SU1081575A2 - Устройство дл измерени переменного магнитного пол - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПО авт. св. № 1004925, отличающеес   тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей и повышени  помехоустойчивости, в устройство дополнительно введены последовательно соединенные квадратурный фазовращатель и второй синхронный фильтр, третий синхронный фильтр и переключатель, а также последовательно соединенные датчик электрического пол  и второй усилитель и второй датчик переменного магнитного пол  и третий усилитель, при этом второй вход второго и первый вход третьего синхронных фильтров через переключатель св заны с выходами второго и третьего усилителей, вход квадратурного фазовращател  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. k эо ел ел

Description

Изобретение относитс  к области магнитных измерений. По основному авт. св. 1004925 известно устройство дл  измерени  магнитного пол , содержащее последо вательно соединенные датчик магнитного пол  полосовой фильтр, усилите и синхронный фильтр, а также преобр зователь скорости смещени , через избирательный усилитель подключенный к второму входу синхронного фил тра, при этом преобразователь скоро ти смещени  жестко прикреплен к дат чику магнитного пол  13 . Эффект подавлени  помехи, вызван ной в измерительной цепи вибрацией датчика магнитного пол  в посто нном магнитном поле земли, достигает с  за счет некогерентности измер емого -сигнала и помехи, что и позвол ет вьщелить их раздельно соответственно на дифференцирующем и интегр рующем выходах синхронного фильтра. При необходимости синхронно изме рить больше одной составл ющей магнитного пол  или измер ть синхронно с магнитной составл ющей когерентну составл ющую электрического пол , которые вместе характеризуют электромагнитное поле в точке измерений .узкополосный случайный сигнал с укрепленного на датчике магнитного по л  .вибропреобразовател  не может быть использован дл  фильтрации сиг нала с дополнительных датчиков, поскольку в общем с.лучае вибрационные процессы, воздействуюише на каждый из них, несинфазны и некогерентны. Это требует установки отдельного вибропреобразовател  с избирательным усилителем на каждом из датчико составл ющих пол . Така  установка усложн ет измерительную аппаратуру снижает ее надежность. В том случае, когда вибропреобра зователи устанавливаютс  на датчики электрического пол , геометрические размеры которых существенно больше размеров  ибропреобразовател , синхронна  .фильтраци  с управлением фильтра вибропомехой вообще может быть неэффективной, поскольку процесс с вибропреобразовател  будет характеризовать вибрацию ограниченного объема датчика электрического пол , а помеха в измерительной цепи будет формироватьс  за счет вибрации всего его объема. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей и повыг шение помехоустойчивости. Цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  переменного магнитного пол  дополнительно уведены последовательно соединенные квадратурный фазовращатель и второй си зфонный фй.льтр, третий синхронный фильтр и переключатель, а также последовательно соединенные датчик электрического пол  и второй усилитель и второй датчик переменного магнитного пол  и третий усилитель,при этом второй вход второго и первый вход третьего синхронных фильтров через переключатель св заны с выходами второго и третьего усилителей, вход квадратурного фазовращател  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 дл  измерени  переменного магнитного пол  содержит последовательно соединенные первый датчик 1 магнитного пол  полосовой фильтр 2, усилитель 3 и первый синхронный фильтр 4, а также преобразователь 5 скорости смещени , через избирательный усилитель 6 подключенный к второму входу синхронного фильтра 4, выход которого соединен с входом регистратора 7, при этом преобразователь 5 скорости смещени  жестко прикреплен к датчику 1, а также последовательно соединенные кващратурный фазовращатель 8 и второй синхронный фильтр 9, третий синхронный фильтр 10, а также последовательно соединенные датчики 11 электрического пол  и второй усилитель 12 и датчик 13 временного магнитного пол  и третий усилитель 14,при этом второй вход второго 9 и первый вход третьего 10 синхронных фильтров через двухпозиционный переключатель 15 св заны с выходом второго и третьего усилителей 12 и 14, вход квадратурного фазовращателз 8 соединен с выходс н пеьВого синхронного фильтра 4 и вторым входом третьего синхронного фильт- ра 10, а выходы второго и третьего синхронных фильтров 9 и 10 подключены соответственно к вторсмиу и третьему регистраторам 16 и 17. Устройство работает следующим образ ом. Блоки 1-4 обеспечивают на дифференцируквдем выходе первого синхронного фильтра 4 выделение узкополосного процесса с центральной частотой настройки полосового фильтра 2 и избирательного усилит.ел  6. Этот процесс линейно св зан по фазе и интенсивности с пространственной составл ющей измер емого переменного маг- нитного пол , действующей на датчик 1, и с точностью до погреыности измерений пол  не содержит помехи, обусловленной вибрацией датчика 1 в посто нном магнитном поле Земли, за счет управлени  работой синхронного фильтра 4 ситналом с вибропреобраэовател  5, усиленным избиратель ным усилителем 6. Так как коэффициен преобразовани  пол  в электрический .сигнал на входе регистратора 7 вещественен и равен единице, его можно обозначить через . Е Н(-Ц С05 Wjjt , где Н2 (t) - мгновенное значение огибающей пространственной составл ющей магнитного пол , действующей на датчик , % - центральна  частота полосы пропускани  полосового фильтра 2 и избирательного усилител  3} - текущее врем . Следовательно, в силу когерентности всех составл ющих электромагнитного пол  сигнал Н (-t) cos COQ-I  вл етс  источником информации о сое тавл имцей пол  Н и, кроме того, может быть использован дл  повышени  помехоустойчивости любой иной компоненты пал  в точке измерений. Пусть имеетс  необходимость синхронно измер ть.более чем одну пространственную составл ющую магнитной компоненты электромагнитного пол  в той же полосе частот ш с цент ральной частотой 4IX) . Тогда при втором положении переключател  15 коэффициент линейного преобразовател  измер емой составл ющей в электричес кий сигнал может быть записан в виде ,,(t{cos{u -t -/)4U2g(ttcos(u,t.2eh 4U2 U}co3(u)ot.V2), где Н- (i) - мгновенное значение огибающей пространст венной составл ющей магнитного пол , дей ствующей на датчик 1 магнитного пол ; Ч - фазовый сдвиг составл ющей пол  Н относительно составл ющей Н ; U2. (t - мгновенное значение огибакмцей помехи, вызванной вибрацией дат чика 13} % - случайна  фаза помехи Ugg относительно фазы измер емого магнит ного пол ; мгновенное значение огибающей собственного шума приемно-измерительного канала составл ющей Н г {y - случайна  фаза собственного шума приемноизмерительного канала составл ющей Н относительно измер емого магнитного пол . При подключении сигнала Е. к управл кицему входу синхронного фильтра 10, на основной вход которого подан в силу известного свойстсигнал Ева фильтра 10 на его интегрирующем выходе выделитс  синфазна  с Е составл юща  сигнала .Е , а несинфазные и некогерентные составл ющие будут: подавлены. Таким образом, регистратором 17 будет регистрироватьс  вещественна  относительно Н составл нхца  Е с точностью, повышенной за счет подавлени  вибрационной помехи (t| и собственного шума приемноизмерительного канала U2|y{t). Следует отметить, что точно также могут быть подавлены и помехи любого другого происхождени , которые некогерентны измер емому магнитному полю. При подключении сигнала Е-, к управл ющему входу синхронного фильтра 9 через квадратурный фазовращатель 8, осуществл ющий изменение фазы Е на 90°, на интегрирующем выходе этого фильтра выделитс  составл юща  сигнала Е2 , сдвинута  относительно Е на 90 °, т.е. J Hj , а подавленными вновь окажутс  сиг- налы , ( и гш также любые другие помехи, некогерентные измер емому магнитному полю. Таким образом, при наличии двух дополнительных синхронных фильтров 9 и.10 ча регистраторах 16 и 17 регистрируютс  и измер ютс  вещественна  и мнима  составл ющие компоненты Н. относительно компоненты Н , по которым легко могут быть вычислены амплитуда и фаза Н2. При необходимости синхронно с измерением магнитного пол  Н измер ть в полосе Atx) с центральной частотой u)g электрическую составл ющую пол  используютс  усилитель 12 и датчик 11 электрического пол  при первом положении переключател  15. При прочих равных услови х процесс на основных входах синхронных фильтров 9 и 10 может быть записан ввиде Ct)cos () Og,(t|cos (.V, ) 0,(t| coi {ы -fctV J.U Jttco3(u,,tf V ), мгновенное значение огибающей измер емой составл ющей электрического ПОЛЯ} фазовый сдвиг составл ющей электрического пол  Ei относительно

