SU1327025A1 - Магнитометр - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к магнитным измерени м и предназначено дл  измерени  магнитной индукции слабых посто нных магнитных полей.

Известно устройствоJ содержащее преобразователь Холла в качестве первичного преобразовател . Магнито- метры слабых посто нных полей снабжаютс  системой автоматической компенсации дрейфа нул  преобразовател  Холла (аддитивной погрешности измерени ). Несмотр  на то, что существует несколько разновидностей подобных

систем, следует указать на общий прин-ч5 измерении индукции слабых магнитных

цип их построени  - использование свойства необратимости преобразовател  Холла,

Принцип действи  таких магнитометров основан на том, что у четырехполюсника с преобразователем Холла, помещенным в исследуемое магнитное поле , измер ют сопротивлени  и Rji (или величины, пропорциональные им) и определ ют искомую магнитную индукцию Bg. Магнитометры с автоматической коррекцией аддитивной погрешности могут быть одноканальными.

Недостатком этого магнитометра  вл етс  инерционность измерений и недостаточна  чувствительность, котора  ограничиваетс  коммутационной способностью и уровнем помех исполь зуемых коммутаторов (как правило, электромеханических).

Наиболее близким к изобретению

, вл етс  магнитометр, содержащий четырехполюсник с преобразователем Холла , два генератора питани  четырехполюсника , выход каждого из которых подключён к одной из пар выводов четырехполюсника , два селективных из . мерительных тракта (последовательно соединенные измерительный усилитель и фазочувствительный детектор), вход каждого из которых подключен к одной из пар выводов четырехполюсника параллельно выходу одного из генераторов питани , а их выходы подключены посредством алгебраического сумматора к регистрирующему прибору. При этом генератор, подключенный к первой паре выводов четырехполюсника, и селективный измерительный тракт, вход которого подключен к второй паре выводов четырехполюсника, настроены на одну частоту, а второй генератор питани  и второй селективный измерительный тракт настроены на

другую частоту, а именно кратную частоте первого генератора в четное число раз, Така  структурна  схема позвол ет ослабить дрейф нул  измерений в определенном динамическом диапазоне значений индукции магнитного пол .

Недостатком данного магнитомет ра  вл етс  низка  точность измерени  индукции слабых магнитных полей. Вследствие того, что информативна  составл юща  на выходе четырехполюсника с преобразователем Холла при

0

5

полей не превышает одного милливольта , в то врем  как в этой цепи действует выходное напр жение смежного генератора (более одного вольта), а

также поскольку один измерительный тракт в магнитометре настроен на частоту , кратную частоте настройки второго измерительного тракта, то в этом случае наблюдаетс  так называема 

5 перекрестна  помеха. Эта помеха возникает в измерительном тракте, настроенном на более высокую частоту, за счет присутстви  на его входе напр жени , создаваемого генератором с более низкой частотой генерации, и вследствие нелинейности амплитудной характеристики .зтого тракта, т.е. при наличии напр жени  определенной частоты на входе нелинейного измерительного тракта, в последнем возникают гармоники более высокого пор дка, одна из которых, частота которой совпадает с частотой информационного сигнала в этом тракте, воспринимаетс  как информативна  составл юща .

Цель изобретени  - повышение точности измерений.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что магнитометр, содержащий четырех полюсник с преобразователем Холла, первый и второй генераторы питани  четырехполюсника, выходы каждого из которых подключены к одной из пар выводов четырехполюсника, два измерительных усилител , входы которых соединены параллельно выходам первого и второго генераторов питани  четы-, рехполюсника, первый и второй фазочувствительный детекторы, первые сигнальные входы которых подключены к выходам измерительных усилителей, вторые входь соединены с выходами первого и второго ге.нераторов питани  четырехполюсника, а выходы - к

0

0

5

входам первого сумматора, к выходу которого подключен регистрирующий прибор, снабжен третьим и четвертым дополнительными генераторами питани  четырехполюсника с преобразовател ми Холла, подключенными к каждой из его пар выводов, третьим и четвертым фазочувствительными детекторами, первые сигнальные входы которых раздельно подключены к выходам измерительных усилителей, вторые входы соединены с выходами третьего и четвертого генераторов питани  четырехполюсника, а их выходы - к входам первого сумматора , генератором тактовых импульсов с перестраиваемой скважностью импульсов , выходы которого подключены к входам синхронизации генератора питани  четырехполюсника, вторым сумматором , выход которого соединен с управл ющим входом генератора тактовых импульсов, а его входы - с выходами всех фазочувствительных детекторов .

