Вибір оптимальної конструкції вхідної антени СКВІД-магнітометра для вимірювань у неекранованому приміщенні
Виготовлено макети та експериментально досліджено властивості 5 типів антен СКВІД-магнітометрів. Визначена перешкодозахищеність різних типів антен. Знайдена область простору в неекранованому приміщенні з мінімумом амплітуди та градієнтів 1-го і 2-го порядків магнітного поля перешкод....
Gespeichert in:
| Datum: | 2007 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2007
|
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6476 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Вибір оптимальної конструкції вхідної антени СКВІД-магнітометра для вимірювань у неекранованому приміщенні / О.В. Закорчений, Ю.Д. Мінов, М.М. Будник // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2007. — № 6. — С. 75-79. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-6476 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-64762010-03-05T12:01:12Z Вибір оптимальної конструкції вхідної антени СКВІД-магнітометра для вимірювань у неекранованому приміщенні Закорчений, О.В. Мінов, Ю.Д. Будник, М.М. Виготовлено макети та експериментально досліджено властивості 5 типів антен СКВІД-магнітометрів. Визначена перешкодозахищеність різних типів антен. Знайдена область простору в неекранованому приміщенні з мінімумом амплітуди та градієнтів 1-го і 2-го порядків магнітного поля перешкод. Prototypes for 5 kinds of SQUID-magnetometer antennas (magnetometer, axial and planar gradiometers of 1st and 2nd orders) were created and their noise-immunity were experimentally studied. Spatial area into unshielded room with minimum values both amplitude of noise field and its gradients of the 1st and 2nd orders is determined. 2007 Article Вибір оптимальної конструкції вхідної антени СКВІД-магнітометра для вимірювань у неекранованому приміщенні / О.В. Закорчений, Ю.Д. Мінов, М.М. Будник // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2007. — № 6. — С. 75-79. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. 1817-9908 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6476 681.3 (031) uk Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
Виготовлено макети та експериментально досліджено властивості 5 типів антен СКВІД-магнітометрів. Визначена перешкодозахищеність різних типів антен. Знайдена область простору в неекранованому приміщенні з мінімумом амплітуди та градієнтів 1-го і 2-го порядків магнітного поля перешкод. |
| format |
Article |
| author |
Закорчений, О.В. Мінов, Ю.Д. Будник, М.М. |
| spellingShingle |
Закорчений, О.В. Мінов, Ю.Д. Будник, М.М. Вибір оптимальної конструкції вхідної антени СКВІД-магнітометра для вимірювань у неекранованому приміщенні |
| author_facet |
Закорчений, О.В. Мінов, Ю.Д. Будник, М.М. |
| author_sort |
Закорчений, О.В. |
| title |
Вибір оптимальної конструкції вхідної антени СКВІД-магнітометра для вимірювань у неекранованому приміщенні |
| title_short |
Вибір оптимальної конструкції вхідної антени СКВІД-магнітометра для вимірювань у неекранованому приміщенні |
| title_full |
Вибір оптимальної конструкції вхідної антени СКВІД-магнітометра для вимірювань у неекранованому приміщенні |
| title_fullStr |
Вибір оптимальної конструкції вхідної антени СКВІД-магнітометра для вимірювань у неекранованому приміщенні |
| title_full_unstemmed |
