Устройство для измерения переменного магнитного поля

(19) (11): 3(51) С 01 й 33/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСАН ЗОБРЕТЕНИ ЬСТ(54) (57) УСТ ПЕРЕМЕННОГО св. М 100492 с я тем, что функциональны шения помехо ство дополни вательно сое ОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТНОГОо т л ис целью р х возможно стойчивост ельно введ иненные кв ИЗМЕРЕНИЯ ОЛЯ но авт а ю ш е е сширения тей и новы в устрой ны последо адратурный но ть со ре ВТОРСКОМУ СВИД фазовращатель и второй синхронный Фильтр, третий синхронный фильтр и переключатель, а также последовательно соединенные датчик электрического поля и второй усилитель и второй датчик переменного магнитного поля и третий усилитель, при этом второй вход второго и первый вход третьего синхронных фильтров через переключатель связаны с выходами второго и третьего усилителей, вход квадратурного фазоврашателя соединен с выходом первого синхронного фильтра и вторым входом третьего синхррнго фильтра, а выходы второго и треего синхронных фильтров подключеныответственно к второму и третьемугистраторам.Изобретение относится к области магнитных измерений.По основному авт. св. Р 1004925 известно устройство для измерения магнитного поля, содержащее последовательно соединенные датчик магнитного поля полосовой фильтр, усилитель и синхронный Фильтр, а также преобразователь скорости смещения, через избирательный усилитель подключенный к второму входу синхронного фильО тра, при этом преобразователь скорости смещения жестко прикреплен к датчику магнитного поля 1Эффект подавления помехи, вызванной в измерительной цепи вибрацией 15 датчика магнитного поля в постоянном магнитном поле земли, достигается эа счет некогерентности измеряемого сигнала и помехи, что и позволяет выделить их раздельно соответ О ственно на дифференцирующем и интегрирующем выходах синхронного фильтра.При необходимости синхронно измерить больше одной составляющей магнитного поля или измерять синхронно с магнитной составляющей когерентную составляющую электрического поля, которые вместе характеризуют электромагнитное поле в точке измерений, .узкополосный случайный сигнал с укрепленного на датчике магнитного поля вибропреобразователя не может быть использован для фильтрации сигнала с дополнительных датчиков, поскольку вобщем случае вибрационные 35 процессы, воздействующие на каждый из них, несинфаэны и некогерентны, Это требует установки отдельного Вибропреобразователя с избирательным усилителем на каждом из датчиков составляющих поля. Такая установка усложняет измерительную аппаратуру и снижает ее надежность.В том случае, когда вибропреобразователи устанавливаются на датчики электрического поля, геометрические 45 размеры которых существенно больше размеров вибропреобразователя, синхронная .Фильтрация с управлением фильтра вибропомехой вообще может быть неэффективной, поскольку про О цесс с вибропреобразователя будет характеризовать вибрацию ограниченного объема датчика электрического поля, а помеха в измерительной цепи будет формироваться эа счет вибрации 55 всего его объема.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повы-, шение помехоустойчивости.Цель достигается тем, что в уст ройство для измерения переменного магнитного поля дополнительно введены последовательно соединенные квадратурный Фазовращатель и второй синхронный фильтр, третий синхронный фильтр и переключатель, а также посл едов ат ель но соединенные датчик электрического поля и второй усилитель и второй датчик переменного магнитного поля и третий усилитель,при этом второй вход второго и первый вход 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 устройства.Устройство для измерения переменного магнитного поля содержит последовательно соединенные первый датчик 1 магнитного поля полосовой фильтр 2, усилитель 3 и первый синхронный фильтр 4, а также преобразователь 5 скорости смещения, через избирательный усилитель 6 подключенный к второму входу синхронного фильтра 4, выход которого соединен с входом регистратора 7, при этом преобразователь 5 скорости смещения жестко прикреплен к датчику 1, а также последовательно соединенные квадратурный Фаэовращатель 8 и второй синхронный Фильтр 9, третий синхронный фильтр 10, а также последовательно соединенные датчики 11 электрического поля и второй усилитель 12 и датчик 13 временного магнитного поля и 1третий усилитель 14,при этом второй вход второго 9 и первый вход третьего 10 синхронных фильтров через двух- позиционный переключатель 15 связаны с выходом второго и третьего усилителей 12 и 14, вход квадратурного фаэовращателя 8 соединен с выходом первого синхронного фильтра 4 и вторым входом третьего синхронного фильтра 10, а выходы второго и третьего синхронных Фильтров 9 и 10 подключены соответственно к второму и третьему регистраторам 1 б и 17.Устройство работает следующим образомБлоки 1-4 обеспечивают на дифференцирующем выходе первого синхронного Фильтра 4 выделение узкополосного процесса с центральной частотой настройки полосового фильтра 2 и избирательного усилителя 6. Этот.процесс линейно связан по фазе и интенсивности с пространственной составляющей измеряемого переменного магнитного поля, действующей на датчик 1, и с точностью до погрешности измерений поля не содержит помехи, обусловленной вибрацией датчика 1.