SU1569755A2 - Apparatus for measuring induction of permanent and variable magnetic fields - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области магнитных измерений и может быть использовано дл  одновременного измерени  индукции посто нного магнитного пол  и максимальных значений индукции переменного магнитного пол  в широком диапазоне частот. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей - достигаетс  путем одновременного измерени  индукции посто нного и переменного магнитных полей. Устройство содержит генератор 1 пр моугольных импульсов, преобразователь 2 Холла, блок 3 разделени  сигналов, бесконтактный ключ 4, широкополосный усилитель 5, аналого-цифровые преобразователи 6 и 15, экстрематор 7, элементы И 8 - 10, регистры 11, 12 и 13, усилитель 14, одновибратор 16, триггер 17, блок 18 задержки, счетно-решающий блок 19, сумматор 20, регистрирующие блоки 21 и 22. 2 ил.The invention relates to the field of magnetic measurements and can be used to simultaneously measure the induction of a constant magnetic field and the maximum values of the induction of an alternating magnetic field in a wide frequency range. The purpose of the invention — extending the functionality — is achieved by simultaneously measuring the induction of constant and alternating magnetic fields. The device contains a generator of 1 rectangular pulses, a Hall converter 2, a signal separation unit 3, a contactless switch 4, a wideband amplifier 5, analog-to-digital converters 6 and 15, an extremator 7, elements 8–10, registers 11, 12 and 13, an amplifier 14, one-shot 16, trigger 17, delay block 18, counting block 19, adder 20, recording blocks 21 and 22. 2 Il.

Description

Физ.1Phys. 1

Изобретение относитс , к магнитным измерени м, предназначено дл  одновременного измерени  индукции посто нного магнитного пол  и максимальных значений индукции переменного магнитного пол  в широком диапазоне частот и  вл етс  усовершенствованием устройства по авт. св. № 1413564.The invention relates to magnetic measurements, is intended to simultaneously measure the induction of a constant magnetic field and the maximum values of the induction of an alternating magnetic field in a wide frequency range and is an improvement of the device according to the author. St. No. 1413564.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей путем одновременного измерени  индукции посто нного и переменного магнитных полей .The purpose of the invention is to enhance the functionality by simultaneously measuring the induction of constant and alternating magnetic fields.

На фиг. 1 приведена функциональна  структурна  схема устройства; на фиг. 2 - временна  диаграмма его работы .FIG. 1 shows a functional block diagram of the device; in fig. 2 - time diagram of his work.

Устройство дл  измерени  индукции посто нного и переменного магнитных полей (фиг, 1) содержит последовательно соединенные генератор 1 пр моугольных импульсов и преобразователь Холла 2, блок 3 разделени  сигналов, бесконтактный ключ 4, широкополосный усилитель 5, выход которого соединен с входом первого аналого-цифрового преобразовател  (АШ ) 6 и входом эк- стрематора 7, первый 8, .второй 9 и третий 10 элементы И первый 1 1f второй 12 и третий 13 регистры, усилитель Л 4, второй АШ 15, одновибратор |1б, триггер J7, блок 38 задержки, счетно-решающий блок 19, сумматор 20, первый 21 и второй 22 регистрирующие блоки.A device for measuring induction of constant and alternating magnetic fields (FIG. 1) contains a series-connected square pulse generator 1 and a Hall converter 2, a signal separation unit 3, a non-contact switch 4, a broadband amplifier 5, the output of which is connected to the input of the first analog-digital the converter (ASh) 6 and the input of the extruder 7, the first 8, the second 9 and the third 10 elements And the first 1 1f the second 12 and the third 13 registers, the amplifier L 4, the second ASh 15, the one-shot | 1b, trigger J7, block 38 delays, calculating unit 19, su Matora 20, the first 21 and second 22 recording units.

