Способ измерения магнитной и зарядовой составляющих сигнала при измерениях магнитной компоненты внутреннего электромагнитного импульса


 

G01R1/00 - Измерение электрических и магнитных величин (измерение физических величин любого вида путем преобразования их в электрические величины см. примечание 4 к кл. G01; измерение диффузии ионов в электрическом поле, например электрофорез, электроосмос G01N; исследование неэлектрических и немагнитных свойств материалов с помощью электрических и магнитных методов G01N; индикация точности настройки резонансных контуров H03J 3/12; контроль электрических счетчиков H03K 21/40; контроль работы системы связи H04)

Владельцы патента RU 2495439:

Федеральное бюджетное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" (RU)

Изобретение относится к области методологии измерения параметров внутренних электромагнитных импульсов (ВЭМИ), формируемых в корпусах аппаратуры, при действии ионизирующих излучений (ИИ) и может быть использовано при исследованиях механизмов образования электромагнитных наводок в цепях радиоэлектронной аппаратуры. Способ основан на выделении соответствующих составляющих сигнала, формируемого в одновитковой рамочной антенне. При этом рамочная антенна не имеет прямой гальванической связи с корпусом облучаемого объекта, начало и конец антенны замыкают через согласующие нагрузки осциллографа, регистрацию сигналов с выводов антенны производят но независимым каналам, а выделение магнитной и зарядовой составляющих сигнала производят путем вычитания либо сложения (соответственно) сигналов с начала и конца рамочной антенны. Технический результат заключается в повышении достоверности экспериментальных исследований ВЭМИ за счет получения количественных данных о физических эффектах, обуславливающих формирование регистрируемого сигнала, и минимизации количества экспериментов. 1 ил.

 

Изобретение относится к области методологии измерения параметров внутренних электромагнитных импульсов (ВЭМИ), формируемых в корпусах аппаратуры, при действии ионизирующих излучений (ИИ). Оно может быть использовано при исследованиях механизмов образования электромагнитных наводок в цепях радиоэлектронной аппаратуры. Результаты исследований необходимы для повышения радиационной и электромагнитной стойкости образцов вооружения и военной техники, оснащенных радиоэлектронным оборудованием, космических аппаратов и другой техники подверженной действию ИИ.

Потребность в разработке данного способа обусловлена значительной неопределенностью в физической природе формирования электрических наводок, формируемых в цепях аппаратуры, при действии на ее корпус ионизирующих излучений. Наводки могут быть обусловлены как внутренними электромагнитными полями, так и осаждением (выбиванием) электронов на элементах аппаратуры объекта воздействия. В зависимости от спектра воздействующего излучения, материалов и компоновки внутреннего заполнения объектов, соотношения между амплитудными значениями напряжений, формируемых по вышеуказанным механизмам, могут значительно изменяться. Следует отметить, что способы защиты от наводок в значительной степени определяются природой формирования последних. Поэтому при исследованиях внутренних электромагнитных эффектов недопустимо аппаратными способами исключать вклад любой составляющей в формируемый в первичных преобразователях сигнал.

Как правило, при проведении экспериментальных исследований электромагнитных эффектов, формируемых в корпусах аппаратуры, используются разностные схемы измерений с применением экранирования датчиков электромагнитных полей, либо, для исключения паразитных наводок в регистрируемых сигналах, используют индукционные датчики с противоположной ориентацией обмоток, включенные по дифференциальной схеме и измеряют наводки, обусловленные только полями ВЭМИ [1, 2]. Однако применение дополнительных экранов приводит к искажению пространственного распределения электромагнитных и электронных полей в исследуемом объеме. Использование дифференциальных схем исключает сигналы, формируемые за счет натекания (выбивания) электронов на датчики и окружающие датчики элементы измерительной схемы.

Известно техническое решение по измерению электрической компоненты ВЭМИ, основанное на использовании двух штыревых антенн, одна из которых экранирована от электрического поля, а сигнал с другой определяется суммарным воздействием всех формируемых в исследуемом объеме полевых и зарядовых факторов. Сигнал, обусловленный действием только электрического поля, определяется путем вычитания сигналов с антенн [3].

Наиболее близким по техническому решению задачи (прототипом предлагаемого способа) является способ измерения магнитной составляющей электромагнитного поля индукционными датчиками [4].

Сущность способа-прототипа заключается в том, что в качестве первичного преобразователя используются две встречновключенные одновитковые рамочные антенны, расположенные на фиксированном расстоянии по оси симметрии параллельно друг другу. Антенны соединены с осциллографом посредством системы кабельных линий таким образом, что центральный проводник одного кабеля соединен с экраном другого кабеля и наоборот. Эти два отрезка кабеля подключены к третьему такому же кабелю, по которому сигнал передается на осциллограф. При подобной схеме подключения автоматически производится суммирование противофазных - формируемых магнитным полем и вычитание синфазных - обусловленных прочими физическими механизмами составляющих.

