Устройство для измерения импульсного магнитного поля

Устройство для измерения импульсного магнитного поля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее катушку индуктивности на ферромагнитном сердечнике и усилитель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены N датчиков Холла, включенных между катушкой индуктивности и усилителем, расположенных в поле постоянного магнита , которые по токовым выводам соединены параллельно и подключены ими к выводам катушки индуктивности, а по холловским выводам роединены последовательно и двумя крайними выводами подключены к усилителю. (Л 4 сл

()9) (111

3(Я1 G 01 R 3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOIVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (- ф; С с ф СОЮЗ СОВЕ>СКИХ - Ф ф. е 6%, СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

= ---.-; . ф 4/ =; РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3365426/18-21 (22) 11. 12. 81 (46) 30 09.33 Бюл. V 36 (72) Э.В. Вершков, M В. Демьянович и Л.Л. Синий (53) 621.317.44(088.8) (56) 1. "Приборы и техника эксперимента", 1970, N 4, с. 77 °

2. Авторское свидетельство СССР

Й 528524, кл. С 01 Р 33/02, G 01 и 29/08, 1977. (54) (57) УСТР011СТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее катушку индуктивности на ферромагнитном сердечнике и усилитель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены N датчиков Холла, включенных между катушкой индуктивности и усилителем, расположенных в поле постоянного магнита, которые по токовым выводам соединены параллельно и подключены ими к выводам катушки индуктивности, а по холловским выводам соединены последовательно и двумя крайними выводами подключены к усилителю.

1 104 1

Изобретение относится к магнитометрии и предназначено для измерения импульсных магнитных полей в широком амплитудном и частотном диапазоне. 5

Известно устройство, содержащее катушку индуктивности на ферритовом сердечнике, нагруженную на резистор j1) .

При воздействии переменного маг- 10 нитного поля на катушку индуктивности по ее обмотке начинает протекать ток 3, равный

PqPo5h (1)

° Н)

t5 где Щ - магнитная проницаемость " 3 сердечника; магнитная проницаемость ва- . куума (л 10 Гн/м);

S - площадь поперечного сечения 20 катушки;

n - количество витков катушки;

- индуктивность катушки;

Н - напряженность измеряемого магнитного поля. 25

Величина обобщенной чувствительности устройства может быть увеличена за счет увеличения габаритов катушки, что нежелательно, например, при проведении измерений в замкну- щ тых объемах, когда максимальные габариты катушки заданы заранее.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее катушку индуктив" ности на ферромагнитном сердечнике, подключенные к ней резистор и согла сующий трансформатор и усилитель(2).

Однако для измерительных, устройств, габариты которых таковы, что они мо- 4О гут быть размещены в сравнительно небольших замкнутых объемах, величина обобщенной чувствительности недостаточна при проведении ряда экспериментов, 45

Цела изобретения — повышение точности измерений устройства, Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения импульсного магнитного поля, содержащее катушку индуктивности на ферромагнитном сердечнике и усилитель, введены N датчиков Холла, включенных между катушкой индуктивности и усилителем, расположенных в поле постоянного

55 магнита, которые по токовым выводам соединены параллельно и подключены ими к выводам катушки индуктивности, а по холловским выводам соединены по

37

2 следовательно и двумя крайними вйводами подключены к усилителю, На чертеже представлена блок-схема . предлагаемого устройства.

Устройство состоит из катушки индуктивности на ферромагнитном сердечнике 2, к выводам катушки 1 подключены токовыми выводами параллельно соединенные по ним N датчиков 3 Холла, холловские выводы которых соединены последовательно, а два крайних холловских вывода подсоединены к усилителю 4, один к его сигнальному входу, другой к шине земли.

Датчики 3 Холла помещены в поле постоянного магнита 5.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемое переменное магнитное поле возбуждает в обмотке катушки 1 индуктивности ток 1 . На каждый из датчиков 3 Холла поступает ток 1/N, который возбуждает в датчике Холла

ЭДС

Л КхВ

Е (2)

К N d где К х — постоянная Холла;

5 - индукция магнитного поля постоянного магнита 5; толщина пластинки датчика

3 Холла.

При последовательном включении датчиков 3 Холла по холловским электо родам ЭДС датчиков складываются и на вход усилителя 4 поступает суммарная

ЭДС.

Кх В, 4В (3)

Е =пЕ х

Чувствительность устройства с учетом коэффициента усиления усилителя

4 К ) запишется в виде (4)

"о1= k о 8ePa n" о Р,)бп К„В o

), d

Оценим постоянные времени устройства в области верхних и нижних частот.

При параллельном соединении датчиков 3 Холла по токовым выводам катушка 1 индуктивности оказывается нагруженной на малое сопротивление нагрузки R /n, где R - входное сопротивление датчика Холла, и постоянная времени устройства в области низ1045

3о ((k-а

Составитель В. Ыульгин

Техред М.Костик

Редактор Ю. Ковач

Корректор О. Билак

Заказ 9569

Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета CCCP по делам изобретений и открытий

113035, Москва, >(-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ких частот увеличивается в и разл

ЬкФ п L/?õ

При этом чувствительность устройства не уменьшается, так как в датчике Холла выводы, управляемые по току, электрически не связаны с выводами, с которых снимается выходной сигнал по напряжению.

Постоянная времени в области верхних частот практически не изменяется 10 и остается равной ь в = LC ввиду того, что датчики атолла не вносят

„2 искажений в области верхних частот, так как их временные характеристики на несколько порядков выше, чем у 15 катушки индуктивности.

Подставляя полученные значения Pg, и 6 и н в формулу обобщенной чувствительности, получаем п ,р (Н, Ка

2О Pzë =1 (dR и: х

n n где Ск2 и с В2 - постоянные времени устройства в области нижних и верхних час"25 тот соответственно; собственно чувствительность.

Таким образом обобщенная чувствительность устройства оказывается в

К В и/R d раз больше, чем у прототипа, при этом нижняя граница частотного диапазона расширяется в и раз в соответствии с соотношением для . и и отношение (,В / „ такие увеличивается

Il III в и раз, а чувствительность устройства увеличивается в К В/dR< раа.

Оценим возможное увеличение точности измерительного устройства.

При воздействии на вход устройства ступеньки НОЙ,t), где Н о - вели40 чина измеряемого поля, hit) - ступенчатая функция, напряжение на выФ

137 4 ходе преобразователя 0,t) для мо7 ментов времени t » 7 будет изменяться по экспоненциальному закону

U <с) = ИФ ", где О(= (3g1>yh(t) электрический аналоговый сигнал.

Величину отклонения формы выходного импульса от прямоугольной можно оценить введя коэффициент в

0 -U 1 " и И, откуда величиU( на Е< может быть выранена через этот коэффициент и длительность импуль са еи

Так как в стандартных измерительHblx устройствах допустимая величина искажения вершины импульса мала (К (c 1), то в таком случае формула С) упростится т„) tu/К и увеличение 7л1 оказывается прямо пропорциональным точности измерения.

Увеличение чувствительности такие приводит к увеличению точности за счет увеличения отношения сигнал-шум.

Увеличение точности отдельно одного измерительного устройства дает значительное преимущество при конструировании измерительных многоканальных систем, Так, для перекрытия амплитудного диапазона в 100 дБ и частотного диапазона в 120 дБ при и = 20 потребуется одно измерительное устройство данной конструкции против трех измерительных устройств по прототипу, а в стандартных измерительных системах на 30 каналов выигрыш уже будет оцениваться в 60 измерительных устройств, что весьма существенно в экономическом и конструктивном отношении,