Магнитометр Советский патент 1975 года по МПК G01R33/07 

Изобретение относится к области измерения постоянных магнитных полей с помощью элеме 1 тов Холла. Известные устройства, основанные на использовании эффекта Холла в полупроводниках- для измерения постоянного магнитного поля обладают существенным недостатком: с изыенением температуры окружающей сре ды изменяются резистивная составляющая остаточного напряжения, постояная Холла и сопротивление элемента Холла. Это приводит к увеличению мультипликативной состав ляющей температурной погрешности таких магии то метров. Наилучшим средством снижения температурной погрешности магнитометров, основанных на элементе Холла, является термостатирование первичного преобразователя. Вмрсте с тем применение термостатирова- ния, помимо услонснения конструкции прибора, почти всегда приводит к существенному увеличению габаритов магниточувствительного органа (измерительного аонда) и, таким образом, может снести на нет одно из основных преимуществ элементов Холла возможность производить измерения в малых объемах и узких зазорах. Целью настоящего изобретения является устранение температурной нестабильности характеристик элемента Холла в процессе измерения, а повышение чувствительости магнитометра при измерении постоянных магнитных полей. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено двумя идентичныкш трансформаторами, вторичные обмотки которых включены между собой встречно, а нервичные обмотки - согласно и связаны с выходными цепями элементов Холла одна непосредственно, а другая - через делитель, и звеном регулирования, состряишм из селективного усилителя и фазочувствительного органа, включенным между общим вьтходом элементов Холла и регулируемым источником переменного напряжения, В1лход которого через шунт связан с усилителем и первичной обмоткой трехобк1оточного трансформатора. На чертеже приведена электрическая схема предлагаемого устройства. Измерительный зонд 1 магнитометра постоянного поля состоит из двух элементов Холла 2, включеиньсх по выходным цепям встречно. Входнь/е цепи элементов Холла подключены к выходу регулируемого источника переменного напряжения 3 через трехобмоточный трансформатор 4. На выходе одного из элементов Холла (наиболее чувствительного) включается делитель напряжения 5, служаший для выравнивания напряжений между точками ав и в6 при внесении измерительного зонда 1 в магнитное поле. Переменное сопротивление 6 служит для выравнивания потенциалов точек а и б при отсутствии магнит ного поля. К выходным цепям элемента Холла 2 соответственно подключены два идентичных трансформатора 7, у которых первичные обмотки друг относительно друга включены согласно, а вторичные встречно. Выход двух соедин ;нных трансформатор подключается к входу измерительного прибора 8 через усилитель измерительного тракта 9 с регулируемым коэффициентом усиления. Регу;п{рование коэффициента усиления усилителя 9 производится в функ ции от суммарного токауправления элементов Холла 2. Сигнал о величине тока управления снимается с шунта 10. С целью регулирования тока управления в зависимости от из4 ерения температуры окружающей среды в предлагаемом устрой стве предусматривается звено регулирррания, состоящее из узкополосного усилителя 11 с большим коэффициентом усиления и фазочувствительного органа 12. Выходной сшнал фазочувствительного органа подается в цепь управления регулируемого источника переменного напряжения 3. При подключении измерительного зонда 1 к источнику переменного напряжения 3 через элеметы Холла проте1:ают равные токи управления, так как соп : отнвлений элементов вь;брань( одинаковыми. При отсутствии магнитног|э поля и фиксировангюй температуре окру кающей среды с покющыо переменного сопротивления 6 производится первоначальное вьфавнивание потенциалов точек а и б,{ т. е. устра няется суммарная резистивна|я составляющая остаточного напряжения элементов Холла. В этом случае через измерите ьвый зонд 1 протекает ток управления 7и устанавливается определенУпр-оJная температура элементов лолла Т Измерительный зонд 1 вносится в магнитное поле, индукцию которого необходимо измерить. На выходе каждот-о из элементов Холла, возникает напряжение, пропорциональное измеряемой индукции магнитного поля. Вследствие разброса чувствительностей, используемых элементов Холла в измерительном зонде 1, при наличии мат нитного поля производится выравнивание потенциалов точек а и б с помощью делителя 5. Согласно включению выходных цепей элементов Холла 2 и обмоток арансформаторов 7 (первичные обмотки - согласно, а вторичные - встречно) общее напряжение, получаемое от измерительного зонда 1, на входе измерительного прибора 8 может быть представлено вь1ражением и К К X I kjnp К С Б ; где К - коэффициент пропорциональности; . Р «- Р х х„ р S 1 4 - среднее значение постоX п янного Холла элементов; - суммарный ток правления элементов Холла; К - коэффициент усиления усилите ля измерительного тракта; В .- индукция измеряемого магнитного поля. Из уравнения (1) следует, что условием пропорциональности выходного сигнала усилителя 9 только индукции измеряемого магнитнотчз поля является - const Для выполнения условия (2) в цепь регулирования коэф4 1циеита усиления усилителя 9 подводится напряжение, пропорциокальное суммарному току управления эпементов. Холла. Совершенно o JeвидJЮ, если температура элемен1х в Холла не из.еияотся, то, иостояАные Холла элементов под-.4держиваются стабильныьш. Если изменяется температура ок()ужа1(.. щей среды, то вследствие температурной зависимости физических параметров зломентов Холла происходит перерасп н.де;и.ние потенциалов на электродах элементов Холла, что сопровождается появлением разности потенциалов между точками а и б. Этот сигнал попадает на вход усилтеля 11, усиливается этим усилителем и подается на один из входов фазочувстви

тельного органа 12 дл сравнения с фазой сйгнала, подаваемого на его второй

вход (поляризу|«ищй) с вьгхода регулируемого источника переменного напряжения 3 Величина и полярность выходного сигнала фазочувствительного органа определяют величину и направление изменения темпетуры элб лентов Холла от первоначальнЬго значения Т . Выходной сигнал фазочувствительного органа управляет источником переменного напряжения 3. В результате этого ток управления элементов Холла уве личивается или уменьшается в зависимости от знака отклонения температуры элеj ментов от первоначального значения. ПроД

;Иесс изменения .тока управления продолжается до тех пор, пока температура элементов Холла не достигнет своего перво;начального значения Т .

I°

Поскольку температура Т элементов

Холла достигается при ток управления, отличном от тока I, то для выупр-о

йолнения условия (2) необходимо изменить коэффициент усиления усилителя 9 в сторону, противоположную от изменения тока управления. Для этой цели с шунта 1О, включе1шого в цепь управления измерительного зонда 1, снимается сигнал.

пропорциональный току управления, и подается в цепь регулирования коэффициента усиления усилителя 9.

Предмет изобретения

Магнитометр, содержащий измерительный зонд на двух элементах Холла, включенных встречно по выходным цепям, регулируемый источник переменного напря жения, через трехобмоточный трансформатор, подключенный к входным цепям элементов Холла, усилитель и измерительj ный прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения он снабжен двумя идентичными трансформаторами, вторичные обмотки которых включены между собой встречно, а первичные обмотки - согласно и связаны с выходными цепями элементов Холла одна непосредственно, а другая - ч&рез делитель, звеном регулирования, состоящим из селективного усилителя и фазочувствительного органа, включенным между общим выходом элемента Холла и регулируемым источником переменного напряжения, выход которого через шунт связан с усилителем и первичной обмоткой трехобмоточного трансформатора.