Цифровой измеритель магнитной индукции Советский патент 1991 года по МПК G01R33/02 

Фиг

Изобретение относится к области магнит- ных .измерений и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне постоянных магнитных полей.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет коррекции суммарного результата двух тактов измерения.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого цифрового измерителя магнитной индукции; на фиг. 2 - временные диаграммы работы блока управления.

Цифровой измеритель магнитной индукции состоит из датчика Холла 1, переключателя 2, источника 3 питания, синхронного детектора 4, преобразователя 5 напряжение - временной интервал, элемента ИЛИ 6, реверсивного счетчика 7, элемента И 8, блока 9 управления,триггера 10,элемента И 11, блока 12 управления линеаризацией, логического блока 13 добавления и вычитания импульсов, дополнительного счетчика 14, двоично-десятичного дешифратора 15 и цифрового индикатора 16.

Блок 9 управления состоит из генератора импульсов, счетчика, дешифратора и схемы управления операцией, включающей схемы И и триггеры.

Токовые электроды датчика Холла 1 соединены с входами переключателя 2. Потенциальные электроды датчика Холла 1 соединены с входами от переключателя 2. Выходы последнего соединены с сигнальными выходами источника 3 питания. Выходы переклю- чателя 2 соединены с сигнальным входом синхронного детектора 4. Управляющий выход источника 3 питания соединен с управляющим входом синхронного детектора 4. Выход синхронного детектора 4 соединен с входом преобразователя 5 напряжение - временной интервал и первым входом блока 9 управления. Выход счетных импульсов преобразователя 5 напряжение - временной интервал соединен с первым входом элемента ИЛИ 6. Второй вход элемента ИЛИ 6 соединен с выходом элемента И 11 и счетными входами блока 12 управления линеаризацией и логического блока 13 добавления и вычитания импульсов. Выход тактовых импульсов преобразователя 5 напряжение - временной интервал соединен с первым вхо- дом элемента И 11. Выход элемента ИЛИ 6 соединен со счетным входом реверсивного счетчика 7. Выход реверсивного счетчика 7 соединен с первым входом элемента И 8 и вторым входом блока 9 управления. Выход элемента И 8 соединен с единичным входом триггера 10,.выход которого соединен с вторым входом элемента И 11. Выход добавления импульсов блока управления линеаризацией соединен с входом добавления импульсов логического блока 13 добавления и вычитания импульсов.

Выход вычитания импульсов блока управления линеаризацией соединен с входом вычитания импульсов логического блока 13

0

5

0 5 0 5 0 .

добавления и вычитания импульсов. Управляющий вход блока 12 управления линеаризацией соединен с выходом дополнительного счетчика и сигнальным входом двоично- десятичного дешифратора 15, выход которого подключен к цифровому индикатору 16. Первый выход блока 9 управления соединен с управляющим входом переключателя 2. Второй выход блока 9 управления соединен с запускающим входом преобразователя 5 напряжение - временной интервал. Третий выход блока 9 управления соединен с вторым входом элемента И 8 и третьим входом элемента И 11. Четвертый выход блока 9 управления соединен с установочным (нулевым) входом реверсивного счетчика 7, нулевым входом триггера 10, установочным (нулевым) входом дополнительного счетчика 14 и установочным входом блока 12 управления линеаризацией. Пятый выход блока 9 управления соединен с управляющим входом двоично-десятичного дешифратора 15., Шестой выход блока 9 управления соединен с входом реверса реверсивного счетчика 7.

Генератор 17 импульсов через счетчик 18 соединен с входом дешифратора 19, выходы которого с первого по пятый соответственно соединены с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым выходами блока 9 управления. Четвертый выход дешифратора 19 соединен с первым нулевым входом триггера 20 и нулевым входом триггера 21..Шестой выход дешифратора 19 соединен с первым входом элемента И 22. Седьмой выход дешифратора 19 соединен с первыми входами элементов И 23 и 24. Восьмой выход дешифратора соединен с единичным входом триггера 20. Выход элемента И 22 соединен с единичным входом триггера 21, выход которого соединен с вторым входом элемента И 23. Выход последнего соединен со счетным входом триггера 20. Третий вход элемента И 23 соединен с вторым входом элемента И 22 и первым входом блока 9 управления. Выход элемента И 24 соединен с вторым нулевым входом триггера 20. Второй вход элемента И 24 соединен с вторым входом блока 9 управления.

