Цифровой измеритель магнитной индукции Советский патент 1980 года по МПК G01R33/07 

(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных по.пей. Известен измеритель по авт.св. W 347704, состоящий из датчика Холла источника переменного тока для его питания, дополнительной катушки, в поле которой находится датчик Холла источника постоянного тока для питания обмотки дополнительной катушки, преобразователя напряжение-код t реверсивного счетчика, делительного устройства, устройства управления и цифрового отсчетного устройства,в котором преобразователь напряжение код включен между датчиком Холла, реверсивным счетчиком и делительным устройством, второй вход которого подсоединен к выходу реверсивного счетчика, а выход - к цифровому отсчетному устройству, устройство управления соединено с преобразователем напряжение-код делительным устройством, реверсивным счетчиком, источником постоянного тока и цифро вым Отсчетным устройством l . . Цикл измерения в данном устройст ве состоит из двух тактов. Недостатком данного устройства является зависимость результатов измерения от направления измеряемого магнитного поля.и недостоверность результатов измерения при несовпадающих по направлению измеряемом и дополнительном магййтных полях и при превышении индукции дополнительного магнитного поля индукции измеряемого магнитного поля. Целью данного изобретения является повышение точности. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель магнитной индукции,дополнительно вводятся фазовый элемент, триггер полярности, управляемь1й делитель, анализатор числа, элемент ИЛИ, пять элементов. И, три триггера:, два триггера со счетным входом, выход первого триггера со счетным входрм соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, счетный вход через первый элемент И - с блоком управления, единичный вход через элемент ИЛИ и второй элемент И - с первым выходом фазового элемента и единичным входом триггера .полярности, нулевой вход через третий элемент И - с первым выходом фазового элемента и нулевым

.-.Ji. .----,.ti-.-.

входом триггера полярности, первый вход анализатора числа подкл1рчен к уиравлянадему входу реверсивного счетчика, второй .вход - к блоку yiSравлеиия, а выход - к первоь4у входу пятого элемента И и к едийГйЧнШгу вхЬду первого триггера, второй вход которого соединен с блоком управления, а в{лход через четвертый элемент И -с единичным входом второго триггера со счетным входом, первый выход второго триггера со счетным входом подсоединен ко вторым входам первого/ второго, третьегои пятого элементов И, а второй выход - ко второму входу элемента ИЛИ, выход четвертого элемента И соединен с единичном входом второго триггера, выход KOTojsoro подключен к единичному входу третьего триггера, выход которого соединен со счетным входом второго триггера со счетным входом, причем блок управления соединен с третьими входами второго, третьего и четвертого элемен.тов И, нулевыми входами второго и третьего триггеров, нулевой вход триггера полярности подключен к третьему входу четвертого элемента И, выход триггера полярности подключен ко входу управляемого делителя, вторым входом подключенного к выходу датчика Холла и первому входу фазового элемента, второй вход которого связан со входом датчика. Холла, выход управляемого делителя - со входом преобразователя напряжениекод, а выход пятого элемента И - со входом цифрового отсчетного устройства.

На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового измерителя магнитной индукции; на фиг, 2 п ёд тавлены. временные диаграммы работы измерителя.

Цифровой измеритель магнитной индукции состоит из датчика Холла (ДХ)

I,источника 2 переменного тока, ис трчнйка 3 постоянного тЬка, дополнительной катушки 4, управляемого делителя 5, фазового элемента б, триггера 7 полярности, преобразователя

8 напряжение-код, реверсивного счетчика 9, делительного устройства 10 цифрового отсчетного устройства

II,устройства 12 управления, анализатора 12 числа, двух триггеров 14, 15 со счетным входом, трех триггеров

1, 17, 18, пяти элементов И 19, 20,

: 3(1, 22, 23 и элемента ИЛИ 24.

Работа устройства происходит следующим Образом.

Фазовый элемент б в зависимости от направления магнитного поЛя, действующего на датчик Холла 1, устанавг ливает триггер 7 полярности в определенное состояние. Например, при по°11|6ШтёлШо направлёнии MarHHVHO поля управляющий сигнал с фазового эяегяента б поступает на единичный

748305

вход триггера 7. Триггер 7 полярности выдает на управляемый делитель 5 сигнал, который устанавливает его в 5 остряние, соответствующее положительному направлению магнитного поля При отрицательном направлении магнитного поля управляющий сигнал с фазового элемента б поступает на нулевой вход триггера 7 полярности. Триггер 7 полярности устанавливает управляемый делитель 5 в состояние, соответствующее отрицательному направлению Магнитного поля.

