Изобретение относитс к области магнитных исследований и может быть использовано дл многоканальных ,иэмерений на основе датчиков Холла, п раииетров низкочастотных магнитных полей в широком диапазоне значений, как при физических исследовани х,так и в р де задач техники. Известны многоканальные устройства Дл измерени магнитных полей, со держащие N датчиков Холла, соединенных последовательно между собой и с генератором стабилизированного тока (здесь N-число каналов измерени ) и N операционных усилителей с диффёрен циальными входами, имеющих цепи регулировки усилени и баланса и под ключенных каждый к выходу соответствующего датчика, образу с ним, тем самым, измерительный канал 1. Недостатками данного устройства вл ютс необходимость использовани в нем нескольких операционных усилителей , а такЯсе принципиальна трудность создани большого количества каналов измерени из-за меньшего ослаблени синфазного сигнала дифференциальными каскадами операционных усилителей при росте величин этого сигнала и его флуктуации, обусловленных температурными и временными нестабильност ми сопротивлений токового канала датчиков Холла, Цель изобретени - повышение точности и чувствительности устройства. Поставленна цель достигаетс тем, что в устройстве дл иэмерени магнитных полей, содержащем N датчиков Холла по, числу каналов измерени , усилитель, генератор :стабилизированного тока, соединенный с первым датчиком Холла и регистрирующий прибор, дополнительно введены N-1 генераторов , последоват€У1ьно соединенные перемножитель и фильтр нижних частот, аналоговый коммутатор, выполненный в виде N аналоговых ключей, синхрогенератор , пере стран по частоте и распределитель, причем первые входы ключей соединены с выходами соответствующих генераторов, вторые входы ключей - с первыми выходами распределител . Выходы ключей св заны со входом синхрогенератора, выход последнего - со вторым входом перемножител , первый вход которого через усилитель св зан с соединенными пара.плельно между собой холловскими электродами всех датчиков, выход фильтра нижних частот - со входом регистрирующего прибора, а управл ющие входы перейтройки частоты синх рогенератора подключены ко вторым выходам распределител . На чертеже изображена функциональ на схема устройства в варианте, обе печивающем четыре канала измерени , т.е. дл N 4.. Устройство в зтом конкретномварианте исполнени содержит четыре генератора 1, 2, 3 и 4 с различающимис частотами выходного сигнала, а также сами четыре датчика Холла 5, 6, 7 и 8. Устройство также содержит усилитель 9, аналоговый перемножител 10 и аналоговый коммутатор 11, состо щий здесь из четырех двухпол рных аналоговых ключей 12, 13, 14 и,15, которые могут быть выполнены в виде одного функционального блока, например , микросхемы,, а также синхрогенератор 16,. Кроме того, устройство содержит распределитель 17, включающий в себ источник 18 сигнала управлени и переключатели 19 и 20 выходных шин р-аспределителй. Состав устройства до вершает фильтр нижних частот 21 и ре гистрирующий .прибор 22. При этом объединенные выходы датчиков 5, б, 7 и 8 Холла через усилитель 9 подключены к одному из входов перемножител 10. Выход же последнего через фильтр нижних частот 21 св зан, со входом регистрирующего прибора 22. Токовые электроды датчиков Холла подключены к выходс л генераторов 1, 2, 3 и 4 куда подключены также сигнальные входы аналоговых ключей 12, 13, 14 и 15 соответственно, вход щих в аналоговый коммутатор 11. Выход последнего, т.е. объединенные вы ходы ключей, подключен к общему дл этих ключей входу синхрогенератора 16, выход которогЬ, в свою очередь, соединен со вторым из входов перемножител 10. N 4 выходных шин распределител , обслуживаемых переключателем 19, задействованы на управл щие входы ключей 12-15, а другие выходные шины, относ щиес к переключателю 20 распределител , - на управ л ющие входы перестройки диапазонов синхронизатора 16 .1 оличество данных шин и входов тоже, Предпочтительно,по N (при относительно малом числе каналов), но при реализаций в устройстве очень большого числа каналов (много дес тков или даже сотни) с не слишком большим разносом частоты меж ду соседними каналами количество управл ющих входов синхрогенератора мо жет быть во сколько-то раз меньше N, :. ё. имеетс возможность в таких слу ча х не слишком усложн ть его, благо Дар использованию каждого диапазона (управл ющего входа) настройки часt&tbJ синхрогенератора дл нескольких ее смежных значений (близкорасположенных частот генератора 1, 2...). Устройство работает следующим обРазом . С выходов генераторов 1, 2, 3 и 4 сигналь: различных частот поступают на токовые электроды датчиков Холла j5, 6, 7 и 8 соответствнно и одновременно с этим на сигнальные входы ключей 12, 13, 14 и 15 соответственно, в аналоговом коммутаторе , 11. Ключи коммутатора управл ютс от источника 18 сигнала управлени посредством переключател 19, обеспечива таким образом на выходе коммутатора 11 только поочередное по вление сигналов генераторов . Так, например, если элемент питани - просто источник посто нного тока, то переключателем 19 обеспечиваетс поочередна подача от него отпирающего (в изображенном варианте переключател ) или сн тие запирающего (требуетс соответственно измененное изображение переключател ) напр жений на входы (со входов) управлени ключей, что соответствует наиболее распрастраненному принципу действи последних. При большой широте диапазона частот, охватываемого набором генераторов 1, 2, 3..., когда уже становитс затруднено использование неперестраиваемого синхрогенератора 16, одновременно с работой переключател 19 осуществл ют перестройку собственной частоты,синхрогенератора посредством переключател 20 так, чтобы она приблизительно равн лась частоте генератора выбранного канала (это достигнуто пор дком подключени элементов настройки синхрогенератора , т.