в постоянном магнитном поле Земли,Е = Й (1) соз шо 1,10 2 ВфО И) сов (ы + где Н Щг 2 ш)игера) -4 гав где Е. (Ф) эа счет управления работой синхронного фильтра 4 сигналом с вибропреобразователя 5, усиленным избирательным усилителем б. Так как коэффициентпреобразования поля в электрическийсигнал на входе регистратора 7 вещественен и равен единице, его можнообозначить через где Н г 1) - мгновенное значениеогибающей пространственной составляющеймагнитного поля; действунюцей на датчик 1; 15що - центральная частотаполосы пропусканияполосового фильтра 2и избирательного усилителя 3; 20текущее время.Следовательно, в силу когерентиости всех составляющих электромагнитного поля снал Н(1) соз шо 1 является источником информации 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 и с центо ральной частотой Ьо) . Тогда при втором положении переключателя 15 коэффициент линейного преобразователя измеряемой составляющей в электрический сигнал может быть записан в виде Е =Й И) сов иоФ+Ю) О И)сов(соо 1+Ч 8)+ мгновенное значениеогибающей пространст-венной составляющеймагнитного поля, действующей на датчик 13магнитного поля;фазовый сдвиг составляющей поля Нг относительно составляю-щей Нмгновенное значениеогибающей помехи, вызванной вибрацией дат 55 чика 13 рслучайная фаза помехиОгц относительно фазй измеряемого магнитного поля; 60мгновенное значениеогибающей собственного шума приемно-измерительного канала составляющей Нг,случайная фаза собстгшвенного шума приемноизмерительного канала составляЮщей Нготносительно измеряемого магнитного поля.При подключении сигнала Е к управляющему входу синхронного фильтра 10, на основной вход которого подан сигнал Ег , в силу известного свойства фильтра 10 на его интегрирующем выходе выделится синфазная с Е составляющая сигнала,Ег , а несинфаэныЕ и некогерентные составляющие будут: подавлены. Таким образом, регистратором 17 будет регистрироваться вещественная относительно Н составляющая Нг с точностью, повйшенной за счет подавления вибрационной помехи Ого И) и собственного шума приемно- измерительного канала Ог,Я. Следует отметить, что точно также могут быть подавлены и помехи любого другого происхождения, которые некогерентны измеряемому магнитному полю.При подключении сигнала Е к управляющему входу синхронного фильтра 9 через квадратурный фаэовращатель 8, осуществляющий изменение фазы Е на 90 , на интегрирующем выходе этого фильтра выделится составляющая сигнала Ег , сдвинутая относительно Е., на 90 о, т.е. Э,Н а подавленными вновь окажутся сигналы О о (И и О ,(С) , а также любые другие помехи, некогерентные измеряемому магнитному полю.Таким образом, при наличии двух дополнительных синхронных Фильтров 9 и 10 ча регистраторах 16 и 17 регистрируются и измеряются вещественная и мнимая составляющие компоненты Н относительно компоненты Н , по которым легко могут быть вычисленыгамплитуда и фаза Нг.При необходимости синхронно с измерением магнитного поля Н измерять в полосе Ью с центральной частотой со электрическую составляющуюополя используются усилитель 12 и датчик 11 электрического поля при первом положении переключателя 15. При прочих равных условиях процесс на основных входах синхронных Фильтров 9 и 10 может быть записан ввиде Е:Е (С)соз(со Ф+Ч)+ 08 С)соз(ыоф+4 )+ +О ) соз (од 1+ )+О фсоэ(оо 4 шк ),мгновенное значениеогибающей измеряемойсоставляющей электрического поля;Фазовый сдвиг составляющей электрическогополя Е относительно1081575 10 Составитель М.КлыковаРедактор С.Патрушева Техред Ж.КастелевичКорректор С.Шекмар Закае 1544/41 Тираж 711 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5Филиал ППП "Патент", г.Ужгород. Ул.Проектная,4 составляющей магнитного поля П у0 Ж - мгновенное значениееэогибающей индуктивнойпомехи, вызванной вибрацией датчика 10;случайная фаза помехиОе , относительно фазыизмеряемого электромагнитного поля, в т.ч.его составляющих Н 1и 1 эО Ю - мгновенное значениешэогибающей помехи, вызванной турбулентностью вмещающей среды 15возле электродов датчика;случайная фаза помехишэО , относительно фазыизмеряемого электромаг нитного поля;О (Ф - мгновенное значениеШогибающей собственногошума приемно-измерительного канала состав л яющеиМш - случайная Фаза собственногс шума приемноизмерительного каналасоставляющейотно 1сительно измеряемогомагнитного попя.При подключении сигнала Е Э к основным входам синхронных фильтров 9 и 10, а сйгнала Е 1 - к управляющему входу синхронного фильтра 10 и к квадратурному фаэовращателю 8, который,в свою очередь, подключен к управля щему входу синхронного фильтра 9, по аналогии с первым вариантбм с точностью до погрешности Фильтрации на регистраторах 1 б и 17 будут зарегистрированы вещественная и минимальная относительно Н составляющие, что полностью характеризует аплитуду и фазу КИспользование предложенного устройства позволяет расширить функциональные,воэможности устройства эа 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. Укаэанное расширение возможностей позволяет получить информацию не только об амплитуде этих составляющих, но и в параметрах поляризации поля об импедансе окружающей среды, открывает пути простой технической реализации всенаправленных приемных ант нн для радиосвязи на подвижных объектах.Кроме того, независимость эффективности подавления помехи в каналах измерения дополнительных составляющих поля от характера ее источника повышает помехоустойчивость в этих каналах в сравнении с помехоустойчивостью канала в известном устройстве. Таким образом, сигнал Еможет быть использован для управления сколь угодно большим числом синхронных фильтров для фильтрации процессов, характеризующих составляющие измеряемого электромагнитного поля на частоте о в полосе лсо .