Устройство для измерения магнит-ных полей

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ИТЕЛЬСТВУ

Сеюв Советских

Социалистических

Республик

<>819764 (61) Дополнительное к авт. сеид-вуf22) Заявлено 3105.79 (21) 2774290/18-21 (5t)M. Кл.з с присоединением заявки Ио

С 01 R 33/06

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 0 70 4,81.Бюллетень М 13 (53) УДК Ы1. 317. . 44 (088. 8) Дата опубликования описания 0 704.81 (72) Авторы изобретения.В. К. Кудрявцев и Н. К. Шитов (71) Заявитель (54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ. МАГНИТНЫХ

ПОЛЕЙ

" Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для исследования магнитных полей в трехмерном пространстве.

Известно устройство, применяемое для измерения компонент вектора маг" нитной индукции (11 . Оно содержит катушки в виде соленоидов с квадратным сечением и трехкомпонентный феррозонд с измерительными обмотками.

Это устройство предназначено для измерения трех ортогональных компонент вектора магнитной индукции.

его недостатком является невозможность производить замеры в узких зазорах магнитных систем или в полях с большой неоднородностью вследствие сравнительно больших габаритов зонда с ферромагнитными преобразователями.

Известно также устройство, содержащее два датчика Холла, питающееся токами, изменяющимися во времени по гармоническому закону, причем один из датчиков подключен непосредственно к источнику питания, другой - через фаэовращаюшую цепочку $2l.

Это устройство позволяет при раз« мещении датчиков Холла в измерительном зонде измерять направление вектора магнитной индукции в точке, в которой находится измерительный зонд.

Однако с помощью этого устройства нельзя измерить составляющие и модуль вектора магнитной индукции.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения магнитных полей, содержащее измерительный зонд с тремя вэаимно перпендикулярно расположенными датчиками

Холла, подключенный ко второму датчику Холла фазовращатель, три ключа, связанные с выходами соответствующих датчиков, подключенный к выходам двух ключей сумматор и измерительный. блок, снабжено вторым сумматором и вторьГм фазовращателем, элементом И, логическим блоком, двумя нуль-компараторами, триггерами и фильтром. Выход первого сумматора соединен с первым входом второго сумматора и входом первого нуль-компаратора, выход которого. подключен к выходу элемента

25 И и вход,,риггера и ложческого блока. Входные электроды третьего датчика Холла через фазовращатель в фильтр соединены с выходом триггера, а выходные через ключ — со вторим входом второго сумматора, выход ко819764 выходное напряжение которого при замкнутых ключах 6 и 7 пропорциональ но проекции вектора магнитной индукции на плоскость, перпендикулярную датчикам 3 и 4

0 (t)=KЩ 3> sinP Shn(Mt+4). (5)

1 ()=3 .COS(uutМ,), (6) На выходе датчика 5 появляется напряжение

1„(1) =3 ° Sin u)t, () U =К IB).cosp ° э -cos(

На выходе датчика Холла 3 появляется напряжение

U = K. IBI cosd, sing.Ý„, sin ì+, (<) Если угол 5 стремится к нулю, то сигнал Ов„на входе нуль-компаратора 13 отсутствует, импульсов на входе логического блока 22 нет, триггер

23 находится в устойчивом состоянии на -выходах ждущих мультивнбраторов

24 и 25 будут логические нули и на выходе элемента ИЛИ-НЕ 26, т. е. на выходе логического блока 22, будет логическая единица, которая откроет элемент И 21, что обеспечит формирование тока питания датчика 5 с частотой и фазой, определяемой источником тока 1, На выходе датчика 4 появляется напряжение

Напряжение на выходе датчика 5 будет равно <=It Ib! ЯЩ, уф.3 .posit, (4) 0 =K Ibl Зщ. сове . (1а) Напряжения О„и 0 через ключи Это напряжение будет и на выходе сум6 и 7 поступают на входы сумматора 9, 45 матора 10. торого связан со входом измерительного блока. Вход второго нуль-компаратора подключен ко входам первого фазовращателя.и первому датчику Холла, а выход - к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом логического блока.

