Способ измерения напряженности магнитного поля

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик ф, а

/ г

C + ,Г

"Ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.02 ° 81(21) 3251256/18-21 f$$) +. Кд.з О 01 R 33/06 с присоединением заявки 82

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 23.12.82. Бюллетень Мо 47

Дата опубликования описания 23.12.82

15З) УДК 621. 317. 42 (088. 8).

Ф

А.А. Мурадов и С.В. Рыпалев

I (72) Авторы изобретения

В

1, Физико-технический институт АН Туркменской CC (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ. МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к магнитным измерениям, а более конкретно к магнитометрам, и. может быть использовано в качестве первичного измерительного преобразователя гальваномагнитного датчика.

Известен способ компенсации напряжения неэквипотенциальности датчика

Холла, в котором ток пропускают сначала через одну пару электродов, затем через противоположную и из напряжения, снятого с холловских электродов во втором случае, вычитают напряжение, снятое в первом случае (11.

Недостатком этого способа является значительная динамическая погрешность измерений, обусловленная отсутствием синхронизации между генератором-коммутатором и измеряемым магнитным полем.

Известен способ измерения напряженности магнитного поля гальвано.магнитным датчиком путем воздействия на нескомпенсированный остаток нулевого сигнала, в котором моделируют фазу нескомпенсированного остатка нулевого сигнала, изменяют его частоту, а искомую величину напряженности определяют по составляющей выходного сигнала с частотой управляющего тока, причем модуляцию фазы осуществляют изменением величины сопротивления, компенсирующего нулевой сигнал (21.

Недостатком способа яВляется низкая чувствительность, возникающая из-за постоянной составляющей, обусловленной наличием электромеханических реле или полупроводниковых ключей.

Целью изобретения является увеличение чувствительности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения напряженности магнитного поля гальваномагнитными датчиками, основанному на получении выходного сигнала датчика, содержащего сумму и разность полезной и побочной составляющей с последующим их сложением, по результату которого судят о значении измеряемого магнитного поля, полезную и побочную составляющие полуЧают одновременно при пропускании через парные выводы датчика тока одной амплитуды и частоты.

Из полезной и побочной составляющих формируют сумму и разность, сумму сигналов при сдвиге фаз тока и напряжения полезной составляющей, 983605 равной нулю, и разность сигналов при сдвиге фаз тока и напряжения полезной составляющей, равной 180, при зтОм ПОлезную составляющую Определя ют по значению тока, пропускаемого через выводы, датчика, и величине 5 воздействующего магнитного поля, а побочную составляющую определяют при значении упомянутого тока и значениях входного и остаточного сопротивлений датчика. 10

Для раскрытия сущности необходимо отметить выражение для выходного сигнала гальваномагнитного датчика на примере датчика Холла (нижеприведенное справедливо и для магниторезисторов и магниторекомбинационных датчиков) К

=(з=3о ост+ о с

АЛЫХ О

20 где U ® — выходной сигнал;

U — составляющая нулевого сигнала;

U — полезная составляющая;

Io — рабочий ток датчика;

R — остаточное сопротивление нулевого сигнала; воздействующее на датчик магнитное поле; зю

R — постоянная Холла;

С вЂ” толщина полупроводниковой пластины датчика.

При этом, если через обе противоположные пары выводов датчика соответственно и одновременно пропускать равные токи, частота, фаза и амплитуда которых строго постоянны, то в результате этого на противоположных парных выводах датчика возникают соответственно напряжения U описы- 40 ваемые выражениями

1 н

Д 9 УЫХ Я - О Я н

Й33="Вь х "33=3о 33 3о ост 3о .8 (» где Uz U<>> — напряжения на парных выводах датчиками

R>> и R>3 — сопРотивление между парными выводами датчика.

Из анализа выражений (2) и (3) видно, что два последних слагаемых отличаются .от выражения (1) тем, что в них появились составляющие U и

U23 напряжения, создаваемые ToKQM датчика Эо на.соответствующих парах выводах датчика, кроме того, знаки перед полезной составляющей в выражениях (2) и (3) противоположные. оО

Это связано с тем, что датчик Холла обладает свойством гиратора. Поэтому, если оба напряжения, определяемые выражениями (2) и (3), подать на- вычитающее устройство, на его выходе по- 65 лучим напряжение u„,,описываемое выражением

eó

К, 63 22 Д33 о где U, — выходное напряжение вычитающего устройства, при Условии что R22 = В23 °

Таким образом, способ измерения напряженности магнитного поля включает следующие операции, приемы и режимы их проведения.

При отсутствии магнитного поля

В=О пропускают через одну пару вывОДов Датчика ток Уо, а на ДРУгой паре выводов замеряют и устанавливают величину нулевого сигнала U u знак таким образом, чтобы сдвиг по фазе между этим напряжением и током

3 был равен нулю.

Пропускают ток 3< через другую пару выводов датчика, а на другой паре выводов замеряют и устанавливают величину нулевого сигнала U и знак аналогичным образом, как в предыдущей операции, при этом регулировка осуществляется подбором значения сопротивления, компенсирующего величину нулевого сигнала Uo изменением направления и значения тока Эо до тех пор, пока Uo в обоих случаях не станут одинаковыми по значению и знаку.

