Устройство для измерения индукции переменного магнитного поля Советский патент 1984 года по МПК G01R33/02 

11 Изобретение относится к области магнитных измерений и предназначается для измерений магнитной индукци переменного магнитного поля в широко диапазоне частот с повьшенной точностью. Оно может быть использовано при точечных измерениях магнитной индукции переменного магнитного поля Известны устройства для измерения индукции переменного магнитного поля содержащие, преобразователь .Холла, источник переменного тока, избирательный усилитель по несущей частоте, фазовый детектор, фильтр и регистрирующее устройство lj , В устройстве для уменьшения влияния индукционных наводок со стороны измеряемого магнитного поля используется питание преобразователя Холла от источника переменного тока частота которого выбирается примерно на порядок выше частоты измеряемой магнитной индукции. Однако значительн увеличение частоты тока возбуждения дл повьшения верхней граничной частоты устройства приводит к возникновению вихревых токов в преобразователе Холла, которые дополнительно нагревают преобразователь, и как следстви изменяют его основные характеристики Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для измерения индукции переменного магнитного поля, содержащее последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов, преобразователь Холла, широкополосны усилитель, выход которого подключен входам первого и второго ключей. вторые входы котбрых соединены с вторым выходом генератора прямоуголь ных импульсов, сумма гор, выпрямители с фильтрами нижних частот, а также регистратор 2 , Сущность работы устройства по снижению индукционной наводки заклю чается в алгебраическом вычитании (компенсации) в сумматоре двух нап ряжений; однако Ug- U)( +Uf, , обусловленное суммрй напряжений Холла и напряжения индукционных наводок на преобразователь Холла, другое, обус ловленное только напряжением индукционных наводок на преобразователь Холла Уц, таким образом, известное устройство позволяет в выходном спг .нале скомпенсировать напряжение индукционных наводок, т.е. обеспечй вает расширение частотного диапазона и увеличение точности. Однако при дальнейшем увеличении частоты появляется погрешность недокомпенсации индукционной наводки. Эта погрешность обусловлена наличием фазового сдвига /2 между полезным сигналом и напряжением индукционных наводок и возрастает с увеличением частоты измеряемого поля. Цель изобретения - повьш1ение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения индукции переменного магнитного поля, содержащее последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов, преобразователь Холла, широкополосный усилитель, выход -которого подключен к входам первого и второго ключей, вторые входы кото рых соединены с вторым выходом генератора прямоугольных импульсов, а также регистрирующий блок, дополни-, тельно введены счетно-решающий блок, два управляемых блока запоминания, третий ключ и блок задержки, причем первый и второй входы счетно-решающего блока подсоединенысоответственно к выходам первого и второго ключей, первый и второй выходы - соответствен но к входампервого и второго управляемых блоков запоминания, а выходы последних - к третьему и четвертому входам счетно-решающего блока, третий выход которого через третий ключ связан с входом регистрирующего блока, вторые входы управляемых блоков запоминания соединены с вторым выходом генератора прямоугольньк импульсов непосредственно, а второй вход третьего ключа - через блок задержки. На фиг, 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства-, на фиг, 2 временные диаграммы. Устройство для измерения индукции переменного магнитного поля, содержит последовательно соединенные генератор 1 прямоугольных импульсов, преобразователь 2 Холла,широкополосный усилитель 3, выход которого подключен к входам первого и второго ключей 4 и 5, вторые входы которых соединены с вторым, выходом генератора 1 прямоугольных импульсов, .регистрирующий блок 6, счетно-решающий блок 7, первый .