Цифровой измеритель квадратаМАгНиТНОй иНдуКции Советский патент 1981 года по МПК G01R33/07 

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано в масс-спектрометрии для прецизионного измерения квадрата индукции постоянных и медленно изменяющихся магнитных полей. Известны аналоговые измерителя квадрата магнитной индукции, содержащие два датчика Холла, соединенных каскадно, источник тока и выходной прибор 1 . Однако такие измерители не могут быть использованы для измерения квад рата индукции наравномерного магнитного поля из-за погрешности, вызывае мой различными величинами магнитной индукции, воздействующей на каждый датчик Холла. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является цифровой измеритель квадрата магнитной индукции, содержащий каскадно соединенные двг1 датчика Холла, источ ник тока, ключи, преобразователь тип напряжение - цифра, фазочувствительные элементы, блок управления и цифровой регистрирующий прибор 2. Однако этот измеритель не обеспечивает возможности измерения квадрата индукции неоднородного магнитного поля из-за различия величин индукций, воздействующих на каждый датчик Холпа, и связанной с эти грубой погрешности измерения. Измерение проводится в два последовательных во времени такта, т.е. быстродействие данного устройства ограничено суммарной длительностью двух тактов. Цель изобретения - увеличение быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что цифровой измеритель квадрата магнитной индукции, содержащий магнитоуправляемый гиратор, через первый усилитель соединенный с индуктивным элементом, через второй усилитель подключенный ко входу магнитоуправляемого гиратора, компаратор, первый вход которого подключен к выходу .первого ключа, второй - к выходу источника опорного напряжения, а выход компаратора - ко входу блока управления, выходы которого подключены ко входу первого ключа, к первому входу преобразователя напряжение - цифра, к первому входу регистрирующего прибора и к первому входу второго ключа, второй вход которого связан с выходом первого ключа и со входом магнитоуправляемого гиратора, а второй вход регистрируюшего прибора подключен к выходу преобразователя напряжение - цифра, введе ны последовательно соединенные интегратор и переключатель, второй вход которого соединен с одним из выходов блока у пр а в л е н и я , вы ход пере кл а т о л соедкнеь оо входом преобразователя напряжение - цифра, а вход интегратора соединен со входом магнитоуправ ляемого гиратора. На чертеже приведена схема цредлагаемого измерителя. Цифровой измеритель квадрата магнитной индукции содержит магнитоуправляемЕлй гиратор 1 на основе полево ГО магнитотраизистора 2, помещенного в иэме ряемое магнитное поле с индукцией В и соединенного, например, с исто дником постоянного тока 3 н усилителями 4, Ь. К выходу гиратора 1 (точка соедииенил выхода усилителя 4 и входа усилителя 5) подключен И {дуктивный элемент б, а ко входу гиратора 1 (полевок электроду магнитотранзисто ра 2) подключен первый вход компаранен с источником 8 опорнохО напряжения, а выход соединен с блоком 9 управления. Блок 9 управления дополнительно соединен со входом управлеь:ия цифрового регистрирующего прибора 11 Вход гиратора 1 через интегратор 3.2 и переключатель 3 соединен со входо 17реобразовате.пя 10 напряжение - цифра. Ко входу гиратора 1 через первый ключ 14 подклю 1ен выход второго источника 15 тока и через второй ключ 1.6 подключена общая шина устройства Входы управления переключателя 13 и ключей 14-и 16 соединены с выxoдa ти блока управления 9 . Измеритель работает следующим образом. В динамическом режиме магкитоучч-равляемг11Й гирглор 1 характеризуется следующей матрицей параметров проводи мост ей: , 5-В о1. ре.цачи усилителей 4 и 5 К- постоянный коэффициент 1/X, определяемый параметрами магнитотравзистора 2; В- средняя величине измеря мой магнитной индукции при интер.вале усреднени равном геометрической яирине. (порядка 0,1 мм) активной зоны м.1гнато транзистора 2. Из выражения; (а) следует, что ве- личина кмпедс1:1г:а /(В) , включенного между первым входо1 1 компаратора 7 и общей шиной устройства выражается фОр№/ЛОЙJ5) 11 Z, ( В) i Jtfcbfe где у и у - э.лементы Y -матрицы магнитоуправляемого гиратора 1; -jfiJL, - комплексный импеданс индуктивного элемента 6 . Таким Образом, в предлагаемом устройстве между первым входом KOMriapaтОра 7 и общей шиной устройства включен двухполюсный элемент, емкостной импеданс которого определяется средней величиной В измеряемой индукции. Согласно (б) емкость этого элемента определяется выражением С ( В) L KG. С„ В и линейно зависит от величины 8 во всем диапа оне линейного управления гиратора 1, т.