Способ измерения электрической и/или магнитной составляющей импульсных электромагнитных полей Советский патент 1991 года по МПК G01R33/32 

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

Целью изобретения является ювышение точности измерения электрической или/и магнитной составляющей импульсных электромагнитных полей путем расширения динамического диапазона и снижения искажений, вносимых в результаты измерений.

На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство, реализующее способ, содержит источник 1 плоскополяризованного света, через чувствительный оптический активный элемент 2 соединен ный с двулучепре- ломляющим анализатором 3, оптические выходы которого сопряжены с лавинными фотоприемниками 4 и 5, выхо ды которых соединены с соответствующими входами суммирующего 6 и первого вычитающего 7 блоков, выход первого вычитающего блока 7 соединен с выходом устройства и входом фильтра 8 низкой частоты. Выход суммирующего блока 6 подключен к входу фильтра 9 высокой частоты и первому входу операционного усилителя 10, второй вход которого соединен с источником эталонного напряжения Уэт, а выход подсоединен к входу напряжения питания первого лавинного фотоприемника 4. Входы второго вычита- ющегоблока 11 подключены соответственно к выходам фильтра 8 низкой частоты и фильтра 9 высокой частоты, а его выход соединен с входом напряжения питания второго лавинного фотоприемника 5. При этом верхняя тфнч фильтра 8 и нижняя фильтра 9 границы определяются соотношением.

.ип fe.iuyM ; где .ип - нижняя граничная частота спектра измеряемых составляющих импульсных полей;

fa.шум - верхняя граница спектра шумовых составляющих.

Способ осуществляется следующим образом.

Если двулучепреломляющий анализатор

3 повернут таким образом, что в отсутствии

измеряемого поля плоскость поляризации

падающего света расположена симметрич. но 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 че 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 оптической мощности являются источником мультипликативной и аддитивной помехи одновременно, спектр которой сосредоточен в полосе частот 0 Гц - 100 кГц,Сигналы на выходах фотоприемников 4 и

5 Ui и U2 соответственно также имеют две составляющие: первая - синфазная и пропорциональна полной оптической мощности, а вторая - парафазная и пропорциональна

произведению полной оптической мощности на напряженность измеряемого поля. Для выделения синфазной составляющей служит суммирующий блок 6, выходной сигнал которого (Ui+U2) сравнивается на входе

операционного усилителя 10 с эталонным

напряжением. Выходной сигнал операционного усилителя 10

Uynpi K U3,-Ki(), где К и Ki - коэффициенты пропорциональности,

используют для питания первого лавин- нбго фотоприемникз 4, что обеспечивает поддержание оптимального режима его работы.

Для лавинных фотоприемников характерна сильная индивидуальная зависимость коэффициента преобразования S от многих внешних дестабилизирующих факторов (температуры, пространственных смешений луча, оптического старения и т.д.). Зависит он и от напряжения питания и,,ит

о .

1 -(UnHT/Uo)

,-.

где So - коэффициент преобразования Г)-эз лавинного умножения;

Uo - напряжение лавинного пробоя;

п - технологический коэффициент, ...3.

Таким образом, изменение синфазной составляющей на выходе суммирующего блока 6 приводит к непосредственному изменению коэффициента преобразования лавинного фотоприемника 4, что способствует восстановлению исходного значения сигнала, пропорционального полной оптической мощности светового потока. Одновременно выходной сигнал суммирующего блока 6 через фильтр 9 высокой частоты поступает, например, на вход Вычитаемое второго вычитающего блока 11.

Выходной сигнал первого вычитающего блока 7, равный, например, разности сигналов первого 4 и второго 5 лавинных фотоприемников, пропорционален только парафазной составляющей светового потока. Низкочастотные составляющие этого сигнала, полученные на выходе фильтра 8 низкой частоты, поступают на вход Уменьшаемое второго вычитающего блока 11. Этот сигнал пропорционален низкочастотным составляющим ошибки, обусловленной неидентичностью параметров лавинных фотоприемников, вызванных, например, технологическими погрешностями или действием сигнала операционного усилителя 10. Выходной сигнал фильтра 9 высокой частоты этих составляющих не содержит, поэтому на выходе второго вычитающего блока 11 устанавливается напряжение, при котором коэффициенты преобразования лавинных фотоприемников 4 и 5 выравниваются.

,-.

г

Выходной сигнал суммирующего блока 6, пропорциональный флуктуациям спетово го потока источника 1 плоскополяризованного света, поступает непосредственно на 5 первый вход операционного усилителя 10 и через фичьтр 9 высокой частоты на вход Вычитаемое второго вычитающего блока 11. Этот сигнал обуславливает синхронность изменения коэффициентов преобразования ла10 винных фотоприемников 4 и 5, что компенсирует погрешнос ги, обусловленные флуктуациями собственно светового потока.

Таким образом, создаются два контура

15 регулирования, первый из которых уменьшает погрешности, вызванные чеидектичнл- ст«ю свойств лавинных фотоприемников 4 v, Ь, а второй компенсирует погрешности, обус- лс ленные флуктуациями исходного светового потока, повышая тем самым точноеib чг ерений. Наличие раздельных контуров регулирования позволяет компенсировать температурный, временной и т.д. дрейф, статические различия индивидуальных характе- 25 ристик преобразования лавинных фотоприемников 4 и 5, дополнительно по- вышаяточность измерений.

Формула изобретения Способ измерения электрической

30 и/или магнитной составляющей импульсных электромагнитных полей по ает.св. № 1552140, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, формируют выходной сигнал, пропорциональный разности

35 первого и второго электрических сигналов, из которого выделяют низкочастотный сигнал вплоть до верхней граничной частоты, из сигнала, пропорционального сумме первого и второго электрических сигналов, выделяют

40 высокочастотный сигнал, формируют второй управляющий сигнал, пропорциональный разности низкочастотного и высокочастотного сигналов, пропорционально второму управляющему сигналу синхронно изменя45 ют коэффициент преобразования светового потока во второй электрический сигнал при совпадении знаков приращений второго управляющего сигнала и коэффициента преобразования светового потока во второй

50 электрический сигнал, при этом частоты низкочастотного )H4 и высокочастотного сигналов Гфвч определяют из соотношения

fH..myM,

где Тн.ип - нижняя граничная частота спект- 55 ра измеряемых составляющих импульсных полей;

fa.шум верхняя граничная частота спектра шумовых составляющих.

Изобретение относится к импульсной технике, предназначено для измерения импульсных электрических или/и магнитных полей и может найти применение в научных исследованиях при эксплуатации электрофизических и энергетических установок. Цель изобретения - повышение точности измерения электрической или/и магнитной составляющей импульсных электромагнижых полей путем расширения динамического диапазона и снижения искажений, вносимых в результаты измерений - достигается тем, что по способу формируют выходной сигнал,