К неизменяющимся управляющим сигналам относятся следующие.

Сигнал, поступающий на управляющий вход переключателя 2. По этому сигналу в первом такте измерения первая пара противоположных электродов датчика Холла 1 через переключатель 2 подключается к синхронному детектору 4, вторая пара противоположных электродов датчика Холла 1 через переключатель 2 подключается к источнику 3 питания. Во втором такте первая пара противоположных электродов датчика Холла 1 через переключатель 2 подключается к источнику 3 питания, а вторая пара противоположных электродов датчика - к синхронному детектору 4. При таком подключении

f/i ±/x+t/« , U2 ±ix-UH3 , где lx - ЭДС Холла;

L/нз- напряжение неэквипотенциальнос- ти;

Ј/.

и Ц - выходные напряжения датчика Холла после переключателя в первом и втором тактах.

Сигнал, поступающий на запускающий вход преобразователя 5 напряжение - временной интервал. По этому сигналу начинается преобразование аналогового входного сигнала в пропорциональное число импульсов.

Сигнал, поступающий на управляющий вход элементов И 8 и 11. По этому сигналу происходит срабатывание этих элементов.

Сигнал, поступающий на установочный нулевой вход реверсивного счетчика 7, установочный нулевой вход дополнительного счетчика 14, нулевой вход триггера 10 и установочный вход блока 12 управления линеаризации.

Сигнал, поступающий на управляющий вход двоично-десятичного дешифратора 15. По этому сигналу производится считывание результата измерения цифровым индикатором 16 после второго такта измерения.

Для выделения сигналов первого и второго тактов и сигнала, изменяющего состояние триггера 20 реверса после двух тактов изме- рения, необходимых для работы блока 25 управления операцией, дешифратор 19 формирует соответствующие управляющие сигналы.

К изменяющимся управляющим сигналам относится сигнал, поступающий на вход реверса реверсивного счетчика 7, изменяющий направление счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте измерения и при переписи кода из реверсивного счетчика 7 в дополнительный счетчик 14 и формируемый блоком 25 управления операцией по сигналам, поступающим на его входы.

Измеритель работает следующим образом.

В первом такте реверсивный счетчик 7 всегда работает на сложение, направление счета в реверсивном счет.чике 7 во втором такте зависит от следующих условий работы.

При |, +B или -В на вход реверса реверсивного счетчика 7 поступает управляющий сиглал, который не изменяет направления счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте, т. е. реверсивный счетчик 7 в оба такта работает на сложение.

При lx.UHa и -В на вход реверса реверсивного счетчика 7 поступает управляющий сигнал, который дважды изменяет направление счета в реверсивном счетчике 7, т. е. реверсивный счетчик 7 в первом такте работает на сложение, а во втором сначала работает на вычитание, а потом на сложение.

На сложение он начинает работать в тот момент, когда код в реверсивном счетчике 7 станет равным нулю (на входе блока 9 управления) .

При переписи кода из реверсивного счетчика 7 в дополнительный счетчик 14 реверсивный счетчик 7 работает на вычитание.

Условие |/, и 4,j/UH3 i определяется блоком 25 управления операцией по сигналу на выходе синхронного детектора 4 в обоих тактах измерения.

При полярность выходного сигнала синхронного детектора 4 в обоих тактах измерения одинакова: («-, «-) при и («+, «+) при -В. При одинаковых полярностях выходного сигнала синхронного детектора 4 в обоих тактах блок 25 управления операцией во втором i акте не вырабатывает управляющий сигнал, изменяющий направление счета в реверсивном счетчике 7.

