- •Часть 1 Введение
- •Классификация физических величин
- •Размер физических величин. “Истинное значение” физических величин
- •Основной постулат и аксиома теории измерений
- •Теоретические модели материальных объектов, явлений и процессов
- •Физические модели
- •Математические модели
- •Погрешности теоретических моделей
- •Общая характеристика понятия “измерение” (сведения из метрологии)
- •Классификация измерений
- •Измерение как физический процесс
- •Методы измерений как методы сравнения с мерой
- •Функциональная блок-схема метода
- •2.3. Мостовой метод
- •3. Разностный метод
- •3.1. Нулевые методы
- •4. Метод развёртывающей компенсации
- •Часть 2 Измерительные преобразования физических величин
- •Функциональная блок-схема:
- •Реализации: к лассификация измерительных преобразователей
- •Примеры динамических преобразователей
- •Статические характеристики и статические погрешности си
- •Характеристики воздействия (влияния) окружающей среды и объектов на си
- •Полосы и интервалы неопределённости чувствительности си
- •Си с аддитивной погрешностью (погрешность нуля)
- •Си с мультипликативной погрешностью
- •С и с аддитивной и мультипликативной погрешностями
- •Измерение больших величин
- •Формулы статических погрешностей средств измерений
- •Полный и рабочий диапазоны средств измерений
- •Динамические погрешности средств измерений
- •Динамическая погрешность интегрирующего звена
- •Причины аддитивных погрешностей си
- •Влияние сухого трения на подвижные элементы си
- •Конструкция си
- •Контактная разность потенциалов и термоэлектричество
- •Контактная разность потенциалов
- •Термоэлектрический ток
- •Помехи, возникающие из-за плохого заземления
- •Причины мультипликативных погрешностей си
- •“Старение” и нестабильность параметров си
- •Нелинейность функции преобразования
- •Геометрическая нелинейность
- •Физическая нелинейность
- •Токи утечки
- •Меры активной и пассивной защиты
- •Часть 3 Физика случайных процессов, определяющих минимальную погрешность измерений
- •Возможности органов зрения человека
- •Естественные пределы измерений
- •Соотношения неопределенности Гейзенберга
- •Естественная спектральная ширина линий излучения
- •Абсолютная граница точности измерения интенсивности и фазы электромагнитных сигналов
- •Фотонный шум когерентного излучения
- •Эквивалентная шумовая температура излучения
- •Электрические помехи, флуктуации и шумы
- •Физика внутренних неравновесных электрических шумов Дробовой шум
- •Шум генерации - рекомбинации
- •Импульсный шум
- •Физика внутренних равновесных шумов Статистическая модель тепловых флуктуаций в равновесных системах Математическая модель флуктуаций
- •Простейшая физическая модель равновесных флуктуаций
- •Основная формула расчета дисперсии флуктуации
- •Влияние флуктуаций на порог чувствительности приборов
- •Примеры расчета тепловых флуктуаций механических величин Скорость свободного тела
- •Колебания математического маятника
- •Повороты упруго подвешенного зеркальца
- •Смещения пружинных весов
- •Тепловые флуктуации в электрическом колебательном контуре
- •Корреляционная функция и спектральная плотность мощности шума
- •Флуктуационно-диссипационная теорема
- •Формулы Найквиста
- •Спектральная плотность флуктуации напряжения и тока в колебательном контуре
- •Эквивалентная температура нетепловых шумов
- •Часть 4 Внешние электромагнитные шумы и помехи и методы их уменьшения
- •Емкостная связь (емкостная наводка помехи)
- •Индуктивная связь (индуктивная наводка помехи)
- •Экранирование проводников от магнитных полей Особенности проводящего экрана без тока
- •Особенности проводящего экрана с током
- •Магнитная связь между экрана с током и заключенным в него проводником
- •Использование проводящего экрана с током в качестве сигнального проводника
- •Защита пространства от излучения проводника с током
- •Анализ различных схем защиты сигнальной цепи путем экранирования
- •Сравнение коаксиального кабеля и экранированной витой пары
- •Особенности экрана в виде оплетки
- •Влияние неоднородности тока в экране
- •Избирательное экранирование
- •Подавление шумов в сигнальной цепи методом ее симметрирования
- •Дополнительные методы шумоподавления Развязка по питанию
- •Развязывающие фильтры
- •Защита от излучения высокочастотных шумящих элементов и схем
- •Шумы цифровых схем
- •Часть 5 Применение экранов из тонколистовых металлов
- •Ближнее и дальнее электромагнитное поле
- •Эффективность экранирования
- •Полное характеристическое сопротивление и сопротивление экрана
- •Потери на поглощение
- •Потери на отражение
- •Суммарные потери на поглощение и отражение для магнитного поля
- •Влияние отверстий на эффективность экранирования
- •Влияние щелей и отверстий
- •Использование волновода на частоте ниже частоты среза
- •Влияние круглых отверстий
- •Использование проводящих прокладок для уменьшения излучения в зазорах
- •Шумовые характеристики контактов и их защита
- •Тлеющий разряд
- •Дуговой разряд
- •Сравнение цепей переменного и постоянного тока
