Датчик электростатического поля Советский патент 1983 года по МПК G01R29/12 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения напряженности электростатического поля атмосферы. Известен датчик электростатического поля, содержащий электростатический генератор, соединенный через первый избирательный усилитель и преобразователь с синхронным детектором, и генератор опор- , ного напряжения, соединенный через вторые избирательный усилитель и преобразователь формы с управляющим входом синхронного детектора, выход которого соединен со входом выходного усилителя l}. Недостатками датчика являются бол шая погрешность в измерении напряжённости электростатического поля при соотношении сигнал/шум меньше единицы, неболыаой динамический диапазон измерения. Наиболее близким к предлагаемому является датчик электростатического поля, содержащий последовательно включенные электростатический генератор, блок переключения преобразователя измерения, усилитель постоянного тока и синхронный Детектор, а также генератор опорного напряжения, подключенный к управлйюще му входу синхронного детектора СзJ. Недостатками извеотйого датчика являются большая погрешность в измерении напряженности электррстатического поля при сооткошении сигнал /шум меньше единицы, а также ручное переключение диапазонов измерения. Целью изобретения является увеличение точности измерения напряженности электростатического поля атмосферы.. Поставленная цель достигается те что в датчик электростатического поля, содержащий электростатический генератор, соединенный со входом усилителя постоянного тока, и генератор опорного напряжения, дополнительно введены два компаратора, , дешифратор, блок совпадения, формирователь строб- импульса, логический блок, цифроаналоговый преобразовате цифровое управляемое сопротивление, коммутатор, сумматор и два реверсив йых счетчика, при этом выход усилителя постоянного тока подключен к первенцу входу цифрового управляемог сопротивления, первому компаратору к первому входу второго компаратора : второй вход которого подключен к вы ходу цифроаналогово}}о преобразовате выход второго компаратора подключен к первому входу логического блока, выход которого подключен к первому входу второго реверсивного счетчй каг выход второго реверсивного счет чика подключен к первому входу цифр аналогового преобразователя, дешифратору, первому входу коммутатора и первому входу сумматора, выход дешифратора подключен ко второму входу цифроаналогового преобразователя, первый выход генератора опорного напряжения подключен к дополнительному входу электростатического генератора, первому входу формирователя стробимпульса, третьему входу цифроаналоговогр преобразователя и второму входу логического блока, второй выход генератора опорного напряжения подключен ко второму входу формирователя строб-импульса, выход которого подключен к первому входу блока совпадения, третий выход генератора опорного напряжения подключен ко второму входу блока совпадения, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго реверсивного счетчиков, выход первого из которых подключен ко второму входу цифрового управляемого сопротивления и второму входу коммутатора, выход которого подключен ко второму входу сумматора, выход цифрового управляемого сопротивления подключен ко второму входу усилителя постоянного тока, а выход первого компаратора подключен к первому входу первого реверсивного счетчика. На чертеже изображена функциональная схема датчика электростатического поля. Датчик содержит электростатический генератор 1, усилитель 2 постоянного тока, второй ксялпаратЬр 3, генератор 4 опорного напряжения, блок 5 совпадения, фо 4ирователь 6 строб-импульса, логический блок 7, второй реверсивный счетчик 8, циф роаналоговый преобразователь 9, дешифратор 10, цифровое управляемое сопротивление 11, первый реверсивный счетчик 12, первый компаратор 13, коммутатор 14 и сумматор 15. Датчик электростатического поля работает следукнцим образом. Электростатический генератор 1 преобразует постоянный поток электростатической индукции измеряемого поля в переменный сигнал, амплитуда которого определяется из выражения где Е - напряженность электростатического поля; S - площадь измерительной пластины электростатического генератора; f - частота экспонирования; . R - входное сопротивление усилителя 2 постоянного тока. Переменный сигнал поступает на первый вход усилителя 2 постоянного тока, усиливается и с выхода.