему входу делительного устройст40 а, второму входу преобразователя

",, †;пpяжениe-код", третьим входам первого и второго переключателей и второму входу третьего переключателя, дополнительно введены последовательно соединенные формирователь граничной частоты, измеритель поддиапазона, управляющий триггер и частотно-зависимый элемент, выход которого подключен ко входу источника переменного Ю тока, а второй вход измерителя подр àïà3îHà подключен к выходу измериl еля частоты.

Повышение точности измерения обусловлено тем, что при приближении

55 частоты Ю измеряемой магнитной индукции В к частоте тока питания Я.,1 производится изменение частоты тока питания на Я. . Так как частоты Я. и 9

4 разнесены на несколько порядков, то частоты тока питания и измеряемой индукции в процессе измерения также всегда будут отличаться на несколько порядков. На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство состоит из датчика Холла 1, источника 2 переменного тока, катушка 3, стабилизатора 4 постоянного тока, формирователя 5 низкочастотной составляющей, формирователя 6 высокочастотной составляющей, переключателя 7, преобразователя 8 нап ряжение-код", реверсивного счетчика 9, делительного устройства 10, цифрового отсчетного устройства 11, устройства

12 управления, синхронных детекторов 13 и t4, амплитудного детектора 15, переключателей 16 и 17, измерителя частоты 18, формирователя опорной частоты 19, блока 20 анализа, формирователя 21 граничной частоты, измерителя 22 поддиапазона, управляющего триггера 23 и частотнозависимого элемента 24.

Устройство работает следующим образом.

Выходной сигнал U= (B Со щи+В оп) „„соЖй S датчика Холла 1 поступает на формирователи 5 и 6 и измеритель частоты 18. Дальнейшая работа устройства зависит от частоты И измеряемой магнитной индукции Вп . Если Ю 7 Я., блок 20 анализа устанавливает устройстао 12 управления в такое состояние, при котором процесс измерения состоит из двух тактов. Сигналом начальной установки, поступающим иэ устройства 12 управления на блоки 8, 10, 7 и 16 схема подготавливается к циклу измерения. В первый такт на преобразователь 8 "напряжение-код", через переключатель 7 поступает высокочастотная составляющая В„„Соэщй х сс1эЖТ SI выходного сигнала датчика

Холла 1 . Она выделяется формирователем 6 и через переключатель 16 поступает на синхронный детектор 14, где преобразуется в постоянное напряжение. Код Ng выходного регистра преобразователя 8 "напряжение-код"

J соот вет ст вующий измеряемой ма гнитной индукции переменного магнитного поля В, переписывается в делительное устройство 0 =ЯКА Ва К2К у

5 8859 где К - коэффициент преобразования

Л формирователя высокочастотной составляющей, К - коэффициент преобразования синхронного детектора, 5

К - коэффициент преобразования преобразователя "напряжениекод".

Во второй такт коммутации на пре образователь 8 "напряжение-код" через !О переключатель 7 поступает низкочастотная составляющая Вд „со Т Б выходного сигнала датчика Холла 1. Она выделяется формирователем 5 и преобразуется синхронным детектором 13 в постоянное напряжение. Код N выходного регистра преобразователя 8 "нап" ряжение-код", соответствующий индукции дополнительного магнитного поля

Вд п, переписывается в делительное устройство 10.

41 6 2 S$ BA K4K K >

50 де К - коэффициент преобразования формирователя низкочастотной составляющей;

К - коэффициент преобразования

f синхронного детектора.

При поступлении управляющего сигнала схемы 12 устройство 10 соверша- 30 ет операцию деления числа ЙЛ на число N . Результат деления при К = К . будет К К2К и ут В 1 4

Из последнего выражения видно, что устройство деления 10 зафиксирует в виде статического кода число импульсов, пропорциональное измеряемой ин- 40 дукции магнитного поля В„„ и не зависит от нестабильности тока питания датчика, параметров датчика и коэффициентов преобразования схемы при стабильных коэффициентах преобразо" 4> вания формирователей низкочастотной и высокочастотной составляющих К4 >

К 4, Если значение индукции дополнительного магнитного поля BÀoï принять за единицу измерения, то результат измерения будет пропорционален измеряемой индукции переменных магнитных полей.

Если цг < Я, блок 20 анализа устанавливает устройство 12 управления в такое состояние, при котором процесс измерения состоит из трех тактов. Сигналом, поступающих из устройства 12 управления на блоки 8, 10, 7 и 16 схема подготавливается к циклу измерения.

