Пристрій для вимірювання електромагнітних полів на базі магніторезисторів

Пристрій для вимірювання електромагнітних полів на базі магніторезисторів, що містить магніторезисторний сенсор, виконаний у вигляді "перегортаючої" котушки, мостової схеми та компенсуючої котушки, генератор "перегортаючих" імпульсів, вихід якого з'єднаний з "перегортаючою" котушкою магніторезисторного сенсора, підсилювач, вхід якого з'єднаний з виходом мостової схеми магніторезисторного сенсора, який відрізняється тим, що вихід підсилювача підключений до одного із входів комутатора і до перших з'єднаних між собою входів двох помножувачів, виходи яких підк 3 перших з'єднаних між собою входів двох помножувачів, виходи яких підключені до двох других входів комутатора, вихід якого підключений через фільтр низьких частот до входу підсилювача постійного струму, вихід якого з'єднаний зі входом аналого-цифрового перетворювача, цифрові виходи якого підключені до входу мікроконтролера, перші цифрові виходи якого підключені до керуючого входу синтезатора частоти ортогональних сигналів, другі цифрові виходи підключені до входу цифро-аналогового перетворювача, вихід якого підключений до компенсуючої котушки магніторезисторного сенсору, причому вхід запуску аналогоцифрового перетворювача, синхровхід генератора «перегортаючих» імпульсів, вхід перемикання комутатора підключені до відповідних однорозрядних виходів мікроконтролера, крім того мікроконтролер підключений до персонального комп'ютера, а другі входи помножувачів підключені до відповідних виходів синтезатору частоти ортогональних сигналів. На фіг. зображено блок-схему пристрою вимірювання електромагнітних полів на базі магніторезисторів. Пристрій містить (Фіг.) магніторезисторний сенсор 1, виконаний у вигляді «перегортаючої» котушки 2, мостової схеми 3 та компенсуючої котушки 4, генератор «перегортаючих» імпульсів 11, вихід якого з'єднаний з «перегортаючою» котушкою 2 магніторезисторного сенсору 1, підсилювач 5, вхід якого з'єднаний з виходом мостової схеми 3 магніторезисторного сенсору 1, а вихід підсилювача 5 підключений до одного із входів комутатора 8 і до перших з'єднаних між собою входів двох помножувачів 6 та 7, виходи яких підключені до двох других входів комутатора 8, вихід якого підключений через фільтр низьких частот 15 до входу підсилювача постійного струму 14, вихід якого з'єднаний зі входом аналого-цифрового перетворювача 13, цифрові виходи якого підключені до входу мікроконтролера 12, перші цифрові виходи якого підключені до керуючого входу синтезатора частоти ортогональних сигналів 9, другі цифрові виходи підключені до входу цифроаналогового перетворювача 10, вихід якого підключений до компенсуючої котушки 4 магніторезисторного сенсору 1, причому вхід запуску аналогоцифрового перетворювача 13, синхровхід генератора «перегортаючих» імпульсів 11, вхід перемикання комутатора 8 підключені до відповідних однорозрядних виходів мікроконтролера 12, крім того мікроконтролер 12 підключений до персонального комп'ютера 16, а другі входи помножувачів 6 та 7 підключені до відповідних виходів синтезатору частоти ортогональних сигналів 9. Пристрій працює в два етапи. На першому етапі сигнал з виходу підсилювача 5 через комутатор 8 подається прямо до входу фільтра низьких частот 15. За допомогою генератора «перегортаючих» імпульсів 11, що синхронізується мікроконтролером 12, збуджують «перегортаючу» котушку 2 і періодично «перегортають» намагніченість сенсора 1. Внаслідок цього «перегортання» отримують імпульсний сигнал з мостової схеми 3, який підсилюється підсилювачем 5 і через комутатор 8, 62145 4 фільтр низьких частот 15 та підсилювач постійного струму 14 подається на вхід аналого-цифрового перетворювача 13, запуск якого синхронізується мікроконтролером 12. За допомогою аналогоцифрового перетворювача 13 після завершення перехідних процесів вимірюється значення амплітуди сигналу в декількох точках верхньої півхвилі, а після цього, аналогічно, нижньої півхвилі. Значення коду аналого-цифрового перетворювача 13 поступає в мікроконтролер 12, де відбувається усереднення та фільтрація вимірювань, а також знаходиться різниця значень верхньої та нижньої півхвилі. Ці значення аналізуються в мікроконтролері 12, який формує код на цифро-аналоговий перетворювач 10, за допомогою якого формується струм компенсаційної котушки 4 до тих пір, поки значення різниці між верхньою та нижньою півхвилею не буде дорівнювати нулю. В цей момент фіксується значення коду цифро-аналогового перетворювача 10, яке буде відповідати значенню електромагнітного поля постійної складової. На другому етапі вимірювання значення коду цифро-аналогового перетворювача 10 залишається незмінним, а для вимірювання змінних складових електромагнітного поля використовується ортогональний метод вимірювання, як найточніший і завадостійкий. Для цього на другі входи помножувачів 6 та 7 подаються ортогональні сигнали а1=А01cost та a2=A02sіnt відповідно з синтезатора частоти ортогональних сигналів 9. Значення частоти сигналів  змінюється програмно мікроконтролером 12. Якщо в спектрі вхідного сигналу буде складова з такою ж частотою , то на виходах помножувачів 6 та 7 отримують постійні складові пропорційні фазовим зсувам ортогональних сигналів з синтезатора частоти 9 і складового вхідного сигналу aвx=Aвxsin(t+), відповідно, 1 Uвих 1   А 01  Авх  sin   sin2    t   та 2 1 Uвих 2   А 02  А вх  sin   cos2    t   , а та2 кож складові з подвоєною частотою 2 і змінні складові за рахунок других складових вхідного сигналу (за допомогою фільтра нижніх частот 15 всі змінні складові відфільтровуються). За допомогою комутатора 8, що керується мікроконтролером 12, вихідні сигнали з помножувачів 6 та 7 через фільтр нижніх частот 15 та підсилювач постійного струму 14 почергово подаються на вхід аналогоцифрового перетворювача 13. Оскільки вимірюється значення постійної напруги, використання комутатора 8 значно спрощує реалізацію схеми і підвищує точність вимірювання, тому що для визначення постійних складових двох каналів використовується один канал вимірювання (один аналого-цифровий перетворювач 13 та один фільтр низьких частот 15). Коди постійних складових обробляються мікроконтролером 12 і розраховуються як значення амплітуди складових вихідного сигналу 1 1  2 Uвих  U1  U2  U1   A01  Aвх  sin ,U2   A02  Aвх  cos 2 2 2  - значення пропорційні постійним напругам з помножувачів 6 та 7 відповідно), так і початкової фази 5   arctg 62145 U1 , або різниці фаз між сусідніми виміU2 рюваннями на одній і тій же частоті, якщо в цьому буде потреба. Далі по командам мікроконтролера 12 змінюється значення частоти синтезатора ортогональних сигналів 9 і вимірювання повторюються, таким чином виконуються вимірювання в заданому діапазоні частот. За допомогою персонального комп'ютера 16 виконується документування результатів вимірювання, як постійної складової магнітного поля (перший етап вимірювання), так і змінної складової магнітного поля (другий етап Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 6 вимірювання), наприклад, у вигляді графіків спектрів частот або фаз. Використання двох етапів вимірювання дозволяє компенсувати зовнішнє поле, а також дає можливість працювати на лінійній ділянці характеристики сенсора при вимірюванні слабких змінних складових електромагнітного поля на другому етапі вимірювання, що значно підвищує температурну стабільність і, відповідно, точність та роздільну здатність вимірювання. Пристрій, що пропонується, може бути реалізований на економічних мікроконролерах, наприклад, типу Atmega128. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601