е. в диапазоне не менее 80 дБ. В исходном состоянии потенциал на емкости С(В) магнитотранзистора 2 ра вен нулю, ключи 14 и 16 разомкнуты, переключатель 13 в нейтральном положении. Процесс изглерения начи-гается в момент времени t при поступлении импульса пуска из блока 9 управления на ключ ;. 4. При этом ключ 14 заь-ыкается, начинается заряд емкости С(В) от источника тока 15 и напряжение U(t) ка г;ервог. входе компаратора 7 вОЗраст а е т п о л и н е и н о му з а к о н у Ц (t) К , - КРУ т и 3 1 а фу н к ци и U,(t) . При моме;-гт t . уровня UQ компаратора 7, т.е. Q , ко МП ар ат ор 7 ср а t, t между импульсагШ цуска и остановки определяется выражением: 1оС1Ш . в 1.5 1источника 1Ь, - величина Одновременно с форг ирОВанием линейно нарастающего н ап1::;,я-г;е,ния Uv (t) это напряжение интегрируется в интеграторе 12, на выходе которого напря Хи {t)dt 0,. момент t2. выходное напряжение интегратора 12 до стигает величины J(ty} 0,5K,iat т.е, согласно выражению й , имec-: ч u( .- В Импульсом остановки, поступающим с выходов блока 9 управления на ключи 14 и 16, ключ 14 pa3:vKiKaeTCH, а ключ 16 замыкается на время, необходимое .для полного разряда емкости С (В) . Одновременно импульсом остановки, поступающим с блока 9 управления на перекдючатель 13, он переводится в состояние, при котором выход интегратора 2 соединен со входом преобразователя 10 напряжение - п,ифра. При этом выходное напряжение ) - В интегр тора 12 преобразуется в. цифровую величину N;, которая регистрируется прибором 11. После окончания процесса, записи выходной цифровой величины NA-B на регистры прибора 11, импульсом с блока 9 управления переключатель 13 переводится в состояние, при котором выход интегратора 12 закыкается на общую шину устройства на вре мя, необходимое для полного разряда интегратора 12. После разряда емкости С(В) и интегратора 12 импульсами блока 9 управления ключи 14 и 16 и переключатель 13 переводятся в исходное состояние и процесс измерения периодически повторяется. Таким.образом, предлагаемое устройство обеспечивает- измерительное преобразование типа величина квадрата средней индукции неоднородного магнитного поля - цифра с интервалом пространственного усреднения индукции порядка 0,1 . При этом использование одного линейного гальваномагнитного преобразователя (магнитотранзистора 2) позволило исключить грубые погрешности измерения, вызываемые неоднородностью магнитного ти па в известных устройствах. В предлагаемом устройстве измерение проводится в один такт, 11ричем длительность такта ut определяется согласно выражению (в) режимкыт ет параметрами UQ и устройства. Следовательно, быстродействие устройств увеличено. Использование устройства позволяет строить прецизионные цифровые измерители квадрата индукции пространс венно неоднородных постоянных и пере менных магнитных полей при повышенно быстродействии измерителей., . Формула изобретения Цифровой измеритель квадрата магнитной индукции, содержащ55й магнитоуправляемый гиратор, через первый усилитель соединенный с индуктивным элементом, через второй усилитель подключенный ко входу магнитоуправляемого гиратора, компаратор, первый вход которого подключен к выходу первого ключа, второй - к выходу источника опорного напряжения, а выход компаратора - ко входу блока управления, выходы которого подключены ко входу первого ключа, к первому входу преобразователя напряжение - цифра, к первому входу регистрирующего прибора и к первому входу второго ключа, второй вход которого связан с выходом первого ключа и со входом магнитоуправляемого гиратора, а второй вход регистрирующего прибора подключен к выходу преобразователя напряжение - цифра, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, в него введены последовательно соединенные интегратор и переключатель, второй вход которого соединен с одним и выходов блока управления, выход ;е реключате.ля соединен со входом лрс образователя напряжение - цифра, а вход интегратора - соединен со р-.О;. магнитоуправляемого гиратора с Источники инфор1 ации f принятые во внимание при экспертизе 1.Афанасьев Ю,В. и др, Средг.: s;измерения параметров магнитного поля, Л,, Энергия, 1979, с. 174-176, 2.Авторское свидетельство СССР ; 497541, кл, G- 01 R 33/06, 1975.