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/, 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 0,1, где минимальная возможность длины 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 полупровода 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 кремния 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 цель реализуется следующим образом. В устройстве для измерения параметров физических полей и сред, содержащем многослойный набор плосковидных материалов и фиксирующий прибор, по меньшей мере один слой плосковидного материала выполнен в виде сетки и/или перфорированным с приведенными размерами отверстий от 0,05 до 5 мм и один слой из сплошного плосковидного материала, при этом сетчатый и/или перфорированный слой и сплошной слой изготавливают из электропроводящих материалов-электропроводников и между электропроводниками устанавливают зазор от 0,1 до 10 мм и все электропроводники соединяют в многослойный набор при помощи диэлектрической пространственной решетки - соединительных элементов с приспособлениями для непрерывного и/или статичного /например, при остановах/ изменения зазоров между электропроводящими материалами.

Изобретение иллюстрируется на фиг. 1-4, на которых схематично изображено: на фиг. 1 - общий вид устройства при 2-х слойном наборе электропроводников; на фиг. 2 - то же при многослойном наборе; на фиг. 3 - варианты возможного размещения диэлектрической пространственной решетки; на фиг. 4 - вариант устройства с приспособлением для непрерывного изменения зазора между электропроводящими материалами.

Устройство состоит из многослойного набора 1 плосковидных материалов, в котором плосковидные материалы выполнены из электропроводников и представляют собой сеточный и/или перфорированный слой /фиг. 1/ или слои /фиг. 2/ 3 и сплошной слой /фиг. 1-2/ или слои /на фиг. 1-4 не показано/ 5. Между электропроводящими слоями 3, 5 устанавливают зазор 4. Все электропроводники соединяют в многослойный набор 1 при помощи диэлектрической пространственной решетки - соединительных элементов 6. К фиксирующему прибору 2 набор 1 прикрепляют при помощи контактов 7 и проводников 8. Непрерывное измерение зазора 4 между электропроводниками 3, 5 осуществляется с помощью приспособления 9, которое может быть выполнено по разному, например на основе пневмоустройства /см. фиг. 4/ с мехообразными соединительными элементами 6, разнообразных механических, электротехнических и прочих решений. Соединительные элементы диэлектрической пространственной решетки 6 могут быть выполнены жесткими при статичных изменениях зазора 4 /фиг. 1, 2/ и гибкими при непрерывных, периодических изменениях его /фиг. 4/. При этом толщина зазора 4 может быть в оном и том же устройстве разной. Набор 1 материалов может иметь /каждый/ слой и в целом/ форму плоского листового параллелограмма, параллелепипеда, сферы и т.д. Количество электропроводящих слоев может изменяться в широком диапазоне от одной до, например, семи и более, в зависимости от задач и измеряемых параметров физических полей и сред при исследовательских, производственных и медико-биологических работах. Сеточный, перфорированный слой плосковидного материала имеет приведенные размеры отверстий от 0,05 до 5 мм: при отверстиях менее 0,05 мм резко повышаются 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. К фиксирующему прибору 2 набор 1 подсоединяют через сеточно-перфорированный слой 3 и сплошной слой 5. 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, 5 набора материалов 1, например как показано на фиг. 2. Величина зазора 4 между электропроводниками 3, 5 может быть постоянной и переменной, равномерной и разной /неодинаковой/ по всему объему ограниченному слоями, образующими этот зазор. Пределы - от 0,1 до 10 мм - зазоров 4 обусловлены следующими факторами: менее 0,1 мм зазор очень сложно обеспечить и увеличиваются при этом затраты на обеспечение указанного зазора; при зазоре более 10 мм снижается значительно чувствительность устройства и увеличиваются энергозатраты на поддержание стабильной работы устройства.

Устройство работает следующим образом. Измеряемые физические поля и среды, заполняя все пространство около многослойного набора 1 и внутри него, при внесении набора 1 в зону измерения способствуют созданию в нем 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. На все измеряемые физические величины устройство реагирует изменением потенциала на электродах и фиксацией его на приборе 2. Чередование электропроводников и зазоров 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 и сред при использовании многоточечных фиксирующих приборов и многослойному-многототечному подсоединению к набору 1 плосковидных материалов, разнообразная по форме конфигурация которых дополнительно благоприятствует расширению технологических возможностей устройства. Отверстия в сетке и/или перфорации в слоях набора 1 и зазоры между электропроводящим слоями в наборе 1 способствуют увеличению площади контакта физического поля и среды с многослойным набором плосковидных материалов, что повышает чувствительность и диапазон измерения данного устройства. Статическое и/или непрерывное изменение зазоров между электропроводящими материалами расширяет технологические возможности устройства, т.к. одно и то же устройство можно использовать для замеров разных параметров физического поля и среды.

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 сеток-перфораций и зазором между слоями набора, например, одновременно можно измерять влажность, температуру среды и напряженность электромагнитного поля и многие другие параметры сред и полей, используя для этого градуировочные графики или переключаемые шкалы прямого отсчета, например, на основе милливольтметра.

Устройство для измерения параметров физических полей и сред содержит многослойный набор плосковидных материалов и фиксирующий прибор, по меньшей мере, один слой плосковидного материала выполнен с отверстиями в виде сетки и/или перфорированным, и один слой - из сплошного плосковидного материала, при этом сетчатый и/или перфорированный слой и сплошной слой изготавливают из электропроводящих материалов - электропроводников и между электропроводниками устанавливают зазор, электропроводники соединяют в многослойный набор при помощи диэлектрической пространственной решетки - соединительных элементов с приспособлениями для непрерывного и/или статичного изменения зазоров между электропроводниками, а к фиксирующему прибору подсоединяют, по меньшей мере, один электропроводник с отверстиями и один сплошной слой многослойного набора при помощи проводов. 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, 4 ил.

1. Устройство для измерения параметров физических полей и сред, содержащее многослойный набор плосковидных материалов и фиксирующий прибор, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один слой плосковидного материала выполнен с отверстиями в виде сетки и/или перфорированным и один слой - из сплошного плосковидного материала, при этом сетчатый и/или перфорированный слой и сплошной слой изготавливают из электропроводящих материалов - электропроводников, и между электропроводниками устанавливают зазор, электропроводники соединяют в многослойный набор при помощи диэлектрической пространственной решетки - соединительных элементов с приспособлениями для непрерывного и/или статичного изменения зазоров между электропроводниками, а к фиксирующему прибору подсоединяют, по меньшей мере, один электропроводник с отверстиями и один сплошной слой многослойного набора при помощи проводов. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что размеры отверстий сетки и/или отверстий перфорации выполнены от 0,05 до 5 мм, а зазор между электропроводниками - от 0,1 до 10 мм.