ИЗМЕРИТЕЛЬ ИНТЕНСИВНОСТИ ИОНООБРАЗОВАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК H01J47/02 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения интенсивности ионообразования в местах размещения фоновых станций и биосферных заповедников, а также в обсерваториях и экспедиционных условиях.

Известны различные устройства для измерения интенсивности ионообразования, основанные на измерении тока насыщения в ионизационных камерах [1,2,3] .

Известные устройства используются преимущественно в лабораторных условиях и имеют недостатки, обуславливающие низкую точность измерения.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является измеритель интенсивности ионообразования, содержащий ионизационную камеру с наружным электродом, с изолированным от него центральным электродом и с концентрически размещенным относительно центрального электрода в изоляторе охранным электродом, а также измеритель, формирователь компенсационного напряжения, регистратор и общую шину [1,2].

Недостатком известного измерителя является низкая точность измерения, обусловленная утечками электрического заряда с центрального электрода на корпус через изолятор.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем уменьшения утечки зарядов через изолятор.

Цель достигается тем, что в известный измеритель интенсивности ионообразования введен делитель напряжения, измеритель выполнен в виде ротационного электрического генератора, подключенного входом к центральному электроду ионизационной камеры, измерительным и управляющим выходами соответственно к первому и второму входам формирователя компенсирующего напряжения, выход которого подсоединен к охранному электроду ионизационной камеры, к выходу регистратора и к одному выводу делителя напряжения, подключенного другим выводом к общей шине и средним выводом - к измерительному выходу измерителя. При этом измеритель интенсивности ионообразования отличается тем, что формирователь компенсирующего напряжения содержит последовательно соединенные конденсатор, первый усилитель, полосовой фильтр, усилитель-демодулятор и блок автоматического управления, выход которого является выходом формирователя, последовательно соединенные второй усилитель и фазовращатель, выход которого подключен к второму входу усилителя-демодулятора, причем второй вывод конденсатора и вход второго усилителя являются соответственно измерительным и управляющим выходами измерителя.

На чертеже представлена схема измерителя интенсивности ионообразования.

Измеритель содержит ионизационную камеру 1 с наружным 2 и центральным 3 электродами-обкладками. Центральный электрод 3 прикреплен к основанию 4 ионизационной камеры 1 с помощью янтарного изолятора 5, разделенного на два кольца охранным токопроводящим кольцом 6. У основания 4 ионизационной камеры 1 размещен ротационный электростатический генератор 7, содержащий воспринимающую 8, экспонирующую 9 и измерительную 10 пластины. Пластина 8 представляет собой плоскую трехсекционную пластину, снабженную тремя профилированными отверстиями (на чертеже отверстия не показаны). Экспонирующая пластина 9 по своей конфигурации подобна пластине 8 и прикреплена к концу вала 11 электродвигателя 12. Между электродвигателем 12 и измерительной пластиной 10 размещен оптоэлектронный модулятор 13, включающий светодиод 14, фотодиод 15 и размещенную между ними модуляционную пластину 16, закрепленную на валу 11. Пластина 16 по своей конфигурации подобна воспринимающей пластине 8. Устройство содержит также формирователь 17 компенсирующего напряжения, который содержит связанные последовательно конденсатор 18, усилитель 19, полосовой фильтр 20, усилитель-демодулятор 21 и блок 22 автоматического управления, выход которого подключен с одной стороны к регистратору 23, а с другой стороны - к охранному кольцу 6 и измерительной пластине 10 через делитель 24 напряжения. Формирователь 17 компенсирующего напряжения содержит также усилитель 25, вход которого подключен к выходу оптоэлектронного модулятора 13. При этом выход усилителя 25 подключен к фазовращателю 26, выход которого в свою очередь подключен к второму входу усилителя-демодулятора 21, а выход делителя 24 напряжения подключен к общей шине.

Устройство работает следующим образом.

Перед измерением предварительно осуществляют настройку устройства с помощью делителя 24 напряжения. Для этого цепь обратной связи, идущую от блока 22 автоматического управления к охранному кольцу 6 и делителю 24 напряжения, разрывают. Затем обкладку 3 соединяют с охранным кольцом 6 и подают на нее напряжение 200 В. После этого с помощью делителя 24 напряжения устанавливают сигнал рассогласования на нуль по показаниям регистратора 23, после чего восстанавливают цепь обратной связи блока 22 автоматического управления с охранным кольцом 6 и делителем 24 напряжения. После осуществления указанных процедур устройство готово к работе.

