华北电力大学（北京）硕士学位论文瞬态弱磁场测量系统的研究姓名：肖保明申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：王泽忠20040201每乾电力大学（ｊＥ靛）硬士学位论文予瀑态场予撬滚静溺量，渡｛鬟ｌ｜信号包含各种频率成分，丽显在空蔺各处的福值不阐。
测试系统不仅要能精确地测爨出场强螺值懿大小，还要熊褥到场强随时间交化终波形。
所以就必须根据不同的场、不同地测缀目的采用不同的测量探头。
１．２。
１弱羚疆突愦况早在２０懒纪６０年代黼外就开始了瞬态电场和磁场传感器的研究工作，当时主要是为了测鬣由核爆炸版产生电磁脉冲（ＮＥＭＰ）的瞬态电场和瞬态磁场，厩且主委是…些攀工的磷究税桷在进行研究工｛乍。
经们狠爨测爨的篱要开发磁各莘孛形式的瞬态电磁场测鬟探头。
最鞠开发静瞬惑电磁场传感系统中，电场探头为空心的球形偶极子（ＨＳＤ—ＨｏｌｌｏｗＳｐｈｅｒｉｃａｌＤｉｐｏｌｅ）结构：磁场探头为多间隙环（ＭＧＬ—ＭｕｌｔｉｇａｐＬｏｏｐ）结构…ｌ。
后来魄场探头的结橡榴继出现了激进圆锥形偎檄子（ＡＣＤ—ＡｓｙｍｐｔｏｔｉｃＣｏｎｉｃａｌＤｉｐｏｌｅ）探头、嵌入式阖盘形偶掇予（ＦｐＤ—Ｆｌｕ娩一ＰｌａｔｅＤｉｐｏｌｅ）攘头、圜校形单极偶扳子（ＣｙｌｉｎｄｒｉｃａｌＭｏｎｏｐｏｌｅＳｅｎｓｏｒ）＂２｝探头等，蔟结构分别斑图１—２所示。
磁场探头的结构还有多暇线圈环（Ｍ”ＦＬ—ＭｕｌｔｉｔｕｍＬｏｏｐ）探头、圆露Ｍｏｅｂｉｕｓ环（ＣＭＬ—ＣｙｌｉｎｄｒｉｃａｌＭｏｅｂｉｕｓＬｏｏｐ）、辫蔽环形线爨、自积分式传感嚣良及罄蔽拳环形磁场传感器｝２６３０１等形式，茭绩筏分粼麴霪ｌ～３联示。
锣盛瞬：、蠢蒜；每一“一《。
畦鹣墨∥；（ａ）ＨＳＤ传感箍（ａ）鞴ＧＬ侮感嚣（ｂ）ＡＣＤ传感蒙《ｅ）Ｐ黪传麓繇图１～２瞬态电场传感嚣ｎ）藏？Ｌ传搿器：ｃ）ｍ。
ｅｂｉｕｓ筇图１～３璐态磁场传感嚣器早期这黧灏璧探头辕蹬的信号都怒谶过霞辘电缆传至ｌ霹蔽浏爨孳或漭蔽室中避露溺耋瓣。
弱２０整缌８０年代涟羞必经技术靛发袋，馕褥测量镶号在强堍磁环壤下酌传输不褥受到限制。
囱虢一系列嵬纤传输系统代餐了惑缆簧输系统，使得激悫电磁场的测墩更加准确、可靠。
如法国Ｔｈｏｍｓｏｎ—ｃｓｆ公司研制的用于测量ＮＥＩｖｌＰ４龟、图３—９同轴电缆的衰减特性曲线将通过频谱分析仪测量到的电缆的衰减数据以对数坐标衷示就可以得到下面憝电缆衰减特性蓝线。
蕺１。
篓凝律：／ＩＩＨ霁强３—１０３０来电缆静袭减特往蕊线从一匕丽的曲线可以看出，电缆蜜际上相当于一个低通滤波器。
根据～３ｄＢ点，可以确定这种电缆可以使用的频率上线为７５ＭＨｚ。
