Магнитометр Советский патент 1988 года по МПК G01R33/07 

со 4

ел

о:

Изобретение относится к магнитным измерениям, может быть использовано для измерения магнитной индукции слабых постоянных магнитных полей и является дополнительным к основному по авт. св. № 1327025.

Известный магнитометр содержит четырехполюсник с преобразователем Холла, четыре ге нератора питания четырех полюсника, попарно подключенные к входной и выходной парам его выводов, два измерительньш усилителя, вход каждого из которых раздельно подключен к одной из пар вьшодов четырех- полюсника, четыре фазочувствительных детектора, сигнальные входы которых попарно подключены к выходам измерительных усилителей, а опорные входы- к выходам соответствующих генерато- ров питания черырехполюсника, два алгебраических сумматора, входы которых связаны с выходами фазочувствительных детекторов, регистрирующий прибор, -подключенный к выходу первого сумматора, и генератор тактовых импульсов, вход управления скважностью импульсов которого подключен к выходу второго сумматора, а его выходы - к

попарно подключены к выходам измерительных усилителей, а опорные входы - к выходам соответствующих генераторов питания четьфехполюсника, два сумматора, входы которых подсоединены к выходам фазочувствительных детекторов, регистрирующий прибор, подключенный к выходу первого сумматора, и генератор тактовых импульсов, вход управления скважностью импульсов которого подключен к выходу второго сумматора, а его выходы - к входам синхронизации генераторов питания четырехполюсника, снабжен дополнительным генератором и последовательно соединенными с одним из сумматоров дополнительным усилителем, и дополнительным фазочувствительным детектором, выход которого подключен к вхо- ДУ управления коэффициентом передачи одного из измерительных усилителей, выход дополнительного генератора подключен к опорному входу дополнительного фазочувствительного детектора, а четырехполюсник с преобразователем Холла дополнен перестраиваемым элементом, вход управления которым подсоединен к выходу дополнительного

Изобретение относится к области магнитных измерений. Может быть использовано для измерения магнитной индукции слабых постоянных магнитных полей. Является дополнительным к авт. св. СССР 8 1327025. Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение динамического диа пазона измерений. В магнитометр, , содержащий четырехполюсник 3 с преобразователем Холла, четыре генератора 1, 2, 4, 5 питания четырехполюсника, измерительные усилители 8, 9,фазочув- ствительные амплитудные детекторы 10, 11, 12, 13, алгебраические сумматоры 7, 14, регистрирующий прибор 15, генератор 6 тактовых импульсов, для достижения цели введены дополнительный генератор 18, усилитель 16, фазочувствительный детектор 17. Четырехполюсник 3 с преобразователем Холла дополнен перестраиваемым элементом 19, обеспечивающим изменение коэффициентов связи между входной и выходной цепями четырехполюсника 3. Введение указанных элементов позволяет поддерживать ра.венство коэффициентов передач измерительных трактов с ностью, превышающей таковую у прототипа более чем на два порядка. Следовательно, увеличивается коэффициент разделения информативной и фазовой составляюп1их преобразователя Холла. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с точ- SS (Л

входам синхронизации генераторов пи- тания четырехполюсника.

Недостатком указанного магнитометра является ограниченная точность измерений.

Фактором, ограничивающим точность измерений, является нестабильность параметров функциональных узлов магнитометра, главным образом, нестабилность коэффициентов передачи (К, Кр) измерительных усилителей. Это or раничивает точность термостабилизаци преобразователя Холла при измерении индукции более сильных полей и точность измерения индукции слабых магнитных полей.

Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение динамического диапазона измерени

Поставленная цель достигается тем что магнитометр, содержащий четырех- полюсник с преобразователем Холла, четыре. генератора питания четырехполюсника, попарно подключенные к входной и выходной парам его выводов два измерительных усилителя, вход каждого из которых раздельно подключен к одной из пар выводов четьфехполюсника, четыре фазочувствительных детектора, сигнальные.входы которых

генератора,

В частности перестраиваемый элемент выполнен в виде перестраиваемого обратимого четырехполюсника, подсоединенного входной и выходной цепями к аналогичным цепям преобразователя Холла, а вход дополнительного усилителя подключен параллельно входу регистрирующего прибора.

На фиг. 1 изображена блок-схема магнитометра; на фиг. 2 - схема, поясняющая вариант выполнения перестраиваемого элемента.

Импульсные генераторы (фиг. 1) 1 и 2 питания подключены к одной из пар выводов четырехполюсника 3 с преобразователем Холла. К другой паре выводов четырехполюсника подключены i импульсные генераторы 4 и 5 питания. Указанные генераторы синхронизируются .генератором 6 тактовых импульсов, скважностью которого управляет сигнал снимаемый с выхода сумматора 7, К парам выводов четырехполюсника 3 под- ключены входы измерительных усилителей 8 и 9, к выходам которых подключены сигнальные входы фазочувствитель ных импульсных детекторов 10-13. Опорные входы фазочувствительных детекторов 10 и 11 раздельно подключены к

выходам генераторов 1 и 2, а опорные входы детекторов 12, 13 - к выходам генераторов 4 и 5 соответственно. Выходы фазочувствительных детекторов 10:г13 подключены к входам алгебраических сумматоров 7 и 14, К выходу сумматора 14 подсоединен регистрирующий прибор 15, Кроме того, к выходу сумматора 14 подключен вход усилителя 16, вьпсод которого соединен с сиг нальным входом фазочувствительного детектора 17, Выход детектора 17 подключен к входу управления коэффициентом передачи усилителя 8, а его опорный вход подключен к выходу генератора 18, К выходу генератора 18 подключен вход 19 управления перестраиваемым элементом, введенным в четырехполюсник 3 и обеспечивающим изменение коэффициентов связи между вход ной и выходной цепями четырехполюсника 3 с преобразователем Холла,

Магнитометр работает следующим образом.

Генератор 6 тактовых импульсов формирует импульсы синхронизации ге

нераторов 1, 2, 4 и 5, Под воздействием импульсов синхронизации каждый из генераторов 1, 2, 4 и 5 в строго заданные моменты времени вырабатывает разнесенные во времени импульсы управляющего тока стабильной амплитуд для питания одной из цепей четырехполюсника 3 с преобразователем Холла. При этом каждый из двух генераторов, подключенных к одной и той же цепи четьфехполюсника, формирует прямоугольные импульсы тока, полярность которых противоположна полярности импульсов, формируемых смежным с ним генератором.

Амплитуда и полярность прямоугольных импульсов в составе выходньк сигналов четырехполюсника 3 (напряжений, возникающих в каждой из двух цепей четырехполюсника при питании его другой цепи управляющим током) определяются фазовыми соотношениями и амплитудами четырех составляющих. Четвертая составляющая обусловлена воз- действием на введенньш в четьфехпо- люсник перестраиваемый элемент.

На фиг, 2 четырехполюсник 3, обозначенный пунктирной линией, представлен преобразователем Холла 20 и по- следовательно регулярно подключенным к нему перестраиваемым обратимым четырехполюсником (мостовая схема составленная из резисторов 21 и управ10

20

25

30

35

ы 40

45 50

ляемого резистора 22), Трансформатор 23 используется для обеспечения последовательного регулярного соединения обратимого четырехполюсника и преобразователя Холла, При этом пары выводов 24 и 25 являются выводами четьфехполюсника. Вывод 19 является входом управления перестраиваемого элемента.

Полагая, что управляющим сигналом является синусоидальный сигнал и резистор 22 изменяет свое значение по синусоидальному закону с частотой повторения и, в этом четырехполюснике изменение его коэффициентов связи достигается за счет изменения их взаимной составляющей.

Изменение указанных коэффициентов как в первом (при модуляции антивзаимной составляющей), так и во втором (при модуляции взаимной составляющей) случаях может осуществляться и иным образом, например по закону меандр, В качестве управляемого резистора для этих целей могут быть использованы элементы с различными видами модулирующего сигнала: транзисторы, фоторезисторы, ключевые схемы с реле и др,

Появление напряжения генератора 18 на выходе (в случае использования обратимого четырехполюсника) или на выходе сумматора 7 (в случае использования модуляции антивзаимной составляющей) является признаком разбаланса коэффициентов передачи обоих измерительных трактов (S, и Sj), При этом фаза этого информационного сигнала однозначно указывает направление разбаланса, а его амплитуда - величину отклонения, Для вьщеления данной информационной составляющей используются усилитель 16 и подключенный к его выходу фазо- чувствительный детектор 17, опорный вход которого подсоединен к выходу генератора 18, Таким образом, в случае разбаланса коэффициентов передач

с частотой сумматора 14

S, и S на выходе фазочувствительного детектора 17 присутствует напряжение, амплитуда которого пропорциональна величине разбаланса, а его полярность однозначно указывает направление разбаланса. Используя это напряжение в качестве сигнала управления коэффициентом передачи одного из измерительных усилителей, в данном магнитометре реализуются системы автоматической подстройки (выравнивания) коэффициентов передач измерительных трактов, т.е. реализуется самонастраивающая система.

Таким образом, введение усилителя фазочувствительного детектора и генератора 18 позволяет поддерживать равенство коэффициентов передач измерительных трактов с точностью, превы- шающей тактовую у известного устройства более чем на два порядка, т.е. нестабильность этого равенства не превьшает 0,01%. Следовательно, увеличивается коэффициент разделения информативной и фоновой составляюпщх преобразователя Холла. В результате этого увеличивается точность и динамический диапазон измерений магнитной индукции, так как результирующее ос- лабление аддитивной погрешности измерений в данном магнитометре по сравнению с известнь1м увеличивается до 40 дБ.

Формула изобретения

с целью повышения точности и расширения динамического диапазона измерений, он снабжен дополнительным генератором и последовательно соединенными с одним из сумматоров дополнительным усилителем и дополнительным фазочувствительным детектором, выход которого подключен к входу управления коэффициентом передачи одного из измерительных усилителей, выход дополнительного генератора подключен к опорному входу дополнительного фазочувствительного детектора, а четырехполюсник с преобразователем Холла дополнен перестраиваемым элементом, вход управления которым подсоединен к выходу дополнительного генератора.

(pue.Z