Шумы и предельная чувствительность датчиков низкочастотного электромагнитного поля в морской воде тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи

МАКСИМЕНКО ВАЛЕРИЙ ГРИГОРЬЕВИЧ

ШУМЫ И ПРЕДЕЛЬНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ДАТЧИКОВ НИЗКОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В МОРСКОЙ ВОДЕ

Специальность 01.04.03 Радиофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2008 г.

003458903

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН (Фрязинский филиал).

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Яковлев Олег Изосимович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Салихджанова Рашида Мухамет-Фатиховна

доктор физико-математических наук, профессор Мериакри Вячеслав Вячеславович

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное

предприятие ЦНИИ «Электроприбор»

Защита состоится 18 февраля 2009 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д212.131.01 при Московском государственном институте радиотехники, электроники и автоматики (техническом университете) по адресу:

119454, г. Москва, проспект Вернадского, 78.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики (технического университета).

Автореферат разослан декабря 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.131.01 доктор технических наук, профессор Куликов Г.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы и состояние вопроса.

Работа посвящена исследованию закономерностей и физических явлений, обусловливающих собственные шумы датчиков низкочастотного электромагнитного поля в морской воде, и путей уменьшения шумов с целью достижения максимальной чувствительности при приеме электромагнитных полей в диапазоне частот 3...300 Гц.

При решении ряда научных и практических задач необходимо принимать и измерять низкочастотные электромагнитные поля в морской воде. Способность низкочастотного электромагнитного поля проникать в морскую воду на большую глубину используют для осуществления радиосвязи с подводными объектами на частотах ниже 100 Гц. Для приема электромагнитного поля в море применяют датчики, осуществляющие преобразование компоненты Е или Н электромагнитного поля в пропорциональный им электрический сигнал. Эти датчики, как правило, буксируются за движущимся объектом на кабель-тросе. Электродные датчики имеют два контактных электрода, которые снимают разность потенциалов, созданную в воде токами проводимости. Для защиты электродов от воздействия потока жидкости электродный датчик может иметь диэлектрические обтекатели с отверстиями. Также применяют безэлектродные датчики. Это трансформаторный датчик, представляющий собой катушку на кольцевом сердечнике, а также магнитоиндукционный датчик, выполненный в виде цилиндрической катушки с сердечником. Наибольшее применение нашел кабельный электродный датчик, длина активной части которого достигает нескольких сотен метров. На глубинах менее 100 метров в диапазоне частот 3...300 Гц возможность приема сигнала на такой датчик определяется величиной атмосферных помех. Практические задачи требуют увеличения глубины до нескольких сотен метров и уменьшения габаритов датчика, так как большая его длина создает проблемы при эксплуатации. В этом случае чувствительность приемника ограничивается собственным шумом датчика. Для приема сигнала на таких глубинах требуется увеличение мощности передатчика или уменьшение собственных шумов датчика поля. Повышение мощности передатчика практически невозможно, она и так достигает единиц мегаватт. Следовательно, необходимо уменьшать шум датчика. Увеличение чувствительности датчика может быть также достигнуто увеличением его коэффициента преобразования. Коэффициент преобразования в рассматриваемой задаче есть отношение выходного напряжения датчика к величине напряженности электрической или магнитной компонент электромагнитного поля. Предельной чувствительностью датчика будем называть минимальный уровень напряженности поля сигнала, при котором его мощность на входе приемника равна мощности теплового шума в полосе 1 Гц. При этом имеется в виду, что приняты меры, которые позволяют устранить другие составляющие шума. Большой опыт по измерению слабых электрических полей в море на частотах до десятых долей герца накоплен в Институте земного магнетизма и распространения радиоволн РАН. Разработкой трансформаторных дат-

чиков с металлическими «концентраторами тока проводимости» для приема низкочастотных электромагнитных полей в море занимались в Московском энергетическом институте и Центральном научно-исследовательском институте им. А.Н. Крылова в Санкт-Петербурге. Исследования в области конструирования и согласования магаитоиндукционных _ датчиков были проведены в Физико-механическом институте АН УССР. Зарубежные публикации о приеме электромагнитного поля в море связаны, в основном, с работами по осуществлению радиосвязи с подводными лодками. Однако многие вопросы, связанные с повышением чувствительности датчиков электромагнитного поля в море к моменту наших исследований не были решены, что не позволяло добиться увеличения чувствительности датчиков до предельно возможного значения. Поэтому исследование возможностей уменьшения собственного шума и повышения чувствительности датчиков является актуальным.

Цели работы.

Целью диссертационной работы является исследование причин возникновения шумов в датчиках электромагнитного поля в морской воде и поиск путей их уменьшения до минимально возможного значения. Для ее достижения необходимо было провести следующие исследования:

экспериментальное исследование спектральных зависимостей электродного шума в покоящейся и движущейся жидкости;

исследование природы электродного шума движения, разработка методов его уменьшения;

исследование применимости различных металлов для изготовления электродов датчиков с точки зрения обеспечения минимума собственного шума и стабильности импеданса;

определение условий и способов согласования электродных датчиков с входными каскадами приемного устройства;

создание новых электродных и безэлектродных высокочувствительных по-мехозащищенных датчиков, а также оптимизация конструктивных параметров известных датчиков для обеспечения их наивысшей чувствительности.

Научная новизна работы.

1. Экспериментально исследованы спектральные зависимости напряжения шума электродов разной площади из разных металлов в отсутствие движения жидкости, и проведено сравнение измеренного электродного шума с тепловым шумом. Проведены экспериментальные исследования электродного шума при обтекании электродов потоком жидкости. Получены зависимости напряжения шума от скорости движения жидкости, площади электродов, солености электролита, конструкции обтекателя. Предложен способ определения скорости жидкости по величине электродного шума, признанный изобретением.

2. Предложен механизм возникновения специфического электродного шума движения, позволяющий непротиворечиво интерпретировать результаты экспериментального исследования шума движущегося электрода.

3. Экспериментально исследовано поведение составляющих (емкости и сопротивления) импеданса датчиков с электродами из разных металлов при дли-

тельной выдержке в морской воде. Результаты исследования показали, что по стабильности импеданса, величине предельной чувствительности, минимальному шуму в состоянии покоя и в движении наиболее пригодными для изготовления электродов являются тантал, титан, нержавеющая сталь.

4. Определен коэффициент трансформации при резонансном и нерезонанс-лом трансформаторном согласовании электродного датчика с приемным устройством, обеспечивающий максимальную чувствительность.

5. Проведена оптимизация конструктивных параметров магиитоиндукцион-ного датчика на максимум чувствительности и трансформаторного датчика на максимум коэффициента преобразования.

6. Определена предельная чувствительность для различных типов датчиков электромагнитного поля в морской воде.

7. Разработаны признанные изобретениями датчики, имеющие при движении повышенную чувствительность по сравнению с известными.

Достоверность результатов.

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы подтверждается физической непротиворечивостью основных результатов, согласованностью результатов лабораторных и натурных экспериментов с теоретическими предпосылками и результатами других авторов, повторяемостью результатов в разных опытах.

Практическая значимость работы.

Использование полученных результатов при конструировании датчиков позволяет достичь их наивысшей чувствительности. На практике это означает осуществление приема на больших глубинах и расстояниях от передатчика без увеличения его мощности, а также возможность приема сигнала при большей скорости корабля. Результаты исследования в натурных условиях электродных датчиков с обтекателями, позволяющие более чем на порядок снизить уровень шумов датчика при движении, признаны Научным советом АН СССР по проблеме «Статистическая радиофизика» важными и включены в «Отчет о важных и важнейших результатах научных исследований в области статистической радиофизики за 1989 год», представленный Научным советом в Отделение общей физики и астрономии АН СССР.

На защиту выносятся следующие положения:

# 1. На частотах ниже нескольких десятков герц электродный датчик в отсутствие движения имеет избыточный электрохимический шум, который даже у электродов из некорродирующих металлов может значительно превышать тепловой. На более высоких частотах избыточный шум у длительно выдержанных в электролите электродов из таких металлов, как правило, меньше теплового. Спектр избыточного шума имеет вид /~а, где а ~ 1 ...1,5 .

2. При движении электродного датчика возникает специфический электродный шум движения, превышение которого над тепловым шумом по напряжению достигает нескольких порядков. У некорродирующих электродов он обусловлен флуктуациями скорости жидкости у поверхности электродов, в частности, тур-

булентностью. Причиной его возникновения является деформация двойного электрического слоя на границе металл-электролит.

Применение обтекателей позволяет уменьшить шум движения на 15 - 20 дБ.

3. Наивысшую чувствительность имеют датчики с электродами из металлов, имеющих на поверхности плотную диэлектрическую пленку окисла, таких, как тантал, титан, нержавеющая сталь. ---------------- -------------

4. Разработанные нами методики оптимизации трансформаторного и магни-тоиндукционного датчиков обеспечивают для них достижение максимальной предельной чувствительности при приеме электромагнитного поля в морской воде. Предложенные новые конструкции датчиков в условиях буксировки и вибрации имеют более высокую чувствительность, чем известные

Апробация работы, публикации и внедрение результатов.

Основные результаты работы опубликованы в 15 статьях и 4 авторских свидетельствах на изобретение. Результаты работы были использованы при разработке промышленной аппаратуры в КБ «Связьморпроект» (Санкт-Петербург) и при выполнении научно-исследовательских работ в ИРЭ РАН.

Личный вклад автора.

Все результаты диссертационной работы автор получил единолично, а именно:

- спланировал и подготовил эксперименты по измерению электродного шума и составляющих электродного импеданса, провел эксперименты в лабораторных условиях, непосредственно участвовал в натурных экспериментах, а также обработал результаты экспериментов;

- предложил модель возникновения шума движения электродных датчиков и получил соотношение, определяющее напряжение поляризации электрода;

- оптимизировал по максимальному отношению сигнал-шум магнитоин-дукционный датчик и трансформаторный датчик по максимальному коэффициенту преобразования;

- исследовал методы согласования электродных датчиков с приемным устройством на предмет достижения максимального отношения сигнал-шум;

- предложил ряд отличительных существенных признаков помехозащищен-ных датчиков, признанных изобретениями;

- предложил метод электромагнитного экранирования индуктивных элементов входных цепей приемного устройства для устранения виброшумов.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 190 страниц текста, включая 52 рисунка, 17 таблиц и список литературы из 83 библиографических наименований.

