ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2022, № 7 · РАДИОТЕХНИКА

Устройство измерения модуля напряженности магнитного поля

И.Б. Широков1, М.А. Дурманов1, Е.А. Редькина1

1 Севастопольский государственный университет, Севастополь, Россия
Полный текст (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2022.7.7 УДК 621.3.029.53 EDN FXLIWS

Аннотация

В статье разработана структурная схема портативного приемного устройства с микроконтроллерной обработкой параметров принимаемого радиосигнала. Приемное устройство сопряжено с трехкоординатной магнитной антенной, что позволяет принимать магнитное поле по трем пространственным составляющим для измерения амплитуды каждой составляющей магнитного поля. Геометрическая сумма модулей векторов напряженности магнитного поля каждой компоненты дает результирующий модуль вектора напряженности магнитного поля, который позволяет локализовать объект, то есть определить расстояние до него амплитудным методом. Усилители с регулируемым коэффициентом усиления позволяют увеличить амплитуду принимаемого сигнала и поддерживать ее вблизи максимального значения динамического диапазона модуля АЦП, что обеспечивает наиболее точное измерение малых амплитуд сигнала. Представлен алгоритм вычисления квадратного корня из целых значений для расчета результирующего модуля вектора напряженности магнитного поля на базе микроконтроллеров малой вычислительной мощности. Проанализировано влияние общего ферритового сердечника на прием ортогональных компонент напряженности магнитного поля, создаваемого ортогонально расположенными конечными катушками индуктивности.

  • алгоритм
  • магнитное поле
  • вектор магнитной индукции
  • трехкоординатная антенна
  • квадратный корень
Abstract (in English)

The device for measuring the vector module of magnetic field

The development of block-diagram of portable receiving device with microcontroller processing of radio signal parameters received is proposed in the paper. The receiving device is coupled to a three-coordinate magnetic antenna, which allows reception of magnetic field in three spatial components in order to measure the amplitude of each component of the magnetic field. The geometric sum of modules of magnetic field intensity vectors of each component gives the final vector module of magnetic field strength, which helps to localize the object, that is, to determine the distance to it by the amplitude method. The amplifiers with controlled gain factors allow to increase the amplitude of the received signal and maintain it near the maximum dynamic range of the ADC module to provide the most accurate measurement of low-voltage amplitudes.An algorithm for calculating the square root of integer values is presented, which necessary to calculate the final vector module of magnetic field strength using portable measuring devices based on microcontrollers of low computational power. Finding the square root of a number is done by sequentially sorting the numbers and squaring them until the resulting number matches the original under root value. This method is implemented by cyclic shift of the bit of the corresponding bit of the binary representation of the number. The effect of a common ferrite core on the reception of orthogonal components of the magnetic field intensity by orthogonally located finite inductors is analyzed.

Для цитирования

Широков И.Б., Дурманов М.А., Редькина Е.А. Устройство измерения модуля напряженности магнитного поля // Журнал радиоэлектроники. – 2022. – № 7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.7.7

Литература

  1. Sidorenko A.A., Sishchuk J.M., Gerasimova I.G. Underground mining of multiple coal seams: Problems and solutions. Eurasian Mining. 2016. V.2. P.11-15. https://doi.org/10.17580/em.2016.02.03
  2. Широков И.Б., Гимпилевич Ю.Б., Дурманов М.А., Редькина Е.А., Скорик И.В. Усилитель мощности экспериментальной установки для исследований распространения электромагнитных волн низкочастотного диапазона при решении задач поиска людей под завалами. Измерительная и вычислительная техника в технологических процессах. Междунар. научно-технический журнал. 2011. №2. С.83-88.
  3. Патент РФ №2594339. Широков И.Б., Дурманов М.А., Редькина Е.А., Скорик И.В. Антенная система оборудования для поиска людей под завалами. Дата заявки: 13.04.2016. Дата публикации: 10.08.2016. 6 c.
  4. Patent USA №8 390 283. Mather P., Slaughter J., Rizzo N. Three axis magnetic field sensor. Application Date: 04.03.2015. Publication Date: 18.10.2016.
  5. Ларченко А.В., Лебедь О.М., Федоренко Ю.В. Трехкомпонентные измерения структуры электромагнитного поля в диапазоне крайне низких и сверхнизких частот. Радиотехника и электроника. 2015. Т.60. №8. С.793-801.
  6. Sheinker A., Ginzburg B., Salomonski N., Frumkis L., Kaplan B. Localization in 3-D Using Beacons of Low Frequency Magnetic Field. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2013. V.62. №12. P.3194-3201.
  7. Shirokov I.B., Durmanov M.A., Redkina E.A., Naumicheva L.O. The calculation of magnetic field strength of magnetic antenna with ferromagnetic core in a task of people's search under avalanches. Proceedings of V European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP). Rome, Italy. 2011. P.1845-1848.
  8. Смирнов Б.М. Решение задачи определения координат источника магнитного поля. Измерительная техника. 2003. №7. С.38-42.