Устройство для измерения магнитного поля Советский патент 1991 года по МПК G01R33/07 

Изобретение относится к области магнитных измерений и предназначено для измерения магнитных полей,, например, в ускорителях заряженных частиц и в магнитных системах экспериментальной ядерной физики.

Целью изобретения является повышение точности измерения устройств; за счет коррекции нелинейности измерительных каналов, а также расширение диапазона измеряем1 1Х ио:|ей более 2 Т. На фиг,1 показана схема устрой ства для измерения магнитного поля; на фиг,2 - вариант исполнения компаратора-преобразователя напряжения в ток, Устройство состоит из стабилизатора тока 1, соединенного с ним дат чика Холла 2, через операционный усилитель 3 соединенного с входом регистратора 4, компаратора-преобра зователя напряжения в ток 5, включенного между источником опЬрного регулируемого напряжения 6 и стабилизатором тока 1. При этом компаратор-преобразователь напряжения в ток состоит из первого операционного усилителя 7, второго операционного усилителя 8, первого переменного резистора 9, второго переменного резистора 10, трех постоянных резисторов соответственно 11, 12, 13, первого и второго диодов 14, 15 и ограничительно четвертого резистора 16. Устройство работает следующим образом, В слабых измеряемых полях, когда магниторезистивный эффект незначителен, компаратор-преобразователь напряжения в ток благодаря высокому входному сопротивлению не оказывает влияния На режим датчика Холла (ДХ) При средних и сильных измеряемых полях входное сопротивление датчика Холла возрастает за счет магниторезистивного эффекта, падение напряже ния на токовых контактах ДХ увеличи вается и на входе компаратора-преоб разователя появляется сигнал УДК который сравнивается с опорным Upj,, а затем преобразуется в ток 1ц, который подается в токовую цепь ДХ, компенсируя падения его чувствитель ности засчет магниторезистивного эффекта. Вариант исполнения компараторапреобразователй напряжения в ток, представленный на фиг,2, имеет высо кие входное и выходное сопротивлени за счет глубокой отрицательной свя по току, реализуемой с помощью втор операционного усилителя 8, Начально значение напряжения источника опорного регулируемого напряжения 6 выбирается таким образом, чтобы компенсировать падение напряжения на токовых электродах ДХ при работе в слабых полях. Собственно компаратор-преобразователь напряжения в ток имеет линейную характеристику, однако из-за нелинейного изменения сопротивления ДХ в магнитном поле в преобразователе возникает небольшая () нелинейная добавка в I (, в соответствии с положительной обратной связью устройства. Для тока компенсации IIJ справедливо соотношение . причем Rg RO RMR RMR Rg, где R j(j- магниторезисторная часть входного сопротивления ДХ (при малых полях ) R- - входное сопротивление ДХ при малых магнитных полях. Величина IK пропорциональна , но за счет Rд(в знаменателе величина I ( повышается нелинейным образом. Устранить эту нелинейную часть 1| возможно за счет шунтирования выхода преобразователя ограничительным четвертым резистором 16 ( сотен килоом), Выходное напряжение преобразователя повторяет зависимость напряжения на ДХ, поэтому ток Ij. уменьшается на величину, которая зависит от Кдд(и в первом приближении линеа) до 10 ризует зависимость Выбор ограничительного резистора 16 производится согласно соотношению 51-. в выходную цепь компаратора-преобразователя напряжения в ток вводится второй диод 15 для компенсации действия разделительного первого диода 14 и напряжение смещения UfJ, для компенсации начального потенциала на выходе при малых измеряемых магнитных полях. В результате применения данного устройств возможно измерять с высокой точностью не хуже 10 в единицах магнитного поля абсолютные значения магнитных полей разных полярностей в диапазоне 0-2Т, Подключение устройства к измерительному каналу не вызывает дополнительных подстроек основного канала. При нескольких обычно подбираемых ДХ, например для градиентного или трех- компонентного датчика, который вклю- 5 ,чается последовательно по питанию, также возможно использовать данное 11782076 устройство для коррекции нелинейности измерительных каналов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее датчик Холла, стабилизатор тока, усилитель и регистратор, причем входные электроды датчика Холла подключены к стабилизатору тока, а выходные - к иходам усилителя, 1зыход котор.го соединен с регистратором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения диапазона -измеряемых полей, в него введены компараторпреобразователь натфяжения в ток и опорный регулируемый источник напряжения, при этом потенииальный вход и токовы:: выход компараторапреобразователя соединены с входным электродом датчика Холла, а выход опорного регулируемого источника подсоединен к второму потенциальному входу компаратора-преобразователя. 2. Устройство по П.1, о т л и чающееся тем, что компаратор-преобразователь напряжения в ток выполнен в виде первого и второго дифференциальных операционных усилителей, первого и второго переменных резисторов, четырех постоянных резисторов, двух диодов и источника смещения, причем входом компаратора-преобразователя напряжения в ток является неинвертирующий вход первого усилителя, выход которого через первый переменный с S резистор и первый диод соединен с (Л выходом преобразователя, а через второй переменный резистор - с неинвертирующим входом усилителя, соединенного через первый погтоянный резистор с общей шиной, а инвертирующий вход второго усилителя через второй резистор соединен с первым диодом и через третий ре зистор - с выходом второго усилителя, оо ю который через опорный регулируемый источник напряжения соединен с инвертирующим входом первого усилителя, при этом источник смещения через четвертый резистор и второй диод соединен с первым диодом.

1к

Von