Устройство для измерения параметров магнитного поля его вариант — SU 938226 (original) (raw)

Союз СоветсииюСоциапистичесимзРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 938226(51)М. Кл. С 01 Я 33/06 спрнсоединениемзаявки 8 3002948/21 Веударетеиеын квкктет СССР ао двлак вэебретеккЯ и втерыткй(72) Авторы изобретения В.Н. Лапенко и А.И. Берлев 71) Заявител Московск титут электронно 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МАГНИТНОГО ПОЛЯ (ЕГО ВАРИАНТ)1Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь. зовано для измерения параметров магнитного поля, в частности для измерения магнитного поля синхрофазотрона.Известно устройство, используемое для автомического измерения магнитного поля изохронного циклотрона ИАЭ им. Курчатова, содержащее источник опорного напряжения постоянного тока датчиков Холла, блок датчиков Холла1 О в термостате, коммутатор, устройство . управления и аналого-цифровой преобразователь 1Однако из-за того,.что измерения15 происходят на постоянном токе, большое влияние оказывают наводки, дрейф аналого-цифрового преобразователя, температурный дрейф остаточного напряжения датчика Холла, дрейф рабочего тока и т.д. Кроме того, хотя датчик Холла находится в термостате; соединительные провода, ко 1 мутатор и измерительная гистема не термостати 2рованы. Поэтому при изменении температуры соединительные. провода, клеммы можно рассматривать как термопары, включенные последовательно с датчиками Холла в измерительную цепь, и при изменении температуры изменяется их термо ЭДС, что ограничивает динамичес-. кий диапазон измерений. Известно также устройство для измерения параметров магнитного поля,со держащее последовательно соединенные датчик Холла, автоматический переключатель, усилитель, Фаэочувствительный выпрямитель, преобразователь напряжение-код и блок управления, а также источник стабилизированного напряжения, анализатор с соединенными с его разными входами схемами выделения и запоминания знаков, блок автоматической выборки знака измеряемого напряжения и цифровой индикатор 2.Однако точность измерения их недостаточна, 3 93822Цель изобретения - повышение точности измерения параметров магнитногополя,Поставленная цель достигается тем,что в устройство для измерения параметров магнитного поля, содержащееблок датчиков Холла, подключенный ккоммутатору датчиков Холла, управляю"щие входы которого подключены к управляющему блоку, задающий генератор,последовательно соединенные усилительи фаэочувствительный выпрямитель ианалого-цифровой преобразователь, дополнительно введены преобразовательнапряжение - ток, вход которого подключен к выходу задающего генератораи второму входу Фаэочувствительного выпрямителя, а выход - к входу блока датчиков Холла, управляемый аттенюатор, входы которого связаны с выходом преобразователя напряжение-токи входом усилителя, а выход - с входом коммутатора датчиков Холла, избирательный усилитель, включенный междукоммутатором датчиков Холла и вторымвходом усилителя, аналого-запоминающий блок, вход которого подключен квыходу фазочувствительного выпрямителя и к первому входу аналого-цифрового преобразователя, и блок управления усилителем, входы которого подключены к входу аналого-запоминающего блока и к выходу управляющего бло"ка, другие выходы которого подключеныко второму входу аналого-цифровогопреобразователя и к управляющему входу13аналого-запоминающего блока, своимвыходом подключенного к третьему входу аналого-циФрового преобразователя,выходы блока управления связаны с уп-авравляющими входами управляемого аттенюатора и с входом управляющегоблока.Кроме того, цель достигается тем,что в устройство .для измерения параметров магнитного поля, содержащее43блок датчиков Холла, подключенный квходам коммутатора датчиков Холла,управляющие входы которого связаныс выходами управляющего блока и аналого-цифрового преобразователя, о по- вследовательно соединенных усилителейи п Фазочувствительных выпрямителей,первые входы которых подключены к .