SU1129574A2

SU1129574A2 - Device for measuring alternate magnetic field

Info

Publication number: SU1129574A2
Application number: SU823471648K
Authority: SU
Inventors: Лев Васильевич Артамонов; Владимир Иванович Аншуков
Original assignee: ЛГУ им.А.А.Жданова
Priority date: 1982-07-19
Filing date: 1982-07-19
Publication date: 1984-12-15
Also published as: SU1081575A2

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕГОШ ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ по авт. св. № 1004925, отличающе ес тем, что, с целью расширени фун циональных возможностей и повышени помехоустойчивости, в устройство до полнительно введены последовательно соединенные квадратурный фазовращатель и второй синхронный фильтр, третий синхронный фильтр и переключатель, последовательно соединенные датчик электрического пол и второй усилитель , а также последовательно соединенные датчик переменного магнитного пол и третий усилитель, при этом первые входы второго и третьего .синхронных фильтров через переключатель св заны с выходами второго и тр етьего 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.DEVICE FOR MEASURING VARIABLE MAGNETIC FIELD on author. St. No. 1004925, characterized by the fact that, in order to expand the functional possibilities and increase the noise immunity, the device is additionally introduced in series with a quadrature phase shifter and a second synchronous filter, a third synchronous filter and a switch, a series-connected electric field sensor and a second amplifier, and AC magnetic field sensor connected in series and a third amplifier; the first inputs of the second and third synchronous filters are connected via a switch the outputs of the second and three amplifiers, the input of the quadrature phase shifter is connected to the output of the first synchronous filter and the second input; the third synchronous filter, and the outputs of the second and third synchronous filters are connected respectively to the second and third recorders.

Description

Изобретение относитс к магнит- Л ым измерени м.This invention relates to magnetism measurements.

По основному авт.св. № 1004925 звестно устройство дл измерени еременного магнитного пол , содержа- 5 ее последовательно соединенные датик магнитного пол , полосовой фильтр, усилитель и синхронный фильтр, а таке преобразователь скорости смещени , через избирательный усилитель подклю-Ю ченный ко второму входу синхронного ильт-ра, выход которого соединен со входом регистратора, при этом преобразователь скорости смещени жестко прикреплен к датчику магнитного пол is Эффект подавлени помехи, вызванной в измерительной цепи вибрацией датчика магнитного пол в посто нном магнитном поле Земли, достигаетс за счет некогерентности измер емого сиг-20 нала и помехи, что и позвол ет вьщелить их раздельно соответственно на дифференцирующем и интегрирующем выходах синхронного фильтра ГЛ ,According to the main auth. No. 1004925 is a known device for measuring a variable magnetic field, containing its serially connected magnetic field sensor, band-pass filter, amplifier and synchronous filter, as well as an offset velocity converter, through a selective amplifier connected to the second input of the synchronous ilt-ra, output which is connected to the recorder input, while the displacement velocity transducer is rigidly attached to the magnetic field sensor is the effect of suppressing interference caused in the measuring circuit by the vibration of the magnetic field sensor the constant magnetic field of the Earth is achieved due to the incoherence of the measured sig-20 signal and interference, which allows them to be separated separately at the differentiating and integrating outputs of the synchronous filter GL, respectively

При необходимости синхронно из- 25 мер ть больше одной составл ющей магнитного пол или измер ть синхронно с магнитной составл ющей когерентную составл ющую электрического пол , которые вместе характеризуют электро-30 магнитное поле в точке измерений, узкополосный случайный сигнал с укрепленного на датчике магнитного пол вибропреобразовател не может быть использован дл фильтрации сигнала с jj дополнительных датчиков, поскольку в общем случае вибрационные процессы , воздействующие на каждьш из них несинфазны и некогерентны. Это требует установки отдельного.вибропре- до образовател с избирательным усилителем на каждом из датчиков составл ющих пол . Така установка усложн ет измерительную аппаратуру и снижйет ее надежность.45If necessary, simultaneously measure more than one component of the magnetic field or measure synchronously with the magnetic component the coherent component of the electric field, which together characterize the electro-30 magnetic field at the measuring point, a narrow-band random signal from a vibrating transducer fixed on the sensor It cannot be used to filter a signal with jj additional sensors, since in general, the vibration processes affecting each of them are non-phase and incoherent. This requires the installation of a separate vibration generator with a selective amplifier on each of the sensors comprising the floor. Such an installation complicates the measuring apparatus and reduces its reliability.45