и второй управляемые блоки 8 и 9 запоминания, третий ключ 10 и блок 11 задержки, причем первый и второй входы счетно-решающего блока 7 подсоединены соответственно к выходам первого и второго ключей 4 и 5, первый и второй выход соответственно к входам первого и второго управляемых блоков 8 и 9. запоминания, а их выходы - к третье и четвертому входам счетно-решающег блока 7, третий выход которого чере третий ключ 10 связан с входом регистрирующего блока 6, вторые вхо ды управляемых блоков 8 и 9 запоминания соединены с вторь м выходом генератора 1 прямоугольных импульсо непосредственно, а второй вход третьего ключа 10 - через блок11 задержки, при этом счетно-решающий блок содержит последовательно соединенные первь й выпрямитель 12 и первый квадратор 13, второй выпрями тель 14 и второй квадратор 15, а -также сумматор 16 и блок 17 извлече ния корня квадратного. Устройство работает следующим образом. Преобразователь 2 Холла возбуждается прямоугольными импульсами тока (фиг. 2а), поступающими с генератоpa 1 прямоугольных импульсов. Выход .ное напряжение преобразователя 2 Холла усиливается широкополосным усилителем 3. В течение времени дей ствия импульса тока возбуждения с выхода преобразователя 2 Холла на вход широкополосного усилителя 3 поступает напряжение , xmaitV ,5in(21}ii iw;;r Hmax xmax в течение времени действия импульса тока возбуждения нормально закрытый ключ 4 открыт и выходное напряжение широковолосного усилителя 3 (Ju Uj (.K - коэффициент усиления усилителя) поступает на вход а счет но-решающего блока 7 (на вход первог выпрямителя 12, (фиг. 2 б). Выпрямленное выпрямителем 12 напряжение (фиг. 2 в Ug возводится в квадрат квадратором 13, т.е. преобразуется в U| ,Q| + мок через выход счетно-решающего блока 7 поступает на управляемый от генератора 1 блок Напряжение на выходе выпрямителя 12 и квадратора 13 присутствует только в моменты времени действия импульса тока управления преобразователем 2 Холла. Т.е. только в эти моменты времени выходное напряжение квадратора 13 пропорционально возведенному в степень. 2 сигналу, равному сумме напряжений Холла и индукционных наводок. Благодаря блоку 8 на его выходе присутствует напряжение. 1). в течение всего периода работы генератора 1 .(фиг. 2 г). Второй ключ 5, управляемьй от генератора 1, в течение вре-: мени действия импульса тока управления (возбуждения) закрыт. Во время отсутствия тока управления широкополосным усилителем 3 усиливается только напряжение индукционных наводок UK Uh mutx ° поступающее с выхода преобразователя 2 Холла ;. (фиг. 2 д) . Усиленное напряжение индукционных наводок U hj К,. Цц через ключ 5 поступает на счетнорешающего блока 7 (на вход второго выпрямителя 14). Выпрямленное выпрямителем 14 (фиг. 2 е) напряжение индукционных наводок ин r Hrnqx возводится в квадрат вторым.квадратором 15, т.е. преобразуется .в U k II и через выход г . л i счетно-решающего блока 7 поступает на управляемьй от генератора 1 . блок 9. Напряжение на выходе выпрямителя 14 и квадратора 15, присутству ет только в моменты отсутствия импульса тока возбуждения преобразователя 2 Холла, т.е. только в эти моменты вр.емени выходное напряжение квадратора 15 пропорционально возведенному в степень 2 сигналу, равному напряжению индукционных наводок. На выходе блока 9 напряжение Uj, присутствует в течение всего периода работы генератора 1 (фиг. 2 ж). Блок 8 привадится в нулевое состояние передним фронтом импульса тока генератора 1, а блок 9 - задним фронтом. Выходные напряжения управляемых блоков 8 и 9 поступают соответственно на входы и е счетно-решающего блок 7 (на входы сумматора 16). В сумматоре 16 формируется разность пряжений, поступающих на его два входа с выходов запоминающих устройств 4 v:-kMu,,,, -xxUx man 1 Из этой разности блоком 17 извлекает ся квадратный корень, в результате чего на выходе блока 17 формируется значение напряжения .k,-Uxmo.. .,i пропорциональное только измеряемой магнитной индукции (фиг 2 з). По окончании переходного процесса к выходу ж счетно-решающего блока 7 (к выходу блока 17) третьим ключом 10, управляемьм от генератора 1 прямоугольных импульсов, через блок 11 задержки подключается регист рирующий блок .6. Время задержки блок задержки выбирается из условия t 5 . где - время переходног определенное необходимой процесса, с - время задержки блока точностью; 11 задержки. Регистрирующий блок б подключается на вреия И 4 Э (фиг. 2 и). Таким образом, управлени преобразователя 2 Холла генератором прямоугольных импульсов тока позволя получить на выходах подключенных к пшро.