Цифровой измеритель переменнойМАгНиТНОй иНдуКции Советский патент 1981 года по МПК G01R33/02 

управления, а второй подключен к первому входу блока деления. При этом выход первого дополнительного автоматического переключателя соединен с входом стабилизатора постоянного тока, второй вход второго дополнительного автоматического переключателя подключен к выходу формирователя высокочастотной составляющей, третий вход соединен с выходом амплитудного детектора, нервый вход подключен к выходу блока управления, выход первого синхронного детектора соединен с вторым входом автоматического переключателя, третий вход которого подключен к выходу второго синхронного детектора. Выход блока анализа соединен с входом блока управления, выход формирователя опорной частоты подключен к второму входу блока анализа, выход источника переменного тока соединен с входом датчика Холла, выход которого подключен к входу измерителя частоты, к входу формирователя низкочастотной составляющей и к входу формирователя высокочастотной составляющей. На чертеже представлена блок-схема цифрового измерителя переменной магнитной индукции. Цифровой измеритель магнитной индукции содержит датчик 1 Холла, источник 2 переменного тока, катущку 3, стабилизатор 4 постоянного тока, формирователь 5 низкочастотной составляющей, формирователь 6 высокочастотной составляющей, автоматический переключатель 7, нреобразователь 8 «напряжение-код, реверсивный счетчик 9, блок 10 деления, цифровой отсчетный блок 11, блок 12 унравления, синхронные детекторы 13, 14, амплитудный детектор 15, дополнительные автоматические переключатели 16, 17, измеритель 18 частоты, формирователь 19 онорной частоты и блок 20 анализа. Работает устройство следующим образом. Выходной сигнал датчика 1 Холла поступает на формирователи 5, 6 и измеритель 18 частоты. Дальнейшая работа устройства зависит от частоты (о измеряемой магнитной индукции В. Если , блок 20 анализа устанавливает блок 12 в такое состояние, при котором процесс измерения состоит из двух тактов. Сигналом начальной установки, поступающим из блока 12 управления на блоки 8, 10, 7, 16, схема подготавливается к циклу измерения. В первый такт на преобразователь 8 «напряжение-код через автоматический переключатель 7 поступает высокочастотная составляющая SInBmC.o&(j)t cosQt выходного сигнала датчика Холла. Она выделяется формирователем 6 и через переключатель 16 поступает на синхронный детектор 14, где преобразуется в постоянное напряжение. Код Ni выходного регистра преобразователя 8 «напряжение-код, соответствующий измеряемой индукции переменного магнитного поля В, переписывается в делительное устройство 10: N.,, где Ki - коэффициент преобразования формирователя высокочастотной составляющей;Kz - коэффициент преобразования синхронного детектора; /Сз - коэффициент преобразования преобразователя «нанряжение-код. Во второй такт коммутации на преобразователь «напряжение-код 8 через переключатель 7 поступает низкочастотная составляющая 5/„Вдоп cos Q выходного сигнала датчика 1 Холла. Она выделяется формирователем 5 и преобразуется синхронным детектором 13 в ностоянное напряжение. Код NZ выходного регистра преобразователя 8 «напряжение-код, соответствующий индукции дополнительного магнитного поля, переписывается в блок 10: SKJnB nKSK,, где /Ci- коэффициент преобразования формирователя низкочастотной составляющей;/Сб - коэффициент преобразования синхронного детектора. При поступлении унравляющего сигнала блока 12 блок 10 соверщает операцию деления числа на число NZ- Результат деления при Kz Ki будет д, - - ,K,K В,„ К, N-f 5/„Вдоп/ 4АГо з -бдоп К.1 Из последнего выражения видно, что устройство деления 10 фиксирует в виде статического кода число импульсов, пропорциональное измеряемой индукции переменного магнитного поля 5 и не зависящее от нестабильности тока питания датчика, параметров датчика и коэффициента преобразования схемы при стабильных коэффициентах преобразования формирователей высокочастотной и низкочастотной составляющих Ki, Ki. Если значение индукции дополнительного магнитного поля Вдоп принять за единицу измерения, то результат змерения будет пропорционален измеряемой индукции неременных магнитных полей. Если СО Q, блок 20 устанавливает блок 12 в такое состояние, нри котором процесс измерения состоит из трех тактов. Сигналом, поступающим из блока 12 на блоки 8, 10, 7, 16, схема подготавливается к циклу измерения. В первый такт на преобразователь 8 «наряжение-код через автоматический переключатель 7 поступает выходной сигнал атчика 1 Холла. Он выделяется формирователем 6 и чеез переключатель 16 поступает на синхронный детектор 14, где преобразуется в постоянное напряжение. Код NI выходного регистра преобразователя 8 «напряжениекод, пропорциональный измеряемому и дополнительному магнитным полям (Вц + + Вдоп), поступает на реверсивный счетчик 9, считающий в прямом направлении:

NI (В„ + 5доп) KiВо второй такт коммутации на датчик 1 Холла действует только измеряемое магнитное поле В бтосоза) поскольку блок 12 управления отключает стабилизатор 4 тока.