На фиг,1 изображена блок-схема магнитометра; на фиг,2 - временные диаграммы, по сн ющие принцип его работы.

Первый и второй генераторы 1 и 2 питани  четырехполюсника подключены к одной из пар выводов четырехполюсника 3 с преобразователем Холла, К другой паре выводов четырехполюсника подключены третий и четвертый генераторы 4 и 5 питани  четырехполюсника . Указанные генераторы синхронизируютс  генератором 6 тактовых импульсов с перестраиваемой скважностью импульсов. Устройство содержит также первый сумматор 7, К пиарам выводов четырехполюсника 3 подключены входы змерительных усилителей 8 и 9, к выходам которых подключены сигнальные входы первого, второго, третьего и четвертого фазочувствительных детекторов 10-13, Опорные входы первого второго детекторов 10 и 11 раздельо подключены к выходам первого и второго генераторов 1 и 2, а опорные входы третьего и четвертого детектоов 12 и 13 - к выходам третьего и етвертого генераторов 4 и 5 соответственно . Выходы всех фазочувствительных детекторов подключены к вхоам первого и второго сумматоров 7 14, К выходу первого сумматора 7 одсоединен регистрирующий прибор 15, а скважностью импульсов генера

5

0

5

0

5

0

5

0

5

тора 6 управл ет сигнал, снимаемый с выхода второго сумматора 14,

Устройство работает следующим образом .

Генератор 6 тактовых импульсов формирует импульсы синхронизации генераторов 1, 2, 4 и 5 питани  четырехполюсника (фиг, 2 а, б, в, г). Под воздействием импульсов синхронизации каждый из генераторов 1, 2, 5 4 в строго заданные.моменты времени вырабатывает импульсы управл ющего тока стабильной амплитуды дл  питани  четырехполюсника с преобразователем Холла, Причем каждый из двух генераторов, подключенных к одной паре выводов четырехполюсника с преобразователем Холла, формирует пр моугольные импульсы тока, пол рность которых противоположна пол рности импульсов, формируемых смежным с ним генератором. Таким образом, пары выводов четырехполюсника запитываютс  управл ющими токами в виде последовательности разнесенных во времени унипол рных импульсов (фиг. 2д дл  управл ющего тока первой пары выводов четырехполюсника и фиг, 2е дл  управл ющего тока второй пары его выводов), При указанной форме управл ющего тока выходные напр жени  четырехполюсника 3 с преобразователем Холла представл ют собой последовательность пр моугольных .импульсов (фиг, 2 ж, 3 соответственно дл  одной и другой пары выводов).

Выходные напр жени  преобразовател  Холла поступают на входы соответствующих измерительных усилителей 8 и 9, а затем детектируютс  посредством фазочувствительных детекторов 10-13, Позтому напр жени  U , U , и на выходе фазочувствительных детекторов пр мо пропорциональны амплитудам импульсов выходных напр жений четырехполюсника 3,

Эти напр жени  подаютс  на входы сумматоров 7 и 14 в соответствующей фазировке, котора  может быть обеспечена как за счет построени  сумматоров с инвертирующими входами, так и за счет инвертировани  напр жений непосредственно как на входах фазочувствительных детекторов, так и на их выходах,. Выходное напр жение второго сумматора 14 пропорционально остаточному напр жению преобразовател  Холла , а выходное напр жение первого

5 132

сумматора 7 пропорционально холлов- скому напр жению преобразовател  (информационной составл ющей).