Выход экстрематора 7 соединен с первым входом первого элемента И 8, второй вход которого соединен с управл ющим выходом генератора 1 пр моугольных импульсов, а выход - с управл ющими входами первого 6 и второго 15 АПП, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого Л и второго 12 регистров и пер- ввм входом третьего регистра 13. Выходы первого-11, второго 12 и третьего 13 регистров соединены соответственно с первым входом счетно-решающего блока 19 и первым входом сумматора 20. Выход счетно-решающего блока 19 соединен с первым регистрирующим блоком 21, а вход сумматора 20 - с вторым регистрирующим блоком 22, Управл ющий выход первого АИЛ 6 соединен с управл ющим входом генератора 1 пр моугольных импульсов через блок 18 задержки и первыми входами второго 9 и третьего 10 элементов И, выходы ко0The output of the extruder 7 is connected to the first input of the first element 8, the second input of which is connected to the control output of the square pulse generator 1, and the output to the control inputs of the first 6 and second 15 automatic feed pulses, the outputs of which are connected respectively to the first inputs of the first L and the second 12 registers and the first input of the third register 13. The outputs of the first 11, second 12 and third 13 registers are connected respectively to the first input of the counting unit 19 and the first input of the adder 20. The output of the counting unit 19 is connected to the first p gistriruyuschim unit 21 and the input 20 of the adder - a second recording unit 22, first control output ATL 6 is connected to a control input of the generator 1 of rectangular pulses through the delay unit 18 and the first inputs of the second 9 and third AND gates 10, the outputs ko0

5five

00

5five

00

5five

торых соединены соответственно с вторыми входами первого 11 и третьего 13 регистров и вторым входом второго регистра 1 2.the second are connected respectively with the second inputs of the first 11 and third 13 registers and the second input of the second register 1 2.

Выход генератора 1 пр моугольных импульсов соединен с входом триггера 17, пр мой выход которого соединен с вторым входом второго элемента И 9, а инверсный - с вторым входом третьего элемента И 10, и входом одновибра- тора 16, выход которого соединен с управл ющим входом бесконтактного ключа 4, Выход преобразовател  Холла 2 соединен через усилитель 14 с входом второго АШТ 15.The output of the generator 1 of rectangular pulses is connected to the input of the trigger 17, the direct output of which is connected to the second input of the second element AND 9, and the inverse to the second input of the third element And 10, and the input of the one-oscillator 16, the output of which is connected to the control input contactless key 4, the Output Converter Hall 2 is connected through an amplifier 14 to the input of the second ashtray 15.

Счетно-решающий блок 19 содержит два блока 23 и 24 возведени  в квадрат , входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока 19, сумматор 25 и блок 26 извлечени  корн  квадратного, выход которого  вл етс  выходом блока 19, а. вход соединен с выходом сумматора 25} входы которого соединены соответственно с выходами блоков 23 и 24.The counting unit 19 contains two squaring units 23 and 24, the inputs of which are connected respectively to the first and second inputs of unit 19, the adder 25 and the square root extracting unit 26, the output of which is the output of unit 19, a. the input is connected to the output of the adder 25} whose inputs are connected respectively to the outputs of blocks 23 and 24.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

При поступлении импульса 11Пуск преобразователь Холла 2 запитываетс  импульсом тока (фиг, 2б) от генератора 1 пр моугольных импульсов. При воздействии на преобразователь Холла )2 суммарного магнитного пол  с индукцией В В + В (сЬиг. 2а) на выходе преобразовател  Холла 2 возникает пропорциональное ей суммарное напр жение U (фиг, 2в) , равноеUpon receipt of the 11Start pulse, the Hall 2 converter is powered by a current pulse (Fig 2b) from the square pulse generator 1. When acting on a Hall transformer) 2 total magnetic field with induction B B + B (6g. 2a), the output of the Hall 2 converter results in a total voltage U proportional to it (Fig. 2c), equal to

