Цифровой магнитометр Советский патент 1981 года по МПК G01R33/06 

(54) ЦИФРОВОЙ МАГНИТОМЕТР

1

Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быть использовано для измерения величины индукции магнитного поля, а также для измерения величины ее градие11та.

Известны устройства для измерения индукции и градиента индукции постоянных и переменных магнитных полей, содержащие два гальваномагнитных преобразователя, например датчики Холла, вве.денные в измеряемое поле и расположенные на определенном расстоянии друг от друга, источники питания.и регистрирую. щие приборы flj.

Этим устройствам присущи погрешности измерения градиента индукции магнитного поля из-за неидентичности обоих преобразоватерей и режимов их работы. Кроме того, в данных устройствах не учитывается закон распределения магнитной индукции вдоль базового расстояния между преобразователями, что является причиной дополнительной погрешности при из-

мерении средней индукции магнитного поля.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее полевой магнитотранзистор со структурой металл-диэлектрикполупроводник-диэлектрик-металл (МДГЩМ), источник постоянного тока питания, импульсный генератор управляющего напряжения и выходные регистрирующие прибоtoры Г2.

Недостатком является то, что в известном устрюйстве из-за разброса параметров магнитотранзистора (неравенства емкостей слоев диэлектрика структуры

15 МДГЩМ), сигналы э(})фектов поля полностью взаимокомпенсируются. Из-за этого, на выходе магн1А отранзистора имеет меото аддаптивная помеха, которая ограничивает точность измерений и пороговую чув20ствительность устройства. При замене мапнитотранзистора в процессе эксплуатации известного устройства величина аддаптивной помехи является неопределенной, и. 38 следовательно , устройство становится неработоспособным. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее полевой магнитотранзистор со структурой металлдиэлектрик-полупроводник-диэлектрик-металл, первый источник постоянного тока. управляемый импульсный генератор, преоб разователн амплитуда импульса напряжения-цифра, и два цифровых регистрирующих прибора, дополнительно введены второй источник постоянного тока, перекшочатель и последовательный сумматор, один из токовых электродов магнитотранзистора подключен через переключатель к первому и второму источнику постоянного тока и через преобразователь к последовательному сумматору, соединенному с выходными регистрирующими приборами, а второй токовый электрод соединен с общей шиной устройства, полевые электроды магнитотранзистора подключены к управляемому импульсному генератору, вход которого соединен с выходом блока управления, который также соединен со входами управления переключателя, преобразователя, сумматора и регистрирующих приборов. На чертеже приведена структурная схе ма цифрового магнитометра. Магнитометр состоит из полевого магнитотранэистора 1 со структурой МДЦДМ с токовыми электродами 2,3, и с полевыми электродами 4,5. Токовый электрод 2 соединен с общей шиной магнитометра, а токовый электрод 3 соединен с выходом переключателя 6, первый вход которого соединен с выходом первого источника 7 постоянного тока, а второй вход соединен с выходом второго источника 8 постоянного тока. Точка соединения токового электрода 3 и выхода переключателя 6 через преобразователь 9 типа амплитуда импульса напряжения - цифра и пос ледовательный сумматор 1О соединена со входами цифровых регистрирующих приборов 11 и 12. Полевые электроды 4 и 5 соединены с выходами управляемого импульсного генератора 13. Входы управления переключателя 6, преобразователя 9, сумматора 10 регистрирующего прибора 11, регистрирук щего прибора 12 и импульсного генератора 13 соединены с выходами блока 14 управления. Цифровой магнитометр работает в четы ре такта, причем в первые два такта из7меряется магнитная индукция, а в третий и четвертый такт - ее градиент. В исходном состоянии переключателя 6 токовый) электрод 3 магнитотранзистора 1 соединен с выходом источника 7 постоянного тока, величиной D . В начале первого такта работы импульсом, поступающим с блока управления 14, запускается управляемый импульсный генератор 13, на выходах кото- . ого формируются видеоимпульсы напряжения одинаковой амплитуды U и противопо-т ожной полярности. При этом, в результате полевого гапьваномагниторекомбинаци- нного эффекта и эффекта поля, на выходе магнитотранзистора 1 (на токовом электроде 3) формируется видеоимпульс напряжения Ug , акошитуда которого выражается Формулой Ug...U, (1) где В - средняя величина индукции измеряемого магнитного поля|. постоянный коэффициент В/А Т/; Kj- постоянный коэффициент. Второй член выражения (1) появляется в результате неполной взаимной компенсации сигналов эффекта поля. Вследствие неодинаковых величин емкостей слоев диэлектрика магнитотранаистора 1, изменения температуры внешней среды,старения магнитотранзистора и т.д. Импульсом, поступающим с блока 14 управления после насыщения выходного импульса магнитотраЪаистора 1, запускается преобразователь 9, осуществляющий п|реобразование напряжения Ug в пропорциональную цифровую величину М которая записывается в регистры сумматора 10. После записи, в начале второго такта, импульсами, поступающими с блока управления 14, осуществляется сброс и подготовка преобразователя 9, а переключатель 6 переводится в состояние, при котором источник 7 тока ОТКЛЮЧИ, а источник В соединен е выходом магнитотранэистора 1 . Во втором такте магнитометр работает также, как и в первом. Величина и направление тока 30 источника 8 устанавливается из условия 3,. При этом , согласно выражению (1), во втором такте на сумматор записывается цифровая величина N , Причем г(2) где (Jg - амплитуда выходного импульса магнитотранзистора 1 во втором такте работы. Согласно выражениям (1) и (2), в конце второго такта на выходе сумматора 10 формируется выходная ци|)ровая вели-1