- •Материал контактов
- •Индуктивные нагрузки
- •Принципы защиты контактов
- •Подавление переходных процессов при индуктивных нагрузках
- •Цепи защиты контактов при индуктивных нагрузках Цепь с емкостью
- •Цепь с емкостью и резистором
- •Цепь с емкостью, резистором и диодом
- •Защита контактов при резистивной нагрузке
- •Рекомендации по выбору цепей защиты контактов
- •Паспортные данные на контакты
- •Согласование сопротивлений генераторных ип
- •Согласование сопротивлений параметрических преобразователей
- •Принципиальное различие информационных и энергетических цепей
- •Использование согласующих трансформаторов
- •Метод отрицательной обратной связи
- •Метод уменьшения ширины полосы пропускания
- •Эквивалентная полоса частот пропускания шумов
- •Метод усреднения (накопления) сигнала
- •Метод фильтрации сигнала и шума
- •Случай: ωсигн≠ωшум
- •Проблемы создания оптимального фильтра
- •Метод переноса спектра полезного сигнала
- •Метод фазового детектирования
- •Метод синхронного детектирования Функциональная блок-схема метода:
- •Погрешность интегрирования шумов с помощью rc - цепочки
- •Метод модуляции коэффициента преобразования си
- •Применение модуляции сигнала для увеличения его помехозащищенности
- •Метод дифференциального включения двух ип
- •Метод коррекции элементов си
- •Методы уменьшения влияния окружающей среды и условий изменения
- •Организация измерений
Часть 5 Применение экранов из тонколистовых металлов
Экран представляет собой металлическую перегородку, разделяющую две области пространства. Экран можно использовать для предотвращения распространения электромагнитных полей в пространство, окружающее источник шумов, если последний заключить в экран (рис.1). Он может также защищать область пространства от проникновения в нее электромагнитного излучения (рис.2). Экранировать можно системы, компоненты и кабели, являющиеся источниками или приемниками шумов или и тем и другим вместе.
Ближнее и дальнее электромагнитное поле
Характеристики электромагнитного поля определяются:
источником;
окружающей его средой;
р асстоянием от источника до точки наблюдения.
В близи источника свойства поля определяются в основном характеристиками источника. Вдали от источника свойства поля зависят, главным образом, от среды, в которой распространяется поле. Поэтому пространство, окружающее источник, можно разделить на две области (рис.3): рядом с источником расположено ближнее, или индуктивное, поле. На расстоянии, превышающем ~/2 длины волны, располагается дальнее поле, или поле излучения. Область на расстоянии /2 является переходной между ближним и дальним полями.
Отношение напряженности электрического поля Е к напряженности магнитного поля Н представляет собой полное волновое сопротивление Zw. В дальнем поле это отношение равно полному характеристическому сопротивлению среды Z0. Например, для воздушного или свободного пространства (вакуума) Z0=Zw =377 Ом. В ближнем поле величина этого отношения определяется параметрами источника и расстоянием от него до рассматриваемой точки. Если в источнике генерируются большой ток и низкое напряжение, Е/Н<377Ом, и ближнее поле является в основном магнитным. И наоборот, если в источнике малый ток и высокое напряжение, Е/Н>377Ом, и в ближнем поле преобладает электрическая составляющая.
Для антенны в виде штыря или натянутого провода волновое сопротивление вблизи антенны велико, и преобладающим является электрическое поле. По мере увеличения расстояния интенсивность электрического поля падает, так как оно создает дополняющее его магнитное поле. В ближнем поле его электрическая составляющая затухает пропорционально (1/r)3, в то время как магнитная составляющая затухает пропорционально (1/r)2. Таким образом, полное волновое сопротивление с увеличением расстояния от штыревой антенны падает и асимптотически приближается к полному сопротивлению, которым обладает свободное пространство в дальнем поле (рис.4).
Д
Рис.3
В дальнем поле как электрическая, так и магнитная составляющие поля затухают пропорционально 1/r.
На частотах до 1 МГц почти все наводки внутри электронного оборудования определяются условиями ближнего поля, поскольку ближнее поле на этих частотах простирается на расстояние до 45 м и более. На частоте 30 кГц поле является ближним на расстоянии до 1,5 км от источника. Отсюда следует, что проблемы помех внутри любого данного оборудования следует рассматривать как проблемы ближнего поля, если только не является очевидным, что они относятся к проблемам дальнего поля.
В ближнем поле электрическое и магнитное поля необходимо рассматривать раздельно, поскольку отношение их напряженностей не является постоянным. Однако в дальнем поле эти составляющие взаимодействуют, образуя плоскую волну с полным сопротивлением 377 Ом, т. е. при рассмотрении плоских волн предполагается, что они соответствуют дальнему полю. При раздельном рассмотрении электрического и магнитного полей считается, что они соответствуют ближнему полю.