е. его управл ющих входов к выходным шинам переключател 20). Независимо от этого, при работе системы генератор работающего канала дополнительно нав зывает свою частоту, а также фазу колебаний синхро генератору . . с объединенных холловских электродов всех датчиков сигналы разных частот (т.е. - как работающего, так и всех неработающих в этот момент каналов ) одновременно поступают на вход относительно широкополосного усилител 9 (полоса частот должна обеспечивать усиление сигналов со всех датчиков ) а затем на один из входов пр- . ремножител 10 и умножаютс последним на выходное напр жение синхрогенератора 16, поступающее на другой вход перемножител ). В силу закономерностей образовани выходного сигнала датчика Холла, сигнал каждого из датчиков 5, 6, 7.... представл ет собой несущую генератора питани датчика , модулированную временной фуйкцией величины измер емого магнитного пол . После перемножени смеси таких сигналов (от всех датчиков) с выхода усилител 9 и сигнала, имеющего частоту генератора канала, выбранного в данный момент (ключами коммутатора)The invention relates to the field of magnetic research and can be used for multichannel, and measurements based on Hall sensors, field devices of low-frequency magnetic fields in a wide range of values, both in physical research and in a number of engineering tasks. Multichannel devices are known for measuring magnetic fields containing N Hall sensors connected in series with each other and with a stabilized current generator (here N is the number of measurement channels) and N operational amplifiers with differential inputs having gain and balance control circuits and each connected to the output of the corresponding sensor, forming with it, thus, the measuring channel 1. The disadvantages of this device are the need to use in it several operational amplifiers, and also It is important to create a large number of measurement channels due to the lower attenuation of the common-mode signal by differential cascades of operational amplifiers with an increase in the values of this signal and its fluctuations due to temperature and time instabilities of the current channel resistances of the sensors. The goal is achieved by the fact that in a device for measuring magnetic fields containing N Hall sensors for, the number of measurement channels, an amplifier, a generator: a stabilized current connected to the first Hall sensor and a recording device, N-1 generators are additionally inserted, subsequently connected to multiplier and low-pass filter, an analog switch made in the form of N analog switches, a clock generator, frequency relocation and a distributor, the first inputs of the keys are connected to the outputs of the corresponding generators, the second inputs of keys - with the first outputs of the distributor. The outputs of the keys are connected to the input of the synchronizing generator, the output of the latter is connected to the second input of the multiplier, the first input of which through the amplifier is connected to the coupled electrodes of all the sensors, the output of the low-pass filter to the input of the registering device, and the control inputs of the override the rotor generator sync frequencies are connected to the second outputs of the distributor. The drawing shows the functional scheme of the device in the variant, which four channels of measurement, i.e. for N 4 .. The device in this particular version contains four oscillators 1, 2, 3 and 4 with different output signal frequencies, as well as four Hall sensors 5, 6, 7 and 8. The device also contains an amplifier 9, an analog multiplier 10 and analog switch 11, here consisting of four two-pole analog switches 12, 13, 14 and, 15, which can be made as a single functional unit, for example, microcircuits, as well as clock generator 16 ,. In addition, the device comprises a distributor 17 including a control signal source 18 and switches 19 and 20 output p-bus distributors. The composition of the device completes the low-pass filter 21 and the recording device 22. In this case, the combined outputs of the sensors 5, 6, 7 and 8 of the Hall are connected via an amplifier 9 to one of the inputs of the multiplier 10. The output of the latter is connected via a low-pass filter 21, with the input of the registering device 22. The current electrodes of the Hall sensors are connected to the output of the generators 1, 2, 3 and 4 where the signal inputs of the analog switches 12, 13, 14 and 15, respectively, entering the analog switch 11 are also connected. The output of the latter, t. e. the combined outputs of the keys are connected to the common for these keys input of the synchronous generator 16, the output of which, in turn, is connected to the second of the inputs of the multiplier 10. N 4 output distributor buses, serviced by switch 19, are connected to the control inputs of the keys 12-15, and other output buses related to the distributor switch 20 to the control inputs of the synchronizer range adjustment 16 .1 The number of these buses and inputs is also preferred by N (with a relatively small number of channels), but with implementations in the device With a large number of channels (many dozens or even hundreds) with a not too large frequency separation between adjacent channels, the number of control inputs of the clock generator can be several times smaller than N,:. ё. it is possible in such cases not to complicate it too much, thanks to the use of each band (control input) of setting the clock frequency of the clock generator for several of its adjacent values (nearby frequencies of the generator 1, 2 ...). The