SU1689893A2

SU1689893A2 - Method of measuring electric and / or magnetic component of pulsed electromagnetic fields

Info

Publication number: SU1689893A2
Application number: SU894696294A
Authority: SU
Inventors: Олег Всеволодович Трифонов; Олег Павлович Глудкин; Юрий Федорович Опадчий
Original assignee: Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского
Priority date: 1989-04-06
Filing date: 1989-04-06
Publication date: 1991-11-07

Abstract

Изобретение относитс к импульсной технике, предназначено дл измерени импульсных электрических или/и магнитных полей и может найти применение в научных исследовани х при эксплуатации электрофизических и энергетических установок. Цель изобретени - повышение точности измерени электрической или/и магнитной составл ющей импульсных электромагнижых полей путем расширени динамического диапазона и снижени искажений, вносимых в результаты измерений - достигаетс тем, что по способу формируют выходной сигнал,The invention relates to a pulse technique, is intended to measure pulsed electric and / or magnetic fields, and can be used in scientific research in the operation of electrophysical and power plants. The purpose of the invention is to improve the accuracy of measuring the electric and / or magnetic component of pulsed electromagnetic fields by broadening the dynamic range and reducing the distortions introduced into the measurement results, which is achieved by generating an output signal by the method

Description

Изобретение относитс к импульсной технике, предназначено дл измерений импульсных электрических или/и магнитных полей и может найти применение в научных исследовани х при эксплуатации электрофизических и энергетических установок.The invention relates to a pulse technique, is intended for measuring pulsed electric and / or magnetic fields, and can be used in scientific research in the operation of electrophysical and power plants.

Целью изобретени вл етс ювышение точности измерени электрической или/и магнитной составл ющей импульсных электромагнитных полей путем расширени динамического диапазона и снижени искажений, вносимых в результаты измерений.The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring the electric and / or magnetic component of pulsed electromagnetic fields by broadening the dynamic range and reducing the distortion introduced into the measurement results.

На чертеже приведена структурна схема устройства, реализующего предлагаемый способ.The drawing shows a block diagram of a device that implements the proposed method.

Устройство, реализующее способ, содержит источник 1 плоскопол ризованного света, через чувствительный оптический активный элемент 2 соединен ный с двулучепре- ломл ющим анализатором 3, оптические выходы которого сопр жены с лавинными фотоприемниками 4 и 5, выхо ды которых соединены с соответствующими входами суммирующего 6 и первого вычитающего 7 блоков, выход первого вычитающего блока 7 соединен с выходом устройства и входом фильтра 8 низкой частоты . Выход суммирующего блока 6 подключен к входу фильтра 9 высокой частоты и первому входу операционного усилител 10, второй вход которого соединен с источником эталонного напр жени Уэт, а выход подсоединен к входу напр жени питани первого лавинного фотоприемника 4. Входы второго вычита- ющегоблока 11 подключены соответственно к выходам фильтра 8 низкой частоты и фильтра 9 высокой частоты, а его выход соединен с входом напр жени питани второго лавинного фотоприемника 5. При этом верхн тфнч фильтра 8 и нижн фильтра 9 границы определ ютс соотношением.A device implementing the method contains a source 1 of plane-polarized light, via a sensitive optical active element 2 connected to a birefringent analyzer 3, whose optical outputs are coupled to avalanche photodetectors 4 and 5, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of summing 6 and the first subtractive 7 blocks, the output of the first subtractive block 7 is connected to the output of the device and the input of the low-frequency filter 8. The output of summing unit 6 is connected to the input of high-frequency filter 9 and the first input of operational amplifier 10, the second input of which is connected to the Wet reference voltage source, and the output is connected to the input voltage supply of the first avalanche photodetector 4. The inputs of the second subtraction unit 11 are connected respectively to the outputs of the low-frequency filter 8 and the high-frequency filter 9, and its output is connected to the input voltage supply of the second avalanche photodetector 5. At the same time, the upper tfnch filter 8 and the lower filter 9 of the boundary are determined ratio.

.ип fe.iuyM ; где .ип - нижн гранична частота спектра измер емых составл ющих импульсных полей; .ip fe.iuyM; where .ip is the lower limiting frequency of the spectrum of the measured components of pulsed fields;

fa.шум - верхн граница спектра шумовых составл ющих.fa.shum is the upper limit of the noise component spectrum.

Способ осуществл етс следующим образом .The method is carried out as follows.

