SU1675810A1 - Цифровой измеритель магнитной индукции - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к магнитным измерени м и может быть использовано дл  прецизионного измерени  в широком диапазоне индукции посто нных магнитных полей . Цель изобретени  - повышение точности измерени  за счет автоматической коррекции остаточного сигнала датчика Холла - достигаетс  путем введени  в блок 10 управлени  генератора 11 импульсов, счетчика 12, дешифратора 13, схем И 14-17, триггеров 18-20 и образовани  новых функциональных св зей. Кроме того, устройство содержит датчик Холла 1, переключатель 2, синхронный детектор 4, преобразователь 5 напр жение- число импульсов, реверсивный счетчик 7, двоично-дес тичный дешифратор 8, цифровой индикатор 9, источник 3 питани , элемент 6 задержки. 3 ил.

Description

о -ч

ел

Изобретение относитс  к „ иласти магнитных измерений и может быть использовано дл  прецизионного измерени  в широком диапазоне индукции посто нных магнитных полей.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  за счет автоматиче- ской коррекции остаточного сигнала датчика Холла,

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого цифрового измерител  магнитной индукции; на фиг. 2 - временные диаграммы работы Ьлока управлени ; на фиг. 3 - временные сигналы переменного выходного сигнала датчика Холла после переключател  (б, г, е, з) и после его преобразовани  в посто нный синхронным детектором (в, д, ж, и).

Предлагаемый цифровой измеритель магнитной индукции {фиг. 1) состоит из датчика Холла 1, переключател  2, источника 3 питани , синхронного детектора 4, преобразовател  5 напр жение-число импульсов, элемента 6 задержки, реверсивного счетчика 7, двоично-дес тичного дешифратора 8, цифрового индикатора 9 и блока 10 управлени .

Блок 10 управлени  состоит из генератора 11 импульсов, счетчика 12, дешифратора 13, схем И 14-17 и триггеров 18-20.

Токовые и потенциальные электроды датчика Холла 1 соединены с входами переключател  2. Входы последнего соединены с сигнальными выходами источника 3 питани . Выходы переключател  2 соединены с сигнальными входами синхронного детектора 4. Управл ющий вход переключател  2 соединен с первым выходом блока 10 управлени .

Выход синхронного детектора 4 соединен с сигнальным входом перобразовател  5 напр жение-число импульсов и первым входом блока 10 управлени . Выход счетных 5 импульсов преобразовател  напр жение-число импульсов соединен со счетным входом реверсивного счетчика 7, входом элемента 6 задержки и вторым входом блока 10 управлени . Запускающий вход преобразовател  5 напр жение- число импульсов соединен с вторым выходом блока 10 управлени .

Выход элемента 6 задержки соединен с третьим входом блока 10 управлени . Нулевой вход реверсивного счетчика 7 соединен с третьим выходом блока 10 управлени . Вход реверса реверсивного счетчика 7 соединен с четвертым выходом блока 10 управлени . Выход (параллельный код) реверсивного счетчика 7 соединен с сигнальным входом

двоично-дес тичного дешифратора 8 и четвертым входом блока управлени  10.

Управл ющий вход двоично-дес тичного дешифратора 8 соединен с п тым выходом блока 10 управлени . Выход (параллельный код) двоично-дес тичного дешифратора 8 соединен с входом цифрового индикатора 9.

Генератор 11 импульсов через счетчик

0 12 соединен с входом дешифратора 13. Первый выход последнего соединен с первым выходом блока Юуправлени , второй выход которого соединен с вторым выходом дешифратора 13. Третий выход дешифратора

5 13 соединен с третьим выходом блока 10 управлени , первым нулевым входом триггера 18, нулевыми входами триггера 19 и 20. Четвертый выход дешифратора 1 соединен с п тым выходом блока 10 управлени . П 0 , тый выход дешифратора 13 соединен с первыми входами элементов И 14 и 15. Шестой выход дешифратора 13 соединен с первыми входами элементов И 16 и 17. Выход триггера 18 соединен с четвертым выходом блока

5 Юуправлени . Единичный вход триггера 18 соединен с выходом элемента И 16, второй вход которого соединен с выходом тригге- рат 10. Третий вход элемента И 16 соединен с выходом триггера 20, единичный вход

0 которого соединен с выходом элемента И 14. Второй вход элемента И 14 соединен с первым входом блока 10 управлени  и четвертым входом элемента И 16.

