Устройство для измерения естественного электрического поля в проводящих средах Советский патент 1988 года по МПК G01V3/06 

Изобретение относится к океанографическим измерениям и может быть использовано для измерения естественной электрической составляющей напряженности электромагнитного поля, индуцированного при взаимодействии поля скоростей движущейся области морской воды с магнитным полем Земли.

Целью из обретения является повы- шение чувствительности устройства.

На фиг.1 приведена конструкция первичного измерительного преобразователя, разрез; на фиг.2 - блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Первичньй измерительный преобразователь содержит дисковый сердечник 1 с двумя одинаковыми диаметрально противоположными отверстиями, обмотку 2 возбуждения, помещенную на внутренней перемычке между отверстиями, две информационных обмотки 3 и 4, которые размещены на внешних диаметрально г противоположных перемычках сердечника. Боковые поверхности дискового сердечника закрыты двумя металлическими концентраторами 5 и 6, соединенными между собой двумя контактными стержнями 7. Сердечник с размещенными на нем обмотками заключен в герметичный корпус .8. Устройство содержит также генератор 9 пилообразных токовых импульсов (фиг.2 ), электронный блок 10 обработки первичной информации, включaюшз й дифференциаторы 1 1 и 12, формирователи 13 и 14 прямоугольных импульсов, инвертор 15, схему 16 совпадения и фильтр 17 нижних частот.

Устройство работает следующим образом.

Электромагнитный процесс в исследуемой проводящей среде проявляется г существовании тока, протекающего через свободные проемы сердечника под действием осевой составляющей напряженности электрического поля. Этот ток наводит в дисковом сердечнике магнитное поле напряженностью

Н

мэм I

пропорциональное напряженности

55

измеряемой электрической составляющей электромагнитного поля. Магнитное поле напряженностью (постоянное или медпенно меняющееся) взаимодействует с переменным (пилообразным) полем возбуждения Н, соз- даваемь1М посредством подачи в обмот- ляющей исследуемого электромагнитновнешних перемычках сердечника смещение максимумом сигналов U и U (фиг.З), наводящихся в информационных обмотках 4 и 3, помещенных на внешних диаметрально противоположных перемычках, происходит в противоположные стороны на равные доли периода пилообразного поля возбуждения. После выделения моментов достижения максимумов сигналами U и U с помощью дифференциаторов 11 и 12 и последующего формирования прямоугольных импульсов посредством формирователей 13 и 14 импульсные последовательности Uj и и (фиг.З) на их выходах имеют различные скважности: в одной из последовательностей длительность импульсов несколько больше длительности пауз, в другой, наоборот, длительность пауз на такую же величину больше длительности импульсов. С помощью инвертора 15 и схемы 16 совпадения из последовательностей прямоугольных импульсов Uj и U4 формируется последовательность прямоугольных импульсов Uj , длительность импульсов в которой пропорциональна величине напряженности измеряемого магнитного поля Hj,, , а следовательно, в конечном счете пропорциональна величине Напряженности электрической состав

. о 5 О -

5

5

0

5

ляющей исследуемого электромагнитноку 2 возбуждения пилообразных токовых и myльcoв от генератора 9 пилообразных импульсов. Так как обмотка 2 возбуждения помещена на средней перемычке дискового сердечника, то создаваемое ею переменное магнитное поле Н, замыкающееся Bojcpyr свободных проемов сердечника, в одной из внешних пере- мьгчек суммируется с измеряемым полем изм создаваемым за счет протекания тока через свободные проемы сердечника, в другой внешней перемычке, наоборот, эти поля вычитаются. Следовательно, при указанном расположении обмотки возбуждения измеряемое поле Н,з в одной из внешних перемычек смещает пилообразное поле возбуждения в положительную сторону, в другой внешней перемычке - в отрицательную. В силу однородности материала одного сердечника эти смещения поля возбуждения во внешних перемыч- ках при разных знаках имеют одинаковые абсолютные значения. В результате дифференциального сложения полей возбуждения H.i и измеряемого Н„, во

