Устройство для измерения напряженности электрического поля атмосферы Советский патент 1989 года по МПК G01R29/12 

1U

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано для измерения электрических полей, в том числе атмосферы.

Цель изобретения - повышение точности в условиях действия синхронных помех.

На фиг. 1 приведена структурная

знаками. Затем сигналы с выхода синхронного детектора 3 поступают на ФНЧ 4, который снабжен элементами регулируемого интегрирования (RC-цепи). Назначением ФНЧ 4 является выполнение необходимых операций фильтрации и сглаживания полезного сигнала. Затем сигналы поступают на решающий

Изобретение относится к электроизмерениям. Цель изобретения - повышение точности измерения в условиях действия синхронных помех. Устройство содержит последовательно соединенные датчик 1 поля, усилитель 2 низкой частоты, синхронный детектор 3, фильтр 4 низкой частоты и решающий блок 5. Полезные сигналы с датчика 1 поступают через усилитель 2 на детектор 3. Он вырабатывает постоянные напряжения, величины которых пропорциональны величинам напряженностей электростатического поля, а полярности определяются их знаками. Далее сигналы фильтруются, сглаживаются и поступают в решающий блок 5, который определяет напряженность измеряемого электрического поля атмосферы. Цель достигается выполнением датчика 1 и выбором параметров его элементов, при этом частотный спектр чувствительности датчика 1 не пересекается со спектром реально действующих синхронных помех, которые практически подавляются. 2 ил.

электрическая схема предлагаемого уст-jQ блок 5, назначением которого является

ройства для измерения напряженности электрического поля атмосферы; на фиг. 2 - датчик поля.

Устройство для измерения напряженности электрического поля атмосферы включает последовательно соединенные датчик 1 поля, усилитель 2 низкой частоты (УНЧ), синхронный детектор 3, фильтр 4 низкой частоты (ФНЧ) и решающий блок 5, причем второй вход

фазового детектора 3 подключен к второму выходу датчика поля, электродвигатель 6, связанный с осью электродвигателя 6 генератор 7 опорного напряжения, неподвижный изолированный 25 от корпуса сплошной измерительный электрод 8 (здесь круглая металлическая пластина), укрепленный на оси электродвигателя 5 вращающийся экранирующий электрод 9, электрически 30 соединенный с корпусом (круглая металлическая пластина с секторными лопастями и отверстиями), неподвижный градуировочный электрод 10 (круглая металлическая пластина с секторными 5 отверстиями и лопастями). Измерительный электрод 8 является первым выходом датчика и соединен с входом УНЧ 2. Все составные части датчика помещены в экранирующий корпус 11 датчика 1. 40

На фиг. 2 приведен пример конкретного выполнения датчика поля с двумя секторными отверстиями экранирующего 9 и градуировочного 10 электродов.

E;(t)Ew; sin(2iTf; t+6j) при f(2i+1)f0,

k.

(2i+1)

(O

где f0 - частота опорного напряжения;k. - относительный коэффициент

передачи (чувствительности) по напряжению;

i О, 1, 2, 3,

Для снижения уровня синхронных помех в устройстве в качестве цепей частотной селекции используется синхронный детектор 3. Согласно соотношению (1) синхронный детектор представляет собой гребенчатый фильтр, чувствительный лишь к определенной решетке частот с частотной скважностью, определяемой частотой генератора 7 опорного напряжения (w0 cJc) . В этой связи достаточно общим методом подавления целого ряда синхронных помех с

частотами ui; является такой выбор Устройство для измерения напряжен-45 частоты генератора 7 опорного напряжения ш0(и частоты сигнала ис), чтобы для любых частот ш- реально сущености электрического поля атмосферы работает следующим образом.

С первого выхода датчика 1 поля полезные сигналы поступают на УНЧ 2, усиливаются им и подаются на первый вход синхронного детектора 3, на второй вход которого поступают напряжения с генератора 7 опорного напряжения датчика 1 поля. Назначением синхронного детектора 3 является получение постоянных напряжений, величины которых пропорциональны величинам напряженностей электростатического поля, а полярности определяются их

50

55

ствующих синхронных помех выполнялось соотношение

IE cos(2k-1)u t - Z cosw.Ldt- 0,

i k, (2)

гле TM - время осреднения после синхронного детектора 3; TU 21T/u e.

В этом случае обеспечиваются условия непересекаемости спектра частот синхронных помех со спектром частотной чувствительности синхронного деопределение напряженности измеряемого электрического поля.