Если при отрицательном направлении магнитного поля чувствительность ДХ больше, чем при положительном направлении, то коэффициент передачи управляемого делителя при отрицательном направлении магнитного поля будет меньше единицы при условии, что при положительном направлении он принят за единицу. При обратном соотношении коэффициент передачи при отрицательном направлении магнитного поля будет больше единицы.

Цикл измерения предлагаемого устройства состоит:

а), В„ и Вд совпадают по направлению;

б)®иэм %оп;%зм ®поп не совпадают по направлению;

в)

совпадают по направлению.

у1Ъ1л доп игм ®поп не совпадают по направлению.

Работа в два такта происходит следующим образом. В первом такте на ДХ одновременно воздействуют два постоянных магнитных поля: измеряемое и дополнительное Ьдоп. / создаваемое дополнительной катушкой 4, в поле которой находится ДХ1. По обмотке дополнительной катушки 4 протекает ток от источника 3 постоянного тока. Выходной сигнал ДХ1 через управляемый делитель 5, пропорциональный алгебраической сумме величин (.. ) поступает на преобразователь 8 напряжение-код, откуда в виде последовательности импульсов поступает на реверсивный счетчик 9, который в первом такте работает или на сложение или на вычитание. Режим работы реверсийного счетчика в первом такте определяется состоянием фазового элемента б. При совпадающих по направлению магнитных поляхбизмИ Boon, (например, при положительном направлении дополнительного магнитного поляВдоя.) сигнал начальной установки НУ, поступающий на вход 25 элементов И 20 21, пройдет через, элемент И 20 и элемент ИЛИ 24 на нулевой вход триггера 14 реверса (фиг. 2а). В случае триггер 14 реверса ввдает такой управляющий сигнал на реверсивный счетчик 9,при котором он Судет работать на сложение. Реверсивный счетчик 9 зафиксирует код , пропорциональный сумме магнитных индукций измеряемого и до полнительного полей: . Чви«л дoп : - Во втором такте, на ДХ1 действует только измеряемое магнитное поле ; иам устройство 12 управления выключает источник 3 постоянного тока. Выходной сигнал ДХ1 через управляемый делитель 5, пропорциональный измеряемой магнитной индукции vtiw поступает на преобразователь 8 напряжение-код, откуда в виде последовательности импульсов поступает на реверсивный счетчик 9. Во втором такте реверсивный счетчик 9 работает на вычитание. Изменение направления счета происходит по сигналу, поступающему с выхода блока управления 12 через элемент И 19 на счетный вход триггера 14 реверса. В результате после второго такта ревер сивный счетчик 9 зафиксирует импульсов Na , пропорциональное индук ции дополнительного магнитного поля V dtx - - mПринесовпадающих по напраСвлению магнитных полях Вигм.и Bgon. (при положительном направлении дополнительно-го магнитного поля) сигнал НУ, поступающий на вход элементов И 20, 21, пройдет через элемент И 21 на единичный вход триггера 14 реверса. В этом случае триггер 14 реверса в первый такт измерения вьщает ,на реверсивный счетчик 9 такой управляющий сигнал, при котором реверсивный счетчик 9 работает на вычитание. Реверсивный счетчик 9 зафиксирует отрицательное число Цц , пропорциональное разности магнитных индукций измеряемого и дополнительного полей . . Во втором такте реверсивный счетчик 9 будет работать на .сложение. В результате после второго такта реверсивный счетчик 9 зафиксирует число импульсов N J, пропорциональное дополнительному магнитному полю а-(визм-Вцоп - визкл- - m Bqon- - m Bnon-« mПосле двух тактов измерения на входы делительного устройства 10 поступают числа N с выходного регистра преобразователя 8 напряжениекод и Nj- с реверсивного счетчика 9. После поступления управляющего сигнала с устройства 12 управления ,. делительное устройство 10 совершает операцию деления числа N.J на число N , Результат деления, равный г non не. будет зависеть от удельной чувствительности датчика Холла к индукции, его тока питания, коэффициента передачи схемы и взаимного направления измеряемого и дополнительного магнитных полей. Если значение индукции дополнительного магнитного поля Bgon. принять за единицу измеряемой величины, то результат деления будет пропорционален измеряемой магнитной индукции. ПРИ Sijpn. Bv,3M и несовпадающих по направлению БИЭ,.