СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ Российский патент 1998 года по МПК G01R29/08 

Изобретение относится к измерениям электромагнитных, оптических, тепловых, радиационных и других физических полей, образующихся в различных технологических процессах и природных явлениях, и может быть использовано в различных областях, например, сельское хозяйство, медицина, экология и т.п..

Известен способ, использующий физический принцип, лежащий в основе работы устройства для измерения электрической проводимости жидких электролитов (RU, патент, 2054685, кл. G 01 R 27/22, 1996). Сущность этого способа: зависимость затухания электромагнитной волны от электропроводности среды, в которой она распространяется.

Наиболее существенными недостатками использования данного способа регистрации являются невозможность измерения изменения электропроводности сред под влиянием физических полей, так как будет происходить наложение этих полей на используемое для измерения электромагнитное излучение, и отсутствие какого-либо учета возможного изменения электропроводности среды в ходе самого измерения.

Теми же недостатками обладает способ измерения электропроводности жидкости, основанный на применении индуктивных датчиков (RU, патент, 2036479, кл. G 01 R 27/22, 1995), хотя возможность измерения этим способом низкой электропроводности грунтовых вод для прогнозирования землетрясений приближает его к целям предлагаемого способа.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения удельной электропроводности жидких сред (RU, патент, 2046361, кл. G 01 R 27/22, G 01 N 27/07, 1995), заключающийся в использовании сторонних источников тока в процессе измерения и создании условий пониженной поляризации электродов (I = 0,05-0,1 А).

Существенным недостатком такого способа является необходимость погружения датчика в исследуемую жидкость, что исключает возможность измерения электропроводности малых порций жидкости, подверженных определенному воздействию. Недостатками также являются низкая чувствительность способа и недостаточная точность измерений (из-за слабого влияния внешних физических полей через жидкую среду датчика на ток).

Задачей изобретения является создание способа измерения слабых физических полей с плотностью энергии (напряженностью) до 10^-20 Вт/куб.м. При решении поставленной задачи может быть получен следующий технический результат: определение степени загрязненности биологического объекта, в частности, человека, растения, животного и т.п.: измерение действия любых патогенных зон, неблагоприятных для произрастания растений и проживания человека.

Указанный технический результат достигается за счет использования в качестве чувствительного элемента дистиллированной воды с удельным сопротивлением не менее 18 МОм • см. Такая вода в диапазоне температур от 4 до 95^oC и давлении 0,05 - 1 Мпа имеет поликристаллическую структуру, определяющую ее электропровдность от 5 до 0,01 мкСм. Измерение проводится при токах не более 50 мкА. Под влиянием внешних полей поликристаллическая структура воды изменяется в зависимости от вида полевого воздействия и его напряженности, т.е. происходит структурное преобразование водных ассоциатов, которое приводит к изменению электропроводности воды. При прекращении действия внешнего поля структура дистиллированной воды возвращается в исходное состояние и соответственно изменяется электропроводность.

Особенностью способа является его высокая чувствительность к слабым потокам энергии, поскольку для изменения поликристаллической структуры воды по законам молекулярной термодинамики требуется значительно меньше энергии, чем для изменения параметров слабых электролитов.

На чертеже изображено устройство для реализации способа.

Такое устройство состоит из двух измерительных кювет 1 и 2, заполненных дистиллированной водой. Стенки 3 кювет выполнены из диэлектрического материала. Боковые и нижние части кювет закрыты защитным экраном. Температуры кювет 1 и 2 стабилизированы термостатом 5. Внутри кювет установлены по два электрода 6 и 7, соединенные с измерительной схемой. Сверху измерительная кювета 1 закрыта крышкой 8, пропускающей поступающее излучение, а контрольная кювета 2 закрыта крышкой 9, не пропускающей этого излучения. Измерительная схема состоит из генератора 10 напряжения, дифференциального преобразователя 11 и регистрирующего прибора 12.

Устройство работает следующим образом.

Температура воды в кюветах 1 и 2 стабилизируется термостатом 5. Контрольная кювета 2 закрывается крышкой 8, на нее не действует излучение и ток между электродами служит в качестве эталона. Измерительная кювета 1 находится под влиянием поступающего излучения. В ходе измерений в результате изменения ассоциативной структуры воды происходит изменение тока между электродами кюветы 1 по сравнению с током через контрольную кювету 2. Для создания токов служит генератор 10 напряжения, соединенный с электродами 6 кювет 1 и 2. С электродов 7 измеряемый ток подается на преобразователь 11, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный разности токов и характеризующий плотность энергетического потока, воздействующего на кювету 1. Этот сигнал фиксируется регистрирующим прибором 12. Для избирательного измерения разных видов излучений кювета 1 закрывается крышкой, пропускающей измеряемые виды излучения (электромагнитное, оптическое, тепловое или другие), а кювета 2 закрывается крышкой, экранирующей измеряемое излучение.

Практическое применение предлагаемого способа.

1. Выбор режима полевой обработки семенного фонда перед посевом зерновых культур для повышения урожайности на опытных полях (например, Тимирязевской сельхозакадемии в Подольском районе Московской области).

2. Выбор режима полевой обработки готовой сельхозпродукции (картофель и др. ) для снижения отходов при хранении на складах в овощехранилищах (например Подольской машиноиспытательной станции) Московской области.

Сущность способа измерения напряженности физических полей заключается в использовании жидкостей с упорядоченной структурой ассоциатов, изменение которой зависит от воздействия полей и приводит к изменению электропроводности жидкости. В качестве жидкости используют дистиллированную воду с удельным сопротивлением не ниже 18 МОм • см. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ измерения напряженности физических полей по изменению электропроводности жидкости, находящейся в зоне действия полей, отличающийся тем, что в качестве электропроводной жидкости используют жидкость с упорядоченной структурой ассоциатов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкости используют дистиллированную воду с удельным сопротивлением не ниже 18 МОм • см, находящуюся при стабильных термодинамических параметрах.