Цифровой измеритель магнитного поля Советский патент 1981 года по МПК G01R33/02 

(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнит ных полей. По основному авт.св. № 748305 известны цифровые измерители, предназначенные для измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнит ных полей, состоящие из датчика Холла (ДХ), источника переменного тока питания ДХ, дополнительной катушки, в поле которой находится ДХ, источника постоянного тока для питанид обмотки дополнительной катушки, последовательно соединенных с датчиком Холла управляемого делителя, преобра зователя Напряжение-код и ревер ив ного счетчика, делительного устройства, включенного между преобразователем и цифровым отсчетным устройством блока управления, связанного с цифровым отсчетным устройством,преобразователем .Напряжение-код, реверсивным счетчиком, делцтельным устройством, второй вход которого подсоединен к выходу реверсивного счетчика и источником постоянного тока, а также фазовым элементом, Bko цы которого связаны с ДХ и управляемым делителем, и триггером полярности , подключенным ко второму входу управляемого делителя. Цикл измерения в .данном устройстве состоит из двух тактов. В первом такте на ДХ одновременно воздействуют два постоянных магнитных поля: измеряемое и дополнительное Вдд, -создаваемое источником постоянного тока дополнительной катушки, в которой находится ДХ. Выходной сигнал датчика, пропорциональный сум1.ле величин магнитных индукций (Виэи+ Вдоп ) поступает на преобразователь Напряжение-код , откуда в виде последовательности импульсов выдается на реверсивный счетчик, считающий в прямом направлении. Во втором такте 1 на ДХ действует только измеряемое магнитное поле B)4j Выходной сигнал датчика, пропорциональный измеряемой магнитной индукции BKSM / .поступает на преобразователи Напряжение-код, откуда в виде последовательности импульсов выдается на реверсивный счетчик, считающий в обратном направлении. В результате после второго такта реверсивный счет.чик фиксирует число импульсов N , пропорциональное дополнительному магнитному полю вдоп(Виа11+ ВАОП)- BUS одновременно в выходном регистра.пре образователя Напряжение-код устана вливается код N, , соответствующий измеряемой индукции . После двух тактов измерения на входы делительного устройства поступают числа N с выходного регистра преобразователе напряжение код и N .- с реверсивно го счетчика. После поступления управ ляющего сигнала от устройства управления делительное устройство -соверша ет операцию деления числа N на чисРезультат деления, равный N- 5-К. Виэм .KO -BAon «AOn где S - удельная чувствительность индукции ДХ; К - коэффициент передачи схемы Ifn - амплитуда тока питания ДХ, не зависит от удельной чувствительности ДХ к индукции его тока,питани и коэффициента передачи схемы. Если значение индукции дополнительного магнитного поля принять за единицу измеряемой величины, то результат д ления будет пропорционален измеряемой магнитной индукции Tl . Недостатком данного устройства является зависимость результатов из мерения от направления измеряемого магнитного поля и недостоверность результатов измерения при несовпада ющих по направлению измеряемого и дополнительного магнитных полей, а также при превышении индукцией допол нительного магнитного поля B Q ituдукции измеряемого магнитного поля В этом случае реверсивный участок во втором такте измерения зафиксиру.ет результат, который не будет пропорционален дополнительному магнитному полю „ , ,(Вдоп-8иаи) 5 са Вдоп-55адт6мггл в результате чего после операции дел ния прибор выдает недостоверный результат измерения. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем что в цифровой измеритель, содержащи ДХ, источник переменного тока для пи тания ДХ, дополнительную катушку, в поле которой находится ДХ, источник постоянного тока для питания обмотки дополнительной катушки, управляемый делитель, фазовый элемент, триггер полярности, .преобразователь На пря ение-код, реверсивный счетчик, делительное устройство, цифровое отсчетное устройство и блок управления в котором ДХ через управляемый делитель подключен к преобразователю Напряжение-код, первый выход которого подключен к первому входу делительного устройства, второй выход через реверсивный счетчик - к второму входу делительного устройства,выход подключен к цифровому отсчетному устройству, первый вход фазового элемента соединен с выходом датчика Холла, второй выход - с выходом источника переменного тока, подключенному к датчику Холла, а выходы соответст енно соединены с нулевым и единичным входами треггераполярности, выход которого подключен к управляющему входу управляемого делителя, блок управления соединен с преобразователем Напряжение-код, реверсивным счетчиком/ Делительным устройством и источником постоянного тока, дополнительно вводятся три триггера, элемент ИЛИ, шесть элементов И и триггер со счетным входом, выход которого соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, счетный йход через первый элемент И - с блоком управления, нулевой вход через элемент ИЛИ и второй элемент И - с нулевым входом триггера полярности, единичный вход через третий элемент И - с.единичным входом триггера полярности, единичный вход первого триггера через четвертый элемент И подключен к единичному входу триггера полярности, единичный вход второго -риггера через пятый элемент И подключен к нулевому входу триггера полярности, шестой элемент И включен между выходами первого и второго триггеров и единичным входом третьего триггера, первый выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, а второй выход - со вторыми входами первого, второго и третьего элементов И,причем блок управления соединен с нулевыми входами трех триггеров, вторыми входами четвертого и пятого элементов И и третьими входами второго и третьего элементов ИНа чертеже представлена блок-схема цифрового измерителя магнитного поля. Устройство состбит из датчика Холла 1, источника 2 переменного тока, источника 3 постоянного тока,дополнительной катушки 4, управляемого Целителя 5, фазового элемента б, триггера 7 полярности, преобразователя Напряжение-код 8, реверсивного счетчика 9, делительного устройства 10, цифрового отсчетного устройства 11, блока 12 управления, триггера 13 со счетным входом, элемента ИЛИ 14 элементов И 15-20, триггеров 21-23. Устройство работает следукнцим образом. Фазовый элемент б в зависимости от направления магнитного поля, действующего на датчик Холла 1, устанавливает триггер 7 полярности в определенное состояние. Например,

