Устройство для измерения переменного магнитного поля

Устройство для измерения переменного магнитного поля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПО авт. св. № 1004925, отличающеес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения помехоустойчивости, в устройство дополнительно введены последовательно соединенные квадратурный фазовращатель и второй синхронный фильтр, третий синхронный фильтр и переключатель, а также последовательно соединенные датчик электрического поля и второй усилитель и второй датчик переменного магнитного поля и третий усилитель, при этом второй вход второго и первый вход третьего синхронных фильтров через переключатель связаны с выходами второго и третьего усилителей, вход квадратурного фазовращателя соединен с выходом первого синхронного фильтра и вторым входом третьего синхронного фильтра, а выходы второго и третьего синхронных фильтров подключены соответственно к второму и третьему § регистраторам. k эо ел ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

Ф ЛИ0

РЕСГ)УБЛИН (19) (10:

3(5н G 01 R 33/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1004925 (21) 3471648/18-21 (22) 19.07.82 (46) 23.03.84. Бюл. М 11 (72) Л.В.Аргамонов и В.И.Аншуков (71) ЛГУ им. A.A.Æäàíoâà (531 621 ° 317 ° 42 (088 ° 8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

9 1004925, кл. G 01 Р 33/02, 1981. (54)(57) УСТРОЙСТВО (ЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ но авт. св. 9 1004925, о т л и ч а ю ш е ес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения помехоустойчивости, в устройство дополнительно введены последовательно соединенные квадратурный фазовращатель и второй синхронный фильтр, третий си нхрон ный фильтр и переключатель, а также последовательно соединенные датчик электрического поля и второй усилитель и второй датчик переменного магнитного попа и третий усилитель, при этом второй вход второго и первый вход третьего синхронных фильтров через переключатель связаны с выходами второго и третьего усилителей, вход квадратурного фазоврашателя соединен с выходом первого синхронного фильтра и вторым входом третьего синхррнного фильтра, а выходы второго и третьего синхронных фильтров подключены соответственно к второму и третьему @

О регистраторам.

1081575

Изобретение относится к области магнитных измерений.

По основному авт. св. 9 1004925 известно устройство для измерения магнитного поля, содержащее последовательно соединенные датчик магнитного поля полосовой фильтр, усилитель и синхронный фильтр, а также преобразователь скорости смещения, через избирательный усилитель подключенный к второму входу синхронного филь- о тра, при этом преобразователь скорости смещения жестко прикреплен к датчику магнитного поля (1

Эффект подавления помехи, вызванной в измерительной цепи вибрацией 15 датчика магнитного поля в постоянном магнитном поле земли, достигается эа счет некогерентности измеряемого. сигнала и помехи, что и позволяет выдели-.ь их раздельно соответственно на дифференцирующем и интегрирующем выходах синхронного фильтра.

При необходимости синхронно измерить больше одной составляющей магнитного поля или измерять синхронно с магнитной составляющей когерентную составляющую электрического поля, которые вместе характеризуют электромагнитное поле в точке измерений, .узкополосный случайный сигнал с укрепленного на датчике магнитного поля вибропреобразователя не может быть использован для фильтрации сигнала с дополнительных датчиков, поB общем случае вибрационные процессы, воздействующие на каждый из них, несинфаэны и некогерентны.

Это требует установки отдельного

Вибропреобразователя с избирательным усилителем на каждом из датчиков составляющих поля. Такая установка усложняет измерительную аппаратуру и снижает ее надежность.

В том случае, когда вибропреобразователи устанавливаются на датчики электрического поля, геометрические 45 размеры которых существенно больше размеров вибропреобразователя, синхронная .фильтрация с управлением фильтра вибропомехой вообще может быть неэффективной, поскольку про- 5Q цесс с вибропреобразователя будет характеризовать вибрацию ограниченного объема датчика электрического поля, а помеха в измерительной цепи будет формироваться эа счет вибрации 55 всего его объема.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повы-, шение помехоустойчивости.

