Измеритель мгновенных значений магнитных полей с помощью датчиков Холла Советский патент 1991 года по МПК G01R33/07 

Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для измерения мгновенных значений переменно-импульсных и постоянных магнитных полей, например, в ускорителях заряженных частиц с помощью датчика Холла (ДХ). питаемого повышенным импульсным током.

Цель изобретения - повышение быстродействия измерителя мгновенных значений магнитных полей.

На фиг. 1 представлена схема измерителя; на фиг. 2 - эпюры измеряемого импульса и реакции цепи обратной связи на выходной сигнал.

Измеритель содержит источник 1 ис- пульсного тока и строб-импульса, датчик Холла 2, регистратор (АЦП) 3; источник 4 опорного напряжения, операционные усилителя (ОУ) 5, 6 и 7, линию 8 задержки, операционный усилитель 9, резисторы 10.

11 и 12, управляемый ключ 13, операционный усилитель 14 и резистрор 15.

Первый выход источника 1 импульсного тока соединен с входом датчика Холла 2, а выход ДХ подан на вход усилителя 5. Выход этого усилителя связан с входом усилителя

6,а выход последнего - с регистрлтором 3. Выход усилителя 6 через резистрор 15 соединен с неинаертирующим сходом усилителя

7,который через управляющий нормально разомкнутый ключ 13 соединен с инвертирующим входом усилителя 7 и выходом источника 4 опорного напряжения. Вход управления ключом 13 через усилитель 14 соединен с первым выходом источника 1 импульсного тока . Выход усилителя 7 через линию задержки на время т соединен с неинвертирующим входом усилителя 9. Инвертирующий вход усилителя 9 соединен с источником 4 опорного напряжения через рези(Л

С

сторы 10, 11 и 12. Выход усипнтелп 9 соедп- неи с инвертирующим входом усилителя 6.

Измеритель работает следующим обра зом.

При подаче импульсного точа питания с длительностью г от Спока 1 на датчик Холла 2 на выходе последнего возникает импульсный сигнал, пропорциональный измеряемому магнитному полю В Этот сигнал последовательно линейно преобразует в усилителях 5 и 6, а затем регистрируется в регистраторе 3 в момент поступления в него строб-импульса с длительностью 0,1 г п конечной фазе измерительною импульса (см. фиг. 2). Регистратор 3 представляет собой АЦП и завершает измерительным данного устройства. Внешние нанодки и дрейф о измерительном кэнпле нызыпяют соответствующую погрешность измерения. Чтобы значительно снизить эту погреи- ность, в измерителе реализована широкополосная задержанная отрицательная обратная связь. Сигнал с выхода усилителя б сравнивается с опорным выходным напряжением источника 4, а их разница,усиленная в ОУ 7, задерживается на время г в линии 8 задержки, а затем последовательно усиливается в ОУ 9 и 6. В результате онз так воздейсгьурт на вход регистраторе) 3, что на нем непрерывно поддерживается смещение, равное по величине опорному напряжению с выхода источника 4. Обратная связь является широкополостной. Например, при т 4 мкс возможно реализовать полосу частот 0-10 кГц. В итоге наводки и дрейф, возникающие в измерительном канале, подавляются н,ч выходе соответственно полосе частот в 1GOO раз на постоянном токе и LJ 10 раз на 10 кГц. Обеспечение устойчивости этой системы авторе уг.ирова- ния, включающей элемент задержки, требует введения о усилжель обритой связи инерционных элементов, в частности конденсаторов.

На рабочий сигнал измерительного канала цепь обратной связи не действует, так как сигнал обратной связи задержан на время длительности измеряемого импульса г.

Однако, после окончания рабочего импульса па выходе (фиг, 2) возникает сигнал реакции цепи обратной связи на появление на выходе ОУ 6 измерительного импульса с амплитудой до 5 В. Последний приводит к перезарядке имеющихся в цепи обратной связи конденсаторов, корректирующих полосу пропускания усилителей 7 и 9, что в результате приводит к появлению на выходе ОУ 6 после окончания измеряемого импульса (фиг 2) сиппла противоположной

полярности с линейно нарасмдющим передним Фронтом в пределах времени т. Начало заднего фронта этою сигнала, амплитуда которого может достигать нескольких вольт.

соотие1ствует аремени когда измеряемый импульс на выходе ОУ б закончился. С этого момента идет процесс обратной перезарядки корректирующих конденсаторов в цепи обратной связи. Постоянная времени этого

O процесса для, например, указанного случая превышает 10 мкс и, следовательно, хвост этого изменения в смещении на входе регистратора будет существенно повышать погрешность регистрации измеряемого имГ пульса, если он появится после предыдущего в пределах до 8 10 постоянных времени спада импульса реакции цепи обратной связи, т.е. измеритель имеет как Ом мер)вое время (до 80 100 мкс), ко(да регистрация

0 измеряемого поля с нормируемой малой по- | :ешностью невозможна.

В связи с этим на входе цепи обратной соязи между выходом ОУ б и неинвертирующим входом ОУ 7 включен дополнительный

5 рс-зистрор 15, а дифференциальный вход ОУ 7 зашунтирован нормально разомкнутым управляемым ключом 13. Ключ замыкается. когда на ею вход поступает через нормирующий ОУ 14 импульс с выхода источника

0 импульсного тока питания датчика Холла, т.о i.pi i появлении измеряемого сигнала на регистратора 3 благодаря делителю напряжения на резисюре 15 и остаючным сопротивлением ключа в замкнутом состояF нии на охо/г, цепи обратной связи попадет практически более чем на порядок меньший сигнал по сравнению с прототипом.

В результат на усипители 7 и 9 цепи обратной связи нет влияния со стороны из0 меряемого импульса, нет процесса перезарядки корректирующих конденсаторов и нет импульса реакции цепи обратной связи непосредственно после окончания рабочего сигнала. Поскольку потенциалы точек схе5 мы, коюрыс замыкает ключ 13. близки друг другу в отсутствие измеряемою сигнала, то рпбота ключа 13 не вызывает каких-либо дополнительных влияний.

Усилитель 14 формирует сигнал управ0 лония ключом 13 от импульса датчика Холла, который равен нескольким вольтам, т.е. напрямую недостаточен для срабатывания ключа 13, кроме того ОУ 14 обеспечивает изоляцию цепи питания дат5 Ч1 к,ч Холла от цепи управления ключом. Форму/I а изобретения Измеритель мгновенных значений магнитных полей с помощью датчиков Холл по л пт. CD rv 530291, о г л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия из

мерителя, в него дополнительно введены операционный усилитель, ключ и резистор, причем вход операционного усилителя подключен к выходу источника импульсного тоинвертирующим входом третьего операционного усилителя канала обратной связи, а второй - с инвертирующим входом того же усилителя и в первым выводом дополни

Изобретение относится к технике магнитных измерений и предназначено для измерения мгновенных значений переменно-импульсных и постоянных магнитных полей, например, в ускорителях заряженных частице помощью датчика Холлэ питаемого повышенным импульсным током. Цель изобретения - повышение быстродействия измерителя мгновенных значений магнитных полей - достигается введением операционного усилителя 14, ключа 13 и резистора 15. Устройство также содержит источник 1 импульсного тока, датчик Холла 2, регистратор 3, источник опорного напряжения 4, операционные усилители 5, 6, 7, линию задержки 8, операционный усилитель 9. резисторы 10, 11, 12.2 ил.

ка, а выход - к управляющему входу ключа, 5 тельного резистора, второй вывод которого один из контактов которого соединен с вы- подключен к входу регистратора и выходу

ходом источника опорного напряжении и

второго операционного усилителя.