i В том .случае, когда вибропреобразователи устанавливаютс на датчики электрического пол , геометрические размеры KOTopiiix существенно больше размеров вибропреобразовател , син- 50 хронна фильтраци с управлением фильтра вибропомехой вообще может быть неэффективной, поскольку процесс с вибропреобразовател характеризует вибрацию ограниченного объема датчика55 электрического пол , а йомеха в измерительной . цепи формируетс за счет вибрации всего его объема.i In that case, when vibration transducers are installed on electric floor sensors, the geometric dimensions of KOTopiiix are significantly larger than those of vibration transducers, synchronous filtering with filter control of vibration noise can generally be ineffective, since the vibration transducer process characterizes the vibration of a limited electric field sensor55, and your one in measuring. the chain is formed by vibrating its entire volume.

Цель изобретени - расширение функциональньк возможностей и повышение помехоустойчивости.The purpose of the invention is the expansion of functional capabilities and increased noise immunity.

Поставленна цель достигаетс тем, что в. устройство дл измерени переменного магнитного пол дополнительно введены последовательно соединенные квадратурный фазовращатель и второй синхронный фильтр, третий синхронный фильтр и переключатель, последовательно соединенные датчик-электрического пол и второй усилитель, а также последовательно соединенные датчик переменного магнитного пол и третий усилитель, при этом первые входы второго и 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.The goal is achieved by c. A device for measuring an alternating magnetic field additionally introduced are series-connected quadrature phase shifters and a second synchronous filter, a third synchronous filter and a switch, series-connected sensor-electric field and a second amplifier, as well as series-connected sensor of an alternating magnetic field and a third amplifier, with the first inputs of the second and the third synchronous filters through the switch are connected to the outputs of the second and third amplifiers, the input of the quadrature phase shifter Connected to the output of the first synchronous filter and the second input of the third synchronous filter, and the outputs of the second and third synchronous filters are connected respectively to the second and third recorders.

На чертеже представлена блок-схема по сн юща работу устройства.The drawing shows a block diagram of the operation of the device.

