УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ И СРЕД Российский патент 2000 года по МПК G01R29/08 

Изобретение относится к технике измерения параметров полей и сред, а именно к устройствам регистрации физических полей, и может быть использовано в самых разнообразных областях науки, техники и народного хозяйства, в т.ч. радиотехнике, медицине, химической промышленности и т.д.

Известен датчик интенсивности электромагнитного поля /а. с. СССР N 1659913, кл. G 01 R 29/08, БИ N 24, 30.06.91/ [1], состоящий из подложки в виде пластины из электропроводящего полиэтилена, равномерно нанесенного на пластину термоиндикаторного слоя из холестерических жидких кристаллов и защитного слоя из лавсановой или триацетатной пленки толщиной 0,05-0,1 мм. Выбор конкретного материала пластины определяется длиной волны измеряемого поля, а толщина пластины и относительная доля мощности электромагнитного поля, поглощенного пластиной, определяет чувствительность датчика. При внесении датчика в физическое - электромагнитное - поле пластина поглощает часть мощности падающего на нее поля, преобразуя ее в тепло, которое нагревает пластину и расположенный на нем слой холестерических жидких кристаллов, которые, обладая свойствами зависимости длины волны рассеянного света от температуры, изменяют свой цвет, по которому и определяют интенсивность поля. Недостатки датчика следующие: - ограничен диапазон измерения интенсивности физического поля - только электромагнитное поле и в узком интервале, определенном размерами датчика: толщиной 1,5 мм, длиной 37,5 и шириной 4,7 мм для длин волн 20-30 см; - дефицитность используемых материалов для датчика.

Известен индикатор распределения плотности энергии электромагнитного поля /а.с. СССР N 1363090, кл. G 01 R 29/08, БИ N 48, 30.12.87/ [2] , содержащий диэлектрическую лавсановую подложку, толщиной 50 мкм, регистрирующую среду, выполненную в виде слоя халькогенидного стеклообразного полупроводника толщиной 0,1-10 мкм и слоя нихромового проводника с удельной теплопроводностью не превышающей 10 Вт/град.м и толщиной менее 0,1λ, где λ - минимальная возможная длина волны регистрируемого электромагнитного поля. В слое проводника происходит преобразование плотности энергии электромагнитного поля в плотность тепловой энергии. Возникающий в этом слое тепловой рельеф фиксируется слоем полупроводника с изменением его оптической плотности. Количественное измерение распределения плотности энергии измеряемого поля производят сканированием оптического изображения этого поля, зафиксированного регистрирующей средой, с использованием микроденситометра. В качестве полупроводника используют систему As-Se-S-Te. Недостатки индикатора: нет количественной оценки параметров измеряемого поля, ограничен диапазон измерения поля, дефицитность составных элементов и сложность изготовления индикатора.

Известно устройство для измерения временных и энергетических характеристик импульсного электромагнитного излучения /а.с. СССР N 1229700, кл. G 01 R 29/08, БИ N 17, 07.05.86/ [3], которое наиболее близко по технической сущности к заявляемому и выбрано нами в качестве прототипа, содержащее многослойный набор плосковидных материалов: 5 слоев - полупроводниковая пластина с двух сторон облегается диэлектрическими сплошными слоями, которые расположены между металлическими сплошными пленками, непрозрачными для излучения, и фиксирующий прибор - нагрузочный резистор и источник питания. Пластина из кремния, слои из двуокиси кремня и пленки выполнены сплошными. К фиксирующему прибору многослойный набор подсоединяется через сплошные металлические пленки. Полезный сигнал на резисторе выделяется, когда сквозной ток, протекающий через пластину, под действием внешней разности потенциалов, соизмерим с приращением тока, вызванного воздействием излучения. Тепловая генерация неравновесных носителей заряда обеспечивает работу устройства в широком спектральном диапазоне, включая диапазон СВЧ, ближнюю и дальнюю инфракрасную области спектра. Недостатки устройства следующие: ограничен диапазон замеряемых характеристик физического/электромагнитного/поля, нельзя измерять параметры сред; сложно изготовление как самих материалов, из которых затем получают различные слои, так и многослойного набора.

Целью данного изобретения является расширение диапазона измерения самых разнообразных и одновременно нескольких параметров физических полей и сред, а также технологических возможностей при изготовлении и эксплуатации устройства и снижение затрат на его изготовление и эксплуатацию, в том числе и за счет унификации устройства - на одном устройстве можно измерять разнообразные и даже одновременно параметры физических полей и сред, особенно модифицируя его добавлением новых слоев.

Поставленная целью реализуется следующим образом. В устройстве для измерения параметров физических полей и сред, содержащем многослойный набор плосковидных материалов и фиксирующий прибор, по меньшей мере один плосковидный материал выполнен в виде сетки и/или перфорированным с приведенными размерами отверстий от 0,05 до 5 мм, сеточный и/или перфорированный материал изготавливают из электропроводников и/или диэлектриков, при этом в устройстве чередуют слои из электропроводников и диэлектриков с отверстиями и/или сплошных электропроводящих материалов, а к фиксирующему прибору многослойный набор плосковидных материалов подсоединяют через, по крайней мере, один электропроводник с отверстиями и через один слой электропроводящий материл.

Изобретение иллюстрируется на фиг. 1-3, на которых изображено схематично: на фиг. 1 - общий вид устройства при 3-слойном наборе плосковидных материалов; на фиг. 2 - то же при 8-слойном наборе; на фиг. 3 - разные возможные варианты форм плосковидных материалов в наборе.

