Цифровой измеритель магнитной индукции Советский патент 1992 года по МПК G01R33/00 

сл

с

Изобретение касается магнитных измерений и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей. Цель изобретения - повышение точности измерения. В измеритель вводят элемент ИЛИ 7, генератор 12 импульсов, счетчик 13, дешифратор 14, триггер 22 реверса, четыре триггера 23-26, шесть элементов И 16-21, элемент НЕ 15, второй реверсивный счетчик 27 и выключатель 11. Измеритель также содержит датчик Холла 1, переключатель 2, источник питания, синхронный детектор-4, преобразователь напряжение - число импульсов 5, фазочувствительный элемент 6, реверсивный счетчик 8, двоично-десятичный дешифратор 9, цифровой индикатор 10. Зил.

Изобретение относится к магнитным измерениям, может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей и является дополнительным к основному авт. св. № 367794.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг. 1 приведена функциональная схема измерителя магнитной индукции; на фиг. 2 - временные диаграммы переменного выходного сигнала датчика Холла после переключателя и после его преобразования в постоянный сигнал синхронным детектором; на фиг. 3 - временные диаграммы управляющих сигналов.

Измеритель магнитной индукции содер жит датчик Холла 1, переключатель 2, источник 3 питания, синхронный детектор 4, преобразователь Напряжение - число импульсов 5, фазоизветвительный элемент 6, элемент ИЛ И 7, реверсивный счетчик 8, двоично-десятичный дешифратор 9, цифровой индикатор 10, выключатель 11, генератор 12 импульсов, счетчик 13, дешифратор 14, элемент НЕ 15, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой элементы И 16 - 21, триггер 22 реверса, первый, второй, третий, четвертый триггеры 23-26, реверсивный счетчик 27.

Генератор 12 импульсов через счетчик 13 соединен с входом дешифратора 14, первый выход которого подключен к первому входу первого элемента И 16, второй выход- к первым входам второго 17 и третьего 18 элементов И, третий выход - к первым входам четвертого 19 и пятого 20 элементов И, четвертый выход - к управляющему входу двоично-десятичного дешифратора 9, пятый выход - к установочным входам первого 23

vj Ю О

о

00

сл

Ю

и второго 24 триггеров, запускающему входу преобразователя Напряжение - число импульсов 5 и установочному входу реверсивного счетчика 27, шестой выход - к установочным входам третьего 25 и четвертого 26 триггеров, установочному входу первого реверсивного счетчика 8 и первому нулевому входу триггера реверса 22, седьмой выход к управляющему входу переключателя 2, второй вход первого элемента И 16 и вход элемента НЕ 15 объединены и соединены с выходом фазочувствительного элемента б, первый счетный вход реверсивного счетчика 27 объединен с входом элемента ИЛИ 7 и соединен с выходом преобразователя Напряжение - число импульсов 5, выход которого подключен к первому входу шестого элемента И 21, вторые входы четвертого 19 и пятого 20 элементов И соединены с выходом четвертого триггера 26, единичный вход которого подключен к первому выходу реверсивного счетчика 27, второй выход которого через пятый элемент И 20 соединен с вторыми нулевыми входами третьего триггера 25 и триггера 22 реверса, а его третий нулевой вход подключен к выходу третьего элемента И 18, выход четвертого элемента И 19 соединен с единичными входами второго 24 и третьего 25 триггеров и счетным входом триггера реверса 22, единичный вход которого подключен к выходу второго элемента И 17, второй, третий и четвертый входы которого соответственно соединены с выходами первого 23 и второго 24 триггеров и элемента НЕ 15, первый выход треть- его триггера 25, через шестой элемент И 21 подключен к второму входу элемента ИЛИ 7 и второму счетному входу реверсивного счетчика 27, а второй выход - к второму входу реверса реверсивного счетчика 27, единичный вход первого триггера 23 соединен с ЁЫХОДОМ первого элемента И 16, второй вход третьего элемента И 18 подключен к выходу реверсивного счетчика 8, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 7, первый вход выключателя 11 соединен с общей шиной, а его второй вход с установочным входом счетчика 23, выход триггера реверса 22 подключен -к входу реверса первого реверсивного счетчика 8, выход триггера 26 соединен с вторыми входами элементов И 19, 20.

Устройство вырабатывает изменяющиеся и неизменяющиеся управляющие сигналы.

К изменяющимся управляющим сигналам относятся следующие сигналы.