Устройство дл измерени переменного магнитного пол содержит последовательно соединенные первый датчик |1 магнитного пол , полосовой фильтр 2усилитель 3 и первый синхронный фильтр 4, а также преобразователь 5 скорости смещени , через избирательный усилитель 6 подключенный ко второму входу синхронного фильтра 4, выход которого соединен со входом регистратора 7, при этом преобразователь 5 скорости смещени жестко прикреплен к датчику 1, а также последовательно соединенные квадратурный фазовращатель 8 и второй синхронный фильтр 9, третий синхронный фильтр- 10, а также последовательно соединенные датчик 11 электрического пол и второй усилитель 12, и датчик 13 переменного магнитного пол и третий усилитель 14, при этом второй вход второго 9 и третий вход третьего 10 синхронных фильтров через двухпозиционный переключатель 15 св заны с выходами второго 12 и третьего 14 усилителей, вход квадратурного фазовращател 8 соединен с выходом первого синхронного фильтра 4 и вторым входом третьего синхронного фильтра 10, а выходы второго 9 и третьего 10 синхронных фильтров подключены соответственно ко 3 второму 16 и третьему 17регистраторам . Устройство работает следующим образом . Блоки 1-7 обеспечивают на диффе-рейдирующем выходе первого синхронно го, фильтра 4,вьщеление узкополосного продесса с центральной частотой на-; стройки полосового фильтра 2 и избирательного усилител 6. Этот продесс линейно св зан по фазе и интенсивности с пространственной составл ющей измер емого переменного магнитного пол , действующей на датчик 1, и с- точностью до погрещности измер.ений пол не содержит помехи, обуслов ленной вибрадией датчика 1 в посто н ном магнитном поле Земли за счет упра лени работой синхронного фильтра 4 сигналом с преобразовател 5, усиленным избирательным усилителем 6. Так как коэффициент преобразовани пол в электрический сигнал на входе регистратора 7 вещественен и равен единице, его можно обозначить через t,-H,()ot, где Н, (1) - мгновенное значение огибающей пространственной составл ющей магнитного пол , действующей на дат чик 1 УО - центральна частота полосы пропускани дсо полосового фильтра 2 и избирательного усилител 3 с - текущее врем . В силу когерентности всех составл ющих электромагнитного пол сигнал Hfl(t)CosGOQt вл етс источником информадаи о;составл ющей пол Н и, кроме того, может быть использован дл повышени помехоустойчивости любой ИНОЙ: компоненты пол в точке измерений. Пусть имеетс необходимость синхронно измер ть более чем одну пространственную составл ющую магнитной компоненты электромагнитного пол .в той же полосе частот ЙЫ с центральной частотой УО , тогда при втором положении переключател 15 коэффициент линейного преобразовани измер емой составл ющей в электрический сигнал на выходе усилител 14 вещественен и равен единице, этот сигнаЛ может быть записан в виде 744 Ej H WcosKtHi UUibWcoslUo VabV , .(o 2uiL . где Hjti - мгновенное значение огибающей пространственной составл ющей магнитного пол ,, действующей на датчик 13 магнитноГо . Ср - фазовый сдвиг составл ющей пол Н2 относительно-составл ющей Urtttt) мгновенное значение огибающей помехи, вызванной вибрацией датчика 13} VTL случайна фаза помехи относительно фазы измер емо , го магнитного пол , IIп (i) мгновенное значение огибающей собственного шума приемно-измерительного канала, со; сбавл ющей H-i Cfj - случайна фаза собственного шума приемно-измерительного канала составл ющей HjOTHo- . сительно измер емого магнит ного пол . I : При подключении сигнала Е, к управл ющему входу синхронного фильтра 10, на основной вход которого подан сигнал Ej, в силу известного свойства фильтра 10 на его интегрирующем выходе вьщел етС синфазна с сигналом Е составл юща сигнала Е, а несинфазные и некогерентные составл ющие подавлены. образом, регистра- : тором 17 регистрируетс вещественна относительно Н составл юща Н с точностью , повышенной за счет подавлени вибрационной помехи U.. (t) и соб Ь. ственного щума приемно-измерительного канала ). Кроме того, точно также могут быть подавлены и помехи любо го другого происхождени , которые не когерентны измер емому магнитному полю. При подключении сигнала EJ к управл ющему входу синхронного фипьтра 9 через квадратурный фазовращатель 8, осуществл ющий изменение фазы сигнала Е на 90°, на интегрирующем выходе этого фильтра ввделл етс состав л к да сигнала Е2, сдвинута относительно сигнала Е на 90, т.е.. а подавленными вновь окажутс процссп сы Uj, (t) и Ojjj(t), а также любые . i другие помехи, некогерентные измер ет мому магнитному полю. Таким образом, при наличии двух дополнительных синхронных фильтров Ч 9 и 10 на регистраторах 16 и 17 регистрируютс и измер ютс вещественна и мнима составл ющие компоненты НА- относительно компоненты Н,, по ., лсбторым легко могут быть вычислены амплитуда и фаза Е. При необходимости синхронно .с изме рением магнитного пол Н измер ть (В полосе Дсо с центральной частотой Ы электрическую составл ющую пол : используютс усилитель 1-2 и датчик 11 электрического пол (при первом ;положении переключател 15). При про чих равных услови х сигнал на основных входах синхронных фильтров 9 и .10 может быть записан в виде ; E,-6,WcoelUo - 4)U,Wco5(u)o +4b5V fUu(t)co5(Wot + (,)u5)vUy,(t)cos(cJot+(t),jO ., , где ) мгновенное значение огибающей измер емой составл ющей : электрического пол ; Ср - фазовый сдвиг составл ющей электрического пол ( от , носительно составл ющей маг нитного пол П, U,jH)- мгновенное значение огибающей индуктивной помехи, вызванной вибрацией датчика : . 