При lx,UHi полярность выходных сигналов синхронного детектора 4 независимо от направления магнитной индукции + # или -В в обоих тактах будет («-, « + ). При изменении полярности выходного сигнала синхронного детектора 4 с «- в первом такте на «-(- во втором такте блок 25 управления операцией изменяет направление счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте измерения.

При условии ,3 и -В блок 25 управления операцией дважды изменяет направление счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте измерения. Сначала блок 25 управления операцией по полярности выходных сигналов синхронного детектора 4 в обоих тактах измерения изменяет направление счета в реверсивном счетчике 7. Во втором такте он работает на вычитание. Когда число в реверсивном счетчике 7 станет равным нулю, блок 25 управления операцией снова изменяет направление счета в реверсивном счетчике 7. Он начинает работать на сложение.

Работа предлагаемого измерителя происходит в три такта измерения. В первых двух тактах происходит измерение выходных сигналов датчика Холла 1 с противоположных пар электродов, а в третьем такте осуществляется линеаризация результата измерения.

Сигналом начальной установки, поступающим с выхода блока управления, в нулевое состояние устанавливаются реверсивный счетчик 7, триггер 10, дополнительный счетчик 14, блок 12 управления линеаризации и триггеры 21 и 20. С выхода блока 9 управления на шину реверса реверсивного счетчика 7 поступает такой управляемый сигнал, по которому реверсивный счетчик 7 работает на сложение.

В первом такте измерения выходной сигнал датчика Холла 1 ( - Инз - Такое значение выходного сигнала датчика Холла 1 обусловлено тем, что управляющий сигнал на выходе блока 9 управления всегда в первом такте подключает первую пару противоположных электродов датчика Холла 1 к входу синхронного детектора 4, а че- рез вторую пару противоположных электродов датчика Холла 1 протекает ток от источника 3 питания.

Выходной сигнал датчика Холла 1 U + через переключатель 2 и синхронный детектор 4 поступает на преобразователь 5 напряжение - временной интервал. Результат преобразования в виде импульсов поступает через элемент ИЛИ 6 на реверсивный счетчик 7, считающий в прямом направлении IX±UH} .

В конце первого такта измерения блок 9 управления коммутирует переключатель 2. Во втором такте измерения выходной сигнал датчика Холла 1 С/2 1±/ +Ј//« I- Это напряжение поступает через синхронный детектор 4 на преобразователь 5 напряжение - временной интервалу которого напряжение U , преобразованное в число импульсов, поступает через элемент ИЛИ 6 на реверсивный счетчик 7: x lx±Un3 реверсивном счетчике 7 в зависимости от соотношения 1Х и Унэ производится суммирование или вычитание результатов кодирования двух тактов. Информация о виде операции во втором такте выделяется с помощью синхронного детектора 4. Блок 25 управления операцией в зависимости от состояния синхронного детектора 4 в обоих тактах измерения выдает определенный командный сигнал на реверсивный счетчик 7. Когда |/v Инз 1г производится суммирование результатов кодирования двух тактов, а при .ча1 - их вычитание.

Пусть +В, U - lx-Uai, U2 - lx+U, . В первом такте выходной сигнал синхронного детектора 4 (фиг. 2) отрицательный и является запрещающим для элементов И 22 is 23. При поступлении управ- тющего сигнала с выхода на элемент И 22 он не срабатывает, поскольку на его второй вход поступает запрещающий потенциал с выхода синхронного детектора 4. Таким образом, состояние триггера 21 не изменяет ся, и он выдает разрешающий потенциал на элемент И 23. При поступлении управляющего сигнала с выхода во втором такте измерения элемент И 23 не срабатывает, поскольку во втором такте измерения на него с выхода синхронного детектора 4 поступает запрещающий потенциал. Поэтому во втором такте измерения состояние триггера 20 не изменяется и реверсивный счетчик 7 во втором такте работает на сложение.

