Цифровой измеритель постоянной магнитной индукции Советский патент 1988 года по МПК G01R33/07 

.

jr«BaT«.-MMlA iRjUrr

f i

iitn nfjim-ol

Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей, изменяющих в процессе измерения свое направление.

Цель изобретения - сокращение времени измерений.

На фиг. 1 представлена функциональная структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные дкaгpa 5 {ы его работы.

Цифровой измеритель постоянной магнитной индукции содержит датчик 1 Холла, вход и выход которого через переключатель 2 соединены с выходом источника 3 питания и входом преобразователя 4 напряжение - число импуль сов, фазочувствителькый элемент 5, первьш зкод которого соединен с выходом переключателя 1, второй - с выходом источника 3j а выход - с первым входом блока 6 управления, пер- вый выход которого соединен с управ- ляюпшм входом переключателя 2, второй - с управляющш-4 входом преобразователя 4. Выход преобразователя 4 содинен с первым входом элемента И 7, второй вход которого соединен с третьим вькодом блока 6,, четвертый и г я тый выходы которого соединены с входом сброса и управляющим входом реверсивного счетчика 8, выход которо- .го соединен с входом блока 9 регистрации и вторым входом блока б управления. Вход счетчика 10 импульсов со ;единен с выходом преобразователя 4, вход сброса - с шестым выходом блока б управления, а выход - с третьим входом блока 6 управления, седьмой и восьмой выходы которого соединены с управляющим входом блока 9 регистрации и входом установки реверсивного счетчика 8, счетный вход которого соединен с выходом элемента И 7.

Блок управления б содержит генератор 11 тактовых импульсовэ выход ;

50

которого через дополнительный счет- ник 12 импульсов соединен с входом дешифратора 13, первый, второй и тре тий выходы которого соединены с первым, нторым и седьмым зькодамиблока 6 управления.; четвертьп г - с первы, ми входами первого 14 и второго 15 элементов совпадения, пятый - с первым входом первого триггера 16 и четвертым вькодом блока 6 з правления,,

5 0 0 5

0

,

шестой - с первыми входами элемента ИЛИ 17 и второго 18 и третьего 19 триггеров и шестым выходом блока 6 управления, седьмой - с первыми входами третьего 20 и четвертого 21 элементов совпадения. Выходы элементов 20 и 21 соединены с вторым входом элемента ИЛИ 17 и первьич входом четвертого триггера 22, второй вход которого соединен с выходом элемента ИГШ 17, а выход - с пятым выходом блока 6 управления. Вторые входь второго 18 и третьего 19 триггеров соединены с выходами первого 14 и вто- .рого 15 элементов совпадения, а вы- ходы с вторым и третьим входами элемента 21 совпадения,, четвертый ВХОД которого соединен с выходом ин- вергора 23. Вход инвертора 23 соеди- нен с вторым входом элемена 14 совпадения и первым входом блока 6 управления, второй вход которого соеди- |Нен с вторым входом злекента 20 соз- |падения, а третий - с вторым входом элемента 15 совпадения, вторьи входом триггера 16 и первым входом пятого элемента 24 совпадения, второй вход которого соединен с выходом триггера 16 и третьим выходом блока 9 управления, а выход - с восьмым выходом блока 6 управления.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу блока б управления блоки 8, 10 и 16, имеющие цифровую память, устанавливаются в исходное состояние.

Работа устройства происходит в два такта. В первый такт измерения выходной сигнал датчика 1 Холла Uj Ij поступает через переключатель 2 и преобразователь 4 напряжение - число Г Гмпульсов. Результат преобразования в виде импульсов поступает на элемент И 7 и счетчик 10

N% ) .

где К - коэффициент преобразования

преобразователя 4 напряжение - число импульсов о

Работа элемента И 7 и реверсивного счетчика 8 зависит от соотношения абсолютных значений полезного сигнала (ЭДС Холла 1) и помехи (напряжения неэквипотенциальности ).