Второй вход элемента И 15 соединен с

5 вторым входом блока 10 управлени , третий вход которого соединен с вторым входом элемента И. 17. Четвертый вход блока управлени  соединен с третьим входом элемента И 17, выход которого соединен с вторым

0 нулевым входом триггера 18.

Блок 10 управлени  формирует неизмен ющиес  управл ющие сигналы, синхронизирующие работу всего устройства, и

5 измен ющиес  управл ющиес  сигналы, завис щие от измен ющихс  условий работы ,

К неизмен ющимс  управл ющим сигналам относ тс  следующие.Сигнал, посту0 лающий на управл ющий 21 вход переключател  2. По этому сигналу в первый такт измерени  перва  пара противоположных электродов датчика Холла 1 через переключатель 2 подключени  к асинхрон5 ному детектору 4, втора  пара противоположных электродов датчика Холла 1 через переключатель 2 подключаетс  к источнику 3 питани . Во втором такте перва  пара противоположных электродов датчика Холла 1 через переключатель 2 подключаетс  к источнику 3 питани , а втора  пара противоположных электродов датчика - к синх ронному детектору 4. При таком подключе

НИИ

Ui ± ех + инэ; U2 - ± е х - UH3. где ех - ЭДС датчика Холла;

UHS напр жение неэквипотенциально- сти.

Сигнал, поступающий на запускающий вход 22 преобразовател  5 напр жение - число импульсов. По этому сигналу начинаетс  преобразование аналогового сигнала в пропорциональное число импульсов.

Сигнал, поступающий на нулевой вход

23реверсивного счетчика 7.

Сигнал, поступающий на управл ющий

24вход двоично-дес тичного дешифратора 8. По этому сигналу производитс  считывание результата измерени  цифровым индикатором 9 после второго такта измерени .

Дл  выделени  сигналов первого и второго тактов дешифратор 13 формирует на выходах 25 и 25 соответствующие управл ющие сигналы.

К измен ющимс  управл ющим сигналам относитс  сигнал, поступающий на вход 26 реверса реверсивного счетчика 7 и измен ющий направление счета в реверсивном счетчике 7 во второй такт измерени  по сигналам , поступающим на входы 27-30.

В первом такте реверсивный счетчик 7 всегда работает на сложение. Направление счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте зависит от следующих условий работы .

При I х I инэ1,,+ В или - В (В магнитна  индукци ) на вход 26 реверса реверсивного счетчика 7 поступает управл ющий сигнал, который не измен ет направление счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте, т.е. реверсивный счетчик 7 в оба такта рабатает на сложение.

При I ех 1иНэ1 и + В на вход 26 реверса реверсивного счетчика 7 поступает управл ющий сигнал, который измен ет направление счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте, т.е. реверсивный счетчик 7 в первом такте работает на сложение, а во втором на вычитание.

При I exl UH3i и - В на вход 26 реверса реверсивного счетчика 7 поступав vn- равл ющий сигнал который дважды измен ет направление счета в реверсивном счете 7 во втором такте, т.е. реверсивный счетчик 7 в первом такте работает на сложение , а во втором - сначала работает на вычитание , а потом - на сложение. На сложение он начинает работать в тот момент , когда в реверсивном счетчике 7 код станет равным нулю (на входе 29 блока 10 управлени ).

Услорие iex l I инэ t и I ех Шиэ определ етс  блоком управлени  по сигналам на выходе синхронного детектора 4 в оба такта измерени .

5При I exl IUH3 пол рность выходного

сигнала на выходе 27 синхронного детектора 4 в оба такта измерени  одинакова (-, -) при В и (+, при - В. При одинаковых пол рност х выходного сигна10 ла синхронного детектора 4 блок 10 управлени  во втором такте не вырабатывает управл ющий сигнал, измен ющий направление счета в реверсивном счетчике 7.

При lex I Юнэ пол рности выходных

15 сигналов синхронного детектора 4 независимо от направлени  магнитной индукции + В и - В в оба такта будет (-, +). При изменении пол рности выходного сигнала синхронного детектора 4 с - в первом так0 те на + во втором такте блок 10 управлени  измен ет направление счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте измерени .

При условии lex I Юнэ и - В блок 10 управлени  дважды измен ет направление

5 счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте измерени . Сначала блок 10 управлени  по пол рност м выходных сигналов синхронного детектора 4 в оба такта измерени  измен ет направление счета в ревер0 сивном счетчике 7. Во втором такте реверсивный счетчик работает на вычитание . Когда число в реверсивном счетчике 7 станет равным нулю, блок 10 управлени  снова измен ет направление счета в ревер5 сивном счетчике 7. Он не может работать на сложение.

