Устройство для измерения импульсного магнитного поля Советский патент 1983 года по МПК G01R33/02 

t10451

Изобретение относится к магнитометрии и предназначено для измерения импульсных магнитных полей в широком амплитудном и частотном диапазоне.5

Известно устройство, содержащее катушку индуктивности на ферритовом сердечнике, нагруженную на резистор 1 .

При воздействии переменного маг- О нитного поля на катушку индуктивности по ее обмотке начинает протекать ток D , равный

.; 3.«.Hi(.) „

где fJy магнитная проницаемость

сердечника;

pSfl магнитная проницаемость вакуума ( 10 Гн/м); S - площадь поперечного сечения 20

катуш(и;

п - количество витков катушки; L - индуктивность катушки; И - напряженность измеряемого

магнитного поля.25

Величина обобщенной чувствительности устройства может быть увеличена за счет увеличения габаритов катушки, что нежелательно, например, при проведении измерений в замкну- зо тых объемах, когда максимальные габариты катушки заданы заранее.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее катушку индуктив- ,. ности на ферромагнитном сердечнике, подключенные к ней резистор и согла- сующий трансформатор и усилитель 2J .

Однако для измерительных устройств, габариты которых таковы, что они мо- о гут быть размещены в сравнительно небольших замкнутых объемах, величина обобщенной чувствительности недостаточна при проведении ряда экспериментов.

Цел, изобретения - повышение точности измерений устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения импульсного магнитного поля, содержащее ,„ катушку индуктивности на феррома:- нитном сердечнике и усилитель, введеы N датчиков Холла, включённых мек{У катушкой индуктивности и-усилитеем, расположенных в поле постоянного агнита, которые по токовым выводам оединены параллельно и подключены ми квыводам катушки индуктивности, по холловским выводам соединены по

72

следовательно и двумя крайними выводами подключены к усилителю.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из катушки 1 индуктивности на ферромагнитном сердечнике 2, к выводам катушки 1 подключены токовыми выводами параллельно соединенные по ним N датчиков 3 Холла, холловские выводы которых соединены последовательно, а два крайних холловских вывода подсоединены к-усилителю k, один к его сигнальному входу, другой к шине земли.

Датчики 3 Холла помещены в поле постоянного магнита 5- .

Устройство работает следующим образом.

Измеряемое переменное магнитное поле возбуждает в обмотке катушки 1 о индуктивности ток 3 . На каждый из датчиков 3 Холла поступает ток О/N, который возбуждает в датчике Холла

здс

. ,2)

Е

N d

постоянная Холла;

где К б индукция магнитного поля постоянного магнита 5; d - толщина пластинки датчика

3 Холла.

При последовательном включении датчиков 3 Холла по холловским электродам ЭДС датчиков складываются и на вход усилителя 4 поступает суммарная ЭДС.

KV (3)

lk§

п

пЕ,

п

d них частот увеличивается в п раз t Н5 п. L/;R . При этом чувствительность устройства не уменьшается, так как в датчике Холла выводы, управляемые по току, электрически не связаны с; выводами, с которых снимается выходной сигнал по напряжению. Постоянная времени в области верх них частот практически не изменяется VL . 8 VLU ввиду Холла не вносят того, что датчики искажений в области верхних частот, так как их временные характеристики на несколько порядков выше, чем у катушки индуктивности. Подставляя полученные значения н в формулу обобщенной чувст вительности, получаем I P . n Г) . где tf,- и go постоянные времени устройства в области нижних и верхних час тот соответственно; ct 6cTBeHHO чувствительность. Таким образом обобщенная чувствительность устройства оказывается в Kj BO/B d раз больше, чем у прототипа, при-этом нижняя граница частотного диапазон а расширяется в п раз в соответствии с соотношением для IH и отношение так,е увеличивает в п раз, а чувствительность устройст ва увеличивается в Iv B/dRy раз. Оценим возмо : ное увеличение точности измерительного устройства. При воздействии на вход устройства ступеньки Ugh it), где HQ - величина измеряемого поля, h(t) - ступенчатая функция, напря хение на выходе преобразователя и,Л) для моментов времени t t с д будет изменяться по экспоненциальному закону U,(t)S , где (,(t) электрический аналоговый .сигнал. Величину отклонения формы выходного импульса от прямоугольной можно оценить введя коэффициент (и. 1 - , откуда величина tjj может быть выражена через этот коэффициент и длительность импульEn i/-l-ot, Так как в стандартных измерительных устройствах допустимая величина искажения вершины импульса мала (И « 1), то в таком случае формула (€) упростится н Ч/о и увеличение 1ц оказывается прямо пропорциональным точности измерения. Увеличение чувствительности также приводит к увеличению точности за счет увеличения отношения сигнал-шум. Увеличение точности отдельно одного измерительного устройства дает значительное преимущество при конструировании измерительных многоканальных систем, Так, для перекрытия амплитудного диапазона в 100 дБ и частотного диапазона в 120 дБ при п 20 потребуется одно измерительное устройство данной конструкции против трех измерительных устройств по прототипу, а в стандартных измерительных системах на 30 каналов выигрыш уже будет оцениваться в 60 измерительных устройств, что весьма существенно в экономическом и конструктивном отношении.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее катушку индуктивности на ферромагнитном сердечнике и усилитель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены N датчиков Холла, включенных между катушкой индуктивности и усилителем, расположенных в поле постоянного магнита, которые по токовым выводам соединены параллельно и подключены ими к выводам катушки индуктивности, а по холловским выводам роединены последовательно и двумя крайними выводами подключены к усилителю. (Л 4 сл