И ЗМ

внешних перемычках сердечника смещение максимумом сигналов U и U (фиг.З), наводящихся в информационных обмотках 4 и 3, помещенных на внешних диаметрально противоположных перемычках, происходит в противоположные стороны на равные доли периода пилообразного поля возбуждения. После выделения моментов достижения максимумов сигналами U и U с помощью дифференциаторов 11 и 12 и последующего формирования прямоугольных импульсов посредством формирователей 13 и 14 импульсные последовательности Uj и и (фиг.З) на их выходах имеют различные скважности: в одной из последовательностей длительность импульсов несколько больше длительности пауз, в другой, наоборот, длительность пауз на такую же величину больше длительности импульсов. С помощью инвертора 15 и схемы 16 совпадения из последовательностей прямоугольных импульсов Uj и U4 формируется последовательность прямоугольных импульсов Uj , длительность импульсов в которой пропорциональна величине напряженности измеряемого магнитного поля Hj,, , а следовательно, в конечном счете пропорциональна величине Напряженности электрической составго ПОЛЯ проводящей среды. При этом вследствие реализации в устройстве дифференциального принципа преобразования крутизна преобразования напряженности поля в пропорциональный временной интервал в два раза вьпле по сравнению с прототипом. Используемьй в блоке обработки первичной информации фильтр 17 нижних частот выполняет функцию детектора скважности, по уровню сигнала на выходе которого можно судить о направлении тока через свободные проемы сердечника, а значит, и о направлении осевой составляющей напряженности электрического поля проводящей среды.

Использование в предпагаемом устройстве описанной конструкции первичного измерительного преобразователя для измерения напряженности электрического поля в проводящей среде позволяет на одном сердечнике с двумя свободными проемами реализовать дифференциальный принцип преобразования и, тем самым, вдвое повысить крутизну преобразования без ухудшения других метрологических характеристик.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения естественного электрического поля в проводящих средах, содержащее первичный измерительный преобразователь, выполенный на ферромагнитном сердечнике с обмотками, и электронный блок

/

42959

обработки первичноГ информации, о т л и ч а ю UI е а с я тем, что, с целью повьпнеция чувствительности, первичный измерительный преобразова- тель выполнен в виде дискового сердечника с двумя одинаковыми диаметрально противоположными отверстиями, на перемычке между которыми размеще Q на обмотка возбуждения, подключенная к генератору пилообразных токовых импульсов, и двумя информационными обмотками, размещенными на боковых диа5

0

5

0

5

метрально противоположных перемычках сердечника И подключенными к электронному блоку обработки первичной информации, а боковые поверхности сердечника закрыты двумя металлическими концентраторами, соединенными между собой двумя контактными стержнями, проходящими через отверстия сердечника.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электронный блок обработки первичной информации содержит два дифференциатора, к входам каторых подключены информационные обмотки, а выходы соединены с входами двух формирователей прямоугольных и myльcoв соответственно, выходы формирователей соединены с входами схемы совпадения, причем один - непосредственно, а другой - через инвертор, выход одного из формирователей подключен к фильтру нижних частот, а выходы схемы совпадения и фильтра нижних частот являются выходом всего устройства.

9u2.f

ftt.3

Изобретение относится к океанографическим измерениям, а конкретнее к устройствам для измерения напряженности естественного электрического поля в проводящих средах. Цель - повышение чувствительности при измерениях напряженности электрического поля. Цель достигается применением в устройстве, содержащем первичный кз- мерительньш преобразователь и электронный блок обработки информации, в качестве первичного измерительного преобразователя дискового сердечника с двумя одинаковыми диаметрально противоположными отверстиями и помещенной на внутренней перемычке между отверстиями обмоткой возбуждения и двумя информационными обмотками, размещенными на внешних диаметрально . противоположных перемычках сердечника, а боковые поверхности сердечника закрыты двумя металлическими концентраторами, которые соединены между co-j бой двумя одинаковыми металлическими немагнитными стержнями, проходящими через отверстия в сердечнике. Данная конструкция позволяет реализовать дифференциальный метод обработки информации и повысить чувствительность. Г 3. п. ф-лы, 3 ил. (Л N 4 ю со СП