Устройство для измерения магнитных полей Советский патент 1980 года по МПК G01R33/07 

Изобретение относится к магнитометрии и может быть использовано для прецизионного измерения слабых магнитных полей в широком диапазоне частот. Известны устройства для измерения магнитных полей, содержащие один или .несколько (по числу кгналов измерения) датчиков Холла и питающий их генератор стабилизированного тОка, а также аналогичное количество операционных усилителей с дифференциальны ми входами, имеющих цепи регулировки усиления и баланса и подключенных, каждый к выходу соответствующего датчика, образуя с ним тем самым измерительный канал 1 . Однако из-за значительной величины соотношения сигнал-шум они малопригодны для регистрации слабых магнитных полей. Известен также измеритель магнитных полей, использующий для лучшего соотношения сигнал-шум принцип накоп ления сигнала и содержащий датчик Холла, генератор его питания и накопитель 2. При этом роль последнего в таком устройстве играют перемножитель (выходного сигнала датчика на сигнал генератора питания) и подключаемый к его выходу интегратор. Однако в данном устройстве одновременно с накоплением сигнала происходит по меньшей мере удвоение содержащейся в нем ошибки из-за нестабильности выходного напряжения генератора питания. В итоге из-за преобразования флуктуации генератора в noi- решность сигнала датчика на выходе интегратора имеется значительная систематическая погрешность с квадратичной зависимостью от амплитудной флуктуации сигнала генератора питания. Это существенно ограничивает чувствительность и точность измерения магнитных полей. Цель изобретения -повышение чувствительности и точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения магнитных полей, содержащее датчик Холла/ токовые электроды которого связаны с выходом генератора питания и интегратор, снабжено делительным блоком, вход делителя которого связан с выходом генератора, вход делимого - с холловскими электродами, а выход подключен ко входу интегратора.

.

ч ,

На чертеже приведена функциональная схема предложенного устройства.

Устройство содержит датчик 1 Холла, холловские электроды 2 которого связаны со входом делителя 3 блока, а токовые электроды 4 - с выходом генератора 5 питания и со входом делителя 3 блока, выход которого подключен ко входу интегратора 6.

Устройство работает следующим образом.

В процессе работы датчика Холла величина контролируемого магнитного поля перемножается датчиком (первая операция над сигналом) с сигналом питания от генератора 5, формируя выходной сигнал на холловских электродах 2. В процессе этого амплитуда выходного сигнала датчика претерпевает искажения, прямо пропорциональные флуктуациям амплитуды сигнала генератора 5. Во второй операции (операции деления), флуктуации генератора 5 фигурируют в обратной степени по отношению к аналогичным флуктуациям на выходе датчика 1, благодаря чему прямо пропорционально участвующие в этой второй операции одинаковые значения в числителе и в знаменателе, равные текущему значению флуктуации выходного сигнала генератора, взаимно уничтожаются, т.е. флуктуации генератора уже никак не проявляются в выходном сигнале блока 3 (тогда как ввыходном сигнале перемножителя в известном устройстве они проявлялись в квадратичном размере).

В то же. время в осуществляемой здесь операции деления сигнала датчика 1 на сигнал генератора 5 сохраняюся такие же соотношения и роль знако текущих значений этих сигналов, как и при операции умножения в известном устройстве, что по тому же принципу обеспечивает отделение полезного сигнала (т.е. слабого по отношению к шумам сигнала с холловских электродов 2 , имеющего частоту генератора 5 и модулированного временной функцией контролируемого поля) от зате тд1.1-др1 :ф..

752208

няюших его шумов в сигнале датчика 1 - накоплением с помощью интегратора 6 пульсирующей в одну сторону относительно нуля составляю1чей сигнала блока 3 (она имеет удвоенную частоту генератора 5).

В итоге, выходной сигнал интегратора б представляет собой непосредственно временную функцию контролируемого поля, как и в известном устройстве, но,в отличие от последнего К данному выходу здесь не примешивается сильный максирующий сигнал от однонаправленного двойного взаимодействий флуктуации генератора с постоянной составляю-.

5 щей поля. Эти два взаимодействия здесь разнонаправленны, благодаря чему они взаимно уничтожаются. Таким образом, предложенное уст- . ройство по сравнению с известлым

0 обеспечивает большую чувствительность и точность измерений при одновременном упрощении генератора питания датчика.

Формула изобретения

Устройство для измерения магнитных полей, содержащее датчик Холла, токовые электроды которого связаны с выходом генератора питания, и интегратор, отличающееся тем, что, с целью пов.ышения чувствительности, и точности измерений, оно снабжено делительным блоком, вход делителя которого связан с выходом генератора, вход делимого - с холловскими электродами, а выход подключен ко входу интегратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №463934, G 01 R. 33/06, 197.52.Мизюк Л.Я. Входные преобразовтели для измерения напряженности низкочастотных магнитных полей.Киев Наукова думка, 1964, с. 8 (прототип) .