RU2495439C1 - Measuring method of magnetic and charge components of signal at measurements of magnetic component of internal electromagnetic pulse - Google Patents
Measuring method of magnetic and charge components of signal at measurements of magnetic component of internal electromagnetic pulse Download PDFInfo
- Publication number
- RU2495439C1 RU2495439C1 RU2012102860/28A RU2012102860A RU2495439C1 RU 2495439 C1 RU2495439 C1 RU 2495439C1 RU 2012102860/28 A RU2012102860/28 A RU 2012102860/28A RU 2012102860 A RU2012102860 A RU 2012102860A RU 2495439 C1 RU2495439 C1 RU 2495439C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- signal
- antenna
- signals
- beginning
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области методологии измерения параметров внутренних электромагнитных импульсов (ВЭМИ), формируемых в корпусах аппаратуры, при действии ионизирующих излучений (ИИ). Оно может быть использовано при исследованиях механизмов образования электромагнитных наводок в цепях радиоэлектронной аппаратуры. Результаты исследований необходимы для повышения радиационной и электромагнитной стойкости образцов вооружения и военной техники, оснащенных радиоэлектронным оборудованием, космических аппаратов и другой техники подверженной действию ИИ.The invention relates to the field of methodology for measuring the parameters of internal electromagnetic pulses (VEMI), formed in the equipment, under the action of ionizing radiation (AI). It can be used in studies of the mechanisms of formation of electromagnetic interference in the circuits of electronic equipment. The research results are necessary to increase the radiation and electromagnetic resistance of weapons and military equipment equipped with electronic equipment, spacecraft and other equipment subject to AI.
Потребность в разработке данного способа обусловлена значительной неопределенностью в физической природе формирования электрических наводок, формируемых в цепях аппаратуры, при действии на ее корпус ионизирующих излучений. Наводки могут быть обусловлены как внутренними электромагнитными полями, так и осаждением (выбиванием) электронов на элементах аппаратуры объекта воздействия. В зависимости от спектра воздействующего излучения, материалов и компоновки внутреннего заполнения объектов, соотношения между амплитудными значениями напряжений, формируемых по вышеуказанным механизмам, могут значительно изменяться. Следует отметить, что способы защиты от наводок в значительной степени определяются природой формирования последних. Поэтому при исследованиях внутренних электромагнитных эффектов недопустимо аппаратными способами исключать вклад любой составляющей в формируемый в первичных преобразователях сигнал.The need to develop this method is due to significant uncertainty in the physical nature of the formation of electrical pickups formed in the equipment circuits when ionizing radiation acts on its body. Crosstalk can be caused by both internal electromagnetic fields and the deposition (knocking out) of electrons on the elements of the equipment of the object of influence. Depending on the spectrum of the acting radiation, materials and the layout of the internal filling of the objects, the relationship between the amplitude values of the voltages generated by the above mechanisms can vary significantly. It should be noted that methods of protection against interference are largely determined by the nature of the formation of the latter. Therefore, when studying internal electromagnetic effects, it is unacceptable by hardware methods to exclude the contribution of any component to the signal generated in the primary converters.
Как правило, при проведении экспериментальных исследований электромагнитных эффектов, формируемых в корпусах аппаратуры, используются разностные схемы измерений с применением экранирования датчиков электромагнитных полей, либо, для исключения паразитных наводок в регистрируемых сигналах, используют индукционные датчики с противоположной ориентацией обмоток, включенные по дифференциальной схеме и измеряют наводки, обусловленные только полями ВЭМИ [1, 2]. Однако применение дополнительных экранов приводит к искажению пространственного распределения электромагнитных и электронных полей в исследуемом объеме. Использование дифференциальных схем исключает сигналы, формируемые за счет натекания (выбивания) электронов на датчики и окружающие датчики элементы измерительной схемы.As a rule, when conducting experimental studies of electromagnetic effects generated in the equipment enclosures, differential measurement schemes are used using shielding of electromagnetic field sensors, or, to eliminate spurious interference in the recorded signals, induction sensors with the opposite orientation of the windings are used, which are switched on according to the differential circuit and measure crosstalk caused only by VEMI fields [1, 2]. However, the use of additional screens leads to a distortion of the spatial distribution of electromagnetic and electronic fields in the volume under study. The use of differential circuits eliminates the signals generated due to the leakage (knocking out) of electrons on the sensors and the sensors surrounding the elements of the measuring circuit.
Известно техническое решение по измерению электрической компоненты ВЭМИ, основанное на использовании двух штыревых антенн, одна из которых экранирована от электрического поля, а сигнал с другой определяется суммарным воздействием всех формируемых в исследуемом объеме полевых и зарядовых факторов. Сигнал, обусловленный действием только электрического поля, определяется путем вычитания сигналов с антенн [3].A technical solution is known for measuring the electrical component of VEMI, based on the use of two whip antennas, one of which is shielded from the electric field, and the signal from the other is determined by the total effect of all field and charge factors formed in the volume under study. The signal due to the action of only the electric field is determined by subtracting the signals from the antennas [3].
Наиболее близким по техническому решению задачи (прототипом предлагаемого способа) является способ измерения магнитной составляющей электромагнитного поля индукционными датчиками [4].Closest to the technical solution of the problem (the prototype of the proposed method) is a method of measuring the magnetic component of the electromagnetic field by induction sensors [4].
Сущность способа-прототипа заключается в том, что в качестве первичного преобразователя используются две встречновключенные одновитковые рамочные антенны, расположенные на фиксированном расстоянии по оси симметрии параллельно друг другу. Антенны соединены с осциллографом посредством системы кабельных линий таким образом, что центральный проводник одного кабеля соединен с экраном другого кабеля и наоборот. Эти два отрезка кабеля подключены к третьему такому же кабелю, по которому сигнал передается на осциллограф. При подобной схеме подключения автоматически производится суммирование противофазных - формируемых магнитным полем и вычитание синфазных - обусловленных прочими физическими механизмами составляющих.The essence of the prototype method lies in the fact that as a primary transducer, two on-turn single-turn loop antennas are used, located at a fixed distance along the axis of symmetry parallel to each other. The antennas are connected to the oscilloscope through a system of cable lines so that the center conductor of one cable is connected to the shield of another cable and vice versa. These two cable sections are connected to the third cable of the same type, through which the signal is transmitted to the oscilloscope. With such a connection scheme, the antiphase - formed by the magnetic field and the in-phase subtraction of the components caused by other physical mechanisms are automatically added.
Данный способ имеет существенный недостаток, заключающийся в аппаратном исключении из регистрируемого сигнала составляющей, обусловленной натеканием (выбиванием) электронов.This method has a significant drawback, which consists in the hardware exclusion from the recorded signal of the component due to leakage (knocking out) of electrons.
Техническим результатом, на которое направлено предполагаемое изобретение, является повышение достоверности экспериментальных исследований за счет получения количественных данных о физических эффектах, обуславливающих формирование регистрируемого сигнала и минимизация количества экспериментов.The technical result to which the alleged invention is directed is to increase the reliability of experimental studies by obtaining quantitative data on physical effects that determine the formation of the recorded signal and minimize the number of experiments.
Технический результат достигается выделением соответствующих составляющих сигнала, формируемого в одновитковой рамочной антенне, которая не имеет прямой гальванической связи с корпусом облучаемого объекта, начало и конец антенны замыкают через согласующие нагрузки осциллографа, регистрацию сигналов с выводов антенны производят по независимым каналам, а выделение магнитной и зарядовой составляющих сигнала производят путем вычитания либо сложения (соответственно) сигналов с начала и конца рамочной антенны.The technical result is achieved by isolating the corresponding components of the signal generated in a single-turn loop antenna that does not have direct galvanic connection with the body of the irradiated object, the beginning and end of the antenna are closed through matching loads of the oscilloscope, the signals from the antenna terminals are recorded via independent channels, and the magnetic and charge The components of the signal are produced by subtracting or adding (respectively) the signals from the beginning and end of the loop antenna.
Таким образом, конструктивными отличиями предлагаемого способа являются:Thus, the structural differences of the proposed method are:
- использование одной одновитковой рамочной антенны;- use of one single-turn loop antenna;
- отсутствие прямой гальванической связи антенны с корпусом;- lack of direct galvanic connection of the antenna with the housing;
- отсутствие разностной схемы регистрации сигнала.- the lack of a differential circuit for registering a signal.
Существенным отличием является возможность исследования амплитудно-временных характеристик магнитной составляющей ВЭМИ и наводок, обусловленных дисбалансом заряда.A significant difference is the possibility of studying the amplitude-time characteristics of the magnetic component of VEMI and pickups due to charge imbalance.
Принципиальная электрическая схема, иллюстрирующая сущность способа приведена на Фиг-1, гдеSchematic diagram illustrating the essence of the method shown in Fig-1, where
iз - зарядовая составляющая тока в рамке;i s is the charge component of the current in the frame;
iм - магнитная составляющая тока в рамке;i m is the magnetic component of the current in the frame;
U1, U2 - сигналы, зарегистрированные в каналах осциллографа;U 1 , U 2 - signals recorded in the channels of the oscilloscope;
R1, R2 - согласующие нагрузки осциллографа (R1=R2=50 Ом).R 1 , R 2 - matching the load of the oscilloscope (R 1 = R 2 = 50 Ohms).
При генерации полей ВЭМИ любой датчик поля, помещенный внутри исследуемого объема, подвергается одновременному воздействию как минимум трех факторов:When generating VEMI fields, any field sensor placed inside the volume under investigation is exposed to at least three factors simultaneously:
- электромагнитного поля;- electromagnetic field;
- стороннего тока электронов, выбиваемых с внутренних поверхностей образца;- an external current of electrons knocked out from the internal surfaces of the sample;
- ионизирующего излучения.- ionizing radiation.
В рамочной антенне электромагнитное поле генерирует ЭДС, пропорциональную производной напряженности магнитного поля по времени. Вследствие этого в рамке формируется ток, обозначенный на схеме как iм (магнитная составляющая тока в рамке).In a loop antenna, an electromagnetic field generates an EMF proportional to the time derivative of the magnetic field strength. As a result of this, a current is formed in the frame, indicated on the circuit as i m (magnetic component of the current in the frame).
Электроны, выбиваемые с внутренних поверхностей объекта, попадая на проводящий материал рамки, создают в ней некомпенсированный избыточный отрицательный заряд, который стекает с рамки через согласующие нагрузки системы регистрации.Electrons knocked out from the internal surfaces of the object, falling on the conductive material of the frame, create an uncompensated excess negative charge in it, which flows from the frame through matching loads of the registration system.
Ионизирующее излучение не изменяет электрические свойства металла рамки (в отличие от полупроводников и диэлектриков), но выбивает с поверхности рамки в окружающее пространство электроны, создавая в антенне некомпенсированный избыточный положительный заряд, который также стекает через согласующие нагрузки системы регистрации.Ionizing radiation does not change the electrical properties of the metal of the frame (unlike semiconductors and dielectrics), but knocks electrons from the surface of the frame into the surrounding space, creating an uncompensated excess positive charge in the antenna, which also flows through the matching loads of the registration system.
Таким образом, имеется два конкурирующих процесса создания в рамке некомпенсированных зарядов разных знаков. В зависимости от значений коэффициентов выхода электронов из материалов рамки и корпуса объекта, зависящих от энергии первичных квантов, на антенне может образоваться заряд любого знака, от которого невозможно избавиться экранированием, т.к. внутренняя поверхность экрана сама является источником стороннего тока. Результирующие токи, возникающие в нагрузках рамки вследствие этих процессов, обозначены на схеме как iз1 и iз2. Их сумму iз можно назвать зарядовой составляющей тока в рамке. В случае симметричных нагрузок и симметричной рамки можно считать, что iз1≈iз2. Зарегистрированные сигналы в первом и втором каналах регистрации осциллографа можно представить в виде U1=(iз1-iм)/R1 и U2=(iз2-iм)/R2. Суммирование зарегистрированных сигналов позволит определить величину тока от некомпенсированного заряда, а вычитание - от производной напряженности магнитного поля по времени.Thus, there are two competing processes of creating uncompensated charges of different signs in the frame. Depending on the values of the electron exit coefficients from the materials of the object’s frame and body, depending on the energy of the primary quanta, a charge of any sign can be formed on the antenna that cannot be shielded, because the inner surface of the screen itself is a source of external current. The resulting currents arising in the frame loads due to these processes are indicated on the diagram as i z1 and i z2 . Their sum i z can be called the charge component of the current in the frame. In the case of symmetric loads and symmetrical frames can assume that i ≈i P1 P2. The registered signals in the first and second channels of registration of the oscilloscope can be represented in the form U 1 = (i z1 -i m ) / R 1 and U 2 = (i z2 -i m ) / R 2 . Summing the registered signals will allow us to determine the magnitude of the current from an uncompensated charge, and subtracting it from the time derivative of the magnetic field strength.
Работоспособность и информативность предлагаемого способа подтверждена при проведении экспериментальных работ с использованием ионизирующих излучений различного спектрального состава. Результаты экспериментов хорошо согласуются с данными расчетно-теоретических исследований.The efficiency and information content of the proposed method is confirmed during experimental work using ionizing radiation of various spectral composition. The experimental results are in good agreement with the data of theoretical calculations.
Положительный эффект предлагаемого изобретения заключается в повышении достоверности экспериментальных исследований ВЭМИ за счет получения количественных данных о физических эффектах, обуславливающих формирование регистрируемого сигнала и минимизации количества экспериментов.The positive effect of the invention is to increase the reliability of experimental studies of VEMI by obtaining quantitative data on the physical effects that determine the formation of the recorded signal and minimize the number of experiments.
Источники информацииInformation sources
1. В.В. Панин, Б.М. Степанов. Практическая магнитометрия. М. «Машиностроение», 1978, стр.54.1. V.V. Panin, B.M. Stepanov. Practical magnetometry. M. "Mechanical Engineering", 1978, p. 54.
2. «Измерительная техника», М. №5, 1977, стр.75.2. “Measuring equipment”, M. No. 5, 1977, p. 75.
3. А.П. Степовик, В.В. Отставнов, и др. Об измерениях электрической компоненты ВЭМИ с помощью штыревых антенн. Научно-технический сборник «Радиационная стойкость электронных систем-Стойкость-2010». - М.: НИЯУ МИФИ, 2010, стр.143-144.3. A.P. Stepovik, V.V. Ostavnov, et al. On measurements of the electrical component of VEMI using pin antennas. Scientific and technical collection "Radiation resistance of electronic systems-Resistance-2010". - M.: NRNU MEPhI, 2010, pp. 143-144.
4. «Зонд для измерения магнитных полей с субнаносекундным разрешением». «Rev. Sci. Jnstrum», 1975, 46, №7, стр.886-880. Русский перевод - «Приборы для научных исследований», М., №7, 1975, стр.88-91.4. "Probe for measuring magnetic fields with subnanosecond resolution." "Rev. Sci. Jnstrum ", 1975, 46, No. 7, pp. 886-880. Russian translation - “Instruments for scientific research”, M., No. 7, 1975, pp. 88-91.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012102860/28A RU2495439C1 (en) | 2012-01-27 | 2012-01-27 | Measuring method of magnetic and charge components of signal at measurements of magnetic component of internal electromagnetic pulse |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012102860/28A RU2495439C1 (en) | 2012-01-27 | 2012-01-27 | Measuring method of magnetic and charge components of signal at measurements of magnetic component of internal electromagnetic pulse |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012102860A RU2012102860A (en) | 2013-08-10 |
RU2495439C1 true RU2495439C1 (en) | 2013-10-10 |
Family
ID=49159073
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012102860/28A RU2495439C1 (en) | 2012-01-27 | 2012-01-27 | Measuring method of magnetic and charge components of signal at measurements of magnetic component of internal electromagnetic pulse |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2495439C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU792178A1 (en) * | 1979-01-16 | 1980-12-30 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.В.И.Ленина | Apparatus for receiving vertical magnetic component of electromagnetic field |
SU902123A1 (en) * | 1980-02-07 | 1982-01-30 | Сибирский Физико-Технический Институт Им.В.Д.Кузнецова При Томском Ордена Трудового Красного Знамени Государственном Университете Им.Куйбышева В.В. | Loop aerial |
RU2054690C1 (en) * | 1993-02-04 | 1996-02-20 | Александр Николаевич Гонтаренко | One-point method of determination of position of electromagnetic radiation source |
RU2118836C1 (en) * | 1996-09-30 | 1998-09-10 | Войсковая часть 31650 | Method of single-point distance measurement to electromagnetic radiation sources |
-
2012
- 2012-01-27 RU RU2012102860/28A patent/RU2495439C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU792178A1 (en) * | 1979-01-16 | 1980-12-30 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.В.И.Ленина | Apparatus for receiving vertical magnetic component of electromagnetic field |
SU902123A1 (en) * | 1980-02-07 | 1982-01-30 | Сибирский Физико-Технический Институт Им.В.Д.Кузнецова При Томском Ордена Трудового Красного Знамени Государственном Университете Им.Куйбышева В.В. | Loop aerial |
RU2054690C1 (en) * | 1993-02-04 | 1996-02-20 | Александр Николаевич Гонтаренко | One-point method of determination of position of electromagnetic radiation source |
RU2118836C1 (en) * | 1996-09-30 | 1998-09-10 | Войсковая часть 31650 | Method of single-point distance measurement to electromagnetic radiation sources |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012102860A (en) | 2013-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2009144461A2 (en) | Magnetic induction tomography | |
Carminati et al. | SPECT/MRI INSERT compatibility: Assessment, solutions, and design guidelines | |
Domula et al. | Pulse shape discrimination performance of inverted coaxial Ge detectors | |
Düppenbecker et al. | Development of an MRI-compatible digital SiPM detector stack for simultaneous PET/MRI | |
RU170772U1 (en) | Device for evaluating the effectiveness of shielding electromagnetic radiation | |
Gu et al. | PCB Rogowski coils for 300 kA current measurement on a multi-split conductor | |
CN202770922U (en) | Reliably shielded voltage-division type high-voltage measurement device | |
Gross‐Weege et al. | Characterization methods for comprehensive evaluations of shielding materials used in an MRI | |
US20150168564A1 (en) | Scintillating Fiber Dosimeter for Magnetic Resonance Imaging Enviroment | |
Akram et al. | Microstrip transmission line RF coil for a PET/MRI insert | |
RU2495439C1 (en) | Measuring method of magnetic and charge components of signal at measurements of magnetic component of internal electromagnetic pulse | |
Setiniyaz et al. | Beam characterization at the KAERI UED beamline | |
Dong et al. | Investigation of Faraday cage materials with low eddy current and high RF shielding effectiveness for PET/MRI applications | |
WO2004019763A2 (en) | Apparatus and method for magnetic resonance measurement and mapping of electrical impedance, complex permittivity and complex conductivity as applied to detection and evaluation of sample pathology | |
Calcaterra et al. | Measuring propagation speed of Coulomb fields | |
Belohrad | Beam charge measurements | |
Chao et al. | Development of high power transient electromagnetic field sensors | |
Tichy et al. | X-ray fluorescence imaging with pixel detectors | |
Molaee et al. | General Consideration for button BPM | |
RU175142U1 (en) | DEVICE FOR STUDYING ELECTROMAGNETIC FIELD | |
Bonnett et al. | Low-noise instrumentation for electromagnetic groundwater flow measurement | |
Maughan et al. | The application of wide band transformers to the study of transient conductivity in pulse irradiated aqueous solutions by the dc Method | |
Hague et al. | A null method for calibrating faraday cups | |
Hall et al. | Magnetic environment and magnetic field standards at NPL for the calibration of low noise magnetometers and gradiometers for cleanliness studies | |
Smaluk et al. | Improvement of the AC orbit bump method of local kick factor measurement using reference bunches |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160128 |