Содержание диссертационной работы

Работа состоит из четырех глав, введения и заключения. Во введении дано обоснование актуальности темы диссертации, сформулированы цели работы и положения, выносимые на защиту.

Глава 1 содержит обзор литературы по теме диссертации. Главы 2, 3 и 4 содержат оригинальные материалы, полученные диссертантом. В главе 2, написанной на основе наших работ [1-3], представлены результаты экспериментального исследования электродного шума в отсутствие движения электродов и составляющих импеданса электродов из разных материалов в морской воде, исследованы способы и условия согласования электродного датчика с приемным устройством, определена предельная чувствительность приемного устройства с электродным датчиком.

В разделе 2.1 приведены результаты лабораторных исследований шума электродов из различных материалов в отсутствие движения. Показано, что кроме теплового шума все электроды имеют избыточный электрохимический шум, который у корродирующих металлов (латунь, бронза) на частотах ниже 30 Гц в десятки раз по напряжению превышает тепловой. При этом у некорродирующих электродов из тантала отношение напряжения избыточного шума к тепловому на частотах в единицы герц находится в пределах 2...3 раз (рис.1). Для танталовых электродов на частотах выше 30 Гц можно считать, что электродный шум равен тепловому. Установлено, что электродный шум при отсутствии движения датчика имеет спектр вида /~а (от и 1..Л,5). Как избыточный, так и тепловой шум с ростом площади электродов 5 уменьшаются практически пропорционально , а их отношение изменяется незначительно.

Рис.1. Спектральные характеристики шумового напряжения танталовых электродов площадью 54 см2 в неподвижном электролите. 1 - избыточный шум; 2 - тепловой шум; 3 - отношение избыточный/тепловой.

В разделе 2.2 представлены результаты экспериментального исследования зависимости составляющих импеданса и С пары электродов, находящихся в

морской воде, от времени выдержки в электролите и частоты. Разработана методика измерений. Активное сопротивление определяет величину теплового шума электродного датчика и его предельную чувствительность. Емкость оказывает влияние на частотную характеристику входной цепи приемного устройства. Обе эти составляющие определяют условия оптимального согласования датчика с ----------приемным устройством, поэтому важна их стабильность во времени. По результатам исследования сделан вывод о том, что с точки зрения стабильности составляющих импеданса, а также достижения минимума тепловых шумов наиболее пригодными для изготовления электродов являются тантал, титан, нержавеющая сталь.

В разделе 2.3 экспериментально исследовано влияние загрязнения поверхности электродов нефтепродуктами на параметры импеданса датчика. Установлено, что попадание их на сухую поверхность электродов увеличивает сопротивление в 5 раз и уменьшает емкость в 3 раза, что приводит к увеличению теплового шума и рассогласованию электродного датчика с приемным устройством.

Рис. 2. Эквивалентная схема входной цепи приемного устройства.

В разделе 2.4 рассмотрено трансформаторное согласование электродного датчика с приемным устройством. Анализ эквивалентной схемы входной цепи приемника (рис.2), включающей шумовые источники его первого каскада, позволил определить максимальное значение предельной чувствительности £мин и коэффициент трансформации пот, при котором оно достигается, как при настройке входной цепи в резонанс на частоту принимаемого сигнала, так и при нерезонансном согласовании (частота сигнала выше резонансной частоты входной цепи). В частности, для нерезонансного согласования показано, что

где Л- активная составляющая импеданса датчика; Л,опт- оптимальное значение сопротивления источника сигнала для первого каскада приемника, при котором его коэффициент шума достигает минимального значения РуС1лт ; - коэффициент шума согласующего трансформатора; г = КС - постоянная времени

датчика; с/ - расстояние между электродами по направлению вектора Е, к - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура, а - угловая частота.

В разделе 2.5 рассмотрено бестрансформаторное согласование электродного датчика с приемным устройством при использовании в предварительном усилителе параллельно включенных транзисторов. Показано, что такое согласование требует нереально большого числа транзисторов, поэтому не рекомендовано к применению.

В разделе 2.6 определена предельная чувствительность приемного устройства с электродным датчиком для разных материалов электродов, разных способов согласования, разных шумовых параметрах согласующего трансформатора и предварительного усилителя. Рекомендовано нерезонансное трансформаторное согласование электродного датчика с приемным устройством как менее чувствительное к изменению импедансных характеристик датчика, чем резонансное.

В главе 3, написанной на основе публикаций автора [4-7, 14-16], исследованы шумы электродных датчиков, движущихся в морской воде. В разделе 3.1 изложены результаты лабораторных экспериментальных исследований шума электродных датчиков из разных материалов. Исследования проводились на лабораторной установке, которая содержит герметичную стеклянную ванну, на крышке которой устанавливались исследуемые электроды. Жидкость приводится в движение вращающимся активатором. Ванна с электродами размещена в многослойном стальном экране, который обеспечивает защиту от внешних магнитных и электрических полей. Фотоэлектрический датчик скорости вращения активатора позволяет вести контроль скорости движения жидкости. Импульсы с его выхода подаются на частотный детектор, при этом флуктуации выходного напряжения на выходе частотного детектора соответствуют флуктуациям скорости жидкости у поверхности электродов.

Установлено, что при движении уровень шума резко возрастает даже у не-корродирующих электродов из тантала и титана. В диапазоне 3...30 Гц измеренный шум у корродирующих электродов на несколько порядков, а у некорро-дирующих - в несколько раз превышает тепловой. У некорродирующих электродов выявлена связь шумового напряжения с флуктуациями скорости потока жидкости. На рис.3 показан спектр пульсаций скорости жидкости в относительном масштабе, рассчитанный по измеренному спектру флуктуаций выходного напряжения частотного детектора. Он выявил неравномерность вращения активатора. Спектр имеет пики на частотах 2,9 Гц и 5,1 Гц, а также на кратных им частотах. Спектр напряжения, снимаемого с электродов из тантала (рис.4), имеет такую же гребенчатую структуру, как и спектр пульсаций скорости, с пиками на тех же частотах. При этом в полосе 3...10 Гц напряжения, снимаемые одно-

и4 М

«■ ии ,

О (0 20

Рис. 4. Спектр напряжения на танталовых электродах.

одновременно с двух разных пар электродов, расположенных диаметрально противоположно, коррелированы с коэффициентом корреляции 0,9, а электродное напряжение имеет коэффициент корреляции более 0,7 с флуктуациями скорости потока жидкости. Тем самым доказано, что именно пульсация скорости жидкости определяет величину и спектр электродного напряжения. Таким образом, несовершенство установки позволило выявить важную связь между шумом движения и флуктуациями скорости жидкости, которая в дальнейшем была исследована более подробно. На рис.5 показаны спектры напряжения шума титановых электродов разной площади при скорости потока жидкости 0; 2,1 и 3,5 м/с. Спектры измерены в диапазоне частот 30...200 Гц, где пульсации скорости жидкости, вызванные неравномерностью вращения, не проявляются. На частотах ниже 100 Гц движение жидкости заметно увеличивает напряжение электродного шума. На частоте 30 Гц это увеличение достигает порядка. Увеличение

скорости потока приводит к росту электродного шума. Спектральная плотность шумового напряжения пропорциональна /~а, где а ~ 1,5. Проведено исследование, доказавшее связь электродного шума с турбулентностью потока. Перед парой электродов была установлена поворотная преграда, сечение которой имело вид вытянутого овала.

При движении жидкости со скоростью 1,7 м/с напряжение шума возрастало в 1,8 раза в случае поперечного положения большой оси овала по отношению к вектору скорости по сравнению с продольным ее положением. Увеличение скорости потока в экспериментах приводит к росту электродного шума, который объясняется увеличением флуктуационной составляющей скорости потока в результате увеличения энергии турбулентных вихрей. Обнаружена зависимость величины шумового напряжения от концентрации электролита. В диапазоне концентраций 5 от 2,9 г/л до 35 г/л она аппроксимируется степенной функцией и/ио=7,8541'71, где IIп- электродное шумовое напряжение при 5 = 18 г/л. Установлено, что напряжение электродного шума движения обратно пропорционально корню из площади электрода.

В разделе 3.2 приведены результаты натурного эксперимента в морских условиях, который доказал эффективность применения обтекателей для снижения шума движения. На рис.6 показаны спектральные зависимости шума датчика, который буксировался за кораблем на глубине 40 метров. Установлено, что применение обтекателей, имеющих по 20 электроконтактных отверстий, позволило уменьшить величину шума датчика на 15...20 дБ. Увеличение числа отверстий до 200 при незначительном росте скорости V, напротив, привело к увеличению шума движения.

о

зо го 4о го то <оо иго гоо ^ сц

Рис. 5. Спектры электродного шума при движении жидкости.

и/и,

АБ

m

¿о

■2 ■ 1

•3

60

ko

toi..................

о го (о so 80 m по мо m до ¿д

Рис. 6. Спектры выходного напряжения датчика. 1 - шум датчика без обтекателей при V=3 м/с, 2 - шум датчика с обтекателями №1 (200 отверстий) при V=3,5 м/с, 3 - шум датчика с обтекателями №2 (20 отверстий) при V=3 м/с.

В разделе 3.3 теоретически рассмотрена предложенная автором модель поляризации (т.е. приобретения дополнительного потенциала относительно электролита) плоского прямоугольного электрода за счет деформации двойного электрического слоя набегающим потоком электролита. На электрод (рис. 7), поверхность которого покрыта диэлектрической окисной пленкой, набегает поток электролита. На всей его поверхности сформирован двойной электрический слой, а также вязкий ламинарный подслой, характеризующийся линейным законом нарастания скорости по оси Z. Набегающий поток на передней границе электрода сдвигает диффузную часть двойного слоя, заменяя ее электронейтральным электролитом; то есть сдвигается одна из обкладок конденсатора, образованного двойным слоем, вторая при этом остается неподвижной. Изменение емкости такого конденсатора приводит к изменению разности потенциалов металл-электролит, которое мы называем напряжением поляризации. Плотная часть двойного слоя удерживается на поверхности электрода силами специфиче-

Z

X

Рис. 7. Расположение электрода в потоке жидкости.