ит и- +um and- +

+ arete ) arctg u/vmJ,+ arete) arctg u / vmJ,

U-m+ UU-m + u

urnurn

sin(2lFft +sin (2lFft +

5five

00

5five

где U - напр жение, пропорциональноеwhere U is the voltage proportional to

иand

л/ ГОl / gO

иand

н mm

максимальное значение напр жени , пропорционального В максимальное значение напр жени  индукционной наводки, пропорционального В, которое поступает на вход АШ 15 через усилитель 34 и на блок 3 разделени  сигналов. Выделенна  блоком 3 разделени  сигналов переменна  составл юща  напр жени  U, равна the maximum value of the voltage proportional to B the maximum value of the voltage of the induction pickup proportional to B, which is fed to the input of the ASH 15 through the amplifier 34 and to the block 3 of the separation of signals. Selected by block 3 of the separation of signals, the variable component of the voltage U is equal to

.ein(2fft - arctg ),.ein (2fft - arctg),

f FOf fo

поступает на бесконтактный ключ 4 и далее на широкополосный усилитель 5.enters the contactless key 4 and further to the broadband amplifier 5.

Поскольку , в моменту включени  и отключени  пр моугольного импульса тока управлени  возникают переходные процессы, которые имеют большое вре- м  установлени  при посто нной времени Т входной цепи широкополосного усилител  5, определ емой допускаемой погрешностью амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) на нижней граничной частоте F .Since, at the moment of switching on and off of the rectangular control current pulse, transients arise which have a long time when the input circuit of the wideband amplifier 5 has a constant time T, determined by the permissible error of the amplitude-frequency characteristic (AFC) at the lower boundary frequency F .

Бесконтактный ключ 4, имеющий сопротивление в открытом состо нии пор дка 10 Ом и включенный параллельно входу широкополосного усилител  -5, позвол ет уменьшить на 3 - 4 пор дка посто нную Т и тем самым уменьшить врем  установлени  за счет сокращени  переходных процессов. Этой же цели служит и выбранна  форма импульса тока управлени  (фиг. 2б) . Управление бесконтактным ключом 4 осуществл етс  одновибратором 16, который запускаетс  фронтами импульса тока (Фиг. 2б) генетатора 1 пр моугольных импульсов. Выходной импульс (Фиг. 2г) одновибра- тора 16 определ ет врем , в течение которого посто нна  времени Xх широкополосного усилител  5 мала и обычно не превышает по длительности периода нижней граничной частоты 7Н , т.е. через указанное врем  возможно измерение индукции переменного магнитного пол  с заданной погрешностью.A contactless switch 4, having an open resistance of the order of 10 ohms and connected in parallel with the input of the wideband amplifier -5, makes it possible to reduce the constant T by 3 to 4 times and thereby reduce the settling time due to the reduction of transients. The chosen purpose of the control current pulse (Fig. 2b) serves the same purpose. The contactless key 4 is controlled by a single vibrator 16, which is triggered by the current pulse fronts (Fig. 2b) of the rectangular pulse generator 1. The output pulse (Fig. 2d) of the single-oscillator 16 determines the time during which the time constant Xx of the wideband amplifier 5 is small and usually does not exceed the duration of the lower cut-off frequency 7H, i.e. after a specified time, it is possible to measure the induction of an alternating magnetic field with a given error.

Напр жение с выхода широкополосного усилител  5 (сЬиг, 2д) , равноеThe voltage from the output of the broadband amplifier 5 (cbig, 2d) is equal to

