Способ измерения напряженности импульсного, электрического и магнитного полей Советский патент 1990 года по МПК G01R33/32 

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 энергетических установок

Цель изобретения - повьппение точности измерения электрической или/и магнитной составляющей импульсных электромагнитных полей путем расщирения динамического диапазона и снижения нелинейных искажений, 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 парафазномо- дулированных полезным сигналом световых потока, оба потока преобразуют в выходные информационные электричесюте сигналы, из которых вьделяют соот05

со

QD 00

ветствующие низкочастотные спектральные составляющие, вплоть до частоты

-фнч

из упомянутых информационных

электрических сигналов вьщеляют полосовые частотные составляющие, нижняя

нпс

и верхняя f

впс

частоты которых

определяются соотношением

Фнц ипс Hun

где fu ..„ - нижняя граничная частота

п ип

спектра измеряемых составляющих импульсных полей;

„ - верхняя граничная .частота ШУМ

спектра шумовых составляющих,

ормируют управляющий сигнал, пр опор- циональный 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, вкладывают с соответствуюпрм постоянным опорным напряжением и полученньм, таким образом, сигналом изменяют соответствующий коэффициент преобразования световых потоков в информационные электрические сигналы, причем увеличение корректирующего сигнала вызьшает уменьшение соответствующего коэффициента преобраз.ова- ния и наоборот.

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

Устройство, реализующее способ, содержит источник плоскополяризованно-i го света 1,свет от которого попадает в чувствительный оптический активный элемент 2 и анализируется затемхдву- лучепреломпяюшдм 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 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.цервого суммирующего блока 8 выходы упомянутых суммирующих блоков 11 и 12 подключены ко входам вы0

5

0

5

0

5

0

45

50

55

читаемого вычитавхиих блоков 13 и 14, ко входам уменьшаемого-которых подключен источник постоянного эталонного напряжения иу о Величина этого напряжения равна напряжению синфазной составляющей на выходах лавинных фотоприемников 4 и .5, Выходные напряжения вычитающих блоков 13 и 14 усиливаются cooTBeTCTBeHlHo 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 Ujj и oii о Величины опорных напряжений подбираются индивидуально для каждого конкретного экземпляра лавинного фотоприемника с тем, чтобы обеспечить одинаковый коэффициент преобразования различных фотопри.емниково Выходы четвертого и пятого суммирующих блоков 17 и 18 присоединены ко входам управления коэффициентом преобразова- . ния (питания) лавинных фотоприемников ков 4 и 5.

Устройство работает следующим образом.

Если двулучепрапомляющий 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 с 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 ре- зультирующег о поворота плоскости поляризации, пропорционального напряженности измеряемого поля„ Если угол поворота не превышает if/10, вторую составляющую можно считать пропорциональной произведению полной оптической мощности, прошедшей через устройство на напряхсенность измеряемого поля, TaicHM образом, низкочастотные флуктуации полной

5

оптической мощности яйпяются источником мультипликативной и аддиатив-- ной помехи одновременно, спектр ко- торой сосредоточен в полосе частот о Гц - 100 кГи.

Сигналы на выходах фотоприемников 4 и 5 также имеют две составпяющие, Первая - синфазная, пропорциональна полной оптической мощности, а вторая - парафазная, пропорциональна призведению полной оптической мощности на напряженность измеряемого поля. Для вьделения синфазной составляющей служит первый суммирующий блок При измерении параметров импульсных электромагнитных полей, когда спектры технологических шумов источника света и измеряемого попя частично перекрываются, для повьщ1ения точности вьщеления шумовых составляющих в суммирующем блоке 8 необходимо ограничить полосу входных сигналов. Это достигается путем применения полосовых фильтров 6 и 7, попоса пропускания которых должна быть несколько щире, чем интервал частот от fu до fa. Сигнал на выходах

Н rs

фильтров низкой частоты У и lU с верхней граничной частотой, равной нижней граничной частоте полосовых фильтров 6 и 7, содержит только те спектральные составляющие технологических шумов и механических вибра- дай, которые не перекрываются со спектром измеряемых полей. Суммируясь с выходным сигналом первого суммирующего блока. 8 и поступая на инвертирующие входы вычитающих бло ков 13 и 14, эти сигналы вычитаются из эталонного напряжения Ugi-, что приводит к уменьшению сигнала ошибки на выходах операционных усилителей 15 и 16 „ Сумма опорных напряжений Uong соответствующих сигналов ошибки является напряжением питания лавинных фотоприемников 4 и -5.

Для лавинных фотоприемников характерна сильная индивидуальная за- висимость козффиодента преобразования S от многих внешних дестабилизи руюйях факторов (температуры, пространственных смещений луча, оптического старения и т.До)о

Зависит от напряжения питания

и„, (3)

пит

S

,;7и:

981

где S - коэффшхиент преобразоваш1Я ,

без лавинного умножения; и - напряжение лавинного пробоя;п - технологический коэффициент,

п 1 .. .3 о

Следовательно, при уменьшении напряжения питания коэффициент пре0 образования лавинных фотоприемников уменьшится,, вслед за ним уменьшат-, ся выходные напряжения фотоприемников и увеличится сигнал ошибки, напряжение питания снова возрастает и вы5 ходные напряжения фотоприемников восстановятся.

Формула изобретения

0Способ измерения напряженности

импульсного электрического и магнитного полей, заключающийся в том, что поляризованный световой поток преобразуют в два парафазно-модулиро- 5 ванных полезным сигналом световых потока, оба потока преобразуют в выходные электрические сигналы, из которых вьделяют соответствуюпц-ie низкочастотные спектральные составляю- 0 щие, отличающийся тем, что, с целью повьшгения точности, из электрических сигналов вьделяют полосовые частотные составляюте, формируют управляющий сигнал, про- 35 порциональный сумме сигналов полученных полосовых частотных составляющих, и формируют два корректирую- ш;их сигнала, каждыГт из которых пропорционален сумме управляющего сип-г 40 нала и вьделенных соответствующих низкочастотных спектральных составляющих, корректирующие сигналы инвертируют и суммируют с постоянным эталонным напряжением,. полученные 45 сигналы усиливают, складывают с соответствующим постоянным опорным напряжением и пропорционально полученному таким образом сигналу изменяют соответствующий коэффициент пре- 50 образования световых потоков в информационные электрические сигналы, причем увеличение корректирующего сигнала вызывает уменьшение соответствующего коэффициента преобразования, и наоборот, а нижняя ±„„5 и верхняя fgnc частоты определяются соотношением

(..

UST

ивш.

ивых.1

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.