SU1709257A1 - Цифровой измеритель магнитной индукции - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике магнитных измерений и может быть использовано дл  прецизионных измерений вшироком диапазоне посто нных магнитных полей. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени . Устройство содержит датчик 1 Холла, переключатель 2. источник 3 питани , синхронный детектор.4, преобразователь 5 направление - число импульсов, блок 6 управлени  линеаризацией, логический блок 7 добавлени  и вычитани  импульсов, накопительный счетчик 8, генератор 9 импульсов, счетчик 10, дешифратор 11, блок 12 управлени  операцией, состо щий из элементов И 13-15 и триггеров 16 и 17, усилитель-ограничитель 18, реверсивный счетчик 19, двоично-дес тичный дешифратор 20 и цифровой индикатор 21.3 ил.

Description

сл

с

VJ о ю го сл

44

Изобретение относитс  к технике магнитных измерений, и может быть использовано дл  прецизионного измерени  в широком диапазоне посто нных магнитных полей.

Цель изобретени  - повышение точности измерени .

На фиг.1 приведена блок-схема цифрового измерител  магнитной индукции; на фиг.2 - временные диаграммы переменного выходного сигнала датчика Холла после переключател  и после его преобразовани  в посто нный сигнал синхронным детектором; на фиг.З - характеристика датчика Холла и характеристика функции коррекции датчика Холла.

Цифровой измеритель магнитной индукции состоит из датчика Холла 1, токовые и потенциальные электроды которого соединены с входами переключател  2, подключенного к выходам источника 3 питани , синхронного детектора 4, преобразовател  5 напр жение - число импульсов, блока 6 управлени  линеаризацией, логического блока 7 добавлени  и вычитани  импульсов, накопительного счетчика 8, генератора 9 импульсов, счетчика 10, дешифратора 11 и блока 12 управлени  операцией, включающей в себ  элементы И 13-15 и триггеры 16 и 17, усилител -ограничител  18, реверсивного счетчика 19, двоично-дес тичного дешифратора 20 и цифров-Ого индикатора 21. Выход синхронного детектора 4 соединен с входом преобразовател  5 напр жение - Число импульсов и первым входом усилител -ограничител  18, управл ющий вход - с управл ющим выходом источника 3 питани , а сигнальный вход - с выходом переключател  2.

Выход счетных импульсов преобразовател  5 напр жение - число импульсов соединен с входами счетных импульсов блока 6 управлени  линеаризацией и логического блока 7 добавлени  и вычитани  импульсов. Управл ющий вход блока 6 управлени  линеаризацией соединен с выходом накопительного счетчика 8. Выход добавлени  импульсов блока 6 управлени  линеаризацией соединен с входом добавлени  импульсов логического блока 7 добавлени  и вычитани  импульсов. Выход вычитани  импульсов блока 6 управлени  линеаризацией соединен с входом вычитани  импульсов логического блока 7 добавлени  и вычитани  импульсов. Выход логического блока 7 добавлени  и вычитани  импульсов соединен со счетными входами накопительного счетчика 8 и реверсивного счетчика 19. Выход реверсивного счетчика 19 соединен с сигнальным входом двоично-дес тичного дешифратора 20, выход которого подключен к цифровому индикатору 21.

Первый выход дешифратора 11 соединен с управл ющим входом переключател 

2. Второй выход дешифратора 11 соединен с запускающим входом преобразовател  5 напр жение - число импульсов. уЬтановочным входом блока 6 управлени  линеаризацией и нулевым входом накопительного

0 счетчика 8. Третий выход дешифратора 11 соединен с установочным входом реверсивного счетчика 19. Четвертый выход дешифратора 11 соединен с управл ющим входом двоично-дес тичного дешифратора 20. Выход триггера 17 соединен с входом реверса реверсивного счетчика 19.

Первый вход злемента И 15 соединен с выходом реверсивного счетчика 19. Вход усилител -ограничител  18 соединен с выходом синхронного детектора 4. Генератор 9 импульсов .арез счетчик 10 соединен с входом дешифратора 11. Третий выход дешифратора 11 соединен с первым входом триггера 17 и нулевым входом триггера 16.

5 П тый выход дешифратора 11 соединен с первым входом элемента И 14 и первым входом элемента И 15. Шестой выход дешифратора 11 соединен с первым входом элемента И 13.

