Високочутливий радіовимірювальний прилад індукції магнітного поля на основі реактивних властивостей транзисторних структур

Abstract

У дисертаційній роботі викладено результати досліджень, які спрямовані на підвищення чутливості вимірювання індукції магнітного поля. Проведено аналіз сучасного стану розвитку радіовимірювальних приладів магнітного поля, які в своєму складі використовують різні сенсори та схеми пе-ретворень вимірювальної величини в інші величини. Вдосконалено математичні моделі радіовимірювальних частотних перет-ворювачів, які є основними складовими радіовимірювальних приладів індукції магнітного поля. Саме ними, в основному, визначається чутливість радіовимі-рювального приладу індукції магнітного поля на транзисторних структурах з диференційним опором. Було отримано їх теоретичні функції перетворення та рівняння чутливості. За вдосконаленими математичними моделями, були розроблені схемотех-нічні рішення, які їх реалізовували. Експериментальні дослідження підтвердили математичні розрахунки моделей. Були визначені основні характеристики час-тотних перетворювачів радіовимірювальних приладів та побудовані їх графічні залежності від індукції магнітного поля. Вибравши один із вдосконалених радіовимірювальних частотних перет-ворювачів магнітного поля, на його основі був розроблений високочутливий радіовимірювальний прилад індукції магнітного поля на основі реактивних властивостей транзисторних структур. Для реалізації в радіовимірювальному приладі частотоміра середніх значень був вибраний 64 розрядний мікропроце-сор. Використання його дозволило зменшити загальну похибку приладу.

В диссертационной работе изложены результаты исследований, направ-ленных на повышение чувствительности измерения индукции магнитного поля. Проведен анализ современного состояния развития радиоизмерительных приборов магнитного поля, которые в своем составе используют различные сенсоры и схемы преобразований измеряемой величины в другие величины. Усовершенствованные математические модели радиоизмерительных ча-стотных преобразователей, которые являются основными составляющими ра-диоизмерительных приборов индукции магнитного поля. Именно ими, в основ-ном, определяется чувствительность радиоизмерительных приборов индукции магнитного поля на транзисторных структурах с дифференциальным сопротив-лением. Было получено их теоретические функции преобразования и уравнения чувствительности. По усовершенствованным математическими моделям, были разработаны схемотехнические решения, которые их реализовывали. Экспериментальные исследования подтвердили математические расчеты моделей. Были определены основные характеристики частотных преобразователей радиоизмерительных приборов и построены их графические зависимости от индукции магнитного поля. Выбрав один из усовершенствованных радиоизмерительных частотных преобразователей магнитного поля, на его основе был разработан высокочув-ствительный радиоизмерительный прибор индукции магнитного поля на основе реактивных свойств транзисторных структур. Для реализации в радиоизмери-тельном приборе частотомера средних значений был избран 64 разрядный мик-ропроцессор. Использование его позволяет уменьшить общую погрешность прибора.

In the dissertation work the results of researches which are directed on increase of sensitivity of measurement of induction of a magnetic field are stated. The analysis of the current state of development of radiomeasuring devices of a magnetic field which in the structure use various sensors and schemes of transfor-mations of measuring value into other measuring values is carried out. The most optimal for practical implementation is the frequency method of measuring the induction of the magnetic field based on the dependence of the reactive properties of semiconductor structures with differential resistance on the induction of the magnetic field. Devices based on this method increase the sensitivity. Mathematical models of radiomeasuring frequency converters, which are the main components of magnetic radiomeasuring devices of magnetic field induction, have been improved. They mainly determine the sensitivity of the radio measuring device of magnetic field induction on transistor structures with differential resistance. Their theoretical transformation functions and sensitivity equations were obtained. Three different circuits was conducted: the first - a Hall sensor with a frequen-cy converter based on two bipolar and one field-effect transistors; the second is a two-collector bipolar magnetotransistor with frequency converters based on two bipo-lar and one field-effect transistors; third - two-collector bipolar magnetotransistor with frequency converters based on three bipolar transistors.For the developed device the systematic component of the main error was cal-culated, which takes into account the error of temperature instability of capacity, er-ror of deviation of power supply parameters, temperature dependence, intrinsic insta- 22 bility, frequency meter error, quantization error, bit error. The limit value of the sys-tematic component of the main error is the value: ± 3 ± 0.75%.