ской адсорбции, в связи с чем край электрода имеет некомпенсированный заряд, поле которого вызывает ток, направленный к электроду. Существует также поверхностный ток, образованный движущейся в направлении оси У диффузной частью двойного слоя. При постоянной скорости потока должно выполняться равенство токов, текущих от электрода и к электроду. Исходя из этого условия, получено выражение, определяющее напряжение поляризации, вызванное набегающим потоком,

Д (р =

ат^£0е ВСУД

где С - емкость двойного слоя, а - коэффициент, зависящий от скорости движения жидкости относительно поверхности электрода; £ - электрокинетический потенциал, зависящий от состава электролита и свойств поверхности; т = 2££0 / сг - постоянная времени релаксации зарядов при деформации двойного слоя; £ - относительная диэлектрическая проницаемость воды; £0- диэлектрическая постоянная; а- проводимость электролита, В - длина электрода; СуД-удельная емкость двойного слоя (Ф/м2). Высказано предположение, что

флуктуации потенциала поляризации за счет деформации двойного слоя при наличии пульсации скорости потока электролита и являются основной компонентой шума движения длительно выдержанных в электролите некорродирующих электродов. На практике реальные электроды имеют на своей поверхности микровыступы, высота которых превышает толщину двойного слоя. Каждый из них ведет себя подобно электроду в рамках рассмотренной модели. В соответствии с полученной формулой напряжение поляризации растет при увеличении скорости потока за счет роста коэффициента а и уменьшается с ростом концентрации электролита в связи с уменьшением С- потенциала. Эти зависимости наблюдались в экспериментах, описанных в разделе 3.1.

В разделе 3.4 описан эксперимент по исследованию поляризации металлического электрода, совершающего гармонические колебания в электролите (раствор №С1), результаты которого подтверждают правильность высказанного предположения о происхождении шума движения. Установлено следующее:

а) возникающее при колебаниях электрода поляризационное напряжение имеет вид зашумленного гармонического колебания с флуктуирующей амплитудой и частотой, равной частоте механических колебаний;

б) напряжение £/с практически синфазно с гармонически изменяющейся скоростью движения электрода;

в) зависимости напряжения Vс от частоты колебаний, а, следовательно, от скорости движения электрода, близки к линейным. Оно возрастает при увеличении частоты и уменьшении солености электролита 5. На рис. 8 приведены результаты измерения напряжения поляризации. Данные экспериментов подтверждают теоретические предпосылки качественно и не противоречат им коли-

чественно. Исследовано влияние обтекателя на поляризацию электрода. Оно также согласуется с результатами натурного эксперимента.

Раздел 3.5 посвящен особенностям конструирования электродных датчиков, предназначенных для работы на движущихся объектах. В разделах 3.2 - 3.4 показано, что величина шума движения определяется пульсацией скорости потока жидкости у поверхности электродов. Поэтому при конструировании электродных датчиков, устанавливаемых на движущихся объектах, основное внимание следует уделять уменьшению скорости движения жидкости у поверхности

и с, мВ

Рис.8. Зависимость напряжения поляризации 1/с от частоты колебаний при разной солености электролита. 1-10 г/л; 2- 5г/л.

электродов. Уменьшение средней скорости обтекающей электрод жидкости ведет и к уменьшению величины пульсации скорости. Предложены оригинальные конструкции электродных датчиков, признанные изобретениями, в которых движение жидкости вблизи электродов практически отсутствует. Это достигается за счет применения пористых перегородок, установленных в торцах и среднем сечении диэлектрической трубы, при этом электроды расположены по обе стороны от центральной пористой перегородки на равных от нее расстояниях. Однако вследствие перепадов давления между торцами диэлектрической трубы возникает просачивание воды сквозь пористые перегородки, сопровождаемое возникновением электрокинетической помехи. Выбор расстояния между электродами в соответствии с полученной расчетной формулой позволяет устранить электрокинетическую помеху на выходе датчика. В условиях движения чувствительность такого датчика доЮ раз выше, чем у датчика без обтекателей.

Глава 4, написанная по публикациям автора [8-13,17], посвящена разработке методов повышения чувствительности безэлектродных датчиков, а именно: маг-нитоиндукционного и трансформаторного датчиков.

В разделе 4.1 выполнена оптимизация конструктивных параметров магнито-индукционного датчика по максимальному отношению сигнал/шум. При этом учитывался только тепловой шум катушки. Показано, что если датчик имеет однослойную катушку, то ее оптимальная длина составляет 0,9 от длины сердеч-ника.В случае многослойной катушки ее оптимальная форма имеет вид «веретена», т.е. число слоев намотки на краях катушки меньше, чем в середине. Получены формулы для числа витков в секциях катушки при числе секций, равном десяти. Показано, что выигрыш в предельной чувствительности оптимизированного датчика достигает 10... 15%.

В разделе 4.2 выполнена оптимизация конструктивных параметров трансформаторного датчика по максимальному коэффициенту преобразования. Показано, что выходное напряжение достигает максимума при выполнении соотношений: £)3 = Ц /^¡2, Д /О, = \[ё, где Ц, Д,£)3 -соответственно внутренний и внешний диаметр кольцевого сердечника, а также диаметр окна датчика после намотки катушки. В результате оптимизации коэффициент преобразования может быть повышен в несколько раз.

В разделе 4.3 определена предельная чувствительность трансформаторного датчика на низких частотах. Показано, что на частотах выше некоторой / она

определяется только его геометрическими размерами и не зависит от числа витков катушки и магнитной проницаемости сердечника.

Раздел 4.4 посвящен проблеме повышения помехозащищенности трансформаторного датчика. Для компенсации виброшумов и помех промышленного происхождения, возникающих несмотря на наличие магнитного экрана, предлагается использовать датчик, имеющий две идентичные катушки, расположенные как можно ближе друг к другу, одинаково ориентированные и механически жестко соединенные. При этом катушки соединены таким образом, что образующиеся в каждой из них ЭДС индукции при вибрации в геомагнитном поле или при воздействии магнитного поля от промышленного источника помех вычитаются. При этом напряжение полезного сигнала в одной из предложенных конструкций датчика удваивается, что позволяет повысить отношение сигнал-шум.

В разделе 4.5 проведено сравнение электродных и безэлекгродных датчиков по достигаемой предельной чувствительности. Сделан вывод, что в диапазоне 3...300 Гц наивысшую предельную чувствительность обеспечивает электродный датчик.

В разделе 4.6 показана возможность защиты индуктивных элементов входных цепей, например, согласующего трансформатора, от влияния вибрации в магнитном поле Земли, проявляющегося в виде виброшумов, с помощью электромагнитного экрана.

В разделах 2.5 и 4.1 описаны примеры использования результатов диссертации для повышения чувствительности электродных и магнитоиндукционных датчиков при выполнении других научных экспериментов [18,19].

В заключении сформулированы основные результаты исследований.

Основные результаты работы

1. Исследован рад металлов и металлических покрытий на их пригодность для использования в электродных датчиках. Показано, что наиболее пригодными являются некорродирующие металлы, имеющие на поверхности плотную пленку окисла, из которых мы рекомендуем титан, тантал, нержавеющую сталь.

2. Получены расчетные формулы, определяющие предельную чувствительность приемного устройства с электродным датчиком при резонансном и нерезонансном трансформаторном согласовании. Получены выражения, определяющие коэффициент трансформации, при котором достигается наивысшая предельная чувствительность. Рекомендуется нерезонансное согласование, как менее чувствительное к изменению составляющих импеданса датчика.

3. Проведены исследования шума электродных датчиков в отсутствие движения. На частотах ниже нескольких десятков герц даже у некорродирующих металлов (таких, как тантал, титан) обнаружен избыточный электрохимический шум, не исчезающий и через несколько суток выдержки в морской воде. У этих металлов отношение избыточного шума к тепловому на частотах ниже 10 Гц по напряжению достигает нескольких раз, а на более высоких частотах избыточный шум у длительно выдержанных в электролите электродов из таких металлов, как правило, меньше теплового. Спектр напряжения избыточного шума имеет вид /'", для танталовых электродов а «1,5. Спектральная плотность напряжения как теплового, так и избыточного шума уменьшается с увеличением площади электрода, а отношение избыточного шума к тепловому изменяется незначительно.

4. Исследован шум электродных датчиков, возникающий при их движении относительно морской воды. Превышение его над тепловым шумом по напряжению достигает у корродирующих электродов нескольких порядков, а у некорродирующих - до одного порядка. Именно он и определяет чувствительность малогабаритных буксируемых датчиков. Спектральные зависимости шумового напряжения в лабораторных экспериментах имеют вид /~а ■ При скорости движения жидкости 2...3,5 м/с у титановых электродов а »1,5. Показано, что напряжение шума при движении жидкости обратно пропорционально квадратному корню из площади электродов. Обнаруженная нами зависимость коррозионного шума движения от скорости жидкости положена в основу способа измерения скорости потока жидкости, признанного изобретением.

5. Обнаружена связь шума движения с пульсациями скорости жидкости, в частности, с турбулентностью, и зависимость его от солености. Основываясь на этих зависимостях, автор предложил и исследовал модель поляризации электрода (приобретения дополнительного потенциала по отношению к электролиту), связанную с деформацией двойного электрического слоя на поверхности электрода набегающим потоком жидкости. При этом шум движения у некорродирующих электродов есть флуктуации потенциала электрода, связанные с флуктуациями скорости потока. Получена формула, определяющая напряжение

поляризации плоского электрода. Проведенные измерения напряжения поляризации электрода, совершающего гармонические колебания в электролите, подтвердили теоретические предпосылки, следующие из полученной формулы.

6. Экспериментально исследована роль обтекателей, снижающих скорость движения жидкости у поверхности электродов. Установлено, что применение обтекателей позволяет уменьшить шум движения электродного датчика на 15 -20 дБ.

7. Разработаны рекомендации по конструированию электродных датчиков, имеющих минимальный уровень собственного шума. Предложен способ уменьшения виброшумов, возникающих в индуктивных элементах (например, входных трансформаторах), путем размещения их в электромагнитном экране из немагнитного металла.

