Датчик напряженности электрического поля Советский патент 1988 года по МПК G01V3/06 

Изобретение относится к технике электроизмерений и может быть использовано для измерения напряженности электрического поля сверхнизкой час- готы в морской воде при проведении t eoфизичecкиx исследований,

Цель изобретения - увеличение чув- твительности датчика за счет умень- |пения уровня собственных шумов. I На чертеже изображен датчик напряженности электрического поля.

Датчик напряженности электрическо- fo поля содержит электроды 1 и 2,

трубу устанавливаются металлические водонепроницаемые перегородки, иден- тич.ные по размерам пористым перегородкам б и 8. К металлическим перегородкам присоединяют изолированные провода, которые подключают к измерителю сопротивления. Для измерения г диэлектрическую трубу полностью заполняют морской водой и,не погружая ее в воду, измеряют сопротивление . между перегородками на частоте 10- 20 кГц, которое и является равным искомому сопротивлению г. Для изме

Изобретение относится к области электроизмерений и может быть использовано для измерения напряженности электрического поля сверхнизкой частоты в морской воде при геофизических исследованиях. Цель - увеличение чувствительности датчика за счет уменьшения уровня собственных шумов. Датчик содержит проводяшре электроды соединенные изолированными проводами с линией связи, установленные в диэлектрической трубе длиной 1 по обе стороны от ее среднего сечения на расстоянии 1, определяемом соотношением I/IT () 3, где Tg - сопротивление воды, окружающей датчик, между торцами диэлектрической трубы; г - сопротивление внутреннего объема трубы при заполнении его водой. В среднем сечении трубы и в ее торцах установлены идентичные пористые перегородки. При движении датчика в морской воде турбулентные вихри не проникают во внутреннюю полость диэлектрической трубы, а помехи, возникаю щие в пористьк перегородках за счет потенциала протекания, взаимно компенсируются. Для точной регулировки компенсации по крайней мере один из электродов имеет возможность перемещения вдоль оси трубы с последующей фиксацией. В результате чувствительность датчика увеличивается более чем в 3 раза. 1 з.п. ф-лы,1 ил. (Л со со сд со

иыполненные в виде пластин, соединен-15 рения г. диэлектрическую трубу с мейые изолированными проводами 3 и 4 (; линией связи и установленные в ди- : лектрической трубе 5 по обе стороны от среднего сечения трубы, а также идентичные пористые перегородки, ус- 20 гановленные на концах 6 и 7 и в среднем сечении 8 диэлектрической трубы. Пористые перегородки имеют капилляр- структуру - отверстия, длина которых на порядок и более превьшает 25 irx диаметр. Они могут быть получены путем высверливания отверстий малого лиаметра в диэлектрических материа- х:ах (например, эбоните, полипропилене и др.), прессования стружек указан- 30 материалов, возможно также ис- ггользование материалов, имеющих естественную капиллярную структуру.

Электроды 1 и 2, вьтолненные в виде гластин, устанавливаются на расстоя- 5 ии, определяемом из соотношения

таллическими перегородками без заполнения водой герметизируют и опускают в море (или в бассейн размерами, во много раз превышающими размеры трубы) . Сопротивление между металлическими перегородками, измеренное на частоте 10-20 кГц, и является равным искомому сопротивлению г. Измерение на высокой частоте (10-20 кГц) необходимо для устранения влияния на результат измерения частотно-зависимого сопротивления двойного слоя, образующегося на поверхности металлических перегородок . В качестве измерителя сопротивления можно применять мост переменного тока Р568. Поскольку измерения вьшолняются с определенными погрешностями, а также вследствие неидентичности пористых перегородок и неточности вьшолнения принятых при анализе эквивалентной схемы допущений, рассчитанное по формуле (1) расстояние между электродами несколько отличается от условия полной компенсаи 1и электрокинетической помехи. Для точной настройки датчика на отсутствие электрокинетических помех, создаваемых пористыми перегородками, т.е. для увеличе1-шя положительного эффекта, по крайней мере один из электродов необходимо укрепить внутри диэлектрической трубы с возможностью перемещения его вдоль ее оси и последующей фиксации его положения. Примером такого крепления электрода может служить резьбовое соединение электрода с диэлектрической трубой, при котором электрод, выполненный в виде диска, может по резьбе перемещаться вдоль оси трубы. Фиксация положения при этом обеспечивается за счет трения в резьбовой паре. Точную настройку датчика на компенсацию электрокинетической помехи осущестI 1

