Устройство для измерения переменного магнитного поля
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕГОШ ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ по авт. св. № 1004925, отличающе ес я тем, что, с целью расширения фун циональных возможностей и повышения помехоустойчивости, в устройство до полнительно введены последовательно соединенные квадратурный фазовращатель и второй синхронный фильтр, третий синхронный фильтр и переключатель, последовательно соединенные датчик электрического поля и второй усилитель , а также последовательно соединенные датчик переменного магнитного поля и третий усилитель, при этом первые входы второго и третьего .синхронных фильтров через переключатель связаны с выходами второго и тр етьего 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.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК ((9) SU (ill
ЭШ G 01 R 33/02
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1004925 (21) 3471648/18-21 (22) 19.07.82 (46) 15.12.84. Бюл. Н - 46 (72) Л.В. Артамонов и В.И. Аншуков (71) Ленинградский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. А.А. Жданова (53) 621.317.44(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
Р 1004925, кл. G 01 R 33/02, 1981. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ по авт. св. У 1004925, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения помехоустойчивости, в устройство до1 пол соединенные квадратурный фаэовращатель и второй синхронный фильтр, тре1 тий синхронный фильтр и переключатель, последовательно соединенные датчик электрического поля и второй усилитель, а также последовательно соединенные датчик переменного магнитного поля и третий усилитель, при этом первые входы второго и третьего,синхронных фильтров через переключатель связаны с выходами второго и третьего усилителей, вход квадратурного фазо- вращателя соединен с выходом первого синхронного фильтра и вторым входом . третьего синхронного фильтра, а выходы второго и третьего синхронных
С2 фильтров подключены соответственно к второму и третьему регистраторам.
1 1129574
Изобретение относится .к магнитным измерениям.
По основному авт ° св. 9 1004925 известно устройство для измерения г переменного магнитного поля, содержа- 5 щее последовательно соединенные датчик магнитного поля, полосовой фильтр, усилитель и синхронный фильтр, а также преобразователь скорости смещения, через избирательный усилитель подклю- 10 ченный ко второму входу синхронного фильтра, выход которого соединен со входом регистратора, при этом преобразователь скорости смещения жестко . прикреплен к датчику магнитного поля
Эффект подавления помехи, вызванной в измерительной цепи вибрацией датчика магнитного поля в постоянном магнитном поле Земли, достигается за счет некогерентности измеряемого сиг- 20 нала и помехи, что и позволяет выделить их раздельно соответственно на дифференцирующем и интегрирующем выходах синхронного фильтра (1) .
При необходимости синхронно из- 25 мерять больше одной составляющей магнитного поля или измерять синхронно с магнитной составляющей когерентную составляющую электрического поля. которые вместе характеризуют электро-30 магнитное поле в точке измерений, уз кополосный случайный сигнал с укрепленного на датчике магнитного поля вибропреобразователя не может быть использован для фильтрации сигнала с З5 дополнительных датчиков, поскольку в общем случае вибрационные процессы, воздействующие на каждый из них несинфазны и некогерентны. Это требует установки отдельного.вибропре- 40 образователя с избирательным усилителем на каждом из датчиков составляющих поля. Такая установка усложняет измерительную аппаратуру и снижает ее надежность. 45
В том .случае, когда вибропреобра:зователи устанавливаются на датчики электрического поля, геометрические размеры которых существенно больше размеров вибропреобразователя, синхронная фильтрация с управлением фильтра вибропомехой вообще может быть неэффективной, поскольку процесс с вибропреобразователя характеризует вибрацию ограниченного объема датчика55 электрического поля, а помеха в измерительной.цепи формируется за счет вибрации всего его объема.
Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение помехоустойчивости.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения переменного магнитного поля дополнительно введены последовательно соединенные квадратурный фазовращатель и второй синхронный фильтр, третий синхронный фильтр и переключатель, последовательно соединенные датчик.электрического поля и второй усилитель, а также последовательно соединенные датчик переменного магнитного поля и третий усилитель, при этом первые входы второго и 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, поясняющая работу 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 ко второму входу синхронного фильтра 4, выход которого соединен со входом регистратора 7, при этом преобразователь 5 скорости смещения жестко прикреплен к датчику 1, а также последовательно соединенные квадратурный фазовращатель 8 и второй синхронный фильтр 9, третий синхронный фильтр- 10, а также последовательно соединенные датчик
11 электрического поля и второй усилитель 12, и датчик 13 переменного магнитного поля и третий усилитель
14, при этом второй вход второго 9 и третий вход третьего 10 синхронных фильтров через двухпозиционный переключатель 15 связаны с выходами второ. го 12 и третьего 14 усилителей, вход квадратурного фазовращателя 8 соединен с выходом первого синхронного фильтра 4 и вторым входом третьего синхронного фильтра 10, а выходы второго 9 и третьего 1О синхронных фильтров подключены соответственно ко
574
E Н,(t) coo и,<
3 1129
16 и третьему 17 регистравторому торам.
Устройство работает следующим об-, разом.
Блоки 1-7 обеспечивают на диффе.ренцирующем выходе первого синхронного фильтра 4, выделение узкополосного процесса с центральной частотой на- : стройки полосового фильтра 2 и избирательного усилителя 6. Этот процесс. 10. линейно связан по фазе и интенсивности с пространственной составляющей измеряемого переменного магнитного поля, действующей на датчик 1, и с. точноствю до погрешности измере- 15 ний поля не содержит помехи, обусловленной вибрацией датчика 1 в постоянном магнитном поле Земли за счет управ. ления работой синхронного фильтра 4 сигналом с преобразователя 5, усиленным избирательным усилителем 6.
