SU958991A1 - Способ измерени магнитного пол и устройство дл его осуществлени /его варианты/ - Google Patents

Description

Изобретение отйоситс  к области магнитных измерений, а более конкретно к устройствам, использующим в качестве первичного преобразовател  гальваномагнитные датчики.

Известен способ линеаризации характер истики преобразовани  ггшьвано магнитного датчика, который основан на выборе типа полупроводникового материала и его концентрации дл  изготовлени  из них датчиков, т.е. технологический способ линеаризации Си,

Однако технологический способ ли неаризации характиристйки преобразовани  датчиков обладает низкой чувт ствительностью, а это не позвол ет создавать точные и чувствительные магнйтоизмерительные пЕ)иборы дл  диапазона слабых и. средних магнитных полей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  способ, реализованный устройством, в котором выходные электроды датчика Холла включены в измерительную цепь с отрицательной обратной св зью |ООС), в. которой имеетс  звено регулирующее степень шунтировани  выходного сигнала датчика, т.е., когда выходна  характеристика датчика Холла имеет

 рко выраженный нелинейный характер, сигнал на выходе звена регулировани  (в данном случае амплитудного Детек тора) возрастаети сопротивление стокисток полевого транзистора понижает-, с , шунтирование выходного сопротивлени  датчика Холла нарастает и сигНал на его выходе уменьшае гс  2 .

Описанный способ имеет недостаточ10 ную чувствительность измерительной цепи, с введением ООС падает, частный диапазон исследуемых пepё 4eнных и импульсных полей ограничен.

Цель изобретени  - повышение точ15 ности и помехоэакщщенности.

Поставленна  цель достигаетс  , тем, что согласно способу, основанном на воздействии на вы: одной сигнал при протекании через датчик тока пи20 танИ  при отсутствии магнитного пол  устанавливают средний потенциал датчика, создаваем Лй током питани , соедин ют точку установлени  среднего потенциала с точкой нулевого по25 тенциала .входной схемы, воздействуют магнитным полем и измер ют значени  приращений напр жени  на выходных электродах датчика.

В устройстве, реализук- цем этот

Claims (3)

