CS248135B1

CS248135B1 - Magnetic field strength sensor

Info

Publication number: CS248135B1
Application number: CS841568A
Authority: CS
Inventors: Josef Blazek; Tobias Lazar; Jozef Hudak
Original assignee: Josef Blazek; Tobias Lazar; Jozef Hudak
Priority date: 1984-03-05
Filing date: 1984-03-05
Publication date: 1987-01-15
Also published as: CS156884A1

Abstract

Sinímiač je určený pre meranie intenzity stacionárnych a kviazlstacionárnych magnetických polí, kde pracuje ako převodník intenzity na časový interval - petriódu a změnu poměru polperiód obdélníkových kmitov napatia na výstupných svorkách snímača. Snímač pozostáva z mostku, v jehož meracej větvi je zapojené snímacie vinutie feroindukčnej sondy a komparátoru zapojeného do diagonály tohoto mostíkia. Snímač je možné využit v letectvu, geologickom prieskume, báňskom meračstve, silnoprúdej elektrotechnike a pri moraní neelektrických veličin — najma polohy a uhla natočením Obecne je možné využitie snímače tam, kde vektor intelnzity magnetického póla obsahuje užitečná informáciu.The transducer is intended for measuring the intensity of stationary and quasi-stationary magnetic fields, where it works as a converter of intensity to a time interval - a period and a change in the ratio of half-periods of rectangular oscillations of the napatium at the output terminals of the sensor. The sensor consists of a bridge, in the measuring branch of which the sensing winding of the ferroinduction probe is connected, and a comparator connected to the diagonal of this bridge. The sensor can be used in aviation, geological survey, mine surveying, high-current electrical engineering and when measuring non-electrical quantities — taking the position and angle by rotation.

Description

Vynález s,a týká zapojenia snímača. intenzity magnetického polá, ktorý pozostáva z koímparátoira a z meracej časti, ktariou je feroindukčná sonda, alebo i-ch dvojica. Snímač piremieňa meraný vektor intenzity magneitického pote, piremiieitnutý do jeihioi osi, na algebraický prírastoik periody kmitu i na změnu pointeru kiadnej a záporné] polperiódy kmitu výstupného inapátia snímača.The invention relates to a sensor wiring. magnetic field intensity, which consists of a co -parator and a measuring part, which is a ferro-induction probe, or even a pair thereof. A piremic sensor measured by a magneitic sweat intensity vector, piremiyitized to the jeihioi axis, to the algebraic increment of the oscillation period, and to change the pointer of any and negative] oscillation half-periods of the sensor output apaphy.

Doteraz známo zapojenie snímačov intenzity magnetického pote s forota dukčnpu sondou využívali jiavy odvodené z polohy saturačného bodu magnetického obvodu sondy na oboch časitíiiacli magnetizačnej křivky jej jadina.Hitherto known, the connection of magnetic field intensity sensors with a forota duct probe has utilized effects derived from the position of the saturation point of the magnetic circuit of the probe on both the magnetization curves of its core.

Asymetrlu polohy oboch bodov určovala meriamá hodnota intenzity magnetického ptote, v důsledku čoho sa. v snímiacej cievke piri působení budiaceho prúdu indukovalo niaipátie, ktoré je nositelkou merainej informácie. U tohoto druhu snímača, sa neměnní v závislosti od meranej intenzity perioda kmitu. Feroiiindukčná sonda v tiakoanto zapojení představuje nelineárny prvioík. Na. výstupe je ukončený počet, harmoniekých, z ktorých nositelkou iníormácie sú párne harmonické.The asymmetry of the position of both points was determined by the measurement of the intensity of the magnetic ptota, as a result of which. In the sensing coil, the action of the excitation current induced niaipathy, which carries the measured information. With this type of sensor, the oscillation period does not change depending on the intensity measured. The ferroinduction probe in the thyakoanto wiring is a non-linear prion. On the. the output is terminated by the number of harmonicas, of which the bearer of the information are even harmonics.