Вибір оптимальної конструкції вхідної антени СКВІД-магнітометра для вимірювань у неекранованому приміщенні |
| title_sort |
вибір оптимальної конструкції вхідної антени сквід-магнітометра для вимірювань у неекранованому приміщенні |
| publisher |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| publishDate |
2007 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6476 |
| citation_txt |
Вибір оптимальної конструкції вхідної антени СКВІД-магнітометра для вимірювань у неекранованому приміщенні / О.В. Закорчений, Ю.Д. Мінов, М.М. Будник // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2007. — № 6. — С. 75-79. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT zakorčenijov vibíroptimalʹnoíkonstrukcíívhídnoíanteniskvídmagnítometradlâvimírûvanʹuneekranovanomuprimíŝenní AT mínovûd vibíroptimalʹnoíkonstrukcíívhídnoíanteniskvídmagnítometradlâvimírûvanʹuneekranovanomuprimíŝenní AT budnikmm vibíroptimalʹnoíkonstrukcíívhídnoíanteniskvídmagnítometradlâvimírûvanʹuneekranovanomuprimíŝenní |
| first_indexed |
2025-07-02T09:24:22Z |
| last_indexed |
2025-07-02T09:24:22Z |
| _version_ |
1836526613162885120 |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6
75
3
O.V. Zakorchenyy, Yu.D. Minov,
M.M. Budnyk
SELECTION OF OPTIMAL
DESIGN OF INPUT ANTENNAS
OF SQUID-MAGNETOMETER
FOR MEASUREMENT AT
UNSHIELDED ENVIRONMENT
Prototypes for 5 kinds of SQUID-
magnetometer antennas (magneto-
meter, axial and planar gradiome-
ters of 1
st
and 2
nd
orders) were
created and their noise-immunity
were experimentally studied. Spatial
area into unshielded room with
minimum values both amplitude of
noise field and its gradients of the 1
st
and 2
nd
orders is determined.
Виготовлено макети та експери-
ментально досліджено властиво-
сті 5 типів антен СКВІД-магні-
тометрів. Визначена перешкодо-
захищеність різних типів антен.
Знайдена область простору в нее-
кранованому приміщенні з мініму-
мом амплітуди та градієнтів 1-го
і 2-го порядків магнітного поля
перешкод.
О.В. Закорчений, Ю.Д. Мінов,
М.М. Будник, 2007
УДК 681.3 (031)
О.В. ЗАКОРЧЕНИЙ, Ю.Д. МІНОВ, М.М. БУДНИК
ВИБІР ОПТИМАЛЬНОЇ
КОНСТРУКЦІЇ ВХІДНОЇ АНТЕНИ
СКВІД-МАГНІТОМЕТРА
ДЛЯ ВИМІРЮВАНЬ
У НЕЕКРАНОВАНОМУ ПРИМІЩЕННІ
Вступ. Сучасні біомагнітні системи працю-
ють з гранично малими магнітними полями.
Особливо робота вимірювальних приладів
ускладнюється у неекранованому приміщен-
ні внаслідок дії зовнішніх магнітних переш-
код. Для підвищення точності таких ви-
мірювань застосовують багато заходів, серед
яких багатоканальні системи [1], складні ал-
горитми адаптивної компенсації перешкод
[1], вдосконалені конструкції антен та техно-
логію їх виготовлення [2], механічне та елек-
тронне балансування антен [3].
Інший шлях полягає у визначенні просто-
рового розподілу завад у приміщенні, де бу-
дуть проводитись біомагнітні дослідження та
розміщення приладу в області мінімальних
завад. Такий нібито нескладний прийом дає
можливість покращити якість отримуваного
сигналу на один, а іноді й на два порядки. Та-
кож важливим при створенні систем є вибір
типу антени, найменш чутливої до завад. На-
приклад, теоретичні розрахунки, проведені в
[4] для скануючого сасептометра показують,
що оптимальною може бути як аксіальний
тип антени, так і планарний. Який тип вибра-
ти, залежить від орієнтації та неоднорідності
завад у місці встановлення сасептометра.