1. 30 способ, цель достигаетс  тем, что магнитометр,содержащий датчик Холла подключенный холловскими электродами к усилителю, выход которого соединен регистрирующим прибором и резистор компенсации, подключенный между одним из токовых и холловских электро дов, снабжен делителем, крайние выводы плеч которого подключены к токовым электродам датчика, усилитель выполнен дифференциальным с резистив ной отрицательной обратной св зью |по напр жению, а величина сопротивле ни  резистора компенсации определена из следующего соотношени  ,-ч -Rl -dR Ч а где Rf - .сопротивление межДу первым токовым и первым холловским электродом, к которыгл подключен резистор компенсации RP-- сопротивление между другим холловским электродом .и пер вым токовыг.1 электродо1 ; d - величина, равна  отношению сопротивлений плеч делител  собой. в варианте устрхзйства поставленна цель достигаетс  тем, что магнитомет содержащий магниторезистор, подключе ный к усилителю с резистором отрицательной обратной св зи, на выходе которого подключен регистрирующий прибор снабжен делителем, подключенным к электродам магниторезистора и cocTOrttuiM из двух резисторов равной величины,, и двум  регулировочными резисторами, одни выводы которых сое динены с элёктроДалш магниторезистора , вторые выводы подсоединены к первому и второму входам усилител , а третьими выводами совместно со сре ней точкой делител  подсоединены к общему входу усилител . На фиг. 1 изображена структурна  схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2, 3 и 4 - варианты этих устройств. Устройство состоит из датчика Г Холла (фиг. 1), к входным электродам 2 и 3 которого подсоединены генератор 4 переменного тока и делитель 5 напр жени , а к выходным электродам 6 и 7 подсоединена первична  обмотка 8 трансформатора 9. Вторична  обмотка 10 крайни выводами 11 и 12 подсоединена к первому и второму входу дифференциального усилител  13, а средним выводом соединена со средней точкой делител  5, Устройство работает следующим образом. При отсутствии магнитного пол  и питании датчика 1 от генератора 4 переменного тока через входные электроды 2 и 3 протекает ток питани  3i , через делитель 5 также протекает ток 2 1 так как плечи делител  5 выполн ют из резисторов с. одинаковыми значени ми сопротивлений , а сопротивлений плеч датчика 1, а именно: сопротивление плеч мехщу одним выходным электродом 2 и двум  выходньими электродами б и 7 равно сопротивлению плеча между другим входным электродом 3 и двум  выходными электродаг-ш б и 7. Потенциал делител  5 в средней точке и потенциалы датчика на выходных электродах б и 7 равны, определ ют (устанавливают ) средний потенциал датчика 1. Благодар  гальваническому соединению потенциала точки среднего вывода трансформатора и общей точки дифференциального усилител  13, все эти точки представл ют между собой одну эквипотенциальную линию Ug,. Вс  схема в этом случае Уравновешена и выходное напр жение дифференциально ,го усилител  13 равно нули. При воздействии магнитного пол  на выходных электродах б и 7 датчика 1по вл етс  холловска  ЭДС е, котора  через первичную обмотку индуктируетс  во вторичную обмотку 10. При этом на выводах 11 и 12 относительно общего вывода возникают равные по величине, но противоположные по знаку напр жени  U и U. Эти напр жени  поступают на первый и второй входы дифференциального усилител  13, выходное напр жение Ug,,, которого пропорционально измер емому магнитному полю В, а именно k(U-U), где Ugjiij - выходное напр жение дифференциального усилител  13, и -.приргадение напр жени  между выводами 11 и средним выводом трансформатора 9. и - приращение напр жени  между выводами 12 ;и средним выводом трансформатора 9. k - коэффициент усилени  усилител ; k - коэффициент передачи всего измерительного тракта; .8 - измер емое магнитное поле. Магнитометр (фиг. 2) Состоит из, датчика 14 Холла, токовыми электродами подключенного к резистору 15, холловскими электродами - к усилителю 16, на выходе которого имеетс  регистрирующий прибор 17, второго ре- . зистора 18, делител  19 и 20, подключенного к токовым электродам датчика 1, усилитель выполнен по дифференциальной схеме с первым и вторым входами, подсоединенными соответственно к холловским электродам датчика 1, ас выхода усилител  16 на его входы через второй резистор 18 цепь параллельной ООС по напр жению, причем первый резистор 15 включён межд одним холловским и одним токовым электродом датчика 1. Соединительны линии заэкранированы и соединены между собой в точке 2i. Питаетс  да чик ot источника 22. Устройство работает следуюищм образом. При отсутствии магнитного пол  , эквивалентную схему датчика Холла можно П ьедставить в виде моетовой схемы. Сопротивление небаланса датчика ROOT.возникает из-за ассиметричности расположени  Холловских электродов, но RQCT. можно устранить рводом сопротивлени  компенсации резистора 15 в случае временного или температурного разбаланса .(эти услови  дл  датчика можно создать и принудительным путем). При воздействии магнитного пол  в датчике 14 на холловских электрод возникают напр жени  их и Ux-. Эти напр жени , равные по значению, но противоположные по знаку, поступают на входы дифференциальногоусилител  16. в этом случае наего выходе по вл етс  напр жение Uet,)xr описыва мое соотношением Ueb.x ()-K kB , где Ug., выходное напр жение усилител  16 при воздействии магнитного пол  В; Ux - напр жение холловскоП. ЭДС между электродом б и средней точкой Делител  19 f Ux - напр жение холловской ЭДС мевду электродом 7 и средн точкой делител  19; k - коэффициент усилени  усили тел  16; k - коэффициент передачи всего измерительного тракта. Помимо всего этого дл  более устойчивой работы датчика 14 и дифференциального усилител  16 с его выхода через резистор 18 на его вход образована цепь параллельной .