V poslednom období sa začínajú k me,nardu intenzity magnetického pote využívat oscilátory riadené magnetickým potom. Takéto magnetopolovodičové samokmiitajúce snímače pracujú v kmitoĎtovom pásme 10⁴— —10⁵ Hz, kde sia vyznačujú vysokou citlivosťou. Vyhiodnocovanie Iníormácie musí byť frekvenčně. Táto skutočnosť může byť nevýhodná.Recently, oscillators controlled by magnetic afterwards have started to be used for me, nardu of the intensity of magnetic sweat. Such magneto-conductor self-oscillating sensors operate in the 10 ⁴ - -10 ⁵ Hz frequency band, where networks are characterized by high sensitivity. The evaluation of Iniormation must be in frequency. This may be disadvantageous.

Spomenuté nedostatky odstraňuje snímač podía. vynálezu, .ktorého podstata spočívá v toten, že komparátor má prvý vstup připojený k pravému vývodu diagonály právej časti mostíka tvorenej sériovým spojením, horného odporu ia doiného, odporu medzi výstupom komparátora, a spoločným vodičům, druhý vstup komparátora je připojený k tevému vývodu diagonály lávej časti mostíka, tvorenej sériovým spojením čaisovaciieho odporu a. prvého snímacieho viniutiia, feuoiindukónej sondy.The above-mentioned deficiencies are eliminated by the sensor according to the invention. The invention is based on the fact that the comparator has a first input connected to the right diagonal terminal of the right part of the bridge formed by the serial connection, the upper resistance and the other, the resistance between the comparator output and the common conductors. the part of the bridge formed by the series connection of the splitting resistor; and. of the first sensing viniutiia, the feuo-inducing probe.

Výhodou spojenia je, že umožňuje piriia,me číslicové meranie intenzity alebo indukcie slabých magnetických polí a odvodených veličin. Zapojenie snímača je vefmi jednoduché. Nepotřebuje nijaké generátory pre budieinie feroisondy a přitom, sa vyznačuje nezávislí,osťoiu údiaijia snímačů na jeho inapájaicom napatí širokého rozsahu cca 5—15 V. Autioiosciilaonýim režimom činnosti snímača sú z hfadiska merania odstránené efekty „ireptlation“ ia „bascule negative“ vyskytujúee sa u nesymetricky pírem,agnetovamých feromaginetík. Doba jedného merania je rádovo 1. ICH³ s, pričom snímač umožňuje priame vektorové meranie na základe periody alebo striedy svojho výstupného binárnieho signálu. Snímač je vhodný pre prilamu spoluprácu s mikropočítačovými systémami.The advantage of the connection is that it allows a numerical measurement of the intensity or induction of weak magnetic fields and derived quantities. Connecting the sensor is very simple. It does not need any generators to excite ferro-detoxes, and yet, it features an independent sensor range at its power supply of a wide range of approximately 5-15V. agnetov feromaginetics. The duration of one measurement is of the order of 1 ICH ³ s, the sensor allowing direct vector measurement based on the period or alternation of its output binary signal. The sensor is suitable for direct cooperation with microcomputer systems.

Přiklad u zapojenia snímača intenzity magnetického pote sú ,na přiložených výkresoich, kde obr. 1 představuje elektrickú schému snímača s jednou feroindukčnou sondou, obr. 2 schému snímača s dvojiícou ferotadukčných soind, obr. 3 schému snímača s logickými členmi TTL a. komiparátorom zlúčiterným, s obvodmi TTL. Na obr. 4 je elektrická sdhémia ,najjednoduchšieho obvodu snímača,, kedy inapátie z meracej vetvy je porovnávané s úrovňou nialpátia potřebnou k prekloipeniu logického inver.toina.An example of the wiring of the magnetic sweep intensity sensor is shown in the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is an electrical diagram of a sensor with one ferroinduction probe; FIG. 2 shows a diagram of a sensor with dual ferro-induction soind, FIG. 3 shows a diagram of a sensor with TTL and logic elements. compatible with TTL circuits. In FIG. 4 is the electrical system, the simplest circuit of the sensor, where the inapath from the measuring branch is compared to the level of entrapment needed to override the logic inverse.

