SU758020A1

SU758020A1 - Магнитометр 1

Info

Publication number: SU758020A1
Application number: SU782611383A
Authority: SU
Inventors: Inessa A Bolshakova; Vasilij F Chekurin
Original assignee: Lvovskij Polt Inst
Priority date: 1978-05-03
Filing date: 1978-05-03
Publication date: 1980-08-23

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в магнитометрии для измерения постоянных и переменных магнитных полей.

Известны магнитометры, содержащие ⁵измерительный зонд, регулируемый источник переменного тока, регистрирующий прибор, узкополосный усилитель и устройство регулирования [ΐ]. В этом магнитол метре осуществляется автоматическое' ¹⁰устранение температурной нестабильности характеристик датчика Холла. Однако необходимость поддержания температуры датчика Холла выше температуры среды приводит к снижению чувствительности, уменьшению температурного диапазона измерений, к возникновению градиентов температуры в толще активной пластины датчика Холла. Кроме того, сигнал, используемый для регулировки температуры в таком устройстве, вследствие эффекта магнитосопротивления зависит от магнитного поля, что снижает точность

2

термостатирования, а следовательно, и точность измерения магнитного поля.

Известен магнитометр, содержании! измерительный зонд .с датчиком Холла и катушкой, регулируемый источник постоянного тока, стабилизированный источник переменного тока, фильтр и регистрирующий прибор. В магнитометре осуществляется автоматическое устранение погрешности, обусловленной температурной нестабильностью параметров датчика Холла, и погрешности, обусловленной нелинейностью выходной характеристики датчика. При этом этот магнитометр свободен от недостатков предыдущего прибора [2].

Однако схема магнитометра не позволяет использовать его для измерения переменного магнитного поля, а напряжение электромагнитной наводки, возникающее на выходных электродах датчика, через разделительный конденсатор поступает на вход преобразователя напряжения, что приводит К снижению точности изме758020

3

рений. К снижению точности измерений приводит также возникновение индукционных токов в катушке в результате воздействия внешних электромагнитных полей,

С целью повышения точности измерений в магнитометр, содержащий измерительный зонд с датчиком Холла, выполненным в виде пластины, входные электроды которого подключены к выходу регулируемого источника постоянного тока, а выходные электроды подключены к регистрирующим, дополнительно введены дифференциальный усилитель и источник постоянного тока и две плоскопараллельные проводящие пластины, соединенные между собой, каждая из которых снабжена

электродом, подсоединенным к источнику постоянного тока, а датчик Холла снабжен дополнительным выходным электродом, расположенным на поверхности пластины, симметрично относительно первых двух выходных электродов, при этом датчик Холла расположен посредине между двумя плоскопараллельными проводящими пластинами, три выходных электрода датчика Холла подключены ко входу дифференциального усилителя, выход которого подсоединен ко входу регулируемого источника постоянного тока.

На фиг. 1 представлена функциональная схема данного магнитометра; на фиг. 2 - зависимость нормальной составляющей магнитного поля, создаваемого током, проходящим по двум плоскопараллельным пластинам, от координаты по ширине пластины.

Магнитометр содержит измерительный зонд 1 с датчиком 2 Холла,, входные электроды 3 и 4 которого подключены к выходу регулируемого источника 5 постоянного тока, выходные электроды 6 и 7, расположенные на боковых гранях пластины 2 датчика Холла, подключены ко входу регистрирующего прибора 8, а выходные* электроды 6 и 7 и дополнительный электрод 9 подключены ко входу дифференциального усилителя 10, выход которого подключен ко ’ входу регулируемого источника 5 постоянного тока. Датчик 2 Холла помещен между двумя плоско-параллельными пластинами 11, находящимися в электрическом контакте с одной стороны и снабженными электро дами 12 и 13 с другой, которые подключены ко входу источника 14 постоянного тока.

Работа данного магнитометра заключается в следующем.

