Способ измерения напряженности импульсного, электрического и магнитного полей

 

Изобретение относится к импульсной технике. Цель - повышение точности измерения электрической или/и магнитной составляющей импульсных электромагнитных полей путем расширения динамического диапазона и снижения нелинейных искажений, вносимых в результаты измерений. Способ измерения реализуется следующим образом. Из электрических сигналов выделяют полосовые частотные составляющие, формируют управляющий сигнал, пропорциональный сумме сигналов полученных полосовых частотных составляющих, и формируют два корректирующих сигнала, каждый из которых пропорционален сумме управляющего сигнала и выделенных соответствующих низкочастотных спектральных составляющих, корректирующие сигналы инвертируют и суммируют с постоянным эталонным напряжением, полученные сигналы усиливают, складывают с соответствующим постоянным опорным напряжением и пропорционально полученному таким образом сигналу изменяют соответствующий коэффициент преобразования световых потоков в информационные электрические сигналы. Увеличение корректирующего сигнала вызывает уменьшение соответствующего коэффициента преобразования и наоборот. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4478310/24-21 (22) 16,08,88 (46) 15. 12.90. Бюп, Ф 46 (71) Московский авиационный технологический институт им. К.Э. Пиолковского (72) О.П. Глудкин, Ю.Ф. Опадчий и О„В. Трифонов (53) 621.317.44(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Nl 11449922332244, кл. G 01 R 33/032, 1987. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ

ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МАГНИТНОГО

ПОЛЯ (57) Изобретение относится к импульсной технике. Цель — повышение точности измерения электрической или/и магнитной составляющей импульсных электромагнитных полей путем расширения динамического диапазона и снижения нелинейных искажений, вносимых в результаты измерений. Способ измерения реализуется следующим образом.

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для измерений импульсных .электрических или/и магнитных полей, и может найти применение в научных исследованиях, при эксплуатации электрофизических и э нерг етич ес ких установок.

Цель изобретения — повышение точности измерения электрической или/и магнитной составляющей импульсных электромагнитных полей путем расширения динамического диа„„SU„„1613981 А 1

Из электрических сигналов выделяют полосовые частотные составляющие, формируют управляющий сигнал, пропорциональный сумме сигналов полученных полосовых частотных составляющих, и формируют два корректирующих сигнала, каждый из которых пропорционален сумме управляющего сигнала и выделенных соответствующих низкочастотных спектральных составляющих, корректирующие сигналы инвертируют и суммируют с постоянным эталонным напряжением, полученные сигналы усиливают, складывают с соответствующим постоянным опорным напряжением и пропорционально полученному таким образом сигналу изменяют соответствующий коэффициент преобразования световых потоков в информационные электрические сигналы. Увеличение корр ектирующего сиг нала вызывает уменьшение соответствующего коэффициента преобразования и наоборот.

1 ил, пазона и снижения нелинейных иска- 00 жений, вносимых в результаты измере. ний.

Сущность способа состоит в том, что поляризованный световой поток пропускают через чувствительный элемент, полученный после этого световой поток преобразуют в два парафазномодулированных полезным сигналом световых потока, оба потока преобразуют в выходные информационные электрические сигналы, из которых выделяют соот1613981

: Жив иас fHun - fb taye fonc

10 где f „„ — нижняя граничная частота спектра измеряемых составляющих импульсных полей;

f — верхняя граничная частота UJ) h". спектра шумовых составляю- 15

IqHX, формируют управляющий сигнал, пропор циональный сумме сигналов, полученных патосовых частотных составляющих, и формируют два корректирующих сиг нала, каждый из которых пропорционален сумме управляющего сигнала и выделенных соответствующих низкочастотных спектральных составляющих, корректирующие сигналы инвертируют и суммируют с постоянным эталонным напряжением, полученные сигналы усиливают, екладывают с соответствующим постоянным опорным напряжением и полученным, таким образом, сигналом 30 изменяют соответствующий коэффициент преобразования световых потоков в информационные электрические сигналы, причем увеличение корректирующего сигнала вызывает уменьшение .соответ. ствующего коэффициента преобразования и наоборот.

На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего данный способ измерений.

Устройство, реализующее способ, содержит источник плоскополяризованно-, го света 1,свет от которого попадает в чувствительный оптический активный элемент 2 и анализируется эатем дву- 45 лучепреломпяющим анализатором 3, лучи света от которого попадают в лавинные фотоприемники 4 и 5, выходы которых соединены с выходными выводами устройства и подключены через .полосовые фильтры 6 и 7 ко входу

50 первого суммирующего блока 8, а через фильтры нижних частот 9 и 10 — к первым входам соответственно второго и третьего суммирующих блоков 11 и

12, вторые входы которых подключены к выходу первого суммирующего блока

8, выходы упомянутых суммирующих блоков 11 и 12 подключены ко входам вы25 ветствующие низкочастотные спектральные составляющие, вплоть до частоты

К, „, из упомянутых информационных электрических сигналов выделяют поло5 совые частотные составляющие, нижняя н,1с и верхняя fвас астоты KQTopblx

,определяются соотношением читаемого вычитав шах блоков 13 и 14, ко входам уменьшаемого которых подключен источник постоянного эталонного напряжения U . Величина этого напряжения равна напряжению синфазной составляющей на выходах лавинных фотоприемников 4 и 5, Выходные напряжения вычитающих блоков 13 и 14 усиливаются соответственно операционными усилителями 15 и 16, выходы которых подключены к первым входам четвертого и пятого суммирующих блоков 17 и 18, ко вторым входам которых подключены соответствующие источники постоянного опорного напряжения U „и Ц,р о т а

Величины опорных напряжений подбираются индивидуально для каждого конкретного экземпляра лавинного .фотоприемника с тем, чтобы обеспечить одинаковый коэффициент преобразования различных фотоприемников. Выходы четвертого и пятого суммирующих блоков

17 и 18 присоединены ко входам управления коэффициентом преобразования (питания) лавинных фотоприемников ков 4 и 5.