а. Сигнал, поступающий на управляющий вход переключателя 2. По этому сигналу в первый такт измерения первая пара

противоположных электродов датчика Холла 1 через переключатель 2 подключается к синхронному детектору 4, а вторая пара противоположных электродов датчика 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 питания 3, а вторая пара противоположных электродов датчика - к синхронному детектору 4, При таком подключении:

Ui ±1х+инэ, U2 ±lx-UH3, 1Х - ЭДС Холла;

11нэ - напряжение неэквипотенциально- сти;

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

в.Сигнал, поступающий на установочный нулевой вход реверсивного счетчика 8. По этому сигналу реверсивный счетчик 8 устанавливается в исходное состояние.

г.Сигнал, поступающий на управляющий вход двоично-десятичного дешифратора 9. По этому сигналу производится считывание результата измерения цифровым индикатором 10 после второго такта измерения.

д.Для выделения сигналов первого и второго тактов и сигнала, формируемого после окончания измерительного процесса в оба такта измерения, дешифратор 14 формирует на своих первом, втором и третьем выходах соответствующие управляющие сигналы.

К изменяющимся управляющим сигналам относятся следующие сигналы.

а. Сигнал, поступающий на вход реверса реверсивного счетчика 8 и изменяющий направление счета в реверсивном счетчике 8 в зависимости от изменяющихся условий работы. В первом такте при t Ixi з 1)нэ реверсивный счетчик 8 всегда работает на сложение.

Направление счета в реверсивном счетчике 8 во втором такте зависит от следующих условий работы:

-при I 1Х 1-1 инэ1 :1 lxl lUH3l ,+ В или - В на вход реверса реверсивного счетчика 8 поступает управляющий сигнал, который не изменяет направление счета в реверсивном счетчике 8. т. е. реверсивный счетчик 8 в оба такта работает на сложение, где В - магнитная индукция;

-при I Ix I IUH3 I, Их I IUi I и + В на вход рёберса реверсивного счетчика 8 поступает управляющий сигнал, который изменяет направление счета в реверсивном счетчике 8, т. е. реверсивный счетчик 8 в первом такте работает на сложение, а во втором такте - на вычитание;

-при Их . иНэГ, I 1х1 инэи -иВна вход реверса реверсивного счетчика 8 поступает управляющий сигнал, который дважды изменяет направление счета в реверсивном счетчике 8, т. е. реверсивный счетчик 8 в первом такте работает на сложение, а во втором такте сигнал работает на вычитание, а потом - на сложение;

-при I 1Х1 Шнэ работа реверсивного счетчика 8 отличается от его работы при условии 1Х 9 Кнэ, в этом случае изменяется работа реверсивного счетчика 8 в первый такт измерения;

-при Г 1x1 1 UHS и - В на вход реверса реверсивного счетчика 8 поступает такой управляющий сигнал, при котором реверсивный счетчик 8 в первом такте сначала работает на сложение, а потом - на вычитание, во втором такте реверсивный счетчик 8 изменяет направление своего счета, т. е. работает на сложение;

-при | 1Х| « Шнэ и + в на вход реверса реверсивного счетчика 8 поступает такой управляющий сигнал, при котором реверсивный счетчик 8 в первом такте работает на сложение, во втором такте реверсивный счетчик 8 дважды изменяет направление счета;.

-при 11Х1 Шнэ ,1х т4 инэ полярность выходного сигнала фазочувствительного элемента в оба такта измерения одинаковая: (+,-) при - В и (-,-) при + В (фиг. 2ж, в). При одинаковых полярностях выходного сигнала фазочувствительного элемента 6 во втором такте направление счета в реверсивном счетчике 8 не меняется;

-при I |х| 11нэ. U инэ полярность выходных сигналов фазочувствительного элемента 6 независимо от.направления магнитной индукции - В В в оба такта будет (+, -) (фиг. 2д, к). При изменении полярности выходного сигнала фазочувст-. витёльного элемента 6 с - в первом такте на изменяется направление счета в реверсивном счетчике 8 во втором такте измерения;,

-при условии Их I 1)нэ , Их I «Унз и - В дважды изменяется направление счета в реверсивном счетчике 8 во втором такте измерения.

Сначала во втором такте он работает на вычитание. Когда число в реверсивном счетчике станет ра.вным нулю, он начинает работать на сложение.

б. Сигнал, поступающий через элемент ИЛИ 7 на счетный вход реверсивногр счет- чика 8 (счетные импульсы).

Эти импульсы, число которых пропорционально величине зоны нечувствительности, поступают на реверсивный счетчик 8, когда выходной сигнал датчика Холла 1 меньше величины зоны нечувствительности фазочувствительного элемента 6.