Дополнительным источником погрешностей являются синхронные помехи

различного происхождения. Анализ ра- боты ротационного флюксметра (датчика 1 поля) с синхронным детектором 3 Показывает, что он оказывается чувствительным к целому ряду переменных

полей вида

E;(t)Ew; sin(2iTf; при f(2i+1)f0,

k.

(2i+1)

где f0 - частота опорного напряжения;k. - относительный коэффициент

передачи (чувствительности) по напряжению;

i О, 1, 2, 3,

Для снижения уровня синхронных помех в устройстве в качестве цепей частотной селекции используется синхронный детектор 3. Согласно соотношению (1) синхронный детектор представляет собой гребенчатый фильтр, чувствительный лишь к определенной решетке частот с частотной скважностью, определяемой частотой генератора 7 опорного напряжения (w0 cJc) . В этой связи достаточно общим методом подавления целого ряда синхронных помех с

ствующих синхронных помех выполнялось соотношение

IE cos(2k-1)u t - Z cosw.Ldt- 0,

i k, (2)

гле TM - время осреднения после синхронного детектора 3; TU 21T/u e.

В этом случае обеспечиваются условия непересекаемости спектра частот синхронных помех со спектром частотной чувствительности синхронного де3147

тектора 3, и помехи практически подавляются .

Конкретная реализация этого общего метода состоит в том, что число обо- ротов (п) оси электродвигателя 6, число лопастей экранирующего 9 и число отверстий (N) градуировочного 10 электродов, а также число полюсов (L) генератора 7 опорного напряжения дат- чика 1 поля выполнены в соответствии с соотношениями

..,,ч

n- 1L ,(3)

N(2m-1)L,

где fKp - частота кратности ряда кратных частот мешающих электрических полей, создающих синхронные помехи, Гц; i,m,1 1,2,3, ....

При необходимой частотной расстройке выполняется соотношение (2), и синхронные помехи частотного ряда оч; -iwKf практически подавляются.

Покажем на примере, что частотный спектр чувствительности ротационных флкжсметров (датчиков поля) для рассматриваемого случая конкретной реализации предлагаемого устройства сделан непересекающимся со спектром реально действующих синхронных помех. Пусть помехи создаются бортовым генератором питающего напряжения с частотой f 400 Гц. Тогда спектр частот реально действующих синхронных помех можно представить в виде

f,.1-400 21-200 Гц, (4) где , 2, 3,

Очевидно в этом случае f кр 400Гц. Скорость вращения оси приводного электродвигателя 6 равна

60ffl 60-400 ,,,п„ f , п,----- 6000 об./мин.

М4

Отсюда частота генератора 7 опорного напряжения45

, п 6000

f IlU

В этом случае частотный спектр чувствительности синхронного детектора 3 определяется как50

f (2i-H)f 0(21+1)200 Гц. (5)

Из сравнения соотношений (4) и (5) следует, что частотные спектры чувствительности ротационного флкжсметра (датчика 1 поля) н реально действующих синхронных помех (пример) не пересекаются. При этом отсутствуют ложные сигналы (сбои и дрейф нуля) ка выходе измерительного какала в измерительном комплексе, что приводит к повышению точности измерений.

Формула изобретения

Устройство для измерения напряженности электрического поля атмосферы, включающее датчик поля, выполненный в виде соосно размещенных градуировочного, экранирующего электродов и измерительного электрода, который является первым выходом датчика поля, причем градуировочный и экранирующий электроды выполнены в виде круга с одинаковыми секторными вырезами и идентичными им секторными лопастями, а экранирующий электрод заземлен и закреплен на оси электродвигателя перпендикулярно к ней, генератор опорного напряжения, выход которого является вторым выходом датчика поля, ось которого является продолжением оси электродвигателя, последовательно соединенные усилитель низкой частоты, вход которого подключен к первому выходу датчика поля, синхронный детектор, фильтр низких частот, решающий блок, причем второй вход синхронного детектора подключен к Второму выходу датчика поля, о т- личающееся тем, что, с целью повышения точности в условиях действия синхронных помех, число оборотов оси электродвигателя п, число лопастей и отверстий экранирующего и градуировочного электродов N и число полюсов L генератора опорного напряжения связаны соотношениями

30f«P , , об./мин;

N(2m-1)L,

f

кр

- -частота кратности ряда кратных частот мешающих электрических переменных полей, Гц; 1,т 1, 2 , 3, ....

11

Фиг.2

КУМ