device works as follows. From the outputs of the generators 1, 2, 3 and 4 signal: different frequencies are fed to the current electrodes of the Hall sensors j5, 6, 7 and 8 respectively and simultaneously to the signal inputs of the keys 12, 13, 14 and 15, respectively, in an analog switch, 11 The switch keys are controlled from the control signal source 18 by the switch 19, thus providing at the output of the switch 11 only alternate generation of the generator signals. So, for example, if a power element is simply a DC source, then switch 19 provides alternately supplying a unlocking (in the illustrated switch) or unlocking (correspondingly changing switch image) voltages to the inputs of the control switches. , which corresponds to the most common principle of action of the latter. With a large width of the frequency range covered by a set of generators 1, 2, 3 ..., when it becomes difficult to use a tunable clock generator 16, simultaneously with the operation of the switch 19, the natural frequency is tuned by the clock generator through the switch 20 so that it is approximately equal to the frequency generator of the selected channel (this is achieved by connecting the settings of the sync generator, i.e. its control inputs to the output buses of the switch 20). Regardless, when the system is operating, the generator of the working channel additionally imposes its frequency, as well as the oscillation phase of the sync generator. . From the combined Hall electrodes of all sensors, signals of different frequencies (i.e., both operating and all channels inoperative at this moment) are simultaneously input to a relatively wideband amplifier 9 (the frequency band should provide amplification of signals from all sensors) and then to one from the entrances of pr. multiplier 10 and last multiplied by the output voltage of the clock generator 16, which is fed to another input of the multiplier). By virtue of the regularities of formation of the output signal of the Hall sensor, the signal of each of the sensors 5, 6, 7 .... is the carrier of the generator of the sensor power supply, modulated by temporal fusion of the magnitude of the measured magnetic field. After multiplying a mixture of such signals (from all sensors) from the output of amplifier 9 and a signal having the frequency of the channel generator selected at the moment (switch keys)
в качестве работающего канала, образуетс р д гармоник, низшей из которых по частоте вл етс как раз временна функци величины магнитного по|ЛЯ , регистрируемого датчиком работающего канала. Конечно, необходимым условием этого вл етс достаточное превышение разноса частот соседних каналов над частотой регистрируемого пол , что, однако, в случае низкочас тотных полей легко достижимо даже при реализации сотен тесно расположенных каналов в одном таком устройстве . Из смешанного выходного сигнала перемножител данный полезный сигнал (низший по частотному спектру) выдел етс фильтром нижних частот 21 и поступает на регистрирующий прибор 22. Таким образом осуществл етс разв зка между каналами, то есть канал измерени в конкретный момент времени представлен датчиком Холла, питающий генератор которого в этот момент времени/ синхронизирует (за счет соответствующего состо ни ключей коммутатора ) синхрогенератор.as a working channel, a series of harmonics is formed, the lowest of which in frequency is just the time function of the magnitude of the magnetic | LN detected by the sensor of the working channel. Of course, a necessary condition for this is a sufficient excess of the frequency separation of adjacent channels over the frequency of the recorded field, which, however, in the case of low frequency fields is easily achievable even if hundreds of closely spaced channels are implemented in one such device. From the mixed output signal of the multiplier, this useful signal (lowest in the frequency spectrum) is extracted by a low-pass filter 21 and is fed to a recording device 22. Thus, inter-channel separation is performed, i.e., the measurement channel at a particular time is represented by a Hall sensor supplying a generator which at this moment in time / synchronizes (due to the corresponding state of the switch keys) the clock generator.
Как сно из изложенного выше (реализуемого схемой) принципа селекции каналов, основным преимуществом предлагаемого устройства вл етс применение лишь одного усилител дл всех каналов. Кроме того, достигаетс возможность резкого увеличени числа каналов . При хорошей линейности амплитудной и амплитудно-частотной характеристик , их количество может доходить до 200-300,так как выбором соответствующего пор дка фильтра ЕШЖних частот легко осуществл етс требуема степень разв зки. Легko достигаемое здесь увеличение стеНени разв зки (особенно в вариантах, ограниченных всего несколькими дес тками каналов) ведет к улечшению фильтрации шумов и помеху а следовательно к повьвиению точности и чувствительности устройства в целом.As is clear from the above (implemented by the scheme) principle of channel selection, the main advantage of the proposed device is the use of only one amplifier for all channels. In addition, it is possible to dramatically increase the number of channels. With a good linearity of the amplitude and amplitude-frequency characteristics, their number can go up to 200-300, since choosing the appropriate order of the filter of the ETH frequencies easily accomplishes the required degree of isolation. The easy increase in isolation level here (especially in variants limited to just a few dozen channels) leads to a heightening of noise filtering and interference and, consequently, to an increase in the accuracy and sensitivity of the device as a whole.