Пусть 1 - нэ- В этом апучае напряжение датчика 1 Холла 11, (l,(-Unj)не превышает определенного значения. Поэтому через элемент И 7 па равар- сивный счетчик 8 с преобразонателя А в первый такт измерения счетные импульсы не проходят, поскольку на второй вход элемента И 7 поступает запрещающий потенциал с триггера 16, который находится в нулевом состоянии по сигналу блока 6 управления. Кроме того, при такой величине выходного сиг нала датчика 1 Холла на выходе счетчика 10 отсутствует выходной импульс, изменяющий состояние триггера 16,

Таким образом, после первого такта измерения в реверсивном счетчике 5 имеется число N О,

В конце первого такта блок 6 управления коммутирует переключатель 2, Во второй такт измерения выходной сигнал датчика 1 Холла U,j 1х+ и„з- В реверсивном счетчике 8 результаты измерения двух тактов суммируются.

Кроме того, срабатывает элемент И 24 сов 1адсния, выдавая сигнал, которьв поступает на счетньиЧ вход i-ro разряда реверсивного счетчика 8, По этому сигналу в реверсивном счетчике 8 записывается число, равное числу импульсов, поступивших на счетчик 10. В конце первого такта измерения в реверсивном счетчике 8 находится число

N., К(

и

КЗ

В конце первого такта измерения блок 6 управления коммутирует переключатель 2, Во второй такт измерения выходной сигнал датчика 1 Холла

и.

1х- и,,,

Этот сигнал не превы

шает определенного уровня и поэтому через элемент И 7 на реверсипньй счетчик 8 во втором такте с преобразователя 4 счетные импульсы не проходят, поскольку на второй вход элемента И 7 поступает запрещающий потенциал с триггера 16, которьй находится в нулевом состоянии по сиг

Изоб)етение относится к области кагнятных измерений и может быть использовано р/тя прецизионного измерения в широком диапазоне индукции пос- тоянннмх: магнитных полей изменяющих в процессе измерения свое иаправление. Изобретение позволяет сократить время измерений, Иредложенньй измеритель содержит датчик 1 Холла, переключатель 2, источник 3 питания, преобразователь 4 напряжение - число импульсов, фазочувствительный элемент 5, блок 6 управления, элемент И 7, реверсивньй счетчик 8, блок ре- гистрацзп 9, счетчик 10 liwnynbcOB. Блок управления 6 содержит генератор 11 тактовых импульсов, дополыитель- счетчик 12 импульсов, дешифратор 13, элементы 14, 15, 20 и 21 совпадений, триггеры 16, 18 и 19 и 22j элемент ЮТИ 17, инвертор 23. Работа цифрового измерителя постоянной магнитной ИНДУК1ДИИ поясняется времен- }1ь:ми диаграммами приведенными в описании изобретения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. ;в

Сигнал на шину суммирования реверсив- 25 налу блока 6 управления,

Таким образом, в конце второго такта измерения в реверсивном счетчи ке 8 находится результат измерения первого такта 30

N.

N ,, (1,+

Uuo)K + О

ного счетчика 8 поступает с блока 6 управления

Выходной сигнал датчика 1 Холла во второй такт измерения 11 1. + UH) превьш1ает определенный уровень. Поэтому на вькоде счетчика 10 появляется импульс переноса, которьй устанавливает триггер 16 в единичное состояние, что приводит к появлендаэ на

втором входе элемента И 7 разрешаю- / „ „ , л

., с 35 полезный сигнал (ЭДС Холла 1 ) и пп- щего потенциала Кроме того срабаты- . .

вает схема И 12, выдавая сигнал, ко- орый поступает на счетный вход i разряда реверсивного счетчика В, По зтому сигналу в реверсивном счетчике 8 записывается число, равное числу импульсов, поступивших на счетчик 10

(1.+ IV)K + О 2Klj,

Пусть Ij,- UHJ 5 0. В этом случае

40

меха (напряжение неэквипотенциальнос- ти ) отличаются на значительную величину.