На чертеже дана структурная схе.ма устройства.

Устройство содержит источник 1 питания датчиков Холла, измерительный зонд 2 с датчиками Холла 3 - 5, клю10 чи б - 8 и сумматоры 9 и 10, фазовращатели 11 и 12, нуль-компараторы 13 и

14, триггер 15, фильтр 16 первой гармоники измерительный блок 17, состоящий иэ усилителя 18, выпрямителя

19 и индикатора 20, элемент И 21 на два входа, логический блок 22, состоящий из триггера 23,,ждущих мультивибраторов 24 и 25, элемента 26

ИЛИ-НЕ на два входа, и координатный 20 стенд 27.

Устройство работает следующим образом.

Источник 1 тока питания датчиков

Холла создает в датчике Холла 3 ток, 25 мгновенное значение которого опреде-. ляется по формуле где К - коэффициент чувствительности датчика, 8 — дуль вектора магнитной 40 индукции " наименьший угол между нормалью к плоскости датчика

3 и проекцией вектора магнитной индукции на плоскость, перпендикулярную 45 датчикам 3 и 4 в исследуемой точке поля

- наименьший угол между вектором магнитной индукции и нормалью в плоскости дат-;0 чика Холла 5.

Фазовращатель 11 сдвигает фазу тока питания датчика 4 на угол поэтому мгновенное значение этого тока изменяется во времени по закону 55 (Ц совам (3) Этот гармонический сигнал преобразуется нуль-компаратором 13 в последовательность импульсов, формирующих.ся в моменты перехода синусоиды через нулевой уровень. Триггер 15 срабатывает на каждый импульс и генерирует прямоугольные импульсы с частотой и скважностью И = 2. фильтр 16 выделяет из этого сигнала первую гармонику с частотой <ю, которая

)сдвигается вторым фазонращателем.12 на угол —, поэтому ток, питающий

Л датчик Холла 5, имеет вид

819764

В зависимости от того, такие из ключей б, 7 или 8 замкнуты, измерительный блок 17 регистрирует беэ изменения положения измерительного зонда 2 величины модуля иортогональных составляющих вектора магнитной индукции в исследуемой точке пространства.

Изменяя с помощью координатного стенда 27 положение зонда 2, измеряют значение модуля вектора магнитной индукции и его ортогональных составляющих в различных точках пространства. Предлагаемое устройство позволяет измерять модуль вектора магнитной индукции с большей точностью позволяет снизить в 3-4 раза трудоемкость процесса исследования топографии магнитных полей по сравнению с существующими приборами и в значительной мере уменьшить влияние субьек" тивных факторов на результаты иссле- 2Р дования.

Формула изобретения

Устройство для измерения магнитных полей, содержащее измергтельный зонд с тремя взаимно перпендикулярно, расположенными датчиками Холла, подключенный ко второму датчику Холла фаэовращатель, три ключа, связанные с выходами соответствующих датчиков, подключенный к выходам двух ключей сумматор .и измерительный блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности работы, устройство снабжено вторым сумматором, вторым фазовращателем, элементом И, логическим блоком, двумя нуль»компараторами, триггером и фильтром, при этом выход первого сумматора соединен с первым входом второго сумматора и входом первого нуль-компаратора, выход которого подключен к выходу элемент а И, к входам триггера и логического блока,. входные электроды третьего датчика

Холла через фазовращатель и фильтр соединены с выходом триггера, а выходные через ключ — со вторым входом второго сумматора, выход которого связан со входом измерительного блока, вход второго нуль-компаратора подключен ко входам первого фазовращателя и первому датчику Холла, а выход — к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом логического блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 557334, кл. G 01 R 33/12, 1975 °

2. Информационный листок М 72-73

Серия 13-05, УДК 621, 317, 444 (прототип).

819764

Составитель Е. Данилина

Редактор Л. Утехина Техред Н.Бабурка

Ф . » ЪЗаказ 1381/26 Тираж 732

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Корректор Н. Бабинец

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Нроектная, 4