ООС по напр жению, благодар  этому Rg усили тел  16 повышаетс , и датчик 14 рабо тает в режиме холостого хода. Дл  большей эффективности помехозащищенности и стабильности параметров соединительной линии, резисторы делител  выполнены в виде индуктнвностей , так как их погрешность сбставл ет наименьшую величину пор дка , что позвол ет точнее произвести компенсацию плеч двух мостов с учето именно сопротивлений соединительных проводов. Поэтому в качестве источни ка 22 примененгенератор переменного тока. Кроме того, все соединительные линии, соедин ющие датчик, вход усилител  и делитель размещены в экранах , которые подсоедин ютс  друг другу в одной Точке корпуса магнитометра . Вариант устройства (фиг. 3) на магниторезисторе 23 дополнен регулировочными резисторами 24 и 25. При воздействии магнитного пол  на первом и втором входах относительно общего входа усилител  по вл ютс  два приращени  напр жений U и Uj. Благодар  тому, что резисторы 26 и 27 делител  равны по значению, эти приращени  И. и Oj равны по величине ., но противоположны по знаку. Тогда на выходе усилител  имеем выходное напр жение Ueb,x , где k - коэффициент передачи измерительного тракта; В -. величина воздействующегомагнитного пол . Экспериментальные и теоретические исследовани  показывают, что при соотношении мевду г (начальным сопротивлением ) магниторезйстора 23 и резисторами 26 и 27, подключенными к нему, коэффициент передачи по напр жению высок в случае, если различие между TQ и , 11 менее чём в 5 раз. Вариант устройства (фиг.4) содержит усилитель 28. Благодар  минимизации нелинейности характеристики преобразовани  магниторезйстора значительно повышаетс  точность измерений на пор док за счет разностей схемы измерени  магнитометра . Предлагаемый магнитометр позвол ет измер ть посто нное, переменные и импульсные магнитные пол  в широком диапазоне измер емьлх магнитных полей и в широком диапазоне рабочих температур от 300 до 2°кi За счет разностной схемы измерений магнитометра значительно уменьшаетс  про вление дестабилизирующих факторовизменение сопротивлений соединительных проводов, вли ние синфазной наводки и т.д. На основе предлагаемого магнитометра возможно создавать различные устройства с линейной характеристикой преобразовани . Следует отметить и положительный эффект, создаваемый магнитометром за счет результатов измерений, получаемых от этого прибора с улучшенными параметрами. Однако в св зи с отсутствием экономических данных, получаемых от результатов измерений, данный расчет не представл етс  возможным. Дл  данного способа и устройств го реализующих .отмечаетс : отсутствие на выходе дифференциальной схемы квадратных (четных) составл ющих, то позвол ет уменьшить нелинейность характеристики преобразовани  более, чем па пор док или что то же самое, линеаризацию повысить более, чем на пор док. В устройствах, реализующих способ можно повысить чувствительность и точность. у магнитометров станет класс точности 0,2-0,1. Формула изобретени  1. Способ измерени  магнитного пол  путем воздействи  на выходной сигнал при протекании через датчик тока питани , отличающийс   тем, чтс, с целью повышени  точ ности и помехозащищенности, при отсутствии магнитного пол  устанавливают средний потенциал датчика, создаваемый током питани , соедин ют точку установлени  среднего потенциала с точкой нулевого потенциала входной схемы, воздействуют магнитны полем и измер ют значени  приращений напр жени  на выходных электродах датчика. .
2. 2. Устройство дл  измерени  магнитного пол  содержащее датчик Холла подключенный холловскими электродами к усилителю, выход которого соединен с регистрирующим прибором, и резисто компенсации, подключённый между одни ИЗ токовых и одним холловских электродов , о т л и ч а ю щ ее с   тем, что он снабжен делителем, крайние выводы -которого подключены к токовым.электродам датчика, усилитель выполнен дифференциальным с реэистивной отрицательной обратной св зью по напр жению, а величина

   iL уй

   Фиг.1 сопротивлени  резистора компенсации i определена из следующего соотношени  . , сопротивление между первьгм токовым и первым холловским электродом, к которым подключен резистор компенсации} сопротивление, между другим холловским электродом и первым токовым :.элё 5р6дом; величина, равна  отношений сопротивлений плеч делител .
3. 3. Устройство дл  измерени  магнитного пол , содержащее магниторезистор, подключенный к усилителю с резистором отрицательной обратной св зи, на выходе которого.подключен регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е с  , тем, что -он снабжен делителем, подключенным к электродам магниторезистора и состо щим из двух резисторов равной величины, и двум  регулиро вочнкп |и резисторами, первые выводы которых подсоединены с электродами; магниторезистора, вторые выводы подсоединены к первому и второму Вхйдам усилител , а третьи выводы совместно со средней точкой делител  подсоединены к общему входу усилител . . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Афанасьев Ю.В. Магнитометрические преобразователи, приборы и установки. Л., энерги , 1972, с. 114-155. 2.Авторское свидетельство СССР №524146, кл. 5 01 ft 33/06, 1976.

   ,/ а tt

   f ЦнВ