В первый такт на преобразователь 8

"напряжение-код" через переключатель 7 поступает выходной сигнал датчика Холла U = Я созЯ.t(l3 oset +

+ ВА и). Он 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", пропорциональный измеряемому и дополнительному магнитным полям (+

+ Э рв), поступает на реверсивный счетчик 9, считающий в прямом направлениии

"Л = (B BAct) SI K KÐÇ

Во второй такт коммутации йа датчик 1 Холла действует только измеряемое магнитное поле В = В coast, так как устройство 12 управления отключает стабилизатор постоянного тока 4. Выходной сигнал датчика Холла 1 через переключатель 7 поступает на преобразователь 8 "напряжениекод" . Код N выходного регистра пре образователя 8 "напряжение-кодн> соответствующий индукции измеряемого магнитного поля В, поступает на реверсивный счетчик 9, считающий в обратном направлении

Ng=Nq W=(B + В п) К„К

Л 2 3 и ВА ф

В третий такт коммутации выходной сигнал датчика 1 Холла В cosi6tI>S х

xcosRt> выделенный формирователем 6, поступает на амплитудный детектор 15.

Выходной сигнал амплитудного детектора 15, пропорциональный измеряемому магнитному полю B osrst, через переключатель 16 поступает на синхронный детектор 14. Этот сигнал преобразуется в постоянное напряжение и через переключатель 7 поступает на преобразователь "напряжение-код" 8; Код N выходного регистра преобразователя 8

"напряжение-код" равен

Н 61„,Кл К К К и5> где К - коэффициент преобразования амплитудного детектора.

При поступлении управляющего сигнала устройства 12 на входы делительного устройства 10 поступает код N4c преобразователя 8 напряжение-код" и код N с реверсивного

885941

Формула изобретения

7 счетчика 9, Результат деления М . равен

B g gy )(g К 6 В„„

5 Ъ ЪДОПТИбк1К2 К Ъ ВДОП

Из последнего выражения видно, что устройство деления 10 зафиксирует в виде статического кода число импульсов, пропорциональное измеряемой индукции переменного магнитного поля Б„„и не зависит от нестабильности тока питания датчика и коэффициента преобразования схемы-при стабильном коэффициенте преобразова-, ния. К амплитудного детектора 15.

В зависимости от частоты Юизмеряемой магнитной индукции B = B os<6t, определяемой измерителем 18, изме" ритель 22 поддиапазона выдает команд" ный сигнал на управляющий триггер 23.

Если частота измеряемой индукции Gu, меньше граничной частоты Q формирователя 21, измеритель 22 поддиапазона устанавливает триггер 23 в нулевое состояние. При этом частота. источника питания датчика Холла будет

9.,9,1 >7 Я.zp . При увеличении частоты измеряемой индукции в момент когда М станет больше Q.p измеритель 22 поддиапазона выдает управляющий сигнал на единичный вход триггера 23. Последний подключает к источнику 2 переменного тока частотно,зависимый элемент 24, При этом измеряется частота источника 2 питания.

Частота источника 2 Я <<Я.. Таким

ГР образом, независимо от частоты изме" рявмой индукции Ж, частота источника питания датчика Холла всегда будет на несколько порядков отличаться от частоты измеряемой индукции се, т .е. глубина модуляции всегда будет достаточной для выделения полезного сигнала с высокой точностью.

Использование новых элементовформирователя граничной частоты, измерителя поддиапазона и частотнозависимого элемента выгодно отличает предлагаемое устройство для измерения переменной магнитной индукции от известного,так как позволяет полностью исключить мультипликативную погрешность, обусловленную нестабильностью параметров датчика Холла, тока питания и электрических параметров схемы во всем частотном диапазоне измеряемой магнитной индукции 0 (6Ю6, где Юб- верхняя граничная частота диапазона измеряемой магнитной индукции. В этом случае отпадает необходимость в изготовлении высокостабильных источников питания датчика Холла и термостабилизации датчиков Холла.

Это приводит к уменьшению габаритов измерительного зонда, что позволяет проводить измерение переменных магнитных полей в узких зазорах.

Устройство для измерения переменной магнитной индукции по авт. св.

If 811161, о т л и ч"а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены последовательно соединенные формирователь граничной частоты, измеритель поддиапазона, .управляющий триггер и частотнозависимый элемент, вы-" ход которого подключен ко входу источника переменного тока, а второй вход измерителя поддиапазона подклю-, чен к выходу измерителя частоты, 40

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.1. Авторское свидетельство СССР

If 811161, кл. G 0 1 Р 33/06, 1979, 885941

Составитель Е.Данилина

Редактор И.Тыкей Техред З,фанта Корректор Г.Решетник

Заказ 10537/67 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4