последнего поступает на первый вход второго компаратора 3. Второй компаратор 3, логический блок 7, второй реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь 9 образуют замкнутую следящую систему оценивакяцую амплитудное значение си нала на выходе усилителя 2 постоянн го тока и имеющую два режима работы поиск и измерение. При отсутствии переменного сигналас выход5а электростатического генератора 1 указанная следящая система находится в режиме поиска. На выходе компаратора 3 имеется лог ческий сигнал . При этом на выходе логического блока 7 формируется сигнал, частота которого равна частоте | генератора 4 -опорного напряжения, а амплитуда соответствует уровню логической Ч,. Этот сигнал поступает на первый вход второго реверсивного счетчика 8 и опред}еляет знак его перестройки. Реверсивный счетчик 8 перестраивается частотой f со второго выхода генератсч а 4 опорного напряжения, которая поступает с выхода блока 5 совпадения только S те чение длительности строб-импульса. В режиме поиска амплитуда импуль сов на выходе цифроаналогового прео разователя 9.линейно изменяется от минимального, значеняя до максимальногр. Амплитуда импульсов на выходе .цифроаналогового преобразователя 9 определяется состоянием реверсивног счетчика 8 и равна -.. Оцап К В, где к - амплитуда импульсов напряжения питания цифроаналогового преобразователя 9; В - состояние в-тррого реверсивного счетчика 8. .Сигнал на выходе дифроаналоговог преобразователя 9 представляет собо ПЕ ямоу1 Рлыше импульсы, амплитуда которых, ярорордибнальна коду на выхрде реверсивного счетчика 8, а дли тельнрсть равна длительности импуль СРВ с первого.выхода генератора 4 опорного напряжения. Цикл поиска за канчивается в момент заполнения реверсивного счетчика 8, когда на вхо дах дёшифрё1трра 10, которые соединены с разрядами реверсивного счетчика- 8, уста.навлй9аются ло 17Ические единицы. На выходе дешифратора 10 . в этой случае форм1Чхувтся сигнал ддя смены на 180 фазыимпульсов на пр1яжеиия питания цифроагсалогового преобразователя 9. ВДкл поиска повторяется. Оюна на фaзjы импульсов напряжения питания цифроангшогового преобразователя 9 в режиме поиска необходима, так как неизвестен знак:напряженности элект ростатического поля, а следовательно, и фаза сигнала на выходе усилителя 2 постоянного тока. При появлении переменного сигнала на выходе электростатического генератора 1 на выходе усилителя 2 постоянного тока .формируется сигнал (t), и следящая система переходит в режим измерения. I Сигнал Оуцг (t) поступает на пер1вый вход второго компаратора 3, иа . второй вход которого поступает .Qn(t) с выхода цифроаналогового преобра ова теля 9.. Если l ijyrlfl M Qnlt о на выходе компаратора 3. имеется лргический сигнал . При этом реверсивный счетчик 8 продолжает, перестраиваться в сторону увеличения значения кода на его выходе. Если /Оупт/ /U c,n/, то на выходе компаратора 3 имеется логический сигнал . В этом случае на вы- . ходе логического блока 7 формируется сигнал с частотой f и амплитудой, соответствующей логическотлу уровню . При этом значение кода на выходе реверсивного счетчика 8 уменьшается.. Когда /Uyf,r/ незначительно отличается от / Uyon/, то процесс измерения заканчивается, и на выходе второго компаратора 3 устанавливается логический сигнал О. Для повышения точности фиксация величины напряженности электростатического поля производится в течение длительности строб-импульса, который сдвинут на 90 по отношению к сигнаглу./ При этом достигается наибольшее соотношение сигнал-импульс так как именно в этот момент значение полезного сигнала И является наибольшим. Фаза.сигнала на выходе электростатического генератора 1 .либо совпадает с фазой сигнала, фо| ируемого на первс к выходе генератора 4 опорного напряжения, либо сдвинута на 180. Поэтому для фр{ 1ированйя строб-, импульса, сдвинутого на 90 по фа- . зе относительно фазы выходного сигнала электростатическогр генератора 1 , достаточно знать фазу сигнала на первом выходе генератора 4 опорного напряжения. Для точного формирования положения строб-импульса, слдаинутого на 90 относительно выходного сигнала электростатического генератора 1,.