8. Разработана методика оптимизации магнитоиндукционного датчика, позволяющая достичь максимальной предельной чувствительности за счет выбора формы катушки. Разработана методика оптимизации конструктивных параметров трансформаторного датчика, которая при заданных габаритах позволяет в несколько раз увеличить коэффициент преобразования.

9. Определена предельная чувствительность магнитоиндукционного и трансформаторного датчиков. Показано, что в диапазоне 3...300 Гц электродный датчик имеет наивысшую из рассмотренных типов датчиков предельную чувствительность.

10. По результатам проведенных исследований предложены новые конструкции электродных и безэлектродных датчиков, признанные изобретениями. В условиях буксировки и вибрации они имеют более высокую чувствительность, чем известные.

Список публикаций по теме диссертации

1. Акиндинов, В.В. Шумы электродных датчиков в морской воде / В.В. Акин-динов., И.В Лишин., В.Г Максименко //Радиотехника и электроника. - 1984. -Т.29, №3. -С. 484-490.

2. Максименко, В.Г. Импедансные характеристики и предельная чувствительность электродных датчиков электромагнитного поля в морской воде / В.Г. Максименко // Радиотехника и электроника. -2006. - Т. 51, № 7. - С. 786-795.

3. Максименко, В.Г. О применении входного трансформатора в высокочувствительной измерительной аппаратуре СНЧ диапазона / В.Г. Максименко // Исследование естественных случайных радиополей в диапазонах КНЧ, СНЧ и ОНЧ: сб. трудов под ред. акад. Ю.Б. Кобзарева / ИРЭ АН СССР. - М., 1985. - С. 118123.

4. Максименко, В.Г. Проблемы уменьшения собственного шума электродных датчиков электрического поля, движущихся в электролите / В.Г. Максименко // Радиотехника и электроника. - 2002. - Т.47, №7. - С. 809-813.

5. Максименко, В.Г. «Шум движения» электродных датчиков электрического поля в море и пути его уменьшения / В.Г. Максименко, В.И. Нарышкин // Радио-

техника и электроника. - 2003. - Т.48, №1. - С. 70-76.

6. Акиндинов, В.В. Экспериментальные исследования поляризации металлического электрода при движении в электролите / В.В. Акиндинов, В.Г. Максимен-ко // Радиотехника и электроника. - 1996. - Т.41, №8. - С. 985-989.

7. Максименко, В.Г. Поляризация металлического электрода при движении в электролите/ В.Г. Максименко // Радиотехника и электроника. - 1997,- Т.42, №2 .-С. 210-213.

8. Максименко, В.Г. Добротность тороидальных катушек индуктивности на низких частотах / В.Г. Максименко // Радиотехника. - 1990. - №6. - С. 91-93.

9. Максименко, В.Г. Оптимизация входного трансформатора низкой частоты на кольцевом сердечнике / В.Г. Максименко // Радиотехника. - 1990. - Ns8. - С. 2224.

10. Максименко, В.Г. Оптимизация магнитной антенны СНЧ диапазона / В.Г. Максименко // Радиотехника. - 1990. - №4. - С. 88-90.

8. Максименко В.Г. Оптимизация морского трансформаторного датчика переменного электрического поля // Измерительная техника. - 2007. -№4,, с. 59-61

12. Максименко В.Г. Предельная чувствительность трансформаторного датчика переменного электрического поля в море // Измерительная техника. - 2008. -№7.-С. 51-53.

13. Максименко, В.Г. Экранирование катушки индуктивности от воздействия статического магнитного поля / В.Г. Максименко // Радиотехника и электроника.

- 1994.-Т.39,№1.-С. 73-75.

14. A.c. 1067360, МКИ5 G01 V 3/06. Способ измерения скорости потока жидкости/ В.В. Акиндинов, И.В. Лишин, В.Г. Максименко (РФ).

" - №3341827/18-10, заявл. 11.09.81; опубл. 15.01.84, Бюл.№2.

15. A.c. № 1409959, МКИ4 G01 V 3/06. Датчик напряженности электрического поля/ В.В. Акиндинов, И.В. Лишин, В.Г. Максименко (РФ).

- № 4169962/31-25; заявл. 30.12.86, опубл. 15.04.89, Бюл. №7.

16. A.c. 1629890, МКИ5 G01 V 3/08. Датчик напряженности электрического поля/ В.В. Акиндинов, И.В. Лишин, В.Г. Максименко (РФ).

- № 4677887/25; заявл.12.04.89, опубл. 23.02.91, Бюл. № 7.

17. A.c. 1697524, МКИ5 G01 V 3/06. Устройство для измерения напряженности электрического поля в электролитах/ И.В. Лишин, В.Г. Максименко (РФ). №4757895/25; заявл. 10.11.89; опубл.20.07.99, Бюл. № 20.

18. Дякин В.А. Возможность обнаружения подводного кабеля по переизлучаемому им электромагнитному полю / В.А. Дякин, A.C. Гугин, В.И. Каевицер, С.И. Киселев, И.В. Лишин, В.Г. Максименко, Н.И. Михалев, В.И. Нарышкин // Радиотехника и электроника. - 2002. - Т. 47, № 11. - С. 1296 - 1303.

19. Каевицер В.И. Радиофизический метод измерения координат и глубины расположения электрического кабеля, проложенного по дну водоема/ В.И. Каевицер, И.В. Лишин, В.Г. Максименко, В.И. Нарышкин, В.А. Дякин, A.B. Гашев-ский, О.С. Гашевская // Радиотехника и электроника. - 2004. - Т. 49, № 4. - С. 450 -453.

Подписано в печать 12.12.2008. Формат 60x84 1/16.

Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 0,93. Усл. кр.-отт. 3,72. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 704

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)" 119454, Москва, пр. Вернадского, 78

Глава 1. Шумы и сигналы в морской воде с

1.1. Общие положения с

1.2. Случайные электромагнитные поля в морской воде с

1.3. Шумы датчиков электромагнитного поля в морской воде с

1.4. Применение сверхнизкочастотных радиоволн с

Глава 2. Шумы в отсутствие движения и предельная чувствительность электродных датчиков с

2.1. Электродный шум в отсутствие движения с

2.2. Составляющие импеданса электродных датчиков с

2.3. Влияние нефтепродуктов на составляющие импеданса электродов с

2.4. Согласование электродного датчика с приемным устройством с помощью трансформатора с

2.5. Бестрансформаторное согласование электродного датчика с приемным устройством с

2.6. Предельная чувствительность электродного датчика и приемного устройства с электродным датчиком с

2.7. Краткие выводы с

Глава 3. Шумы электродных датчиков при движении в морской воде с

3.1. Электродный шум при движении датчика относительно электролита с

3.2. Влияние обтекателей на шум движения электродного датчика с

3.3. Поляризация электрода при движении в электролите с

3.4. Экспериментальные исследования поляризации металлического электрода при движении в электролите с

3.5. Особенности конструкции электродных датчиков, предназначенных для работы на движущихся объектах с

3.6. Краткие выводы с

Глава 4. Шум и предельная чувствительность безэлектродных датчиков электромагнитного поля. с

4.1. Оптимизация магнитоиндукционного датчика с

4.2. Оптимизация трансформаторного датчика электромагнитного поля с

4.3. Предельная чувствительность трансформаторного датчика с

4.4. Сравнение электродных и безэлектродных датчиков по достигаемой предельной чувствительности с

4.5. Уменьшение виброшумов и повышение помехозащищенности трансформаторного датчика с

4.6. Электромагнитное экранирование катушек индуктивности от воздействия статического магнитного поля в условиях вибрации с