而我们实际传输的信号的频率高达１００ＭＨｚ，爱良在越遭７５ＭＨｚ熬臻号经建毫缆黄竣爱螫然会霉ｌ起售号懿失囊。
为了确保所传输的脉冲储号不失真，就必须对同轴电缆的衰减进行补偿。
３。
４．２蔚辘瞧缆补偿电蹑螅设计通过上面的分析可知，信号在同轴电缆中传输时，其搦张随电缆长廉、信号频率的增加而增加。
因此在考虑对电缆的衰减进行补偿时，应该根据电缆的长度和所２３传输信号靛凝率来设计，实鬻中对电缆衰减遴霉亍｛｝偿一般采璃信号章｝缮器，也裁是一神线鼹均糖嚣，它题采用频率特一睦鹭电缆螅囊城特性蝴反的阻容网络寐羽’电缆的传输特性德行补偿。
懑３－１１蹩一爨基本绩警｛｝媸电臻瓣瑷理黧，该毫貉圭疆ｆ；努ＲＣ电路缎戏。
每一缀ＲＣ审联魄臻帮有一个中心频灌￡蟪电缀的强减瞧线分成Ａ段，对应予令段都稽…缀ＲＣ毫蘸予戬补偿。
图中ＲＣ蠢鼹是并联在三投管麴发射投电路上匏，板瓣发射投疆抗变化时姆引起放大级液大倍数躺燹讫。
蟊ｊ魏并联在发射辍的ＲＣ泡薅麴阻抗戆会隧频率的势‘意露躐小，这样键邀魏蕊蟠频祷淫｜｛蠡线藏跑较接近予逸缆鹣衰躐弱线豹毒｝嫠蘸线，鼓蕊实现对一定长发迦缆虼衰减进行孙偿。
翻３－１１补偿电路驭理图根疆此膘疆我们在北京光鞠电予公司定做了３０米筏电缆的补偿器。
囝３。
１０是信弩补偿器缒在４０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ辩豹频率将牲趋绫。
图３．１２补偿器的频率特性潮将信号｛｝馁器接雀３０洙嘏缆豁末端，在奄缆靛始端鸯鞋镕号溅褥箕频率薅瞧趣线懿下。
扶强３－ｔ１土丽驭爱赛，羚髅嚣戆够羚搂窀缆瓣衰溅，嚣且可以产生乎蚜２。
３ｄＢ麴增蕊。
绻会３．３节中分织的小售母放大器的情｝兄，可以得出，熬个磁场测量系统的放大倍数为４５ｄＢ左右，考虑翊谈蓬的影响，以借在埔蜀放大祷时藏大倍数筠灌４５ｄＢ（鄄１７７傣）采诗冀。
骚３－１３祷楼后瓣耄缆靛菝攀特戆３．５本誊砖、苇本帮介绍了如何刹用半剐性阎轴电缆设计自积分式磁场探头，采用高频同轴电缆作为傣号的传输通路，实现了瞬态弱磁场的测誊。
首先对自积分式磁场探头的交换橇瑷遂嚣了遴论分撬帮实验磷究，讨论了设诗１００ｋＨｚｔ００ＭＨｚ范麴海懿瞬悫磁场探测线圈积分电阻的选择问题。
设计了用于放大测爨信号的射频放大器以及放大器的实验情况。
最螽讨论了长鼯离传输信号辩丽电缆传输存在静倦号褒减闯舔，著掇据实黼溅量褥到浆瞧缆蛉衰减黪热设诗了模拟格接器，察现了对坝４爨售号的补偿。
王佟空溺肉懿波蘸接近睾蠢波，蒋过渡段鹣长发应为工份空闯高度豹２倍以上。
与横嗽磁波小室（ＴＥＭ－－ｃｅｌｌ）那耪封闲的金属壳体的结构相比，煮赛波模拟器的工作空间是向两侧开放的，要开阔得多，造价也比较低。
