Расширение частотной характеристики измерителя импульсного магнитного поля на основе RL-интегратора

Введение. В некоторых областях современной науки и техники необходимо проводить измерения амплитудно-временных характеристик импульсного магнитного поля. Такие измерения проводят при испытаниях на стойкость к импульсному магнитному полю, при этом длительность фронта импульса магнитного поля составляет сотни наносекунд, а длительность импульса до полуспада – сотни микросекунд.

Цель работы. Разработка измерителя напряженности магнитного поля, обладающего линейной характеристикой преобразования, позволяющего проводить измерения длительности фронта, длительности импульса до полуспада и пикового значения напряженности импульсного магнитного поля.

Материалы и методы. Для измерения параметров импульсного магнитного поля существует несколько методов, в данной статье выбран индукционный метод. Для получения сигнала, пропорционального напряженности импульсного магнитного поля, сигнал с индукционного преобразователя интегрируют с использованием самоинтегрирующего индукционного преобразователя (RL-интегрирование) или при помощи внешнего RC-интегратора. Первый способ показывает хорошие результаты при измерении сигналов длительностью сотни наносекунд, однако дает плохой результат при измерении параметров более длинных импульсов. Второй способ применяют для определения параметров сигналов длительностью сотни микро- и миллисекунд, данный способ дает большую погрешность при измерении параметров сигналов длительностью сотни наносекунд и меньше. Последовательное использование двух способов интегрирования приводит к возникновению дополнительной погрешности измерения длительности импульса до полуспада.

Результаты. Разработано устройство, которое позволило при помощи измерителя импульсного магнитного поля на основе RL-интегратора определять требуемые параметры импульса магнитного поля с относительными погрешностями 10, 10 и 9 % соответственно. Данное устройство устраняет ошибку, вызванную потерями в активном сопротивлении индукционного преобразователя, что позволяет провести измерение длительности импульса до полуспада без дополнительных погрешностей в условиях, когда длительность фронта импульса составляет сотни наносекунд, а длительность спада импульса – сотни микросекунд.

Заключение. Разработка функционального преобразователя позволила расширить частотную характеристику измерителя импульсного магнитного поля на основе RL-интегратора в область низких частот.

1. Требования устойчивости и стойкости технических систем к воздействию импульсных электромагнитных полей / Н. В. Балюк, С. Д. Орлов, В. В. Оленевский, Д. Н. Стецюк // Технологии электромагнитной совместимости. 2022. № 2 (81). С. 3–19.

2. Методика и результаты испытаний защитного действия активного молниеотвода / В. М. Куприенко, Г. А. Акомелков, В. Н. Романцов, Н. М. Орехов, А. И. Хлебников // Изв. Российской академии наук. Энергетика. 2015. № 3. С. 129–139.

3. Проведение испытаний на молниестойкость экспериментальных и конструктивно-подобных образцов, выполненных из углепластика, с молниезащитным покрытием / А. Г. Гуняева, Л. В. Черфас, О. А. Комарова, В. М. Куприенко // Тр. ВИАМ. 2017. № 7 (55). С. 10. doi: 10.18577/2307-6046-2017-0-7-10-10

4. Skoblikov O., Kniaziev V. Penetration of lightning electromagnetic pulses into metallic enclosures with apertures // Electric Power Systems Research. 2014. Vol. 113. P. 48–63. doi: 10.1016/j.epsr.2014.03.014

5. Гормаков А. Н., Ульянов И. А. Расчет и моделирование магнитных полей, создаваемых системой "кольца Гельмгольца – соленоид" // Фундаментальные исследования. 2015. № 3. С. 40–45.

6. Ивановский И. К. Статистические особенности трещинообразования на поверхности плоских глинистых образцов пластического формования при нагреве тепловым потоком // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энергетических объединений СНГ. 2003. № 4. С. 54–68. doi: 10.21122/1029-7448-2003-0-4-54-68

7. Шаламов С. П. Измерение импульсных магнитных полей // Вестн. НТУ "ХПИ". Техника и электрофизика высоких напряжений. 2014. № 50. С. 161–168.

8. Средства измерений импульсных электромагнитных полей и токов / К. Ю. Сахаров, В. А. Туркин, О. В. Михеев, А. В. Сухов, В. Л. Уголев, М. Ю. Денисов // Технологии электромагнитной совместимости. 2020. № 1(72). С. 63–76.

9. Отечественные и зарубежные патенты по магнитометрическим датчикам и магнитометрам за 1994– 2003 годы / А. А. Игнатьев, А. В. Ляшенко, В. А. Костяков, С. П. Кудрявцева, Л. А. Романченко, Л. С. Сотов, Л. Л. Страхова, А. Л. Хвалин // Гетеромагнитная микроэлектроника. 2004. № 1. С. 149–162.

10. Schwab A. J. Hochspannungsmesstechnik. Messgeräte und Messverfahren. Klassiker der Technik. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2011. 236 p. doi: 10.1007/978-3-642-19882-3 (in German)

11. Панин В. В., Степанов Б. М. Измерение импульсных магнитных и электрических полей. М.: Энергоатомиздат, 1987. 120 с.

12. Метрологическое обеспечение эксплуатации высоковольтных импульсных электроразрядных установок / Ю. С. Немченко, И. П. Лесной, Б. Н. Лантушко, В. В. Князев // Вестн. НТУ "ХПИ". Техника и электрофизика высоких напряжений. 2004. № 35. С. 29–54.

13. Глухов О. А., Глухов Д. О. Расчет параметров индукционного датчика тока на базе катушки Роговского // Изв. высш. учеб. заведений. Проблемы энергетики. 2015. № 3–4. С. 124–131. doi: 10.30724/19989903-2015-0-3-4-124-131

14. Немченко Ю. С. Широкополосные средства измерения импульсных магнитных полей // Вестн. НТУ "ХПИ". 2007. № 20. С. 132–146.

15. Шаламов С. П. Датчик для измерения токов наносекундного диапазона на основе индукционного преобразователя // Электротехника и электромеханика. 2016. № 5. С. 57–60. doi: 10.20998/2074272X.2016.5.09

16. Немченко Ю. С., Шаламов С. П. Индукционный преобразователь импульсного магнитного поля молнии // Вестн. НТУ «ХПИ». 2015. № 20 (1129). С. 99–108.