Выходной сигнал датчика 1 Холла через переключатель 7 поступает на преобразователь 8 «напряжение-код. Код выходного регистра преобразователя 8 «напряжение-код, соответствующий индукции измеряемого магнитного поля Вт, поступает на реверсивный счетчик 9, считающий в обратном направлении:

N, N,- N, (В + 5доп) 5/„. К,К,К, Sm- /nATi/CiA 8 5доп Sf KiKtK,.

В третий такт коммутации выходной сигнал датчика 1 Холла jBm5/nCOS(, выделенный формирователем 6, поступает на амплитудный детектор 15. Выходной сигнал детектора 15, пропорциональный измеряемому магнитному полю Bmcosatt, через переключатель 16 поступает на синхронный детектор 14. Этот сигнал преобразуется в постоянное напряжение и через переключатель 7 поступает на преобразователь 8 «напряжение-код. Код выходного регистра преобразователя 8 «напряжения-код

N, B.Sf,K.K,K,K.,

где /Сб - коэффициент преобразования амплитудного детектора. При поступлении управляющего сигнала с блока 12 на входы блока 10 поступают код с преобразователя 8 «напряжениекод и код с реверсивного счетчика 9. Результат деления

В„

yV 4 В 31„К1К,К,К,

-..

йд

BjiouSfnKi .

N,

Из последнего выражения видно, что блок 10 фиксирует в виде статического кода число импульсов, пропорциональное измеряемой индукции переменного магнитного поля В и не зависит от нестабильности тока питания датчика, параметров датчика и коэффициента преобразования схемы при стабильном коэффициенте преобразования /Сб амплитудного детектора 15.

Использование новых элементов - двух переключателей, измерителя частоты, формирователя опорной частоты, схемы анализа, источника переменного тока для питания датчика Холла, формирователей низкочастотной и высокочастотной составляющих, двух синхронных детекторов, амплитудного детектора и реверсивного счетчика - выгодно отличает указанный цифровой измеритель от прототипа, так как позволяет значительно повысить точность измерения. Это обусловлено тем, что из выходного сигнала датчика Холла исключается термоЭДС, создающая аддитивную погрещность датчика Холла. Особенно это сказывается при измерении слабых магнитных полей в диапазоне до 10 гс, когда термоЭДС соизмерима с выходным сигналом датчика Холла. В этом случае точность измерения повыщается на один-два порядка и составляет 0,001.

Формула изобретения

Цифровой измеритель переменной магнитной индукции, содержащий катущку, в поле которой находится датчик Холла, стабилизатор постоянного тока, подключенный к выводам катущки, последовательно соединенные автоматический переключатель, преобразователь «напряжение-код, блок деления и цифровой отсчетный блок, а также блок управления, выход которого подключен к второму входу цифрового отсчетного блока, к второму входу преобразователя «напряжение-код и к первому входу автоматического переключателя, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерения, в него введены последовательно соединенные первый и второй дополнительные автоматические переключатели, последовательно соединенные формирователь низкочастотной составляющей и первый синхронный детектор, последовательно соединенные формирователь высокочастотной составляющей и амплитудный детектор, последовательно соединенные измеритель частоты и блок анализа, а также источник переменного тока, формирователь

опорной частоты, второй синхронный детектор и реверсивный счетчик, выход которого подключен к третьему входу блока деления, первый вход реверсивного счетчика соединен с выходом блока управления, а

второй подключен к первому входу блока деления, при этом выход первого дополнительного автоматического переключателя соединен с входом стабилизатора постоянного тока, второй вход второго дополнительного автоматического переключателя подключен к выходу формирователя высокочастотной составляющей, третий вход соединен с выходом амплитудного детектора, первый вход подключен к выходу блока

управления, выход первого синхронного детектора соединен с вторым входом автоматического переключателя, третий вход которого подключен к выходу второго синхронного детектора, выход блока анализа

соединен с входом блока управления, выход формирователя опорной частоты подключен к второму входу блока анализа, выход источника переменного тока соединен с входом датчика Холла, выход которого подключен к входу измерителя частоты, и входу формирователя низкочастотной составляющей и к входу формирователя высокочастотной составляющей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 339884, кл. G 01R 33/00, 09.02.70.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2518107/21, кл. G 01R 33/00, 22.08.77 (прототип).