Устройство для измерения напряженности магнитного поля Советский патент 1980 года по МПК G01R33/02 

1

Изобретение относится к магнитным измерениям, а более конкретно предназначено для измерения напряженности магнитного поля в широкой полосе частот.

Известно устройство для измерения переменных, импульсных магнитных полей, содержащее плоскую измерительную катушку, помещаемую в измеряемое поле, и последовательно соединенную с интегратором (интегратор Миллера), состоящимиз усилителя с емкостью в цепи обратной связи l.

Недостаток этого устройства заключается в том, что при измерениях в широком частотном диапазоне обнаруживается большая погрешность измерения в области низких частот, вследствие больших погрешностей интегрирова1шя низкочастотных сигналов, принципиальная невозможность измерения напряженности постоянных и магнитных полей, большая величина погрошиосги измерения, обусловленная дрейфом )Го )вия усилителя.

Известно устройство для измерения напряженности магнитного поля, содержащее измерительную катушку, интегрируюш,ий усилитель, импульсный корректор, выполненный в виде катушки уравновешивания, соединенной с генератором импульсов тока, шунта в цепи катушки уравновешивания, активной части цепи обратной связи усилителя, вход которого соединен с выходом шунта, и нуль-органа магнитного поля, установленного внутри катушки уравновешивания и соединешюго с управляюшим оходом ключа JL .

Недостаток данного устройства - низкая величина пространственного разрешения устройства при измерениях средних и сильных магнитных полей, обусловлениан значительными габаритами катушки уравновешивания, а также погрешность измерения,

обусловленная импульсным -характером действия цепи коррекции интеГ1)атора.