формирователь б строб-импульса соединен с первым и ВТО1Ж1М выходами генератора 4 опорного напряжения. Частота сигнала на втором выкоде f 2. генератора 4 опорного напряжения по меньшей мере на порядок выше частоты сигнала на е первом выходе f,. Частота сигнала на втором выход генератора 4 опорного напряжения равна .: -: 360 2 где AlP - погрешность установки фаз строб-импульса. Стробирукадие импульсы с выхода фОЕМирователя б строб-ютпульса поступают на первый аход блока 5 сов дения, на второй вход которого поступает сигнал с третьего выхода генератора 4 опорного напряжения, с выхода блока 5 совпадения сигнал поступает на второй вход второго реверсивного счетчика 12, Перестройка реверсивного счетчи ка 12 осуществляется с целью изменения коэффициента передачи усилителя 2 постоянного тока, чтобы его выходное напряжение находилось в. диапазоне, ограниченном ве;личинами напряжений U и U, приче и больше U2. Для этого сигнал ,-r (t) поступает на вход первого компаратора 13, который имеет два порога стробирования - 0 и U. При больше Щ на выходе компаратора 13 имеется логический L. Этот сигнал поступае сигнал на первый вход реверсивного счетчи ка 12 и определяет знак его перестройки под воздействием частоты с выхода блока 5 совпадения, поступа |1{ей по второму входу реверсивного счетчика 12. Код на выходе реверси ного счетчика 12 уменьшается. Одновременно 5меньшится и величина цифрового управляемого Сопротивления 11. Сигнал на выходе усилит ля 2 постоянного тока уменьшает,ся, оставаясь в диапазоне, ограни ченном порогами и и и. Реверсив счетчик 12 воздействует также, на коммутатор 14, увеличивая масштаб выходного сигнала сумматора 15. Если /Uynr/меньше Ug, то на выходе компаратора 13 появляется логический сигнал . Под воздействием этого сигнала и частоты с выхода блока 5 совпадения код на выходе реверсивного с етчика 12 увеличивается , увеличивается величина . цифрового управляемого сопротивления 11. Сигнал на выходе усилителя 2 постоянного тока увеличивается, оставаясь в диапазоне, ограниченном порогами и и 1}, Тем самьм обеспечивается большая точность во всем диапазоне изменения напряженности электростатического поля атмосферы. При /UynT /меньше U , но больше U2, на выходе компаратора 13 появляется логический сигнал О . Код на выходе реверсивного счетчика 12 не изменяется. Коммутатор.14 совместно с сумматором 15 выполняют функции множительного устройства „двоичных чисел, фо{ 1ируемЕ с на выходах реверсивных счетчиков 8 и 12. Перемножение осуществляется с целью изменения масштаба сигнала на-выходе сумматора 15 в соответствии со. значением цифрового управляемого сопротивления 11, которое определяется выходные кодом реверсивного счетчика 12. Сумматор 15 выполняет функции накопителя, т.е. Оценка напряженности электростатического поля формируется в нем за несколько периодов сигнала на первом выходе генератора 4 опорного напряжения f. При с увеличением количества периодов накопления увеличивается постоянная временя формирования оценки сигнала в сукматоре 15. Изобретение позволяет увеличить точность фо1 и1рования оценки напряженности электростатического поля атмосферы, а также исключить ручное переключение диапазонов измерения.

ДАТЧИК НАПРЯЯЖННОСТИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ, содержащий электрортатический генератор, соединенный со входом усилителя постоянного тока, и генератор опорного напряжения, о т л и ч а ю ц и и с я тем, что, ;с целью увеличения точности, в него введены два компаратора, дешифратор, блок совпадения, формирователь, стробимпульса, Логический блок, цйфрраналоговый преобразователь, цифровое управляемое сопротивление, коммута- тор, суъшаторы, два реверсивных счет.чика, при этом выход усилителя посто- янного тока подключен к первому входу цифрового управляемого сопротивления, первому компаратору и к первому зходу pToiporo компаратора, второй вход которого подключен к выходу цифро-г аналогового преобразователя, выход второго компаратора подключен к первому входу логического блока, выход которого подключен к первому входу второго реверсивного счетчика, выход второго реверсивного счетчика подключен к первому входу цифроаналогового преобразователя, дешифратору, первому входу кс 1мутатора и первому входу сумматора, выход дешифратора подключен ко второму входу цифроаналогового преобразователя, первый выход генератора опорного напряжения подключен к дополнительному входу электростатического генератора, первому входу формирователя строб-импульса, третьему входу цифроаналогового преобразователя и второму входу логического блока, второй выход генератора опорного напряжения подключен ко второму входу формирователя Строб-импульса,выход которого подключен к первому входу блока совпадения, третий выход генератора опорногго напряжения - ко второму входу блока совпадения, вьосод которого подключен ко вторым входам первогои BTojxDro реверсивных счетчиков, выход первого из которых подключен ко второму входу цифрового to ьо о vjl управляемого сопротивления и второму входу коммутатора, выход которого подключен ко второму входу сумматора , выход цифрового управляемого сопротивления подключен ко второму входу Усилителя постоянного тока, а выход первого компаратора подключен к первому входу первого реверсивного счетчика.