Общие требования, предъявляемые к делителям напряжения прн согласовании выхода исследуемой цепи с входом измерительного прибора:

делитель напряжения до.1жен иметь как можно большее входное сопротивление;

частотная характеристика делителя напряжения должна быть такой, чтобы в широкой полосе частот не вносить заметных искажений в исследуемый процесс;

выходное сопротивление делителя напряжения должно быть ма.шм по сравнению с входным сопротивлением осциллографа, влечина которого при выполнении условия согласования не должна превышать волнового сопротивления кабеля.

При нссчедованин временных характеристик и формы сигналов больпюе значение для пх неискаженного воспроизведения на экране ЭЛО имеет прежде всего полоса пропускания капала горизонтального отклонения луча осциллографа, которая должна по возможности обеспечить передачу всех гармоник исследуемого сигнала.

Так, для прямоугольного импульса длительностью т ширина спектра Д/> >2/тн. При этом верхняя граничная частота /в. пропускаемая усилителем канала горизонтального отклонения луча ЭЛО. должна быть не ниже значения Af.

Нижняя граничная частота, которая определяет неравномерность вершины прямоугольного импульса MJmax относительно его амп.тнтуды Umax, в пределах 5% определяется нз выражения:

/ <8,3-10-з-.. (5.23)

Это условие может быть принято и прн исследовании грозовых импульсов перенапряжения, наводимых в цепях РЭС.

Для достижения минимальных искажений исследуемых импульсов на фронте верхняя граничная частота полосы пропускания осциллографа должна выбираться из условия:

/о > 0..52 -. io.24)

При применении ЭЛО ие только для наблюдения формы сигнала, но и для измерения его амплитудно-временных характеристик следует также учитывать точность измерения, которую обеспечивает выбранный тип осциллографа.

Измерение импульсных электрических и магнитных полей

Измерение напряженности электрических полей. Прямые измерения амплитудных параметров и временных характеристик импульсных электрических полей в настоящее время чаще всего проводят с помощью различных измерительных преобразователей емкостного типа. Значительно реже используются преобразователи элегсгрооптичсских эффектов Керра и Поккельса.

Измерители E-uo.qefi с емкостным преобразователем содержат чувствительный элем.:нт в внде электрической емкости, преобразующий импульс напряженности электрического поля в пропорциональный ему нмпульс напряжения.

Различают два типа емкостных преобразователей:

конденсаторы того или иного типа (плоские сферические и т. п.). представляющие собой жесткую конструкцию, состоящую из двух или более мета;1лн-чсских электродов с диэлектриком .между ними;

антенны, горизонтальные и вертикальные, представляющие собой пли снстс-

му тонких металлических проводников, или систему, состоящую из тонкого проводника и проводящей плоскости.

По принципу действия емкостные преобразователи, содержащие сосредото-4CHHF.ie емкости илп пре.чставляюшне собой антенны того и.тн иного вила, ничем не отличаются друг от друга. Антенны в основном используются для регистрации электрических полей излучения натурных молний. Емкостные преобразователи, содержащие кон.1енсаторы, как правило, применяют при экспери-мента.1ьных исследованиях для измерений амплитудных параметров и временных характеристик воспроизводимых электрических полей грозовых разрядов.

Принцип работы измерителя напряженности электрического поля (ИИЭП) с емкостным преобразователем заключается в том, что в измеряемое электрическое поле с напряженностью Ец помещается емкостный преобразователь перпендикулярно силовым линиям поля. На электродах емкостного преобразователя при этом возникает разность потенциалов, которая и является мерой измеряемого поля. Сигнал с емкостного преобразовате-1Я с помощью лшши передачи информации (кабеля) передается на регистрирующее устройства - ЭЛО.

Как правило, емкостный преобразователь представляет собой плоский конденсатор дискообразной формы (рис. 5.21). Напряжение, возникающее между

Рпс. 5.21. К принципу действия емкостного преобразователя измерителя напряжепиости электрического поля

электродами емкостного преобразователя при внесении его в электрическое поле с напряжешюстью EqI

(5.25)

где d -расстояние между обкладками конденсатора, м; ki - диэлектрическая проницаемость диэлектрика конденсатора, Ф/м.

В зависимости от соотноше1П1я параметров ИНЭП и нагрузки напряжение на выходе измерительной системы может быть пропорннопально либо изеряс-мой иапряжснностн £/(/). либо ее производной по времени dEo{t)ldL

Если нагрузочное сопротивление ИНЭП много больше его емкостного сопротивления, то на выходе измерительной системы сигнал по форме будет повторять измеряемую напряженность электрического поля (см. 5.25). В этом случае будет справедлива схема замещения, приведенная на рис. 5.22. а. Измерительная система нагружается иа высокоомное входное сопротивление осциллографа, который должен работать в режиме огкрытого входа.

