SU1629886A1

SU1629886A1 - Цифровой измеритель магнитной индукции

Info

Publication number: SU1629886A1
Application number: SU884453986A
Authority: SU
Inventors: Игорь Петрович Смирнов; Альберт Никитович Фойда; Олег Трофимович Чигирин; Юрий Трофимович Чигирин
Original assignee: Предприятие П/Я В-8117
Priority date: 1988-07-04
Filing date: 1988-07-04
Publication date: 1991-02-23

Abstract

Изобретение относитс к магнитным измерени м и может быть использовано дл прецизионного измерени в широком диапазоне посто нных магнитных полей. Цель изобретени - повышение точности измерени за счет коррекции суммарного результата двух тактов измерени . Достигаетс это введением счетчика 14, элементов И 8, 11, блока 9 управлени , элемента 6. Устройство также содержит датчик Холла 1, переключатель 2, источник питани 3, синхронный детектор 4, преобразователь 5 напр жение - временной интервал, реверсивный счетчик 7, блок 12 управлени линеаризацией , логический блок 13 добавлени и вычитани импульсов, двоично-дес тичный дешифратор 16, цифровой индикатор 16. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Description

Фиг

Изобретение относитс к области магнит- ных .измерений и может быть использовано дл прецизионного измерени в широком диапазоне посто нных магнитных полей.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерени за счет коррекции суммарного результата двух тактов измерени .

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого цифрового измерител магнитной индукции; на фиг. 2 - временные диаграммы работы блока управлени .

Цифровой измеритель магнитной индукции состоит из датчика Холла 1, переключател 2, источника 3 питани , синхронного детектора 4, преобразовател 5 напр жение - временной интервал, элемента ИЛИ 6, реверсивного счетчика 7, элемента И 8, блока 9 управлени ,триггера 10,элемента И 11, блока 12 управлени линеаризацией, логического блока 13 добавлени и вычитани импульсов, дополнительного счетчика 14, двоично-дес тичного дешифратора 15 и цифрового индикатора 16.

Блок 9 управлени состоит из генератора импульсов, счетчика, дешифратора и схемы управлени операцией, включающей схемы И и триггеры.

Токовые электроды датчика Холла 1 соединены с входами переключател 2. Потенциальные электроды датчика Холла 1 соединены с входами от переключател 2. Выходы последнего соединены с сигнальными выходами источника 3 питани . Выходы переклю- чател 2 соединены с сигнальным входом синхронного детектора 4. Управл ющий выход источника 3 питани соединен с управл ющим входом синхронного детектора 4. Выход синхронного детектора 4 соединен с входом преобразовател 5 напр жение - временной интервал и первым входом блока 9 управлени . Выход счетных импульсов преобразовател 5 напр жение - временной интервал соединен с первым входом элемента ИЛИ 6. Второй вход элемента ИЛИ 6 соединен с выходом элемента И 11 и счетными входами блока 12 управлени линеаризацией и логического блока 13 добавлени и вычитани импульсов. Выход тактовых импульсов преобразовател 5 напр жение - временной интервал соединен с первым вхо- дом элемента И 11. Выход элемента ИЛИ 6 соединен со счетным входом реверсивного счетчика 7. Выход реверсивного счетчика 7 соединен с первым входом элемента И 8 и вторым входом блока 9 управлени . Выход элемента И 8 соединен с единичным входом триггера 10,.выход которого соединен с вторым входом элемента И 11. Выход добавлени импульсов блока управлени линеаризацией соединен с входом добавлени импульсов логического блока 13 добавлени и вычитани импульсов.

Выход вычитани импульсов блока управлени линеаризацией соединен с входом вычитани импульсов логического блока 13

0

5

0 5 0 5 0 .

добавлени и вычитани импульсов. Управл ющий вход блока 12 управлени линеаризацией соединен с выходом дополнительного счетчика и сигнальным входом двоично- дес тичного дешифратора 15, выход которого подключен к цифровому индикатору 16. Первый выход блока 9 управлени соединен с управл ющим входом переключател 2. Второй выход блока 9 управлени соединен с запускающим входом преобразовател 5 напр жение - временной интервал. Третий выход блока 9 управлени соединен с вторым входом элемента И 8 и третьим входом элемента И 11. Четвертый выход блока 9 управлени соединен с установочным (нулевым) входом реверсивного счетчика 7, нулевым входом триггера 10, установочным (нулевым) входом дополнительного счетчика 14 и установочным входом блока 12 управлени линеаризацией. П тый выход блока 9 управлени соединен с управл ющим входом двоично-дес тичного дешифратора 15., Шестой выход блока 9 управлени соединен с входом реверса реверсивного счетчика 7.

Генератор 17 импульсов через счетчик 18 соединен с входом дешифратора 19, выходы которого с первого по п тый соответственно соединены с первым, вторым, третьим, четвертым и п тым выходами блока 9 управлени . Четвертый выход дешифратора 19 соединен с первым нулевым входом триггера 20 и нулевым входом триггера 21..Шестой выход дешифратора 19 соединен с первым входом элемента И 22. Седьмой выход дешифратора 19 соединен с первыми входами элементов И 23 и 24. Восьмой выход дешифратора соединен с единичным входом триггера 20. Выход элемента И 22 соединен с единичным входом триггера 21, выход которого соединен с вторым входом элемента И 23. Выход последнего соединен со счетным входом триггера 20. Третий вход элемента И 23 соединен с вторым входом элемента И 22 и первым входом блока 9 управлени . Выход элемента И 24 соединен с вторым нулевым входом триггера 20. Второй вход элемента И 24 соединен с вторым входом блока 9 управлени .

К неизмен ющимс управл ющим сигналам относ тс следующие.

Сигнал, поступающий на управл ющий вход переключател 2. По этому сигналу в первом такте измерени перва пара противоположных электродов датчика Холла 1 через переключатель 2 подключаетс к синхронному детектору 4, втора пара противоположных электродов датчика Холла 1 через переключатель 2 подключаетс к источнику 3 питани . Во втором такте перва пара противоположных электродов датчика Холла 1 через переключатель 2 подключаетс к источнику 3 питани , а втора пара противоположных электродов датчика - к синхронному детектору 4. При таком подключении

f/i ±/x+t/« , U2 ±ix-UH3 , где lx - ЭДС Холла;

L/нз- напр жение неэквипотенциальнос- ти;

Ј/.

и Ц - выходные напр жени датчика Холла после переключател в первом и втором тактах.

Сигнал, поступающий на запускающий вход преобразовател 5 напр жение - временной интервал. По этому сигналу начинаетс преобразование аналогового входного сигнала в пропорциональное число импульсов .

Сигнал, поступающий на управл ющий вход элементов И 8 и 11. По этому сигналу происходит срабатывание этих элементов.

Сигнал, поступающий на установочный нулевой вход реверсивного счетчика 7, установочный нулевой вход дополнительного счетчика 14, нулевой вход триггера 10 и установочный вход блока 12 управлени линеаризации .

Сигнал, поступающий на управл ющий вход двоично-дес тичного дешифратора 15. По этому сигналу производитс считывание результата измерени цифровым индикатором 16 после второго такта измерени .

Дл выделени сигналов первого и второго тактов и сигнала, измен ющего состо ние триггера 20 реверса после двух тактов изме- рени , необходимых дл работы блока 25 управлени операцией, дешифратор 19 формирует соответствующие управл ющие сигналы .

К измен ющимс управл ющим сигналам относитс сигнал, поступающий на вход реверса реверсивного счетчика 7, измен ющий направление счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте измерени и при переписи кода из реверсивного счетчика 7 в дополнительный счетчик 14 и формируемый блоком 25 управлени операцией по сигналам , поступающим на его входы.

Измеритель работает следующим образом .

В первом такте реверсивный счетчик 7 всегда работает на сложение, направление счета в реверсивном счет.чике 7 во втором такте зависит от следующих условий работы.

При |, +B или -В на вход реверса реверсивного счетчика 7 поступает управл ющий сиглал, который не измен ет направлени счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте, т. е. реверсивный счетчик 7 в оба такта работает на сложение.

При lx.UHa и -В на вход реверса реверсивного счетчика 7 поступает управл ющий сигнал, который дважды измен ет направление счета в реверсивном счетчике 7, т. е. реверсивный счетчик 7 в первом такте работает на сложение, а во втором сначала работает на вычитание, а потом на сложение.

На сложение он начинает работать в тот момент, когда код в реверсивном счетчике 7 станет равным нулю (на входе блока 9 управлени ) .

При переписи кода из реверсивного счетчика 7 в дополнительный счетчик 14 реверсивный счетчик 7 работает на вычитание.

Условие |/, и 4,j/UH3 i определ етс блоком 25 управлени операцией по сигналу на выходе синхронного детектора 4 в обоих тактах измерени .

При пол рность выходного сигнала синхронного детектора 4 в обоих тактах измерени одинакова: («-, «-) при и («+, «+) при -В. При одинаковых пол рност х выходного сигнала синхронного детектора 4 в обоих тактах блок 25 управлени операцией во втором i акте не вырабатывает управл ющий сигнал, измен ющий направление счета в реверсивном счетчике 7.

При lx,UHi пол рность выходных сигналов синхронного детектора 4 независимо от направлени магнитной индукции + # или -В в обоих тактах будет («-, « + ). При изменении пол рности выходного сигнала синхронного детектора 4 с «- в первом такте на «-(- во втором такте блок 25 управлени операцией измен ет направление счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте измерени .

При условии ,3 и -В блок 25 управлени операцией дважды измен ет направление счета в реверсивном счетчике 7 во втором такте измерени . Сначала блок 25 управлени операцией по пол рности выходных сигналов синхронного детектора 4 в обоих тактах измерени измен ет направление счета в реверсивном счетчике 7. Во втором такте он работает на вычитание. Когда число в реверсивном счетчике 7 станет равным нулю, блок 25 управлени операцией снова измен ет направление счета в реверсивном счетчике 7. Он начинает работать на сложение.

Работа предлагаемого измерител происходит в три такта измерени . В первых двух тактах происходит измерение выходных сигналов датчика Холла 1 с противоположных пар электродов, а в третьем такте осуществл етс линеаризаци результата измерени .

Сигналом начальной установки, поступающим с выхода блока управлени , в нулевое состо ние устанавливаютс реверсивный счетчик 7, триггер 10, дополнительный счетчик 14, блок 12 управлени линеаризации и триггеры 21 и 20. С выхода блока 9 управлени на шину реверса реверсивного счетчика 7 поступает такой управл емый сигнал, по которому реверсивный счетчик 7 работает на сложение.

В первом такте измерени выходной сигнал датчика Холла 1 ( - Инз - Такое значение выходного сигнала датчика Холла 1 обусловлено тем, что управл ющий сигнал на выходе блока 9 управлени всегда в первом такте подключает первую пару противоположных электродов датчика Холла 1 к входу синхронного детектора 4, а че- рез вторую пару противоположных электродов датчика Холла 1 протекает ток от источника 3 питани .

Выходной сигнал датчика Холла 1 U + через переключатель 2 и синхронный детектор 4 поступает на преобразователь 5 напр жение - временной интервал. Результат преобразовани в виде импульсов поступает через элемент ИЛИ 6 на реверсивный счетчик 7, считающий в пр мом направлении IX±UH} .

В конце первого такта измерени блок 9 управлени коммутирует переключатель 2. Во втором такте измерени выходной сигнал датчика Холла 1 С/2 1±/ +Ј//« I- Это напр жение поступает через синхронный детектор 4 на преобразователь 5 напр жение - временной интервалу которого напр жение U , преобразованное в число импульсов, поступает через элемент ИЛИ 6 на реверсивный счетчик 7: x lx±Un3 реверсивном счетчике 7 в зависимости от соотношени 1Х и Унэ производитс суммирование или вычитание результатов кодировани двух тактов. Информаци о виде операции во втором такте выдел етс с помощью синхронного детектора 4. Блок 25 управлени операцией в зависимости от состо ни синхронного детектора 4 в обоих тактах измерени выдает определенный командный сигнал на реверсивный счетчик 7. Когда |/v Инз 1г производитс суммирование результатов кодировани двух тактов, а при .ча1 - их вычитание.

Пусть +В, U - lx-Uai, U2 - lx+U, . В первом такте выходной сигнал синхронного детектора 4 (фиг. 2) отрицательный и вл етс запрещающим дл элементов И 22 is 23. При поступлении управ- тющего сигнала с выхода на элемент И 22 он не срабатывает, поскольку на его второй вход поступает запрещающий потенциал с выхода синхронного детектора 4. Таким образом, состо ние триггера 21 не измен ет с , и он выдает разрешающий потенциал на элемент И 23. При поступлении управл ющего сигнала с выхода во втором такте измерени элемент И 23 не срабатывает, поскольку во втором такте измерени на него с выхода синхронного детектора 4 поступает запрещающий потенциал. Поэтому во втором такте измерени состо ние триггера 20 не измен етс и реверсивный счетчик 7 во втором такте работает на сложение.

В результате в реверсивном счетчике 7 после второго такта находитс суммарный результат, пропорциональный ЭДС Холла:

A Ј. Vi + .. + Mw |/с,/о+|/ -UHi K.K..

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Пусть + В, и; . , В первом такте выходной сигнал, синхронного детектора 4 (фиг. 2) отрицательный и вл етс запрещающим дл элементов И 22 и 23. При поступлении управл ющего сигнала с выхода на элемент И 22 он не срабатывает, поскольку на его второй вход поступает запрещающий потенциал с выхода синхронного детектора 4. Таким образом, состо ние триггера 21 не измен етс , и он выдает разрешающий потенциал на элемент И 23. При поступлении управл ющего сигнала с выхода во втором такте измерени элемент И 23 срабатывает, поскольку во втором такте измерени не поступает разрешающий потенциал с выхода синхронного детектора 4. Выходной сигнал элемента И 23 поступает на счетный вход триггера 20 и измен ет его состо ние. Поэтому во втором такте реверсивный счетчик 7 работает на вычитание.

, VH3 /CiK2- UHэ-l K K2 2I K ,Lx.

Пусть -В, Ui + l,-Uns, U2 + lx+ , I. В первом такте выходной сигнал синхронного детектора 4 (фиг. 2) положительный и вл етс разрешающим дл элементов И 22 и 23. При поступлении управл ющего сигнала на элемент И 22 он срабатывает и выдает сигнал на единичный вход триггера 21. Триггер 21 переходит в единичное состо ние и выдает запрещающий потенциал на элемент И 23. При поступлении управл ющего сигнала во втором такте измерени элемент И 23 не срабатывает, поскольку на него поступает запрещающий потенциал с триггера 21. Поэтому во втором такте измерени состо ние триггера 20 не измен етс , и реверсивный счетчик 7 во втором такте работает на сложение.

Afe-..V, + #2 /A-Uw 1К,К2+

+ , |K,K2 2/CiK2/r. Пусть -В, Ul lx-Uff3, U2 lx+U«;,, (/, .Инэ. В первом такте выходной сигнал синхронного детектора 4 (фиг. 2) отрицательный и вл етс запрещающим дл элементов И 22 и 23. При поступлении управл ющего сигнала с выхода на элемент И 22 он не срабатывает, поскольку на его второй вход поступает запрещающий потенциал с выхода синхронного детектора 4. Таким образом, состо ние триггера 21 не измен етс и он выдает разрешающий потенциал на элемент И 23. При поступлении управл ющего сигнала во втором такте измерени элемент И 23 срабатывает, поскольку во втором такте измерени на него поступает разрешающий потенциал с выхода синхрон

ного детектора 4. Выходной сигнал элемента И 23 поступает на счетный вход триггера 20 и измен ет его состо ние. Поэтому во втором такте измерени реверсивный счетчик 7 сигнала работает на вычитание.

Когда число в реверсивном счетчике 7 станет равным нулю, срабатывает элемент И 24, на вход которого поступает код реверсивного счетчика 7. Выходной сигнал элемента И 24 во втором такте измерени поступает на нулевой вход триггера 20 и переводит его в нулевое состо ние. Поэтому реверсивный счетчик 7 начинает работать на сложение.

В результате после второго такта в реверсивном счетчике 7 находитс суммарный результат, пропорциональный ЭДС Холла:

+ -/r+2/,|

К,,|+2/С,К2|/х1;

,-K,/Gltfe -М+2Я,К2|/,|

-I -KtK3 Ur9 -Ц +

+ 2KlK2 l,2KtK2lx.

Блок линеаризации осуществл ет коррекцию нелинейности характеристики датчика Холла, функци коррекции которого имеет три участка линеаризации, которые обеспечивают заданную точность измерени . Границы участков линеаризации AI и Л2 (/V| и N-2 - количество импульсов, пропорциональное измер емой магнитной индукции ) выбраны таким образом, чтобы на первом участке линеаризации (0. У,Л;:), где производитс добавление импульсов в число- импульсный код преобразовател 5 напр жение - временной интервал, к каждой группе из п последовательных импульсов добавл етс один импульс. На втором участке линеаризации (,Л 2) выходной число-импульсный код преобразовател 5 напр жение - временной интервал не измен етс . На третьем участке (,), где производитс вычитание импульсов из число-импульсного кода преобразовател 5 напр жение - временной интервал, в каждой группе из п последовательных импульсов вычитаетс один импульс.

Claims

1. Цифровой измеритель магнитной ин- дукции, содержащий последовательно соединенные датчик Холла, переключатель, синхронный детектор и преобразователь напр жение - временной интервал, а также реверсивный счетчик, блок управлени линеаризацией , логический блок добавлени и вы- читани импульсов, двоично-дес тичный дешифратор и цифровой индикатор, выход двоично-дес тичного дешифратора соединен с цифровым индикатором, счетный вход блока управлени линеаризацией соединен со счетным входом логического блока добавлени и вычитани импульсов, вход добавлени импульсов и вход вычитани импульсов логического блока добавлени и вычита

0

5

5 0

0

5

0

ни импульсов соответственно соединены с соответствующими выходами блока управлени линеаризацией, установочный вход блока управлени линеаризацией соединен с установочными входами реверсивного счетчика , источник питани соединен с переключателем , а управл ющий выход источника питани - с управл ющим входом синхронного детектора, отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерени , в него дополнительно введены дополнительный счетчик, два элемента И, триггер, блок управлени и элемент ИЛИ, включенный между выходом счетных импульсов преобразовател напр жение - временной интервал и счетным входом реверсивного счетчика, первый, второй, третий, четвертый, п тый, шестой выходы блока управлени соответственно соединены с управл ющим входом переключател , запускающим входом преобразовател напр жение - временной интервал , первыми входами первого и второго элементов И, с нулевыми входами реверсивного счетчика и первого триггера, с управл ющим входом двоично-дес тичного дешифратора , с входом реверса реверсивного счетчика, первый и второй входы блока управлени соответственно соединены с выходом синхронного детектора и выходом реверсивного счетчика, выход тактовых импульсов преобразовател напр жение - временной интервал соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ и счетным входом логического блока добавлени и вычитани импульсов, третий вход первого элемента И соединен с выходом первого триггера, единичный вход которого соединен с выходом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, управл ющий вход блока управлени линеаризацией соединен с выходом дополнительного счетчика, нулевой вход дополнительного счетчика соединен с нулевым входом реверсивного счетчика, а счетный вход дополнительного счетчика соединен с выходом логического блока добавлени и вычитани импульсов.

2. Измеритель по п. 1, отличающийс тем, что блок управлени выполнен в виде генератора импульсов, счетчика, дешифратора и блока управлени операцией, включающего триггер реверса, триггер и три элемента И, при этом генератор импульсов через счетчик соединен с входом дешифратора, первый, второй, третий, четвертый, п тый, шестой, седьмой, восьмой выходы которого соответственно соединены с первым, вторым, третьим , четвертым, п тым выходами блока управлени , с единичным входом триггера реверса , с первыми входами первого и второго элементов И, с первым входом третьего элемента И, четвертый выход дешифратора соединен с первым нулевым входом триггера реверса и нулевым входом триггера, единицный вход которого соединен с выходом третьего элемента И, второй вход которого соединен с первым входом блока управлени , вторым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с выходом триггера, выход второго элемента И соединен со счетным

входом триггера реверса, выход которого соединен с шестым выходом блока управлени , второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с вторым нулевым входом триггера реверса.

Фиг. 2