выходам соответствующих усилителей, авторые - к выходу задающего генератора, дополнительно введены преобразователь напряжение-ток, своим входом подключенный к выходу задающего 6 4генератора, а выходом - к входам блока датчиков Холла и коммутатора датчиков Холла, избирательный усилитель, своим входом подсоединенный к выходу коммутатора датчиков Холла, а выходом - к входу первого усилителя, последовательно соединенные блок выбора порядка и коммутатор мантисс, вторые входы которого и первые входы блока выхода порядка подключены к выходам п Фаэочувствительных выпрямителей, а также два аналого-запоминающих блока, первые входы которого подключены к выходу коммутатора мантисс, вторые входы подключены к выходам управляющего блока и к второму входу блока выбора порядка, а выходы первого и второго аналого-запоминающих блоков связаны с первыми входами аналого-цифрового преобразователя, вторые входы которого связаны с выходами управляющего блока.На Фиг. 1 изображена функционэль-ная схема устройства измерения параметров магнитного поля; на фиг. 2 его вариант.Устройство для измерения параметров магнитного поля фиг. 1) содержитблок 1 датчиков Холла, выходы которого подключены к входам коммутатора 2 датчиков Холла, избирательныйусилитель 3 управляемый усилитель 4, фазочувствительный выпрямитель 5, аналого-запоминающий блок 6, управляющий блок 7, аналого-цифровой преобразователь 8, блок 9 управления усилителем, задающий генератор 10, преобраэователь 11 напряжение - ток, управляемый аттенюатор 12.Выход задающего генератора 10 подключен к входу преобразователя 11 напряжение-ток, выходы которого подключены к входу блока 1 датчиков Холла и к сигнальному входу управляемого аттенюатора 12, выходом связанного с входом коммутатора 2 датчиков Холла, к выходу которого подключены последовательно соединенные избирательный усилитель 3, управляемый усилитель 4, фаэочувствительный выпрямитель 5, выход последнего связан с входом аналого-запоминающего блока 6, с входом блока 9 управления усилителем, и входом аналого-цифрового преобразователя 8, другие входы последнего подключены к выходу аналого-запоминающего блока б и.к выходу управляющего блока 7, другие выходы которого подключены к управляоцему входу. 6аналого-запоминающего блока 6 и к вхо ков 12, 13 соответственно, выходы коду блока 9 управления усилителем вы торых связаны с входами аналого-цифроходы которого связаны с управляющими вого преобразователя 14, причем вывходами управляемого аттенюатора 12 . ходы управляющего блока 15 подключеныи управляемого усилителя 4, втоРой к управляющим входам коммутатора 25вход фаэрчувствительного выпрямите- датчиков Холла, блока 10 выбора порядля 5 подключен к выходу задающего ге ка, первого и второго аналого-запоминератора 10. нающих блоков 12, 13 и к управляющимБлок 9 управления усилителем со- входам аналого-цифрового преобразовадержит источник 13 опорного напряже теля 14ния, выход которого подключен к входу Причем блок 10 выбора порядка сокомпаратора 14, выход компаратора 14 держит источник 18 опорного напряжесвязан с входом нРазрешение счета"ния, блок 19 компараторов, на одинсчетчика 15 и с входом управляющего. иэ входов которого подключен выходблока 7, выходы счетчика 15 подключе 15 источника 1.8 опорного напряжения, выны к входам дешифратора 16 и регист- ходы блока 19 компараторов подключера 17 порядка, выходы дешифратора 16 ны ко входам блока 20 дешифраторов,связаны с управляющими входами управ" выходами связан с управляющими входа ляемого аттенюатора 12 и с управляю; ми коммутатора 11 мантисс и входа-щими входами управляемого усилителя. ми регистра 21 порядка.Устройство для измерения парамет- Устройство (фиг. 1) работает слеров магнитного поля 1, фиг. 2 ) содержит дующим образом.блок 1 датчиков Холла, коммувтор 2 С выходалзадающего генератора 1 Одатчиков Холла, избирательный усили напряжение О с частотой Г 1 поступатель 3, первый, второй и -ыи2 ет на вход преобразователя 11 напряусилители 4, 5, 6 соответственно жение-ток, выходной токкоторогоервый, второй и -ый фазочувст- запитывает датчики Холла блока 1 датительный выпрямители 7 8, 9 соот- чиков Холла. Одновременно на вход уп"ветственно, блок 10 выбора порядка, равляемого аттенюатора 12 подаетсякоммутатор мантисс 11, первый и вто- напряжение 0 пропорциональное вырой аналого-запоминающие блоки 12, ходному току 1, При поступлении на13 соответственно; аналого-цифровой .вход управляющего блока 7 команды.