Устройство для измерения магнитных полей

Устройство для измерения магнитных полей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик с присоединением заявки №

G 01 R 33/06

Государствеииый комитет

СССР по делам изобретеиий и открытий . (23) Приоритет

Опубликовано 1511,8p,áþ ëåòåíü ¹ 42

Дата опубликования описания 15.11.80 (53) УДИ 621 317 . 44 (088, 8) (72) Автор изобретения

В.Е.Ефремов

Дальневосточный ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт имени В.В.Куйбышева

I (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНЫХ

ПОЛЕЙ ленных температурными и временными нестабильностями сопротивлений токового канала датчиков Холла.

Цель изобретения — повышение точ5 ности и чувствительности устройства, Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения магнитных полей, содержащем N датчиков

Холла по числу каналов измерения, 1О усилитель, генератор стабилизированного тока, соединенный с первым дат- чиком Холла и регистрирующий прибор, дополнительно введены N«l генераторов, последовательно соединенные пет5 ремножитель и фильтр нижних частот, аналоговый коъвчутатор, выполненный в виде N аналоговых ключей,,синхрогенератор, нерестрайваемый по частоте и распределитель, причем первые

25 входы ключей соединены с выходами соответствующих генераторов, вторые входы ключей — с первыми выходами рас- пределителя. Выходы ключей связаны со входом синхрогенератора, выход

25 последнего — со вторым входом перемножителя, первый вход которого через усилитель связан с соединенными параллельно между собой холловскими электродами всех датчиков, выход

ЗО фильтра нижних частот — со входом

Изобретение относится к области магнитных исследований и может быть использовано для многоканальных,из мерений на основе датчиков Холла, параметров низкочастотных магнитных полей н широком диапазоне значений, как при физических исследованиях,так и в ряде задач техники.

Известны многоканальные устройства для измерения магнитных полей, содержащие N датчиков Холла, соединенных последовательно между собой и с генератором стабилизированного тока (здесь N-число каналов измерения) и

N операционных усилителей с дифференциальными входами, имеющих цепи регулировки усиления и баланса и подключенных каждый к выходу соответствующего датчика, образуя с ним, тем самым, измерительный канал (1), Недостатками данного устройства являются необходимость использования в нем нескольких операционных усилителей, а также принципиальная трудность создания большого количества каналов измерения из-за меньшего ослабления синфазного сигнала дифференциальными к аскадами операционных усилителей при росте величин этого сигнала и его флуктуаций, обусловОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Завалено 190778 (21) 2645126/18-21 ()м

779953 регистрирующего прибора, а управляющие входы перестройки частоты синхрогенератора подключены ко вторым выходам распределителя.

На чертеже изображена функциональная схема устройства в варианте, обеспечивающем четыре канала измерения, т е. для N = 4, Устройство в этом конкретном варианте Hñ"ïoëíåíèÿ содержит четыре генератора 1, 2, 3 и 4 с различаю- )g щимися частотами выходного сигнала, а также сами четыре датчика Холла 5, 6, 7 и 8 Устройство также содержит . усилитель 9, аналоговый перемножитель

10 и аналоговый коммутатор 11, состоящий здесь из четырех двухполярных аналоговых ключей 12, 13, 14 и 15, которые могут быть выполнены в виде одного функционального блока, напри мер; микросхемы, а также синхрогенератор 16. Кроме того, устройство со- 2Î держит распределитель 17, включающий в себя источник 18 сигнала управления и переключатели 19 и 20 выходных шин распределителя. Состав устройства довершает фильтр нижних частот 21 и ре- g$ гистрирующий прибор 22. При этом объединенные выходы датчиков 5, 6, 7 и 8 Холла через усилитель 9 подключены к одному из входов перемножителя 10. Выход wee последнего через фильтр нижних частот 21 связан со входом регистрирующего прибора 22.

Токовые электроды датчиков Холла подключены к выходам генераторов 1, 2, 3 и 4 куда подключены также сигнальные входы аналоговых ключей 12

13, 14 и 15 соответственно, входящих в аналоговый коммутатор 11. Выход последнего, т.е. объединенные выходы ключей, подключен к общему для этих ключей входу синхрогенератора 4()

16, выход которого, в свою очередь, соединен со вторым из входов перемножителя 10. N =4 выходных шин распределителя, обслуживаемых переключателем 19, задействованы на управляю-4 щие входы ключей 12-15, а другие выходные шины, относящиеся к переключателю 20 распределителя, — на управляющие входы перестройки диапазонов синхронизатора 16.Количество данных о шин и входов тоже, предпочтительно,— по N (при относительно малом числе каналов), но при реализации в устройстве очень большого числа каналов (много десятков или даже сотни) с не слишком большим разносом частоты между соседними каналами количество управляющих входов синхрогенератора может быть во сколько-то раз меньше N, :т.е. имеется возможность в таких случаях не слишком усложнять его, благо- Щ даря использованию каждого диапазона (управляющего входа) настройки час-тоты синхрогенератора для нескольких ее смежных значений (близко расположенных частот генератора 1, 2...) ° Я

Устройство работает следующим об: разом.