Если двулучепреломл ющий анализатор If the birefringent analyzer

3 повернут таким образом, что в отсутствии3 rotated in such a way that in the absence of

измер емого пол плоскость пол ризацииmeasured polarization plane

падающего света расположена симметрич . но относительно плоскостей ортогональноThe incident light is symmetrical. but relatively to the planes orthogonally

пол ризованных компонент прошедшего через него света и на оптический активный элемент 2 воздействует импульс электрического (магнитного) пол , то интенсивности ортогонально пол ризованных компонентthe polarized components of the light passing through it and the optical active element 2 is impacted by an electric (magnetic) field pulse, then the intensities of the orthogonally polarized components

света, прошедшего через анализатор 3, содержат две составл ющие. Перва составл юща че зависит от напр женности измер емого пол и пропорциональна полной оптической мощности, прошедшей через устройство.the light transmitted through analyzer 3 contains two components. The first component depends on the intensity of the measured field and is proportional to the total optical power transmitted through the device.

Втора составл юща пропорциональна произведению полной оптической мощности на синус угла результирующего поворота плоскости пол ризации, пропорционального напр женности измер емого пол . Если уголThe second component is proportional to the product of the total optical power and the sine of the angle of the resulting rotation of the polarization plane, which is proportional to the intensity of the measured field. If the angle

поворота не превышает /10, вторую составл ющую можно считать пропорциональной произведению полной оптической мощности, прошедшей через устройство, на напр женность измер емого пол . Такимrotation does not exceed 10, the second component can be considered proportional to the product of the total optical power transmitted through the device by the intensity of the measured field. So

образом, низкочастотные флуктуации полной оптической мощности вл ютс источником мультипликативной и аддитивной помехи одновременно, спектр которой сосредоточен в полосе частот 0 Гц - 100 кГц,Сигналы на выходах фотоприемников 4 иThus, low-frequency fluctuations of the total optical power are a source of multiplicative and additive interference at the same time, the spectrum of which is concentrated in the frequency band of 0 Hz - 100 kHz, the signals at the outputs of photodetectors 4 and

5 Ui и U2 соответственно также имеют две составл ющие: перва - синфазна и пропорциональна полной оптической мощности, а втора - парафазна и пропорциональна5 Ui and U2, respectively, also have two components: the first one is in phase and proportional to the total optical power, and the second is paraphase and proportional to

произведению полной оптической мощности на напр женность измер емого пол . Дл выделени синфазной составл ющей служит суммирующий блок 6, выходной сигнал которого (Ui+U2) сравниваетс на входеthe product of the total optical power and the measured field intensity. To isolate the common-mode component, a summing unit 6 is used, the output signal of which (Ui + U2) is compared at the input

операционного усилител 10 с эталоннымoperational amplifier 10 with reference

напр жением. Выходной сигнал операционного усилител 10voltage The output signal of the operational amplifier 10

Uynpi K U3,-Ki(), где К и Ki - коэффициенты пропорциональности ,Uynpi K U3, -Ki (), where K and Ki are proportionality coefficients,

используют дл питани первого лавин- нбго фотоприемникз 4, что обеспечивает поддержание оптимального режима его работы .It is used to power the first avalanche photodetectors 4, which ensures the maintenance of an optimal mode of its operation.

Дл лавинных фотоприемников характерна сильна индивидуальна зависимость коэффициента преобразовани S от многих внешних дестабилизирующих факторов (температуры , пространственных смешений луча, оптического старени и т.д.). Зависит он и от напр жени питани и,,итFor avalanche photodetectors, the individual transformation coefficient S is strongly dependent on many external destabilizing factors (temperature, spatial mixing of the beam, optical aging, etc.). It also depends on the supply voltage and, it

о .about .

1 -(UnHT/Uo)1 - (UnHT / Uo)

,-. , -.

где So - коэффициент преобразовани Г)-эз лавинного умножени ;where So is the conversion factor G) -ez avalanche multiplication;

Uo - напр жение лавинного пробо ;Uo is the avalanche voltage;

п - технологический коэффициент, ...3.p - technological coefficient, ... 3.

Таким образом, изменение синфазной составл ющей на выходе суммирующего блока 6 приводит к непосредственному изменению коэффициента преобразовани лавинного фотоприемника 4, что способствует восстановлению исходного значени сигнала , пропорционального полной оптической мощности светового потока. Одновременно выходной сигнал суммирующего блока 6 через фильтр 9 высокой частоты поступает, например, на вход Вычитаемое второго вычитающего блока 11.Thus, a change in the in-phase component at the output of summing unit 6 leads to a direct change in the conversion coefficient of the avalanche photodetector 4, which contributes to the restoration of the initial signal value proportional to the total optical power of the light flux. At the same time the output signal of the summing unit 6 through the filter 9 high frequency is supplied, for example, to the input of the Subtracted second subtractive unit 11.

