Способ уменьшения порога чувствительности (собственных шумов) средств измерений первой производной по времени от магнитной индукции
METHOD FOR REDUCING THRESHOLD OF SENSITIVITY (INTRINSIC NOISE) OF FIRST TIME DERIVATIVE MEASURING DEVICES FROM MAGNETIC INDUCTION

Область техники, к которой относится изобретение
Предлагаемое изобретение относится к области средств измерений величин магнитных полей и найдет применение при измерениях первой производной по времени составляющей вектора магнитной индукции (МИ) морского технического объекта (МТО).
Уровень техники
Применение частотного разделения имеет широкое распространение в различных областях техники, среди которых стоит выделить области телеметрии (телекоммуникаций) и аудиосистем.
Использование частотного разделения в области средств измерений магнитных параметров, являясь основой для метода расширения частотного диапазона измеряемой магнитной индукции. В этом случае в каждом поддиапазоне используется свой индукционный первичный измерительный преобразователь (ИПИП) подключенный к своему усилительному элементу (УЭ), то есть для каждого частотного поддиапазона используется собственная измерительная цепь, образованная последовательным соединением ИПИП и УЭ[1]. Выходные сигналы указанных измерительных цепей суммируются и передаются на устройства дальнейшей обработки (при необходимости) и представления информации. Однако использование частотного разделения по шумовым характеристикам усилительных элементов для уменьшения порога чувствительности и оптимального согласования на каждом поддиапазоне каждого усилительного элемента не обнаружено.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является уменьшение порога чувствительности, а в частности собственных шумов средства измерений (СИ) с индукционным первичным измерительным преобразователем, за счет частотного разделения выходного сигнала ИПИП на поддиапазоны.
При индуктивном характере сопротивления первичного измерительного преобразователя с увеличением частоты измеряемого сигнала соответственно растет полное сопротивление (индукционного источника) ,где  - омическое сопротивление источника, а  – реактивное сопротивление индукционного источника, что приводит к увеличению тока шума.
При значениях полного сопротивления индукционного источника, в диапазоне от 100 кОм до 100 МОм, где преобладает шум тока, наилучшими шумовыми характеристиками, а именно шумом тока, обладают усилители на полевых транзисторах (ПТ). Биполярно-транзисторные (БП) усилители обеспечивают наилучшие шумовые характеристики в области полного сопротивления от 20 Ом до 1 МОм [2].
Уменьшение порога чувствительности достигается путем оптимального согласования (пропорционального частоте измеряемой величины магнитного поля) выходного сопротивления первичного измерительного преобразователя с шумовыми характеристиками УЭ, что предопределяет разделение частотного диапазона выходного сигнала индукционного преобразователя и использование в каждом поддиапазоне усилительных элементов, обеспечивающих наименьшее значение собственных шумов в соответствующих поддиапазонах и последующее суммирование выходных сигналов УЭ.
Краткое описание чертежей
Фиг 1. Структурная схема способа уменьшения порога чувствительности (собственных шумов) средства измерений с пассивными индукционными первичными преобразователями.
1 – индукционный чувствительный элемент; 2 – индуктивный разделительный элемент; 3 – усилитель на биполярном транзисторе; 4 – апериодическое звено; 5 – емкостной разделительный элемент; 6 – усилитель на полевом транзисторе; 7 - дифференцирующее звено; 8 – сумматор; 9 – устройство обработки и представления информации.
Осуществление изобретения
Предлагается для оптимального применения шумовых характеристик усилителей на ПТ и БП использовать разделение измеряемого частотного диапазона на поддиапазоны, разделив области работы УЭ, соответственно на низкие частоты, в области малого импеданса для усилителя на БП, и высокие частоты – в область высокого импеданса для усилителей на ПТ. Диапазон работы каждого из УЭ ограничивается апериодическим звеном для УЭ на БП и дифференцирующим для УЭ на ПТ, точка согласования работы определяется частотой среза и требуемой погрешностью, не приводящей к потере информации о значении измеряемого сигнала.
Для уменьшения перекрестного влияния шумов высоких и низких частот УЭ предлагается ограничить их входы развязывающей цепью (Фиг.1), которая позволит уменьшить влияние шумов БП на ПТ на высоких частотах, и ПТ на БП на низких частотах, соответственно.
Литература
Г.В. Абрамзон, Ю.П. Обоишев, Индукционные измерительные преобразователи переменных магнитных полей. Энергоатомиздат, 1984.— 117 с.
Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники.. Пер. с англ. – Изд. 2-е. М.: Издательство БИНОМ, 2014. – 704 с.