Способ измерения электрической иили магнитной составляющей импульсных электромагнитных полей

(51) 5 РЕТ К) ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Московский авиационный технологический институт им. К,Э,Циолковского (72) О.В.Трифонов, О.П.Глудкин и Ю.Ф.Опадчий(56) Авторское свидетельство СССР Ф 1492324, кл. 6 01 й 33/032, 14,07.87.Авторское свидетельство СССР М 1552140, кл, 6 01 й 33/032, .1 9,05.88. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И/ИЛИ МАГНИТНОЙ СОСТАВЛЯЮ, 50 1689893 ЩЕЙ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ(57) Изобретение относится к импульсной технике, предназначено для измерения импульсных электрических или/и магнитных полей и может найти применение в научных исследованиях при эксплуатации злектрофизических и энергетических установок. Цель изобретения - повышение точности измерения электрической или/и магнитной составляющей импульсных электромагнигных полей путем расширения динамического диапазона и снижения искажений, вносимых в результаты измерений - достигается тем, что по способу формируют выходной сигнал,1689893 пропорциональный разности первого и второго электрических сигналов, из котороговыделяют низкочастотный сигнал вплоть доверхней граничной частоты, из сигнала, пропорционального сумме первого и второго электрических сигналов, выделяют высокочастотный сигнал, формируют второй управляющий сигнал, пропорционально второму управляющему сигналу синхронно изменяют коэффициент преобразования светового потока во второй электрический сигнал, при Изобретение относится к импульснойтехнике, предназначено для измерений импульсньх электрических или/и магнитныхполей и может найти применение в научныхисследованиях при эксплуатации электрофизических и энергетических установок.Целью изобретения является, овышениеточности измерения электрической или/и магнитной ссставляющей импульсных электромагнитных полей путем расширения динамическогодиапазона и снижения искажений, вносимых в результаты измерений,На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ,Устройство, реализующее способ, содержит источник 1 плоскополяризованногосвета, через чувствительный оптический активный элемент 2 соединен ный с двулучепреломляющим анализатором 3, оптическиевыходы которого сопряжены славинными Фотоприемниками 4 и 5, выходы которых соединены ссоответствующими входами суммирующего 6 ипервого вычитающего 7 блоков, выход первоговычитающего блока 7 соединен с выходомустройства и входом фильтра 8 низкой частотьь Выход суммирующего блока 6 подключенк входу Фильтра 9 высокой частоты и первомувходу операционноо усилителя 10, второйвход которого соединен с источником эталонного напряжения Оэт, а выход подсоединенк входу напряжения питания первого лавинного фотоприемника 4. Входы второго вычитающего блока 11 подключены соответственнок вцходам фильтра 8 низкой частоты и Фильтра 9 высокой частоты, а его выход соединенс входом напряжения питания второго лавинного фотоприемника 5, При этом верхняя Цнч Фильтра 8 и нижняя 1 фнч фильтра 9границы определяются соотношением,тфкц=тфвч н.ил Ь.шум ргде Ь,ил - нижняя граничная частота спектра измеряемых составляющих импульсныхполей;. этом частоты низкочастотного и высокочастотного сигналов определяют из приведенного математического выражения, Устройство, реализующее данный способ, содержит источник 1 плоскополяризованного света, чувствительный оптический элемент 2, двулучепреломляющий анализатор 3. лавинные фотоприемники 4, 5, суммирующий блок 6, вычитающие блоки 7, 11, фильтр 8 низкой частоты, фильтр 9 высокой частоты и операционный усилитель 10, 1 ил,1 ь.