I Т

1 U-Ii

Гт

3

(1)

IT г

в

Для

расстояние между электродами}

длина диэлектрической трубы сопротивление воды, окружающей датчик, между торцами диэлектрической трубы; сопротивление внутреннего объема трубы при заполнении его водой, точного определения 1

N)o знать величины

в

необход Для расчет

з1тих величин необходимо эксперимен- т альное измерение проводимости морс- к|ой воды. Учитьшая это обстоятельст- Е|О, а также то, что для расчета г точной формулы, рекомендуется экспериментальное определение этих еличин,для чего вместо торцовых по- р|истых перегородок в диэлектрическую

0 5 0

5

0

5

таллическими перегородками без заполнения водой герметизируют и опускают в море (или в бассейн размерами, во много раз превышающими размеры трубы) . Сопротивление между металлическими перегородками, измеренное на частоте 10-20 кГц, и является равным искомому сопротивлению г. Измерение на высокой частоте (10-20 кГц) необходимо для устранения влияния на результат измерения частотно-зависимого сопротивления двойного слоя, образующегося на поверхности металлических перегородок . В качестве измерителя сопротивления можно применять мост переменного тока Р568. Поскольку измерения вьшолняются с определенными погрешностями, а также вследствие неидентичности пористых перегородок и неточности вьшолнения принятых при анализе эквивалентной схемы допущений, рассчитанное по формуле (1) расстояние между электродами несколько отличается от условия полной компенсаи 1и электрокинетической помехи. Для точной настройки датчика на отсутствие электрокинетических помех, создаваемых пористыми перегородками, т.е. для увеличе1-шя положительного эффекта, по крайней мере один из электродов необходимо укрепить внутри, диэлектрической трубы с возможностью перемещения его вдоль ее оси и последующей фиксации его положения. Примером такого крепления электрода может служить резьбовое соединение электрода с диэлектрической трубой, при котором электрод, выполненный в виде диска, может по резьбе перемещаться вдоль оси трубы. Фиксация положения при этом обеспечивается за счет трения в резьбовой паре. Точную настройку датчика на компенсацию электрокинетической помехи осуществляют, ввинчивая или вьтинчивая электод и опуская после этого датчик для проверки достигнутого результата в естественный или искусственно созданный поток морской воды. Возможна и более удобная конструкция настроечного элемента датчика.

Датчик напряженности электрического поля работает следующим образом. ю

Морская вода через-идентичные поистые перегородки 6-8 полностью заполняет внутренний объем диэлектрической трубы. При буксировании датчика или обтекании его потоком вслед- 15 ствие того, что на торцах трубы нет открытых отверстий, вода турбулизуется в гор аздо меньшей степени. При этом поскольку пористая перегородка представляет собой систему капилляров, 20 образующиеся вихри не проходят внутрь обтекателя к электродам 1 и 2. Однако вследствие перепадов давления между торцовыми стенками диэлектрической трубы возникает просачивание 25 воды сквозь идентичные пористые перегородки, сопровождаемое возникновением потенциала протекания. При предлагаемом расположении электродов и пористых перегородок помеха, выз- ЗО ванная потенциалом протекания, отсутствует вследствие равенства и син- фазности потенциалов протекания на электродах. При этом действующая длина датчика составляет одну треть геометрической длины. Помехи, связанные с обтеканием датчика потоком, практически не проявляются. В то же время при обтекании электродов потоком воды собственньй шум датчика возрастает в 40 десятки, сотни раз по сравнению с отсутствием движения воды. Чтобы устранить этот шум, в известном устройстве используется труба малого диаметра, что увеличивает примерно на 45 порядок уровень теплового шума датчика. Таким образом, предлагаемое устройство имеет по сравнению с известным в три раза меньшую действующую

35

длину 1а И- примерно в десять раз меньший уровень собственных шумов Hgj, Поэтому чувствительность предлагаемого датчика, характеризуемая отношением сигнал-шум (Е-- напря Ш

женность поля сигнала), увеличивается по сравнению с известным устройством более чем в три раза.

Формула изобретения

1 IT

где 1

-расстояние между электродами;

-длина диэлектрической трубы;

сопротивление воды, окружающей датчик, между торцами диэлектрической трубы; сопротивление внутреннего объема трубы при заполнении его водой.

2, Датчик по п. 1, отличаю-, щ и и с я тем, что по крайней мере оДин из электродов укреплен с возможностью перемещения и фиксации вдоль оси диэлектрической трубы.

Г, N

/г/

/г/