Таким образом,-из суммарного результата, хранящегося б реверсивном счетчике 8, исключается значение величины зоны не- чувствительности фазочувствительного элемента 6.

При Их I инэ,- В работа происходит следующим образом.

В первом такте реверсивный счетчик 8 работает на сложение.

Если окажется, что величина выходного сигнала датчика Холла 1 меньше величины зоны нечувствительности фазочувствительного элемента 6, то реверсивный счетчик 8 изменяет направление счета, т. е. он работает на вычитание.

На счетный вход реверсивного счетчика 8 через элемент ИЛИ 7 поступают счетные импульсы, число которых пропорционально выходному сигналу датчика Холла 1 в первый такт измерения, которые будут вычи- тать сяизчисла, хранящегося в реверсивном счетчике 8.

Во втором такте реверсивный счетчик 8 изменяет направление счета, т. е, реверсивный счетчик 8 во втором-такте работает на сложение.

При I 1Х I Шнэ, I + В работа происходит следующим образом. В первый такт реверсивный счетчик 8 работает на сложение.

Во второй такт в зависимости от выходных сигналов фазочувствительного элемента б в оба такта измерения триггер 22 выдает на реверс реверсивного счетчика 8 такой сигнал, который или изменяет направление счета в реверсивном счетчике 8 или направление счета в реверсивном счетчике 8 остается прежним. В первом случае реверсивный счетчик 8 работает на вычитание, а во втором - на сложение.

Поскольку выходной сигнал датчика Холла 1 меньше величины зоны нечувстви- тёльности фазочувствительного элемента 6, то в конце второго такта измерения триггер 22 выдает на реверс реверсивного счетчика 8 сигнал, который изменяет направление счета в реверсивном счетчике 8.

На счетный вход реверсивного счетчика 8 через элемент ИЛИ 7 поступают счетные импульсы, число которых пропорционально выходному сигналу датчика Холла 1 во второй такт измерения.

Работа предлагаемого устройства происходит в два такта измерения.

Сигналом начальной установки, поступающим с пятого выхода дешифратора 14 в нулевое состояние, устанавливается реверсивный счетчик 8. Сигналом, поступающим с пятого выхода дешифратора 14 в нулевое состояние, устанавливаются триггеры 22, 23,24.

По сигналу, поступающему с шестого выхода дешифратора 14 в нулевое состояние, устанавливаются триггеры 25, 26 и реверсивный счетчик 27. С выхода триггера реверса 22 на шину реверса реверсивного счетчика 8 поступает такой управляющий сигнал, по которому реверсивный счетчик 8 работает на сложение.

В первый такт измерения выходной сигнал датчика Холла 1 равен U1 ±1х+инэ.

Такое значение выходного сигнала датчика Холла 1 обусловлено тем, что управляющий сигнал на первом выходе дешифратора 14 подключает первую пару противоположных электродов датчика Холла 1 к входу синхронного детектора 4, а через вторую пару противоположных электродов датчика Холла 1 протекает ток от ис- точника 3 питания.

Выходной сигнал датчика Холла 1 Ui ± 1х+инэ через переключатель 2 и синхронный детектор 4 поступает на преобразователь Напряжение - число импульсов 5.

Результат преобразования в виде импульсов поступает на реверсивный счетчик 27, а через элемент ИЛИ 7 - на реверсивный счетчик 8, считающий в прямом направлении:

I 1Х ±инэ1,

где К - коэффициент преобразования преобразователя Напряжение,-число импуль- сов.

В конце первого такта измерения дешифратор 14 коммутирует переключатель 2. Во второй такт измерения выходной сигнал датчика Холла 1 будет U2 I ± Ix-Una I.

Это напряжение поступает на преобразователь 5, откуда в виде последовательности импульсов поступает на реверсивный счетчик 27, а через элемент ИЛИ 7 - на реверсивный счетчик 8. В реверсивном счетчике 8 в зависимости от соотношения Их I и I UHS I Производится суммирование или вычитание результатов измерения двух

тактов. Информация о видеоперации во втором такте выделяется с помощью фазочувст- вительного элемента 6. Триггер 22 реверса в зависимости от состояния фазочувствительного элемента 6 в оба такта измерения выдает определенный командный Сигнал на реверсивный счетчик 8.

Когда I ix I I Унэ I, в реверсивном счетчике 8 производится суммирование

0 результатов измерения двух тактов, а при I Ix I I Уна I - из вычитание.

ПустьUi I -1х+инэ 1,1)2 I Нх-инэ I .

