SU478274A1 - Магнитометр - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области измерени  посто нных магнитных полей с помощью элеме 1 тов Холла. Известные устройства, основанные на использовании эффекта Холла в полупроводниках- дл  измерени  посто нного магнитного пол  обладают существенным недостатком: с изыенением температуры окружающей сре ды измен ютс  резистивна  составл юща  остаточного напр жени , посто на  Холла и сопротивление элемента Холла. Это приводит к увеличению мультипликативной состав л ющей температурной погрешности таких магии то метров. Наилучшим средством снижени  температурной погрешности магнитометров, основанных на элементе Холла,  вл етс  термостатирование первичного преобразовател . Вмрсте с тем применение термостатирова- ни , помимо услонснени  конструкции прибора , почти всегда приводит к существенному увеличению габаритов магниточувствительного органа (измерительного аонда) и, таким образом, может снести на нет одно из основных преимуществ элементов Холла возможность производить измерени  в малых объемах и узких зазорах. Целью насто щего изобретени   вл етс  устранение температурной нестабильности характеристик элемента Холла в процессе измерени , а повышение чувствительости магнитометра при измерении посто нных магнитных полей. Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство снабжено двум  идентичныкш трансформаторами, вторичные обмотки которых включены между собой встречно, а нервичные обмотки - согласно и св заны с выходными цеп ми элементов Холла одна непосредственно, а друга  - через делитель , и звеном регулировани , состр ишм из селективного усилител  и фазочувствительного органа, включенным между общим вьтходом элементов Холла и регулируемым источником переменного напр жени , В1лход которого через шунт св зан с усилителем и первичной обмоткой трехобк1оточного трансформатора. На чертеже приведена электрическа  схема предлагаемого устройства. Измерительный зонд 1 магнитометра посто нного пол  состоит из двух элементов Холла 2, включеиньсх по выходным цеп м встречно. Входнь/е цепи элементов Холла подключены к выходу регулируемого источника переменного напр жени  3 через трехобмоточный трансформатор 4. На выходе одного из элементов Холла (наиболее чувствительного) включаетс  делитель напр жени  5, служаший дл  выравнивани  напр жений между точками ав и в6 при внесении измерительного зонда 1 в магнитное поле. Переменное сопротивление 6 служит дл  выравнивани  потенциалов точек а и б при отсутствии магнит ного пол . К выходным цеп м элемента Холла 2 соответственно подключены два идентичных трансформатора 7, у которых первичные обмотки друг относительно друга включены согласно, а вторичные встречно . Выход двух соедин ;нных трансформатор подключаетс  к входу измерительного прибора 8 через усилитель измерительного тракта 9 с регулируемым коэффициентом усилени . Регу;п{рование коэффициента усилени  усилител  9 производитс  в функ ции от суммарного токауправлени  элементов Холла 2. Сигнал о величине тока управлени  снимаетс  с шунта 10. С целью регулировани  тока управлени  в зависимости от из4 ерени  температуры окружающей среды в предлагаемом устрой стве предусматриваетс  звено регулирррани , состо щее из узкополосного усилител  11 с большим коэффициентом усилени  и фазочувствительного органа 12. Выходной сшнал фазочувствительного органа подаетс  в цепь управлени  регулируемого источника переменного напр жени  3. При подключении измерительного зонда 1 к источнику переменного напр жени  3 через элеметы Холла проте1:ают равные токи управлени , так как соп : отнвлений элементов вь;брань( одинаковыми. При отсутствии магнитног|э пол  и фиксировангюй температуре окру кающей среды с покющыо переменного сопротивлени  6 производитс  первоначальное вьфавнивание потенциалов точек а и б,{ т. е. устра н етс  суммарна  резистивна|  составл юща  остаточного напр жени  элементов Холла. В этом случае через измерите ьвый зонд 1 протекает ток управлени  7и устанавливаетс  определенУпр-оJ на  температура элементов лолла Т Измерительный зонд 1 вноситс  в магнитное поле, индукцию которого необходимо измерить. На выходе каждот-о из элементов Холла, возникает напр жение, пропорциональное измер емой индукции магнитного пол . Вследствие разброса чувствительностей , используемых элементов Холла в измерительном зонде 1, при наличии мат нитного пол  производитс  выравнивание потенциалов точек а и б с помощью делител  5. Согласно включению выходных цепей элементов Холла 2 и обмоток арансформаторов 7 (первичные обмотки - согласно, а вторичные - встречно) общее напр жение, получаемое от измерительного зонда 1, на входе измерительного прибора 8 может быть представлено вь1ражением и К К X I kjnp К С Б ; где К - коэффициент пропорциональности; . Р «- Р х х„ р S 1 4 - среднее значение постоX п  нного Холла элементов; - суммарный ток правлени  элементов Холла; К - коэффициент усилени  усилите л  измерительного тракта; В .- индукци  измер емого магнитного пол . Из уравнени  (1) следует, что условием пропорциональности выходного сигнала усилител  9 только индукции измер емого магнитнотчз пол   вл етс  - const Дл  выполнени  услови  (2) в цепь регулировани  коэф4 1циеита усилени  усилител  9 подводитс  напр жение, пропорциокальное суммарному току управлени  эпементов. Холла. Совершенно o JeвидJЮ, если температура элемен1х в Холла не из.еи отс , то, иосто Аные Холла элементов под-.4 держиваютс  стабильныьш. Если измен етс  температура ок()ужа1(.. щей среды, то вследствие температурной зависимости физических параметров зломентов Холла происходит перерасп н.де;и.ние потенциалов на электродах элементов Холла, что сопровождаетс  по влением разности потенциалов между точками а и б. Этот сигнал попадает на вход усилтел  11, усиливаетс  этим усилителем и подаетс  на один из входов фазочувстви

