Устройство для измерения приращения потока магнитной индукции Советский патент 1980 года по МПК G01R33/02 G01R33/04 

Изобретение относится к технике измерения потока магнитной индукции и может использоваться, в частности, при измерении параметров и характеристик магнитных сердечников, в магнитных цифровых и аналоговых запоминающих устройствах. Известны измерители приращения потока магнитной индукции сердечников методом импульсного считывания, содержащие генератор программы перемагничивающих токов, схему стробирования и интегратор или фильтр нижних частот, соединенный с усилителем постоянного тока l. Недостатком таких измерителей являет ся малая чувствительность и низкое быстродействие. Наиболее близкий предлагаемому измеритель содержит генератор программы перемагничивающих токсж, схему стробирования, включающую в себя блок управления ключами и два ключа, один из которых нормально разомкнут и соединен с выход ной обмоткой исследуемого сердечника, а второй нормально замкнут, фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока 2. Однако при понижении ЧЕСТОТЫ входных импульсов уменьшается чувствительность известного измерителя уменьшае1х;я, поскольку фильтр нижних частот обладает частотно-зависимой характеристикой передачи, требуемая точность результата измерения может быть обеспечена только при определенном и достаточно большом количестве входных импульсов. Это впечет за собой снижение, быстродействия. Цель изобретения - повышение чувствительности и быстродействия. Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения приращения потока магнитной индукции, содержащее генератор программы перемагничивающих токов и подключенный к его выходу блок стробирования, включающий в себя блок управления с двумя ключами, один из которых нормально разомкнут и соединен с выходной обмоткой сердечника, а второй нормально замкнут, введены интегратор.

удвоитепь напряжения, два анапоговых эпемента памяти и сумматор, причем вы ход бпока стробирования соединен через интегр атор с одним входом сумматора и через тот же интегратор, аналоговый эпе- мент памяти и удвоитель напряжения - с другим входом сумматора, выход которого связан со входом второго аналогового элемента памяти, а выход последнего - с выходом всего устройства, причем управляющие входы обоих элементов памяти присоединены к соответствующим выходак1 блока управления ключами.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого измерителя приращения потока магнитной индукции; на фиг. 2 нормированная спектральная плотность шумов его измерительной части.

Измеритель содержит генератор 1 программы перемагничивающих токов (ГППТ), испытуемый сердечник 2, блок 3 управления ключами и аналоговыми элементами памяти (БУ), стробирующие ключи 4 и 5, интегратор 6, аналоговые элементы памяти (АЭП) 7 и 8, удвоитель 9 напряжения (УН), сумматор 10 и измеритель И напряжения (И). Блок стробирования включает в себя блок 3 упрб вления ключами 4 и 5 и аналоговыми элементами памяти 7 и 8, синхронизируемый от генератора 1 программы перемагничивающих токов, и два ключа 4 и 5, один из которых (4) нормально разомкнут и служит для стробировйния сигнала, поступающего с выходной обмотки исследуемого сердечника на вход интегратора, другой (5) нормально замкнут и служит для замыкания входа интегратора на нулевую шину.

Устройство работает следующим образом.

В режиме измерения генератор 1 вырабатывает программу импульсов, непрерывно поступающих на сердечник 2, с другого плеча генератора синхронизируется работа блока 3 управления ключами и аналоговыми элементами памяти. Импульсы тока, проходя через обмотку возбуждения сердечника 2, вызывают его перемагничивание. Одновременно на выходной обмотке наводятся импульсы напряжения, воль-секундные площади которых пропорциональны , пр1фащениям потока магнитной индукиии. Измерение приращения потока магнигной индукции осуществляется по реакции сердечника на импульсы тока одной какойлибо полярности. Выделение требуемых импульсов перемагничивания, поступающих на вход интегратора 6, осуществляется ключами 4 и 5, управляемых потенциалаМИ с блока управления ключами. Процесс измерения в устройстве осуществляется в течение времени Т. Причем импульсы перемагничивания сердечника поступают на вход интегратора 6 только в течение половины этого времени, т. е. Т/2. Напряжение на выходе интегратора в этот момент времени может быть записано как Т|2

и, --1 UcC.iHu,(t)dt -Ти wdt Ти., a)dt.