При таком условии во втором такте в реверсивном счетчике 8 в зависимости от того, что больше по абсолютному значению: полезный сигнал

или по- производится суммирование

В конце второго такта измерения в реверсивном счетчике 8 находится результат измерения второго такта

N N

N О

(1.+ UH)

--- О + (1.+ IJ 2К1х.

Пусть

1,-и

НЗ

и, 1,-.- и

нэ

Выходной сигнал датчика 1 Холла в первый такт измерения превьш1ает опреде ленный уровень. Поэтому па выходе счетчика 10 появляется импульс па- реноса который устанавливав : триг- гер 16 в единичное состояние, что приводит к появлению на втором входе элемента И 7 разрешающего потенциала.

Таким образом, в конце второго такта измерения в реверсивном счетчике 8 находится результат измерения первого такта

N.

N ,, (1,+

Uuo)K + О

(1.+ IV)K + О 2Klj,

/ „ „ , л

Пусть Ij,- UHJ 5 0. В этом случае

полезный сигнал (ЭДС Холла 1 ) и пп- . .

меха (напряжение неэквипотенциальнос- ти ) отличаются на значительную величину.

При таком условии во втором такте в реверсивном счетчике 8 в зависимости от того, что больше по абсолютному значению: полезный сигнал

меха и

нэ

или по- производится суммирование

.

или вычитание результатов измерения 5 квук тактов. Информация о виде операции во втором такте выделяется с помощью фазочувствительного элемента 5. Блок 6 управления в зависимости от состояния фаэочувствительного элемента выдает во втором такте командный

сигнал на реверсивный счетчик 8. Когда , в реверсивном счетчике 8 результаты измерения сум- мир гются, при Ix fU j они вычитаются .

50

55

Пусть и f и

нэ

и,2 1ж+ UM, .

Выходной сигнал датчика Холла 1 в первый такт измерения превышает опре

514/ie;ieHHbiu уровень. Поэтому на выходе счетчика 10 появляется импульс переноса, который устанавливая трнгтгр 16 в едииичкое состояние, что приводит к появлению на атором входе, эле-- мента И 7 разрешающего потенциала, Кроме того, срабатывает 1 2и вьщавая сигнал, который поступает на счетный вход i-ro разряда реверсивного счетчика 8, По этому сигналу в реверсивный счетчик 8 занисывается число, равное числу импульсов,; пос-- тупившнк на счетчик 10, В конце первого такта измерения в реверсивном счетчике 8 находится число N,, К( ),

В конце первого измерения блок 6 управления коьо-зутируе переклю чатель 2, Во втором такте измерения вьжод;ю сигнал датчика 1 Холла U,, l,,-i- U,,,. Во втором такте измерения прр 1х U „з производится суммированна результато измерения двух тактов, а np;j Iv иц5 их вычитание.

Во втором такте вьгходной сигнал дат11ика 1 Холла превышает определен-- ный уровень. Позтоьзу на. вьжоцс cvteT--- чика 10 появляется импульс перепоса, который устанавливает триггер 16 Б единичное состояниеj что приводит к появленто на втором входе элемента И 7 разрешающего потенциала. Крона того, срабатывачзт элемент ii 24 выдавая сигнал, который поступае;т на счетный вход разряда реверсивного счетчика В, По сигналу в реверсивный счетчик 8 записывается число, равное числу импульсов., поступивших на счетчик tO.

Поэтому в конце в орого такта НУ мерения при lv 7U,,|.j реверс твньиг счет чик 8 зафиксирует исло Ш .;пульсов, пропорциональное ЭДС Холлит;

N,, Kd,,- и„э) + К(1,+ -- 2К1,.

Пои Iv и,,. ИРОИЗЕОДИТСЯ ВЫЧИТ а- И

ff -J результатов измерения ,а,ву: тактов,, Когда число в реверсивнс С гетчика 8 станет равным иулщ, выдается упраз ляющий сигнал на блок 6 управления При этом блок 6 управления из -аняат направление счета в реверсивном счет чике В. В результате раверсивный счетчик 8 фиксирует число ит-зпульсоЕ., пропорциональное ЗДС Холла NJ- K(U,,3-f- 1х) К(и,э-- 1, 21,.,)

к(и.