/ г i/ g i

KVuHm+u mKVuHm + u m

sin(2tTft + arctg - ---),sin (2tTft + arctg - ---),

UU

vm vm

где К - коэффициент пропорциональности , подаетс  на вход первого АЦП 6 и на вход экстрематора 7. Экстрематор 7 формирует короткие импульсы (фиг,2е в моменты времени, соответствующие максимумам и минимумам напр жени  (фиг. 2д} на его .входе. Прохождение этих импульсов через первый элемент И 8 разрешаетс  импульсом, который поступает с управл ющего выхода генератора 1 пр моугольных импульсов (фиг. 2ж) и формируетс  после окончани  импульса одновибратора 16 (фиг.2г) т.е. на запуск первого 6 и второго 15 АЩ1 импульс экстрематора 7 (фиг.2з) приходит только после окончани  описанного переходного процесса в мо- мент времени t (фиг. 2з), соответствующий максимуму (или минимуму) переменной составл ющей напр жени  U выделенной блоком 3 разделени  сигналов . Этот импульс (Фиг. 2з) за врем  преобразовани  А1ТГ Сдул (Фиг. 2и) позвол ет измерить одновременно напр жение на выходе усилител  14, равwhere K is the proportionality coefficient, is fed to the input of the first ADC 6 and to the input of the extremator 7. The extruder 7 generates short pulses (Fig. 2e at the times corresponding to the maxima and minima of the voltage (Fig. 2e) at its input. Passage of these pulses through the first element, And 8 is resolved by a pulse, which comes from the control output of the generator 1 of rectangular pulses (Fig. 2g) and is formed after the end of the pulse of the one-vibrator 16 (Fig. 2d), i.e., to start the first 6 and second 15 AShch1 pulse 7 (fig.2z) comes only After the end of the described transient process at time t (Fig. 2h), corresponding to the maximum (or minimum) variable component of the voltage U allocated by the separation unit 3. This pulse (Fig. 2h) during the A1TG conversion time was blown away (Fig. 2) allows simultaneously measuring the voltage at the output of the amplifier 14, equal to

К(/TO(/

ujm +ujm +

иand

НтNt

+ U) , и напр жение+ U) and voltage

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

на выходе широкополосного усилител  5, равное Кat the output of the broadband amplifier 5, equal to

С+ин соответствующий значению К(1иC + in corresponding to the value of K (1i

. Двоичный код,. Binary code

J l iJ l i

1U +U u + Hm1U + U u + Hm

+ IL-) , поступает на вход третьего регистратора 13. с второго АЦП 15, а 2 „2+ IL-), is fed to the input of the third recorder 13. from the second ADC 15, and 2 „2

значениюmeaning

Kl UKl u

л/тl / t

+ U нт - на первые+ U nt - for the first

входы первого 11 и второго 12 регистров с первого AUTT 6.inputs of the first 11 and second 12 registers from the first AUTT 6.

Запись двоичных кодов в первый 1I и третий 13 регистры осуществл етс  импульсом Конец преобразовани  первого АЦП 6 (фиг. 2и), который подаетс  на управл южие вторые входы тех ке регистров через второй элемент И 8. Этот же импульс, задержанный блоком 18 задержки (гЬиг. 2к) 9 определ ет момент окончани  импульса тока управлени  преобразовател  Холла 2 (Аиг. 2б)s выключа  генератор 1 пр моугольных импульсов, а следовательно, окончание первого такта чзметэепий и начало второго . Целью второго такта измерений  вл етс  определение максимального значени  напр жени  индукционной наводки , поэтому этот такт проводитс  при отсутствии импульса тока управлени  преобразовател  Холла 2. Измерение проводитс  аналог гчно первому такту с тем отличием, что информаци  о максимальном значении напр жени  наводки KUU в виде двоичного кода сWriting binary codes into the first 1I and third 13 registers is carried out by a pulse. The conversion end of the first ADC 6 (Fig. 2i), which is fed to the control of the second inputs of the registers through the second element 8. And the same pulse delayed by the delay unit 18 (delay 2k) 9 determines the moment of the end of the current pulse of the control of the Hall 2 converter (Aig. 2b) s turning off the generator 1 of rectangular pulses and, therefore, the end of the first clock cycle and the beginning of the second one. The purpose of the second measurement cycle is to determine the maximum value of the induction voltage, so this cycle is carried out in the absence of a current control pulse of the Hall 2 converter. The measurement is carried out analogously to the first cycle, with the difference that the information on the maximum voltage KUU voltage in the form of a binary code with

ПП1PP1

выхода первого АШ1 б записьюаетс  при помощи импульса Конец преобразовани  первого Alffl 6 (Лиг. 2к) через третий элемент И 30 во второй регистр 12. Переключение регистров И или 12 в зависимости от такта измерений осуществл ет триггер 17.the output of the first ASH1 b is recorded with the help of an impulse. The end of the conversion of the first Alffl 6 (Lig. 2k) through the third element I 30 into the second register 12. The switching of the registers AND or 12, depending on the measurement cycle, is performed by the trigger 17.