0Выход элемента И 13 соединен с единичным входом триггера 16. выход которого соединен с вторым входом элемента И 14. Выход элемента И 14 соединен со счетным входом триггера 17. Третий вход элемента И

5 14 через усилитель-ограничитель 18 соединен с выходом синхронного детектора 4.

Выход элемента И 15 соединен с вторым входом триггера 17. Второй вход элемента И 15 соединен с выходом

0 реверсивного счетчика 19.

К неизмен ющимс  управл ющим сигналам относ тс :

а) сигнал, поступающий на управл ющий вход переключател  2. По этоМу сигналу в первый такт измерени  перва  пара противоположных электродов датчика Холла 1 нерез переключатель 2 подключаетс  к синхронному детектору 4, втора  пара противоположных электродов датчика Холла 1

0 4epje3 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

5 противоположных электродов датчика Холла 1 - к синхронному детектору 4. При таком подключении Ui ±ех + UHS; Ua ±ех - UHS. где Ui - напр жение, поступающее с датчика Холла; ех - ЭДС датчика Холла; UHS напр жение неэквипотенциальности;

б)сигнал, поступающий на запускающий вход преобразовател  5 напр жение число импульсов, нулевой вход накопительного счетчика 8 и установочный вход блока 6 управлени  линеаризацией. По этому сигналу Начинаетс  преобразование аналогоВ .ОГО входного сигнала в пропорциональное число импульсов. Кроме того, в нулевое состо ние устанавливаетс  накопительный счетчик 8 и в исходное состо ние устанавливаетс  блок 6 управлени  линеаризацией;

в)сигнал, поступающий на нулевой вход реверсивного счетчика 19;

г)сигнал, поступающий на управл ющий вход двоично-дес тичного дешифратора 20. По этому сигналу производитс  считывание результата измерени  цифровым индикатором 21 после второго такта измерени ;

д)дл  выделени  сигналов первого и второго тактов, необходимых дл  работы блока 12 управлени  операцией, дешифратор 11 формирует на своих выходах соответствующие управл ющие сигналы.

К измен ющимс  управл ющим сигналам относитс  сигнал, поступающий на вход реверса реверсивного счетчика 19 во втором такте измерени  и формируемый блоком 12 управлени  операцией 1 по сигналам, поступающим на его входы.

В первом такте реверсивный счетчик 19 всегда работает на сложение. Направление счета, в реверсивном счетчике 19 во втором такте зависит от следующих условий работы ..

При I ех Шнэ и + В или - В на вход реверса реверсивного счетчика 19 поступает управл ющий сигнал, который не измен ет направлени  счета в реверсивном счетчике 19 во втором такте, т.е. реверсивный счетчик 19 в обоих тактах работает на сложение.

При I е I I УНЗ I и + В на вход реверса реверсивного счетчика 19 поступает управл ющий сигнал, который измен ет направление счета в реверсивном счетчике 19 во втором такте, т.е. реверсивный счетчик 19 в первом такте работает на сложение, а во втором - на вычитание.

При I ех 1 I UHS I и - В на вход реверса реверсивного счетчика 19 поступает управл ющий сигнал, который дважды измен ет направление счета в реверсивном счетчике 19, т.е. реверсивный счетчик 19 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 код в реверсивном счетчике 19 становитс  равным нулю.

Услови  I ех1 1 Уиз и I ех 1инэ1 определ ют блоком 12 управлени  операцией по сигналу на выходе синхронного детектора 4 в обоих тактах измерени . 5При |ех1 I Унз пол рность выходного

сигнала синхронного детектора 4 в обоих тактах измерени  одинакова (-, -) при + В и (+, +) при - В. При одинаковых пол рност х выходного сигнала синхронного детектора 4 в обоих тактах блок 12 управлени  операцией во втором такте не вырабатывает управл ющий сигнал, измен ющий направление счета в реверсивном счетчике 19.

15 При I ех1 Юнэ пол рность выходных сигналов синхронного детектора 4 независимо от направлени  магнитной индукции + В или - В в обоих тактах будет (-,. При изменении пол рности выходного сигнала синхронного детектора 4 с - в первом такте на + во втором такте блок 12 управлени  операцией измен ет направление счета в реверсивном счетчике 19 во втором такте измерени .