Koímparáitor 1 (obr. lj má prvý vstup 4 připojený na pravý vývod 5 diagonály právej časti miostíka tvorenej horným odporom 13 a dolným odporom 14. Druhý výstup, 6 komparátora 1 je připojený k levému vývodu 7 diagonály ljalvej časti mostíka, d tvoirenej časovým odporom 8 a prvým snímacím vinutím 10 feiroindukčnej sondy 9, která má tiež predmíagimetizečné vinutie li napájené z koirnuitačného obvodu 12. Meirací mostík na obr. 2 je upravený tlak, že lává čiaisť miostíka obsahuje feroidukčnú sondu 9 a druhů feraindukčnú sondu 19, ktoré sú zapojené do, série, a to prvým snímacím vinutím 10, přemostěným prvou diódoiu 17 zapojením do série s druhou diodou 18 zapojenou voči prvej dióde 17 inverzně. Na obr. 3 je komparátor 1 z obr. 1 nebrladeiný komparátlonom 24 zllúčitelným s obvodmi TTL.The coarser 1 (Fig. 1j has the first input 4 connected to the right terminal 5 of the right side diagonal bridge formed by the upper resistor 13 and the lower resistor 14. The second output 6 of the comparator 1 is connected to the left terminal 7 of the left side diagonal bridge formed by the time resistor 8 and a first sensing winding 10 of a feiro-induction probe 9, which also has a pre-magnetic coil 13 fed from the coirnulation circuit 12. The meiration bridge in FIG. In series 3, the comparator 1 of FIG. 1 is a non-brilliant comparator 24 compatible with TTL circuitry in the first diode 17 bridged by the first diode 17 in series with the second diode 18 connected inversely to the first diode 17. In FIG.

Súmeiriné napájanie mostíka zaisťuje prvý invertor 20 připojený na výstup diferenčného komparátora 24 a druhý invertor 21, ktorý zabezpečuje logickú inverziu napájiacieho mapaitia hornej strany mostíka. Na obr. 4 je difeirenčný komparátor 24 z obr. 3 nahnadený logickým invertoroim 22, ktorý porovnává úroveň napatia na prvom snímačom vinutí 10 feroindukčnej sondy 9 (ljavý vývod diagonály 7] s úrovňou potřebnou k zmene svojho logického stavu. V tomto případe nie je možné určovat inú komparačinú úroveň, a preto nie je zapojená pravá časť mostíka. Použitie dvoch ferotadukčných sond (plodlá obr. 2] je možné aj v zápojemiilaich podlá obr. 3 a 4.Symmetrical bridge power is provided by the first inverter 20 connected to the output of the differential comparator 24 and the second inverter 21, which provides a logical inversion of the power mapping of the upper side of the bridge. In FIG. 4 is a differential comparator 24 of FIG. 3, which compares the voltage level at the first winding sensor 10 of the ferro-induction probe 9 (the diagonal lead 7) with the level needed to change its logic state. In this case, it is not possible to determine another comparative level and therefore the right The use of two ferro-induction probes (fruited Fig. 2) is also possible in the canisters according to Figs. 3 and 4.

