СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК G01N27/04 

Изобретение относится к измерению электромагнитных, оптических, темповых, радиационных и других физических полей, образующихся в различных технологических процессах, компьютерах, телевизорах, радиотелефонах, СВЧ-печах и других электробытовых устройствах, и может быть использовано при оценке технических устройств, предназначенных для защиты человека от вредных биоэнергетических воздействий электромагнитного излучения, биоэнергетических особенностей людей при определении их способностей, при определении электромагнитных условий окружающей среды.

Известен способ, лежащий в основе работы устройства для измерения электрической проводимости жидких электролитов, использующий физический принцип (RU 2054685, 1996). В основу этого способа положена зависимость затухания электромагнитной волны от электропроводности среды, в которой она распространяется.

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

Таким же недостатком обладают и способ и устройство для измерения электропроводности жидкости, основанные на использовании индуктивных датчиков (RU 2036479, 1995), хотя этим способом возможно измерять низкую электропроводность грунтовых вод для прогнозирования землетрясений.

Известен способ измерения удельной электропроводности жидких сред (RU 2046361, 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 является низкая чувствительность способа и недостаточная точность измерений (из-за слабого влияния внешних физических полей через жидкую среду датчика на ток).

Наиболее близким аналогом к изобретению является способ измерения напряженности физических полей и устройство для его осуществления (RU 2109301, 1998). Измерение напряженности физических полей производят по изменению электропроводности жидкости, находящейся в зоне действия полей, причем в качестве электропроводной жидкости используют ассоциаты с упорядоченной структурой. В данном случае в качестве жидкости используют дистиллированную воду с удельным сопротивлением не ниже 18 мОм•см, находящуюся при стабильных термодинамических параметрах. Известное устройство состоит из двух кювет - измерительной и контрольной, заполненных дистиллированной водой. Стенки кювет выполнены из диэлектрического материала. Боковые и нижние части кювет закрыты защитным экраном. Температуры кювет стабилизированы термостатом. Внутри кювет установлено по два электрода, соединенных с измерительной схемой. Сверху измерительная кювета закрыта крышкой, пропускающей поступающее излучение, а контрольная кювета закрыта крышкой, которая не пропускает поступающее излучение. Измерительная схема состоит из генератора напряжения, дифференциального преобразователя и регистрирующего прибора.

Недостатком известного технического решения являются низкие точность и чувствительность измерения напряженности физических полей, вызванные наличием двух систем электродов, что влияет на результат измерений. Кроме того, способ обладает низкой чувствительностью, связанной с необходимостью использования электрической мощности значительной плотности - до 50 мВт/см³, что значительно превышает плотность энергии измеряемых полей 10^-15 - 10^-26 Вт/см³.

Кроме того, известным способу и устройству присущ и ряд других недостатков:
1. Ha обе кюветы (измерительную и контрольную) подается одно и то же напряжение, что требует для начальной балансировки схемы точное выравнивание сопротивлений жидкости в кюветах путем подбора их объемов.

2. На выходы измерительного преобразователя подается значительное синхфазное напряжение, что ухудшает его шумовые характеристики и увеличивает дрейф нуля на выходе схемы.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении чувствительности и точности при измерении напряженности слабых физических полей.

Сущность изобретения заключается в достижении упомянутого технического результата в способе измерения напряженности физических полей, в котором измеряют зависимость сопротивления жидкости с упорядоченной структурой ассоциатов, не подвергающейся влиянию измеряемого поля, от величины протекающего измерительного тока, определяют величину тока, при котором начинается изменение сопротивления жидкости и устанавливают измерительный ток меньше пороговой величины, при которой происходит изменение структуры ассоциатов под действием измерительного тока, после чего подвергают жидкость воздействию внешнего измеряемого поля и измеряют изменение электропроводности жидкости, по которой судят о величине измеряемого поля.

Указанный технический результат достигается в устройстве для измерения напряженности электрических полей, содержащем измерительную и контрольную кюветы с деионизированной водой и размещенными в них электродами, генератор измерительного сигнала, измерительный усилитель и средство индикации, при этом обе кюветы имеют общий электрод, подключенный ко входу усилителя с входным током не более 10^-10 А, при этом генератор питающего напряжения имеет два противофазных выхода, подключенных к противоположным электродам кювет, и регуляторы тока, пропускаемого через кюветы, а измерительный усилитель подключен ко входу синхронного детектора, связанного со средством индикации.

Изобретение поясняется чертежом, где изображена схема устройства для измерения физических полей.

Устройство содержит измерительную кювету 1, контрольную кювету 2, общий электрод 3, электроды 4 и 5 для подачи питания, экран 6, размещенный над контрольной кюветой 2, триггер 7 с противофазными выходами, генератор напряжения 8, потенциометр 9, регулятор тока 10, усилитель 11, синхронный детектор 12, средство индикации 13 и источник питания 14. Экран 6, размещенный над контрольной кюветой выполнен из материала, не пропускающего измеряемое излучение. Электроды 4 и 5 подключены к противофазным выходам триггера 7, на счетный вход которого подается импульсное напряжение от генератора 8, причем на один из электродов напряжение подается через потенциометр 9, с помощью которого осуществляется балансировка схемы.