5 При условии I 1x1 1инэ1 и - В блок 12 управлени  операцией дважды измен ет направление счета в реверсивном счетчике 19 во втором такте измерени . Сначала блок 12 управлени  операцией по пол рности

0 выходных сигналов синхронного детектора 4 в обоих тактах измерени  измен ет направление счета в реверсивном счетчике 19. Во втором такте он работает на вычитание. Когда число в реверсивном счетчике 19 становитс  равным нулю, блок 12 управлени  операцией при срабатывании элемента И 15 снова измен ет направление счета в реверсивном счетчике 19. Он работает на сложение .

0 Работа устрюйства происходит в два такта измерени .

В первом такте происходит измерение выходного сигнала датчика Холла 1 с первой пары противоположных электродов, а во

5 втором такте измерени  - с второй пары противоположных электродов датчика Холла 1.

Сигналом начальной установки, поступающим с третьего выхода дешифратора 11,

0 в нулевое состо ние устанавливаетс  реверсивный счетчик 19 и триггеры 16 и 17. Сигналом, поступающим с второго выхода дешифратора 11, в нулевое состо ние устанавливаетс  накопительный счетчик 8, в исходное состо ние устанавливаетс  блок б управлени  линеаризацией. С выхода триггера 17 на шину реверса реверсивного счетчика 19 поступает такой управл ющий сигнал, по которому реверсивный счетчик

19 работает на сложение. По сигналу, поступающему на запускающий вход преобразовател  5с второго выхода дешифратора 11, начинаетс  преобразование входного сигнала в пропорциональное число импульсов.

В первом такте измерени  выходной сигнал датчика Холла Ui 1 ± ex - Dual. Такое значение выходного сигнала датчика Холла 1 обусловлено тем, что управл ющий сигнал на первом выходе дешифратора 11 всегда в первом такте подключает первую пару противоположных электродов датчика Холла 1 к входу синхронного детектора 4, а через вторую пару противоположных электродов датчика Холла 1 протекает ток от источника 3 питани .

Выходной сигнал датчика Холла 1 U2 1 ± ех - UHS I через переключатель 2 и синхронный детектор 4 поступает на преобразователь 5 напр жение - число импульсов. Результат преобразовани  в виде импульсов через логический блок 7 добавлени  и вычитани  импульсов поступает на реверсивный счетчмк 19, считающий в пр мом направлении. Ni KiK2 lex ± Унз , где Ki коэффициент преобразовани  синхронного детектора 4; К2 - коэффициент преобразовани  преобразовател  5 напр жение - число импульсов.

В конце первого такта измерени  дешифратор 11 коммутирует переключатель 2. Во втором такте измерени  выходной сигнал датчика Холла 1 02 I ±ех + Унз. Это напр жение поступает через синхронный детектор 4 на преобразователь 5 напр жение - число импульсов. С преобразовател  5 напр жение U2, преобразованное в число импульсов, через блок добавлени  и вычитани  импульсов 7 поступает на реверсивный счетчик 19, считающий в пр мом направлении . N2 KlK2 I вх ±инэ .

В реверсивном счетчике 19 в зависимости от соотношени  I ех1 и UHS происходит суммирование или вычитание результатов кодировани  двух тактов. Информаци  о виде операции во втором такте выдел етс  с помощью синхронного детектора 4. Блок 12 управлени  операцией в зависимости от состо ни  синхронного детектора 4 в обоих тактах измерени  выдает определенный командный сигнал на реверсивный счетчик 12. Когда lex 1 1инэ1, происходит суммирование результатов кодировани , а при I ех I I Унз - их вычитание .

Пусть услови  следующие: + В. Ui -ex - UHS, U2 -ex + UHS, I ex I l UHS .

В первом такте выходной сигнал синхронного детектора 4 (фиг.2в) отрицательный , он  вл етс  запрещающим дл 

лементов И 13 и 14. При поступлении управл ющего сигнала с выхода дешифратора 11 на элемент И 13 он не срабатывает, поскольку на его второй вход поступает запрещающий потенциал с выхода синхронного етектора 4. Таким образом, состо ние триггера 16 не измен етс  и он выдает разрешающий потенциал на элемент И 14. При поступлении управл ющего сигнала с выхода дешифратора 11 во втором такте измерени  элемент И 14 не срабатывает, поскольку на него с выхода синхронного детектора 4 поступает запрещающий потенциал. Поэтому во втором такте измерени  состо ние

триггера 17 не измен етс  и реверсивный счетчик 19 во втором такте работает на сложение .