4.7. Краткие выводы с. Заключение с

1. Актуальность темы и объект исследования.Работа посвящена исследованию закономерностей и физических явлений, обусловливающих собственные шумы датчиков низкочастотного электромагнитного поля в морской воде и выработке рекомендаций по уменьшению этих шумов с целью достижения максимальной чувствительности при приеме электромагнитных полей крайне низких (3.. .30 Гц) и сверхнизких (30.. .300 Гц) частот. Датчик осуществляет преобразование компоненты Е или Н электромагнитного поля в пропорциональный ей электрический сигнал. При решении ряда научных и практических задач необходимо принимать и измерять низкочастотные электромагнитные поля в морской воде. Измерение электромагнитных полей низкой частоты в океане является одним из средств изучения строения земной коры [1,2,3]. Применяются электрофизические методы разведки полезных ископаемых на дне океана и прибрежном шельфе, основанные на измерении естественного и специально возбуждаемого низкочастотного электромагнитного поля в морской воде. В последнее время нашел применение способ отыскания и определения координат подводных кабелей и трубопроводов, основанный на измерении излучаемого ими электромагнитного поля в диапазоне частот от десятков герц до десятков килогерц. [4]. Способность низкочастотного электромагнитного поля проникать в морскую воду на большую глубину используют для осуществления радиосвязи с глубокопогруженными подводными объектами на частотах ниже 100 Гц [1,5,6,7]. Значительное ослабление электромагнитного поля в морской воде приводит к необходимости приема слабых полей, находящихся на уровне чувствительности приемного устройства, которая в значительной степени определяется чувствительностью датчика. Повышение чувствительности датчика в морской воде до максимально возможного значения представляет трудную научно-техническую задачу. На вход приемного устройства вместе с полезным сигналом поступает мешающий приему собственный шум датчика, а также помехи различного происхождения. В 5 • широком смысле слова шумом в радиофизике принято называть флуктуацион-ные токи и напряжения. Собственным шумом устройства называют шум на его выходе, обусловленный шумовыми источниками, находящимися внутри устройства [8]. В связи с дискретной природой электрического заряда собственный шум возникает при тепловом движении заряженных частиц в активном сопротивлении (тепловой шум), при протекании постоянного тока в усилительных приборах (дробовой шум) и в ряде других явлений. Собственный шум иногда называют внутренними помехами, подразумевая, что существуют и внешние помехи, например атмосферные, индустриальные. Собственным шумом (далее - просто шумом) датчика будем называть флуктуационное напряжение на его выходе при отсутствии внешнего электромагнитного поля. Это напряжение может быть пересчитано в электрическую или магнитную компоненту флук-туационного электромагнитного поля в месте расположения датчика, который при этом считается нешумящим. Помехами будем считать все электромагнитные поля естественного и индустриального происхождения, не являющиеся полезным сигналом. Исследование помех и шумов датчиков низкочастотного электромагнитного поля проводилось как в нашей стране, так и за рубежом, в основном, в США. На глубинах менее 100... 150 метров в указанном диапазоне частот чувствительность приемника определяется, как правило, величиной атмосферных помех [1,5]. Практические задачи требуют увеличения глубины до несколько сотен метров. На таких глубинах атмосферные помехи, как и полезный сигнал, в значительной степени затухают, и на первый план выходит шум датчика, который и определяет чувствительность приемного устройства.Датчики, применяемые для приема электромагнитного поля в морской воде можно разделить на два основных типа. Датчики первого типа имеет два контактирующих с водой разнесенных электрода [9,10], с помощью* которых снимается разность потенциалов, созданная протекающими в морской воде токами проводимости. Такие датчики называют электродными датчиками электрического поля. Датчики второго типа не имеют контактирующих с водой электродов, поэтому могут быть названы безэлектродными. К безэлектродным отно-сятся трансформаторный датчик переменного электрического поля, а также магнитоиндукционный датчик [11,12].Электродные датчики помимо теплового шума, обусловленного их активным сопротивлением, обладают, так называемым, электродным шумом, вызванным протекающими на поверхности электродов электрохимическими реакциями. При движении электродов относительно воды величина электродного шума значительно возрастает, поэтому составляющая электродного шума, связанная с движением, названа нами шумом движения. У датчиков, электроды которых разнесены на большое расстояние, значительную величину имеет вибрационный шум, возникающий в соединяющем электроды кабеле вследствие электромагнитной индукции при механической вибрации в магнитном поле Земли, которая неизбежно возникает при буксировке датчиков за кораблем.Безэлектродные датчики тоже чувствительны к вибрации. Причем, если у трансформаторного датчика вибрационный шум является следствием недостаточной магнитной экранировки, то у магнитоиндукционного датчика он принципиально неустраним. Однако такой датчик может быть использован на неподвижных стационарных объектах. В отсутствие вибрации собственным шумом безэлектродного датчика является его тепловой шум.Увеличение чувствительности датчика может быть достигнуто как уменьшением его собственных шумов, так и увеличением коэффициента преобразования. Коэффициент преобразования в рассматриваемой задаче есть отношение выходного напряжения датчика к величине напряженности электрической или магнитной компонент электромагнитного поля. У электродных датчиков увеличение коэффициента преобразования достигается увеличением расстояния между электродами. В системах связи с подводными объектами наибольшее применение нашли кабельные электродные датчики, имеющие длину активной части до несколько сотен метров. Это создает серьезные проблемы при их эксплуатации, поэтому необходимо искать пути повышения чувствительности при одновременном уменьшении размеров датчика. Чувствительность датчика при приеме электромагнитного поля будем определять как минимальный уровень напряженности поля сигнала, при котором его мощность на входе приемника в заданное число раз превышает суммарную мощность всех составляющих шума в полосе 1 Гц. Предельной чувствительностью датчика будем называть минимальный уровень напряженности поля сигнала, при котором его мощность на входе приемника равна мощности теплового шума в полосе 1 Гц. При этом имеется в виду, что приняты меры, которые позволяют устранить другие составляющие шума. Для реализации высокой чувствительности датчика необходимо выполнить его согласование с входным каскадом приемного устройства, который также обладает собственным шумом, чтобы отношение сигнал-шум, сформированное датчиком, ухудшалось за счет собственного шума приемного устройства в минимальной степени.Большой опыт по измерению слабых постоянных и медленно меняющихся электрических полей в море (диапазон частот не выше десятых долей герца), накоплен в Институте земного магнетизма и распространения радиоволн РАН [13,14]. Разработке датчиков для приема низкочастотных электромагнитных полей в море много внимания уделялось в Московском энергетическом институте и Центральном научно-исследовательском институте им. А.Н. Крылова в - Петербурге [9,10]. Их усилия были направлены на разработку датчиков трансформаторного типа с металлическими «концентраторами тока проводимости». Исследования в области конструирования и согласования магнитоиндук-ционных датчиков были проведены в Физико - механическом институте АН УССР [15-17].Объектом наших исследований являются собственные шумы датчиков и причины их возникновения. Предметом исследования - зависимость величины шума от различных факторов, способы и условия согласования датчика с приемником, а также разработка новых типов датчиков, имеющих более высокую чувствительность по сравнению с известными. Многие вопросы, связанные с повышением чувствительности датчиков при приеме электромагнитного поля в море к моменту наших исследований были не решены. Опубликованные материалы на эту тему не позволяли достичь поставленной задачи увеличения чувствительности датчиков до предельно возможного значения. Повышение чувствительности датчиков очень важно для практических применений. Например, при осуществлении радиосвязи с погруженным в море объектом увеличение глубины и скорости движения последнего приводят к уменьшению отношения сигнал-шум. Увеличить его до требуемого значения можно либо увеличением мощности передатчика, либо повышением чувствительности датчика.На сверхнизких частотах коэффициент полезного действия излучающей антенны очень мал, поэтому мощность передатчика достигает единиц мегаватт.Дальнейшее увеличение мощности связано с очень большими материальными затратами или вообще невозможно, поэтому уменьшение собственного шума и повышение чувствительности датчиков является весьма актуальным.2. Цели исследования.Целью диссертационной работы является исследование причин возникновения шумов датчиков в морской воде в различных условиях эксплуатации: в покое, в движении с разной скоростью и на разной глубине и возможностей их уменьшения. Главная цель исследований состоит в достижении минимального уровня собственных шумов и наивысшей чувствительности датчика. Для достижения этого необходимо было провести следующие исследования: экспериментальное исследование спектральных зависимостей электродного шума в покоящейся и движущейся жидкости; исследование природы электродного шума движения, разработка методов его уменьшения; исследование применимости различных металлов для изготовления электродов датчиков с точки зрения обеспечения минимума собственного шума и стабильности импеданса; определение условий и способов согласования электродных датчиков с входными каскадами приемного устройства; создание новых электродных и безэлектродных высокочувствительных по-мехозащищенных датчиков, а также оптимизация конструктивных параметров известных датчиков для обеспечения их наивысшей чувствительности.3. Научная новизна работы.Экспериментально исследованы спектральные зависимости напряжения шума электродов разной площади из разных металлов в отсутствие движения жидкости, и проведено сравнение измеренного электродного шума с тепловым шумом. Проведены экспериментальные исследования электродного шума при обтекании электродов потоком жидкости. Получены зависимости напряжения шума от скорости движения жидкости, площади электродов, солености электролита, конструкции обтекателя. Предложен способ определения скорости жидкости по величине электродного шума, признанный изобретением (А.с. 1067360).Предложен механизм возникновения специфического электродного шума движения, позволяющий непротиворечиво интерпретировать результаты экспериментального исследования шума движущегося электрода.Экспериментально исследовано поведение составляющих (емкости и сопротивления) импеданса датчиков с электродами из разных металлов при длительной выдержке в морской воде. Результаты исследования показали, что по стабильности импеданса, величине предельной чувствительности, минимальному шуму в состоянии покоя и в движении наиболее пригодными для изготовления электродов являются тантал, титан, нержавеющая сталь.Определены условия трансформаторного согласования электродных датчиков с входными каскадами приемного устройства, обеспечивающие максимальные значения чувствительности.Проведена оптимизация конструктивных параметров магнитоиндукционного датчика на максимум чувствительности и трансформаторного датчика на максимум коэффициента преобразования.Определена предельная чувствительность для различных типов датчиков электромагнитного поля в морской воде.Разработаны признанные изобретениями новые типы датчиков, имеющие при движении повышенную чувствительность и помехозащищенность по сравнению с известными (А.с. 1409959, А.с. 1629890, А.с. 1697524).4. Достоверность.Решение поставленной задачи проведено путем экспериментальных исследований в лабораторных и натурных условиях, а также путем теоретического анализа отдельных аспектов темы диссертации. Достоверность результатов и выводов диссертационной работы подтверждается физической непротиворечивостью основных результатов, согласованностью результатов лабораторных и натурных экспериментов, поставленных в рамках данной работы, с теоретическими предпосылками и результатами других авторов и повторяемостью результатов в разных опытах.5. Научная и практическая значимость работы.Научная значимость работы заключается в том, что проведено всестороннее исследование всех компонент электродного шума и дано объяснение механизма возникновения специфического шума движения электродных датчиков электромагнитного поля. Использование полученных в диссертационной работе результатов при конструировании датчиков для приема низкочастотных электромагнитных полей в морской воде позволяет достичь максимально возможной чувствительности. На практике это означает осуществление приема на больших глубинах и расстояниях от передатчика без увеличения его мощности. При буксировке датчика за кораблем увеличение его чувствительности за счет уменьшения шума движения дает возможность приема сигнала при большей скорости корабля. Результаты исследования, относящиеся к разработке и испытаниям в натурных условиях электродных датчиков с обтекателями, позволяющих более чем на порядок снизить уровень помех при измерении напряженности электрического поля в движущемся потоке электролита, признаны Научным советом АН СССР по проблеме «Статистическая радиофизика» важными и включены в «Отчет о важных и важнейших результатах научных исследований в области статистической радиофизики за 1989 год», представленный Научным советом в Отделение общей физики и астрономии АН СССР (см. Приложение).5. На защиту выносятся следующие положения.На частотах ниже нескольких десятков герц в отсутствие движения электродный датчик имеет избыточный электрохимический электродный шум, не исчезающий и при выдержке его в воде в течение нескольких суток. Избыточный шум имеет спектр типа / _ " , где величина а составляет от 1 до 1,5 в зави-. симости от материала электродов. У некорродирующих металлов (тантал, титан), наиболее пригодных для применения в электродных датчиках, отношение избыточного шума к тепловому на частотах ниже 10 Гц достигает нескольких раз. На частотах выше нескольких десятков герц избыточный шум у хорошо отполированных и длительно выдержанных в электролите электродов из таких металлов, как правило, меньше теплового, и во многих практических случаях его можно не учитывать.При движении электродного датчика в морской воде возникает специфический электродный шум движения, превышение которого над тепловым шумом по напряжению достигает нескольких порядков. Именно он и определяет чувствительность малогабаритных буксируемых электродных датчиков. У некорродирующих электродов шум движения обусловлен флуктуациями скорости жидкости, в частности, турбулентностью. Причиной его возникновения является деформация набегающим потоком жидкости двойного электрического слоя на границе металл-электролит. Спектральные зависимости шумового напряжения имеют вид f'a, где or» 1,6...1,2 при скорости движения жидкости 2...3,5 м/с. Применение в электродном датчике обтекателей, выполненных в соответствии с разработанными нами рекомендациями, позволило уменьшить шум движения датчика на 15 - 20 дБ. Наивысшую чувствительность имеют датчики с электродами из металлов, имеющих на поверхности плотную диэлектрическую пленку окисла, таких, как тантал, титан, нержавеющая сталь.Разработанные нами методики оптимизации трансформаторного и магнитоиндукционного датчиков обеспечивают достижение у них максимальной предельной чувствительности при приеме электромагнитного поля в морской воде.Предложенные нами новые конструкции датчиков в условиях буксировки и вибрации имеют более высокую чувствительность, чем известные.7. Диссертация была выполнена в Институте Радиотехники и Электроники РАН в период с 1983 по 2006 год. Автор выражает благодарность соавторам к.т.н. В.И. Нарышкину, к.т.н. В.В. Акиндинову и к.т.н. Лишину за помощь, оказанную при подготовке и выполнении диссертационной работы. В.В. Акиндинову принадлежит постановка задачи исследования электродного шума. В.И. Нарышкин участвовал в проведении натурных экспериментов в морских условиях. И.В. Лишин принимал участие в обсуждении результатов экспериментальных исследований. С целью апробации результатов диссертационной работы электродные и магнитоиндукционные датчики, изготовленные в соответствии с разработанными в диссертации рекомендациями, использованы в экспериментах по обнаружению и определению координат подводного кабеля. В экспериментах принимали участие сотрудники ИРЭ РАН, указанные в библиографическом описании соответствующих статей, не являющиеся соавторами данной диссертационной работы.8. Апробация работы и публикации.Основные результаты работы опубликованы в 15 статьях [18-30,35,36] и 4 авторских свидетельствах на изобретение [31-34].Результаты работы были использованы при разработке промышленной аппаратуры в КБ «Связьморпроект» (С.-Петербург) и при выполнении научно-исследовательских работ в ИРЭ РАН.

