Экспериментальное исследование макета иу.

Целью эксперимента является проверка работоспособ-ности макета инструментального усилителя для исследования магнитных датчиков. Измеряемые параметры: АЧХ при регулируемой полосе частот активного фильтра и регулируемой коэфициент усиления инструментального усилителя.

Для достижения поставленной цели разработано структур-

ную схему экспериментальной установки (см. рисунок 4). В качестве входного сигнала использовалось выходные напряжения генератора. Изменяя частоту входного сигнала в диапазоне 5 Гц- 2кГц, сохраняя постоянной амплитуду входного наряжения и с помощью регистрирующего устройство измеря-

лось выходное напряжение.

Рисунок 4 — Структурная схема экспериментальной установки

На рисунке приняты следущие обазначения: Г- генератор; ОУ- операционный усилитель; АФ-активный фильтр; РУ-регистрирующее устройство; ИП-источник питания.

Результаты экспериментов.

Амплитудно-частотные характеристики разработанного ИУ в логарифмическом масштабе приведены на рисуноке 5.

Рисунок 5 — Логарифмическая амплитудно-частотные характеристики усилителя

Поскольку использован ФНЧ второго порядка, спад АЧХ 40 децибел на декаду.

В четвертой главе проводилось исследование характеристик датчиков слабых магнитных полей, снималась зависимость выходного напряжения ИУ от величины магнитного поля.

Исследование характеристик датчика при питании постоянным током п при постоянном магнитном поле.

На рис.6 приведена структурная схема для исследования датчика Холла.

Рисунок 6 — Структурная схема исследования датчика Холла: ДХ - датчик Холла;ФНЧ1-фильтр нижных частот 1-го порядка; ОУ- операционный усилитель; АФ-активный фильтр; РУ-регистрирующее устройство; ИП-источник питания

Принципиальная схема ИУ приведена на рисунке 1.

Изменение магнитного поля создавалось с перемешением эталонного магнита относительно датчика Холла, зависимость магнитного поля была снята с помощью микротесламетра.

Результаты исследовании приведены таблице 6.

Таблица 6 – Результаты исследовании

В,мкТл	0	1	2	3	4
Uвых,мВ	42	43,2	44,35	45,3	46,4

Зависимость напряжения на выходе ИУ от магнитного поля на входе датчика приведена на рисунке 7.

Рисунок 7 — Зависимость напряжения на выходе ИУ от магнитного поля

Анализ полученных результатов исследования.

Результаты эксперимента при измерение постоянного магнитного поля с помощью датчик Холла приведены на рисунке 7. Из рисунка следует, что чувствительность датчика равна S=1.43 мВ/мкТл.

При отсутсвие внешного магнитного поля измеренная величина напряжения составила 42 мВ, это величина примерно соответствует магному полю земли. Уровень шума U_шум=1,5 мВ, при таком шуме расчетный порог обнаружения составляет 1,25 мкТл.

Исследование характеристик датчика при питании постоянным током при переменном магнитном поле.

При питании ДХ постоянным током при воздействии переменного магнитного поля происходит модуляция, на выходе датчика появляется переменная составляющая.

Измерение переменного магнитного поля при питания датчика Холла постоянным током позволяет заменить усилитель постоянного тока на усилитель переменного тока и ввести глубокую отрицательную обратную связь по постоянному току в ОУ. Это позволяет скомпенсировать постоянное магнитное поле и температурный дрейф ОУ.

На рис.8 приведена структурная схема для исследования датчика Холла при переменном магнитном поле.

Рисунок 8 — Структурная схема для исследования датчика Холла:

ЭД-электромагнит; ДХ- датчик Холла; РУ-регистрирующее устройство; ИП-источник питания

Переменное магнитное поле создавалось с помощью электромагнита, калибровка переменного магнитного поля было сделано с помощью микротесламетра. В процессе измерения менялась величина напряжения питания и расстояние до датчика Холла.

Питание электромагнитного датчика производилось электрическим сигналом от генератора, имеющим форму периодической последовательности прямоугольных импульсов. Частота следования импульсов F=10 Гц, амплитуда импульсов U=10В [23]. Питания датчика Холла проводилось постоянным напряжением U=2 В, коэффициент усиления ИУ К_ус=500 полоса частот 50 ГЦ.

Результаты исследовании приведены на таблице 7.

Таблица 7 – Результаты исследовании

В,мкТл	6	10	30	60
Uвых,мВ	5.1	7.2	18	34

Зависимость напряжения на выходе ИУ от магнитного поля на входе датчика приведена на рисунке 9.

Рисунок 9 — Зависимость напряжения на выходе ИУ от магнитного поля

Анализ полученных результатов исследования.

В схеме обратная связь влияет на коэффициент усиления усилителя, поэтому исследования проводилось при коэффициент усиления усилителя К_ус =500.Уровень шумовой дорожки составляет на выходе ИУ U_шум=1.5 мВ, при таком шуме расчетный порог обнаружения составляет 2.8 мкТл, чувствительность S_. =0.53 мВ /мкТл.

Исследование характеристик датчика при питании переменным током при постоянном магнитном поле.

При питании ДХ импульсами при воздействии постоян-

ного магнитного поля происходит модуляция выходного напряжения, что приводит к появлению на выходе датчика переменной составляющей.

На рисунке 10 приведена структурная схема датчика Холла для исследования.

Рисунок 10 — Структурная схема исследования датчика Холла.: ДХ - датчик Холла; РУ - регистрирующее устройство; ИП - источник питания, ИИП - импулсный источник питания

Датчик Холла питается от ИИП током, имеющим во времени форму периодической последовательности прямоугольных импульсов. Частота следования импульсов F=10 Гц, амплитуда импульсов U=5 В. Калибровка магнитного поля была сделана с помощью микротесламетра, измененние магнитного поля создавалось с перемешением эталонного магнита относительно датчика Холла.

Результаты исследовании приведены на таблице 8.

Таблица 8 – Результаты исследовании

В,мкТл	0	1	2	3	4
Uвых,мВ	1.2	2.7	4	5,2	6,4

Зависимость напряжения на выходе ИУ от магнитного поля на входе датчика приведена на рисунке 11.

Рисунок 11 — Зависимость напряжения на выходе ИУ от магнитного поля

Измерения порога обнаружение

Как видно из рисунока 12 отключение магнитного потока происходит в момент, когда пересекает развертка в середине экрана, при отсутствия магнитного поля видно только уровень шумового дорожка. До отключения магнитного потока видно отклонение магнитного поля и при одном микротесле происходить модуляция сигнала магнитного поля на частоте 2 Гц. Таким образом, порога обнаружение датчика измерялось на фоне шума.

Рисунок 12 — Порога обнаружение

Анализ полученных результатов исследования.

Исследования показали, что при измерениях слабых постоянных магнитных полей применение импульсного питания датчика Холла позволяет достичь увеличения чувствительности. Уровень шумового напряжения составляет U_шум=1,2 мВ, порог обнаружения составляет 1 мкТл, чувствительность S_. =1,2 мВ/мкТл. При измерении постоянного магнитного поля применение импульсного питания датчика Холла позволяет увеличить чувствительность датчика Холла 2 раза.