Цифровой измеритель магнитной индукции Советский патент 1992 года по МПК G01R33/07 

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже приведена блок-схема цифрового измерителя.

Измеритель магнитной индукции состоит из датчика Холла 1, переключателя 2, источника 3 питания, синхронного детектора 4, преобразователя 5 напряжение - число импульсов, фазочувствительного элемента 6, триггера 7, реверсивного счетчика 8,блока 9 управления, дополнительно го счетчика 10, элемента И 11. триггера 12, автоматического переключателя 13, резистора 14, двоично-десятичного дешифратора 15 и цифрового индикатора 16.

Токовые электроды датчика Холла 1 соединены с первыми входами переключателя 2. Потенциальные электроды датчика Холла 1 соединены с вторь1ми входами переключателя 2, третьи входы переключателя 2 соединены с выходами источника 3 питания. Выходы переключателя 2 соединены с измерительным входом синхронного детектора 4. Управляющий вход переключателя 2 соединен с первым выходом блока 9 управления;

Управляющий вход синхронного детектора 4 соединен с управляющим входом фазочувствительного элемента б и управляющим входом источника 3 питания. Измерительный вход синхронного детектора 4 соединен с измерительным входом фазочувствительного элемента 6. Выход синхронного детектора 4 соединен с первым входом преобразователя 5 напряжение - число импульсов.

Второй вход преобразователя 5 напряжение - число импульсов соединен с вторым выходом блока 9 управления. Выход преобразователя 5 напряжение -число импульсов соединено перыми входами реверсивного счетчика 8 и счетчика 10.

Выход фазочувствительного элемента 6 соединен с первым входом блока 9 управления. Нулевой вход триггера 7 соединен с нулевым входом дополнительного счетчика 10 и шестым выходом блока 9 управления. Единичный вход триггера 7 соединен с выходом дополнительного счетчика 10. Выход триггера 7 соединен с первым входом элемента И 11.

Второй вход реверсивного счетчика 8 соединен с третьим выходом блока 9 управления. Выход (параллельный код) реверсивного счетчика 8 соединен с первым входом двоично-десятичного дешифратора 15 и вторым входом блока 9 управления. Четвертый выход блока 9 управления соединен с третьим входом счетчика 8. Пятый выход блока 9 управления соединен с вторым входом двоично-десятичного дешифратора 15, Седьмой выход блока 9 управления соединен с вторым входом элемента И 11. Выход генератора 17 импульсов соединен с входом счетчика 18, выход которого (параллельный код) соединен с входом дешифратора 19, выходы которого с первого по восьмой соответственно соединены с первым, вторым,

третьим, пятым, шестым и седьмым выходами блока 9 управления, с первым входом элемента И 20, с первыми входами элементов И 21, 22. Вторые входы элементов И 20, 21 соединены с первым входом блока 9 управления..Выход элемента И 20 соединен с единичным входом триггера 23, нулевой вход которого соединен с первым нулевым входом триггера 24, третьим выходом дешифратора 19. Выход триггера 23 соединен

с третьим входом элемента И 21, выход которого соединен со счетным входом триггера 24. Выход триггера 24 соединен с четвертым выходом блока 9-управления. Второй нулевой вход триггера 24 соединен

с выходом элемента И 22, второй вход которого (параллельный код) соединен с вторым вхдом блока 9 управления. Выход триггера 12 соединен с управляющим входом автоматического переключателя 13. Первый и второй выходы переключателя- 13 через резистор 14 подключены между токовым и потенциальным электродами датчика Холла 1; Выход двоично-десятичного дешифратора 15 соединен с цифровым индикатором 16.,

Работа устройства происходит в два такта измерения, Перед началом измерения по сигналу с третьего выхода блока 9 управления в нулевое состояние устанавливается реверсивный счетчик 8. Кроме того, по этому же сигналу в нулевое состояние устанавливаются триггеры 23 и 24. По сигналу, поступающему с шестого выхода блока 9

управления, в нулевое состояние устанавливаются дополнительный счетчик 10 и триггер 7. С четвертого выхода блока 9 управления поступает сигнал на шину ре-; верса реверсивного счетчика 8, по которому

он работает на сложение. Триггер 23 выдает разрешающий потенциал на элемент И 21. По сигналу с первого выхода блока 9 управления переключатель 2 устанавливается в такое положение, что при положительном направлении магнитной индукции выходное напряжение датчика Холла 1 в первый TiaKT измерения

Ui (+ex+UH3).