и BgonJ работа про1 сходит в четыре такта. Временные, диаграммы работы устройства приведены на фиг. 26. Работа в первые два такта ничем не атличается от описанной выше работы. В конце второго такта производится сравнение уровней измеряемого и дополнительного магнитных полей. Если В п &и$мИ они не совпадают по направлению, то во второй такт измерения число N в реверсивном счетчике 9 при подсчете суммарных импульсов первого и второго тактов не п эоисходит. через О, а управляющий сигнал появляется на отрицательном выходе фазового элемента 6. В этом случае триггер 16 разрешает прохождение сигнала элемент К 22 на единичные входы триггеров 15 и 17. Управляющий сигнал с выхода: триггера 15 запрещает прохождение сигналов через элементы И 20,21, 19 и 23, а управляющий сигнал с выхода триггера 15 проходит через элемент ИЛИ 24 на нулевой вход триггера 14 реверса. При работе в два такта триггер 15 находится в исходном состоянии, поскольку через элемент и 22 не поступает управляющий сигнал на его единичный вход, и разрешает прохождение управляющих сигналов через элементы И 20, 19, 21, 23. Триггер 14 реверса выдает такой управляющий сигнал, при котором реверсивный счетчик работает на сложение. В третьем такте на ДХ1 одновреKieHHO воздействуют постоянных Магнитных поля: измеряемое и дополнительное. Реверсивный счетчик 9 зафиксирует число N , процорциональное раЭности магнитных индукций измеряемого и дополнительного полей . tA-lVn- H,M - ImВ четвертом такте на ДХ1 действует только измеряемое магнитное поле цам, устройство 12 управле ния отключ ает источник 3 постоянного тока. Так как направление счета в ре версивном счетчике 9 в четвертом так те не изменяется,то есть он работает на сложение, то в четвертом такте ре версивный счетчик 9 зафиксирует код 1, пропорциональный дополнительному магнитному полю. Vs-K-i, - виW m-1 3M-S; - m) (eoou- V-Bv. . m В конце четвертого такта срабатывает .триггер 18, который устанавлива ет триггер 15 в нулевое состояние. При этом на входы элементов И 20, 21, 19, 23 вьвдается сигнал, разрешающий прохождение через эти схемы управляющих сигналов. Результат деления на Nj, полученный в делительном устройстве 10, считывается цифровым отсчетным устройством 11 в конце четвертого такта измерения. Формула изобретения Цифровой измеритель магнитной индукции по авт.св. 347704, от л ичающийся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно вводятся фазовый элемент, триггер полярности, управляемый дели тель, анализатор числа, элемент ИЛИ, пять элементов И, три триггера и два триггера со счетным входом, выход первого триггера со счетным входом соединен с управляющим входом ревер сивного счетчика, счетный вход через первый элемент И - с блоком управления, единичный вход через элемент ИЛИ и второй элемент И .- с первым выходом фазового элемента и с единичным входом триггера полярности, нулевой вход через третий элемент И - с первым выходом фазового элемента и нулевым входом триггера полярности, первый вход анализатора числа подключен к управляющему входу реверсивного счетчика, второй вход к блоку управления, а выход - к первому входу пятого элемента И и к единичному входу первого триггера, второй йХод которого соединен с блоком управления, а выход - через четвертый элемент И - с единичным входом второго триггера со счетным входом, пер1вый выход второго триггера со счетным входом подсоединен ко вторым входам первого, второго, третьего и пятого элементов И, а второй выход - ко второму входу элемента ИЛИ, выход четвертого элемента И соединен с единичным входом второго триггера, выход которого подключен к единичному входу третьего триггера, выход которого соединен со счетным входом втброго триггера со счетным входом, причём блок управления соединен с третьими входами второго, третьего и четвертого элементов И, нулевыми входами второго и третьего триггеров, нулевой вход триггера полярности подключен,к третьему входу четвертого элемента И, выход триггера полярности подключен ко входу управляемого делителя, вторым входом подключенного к выходу датчика Холла и первому входу фазового элемента, второй вход которого связан со входом датчика Холла, выход управляемого делителя - со входом преобразователя напряжение-код, а выход пятого элемента И - -со входом цифрового отсчетного устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 347704, G 01 R 33/06, 1971.

V-

- I -a