преобразователь 14, управляющий "Начало цикла" производится записьблок 15, задающий генератор 16, пре- кода датчиков Холла и, в соответстобразователь 17 напряжение-ток. вии с этим кодом, выдается сигнал наПричем блок 1 датчиков Холла выхо- коммутатор 2 датчиков Холла и сигнал35дами подключен к входам коммутато- установки в ноль счетчика 15 блока 9ра 2 датчиков Холла, выход задающего управления усилителем,генератора 16 подключен ко входу пре- В результате ко входу иэбирательобразователя 17 напряжение-ток, выхо- ного усилителя 3 подключается требуе 40ды которого связаны с входами бло- мый датчик Холла, с которого на входка 1. датчика Холла и коммутатора 2 избирательного .усилителя 3 поступадатчиков Холла, к выходу которого ет переменное напряжение 0 Х с.часподсоединен вход избирательного уси- тотой 11,величина напряжения ЕХ пролителя 3, выходом подключенного к це- порциональна напряженности магнитногопочке иэ и усилителей, соединенных поля. После предварительного усиленияпоследовательно,4, 5, 6 соответствен- избирательным усилителем 3 в К разно, выход каждого из п усилителей под- сигнал. поступает на вход управляемогоключен к входуодного из и фазочувст- усилителя 4, коэффициент усиления ковительных выпрямителей 7 8 9 соот- торого может меняться в К раэ сигнаГ.ветственно, управляющие входы которых лами управления из блока 9 управлеподключены к задающему генератору 16, ния усилителем, то есть коэффициента выходы связаны с входами блока.10 усиления управляемого усилителя 4 при.выбора порядка и с входами коммутато- нимает значения К,К К , причем0.ра 11 мантисс, управляющие входы ко- каждый цикл измерения начинается приторого подключены к выходам блока 10 55 коэффициенте усиления, равным К, а упвыбора порядка, а выход коммутатора 11 равляемого аттенюатора - /К. С выхомантисс подключен к входам первого ида управляемого усилителя 4 сигналвторого аналого-запоминающих бло- поступает на вход Фаэоцувствительно 93822го выпрямителя 5, где происходит детектирований и сглаживание сигнала,причем в качестве опорной частотыиспользуется сигнал с задающего генератора 10. Выпрямленный сигнал посту-пает на вход аналого-запоминающегоблока 6 и на вход блока 9 управленияусилителем где с помощью компаратора 14 производится сравнение его сопорным напряжением Еописточника 13 1 еопорного напряжения, которое по величине соответствует нижней границе возможного значения опорного напряжения0 аналого-цифрового преобразоватеНля 8 или нижней границе линейной эоны 1фазочувствительного выпрямителя 5, взависимости от того, что больше, прикотором обеспечивается требуемая точность измерения,Результат сравнения поступает навход "Разрешения счета" счетчика 15,на счетный вход которого поступаютимпульсы счета с управляющего блока 7, с выходов счетчика 15 сигналыподаются на входы дешифратора 16 и ре" узгистра 17 порядка. Если напряжениена выходе фаэоцувствительного выпрямителя 5 меньше Е то с выхода дешифратора 16 блока 9 управления усилителем вырабатываются сигналы, покоторым происходит измерение коэффициента усиления управляемого усилителя ч в К раз и одновременно коэффициента передачи управляемого аттенюатора 12 К уменьшается в К раз.35После установления переходных процессов опять происходит внализ выходного напряжения фазоцувствительноговыпрямителя 5 и в случае необходимости коэффициент усиления управляемогоусилителя ч опять увеличивается в Краз, а управляемого аттенюатора 12уменьшается в К раэ. Этот процесс идедо тех пор, пока напряжение с фазочувствительного выпрямителя 5 не превысит Е . При этом блоком 9 управления усилителем вырабатывается сигнал "Конец поиска порядка", которыйпоступает в управляющий блок 7, причем в этом случае коэффициент усиления управляемого усилителя 1 равен К,а управляемого аттенюатора 12 - 1/К.