9. Личный вклад автора.Все результаты диссертационной работы автор получил единолично, а именно: - спланировал и подготовил эксперименты по измерению электродного шума и составляющих электродного импеданса, провел эксперименты в лабораторных условиях, непосредственно участвовал в натурных экспериментах, а также обработал результаты экспериментов; - предложил модель возникновения шума движения электродных датчиков и получил соотношение, определяющее потенциал поляризации движущегося электрода; - оптимизировал по максимальному отношению сигнал-шум магнитоиндук-ционный датчик и трансформаторный датчик по максимальному коэффициенту преобразования; - исследовал методы согласования электродных датчиков с приемным устройством на предмет достижения максимального отношения сигнал-шум; - предложил ряд отличительных существенных признаков помехозащищен-ных датчиков, признанных изобретениями; - предложил метод электромагнитного экранирования индуктивных элементов входных цепей приемного устройства для устранения виброшумов.10. Структура и объем работы.Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 190 страниц текста, включая 52 рисунка, 17 таблиц и список литературы из 83 библиографических наименований.

Заключение.

1. Исследован ряд металлов и металлических покрытий на их пригодность для изготовления электродных датчиков электромагнитного поля. Получены данные о величине и стабильности составляющих импеданса электродов из различных металлов при длительном (до 4000 часов) выдерживании их в растворе ЫаС1, концентрация которого соответствовала солености воды в океане. Наиболее пригодными для изготовления электродных датчиков являются не-корродирующие металлы, имеющие на поверхности плотную пленку окисла, и непригодны корродирующие в морской воде металлы. Из исследованных металлов мы рекомендуем титан, тантал, нержавеющую сталь Х18Н9Т. Эти металлы обеспечивают низкое значение активной составляющей импеданса датчика Я и большое значение емкости С датчика при хорошей стабильности этих параметров. Кроме того, электроды из этих металлов имеют минимальный уровень электрохимического шума. Установлено, что широко применяемые в морских условиях медь и медные сплавы непригодны для изготовления электродов. Также непригодны для применения в датчиках электроды с металлическими покрытиями из-за значительной нестабильности составляющих импеданса датчика Я и С при больших значениях Я. Не рекомендуется применение покрытий даже из химически стойких и благородных металлов, поскольку наличие пор в металлических покрытиях рано или поздно приводит к их разрушению. 2. Показано, что практически единственно возможным способом согласования электродного датчика с предварительным усилителем приемного устройства является трансформаторное согласование. При бестрансформаторном подключении датчика к усилителю для согласования путем параллельного включения усилительных элементов требуется слишком большое число транзисторов (более тысячи). В качестве одного из основных параметров электродного датчика введена постоянная времени т = ЯС , определяющая оптимальное значение коэффициента трансформации при трансформаторном согласовании. Установлено, что составляющие импеданса датчика Я и С уменьшаются с ростом частоты. При этом постоянная времени гэл = г л С практически не зависит от площади электродов и является характеристикой металла. Здесь г7 - контактное сопротивление электродов, которое получается путем вычитания сопротивления растекания из сопротивления датчика 7?. Величина ¿»гэл слабо зависит от частоты и для большинства металлов находится в пределах 0,13.0,2. Для электродов достаточно большой площади (сферические, радиусом 5 см) на частотах выше 90 Гц сопротивление датчика определяется сопротивлением растекания, а добротность датчика 1 /сот меньше единицы. Установлено, что попадание нефтепродуктов на сухую поверхность электродов увеличивает их сопротивление в 5 раз и уменьшает емкость в 3 раза, что приводит к рассогласованию электродного датчика с приемным устройством, увеличению теплового шума и уменьшению чувствительности.

3. Введено понятие предельной чувствительности датчика электромагнитного поля, как минимального значения напряженности поля сигнала, при котором отношение мощности сигнала к мощности теплового шума на входе приемного устройства в полосе 1 Гц равно единице. Получены расчетные формулы, определяющие предельную чувствительность приемного устройства с электродным датчиком при резонансном и нерезонансном трансформаторном согласовании. Проведено сравнение материалов электродов по достигаемой предельной чувствительности датчика на частоте 90 Гц. Оно показало, что все рекомендованные выше материалы в датчике реальных размеров (сферические электроды радиусом 5 см разнесены на расстояние 1 м) обеспечивают близкие значения предельной чувствительности в пределах 0,13.0,2 нВ/м^Гц . Причем как в случае резонансного, так и нерезонансного согласования предельная чувствительность практически одинакова. Однако нерезонансное согласование менее чувствительно к коэффициенту шума согласующего трансформатора и к увеличению сопротивления датчика при применении обтекателей, поэтому и рекомендуется нами к использованию. Резонансное трансформаторное согласование может быть использовано при работе в узкой полосе частот, если обеспечены условия стабильности импеданса датчика. Согласующий трансформатор в этом случае требует меньшего значения индуктивности первичной обмотки, поэтому проще в изготовлении.

4. Проведены исследования шума электродных датчиков как в отсутствие, так и при наличии движения относительно окружающей их морской воды. В отсутствие движения даже у благородных (золото, палладий) и некорродирую-щих металлов (тантал, титан) обнаружен электрохимический электродный шум, который мы называем избыточным, не исчезающий и через несколько суток выдержки в электролите. Величина избыточного шума зависит от материала электродов, шероховатости их поверхности и длительности выдержки их в электролите. Он имеет спектр типа /"", где величина о: составляет от 1 до 1,5 в зависимости от материала электродов. У некорродирующих металлов (тантал, титан), наиболее пригодных для применения в электродных датчиках, отношение избыточного шума к тепловому на частотах в единицы герц достигает 3.4 раз. На частотах выше нескольких десятков герц избыточный шум у хорошо отполированных и длительно выдержанных в электролите электродов из таких металлов, как правило, меньше теплового, и во многих практических случаях его можно не учитывать. У корродирующих электродов из меди и медных сплавов (латунь, бронза) превышение избыточного шума над тепловым по напряжению на частотах ниже 20 Гц достигает порядка и более, оставаясь и на более высоких частотах существенно больше единицы. При этом спектральная плотность напряжения как теплового, так и избыточного шума уменьшается с увеличением площади электрода, а отношение избыточного шума к тепловому изменяется незначительно.

5. При движении электродов относительно морской воды обнаружен и измерен специфический шум движения, превышение которого над тепловым шумом по напряжению достигает у корродирующих электродов нескольких порядков, а у некорродирующих - до одного порядка. Именно он и определяет чувствительность буксируемых датчиков. Обнаруженная нами зависимость коррозионного шума движения от скорости жидкости положена в основу способа измерения скорости потока жидкости, признанного изобретением. Показано, что в отсутствие флуктуаций скорости потока воды шумовое напряжение разных электродных датчиков, находящихся в одном потоке, некоррелировано и увеличивается с ростом скорости. Спектральные зависимости шумового напряжения в лабораторных экспериментах имеют вид f~a. При скорости движения жидкости 2.3,5 м/с значения а находятся в пределах 1,6. 1,2. Эти результаты удовлетворительно объясняются связью электродного шума с турбулентностью в жидкости, создаваемой при вращении активатора в лабораторной установке. При наличии пульсаций скорости потока шум движения коррелирован с пульсациями скорости. Показано, что напряжение шума при движении жидкости так же, как и в отсутствие движения, обратно пропорционально квадратному корню из площади электродов, при этом оно увеличивается с уменьшением концентрации электролита. Установлено, что наименьшей величиной шума движения из исследованных металлов обладают титан, тантал, сталь нержавеющая. Величина его у перечисленных металлов практически одинакова. Такие металлы, как никель, ниобий и медные сплавы имеют неприемлемо большой уровень шума движения, что не позволяет использовать их в датчиках. Для достижения минимального значения шума движения поверхность электродов должна быть отполирована, а сами электроды не менее трех суток выдержаны в электролите. Шум движения является суммой трех компонент. Коррозионная компонента обусловлена электрохимическим процессом окисления металла электрода. Адсорбционная компонента связана с формированием двойного электрического слоя на поверхности некорродирующих электродов при наличии медленных процессов специфической адсорбции поверхностью электрода ионов кислорода. Поляризационная компонента представляет собой флуктуации потенциала электрода в электролите относительно его равновесного значения, связанные с деформацией двойного электрического слоя при движении жидкости. Первые две из них можно в значительной мере уменьшить путем выбора материала электрода и выдержкой в электролите. После этого на первый план выходит поляризационная компонента шума.