Цель изобретения - уполимопио точности измерения в области пипких нас гот. Цель достигается тем,, что в устройстве для измерения напрял-сеиности магни ного поля, содержая1ем измерительную ка тушку, через интегрируюищй усилитель и фильтр Ш{жних частот в цепи обратной связи ус1шителя, подключенную к первому входу элемента сравнения, выход которого подключен ко второму входу усилителя, в блок коррекции работы интегра тора введен второй фильтр нижних част1Эт а блок коррекции работы интегратора выполнен в виде магнитоизмерителгоного устройства с гальваномаггштным преобра зф вателем, причем выход магвитоизмэрительного устройства с гальваномагнит- ным преобразователем через второй фильтр нижних частот иоцкпючен ко второму входу элемента сравнения, На чертеже- изображена блок-схема устройства Схема содержит измерительную катуш ку 1.. интегрирующий усилитель 2, датчик Хлэлла 3, промежуточный усилитель 4, фильтр 5 HHJKHHx частот, фильтр 6 нижних частот, элемент 7 сравнеиия, выход которого подключен к дополнительному входу интегратора, Измерительная катушка 1 и датчик Холла 3 крепятся иа одном каркасе и помещаются в измеряемое поле Датчик Холла 3 и нромежуточнь й усилитель 4 образуют Холловский измери тель напряженности магнитного поля 8,. Выход Холловского измерителя напряже н ности магнитного поля 8 через фильтр 6 нижних частот подд лючен к одному из входов элемента сравнешш, к другому входу элемента 7 сравнения через фильт 5 1шжних частот подключен выход интег™ р)йругощего усилителя 2, Устройство работает следующим образо м При измерении переменного магш1тно го поля иа концах измерительной кат шки .1. наводится ЭДС 2 , пропорциональная производной напряженности измеряеммого поля Л, dt тае Кд ч увс ТВ итеп ьнос ть изм ер ительной катушки 1. 3)та ЭДС поступает на вход интегрирук тего усилителя 2 и интегрируется, Папрржение на выходе интегрирующего усилителя при нулевых начальшэ1х условиях определяется вьфаже шем и - h ,), . Т Тм - постоянная интегрирования; H(-t.) - текущее значение напряженности измеряемого поля. Таким образом напряжение на выходе интегрирующего усилителя 2 оказывается поопорц {рна;7Ы1ым с коэф({)ицие11том П п напряженности из- -меряемого поля в широкой полосе частот, за исключением области низких частот, В Области низких частот иамере1ше Ы происходит с ошибкой, обусловленной не идеальностью вьшолнения. операции интегрирования вследствие конечного значения коэффициента усиления интегрирующего усилителя 2, так и ошибкой от дрейфа нулевого уровня интегрирующего усилителя 2, Фильтр 5 вьщеляет низкочастотную составляющую выходного Нгапряжения интегрирующехх) усилителя 2, т.е. напряжение на выходе фильтра 5 при выборе коэф(| ициента передачи фильтра в полосе пропускан)1я равным 1 пропорш-юнально с коэффициентом напряженности измеряемого поля Н в области низких частот. Это напряжение поступает на вход элемента 7 сравнения и сравнивается с выходным напряжением фильтра 6 нижних частот , ф, выполненног-о с коэффициентом передачи равным 1 в полосе пропускания фильтра, которое в области Ш13КИХ частот пропорционально напрял-сенности измеряемого поля Н (fe) с коэфс)ициентом Ку чувствительность датчика Холла к напряженности измеряемого поля в режиме заданного тока, определяемая как , VaH где Б.-ЭДС Холла; , коэффициент усщюния промежуточного усилителя 4. В элем.енте 7 сравнет Я происходит алгебраическое вычисление, и при выборе коэффициента передачи К равным К напряжение на выходе элемента 7 сравнешш равно ошибке работы интегратора в области низких частот, т.е. ошибке измерения напряженности магнитного поля в о.бласти низких частот. Это напряжение ошибки, имеющее знак,, противоположный знаку вь ходного напряжения интегратора, поступает на допол 1ительный, неинвертирующий, вход интегратора и интегрируется, уменьшая тем самым ошибку HQ выходе интегратора. При измерении гюстоянного магнит1юго поля, интегр1фующи усилитель 2, элемент 7 сравнения и фильтр 5 низких частот образуют для второго входа сх мы сравнения следящее устройство с коэффиц ейтом (ц 1, которое отслеживает нагфяжение на выходе фильтра 6, пропорциональное напряженности измеряемого поля. Полоса пропускания фильтра 6 нижних частот, с целью исключения влияния на результат измерения индукционных наводок.в выходную цепь преобразователя Холла, вь1бирается не более нескольких десятков Гн. Таким образом, в результате работы описанной выше устройства коррекции напряжение на выходе интегрирующего усилителя пропорционально напряженности измеряемого поля в широкой полосе частот. Применение подобного устройства позволяет производить измерение как постоя ных, и импульсных магнитных полей с длительностью импульса до Ю с, переменных магнитных полей в диапазоне частот от О Гц до 1О мГц, измерительный датчик при этом имеет малые габаритные размеры и позволяет проводить измерения магнитных полей в малых объемах и узких зазорах. Формула изобретения Устройство для измерения наир-яженностн магнитного поля, содержащее измерительную катуцжу, через ия1регр1фук щий усилитель и фильтр нижних частот в цепи обратной связи усилителя, подключенную к первому входу элемента сравнения, выход которого подключен ко вторюму входу усилителя, блок коррекции работы интегратора, отличающееся тем, что, с целью повьпцения точшэсти измерехшя в области низких частот в введен второй фильтр нижних частот, а блок коррекцш работы интегратора вьшолнен в виде магнитоизмерительного устройства с гаяьваномагнитным преобразователем, причем выход магнитонзмерительногю устройства с гальваномагнит ным преобра ювателем через второй фильтр нижних частот подключен ко второму входу элемента сравнения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кнопфель Г, Сверхсилыоле импульсные магнитные поля. М., , 1972, с. 326. 2,Авторское свидетельство СССР № 433432, кл. Q 01 R 33/02, 1072.