С выходов генераторов 1, 2, 3 и 4 сигнал,. различных частот поступают на токовые электроды датчиков Холла

>5, 6, 7 и 8 соответствнно и одновременно с этим на сигнальные входы ключей 12, 13, 14 и 15 соответственно, в аналоговом коммутаторе,ll. Ключи коммутатора управляются от источника 18 сигнала управления посредством переключателя 19, обеспечивая таким образом на выходе коммутатора ll только поочередное появление сигналов генераторов. Так, например, если элемент питания - просто источник постоянного тока, то переключателем 19 обеспечивается поочередная подача от него отпирающего (в изображенном варианте переключателя) или снятие запирающего (требуется соответственно измененное изображение переключателя) напряжений на входы (со входов) управления ключей, что соответствует наиболее распрастраненному принципу действия последних. При большой широте диапазона частот, охватываемого набором генераторов 1, 2, 3..., когда уже становится затруднено использование неперестраиваемого синхрогенератора 16, одновременно с работой переключателя 19 осуществляют перестройку собственной частоты синхрогенератора посредством переключателя 20 так, чтобы она приблизительно равнялась частоте генератора выбранного канала (это достигнуто порядком подключения элементов настройки синхрогенератора, т.е. его управляющих входов к выходным шинам переключателя 20) . Независимо от этого, при работе системы генератор работающего канала дополнительно навязывает свою частоту, а также фазу колебаний синхрогенератору..

С объединенных холловских электродов всех датчиков сигналы разных частот (т.е. — как работающего, так и всех неработающих в этот момент каналов) одновременно поступают на вход относительно широкополосного усилителя 9 (полоса частот должна обеспечивать усиление сигналов со всех датчиков) а затем на один из входов пе- . ремножителя 10 и умножаются последним на выходное напряжение синхрогенератора 16, поступающее на другой вход перемножителя). В силу закономерностей образования выходного сигнала датчика Холла, сигнал каждого из датчиков 5, 6, 7 ... представляет собой несущую генератора питания датчика, модулированную .временной фуйкцией величины измеряемого магнитного поля. После перемножения смеси таких сигналов (от всех датчиков) с выхода усилителя 9 и сигнала, имеющего частоту генератора канала, выбранного в данный момент (ключами коммутатора) 799953 в качестве работающего канала, образуется ряд гармоник, низшей из которых по частоте является как раэ временная функция величины магнитного по,ля, регистрируемого датчиком работаю щего канала. Конечно, необходимым условием этого является достаточное превышение разноса частот соседних каналов над частотой регистрируемого поля, что, однако, в случае низкочастотных полей легко достижимо даже при реализации сотен тесно расположенных каналов в одном таком устройстве. Из смЕшанного выходного сигнала перемножителя данный полезный сигнал (низший по частотному спектру) выделяется фильтром нижних частот 21 15 и поступает на регистрирующий прибор

22. Таким образом осуществляется развязка между каналами, то есть канал измерения в конкретный момент времени представлен датчиком Холла, питаю- 2О щий генератор которого в этот момент времени! синхронизирует (за счет соответствующего состояния ключей коммутатора) синхрогенератор.

Как ясно иэ изложенного выше (ре2$ алиэуемого схемой) принципа селекции каналов, основным преимуществом предлагаемого устройства является применение лишь одного усилителя для всех каналов. Кроме того, достигается воэможность резкого увеличения числа ка- ЗО налов. При хорошей линейности амплитудной и амплитудно-частотной характеристик, их количество может доходить до 200-300, так как выбором соответствующего порядка фильтра ниж- 35 них частот легко осуществляется требуемая степень развязки. Лег-

ko достигаемое здесь увеличение стеПени развязки (особенно в вариантах, ограниченных всего нес- 4Q колькими десятками каналбв) ведет к улечшению фильтрации шумов и помех; а следовательно к повышению точности и чувствительности устройства в целом.

Формула изобретения

Устройство для измерения магнитных полей, содержащее Я датчиков Холла по числу каналов измерения, усилитель, генератор стабилизированного тока, соединенный с первым датчиком Холла и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности устройства в него дополнительно введено Ы"1 генераторов, последовательно соединенные перемножитель и фильтр нижних частот, аналоговый коммутатор, выполненный в виде N аналоговых ключей, синхрогенератор, перестраиваемь. и по частоте и распределитель, причем первые входы ключей соединены с выходами соответствующих генераторов, вторые входы ключей — с первыми входами распределителя, выходы ключей связаны со входом синхрогенератора,,выход последнего — co вторым входом перемножителя, первый вход которого через усилитель связан с соединенными параллельно между собой холловскими электродами всех датчиков, выход фильтра нижних частот — со входом регистрирующего прибора, а управляющие входы перестройки частоты синхрогенератора подключены ко вторым выходам распределителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 463934, кл. G 01 R 33/06, 1975.

779953

Составитель Е.Данилина

Редактор Н.Коляда Техред Н. Граб КорректорН. Григорук

Заказ 9333/12 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,,t Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Ю «Ф юг Ю филнал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4