Так как коэффициент преобразования поля в электрический сигнал на входе регистратора 7 вещественен и равен единице, его можно обозначить через .25 где Н,(0 — мгновенное значение огибающей пространственной составляющей магнитного 30 поля, действующей на датчик 1, 4)р — центральная частота полосы пропускания Д g полосового фильтра 2 и избирательного усилителя 3, — текущее время.
В силу когерентности всех составляющих электромагнитного поля сигнал
Н (t)Cosa t является источником ин40 о формации о составляющей поля Н и, кроме того, может быть использован для повышения помехоустойчивости любой иной компоненты поля в точке измерений.
4
Е -Ц,(Цсов(ыр1 4 О ) со (ь о +4 1) со (ы, „, ), где )) Я вЂ” мгновенное значение огибающей пространственной составляющей магнитного поля,, действующей на датчик 13 маг- нитного поля, ф — фазовый сдвиг составляющей поля Н относительно. составляющей Н 0 (») — мгновенное значение огиба Ь ющей помехи, вызванной виб-рацией датчика 13, случ йн я фаза помехи ОдЬ относительно фазы измеряемо. го магнитного поля, 0 (tj — мгновенное значение огибаш2ш щей собственного шума приемно-измерительного канала, со-. ставляющей Н Ч ы — случайная фаза собственного шума приемно-измерительного канала составляющей Н относительно измеряемого магнит ного поля. При подключении сигнала Е к управ1 ляющему входу синхронного фильтра 1.0, на основной вход которого подан сигнал Е, в силу известного свойства фильтра 10 íà его интегрирующем выходе выделяется синфазная с сигналом Е1 составляющая сигнала F., а несинфазные и некогерентные составляющие подавлены. Таким образом, регистратором 17 регистрируется вещественная относительно Н составляюшая Н с точ. ностью, повышенной за счет подавления вибрационной помехи И (й) и соб Ь ственного шума приемно-измерительного канала V«(t) . Кроме того, точно также могут быть подавлены и помехи любого другого происхождения, которые некогерентны измеряемому магнитному полю. Пусть имеется необходимость синхронно измерять более чем одну пространственную составляющую магнитной компоненты электромагнитного поля в )50 той же полосе частот h4) с центральной частото" 4), тогда при втором положении переключателя 15 коэффициент линейного преобразования измеряемой составляющей в электрический 55 сигнал на выходе усилителя 14 вещественен и равен единице, этот сигнал может быть записан в виде При подключении сигнала Е< к управляющему входу синхронного фильтра 9 . через квадратурный фазовращатель 8, осуществляющий изменение фазы сигнала Е на 90, на интегрирующем вы.0 ходе этого фильтра выделяется состав ляющая сигнала Е2, сдвинутая относи-! .тельно сигнала Е на 90, т.еЛ,„ Н у, 1 а подавленными вновь окажутся процес сы 0 Ä(t) и О (t), а также любые другие помехи, некогерентные измеряе", мому магнитному полю. 1129574 ЗНИИПИ Заказ 9447/37 Тираж 710 Подписное филиал. ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4 Таким образом, при наличии двух дополнительных синхронных фильтров 9 и 10 на регистраторах 1б и 17 ре- гистрируются и.измеряются вещественная и мнимая составляющие компоненты Н относительно компоненты Н1, по ,,кбторым легко могут быть вычислены амплитуда и фаза Н При необходимости синхронно с изме. рением магнитного поля Н измерять 1 в полосе Ау с центральной частотой 41< электрическую составляющую поля используются усилитель 12 и датчик 11 электрического поля (при первом положении переключателя 15). При про..15 чих равных условиях сигнал на основных входах синхронных фильтров 9 и .10 может быть записан в виде Е3 1:,®oe(Vote) b,( +О,(ЧсО ((ао" +Чц ) -0 „@со&(ыо +ф к) где Я вЂ” мгновенное значение огибающей измеряемой составляющей электрического поля 25 (— фазовый сдвиг составляющей электрического поля Е относительно составляющей магнитного поля Н Ub (Ц- мгновенное значение огибаю-ЗО щей индуктивной помехи, вы".. званной вибрацией датчика 13, - случайная фаза помехи 0> относительно фазы измеряемого электромагнитного поля, в том числе erg составляющих Н„и Е<, 0 (1) - мгновенное значение огибаюИз щей помехи, вызванной турбу4О лентностью вмещающей среды I возле электродов датчика 13; (1 — случайная фаза помехи 0 относительно фазы измеряемого электромагнитного поляэ 45 (Ц - мгновенное значение огибаюИк щей собственного шума приемно-измерительного канала составляющей Е случайная фаза собственного, шума приемно-измерительного канала составляющей от- 1 носительно измеряемого магнитного поля. При подключении сигнала Е к основным (первым) входам синхронных фильтров 9 и 10, а сигнала Е к управля" ющему (второму) входу синхронного фильтра 10 и к квадратурному фазовра. щателю 8, который, в свою очередь, подключен к управляющему входу синхронного фильтра 9, по аналогии с ,первым вариантом с точностью до погрешности фильтрации на регистраторах 1б и 17 будут зарегистрированы вещественная и мнимая относительно Н составляющие f что полностью ха1 19 рактеризует амплитуду и фазу 1 ° Использование предлагаемого устройства позволяет расширить функциональные возможности .устройства за 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. Указанное расширение возможностей позволяет получить информацию не только об амплитуде этих составляющих, но и о параметрах поляризации поля, об импедансе окружающей среды, открывает пути простой технической реализации всенаправ. ленных приемных антенн 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 s срав.нении с помехоустойчивостью канала в прототипе. ! Таким образом, сигнал Е1 может быть использован для управления сколь угодно большим .числом синхронных филь" тров для фильтрации процессов, харак;теризующих составляющие измеряемого электромагнитного поля на частоте 4) в полосе ЬЫ.