составл ющей магнитного пол  1Ц J

мгновенное значение огибающей индуктивной помехи, вызванной вибрацией датчика 10}

.в. случайна  фаза помехи Ugj / относительно фазы измер емого электромагнитного пол , в т.ч.

10 его составл ющих Н и

ш, 1 мгновенное значение огибающей помехи, вызванной турбулентнос15 тью вмещающей среды возле электродов датчика ; случайна  фаза помехи

шэ

и

относительно фазы

шэ

измер емого электромаг-20 нитного пол ;

LJ (t) мгновенное значение

U)K огибающей собственного шума приемно-измерительного канала состав-25 л ющей ;

случайна  фаза собстшк венного шума приемноизмерительного канала составл ющей Е отно30 сительно измер емого магнитного пол .

При подютючении сигнала Ej к осовным входам синхронных фильтров 9 10, а сигнала Е - к управл ющему

35 ходу синхронного фильтра 10 и к вадратурному фазовращателю 8, котоый , в свою очередь, подключен к упавл  щему входу синхронного фильта 9, по аналогии с первым варианTSM с точностью до погреиности фильтрации на регистраторах 16 и 17 будут зарегистрированы вещественна  и минимальна  относительно Н составл ющие , что полностью характеризует аплитуду и фазу g .

Использование предложенного устройства позвол ет расширить функциональные возможности устройства за счет синхронного измерени  любого количества пространственных составл кнцих магнитной и электрической компонент пол  с точностью, не меньшей чем измерение основной составл ющей, независимо от характера и источников помех, воздействующих на датчики дополнительных составл ющих. Указанное расширение возможностей позвол ет получить информацию не только об амплитуде этих составл ющих, но и в параметрах пол ризации пол  об импедансе окружагацей среды, открывает пути простой технической реализации всенаправленных приемных антенн дл  радиосв зи на подвижных объектах. Кроме того, независимость эффективности подавлени  помехи в каналах измерени  дополнительных составл ющих пол  от характера ее источника повышает помехоустойчивость в этих каналах в сравнении с помехоустойчивостью канала в известном устройстве .

Таким образом, сигнал Е может быть использован дл  управлени  сколь угодно большим числом синхронных фильтров дл  фильтрации процессов , характеризующих составл ющие измер емого электромагнитного пол  на частоте ш,, в полосе йш .

Claims (1)

1. (5 71 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ по авт. св. » 1004925, отличающее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения помехоустойчивости, в устройство дополнительно введены последовательно соединенные квадратурный 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 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.