Устройство для измерения переменного магнитного поля Советский патент 1984 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к магнит- Л ым измерениям.

По основному авт.св. № 1004925 звестно устройство для измерения еременного магнитного поля, содержа- 5 ее последовательно соединенные датик магнитного поля, полосовой фильтр, усилитель и синхронный фильтр, а таке преобразователь скорости смещения, через избирательный усилитель подклю-Ю ченный ко второму входу синхронного ильт-ра, выход которого соединен со входом регистратора, при этом преобразователь скорости смещения жестко прикреплен к датчику магнитного поля is 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 вьщелить их раздельно соответственно на дифференцирующем и интегрирующем выходах синхронного фильтра ГЛ ,

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, узкополосный случайный сигнал с укрепленного на датчике магнитного поля вибропреобразователя не может быть использован для фильтрации сигнала с jj дополнительных датчиков, поскольку в общем случае вибрационные процессы, воздействующие на каждьш из них несинфазны и некогерентны. Это требует установки отдельного.вибропре- до образователя с избирательным усилителем на каждом из датчиков составляющих поля. Такая установка усложняет измерительную аппаратуру и снижйет ее надежность.45

i В том .случае, когда вибропреобразователи устанавливаются на датчики электрического поля, геометрические размеры KOTopiiix существенно больше размеров вибропреобразователя, син- 50 хронная фильтрация с управлением фильтра вибропомехой вообще может быть неэффективной, поскольку процесс с вибропреобразователя характеризует вибрацию ограниченного объема датчика55 электрического поля, а йомеха в измерительной . цепи формируется за счет вибрации всего его объема.

Цель изобретения - расширение функциональньк 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 2усилитель 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 второго 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 10 синхронных фильтров подключены соответственно ко 3 второму 16 и третьему 17регистраторам. Устройство работает следующим образом. Блоки 1-7 обеспечивают на диффе-рейдирующем выходе первого синхронно го, фильтра 4,вьщеление узкополосного продесса с центральной частотой на-; стройки полосового фильтра 2 и избирательного усилителя 6. Этот продесс линейно связан по фазе и интенсивности с пространственной составляющей измеряемого переменного магнитного поля, действующей на датчик 1, и с- точностью до погрещности измер.ений поля не содержит помехи, обуслов ленной вибрадией датчика 1 в постоян ном магнитном поле Земли за счет упра 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 t,-H,()ot, где Н, (1) - мгновенное значение огибающей пространственной составляющей магнитного поля, действующей на дат чик 1 УО - центральная частота полосы пропускания дсо полосового фильтра 2 и избирательного усилителя 3 с - текущее время. В силу когерентности всех составляющих электромагнитного поля сигнал Hfl(t)CosGOQt является источником информадаи о;составляющей поля Н 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 ЙЫ с центральной частотой УО , тогда при втором положении переключателя 15 коэффициент линейного преобразования измеряемой составляющей в электрический сигнал на выходе усилителя 14 вещественен и равен единице, этот сигнаЛ может быть записан в виде 744 Ej H WcosKtHi UUibWcoslUo VabV , .(o 2uiL . где Hjti - мгновенное значение огибающей пространственной составляющей магнитного поля,, действующей на датчик 13 магнитноГо . Ср - фазовый сдвиг составляющей поля Н2 относительно-составляющейUrtttt) мгновенное значение огибающей помехи, вызванной вибрацией датчика 13} VTL случайная фаза помехи относительно фазы измеряемо, го магнитного поля, IIп (i) мгновенное значение огибающей собственного шума приемно-измерительного канала, со; сбавляющей H-i Cfj - случайная фаза собственного шума приемно-измерительного канала составляющей HjOTHo- . сительно измеряемого магнит ного поля. I : При подключении сигнала Е, к управляющему входу синхронного фильтра 10, на основной вход которого подан сигнал Ej, в силу известного свойства фильтра 10 на его интегрирующем выходе вьщеляетСя синфазная с сигналом Е составляющая сигнала Е, а несинфазные и некогерентные составляющие подавлены. образом, регистра- : тором 17 регистрируется вещественная относительно Н составляющая Ня с точностью, повышенной за счет подавления вибрационной помехи U.. (t) и соб Ь. ственного щума приемно-измерительного канала ). Кроме того, точно также могут быть подавлены и помехи любо го другого происхождения, которые не когерентны измеряемому магнитному полю. При подключении сигнала EJ к управляющему входу синхронного фипьтра 9 через квадратурный фазовращатель 8, осуществляющий изменение фазы сигнала Е на 90°, на интегрирующем выходе этого фильтра ввделл ется состав лякядая сигнала Е2, сдвинутая относительно сигнала Е на 90, т.е.. а подавленными вновь окажутся процссп сы Uj, (t) и Ojjj(t), а также любые . i другие помехи, некогерентные измеряет мому магнитному полю. Таким образом, при наличии двух дополнительных синхронных фильтров Ч 9 и 10 на регистраторах 16 и 17 регистрируются и измеряются вещественная и мнимая составляющие компоненты НА- относительно компоненты Н,, по .,лсбторым легко могут быть вычислены амплитуда и фаза Е. При необходимости синхронно .с изме рением магнитного поля Н измерять (В полосе Дсо с центральной частотой Ы электрическую составляющую поля : используются усилитель 1-2 и датчик 11 электрического поля (при первом ;положении переключателя 15). При про чих равных условиях сигнал на основных входах синхронных фильтров 9 и .10 может быть записан в виде ; E,-6,WcoelUo - 4)U,Wco5(u)o +4b5V fUu(t)co5(Wot + (,)u5)vUy,(t)cos(cJot+(t),jO .,, где ) мгновенное значение огибающей измеряемой составляющей : электрического поля; Ср - фазовый сдвиг составляющей электрического поля ( от, носительно составляющей маг нитного поля П, U,jH)- мгновенное значение огибающей индуктивной помехи, вызванной вибрацией датчика : . 13 (pjja случайная фаза помехи И. относительно фазы измеряемого электромагнитного поля, в том числе его составляющих А Uug(-t) - мгновенное значение огибающей помехи, вызванной турбу лентностью вмещающей среды возле электродов датчика 13 Vtil случайная фаза помехи U относительно фазы измеряёмо , го электромагнитного поля; и.... W - мгновенное значение огибающей собственного шума прием но-измерительного канала со ставляющей f , Cjljjjj- случайная фаза собственного шума приемно-измерительного канала составляющей относительно измеряемого магнитного -поля. При подключении сигнала Е к основным (первьм) входам синхронных фильтров 9 и 10, а сигнала Е, к управляющему (второму) входу синхронного фильтра 10 и к квадратурному фазовращателю 8, которьм, в свою очередь, подключен к управляющему входу синхронного фильтра 9, по аналогии с .первым вариантом с точностью до погрешности фильтрации на регистраторах 16 и 17 будут зарегистрированы вещественная и мнимая относительно Hi составляющие fj, что полностью ха-: рактеризует амплитуду и фазу f . 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 всенаправленных приемных антенн для радиосвязи на пo;JвижньDc объектах. Кроме того, независимость эффективности подавления помехи в каналах измерения дополнительных составляющих поля от характера ее источника повьш1ает помехоустой-чивость в этих каналах в сравнении с помехоустойчивостью канала в прототипе. 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 U{) в полосе лсо .

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.