Л

К(и,, I,) + 2К1,, 2К1,. Фор N у Л а 15 3 о fi о е т е ;; и п

1 - Цифровой :1змеритель иоетояшюй Mai-питной индукции, содержащий дат- - гик Холла, вход и выход которого через переключатель соединены соответственно с выходом источника питания и входом 1треобразователя напрялсетн е - число импульсов5 фазочувстБитель)Ый элемент, первый вход которого соедимен с входом праобрляонания напряхе- нпс - 4HCj;o импульсо;:, второй - с ходом источника пит акия, а выхол, с первым входе: б.;то;,а управления, первый выход которого соедине;: с управляшищм входом иереклгачате.чя 5 второй - с у- равляюи им входом преобпазователя :1апрякение - число импул.сов, .од которого соеднне}т с. первым вхо/ о;--; элег-.1ента И, втог.ой вход которого

соединен с ретьим выходом блока :, П- равления, 41: твертьп1 и пятый которого соединены соответственно -с входоь сброса и yпpaвJrя;cIi н входом )сверсизне- о cчe r I iкa, вько.ц кото-

jjoro соединен с входом блока ре.г лс.г- ргщпи и вторым входом 6j7oKa управления; о т л к ч а ю J4 и к с я тем,, что. с целью сокрапьсния времени из- мет)ечия,, в неге кведзн счетчик им- пульсовJ 13ХОД которог о соедкчен с вьршдом преобразователя лапряжение - число импульеоВ;, вход сброс - е пес- выходом блока упу ;нления . а выход - с третьим входом 6jfOK;j упранлеПИЯ, седьмой v. зосььгой зыходь icoTopo- т-о соединень; состЕгтст епно с управ-. ;1лвп(им вхо. гом 5ло|;а пептс пнтгии и входся-1 устаноз рсид; о: о счет- . счетньгй вход KO oporo соедгт- i:eH с выходом элемента И.

ч а о щ к и с я тем, что блок управления содержи reHCijaTop тактовых импульсов, вьглс-и, которого через до- JGJП-;итe 7ЬiIЫй счетчик импульсов соеди- ;;ак : входол 1и у1Ифратор4Ч первый; в второй i i третий вькодь которого сое- соответ ственно с первым, вто- пым и ce ibNbibi Еыхо, CuioTt;:. управле- гптя 5 ч;; 1 Виртый с лервья-л кхочами первого н второг о йлемептоь совпа ш--- ПИЯ,, пятьй - с первьй- вxoдo r тонггера н четвертьа--; ьыходоы блок;: уаразлсци; 1пес гой - с первыми ; хода /14

ми элемента ИЛИ н второго и третьего триггеров и шестьм выходом блока управления, седьмой - с первьгмн входа- ш-1 третьего и четвертого элементов совпадений, выходы которых соединены соответственно с вторык входом зле- канта ИШ-i и nepbbiNs входом четвертого триггера, второй вход которого соеди- нйн г. выходом элемента ШЩ, а выход - с пятым вьссодом блока управления, прршем вторые зхо.цы второго и третьего триггеров соедине ;ь. соответственно с выходами первого и вторзго элементов совпадения, выходы - с вторым и третьим входами четвертого эле-7JlJ Lrb.fljnJlJ U ljnJlJ lJ b lJ nJTnJ c --J-L r-L J-L...,r-i I-i г-1

i.«4

.

фиг. г

S

мепта совпадения,, четвертый вход которого соединен с выходом инвертора, вход которого соединен с вторым входом первого элемента совпадения и первым входом блока управления, второй вход которого соединен с вторьм входом третьего элемента совпадения, а третий - с вторым входом второго злемента совпадения, вторым входом первого триггера и первым входом пя-, тоге элемента совпадения, второй ; Бход которого соединен с выходом пер- вог о три1тера и третьим выходом блока управления,, а выход - с восьмым выходом блоха управления.

.