Термостатированный магнитоизмерительный канал

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

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.

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. В. Колобов

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

Author for correspondence.
Email: 1_i@mail.ru
Russian Federation, 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
Russian Federation, 184209, Апатиты, Мурманская обл., ул. Ферсмана, 14

References

  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

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Block diagram of the electromagnet magnetic induction measurement channel: IDX – integrated Hall sensor, SU – summing amplifier, DU – differential amplifier, low–pass low–pass filter, Vem ADC - analog–to-digital converter for measuring electromagnet induction, CMC - central microcontroller of the magnetic field induction control and stabilization channel of the mass analyzer, LCD – liquid crystal display, OUI – controls and indications, MC – microcontroller, DT – temperature sensor, BU – buffer amplifier, ADC t – analog-to–digital converter for measuring the temperature of the IDX cell, ION – reference voltage source, VMIP – highly stable low–noise power supply, RINN - adjustable heating voltage source, NE - heating element, DAC – digital-to-analog converter.

Download (272KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. General view of the magnetic sensor board section placed in a thermostatically controlled cell: a – bottom view, b – top view; 1 – integrated Hall sensors, 2 – heating element resistors, 3 – summing amplifiers, 4 – temperature sensor.

Download (1MB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Schematic diagram of the magnetic induction measurement channel in the electromagnet gap: 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, D1 – BZX84-C5V6, D2 – L-57EGW, D3, D4 – PDS5100.

Download (1MB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Schematic diagram of the functional units of the magnetic induction measurement channel that are part of the electromagnet current stabilization unit: M1 – ADA4522-1, M2 – ADA4522-2, M3 – AD7791.

Download (355KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. The design of the magnetic induction measurement channel: 1 – a thermostatically controlled measuring cell, 2 – a magnetic sensor board, 3 – the main board, 4 – a control and display board, 5 – a magnetic sensor board before mounting the copper housing of the thermostatically controlled cell.

Download (251KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. General view of the magnetic induction measurement channel.

Download (201KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. An example of recording magnetic induction at the channel input and the corresponding histogram of the amplitude distribution of fluctuations: a – in the absence of an electromagnet field (VEM = 0), b – in the induction of an electromagnet field VEM = 280 Mt.

Download (638KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences