Способ измерения напряженности импульсного, электрического и магнитного полей

(9)ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯА ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 31.0/24-21 8,881290. Бюл овский ав палов выделя составляющие й сигнал, пр сигналов пол з электрических сиг вые частотнь полоформипорп)ных уют управляющинальный сумме технолоационныим. КгЭ. ных составляющихектирующих сигрых пропорционаго сигнала и выолосовых часто пруют два кор каждый из кот ковс ала, ен с ч умме управляющ ных соответств низкочасе СССР 1987 тотных корректии сумминапряжеусилива ченные сигналы ПРЯ)ЕННОСТИ КОГО МАГНИТНОГОе ющим и и проп образо вующий ет овыхектрич корр ектуменьшециента ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Москигический институт икого(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАИМПУЛЬСНОГО ЗЛЕКТРИЧЕСПОЛЯ(57) Изобретение относится к импульсной технике. Цель - повышение точности измерения электрической или/имагнитной составляющей импульсныхэлектромагнитных полей путем расширения динамического диапазона и снижения нелинейных искажений, вносимыхв результаты измерений. Способ измерения реализуется следующим образом. Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для измерений импульсных .электрическихили/и магнитных полей, и может найтиприменение в научных исследованиях,при эксплуатации электрофизическихи э нерг етич ес ких установок,Цель изобретения - повышениеточности измерения электрическойили/и магнитной составляющей импульсных электромагнитных полейпутем расширения динамического диапектральных составляющих,рующие сигналы инвертируютуют с постоянным эталонным т, складывают с соответству тоянным опорным напряжением ционально полученному таким сигналу изменяют соответстоэффициент преобразованияпотоков в информационные еские сигналы. Увеличение рующего сигнала вызывает ние соответствующего коэффиреобразования и наоборот. снижения нелинейных искавносимых в результаты изме пазона ижений,ре. ний.Сущность способа состоит в том,что поляризованный световой потокпропускают через чувствительный элечмент, полученный после этого световоипоток преобразуют в два парафазномодулированных полезным сигналом световых потока, оба потока преобразуют ввыходные информационные электрическиесигналы, из которых выделяют соот 1613981ЖИц ИясИ ви - Ь ЦР нос10где Г- нижняя граничная частотаспектра измеряемых составляющих импульсных полей;Г - верхняя граничная частотаспектра шумовых составляющих,, Формируют управляющий сигнал, пропор циональный сумме сигналов, полученныхполосовых частотных составляющих,и Формируют два корректирующих сиг нала, каждый из которых пропорционален сумме управляющего сигнала и выделенных соответствующих низкочастотных спектральных составляющих, корректирующие сигналы инвертируют исуммируют с постоянным эталонным напряжением, полученные сигналы усиливают, екладывают с соответствующимпостоянным опорным напряжением иполученным, таким образом, сигналомизменяют соответствующий коэффициентпреобразования световых потоков в информационные электрические сигналы,причем увеличение корректирующегосигнала вызывает уменьшение .соответствующего коэффициента преобразования и наоборот,На чертеже приведена структурнаясхема устройства, реализующего данный способ измерений.40Устройство, реализующее способ,содержит источник плоскополяризованно-,го света 1,свет от которого попадает вчувствительный оптический активныйэлемент 2 и анализируется эатемдвулучепреломпяющим анализатором 3, лучи света от которого попадают в лавинные фотоприемники 4 и 5, выходыкоторых соединены с выходными выводами устройства и подключены через.полосовые фильтры 6 и 7 ко входупервого суммирующего блока 8, а черезфильтры нижних частот 9 и 10 - к первым входам соответственно второгои третьего суммирующих блоков 11 и12, вторые входы которых подключенык выходу первого суммирующего блока8, выходы упомянутых суммирующих блоков 11 и 12 подключены ко входам вы 50 ветствующие низкочастотные спектральные составляющие, вплоть до частоты К, , из упомянутых информационных электрических сигналов выделяют поло 5совые частотные составляющие, нижняяцс и верхняя 1 щ, частоты которых ,определяются соотношением читаемого вычитавах блоков 13 и 14,ко входам уменьшаемого которых подключен источник постоянного эталонного напряжения П . Величина этогонапряжения равна напряжению синфазной составляющей на выходах лавинныхФотоприемников 4 и 5. Выходные напряжения вычитающих блоков 13 и 14 усиливаются соответственно операционнымиусилителями 15 и 16, выходы которыхподключены к первым входам четвертогои пятого суммирующих блоков 17 и 18,ко вторым входам которых подключенысоответствующие источники постоянногоопорного напряжения Юи Ц,р0 1Величины опорных напряжений подбираются индивидуально для каждого конкретного экземпляра лавинного фотоприемника с тем, чтобы обеспечитьодинаковый коэффициент преобразованияразличных фотоприемников. Выходы четвертого и пятого суммирующих блоков17 и 18 присоединены ко входам управления коэффициентом преобразования (питания) лавинных фотоприемниковков 4 и 5,Устройство работает следующим образом,Если двулучепреломпяющий анализатор 3 повернут таким образом, чтов отсутствии измеряемого поля плоскость поляризации падающего светарасположена симметрично относительноплоскостей ортогонально поляризованных компонент прошедшего через негосвета и на оптический активный элемент 2 воздействует импульс электрического (магнитного) поля, .то интенсивности ортогонально поляризованныхкомпонент света, прошедшего черезанализатор 3, содержат.две составляющие. Первая составляющая не зависит от напряженности измеряемогополя и пропорциональна полной оптической мощности, прошедшей черезустройство. Вторая составляющаяпропорциональна произведению полнойоптической мощности на синус угла результирующего поворота плоскостиполяризации, пропорционального напряженности измеряемого поля Еслиугол поворота не превышает Я/10,вторую составляющую можно считатьпропорциональной произведению полной оптической мощности, прошедшейчерез устройство на напряженностьизмеряемого поля, Таким образом,низкочастотные Флуктуации полной5 1613981оптичеСкой мощности являются источником мультипликативной и аддиативной помехи одновременно, спектр которой сосредоточен в полосе частото Гц - 100 кГи,Сигналы на вьмодах фотоприемников4 и 5 также имеют две составляющие.Первая - синфазная, пропорциональнаполной оптической мощности, а вторая - парафазная, пропорциональна произведению полной оптической мощностина напряженность измеряемого поля,Для вьщеления синфазной составляющейслужит первый суммируюпдй блок 8.При измерении параметров импульсныхэлектромагнитных полей, когда спектры технологических шумов источникасвета и измеряемого поля частичноперекрываются, для повьппения точ-20ности вьделения шумовых составляющих в суммирующем блоке 8 необходимоограничить полосу входных сигналов,Это достигается путем примененияполосовьм фильтров 6 и 7, полоса 25пропускания которых должна быть несколько шире, чем интервал частотот 1 ндо 2. Сигнал на выходахфильтров низкой частоты 9 и 10 сверхней граничной частотой, равной 30нижней граничной частоте полосовыхфильтров 6 и 7, содержит только теспектральные составляющие технологических шумов и.механических вибраций, которые не перекрываются соспектром измеряемых полей, Суммируясь с вьмодным сигналом первого суммирующего блока. 8 и поступая на инвертирующие входы вычитающих блоков13 и 14, эти сигналы вычитаются из 40эталонного напряжения 0 , что приводит к уменьшению сигнала ошибкина выходах операционных усилителей" 15 и 16, Сумма опорных напряженийПоп 1 ь ПОП и соответствующих сигналов 45ошибки является напряжением питаниялавинных фотоприемников 4 и. 5. 35 Для лавинных фотоприемников характерна сильная индивидуальная зависимость коэффициента преобразова 50 ния 8 от многих внешних дестабилизирующих факторов (температуры, пространственных смещений луча, оптического старения и т.д.),Зависит от напряжения питания П (3) где Я - коэффициент преобразованияобез лавинного умножения;Ц - напряжение лавинного прообоя;и - технологический коэффициент,п = 13,Следовательно, при уменьшении.напряжения питания коэффициент преобразования лавинных фотоприемников уменьшится вслед за ним уменьшатся выходные напряжения фотоприемникови увеличится сигнал ошибки, напряжение питания снова возрастает и выходные напряжения фотоприемниковвосстановятся,Формула изобр ет ения Способ измерения напряженности импульсного электрического и магнитного полей, заключающийся в том, что поляризованный световой поток преобра з уют в два парафа зно -модулир ованных полезным сигналом световых потока, оба потока преобразуют в выходные электрические сигналы, из которых вьделяют соответствующие низкочастотные спектральные составляющие, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности, из электрических сигналов выделяют полосовые частотные составляющие, формируют управляющий сигнал, пропорциональный сумме сигналов полученных полосовых частотных составляюпжх, и формируют два корректирующих сигнала, каждьп из которых пропорционален сумме управляющего сипг нала и вьделенных 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, причем увеличение корректирующего сигнала вызывает уменьшение соответствующего коэффициента преобразования, и наоборот, а нижняя 1 п и верхняя Йих частоты определяются соотношением7 1613981 Составитель Л, УстиноваТехред Л,олийнык Корректор С.Шевкун Редактор И. Сегляник Заказ 3891 Тираж 570 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раущская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 где Г - нижняя граничная частота:н. цпспектра измеряемых сосгавляющих импульсных полей; Г- верхняя гра ничная частотаспектра шумовых составляющих,