При условии Сл>Ск и /?.<С/?вх (где Ск -емкость кабеля, а /?вх - в.ходное активное сопротивление осциллографа), практически всегда выполняемом у ИНЭП. прсдиазначеиных для исследования процессов малой длительности (иа-по- и микросскуидного временного диапазона), устаностено. что время иарааста-ния передаточной характеристши определяется постоянной времени RcC. Тогда условие нсискажспиой передачи фронта измеряемых импульсов напряженности электрического поля имеет вид

г-0-?=

Рис. 5.22. Упрощенные схемы замещения емкостного ИНЭП в режиме, не требующем интегрирования (й), и с интегрированием с помощью /?С-цепи (б) (вх - входное сопротивление осциллографа; Сд - емкость датчика; R<: = Z)

(5.26)

-Ф RcC.,

где Тф - длительность фронта измеряемого импульса напряженностн электрического поля.

В том случае, когда сопротнвленпе нагрузки ИНЭП много меньше его емкостного напряжение на выходе е.мкостного датчика:

dEoit,

и, (/) = C,R,

(5.27)

Чтобы на выходе ИНЭП получить напряжение U2{f), пропорциональное напряженности измеряемого электрического поля, необходимо пспользовать интегрирующие устройства, в качестве которых обычЕю выступают RC-nem (рис. 5.22.6). Тогда прн выполнении условий l/(JiC </? и 1/(1}Сд 2 получаем

dE.U). (5.28)

2 {t)

Для сведения к минимум (в пределах 5%) искажений формы измеряемых импульсов напряженностн электрического поля грозового излучения необходг1мо выполненне следующего условия:

т <0,1/ С... (5.29)

где Rn и Сн - параметры интегрирующей цепи.

Конструктивно емкостный преобразователь обьпшо представляет плоский кон.ченсатор дискообразной формы, выполненный нз двустороннего фольгнро-ванного стеклотекстолита (е =8) с толщиной 2... 3 мм( рис 5.23). К заземленному электроду емкостпого преобразователя прнсоединяется металлический экран, к которому крепится коаксиальный разъем. Внутрь металлического экрана при необходимости помещается согласующее сопротивление. С помощью измерительного кабеля емкостный преобразовате.чь соед1щяется с ннтегрирую1[1ей цепью или непосредственно с электрощю-лучевым осциллографом.

Измерение напряженности магнитных полей. Измсрен1[е импульсных магнитных ноле11 в широком амплитудном н временном диапазоне наиболее просто и надежно осуществляется с помощью 1н лукпнонных измерительных преобразо-вате.чен. Значителыю реже для этих целей используются холловскпе датчики и преобразователи электрооптического эффекта Фарадея.

24.S

Рис 5.24. К пояснению действия нндукпн-онноп) преобразователя измерителя нанпя-:{-:енности магнитного поля

Рис. 5.23. Конструкция емкостного датчика ИНЭП:

/-емкостный преобразооатель: 2 - мггялличес-кнй краи; J - согласующпП ре.чнстор; - вы-сокопастотныИ коаксиальный разъем

Индукционные преобразователи измерителей напряже1гностн магнитного поля (ИНЛ\П) представляют собой катушку индуктпвностн (рис. 5.24). в которой под действием изменяющегося во времени внешнего магнитного поля Я(/) индуцируется ЭДС, лропорциональная производной по времени от напряженности этого поля:

*?(0 = - !о

dH{t) dt

(5.30)

где 5 -площадь пнд>тсцпоппого преобразователя, м-; ti -чнсао его витков.

Чтобы на вы.ходе измерительной системы получить напряжение иг\У), пропорциональное напряженности измеряемого магнитного поля, так же как п для пояса Роговского, необходимо использовать интегрирующее устройство, состоящее из LR- или /?С-цепей (см. рис. 5.17).

Тогда напряжение па выходе нндукнионпого преобразователя в самоинте-грнруюшем режиме

(5.31)

При интегрировании с помощью /?С-цепи напряжение на выходе измерительной системы

/?иСи

(5.32)

Для С1П1ЖСНИЯ пскаженпп при измерении напряженностн импульсных магнитных полей с помощью индукционных преобразователей необходимо выполненне условий (5.14) НЛП (5.17) в зависимости от применяемого типа интегрирования.

С целью уменьше[ня в,1няния паразитных емкостных связей между катушкой индукинонного преобразователя п близлежащими заземленными объектами, а также исключения влияния помеховых электрических по.чен на процесс измерений катушку пндуктюнного преобразователя помсЕцают в электромагнитный

17-1087 249

Piic. 5.25. Конструкция сбалансированного ипяукииоиного

датчика МНМП: ; - катушка индукционного преобразователя; 1 - элск громагнн г-ный корпус-экран; - штенсель-Hbiii разъем

экран, который заземляется. В результате получают сбалансированный индукционный преобразователь ИНМП.

