Трехкомпонентный датчик электрического поля в проводящей среде Советский патент 1983 года по МПК G01V3/06 

i Изобретение относится к измерительной технике, применяемой при гео физических исследованиях Мирового, Океана, в геоэлектроразведке, в част ности к измерению электрической соетавляющей естественного элёктромагнитного поля и теллурических токов в морской среде и грунте, и может быть использовано для поиска и обнаружения подводных и затонувших объек тов , Известен трехкомпонентый датчик переменного электрического поля, содержащий три идентичных однокомпонентных датчика переменного электрического поля, расположенных так, что их оси чувствительности взаимно орто гональны, а геометрические центры совмещены. Датчик содержи,т также тороидальные катушки индуктивности (со гласующие трансформаторы) и разрезньш проводящие сердечники (измерительные электроды), предназначенные для одно временного измерения трех взаимно ор тогональ х составляющих вектора напряженности электрического поля СО. Недостатками данного датчика являются использование шести измерительных электродов, когда для Одновременного измерения трех составляющих вектора напряженности элек(уричес кого поля -достаточно четырех, невозмолшостыо установки датчика на движу щихся объектах вследствие необтекаемости формы, первичного преобразователя , низкая чувствительность и точность измерения составляющих электрического поля, обусловленная взаимным шунтированием однокомпонет ных датчиков. Для устранения взаимно го шунтирования однокомпонентных дат чиков измерительные: пары электродов датчиков должны быть разнесены на расстояние не менее десяти измерительных баз,что приводит к снижению точности измерения составляющих векторов напряженности электрического поля в выбранной точке исследуемого пространства проводящей среды. Известны трехкомпонентные датчики, представляющие собой три одноком понентных датчика электрической составляющей электромагнитного поля в проводящей среде, оси чувствительнос ти которых расположены взаимно ортогонально и имеют низкую чувствительность и точность одновременного измерения cocтaвляюш x вектора напряженности электрического поля вслед40ствие взаимного шунтирования однокомпонентных датчиков. Наиболее близким к предлагаемому . является трехкомпонентый датчик электрического поля, предназначенный для одновременного измерения трех составляющих вектора напряжен- ности электрического поля в проводящей среде, содержащий первичный преобразователь, выполненный в виде трех пар квадратных пластинчатых электродов, расположенных на противоположных гранях диэлектрического куба, и усилительно-измерительные, каналы. Сигнал с каждой пары электродов через согласующие трансформаторы поступает на дифференциальный усилитель , с выхода которого передается по телеметрической линии связи на компьютер или регистрирующий прибор. Известный датчик имеет три измерительных канала и представляет собой три однокомпонентных датчика, оси чувствительности которых взаимно ортогональны. Этот датчик электрического поля в проводящей среде содер жит первичный преобразователь и усилительно-измерительные каналы CZJ. Недостатками извесвтного датчика являются использование в первичном преобразователе шести измерительных электродов, когда для одновременного измерения трех составляющих вектора напряженности электрического Поля достаточно четырех, невозможность установки тако.го первичного преобразователя на движущихся объектах вследствие необтекаемости формы куба, низкая чувствительность и точность измерения составляющих вектора напряженности электрического поля, обусловленная взаимным шунтированием измерительных каналов . Цель изобретения - увеличение чувствительности и точности измерений при одновременном уменьшении количества измерительных электродов, -устранении взаимного шунтирования измерительных каналов и возможности установки первичного преобразователя на движущихся объектах. Поставленная цель достигается тем, что в трехкомпонентном датчике электрического поля в проводящей среде, состоящем из первичного преобразователя , согласующих трансформаторов и дифференциальных усилителей, первичный преобразователь датчика выполнен в виде четырех идентичных проводящих сферических сегментов, расположенных на поверхности шарового гермоотсека так, что центры сегментов лежат в вершинах тетраэдра, согласующие трансформаторы выполнены с двумя идентичными вторичными обмотками, их первичные обмотки соединещ 1 в четырехлучевую звезду, лучи которой подключены- к измерительным электродамj одна из вторичных обмоток согласующего трансформатора первого измерительного канала соединена последовательно-встречно с одной из вторичных обмоток согласующего трансформатора второго измерительного канала, а другая вторичная обмотка согласующего трансформатора первого измерительного канала соединена последовательно-согласно с другой вторичной обмоткой согласующего трансформатора второго измерительного канала и последовательно-встречно с вторичными обмотками согласующего трансформатора третьего измерительного канала, вторичные обмотки согласующего трансформатора четвертого измерительного канала соединены .последовательно-согласно .