6. Предложена модель поляризации движущегося электрода, в основе которой лежит гипотеза о нарушении равновесия зарядов в двойном электрическом слое при деформации двойного электрического слоя набегающим вдоль поверхности электрода потоком электролита, удовлетворительно согласующаяся с результатами экспериментальных исследований. В соответствии с этой моделью механизм возникновения шума движения выглядит следующим образом. На поверхности электрода имеется большое количество микровыступов, высота которых превышает толщину двойного слоя. При набегании на электрод потока электролита на краях микровыступов происходит сдвиг жидкостной обкладки двойного слоя и замена ее электронейтральным электролитом. При этом электрод приобретает неравновесный заряд, зависящий от флуктуирующей скорости потока. Соответствующие ему флуктуации потенциала электрода составляют основную часть шума движения некорродирующих электродов. Измерены зависимости напряжения поляризации электрода, совершающего гармонические колебания в электролите, от частоты и амплитуды колебаний, солености электролита, исследовано влияние обтекателя. Показано, что качественные результаты эксперимента подтверждают выдвинутую гипотезу, а измеренные значения напряжения поляризации не противоречат расчетным.

7. Исследована роль обтекателей, снижающих скорость движения жидкости у поверхности электродов. Экспериментально установлено, что применение обтекателей, сконструированных с учетом рекомендаций раздела 2.5, позволяет уменьшить шум движения электродного датчика на 15 - 20 дБ. Несоблюдение этих рекомендаций при конструировании обтекателей может напротив привести к увеличению шума.

8. Разработаны практические рекомендации по конструированию электродных датчиков, имеющих минимальный уровень собственного шума (включая шум движения), в том числе рекомендации по конструированию обтекателей.

Предложен способ уменьшения виброшумов, возникающих в индуктивных элементах (трансформаторных датчиках электромагнитного поля и входных согласующих трансформаторах), путем размещения их в электромагнитном экране, выполненном из немагнитного металла с высокой проводимостью.

9. Разработана методика оптимизации магнитоиндукционного датчика, позволяющая за счет выбора формы катушки достичь максимального отношения напряжения сигнала к собственному тепловому шуму. Увеличение предельной чувствительности такого датчика в результате оптимизации достигает 10. 15 процентов.

Разработана методика оптимизации трансформаторного датчика, которая при заданных габаритах позволяет в несколько раз увеличить коэффициент преобразования за счет оптимального выбора соотношений размеров сердечника и катушки и повысить чувствительность приемного устройства, если датчик соединен с ним длинным кабелем.

10. Рассчитана предельная чувствительность магнитоиндукционного и трансформаторного датчиков. Показано, что в диапазоне 3.300 Гц электродный датчик имеет наивысшую из рассмотренных типов датчиков предельную чувствительность.

11. По результатам проведенных исследований предложены новые конструкции электродных и безэлектродных датчиков, признанные изобретениями и защищенные авторскими свидетельствами. Они имеют более высокую чувствительность в условиях буксировки и вибрации по сравнению с известными.

Уменьшение шума движения электродных датчиков достигнуто за счет использования пористых диэлектрических перегородок для защиты электродов от воздействия потока жидкости. Такие датчики выполнены в виде проточной диэлектрической трубы, в среднем сечении и в торцах которой, установлены перегородки из пористого диэлектрика, а электроды расположены по обеим сторонам от центральной перегородки. Выбор расстояния между электродами в соответствии с полученной расчетной формулой позволяет устранить на выходе датчика электрокинетическую помеху, возникающую в результате просачивания воды сквозь пористые перегородки.

Предложены конструкции безэлектродных датчиков, в которых осуществляется компенсация виброшумов, а также промышленных помех, наводимых непосредственно на катушку трансформаторного датчика. В этих датчиках использованы две идентичные катушки, расположенные как можно ближе друг к другу, одинаково ориентированные и механически жестко соединенные. При этом катушки электрически соединены таким образом, что возникающая в них при вибрации в геомагнитном поле или при воздействии магнитного поля от промышленного источника помех ЭДС индукции вычитается.

181

1. Акиндинов, B.B. Электромагнитные поля в морской воде (обзор) /

2. B.В. Акиндинов, В.И. Нарышкин, A.M. Рязанцев. // Радиотехника и электроника. 1976.- Т. 21, №5. - С.913-944.

3. Федынский В.В. Разведочная геофизика: геофизические методы исследования земной коры, поисков и разведки полезных ископаемых / В.В. Федынский / М.:Недра,1964. - 672 с.

4. Palshin N.A. Oceanic electromagnetic Studies: A review. // Surveys in Geophysics. 1996. - vol. 17, №4. - P.455-491.

5. Гордиенко В.И., Убогий В.П. Ярошевский E.B. Электромагнитное обнаружение инженерных коммуникаций и локальных аномалий. -Киев: Наукова думка, 1981. 82 с.

6. Бернстайн C.JI. Дальняя связь на крайне низких частотах (обзор) /

7. C.Л. Бернстайн и др. // ТИИЭР. 1974.- Т. 62, №3.- С.5-30

8. Burrows M.L. ELF communication system design / M.L. Burrows, C.W. Niessen // Ocean 72. IEEE International Conference on Engineering in the Ocean Environment. Pub. Of I.E.E.E. 1972. - P.95-109.

9. Связь и АСУ Военно-Морского Флота: юбилейное издание. / М.: Информационный мост, 2005. - 163 с.

10. Ван дер Зил А. Шум. Источники, описание, измерение./ Пер. с англ. В.Н. Кулешова и Д.П. Царапкина, под ред. А.К. Нарышкина // А. Ван дер Зил.- М.:Сов. Радио, 1973.- 178 с.

11. Зимин Е.Ф. Измерение напряженности электрических и магнитных полей в проводящих средах. / Е.Ф. Зимин, Э.С. Кочанов. -М.: Энергоатомиздат, 1985.-256с.

12. Кочанов Э.С. Измерение электрического поля токов проводимости в сверхнизкочастотном диапазоне (обзор) / Э.С. Кочанов, Е.Ф. Зимин.// Радиотехника и электроника. 1982. - Т.27, №7. - С. 1249-1267.

13. Гордиенко В.И. Измерение низкочастотных вихревых электрических полей. / В.И. Гордиенко, Н.И. Калашников, К. Д. Надточий. Киев: Наукова думка, 1975. - 87с.

14. Lenz J.E. А Review of magnetic Sensors. // Proceedings of the IEEE. — 1990. vol. 78, №6. - P. 973-989.

15. Богородский M.M. Электрокинетические помехи при электрометрических работах на акваториях. / Сборник «Исследование космической плазмы». М.: ИЗМИР АН СССР, 1980. - С.152-158.

16. Богородский М.М. Исследование контактных первичных измерительных преобразователей электрического поля в море. // Сборник «Проблемы морских электромагнитных исследований». М.: ИЗМИРАН СССР, 1980. - С.155-161.

17. Акиндинов, В.В. Шумы электродных датчиков в морской воде / В.В. Акиндинов, И.В Лишин, В.Г Максименко //Радиотехника и электроника. 1984. -Т.29, №3. -С. 484-490.

18. Максименко, В.Г. Импедансные характеристики и предельная чувствительность электродных датчиков электромагнитного поля в морской воде / В.Г. Максименко // Радиотехника и электроника. -2006. -Т. 51, №7.-С. 786-795.

19. Максименко, В.Г. Проблемы уменьшения собственного шума электродных датчиков электрического поля, движущихся в электролите / В.Г. Максименко // Радиотехника и электроника. 2002. - Т.47, №7. -С. 809-813.

20. Максименко, В.Г. «Шум движения» электродных датчиков электрического поля в море и пути его уменьшения / В.Г. Максименко, В.И. Нарышкин // Радиотехника и электроника. 2003. -Т.48, №1. - С. 70-76.

21. Акиндинов, В.В. Экспериментальные исследования поляризации металлического электрода при движении в электролите / В.В. Акиндинов, В.Г. Максименко // Радиотехника и электроника. 1996. -Т.41, №8. - С. 985-989.

22. Максименко, В.Г. Поляризация металлического электрода при движении в электролите / В.Г. Максименко // Радиотехника и электроника. 1997.- Т.42, №2 .- С. 210-213.

23. Максименко, В.Г. Добротность тороидальных катушек индуктивности на низких частотах / В.Г. Максименко // Радиотехника. -1990.-№6. -С. 91-93.

24. Максименко, В.Г. Оптимизация входного трансформатора низкой частоты на кольцевом сердечнике / В.Г. Максименко // Радиотехника. 1990. - №8. - С. 22-24.

25. Максименко, В.Г. Оптимизация магнитной антенны СНЧ диапазона / В.Г. Максименко // Радиотехника. 1990. - №4. - С. 88-90.

26. Максименко, В.Г. Оптимизация морского трансформаторногоIдатчика переменного электрического поля / В.Г. Максименко // Измерительная техника. -2007. №4. - С. 59-61.

27. Максименко, В.Г. Предельная чувствительность трансформаторного датчика переменного электрического поля в море / В.Г. Максименко // Измерительная техника. — 2008. №7. - С. 51-53.

28. Максименко, В.Г. Экранирование катушки индуктивности от воздействия статического магнитного поля / В.Г. Максименко // Радиотехника и электроника. 1994. - Т.39, №1. - С. 73-75.