тельного органа 12 дл сравнени  с фазой сйгнала, подаваемого на его второй

вход (пол ризу|«ищй) с вьгхода регулируемого источника переменного напр жени  3 Величина и пол рность выходного сигнала фазочувствительного органа определ ют величину и направление изменени  темпетуры элб лентов Холла от первоначальнЬго значени  Т . Выходной сигнал фазочувствительного органа управл ет источником переменного напр жени  3. В результате этого ток управлени  элементов Холла уве личиваетс  или уменьшаетс  в зависимости от знака отклонени  температуры элеj ментов от первоначального значени . ПроД

;Иесс изменени  .тока управлени  продолжаетс  до тех пор, пока температура элементов Холла не достигнет своего перво;начального значени  Т .

I°

Поскольку температура Т элементов

Холла достигаетс  при ток управлени , отличном от тока I, то дл  выупр-о

йолнени  услови  (2) необходимо изменить коэффициент усилени  усилител  9 в сторону, противоположную от изменени  тока управлени . Дл  этой цели с шунта 1О, включе1шого в цепь управлени  измерительного зонда 1, снимаетс  сигнал.

пропорциональный току управлени , и подаетс  в цепь регулировани  коэффициента усилени  усилител  9.

Предмет изобретени 

Магнитометр, содержащий измерительный зонд на двух элементах Холла, включенных встречно по выходным цеп м, регулируемый источник переменного напр  жени , через трехобмоточный трансформатор , подключенный к входным цеп м элементов Холла, усилитель и измерительj ный прибор, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности и точности измерени  он снабжен двум  идентичными трансформаторами, вторичные обмотки которых включены между собой встречно, а первичные обмотки - согласно и св заны с выходными цеп ми элементов Холла одна непосредственно, а друга  - ч&рез делитель, звеном регулировани , состо щим из селективного усилител  и фазочувствительного органа, включенным между общим выходом элемента Холла и регулируемым источником переменного напр жени , выход которого через шунт св зан с усилителем и первичной обмоткой трехобмоточного трансформатора.