чоо

где (/(-.(-t) - напряжение измеряемого сит

. нала UujCt) - напряжение шумов и дрейфа.

Аналоговый элемент 7 памяти, подключенный к выходу интегратора 6, по сигна лу с блока 3 управления запоминает это напряжение. В течение следующего времени, т. е. от Т/2 до Т, токи, перемагничивающие сердечник, не поступают, и напряжение на выходе интегратора б в момент времени Т можно записать как

Тид-ь)()...

о о т|а

Это напряжение поступает на вычитак щий вход сумматора 10. На суммирующий вход сумматора 1О через удвоитель 9 поступает напряжение с выхода аналогового элемента 7 памяти. Таким образом, напряжение на выходе сумматора в момент времени Т равно

т|ат/ат

и 2 -: 2 и, - 0,- .)dt - Ju,Wdt-Iu {t)di

ооТ|1

и по сигналу с блока 3 управления запоминается вторым аналогсжым элементом 8 памяти, поступая затем на выход всего устройства. Таким образом, на выходе присутствует составляющая, обусловленная шумами и дрейфом U ,

Т|2т

S(((1О Т|2

Очевидно, что величина У зависит от частоты и фазы гармонических составляющих Оц, (t)

Для определения нормированной спектральной плотности шумов предлагаемого устройства будем считать, что

ui U SiMfmt if), тогда

и

и,,- (u;Ttif)-2co5(u; -i-«f)- -cos4

Считая -Р случайной величиной, равномерно распределенной от О до 2// , ((и)-- )4cosu;t-4co5UJ Полученная нормирсжанная спектральная плотность шумов для случайно распределенной величины - от О до 2 Ti изображена на фиг. 2. Аналогичная характеристика для фильтра нижних .частот, используемого в извест ном устройстве, имеет коэффициент переда чи в области низких частот, равный 1, и затем более или менее быстро, в завис мости от порядка фильтра, спадает до нупя. Из сравнения этих характеристик вид но, что уровень помех на выходе устройства значительно ниже, т. е. выше чувствительность. Известно также, что обеспечение высокой точности при использовании фильтра нижних частот первого порядка требует нескольких сотен перемагничивающих импульсов, т. е. длительного времени измерения. Уменьшение времени измерения в известном устройстве достигается путем повышения порядка фильтра нижних частот т. е. путем значительного увеличения сложности устройства. В предлагаемом устройстве в принципе достаточно одного .импульса, но для получения требуемой величины выходного напряжения измерение осуществляется в течение нескольких едини№-десятков импупьсов перемагничивания. Использование интегратора, удвоителя напряжения, аналоговых элементов памяти и сумматора- позволяет уменьшить соФормула изобретения Устройство для измерения приращения потока магнитной индукции, содержеццее генератор программы перемагничивающих токов и подключенный к его выходу блок стробирования, включающий в себя блок управления с двумя ключами, один из которых нормально разомкнут и соединен с выходной обмоткой сердечника, а второй нормально замкнут, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и быстродействия, в него введены интегратор, удвоитель напряжения два аналоговых элемента памяти и сумматор, причем выход блока стробирования соединен через интегратор с одним входом сумматора и через тот же интегратор, аналоговый элемент памяти и удвоитель напряжения - с другим входом сумматора, выход которого связан со входом второго аналогового элемента памяти, а выход последнего - с выходом всего устройства, причем управляю1ние входы обоих элементов памяти присоединены к соответствуюimtM Выходам блока управления ключами. Источники инфорхошга, принятые во внимание при эксаертиге 1.Пирогов А. И., Шамаев Ю. М. Магнитные Сердечники для устройств автоматики и вычислительной техники. М., 1973, с. 175-176. 2.Авторское свидетельство СССР К 222470, кл. И ОЗ К 13/20, 1968, ЛН4 % V % Фиг.2 fr ЪИ12 2tf 41Г ыТ