1. Постановка задачі. Мета роботи – екс-
периментально порівняти рівень завадоза-
хищеності і на цій основі вибрати найбільш
оптимальний тип вхідної антени для вимірю-
вань в області неекранованого приміщення,
яка має найменший рівень завад. Для досяг-
О.В. ЗАКОРЧЕНИЙ, Ю.Д. МІНОВ, М.М. БУДНИК
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 76
нення поставленої мети потрібно:
- виготовити збільшені у 10 разів натурні моделі різних типів вхідних антен:
магнітометр (М), аксіальний градієнтометр 1-го (АГ-1) та 2-го (АГ-2) порядків
та планарний градієнтометр 1-го (ПГ-1) та 2-го (ПГ-2) порядків [2, 3];
- виміряти розподіл завад, градієнтів 1-го і 2-го порядків в неекранованому
приміщенні, у якому планується встановлення біомагнітної системи;
- порівняти перешкодозахищеність різних типів антен під дією близького
модельного джерела перешкод.
2. Виготовлення макетів та вимірювання завад на різній висоті. Після
виготовлення та перевірки макетів було проведено вимірювання ЕРС які вини-
кають у кожній з антен під дією промислових електромагнітних завад. Дослі-
джувались рівні завад на висотах 60, 110 та 160 см. Мінімальна висота 60 см
обрана з тих міркувань, що висота ліжка для пацієнта приблизно 40 см, а товщи-
на тіла людини – 20 см. Максимальна висота 160 см обумовлена можливістю
дозаливки кріостату гелієм без його виймання із системи та обмежена висотою
стелі. Висота 110 см взята як середнє арифметичне вказаних висот. Макети ан-
тен розмістили у центрі кімнати з метою віддалення їх від можливих металевих
конструкцій та дротів живлення у стінах. Сигнал з антени подавався на підси-
лювач з коефіцієнтом підсилення 100, після чого – на мультиметр VOLTCRAFT
DMM M-3890D, з’єднаним з ПК через USB. Мультиметр передавав виміряні
значення ЕРС у програму DMM Profi Lab 3.0, у якій формувалась таблиця вимі-
ряних даних. Реєструвались досить великі вибірки вимірів (більше 500), що за-
безпечило достатню точність середніх значень. Середні значення отриманих
ЕРС на трьох висотах зведені у табл. 1 і показані на рис. 1.
РИС. 1. Залежність ЕРС від промислових завад від висоти до полу приміщення
Із рис. 1 видно тенденцію зростання рівня завад при збільшенні висоти. Це
спостерігається для всіх типів антен, що свідчить про закономірність даного
ефекту. Це можна пояснити, з одного боку, тим, що кімната знаходиться на 1-му
поверсі і нижче відсутні приміщення з електричними приладами, а вище – роз-
ташовані лабораторії, які мають електроприлади, що генерують завади. З іншого
боку, у стелі знаходяться масивні балки перекриття, що містять значні металеві
ВИБІР ОПТИМАЛЬНОЇ КОНСТРУКЦІЇ ВХІДНОЇ АНТЕНИ СКВІД-МАГНІТОМЕТРА…
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6
77
конструкції, які сильно спотворюють розподіл поля у кімнаті. Тож оптимальною
висотою з точки зору мінімуму завад виявилася висота 60 см, тому подальші
вимірювання проводилися саме на цій висоті.
3. Вимірювання завад у різних місцях приміщення. Виходячи з того, що
у стінах можуть знаходитись також металеві конструкції і дроти електромережі
то від стін кімнати макети розміщували на відстані не менше 1 м. Враховуючи
розміри кімнати 5,15 х 5,2 м і необхідність відступів від стін в середині кімнати,
залишилась область 3 х 3 м, де було визначено 9 точок, які утворюють квадрат-
ну сітку (див. план кімнати на рис. 2).
РИС. 2. Розміщення точок, де проводились вимірювання
Вимірювання проводилося всіма 5 типами антен, причому, використовуючи
ПГ-1 та ПГ-2 проводилося по два виміри. Головні промені діаграми направлено-
сті планарних антен перпендикулярні до діаметрального провідника. Тому, по-
вертаючи ПГ на 90°, ми вимірювали перпендикулярні компоненти поля та його
градієнтів 1-го та 2-го порядків, при цьому АГ реєстрували вертикально направ-
лені градієнти. Отримані дані зведено у табл. 1, звідки було обраховано модулі
градієнтів у всіх 9 точках та побудовано карти розподілу завад. Результати по-
дано на рис. 3.