Funkciu snímača, méžno vysvětlit napr. podlá obr. 1: Predpokladajme, že na výstupe 2 koímparátoira. 1 sia, právě objavilio- kladné napátie. Na pravoim vývode 5 diagonály právej časti mostíka sa ihned' objavuje časť tohoto napátia určená odporovým deličom. V lávej časti mostíka dochádza k apeiriodiekérnu deju prúdu, ktorého trvácnosť je určená časovou konstantou L/R, kde L je Indukčnosť prvéhlo snímacieho vinuitia 10 feroindukčnej sondy 9. Pokial' je napátie na tevom vývode 7 diagonály vačšie než na pravoim vývode 5 udržuje komparátor 1 ina svojiom výstupe 2 stále rovinaký stav. V okamžiku rovinloisti napátia na vývodoch diagonály moisitíka komparátora 1 zmieiní polaritu napátia na výstupe 2 a celý dej sa periodicky opakuje. Základná indukčnosť pr248135 vého snímiaciehioi vinutia 10 feroindukčhej sondy 9 je určená predmagneitizáciou pomloicou preďmagneitizačného vinutia 11. Táto indukónosť sa zvyšuje alebio zmenšuje podlá velkosti a směru meranej intenzity magnetického póla, čo je možné využiť na priame vektorové meranie intenzity magnetickéhio polia na základe periody výstupného nsipatia snímača.The function of the sensor can be explained eg. FIG. 1: Suppose you output 2 koparparátoira. 1 sia, just discovered the tension. At the right terminal 5 of the diagonal of the right part of the bridge, the part of this voltage determined by the resistive divider immediately appears. In the left part of the bridge there is an apeiriodecrical current flow, the duration of which is determined by the time constant L / R, where L is the inductance of the first reading winding 10 of the ferro induction probe 9. If the voltage at the in its output 2 is still in the same state. At the instant of the voltage equalizer at the terminals of the diagonal of the comparator 1 moisitic, the polarity of the voltage at the output 2 is revealed, and the entire process is periodically repeated. The basic inductance of the transducer winding probe 10 of the ferro-inductive probe 9 is determined by pre-magneitization of the pre-mignitization winding 11. This inductance increases or decreases according to the magnitude and direction of the measured magnetic pole intensity, .

Pretože indukčnoisť L prvého snímiacieho viinutla. 10 ferioiindiukčniej sondy 9 je závislá na velkosti a, smere meranej intenzity, je i bez piredmiagnetizácie, pomocou predmagnieitizačiného vinutia 11, možné využiť snímač pne pniame vektorové meranie intenzity magnetického pofa 1 na základe rozdielu medzi dohoň pulzu a. medzery výstupného binárneho signálu snímača. Snímač může pracovat s cltlivoisťoiu 1.10 ~³ A/m^; s doboiu jedného merania rádiovo 1.10³ s. Podlá požiiadiavok užívateia na druh maranej informácie je možné použit jednu alebo- dve sondy, připadne vtec smímačov.Because the inductance L of the first scan winding. 10 of the ferri-induction probe 9 is size-dependent and, in the direction of the measured intensity, even without pired diagnostics, by means of the pre-magnitude winding 11, it is possible to use a sensor for direct vector intensity measurement of magnetic field 1 based on the difference between pulse. sensor output binary signal gaps. The sensor can operate with a sensor of 1.10 ~ ³ A / m ^; with the time of one measurement of ^radio-3 1.10 p. One or two probes, or more mixers, can be used as required by the user for the type of information to be extracted.

Zariadenie podfa vynálezu je určené k číslicovému mieraniu zložky vektoru intenzity magnetického pofa premietinu.tého do osi sondy a-lebo do roviny danej dvojieou sond. Paralelná poloha sond umožňuje snímat gradient intenzity, vhodný uhol zvaeraný dvojieou sond umožňuje ostro vyhledávat extrémy intenzity magnetického pofa, Snímač jie Vhodný pře přísunu spolupráci s mikropočítačovými systémaimi. Tým vzniká číslicový magnietometer s rozsiahlo-u obtesťou použitia v meračstve elektrických aj neelektrických veličin, ktoré je možné previelsť na vektor intenzity magnetického poil'a.The device according to the invention is intended to digitally measure the component of the magnetic field intensity vector projected to the axis of the probe or to the plane given by the double probe. The parallel position of the probes allows the intensity gradient to be sensed, a suitable angle welded by the dual probes makes it possible to search sharply for extremes of the magnetic field intensity. The sensor is suitable for supplying cooperation with microcomputer systems. This results in a digital magnietometer with extensive difficulty in measuring electrical and non-electrical quantities that can be converted to a magnetic field intensity vector.

Claims

Magnetic field strength sensor consisting of a comparator and a ferro-induction probe, characterized in that the comparator (1) has a first input (4) connected to the right terminal (5) of the right side bridge diagonal formed by a series connection of the upper resistor (13) and lower resistor (14) between

BACKGROUND TO the output (2) of the comparator (1j and the common conductor (3), the second input (6) of the comparator (1) is connected to the left-hand outlet (7) of the dermal lava portion formed by the serial connection of the timing resistor (8) and a winding (10) of a ferroinductive probe (9).