29. А.с.1067360, МКИ5 G01 V 3/06. Способ измерения скорости потока жидкости / В.В. Акиндинов, И.В. Лишин, В.Г. Максименко (РФ). №3341827/18-10, заявл.11.09.81; опубл. 15.01.84, Бюл.№2.

30. A.c. 1409959, МКИ5 G01 V 3/06. Датчик напряженности электрического поля / В.В. Акиндинов, И.В. Лишин, В.Г. Максименко (РФ). № 4169962/31-25; заявл. 30.12.86, опубл. 15.04.89, Бюл. №7.

31. A.c. 1629890, МКИ5 G01 V 3/08. Датчик напряженности электрического поля / В.В. Акиндинов, И.В. Лишин, В.Г. Максименко (РФ). -№ 4677887/25; заявл. 12.04.89, опубл. 23.02.91, Бюл. №7.

32. A.c. 1697524, МКИ5 G01 V 3/06. Устройство для измерения напряженности электрического поля в электролитах / И.В. Лишин, В.Г. Максименко (РФ). №4757895/25; заявл. 10.11.89; опубл.20.07.99, Бюл.№ 20.

33. Дякин, В.А. Возможность обнаружения подводного кабеля по переизлучаемому им электромагнитному полю. / В.А. Дякин, A.C. Гугин, В.И. Каевицер, С.И. Киселев, И.В. Лишин, В.Г. Максименко,

34. H.И. Михалев, В.И. Нарышкин. // Радиотехника и электроника. — 2002. Т. 47, № 11. - С. 1296-1303.

35. Флуктуации электромагнитного поля Земли в диапазоне СНЧ / М.С. Александров и др.. М.: Наука, 1972. - 206 с.

36. Блиох П.В. Глобальные электромагнитные резонансы в полости Земля-ионосфера / П.В. Блиох, А.П. Николаенко, Ю.Ф. Филиппов. -Киев.: Наукова думка, 1977. 200 с.

37. Soderberg E.F. ELF noise in the sea at depths from 30 to 300 meters.// Journal of Geophysics Research. 1969. - vol. 74, №9. - P. 2376-2381.

38. Kruger В. Sanguine system overview. / В. Kruger // Ocean 72. IEEE International Conference on Engineering in the Ocean Environment. Pub. Of1.E.E.E. 1972. - P.91-94.

39. Rivera D. Towed antennas for US Submarine Communications: A Historical Perspective. / D. Rivera, R. Bansal. // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2004. - Vol. 46, №1. - P. 23-26.

40. A.c. 1236403, МКИ4 GO IV 3/06. Устройство для измерения естественного электрического поля в море. /И. И Плаксин, Б. В. Стрелков, В. В. Соколовский, О. И. Мисеюк, Д. Ю. Хорев (РФ).- №3817961/24-25; заявл. 18.10.84; опубл.07.06.86, Бюл. №21.

41. A.c. 1735789, МКИ5 G01V 3/06. Датчик электрического поля «Белка»./ М.М. Богородский, Е.Ф. Зимин. О. В. Коробков (РФ).- №4685203; заявл.24.04.89; опубл. 23.05.92, Бюл. №19.

42. Смайт В. Электростатика и электродинамика / В. Смайт / М.: ИЛ,1954.-604 с.

43. Фрумкин А.Н. Кинетика электродных процессов / А.Н. Фрумкин и др. М.: Изд-во МГУ. - 1952. - 319 с.

44. Скорчеллетти В.И. Теоретическая электрохимия / В.И. Скорчеллетти / Л.: Химия, 1974. - 576 с.

45. Одынец Л.Л. Кинетические процессы на границе окисел-электролит./ Л.Л. Одынец, Е.Я. Ханина. // Анодные окисные пленки: межвузовский сб-к./ Петрозавод. гос. университет. Петрозаводск, ПГУ, 1978. - С. 12-18.

46. Проектирование усилительных устройств/ под ред. Н.В.Терпугова. -М.: Высшая школа, 1982. 190 с.

47. Жалуд В. Шумы в полупроводниковых устройствах / В. Жалуд, В.Н. Кулешов. М.: Сов. радио, 1977. - 416 с.

48. Богородский М.М. Экспериментальное определение термоэлектрических потенциалов в солевых мостах, выполненных морской водой. / М.М. Богородский, В.В. Новыш. Сборник «Морские электромагнитные поля». М.: ИЗМИР АН СССР, 1976. - С.56-70.

49. Тягай В.А. Равновесные флуктуации в электрохимических процессах. /В.А. Тягай, Н.Б. Лукьянчикова // Электрохимия. 1967.-т.З, вып. З.-С.316-322.

50. Тягай В.А. Шумы электрохимических систем (обзор). // Электрохимия. -1974. т. 10, вып.1. - С. 3-24.

51. Мейстер А.А. Исследование случайных шумов датчика электромагнитного расходомера. // Сб. научно-технических статей НИСЭТИ. Вып. 6. Автоматика и вычислительная техника. М.: Энергия, 1967. -С. 32-33.

52. Козлов В.А. Собственные шумы молекулярно — электронных преобразователей. / В.А. Козлов, М.В. Сафонов. // ЖТФ. 2003. - т. 73, вып. 12. - с.81-83.

53. Касимзаде М.С. Электрокинетические преобразователи информации. / М.С. Касимзаде, Р.Ф. Халилов, А.Н. Балашов. М.: Энергия, 1973. - 136 с.

54. Hladky К. The measurement of corrosion using electrochemical 1/f noise /К. Hladky, J.L. Dawson. // Corrosion Science. 1982. - vol. 22, №3. - P. 231-237.

55. Halford D. A general mechanical model for /"¡"spectral density random noise with spectral reference to flicker noise 1/|/|. // Proceedings of the IEEE. -1968.- vol. 56, №3, -P. 251-258.

56. D.Rivera, R. Bansal. Towed antennas for US Submarine Communications: A Historical Perspective. // IEEE Antennas and Propagation Magazine, 2004, vol. 46, №1, pp. 23-26.

57. C.T. Fessenden, D.H.S.Chang. Development of a trailing-wire E-field submarine antenna for extremely low-frequency (ELF) reception. // IEEE Transaction on Communications, 1974, COM-22, №4, pp. 428-437.

58. M.L. Burrows. Motion-induced noise in electrode-pair extremely low-frequency (ELF) receiving antennas. // IEEE Transaction on Communications,1974, COM-22, №4, pp. 540-542.

59. Crona L. Field Tests of a New Type of Graphite-Fiber Electrode for Measuring Motionally Induced Voltages. /L. Crona, T. Fristedt, P. Lundberg, P. Sygray // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2001. - vol.18, №1. - P. 92-99.

60. Григин А.П. Влияние относительного движения электролита на электродный потенциал. / А.П. Григин, Н.В. Петькин. // Электрохимия. 1987. -т.28, вып. 8. - С.1146-1149.

61. Рейнольде А. Дж. Турбулентные течения в инженерных приложениях. Пер. с англ. / А. Дж. Рейнольде.- М.: Энергия, 1979. 408 с.

62. Харин С.Е. Физическая химия / С.Е. Харин Киев: Изд-во Киевского ун-та, 1961. - 555 с.

63. Духин С.С. Электрофорез / С.С. Духин С.С, Б.В. Дерягин. М.: Наука, 1976. - 328 с

64. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А., Введение в электрохимическую кинетику. / Высшая школа, М., 1975.

65. А.с. 1337853, МКИ4 G01V 3/06. Устройство для измерения напряженности естественного электрического поля в море. / Б. В. Стрелков, В.В. Соколовский, Д.Ю. Хорев, А.С. Белов (РФ).- №4024620; заявл. 29.12.85; опубл. 15.09.87, Бюл. №34.

66. А.с. 1442959, МКИ4 GOIV 3/06. Устройство для измерения естественного электрического поля в проводящих средах. / Ю.В. Аболымов, Б. В. Стрелков, В.В. Соколовский, Д.Ю. Хорев (РФ).- №4232773/31-25; заявл. 22.04.87; опубл. 07.12.88, Бюл. №45.

67. Одынец Л.Л. Электропроводность систем металл-окисел-электролит. / Л.Л. Одынец, С.С. Чекмасова.// Электрохимия. 1973. -т.9, вып. 8.-С. И20-1124.

68. D. G. Lukoschus. Optimization theory for induction-coil magnetometers at higer frequencies. // IEEE Transaction on Geosciences Electronics, 1979, vol. 6E-17, №3, pp.56-63.

69. M.S. Munkholm. Motion-induced noise from vibration of a moving ТЕМ detector coil: characterization and suppression. // Journal of Applied Geophysics, 1997, vol. 36, pp. 21-29.

70. М.П. Афанасенко, Р.Я. Беркман. Магнитные элементы с кольцевым сердечником во внешнем магнитном поле. // Отбор и передача информации. Республиканский межведомственный сб-к науч. трудов. Киев: Наукова думка, 1971, №27, с.55-58.

71. Волгов В.А. Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры. М.: Энергия, 1977, 655 с.

72. Bernstein S.L. A signaling scheme and experimental receiver for extremely low frequency (ELF) communication / S.L. Bernstein, D.A. McNeill, I. Richer. //IEEE Transaction on Communications. 1974. - COM-22, №4. - P. 508-528.

73. Кузнецов B.K. Трансформаторы усилительной и измерительной аппаратуры / B.K. Кузнецов, Б.Г. Оркин, Ю.С. Русин. Л.: Энергия, 1969.-218 с.

74. Монин А.С. Статистическая гидродинамика. Ч.2./ А.С. Монин, A.M.

75. Яглом. М.: Наука, 1967. - 720 с.

76. Лаврентьев М.А. Проблемы гидродинамики и их математические модели /М.А. Лаврентьев, Б.В. Шабат. М.: Наука, 1973. - 416 с.

77. Колачевский Н.Н. Флуктуационные явления в ферромагнитных материалах / Н.Н. Колачевский. М.: Наука, 1985. - 184 с.

78. Mabbutt S. Developments of the electrochemical noise method (ENM) formore practical assessment of anti-corrosion coatings. / S. Mabbutt, D. J. Mills, C.

79. Woodcock. // Progress in Organic Coatings. 2007, - vol. 59, №3, - P. 192-196.