Датчик для одновременного измерения трех составляющих вектора напряженности электрического поля в проводящей среде Советский патент 1983 года по МПК G01V3/06 

Изобретение относится к измерительной технике, применяемой при ге.офиэических исследованиях Мирово Океана в геоэлектроразведке, а име но к измерению электрической составляющей естественного электромаг нитного поля и теллурических токов в морской среде и грунте,. Изобретение может быть использо вано для поиска и обнаружения подводных и затонувших объектов. Известен датчик электрического поля, предназначенный для одновременного измерения трех взаимно ортогональных составляющих вектора напряженности электрического поля в проводящей среде, содержащий первичный преобразователь, выполненный в виде трех пар квадратных пластинчатых электродов, расположенных на противоположных гранях диэлектри ческого куба и усилительно-измерительные каналы. Сигнал с каждой пары электродов через согласующий трансформатор поступает на дифферен циальный усилитель, с выхода которо го передается по телеметрической линии связи на компьютер или регист рирующий прибор. Такой датчик электрического поля имеет три измерительных канала и представляет собой по существу три однокрмпонентйых датчика, оси чувствительности кото рых взаимно ортогональны Щ , Недостатками известного датчика являются низкие чувствительность и точность измерения составляющих электрического поля, обусловленные взаимным шунтированием измерительны каналов, и использование в первичном преобразователе шести измерительных электродов, тогда как для одновременного измерения трех составляющих вектора напряженности электрического поля достаточно четы рех. Три однокомпонентных электродных датчика электрической составляю щей электромагнитного поля в прово.дящей среде, оси чувствительности которых расположены взаимно ортогонально, имеют низкую чувствительнос и точность одновременного измерения составляющих вектора напряженности электрического поля вследствие взаимного шунтирования измерительных каналов. Известен датчик для одновременного измерения трех составляющих вектора напряженности электрическог поля в проводящей среде, состоящий из первичного преобразователя, содержащего идентичные измерительные электроды, закрепленные на гермоотсеке, и усилительно-измерительных к налов, подключенных к измерительным электродам. Датчик представляет по существу три идентичных однокомпонентных датчика переменного электри ческого поля, расположенных так,что их оси чувствительности взаимно ортогональны, а герметические центры совмещены. Известный датчик содержит также торроидальные катушки индуктивности (согласующие трансформаторы) и разрезные проводящие сердечники (измерительные электроды) и предназначен для одновременного измерения трех взаимно ортогональных составляющих вектора напряженности электрического поля 2 , Недостатками указанного датчика являются использование шести измерительных электродов, низкие чувствительность и точность измерения составляющих электрического поля, обусловленные взаимным шунтированием однокомпонентных датчиков, Для устранения взаимного шунтирования oднoкo moнeнтныx датчиков измерительные пары электродов датчиков должны быть разнесены на расстояние не менее десяти измерительных баз, что приводит к снижению точности измерения составляющих вектора напряженности электрического поля в выбранной точке исследуемого пространства проводящей среды. Цель изобретения - увеличение чувствительности и точности измерения составляющих вектора напряженности электрического поля и уменьшение размеров и .веса. Поставленная цель достигается тем, что в датчике для одновременного измерения трех составляющих вектора напряженности электрического поля з проводящей среде, состоящем из первичного преобразователя, содержащего идентичные измерительные электроды, закрепленные на гермоотсеке и усилительно-измерительных каналов, подключенных к измерительным электродам, первичный преобразователь устройства выполнен в виде четырех электродов, закрепленных с помощью жестких изолирующих штанг на гермоотсеке так, что центры электродов лежат в вершинах тетраэдра, входы усилительноизмерительных каналов соединены в четырехлучевую звезду, лучи которой подключены к измерительным электродам. На фиг.1 изображен датчик, общий вид; на фиг. 2 блок-схема измерительного устройства, в котором используется данный датчик. Датчик состоит из первичного преобразователя (фиг.1) .и четырех усилительно-измерительных каналов. Датчик содержит измерительные электроды 1-4, изолирующие штанги 5-8, гермоотсек 9, согласующие трансформаторы 10-13, дифференциальные усилители 14-17, устройство 18 связи с объектом (УСО), цифровую вьхчисли тельную машину (ЦВМ) 19. Измерительные электроды 1-4 под ключены к лучам звезда, в которую соединены первичные обмотки согласующих трансформаторов 10-13. Выходы согласующих трансформаторов подключены к входам дифференциальных усилителей 14-17, выходы которых соединены с УСО 18. Выход УСО подключен к ЦВМ 19, которая выполняет по заданному алгоритму разложение исходных сигналов на три взаимно ортогональные составляющие декартовой системы координат, контролирует правильность измерения и вычисляет модуль вектора напряженности электрического поля. Устройство работает следующим образом. При расположении измерительных электродов первичного преобразователя относительно осей декартовой системы координат согласно фиг.1 сигнал с измерительных электродов 1-4, равный разности потенциалов между электродом и заземлением, соответственно имеет вид ,- (). 01 5 xtos 30°cosiq°30°-E,jCOs60°со519 -Ejcos 030) (E cosi930-E2;Coe 0 o), Uo4 S xCOsiQco5iq°30-E,jC0560° 930- 2,00570° 30),. И -коэффициент преобразования первично преобразователя да чика { 5 - базовое расстояние измерительных элек тродов датчика E,,,E,E2 - соответствующая составляющая вектора напряженности электрического поля по осям декартовой системы координат. Сигнал с измерительных электродов 1-4 через согласующие трансформаторы 10-13 подается на вход дифференциальных усилителей 14-17, с выхода которых поступает на УСО 18, преобразующее непрерывный сигнал в машинный код. С выхода УСО сигнал подается на ЦВМ 19, которая решает систему уравнений Excos 0°cos{4°30-Cycos60°cos 1930 -Е,со570 30.-(5) EcjCOS(930-EjiC097Q30, (6) E,cos30°cos 9°304 Ec,cos60°cos 93o+, + Evcos70°30 - n&s относительно величин ь;, E,j, 2 контролирует правильность измерения проверкой равенства величины Ejr,найденной из решения системы уравнений (5),(б) и (7), величине Е, найден-ной из уравнения (1), используя сигнал первого измерительного канала, и вычисляет модуль вектора напряженности электрического поля по формуле . Е -Д|Е + Е + . Результаты вычислений и контроля выводятся на печатающее устройство. Техническая эффективность использования изобретения определяется повышенной чувствительностью первичного преобразователя и точностью измерения составляющих вектора напряженности электрического поля при одновременном уменьшении количества измерительных электродов и исключении взаимного шунтирования измерительных каналов датчика.

ДАТЧИК ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТРЕХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВЕКТОРА НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ПРОВОДЯЩЕЙ СРЕДЕ, состоящий из первичного преобразователя, содержащего идентичные измерительные электроды, закрепленные на гермоотсеке, и усилительно-измерительных каналов подключенных к измерительным электродам, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности измерений и уменьшения,размеров и веса датчика, первичный преобразователь выполнен в виде четырех электродов, закрепленных с помощью жестких изолирующих штанг на гермоотсеке так, что центры электродов лежат в вершинах тетраэдра, входы усилительно-измерительС В ных каналов соединены в четырехлучевую звезду, лучи которой подключе(Л ны к измерительным электродам. ел 4;; 00 СП ф1/г.7