13 ( pjja случайна фаза помехи И. относительно фазы измер емого электромагнитного пол , в том числе его составл ющих А Uug(-t) - мгновенное значение огибающей помехи, вызванной турбу лентностью вмещающей среды возле электродов датчика 13 Vtil случайна фаза помехи U относительно фазы измер ёмо , го электромагнитного пол ; и.... W - мгновенное значение огибающей собственного шума прием но-измерительного канала со ставл ющей f , Cjljjjj- случайна фаза собственного шума приемно-измерительного канала составл ющей относительно измер емого магнитного -пол . При подключении сигнала Е к основным (первьм) входам синхронных фильтров 9 и 10, а сигнала Е, к управл ющему (второму) входу синхронного фильтра 10 и к квадратурному фазовращателю 8, которьм, в свою очередь, подключен к управл ющему входу синхронного фильтра 9, по аналогии с .первым вариантом с точностью до погрешности фильтрации на регистраторах 16 и 17 будут зарегистрированы вещественна и мнима относительно Hi составл ющие fj, что полностью ха-: рактеризует амплитуду и фазу f . Использование предлагаемого устройства позвол ет расширить функциональные возможности-устройства за счет синхронного измерени любого количества пространственных составл ющих 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 о параметрах пол ризации пол , об импедансе окружающей, среды, открывает пути простой технической реализации всенаправленных приемных антенн дл радиосв зи на пo;JвижньDc объектах. Кроме того, независимость эффективности подавлени помехи в каналах измерени дополнительных составл ющих пол от характера ее источника повьш1ает помехоустой-чивость в этих каналах в сравнении с помехоустойчивостью канала в прототипе. 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 U{) в полосе лсо .A device for measuring an alternating magnetic field contains serially connected the first sensor | 1 magnetic field, a bandpass filter 2 amplifier 3 and the first synchronous filter 4, as well as a bias velocity converter 5, through a selective amplifier 6 connected to the second input of the synchronous filter 4, the output of which is connected to the input the recorder 7, while the converter 5 speed offset is rigidly attached to the sensor 1, as well as serially connected quadrature phase shifter 8 and the second synchronous filter 9, third synchronous filter 10, as well as a series 11 electrical field sensor 11 and a second amplifier 12, and an alternating magnetic field sensor 13 and a third amplifier 14, while the second input of the second 9 and the third input of the third 10 synchronous filters through the dip switch 15 are connected to the outputs the second 12 and third 14 amplifiers, the input of the quadrature phase shifter 8 is connected to the output of the first synchronous filter 4 and the second input of the third synchronous filter 10, and the outputs of the second 9 and third 10 synchronous filters are connected respectively Twain 3 to the second 16 and third 17registratoram. The device works as follows. Blocks 1-7 provide, at the differential output of the first synchronous filter 4, the allocation of narrowband transmission with the center frequency is; The settings of the bandpass filter 2 and the selective amplifier 6. This process is linearly related in phase and intensity to the spatial component of the measured alternating magnetic field acting on sensor 1 and the field does not contain interference with vibradia accurate to the measurement error. sensor 1 in the constant magnetic field of the earth due to the control of the synchronous filter 4 by a signal from converter 5 amplified by a selective amplifier 6. Since the field-to-electric conversion factor is an input register torus 7 is real and equal to one, it can be denoted by t, -H, () ot, where H, (1) is the instantaneous value of the envelope of the spatial component of the magnetic field acting on sensor 1 EO is the central frequency of the passband dso of the bandpass filter 2 and the selective amplifier 3 with - the current time. Due to the coherence of all the components of the electromagnetic field, the signal Hfl (t) CosGOQt is a source of information, which constitutes the field H and, in addition, can be used to improve the noise immunity of any OTHER: field components at the point of measurement. Let there be a need to synchronously measure more than one spatial component of the magnetic component of the electromagnetic field in the same frequency band with the center frequency of the EUT, then at the second position of the switch 15 the linear conversion factor of the measured component into the electrical signal at the output of the amplifier 14 is real and equal to one, this signal can be written as 744 Ej H WcosKtHi UUibWcoslUo VabV. (o 2uiL. where Hjti is the instantaneous value of the envelope of the spatial component of the magnetic field, magnetic sensor 13 Cp is the phase shift of the H2 field component relative to the component Urtttt) the instantaneous value of the interference envelope caused by the 13} VTL sensor vibration random interference phase relative to the measured magnetic field, IIn (i) the instantaneous noise envelope value receiving and measuring channel, with; Addition H-i Cfj is the random phase of the