Таким образом, после двух тактов измерений в регистрах записана следуюша  информаци : в первом регист J Thus, after two measurement cycles in registers, the following information is recorded: in the first register J

ре -П UHm во втором регистре 12 - yUuin, в третьем регистре 13 - К( + + U). На входы сумматора 20 поступает информаци  из первого 11 и третьего 13 регистров . Результат вычислени ,; равныйre -P UHm in the second register 12 - yUuin, in the third register 13 - K (+ U). The inputs of the adder 20 receives information from the first 11 and third 13 registers. The result of the calculation is; equal

1Г1G

к(и + V ки, k (and + v ki,

1one

U/vjflU / vjfl

+ )-к/1+) -k / 1

Т1„т+и„тподаетс  на второй регистрирующий блок 22.T1 т t + and под r is supplied to a second recording unit 22.

Коды первого и второго тактов измерений поступают с выходов первого 11 и второго 12 регистров соответственно на первый и второй входы счетно решающего блока 19 и св занные с ними первый 23 и второй 24 блоки возведени  в квадрат. В сумматоре 25 форми- руетс  разность кодов, поступающих его два входа с выходов блоков 23 и 24, котора  затем подаетс  на вход блока 26 извлечени  корн  квадратного, а на выходе блока 26 формируетс  код соответствующий напр жениюThe codes of the first and second measurement cycles come from the outputs of the first 11 and second 12 registers, respectively, to the first and second inputs of the counting decision unit 19 and the associated first 23 and second 24 squaring blocks. In the adder 25, the difference between the codes, its two inputs from the outputs of the blocks 23 and 24, is formed, which is then fed to the input of the square root extractor 26, and the output of the block 26 forms the code corresponding to the voltage

1/ аНи +ингт)г - (кин/ ки1 / АNи + ingt) g - (kin / ki

1ПЭ1PE

Пропорциональному только максимальному значению индукции переменного маг- 20 Нитного пол . Этот код поступает с выхода счетно-решающего блока 39 на первый регистрирующий блок 21 .Only proportional to the maximum value of the induction of an alternating magnetic field; This code comes from the output of the counting unit 39 to the first recording unit 21.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Устройство дл  измерени  индукции Посто нного и переменного магнитныхDevice for measuring the induction of permanent and alternating magnetic Q Q 5five 0 0 5five полей по авт. св. № 1413564, о т - личающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей путем одновременного измерени  индукции переменного и посто нного магнитных полей, в него введены последовательно соединенные усилитель, второй аналого-цифровой преобразователь , третий регистр и сумматор, а также блок разделени  сигналов, бесконтактный ключ и одновибратор, вход которого соединен с входом преобразовател  Холла, своим выходом соединенного с входами усилител  и блока разделени  сигналов, выход которого соединен через бесконтактный ключ с входом широкополосного усилител , управл ющий вход второго аналого-цифрового преобразовател  соединен с выходом первого элемента И, второй вход третьего регистра соединен с выходом второго элемента И, второй вход сумматора соединен с выходом первого регистра , выход сумматора соединен с вторым регистрирующим блоком, а выход одновибратора - с управл ющим входом .бесконтактного ключа.fields on auth. St. No. 1413564, t - characterized by the fact that, in order to expand the functionality by simultaneously measuring the induction of alternating and permanent magnetic fields, a series-connected amplifier, a second analog-to-digital converter, a third register and an adder, and a signal separation unit are introduced into it , contactless key and one-shot, the input of which is connected to the input of the Hall converter, its output connected to the inputs of the amplifier and signal separation unit, the output of which is connected via a contactless key the input of the broadband amplifier; the control input of the second analog-digital converter is connected to the output of the first element I, the second input of the third register is connected to the output of the second element I, the second input of the adder is connected to the output of the first register, the output of the adder is connected to the second recording unit, and the output of the single vibrator - with control input .contact key.