При I ех I Шнэ , - В, Ui hex + UH3 I 0 по сигналу, поступающему на вход блока 10 управлени , во втором такте не измен 0 етс  направление счета в реверсивном счете 7 во втором такте измерени , т.е. реверсивный счетчик 7 в оба такта измерени  работает на сложение.

5 Работа устройства происходит в два такта измерени . Перед началом измерени  по сигналу с выхода блока 10 управлени  реверсивный счетчик 7 устанавливаетс  в нулевое состо ние. Кроме того, по этому же

0 сигналу в нулевое состо ние устанавливаютс  триггеры 18-20. С выхода 26 блока 10 управлени  на шину реверса реверсивного счетчика 7 поступает такой управл ющий сигнал, по которому реверсивный счетчик 7

5 работает на сложение. Триггер 19 выдает запрещающий потенциал на элемент И 16. Триггер 20 выдает разрешающий потенциал на элемент И 16. По сигналу с выхода 21 блока 10 управлени  переключатель устана- ливаетс  в такое состо ние, что при попожмтельном направлении магнитно . индукции + В выходное направление датчика Холла в первый такт измерени  равно Ui (± ех +

Унэ).

Такое значение выходного сигнала датчика Холла 1 обусловлено тем, что управл - ющий сигнал на выходе 21 блока 10 управлени  подключает первую пару противоположных электродов датчика Холла 1 к выходу синхронного детектора 4, а через порую пару противоположных электродов датчика Холла 1 протекает ток на источник 3 питани ,

Выходной сигнал датчика Холла 1 Ui ( ±ех + инэ) поступает через переключатель 2 м синхронный детектор 4 на преобразователь 5 напр жение-число импульсов. Результат преобразовани  в виде импульсов поступает на реверсивный счетчик 7, считающий в пр мом направлении

Nl KiK2(ex±UH3),

i це Кч - коэффициент преобразовани  синхронного детектора;

Кз - коэффициент преобразовани  преобразовател  напр жение-число импульсов .

В конце первого такта измерени  блок 10 управлени  сигналом, поступающим с выхода 21, коммутирует переключатель 2.

Во втором такте измерени  выходной сигнал датчика Холла U2 ( ±ех - 1)Нэ). Это напр жение через синхронный детектор 4 поступает на преобразователь 5 напр жение-число импульсов, откуда в виде последовательности импульсов поступает на реверсивный счетчик 7.

В зависимости от услови  I ex 1 I UHal илм I ех1 I UHS в реверсивном счетчике 7 производитс  суммирование или вычитание результатов кодировани  двух тактов. .Информаци  о виде операции во втором такте выдел етс  с помощью синхронного детектора 4, преобразовател  5 напр жение-числ ло импульсов и блока 10 управлени .

Последний в зависимости от пол рностей сигналов на выходе 27 синхронного детектора 4 в оба такта измерени  и наличи  импульсов на выходе 30 преобразовател  5 напр жение-число импульсов в первый такт измерени  выдает определенный командный сигнал на вход 26 реверса реверсивного счетчика 7.

Когда ех I Унэ или ех UHg (Ui -ex -ь Уна 0), в реверсивном счетчике 7 производитс  суммирование результатов кодировани  двух тактов, при lexl I UHsl - их вычитание.

При I exl I Унэ и + В выходные сигналы датчика Холла Ui (ex + UH3) U 2(e x-U нэ) (фиг. Зв).

В первый такт измерени  сигнал на выходе синхронного детектора 4 отрицательной пол рности  вл етс  запрещающим дл  элементов схем И 14 и 16. Поэтому управл ющие сигналы блока 10 управлени  не проход т через элементы I/I 14 и 16 в течение

0 первого такта. Во втором такте сигнала на выходе 27 синхронного детектора 4 отрицательной пол рности  вл етс  запрещающим дл  элеменотов И 14 и 16.

Поэтому при поступлении управл юще5 го сигнала с дешифратора 13 элемент И 14 не срабатывает м, следовательно, не измен етс  состо ние триггера 20.

Хот  на второй вход схемы И 16 поступает разрешающий потенциал с триггера

0 20, а на третий вход разрешающий потенци- ал с триггера 19, во втором такте при поступлении управл ющего сигнала с дешифратора 13 элемент И 16 не срабатывает из-за наличи  запрещающего потенциала на ее первом вхо5 де с выхода синхронного детектора 4, (Триггер 19 в первом такте выдает разрешающий потенциал на третий вход элемента 1/116, поскольку сигнал с выхода 30 преобразовател  5 напр жение-число имгтульсов, поступаю0 щий на единичный вход триггера 19 в первый такт приводит его в единичное состо ние).