intrinsic noise of the receiving and measuring channel component HjOTHo-. measured magnetic field. I: When the signal E is connected, to the control input of the synchronous filter 10, to the main input of which the signal Ej is applied, due to the well-known property of filter 10 at its integrating output, the component E of the signal E, which is in phase with the signal E, and the non-phase and incoherent components suppressed. In this way, the register-: by the 17-meter registers the real relative to H component H with an accuracy enhanced by suppressing the vibration disturbance U .. (t) and comp. b. of the receiving and measuring channel). In addition, interferences of any other origin, which are not coherent with the measured magnetic field, can also be suppressed in the same way. When the EJ signal is connected to the control input of the synchronous filter 9 via the quadrature phase shifter 8, which changes the phase of the signal E by 90 °, the integral output of this filter introduces the composition to the signal E2, shifted relative to the signal E by 90, i.e. .. and the processes Uj, (t) and Ojjj (t), as well as any, will again be suppressed. i other noise that is incoherent measures its own magnetic field. Thus, if there are two additional synchronous filters Ч 9 and 10 on the recorders 16 and 17, the real and imaginary components of the HA component are recorded and measured relative to the H component, by the amplitude and phase E. If necessary, synchronously with the measurement of the magnetic field H, measure (In the Dso band with the center frequency L, the electric component of the field: an amplifier 1-2 and an electric field sensor 11 are used (at the first; the position of the switch 15). wasp The input inputs of synchronous filters 9 and .10 can be written as; E, -6, WcoelUo - 4) U, Wco5 (u) o + 4b5V fUu (t) co5 (Wot + (,) u5) vUy, (t) cos (cJot + (t), jO.,, where) the instantaneous value of the envelope of the measured component: the electric field; Cp is the phase shift of the component of the electric field (from the component of the magnetic field P, U, jH) is the instantaneous envelope of the inductive noise caused by the vibration of the sensor:. 13 (pjja random phase of interference I. relative to the phase of the measured electromagnetic field, including its components A Uug (-t) - the instantaneous value of the envelope of the interference caused by the turbulence of the surrounding medium near the electrodes of the sensor 13 Vtil random phase of interference U relative to the phase measured the electromagnetic field, and .... W is the instantaneous envelope of the intrinsic noise of the receiving-measuring channel, component f, Cjljjjj is the random phase of the intrinsic noise of the receiving-measuring channel component relative to the measured magnetic - When the signal E is connected to the main (first) inputs of synchronous filters 9 and 10, and the signal E, to the control (second) input of the synchronous filter 10 and to the quadrature phase shifter 8, which in turn is connected to the control input of the synchronous filter 9, by analogy with the first option, up to the filtering error, the registrars 16 and 17 will register the real and imaginary relative to Hi components fj, which completely characterizes the amplitude and phase f. The use of the proposed device allows the device functionality to be extended by synchronously measuring any number of spatial components of the magnetic and electrical field components with an accuracy of no less than measuring the main component, regardless of the nature and sources of interference affecting the additional components on the sensors. This expansion of possibilities allows obtaining information not only about the amplitude of these components, but also about the polarization parameters, the environmental impedance, and opens the way for a simple technical implementation of omnidirectional receiving antennas for radio communications at sites. In addition, the independence of the interference suppression efficiency in the measurement channels of the additional field components from the nature of its source increases the noise immunity in these channels in comparison with the noise immunity of the channel in the prototype. Thus, the signal E can be used to control an arbitrarily large number of synchronous filters to filter the processes that characterize the components of the measured electromagnetic field at the frequency U () in the band.

Claims

DEVICE FOR MEASUREMENT ’VARIABLE MAGNETIC FIELD by ed. St. No. 1004925, characterized in that, in order to expand the functionality and improve the connected quadrature phase shifter and the second synchronous filter, the third synchronous filter and switch, the serially connected electric field sensor and the second amplifier, as well as the serially connected sensor an alternating magnetic field and a third amplifier, with the first inputs of the second and third. synchronous filters through a switch connected to the outputs of the second and third amplifiers, the input of the quadrature phase shifter with is single with the output of the first synchronous filter and the second input of the third synchronous filter, and the outputs of the second and third synchronous j filters are connected respectively I "

>

ςφ SP m 4