Разработка и исследование системы для измерения и визуализации сложно распределенных в пространстве и периодически изменяющихся во времени магнитных полей

• Автор: Жильников, Тимур Александрович
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 243 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Анализ существующих способов получения изображений магнитных полей и реализующих их автоматизированных систем
1.1. Определение и описание модели магнитного поля
1.2. Общие принципы организации процедуры считывания
1.2.1. Способ одновременного считывания
1.2.2. Способ последовательного считывания
1.2.3. Способ смешанного считывания
1.3. Критерии оценки параметров систем получения изображений
1.3.1. Быстродействие систем
1.3.2. Точность воспроизведения систем
1.4. Анализ систем получения изображений
1.4.1. Системы одновременного восприятия
1.4.2. Системы последовательного восприятия
1.4.3. Системы смешанного восприятия
1.5. Сравнение и классификация систем
1.6. Выводы
Глава 2. Разработка автоматизированной измерительной системы, позволяющей получать и визуализировать изображения переменных магнитных полей
2.1 Разработка способа измерения переменных магнитных полей посредством сканирующих систем, использующих метод вычислительной томографии
2.2. Разработка способа промежуточного преобразования исходных проекционных данных для случая реконструкции изображения векторной величины
2.3. Разработка способа регистрации магнитного потока
2.4. Выводы
Глава 3. Исследование искажений, возникающих в системах получения изображения
3.1. Виды искажений
3.2. Разработка формализованного представления процедур считывания и восстановления в системах получения изображений
3.3. Разработка моделей проявления поля в пространстве
3.4. Разработка формализованного представления детерминированных
операторов искажений
3.5. Обоснование возможности использования аппарата пространственной фильтрации для формализованного описания процедуры считывания
3.6. Исследование линейной модели поля и анализ ее погрешностей
3.7. Исследования нелинейной модели поля
3.7.1. Коррекция детерминированных искажений, вызванных предварительной пространственной фильтрацией
3.7.2. Анализ качества коррекции изображений, искаженных присутствием дополнительной случайной помехи
3.7.3. Анализ погрешностей нелинейной модели
3.8. Обоснование возможности использования проекций интеграла по поверхности в качестве исходных проекционных данных
3.8.1. Реконструкция изображений при описании поля линейной моделью
3.8.2. Реконструкция изображений при описании поля нелинейной
моделью
3.9. Выводы
Глава 4. Практическая реализация автоматизированной системы и ее экспериментальное исследование
4.1. Разработка методики исследования измерительной системы
4.1.1. Подготовка поверочного эксперимента
4.1.2. Поверочный эксперимент
4.2. Практическое исследование индукторов
4.3. Разработка автоматизированной системы для измерения периодических сложно распределенных в пространстве магнитных полей
4.3.1. Структура измерительного устройства
4.3.2. Функциональная схема измерительной и интерфейсной части устройства
4.3.3. Конструкция измерительной и интерфейсной части устройства
4.3.4. Конструкция механической части устройства
4.3.4. Организация работы программного обеспечения
4.4. Программное обеспечение измерительной системы
4.5. Выводы
Заключение
Библиографический список
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Широкое использование магнитных полей для различного рода технических и медицинских целей обусловливает большой интерес к магнитоизмерениям и, как следствие, к разработке способов измерения, а также к проектированию средств измерения, обладающих заданным набором технических характеристик. Такое внимание к прямым магнитоизмерениям объясняется часто непреодолимыми трудностями теоретического расчета полей сложной формы, которые не позволяют достаточно точно математически описать распределение в пространстве и закон изменения во времени векторной функции индукции магнитного поля [28].
Большей частью способы магнитных измерений разрабатываются под конкретные прикладные задачи, при этом часто реализующие их устройства обладают только необходимыми для решения поставленной задачи функциями и конструктивными особенностями. В связи с этим, процесс усовершенствования существующих и создания новых, эффективных независимо от особенностей объекта измерения устройств достаточно трудоемок и сопряжен со значительными затратами сил и материальных средств. Вопросам разработки магнитоизмерительной техники посвящены многочисленные работы отечественных и зарубежных авторов: Ю.В. Афанасьева, Н.С. Бабенко, М.И. Вассермана, И.И. Волкова, А.Н. Гончаренко, В.Н. Калабина, А. Кобуса, Э.А. Мееровича, Н.М. Померанцева, В.М. Рыжкова, Я. Тушинского, Р. Куппера, Дж. Хофмана М. Acuna, S. Barnett, N. Franzen, N. Ness, A. Sauter, P. Serson и др. [6, 7, 9, 19, 23, 48, 56, 63, 15, 91, 92, 93, 95, 100, 104, 105].
Современное отечественное производство средств магнитоизмерений представлено измерителями параметров магнитных полей ИМП - 05/1,05/2 научно-производственного предприятия «Циклон - Тест», измерителем ИМП - 9 научно-производственного центра «ЭМС», малогабаритными магнитоизмери-

Описанное МЧУ предназначено для измерения компоненты вектора индукции, направленной перпендикулярно плоскости матрицы. Если индукция магнитного поля равна нулю, то в момент передачи заряда от электрода 4 к электродам 5 и 6, вследствие симметричного расположения электродов 5 и 6 относительно электрода 4, произойдет деление передаваемого заряда пополам. Половина заряда сконцентрируется под электродом 5, а половина - под электродом 6. Равные заряды передаются под электроды 7 и 8, затем под электроды 9 и 10. И далее равные заряды будут сдвинуты по зарядопроводящим цепям к схемам считывания данной строки, так, что разностный сигнал будет равен нулю. Если значение регистрируемой компоненты поля не равно нулю, то в зависимости от величины и направление поля произойдет неравномерное распределение заряда. Больший по величине заряд сконцентрируется под одним из электродов (5 или 6), следовательно, появится разностный сигнал в схемах считывания строки, амплитуда и знак которого зависят от величины и направления внешнего поля. Временные диаграммы одного цикла регистрации картины магнитного поля с учетом того, что полупроводниковая пластина выполнена из полупроводника р типа, представлены на рис. 1.7.
Таким образом, в данной системе устройство управления (УУ) по сигналу синхронизации от ЭВМ реализует управление МЧУ. На первом этапе УУ вырабатывает сигналы, по которым сначала во всех элементах генерируется заряд, а затем происходит его перераспределение и запоминание в потенциальных ямах под электродами. Как и ранее предполагается, что за интервал времени, в течении которого происходило перераспределение заряда, поле не меняло своего состояния. На втором этапе, в соответствии с временными диаграммами, от каждого элемента МЧУ в строке смещаются заряды по зарядопроводящим цепям. Получаемый таким образом разностный сигнал через коммутатор К попадает на ИП. По окончании считывания информации с последнего элемента текущей строки коммутатор подключает к ИП следующую строку и процедура смещения повторяется.