В результате в реверсивном счетчике 19 после второго такта находитс  суммарный

результат, пропорциональный ЭДС Холла:

N. Ni + N2 KiK2 I ex + UHS I + + KiK2 lex-инэ I 2KiK2ex.

Пусть услови  следующие: + В, Ui -ех - инэ, U2 -ex + инэ, 1ех1 1инэ1 .

В первом такте .выходной сигнал синхронного детектора 4 (фиг.2д) отрицательный , он  вл етс  запрещающим дл 

элементов И 13 и 14. При поступлении управл ющего сигнала с выхода дешифратора 11 на элемент И 13 он не срабатывает, поскольку на его второй вход поступает запрещающий потенциал с выхода синхронного

детектора 4. Таким образом, состо ние триггера 16 не измен етс  и он выдает разрешающий потенциал на элемент И 14. При поступлении управл ющего сигнала с выхода дешифратора 11 во втором такте измере

ни  элемент И 14 срабатывает, поскольку во втором Такте измерени  на него поступает разрешающий потенциал с выхода синхрон ного детектора 4. Выходной сигнал элемента И 14 поступает на счетный вход триггера

17 и измен ет его состо ние. Поэтому во втором такте измерени  реверсивный счетчик 19 работает на вычитание.

В результате в реверсивном счетчике 19 после второго такта находитс  суммарный

результат, пропорциональный ЭДС Холла:

N Ni-r4j2 -KiK2 lexl + iUHsi-KiK2 I Una-ex l 2KiK2lx.

Пусть услови  следующие: - В. Ui -t-ex - UHS, U2 +ex + UHS, lex I I UHS i .

В первом такте выходной сигнал син: ронного детектора 4 (фиг.2ж) положительный , он  вл етс  разрешающим дл 

элементов И 13 и 14. При поступлении управл ющего сигнала с выхода дешифратора 11 на элемент И 13 он срабатывает и выдает сигнал на единичный вход триггера 16. Триггер 16 приходит в единичное состо ние и выдает запрещающий потенциал на элемент И 14. При поступлении управл ющего сигнала с выхода дешифратора 11 во втором такте измерени  элемент И 14 срабатывает, поскольку на него поступает запрещающий потенциал с триггера 16. Поэтому во втором такте измерени  состо ние триггера 17 не измен етс  и реверсивный счетчик 19 во втором такте работает на сложение.

В результате в реверсивном счетчике 19 после второго такта находитс  суммарный результат, пропорциональный ЭДС Холла:

+ N2 KiK2 1ех-инэ1 + + KiK2 1ех + инэ .K2ex.

Пусть услови  следующие: - В, Ui ех - Унз, U2 ех + UHS, I ех I I инэ I .

В первом такте выходной сигнал синхронного детектора 4 {фиг.2к) отрицатель-, ный, он  вл етс  запрещающим дл  элементов И 13 и 14. При поступлении управл ющего сигнала с выхода дешифратора 11 на элемент И 13 он не срабатывает, поскольку на его второй вход поступает запрещающий потенциал с выхода синхронного детектора 4. Таким образом, состо ние триггера 16 не измен етс  и он выдает разрешающий потенциал на элемент И 14. При поступлении управл ющего сигнала с выхода дешифратора во втором такте измерени  элемент И 14 срабатывает, поскольку во втором такте измерени  на него поступает разрешающий потенциал с выхода синхронного детектора 4. Выходной сигнал элемента И 14 поступает на счетный вход триггера 17 и измен ет его состо ние. Поэтому во втором такте измерени  реверсивный счетчик 19 сначала работает на вычитание. Когда число в реверсивном счетчике 19 становитс  равным нулю, срабатывает элемент И 15, на вход которого поступает код реверсивного счетчика 19. Выходной сигнал элемента И 15 во втором гакте измерени  поступает на нулевой вход триггера 17 и переводит его в нулевое состо ние. Поэтому реверсивный счетчик 19 начинает работать на сложение.

