Устройство для калибровки измерителей напряженности магнитного поля

 

Использование: изобретение позволяет повысить точность калибровки измерителей напряженности магнитного поля, а также осуществить эту калибровку в проводящей среде. Сущность изобретения: устройство калибровки измерителей магнитного поля содержит коаксиальную линию с идентичными внутренними спиральными проводниками , намотанными встречно один поверх другого, запитываемыми генератором через фазоинвертор и нагруженными на согласованные нагрузки. Во внутреннюю полость спиральных проводников введен диэлектрический бак, заполненный проводящей средой, в боковой поверхности которого предусмотрено отверстие для введения первичного преобразователя калибруемого измерителя напряженности магнитного поля . Первичный преобразователь нагружен на предварительный усилитель, который через линию связи подключен к регистру. Диаметр диэлектрического бака не превышает величины спин-слоя в проводящей среде на верхней частоте калибровки

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 29/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4

4 (л)

00 с

Ы (21) 4816023/09 (22) 17.04.90 (46) 07.11.92, Бюл. N 41 (71) Конструкторское бюро "Связьморпроект" (72) В.П.Кунике, В.Г.Марков и B.ß.Ìåëåxoâ (56) Авторское свидетельство СССР

N 1626157, кл. 6 01 R 29/08, 1989.

"Техника средств связи", сер. "Радиоизмерительная техника", вып.1, М.; 1985, с. 16-20. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАЛИБРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ (57) Использование; изобретение позволяет повысить точность калибровки измерителей напряженности магнитного поля, а также осуществить эту калибровку в проводящей среде. Сущность изобретения: устройство

Изобретение относится к технике радиоизмерений и может быть использовано для метрологического обеспечения процесса измерений напряженности магнитного поля в проводящей среде.

Известны устройства для калибровки измерителей напряженности магнитного поля (см. напр. Мелехов M.Е.: Измерительная техника, М 9; 1973 г., стр, 74-76), содержащие генератор сигналов, симметрирующий трансформатор, кольца Гельмгольца, устройство контроля тока в кольцах. Эти устройства предназначены для калибровки измерителей напряженности магнитного поля в воздухе и не позволяютосуществлять калибровку в проводящих средах. Кроме того, для осуществления калибровки в этих устройствах.. Ж,, 1773872 А1 калибровки измерителей магнитного поля содержит коаксиальную линию с идентичными внутренними спиральными проводниками, намотанными встречно один поверх другого, запитываемыми генератором через фазоинвертор и нагруженными на согласованные нагрузки. Во внутреннюю полость спиральных проводников введен диэлектрический бак, заполненный проводящей средой, в боковой поверхности которого предусмотрено отверстие для введения первичного преобразователя калибруемого измерителя напряженности магнитного поля. Первичный преобразователь нагружен на предварительный усилитель, который через линию связи подключен к регистру. Диаметр диэлектрического бака не превышает величины спин-слоя в проводящей среде на верхней частоте калибровки. необходимо выполнение условия равномерности тока вдоль колец, что накладывает ограничение на рабочий диапазон частот.

К недостаткам устройства относится также высокая восприимчивость к внешним помехам, так как по отношению к ним кольца Гельмгольца ведут себя как приемная антенна.

Известно, устройство для калибровки измерителей напряженности электрического поля (см.заявку М 4665548 от

25.01.89 г. по кл. G 01 R 29/08, положит. реш. от 29,08.89 г.), включающее последовательно соединенные генератор сигналов, экранированную камеру ТЕМ-волны, согласованную нагрузку. В известном устройстве экранированная камера ТЕМ-волны выпол1773872 нена в аиде отрезка коаксиальной линии, часть центрального проводника которой выполнена из объемной проводящей среды, размещенной в цилиндрической трубке между установленными на ее торцах электродами, причем калибруемый измеритель располагается в среде на оси коаксиальной линии, В этом устройстве в среде возбуждается продольное электрическое поле, Так как в зоне калибровки на оси коаксиальной линии полностью отсутствует магнитное поле, то это исключает воэможность калибровки измерителей напряженности магнитного поля.

Наиболее близким по технической сущности является устройство калибровки измерителей напряженности магнитного поля, описанное в статье Хилова В.А., f3poнина И.М„Еремина И.М., Владимирской

Л.B. (см, "Техника средств связи", серия

"Радиоизмерительная техника", выпуск 1, M., 1985, с. 16 †), которое принимаем за прототип. Это устройство содержит отрезок коаксиальной линии со спиральным центральным проводником, подключенный к генератору и нагруженный на согласованную нагрузку, причем внутренний объем спирального центрального проводника служит для размещения калибруемого измерителя напряженности магнитного поля. Это устройство позволяет проводить калибровку измерителей напряженности магнитного поля в воздухе.