при положительном направлении магнитного поля управляющий сигнал с фазового элемента б поступает на единич ный вход триггера 7. Триггер 7 пОлярности выдает на управляемый делитель 5 сигнал, который устанавливает его в состояние, соответствующее положительному направлению магнитногополя.При отрицательном направлении Магнитного поля управляющий сигнал с фазового элемента 6 поступает на рулевой вход триггера 7 полярности, устанавливает управляемый делитель 5 в состояние, соответствующее отрицательному направлению магнитного поля. Если при отрицательном направлении магнитного поля чувствительность датчика Холла больше, чем при положительном, 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.

Работа устройства происходит в два такта. В первом такте на ДХ 1 действуют одновременно два постоянных магнитных поля: измеряемое BHJM и дополнительное Вдоп Во втором такте на ДХ действует только измеряемое поле Виэ1ч В зависимости от соотношения измеряемого и дополнительного магнитных полей и их направления возможны четыре варианта работы:

БИЗМ BAOVI, Вигм и Вдоп совпадают по направлению;

Визм В(,зм и совпадают по направлению;

Вцзм Вдоп f Визм и Вдоп совпадают по направлению)

Вмзк Вдоп; Вцэм и Вдоп не совпадают по направлению.

Анализ этих условий показывает, что в первом, втором и третьем случаях магнитное поле в первом и втором тактах не изменяет своего направления. В четвертом случае направление магнитного поля, действующего на ДХ в первом такте, не совпадает с направлением магнитного поля во втором такте. При наличии первого и третьего условия работа измерителя, происходит следукяцим образом.

В первом такте на ДХ одновременно действуют два постоянных магнитных поля Вдв , Дополнительное магнитное ng ле создается дополнительной катушкой 4, в поле которой находится ДХ 1. По обмотке дополнительной катушки протекает ток от источника 3 постоянного тока. Выходной, сигнал ДХ 1 через управляемый делитель5, пропорциональный сумме виличин (Ви (- ) поступает на преобразователь Напряжение-код 8, откуда в виде последо.вательности импульсов поступает на

реверсивный счетчик 9, который в первом такте работает на сложение. Ре,жим работы реверсивного счетчика определяется состоянием фазового элемента б. При совпадающих по направ- лению магнитных полях и Вдоп (например, при положительном направлении дополнительного магнитного поля сигнал начальной установки, поступающий на вхрд элементов И 15 и 16, проходит через элемент И 15, элемент ИЛИ 14 на нулевой вход триггера 13 реверса. В этом случае триггер 13 реверса выдает такой управляющий сигнал на реверсивный счетчик 9, при котором он работает на сложение. Реверсивный счетчик 9 зафиксирует код, пропорциональный сумме магнитных индукций измеряемого ri магнитных полей

N (Визм+ %оп) S-K-lm0 Во втором такте на ДХ 1 действует только измеряемое магнитное поле В„з так как блок 12 управления выключает источник 3 постоянного тока. Выход, ной сигнал ДХ 1 через управляемой 5 делитель 5, пропорциональный магнитной индукции Вигм/ поступает на преобразователь Напряжение-код 8, откуда в виде последовательности импульсов поступает на реверсивный счетчик 9. Во втором такте реверсив0ный счетчик 9 работает на вычитание. Изменение направления счета происходит по сигналу, поступающему через элемент И 17 на счетный вход триггера 13 реверса. В результате после второго такта реверсивный счетчик 9 зафиксирует число импульсов N/,пропорциональное индукций дополнительного магнитного поля Вдс7П

п (.s-K-и- B jM-s-K 1гт,ж

Вддп-5- К- Irr,

После двух тактов измерения на входы делительного устройства 10 поступают числа N3 с выходного регистра преобразователя Напряжение-код

8 и с реверсивного счетчика 9. После поступления управляющего сигнала с блока 12 управления делительное устройство 10 совершает операцию деления числа N,Ha число Nj .