Конструктивно сбалансированный индукционный преобразователь представляет собой обычно круглую катушку, помещенную в корпус-экран с прорезью (рнс. 5.25). При необходимости в корпус-экран индукционного преобразователя также помещают интегрирующий /?п и согласующий rc резисторы. С помощью измерительного кабеля индукционный преобразователь соединяется с цепью интегрирования или электронно-лучевым осциллографом.

5.4. МЕТОДЫ ГРОЗОВЫХ 11СПЫТАН1П1 РЭС

ПА СТОЙКОСТЬ

Общие положения

Идеальным способом исследований грозостойкости РЭС являются натурные испытания этих средств в условиях реальной их эксплуатации при грозовых воздействиях. Однако проведение такого рода испытаний ввиду случайного характера грозовых разрядов практически не представляется возможным. В свярн с этим исследования РЭС на грозостойкость производят методами лабораторных испытаний. В зависимости от наличия необходимого экспериментального оборудования, воспроизводящего поражающие факторы грозового воздействия или имитирующего связанные с влияниями этих факторов напряженпя и токн. lui-дуцируемые во внешних и внутренних цепях РЭС, испытания этих средств могут проводиться либо целиком, либо по отдельным блокам, узлам п элементам.

Наиболее полную информацию о стойкости РЭС к грозовым воздействиям получают на основе комбинации этих двух видов испытаний. Они позволяют давать заключеш1Я не только о стойкости РЭС в целом, ио н выделять наиболее критичные к грозовым воздействиям блоки, узлы, цепи и элементы радио-н электротехнического оборудования РЭС, которые в процессе эксплуатации могут потребовать применение специальных средств грозозащиты.

Испытания РЭС п целом на стойкость к грозовым воздействиям обычно требуют наличия уникального высоковольтного оборудования, оснащенность которым испытательных лабораторий в настоящее время erne низка. Зачастую пспытапия проводят воздействием поражающих грозовых факторов с пониженными амплитудными уровнями, впоследствии распространяя результаты этих испытаний методом линейной экстраполяции иа реальные условия грозовых воздействий.

В болтошинстве случаев прибегают к испытаниям путем воздействия на РЭС имитпровапиыми сигналами по основным каналам дестабилизирующего грозо-

вого влияния иа нормальное функционирование этих средств (АФУ, воздушные и подземные ЛС. МБЛС. корпуса-экраны РЭС).

Грозовые испытания РЭС в целом

Испытания на стойкость РЭС самолетов при их прямом поражении молнией. В процессе прямого поражения самолетов молнией по элементам их корпусов (фюзеляжу п крььшям) протекают токи грозового разряда. В лабораторных условиях разряд молнии, воздействующий на самолет, моделируется импульсом тока с амплитудой / = 200 к., временем нарастания Тф = 2 мкс, средней крутизной нарастания 100 кЛ/мкс н временем полуспада т -=50 мкс.

Перед испытаниями определяют места наиболее вероятного расположения на корпусе самолета точек входа и выхода тока ыолнин, в которые и производят подк.чюченне испытательной установки. На рис. 5.26 приведена общая структур-

Пояс Рогодского

----1

шр с I

о <Hht

гит J

Рис. 5.26. Схема установки для проведения иснытаиий РЭС самолетов иа грозостойкость прп их пря.мом поражении молписй: П.Т -генератор импульсных токов: R, L и С - элементы формирования амплитудно-временных .характеристик испытательных токовых пмпульсов

ная схема испытаний РЭС само.чета на грозостойкость при прямом поражении самолета молнией. В качестве источника, моделирующего импульсы тока молнии, используют генератор импульсных токов (ГИТ), с помощью которого при соответствунш1ем выборе формирующего сопротивления r и инд\т(тивности l с учетом емкости накопителя С получают требуемые для испытаний временные характеристики воздействующего иа самолет тока.

Контрольно-измерителы1ую аппаратуру (КИА) режимов работы испытываемых систем самолета рекомендуется располагать внутри испытываемого объек-та (самолета). Такое распо.гюжеиие КИА позволит достичь высоких уров11ей помехозащищенности этой аппаратуры по сравнению с вариантом наружного ее расположения. Снаружи, в хорошо экранированной кабине, располагают измерительные устройства для контроля параметров моделируемого тока молиии.

Ирнведеииая схема позволяет также проводить грозовые испытания пониженными уровнями моделируемых токов молнии.

По всех случаях при испытании самолет должен быть полиостью укомплектован всеми техническими средствами.