Способ измерения напряженности электрического поля и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК G01R29/12 

Изобретение относится к области геофизических исследований и предназначено для измерения напряженности электрического поля в проводящих средах, в частности на борту искуественных спутников Земли.

Целью изобретения является повьшение точности измерений путем исключения аддитивной погрешности.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения напряженности электрического поля.

Устройство содержит электрические зонды 1 и 2 с охранными кольцами 3 и 4, предусилители 5 и 6, переключатели 7 и 8, тактовый генератор 9, дифференциальный усилитель 10, ЗУ 11 вычитающее устройство 12 и выходные клеммы 13 и 14. При этом электрические зонды 1 и 2 подключены к входам соответствующих предусилителей 5 и 6 выходы которых соединены с входами дифференциального усилителя 10, и к первым входам соответствующих переключателей 7 и 8. Вторые входы переключателей соединены накоротко, выходы их подключены к соответствующим охранным кольцам 3 и 4, а управляющие входы соединены с выходом тактового генератора 9, выход которого связан с управляющим входом ЗУ 11, выход которого соединен с вторым входом вычитающего устройства 12, сигнальный вход ЗУ 11 и первый вход вычитающего устройства 12 подключены к выходу дифференциального усилителя 10, а выходы вычитающего устройства 12 и дифференциального усилителя 10 соединены с выходными клеммами 13 и 14 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Тактовый генератор-9 осуществляет переключение тактов работы, выдавая попеременно на своем выходе, например, нули и единицы с требуемой скважностью.

Пусть четные такты на выходе тактового генератора 9 - сигнал 1. Этот сигнал переводит переключатели 7 и 8 в верхнее положение и они закорачивают охранные кольца 3 и 4. Одновременно единичный сигнал включает режим запоминания в ЗУ 11, которсе запоминает сигнал с выхода дифференциального усилителя 10, равный аддитивной погрешности всего измерительного тракта (зонды 1 и 2, предусилители 5 и 6 и дифференциальный усилитель 10). Сигнал на выходе ЗУ 11 присутствует постоянно, в результате чего в эти такты сигнал на выходе вычитающего устройства 12 равен нулю, так как на обоих его выходах одинаковые сигналы: на одном выходной сигнал дифференциального усилителя 10, на другом - тот же сигнал, но пропущенный через ЗУ 11.

В нечетные такты О на выходе тактового генератора, 9 переводит переключатели 7 и 8 в нижнее положение, они раскорачивают охранные колца 3 и 4 и подсоединяют их к выходу предусилителей 5 и 6 (последняя операция помогает дополнительно устранить искажения поля, вызванные корпусом измерительного устройства, например спутника, на котором установлена система зондов).

Одновременно нулевой сигнал запирает запоминающий вход ЗУ 11 и на его выходе остается напряжение, запомненное в предьщущем четном такте Теперь на выходе дифференциального усилителя 10 имеется напряжение, состоящее из полезного измеряемого сигнала и аддитивной погрещности, а на выходе ЗУ 11 только сигнал аддитивной погрешности. В результате на выходе вычитающего устройства 12 будет только измеряемьй сигнал.

Следует также учесть, что обычно паразитные сигналы весьма медленно изменяются во времени. Поэтому длительность четных и нечетных тактов может быть выбрана таким образом, чтобы коррекцию паразитного сигнала проводить довольно редко (только тогда, когда его дрейф превысит допустимую погрешность). В этом случае учитывая, что входные цепи для измерения напряженности электрического поля в космической плазме являются весьма высокоомными, можно не учитывать влияния переходных процессов, имеющих довольно большую длительность (до десятков секунд), что еще более повысит точность измерения, так как позволит избавиться от динамической погрешности, неминуемой в случае частой коммутации входных цепей.

1. Способ измерения напряженности электрического поля, по которому в первом -такте измеряют разность потенциалов между двумя разнесенными референц-точками с помощью пары электрических зондов и создают аналогичные потенциалы на охранных кольцах, расположенных в непосредственной близости от зондов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, во втором такте закорачивают охранные кольца между собой, измеряют разность потенциалов между этими же зондами и вычитают ее из разности потенциалов ,полученной в первом такте. 2. Устройство для измерения напряженности электрического поля, содержащее два электрических зонда соединенных с входами индивидуальных предусилителей с коэффициентом усиления, равным единице, выходы которых соединены с входами дифференциального усилителя, и охранные кольца,отлич.а ющееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены генератор тактовых импульсов, два переключателя, запоминающее устройство и вычитающее устройство, причем сигнальные входы переключателей соединены с соответствующими охранными кольцасл ми, первые выходы переключателей соединены с выходами соответствуюпшх предусилителей, вторые выходы соединены накоротко, сигнальный вход запоминающего устройства и первый вход вычитающего устройства подключены к выходу дифференциального усилителя sl и к первой выходной клемме, выход 00 запоминающего устройства подключен со к второму входу вычитающего устройСП ства, выход которого соединен с второй выходной клеммой, а управляющие входы запоминающего устройства и переключателей соединены с выходом генератора тактовых импульсов.

7

го

11

- /J

J2