чина, пропорциональная величине измеряемой индукции

, (3)

которая регистрируется цифровым регистрирующим прибором 11.

Работа магнитометра в третьем и четвертом тактах аналогична работе в первом и втором тактах с тем лишь отличием, что на выходах управляемого импульсного генератора 13 формируются однополярные видеоимпульсы с амплитудой (Jq , а выходная цифровая величина, пропорциональная величине измеряемого градиента

N,jrcta6i y °P 10 регистрируется цифровым регистрирующим прибором 12. При этом, в результате магнитоградиентного эффекта и эффекта поля в магнитотранзисторё 1, в конце третьего такта Б сумматор 10 записывается ци фовая величина

N -vKjJ cyraa Л

где cf гай в- величина измеряемого поперечного градиента индукции В В конце четвертого такта в сумматор записывается ци4фовая величина

1 (5)

т.е. после суммирования, согласно (4) и (5) формируется выходная цифровая величина

гас1б 2 тЯГ « Ь (6)

Таким образом, введение в устройство второго источника 8 постоянного тока, переключателя 6 и сумматора 10 позволяет автоматически исключить погрешность, связанною с. сигналом помехи эффекта поля, что обеспечивает работоспособность цифрового, магнитометра при разбросе параметров магнитотранзистора 1 и увеличивает точность измерений.

Формула изобретения

Цифровой магнитометр, содержащий полевой магнитотранзистор со структурой металл-диэлектрик-полупроводник -диэлектрик-металл, первый источник постоянного тока, управляемый импульсный генератор, преобразователь амплитуда импульса напряжения-цифра и два цифровых регистрирующих прибора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения в него введены второй источник постоянного тока, переключатель и последовательный сумматор, один из токовых электродов магнитотранзистора подключен через переключатель к первому и второму источнику постоянного тока и через преобразователь к последовательному суммаTqpy, соединенному С выходными регистри.рущими приборами, а второй токовый электрод соединен с общей шиной устройства, полевые электроды магнитотранзистора подключены к управляющему импульсному генератору, вход которого соединен с выходом блока управления, который также соединен со входами управления переключателя, преобразователя, сумматора и реги стрирующих приборов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Афанасьев Ю. В. и др. Средства измерений параметров магнитного поля. Л., 1979/с, 154.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2666316/21,кл.С 01 R 33/06, 26.О3.79.