По сигналу "Конец поиска порядка",управляющий блок 7 вырабатывает сигнал, по которому аналого-запоминающий блок 6 переходит в режим запоминания а затем хранения выходногонапряжения фазоцувствительного выпрямителя 5, пропорционально напряжению 6 8с датчика Холла, одновременно осуществляется запись кода порядка с выходов счетчика 15 в регистр 17 порядка, После чего управляющий блок 7 вырабатывает сигнал по которому коммутатор 2 датчиков Холла отключает датчик Холла и к входу избирательного усилителя 3 подключается выход управляемого аттенюатора 12. Напряжение с выхода управляемого аттенюатора 12 усиливается, детектируется и в виде постоянного напряжения поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 8, в котором используется в качестве опорного напряжения О . После этого по сигналу с управляющего блока 7 запускается аналого-цифровой преобразователь 8, в котором происходит преобразование в цифровой код Н напряжения,с выхода аналогоэапоминающего блока 6, После окончания цикла преобразования на выходе управляющего блока 7 Формируется сигнал "Конец цикла", по которому снимается информация, причем с выходов управляющего блока 7 снимается код датчика, с выхода блока 9 управления усилителем - код порядка, а с выхода аналого-цифрового преобразователя 8- код мантиссы. После записи информации в накопительном устройстве, которое не входит в состав данного устройства, на вход управляющего блока опять поступает сигнал "Начало цикла" для следующего цикла измерений,Напряжение на выходе датчика Холла равно8 х = Кх"где К - постоянная Холла;Н - напряженность магнитногополя;3 - ток питания датчика Холла.Напряжение на выходе фазоцувствительного выпрямителя равноОх= ех КК К (2) где Кд - коэффициент преобразованияфазочувствительного выпрямителя;К - коэффициент усиления избирательного усилителя;К - коэффициент усиления управляемого усилителя.Напряжение на выходе управляемого аттенюатора при этом равноОа=и К, (3) где Кс, - коэффициент передачи управляемого аттенюатщл;Озт - эталонное напряжение.9 93822Как известно, выходной код Мх аналого-цифрового преобразователя равенОЮм. 2 пОоп 20 5где Оэ,- измеряемая величинаОоп- опорное напряжение;и - число разрядов.Так как в нашем случае измеряемойвеличиной является О а Одп равно на 1 Опряжению на выходе фазочувствительноговыпрямителя, когда к избирательномуусилителю подключен управляемый аттенюатор, тоО и= О Ку К К, т.е. 15Ооо ОэтК 3 КсИспользуя выражения (2), , (5),получимек 2йОэт Кс 1с учетом выражения (1) получимн МайебуаК2х)х кэтКК 2ЭОТаким образом, величина напряженности магнитного поля может быть представлена следующим образом: Нх- мантисса числа; 1 - порядок числа; Коснование,35Основание К выбирается исходя излинейности зоны фазоцувствительноговыпрямителя и аналого-цифрового преобразователя, Для удобства целесообразно величину К выбирать кратной 2,3практически лучше выбрать 2Как видно из выражения 7), точность измерения определяется точностью установки коэффициента передачи1/К, управляемого аттенюатора. Коэффициенты передачи избирательногоусиютеля, управляемого усилителя и.фазочувствительного выпрямителя неоказывают влияния на точность измерения,50Таким образом, точность измеренияопределяется точностью и стабильностью пассивных элементов управляемогоаттенюатора, которая может быть нехуже 0,013.55Устройство (фи г. 2) работает аналогично устройству (Фиг, 1), за ис)ключением того, что при поступлении 1на вход управляющего блока 15 (,фиг,2) 1) 10сигнала "Начало цикла", напряжение со всех выпрямителей 7, 8, 9 поступает в блок 10 выбора порядка, где с помощью блока 19 компараторов производится сравнение их с опорным напряжением источника 18 опорного на" пряжения Г а результаты сравненияоп 1поступают на вход дешифратора 20, сиг-. налами которого осуществляется управление коммутатора 11 мантисс, К выходу коммутатора 2 подключается тот фазочувствительный выпрямитель, напряжение которого максимально, но не превышает опорного напряжения Е, которое несколько меньше верхней границы линейной зоны выпрямителя. Одновременно по сигналу с управляющего блока 15 осуществляется запись в регистр 21 порядка кода выпрямителя и первый аналого-запоминающий блок 12 переходит в режим запоминания, а затем хранения, т.е. на его выходе запоминается выходное напряжение соответствующего выпрямителя, пропорциональное сигналу датчика ХоллаПосле этого по сигналу с управляющего блока 15 к избирательному усилителю коммутатором 2 датчиков Холла подключается эталонный резистор сопротивлением к т преобразователя напряжение-ток 17, через который проходит ток запитки датчиков Холла Э .Дальнейшая работа аналогична обработке сигналов с датчиков Холла, эа исключением того, что запись в регистр 21 порядка не производится и напряжение с выпрямителей запоминается во втором аналого-запоминающем блоке 13, используемого в качестве опорного напряжения для аналого-цифрового преобразователя 1.