Поэтому блок 10 управлени  не измен ет свой выходной сигнал на выходе 26 и

5 реверсивный счетчик 7 во втором такте работает на сложение. В результате во втором такте реверсивный счетчик 7 зафиксирует число импульсов, пропорциональное ЭДС Холла ех.

0NЈ N1 + N2 KiK2 lex + UH3 + KiK2 lex

-UH3l 2KiK2lexl 2KiK2ex.

При I ex I 1)нэ1 и + В выходные сигналы датчика Холла lh (ех + инэ) и Ua (ех - UH8).

5 Во втором такте сигнал на выходе 27 синхронного детектора 4 положительной пол рности  вл етс  разрешающим дл  элемента И 16. На второй вход последнего поступает разрешающий потенциал с триг0 гера 20, который в первом такте не измен ет свое состо ние. На третий вход элемента 16 поступает разрешающий потенциал с триггера 20, который в первом такте не измен ет свое состо ние. На третий вход элемента 16

5 поступает разрешающий потенциал с триггера 19, который в первом такте устанавливаетс  в единичное состо ние.

При поступлении во втором такте управл ющего сигнала на четвертый вход с дешифратора 13 элемент И 16 срабатывает и

выдает сигнал на счетный вход триггера 18 реверса. Последний срабатывает и переходит в единичное состо ние.

Таким образом, блок 10 управлени  измен ет свой выходной потенциал на выходе 26, Поэтому во втором такте реверсивный счетчик 7 работает на вычитание:

N4 NI - N2 KiK2 lex + UH3I - KiK2 UH3 - exl 2KiK2lexl 2KiK2ex.

При lex I I инэ и - В выходные сигналы датчика Холла 1 Ui (-ех + инэ) и U2 (-ех

-инэ).

В первом такте сигнал на выходе 27 синхронного детектора 4 положительной пол рности  вл етс  разрешающим дл  элементов И 14 и 16. При поступлении управл ющего сигнала с дешифратора 13 в первом такте элемент И 14 срабатывает и выдает сигналы на единичный вход триггера 20. Последний срабатывает, переходит в единичное состо ние и выдает запрещающий потенциал на второй вход элемента И 16, Поэтому во втором такте при поступлении управл ющего сигнала на четвертый вход элемента И 16 с дешифратора 13 элемент И 16 не срабатывает, хот  на ее первый вход поступает разрешающий потенциал положительной пол рности с выхода синхронного детектора 4, а на ее третий вход поступает разрешающий потенциал с триггера 19.

Таким образом, во втором такте 10 управлени  не измен ет потенциал на выходе 26 и реверсивный счетчик 7 во втором такте работает на сложение:

NJ. N1 + N2 KiK2 lex + Унэ I + KiK2 lex - UH3I 2KiK2lexl 2KiK2ex.

При I ex I Шнэ и - В выходные сигналы датчика Холла U1 (-ех + Унз) и U2 (-ех

-УНЭ).

Во втором такте сигнал на выходе 27 синхронного детектора 4 положительной пол рности  вл етс  разрешающим дл  элементов И 14 и 16. На второй вход схемы И 16 поступает разрешающий потенциал с триггера 20, который в первом такте не измен ет свое состо ние, (Сигнал с выхода 27 синхронного детектора 4 отрицательной пол рности  вл етс  запрещающим дл  элемента И 14).

На третий вход элемента И 16 поступает разрешающий потенциал с триггера 19, который устанавливаетс  в единичное состо ние в первом такте сигналом, поступающим с выхода 30 преобразовател  5 напр жение-число импульсов.

При поступлении управл ющего сигнала во втором такте с дешифратора 13 на четвертый вход элемента И 16 последний

срабатывает и выдает сигнал на счетный вход триггера 18 реверса. Последний срабатывает и переходит в единичное состо ние. Таким образом, блок 10 управлени  из- 5 мен ет свой выходной сигнал на выходе 26. Поэтому во втором такте реверсивный счетчик 7 работает на вычитание.

Когда число в реверсивном счетчике 7 во втором такте станет равным нулю и через

10 врем  т 1, определ емое элементом 6 задержки (дл  исключени  ложного срабатывани  элемента И 17), срабатывает элемент И 17. Элемент И 17 выдает сигнал на второй нулевой вход триггера 18 реверса, который пере15 ходит в единичное состо ние и измен ет свой выходной сигнал на выходе 26.

