УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ШУМА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ МАГНИТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Полезная модель относится к устройствам для измерения электрических и магнитных величин, а именно к приборам, предназначенным для измерения магнитной и электрической составляющих переменного электромагнитного поля [G01R 33/02, G01R 29/08].
Из уровня техники известен МАЛОГАБАРИТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И МАГНИТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПЕРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ [патент РФ №118442], содержащий последовательно соединенные измерительную антенну, защитный ограничитель, детектирующее устройство с микроконтролером и конвертором, сигнала в USB протокол.
Недостатками аналога являются ограниченные эксплуатационные возможности из-за недостаточного числа каналов регистрации при выполнении измерений.
Известен ЦИФРОВОЙ ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МАГНИТОМЕТР [патент РФ №2455656], содержащий избирательный усилитель, выход которого соединен с первым входом устройства выборки-хранения, второй вход которого соединен с третьим выходом логического блока управления, а первый выход соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с четвертым выходом логического блока управления, вход которого соединен с выходом задающего генератора, а первый выход соединен со входом формирователя синусоиды, выход которого соединен с первыми входами феррозондов, первые выходы каждого из феррозондов соединены с первым, вторым, третьи входами мультиплексора, первый, второй, третий выходы мультиплексора соединены со вторыми входами каждого из феррозондов, четвертый вход мультиплексора соединен со вторым выходом устройства выборки-хранения, четвертый выход мультиплексора соединен с входом избирательного усилителя, пятый вход соединен со вторым выходом логического блока управления, пятый выход которого соединен со вторым входом первого регистра, шестой выход соединен со вторым входом второго регистра, седьмой выход соединен со вторым входом третьего регистра, первый вход которого соединен с первыми входами первого и второго регистров и с выходом аналого-цифрового преобразователя.
Недостатком аналога является высокая трудоемкость и, как следствие, достаточно низкая точность измерения напряженности магнитного поля, обусловленная необходимостью проведения поочередного измерения трех компонент вектора магнитной индукции, другими словами, повторных измерений, вносящих погрешность в конечный результат измерений.
Наиболее близким по технической сущности является ИНДИКАТОР МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ [патент РФ №2457501], содержащий источник питания, резистивный делитель постоянного напряжения источника питания, магнитопроводящий сердечник и катушку индуктивности, размещенную на этом сердечнике, к катушке индуктивности подключен усилитель переменного напряжения, выход которого соединен с полосно-пропускающим фильтром с полосой пропускания 30-70 Гц, а также индикатор магнитных полей содержит компаратор, к одному из входов которого подключен двухполупериодный выпрямитель переменного напряжения, второй соединен с подвижным контактом резистора переменного сопротивления, выход компаратора соединен с устройством светозвуковой сигнализации.
Недостатком прототипа является невысокая точность определения параметров магнитного поля, обусловленная отсутствием устройства записи информации и, как следствие, необходимостью ручной регистрации оператором измеряемых величин, что является потенциальным источником ошибок, снижающих точность конечного результата измерений.
Технический результат заключается в повышении точности определения параметров магнитного поля.
Технический результат достигается за счет того, что заявлено устройство, содержащее магнитопроводящий сердечник и катушку индуктивности, размещенную на этом сердечнике, к катушке индуктивности подключен усилитель переменного напряжения, выход которого соединен с полосно-пропускающим фильтром, отличающееся тем, что датчик переменного магнитного поля выполнен из трех взаимно перпендикулярных магнитопроводящих сердечников, вокруг которых, соответственно, расположены три катушки индуктивности, выходы которых образуют три параллельных канала, при этом, выход каждой из трех катушек индуктивности соединен с входом соответствующего усилителя переменного напряжения, выход которого соединен с вторым входом аналогового вычитателя и с соответствующим полосно-пропускающим фильтром, при этом, выход полосно-пропускающего фильтра соединен со первым входом аналогового вычитателя и повторителем сигнала, выход которого подключен к усилителю, выход усилителя подключен к соответствующему входу аналого-цифрового преобразователя, выход аналогового сумматора соединен с входом усилителя, выход которого соединен с входами фильтров низкой и высокой частоты, которые соединены с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к информационному входу блока управления; к другим информационным входам блока управления подключено устройство координатно-временной привязки данных и блок хранения данных; управляющие выходы блока управления для каждого из каналов соединены с управляющими входами усилителя переменного напряжения полосно-пропускающего фильтра, усилителей, а также с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя.
В частности, полосно-пропускающие фильтры настроены на частоту напряжения питающей сети.
В частности, усилители выполнены управляемыми.
В частности, устройство координатно-временной привязки выполнено в виде GPS/ГЛОНАСС приемника.
В частности, блок управления и устройство хранения данных могут быть выполнены в виде ПЭВМ.
Краткое описание чертежей.
На фиг. представлена блок-схема устройства.
Осуществление полезной модели
Устройство (см. фиг.) содержит: датчик переменного магнитного поля 1; усилители переменного напряжения 2, 3 и 4; полосно-пропускающие фильтры 5, 6 и 7; повторители сигналов 8, 9 и 10; усилители 11, 12 и 13; аналоговые вычитатели 14, 15 и 16; усилители 17, 18 и 19; фильтры низкой частоты 20, 21 и 22; фильтры высокой частоты 23, 24 и 25; аналого-цифровой преобразователь 26; блок управления 27; устройство координатно-временной привязки данных 28 и блок хранения данных 29.