шум - верхняя граница спектра шумовых составляющих,Способ осуществляется следующим образом.5 Если двулучспреломляющий анализатор3 повернут таким образом, что в отсутствииизмеряемого поля плоскость поляризациипадающего света расположена симметрич. но относительно плоскостей ортогонально10 поляризованных компонент прошедшегочерез него света и на оптический активныйэлемент 2 воздействует импульс электрического (магнитного) поля, то интенсивностиортогонально поляризованных компонент15 света, прошедшего через анализатор 3, содержат две составляющие. Первая составляющаяне зависит от напряженности измеряемогополя и пропорциональна полной оптическоймощности, прошедшей через устройство.20 Вторая составляющая пропорциональна произведению полной оптической мощности насинус угла результирующего поворота плоскости поляризации, пропорциональногонапряженности измеряемого поля. Если угол25 поворота не превышает л/10, вторую составляющую можно считать пропорциональной произведению полной оптическоймощности, прошедшей через устройство, нанапряженность измеряемого поля. Таким30 образом, низкочастотные флуктуации полной оптической мощности являются источником мультипликативнай и аддитивнойпомехи одновременно, спектр которой сосредоточен в полосе частот 0 Гц - 100 кГц,.35 Сигналы на выходах фотоприемников 4 и5 О 1 и О 2 соответственно также имеют двесоставляющие: первая - синфазная и пропорциональна полной оптической мощности, авторая - парафазная и пропооциональна40 произведению полной оптической мощности на напряженность измеряемого поля,Для выделения синфазной составляющейслужит суммирующий блок 6, выходной сигнал которого (01+Ог сравнивается на входе45 операционного усилителя 10 с эталоннцмнапряжением, Выходной сигнал операционного усилителя 10Оупр 1=КГОэ 1 К 1(О 1 О 21 Оэт,где К и К 1 - коэффициенты пропорциональности,используют для питания первого лавинного фотоприемника 4., что обеспечиваетподдержание оптимального режима его работы.Для лавинных фотоприемников характерна сильная индивидуальная зависимостькоэффициента преобразования Б от многихвнешних дестабилизирующих факторов (температуры, пространственных смешений луча,оптического старения и т,д,), Зависит он и отнапряжения питания ОпятЯ=5 о1 - ( Опит/Оо )и где Яо - коэффициент преобразования без лавинного умножения;Оо - напряжение лавинного пробоя; и - технологический коэффициент, о=13.Таким образом, изменение синфазной составляющей на выходе суммирующего блока б 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 олока 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, 55 ра измеряемых составляющих импульсныхполей;1 в.шум - верхняя граничная частота спектоа шумовых составляющих. 5 10 15 25 30 35 40 Выходной сигнал суммируюгцего блока б, пропорциональный флуктуациям сватово го потока источника 1 плоскополяризованного света, поступает непосредственно на первыл вход операционного усилителя 10 и через фильтр 9 высокой часто 1 ы на вход "Вычитаемое" второго вычитаюп,его блока 11. Этот сигнал обуславливает синхронность изменения коэффициентов преобразования лавинных фотоприемников 4 и 5, что компенсирует погрешности, обусловленные фл,ктуациями собственно светового потока.Таким образом, создаются два конура регулирования, первый из которых уменьшает гюгрешности, вь;званные 1 еидентичностью свойств лавинных фотоприемников ч и 5, а второй компенсирует погрешности, обуслс элен ные флуктуациями исходного светового потока, повышая тем самым точнось 1 зерений. Наличие раздельных контуров ре:улирования позволяет компенсировать температурный, временной и т.д, дрейф, статические различия индивидуальных характеристик преобразования лавинных фотоприемников 4 и 5, дополнительно повышая точность измерений,Формула изобретения Способ измерения злектривской и/или магнитной составляющей импульсных электромагнитных полей по авт.св, М 1552140, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, формируют выходной сигнал, пропорциональный разности псрвого и второго электрических сигналов, из которого выделяют низкочастотный сигнал вплоть до верхней граничной частоты, из сигнала, пропорционального сумме первого и второго электрических сигналов, выделяют высокочастотный сигнал, формируют второй управляющий сигнал, пропорциональный разности низкочастотного и высокочастотного сигналов, пропорционально второму упоавляющему сигналу синхронно изменяют коэффициент преобразования световогопотока во второй электрич.:.:кий сигнал при совпадении знаков приращений второго управляющего сигнала и коэффициента преобразования светового потока во второй электрический сигнал, при этом частоты низкочастотного 1 фнч и высокочастотного сигналов Гфвч определяют из соотношениятфнч тфвч тн.иптв.шум,где 1 н.нп - нижняя граничная частота спект