Датчик вертикального электрического поля атмосферы Советский патент 1991 года по МПК G01R29/12 

Изобретение относится к технике радиоизмерений, а именно к измерению вертикального электрического поля атмосферы у поверхности Земли, и может быть использовано для изучения атмосферных электрических процессов, обнаружения и диагностики естественных и искусственных возмущений вблизи границы воздух - почва, связанных с бурями, циклонами, землетрясениями, снежно-ледовыми обвалами. взрывами и т.д.

Цель изобретения - повышение чувствительности датчика вертикального электрического поля и точности измерений.

Поставленная цель достигается тем. что в датчике вертикального электрического поля атмосферы измерительный электрод смонтирован неподвижно на жесткой несущей конструкции, состоящей из полых изолятора и заземленной проводящей мачты, а механический модулятор содержит подвижный, заостренный на конце модулирующий электрод, размещенный внутри замкнутой полости, образованной мачтой и изолятором.

На чертеже схематически изображен предлагаемый датчик.

Датчик вертикального электрического поля атмосферы содержит неподвижный измерительный электрод (ИЭ) 1, жестко закрепленный на полом изоляторе 2, установленном на заземленной полой металлической мачте 3. Мачта и изолятор образуют конструкцию, несущую ИЭ 1. внутри этой полой конструкции размещены подвижный, заостренный на конце заземленный модулирующий электрод (МЭ) 4. выполняющий роль концентратора электриО

го

О

ю о

00

ческого поля атмосферы в зазоре между ИЗ 1 и острием МЭ 4, электромагнитный вибратор 5, питаемый от генератора 6 возбуждения звуковых частот. Переменное напряжение, являющееся полезным сигналом, возникающим на частоте модуляции, снимается с неподвижного ИЭ 1 с помощью разъема 7, представляющего собой выход устройства, а в дальнейшем поступает на вход, например, селективного НЧ измерителя напряжений, к выходу которого подключен регистрирующий прибор. Все неподвижные части датчика жестко соединены между собой.

Датчик работает следующим образом.

При наличии вертикального электрического поля атмосферы с напряженностью Е разность потенциалов между электродами 1 и 4 составляет

IntSt-l ч

и,№(,-11).

2h , 1пт-1

(D

Из этого следует, что несущая конструкция, т.е. мачта 3 и модулирующий электрод 4, описываются вытянутым проводящим эллипсоидом вращения, малая полуось которого равна b (радиус мачты), а большая (h - I), Е - измеряемая напряженность поля, h - высота неподвижного измерительного электрода 1 над землей, I - ширина зазора между электродами 1 и 4, h I и h b.

Из-за вертикальных колебаний модулирующего электрода 4 ширина зазора изменяется во времени по закону

I(t)l0+ AlcosfiH .(2)

где 10 - средняя ширина зазора:

Д1 - амплитуда механических колебаний;

а) - круговая частота.

Тогда на измерительном электроде 1 возникает переменное напряжение Д cos on .

Un Eh

(3)

2lo()

Если заземленные мачты 3 и ИЭ 4 отсутствуют (нет концентратора поля), а колеблется один из электродов плоского конденсатора, то снимаемое напряжение составляет

Unpor Е AI cos a) t(4)

Из сопоставления формул (3) и (4) следует, что концентрация измеряемого электрического поля атмосферы в зазоре между ИЭ 1 и заостренным концом ИЭ 4 обеспечивает при прочих равных условиях увеличение снимаемого переменного напряжения с разьема 7, а значит, и чувствительности датчика в К раз

- h1(5)

2 ° (lnf-1)

При значениях параметров датчика h 5м, 10 15см, Ь 50 мм чувствительность возрастает в 8 раз.

Таким образом, наличие концентратора поля в виде заостренного на конце заземленного ИЭ 4 обеспечивает преимущество предлагаемого датчика в чувствительности и точности измерений вертикального электрического поля атмосферы. Благодаря расположению движущихся частей датчика внутри жесткой замкнутой полой конструкции, несущей ИЭ 1, обеспечивается стабильность параметров механических

колебаний ИЭ 4, а значит, и коэффициента преобразования исследуемого поля в регистрируемое переменное напряжение. Обеспечивается также работоспособность устройства в любых погодных условиях.

Формула изобретения

Датчик вертикального электрического поля атмосферы, состоящий из неподвижного плоского измерительного электрода с установленным на нем разъемом, являющимся выходом датчика, изолятора, несущей конструкции и механического модулятора, представляющего собой вибратор, соединенный с заземленным подвижным электродом, установленный так, что направление его колебаний перпендикулярно к плоскости неподвижного электрода, отличающийся тем, что с целью повышения чувствительности и точное и. измерительный электрод смонтирован на несущей конструкции, состоящей из изолятора, укрепленного на про- водящей заземленной мачте, причем внутри изолятора и мачты имеется полость, в которой размещен механический модулятор, подвижный электрод которого

выполнен в виде стержня, заостренного со стороны, направленной к неподвижному электроду

Изобретение относится к технике радиоизмерений, в частности к измерению вертикального электрического поля атмосферы у поверхности 3емли и может быть использовано для изучения атмосферных электрических процессов, обнаружения и диагностики естественных и искусственных возмущений вблизи границы воздух - почва. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерений. Цель достигается тем, что измерительный электрод смонтирован неподвижно на жесткой несущей конструкции, состоящей из полых изолятора и заземленной проводящей мачты, а механический модулятор содержит по- движный, заостренный на конце, направленном в сторону неподвижного электрода, модулирующий электрод, размещенный внутри замкнутой полости, образованной изолятором и мачтой. 1 ил. (Л С