Измерение ЭДС

Зонд электрического поля FP2000 (диапазон 100 кГц – 2137 МГц)

Измерения ЭДС — это измерения окружающих (окружающих) электромагнитных полей , которые выполняются с использованием определенных датчиков или зондов, таких как измерители ЭДС. Эти зонды в целом можно рассматривать как антенны, хотя и с разными характеристиками. Фактически, зонды не должны нарушать электромагнитное поле и должны предотвращать связь максимально и отражение, чтобы получить точные результаты. Существует два основных типа измерений ЭДС:

• широкополосные измерения : выполняются с использованием широкополосного зонда, то есть устройства, которое воспринимает любой сигнал в широком диапазоне частот и обычно состоит из трех независимых диодных детекторов ;
• частотно-селективные измерения : при которых измерительная система состоит из полевой антенны и частотно-селективного приемника или анализатора спектра, позволяющего контролировать интересующий диапазон частот.

Зонды ЭМП могут реагировать на поля только по одной оси или могут быть трехосными, показывая компоненты поля сразу в трех направлениях. Усиленные активные датчики могут повысить точность и чувствительность измерений, но их активные компоненты могут ограничивать скорость их реакции.

Идеальные изотропные измерения

Проекции электронного поля на ортогональную систему отсчета

Измерения ЭДС производятся с помощью датчика электронного поля или датчика H-поля, который может быть изотропным или одноосным, активным или пассивным. Моноаксиальный всенаправленный зонд — это устройство, которое воспринимает электрическое ( короткий диполь ) или магнитное поле, линейно поляризованное в заданном направлении.

Использование одноосного зонда подразумевает необходимость проведения трех измерений с установкой оси датчика в трех взаимно ортогональных направлениях в X, Y, Z. конфигурации Например, его можно использовать в качестве зонда, который измеряет составляющую электрического поля, параллельную направлению его оси симметрии. В этих условиях, где E — амплитуда падающего электрического поля, а θ — амплитуда угла между осью датчика и направлением электрического поля E, обнаруженный сигнал пропорционален |E|cos θ ( справа ). Это позволяет получить правильную суммарную амплитуду поля в виде

$|E|={\sqrt {E_{x}^{2}+E_{y}^{2}+E_{z}^{2}}}$

или, в случае магнитного поля

$|H|={\sqrt {H_{x}^{2}+H_{y}^{2}+H_{z}^{2}}}$

Изотропный . (трехосный) датчик упрощает процедуру измерения, поскольку общее значение поля определяется тремя измерениями, выполняемыми без изменения положения датчика: это обусловлено геометрией устройства, которое состоит из трех независимых широкополосных чувствительных элементов, расположенных ортогонально друг другу . На практике выходная мощность каждого элемента измеряется в течение трех последовательных временных интервалов, предполагая, что компоненты поля стационарны во времени.

Изотропная антенна AT3000 (пассивный зонд, 20–3000 МГц)

Метры

Измеритель ЭДС — это научный прибор для измерения электромагнитных полей (сокращенно ЭДС). Большинство измерителей измеряют электромагнитного излучения плотность потока ( поля постоянного тока ) или изменение электромагнитного поля с течением времени ( поля переменного тока ), по сути, так же, как радиоантенна, но с совершенно другими характеристиками обнаружения.

Двумя крупнейшими категориями являются одноосные и трехосные. Одноосные измерители дешевле трехосных, но для выполнения съемки требуется больше времени, поскольку измеритель измеряет только одно измерение поля. Одноосные инструменты необходимо наклонять и поворачивать по всем трем осям, чтобы получить полное измерение. Трехосный измеритель измеряет все три оси одновременно, но эти модели, как правило, более дорогие.

Электромагнитные поля могут создаваться переменным током или постоянным током . Измеритель ЭДС может измерять электромагнитные поля переменного тока, которые обычно излучаются искусственными источниками, такими как электропроводка, а гауссметры Земли или магнитометры измеряют поля постоянного тока, которые естественным образом возникают в геомагнитном поле и излучаются другими источниками, где присутствует постоянный ток.

Пример измерителя ЭДС.

Чувствительность и калибровка

Поскольку большинство электромагнитных полей, с которыми сталкиваются в повседневной жизни, генерируются бытовыми или промышленными приборами, большинство доступных измерителей ЭДС откалиброваны для измерения переменных полей частотой 50 и 60 Гц ( частота в Европе и США сетевого электричества ). Существуют и другие измерители, которые могут измерять переменные поля с частотой всего 20 Гц, однако они, как правило, намного дороже и используются только для конкретных исследовательских целей.

Активные и пассивные датчики

Активные датчики — это чувствительные устройства, содержащие активные компоненты; обычно это решение позволяет провести более точное измерение пассивных компонентов. Фактически пассивная приемная антенна собирает энергию измеряемого электромагнитного поля и передает ее на разъем радиочастотного кабеля. Затем этот сигнал поступает на анализатор спектра, но характеристики поля могут быть каким-то образом изменены наличием кабеля, особенно в условиях ближнего поля .

С другой стороны, эффективным решением является передача на оптический носитель составляющей электрического (или магнитного) поля, измеренной активным зондом. Базовыми компонентами системы являются приемная электрооптическая антенна, способная передавать на оптическом носителе пойманную отдельную составляющую электрического (или магнитного) поля и возвращать ее в виде электрического сигнала на выходной порт. оптоэлектрического преобразователя.

Модулированная оптическая несущая передается по оптоволоконному каналу на преобразователь, который извлекает модулирующий сигнал и преобразует его обратно в электрический сигнал. Полученный таким образом электрический сигнал можно затем отправить на анализатор спектра с помощью обычного радиочастотного кабеля сопротивлением 50 Ом.

Изотропное отклонение

Диаграмма направленности короткого диполя

Изотропное отклонение при измерениях ЭДС — это параметр, который описывает точность измерения напряженности поля независимо от ориентации зонда. Если поле получено тремя измерениями в ортогональной конфигурации X , Y , Z в виде:

$|E|={\sqrt {E_{x}^{2}+E_{y}^{2}+E_{z}^{2}}}$

достаточным условием того, чтобы выражение было верным для каждых трех ортогональных координат ( X , Y , Z зонда ), является то, чтобы диаграмма направленности была как можно ближе к идеальной диаграмме направленности короткого диполя , называемой sin θ :

$f(\theta ,\phi )=A\sin(\theta ),$

где A — функция частоты. Разница между идеальной диаграммой направленности диполя и реальной диаграммой направленности зонда называется изотропным отклонением .

Ссылки

Библиография

• Солари, Г; Вичигерра, Дж; Clampco Sistemi (февраль 2005 г.). Частотно-селективные измерения электрического поля (100–2,5 ГГц) и магнитного поля (100–120 МГц) с помощью активных электрооптических приемных антенн (PDF) . 16-й Международный Цюрихский симпозиум и техническая выставка по электромагнитной совместимости – EMC Zurich 2005 . Архивировано из оригинала (PDF) 22 июля 2011 г. Проверено 13 июля 2009 г.