Если число N.1 в первый такт измерения

меньше величины зоны нечувствительности

5 фазочувствительного элемента 6, то не срабатывает в первом такте триггер 26. Поэтому в течение первого такта измерения на вход элемента И 19 с триггера 26 поступает положительный потенциал, разрешающий

0 прохождение управляющего сигнала третьего выхода дешифратора 14 через схему И 19 на единичные входы триггеров 24, 25 и счетный вход триггера 22 реверса. При поступлении управляющего сигнала с схемы

5 И 19 триггер 24 выдает запрещающий потенциал на схему И 17, а триггер 22 изменяет свое состояние. С выхода триггера реверса 22 выдается такой сигнал, при котором реверсивный счетчик 8 начинает ра0 ботать на вычитание. Кроме того, триггер 25. управляющий направлением счета в реверсивном счетчике 27, установится в такое состояние; при котором реверсивный счетчик 27 работает на вычитание.

5 При этом на вход реверсивного счетчика 27 и на вход реверсивного счетчика 8 через элемент ИЛИ 7 и элемент И 21 поступают тактовые импульсы преобразователя Напряжение - число импульсов 5. Когда

0 число в реверсивном счетчике 27 станет равно нулю, его выходной сигнал через элемент И 20 установит триггер 22 в нулевое состояние.

Таким образом, триггер 22 реверса ус5 тановится в такое состояние, при котором реверсивный счетчик 8 работает на сложение.

Выходной сигнал триггера 25 запрещает прохождение тактовых импульсов через

0 элемент И 21 на входы реверсивных счетчиков 8 и 27. Поэтому в конце второго такта измерения в реверсивном счетчике 8 находится результат измерения второго такта, который при } Ix I I 1)нэ1 равен:

5 NЈ К I 1х-иНэ I -К | 1х-иНэ1 +К I 1Х+ +и„э|КНК 1х+и„э | Ix+Унэ .

Сигналы, поступающие с элементов И 17 и 18 на установочные входы триггера 22, предварительно преобразуются в узкие импульсы формирователями, которые на чертеже не .показаны, поскольку они применяются по прямому назначению.

Если в первый такт измерения выходной сигнал датчика Холла 1 UisHx+lWJ больше величины зоны нечувствительности фазочувствительного элемента 6, то срабатывает триггер 26 и запрещает прохождение управляющего сигнала на третьем выходе дешифратора через схему И 19. При этом в течение первого такта не изменяется направление счета в реверсивных счетчиках 8 и 27, а на второй вход элемента ИЛИ 7 не поступают тактовые импульсы элемента И 21, т. е. на реверсивный счетчик 8 поступит I Ьг-Унэ I импульсов.

Во втором такте измерения при I Ьс Кнэ I производится суммирование результатов измерения двух тактов, а при I Ьс I I 11нэ - их вычитание..

В первом случае реверсивный счетчик 8 зафиксирует число импульсов, пропорциональное ЭДС Холла:

N К|1х-инэН-К11х+ию1 2к 1х1.

Во втором случае, когда число в ревер сивном счетчике 8 равно нулю при вычитании результатов измерения двух тактов, срабатывает схема И 18. Она устанавливает в нулевое состояние триггер реверса 22, при котором реверсивный счетчик 8 начинает работать на сложение.

В результате реверсивный счетчик 8 зафиксирует число импульсов, пропорциональное ЭДС Холла:

I Унэ-Нх I -К I инэ-1х+21х I К 111нэ-1х I , 1-KI UHS-IX I +2 I инэ-1х -К I и„э-1х |+ +2к1х 2к х.

Пусть Ui I Чх+Унэ I. U2 I - x-UH31.

Выходной сигнал датчика Холла 1 через переключатель 2 и синхронный детектор 4 поступает на преобразователь 5 напряжение - число импульсов. Результат преобразования в виде последовательности импульсов через схему ИЛИ 7 поступает на реверсивный счетчик 8, где и запоминается:

NtHC I Ix+Унэ .

Если число N2 во второй такт измерения меньше величины зоны нечувствительности фазочувствительного элемента 6, то не срабатывает триггер 26. ..;

Поэтому в течение второго такта измерения на вход элемента И 19 с триггера 26 поступает положительный потенциал, разрешающий прохождение управляющего сигнала с третьего выхода дешифратора 14 через элемент И 19 на единичные входы триггеров 24, 25 и счетный вход триггера реверса 22.