При подключении регулируемого источника 5 постоянного тока ко входным электродам 3 и 4 датчика 2 Холла и электродов 12 и 13 к выходу источника

₅ 14 постоянного тока через датчик 2

Холла протекает ток и в пространстве •между пластинами 11, занимаемой пластиной датчика Холла, возникает магнитное поле. Между входными электродами

Ю 6, 9 и 7,9 возникает напряжение

'6,9

ν₇₉-κ(Β,τ)

ер 7

(1)

>Р_ги

2 -ер 7

20

25

30

35

40

45

50

55

У"Р

II

% ^Вср

где К(Б₁Т, - удельная чувствительность датчика Холла, зависящая от индукции магнитного поля и от температуры; управляющий ток датчика Холла; среднее значение нормальной составляющей

' индукции магнитного

;поля, создаваемого пластинами 11 , на установке между электродами и 7,9 соответственно.

Учитывая, что кривая , приведенная на фиг. 2, симметрична относительно начала координат, а также полагая, что эта зависимость линейна, что> справедливо при малых расстояниях между пластинами 11, находим, что напряжение на выходе дифференциального усилителя равно

ν-κίΒ^Λ.ρ (2)

Где К£ - коэффициент усиления дифференциального усилителя;

В_тах - максимальноее значение индукции магнитного поля, создаваемого пластинами 11.

Разность потенциалов между электродами 6, 7 равна нулю. Напряжение с выхода дифференциального усилителя 10' поступает на вход регулируемого источника постоянного тока, что приводит к изменению управляющего тока датчика 2 Холла. Изменение управляющего тока датчика 2 Холла приводит к изменению магнитной чувствительности дат5 758020

6

чика и к изменению напряжения на выходе дифференциального усилителя

10. Процесс продолжается до тех пор, цока на входе дифференциального усилителя 10 не установится определенное значение 'напряжения II_о . Величина управляющего тока при этом определяется из формулы (2)

п ^2ио

'^ρ'κ_(ΒΛ)Η_ιβ„_αχ; <³>

При помещении измерительного зонда 1 в измеряемое магнитное поле ка участки активной пластины датчика 2 Холла между электродами 6, 9 и 7,9 воздействует суммарное магнитное поле различной индукции. Благодаря симметрии кривой, приведенной на фиг. 2, напряжение, возникающее между выходными электродами 6,7, будет зависеть только лишь от индукции измеряемого магнитного поля В

10

15.

20

6,7 ' 1 ¹ °цпр^и иэм · (4)

Напряжение же на выходе дифференциального усилителя 10 будет явно зависеть только лишь от индукции магнитного поля, создаваемого пластинами 11, и как прежде будет определяться формулой (2) . Благодаря зависимости К (В₁’Т ) от магнитного поля напряжение на выходе диференциального усилителя 10 изменит своё значение и напряжение на выходе регулируемого источника 5 постоянного тока станет отличным от первоначального значения, что приведет к изменении} управляющего тока датчика. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока на входе регулируемого источника 5 постоянного тока не установится первоначальное значение напряжения и_о . Это состояние достигается при другом значении управляющего токаО^нр . Подставляя значение управляющего тока из формулы (3) в формулу (4), получаем напряжение на электродах 6,7

25

30

35

40

45

’В

ИбЛЛ

(5)

тах

Из формулы (5) следует, что выходное напряжение датчика 2 Холла линейно по индукции измеряемого магнитного поля. Аналогичные процессы происходят в устройстве и при изменении температуры, выходное напряжение датчика 2 Холла и в этом случае определяется по формуле (5). Из этой формулы следует, что выходной сигнал магнитометра не зависит от температуры, так как множитель 211₀/К₁ В_тах является независимым от температуры.

Claims

Формула изобре тения

Магнитометр, содержащий измерительный зонд с датчиком Холла, выполненным в виде пластины, входные электроды которого подключены к выходу регулируемого источника постоянного тока, а выходные электроды подключены к регистрирующему прибору, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены дифференциальный усилитель, источник постоянного тока и две плоскопараллельные проводящие пластины, сое-г· диненные между собой, каждая иэ которых снабжена электродом, подсоединенным к источнику постоянного тока, а датчик Хслла снабжен дополнительным выходным электродом, расположенным на поверхности пластины симметрично относительно первых двух выходных электродов, при этом датчик Холла расположен посередине между двумя плоскопараллельными проводящими пластинами,

*а три выходных электрода датчика Холла подключены ко входу дифференциального усилителя, выход которого подсоединен ко входу регулируемого источника постоянного тока.