Устройство для измерения магнитного поля — SU 1774296 (original) (raw)
(5)5 С 01 н 33/06 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАЙИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ(71) Всесоюзный научнский институт электроизмборов-исследовател ерительных пр гун, А. Г, Равлик, нко и Н,И,ЯковЕРЕНИЯ МАГ 54) УСТРОИСТВО ДЛЯНИТНОГО ПОЛЯ иство работает следующим АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быть использовано в приборах и устройствах измерения магнитной индукции постоянного или медленно меняющегося магнитного поля.Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений,На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы работы его функциональных узлов,Устройство (фиг.1) содержит генератор 1 возбуждения, питающий двухполярным током треугольной формы д (см. фиг,2 а) соленоидальную катушку 2, внутри которой установлен тонкопленочный магниторезистивный элемент (МРЭ) 3 из железоникелевого сплава, нанесенный на подложку (на фигурах не показана), МРЭ 3 включен в схему четырехплечевого резистивно-магниторезистивного моста 4 (остальные плечи - резисторы В 1 и В 2), который питается от источника 5 постоянного тока. Измерительная диагональ моста 4 подключена к входу усилителя 6, к выходу(57) Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быт использовано в приборах и устройствах измерения магнитной индукции постоянного или медленно меняющегося магнитного поля. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измеряемых магнитных полей. Цель достигается тем, что в устройство введены последовательно соединенные дифференцирующая цепь, компаратор напряжения, формирователь импульсов синхронизации и О-триггер, а также формирователь прямоугольных симметричных импульсов, 1 э.п. ф-лы, 2 ил. которогоодключена дифференцирующая цепь 7, а ее выход подключен к одному из входов компаратора 8, на другой вход которого подается постоянное опорное напря-ф жение 00 п. К выходу компаратора 8 подключен формирователь 9 импульсов . синхронизации, выход которого подключен к входу синхронизации О-триггера 10, 3 выходы О-триггера 10 подключены к входам регистрирующего прибора 11. Инфор-,фЬ, мационный вход О-триггера подключен к выходу формирователя 12 прямоугольных симметричных импульсов, вход которого подключен к выходу генератора 1 возбуждения.Устро обраГенератор 1 питает двухполярным током треугольной формы соленоидальную катушку 2, вследствие чего внутри ее создается переменное магнитное поле Нд, имеющее такую же временную зависимость, как и (см. фиг,2 а). Амплитуда тока ьыбирается такой, чтобы амплитуда поля Н пбыла больше значения поля анизотропии Н (фиг. 2 а), при котором наступает насыщение магниторезистивной характеристики тонкопленочного МРЭ 3, Благодаря этому, как видно из фиг,2 б, МРЭ большую часть 5 времени периода Т находится в состоянии насыщения (и его сопротивление минимально), а в моменты времени с 1, 12, тз, т 4, когда напряженность поля, действующая на МРЭ 3, равна нулю, он выходит из состояния на сыщения, и его сопротивление возрастает. Очевидно, что по такому же закону изменения сопротивления МРЭ при неизменности тока через МРЭ 3, которое обеспечивается выбором соотношений плеч В 1, В 2 моста 4, 15 изменяются падение напряженияна МРЭ и выходное напряжение моста 4 Л Оп, в который включен МРЭ 3, (Конденсатор С на фиг,1 включен для исключения падения напряжения полезного сигнала на рези сторе Я 2). Поэтому фиг.2 б иллюстрирует не только изменение сопротивления МРЭ 3, но главным образом выходное напряжение резистивно-магниторезистивного моста 4. 25При отсутствии постоя н ного (измеряемого) поля Н = Л Н .