где вх - ЭДС Холла;

Унэ напряжение неэквипотенциальности.

Такое значение выходного сигнала датчика Холла 1 обусловлено тем,.что управляющий сигнал на первом выходе блока 9 управления подключает первую пару проти; воположных электродов датчика Холла 1 к синхронному детектору 4, а через вторую пару противоположных электродов датчика Холла 1 протекает ток от источника 3 питания. Выходной сигнал датчика Холла 1Ui -(±ех + инэ) поступает через переключатель 2 и синхронный детектор 4 на преобразователь 5 напряжение - число импульсов. Результат преобразования в виде импульсов поступает на реверсивный счетчик 8, считывающий в прямом направлении, и дополнительный счетчик 10

Ni KiK2(ex ±инэ),

где KI - коэффициент преобразования синхронного детектора;

К2 - коэффициент преобразования преобразователя напряжение - число импуль.сов.

В конце первого такта измерения блок 9 управления сигналом, поступающим с первого выхода блока 9 управления, коммутирует переключатель 2.

Во втором такте измерения выходной сигнал датчика Холла 1 будет N2 (± ех - UHS). Это напряжение через переключатель 2 и синхронный детектор 4 поступает на преобразоватеь 5 напряжение - число импульсов. Результат преобразования в виде последовательности импульсов поступает на реверсивный счетчик 8 и дополнительный счетчик 10.

В зависимости от условия I ех I I инэ I или I ех I I Унэ I в реверсивном счетчике 8 осуществляется суммирование или вычитание результатов кодирования двух тактов. Информация о виде операции во втором такте выделяется с помои ю фазочувствительного элемента 6 и блока 9 управления.

Блок 9 управления в зависимости от полярности сигналов на выходе фазочувствительного элемента 6 в оба такта измерения выдает определенный командный сигнал на вход реверса реверсивного счетчика 8,

Когда I ех I i Онэ I, в регерсивном счетчике 8 осуществляется суммирование

результатов измерения двух тактов, при I ёх I I Унз I-их вычитание.

При I ех1 J Онэ 1 и выходные сигналы датчика Холла 1 будут Ui I ех + UHS « 5 U2 I ех - инэ I.

В первый такт измерения сигнал на выходе фазочувствительного элемента 6 отрицательной полярности является запрещающим для элементов И 20, 21. По-.

0 этому управляющие сигналы блока 9 управления не проходят череэ элементы И 20, 21 в течение первого такта. Во втором такте сигнал на выходе фаэочувствительного э7|емента 6 отрицательной полярности

5 будет запрещающим для элементов И 20, 21.

Поэтому при поступлении управляющего сигнала с дешифратора 19 элемент И 20 не срабатывает и, следовательно, не изменяется состояние триггера 23. Хотя на второй вход элемента И 21 поступает разрешающий потенциал с триггера 23, во втором такте при поступлении управляющего сигнала с дешифратора 19 элемент И 21

5 не срабатывает из-за наличия запрещающего потенциала на его первом входе с выхода фазочувствительного элемента 6.

Поэтому блок 9 управления не изменяет свой выходной сигнал на четвертом выходе,

0 реверсивный счетчик 8 во втором такте будет работать на сложение. В результате во втором такте реверсивный счетчик 8 зафиксирует нисло импульсов, пропорциональное ЭДС Холла ех.

5.

NJ. NI + N2 KiK2 I ех + инэ I + KiK2 I ех -UH3l 2KiK2iexl 2KiK2ex. .