Выходной сигнал первого вычитающего блока 7, равный, например, разности сигналов первого 4 и второго 5 лавинных фотоприемников , пропорционален только парафазной составл ющей светового потока . Низкочастотные составл ющие этого сигнала, полученные на выходе фильтра 8 низкой частоты, поступают на вход Уменьшаемое второго вычитающего блока 11. Этот сигнал пропорционален низкочастотным составл ющим ошибки, обусловленной неидентичностью параметров лавинных фотоприемников , вызванных, например, технологическими погрешност ми или действием сигнала операционного усилител 10. Выходной сигнал фильтра 9 высокой частоты этих составл ющих не содержит, поэтому на выходе второго вычитающего блока 11 устанавливаетс напр жение, при котором коэффициенты преобразовани лавинных фотоприемников 4 и 5 выравниваютс .The output signal of the first subtraction unit 7, equal, for example, to the signal differences of the first 4 and second 5 avalanche photodetectors, is proportional to only the paraphase component of the light flux. The low-frequency components of this signal, obtained at the output of the low-frequency filter 8, are input to the Reduced second subtraction unit 11. This signal is proportional to the low-frequency component of the error due to the non-identical parameters of the avalanche photodetectors caused by, for example, technological error or the effect of the signal from the operational amplifier 10 The output signal of the high frequency filter 9 of these components does not contain, therefore, at the output of the second subtractive unit 11, a voltage is set at With the conversion, the conversion factors of the avalanche photodetectors 4 and 5 are aligned.

,-. , -.

гg

Выходной сигнал суммирующего блока 6, пропорциональный флуктуаци м спетово го потока источника 1 плоскопол ризованного света, поступает непосредственно на 5 первый вход операционного усилител 10 и через фичьтр 9 высокой частоты на вход Вычитаемое второго вычитающего блока 11. Этот сигнал обуславливает синхронность изменени коэффициентов преобразовани ла10 винных фотоприемников 4 и 5, что компенсирует погрешнос ги, обусловленные флуктуаци ми собственно светового потока .The output signal of the summing unit 6, proportional to the fluctuations of the signal flux of the source 1 of plane-polarized light, goes directly to the 5th first input of the operational amplifier 10 and through the high-frequency 9 to the input of the second subtractive block 11. This signal determines the synchronism of the conversion factors photodetectors 4 and 5, which compensates for errors due to fluctuations of the actual light flux.

Таким образом, создаютс два контураThus, two contours are created.

15 регулировани , первый из которых уменьшает погрешности, вызванные чеидектичнл- ст«ю свойств лавинных фотоприемников 4 v, Ь, а второй компенсирует погрешности, обус- лс ленные флуктуаци ми исходного светового потока, повыша тем самым точноеib чг ерений. Наличие раздельных контуров регулировани позвол ет компенсировать температурный, временной и т.д. дрейф, статические различи индивидуальных характе- 25 ристик преобразовани лавинных фотоприемников 4 и 5, дополнительно по- выша точность измерений.15 controls, the first of which reduces the errors caused by the sensitivity of the avalanche photodetectors 4 v, b, and the second compensates for the errors caused by the fluctuations of the original light flux, thereby increasing the exact oscillation. The presence of separate control loops compensates for temperature, time, etc. The drift, the static differences in the individual characteristics of the conversion of the avalanche photodetectors 4 and 5, additionally increased measurement accuracy.

Claims

The invention The method of measuring electrical

30 and / or the magnetic component of the pulsed electromagnetic fields, according to No. 1552140, characterized in that, in order to improve the accuracy, an output signal is generated that is proportional to the difference

35 of the first and second electrical signals, from which the low-frequency signal is extracted up to the upper cut-off frequency, is extracted from the signal proportional to the sum of the first and second electrical signals.

40 high-frequency signal, forming a second control signal proportional to the difference of the low-frequency and high-frequency signals, proportional to the second control signal changes synchronously the conversion ratio of the light flux into the second electrical signal when the signs of the increments of the second control signal and the second signal

50 electrical signal, and the frequencies of the low-frequency H4 and high-frequency GfH signals are determined from the ratio

fH..myM,

where Tin.ip is the lower limiting frequency of the spectrum of 55 measured components of pulsed fields;

fa. noise upper cutoff frequency of the noise component spectrum.