При поступлении управляющего сигнала элемента И 19 триггер 24 выдает запрещающий потенциал на элемент И 17, а триггер операции 22 изменяет свое состояние. Кроме того, триггер 25 установится в такое состояние, при котором реверсивный счетчик 27 начинает работать на вычитание. При этом на вход реверсивного счетчика 27 и на вход реверсивного счетчика 8 через элемент ИЛИ 7 поступают через элемент И 21 тактовые импульсы.

Когда число в реверсивном счетчике 27 станет равным нулю, его выходной сигнал через элемент И 20 установит триггер 22 и триггер 25 в нулевое состояние.

Выходной сигнал триггера 25 запрещает прохождение тактовых импульсов через элемент И 21 на входы реверсивных счетчиков 22 и 8.

Поэтому в конце второго такта измерения в реверсивном счетчике 8 находится

результат измерения первого такта, который при llxl l-lta равен: М5г К|1х+инэ1+К11х-инэ -К| х-инэ1 К|1х+ин1 + .

Если число N2 во второй такт измерения

больше величины зоны нечувствительности фазочувствительного элемента б, то срабатывает триггер 26 и запрещает прохождение управляющего сигнала с выхода третьего 26 дешифратора 14 через элемент

И 19.

При этом в течение второго такта не изменяется направление счета в реверсивном счетчике 8 и 27, а на второй вход элемента ИЛИ 7 не поступают тактовые

импульсы с элементов И 21, т. е. на реверсивный счетчик 8 поступит импульсов: I lx-UH3 I .

В результате, в реверсивном счетчике 8 находится суммарный результат двух тактов, пропорциональный ЭДС Холла:

при , N - K x+UH3i+K lx-UH3l 2Klx, при ..КПх+инз -К|иНэ-1х1 2К1х, Реоультат измерения дешифруется двоично-десятичным дешифратором 9 и считывается цифровым индикатором 10. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Цифровой измеритель магнитной индукции по авт. св. № 367794, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности измерения, в него введены элемент ИЛИ, генератор импульсов, счетчик, дешифратор, триггер реверса, четыре триггера, шесть элементов И, элемент НЕ, второй реверсивный счетчик и выключатель,

причем генератор импульсов через счетчик соединен с входом дешифратора, первый выход которого подключен к первому входу первого элемента И, второй выход - к первым входам второго и третьего элементов И.

третий выход - к первым входам четвертого и пятого элементов И, четвертый выход - к управляющему входу двоично-десятичного дешифратора, пятый выход - к установочному входу первого и второго триггеров, запускающему входу преобразователя напряжение - число импульсов и установочному входу второго реверсивного счетчика, шестой выход - к установочным входам третьего и четвертого триггеров, ус- тановочному входу первого реверсивного счетчика и первому нулевому входу триггера реверса, седьмой выход - к управляющему входу переключателя, второй вход первого элемента И и вход элемента Н Е объединены и соединены с выходом фазочувствительно- го.элемента, первый счетный вход второго реверсивного счетчика объединен с входом элемента ИЛИ и соединен с выходом преобразователя напряжения - число импульсов, второй выход которого подключен к первому входу шестого элемента И, вторые входы четвертого и пятого элементов И соединены с выходом первого триггера, единичный вход которого подключен к первому выходу второго реверсивного счетчика, второй выход которого через пятый элемент И соединен с вторыми нулевыми входам второго

триггера и триггера реверса, третий выход четвертого элемента Ненулевой вход которого подключен к выходу третьего элемента И, соединен с единичными входами второго и третьего триггеров и счетным входом триггера реверса, единичный вход которого подключен к выходу второго элемента И, второй, третий и четвертый входы которого соответственно соединены с выходами третьего и четвертого триггеров и элемента НЕ, первый выход второго триггера через шестой элемент И подключен к второму входу элемента ИЛИ и второму счетному входу второго реверсивного счетчика, а второй выход - к входу реверса реверсивного счетчика, единичный.вход четвертого триггера соединен с выходом первого элемента И, кроме того, второй вход третьего элемента И подключен к выходу первого реверсивного счетчика, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход выключателя соединен с общей шиной прибора, а его второй вход - с установочным входом счетчика, выход триггера реверса подключен к входу реверса первого реверсивного счетчика, а выход первого триггера соединен с вторыми входами четвертой и пятой схем И.

... фиеЛ

IM cos 0) о

и- Я

ffb/ /a l

S° л/ Aлл/v /vvv v/ д

Ui ix+t/n

Vt lx-Uf&i -t/t/э

N

00

H

°

r | агчя-1/„ fl

M /x

f /txMVwl

e

/К о ,-..

iixwitwi

H °

Vt lx-Uf&i -t/t/э

UHS

©

2Ј- -/ 7 - .r

фиг. 2