На фиг. I изображен первичный преобразователь предложенного трехкомпонентного датчика, обилий вид; на Фиг. 2 - то же, при симметричном расположении электродов относительно осей ординат; на фиг. 3 - блоксхема трехкомпонентного датчика.

Трехкомпонентный датчик состоит из первичного преобразователя с измерительными электродами 1-4, шаровым гермоотсеком 5, согласующими трансформаторами 6-9 и дифференциальными усилителями 10-12. Измерительные электроды 1-4 .по ключены к первичным обмоткам согласующих трансформаторов 6-9, соединенных в звезду. Одна из вторичных обмоток согласующего трансформатора 6 соединена последовательно-встречно с одной из вторичных обмоток согласукнцего трансформатора 7, выводы обмоток подключены ко входу дифференциального усилителя 10. Другая вторичная обмотка согласующего трансформатора 6 включена последовательно-согласно с другой вторичной обмоткой согласующего трансформатора 7 и последовательновстречно с вторичными обмотками согласующего трансформатора 8, выводы обмоток подключены.ко входу дифференциального усилителя 11. Вторичные обмотки согласующего трансформатора 9 соединены последовательно-согласно, выводы обмоток подключены ко входу дифференциального усилителя 12.

Датчик функционирует следующим образом.

При расположении измерительных электродов первичного преобразователя относительно осей декартовой системы координат согласно фиг. 1 сигнал с измерительных электродов 1-4 соответственно имеет вид:

,

cos ЭО cos Е,. cos ЬО

ХС05 ig SO+E

(J,n2 .3zbO°cQS i9°3o B cosbo

iccos19°30-E СОЗТО ЗО .

ng / C05-t930-E COs70°30)

гV-- 5 z

коэффициент преобразования

где -n перйичного преобразователя датчика;

%базовое расстояние измерительных электродов датчика;

E.,E

соответствующая составляющая вектора напряженности электрического поля по осям декартовой системы координат. Сигнал с измерительшх электродов 1-4 поступает на первичные обмотки согласующих трансформаторов 6-9, соединенные в четырехлучевую звезду. Вторичные обмотки согласующих трансформаторов соединены так, что на вход .дифференциального усилителя 10 поступает сигнал:

K(Uj,-Up )2К пС е COS 30°cos ,

на вход дифференциального усилителя 1I поступает сигнал:

(2%-( ,

а на вход дифференциального усилите. ля 12 nocfупает сигнал

2KUo4 2Kne E2 ,

где К - коэффициент трансформации

согласующих трансформаторов. С целью получения на выходе дифферейциальных усилителей 10-12 сигналов пропорциональных трем взаимно ортогональным составляющим вектора

5 напряженности электрического поля коэффициенты усиления дифференциальных усилителей 10-12 выбраны в соотношении 3:1:1,414.

TPEXKGMnOHEHTHbtfi ДАТЧИК , ЭЛЕКТРШШСКОГО ПОЛЯ В ПРОВОДЯЩЕЙ СРЕДЕ, состоящий из первичного преобразователя, согласующих трансформаторов и дифференциальных усилителей, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности измерений при одновременном уменьшении количества измерительных электродов, устранении взаимного шунтирования измерительных каналов и возможности установки первичного преобразователя датчика на движущихся объектах, первичный преобразователь выполнен в виде четырех идентичных проводяпщх сферических сегментов, расположенных на поверхности шарового гермоотсека так, что центры сегментов лежат в вершинах тетраздра, согласующие трансформаторы выполнены с двумя идентичными вторичш;1ми обмотками, их перв.ичные обмотки соединены в четырехлучевую звезду, лучи которой подключены к измерительным злектродам, одна из вторичных обмоток согласующего трансформатора первого иэмеритель.иого канала соединена последовательно-встречно с одной из вторичных обмоток согласующего трансформатора второ о измерительного канала, а i другая вторичная обмотка согласующе(Л го трансформатора первого измерительного канала соединена последовательно-согласно с другой вторичной обмоткой согласующего трансформатора второго измерительного канала и последовательно-встречно с вторичными обмотками согласующего т-рансформатора третьего измерительного канала, вторичные обмотки согласующего трансфор00 4 матора четвертого измерительного ка. нала соединены последовательно-сон1 гласно .