ТАБЛИЦЯ 1. Значення ЕРС (мкВ) для 5 типів антен у 9 точках
Антена
Точка
АГ1
ПГ–1 (пара-
лельно)
ПГ–1 (перпен-
дикулярно)
АГ2
ПГ – 2 (па-
ралельно)
ПГ – 2 (перпен-
дикулярно)
М
1 2 3 4 5 6 7 8
1 515 488 547 424 420 421 423
2 391 392 498 426 617 749 849
3 180 170 182 178 166 171 171
4 379 510 447 445 441 444 492
5 188 155 164 166 170 155 161
О.В. ЗАКОРЧЕНИЙ, Ю.Д. МІНОВ, М.М. БУДНИК
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 78
Закінчення табл. 1
1 2 3 4 5 6 7 8
6 195 134 166 226 199 189 172
7 408 399 403 415 412 420 403
8 393 307 302 353 332 328 465
9 947 791 776 784 735 697 760
а б
РИС. 3. Просторовий розподіл градієнтів 1-го (а) та 2-го (б) порядків
Із рис. 3 видно, значення завад та їх градієнтів у трьох точках 3, 5 та 6
мінімальні, отже, ці точки та їх околи рекомендовані для розміщення СКВІД-
магнітометра.
4. Вимірювання перешкодозахищеності градієнтометрів. При моделю-
ванні завади у близькій зоні джерелом були 10 витків мідного дроту розташовані
на відстані 10 см від найнижчого витка антен. На джерело подавався синусоїда-
льний сигнал з частотою 5 МГц та амплітудою 10 В. Значення ЕРС, наведених у
антенах під дією близького джерела, наведені в табл. 2.
ТАБЛИЦЯ 2. ЕРС у антенах під дією близького джерела вертикальної завади
Тип
антени
Джерело
вимкнене,
мкВ
Джерело
ввімкнене,
мкВ
Сигнал, мкВ
Відносна
перешкодо-
захищеність
М 232 90 142 1
АГ-1 230 100 130 1,09
АГ-2 230 112 118 1,20
ПГ-1 225 220 5 28,4
ПГ-2 220 220 менше 1 більше 142
ВИБІР ОПТИМАЛЬНОЇ КОНСТРУКЦІЇ ВХІДНОЇ АНТЕНИ СКВІД-МАГНІТОМЕТРА…
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6
79
Проаналізувавши дані табл. 2, видно, що найбільший рівень подавлення за-
вад мають антени планарного типу ПГ – 1 та ПГ – 2.
Подяка. Робота фінансувалась Науково-Технологічним Центром в Україні
(НТЦУ) в рамках проекту № 3074 “СКВІД-магнітометрична система для конт-
ролю за магнітними контрастуючими агентами і керованим транспортом ліків
на магнітних носіях” (керівник – чл.-кор. НАН України Войтович І.Д.).
1. Будник Н. Компенсация помех в многоканальных СКВИД-магнитометрических сис-
темах // Укр. метролог. журнал. – 2001. – № 1. – С. 20 – 23.
2. Патент UA 16882. Надпровідниковий градієнтометр магнітного поля / Ю. Мінов,
М. Будник (Україна). Заявл. 12.05.2006; Бюл. № 8. – 2006. – 14 с., 7 іл.
3. Патент UA 19997. Спосіб механічного балансування надпровідникового граді-
єнтометра магнітного поля / М. Будник, Ю. Мінов (Україна). Заявл. 12.05.2006.
Бюл. № 1. – 2007. – 11 с., 4 іл.
4. Будник Н. Выбор оптимального сочетания типа антенны и ориентации поля намаг-
ничивания в сканирующем сасептометре // Електроніка і зв’язок. – 2006. – № 5. –
С. 49 – 53.
Отримано 06.06.2007
|