Цель достигается тем, что в уст- 6О ройство для измерения переменного магнитного поля дополнительно введены последовательно соединенные квадратурный фазовращатель и второй синхронный фильтр, третий синхронный фильтр и переключатель, а также посл едов ат ель но соединенные датчик электрического поля и второй усилитель и второй датчик переменного магнитного поля и третий усилитель,при этом второй вход второго и первый вход третьего синхронных фильтров через переключатель связаны с выходами второго и третьего усилителей, вход квадратурного фазовращателя соединен с выходом первого синхронного фильтра и вторым входом третьего синхронного фильтра, а выходы второго и третьего синхронных фильтров подключены соответственно к второму и третьему регистраторам.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство для измерения переменного магнитного поля содержит последовательно соединенные первый датчик 1 магнитного поля полосовой фильтр 2, усилитель 3 и первый синхронный фильтр 4, а также преобразователь 5 скорости смещения, через избирательный усилитель 6 подключенный к второму входу синхронного фильтра 4, выход которого соединен с входом регистратора 7, при этом преобразователь 5 скорости смещения жестко прикреплен к датчику 1, а также последовательно соединенные квадратурный фаэовращатель 8 и второй синхронный фильтр 9, третий синхронный фильтр 10, а также последовательно соединенные датчики 11 электрического поля и второй усилитель 12 и датчик 13 временного магнитного поля и

1 третий усилитель 14,при этом второй вход второго 9 и первый вход третьего 10 синхронных фильтров через двухпозиционный переключатель 15 связаны с выходом второго и третьего усилителей 12 и 14, вход квадратурного фаэовращателя 8 соединен с выходом первого синхронного фильтра 4 и вторым входом третьего синхронного фильтра 10, а выходы второго и третьего синхронных фильтров 9 и 10 подключены соответственно к второму и третьему регистраторам 16 и 17.

Устройство работает следующим образом.

Блоки 1- 4 обеспечивают на дифференцирующем выходе первого синхронного фильтра 4 выделение узкополосного процесса с центральной частотой настройки полосового фильтра 2 и избирательного усилителя 6. Этот. процесс линейно связан по фазе и интенсивности с пространственной составляющей измеряемого переменного маг-. нитного поля, действующей на датчик

1, и с точностью до погрешности измерений поля не содержит помехи, обусловленной вибрацией датчика 1. в постоянном магнитном поле Земли, 1081575 эа счет управления работой синхронного фильтра 4 сигналом с вибропреобразователя 5, усиленным избирательным усилителем б. Так как коэффициент преобразования поля в электрический сигнал на входе регистратора 7 вещественен и равен единице, его можно обозначить через

Е = Й {t) co5 шов, 10

2й

+U (t) С05 (О + где Н (t)

2ш) мгновенное значение огибающей пространст- „ венной составляющей магнитного поля, действующей на датчик 13 магнитного поля; фазовый сдвиг составляющей поля Н2 относительно составляющей Н„ мгновенное значение огибающей помехи, вызванной вибрацией дат 55 чика 13> случайная фаза помехи

02g ОтнОсительHQ фазй измеряемого магнитного поля; 60 мгновенное значение огибающей собственного шума приемно-измерительного канала составляющей Н2,.

02е{tl

4 2 В

2ы(где H2 (t) — мгновенное значение огибающей пространственной составляющей магнитного поля; действунлцей на датчик 1; 15 ио — центральная частота полосы пропускания полосового фильтра 2 и избирательного усилителя 3; 20 текущее время.

Следовательно, в силу когерентиости всех составляющих электромагнитногоо IIcms cH r Ham Н .1 (t) coo wo < является источником информации о сос-25 тавляющей поля Н1 и, кроме того, может быть использован для повышения помехоустойчивости любой иной компоненты поля в точке измерений.

Пусть имеется необходимость синхронно измерять, более чем одну пространственную составляющую магнитной компоненты электромагнитного поля в той же полосе частот w с центо ральной частотой Bw . Тогда при втором положении переключателя 15 коэффициент линейного преобразователя измеряемой составляющей в электрический сигнал может быть записан в виде

Е2 Й (Ц cPS (ыот+ ) U2>(t) cos (cuot+ "2В)+ 40 случайная фаза собст2ld венного шума приемнои змерит ель ного канала составляющей Н2 относительно измеряемого магнитного поля.