При I Вх I I UHSJ и рыходные сиг0 налы датчика Холла 1 будут Ui I ех + UHS I,

U2 I ех - Уна I, где В - магнитная индукция;

Во втором такте сигнал на выходе фазочувствительного элемента. 6 будет разре5 тающим для элемента И 21.На второй вход элемента И 21 поступает разрешающий потенциал с триггера 23, который в lepaoM такте не изменяет своего состояния.

При поступлении во втором такте управляющего сигнала на третий вход элемента И 21 с дешифратора 19 элемент И 21 срабатывает и выдает сигнал на счетный вход триг- . гера 24 реверса. Триггер 24 реверса срабатывает и переходит в единичное состояние.: .

Таким образом, блок 9 управления изменяет свой выходной потенциал на четвертом выходе, поэтому во втором такте реверсивный счетчик 8 будет работать на вычитание.

N Ni - N2 KiK2 I ex-UHS - KiK2 I инэ-exl 2KiK2lexl KiK2ex.

При равенстве ЭДС Холла напряжению неэквипотенциальности ex. UH3i на вход дополнительного счетчика 10 во второй такт измерения поступает такое число импульсов, что с его выхода не поступает управляющий сигнал на единичный вход триггера 7.; Поэтому триггер 7 не изменяет свое состояние и выдает во втором такте измерения разрешающий потенциал на элемент И .11.После поступления на другой вход элемента И 11 во втором такте управляющего сигнала блока 9 управления элемент И 11 срабатывает и выдает сигнал на счетный вход триггера 12. Последний переходит в другое состояние и выдает сигнал на управляющий вход автоматического переключателя 13.

При этом к токовому и потенциальному электродам датчика Холла 1 подключается резистор 14, что приводит к изменению напряжения неэквипотенциальности UHSI- инэ2,/инэ2/ /ех/. .

Дальнейшая работа устройства в первый и второй такты ничем не отличается от описанной ранее.

Такой режим работы будет продолжаться до тех пор, пока напряжение неэквипог тенциальности инэ2.не станет равным ЭДС Холла еж.

ех инэ2.

В этом случае во втором такте срабатывает триггер 12 и изменяет состояние переключателя 13, что приводит к отключению резистора 14 от токового и потенциального электродов датчика Холла 1, что приводит к изменению напряжения неэквипотенциальности, т.е. Оно становится равном первоначальному инэ2 - UHSI.

При /ех/ /имэ/ и выходные сигналы датчика Холла 1 будут Ui /-ex + Кнэ/1 2 /-ex -инэ/.

В первом такте сигнал на выходе фазочувствительного элемента является разрешающим для элементов 20, 21. При поступлении управляющего сигнала с дешифратора 19 в первом такте элемент И 20 срабатывает и выдает сигнал на вход триггера 23. Триггер 23 срабатывает, переходит в единичное состояние и выдает запрещающий потенциал на второй вход элемента И 21. Поэтому во втором такте элемент И 21 при поступлении управлжрщего сигнала на третий вход элемента И 21 с дешифратора не срабатывает, хотя на его вход поступает разрешающий потенциал положительной полярности с выхода фазочувствительного элемента в.

Таким образом, во втором такте блок 9 управления не изменяет потенциал на четг вертом выходе и реверсивный счетчик 8-во втором такте будет работать на сложение

N NI + N2 KiK2/ex + инэ/ + KiK2/ex -UH3/ 2KiK2/ex/ 2KiK2ex

При /ex/ /Унз/ В выходные сигналы датчика Холла будут Ui /-ex + Унз/, U2 /-ex-инэ/.

Во втором такте сигнал на выходе фазочувствительного элемента 6 положительной

полярности будет разрешающим для элементов И 20, 21; на вход элемента И 21 поступает разрешающий потенциал с триггера 23, который в первом такте не изменяет своего состояния. Сигнал с выхода фазочув ствительного элемента 6 отрицательной полярности является запрещающим для элемента И 20.

При поступлении управляющего сигнала во втором такте с дешифратора 19 на третий вход элемента 21 последний срабатывает и выдает сигнал на счетный вход триггера 24 реверса. Триггер 24 реверса срабатывает и переходит в единичное состояние.

