Способ калибровки измерителя напряженности магнитного поля Советский патент 1991 года по МПК G01R29/08 

Изобретение относится к радиоизмерениям и может быть использовано для калибровки измерителя напряженности магнитного поля.

Цель изобретения - расширение частотного диапазона калибровки.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит кольца Гельмголь- ца 1, подключенные к выходу генератора 2 сигналов через симметрирующий трансформатор 3, исследуемый зонд 4, выход которого через ключ 5 подсоединен к входу предварительного усилителя 6 и размещен в центре колец Гельмгольца 1 в зоне индукции калибровочного поля. Выход предварительного усилителя 6 подключен к входу микровольтметра 7. Выход зонда 4 через

ключ 8 подсоединен к входу микровольтметра 9. Вольтметр 10 через согласующий трансформатор 11 подключен к резистору, включенному в цепи вторичной обмотки симметрирующего трансформатора 3.

Способ калибровки измерителя напряженности магнитного поля реализуют следующим образом.

Измерение напряжения U K(.W) непосредственно на выходе зонда в совокупности с измерением напряжения сигнала ик(ш) на выходе измерительного устройства на этой же частоте позволяет определить по их отношению общий коэффициент передачи системы зонд- выход измерительного устройства и тем самым исключить необходимость определения абсолютного значения напряженности калибровочного поля Нк(ы) для всех значений частот.

ON (Л О Ю

ГО

Измерение напряжения сигнала U к (о)о ) непосредственно на выходе зонда на какой-либо частоте () диапазона позволяет определить значение постоянной зонда, определяемой его геометрическими размерами и количеством витков.

Совокупность указанных измерений в калибровочном поле позволяет при выполнении условия квазистационарности, определяющего электрически малые зонды:

2 л RCp « А,(1)

где Rep - средний радиус витка зонда;

А-длина волны,

определить калибровочный коэффициент измерительного зонда, используя закон электромагнитной индукции Фарадея.

Закон электромагнитной,индукции Фарадея при выполнении условия квазистационарности (1) позволяет определить напряжение сигнала на выходе измерителя напряженности поля, которое с учетом коэффициента передачи системы зонд - выход измерителя напряженности поля Р/Ь запишется следующим образом:

UK(w ) Р((о) о) /г05МН,( ш ).(2)

Индекс к соответствует размещению зонда в калибровочном поле. Калибровочный коэффициент согласно (2) определяется

как

К(й)

Hk(ft

1

(3)

ш) P(uJ)ftJ/M0SN- Добавим к уравнению (2) уравнения, описывающие дополнительные измерения, выделяя отдельно уравнение, описывающее измерение напряжения сигнала непосредственно на выходе зонда на частоте Ыо , при которой величина Нк(сг 0 калибровочного поля известна:

и|к(а)ш/ о5МНк(су)

U K(ftfe ) UJbjWoSNH,( )

(4) (5)

Уравнения (2), (4) и (5) образуют систему уравнений, решая которую, можно определить неизвестную величину измерительного зонда. Из уравнений (2) и (4), исключая неизвестное значение Н|/й 1калибровочного поля на частоте ш требуемого исследовательского диапазона, выразим Р(ш и, подставляя в уравнение (3), получим

K(ffl)f)(6)

Постоянную зонда выразим из уравнения (5) и, подставляя в (6), получим

K(«,) uU)(aJo). (7)

5

0

5

0

5

0

5

0

Использование предлагаемого способа позволяет учесть не только коэффициент передачи системы зонд -- измерительное устройство, но и учесть влияние изменения добротности образованного контура (индуктивность зонда - входная емкость измерительного устройстве) при проведении исследований в проводящей среде, так как изменение добротности выходного сопротивления зонда в зависимости от частоты автоматически учитываются проведением калибровочных измерений на тех же частотах исследовательского диапазона при той же проводимости внешней среды.

Устройство работает следующим образом.

Калибровочное магнитное поле возбуждается током, проходящим в кольцах Гельм- гольца 1, плоскости которых находятся на расстоянии г, равном их радиусу. Кольца включены синфазно с выходом генератора 2 сигналов через трансформатор 3. Зонд 4, выход которого через ключ 5 нагружен на усилитель 6, размещается в центре колец Гельмгольца 1 в зоне индукции калибровочного поля. Подавая с генератора 2 сигнал в кольца Гельмгольца 1, измеряют напряжение сигнала 11к(ш)на выходе усилителя 6 микровольтметром 7. При этом ключ 5 находится во включенном состоянии, а ключ 8 - в выключенном. Изменяя состояние ключей 5 и 8 на противоположное, на этой же частоте измеряют напряжение сигнала и к(у)непосредственно на выходе зонда 4 микровольтметром 9 с высокоомным «ходом. Изменяя частоту сигнала генератора 2, производят аналогично измерения на всех частотах требуемого диапазона калибровки.

Определение значения абсолютной величины напряженности калибровочного поля осуществляется, исходя из значения падения напряжения на резисторе .( соь), измеряемого вольтметром 10 через трансформатор 11 с коэффициентом трансформации п 1, первичная обмотка которого нагружена на резистор R, согласно выражению

Н,(ЈУ) 01716 У14.(0625г,оа)2.

(8)

Для определения коэффициента калибровки КЈи) необходимо выбрать частоту диапазона калибровки од, при которой зависимостью от проводимости среды а в выражении (8) можно пренебречь, и коэффициент трансформации п 1. На этой частоте производят измерения падения напряжения сигнала UR на резисторе R вольтметром

10 и рассчитывают абсолютную величину напряженности калибровочного поля

Hk(GJb ) 0,716 MЈJ

rR

Выбранное таким образом значение Н(фАэ используется для вычисления калибровочного коэффициента по формуле (7).

Предлагаемый способ по сравнению с известными обеспечивает значительное расширение частотного диапазона калибровки и возможность осуществления калибровки измерителя в диапазоне 1 - 30 МГц в проводящей среде.

Формула изобретения

Способ калибровки измерителя напряженности магнитного поля, включающий облучение зонда измерителя калибровочным магнитным полем, измерение напряжения сигнала на выходе измерителя и вычисление калибровочного коэффициента, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона калибровки, дополнительно измеряют напряжение сигнала непосредственно на выходе зонда в требуемом диапазоне частот uVa)), в том числе на частоте ОА при которой известна величина напряженности

калибровочного магнитного поля . и вычисляют калибровочный коэффициент измерителя напряженности магнитного поля по формуле

кг )

(a) где UK - напряжение сигнала на выходе измерителя на частоте ш.

Изобретение относится к способам радиоизмерений и может быть использовано для калибровки измерителя напряженности магнитного поля как в воздухе, так и в проводящей среде. Цель изобретения - расширение частотного диапазона калибровки. Способ позволяет осуществить калибровку измерителя напряженности магнитного поля во всем частотном диапазоне за счет дополнительного измерения напряжения сигнала непосредственно на выходе зонда. Для определения коэффициента калибровки К ( со ) выбирают частоту диапазона калибровки Шо в низкочастотной части диапазона измерений, на которой калибровочное поле известно или не зависит от проводимости среды (при проведении калибровки в проводящей среде). На этой частоте рассчитывают наиболее точную абсолютную величину напряженности калибровочного поля. Выбранное таким образом значение поля используется для вычисления калибровочного коэффициента по приведенной формуле. 1 ил.