Шумы и предельная чувствительность датчиков низкочастотного электромагнитного поля в морской воде

• Автор: Максименко, Валерий Григорьевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 190 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Шумы и сигналы в морской воде

1.1. Общие положения

1.2. Случайные электромагнитные поля в морской воде

1.3. Шумы датчиков электромагнитного поля в морской воде

1.4. Применение сверхнизкочастотных радиоволн с.35 Г лава 2. Шумы в отсутствие движения

и предельная чувствительность электродных датчиков

2.1. Электродный шум в отсутствие движения

2.2. Составляющие импеданса электродных датчиков

2.3. Влияние нефтепродуктов на составляющие импеданса
электродов
2.4. Согласование электродного датчика с приемным
устройством с помощью трансформатора
2.5. Бестрансформаторное согласование электродного датчика с приемным устройством
2.6. Предельная чувствительность электродного датчика и
приемного устройства с электродным датчиком
2.7. Краткие выводы с.86 Глава 3. Шумы электродных датчиков при движении
в морской воде
3.1. Электродный шум при движении датчика относительно электролита
3.2. Влияние обтекателей на шум движения электродного датчика
3.3. Поляризация электрода при движении в электролите
3.4. Экспериментальные исследования поляризации металлического электрода при движении в электролите

3.5. Особенности конструкции электродных датчиков,
предназначенных для работы на движущихся объектах
3.6. Краткие выводы
Глава 4. Шум и предельная чувствительность безэлектродных датчиков электромагнитного поля.
4.1. Оптимизация магнитоиндукционного датчика
4.2. Оптимизация трансформаторного датчика
электромагнитного поля
4.3. Предельная чувствительность трансформаторного датчика
4.4. Сравнение электродных и безэлектродных датчиков по достигаемой предельной чувствительности
4.5. Уменьшение виброшумов и повышение помехозащищенности трансформаторного датчика
4.6. Электромагнитное экранирование катушек индуктивности от воздействия статического магнитного поля в условиях вибрации с
4.7. Краткие выводы
Заключение
Литература
Приложение

Введение
1. Актуальность темы и объект исследования.
Работа посвящена исследованию закономерностей и физических явлений, обусловливающих собственные шумы датчиков низкочастотного электромагнитного поля в морской воде и выработке рекомендаций по уменьшению этих шумов с целью достижения максимальной чувствительности при приеме электромагнитных полей крайне низких (3..30 Гц) и сверхнизких (30..300 Гц) частот. Датчик осуществляет преобразование компоненты Е или Н электромагнитного поля в пропорциональный ей электрический сигнал. При решении ряда научных и практических задач необходимо принимать и измерять низкочастотные электромагнитные поля в морской воде. Измерение электромагнитных полей низкой частоты в океане является одним из средств изучения строения земной коры [1,2,3]. Применяются электрофизические методы разведки полезных ископаемых на дне океана и прибрежном шельфе, основанные на измерении естественного и специально возбуждаемого низкочастотного электромагнитного поля в морской воде. В последнее время нашел применение способ отыскания и определения координат подводных кабелей и трубопроводов, основанный на измерении излучаемого ими электромагнитного поля в диапазоне частот от десятков герц до десятков килогерц. [4]. Способность низкочастотного электромагнитного поля проникать в морскую воду на большую глубину используют для осуществления радиосвязи с глубокопогруженными подводными объектами на частотах ниже 100 Гц [1,5,6,7]. Значительное ослабление электромагнитного поля в морской воде приводит к необходимости приема слабых полей, находящихся на уровне чувствительности приемного устройства, которая в значительной степени определяется чувствительностью датчика. Повышение чувствительности датчика в морской воде до максимально возможного значения представляет трудную научно-техническую задачу. На вход приемного устройства вместе с полезным сигналом поступает мешающий приему собственный шум датчика, а также помехи различного происхождения

провода катушки постоянному току и вносимое в катушку сопротивление потерь, учитывающее влияние окружающей датчик проводящей среды, которой является морская вода [75,76]. На более высоких частотах следует учитывать возрастание активного сопротивления катушки за счет потерь в магнитном сердечнике и «эффекта близости» [75]. Применительно к задаче приема низкочастотного электромагнитного поля в море на стационарных объектах актуальной является задача оптимизации конструктивных параметров магнитоиндукционного датчика с целью достижения максимального отношения напряжения сигнала к тепловому шуму катушки.
Разработке датчиков для приема и измерения низкочастотных электромагнитных полей в море много внимания уделялось в Московском энергетическом институте и Центральном научно-исследовательском институте им. А.Н. Крылова (С.- Петербург) [9,10]. В основном, усилия были направлены на разработку датчиков трансформаторного типа с металлическими концентраторами тока проводимости. Такого рода датчики фактически представляет собой вариант электродного датчика с согласующим трансформатором.
Исследования в области конструирования и согласования магнитоиндукционных датчиков проводились в физико - механическом институте АН УССР [15-17] и за рубежом [77]. В частности, рассматривалась оптимизация конструктивных параметров датчиков с целью повышения их чувствительности. Однако опубликованные работы относятся либо к более высокочастотному, чем у нас, диапазону, либо оптимизация является неполной, поскольку определяет лишь один конструктивный параметр - толщину цилиндрической катушки датчика при заданной ее массе [15].
1.4. Применение сверхнизкочастотных радиоволн.
Необходимость приема и измерения электромагнитных полей крайне низких и сверхнизких частот возникает при решений ряда научных и практических задач. Например, измерение специально возбуждаемого низкочастотного электромагнитного поля или естественного электромагнитного поля Земли в море