Устройство для измерения электрической и магнитной составляющей электромагнитного поля

 

Изобретение касается измерений параметров переменных электромагнитных полей и может быть использовано в геофизике при исследовании естественных и искусственных электромагнитных полей с широким частотным диапазоном в диэлектрической и проводящей средах при нанесении мощных помехонесущих полей. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерений - достигается выполнением первичного преобразователя магнитной компоненты в виде круглого витка 1, разделенного на секции 2, 3, 4, 5, и первичного преобразователя электрической компоненты в виде сфер 24 - 27, а также введением радиальных проводников 6 - 9, согласующих трансформаторов 15 - 18 с первичными обмотками 11, 12, 13, 14 и вторичными обмотками 19, 20, 21, 22, согласующих трансформаторов 32 - 35 с первичными обмотками 28 - 31 и вторичными обмотками 36 - 40 и аналоговых перемножителей 42, 43. Устройство также содержит первичные преобразователи электрической и магнитной компонент, усилители 23, 38, 41 и регистраторы 44, 45. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .

РЕСПУБЛИК (51)л G 01 R 33/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В,ик к» ии ъи (21) 4465750/21 (22) 22.07.88 (46) 15.07.91, Бюл. N 26 (71) Московский энергетический институт (72) В.А.Кузовкин и Ж.Ф.Бутрик (53) 621.317.44(088.8) (56) Скородумов С.А., Обоишев Ю.П. Помехоустойчивая магнитоизмерительная аппаратура, Л.: Энергоиздат, 1981.

Авторское свидетельство СССР (Ф 879511, кл. G 01 R 33/02, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И МАГНИТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО

ПОЛЯ (57) Изобретение касается измерений параметров переменных электромагнитных полей и может быть использовано в геофизике при исследовании естественных и искусственных электромагнитных полей с широким

Изобретение касается измерений параметров переменных электромагнитных полей и может быть использовано в геофизике при исследовании естественных и искусст.венных электромагнитных полей с широким частотным диапазоном в диэлектрической и проводящей средах при наличии мощных помехонесущих полей, при измерении параметров электромагнитного поля, излучаемого электротехническими объектами и другими техническими средствами.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности измерений, На фиг,1 изображена функциональная схема первичного преобразователя; на фиг.2 и 3 представлены схемы воздействия электрического поля соответственно на

„„5U„„ 1663585 А1 частотным диапазоном в диэлектрической и проводящей средах при нанесении мощных помехонесущих полей. Цель изобретения— повышение чувствительности и точности измерений — достигается выполнением первичного преобразователя магнитной компоненты в виде круглого витка 1, разделенного на секции 2, 3, 4, 5, и первичного преобразователя электрической компоненты в виде сфер 24-27, а также введением радиальных flpoBopíèêîâ 6 — 9, согласующих. трансформаторов 15 — 18 с первичными обмотками 11, 12, 13, 14 и вторичными обмотками 19, 20, 21, 22, согласующих трансформаторов 32 — 35 с первичными обмотками 28-31 и вторичными обмотками

36 — 40 и аналоговых перемножителей 42, 43, Устройство также содержит первичные преобразователи электрической и магнитной компонент, усилители 23, 38, 41 и регистраторы 44, 45, 2 ил.

° еыей симметричную и несимметричную рамки; на

0 фиг.4 изображена эквивалентная схема для симметричной рамки, Предлагаемое устройство содержит ра- СЛ мочный первичный преобразователь маг- 00 нитной компоненты в виде круглого витка 1, Q3 разделенного на четыре равные секции 2, 3, 4 и 5, Середины секции 2, 3, 4, 5 соединены 1ке междусобой радиальными проводниками 6, 7. 8 и 9 с общей точкой 10 в центре витка.

Между секциями 2 и 3, 3 и 4, 4 и 5, 5 и 2 включены первичные обмотки соответственно 11, 12, 13, 14 согласующих трансформаторов 15, 16, 17 и 18, Вторичные обмотки

19 и 20 согласующих трансформаторов 15 и

17 соединены последовательно и согласно, вторичные обмотки 21 и 22 согласующих

1663585 трансформаторов 16 и 18 соединены последовательно и согласно, включены между общей точкой и неинвертирующим входом усилителя 23, а вторичные обмотки 19 и 20 — между общей точкой и инвертирующим входом усилителя 23, Первичный преоброазователь электрической компоненты выполнен в виде сфер

24, 25, 26, 27. Радиальные проводники 6. 7, 8, 9 содер>кат соответственно первичные обмотки 28, 29, 30, 31 согласующих трансформаторов 32, 33, 34 и 35. Вторичные обмотки 36 и 37 согласующих трансформаторов 32 и 34 соединены последовательно и согласно, включены между инвертирующим и неинвертирующим входами усилителя 38, а вторичные обмотки 39 и 40 согласующих трансформаторов 33 и 35 также соединены последовательно и согласно и включены между инвертирующим и неинвертирующим входами усилителя 41. Выходы усилителей 38 и 23, 23 и 41 подключены на входы соответствующих аналоговых перемножителей 42 и 43, которь1е также соответственно соединяются с регистраторами

44 и 45.

Устройство работает следующим образом.

В гармонически изменяющемся с частотой в однородное электромагнитное поле с магнитной индукцией В, направленной перпендикулярно плоскости чертежа. и с напряженностью электрического поля Ех, направленной в плоскости чертежа, в ка>кдой секции устройства, образованной частью рамки 1 и закорачивающими радиальными проводниками 6 — 9, наводится частичная ЭДС.

