Измеритель переменной магнитной индукции Советский патент 1980 года по МПК G01R33/07 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Оно предназначено, в частности, для измерений магнитной индукции переменного магнитного поля в разширенном диапазоне частот 5 с повышенной точностью. Оно может быть использовано, например, в энергетике, автоматике, радиотехнике, в практике физических исследований, при испытаниях ферромагнитных материалов Ю и в других отраслях народного хозяйства.

Известно устройство для измерения переменного магнитного поля, которое содержит датчик Холла (ДХ), генера- 15 тор прямоугольных импульсов, широкополосный усилитель, регистрирующее устройство, а также сумматор, выпрямители с фильтрами нижних частот и ключи 1. Сущность работы устройст- 20 ва по снижению индукционной наводки заключается в вычитании (компенсации) в сумматоре двух напряжений-: одного, обусловленного суммой полезного сигнала ( напряжения Холла) и напряжения 25 индукционных наводок, другого, обусловленного только напряжением ин-дукционных наводок на ДХ.

Использование импульсного тока возбуждения ДХ и принципа вычитания, 30

заложенного в этом устройстве, ограничивает процесс измерения только интегральным уровнем измеряемой магнитной индукции в реализуемой полосе частот и не позволяет осуществлять непрерывные (мгновенные) измерения формы магнитной индукции. Таким образом, этот измеритель характеризуется ограниченным быстродействием и в нем отсутствует возможность анализа измеряемого магнитного поля.