Ослабление взаимного вли ни  остаточного и холловскОго напр жений, которое можно достичь в данном магнитометре за счет разделени  указанных сигналов, находитс  в пределах от 30 до 100 раз, С целью получени  большего эффекта сигнал, пропорциональный остаточному напр жению преобразовател  Холла, с выхода второго сумматора 14 подаетс  на управл ющий вход генератора 6 тактовых импульсов, Ин- формативна  составл юща  (холловское напр жение) с выхода первого сумматора 7 подаетс  на регистрируюгций прибор 15,

Под воздействием выходного сигнала первого сумматора 7 (остаточного напр жени ) генератор 6 тактовых импульсов измен ет скважность импульсов , а следовательно, скважность импульсов I вырабатываемых генераторами питани  четырехполюсника 3 с преобразователем Холла, При этом измен етс  мощность, подводима  к преобразователю Холла, Действительно, дл  импульсной мощности РИ справедливо выражение

R,

где

I .

амплитудное значение управл ющего тока преобразовател ;

R - сопротивление цепи преобра- зовател  с управл ющим током ,

Тогда, принима , что сопротивлени  обеих пар электродов преобразовател  равны между собой, и учитыва , что за период Ту измерени  преобразователь Холла запитываетс  четырьм 

0256

импульсами, дл  средней мощности подводимой.к преобразователю Холла, можно записать выражение

5

0

5

30

40

Ср

где S

4

I -R -74 4 . I Pv

скважность импульсов, вырабатываемых идним из генераторов питани , равна  отно- щению периода их повторени  TH и длительности импульса Ту Изменение скважности импульсов можно осуществить как за счет изменени  частоты следовани  импульсов, так и за счет изменени  их длительности .

За счет изменени  подводимой -мощности к преобразователю Холла измен етс  его температура и, соответственно , остаточное напр жение преобразовател , т.е, при соответствующей фазировке цепей в рассматриваемой структурной схеме достигаетс  отрицательна  обратна  св зь по остаточному напр жению преобразовател  за счет поддержани  его температуры на строго фиксированном уровне. Следовательно , в предлагаемом магнитометре обеспечиваетс  температурна  стабилизаци  преобразовател  Холла и минимизаци  дрейфа остаточного напр жени , Достигаемый при этом эффект определ етс  глубиной отрицательной обратной св зи по указанным параметрам, значение которой может быть легко обеспечено на уровце более трехсот.

Таким образом, результирующее ослабление аддитивной погрешности измерени  в предлагаемом магнитометре составл ет пор дка 80 дВ, что на 50 дВ превышает ослабление, достигнутое в известном устройстве.

U фиг. 2

Claims (1)

1. МАГНИТОМЕТР, содержащий четырехполюсник с преобразователем Холла, первый и второй генераторы питания четырехполюсника, выходы каждого из которых подключены к одной из пар выводов четырехполюсника, два измерительных усилителя, входы которых соединены параллельно выходам первого и второго генераторов питания четырехполюсника, первый и второй фазочувствительные детекторы, первые сигнальные входы которых подключены к выходам измерительных усилителей, вторые входы соединены с выходами перврго и второго генераторов питания четырехполюсника, а выходы - к входам первого сумматора, к выходу которого подключен регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен третьим и четвертым дополнительными генераторами питания четырехполюсника с преобразователем Холла, подключенными к каждой из его пар выводов, третьим и четвертым фазочувствительными детекторами, первые сигнальные входы которых раздельно подключены к выходам измерительных усилителей, вторые входы соединены с выходами третьего и четвертого генераторов питания че- а тырехполюсника, а их выходы - к входам первого сумматора, генератором тактовых импульсов с перестраиваемой скважностью импульсов, выходы которого подключены к входам синхронизации генератора питания четырехполюсника, вторым сумматором, выход которого соединен с управляющим входом генератора тактовых импульсов, а его входы - с выходами фазочуДствительных детекторов.