Таким образом, блок 9 управления изменяет свой выходной сигнал на четвертом выходе, Поэтому во втором такте реверсивный счетчик 8 будет работать на вычитание. Когда число в реверсивном счетчике 8 во втором такте станет1равным нулю, срабатывает элемент И 22. Элемент И 22 выдает сигнал на второй нулевой вход триггера 24 реверса. Триггер 24 реверса переходит в единичное состояние и изменяет свой выходной си гнал на четвертом выходе.

Таким образом, блок 9 управления во втором такте второй раз изменяет, направ-; ление счета в реверсивном счетчике 8, т.е. реверсивный счетчик 8 начинает работать на сложение..

В результате после второго такта реверсивный счётчик 8 зафиксирует число импульсов, пропорциональное ЭДС Холла ех

N2 KlK2 Г ех + инэ I KiK2 I ех + и„э -,

- ех + ех I KiK2 I Онэ - ех I + 2KiK2 lex I N2 + N2., ,/

NS. Ni - N2 + N2 KiK2 I Онэ - ex J - KiK2 I UHS - ex I + 2KiK2 ex 2KiK2 I ex I 2KiK2 ex.

При равенстве ЭДС Холла напряжению неэквипотенциальности ех на ekoA дополнительного счётчика 10 в первый такт измерения поступает такое число импульсов, что с его выхода не поступает управляющий сигнал на единичный триггера 7

Поэтому триггер 7 не изменяет своего состояния и выдает в первом такте измерения разрешающий потенциал на элемент И 11. После поступления на другой вхоД элемента И 11в первом такте управляющего сигнала блрка 9 элемент И 11 срабатывает и выдает сигнал на счетный вход триггера 12. Последний переходит в другое состояние и выдают сигнал на управляющий вход автоматического переключателя 13.

При этом к токовому и потенциальному электродам датчика Холла 1 подключается резистор 14, что приводит к изменению напряжения неэквиг1отенциальности Онэ - инэ2/инэ2/ /ех/.

Дальнейшая работа устройства а первый и второй такты, измерения ничем не отличается от ранее описанной,

Такой режим работы будет соблюдаться при изменении ех до тех пор, пока направление неэквипотенциальности инэ2 не станет равным ЭДС Холла ех ех инэ2

В этом случае в первом такте измерения срабатывает триггер 12 и изменяет состояниа переключателя 13, что приводит к отключению резистора 14 от токового и потенциального электродов датчика Холла 1, что приводит к уменьшению напряжения неэквипотенциальности, т.е. оно станет равным первоначальному

инэ2- инэ1 « ех

Дальнейшая работа устройства ничем не отличается от описанной ранее.

Результат измерения, хранящийся в реверсивном счетчике 8 считается двоично-десятичным дешифратором 15 и цифровым индикатором 16.

Формулаизобретения Цифровой измеритель магнитной индукции по авт.св. Ms 1390584, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены автоматический переключатель, резистор, дополнительный счетчик, два триггера, элемент И. фазочувствительный элемент и двоично-десятичный дешифратор, при этом управляющий выход источника питаний соединен с управляющим входом фазочувствительного элемента, выход которого соединен с первым входом блока управления, счетный вход реверсивного счетчика через дополнительный счетчик подключен к единичному входу первого триггера, выход которого через первьгй элемент И и второй триггер соединен с управляющим входом автоматического переключат1вля, первый выход которого через резистор соединен с токовым электродом датчика Холла, потенциальный электрод которого соединен с вторым выходом автоматического переключателя, пятый, шестой и седьмой выходы блока управления соединены соответственно с управляющим входом двоично-десятичного дешифратора, нулевыми входами дополнительного счетчика и первого триггера, управляющим входом первого элемента И,, выход реверсивного счетчика через двоично-десятичный дешифратор подключен к входу цифрового индикатора, а сигнальный вход синхронного детектора соединен с сигнальным входом фазочувствительного элемента.