Известен также миллитесламетр, предназначенный для измерения индукции пе ременного магнитного поля,,содержащий ДХ, источник переменного тока, изби.рательный усилитель по несущей, фазовый детектор, фильтр и регистрирукщее устройство 2. В измерителе для уменьшения влияния индукционных наводок и;. обеспечения частотного диапазона 20-300 Гц ДХ питают переменным током стабильной частоты 15 кГц, т.е. используется для уменьшения влияния паразитных наводок со стороны измеряемого переменного магнитного поля питани,е ДХ от источника переменного тока, частота которого выбирается тгримерно на порядок выше частоты измеряемой магнитной индукции. Однако значительное увеличение/час тоты тока возбуждения для повьшюния ёрхнё й граничной частоты устройства приводит к возникновению вихревых то ков в ДХ, которые дополнительно нагревают датчики, как следствие изменяют его основные характеристики (пос тоянную Холла, ЭДС неэквипотенци- . дальности и др. Из-за отсутствия конструктивно - технологических: и схемных решений по стабилизации реальной функции преобразования ДХ на высоких частотах, повышение частоты тока возбуждения датчика, в конечном реэультате, снижает точность измерения. Затруднено обеспечение, стабильной компенсации, ЭДС неэквнпотенциальности на высоких частотах, определягоцей порог чувствительности измерителя. Таким образом, увеличение частоты тока возбуждения ДХ с целью расширения частотного диапазона пр51водит, к резкому снижению точности измерения. Для обеспечения полосы частот измеряемой Магнитной индукции до десятков и сотен килогерц известный миллитесламетр и ВОВОЙ непримен1-1М. . Цель изобретения - значительное расширение частотного диапазона. Указанная цель достигается тем, что в измеритель, содержащий последо вательно сдедикенные источник переме ного тока, датчик Холла, ггервый изби рательный усилитель, фазовый детектор регистрирующий прибор, до.полнительно ввёДёйы последовательно соединенные второй избирательный усилитель, фазо сдвигающая цепь, первое апериодическое звено и сумглатор, а также второе апериодическое звено, идентичное первому, при этом входы сумматора подключены к выходам обоих апериодических звеньев, вход второго избирательного усилителя.подключен к выхсду дат чика Холла, вход второго апериодического звена подключен к выходу Фазового детектора, а выход сумматора подключен к peгиcт иpy aцe /Iy прибору. Структурная схема и змерителя приведена на фиг. 1; на фиг, 2 - апериодические частотные xapaктepиcтик (АЧХ) измерителя. Датчик Холла 1{фиг. 1) , -возбуждаемый источником переменного тока 2, совместное избирательным усилителем 3 по несувдей, фазовым детектором 4 Преобразует в области низкоча&ТОтного поддиапазона переменную магнитную индукцию в пропорциональное напряжение. . Дополнительно ВЕеденное апериодическое звено 5, включенное последовательно с фазовым детектором , ограничивает частотный диапазон ветви областью, в которой выходной сигнал про порционален входному, и формирует АЧХ в низкочастотном псяДиапазоне. Для формирования высокочастотного подди пазона АЧХ измерителя используется дополнительная ветвь, состоящая из из бирательного усилителя 6 по сигналу, фаэосдвигающей цепи 7 и апериоди еского звена 8. Выходной сигнал ДХ (напряжение индукционной наводки) дополнительно введенной ветвью преобразуется в напряжение, пропорциональное измеряемой магнитной индукции в области высокочастотнбго поддиапазона. Напряжения с выходов звеньев 5 и 8 nocTynaibT на двухвходовый сумматор 9, где происходит суммирование сигналов с последующим их регистрированием регистрирующим прибором 10 в расширен-, ном диапазоне частот. На фиг. 2а изображена АЧХ первой, ветви предлагаемого измерителя (низкочастотный рабочий поддиапазон), состоящий из источника 2, датчика Холла 1, усилителя 3, фазового детектора 4 и звена 5. В диапазоне частот до l/t., с помощью известной схемы обеспечивается независимость АЧХ от частоты ии измеряемой магнитной индукции. Начиная,с частоты l/t: , на характеристику ветви начинает влиять введенное апериодическое звено 5 с постоянной времени t , которое обеспечивает наклон АЧХ - 20 дБ/дек. В диапазоне частот до l/t (фиг.2й) наклон АЧХ дополнительно введенной ветви, состоящей из усилителя б, цепи 7 и звена 8, определяется использованием пассивного индукционного преобразователя магнитного поля-индукционной петли (эффективной площади датчика Холла). В этом случае выходное напряжение пропорпионально частоте и Магнитной индукции измеряемого магнитного поля, что обеспечивает подаем АЧХ дополнительной ветви 20 дБ/дек, В диапазоне частот до 1/Tg усилитель, цепь 7 и звено 8 можно считать безикерционными, т.е. их характеристики независимы от частоты. Так как коэффициент передачи апериодического звена 8 с постоянной времени начиная с частоты 1/1., , можно считать обратно пpoпopциoнaльны частоте ш, характеристика дополнительной ветви в диапазоне частот от l/T, до .l/fj (высокочастотный рабочий поддиапазон) не зависит от частоты (t,- эквивалентная постоянная времени избирательного усилителя по сигналу). Для исключения влияния подъема АЧХ частоту 1/Рз необходимо выбирать меньше, чем частота тока возбуждения ДХ. Так как напряжение индукционных наводок по отношению к полезHOMJ сигналу (напряжение Холла) сдвинуто по фазе на ЭО /для обеспечения синфазности напряжений на входе сумматора необходима постановка в дополнительной ветви фазосдвигакадей цепи, работающей в высокочастотном поддиапазоне. Обеспечивая коэффициенты передачи первой и второй ветвей измерителя; равными соответственно в диапазонах частот от О до l/t и от l/t до 1/ffj , a также выполняя равенство постоянных времени , можно получить суммарную АЧХ широкополосного измерителя на выходе сумматора 9 (фиг.2 с) независимый отчастоты в диапазоне частот до l/Cj . . Предлагаемый измеритель позволяет существенно расширить диапазон измерения переменной магнитной индукции, что обусловлено значительным снижением погрешности от неравномерности амплитудно-частотной характеристики измерителя. Формула изобретения Измеритель переменной магнитной индукции, содержащий последовательно соединенные источник переменнЬго тока, датчик Холла, первый избиратель-ный усилитель и фазовый детектор, ре гистриругадий прибор, отличающийся тем, что,- с целью расширения частотного диапазона, в него введены последовательно соединенные второй избирательный усилитель, фазосдвигакщая цепь, ;перв6ё апериодическое звено и суммйтор, а также второе апериодическое звено, идентичное первому, при этом входы сумматора подключены к выходам обоих апериодических звеньев, вход второго избирательного усилителя подключен к выходу датчика Холла, вход второго апериодического звена подключен к выходу фазового детектора, а выход сумматора подключён к регистрирующему прибору. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 448404, кл. G 01 R 33/00, 1974. 2.Афанасьев Ю.В. и др. Магнитометрические преобразователи, приборы, установки. Л., Энергия/, 1972, с. 204.

W

и

Wi

d

ъ,