Устройство работает следующим образом.

Если двулучепреломпяющий анализатор 3 повернут таким образом, что в отсутствии измеряемого поля плоскость поляризации падающего света расположена симметрично относительно плоскостей ортогонально поляризованных компонент прошедшего через него света и на оптический активный элемент 2 воздействует импульс электрического (магнитного) поля, .то интенсивности ортогонально поляризованных компонент света, прошедшего через анализатор 3, содержат: две составляющие. Первая составляющая не зависит от напряженности измеряемого поля и пропорциональна полной оптической мощности, .прошедшей через устройство. Вторая составляющая пропорциональна произведению полной оптической мощности на синус угла результирующего поворота плоскости поляризации, пропорционального напряженности измеряемого поля„ Если угол поворота не превышает Я /10, вторую составляющую можно считать пропорциональной произведению полной оптической мощности, прошедшей через устройство на напряженность измеряемого поля. Таким образом, низкочастотные флуктуации полной

5 1613981 оптической мощности являются источ/ ником мультипликативной и аддиатив-. ной помехи одновременно, спектр которой сосредоточен в полосе частот о Гц — 100 кГи.

Сигналы на выходах фотоприемников

4 и 5 также имеют две составляющие.

Первая — синфазная, пропорциональна полной оптической мощности, а вторая — парафазная, пропорциональна произведению полной оптической мощности на напряженность измеряемого поля, Для вьделения синфазной составляющей служит первый суммируюпий блок 8.

При измерении параметров импульсных электромагнитных полей, когда спектры технологических шумов источника света и измеряемого поля частично перекрываются, для повышения точ- 20 ности вьделения шумовых составляющих в суммирующем блоке 8 необходимо ограничить полосу входных сигналов.

Это достигается путем применения полосовых фильтров 6 и 7, полоса 25 пропускания которых должна быть несколько шире, чем интервал частот от fя„„до f . Сигнал на выходах фильтров низкой частоты 9 и 10 с верхней граничной частотой, равной 30 нижней граничной частоте полосовых фильтров 6 и 7, содержит только те спектральные составляющие технологических шумов и.механических вибраций, которые не перекрываются со спектром измеряемых полей. Суммируясь с выходным сигналом первого суммирующего блока. 8 и поступая на инвертирующие входы вычитающих блоков

13 и 14, эти сигналы вычитаются из 40 эталонного напряжения U что приводит к уменьшению сигнала ошибки на выходах операционных усилителей

" 15 и 16, Сумма опорных напряжений

1у Upg и соответств ющих сигналов 45 ошибки является напряжением питания лавинных фотоприемников 4 и..5.

35!

Для лавинных фотоприемников характерна сильная индивидуальная зависимость коэффициента преобразова- 50 ния S от многих внешних дестабилизирующих факторов (температуры, пространственных смещений луча, оптического старения и т.д.) .

Зависит от напряжения питания

V„„ (3) где S — коэффициент преобразования о без лавинного умножения;

U — напряжение лавинного проО боя; и — технологический коэффициент, п = 1...3.

Следовательно, при уменьшении .напряжения питания коэффициент преобразования лавинных фотоприемников уменьшится,, вслед за ним уменьшат» ся выходные напряжения фотоприемников и увеличится сигнал ошибки, напряжение питания снова возрастает и выходные напряжения фотоприемников восстановятся.

Формула изобретения

Способ измерения напряженности импульсного электрического и магнитного полей, заключающийся в том, что поляризованный световой поток преобразуют в два парафазно-модулированных полезным сигналом световых потока, оба потока преобразуют в выходные электрические сигналы, из которых вьделяют соответствующие низкочастотные спектральные составляющие, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, из электрических сигналов выделяют полосовые частотные составляющие, формируют управляющий сигнал, пропорциональный сумме сигналов полученных полосовых частотных составляюпдх, и формируют два корректирующих сигнала, каждый из которых пропорционален сумме управляющего сипг нала и вьделенных соответствующих низкочастотных спектральных составляющих, корректирующие сигналы инвертируют и суммируют с постоянным эталонным напряжением, . полученные сигналы усиливают, складывают с соответствующим постоянным опорным напряжением и пропорционально полученному таким образом сигналу изменяют соответствующий коэффициент преобразования световых потоков в информационные электрические сигналы, причем увеличение корректирующего сигнала вызывает уменьшение соответствующего коэффициента преобразования, и наоборот, а нижняя 1„П и верхняя fвпс их частоты определяются с оот ношени ем

So (U„„ò, Vî ) фК4 НОС H.4П S. g fette

7 1613981

Ооп

Составитель Л, Устинова

Техред JI.0лийньщ Корр ект ор С, Ш ев к ун

Редактор И. Сегляник

Заказ 3891 Тираж 570 Подписное

3НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, l01 где f — нижняя граничная частота

:н. цп спектра измеряемых сосгавляющих импульсных полей; верхняя граничная частота спектра шумовых составляющих.