而且更为重要的是，封闭的金属壳体常使其中的电磁环境复杂化，可能会出现腔体谐振现蒙，这种情况在肖赛波模音彗ｌ器中就不存在。
在实舔静模拟器中，其愈场黧射器均聚埔金＿｜ｉ耄线裰代替金属叛，不仅避免了金属叛边缘的迤晕瑗象毂意压击穿翊题，嚣且在室终缎，｛牛Ｆ选提高了承载风载的能力。
本实验室建立的模拟器是以大地作为一个导电平面的，终端器是一个电阻值为２４０欧姆左右的水电阻。
模拟器的结构如图４—３，其实物模型妊萄４—４所示，其中平行线褥部分长６．０米，宽４．６米，高４．６米，传输线总长４５张。
终端臻图４—３以大地为导电平面的有界波模拟器胬４—４模掇器实耪模型２８———————————————————兰型些堂型！塞！塑主堂垡造壅体，躲；串源输出电压蜂值可以高达７００ｋＶ，且连续可调，可在长×宽×高：６ｍ×４．６ｍ×４ｔ６ｍ妁工作空蝴内形成离达１００ｋＶ／ｍ的蜂馕场强，脉冲的上升澄最短可达到１Ｏｎｓ，波形宽度：３００ｎｓ～５００ｎｓ，电场极化方向垂巍向上。
网４—８Ｍａｒｘ发生器原理圈鹜中，壹滚毫压添是经过交浚奄浚整滚禚褥裂瓣。
鑫｛褒滚藏压经缀拶；电隧是绘各级电容充电至直流高压源的电压％，各球隙的电压同时也达到％。
使图中１、３、５、７…等各点对缝酌窀位镱为砾，丽下酒各点２、４、６、８…的电位仍为零电位。
事先可以在各球隙中充满氮气，使其击穿电压比碥稍大，这样在充电过程中瞧们就不会叁击窘。
当触发时，点ｌ战电位瞬问地从Ｋ降至零。
由于电容器两端的电位差不戆突变，点４的邀经剜铁器来獒零瓣溜邃下降至～Ｉ，ｎ，由于点１、３和点４、６间铸有充电电黼霞闯隔，使３点的电位仍傈持源电德，这群在３和６之间的间隙所承受的电压就由原来的昧突然上升为２ｖｏ。
依次类推备间隙依次在电压Ｋ、２珉…、珏圪黪终髑下全部被击穷，这撵就将瓣来并联充电的电压环以串联放电的方式储增起米，图４—９Ｍａｒｘ发生器实物图通过最螽麓主开关输出裔援懿狰蘩黄输线主。
Ｍａｒｘ发生器中钶大量开关，这些开关同步或依次点火触发，完成所有开关的触发所需的时间必须控制在一定的范围肉，邵遇露所说的必须使触发“抖动”尽量减小而满足一定的指标要求。
为此，黢要求开关本巍戆魅发特援稳定瞧好，分散性小以外，触发脉冲必须足够陡，耦合电黻篷尽霹能小，在结梭设计上，应设法减小触发引线的分布电容和电感。
本实验室建立的Ｍａｒｘ发生器交钧如瀚４—９所示。
此脉冲豳４—１０瞬杰脉冲波形源产生的瞬态脉冲波形如图４一ｌＯ所承。
３４圈４～１２瞬态辣；串磁场豹波形隽终我翻将ＨＴ２１型磁场瓣爨系统溅蕊潮韵赫渖戮臻晦毽悸浚秘翊建Ａｎｓｙｓ毫磁隔分辑软件计葬得窝酌磁场避行了辩魏。
灞Ａｎｓｙｓ诗算褥到ＥＭＰ攘羧禚下磁琢分布如溺４一１３所示。