В процессе измерения интенсивности ионообразования на электрод 2 ионизационной камеры 1 подается напряжение, равное 200 В. При этом между электродами 8 и 10 возникает электростатическое поле. Экспонирующая пластина 9 в процессе вращения периодически экранирует и экспонирует измерительную пластину 10 в электрическом поле, благодаря чему значение наведенного на пластине 10 заряда периодически меняется. Амплитуда этого тока пропорциональна напряженности измеряемого электрического поля, частоте вращения модулирующей пластины 9 и площади измерительной пластины-электрода 10, а фаза определяется направлением электрического поля у поверхности измерительной пластины 10. Далее сигнал от пластины 10 поступает на первый вход формирователя 17 компенсирующего напряжения. Данный сигнал является переменным с амплитудой, пропорциональной разности потенциалов между пластинами 8 и 10 и частотой, равной произведению числа оборотов вала 11 на число отверстий в диске 9. Одновременно на второй вход блока 17 поступает переменный сигнал от оптоэлектронного модулятора 13 с постоянной амплитудой, совпадающий по частоте с сигналом, поступающим на первый вход блока 17, и фиксированной фазой. Далее сигнал по первому входу поступает через конденсатор 18, служащий в данном случае для защиты блока 19 от перегрузки по постоянному току, на вход усилителя 19, где усиливается, а затем фильтруется по первой гармонике в блоке 20. Далее сигнал с выхода полосового фильтра 20 поступает на первый вход усилителя-демодулятора 21. Одновременно на второй вход усилителя-демодулятора 21 поступает сигнал от блока 13, который усиливается и ограничивается усилителем 25 до меандра, то есть с выхода блока 25 поступает сигнал прямоугольной формы со скважностью два. При этом для регулирования фазы опорного сигнала, поступающего на второй вход блока 21, используется фазовращатель 26, который позволяет настроить на максимум выходной сигнал от блока 21. Сигналы, поступающие на первый и второй входы усилителя-демодулятора 21, усиливаются и синхронно детектируются путем перемножения. После этого сигнал поступает на блок 22 автоматического управления, где обеспечивается настройка и минимизация разности информационного Х_и и компенсирующего сигналов, то есть обеспечивается условие, когда
А˙ Х_и - Х_к = Х -> 0, где А - коэффициент пропорциональности.

Компенсирующий сигнал Х_к с блока 22 поступает на регистратор 23 и одновременно на охранное кольцо 6 и через делитель 24 напряжения - на измерительную пластину 10.

Конструкция измерителя интенсивности ионообразования позволяет существенно повысить точность измерения и обеспечить регистрацию данных в автоматическом режиме.

Использование: для измерения интенсивности ионообразования в местах размещения фоновых станций и биосферных заповедников, а также в обсерваториях и экспедиционных условиях. Сущность: изобретение содержит ионизациионную камеру с наружным электродом, с изолированным от него центральным электродом и с концентрически размещенным относительно центрального электрода охранным электродом, измеритель в виде ротационного электростатического генератора, формирователь компенсирующего электрода, делитель напряжения и регистратор. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ИЗМЕРИТЕЛЬ ИНТЕНСИВНОСТИ ИОНООБРАЗОВАНИЯ, содержащий ионизационную камеру с наружным электродом, с изолированным от него центральным электродом и с концентрически размещенным относительно центрального электрода в изоляторе охранным электродом, а также измеритель, формирователь компенсационного напряжения, регистратор и общую шину, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введен делитель напряжения, измеритель выполнен в виде ротационного электростатического генератора, подключенного входом к центральному электроду ионизационной камеры, измерительным и управляющим выходами соответственно - к первому и второму входам формирователя компенсирующего напряжения, выход которого подсоединен к охранному электроду ионизационной камеры, к входу регистратора и к одному выводу делителя напряжения, подключенного другим выводом к общей шине и средним выводом - к измерительному выходу измерителя. 2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что формирователь компенсирующего напряжения содержит последовательно соединенные конденсатор, первый усилитель, полосовой фильтр, усилитель-демодулятор и блок автоматического управления, выход которого является выходом формирователя, последовательно соединенные второй усилитель и фазовращатель, выход которого подключен к второму входу усилителя-демодулятора, причем второй вывод конденсатора и вход второго усилителя являются соответственно измерительным и управляющим выходами измерителя.