)о>д 7. где 5 —; к сферам (9) протекает ток смешения;

I k — J > o ->э Е х где 5э — эквивалентная поверхность сферических электродов, Е, я> — диэлектрическая проницаемость в среде и в вакууме соответственно, Наводимая в частях рамки ЭДС дифференциально через согласующие трансформаторы подключается ко входу усилителя

23, выходной сигнал которого получается пропорциональным составляющей вектора индукции измеряемого электромагнитного поля. Если пренебречь индуктивностями рассеивания и сопротивлениями обмоток трансформаторов 15-18, то напряжение сигнала, приведенное к входу усилителя 23, мо>кно записать в следующем виде: г Р+

;()ю Р 8 ; Z р +Z

p 9.

К вЂ” входное сопротивление усилителя

23 по дифференциальному входу;

Zz = R + J о> LT — импеданс первичной обмотки согласующих трансформаторов

15 — 18;

Ля = г + J в L — выходной импеданс первичного преобразователя 1.

Токи смешения электродного датчика являются входными токами усилителей, выходной сигнал которых будет пропорционален составляющей вектора напряженности измеряемого электрического поля. Входной сигнал усилителей 38. 41 электрического канала также подается на аналоговые перемножители, Рассмотрим работу устройства при наличии помех, Если на первичный преобразователь магнитной компоненты ЭМП будет действовать электрическое поле напряженностью Е, как показано на фиг.2 и 3, то вектор Е разлагается на ортогональные составляющие:

Е = exEx + eyEy+ ezEz, где ех, еу, ez — единичные орты в декартовой системе координат.

Определим напряжение, наводимое в квадратном витке со стороной 1 (см. фиг.2) от каждой составляющей напряженности электрического поля.

1 О .так как ez перпендикулярно dl;

2 2 фе„Е„дб= JE„h+J E„h=E„h-E„h=O BA бс фе Е„4Е =I C)h j Е„Ь=Е„Ь-E„h=0.

AB СЭ

Таким образом, помеха от однородного электрического поля не влияет на показания предлагаемого датчика магнитного поля. А для известного измерителя магнитного поля с таким же геометрическими размерами(см, фиг.3):

@Edf = jE h+ JE h = gy(g-g )

AB СВ т.е. имеется наводимая в контуре ЭДС от действия электрического поля за счет несимметрии, При измерении магнитного поля вблизи проводящих тел возникает емкостная связь рамочного преобразователя через электрическое попе с проводящим телом, приводящая к появлению дополнительной помехи.

Разность потенциалов между корпусом усилителя и проводящим телом учитывается

ЭДС источника помехи 0з с импедансом 2з, а емкостная связь учитывает с помощью сосредоточенной емкости Ск. Для известного измерителя магнитного поля из эквивалентной схемы расчета сигнала помехи. где R сопротивление проводящих проводов, Ry— входное сопротивление усилителя, следует, 1663585 гг что если для простоты предположить помеху гармонической (например, с промышленной частотой). то напряжение помехи на входе усилителя определяется выражением

1, Ri) . 5

Ъ=

1 R„(z)> z„)+ R „(zp R,i p )+(z)+z )(2 1„ - R)) и где Ек = 1/j и пСк — емкостное сопротивление по частоте помехи Nn

Эквивалентная схема датчика магнит- 10 ной компоненты ЭМП приведена на фиг.4, где г — сопротивление радиального проводника, а е и Zp = t p + Rc + j c0 Lc соответственно, ЭДС сигнала и импеданс одной части рамки.. 15

Рассматривая левую часть схемы относительно точек а, б, в, как активные двухполюсники с параметрами Up1, Еьп и Up2, Zbn2, эквивалентную схему можно упростить.

B случае симметричности схемы, т.е. 20

Ztnl = Еьпъ напряжение помех на выходах двухполюсников равны, т.е. Unt = Unz и суммарное напряжение помехи на входе усилителя Un) - Un2 = О.

Для уменьшения помех измерителя и 25 электрической компоненты ЭМП применен метод симметрирования.

Формула изобретения

Устройство для измерения электрической и магнитной составляющей электро- 30 магнитного поля. содержащее первичный преобразователь магнитной компоненты электромагнитного поля и первичный преобразователь электрической компоненты, усилители и регистрирующий прибор, о т л- 35 и ч а ю щ е е с я те . что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, в него введены два аналоговых перемножителя, а первичный преобразователь магнитнои компоненты выполнен в виде витка с четырьмя равными секциями, середины которых соединены между собой радиальными проводниками с общей точкой в центре ви ка, а между секциями включены первичные обмотки согласующих трансформаторов, вторичные обмотки диаметрально противоположных пар которых соединены последовательно и согласно и включены между общей точкой в центре витка, а также инвертирующим и неинвертирующим Вхо дами первого усилителя, имеющего одну об= щую точку с двумя другими усилителям, выход которого подключен к первым входАм аналоговых перемножителей, подключенных к соответствующим регистрирующим приборам. а первичный преобразователь электрической компоненты выполнен в виде четырех сфер, размещенных в местах соединения радиальных проводников и витка, при этом между каждой сферой и общей точкой включена первичная обмотка соответствующего согласующего трансформатора, вторичные обмотки диаметрально противоположных пар которых соединены последовательно и согласно и включены между инвертирующим и неинвертирующим входами соответствующего второго и третьего усилителя, выходы которых подключены ко второму входу соответствующего аналогового перемножителя.

Составитель Л. Устинова

Редактор В, Фельдман Техред М,Моргентал Корректор О. Кундрик

Заказ 2265 Тираж 424. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101