黼４一１３ＥＭＰ磁强分布黼髑Ａｎｓｙｓ建模计算时，根据窝际加的电聪德７×６５ｋｖ和传输线符雠阻抗（特髓融抗近似铸于传输线终端所援水电阻的黻值），子怒可黻计簿磁遴道佟输绒静电瀛，３７终为｛９００Ａ，建模时把传输线等效为长４．６ｍ，离０．１ｍ的导体，由电流，藏可戬褥到该撂体上流过的魄滚密度约为４１００Ａ／ｍ２。
经过诗冀鼓可以摄到ＥＭＰ模拟暴工俘空间下磁场的分布情况。
见图４—１３。
实验时磁场探头就放在图中所标值２２２．１０５Ａ／ｍ的附近。
考虑到模拟器的效率，可以新出磁场强度的测量结粜１９０Ａ／ｒｎ和计算结果２２２．１０５Ａ／ｍ院较接近。
（２）改变躲浊发生器羧鹦脉＿｝嘻ｌ匏土舞滋，馊输爨的歇冲比较平瀑，重复上嚣憋操作。
用示波器重新采集此时Ｈ１、２ｌ型磁场传感器和自制磁场探头测量到的脉冲磁场的波形，见图４～１４所示。
图４一１４脉冲上升沿变化时测到的脉冲磁场的波形从图可以着出此时磁场脉冲的上升淞猩ｌＯＯｎｓ左右，而鼠自制磁场探头测量到的脉冲磁场的波形和标准磁场探｛觅０爨到的波形慰加接近。
从豳可以得到ＨＩ、２１型磁场传感器所测到的磁场波形的蜂俊约为２Ｖ，粮壤土瑟的掰算方法胃酸樽到越对所代表蕊磁场强痰甄为ｉ８Ａ／ｍ。
对予耋裁磁场攘头测量烈瓣磁坜波形豹峰德从强上喾出程８Ｖ左右。
由此可知，勉时缓两耱磁场探头掰测波形驹辐镶计冀，瓣予鸯潮磁场搽头在这静耩猛下每ｉＶ戆感应奄压穗当于２。
２５Ａｉｍ熬磁场强发。
遮狰镳莱鞠上述褥茔ｌ豹｜．９Ａ／ｍ鸯镳差，可裁跫囊予嚣次溅量懿繇壤疆及终捌瓣波形不一襻遮藏魏。
（３）溅囊计冀橇开极搽鼋筝拜重嚣示嚣产童静脉狰磁场波形。
磁场探头放在显示器添约｛ｃｍ处，灏霪揉头霸戴示瓣平灏平行。
魏辩褥壤磁场探头灏不垂稼洚渡形，垂裁搽头通过射凝放大嚣嚣测爨瓤鹣躲；串波澎鳃鬻４。
１５所示，从圈上霹戳看出监对波３８形豹主舟涤在２眙Ｓ左右，ｉ鑫过溅霪弱静感应毫压毽扶图可以螽出在８００ｍＶ左右，此时磁场探头实际输出的感应电压值Ｕ；为一：季婆婺孽犁挚橐孽堡４＋５２ｍＶ放大器的放大倍数１７７式中放大器的放大倍数按第三章所讨论的敷１７７倍。
由此根据上面的折算方法，敬每ｌｖ静感应电藤相当于２。
２５Ａ／ｍ的磁场强渡，可以褥到诧时赫冲磁场赘峰餐约为４５２×１０一３×２．２５Ａ／ｍ≈１０×１０“３Ａ／ｍ图４－１５ＰＩＩＩ计算机开关操作产生的脉冲波形（４）在勇矫一台不阐型号静讨－算梳重笈３静操作，藏时标准磁场探头锯然测不刘默冲波形，爨制探头避过射频放大器后测量劐的欺；申波形如图４－１６辨示。
从图上可以看出此时波形的上升沿在ｔ／ａｓ左右，通过测量到的感应电压傲从图可以看出在４００ｍＶ左右，此时磁场探头实际输出的感应电压值Ｕｚ为Ⅳ，：蚕塑墨鎏型塑塑孚堕。