ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ КОРОТКОВОЛНОВОГО ДИАПАЗОНА В ЗОНЕ ИНДУКЦИИ

Данная полезная модель (ПМ) относится к области измерения электромагнитного поля коротковолнового (KB) диапазона в индукционной (ближней) зоне. Такие измерители известны и описаны в источниках:
1. Крылов В.А., Юченкова Т.В. Защита от электромагнитных излучений. - М.: Советское радио, 1972. - С.43-47.
2. Pomiary Automat Kontrol. 1975, 21. №1. - С.10-12. Польша.
По технической сущности наиболее близким к ПМ является измеритель, описанный в первом источнике, который по этой причине и принимается за ее прототип. Во втором источнике описан аналог ПМ.
Прототип - измеритель выполнен по схеме апериодического приемника прямого усиления и состоит из последовательно соединенных приемной дипольной антенны, амплитудного диодного детектора, двухпроводной металлической линии, усилителя постоянного тока (УПТ) и регистрирующего прибора. Эти блоки укреплены на диэлектрической штанге длиной около 1,5 м, причем, на одном ее конце, помещаемом в точку измерения уровня поля, расположены антенна с амплитудным детектором, а на другом ее конце, который держит в руке оператор, расположены УПТ с регистрирующим прибором. Вход УПТ соединен с выходом амплитудного детектора двухпроводной металлической линией, которая обладает антенным эффектом, переизлучая электромагнитное поле. От переизлучения первичное электромагнитное поле искажается, вызывая погрешность его измерения, доходящей до недопустимо большой величины 40%. Поэтому такие измерители отечественная промышленность перестала выпускать, а новые, с меньшей погрешностью измерения еще не разработаны.
Основным недостатком прототипа является большая погрешность измерения уровня электромагнитного поля в зоне индукции из-за антенного эффекта соединительной линии.
Техническим результатом ПМ является снижение погрешности измерения уровня напряженности электромагнитного поля KB диапазона в зоне индукции за счет исключения антенного эффекта соединительной линии.
Сущность ПМ состоит в том, что в измеритель уровня напряженности электромагнитного поля коротковолнового (KB) диапазона в зоне индукции, состоящий из последовательно соединенных дипольной антенны и амплитудного диодного детектора, а также из регистрирующего прибора, которые крепятся на диэлектрической штанге длиной около 1,5 м, дополнительно введены транзисторный мультивибратор, управляемый по частоте, 3-хволтовый аккумулятор, светоизлучающий диод (СИД), отрезок волоконно-оптической линии связи (ВОЛС), фотодетектор, усилитель электрических сигналов, одновибратор, детектор электрических сигналов с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ), причем, дипольная антенна выполнена в виде двух пустотелых металлических цилиндров, внутри которой размещены и последовательно подключены к ней амплитудный диодный детектор, транзисторный мультивибратор, питаемый 3-хвольтовым аккумулятором, с СИДом, включенным в эмиттер второго его транзистора, и расположена на одном конце диэлектрической штанги, который помещается в точку измерения уровня напряженности поля, а на другом ее конце, который находится в руке оператора, расположены в коробке приемник фотосигналов, состоящий из последовательно соединенных фотодетектора, усилителя электрических сигналов с ЧИМ, одновибратора, частотного детектора, в ФНЧ которого включен регистрирующий прибор; отрезок ВОЛС соединяет выход СИД и вход фотодетектора.
Существенным отличием ПМ является введенный диэлектрический отрезок ВОЛС, свободный от антенного эффекта, соединяющий антенну - датчик фотосигналов с ЧИМ с приемником фотосигналов, а также введенные элементы, расположенные внутри антенны и в приемнике фотосигналов.
ПМ иллюстрируется чертежом.