Данный способ имеет существенный недостаток, заключающийся в аппаратном исключении из регистрируемого сигнала составляющей, обусловленной натеканием (выбиванием) электронов.

Техническим результатом, на которое направлено предполагаемое изобретение, является повышение достоверности экспериментальных исследований за счет получения количественных данных о физических эффектах, обуславливающих формирование регистрируемого сигнала и минимизация количества экспериментов.

Технический результат достигается выделением соответствующих составляющих сигнала, формируемого в одновитковой рамочной антенне, которая не имеет прямой гальванической связи с корпусом облучаемого объекта, начало и конец антенны замыкают через согласующие нагрузки осциллографа, регистрацию сигналов с выводов антенны производят по независимым каналам, а выделение магнитной и зарядовой составляющих сигнала производят путем вычитания либо сложения (соответственно) сигналов с начала и конца рамочной антенны.

Таким образом, конструктивными отличиями предлагаемого способа являются:

- использование одной одновитковой рамочной антенны;

- отсутствие прямой гальванической связи антенны с корпусом;

- отсутствие разностной схемы регистрации сигнала.

Существенным отличием является возможность исследования амплитудно-временных характеристик магнитной составляющей ВЭМИ и наводок, обусловленных дисбалансом заряда.

Принципиальная электрическая схема, иллюстрирующая сущность способа приведена на Фиг-1, где

iз - зарядовая составляющая тока в рамке;

iм - магнитная составляющая тока в рамке;

U1, U2 - сигналы, зарегистрированные в каналах осциллографа;

R1, R2 - согласующие нагрузки осциллографа (R1=R2=50 Ом).

При генерации полей ВЭМИ любой датчик поля, помещенный внутри исследуемого объема, подвергается одновременному воздействию как минимум трех факторов:

- электромагнитного поля;

- стороннего тока электронов, выбиваемых с внутренних поверхностей образца;

- ионизирующего излучения.

В рамочной антенне электромагнитное поле генерирует ЭДС, пропорциональную производной напряженности магнитного поля по времени. Вследствие этого в рамке формируется ток, обозначенный на схеме как iм (магнитная составляющая тока в рамке).

Электроны, выбиваемые с внутренних поверхностей объекта, попадая на проводящий материал рамки, создают в ней некомпенсированный избыточный отрицательный заряд, который стекает с рамки через согласующие нагрузки системы регистрации.

Ионизирующее излучение не изменяет электрические свойства металла рамки (в отличие от полупроводников и диэлектриков), но выбивает с поверхности рамки в окружающее пространство электроны, создавая в антенне некомпенсированный избыточный положительный заряд, который также стекает через согласующие нагрузки системы регистрации.

Таким образом, имеется два конкурирующих процесса создания в рамке некомпенсированных зарядов разных знаков. В зависимости от значений коэффициентов выхода электронов из материалов рамки и корпуса объекта, зависящих от энергии первичных квантов, на антенне может образоваться заряд любого знака, от которого невозможно избавиться экранированием, т.к. внутренняя поверхность экрана сама является источником стороннего тока. Результирующие токи, возникающие в нагрузках рамки вследствие этих процессов, обозначены на схеме как iз1 и iз2. Их сумму iз можно назвать зарядовой составляющей тока в рамке. В случае симметричных нагрузок и симметричной рамки можно считать, что iз1≈iз2. Зарегистрированные сигналы в первом и втором каналах регистрации осциллографа можно представить в виде U1=(iз1-iм)/R1 и U2=(iз2-iм)/R2. Суммирование зарегистрированных сигналов позволит определить величину тока от некомпенсированного заряда, а вычитание - от производной напряженности магнитного поля по времени.

Работоспособность и информативность предлагаемого способа подтверждена при проведении экспериментальных работ с использованием ионизирующих излучений различного спектрального состава. Результаты экспериментов хорошо согласуются с данными расчетно-теоретических исследований.

Положительный эффект предлагаемого изобретения заключается в повышении достоверности экспериментальных исследований ВЭМИ за счет получения количественных данных о физических эффектах, обуславливающих формирование регистрируемого сигнала и минимизации количества экспериментов.

Источники информации

1. В.В. Панин, Б.М. Степанов. Практическая магнитометрия. М. «Машиностроение», 1978, стр.54.

2. «Измерительная техника», М. №5, 1977, стр.75.

3. А.П. Степовик, В.В. Отставнов, и др. Об измерениях электрической компоненты ВЭМИ с помощью штыревых антенн. Научно-технический сборник «Радиационная стойкость электронных систем-Стойкость-2010». - М.: НИЯУ МИФИ, 2010, стр.143-144.