В результате в реверсивном счетчике 7 после второго такта находится суммарный результат, пропорциональный ЭДС Холла:

A Ј. Vi + .. + Mw |/с,/о+|/ -UHi K.K..

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Пусть + В, и; . , В первом такте выходной сигнал, синхронного детектора 4 (фиг. 2) отрицательный и является запрещающим для элементов И 22 и 23. При поступлении управляющего сигнала с выхода на элемент И 22 он не срабатывает, поскольку на его второй вход поступает запрещающий потенциал с выхода синхронного детектора 4. Таким образом, состояние триггера 21 не изменяется, и он выдает разрешающий потенциал на элемент И 23. При поступлении управляющего сигнала с выхода во втором такте измерения элемент И 23 срабатывает, поскольку во втором такте измерения не поступает разрешающий потенциал с выхода синхронного детектора 4. Выходной сигнал элемента И 23 поступает на счетный вход триггера 20 и изменяет его состояние. Поэтому во втором такте реверсивный счетчик 7 работает на вычитание.

В результате в реверсивном счетчике 7 после второго такта находится суммарный результат, пропорциональный ЭДС Холла:

, VH3 /CiK2- UHэ-l K K2 2I K,Lx.

Пусть -В, Ui + l,-Uns, U2 + lx+ , I. В первом такте выходной сигнал синхронного детектора 4 (фиг. 2) положительный и является разрешающим для элементов И 22 и 23. При поступлении управляющего сигнала на элемент И 22 он срабатывает и выдает сигнал на единичный вход триггера 21. Триггер 21 переходит в единичное состояние и выдает запрещающий потенциал на элемент И 23. При поступлении управляющего сигнала во втором такте измерения элемент И 23 не срабатывает, поскольку на него поступает запрещающий потенциал с триггера 21. Поэтому во втором такте измерения состояние триггера 20 не изменяется, и реверсивный счетчик 7 во втором такте работает на сложение.

В результате в реверсивном счетчике 7 после второго такта находится суммарный результат, пропорциональный ЭДС Холла:

Afe-..V, + #2 /A-Uw 1К,К2+

+ , |K,K2 2/CiK2/r. Пусть -В, Ul lx-Uff3, U2 lx+U«;,, (/, .Инэ. В первом такте выходной сигнал синхронного детектора 4 (фиг. 2) отрицательный и является запрещающим для элементов И 22 и 23. При поступлении управляющего сигнала с выхода на элемент И 22 он не срабатывает, поскольку на его второй вход поступает запрещающий потенциал с выхода синхронного детектора 4. Таким образом, состояние триггера 21 не изменяется и он выдает разрешающий потенциал на элемент И 23. При поступлении управляющего сигнала во втором такте измерения элемент И 23 срабатывает, поскольку во втором такте измерения на него поступает разрешающий потенциал с выхода синхрон

ного детектора 4. Выходной сигнал элемента И 23 поступает на счетный вход триггера 20 и изменяет его состояние. Поэтому во втором такте измерения реверсивный счетчик 7 сигнала работает на вычитание.

Когда число в реверсивном счетчике 7 станет равным нулю, срабатывает элемент И 24, на вход которого поступает код реверсивного счетчика 7. Выходной сигнал элемента И 24 во втором такте измерения поступает на нулевой вход триггера 20 и переводит его в нулевое состояние. Поэтому реверсивный счетчик 7 начинает работать на сложение.

В результате после второго такта в реверсивном счетчике 7 находится суммарный результат, пропорциональный ЭДС Холла:

+ -/r+2/,|

К,,|+2/С,К2|/х1;

,-K,/Gltfe -М+2Я,К2|/,|

-I -KtK3 Ur9 -Ц +

+ 2KlK2 l,2KtK2lx.

Блок линеаризации осуществляет коррекцию нелинейности характеристики датчика Холла, функция коррекции которого имеет три участка линеаризации, которые обеспечивают заданную точность измерения. Границы участков линеаризации AI и Л2 (/V| и N-2 - количество импульсов, пропорциональное измеряемой магнитной индукции) выбраны таким образом, чтобы на первом участке линеаризации (0. У,Л;:), где производится добавление импульсов в число- импульсный код преобразователя 5 напряжение - временной интервал, к каждой группе из п последовательных импульсов добавляется один импульс. На втором участке линеаризации (,Л 2) выходной число-импульсный код преобразователя 5 напряжение - временной интервал не изменяется. На третьем участке (,), где производится вычитание импульсов из число-импульсного кода преобразователя 5 напряжение - временной интервал, в каждой группе из п последовательных импульсов вычитается один импульс.

Формула изобретения

1. Цифровой измеритель магнитной ин- дукции, содержащий последовательно соединенные датчик Холла, переключатель, синхронный детектор и преобразователь напряжение - временной интервал, а также реверсивный счетчик, блок управления линеаризацией, логический блок добавления и вы- читания импульсов, двоично-десятичный дешифратор и цифровой индикатор, выход двоично-десятичного дешифратора соединен с цифровым индикатором, счетный вход блока управления линеаризацией соединен со счетным входом логического блока добавления и вычитания импульсов, вход добавления импульсов и вход вычитания импульсов логического блока добавления и вычита

0

5

5

5 0

0

5

0

ния импульсов соответственно соединены с соответствующими выходами блока управления линеаризацией, установочный вход блока управления линеаризацией соединен с установочными входами реверсивного счетчика, источник питания соединен с переключателем, а управляющий выход источника питания - с управляющим входом синхронного детектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены дополнительный счетчик, два элемента И, триггер, блок управления и элемент ИЛИ, включенный между выходом счетных импульсов преобразователя напряжение - временной интервал и счетным входом реверсивного счетчика, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой выходы блока управления соответственно соединены с управляющим входом переключателя, запускающим входом преобразователя напряжение - временной интервал, первыми входами первого и второго элементов И, с нулевыми входами реверсивного счетчика и первого триггера, с управляющим входом двоично-десятичного дешифратора, с входом реверса реверсивного счетчика, первый и второй входы блока управления соответственно соединены с выходом синхронного детектора и выходом реверсивного счетчика, выход тактовых импульсов преобразователя напряжение - временной интервал соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ и счетным входом логического блока добавления и вычитания импульсов, третий вход первого элемента И соединен с выходом первого триггера, единичный вход которого соединен с выходом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, управляющий вход блока управления линеаризацией соединен с выходом дополнительного счетчика, нулевой вход дополнительного счетчика соединен с нулевым входом реверсивного счетчика, а счетный вход дополнительного счетчика соединен с выходом логического блока добавления и вычитания импульсов.

2. Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что блок управления выполнен в виде генератора импульсов, счетчика, дешифратора и блока управления операцией, включающего триггер реверса, триггер и три элемента И, при этом генератор импульсов через счетчик соединен с входом дешифратора, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой выходы которого соответственно соединены с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым выходами блока управления, с единичным входом триггера реверса, с первыми входами первого и второго элементов И, с первым входом третьего элемента И, четвертый выход дешифратора соединен с первым нулевым входом триггера реверса и нулевым входом триггера, единицный вход которого соединен с выходом третьего элемента И, второй вход которого соединен с первым входом блока управления, вторым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с выходом триггера, выход второго элемента И соединен со счетным

входом триггера реверса, выход которого соединен с шестым выходом блока управления, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с вторым нулевым входом триггера реверса.

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне постоянных магнитных полей. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет коррекции суммарного результата двух тактов измерения. Достигается это введением счетчика 14, элементов И 8, 11, блока 9 управления, элемента 6. Устройство также содержит датчик Холла 1, переключатель 2, источник питания 3, синхронный детектор 4, преобразователь 5 напряжение - временной интервал, реверсивный счетчик 7, блок 12 управления линеаризацией, логический блок 13 добавления и вычитания импульсов, двоично-десятичный дешифратор 16, цифровой индикатор 16. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Фиг. 2