Устройство для измерения магнитного поля Советский патент 1992 года по МПК G01R33/06 

Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быть использовано в приборах и устройствах измерения магнитной индукции постоянного или медленно меняющегося магнитного поля.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг 2 - временные диаграммы работы его функциональных узлов.

Устройство (фиг 1) содержит генератор 1 возбуждения, питающий двухполярным током треугольной формы д (см. фиг,2а) соленоидальную катушку 2, внутри которой установлен тонкопленочный магни- торезистивный элемент (МРЭ) 3 из железоникелевого сплава, нанесенный на подложку (на фигурах не показана) МРЭ 3 включен в схему четырехплечевого рези- стивно-магниторезистивного моста 4 (остальные плечи - резисторы R1 и R2), который питается от источника 5 постоянного тока. Измерительная диагональ моста 4 подключена к входу усилителя 6, к выходу

которого подключена дифференцирующая цепь 7, а ее выход подключен к одному из входов компаратора 8, на другой вход которого подается постоянное опорное напряжение Don. К выходу компаратора 8 подключен формирователь 9 импульсов синхронизации, выход которого подключен к входу синхронизации D-триггера 10, выходы D-триггера 10 подключены к входам регистрирующего прибора 11. Информационный вход D-триггера подключен к выходу формирователя 12 прямоугольных симметричных импульсов, вход которого подключен к выходу генератора 1 возбуждения.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 питает двухполярным током треугольной формы соленоидальную катушку 2, вследствие чего внутри ее создается переменное магнитное поле Нд, имеющее такую же временную зависимость, как и д(см. фиг.2а). Амплитуда тока выбирается такой, чтобы амплитуда поля Нт

Ё

VJ XI N ГО

ю о

была больше значения поля анизотропии Нк (фиг. 2а), при котором наступает насыщение магниторезистивной характеристики тонкопленочного МРЭ 3. Благодаря этому, как видно из фиг.26, МРЭ большую часть времени периода Т находится в состоянии насыщения (и его сопротивление минимально), а в моменты времени ti, t2, тз, t4, когда напряженность поля, действующая на МРЭ 3, равна нулю, он выходит из состояния насыщения, и его сопротивление возрастает. Очевидно, что пи такому же закону изменения сопротивления МРЭ при неизменности тока через МРЭ 3, которое обеспечивается выбором соотношений плеч R1, R2 моста 4, изменяются падение напряжения на МРЭ и выходное напряжение моста 4 A Dm, в который включен МРЭ 3. (Конденсатор С на фиг.1 включен для исключения падения напряжения полезного сигнала на резисторе R2). Поэтому фиг.26 иллюстрирует не только изменение сопротивления МРЭ 3, но главным образом выходное напряжениерезистивно-магни-торезистивного моста 4.

При отсутствии постоянного (измеряемого) поля Н А Н 0 (см. фи г.2а, графа Т) момент равенства поля нулю (ti, t2, t3- t) следует равномерно через каждый пол периода частоты возбуждения (РВозб 1/Т), При действии постоянного магнитного поля с напряженностью, например, равной Н АН (см. фиг.2а, графа II), равномерность следования этих моментов времени нарушается: моменты ti и t2 расходятся на некоторую величину 2 At, а г и ts сближаются на эту же величину. При действии постоянного поля такого же значения, но противоположной полярности Н - Л Н, картина становится противоположной (см. фиг.2а, графа ). Легко показать, что временное смещение моментов ti..., t4 связано со значением постоянного поля А Н зависимостью

A.-JАНг

Нт

т.е. при треугольной форме поля катушки 2 между At и А Н имеется прямая пропорциональность и соответствие направлений перемещения моментов ц,.. , t4 направлениям действия поля АН.

Усилитель 6 усиливает и инвертирует напряжение моста AUm (см. фиг.2 б, в) и с выхода усилителя 6 напряжение Uy поступает на вход дифференцирующей цепи 7, которая предназначена для более четкого выделения и фиксирования моментов ti. ..,

t4 (см. фиг.2г). С выхода дифференцирующей цепи 7 напряжение идц поступает на вход компаратора 8, а с его выхода напряжение UK подается на вход формирователя 9 импульсов синхронизации, который формирует короткие импульсы синхронизации 1)фси с фронтами, наиболее точно фиксирующими

моменты времени ti т.4 (см. фиг.2д, е).

Импульсы ифси с выхода формирователя 9

импульсов синхронизации поступают на вход синхронизации D-триггера 10. К выходу генератора 1 возбуждения подключен формирователь 12 прямоугольных симметричных импульсов, формирующий импульсы ифи, показанные на фиг,2ж. Видно, что уровню логической 1 этих импульсов соответствуют изменения значений поля Нд от - Нт к +Нт, а логическому О - переходы от +Hm i -Hm. Эти импульсы поступают на

информационный вход D-триггера 10, с помощью которого временные последовательности коротких импульсов ифси преобразуются в последовательности импульсов (на выходах триггера) UTp и Llfp , модулированные по ширине в соответствии с зависимостью (1) (см. фиг.2к,л).

Очевидно, что средние значения им- пульсных напряжений UTp и Ufp на выходах Q и Q (при неизменной их амплитуде)

пропорциональны значениям 2 At, а следовательно, и А Н. К выходам D-триггера 10 подключено устройство представления информации - регистрирующий прибор 11, реагирующее на разность средних значений

напряжений Ucp (см. рис.2м), поступающих с выходов Q и Q D-триггера 10, которая пропорциональна измеряемому постоянному полю АН, т.е.

UCp Ki At KAH,

где К, Ki - коэффициенты пропорциональности. Таким образом, преобразователь обеспечивает линейную зависимость выходного напряжения от измеряемого магнитного поля.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения магнитного поля, содержащее генератор возбуждения, подключенную к нему соле- ноидальную катушку, в которой размещен

тонкопленочный магниторезистивный элемент, включенный в мостовую резистивно- магниторезистивную схему, питаемую от источника постоянного тока, подключенный к измерительной диагонали моста усилитель

и регистрирующий прибор, отличающееся тем. что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений устройство дополнительно введены последовательно соединенные дифференцирующая цепь, компаратор напряжения, формирователь импульсов синхронизации и D-триггер, а также формирователь прямоугольных симметричных импульсов, вход которого подключен . выходу генератора возбуждения, выход - к информационному

входу D-триггера, а вход дифференцирующей цепи соединен с выходом усилителя,

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что генератор возбуждения выполнен в виде генератора токовых импульсов треугольной формы.

Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быто использовано в приборах и устройствах измерения магнитной индукции постоянного или медленно меняющегося магнитного поля. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измеряемых магнитных полей. Цель достигается тем, что в устройство введены последовательно соединенные дифференцирующая цепь, компаратор напряжения, формирователь импульсов синхронизации и D-триггер, а также формирователь прямоугольных симметричных импульсов 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Фие.1