Цифровой измеритель постоянной магнитной индукции Советский патент 1986 года по МПК G01R33/07 

Изобретение относится к магниТ ным измерениями и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне постоянных магнитных полей.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет того, что независимо от соотношения полезного и остаточного сигналов датчика Холла и уровней выходных сигна- лов датчика Холла в оба такта из результата измерения исключается ос таточный сигнал (напряжение неэквипо- тенциальности) датчика Холла.

На фиг. 1 представлен выходные сигналы датчика Холла; на фиг. 2 - блок схема предлагаемого цифрового измерителя постоянной магнитной ин дукции; на фиг, 3 - временные диаграммы работы предлагаемого цифрового измерителя постоянной магнитной индукции .

Цифровой измеритель постоянной магнитной индукции (фиг о 2) состоит из датчика Холла 1, выполненного в виде первичного преобразователя магнитной индукции, автоматического переключателя 2, источника 3 питания, преобразователя 4 напряжение код, являющегося аналого-цифровым преоб- разователем, реверсивного счетчика 5, фазочувствительного элемента 6, являющегося нуль-органом, триггера 7 со счетным входом, цифрового индикатора 8, блока 9 управления, дешифра- тора 10, дешифратора 11 дополнительного кода, блока 12 сложения по mod 2, триггера 13, элементов И 14-1 дополнительного триггера 18, триггера 9 перегрузки и индикатора 20 пе- регрузки. Кроме того, на фиг. 2 показаны входы-выходы 21-35 устрой тва и соответствующие им импульсы на фиг. 3 о

Блок 9 управления служит для син- хронизации работы всего устройства и выдает командные сигналы на соответствующие блоки устройства.в определеные моменты времени. Блок 9 управления может состоять из тактового гене ратора, счетчика и дешифратора, причем дешифратор анализирует состояние счетчика, на который поступают сигналы тактового генератора, и в определенные моменты времени выдает команд ные сигналы

Датчик Холла 1 соединен с первым входом автоматического переключателя

0 5

2о Второй вход автоматического переключателя 2 соединен с выходом триггера 7 со счетным входом, третий вход автоматического переключателя 2 соединен с выходом источника 3 питания и первым входом фазочувствительного элемента 6. Выход автоматического переключателя 2 соединен с первым входом преобразователя 4 напряжение - код и вторым входом фазочувствитепь- ного элемента 6о Второй вход преобразователя 4 напряжение - код соединен со счетным входом триггера 7 со счетным входом, первым входом реверсивного счетчика 5, первым входом дешифратора 10, первым входом дешифратора П дополнительного кода, первым входом цифрового индикатора 8, первыми входами элементов И 14-17, первыми входами триггеров 13 и 18, первым входом триггера 19 перегрузки и выходом блока 9 управления. Выход преобразователя 4 напряжение - код соединен с вторым входом реверсивного счетчика 5. Третий вход реверсивного счетчика 5 соединен с выходом триггера 18. Первый выход реверсивного счетчика 5 соединен с вторыми входами дешифратора 10 и дешифратора

11дополнительного кода, второй выход реверсивного счетчика 5 через элемент И 17 соединен с единичным входом триггера 19 перегрузки, выход которого соединен с индикатором 20 перегрузки. Выход фазочувствительного элемента 6 соединен с первым входом блока

12сложения по mod 2 и вторым входом элемента И 14. Второй вход триггера

13соединен с выходом элемента И 14, первый выход триггера 13 соединен с вторым входом блока 12 сложения по mod 2, выход которого через элемент

И 16 соединен с вторьм входом триггера 18. Второй вход элемента И 15 соединен с вторьм выходом триггера I3, а выход - с третьими входами дешифратора 10 и дешифратора 11 дополнительного кода.

Устройство работает следующим образом.

