Магнитометрические преобразователи, приборы, установки, страница 13

В активных преобразователях управляемый процесс перекачки энергии сопровождается неуправляемым, приводящим к возникно­вению ложного выходного сигнала. Этот ложный сигнал связан либо с прямым проникновением энергии из дополнительной цепи в выход­ную, например за счет разбаланса схемы и несовершенства кон­струкции преобразователя, либо обусловлен наводками одной цепи на другую. Наличие ложного сигнала ухудшает порог чувствитель­ности активных преобразователей.

Особую группу активных преобразователей образуют такие, в ко­торых влияние неуправляемого процесса перекачки энергии ослаб­лено за счет временного или частотного разделения сигнала и помехи. При временном разделении интервалы накачки (ввода дополнитель­ной энергии) и собственно преобразования разнесены во времени. При частотном разделении механизм преобразования таков, что сиг­нал и помеха характеризуются различным спектральным составом. Подобный механизм разделения действует, например, в индукционных четногармонйческих преобразователях, которые в последние годы получают все более широкое распространение.

Для того чтобы были ясны преимущества четногармонйческих преобразователей, остановимся более подробно (чем мы это сделали в § 4-1) на самом механизме преобразования. Теперь нас будет инте­ресовать не только полезный сигнал, но и помеха (ложный сигнал), появляющаяся в результате упомянутого неуправляемого процесса.

Структурная схема активного индукционного преобразователя по­казана на рис. 4-7.

Рис. 4-8. Эпюры, поясняющие возникно­вение

э. д. с.-помехи на четных (а)и не­четных (б) гармониках

Здесь в верхнем прямоуголь­нике записан оператор преобра­зования вектора В0 в э. д. с, причем единичный вектор  есть магнитная ось преобразователя (см. § 2-3). В нижнем прямо­угольнике записана функцио­нальная связь параметра pш с пе­ременным током I(t), за счет энергии которого и осуществля­ется изменение параметра. Часть этой энергии проникает в выход­ную цепь, образуя ложный сиг­нал.

Спектр выходной э. д. с. зави­сит от спектра pi(t). Связь рi = f (I) в общем случае нели­нейна. Поэтому, если I(t) = Im sin ωt, причем Im = const и ω = const, то изменение пара­метра записывается в виде ряда Фурье:

pi(t)=p0+,                                        (4-20)

где р0 — постоянная составляющая процесса; рn и ψn — амплитуда и начальная фаза соответствующей гармоники; n = 1, 2, 3, . . . — целые числа.

Ряд (4-20) соответствует произвольной зависимости pi = f(I). Однако различают два частных случая (см. рис. 4-8): 1) зависимость является нечетной: f(-I) = -f(I); 2) четной: f(-I) = f(I). В первом случае (рис. 4-8, а) зависимость рi(t)  может быть разложена в ряд:

pi (t) = p(2n-i) sin (2n-l)ωt,                                          (4-21)

содержащий только нечетные гармоники. Во втором случае (рис. 4-8, б) имеем ряд:

pi(t) = p0+ ,                                                   (4-22)

содержащий только четные гармоники. Этим двум разложениям как раз и соответствуют изменения параметров в нечетно- и четногармо­нйческих преобразователях.

Подставив (4-21) в (4-5), найдем спектр полезной э. д. с. нечетно-гармонического преобразователя. Этот спектр также содержит не­четные гармоники, поскольку В0 = const, а операция дифференциро­вания не приводит к возникновению четных гармоник. Спектр по­мехи, появляющейся на выходе преобразователя из-за непосред­ственных или опосредствованных наводок (цепи наводок показаны на рис. 4-7 штриховыми линиями) содержит первую гармонику и сумму четных гармоник. Спектр четных гармоник нетрудно полу­чить, если умножить каждый член ряда (4-21) на sin ωt. Графически это умножение показано на рис. 4-8, а, справа.

Из общего спектра выходной э. д. с. нечетногармонических пре­образователей обычно выделяют первую гармонику, поскольку чув­ствительность преобразователя по более высоким гармоникам мала. Для первой гармоники выходного напряжения можно записать:

                                         е1(t) = S1Bi cos ωt + 0 cos ωt,                                                                      (4-23)

где

S1 = =

— чувствительность преобразователя по первой гармонике, полу­ченная с учетом выражения (4-5).

Как следует из (4-23), полезный сигнал и помеха имеют одну и ту же частоту, вследствие чего отделить сигнал от помехи весьма затруднительно.

Спектр полезной э. д. с. в четногармоническом преобразователе может быть найден, если в (4-5) подставить (4-22). Очевидно, что этот спектр будет также содержать четные гармоники, поскольку в ре­зультате дифференцирования нечетные гармоники возникнуть не могут. Спектр же помехи, напротив, будет содержать только нечет­ные гармоники, что нетрудно получить, умножив каждый член ряда (4-22) на sin ωt. Графически умножение показано на рис. 4-8, б, справа.

Из общего спектра выходной э. д. с. четногармонйческих преоб­разователей обычно выделяют вторую гармонику. Поскольку спектр помехи содержит нечетные гармоники, то для второй гармоники выходной э. д. с, пренебрегая шумами, получаем

e2(t)=S2Bicos2ωt,                                                       (4-24)

где

S2 = =

— чувствительность преобразователя по второй гармонике.

Таким образом, на выходе четногармонических преобразователей помеха с частотой второй гармоники отсутствует 1.

По этой причине четногармонические преобразователи менее подвержены смещению нуля и имеют более низкий порог чувствитель­ности, чем нечетногармонические преобразователи.

В основе получения четной зависимости pi = f(t), как правило, лежит тот или иной четный эффект. Рассмотрение этих эффектов тре­бует конкретного анализа, так как сами эффекты могут быть основаны на различных физических явлениях и законах. Рассматривая каждый тип активного индукционного преобразователя в соответствии с клас­сификацией, данной в § 4-1, мы будем рассматривать нечетные и четные эффекты, лежащие в основе нечетногармонических и четногармо­нических преобразователей.

Рис. 4-9. Схема преобразования

1 – активный индукционный преобра­зователь; 2 – избирательный усилитель;

3 — синхронный детектор; 4 – фильтр нижних частот; 5—генератор накачки