Датчик переменного магнитного поля 1 выполнен из трех взаимно перпендикулярных магнитопроводящих сердечников, вокруг которых соответственно расположены три катушки индуктивности, выход каждой из катушек индуктивности соединен с входом соответствующего усилителя переменного напряжения 2, 3 и 4. Для каждого из трех каналов, например, первого усилитель переменного напряжения 2 последовательно соединен с полосно-пропускающим фильтром 5, повторителем сигнала 8 и усилителем 11, при этом выход усилителя переменного напряжения 2 также соединен с первым входом аналогового вычитателя 14 и второй вход вычитателя соединен с выходом усилителя переменного напряжения 2, выход вычитателя соединен с информационным входом усилителя 17, выход которого соединен с входами фильтра низкой частоты 20 и высокой частоты 23. Выход с повторителя сигнала 8, а также с фильтров низкой частоты 20 и высокой частоты 23 соединены с входами аналого-цифрового преобразователя 26, выход которого подключен к информационному входу блока управления 27. К другим информационным входам блока управления 27 подключено устройство координатно-временной привязки данных 28, а также блок хранения данных 29. Управляющие выходы блока управления 27 соединены с управляющими входами усилителей переменного напряжения 2-4, узкополосных заграждающих фильтров 14-17, полосно-пропускающих фильтров 5-7, усилителей 11-13 и 17-19, а также с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя 26.
Устройство работает следующим образом.
С помощью блока управления 27 через управляющие выходы задают частоту пропускания для полосно-пропускающих фильтров 5-7, на управляющие входы усилителей 11-13 и 17-19 подают цифровой код управления коэффициентом усиления исходя из динамического диапазона аналого-цифрового преобразователя 26. Частоту пропуска полосно-пропускающих фильтров 5-7 определяют исходя из частоты питающей сети промышленного напряжения, например, для частоты напряжения промышленной сети 50 Гц, частота пропускания будет равна 50 Гц.
Под воздействием переменного электромагнитного поля в катушках индуктивности датчика переменного магнитного поля 1, помещенного в указанное поле возникает ЭДС, соответствующая изменению вектора магнитного поля.
Зарегистрированные электромагнитные сигналы, состоящие из основного пика на частоте питающей сети и кратных гармоник, с катушек индуктивности датчика переменного магнитного поля 1 поступают на усилители переменного напряжения 2-4, где происходит усиление аналогового сигнала. Для одновременного измерения основной гармоники и кратных составляющих с достаточной точностью во всем частотном диапазоне выполняют раздельное масштабирование динамического диапазона каждого из каналов, для чего усиленный сигнал подают на входы полосно-пропускающих фильтров 5-7 и на первые входы аналоговых вычитателей 14-16. В полосно-пропускающих фильтрах 5-7 выделяют основную гармонику сигнала частотой питающей сети, которая поступает на повторителей сигналов 8-10 и на вторые входы вычитателей 14-16. С выхода повторителей 8-10 сигналы подают на усилители сигналов 11-13 с выхода, которых сигналы подают на входы аналого-цифрового преобразователя 26. Одновременно в аналоговых вычитателях 14-16 происходит отсечение частоты основной гармоники питающей за счет вычитания основной ее из полученного с выходов сигнала усилителей переменного напряжения 2-4, для последующего преобразования и измерения уровня шума гармоник кратных частоте питающей сети. После выделения гармоник полученный сигнал подают на усилители 17-19 и параллельно на фильтры низкой частоты 20-22 и высокой частоты 23-25, где разделяют сигналы кратных гармоник на сигналы с частотой меньше и больше частоты питающей сети соответственно. С выходов аналого-цифрового преобразователя сигналы подают в блок управления 27, который осуществляет непрерывную регистрацию электромагнитных сигналов и автоматически осуществляет их привязку по времени и координатам с помощью устройства координатно-временной привязки 28, получающего сигналы местоположения и точного времени по каналам GPS/ГЛОНАСС. Накопление цифрового кода электромагнитных сигналов, привязанного к координатам и меткам времени осуществляют в устройстве хранения данных 29.
В альтернативном варианте реализации устройства блок управления 27 может быть выполнен в виде ПЭВМ, при этом возможно подключение к ПЭВМ периферийных устройств вывода результатов измерений на бумажный носитель.
Технический результат - повышение точности проведения измерений магнитного поля достигается за счет использования аналоговых элементов, а именно усилителей переменного напряжения 2-4, полосно-пропускающих фильтров 5-7, повторителей сигналов 8-10, усилителей 11-13, аналоговых вычитателей 14-16, усилителей 17-19, а также фильтров низкой частоты 20-22 и фильтров высокой частоты 23-25. Использование аналоговых элементов для раздельного усиления основной гармоники частотой равной частоте питающего напряжения питающей сети, а также кратных гармоник позволяет эффективно использовать динамический диапазон аналого-цифрового преобразователя 26 и тем самым повысить точность измерения параметров магнитного поля.
Также технический результат - повышение точности проведения измерений достигается за счет применения трехкомпонентного датчика переменного магнитного поля 1 с последующей одновременной обработкой сигналов каждого из каналов, а также реализацией в схеме устройства координатно-временной привязки 28, позволяющего получать координаты расположения устройства и точное время, которое блок управления 26 вместе с данными, поступающими от аналого-цифрового преобразователя сохраняет в устройстве хранения данных 29, что позволяет в дальнейшем избежать повторных измерений, вносящих погрешность в конечный результат измерений.