Таким образом, блок 10 управлени  во втором такте второй раз измен ет направление счета в реверсивном счетчике 7, т.е.

0 реверсивный счетчик 7 измен ет направление счета в реверсивном счетчике 7. В результате после второго такта реверсивный счетчик 7 зафиксирует число импульсов, пропорциональное ЭДС Холла ех.

51)2 KiK2 lex + 11нэ I Kite 1ех + UH3- ex +

ех1 KiK2l UH3 - ех l+ 2KiK2|ex I м 2 + Na NI - + KiK2 IUH3 - е; I - KiK2 IUH3 - ex I + 2KiK2l exl 2KiK2l ex I.

При I exl Шич , - В выходные сигна0 лы датчика Холла 1Н (-ех + инэ) и U2 (-ех инэ ).

Во втором такте сигнал на выходе 27 синхронного детектора 4 положительной пол рности  вл етс  разрешающим дл 

5 элемента И 16. На второй вход элемента И 16 поступает разрешающий потенциал с триггера 20, который в первом такте не измен ет свое состо ние. (Сигнал с выхода 27 синхронного детектора 4  вл етс  запреща0 ющим дл  элемента И 14). На третий вход элемента И 16 поступает запрещающий потенциал с триггера 19, который находитс  в нулевом состо нии, Это обусловлено тем, что в первом такте с выхода 30 преобразо5 вател  5 напр жение-число импульсов не поступают счетные сигналы.

При поступлении управл ющего сигнала во втором такте с дешифратора 13 на четвертый вход элемнта И 16 последний не

0 срабатывает и не измен ет состо ние триггера 28. Таким образом, блок 10 управлени  не измен ет свой выходной сигнал на выходе 26. Поэтому во втором такте реверсивный счетчик 7 работает на сложение. В результате

5 после второго такта реверсивный счетчик зафиксирует число импульсов, пропорцио- . нальное ЭДС Холла е.

Claims (1)

1. Результат измерени  после преобразовани  выходного кода реверсивного счетчика 7 в двоично-дес тичном дешифраторе 8 считываетс  цифровым индикатором 9 Формула изобретени  Цифровой измеритель магнитной индукции , содержащий последовательно сое- диненные датчик Холла, переключатель, синхронный детектор, преобразователь нз- прлхение-чмсло импульсов, реверсивный счетчик, двоично-дес тичный дешифратор и | ПРОВОЙ индикатор, источник питани , подключенный к переключателю и к управл ющему входу синхронного детектора, элемент задержки, подключенный к выходу преобразовател  напр жение-число им- п Фьсов, и блок управлени , отличающи и с   тем, что, с целью повышени  точности /ьмеренк , блок управлени  выполнен в виде последовательно соединенных генератора импульсов, счетчика и дешифратора, трех триггеров и четырех элементов И, входы Ьло-са управлени  с первого по четвертый соответственно соединены с выходом синхронного детектора, с выходом преобразовател  напр жение-число импульсов, с выходом реверсивного счетчика, с выходом элемента задержки, выходы блока управлени  с первого по п тый соответственно со- единены с управл ющим входом переключател , с запускающим входом преобразовател  напр жение-число импуль- сов, с нулевым входом реверсивного счетчика, с входом реверса реверсивного счетчика с управл ющим входом двоично- дес тичного дешифратора, первый выход

   дешифратора соединен с первым выходом блока управлени , второй выход дешифратора соединен с вторым выходом блока управлени , третий выход дешифратора соединен с третьим выходом блока управлени , первым нулевым входом первого триггера и нулевыми входами второго и третьего триггеров, четвертый выход дешифратора соединен с п тым выходом блока управлени , п тый выход дешифратора соединен с первыми входами первого и второго элемента И шестой выход дешифратора соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, второй вход первого элемента И соединен с четвертым входом блока управлени , третий вход которого соединен с третьим входом первого элемента И, выход которого соединен с вторым нулевым входом первого триггера, выход которого соединен с четвертым выходом блока управлени , первый вход которого соединен с вторыми входами второго и третьего элементов И, выход третьего элемента И соединен с единичным входом третьего триггера, выход которого соединен с третьим входом второго элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого триггера, второй вход блока управлени  соединен с вторым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с единичным входом второго триггера, выход которого соединен с четвертым входом второго элемента И.

   lmcosut

   a Ф

   ,

   №W

   rwwwvwww ex l/нзUz--erlJH9 fr э

   fpftfl/nll

   Фиг.З