Питание триггера 7 осуществляется от источника 14 тока постоянного напряжения ±12 В, позволяющего регулировать отдаваемый в нагрузку (кюветы 1 и 2) ток.

Усилитель 11 имеет входной ток не более 10^-10 А.

Разностный сигнал с общего электрода кювет 1 и 2 поступает на вход измерительного усилителя 11, к выходу которого подключен вход синхронного детектора 12, выход которого подключен к входу средства индикации 13.

Стенки кювет выполнены из диэлектрического материала. Боковые и нижние части кювет закрыты защитным экраном.

Способ с помощью устройства осуществляют следующим образом.

Измерительную кювету 1 наполняют деионизированной водой (т.е. жидкостью с упорядоченной структурой ассоциатов) с удельным сопротивлением более 10 мОм•см. Регулятором тока 10 устанавливают измерительный ток через кювету так, чтобы отношение сигнал/шум на выходе средства индикации 13 превышало 10 ед. После этого наполняют контрольную кювету 2 такой же водой, закрывают ее экраном 6 и балансируют измерительную схему потенциометром 9 до получения нулевого сигнала на выходе средства индикации.

Далее поводят измерение напряженности измеряемого физического поля, путем помещения устройства в зону действия измеряемого излучения, при этом измеряемое излучение попадает только на измерительную кювету. На общем электроде обеих кювет выделяется разностное напряжение, пропорциональное изменению электропроводности воды в измерительной кювете под действием измеряемого излучения, при этом величину измерительного тока, пропускаемого через кюветы, выбирают так, чтобы рассеиваемая в кюветах мощность не приводила к распаду ассоциатов, приводящих к изменению проводимости воды.

Высокая чувствительность способа и реализующего его устройства достигается тем, что измерительный ток не приводит к изменению проводимости воды, а изменение проводимости связано только с воздействием измеряемого излучения. Кроме того, нулевой разностный ток на входе усилителя при балансировке схемы позволяет реализовать высокое усиление.

Балансировка схемы путем регулировки напряжения, подаваемого на одну из кювет, исключает необходимость прецизионного подбора объемов воды в кюветах и повышает удобство работы с устройством.

Изобретение относится к области измерения электромагнитных оптических, темповых, радиационных и других физических полей, образующихся в различных технологических процессах и при использовании бытовой техники. Технический результат изобретения заключается в повышении чувствительности и точности при измерении напряженности слабых физических полей. Сущность: в способе измеряют зависимость сопротивления жидкости с упорядоченной структурой ассоциатов, не подвергающейся влиянию измеряемого поля, от величины протекающего измерительного тока, при котором начинается изменение сопротивления жидкости, и устанавливают измерительный ток меньше пороговой величины, при которой происходит изменение структуры ассоциатов под действием измерительного тока. Далее подвергают жидкость воздействию внешнего измеряемого поля и измеряют изменение электропроводности жидкости, по которой и судят о величине измеряемого поля. Устройство содержит измерительную и контрольную кюветы с деионизированной водой и размещенными в них электродами, генератор измерительного сигнала, измерительный усилитель и средство индикации. Обе кюветы имеют общий электрод, подключенный ко входу усилителя с входным током не более 10^-10 А. Генератор питающего напряжения имеет два противофазных выхода, подключенных к противоположным электродам кювет, и регуляторы тока, пропускаемого через кюветы, а измерительный усилитель подключен ко входу синхронного детектора, связанного со средством индикации. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ измерения напряженности физических полей, заключающийся в том, что измеряют зависимость сопротивления жидкости с упорядоченной структурой ассоциатов, не подвергающейся влиянию измеряемого поля, от величины протекающего измерительного тока, определяют величину тока, при котором начинается изменение сопротивления жидкости и устанавливают измерительный ток меньше пороговой величины, при которой происходит изменение структуры ассоциатов под действием измерительного тока, после чего подвергают жидкость воздействию внешнего измеряемого поля и измеряют изменение электропроводности жидкости, по которой судят о величине измеряемого поля. 2. Устройство для измерения напряженности электрических полей, характеризующееся тем, что оно содержит измерительную и контрольную кюветы с деионизированной водой и размещенными в них электродами, генератор измерительного сигнала, измерительный усилитель и средство индикации, при этом обе кюветы имеют общий электрод, подключенный ко входу усилителя с входным током не более 10^-10 А, генератор питающего напряжения имеет два противофазных выхода, подключенных к противоположным электродам кювет, и регуляторы тока, пропускаемого через кюветы, а измерительный усилитель подключен ко входу синхронного детектора, связанного со средством индикации.