После этого по сигналу с управляющего блока 15 запускается аналогоцифровой преобразователь 1 ч, в кото ром происходит преобразование в цифровой код напряжения с выхода первого аналого-запоминающего блока 12.После окончания цикла преобразования на выходе управляющего блока 15 формируется сигнал "Конец цикла", по которому снимается информация, причем с выходов управляющего блока - код датчика, с выхода блока выбора порядка - код порядка, с выхода аналогоцифрового преобразователя - код мантиссы.Положительный эффект заключается в повышении точности измерений напряженности магнитного поля синхрофазоформула изобретения 1193822трона, что существенно улучшит апроксимацию магнитного поля,Таким образом, благодаря введениюновых узлов и связей в устройствеосуществляется адаптация измеритель- Вной системы к измеряемой величине,в результате чего относительная точность измерения не меняется, что,особенно важно для измерения структуры поля при малых величинах напря Оженности магнитного поля,В1. Устройство для измерения параметров магнитного поля, содержащее блок датчиков Холла, подключенный ккоммутатору датчиков Холла, управляющие входы которого подключены к уп" 212 равляющему блоку, задающий генератор, последовательно соединенные усилитель и фаэочувствительный выпрямитель, и аналого-цифровой преобразователь, о т" л и ч а ю щ е е с я тем, что, с це лью повышения точности измерения, в него дополнительно введены преоб" разователь напряжение-ток, вход которого подключен к выходу задающего генератора и второму входу фазочувстви- ур тельного выпрямителя, выход - к входу блока датчиков Холла, управляемый аттенюатор, входы которого связаны с выходом преобразователя напряжение ток и входом усилителя, а выход - с входом коммутатора датчиков Холла, избирательный усилитель, включенный между коммутатором датчиков Холла и Вторым входом усилителя, аналого-запо минающий блок, вход которого подклю-чен к выходу фазочувствительного выпрямителя, и к первому входу аналого-цифрового преобразователя, и блок управ" ления усилителем, входы которого подключены к входу аналого-запоминающего блока и к выходу, управляющего блока, другие выходы которого подключены к второму входу аналого-цифрового преобразователя, и к управляю" щему входу аналого-запоминающего бло"М ка, своим выходом подключенного к третьему входу аналого-цифрового пре" 6 12образователя, выходы блока управленияусилителем связаны с управляющими входами управляемого аттенюатора и свходом управляющего блока.2. Устройство для измерения параметров магнитного поля, содержащееблок датчиков Холла, подключенный квходам коммутатора датчиков Холла,управляющие входы которого связаныс выходами управляющего блока и аналого-цифрового преобразователя, и последовательно соединенных усилителейи и фазочувствительных выпрямителей,первые входы которых подключены к выходам соответствующих усилителей, авторые - к выходу задающего генератора, о т л и чающее с я тем,что, с целью повышения точности измеренийй, в него дополнительно введеныпреобразователь напряжение-ток, своим входом подключенный к выходу задающего генератора, а выходом - к входам блока датчиков Холлд и коммутатора датчиков Холла, избирательныйусилитель, своим входом подсоединенный к выходу коммутатора, датчиковХолла, а выходом - к входу первогоусилителя, последовательно соединенные блок выбора порядка и коммутатор мантисс, вторые входы которогои первые входы блока выбора порядкаподключены к выходам фазочувствитель;ных выпрямителеи, а также два аналогозапоминающих блока, первые входы которого подключены к выходу коммутатора мантисс, вторые входы подключенык выходам управляющего блока и к второму входу блока порядка, а выходыпервого и второго аналого-запоминающих блоков связаны с первыми входамианалого-цифрового преобразователя,вторые входы которого связаны с выходами управляющего блока,Источники информациипринятые во внимание при экспертизеВасилевская Д.П. Иатериалы третьего совещания.по изохронному цикло"трону Х" 120 и его использовании дляфизических проблем. Дубна, ОИЯИ 1973,с. 75.2 Авторское свидетельство СССРУ 523371, кл, 901 й 33/06, 1974,

Смотреть

Устройство для измерения параметров магнитного поля его вариант