В результате после второго такта в реверсивном счетчике 19 находитс  суммарный результат, пропорциональный ЭДС Холла:

N2 KlK2 IUH3 + Шнэ-ех +2lxi KiK2 UH3-exl+2KiK2ex:

N Ni-KiK2 1инэ-ех + +2KiK2,ex 2KiK2ex.

Блок линеаризации осуществл ет коррекцию нелинейности характеристики датчика Холла. Пусть функци  коррекции датчика Холла 1 (фиг.36) имеет три участка линеаризации, которые обеспечивают заданную точность измерени . Границы участка линеаризации Ni, N2, Ммакс (Ni, N2, NMSKC - количества импульсов, пропорциональные измер емой магнитной индукции). Дл  Сданной функции коррекции датчика Холла 1 (фиг.Зб) на первом участке линеаризации производитс  добавление импульсов в числоимпульсный код преобразовател  5. На третьем участке линеаризации производитс  вычитание импульсов из числоимпульсного кода преобразовател  5. На

0 первом участке линеаризации (О Ni Ni), где NI - текущее значение кода преобразовател  5) производитс  добавление импульсов в числоимпульсный код преобразовател  5 напр жение - число импульсов,

5 при этом к каждой группе из последовательных импульсов добавл етс  один импульс. На втором участке линеаризации (Ni Ni N2) выходной числоимпульсный код преобразовател  5 напр жение - число импульсов не измен етс . На третьем участке линеаризации (N2 Ni NMSKC). где производитс  вычитание импульсов из числоимпульсного кода преобразовател  5 напр жение - число импульсов, в каждой

5 группе из I последовательных импульсов вычитаетс  один импульс.

Скорректированные результаты измерени  первого и второго тактов с выхода логического блока 7 добавлени  и вычитани  импульсов поступают на реверсивный счетчик 19. Результат измерени  считываетс  цифровым индикатором 21.

Claims (1)

1. Формулаизобретени  5 Цифровой измеритель магнитной индукции , содержащий последовательно соединенные датчик Холла, переключатель, синхронный детектор, преобразователь напр жение - число импульсов, блок управлени  линеаризацией, логический блок добавлени  и вычитани  импульсов, реверсивный счетчик, двоично-дес тичный дешифратор и цифровой индикатор, а также источник питани , в котором вторые входы 5 переключател  соединены с первыми выходами источника питани , второй выход которого подключен к управл ющему входу синхронного детектора, выход преобразовател  напр жение - число импульсов соединен со счетным входом блока добавлени  и вычитани  импульсов, отличающийс   тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него дополнительно введены накопительный счетчик, усилитель-ограничитель , последовательно соединенные геHepa top импульсов, счетчик, дешифратор и блок управлени  операцией, включающий триггер реверса, триггер и три элемента И, первый выход дешифратора соединен с управл ющим входом переключател , второй выход - с запускающим входом преобразовател  напр жение - число импульсов,, третий выход - с нулевым входом реверсивного счетчика, четвертый выход-с управл ющим входом двоично-дес тичного дешифратора, выход триггера реверса- с входом реверса реверсивного счетчика, вход усилител -ограничител  соединен с выходом синхронного детектора, первый вход первого элемента И - с выходом реверсивного счетчика, п тый выход дешифратора соединен с первым входом второго элемента, И и вторым входом

   HCOSlJ t

   %VVVVV VV AA7Vb

   F

   -иу чгхщ/s

   ииз

   © и

   UZ IX-UHS з

   I ®

   J U2

   Фиг. 2 первого элемента И, шестой выход дешифратора соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к выходу усилител -ограничител  и второму входу второго элемента И, выход которого соединен со счетными входами триггера реверса, нулевые входы которого соединены соответственно с третьим выходом дешифратора, вторым входом триггера и выходом первого элемента И, первый вход триггера соединен с выходом третьего элемента И, нулевой вход накопительного счетчика и установочный вход блока управлени  линеаризацией соединены с запускающим входом преобразовател  напр жение - число импульсов, выход накопительного счетчика соединен с управл ющим входом блока управлени  линеаризацией, а второй вход накопительного счетчика подключен к выходу логического блока добавлени  и вычитани  импульсов и к входу реверсивного счетчика.

   /HfШ2