Устройство состоит из многослойного набора 1 плосковидных материалов с чередующимися слоями, изготовленными из электропроводников 3 с отверстиями /не показанными на фиг. 1-3/, из диэлектриков 4 с отверстиями и из сплошных электропроводящих материалов 5-электропроводников, и фиксирующего прибора 2, подсоединенного, например, механически, припаиванием, сваркой, через контакты 6 и провода 7 к многослойному набору 1 /см. фиг. 1, 2/. Набор 1 материалов может иметь /каждый слой и в целом/ форму плоского листового параллелограмма, параллелепипеда /см. фиг. 1, 2/, сферы, гофрированного изделия с различной частотой и формой гофра /см. фиг. 3/, также цилиндрическую, коническую и другие формы, не показанные на фиг. 1-3. Количество сеток может изменяться в широком диапазоне от одной до, например, десяти и более, в зависимости от задач и измеряемых параметров физических полей и сред при исследовательских, производственных и медико-биологических работах. Сеточный и перфорированный слой плосковидного материала имеет приведенные размеры отверстий от 0,05 до 5 мм: при отверстиях менее 0,05 мм повышаются резко затраты на изготовление и эксплуатацию устройства при снижении качественных и количественных показателей измерения предлагаемого устройства; при отверстиях более 5 мм уменьшается точность замера измеряемых параметров физических полей и сред. Набор плосковидных материалов 1 выполнен путем чередования электропроводников и диэлектриков, причем, по крайней мере, один слой из электропроводников выполнен в наборе 1 сплошным - без отверстий /ни сеточным, ни перфорированным/. К фиксирующему прибору 2 набор 1 подсоединяют через электропроводник 3 с отверстиями и через сплошной электропроводник 5 /см. фиг. 1/. При многоточечном фиксирующем приборе 2 и многослойном наборе плосковидных материалов 1 для быстрого и одновременного измерения разнообразных параметров физических полей и сред возможно многоразовое-многоточечное подсоединение прибора 2 через электропроводники 3 и 5 набора 1 материалов, например, как показано на фиг. 2.

Устройство работает следующим образом. Измеряемые физические поля и среды, заполняя около многослойного набора 1 все пространство, при внесении его в зону измерения способствуют созданию в наборе 1 определенного электромагнитного потенциала, который и фиксируется на приборе 2. Устройство обеспечивает высокую чувствительность в широком интервале исследуемых параметров физических полей и сред и его показания не зависят от какой-то направленности физических полей и сред. Не все измеряемые физические величины устройство реагирует изменением потенциала на электродах и фиксацией его на приборе 2. Чередование электропроводников и диэлектриков с отверстиями /сетки и/или перфорация/ и без отверстий-сплошных и создают наиболее благоприятные условия для улавливания и регистрации самых разнообразных параметров физических полей и сред, и даже быстрой и одновременной фиксации и регистрации нескольких параметров полей и сред при использовании многоточечных фиксирующих приборов и многослойному-многоточечному подсоединению к набору 1 плосковидных материалов, разнообразная по форме конфигурация которых дополнительно благоприятствует расширению технологических возможностей устройства.

Преимущества предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом следующие: расширяется диапазон измерения самых разнообразных и одновременно нескольких параметров физических полей и сред; расширяются технологические возможности при изготовлении эксплуатации устройства и снижаются затраты на его изготовление и эксплуатацию, в т.ч. за счет унификации устройства- на одном устройстве можно измерять самые разнообразные и даже одновременно параметры физических полей и сред, модифицируя устройство изменением количества слоев плосковидных материалов, приведенными размерами отверстий; отверстия в сетке и/или перфорации в слоях набора способствуют увеличению площади контакта физического поля и среды с многослойным набором плосковидных материалов, что повышает чувствительность и диапазон измерения данного устройства, например, одновременно можно измерять влажность температуру среды и напряженность электромагнитного поля и многие другие параметры сред и полей, используя градуировочные графики или переключаемые шкалы прямого отсчета, например, на основе милливольтметра.

Устройство для измерения параметров физических полей и сред содержит многослойный набор плосковидных материалов, включающий слои диэлектриков и электропроводников, и фиксирующий прибор; по меньшей мере по одному слою в плосковидных материалах выполнено с отверстиями - в виде сетки и/или перфорированным и по меньшей мере один слой из электропроводников выполнен сплошным, при этом слои диэлектриков и электропроводников чередуют, а к фиксирующему прибору подсоединяют по крайней мере один электропроводник с отверстиями и один слой сплошного электропроводника многослойного набора плосковидных материалов. Размеры отверстий сетки и/или отверстий перфорации выполнены от 0,05 до 5 мм. Технический результат заключается в расширении диапазона измерения самых разнообразных и одновременно нескольких параметров физических полей и сред, технологических возможностей и снижении затрат на изготовление. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для измерения параметров физических полей и сред, содержащее многослойный набор плосковидных материалов, включающий слои диэлектриков и электропроводников, и фиксирующий прибор, отличающееся тем, что по меньшей мере по одному слою в плосковидных материалах выполнено с отверстиями - в виде сети и/или перфорированным и по меньшей мере один слой из электропроводников выполнен сплошным, при этом слои диэлектриков и электропроводников чередуют, а к фиксирующему прибору подсоединяют по крайней мере один электропроводник с отверстиями и один слой сплошного электропроводника многослойного набора плосковидных материалов. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что размеры отверстий сетки и/или отверстий перфорации выполнены от 0,05 до 5 мм.