К недостаткам этого устройства относятся: — низкая точность вследствие наличия не только осевой, но и радиальной составляющей магнитного поля на оси спирального проводника, так как точки спирального проводника лежат не в одной плоскости, а на спирали, причем отношение продольной составляющей магнитного поля к радиальной составляющей существенно зависит от угла намотки спирального проводника; — невозможность проведения калибровки измерителей напряженности магнитного поля, предназначенных для работы в проводящих средах, иэ-за большой погрешности, обусловленной различием входного импеданса первичного преобразователя измерителя и его электродинамических параметров в воздухе и проводящей среде.

- Целью настоящего изобретения является повышение точности калибровки измерителей напряженности магнитного поля, а также обеспечение калибровки в среде, Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для калибровки измерителей напряженности магнитного по5

55 ля, содержащем отрезок коаксиальной линии со спиральным центральным проводником, подключенный к генератору и нагруженный на согласованную нагрузку, причем внутренний объем спирального центрального проводника служит для размещения калибруемого измерителя напряженности магнитного поля, согласно изобретению, введен дополнительный центральный проводник, идентичный спиральному центральному проводнику, и расположен поверх него с противоположным направлением навивки, один конец которого соединен через введенный фазоинвертор с генератором, а другой — с дополнительно введенной согласованной нагрузкой. Кроме того введен цилиндрический диэлектрический резервуар. размещенный во внутренней полости спиральных проводников и заполненный средой в которой осуществляют калибровку, в боковой поверхности которого выполнено отверстие для введения калибруемого измерителя напряженности магнитного поля, причем диаметр резервуара не превышает величины скин-слоя в среде на частоте калибровки.

Введение дополнительного спирального проводника, идентичного основному и расположение его поверх основного с противоположным направлением навивки, подключение его к генератору через фазоинвертор, изменяющий начальную фазу тока текущего в дополнительном проводнике на 180 - относительно начальной фазы тока текущего в основном проводнике, позволяет формировать прямую и обратную волны, при взаимодействии которых внутри спиральных проводников образуется практически однородное продольное магнитное поле даже при больших углах намотки спиралей, при этом составляющие электромагнитного поля, характерные коаксиальному кабелю, взаимно уничтожаются, Таким образом в заявляемом калибровочном устройстве исключаются ошибки, связанные со спиральностью проводников формирующих калибровочное магнитное поле устройства и повышается точность проведения калибровочных измерений.

Введение диэлектрического резервуара, заполненного средой во внутреннюю полость спиральных проводников, причем в боковой поверхности резервуара предусмотрено отверстие, сквозь которое вводятся калибруемые измерители напряженности магнитного поля, предназначенные для работы в указанной среде, позволяет производить их калибровку не только на воздухе, но и в среде, Ограничение на величину диаметра резервуара — не

1773872 более величины скин-слоя в среде на частоте калибровки позволяет исключить ошибку калибровки, связанную с затуханием электромагнитного поля в среде в радиальном направлении.

Устройство калибровки измерителей напряженности магнитного поля содержит отрезок коаксиальной линии 1 с идентичными спиральными центральными проводниками 2 и 3, расположенными один поверх другого с противоположным направлением навивки. Проводники подключены к генератору сигналов 4, причем один из проводников — 3 подключен к генератору 4 через фазоинвертор 5, и нагружены на согласованные нагрузки 6 и 7. Во внутренней полости спирали центральных проводников 2 и

3 установлен диэлектрический резервуар 8, заполненный средой 9, в боковой поверхности которого предусмотрено отверстие 10 для введения калибруемого измерителя 11 напряженности магнитного поля, нагруженного на предварительный усилитель 12, который в свою очередь, подключен линией связи 13 к регистратору 14.

Диаметр диэлектрического, цилиндрического резервуара не превышает величины скин-слоя на частоте калибровки.

Устройство калибровки работает следующим образом. Калибровочное магнитное поле создается токами, текущими по спиральным проводникам 2 и 3, нагруженным на согласованные нагрузки б и 7. Проводники подключены к генератору 4, причем один из них через фазоинвертор. Таким образом фазы токов текущих в спиральных центральных проводниках 2 и 3 сдвинуты на 180 друг относительно друга (фиг.2). Выполнение спиральных проводников 2 и 3 идентичными (с одинаковым углом намотки и количеством витков), но с противоположным направлением навивки, а также запитка их противофазными сигналами позволяет формировать две волны в спиральной коаксиальной линии 1. в результате чего происходит компенсация составляющих Er и Н вне объема. ограниченного спиральными проводниками 2 и 3, а также составляющей Н, внутри указанного объема .на оси спиральных проводников.

В то же время, составляющие Hz магнитного поля создаваемого спиральными проводниками складываются, образуя практически однородное магнитное поле, даже при больших углах намотки спиралей (до 30 ).

Калибруемый измеритель напряженности магнитного поля вводится в диэлектрический резервуар 8 через отверстие 10 таким образом, чтобы он находился на оси резервуара и ориентируется по максимальному уровню сигнала фиксируемому на регистраторе 14, Калибровка заключается в определении

5 отклика измерителя напряженности магнитного поля при размещении его в известное калибровочное магнитное поле.

Величина отклика задается калибровочным коэффициентом Кн, определяемым как отно10 шение напряжения на регистраторе 14 к нап ряженности калибровочного магнитноГО ПОЛЯ.

На низкой частоте напряженность магнитного поля на оси спиральных проводни15 ков определяется по известной формуле для соленоидов, где r — радиус соленоида;

I — длина соленоида;

d — диаметр отрезка коаксиальной линии; и — число витков;

Π— угол намотки спирали;

I — ток в спиральном проводнике.

Множитель 2 появляется вследствие суперпозиции полей от двух спиральных проводников. Ток I в каждой спирали определяется по падению напряжения на нагрузке 6 или 7, На высокой частоте устройство калибровки представляет собой частный случай спирального волновода, образованного проводниками 2 и 3, внутри которого распространяется волна Н-типа.

Устройство для проведения калибровки в проводящей среде может быть выполнено следующим образом.

Внешний проводник отрезка коаксиальной линии 1 может быть изготовлен из листовой латуни и иметь диаметр 120 мм.

Спиральные проводники 2, 3 могут быть изготовлены из медной проволоки диаметром

2 мм, содержать по 4 витка и должны быть намотаны встречно на диэлектрический резервуар 8 диаметром 80 мм, боковые и торцевые стенки которого могут быть выполнены из винипласта или полиэтилена толщиной 3 мм, При таком диаметре резервуара 8 будет обеспечена калибровка измерителей напряженности магнитного поля.до частоты 30 МГц в проводящей среде с проводимостью о= 2 См/м. Отверстие

10 в боковой поверхности диэлектрического резервуара 8, а также во внешнем проводнике должно иметь размеры не менее линейных размеров калибруемого измерителя напряженности, например, 30 х 50 мм. Диэлектрический резервуар

8 заполняется проводящей средой 9, например, морской водой. Длина диэлектрического резервуара 8 с намотанными на него спиральными проводниками 2. 3 может быть выбрана из условия l 5 r, то есть составлять 400 мм и более.

В качестве генератора сигналов 4 может быть использован генератор Г4 — 102, фазоинвертор 5 может быть выполнен на транзисторах или на пассивных элементах.

В качестве предварительного усилителя

12 может быть использован антенный усилитель с высокоомным входом, В качестве линии связи 13 коаксиальный кабель

PK-50-4-14, à в качестве регистратора

14 — селективный микровольтметр 86-10 или HMV-4.

Предложенное изобретение обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества:

1, Повышение точности калибровки измерителей напряженности магнитного поля за счет компенсации радиальной составляющей магнитного поля Н в зоне калибровки.

2, Обеспечение возможности калибровки измерителей напряженности магнитного поля, предназначенных для работы в средах, благодаря введению во внутреннюю полость спиральных проводников цилиндрического диэлектрического резервуара со средой, имеющего диаметр не более величины скин-слоя в среде на частоте калибровки, 5 Формула изобретения

1. Устройство для калибровки измерителей напряженности магнитного поля, содержащее отрезок коаксиальной линии со спиральным центральным проводником, 10 подключенный к генератору и нагруженный на согласованную нагрузку, причем внутренний обьем спирального центрального проводника служит для размещения калибруемого измерителя напряженности маг15 нитного поля, отличающееся тем,что, с целью повышения точности калибровки, в него введен дополнительный центральный проводник, идентичный спиральному центральному проводнику, и расположен поверх

20 него с противоположным направлением навивки, один конец которого соединен через введенный фазоинвертор с генератором, а другой — с дополнительно введенной согласованной нагрузкой, 25 2. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью обеспечения калибровки в среде, в него введен цилиндрический диэлектрический резервуар, размещенный во внутренней полости спиральных про30 водников и заполненный средой, в которой осуществляют калибровку, в боковой поверхности которого выполнено отверстие для введения калибруемого измерителя напряженности магнитного поля, причем диа35 метр резервуара не превышает величины скин-слоя в среде на частоте калибровки..й

1773872

Составитель В. Марков

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О. Кравцова

Редактор Т. Федотов

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

Заказ 3904 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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