Пропускают одновременно через обе пары выводов датчика ток 3 и при воздействии магнитного поля В / 0 получают и выделяют составляющие Цд и

U gq описываемые выражениями (2) и (3) .

Выделенные составляющие U* yr U 3 поступают на входы вычитающего устройства, с выхода которого снимают информативную .составляющую Бзу, пропорциональную величине воздействующего магнитного поля В; и по ней определяют величину напряженности магнитного поля.

На фиг. 1-3 представлены структурные схемы устройств, реализующих предлагаемый способ.

Устройство содержит датчик Холла 1, выводы 2 и 3 которого соединены через разделительный трансформатор 4 с генератором тока 5, между одним из выводов 2 и 3 включено компенсирующее сопротивление,б, устанавливающее величину нулевого сигнала датчика Ц> и ее фазировку с током питания, значение которого регулируется,резистором 7, к выводам 2 и 3 включены первичные Обмотки 8 трансформатора 9, вторичная обмотка 10 которого подключена к входу фазочувствительного тракта 11 с регистрирующим прибором 12., устройство работает следующим образом.

983605

При отсутствии магнитного поля, В=О, через пары выводов 2 и 3 протекает ток 7 создающий на этих выводах о i

II l

- падение напряжения U> 2 и О*,описываемые выражениями

А 22 О 22 О ост

Формула изобретения

1. Способ измерения напряженности ! магнитного поля гальваномагнитными датчиками, основанный на получении выходного сигнала датчика, содержащего сумму и разность полезной и, ЗО побочной составляющих с последуЮщим их сложением, по результату которого судят о значении измеряемого магнит-. ного паля, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности измерений полезную бочную составляющие получают одно» временно при нропускании через парные выводы датчика тока одной амплитуды ,и частоты.

40 2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что из полезной и побочной составляющих формируют сумму и разность, сумму сигналов при сдвиге фаз тока и напряжения нолезной

45 составляющей, равной нулю, и разность сигналов при сдвиге фаэ тока и напряжения полезной составляющей, равной 180, при этом полезную составляющую определяют по значению тока, 50 пропускаемого через выводы датчика, и величине воздействующего магнитного поля, а побочную составляющую опР еделяют при значении упомянутого тока и значениях входного и остаточ55 ного сопРотивлений датчика. о "з + о кос (ь)

Аъь о

Во вторичной обмотке 10 трансформатора 9 напряжение отсутствует, так каК первичные обмотки 8 включены встречно и в них протекают равные токи U u U 2 при этом на выходе токи 2 *2 фазочувствительйого тракта 11 08 „, равно нулю.

При воздействии магнитного поля

В Ф 0 равенство токов в первичных . обмотках 8 трансформатора 9 нарушается и на выходе фазочувствительного тракта 11 появляется выходное напрят . .ние, определяемое выражением

Н "ьых= 2 о 6 "пер () где де К вЂ” коэффициент передачи измерительной цепи, составленной из трансформатора

9 и фазочувствительного тракта 11.

Регистрирующим прибором 12 измеряют величину выходного напряжения, пропорциональную магнитному полю В.

На фиг. 2 изображено другое устройство, первичным измерительным преобразователем которого является магниторекомбинационный датчик, остальные элементы, блоки, их назначение, цифровые обозначения и их функционирование аналогично предыдущему устройству.

На фиг. 3 изображено устройство, использующее в качестве первичного преобразователя магниторезистор. Генератор тока 5 подключен непосредственно к выводам 2 и 3 магниторезис-тора 1. К .этим же выводам 2 и 3 подключена пара делителей 7 и первичные обмотки 8 идентичных трансформаторов 4 и 9, а вторичные встречно включенные обмотки 10 подсоединены на вход -фазочувствительного тракта ll, который соединен с регистрирующим прибором 12. Следует отметить, что коэффициенты деления делителей 6 подобраны таким образом, что на обмотках 10 трансформаторов 4 и 9 выходные напряжения U+ и U9 определяются в виде R

4 о о от о и

9 о оо о и =3 -й т+3о — e, (S) Как видно эти напряжения О+ и Ug сходны с напряжениями U9 H U9 (2) и (3), в связи с чем все йоследующие действия над приведенными напряжениями U и Uз совпадают с действиями вышеприведенных устройств (фиг. l и 2) .

Предлагаемый способ позволяет увеличить чувствительность .- змерений.

Кроме того, позволяет создать универсальный метод измерения напряжень сти

10 постоянного, переменного и импульсного магнитного поля как гальваномагнитными датчиками, т к и измерительными преобразователями, основанных на других измерительных эффектах с

15 четной или нечетной характеристикой преобразования, в результате чего становится возможным стандартизация и унификация устройств, Реадизующих способ, благодаря чему улучшается их серийноспособность и ремонтопригодность

Источники информации, принятые во. внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 328786, кл. G 01 R 3333//0066,, 1970.

2. Авторсксе свидетельствo СССР

Р 789952i кл. G 01. R 33/06, 1980

983605

Составитель A. Евреев

Техред С.Мигунова Корректор N. Демчин

Редактор Н. Гунько

Заказ 9913/53 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4