Устройство для измерения индукции постоянного и переменного магнитных полей Советский патент 1990 года по МПК G01R33/07 

Физ.1

Изобретение относится, к магнитным измерениям, предназначено для одновременного измерения индукции постоянного магнитного поля и максимальных значений индукции переменного магнитного поля в широком диапазоне частот и является усовершенствованием устройства по авт. св. № 1413564.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем одновременного измерения индукции постоянного и переменного магнитных полей.

На фиг. 1 приведена функциональная структурная схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы.

Устройство для измерения индукции постоянного и переменного магнитных полей (фиг, 1) содержит последовательно соединенные генератор 1 прямоугольных импульсов и преобразователь Холла 2, блок 3 разделения сигналов, бесконтактный ключ 4, широкополосный усилитель 5, выход которого соединен с входом первого аналого-цифрового преобразователя (АШ ) 6 и входом эк- стрематора 7, первый 8, .второй 9 и третий 10 элементы И первый 1 1f второй 12 и третий 13 регистры, усилитель Л 4, второй АШ 15, одновибратор |1б, триггер J7, блок 38 задержки, счетно-решающий блок 19, сумматор 20, первый 21 и второй 22 регистрирующие блоки.

Выход экстрематора 7 соединен с первым входом первого элемента И 8, второй вход которого соединен с управляющим выходом генератора 1 прямоугольных импульсов, а выход - с управляющими входами первого 6 и второго 15 АПП, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого Л и второго 12 регистров и пер- ввм входом третьего регистра 13. Выходы первого-11, второго 12 и третьего 13 регистров соединены соответственно с первым входом счетно-решающего блока 19 и первым входом сумматора 20. Выход счетно-решающего блока 19 соединен с первым регистрирующим блоком 21, а вход сумматора 20 - с вторым регистрирующим блоком 22, Управляющий выход первого АИЛ 6 соединен с управляющим входом генератора 1 прямоугольных импульсов через блок 18 задержки и первыми входами второго 9 и третьего 10 элементов И, выходы ко0

5

0

5

0

5

торых соединены соответственно с вторыми входами первого 11 и третьего 13 регистров и вторым входом второго регистра 1 2.

Выход генератора 1 прямоугольных импульсов соединен с входом триггера 17, прямой выход которого соединен с вторым входом второго элемента И 9, а инверсный - с вторым входом третьего элемента И 10, и входом одновибра- тора 16, выход которого соединен с управляющим входом бесконтактного ключа 4, Выход преобразователя Холла 2 соединен через усилитель 14 с входом второго АШТ 15.

Счетно-решающий блок 19 содержит два блока 23 и 24 возведения в квадрат, входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока 19, сумматор 25 и блок 26 извлечения корня квадратного, выход которого является выходом блока 19, а. вход соединен с выходом сумматора 25} входы которого соединены соответственно с выходами блоков 23 и 24.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении импульса 11Пуск преобразователь Холла 2 запитывается импульсом тока (фиг, 2б) от генератора 1 прямоугольных импульсов. При воздействии на преобразователь Холла )2 суммарного магнитного поля с индукцией В В + В (сЬиг. 2а) на выходе преобразователя Холла 2 возникает пропорциональное ей суммарное напряжение U (фиг, 2в) , равное

ит и- +

+ arete ) arctg u/vmJ,

U-m+ U

urn

sin(2lFft +

5

0

5

где U - напряжение, пропорциональное

и

л/ ГО

и

н m

максимальное значение напряжения, пропорционального В максимальное значение напряжения индукционной наводки, пропорционального В, которое поступает на вход АШ 15 через усилитель 34 и на блок 3 разделения сигналов. Выделенная блоком 3 разделения сигналов переменная составляющая напряжения U, равная

.ein(2fft - arctg ),

f FO

поступает на бесконтактный ключ 4 и далее на широкополосный усилитель 5.

Поскольку , в моменту включения и отключения прямоугольного импульса тока управления возникают переходные процессы, которые имеют большое вре- мя установления при постоянной времени Т входной цепи широкополосного усилителя 5, определяемой допускаемой погрешностью амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) на нижней граничной частоте F .

Бесконтактный ключ 4, имеющий сопротивление в открытом состоянии порядка 10 Ом и включенный параллельно входу широкополосного усилителя -5, позволяет уменьшить на 3 - 4 порядка постоянную Т и тем самым уменьшить время установления за счет сокращения переходных процессов. Этой же цели служит и выбранная форма импульса тока управления (фиг. 2б) . Управление бесконтактным ключом 4 осуществляется одновибратором 16, который запускается фронтами импульса тока (Фиг. 2б) генетатора 1 прямоугольных импульсов. Выходной импульс (Фиг. 2г) одновибра- тора 16 определяет время, в течение которого постоянная времени Xх широкополосного усилителя 5 мала и обычно не превышает по длительности периода нижней граничной частоты 7Н , т.е. через указанное время возможно измерение индукции переменного магнитного поля с заданной погрешностью.

Напряжение с выхода широкополосного усилителя 5 (сЬиг, 2д) , равное

/ г i

KVuHm+u m

sin(2tTft + arctg -я---),

U

vm

где К - коэффициент пропорциональности, подается на вход первого АЦП 6 и на вход экстрематора 7. Экстрематор 7 формирует короткие импульсы (фиг,2е в моменты времени, соответствующие максимумам и минимумам напряжения (фиг. 2д} на его .входе. Прохождение этих импульсов через первый элемент И 8 разрешается импульсом, который поступает с управляющего выхода генератора 1 прямоугольных импульсов (фиг. 2ж) и формируется после окончания импульса одновибратора 16 (фиг.2г) т.е. на запуск первого 6 и второго 15 АЩ1 импульс экстрематора 7 (фиг.2з) приходит только после окончания описанного переходного процесса в мо- мент времени t (фиг. 2з), соответствующий максимуму (или минимуму) переменной составляющей напряжения U выделенной блоком 3 разделения сигналов. Этот импульс (Фиг. 2з) за время преобразования А1ТГ Сдул (Фиг. 2и) позволяет измерить одновременно напряжение на выходе усилителя 14, рав

К(/

ujm +

и

Нт

+ U) , и напряжение

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

на выходе широкополосного усилителя 5, равное К

С+ин соответствующий значению К(1и

. Двоичный код,

J l i

1U +U u + Hm

+ IL-) , поступает на вход третьего регистратора 13. с второго АЦП 15, а 2 „2

значению

Kl U

л/т

+ U нт - на первые

входы первого 11 и второго 12 регистров с первого AUTT 6.

Запись двоичных кодов в первый 1I и третий 13 регистры осуществляется импульсом Конец преобразования первого АЦП 6 (фиг. 2и), который подается на управляюжие вторые входы тех ке регистров через второй элемент И 8. Этот же импульс, задержанный блоком 18 задержки (гЬиг. 2к) 9 определяет момент окончания импульса тока управления преобразователя Холла 2 (Аиг. 2б)s выключая генератор 1 прямоугольных импульсов, а следовательно, окончание первого такта чзметэепий и начало второго. Целью второго такта измерений является определение максимального значения напряжения индукционной наводки, поэтому этот такт проводится при отсутствии импульса тока управления преобразователя Холла 2. Измерение проводится аналог гчно первому такту с тем отличием, что информация о максимальном значении напряжения наводки KUU в виде двоичного кода с

ПП1

выхода первого АШ1 б записьюается при помощи импульса Конец преобразования первого Alffl 6 (Лиг. 2к) через третий элемент И 30 во второй регистр 12. Переключение регистров И или 12 в зависимости от такта измерений осуществляет триггер 17.

Таким образом, после двух тактов измерений в регистрах записана следуюшая информация: в первом регист J

ре -П UHm во втором регистре 12 - yUuin, в третьем регистре 13 - К( + + U). На входы сумматора 20 поступает информация из первого 11 и третьего 13 регистров. Результат вычисления,; равный

1Г

к(и + V ки,

1

U/vjfl

+ )-к/1

Т1„т+и„тподается на второй регистрирующий блок 22.

Коды первого и второго тактов измерений поступают с выходов первого 11 и второго 12 регистров соответственно на первый и второй входы счетно решающего блока 19 и связанные с ними первый 23 и второй 24 блоки возведения в квадрат. В сумматоре 25 форми- руется разность кодов, поступающих его два входа с выходов блоков 23 и 24, которая затем подается на вход блока 26 извлечения корня квадратного, а на выходе блока 26 формируется код соответствующий напряжению

1/ аНи +ингт)г - (кин/ ки

1ПЭ

Пропорциональному только максимальному значению индукции переменного маг- 20 Нитного поля. Этот код поступает с выхода счетно-решающего блока 39 на первый регистрирующий блок 21 .

Формула изобретения

Устройство для измерения индукции Постоянного и переменного магнитных

Q

5

0

5

полей по авт. св. № 1413564, о т - личающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем одновременного измерения индукции переменного и постоянного магнитных полей, в него введены последовательно соединенные усилитель, второй аналого-цифровой преобразователь, третий регистр и сумматор, а также блок разделения сигналов, бесконтактный ключ и одновибратор, вход которого соединен с входом преобразователя Холла, своим выходом соединенного с входами усилителя и блока разделения сигналов, выход которого соединен через бесконтактный ключ с входом широкополосного усилителя, управляющий вход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом первого элемента И, второй вход третьего регистра соединен с выходом второго элемента И, второй вход сумматора соединен с выходом первого регистра, выход сумматора соединен с вторым регистрирующим блоком, а выход одновибратора - с управляющим входом .бесконтактного ключа.

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для одновременного измерения индукции постоянного магнитного поля и максимальных значений индукции переменного магнитного поля в широком диапазоне частот. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей - достигается путем одновременного измерения индукции постоянного и переменного магнитных полей. Устройство содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, преобразователь 2 Холла, блок 3 разделения сигналов, бесконтактный ключ 4, широкополосный усилитель 5, аналого-цифровые преобразователи 6 и 15, экстрематор 7, элементы И 8 - 10, регистры 11, 12 и 13, усилитель 14, одновибратор 16, триггер 17, блок 18 задержки, счетно-решающий блок 19, сумматор 20, регистрирующие блоки 21 и 22. 2 ил.