кополосному усилителю 3 противофазноуправляемых от генератора 1 клю чей 4 и 5 сигналы, один из которых, пропорционален сумме напряжений инду ционных наводок и напряжения Холла, второй - только напряжению индукционных наводок. Использование счетнорешающего блока 7, имеющего четыре входа и три выхода, двух управляемых блоков 8 и 9 позволяет осуществить точное вычитание индукционной навод ки с учетом ее фазового сдвига относительно полезного сигнала (напряжения Холла), т.е. повысить точность. Благодаря наличию управления (сброса) блоками 8 и 9 в средстве измерений обеспечивается возможность измерения изменяющегося значения индукции переменного магнитного поля Блоки 8 и 9 обеспечивают появление на входах сумматора 16 одновременно двух сигналов, что необходимо для рычитания сумматором 16 индукционной наводки из суммарного сигнала. Однак использование обычных неуправляемых запоминающих устройств хотя и обеспе . чивает/одновременное: появление на входах сумматора 16 двух сигналов, но не позволяет использовать средств

измерений изменяющихся значений маг- 53ного ключа 10 и блока 11 задержки, нитной индукции, что в принципе неподключенных к генератору 1 прямопригодно для средств измерений пере-угольных импульсов способствует повыменной магнитной индукции. Быстро-шению точности. 56 действие средств измерений при прочих равных условиях зависит от частоты следования импульсов тока управле сбрасывающих блоки запоминания и увеличивается, с увеличением частоты следований . Подключение ключом 10 5 управляемым через блок 11 задержки от генератора 1 прямоугольных импульсов, регистрирующего блока 6 к выходу блока 17, позволяет исключить погрешность, вызванную переходными процессами в средстве измерений, т.е. увеличить точность, измерений. Это обусловлено тем, что сигнал на выходе управляемых блоков 8 и 9 устанавливается не мгновенно, а через некоторый промежуток времени. Следо-вательно, каждый раз в начальный момент времени - от момента появления импульса тока управления, поступающего от генератора 1 прямЬугольных импульсов, до окончания переходного процесса - в выходном сигнале всех узлов, в том числе блоков 8 и 9 и счетно-решающего блока 7 присутствует ложный сигнал, обусловленный переходным процессом, который может привестик существенной погрешности измерения (к снижению точности) Поэтому на выходе счетно-рещающего блока 7 сигнал пропорционален измеряемой магнитной индукции не в течение всего промежутка времени (периода импульсов тока управления, т.е. периода генератора прямоугольных импульсов), а только после окончания переходного процессаИ, следовательно, непосредственное подключение регистрирующего блока 6 к выходу счетно-решающего блока 7 (к выходу блока 17) приведет к существенному искажению результатов измерений. Поэтому в предлагаемом устройстве ре.гистрирующий блок 6 подключаемся только после окончания переходного процесса, что осуществляется ключом 10, управляемым от генератора 1 прямоугольных импульсов . через блок 11 задержки. Время задержки этого блока устанавливается равным (или больше) длительности переходного процесса. Таким образом, исключение влияния переходного процесса на результаты измерений путем введения дополнительТаким образом, предлагаемое устройство благодаря использованию включенных указанным образом перёчис -t

cpus.2 ленных узлов, позволяет повысить точкость измерений индукции переменного магнитного поля.

УСТРОЙСТВО ДЛЯИЗМЕРЕНИЯ ИНДУКЦИИ ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов, преобразователь Холла, широкополосный усилитель, выход которого, подключен к входам первого и второго ключей, вторые йходы которых соединены с вторым выходом генератора прямоугольных импульсов, а также регистрирующий блок, о т л.и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены счетно-решающий блок, два управля-. емых блока запоминания, третий ключ и блок задержки, причем первый и второй входы счетно-решающего блока подсоединены соответственно к выходам первого, и второго ключей, первый , ,и йторой выходы - соответственно к входам первого и второго управляемых блоков запоминания, а выходы последних - к третьему и четвертому входам счетно-решающего блока, третий выход С которого через третий ключ связан с входом регистрирующего блока вторые (Л входы управляемых блоков запоминания. . соединены с вторым выходом генератора прямоугольных импульсов непосрёдственк но, а второй вход третьего ключа - ; уерез блок задержки. Nd 00 N5 сд