Цикл работы устройства происходит в два такта измерения. В начале первого такта с первой пары противоположных электродов датчика Холла 1 через автоматический переключатель 2 на преобразователь 4 напряжение - код поступает напряжение U t + , где UKJ - напряжение.неэквипотенциальности датчика Холла; ЭДС Холла. Результат кодирования N запоминается в реверсивном счетчике 5; N (Е + + )К, где К коэффициент преобразования преобразователя напряжение - код. Окончание процесса кодирования фиксируется блоком 9 управления, который через триггер 7 со счетным входом коммутирует автоматический переключатель 2, Это соответствует началу второго такта измерения.Во второй такт выходное напряжение датчка Холла 1 снимается с другой пары противоположных электродов и равно и Е. - . В- зависимости от со- отношения уровней Р; и U во втором такте производится суммирование или вычитание результатов измерения двух тактов. В оба такта измерения опорный сигнал фазочувствительного эле- мента 6 Ц,„ и суммарный выходной сигнал датчика Холла 1 U ( +11,9 синфазны при Р инз, когда же , то эти сигналы синфазны в один из тактов измерения и противофазны в другой такт. Это обусловлено тем, чт в оба такта измерения опорный сигнал и совпадает по фазе с ЭДС Холла FX. Информация об изменении фазы выходного сигнала датчика Холла во второй такт измерения выделяется с помощью фазочувствительного элемента 6, элемента И 14, триггера 13, блока 12 сложения по mod 2. В зависимости от состояния блока 12 сложения по mod 2 триггер 18 устанавливается в определенное состояние во второй такт и выдает командный сигнал на реверсивный счетчик 5(определяет направление счета). При этом в пер- вом такте триггер 1.8 всегда выдает такой сигнал, по которому реверсивный счетчик 5 работает только на сложение

н

Когда реверсивном счетчике 5 во втором такте производится суммирование результатов измерения двух тактов,.при fх -U., - их вычи- тание. Кроме определения вида операции, в реверсивном счетчике во втором такте производится определение вида кода (прямой или дополнительный) , который хранится после окончания второго такта в реверсивном счетчике 5. Признаком, по которому определяется вид кода в ревесивном счетчике 5 (прямой или дополнительный) после второго такта, является поляр5ю20 25 ЗОо ,

ность выходного сигнала фазочувстви- тельного элемента 6 в первый такт измерения. Если сигнал фазочувствительного элемента 6 положительный,,то в реверсивном счетчике 5 находится прямой код, если сигнал фазочувствительного элемента 6 отрицательный - в реверсивном счетчике находится дополнительный код. В первом случае элемент И 15 подключает дешифратор 10 прямого кода, во втором случае - дешифратор 11 дополнительного кода. Определение вида операции и вида кода производится следующим образом,

х нэ ° такта измерения выходной сигнал, фазочувствительного элемента 6 синфазен с опорным сигналом. На входы блока 12 сложения по mod 2 во втором такте поступают сигналы одного вида с фазочувствительного элемента бис триггера 13, в котором запоминается полярность выход ного сигнала фазочувствительного элемента 6 в первый такт измерения. Выходной сигнал блока 12 слояьения по mod 2 при этом во втором такте не пройдет через элемент И 16 и состояние триггера 18 не изменится, во второй такт реверсивный счетчик 5 работает на сложение:

N К(,+и)+К(Г,-и„,)2КЕн

При положительном выходном сигнале фазочувствительного элемента 6 в первый такт срабатьшает элемент И 14 и изменяет состояние триггера 13. В этом случае элемент И 15 при наличии разрешающего сигнала с триггера 13 на втором его входе выдает разрешающий сигнал на дешифратор 10, с помощью которого считьшается прямой код реверсивного счетчика 5.

UH,,

Р. + и.

Uo

fx и., - ix -г и„э 2.

- Выходной сигнал фазочувствительного элемента 6 синфазен с опорным сигналом UQ в первый такт и про- тивофазен ему во второй такт. На входы блока 12 сложения по mod 2 во втором такте поступают сигналы разного вида: с фазочуствительного элемента 6 - отрицательный и с триггера 13 - положительный. Выходной сигнал блока 12 сложения по mod 2 при этом Аройдет через элемент И 16 и изменит состояние триггера 18. Поэтому во второй

такт реверсивный счетчик 5 работает на вычитание:

N; K(E,+U,)-K(U,,,.

При положительном выходном сигнале фазочувствительного элемента 6 в первый такт срабатьтает элемент И 14 и изменяет состояние триггера 13, В этом случае элемент И 15 при наличии разрешающего сигнала с триггера 13 на втором его входе вьщает разрешающий сигнал на дешифратор 10, с помощью которого считывается прямой код ре-- версивного счетчика 5.

