Аналого-цифровой преобразователь вариаций геомагнитного поля Советский патент 1977 года по МПК G06J1/00 G01V3/00 

Изобретение относится к магнитометрии и может быть использовано в устройствах дли измерения магнитного поля Земли. Известны устройства для измерения вариаций магнитного поля Земли l3 , которые с одержат кварцевый магнитный вариоме Ь осветигепем и фотоэлементом и низкочасто ный генератор периодических колебаний. По ледний посредством электрического тока, подаваемого в отклоняющие кольца вариометра, формирует синусоидальное магнитное поле с амплитудой, превышающей амплитуду измеряемых вариаций, направленное вдоль измеряемой компоненты поля. Вследствие низкой точности генератора периодических колебаний измерение произво дится в момент компенсации поля в центре вариометра посредством цифрового измерительного прибора, замеряющего падение напряжения на резисторе, включенном в цепь отклоняющих колец. Необходимость периодической калибровки цифрового измерительного прибора создает неудобства в работе, особенно при работе прибора в труднодоступ ных местах, а также снижает точность измерений. Указанные недостатки устранены в электрюизмерительных приборах развертывающего преобразования, в которых формирование периодического развертывающего сигнала производится цифровым способом. Известен аналого-цифровой преобразователь вариаций геомагнитного поля развертывающего типа, содержащий магниточувствительный вариометр с осветителем, фотоэлементом и отклоняющей колечной системой, генератор импульсов с делителем частоты и счетчик импульсов с ключевой схемой на входе, подключенные к выходам генератора импульсов и фотоэлемента. Устройство содержит преобразователь кода в напряжение, состоящий из ряда эталонных резисторов, подключенных к источнику эталонного напряжения, и ключевых элементов по числу разрядов преобразователя. Недостатком устройства является зависимость точности преобразователя от его разрядности, а также выполнения ключевых элементов и подбора эталонных резисторов, причем с увеличением разрядности эти требования возрастают. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Указанная цель достигается тем. что ппегьпоженны и преобразователь дополнительно со держит второй делитель частоты схему выделения модуля фазы, цепь вычитания частот и управляемый источнгос опорного тока. При этом входы схемы выделения модуля фазы в цепи вычитания частот соединены с выходами первого и второго делителей частоты. Выход схемы вьщеления модуля фазы подключен к управляющему входу источника опорного тока, выход которого соединен со входом отклоняпющей коленной системы, а выход цепи вычитания частот связан с установочным входом счетника импульсов и управляющим входом ключевой схемы На фиг. 1 представлена блок-схема предложенного устройства; на фиг,. 2 - цепь вычитания частот и эпюры напряжений (индекс напряжения tJ соответствует номеру элемента схемы преобразователя) Аналого-цифровой преобразователь вариаций геомагнитного поля содержит магниточувствнтельный вариометр 1 с осветителем 2| фотоэлементом 3 и отклоняющей колечно системой 4, гянератор импульсш f, 5 с первым 6 и вторым 7 делителями частоты, схему 8,выделения модуля фазы, выполненную на логическом элементе сложения по модулю два цепь 9 вычитания частот, управляемый источник Ю опорного тока, ключ вую схему 11 и счетчик импульсов 12. Hai входы первого 6 и второго 7 делителей частоты с выхода генератора импульсов 5 поступают импульсы частотой t , С выхода делителей 6 и 7 импульсы с частотами - и jjTj поступают на входы цепи 9вычитания частот, выполненной, например на основе Л -К-трм гера, на выходе которой формируются импульсы с частотой развертки и длительностью, равной половине периода развертки (см. фиг. 2), На выходе схемы 8 вьшеления модуля фазы формируют ся импульсы частотой. а Длительность которых меняется по линейному закону с ча тотой развертки. Выходные импульсы схемы 8 поступают на управляющий вход источника 10опорного тока. Выходные импульсы источника 1О опорного тока представляют собою импульсы СГ„ , следуютока постоянной амплитуды щие с частотой - - длительность которых меняется по линейному закону. Импульсы тока с выхода источника 10 подаются в отклоняющую колечную систему 4 вариометра 1. Вследствие того, что собственная час вариометр много меньше частоты импульсов тока, вариометр выполняет роль HHTerj)aTOf)a для указанных импульсов. и к вариометру оказывается приложенным магнитное поле {эазвертки, изменяющееся по линейному закону с частотой развертки .и амплитудой Hjj . При нулевом значении поля ршзвертки вариометр 1 отклоняется на некоторый утоп, величина которого пропорциональна величине вариации измеряемого магнитного поля. С увеличением значения поля развертки, приложенного через отклоняющую колечную систему 4 к вариометру 1 в направлении, противоположном действию измеряемого поля, вариометр возвращается к нулевому положению. В момент равенства внещнего измеряемого поля и поля развертки луч света от осветителя 2, отраженный зеркалом вариометра 1. пересекает плоскость фотоэлемента 3, формируя импульс сравнения. Ключе,вая схема 11, управляемая импульсами с выходов Цепи 9 вычитания частот и фотоэлемента 3| пропускает на вход счетчика 12 импульсы от генератора 5, число которых пропорционально величине измеряемой вариации магнитного поля. Соотношение между числом импульсов, зафиксированных счетчиком, и измеряемой величиной вариаций геомагнитного поля определяется следующим обра,эом. Период развертки Т равен: T., а i возврата вариометра к нулевому положеншо г. оде Н - измеряемая величина вариаций геомагнитного поля; HQ - амплитуда магнитного поля раз. вертки; П - число импульсов, зафиксированное счетчиком, i - 1 / и HO х к. где JQ -ток источника 1О опорного тока; К - коэффициент преобразования тока в магнитное поле (постоянная отклоняющей колечной системы 4), - выходной код. Число tt выбирается из условия получения необходимой разрешающей способности и частотных свойств вариометра. Точность преобразования измеряемого магнитного поли в код N (число импульсогз определяется только стабильностью ислользуемого ис;точника 1О опорното т«ка. В данном устройстве отсутствуют прецизионные делители напряжения и набор ключевых элементов, что в значительной степени повышает точность преоб 1азовачия. Устройство не трибует калибровки в процессе работы. Кром того, независимость выходного кода М от частоты генератора импульсов, в свою очеоедь .повышает точность преобраасжания и снижает требования к используемому генератору импульсов.

Устройство может быть выполнено на дискретных элементах цифровой вычислительной техники, что открывает возможности для изготовления устройства средствами мик росхемотехники в виде единой интегральной микросхемы с повышенной степенью интеграции.

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь вариаций геомагни1ного поля, содержащий магниточувствительный вариометр с осветителем, фотоэлементом и отклоняюшей коленной системой, генератор импульсов с делителем

частоты и счетчик импульсов с ключевой схемой на входе, подключенные к выходам генератора импульсов и фотоэлемента, о тл ичаюшийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены вторюй делитель частоты, схема ььщеления модуля фазы, цепь вычитания частот и управляемый источник опорного то причем входы схемы выделения модуля фазы и цепи вычитания частот соединены с выходами первого и второго делителей частоты, выход схемы выделения модуля фазы подключей к управляющему входу источника опооного тока, выход которого соединен со входом отклоняюшей колечной системы, а выход цепи вычитания частот связан с установочным входом счетчика импульсов и управляюш.им входом ключевой схемы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1.Авторское св1щетельство N° 475096 кл. Q01V 3/00.

2.Сб. Цифровые электроизмерительные приборы под ред. В. М. Шляшиша, М., Энергия, , с. 248-249.

к 5s

NJ

s