4. «Зонд для измерения магнитных полей с субнаносекундным разрешением». «Rev. Sci. Jnstrum», 1975, 46, №7, стр.886-880. Русский перевод - «Приборы для научных исследований», М., №7, 1975, стр.88-91.

Способ измерения магнитной и зарядовой составляющих сигнала при измерениях магнитной компоненты внутреннего электромагнитного импульса для исследования механизмов формирования радиационно стимулированных электромагнитных эффектов, основанный на выделении соответствующих составляющих сигнала, формируемого в одновитковой рамочной антенне, отличающийся тем, что рамочная антенна не имеет прямой гальванической связи с корпусом облучаемого объекта, начало и конец антенны замыкают через согласующие нагрузки осциллографа, регистрацию сигналов с выводов антенны производят по независимым каналам, а выделение магнитной и зарядовой составляющих сигнала производят путем вычитания либо сложения (соответственно) сигналов с начала и конца рамочной антенны.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике контроля и защиты приборов учета электроэнергии. .

Изобретение относится к области магнитобиологии, в частности к научным исследованиям. .

Изобретение относится к средствам защиты электроизмерительной техники от влияния низкочастотных магнитных полей и может быть использовано для экранирования приборов, расположенных вблизи с высоковольтным оборудованием.

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к устройствам для измерения электрических характеристик планарных элементов интегральных схем на полупроводниковых или диэлектрических пластинах.

Изобретение относится к области преобразовательной техники, в частности к устройствам, позволяющим нагружать различные преобразователи с выходом на постоянном токе при проведении различных видов испытаний.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к электрической схеме декады сопротивлений, применяемой в многозначных мерах электрического сопротивления и измерительных мостах.

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к демпфирующим устройствам индукционного типа, работающим на принципе торможения вихревыми токами, и может быть использовано для демпфирования движения, например колебаний в механических системах.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в приборах, работающих в условиях механических воздействий. .

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при эталонных измерениях в широком диапазоне измеряемых напряжений и частот.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к устройствам для испытания планарных элементов интегральных схем на полупроводниковых пластинах. .

Изобретение относится к области испытания компьютерной техники и может быть использовано для проверки, тестирования и анализа компьютерных блоков питания (далее БП) на предмет соответствия их нагрузочных характеристик заявленным производителем, а также спецификации ATX. Система функционального тестирования блоков питания включает измерительный блок (мультиметр), который состоит из вольтметра, амперметра и ваттметра, реализованных с помощью микроконтроллера фирмы Microchip PIC 16F886. При этом с помощью встроенного 10-канального, 10-битного АЦП производятся измерения напряжения и силы тока тестируемого компьютерного блока питания. Ваттметр реализован программно, путем перемножения показателей вольтметра и амперметра. В состав системы входит также силовой блок, который предоставляет динамическую нагрузку для основных каналов тестируемого блока питания (12B, 5B, 3,3B), статическую нагрузку для дежурного питания тестируемого блока питания, индикацию сигнала Power Good и схему включения тестируемого блока питания. Технический результат заявленного изобретения заключается в увеличении функциональных возможностей, обеспечении полного непрерывного функционального контроля блоков питания, сокращении времени испытаний. 4 ил.

Изобретение относится к области измерений в электроэнергетике и может быть использовано для определения расстояния до мест повреждения при двойных замыканиях на землю на одной линии электропередачи распределительной сети 6-35 кВ. Технический результат: повышение точности определения. Сущность: способ заключается в измерении активной и реактивной составляющей фазного тока и напряжения в аварийной режиме и последующем расчете индуктивного сопротивления до каждого места замыкания, пропорционального расстоянию до мест повреждения. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой систему магнитного экранирования аппарата литографии пучками заряженных частиц. Система содержит первую камеру, вторую камеру и набор из двух катушек. Стенки первой и второй камер содержат магнитный экранирующий материал. Вторая камера заключает в себе первую камеру, набор из двух катушек, имеющих общую ось и расположенных на противоположных сторонах от первой камеры, подвижную опору для подложкодержателя, как минимум один датчик магнитного поля в пределах второй камеры, систему управления токами в катушках на основании данных датчика. Первая камера по меньшей мере частично заключает в себе аппарат литографии и имеет отверстие на стороне, обращённой к подложкодержателю.3 н. и 26 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к декадам сопротивлений, применяемым в многозначных мерах электрического сопротивления и измерительных мостах. Декада сопротивлений содержит переключатель 1, имеющего всего две платы, цепочку последовательно соединенных резисторов 2, соединенных соответствующим образом с контактами первой, второй плат и зажимами 3 и 4 декады. Технический результат заключается в упрощении конструкции за счет применения известного двухплатного переключателя, коммутирующего резисторы для получения значений сопротивлений на выходных зажимах декады с весовыми коэффициентами 0,1,2…10. 2 ил.
Наверх