J,U,,, и, F, - и,,, и x + + и, , Выходной сигнал фазочувствительного элемента 6 противофазен с опорным сигналом в первый такт измерения и синфазен с ним во второй такт На входы блока 12 сложения по mod 2 во втором такте поступают сигналы разного вида: с фазочувствительного элемента 6 - положительный и с триггера 13 - отрицательный. Вькодной сигнал блока 12 сложения по mod 2 при этом пройдет через элемент И 16 и изменит состояние триггера 18. Поэтому во второй такт реверсивный счетчик 5 работает на вычитание:

N; K(UH,-t,)-K(U«,+J,)

ки,-кг,-ки,-кг, -2КР,.

При отрицательном выходном сигнал фазочувствительного элемента 6 в первый такт элемент И 14 не срабатывает и поэтому не изменяется состояние триггера 13, на единичный вход которого не поступает управляющий сигнал В этом случае элемент И 15 при наличии запрещающего потенциала на втором его входе с триггера 13 выдает разрешающий потенциал на дешифратор 11 дополнительного кода, с помощью которого считывается дополнительный код реверсивного счетчика 5. При наличии перегрузки в двух циклах измерения срабатывает триггер 19 перегруки по сигналу элемента И 17, Проверка на перегрузку производится в первые такты первого и второго циклов измерений.

Формула изобретения Цифровой измеритель постоянной

магнитной индукции, содержащий пос ледовательно соединенные датчик Хол

5 10

15 20 25

30

5

0

5

0

5

ла, автоматический переключатель, преобразователь напряжение - код, ре- версивньй счетчик, дешифратор и цифровой индикатор, второй вход которого подсоединен к второму входу дешифратора и к первому входу триггера, выход которого соединен с вторым входом реверсивного счетчика, третий вход которого подключен к первому входу элемента И, к первому входу триггера перегрузки, к второму входу преобразователя напряжение - код и к входу триггера со счетным входом, выход которого соединен с вторым входом автоматического переключателя, третий вход которого подключен к источнику питания и к первому входу фазочувствительного элемента, второй вход которого подключен к выходу автоматического переключателя, а второй выход реверсивного счетчика подключен к второму входу элемента И, выход которого подсоединен к второму входу триггера перегрузки, своим выходом соединенного с индикатором перегрузки, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности, в него введены блок сложения по mod 2 три дополнительных элемента И, второй триггер, дешифратор дополнительного кода и блок управления, выход которого подключен к первым входам дешифратора дополнительного кода, дополнительных элементов И, к второму входу цифрового индикатора, к первому входу второго триггера и к входу триггера со счетным входом, выход фазочувствительного элемента соединен с вторым входом первого дополнительного элемента И и через блок сложения по mod 2 - с вторым входом второго дополнительного элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго триггера, выход первого дополнительного элемента И подключен к второму входу второго триггера, первый выход которого подсоединен к второму входу блока сложения по mod 2, второй выход второго триггера подключен к второму входу третьего дополнительного элемента И, выход которого соединен с управляющими входами дешифратора и дешифратора дополнительного кода, второй вход последнего подключен к первому входу дешифратора, а выход - к третьему входу цифрового индикатора.

Составитель В. Колачевская Редактор Р, Цицика Техред В.Кадар Корректор Е. Сирохман

Заказ 1319/53 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

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

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне постоянных магнитных полей. Цель изобретения - повьшение точности измерений, которая достигается за счет того, что независимо от соотношения полезного и остаточного сигналов датчика Холла и уровней выходных сигналов датчика Холла в оба такта из результатов измерения исключается остаточный сигнал (нaпIiяжeниe неэквипотенциальности) датчика Холла. Измеритель состоит из датчика Холла 1, выполненного в виде первичного преобразователя магнитной индукции, автоматического переключателя 2, источника питания 3, преобразователя напряжение-код 4, например АЦП, реверсивного счетчика 5, фазочувствительного элемента 6, являющегося нуль-органом Кроме того, в измеритель входят триггер 7 со счетным входом, цифровой индикатор 8, блок управления 9, дешифратор 10, дешифратор 11 дополнительного кода, . блок 12 сложения по mod 2, триггеры 13, 18 и 19, логические элементы И 14-17 и индикатор перегрузки 20. Блок 9 синхронизирует работу всего устройства и выдает команды на соответствующие блоки в определенные моменты времени. 3 ил. (Л |С со со ;о