Трехкомпонентный измеритель электрического поля Советский патент 1992 года по МПК G01V3/06 G01R29/12 

Изобретение относится к области физической океанологии, в частности, к из- мерениямпостоянныхи

медленноменяющихся электрических полей в море, и может быть использовано при исследовании пространственно-временной структуры электрических полей в океане.

Известен трехкомпонентный первичный преобразователь для исследования вертикальной структуры электрических полей в море, состоящий из корпуса с электродами и гидроканалами и гидроключа в форме цилиндра с контактной полостью, расположенной в его боковой поверхности.

Недостатком этих устройств является низкая точность измерений, поскольку электроды разнесены в пространстве и находятся в разных физико-химических условиях, а

собственные ЭДС и их дрейф не контролируются.

Наиболее близким техническим решением является трехкомпонентный датчик электрического поля в морской среде, содержащий цилиндрический полый диэлектрический корпус, на внутренней стороне первого основания которого на окружности радиусом г, центр которой совпадает с центром основания, на угловых расстояниях 120° установлены три измерительных эпек- трода и три ра иально установленные под углом 120° гидроканала, внешними гонцами открытые в окружающую среду, а г.нутрен- ними - закрепленные в корпусе против соответствующих измерительных электродов.

Четвертый гидроканал установлен в центре основания корпуса и внешним концом сообщается с окружающей средой, а во

VJ

N

0

о

и

внутреннем его конце,закрепленном в корпусе, установлен электрод сравнения. Внутри корпуса расположен гидроключ в форме цилиндра, в основании которого, обращенном к измерительным электродам, выполнена контактная полость, выходящая на его боковую поверхность, а на расстоянии г от его центра на обращенном к измерительным электродам основании выполнена дополнительная полость и сквозной канал, соединяющий дополнительную полость с центром противоположного основания гидроключа и открытым концом четвертого гидроканала. Гидроключ соединен с проходящей через центр основания корпуса осью механического привода,

При вращении гидроключа каждый из трех измерительных электродов последовательно соединяется с соответствующим ему гидроканалом и затем через сквозной канал непосредственно с четвертым электродом сравнения, что позволяет избавиться от паразитного влияния собственных ЭДС электродов.

Данное устройство имеет недостаточно высокую точность измерений, что связано с низкой чувствительностью и большим уровнем помех от электризации при трении.

Действительно,чувствительность измерителя электрического поля пропорциональна длине измерительной базы, которая. в свою очередь, ограничивается условием, что сопротивление гидроканалов должно быть много меньше сопротивления гидроключа в закрытом состоянии. В нашем случае это сопротивление утечек по щели между боковой поверхностью вращающегося гидроключа и корпусом. Практика показывает, что это сопротивление утечек обычно колеблется от нескольких сотен Ом до единиц кОм. В процессе работы боковые поверхности стираются, появляются биения, и сопротивление утечек со временем еще уменьшается, ограничивая возможность применения длинных гидроканалов.

Большой уровень помех связан с наличием трущихся поверхностей. При этом происходит электризация деталей устройства вплоть до возникновения микроразрядов, вносящих помехи при измерениях,

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг. 1 в аксонометрической проекции показан пример практической реализации устройства, а на фиг. 2 - устройство корпуса и гидроключа.

Трехкомпонентный измеритель электрического поля содержит несущий корпус 1, где находится контейнер с аппаратурой регистрации, стойку 2, корпус 3 измерителя,

гидроканалы 4-9. Корпус 3 выполнен в виде куба, в гранях которого крепятся торцы ортогональных гидроканалов 4-9.

Электроды 10-14 (шестой электрод на

фиг, 2 не показан) крепятся в корпусе 3 вблизи торцов гидроканалов 4-9 с выступом в гидроканалы 4-9. В центре корпуса 3 выполнена сферическая полость 15, в которую введена упругая оболочка 16, выполненная,

например, из тонкой резины, Полость оболочки 16 шлангом 17 связана с источником 18 пульсирующего давления.

Гидроканалы 4-8 выполнены в виде открытых с торцов труб.

Гидроканал 9 выполнен в виде отрезка трубы с выходным отверстием на сгойке 2. Источник 18 пульсирующего давления представляет собой двухтактный гидронасос поршневого типа, замкнутый на резервуар с жидкостью и обеспечивающий последовательно такт нагнетания и такт разрежения. Оболочка 16, шланг 17 и гидронасос заполнены водой. На фиг. 2 штриховой линией обозначено положение

оболочки 16 в наполненном состоянии, а сплошной кривой положение оболочки 16 в спущенном состоянии. На повеохности сферической полости 15 установлен тензо- датчик 19, соединенный с блоком 20 регистрации и с приводом 22 источника 18 через таймер 21. К блоку 20 регистрации подключены также электроды 10-14.

В качестве тензодатчика 19 можно использовать, например, подпружиненную

контактную пару или полупроводниковый пленочный тензодатчик. В системе регистрации применены известные методы синхронного детектирования с использованием сигналов тензодатчика 19 в качестве опорных.

Устройство работает следующим образом.

Измеритель помещают в море; например закрепляют на дне, При этом оси гидроканалов 4-9 образуют ортогональную систему координат, например, каналы 5-6 - ось X, каналы 7-9 - ось Y, каналы 4-9 - ось Z. Соответствующие информационные каналы образуют пары электродов 10-11, 1213, 14 и шестой электрод.

При включении привода 22 источника 18 оболочка 16 заполняется, обволакивая поверхность сферической полости 15. Как только избыточное давление на поверхность полости 15 достигнет наперед заданной величины, определяющей степень электроизоляции гидроканалов 4-9, тензодатчик 19 выдаст сигналы на привод 22 с прекращении такта нагнетания, в блок 2С

регистрации - о начале такта измерения м

запустит таймер 21. