Термостатированный магнитоизмерительный канал

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Описан канал измерения индукции магнитного поля, выполненный на основе четырех интегральных датчиков Холла (ИДХ). Встроенные цепи динамической компенсации остаточного напряжения и температурной коррекции не устраняют дрейфа магнитной чувствительности ИДХ, обусловленного термомеханическими напряжениями в корпусе датчика и приводящего к нестабильности выходного напряжения. Установка датчиков в термостатированную ячейку, а также конструкционно-схемотехнические решения, связанные с пространственной ориентацией датчиков относительно вектора магнитной индукции и с алгоритмом обработки выходных напряжений ИДХ, позволили минимизировать нестабильность и повысить отношение сигнал/шум входного напряжения аналого-цифрового преобразователя канала. Рассмотрены схема и работа программно-аппаратного пропорционально-интегрального регулятора температуры термостатированной ячейки. Разработанный канал используется для измерения магнитной индукции поля магнитного анализатора масс-спектрометрического комплекса для изотопного анализа инертных газов и обеспечивает следующие основные характеристики: диапазон измерения ±512 мТл, полоса пропускания 0–4 Гц, свободное от шумов разрешение канала 16.3 бита, амплитуда эквивалентного входного магнитного шума в полосе пропускания 0.012 мТл, приведенный к входу долговременный дрейф измерений – не более 0.08 мТл за 48 ч.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Колобов

Центр физико-технических проблем энергетики Севера – филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Кольский научный центр РАН”

Автор, ответственный за переписку.
Email: 1_i@mail.ru
Россия, 184209, Апатиты, Мурманская обл., ул. Ферсмана, 14

М. Б. Баранник

Центр физико-технических проблем энергетики Севера – филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Кольский научный центр РАН”

Email: maxbarien@mail.ru
Россия, 184209, Апатиты, Мурманская обл., ул. Ферсмана, 14

Список литературы

  1. Колобов В.В., Баранник М.Б. // ПТЭ. 2019. № 5. С. 58. https://doi.org/10.1134/S0032816219050070.
  2. AD22151 Data sheet. https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD22151.pdf
  3. Araujo J.F.D.F., Junior E.B.M., Mendoza L.A.F. // Appl. Sci. 2022. V. 12. P. 12565. https://doi.org/10.3390/app122412565.
  4. Malafronte A.A., Martins M.N. // Proceed. of the 2005 IEEE Particle Accelerator Conference. 2005. P. 2833. https://doi.org/10.1109/PAC.2005.1591285
  5. Popovic D.R., Dimitrijevic S., Blagojevic M., Kejik P., Schurig E., Popovic R.S. // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2007. V. 56. P. 1396. https://doi.org/10.1109/imtc.2006.328256
  6. Managing Noise in the Signal Chain, Part1. https://www. analog.com/media/en/technical-documentation/tech- articles/managing-noise-in-the-signal-chain-part-1-annoying- semiconductor-noise-preventable-or-inescapable.pdf
  7. Manic D., Petr J., Popovic R.S. // Proceed. of the 2000 IEEE International Reliability Physics Symposium. 2000. P. 225. https://doi.org/10.1109/relphy.2000.843919.
  8. Johnson D.H., Dudgeon D.E. Array signal processing: concepts and techniques. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1993.
  9. Low Power, Buffered 24-Bit Sigma-Delta ADC AD7791 Data Sheet. https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD7791.pdf
  10. Analog Devices MT-074 Tutorial. Differential Drivers for Precision ADCs. 2009. https://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-074.pdf
  11. ADA4522-2 Data sheet. https://www.analog.com/ media/en/technical-documentation/datasheets/ADA4522- 1_4522-2_4522-4.pdf
  12. Кузьминов А. // Современная электроника. 2012. № 7. C. 28.
  13. TMP36 Low Voltage Temperature Sensors Data Sheet https://static.chipdip.ru/lib/537/DOC011537682.pdf
  14. MCP3204/3208 Data sheet. https://ww1.microchip.com/downloads/aemDocuments/documents/APID/ ProductDocuments/DataSheets/21298e.pdf
  15. MCP3204/3208 Data sheet. https://ww1.microchip.com/downloads/aemDocuments/documents/APID/ ProductDocuments/DataSheets/21298e.pdf
  16. Managing Noise in the Signal Chain, Part 2. https:// www.analog.com/media/en/technical-documentation/ tech-articles/managing-noise-in-the-signal-chain-part- 2-noise-and-distortion-in-data-converters.pdf
  17. ADR4540 Data Sheet. https://www.analog.com/ media/en/technical-documentation/data-sheets/adr4520_ 4525_4530_4533_4540_4550.pdf

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Структурная схема канала измерения магнитной индукции электромагнита: ИДХ – интегральный датчик Холла, СУ – суммирующий усилитель, ДУ – дифференциальный усилитель, ФНЧ – фильтр нижних частот, АЦП Bэм – аналого-цифровой преобразователь измерения индукции электромагнита, ЦМК – центральный микроконтроллер канала регулирования и стабилизации индукции магнитного поля масс-анализатора, ЖКИ – жидкокристаллический индикатор, ОУИ – органы управления и индикации, МК – микроконтроллер, ДТ – датчик температуры, БУ – буферный усилитель, АЦП t˚ – аналого-цифровой преобразователь измерения температуры ячейки ИДХ, ИОН – источник опорного напряжения, ВМИП – высокостабильный малошумящий источник питания, РИНН – регулируемый источник напряжения нагрева, НЭ – нагревательный элемент, ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь.

Скачать (272KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Общий вид участка платы магнитных датчиков, помещаемого в термостатированную ячейку: а – вид снизу, б – вид сверху; 1 – интегральные датчики Холла, 2 – резисторы нагревательного элемента, 3 – суммирующие усилители, 4 – датчик температуры.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Принципиальная схема канала измерения магнитной индукции в зазоре электромагнита: M1-M4 – AD22151Y, M5, M9 – ADA4522-2, M6 – TMP36FSZ, M7 – 78L05, M8 – ADR4540B, M10 – MCP3208B, M11 – WH1202A, M12 – ATmege88PA, M13 – UC2843B, M14 – PC817B, M15 – ADA4522-1, M16 – MCP4921, T1 – IRLML6244, T2 – IRFL110, Д1 – BZX84-C5V6, Д2 – L-57EGW, Д3, Д4 – PDS5100.

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Принципиальная схема функциональных узлов канала измерения магнитной индукции, входящих в состав блока стабилизации тока электромагнита: M1 – ADA4522-1, M2 – ADA4522-2, M3 – AD7791.

Скачать (355KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Конструкция канала измерения магнитной индукции: 1 – термостатированная измерительная ячейка, 2 – плата магнитных датчиков, 3 – основная плата, 4 – плата органов управления и индикации, 5 – плата магнитных датчиков до монтажа медного корпуса термостатированой ячейки.

Скачать (251KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Общий вид канала измерения магнитной индукции.

Скачать (201KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Пример записи магнитной индукции на входе канала и соответствующая гистограмма распределения амплитуды флуктуаций: а – при отсутствии поля электромагнита (BЭМ = 0), б – при индукции поля электромагнита BЭМ = 280 мТл.

Скачать (638KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024