= 0 (см, фиг,2 а, графа 1) момент равенства поля нулю (11, т 2, з, т 4) следует равномерно через каждый пол периода частоты возбуждения (Рвом = 1/Т), При 30 действии постоянного магнитного поля с напряженностью, например, равной Н = = Л Н (см, фиг,2 а, графа Н), равномерность следования этих моментов времени нару- шается: моменты С 1 и 12 расходятся" на 35 некоторую величину 2 Л 1, а 12 и 1 з сближаются" на эту же величину, При действии постоянного поля такого же значения, но противоположной полярности Н = - Л Н, картина становится противоположной (см. 40 фиг,2 а, графа П). Легко показать, что вре- менное смещейие моментов 1114 связано со значением постоянного поля Ь Н зависимостьюЛ НпЛг -т,е. при треугольной форме поля катушки 2 между Ьт и Ь Н имеется прямая пропорциональность и соответствие направлений перемещения моментов 11, , 14 направлениям действия поля Ь Н,Усилитель б усиливает и инвертирует напряжение моста ЬО (см. фиг.2 б, в) и с выхода усилителя 6 напряжение Оу поступает на вход дифференцирующей цепи 7, которая предназначена для более четкого выделения и фиксирования моментов 11,14(см. фиг,2 г). С выхода дифференцирующейцепи 7 напряжение Опц поступает на входкомпаратора 8, а с его выхода напряжениеО подается на вход формирователя 9 импульсов синхронизации, который формирует короткие импульсы синхронизации Офсис фронтами, наиболее точно фиксирующимимоменты времени 1114 (см. фиг,2 д, е).Импульсы Офси с выхода формирователя 9импульсов синхронизации поступают навход синхронизации О-триггера 10, К выходу генератора 1 возбуждения подключенформирователь 12 прямоугольных симметричных импульсов, формирующий импульсы Офи, показанные на фиг,2 ж, Видно, чтоуровню логической "1" этих импульсов соответствуют изменения значений поля Н от- Н к+Нп 1, а логическому "0" - переходы от+Нп к -Нп. Эти импульсы поступают наинформационный вход О-триггера 10, спомощью которого временные последовательности коротких импульсов Офси преобразуются в последовательности Импульсов(на выходах. триггера) Отри Отр, модулиЯ, фрованные по ширине в соответствии с зависимостью (1) (см, фиг.2 к,л),Очевидно, что средние значения импульсных напряжений Ор и Отр на выхо 6 адах 0 и 0 (при неизменной их амплитуде)пропорциональны значениям 2 Лт, а следовательно, и Л Н, К выходам О-триггера 10подключено устройство представления информации - регистрирующий прибор 11, реагирующее на разность средних значенийнапряжений Оср (см. рис.2 м). поступающихс выходов О и 4 О-триггера 10, которая пропорциональна измеряемому постоянномуполю ЛН, т е.Оср = К 1 Л 1= К ЛН,где К, К 1 - коэффициенты пропорциональности, Таким образом, преобразователь обеспечивает линейную зависимость выходногонапряжения от измеряемого магнитного поля.Формула изобретения1. Устройство для измерения магнитного поля, содержащее генераторвозбуждения, подключенную к нему соленоидалную катушку, в которой размещентонкопленочный магниторезистивный элемент. включенный в мостовую резистивномагниторезистивную схему, питаемую отисточника постоянного тока, подключенныйк измерительной диагонали моста усилительи регистрирующий прибор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышенияточности и расширения диапазона измерений,в устройство дополнительно введеныпоследовательно соединенные дифферен 177429 бцирующая цепь, компэратор напряжения, формирователь импульсов синхронизации и О-триггер, а также формирователь прямоугольных симметричных импульсов, вход которого подключен,: выходу генератора возбуждения, выход - к информационному входу О-триггера, а вход дифференцирующей цепи соединен с выходом усилителя,2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что генератор возбуждения выпол 5 нен в виде генератора токовых импульсовтреугольной формы,17742 Составитель Л,УстиновТехред М.Моргентал ректор М.Петрова . едакт роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгсц)од; ул. Гагарина. 10 кэз 3925 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5