На фиг.1 изображена принципиальная схема данного измерителя, где представлена дипольная антенна А, внутри которой расположены и последовательно подключены к ней амплитудный детектор на диоде VD1, мультивибратор на двух транзисторах VT1 и VT2, питаемых 3-хвольтовым аккумулятором, с СИДом, включенным в эмиттер VT2, а также последовательно соединйнные элементы фотоприемника: фотодетектор на фототранзисторе ФТ-1, обозначенный как VT3, усилитель электрических сигналов на транзисторах VT4 и VT5. одновибратор на транзисторах VT6 и УТ7, детектор видеоимпульсов с ЧИМ, состоящий из конденсатора С1, двух диодов VDa нижних частот (ФНЧ), в состав которого входит регистрирующий прибор µA; СИД соединен с фотодетектором через отрезок ВОЛС.
Работа измерителя происходит следующим образом.
Зона индукции находится на расстоянии от антенны, много меньшем длины волны излучаемого ею электромагнитного поля. В этой зоне измеряют отдельно уровень уровень электрической составляющей Е и отдельно уровень магнитной составляющей Н электромагнитного поля, так как пересчетом вторую составляющую получить невозможно. Уровень электрической составляющей Е измеряют с помощью дипольной антенны, длина которой много меньше четверти длины волны измеряемого поля. Такая антенна практически не искажает это поле. Она выполнена в виде цилиндрической пустотелой металлической антенны, внутри которой размещены и последовательно подключены к ней (фиг.1) амплитудный детектор на диоде VD1, мультивибратор на транзисторах VT1 и VT2, управляемый по частоте, с светодиодом (СИД), включенным в эмиттер VT2.
Питание транзисторов мультивибратора осуществляется от 3-хвольтового аккумулятора, тоже находящегося внутри антенны.
Высокочастотное напряжение с выходных зажимов антенны детектируется по амплитуде в диодном детекторе VD1, после чего постоянная составляющая, пропорциональная Е в измеряемой точке, поступает на вход мультивибратора, изменяя его начальную частоту 400 Гц, тоже пропорционально Е. Модуляционная характеристика f=φ(Е) мультивибратора при пониженном питании его транзисторов 3 В является линейной. Светоизлучающий диод СИД в эмиттере VT2 преобразует прямоугольные электрические видеоимпульсы с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ) в световые радиоимпульсы, которые поступают на вход отрезка ВОЛС. С выхода этого отрезка ВОЛС световые импульсы поступают на вход фото детектора, выполненного на фототранзисторе ФТ-1 и обозначенного на фиг.1 как УТ3. Его входом является переход база - коллектор. В фотодетекторе световые радиоимпульсы преобразуются опять в электрические видеоимпульсы с ЧИМ, которые усиливаются в блоках на транзисторах VT4 и VT5. С выхода усилителя на VT5 импульсы поступают на вход одновибратора, выполненного на транзисторах VT6 и VT7. для исключения их искажений. С выхода одновибратора видеоимпульсы с ЧИМ строго прямоугольной формы, постоянного уровня и длительности поступают на вход частотного детектора, состоящего из конденсатора С1, двух диодов VD и RC - фильтра, в состав которого входит и регистрирующий прибор µA. Его шкала проградуирована в единицах поля Е (мкВ/м). У данного частотного детектора детекторная характеристика Е=φ(f) строго линейная, отчего и сквозная характеристикм модулятора - демодулятора тоже линейная в диапазоне KB, что проверено экспериментально.
При измерении составляющей поля Н дипольная антенна закорачивается соответственно.
Антенна с ее указанным содержанием укрепляется на одном конце диэлектрической штанги длиной около 1,5 м, находящемся в точке измерения поля, а на другом ее конце, находящемся в руке оператора, размещены в коробке остальные элементы, представленные на фиг.1. Связь между СИД антенны и фотодетектором коробки осуществляется с помощью отрезка ВОЛС, являющимся диэлектриком и поэтому не переизлучающим электромагнитное поле и тем самым не внося искажение в его измерение.
Технике - экономическим эффектом ПМ является снижение погрешности измерения уровня электромагнитного поля с недопустимо большой величины 40% до приемлемой 10%..