кандидатская

индукции на оси X, Y, Z соответственно; UxCM, UYCM, UZCM - смещения функции

£/(В) относительно оси ординат; D-номер гармоники; Q [Тл/(В*(рад/с)] - коэффициент пропорциональности, характеризующий крутизну функции преобразования датчика МП; w [рад/с] - номинальное значение фильтруемой частоты; т - расстояние от центра окна нерекурсивого цифрового фильтра (НЦФ); к — порядковый номер фильтруемого значения; п — порядковый номер значения оцифрованного сигнала от центра окна НЦФ; 27V+1 - размер окна НЦФ.

Совокупность полученных ММ являятся базой программноалгоритмического обеспечения, осуществляющего обработку информационных сигналов как в широком спектре частот, так и в субгармонической области.

81

Результаты и выводы

1.Выявлен и научно обоснован диапазон амплитуд и частот, в рамках которого проводятся дальнейшие исследования.

ВВ ерх=200 м к Т л ; Внижн.= - 2 0 0 м к Т л ;

В1 1 0 рМ = ± 50 мкТл;

АВ<0.25 мкТл ;

£=(0... 100) Гц.

2.Предложены в качестве регистрируемых величин ряд переменных (в том числе впервые предложенный интегральный параметр оценки ГМВ - ЕМ [%]), комплексный анализ которых позволит медицинскому персоналу автоматизировано, оперативно и в реальном времени осуществлять процедуру оценки негативного влияния МП как на биологические объекты в общем, так и на человека в частности.

3.Разработаны математические модели, на основе которых создан программно-алгоритмический комплекс для ИИС, позволяющий в автоматизированном режиме производить регистрацию параметров ГМВ в субгармонической области информационных сигналов (на базе методов цифровой обработки сигналов МНК) в реальном времени.

4.Предложена математическая модель цифровой обработки сигнала (на базе метода наименьших квадратов) в области низких и сверхнизких частот, согласно задачи анализа информационных сигналов в субгармонической области.

82

Глава 3. Структурное построение ИИС регистрации параметров

геомагнитных возмущений и разработка комплекса программно-

алгоритмического обеспечения

Анализируя результаты, полученные в предыдущих главах настоящей диссертационной работы, в настоящем разделе произведем синтез основных структурных схем и программно-алгоритмического обеспечения.

3.1 Синтез структуры ИИС регистрации параметров геомагнитных

возмущений

Сопоставляя полученные ранее результаты, с основной целью проводимых исследований, синтезируем базовую структуру (рисунок 3.1), отображающую в общем виде основные модули и подсистемы исследуемой ИИС регистрации параметров ГМВ.

Отметим, что ИИС должна регистрировать комплекс параметров геомагнитных возмущений, причем кроме регистрации непосредственных амплитудно-частотных характеристик МП, предлагается регистрация вспомогательных переменных, в общем случае определяемых как:

а

Таким образом, будем рассматривать неотрицательные значения переменной 2М, поскольку при 0%<£М<100%, конкретизировать и производить анализ индекса m не целесообразно.

83

I

Подсистема АЦП

I

Анализатор частоты и амплитудыг

База данных функциональных зависимостей

Рисунок 3.1- Общая структура ИИС регистрации параметров ГМВ

Базовая структура ИИС регистрации геомагнитных возмущений, включающую в себя ряд автономных функциональных модулей, в совокупности представляющих ИИС, которая позволяет осуществлять в автоматизированном режиме регистрацию параметров геомагнитных возмущений в реальном времени. На основе общей структуры, предлагается методика регистрации параметров ГМВ (рисунок 3.2).

84

Предварительная

фильтрация

информационного

сигнала

Оцифровка

информационного

сигнала

Преобразование цифровых данных

визмеряемую

величину

Анализ частотного спектра информационного сигнала

Почастотный анализ амплитудного спектра информационного сигнала

Оценка параметров ГМВ

Регистрация параметров ГМВ

Рисунок - 3.2. Методика регистрации параметров ГМВ

Данная методика позволяет в автоматизированном режиме регистрировать комплекс параметров геомагнитных возмущений, а так же производить их асинхронный амплитудно-частотный анализ в реальном времени.

Таким образом, на базе общей структуры ИИС, и методики регистрации параметров ГМВ возможен анализ и синтез каждого из представленных в структуре модулей, учитывая особенности технической реализации.

85

3.2 Анализ возможных перспектив технической реализации

функциональных узлов ИИС регистрации параметров ГМВ

В главе 1 приведен обзор и критический анализ возможных подходов к оценке вариаций магнитного поля Земли, на основании чего было установлено, что наиболее целесообразным методом регистрации параметров геомагнитных возмущений является метод, основанный на магниторезистивном эффекте.

В настоящее время, современная элементная база имеет ряд высокоточных магнитных сенсоров, принцип действия которых основан на магниторезистивном эффекте, при этом функция зависимости выходного сигнала от внешнего магнитного поля является линейной. Лидером в данной области является фирма «Honeywell», предлагающая серию магниторезистивных сенсоров типа НМС****, (где **** четырехзначный десятичный номер конкретного сенсора). В основе их принципа действия лежит анизотропный магниторезистивный эффект, который заключается в способности длинной пермаллоевой пленки (NiFe) [41] изменять свое сопротивление в зависимости от взаимной ориентации протекающего через нее тока и направление ее вектора намагниченности. Внешнее магнитное поле поворачивает вектор намагниченности пленки на определенный угол, что непосредственно влияет на значение сопротивления магниторезистора.

Классическими датчиками магнитного поля вышеуказанной фирмы являются датчики следующих типов:

•НМС1001;

•НМС 1002;

•НМС1021;

•НМС1022.

86

Для построения датчиков данных модификаций, четыре идентичных магниторезистивных пленки соединяют по мостовой схеме и образуя тем самым плечи моста. Пленки формируются осаждением тонкого слоя пермаллоя на кремниевую пластину в форме ромба.

На практике, для увеличения чувствительности датчика каждое плечо моста формируют из нескольких магниторезистивных пленок, параллельно ориентированных на подложке, последовательно между собой соединенных при помощи алюминиевых перемычек и защищенных сверху слоем нитрида тантала.

После подачи питания (1.8-12 В), датчик начинает измерять внешнее магнитное поле, действующее вдоль его магнитной оси. Это поле вызывает изменение сопротивления плеч моста, при этом изменяется выходное напряжение плеч моста на величину AU, составляющую несколько десятков милливольт.

£!=1.5%-2%-коэффициент анизатропного магниторезистивного эффекта [38],

^питания - напряжение питания магниторезистивного моста

Н — напряженность приложенного магнитного поля.

Таким образом, проведем более подробный анализ характеристик магниторезистивных датчиков. Проанализировав ряд технических описаний приведем параметры и характеристики рассматриваемых датчиков в следующих таблицах (Таблица 3.1, Таблица 3.2). Заметим, что отличие датчиков НМС1001 от НМС1002 и НМС1021 от НМС1022 заключается лишь в том, что датчики типа НМ****1 производят замеры вдоль одной оси, а датчики типа НМС***2, вдоль двух ортогональных осей, лежащих в одной плоскости.

87

Таблица 3.1 .Технические характеристики магниторезистивного датчика типа НМС 1001/1002

88

Таблица 3.2. Технические характеристики магниторезистивного датчика типа НМС 1021/1022

89