0 Результат деления, равный

N-a s-K-Jm-ftH lA &и-5м ,

На 5-ко -8доп ВАОП

55

не зависит от удельной чувствительности датчика Холла к индукции, его тока питания, коэффициента передачи схемы.Если значение индукции дополнительного магнитного поля Вдцг, принять за единицу, измеряемой величины, то результат деления будет пропорционален измеряемой магнитной индукции изм наличии этого условия (при положительном направлении дополнитеЙ5 льногомагнитного поля) сигнал началь

ной установки проходит через элементИ 16 на единичный вход триггера 13 реверса. В этом случае триггер 13 реверса в первый такт измерения выдает управляющий сигнал, по которому реверсивный счетчик 9 работает на вычитание и зафиксирует отрицательное число N., / пропорциональное разности магнитных индукций измеряемого и дополнительного .полей

NI . - (Виьй - ЦАОП ) 5 К . I . . ВО втором такте реверсивный счетчик 9 работает на сложение и в результате после второго такта зафиксирует число импульсов N 2 t пропорциональное дополнительному магнитному полю

(% с;п-Вигм) B«.J«S.K-

N,

- Вк «-5-К.|. о,. К.

Вддп К- Ifri °y( ВАОП-S к- 1,

Дальнейшая работа устройства ничем не отличается от ранее описанной работы при наличии первого условия.

При наличии четвертого условия (при положительном направлении дополнительного магнитного поля) сигнал начальной установки проходит через элемент И 15 и элемент ИЛИ 14 на нулевой вход триггера 13 реверса. В этом случае триггер 13 реверса выдает управляющий сигнал, по которому реверсивный счетчик 9 работает на сложение. Реверсивный счетчик 9 зафиксирует код Н , пропорциональный разности магнитных индукций дополнительного и измеряемого полей л (Вдс7п- Ви5м)5КЧ гл

Во втором такте измерения изменяется направление магнитного поля, действукядего на датчик Холла 1 . В этом случае управляющий сигнал с фазового элемента 6 проходит через элемент И 18 на единичный вход триггера 21. При этом срабатывает триггер 23, TeiK как на его единичный вход поступает сигнал с элемента И 20, срабатывание которого обусловлено тем, что триггер 22 находится в единичном состоянии по сигналу, про.шедшему в первый такт с фазового эле мента б через элемент И 19. Управляющий сигнал с выхода триггера 23 запрещает прохождение сигналов через элементы И 17, 15 и 16, а сигнал, поступающий через элемент ИЛИ 14 на

триггер 13 реверса устанавливает его в такое состояние, при котором реверсивный счетчик 9 во втором такте работает на сложение.

В результате после второго такта реверсивный счетчик 9 зафиксирует число импульсов N/2. ,: пропорциональное дополнительному магнитному полю,

V(%n- aJ- --3m-.M-5- -3m йдоп-5- - т-0изм-5 - «,изгл-5- - т

Вдоп-3-К-Лп1Дальнейшая работа измерителя происходит таким же образом, как в рассмотренных ранее случаях.

Формула изобретения

Цифровой измеритель магнитного поля по авт.св. № 748305, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены три триггера, элемент ИЛИ, шесть элементов И и триггер со счетным входом, выход которого соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, счетный вход через первый элемент И - с блоком управления, нулевой вход через элемент ИЛИ и второй элемент И - с нулевым входом триггера полярности, единичный вход через третий элемент И с единичным входом триггера полярности, единичный вход первого триггера через четвертый элемент И подключен к единичному входу второго триггера полярности, единичный вход второго триггера через пятый элемент И подключен к нулевому входу триггера полярности, шестой элемент И включен между выходами первого и второго триггеров И единичным входом третьего триггера, первый выход которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ, а второй выход - с вторыми.входами первого, второго и третьего элементов И, причем блок управления соединен с нулевыми входами трех триггеров , вторыми входами, четвертого и пятого элементов -И и третьими входами, второго и третьего элементов И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 748305, кл.С 01 R 33/02, 1978.