При подключении сигнала Е к уп) равляющему входу синхронного фильтра

10, на основной вход которого подан сигнал Е2, в силу известного свойства фильтра 10 на его интегрирующем выходе выделится синфазная с Е„ составляющая сигнала,Е>, а несинфаэныЕ и некогерентные составляющие будут: подавлены. Таким образом, регистратором 17 будет регистрироваться вещественная относительно Н„составляющая Н2 с точностью, повйшенной за счет подавления вибрационной помехи

02в (t) и собственного шума приемноизмерительного канала 02„,(Е). Следуе отметить, что точно также могут быть подавлены и помехи любого другого происхождения, которые некогерентны измеряемому магнитному полю.

При подключении сигнала Е к управляющему входу синхронного фильтра 9 через квадратурный фаэовращатель 8, осуществляющий изменение фазы Е1 на 90, на интегрирующем выходе этого фильтра выделится составляющая сигнала Е2, сдвинутая относительно Е„на 90, т.е. 3> Н а подавленными вновь окажутся сигналы 02о (И и 02,д {И, а также любые другие помехи, некогерентные измеряемому магнитному полю.

Таким образом, при наличии двух дополнительных синхронных фильтров

9 и ° 10 ча регистраторах 16 и 17 регистрируются и измеряются вещественная и мнимая составляющие компоненты

Н относительно компоненты Н„, по которым легко могут быть вычислены

2 амплитуда и фаза Н2.

При необходимости синхронно с измерением магнитного поля Н1 измерять в полосе geo c центральной частотой со электрическую составляющую о поля используются усилитель 12 и датчик 11 электрического поля при первом положении переключателя 15. При прочих равных условиях процесс на основных входах синхронных фильтров

9 и 10 может быть записан в виде

E =E,„(t)coo(co ++Ч)+ U8,{t)cog(ur 1+4 )+

+U (Ц СОЗ (03 t+ )+0 (ЦСО9((4 Ь+Ч ) где С. (ti мгновенное значение огибающей измеряемой составляющей электрического поля; фазовый сдвиг составляющей электрического поля Е1 относительно

1081575

Составитель N.Êëûêoâà

Редактор С.Патрушева Техред Ж.Кастелевич Корректор С.Шекмар

Закае 1544/41

Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä. ул.Проектная,4 составляющей магнитноГО ПОЛЯ Н, V (tl — мгновенное значение еэ огибающей индуктивной помехи, вызванной вибрацией датчика 10, случайная фаза помехи

0е, относительно фазы измеряемого электромагнитного поля, в т.ч. его составляющих Н1 и Р„;

О (t) — мгновенное значение

UI9 огибающей помехи, вызванной турбулентностью вмещающей среды 15 возле электродов датчика; случайная фаза помехи шэ

U, относительно фазы измеряемого электромаг-2О нитного поля;

0 (t) — мгновенное значение шк о гиб ающей собст в е нного шума приемно-измерительного канала состав- 5 л яющей ш — случайная фаза собственногс шума приемноиэмерительного канала составляющей отно1 сительно измеряемого магнитного поля.

При подключении сигнала Е > к основным входам синхронных фильтров 9 и 10, а сйгнала Е 1 — к управляющему 35 входу синхронного фильтра 10 и к квадратурному фаэовращателю 8, который,в свою очередь, подключен к управля щему входу синхронного фильтра 9, по аналогии с первым варианI тбм с точностью до погрешности фильтрации на регистраторах 1б и 17 будут зарегистрированы вещественная и минимальная относительно Н составляющие „, что полностью характеризует аплитуду и фазу,, Использование предложенного устройства позволяет расширить функциональные,воэможности устройства эа счет синхронного измерения любого количества пространственных составляющих магнитной и электрической компонент поля с точностью, не меньшей чем измерение основной составляющей, независимо от характера и источников помех, воздействующих на датчики дополнительных составляющих. Укаэанное расширение возможностей позволяет получить информацию не только об амплитуде этих составляющих, но и в па-. раметрах поляризации поля об импедансе окружающей среды, открывает пути .простой технической реализации всенаправленных приемных ант нн для радиосвязи на подвижных объектах.

Кроме того, независимость эффективности подавления помехи в каналах измерения дополнительных составляющих поля от характера ее источника повышает помехоустойчивость в этих каналах в сравнении с помехоустойчивостью канала в извест ном устройстве.

Таким образом, сигнал Е может быть использован для управления сколь угодно большим числом синхронных фильтров для фильтрации процессов, характеризующих составляющие измеряемого электромагнитного поля на частоте ы„в полосе лм .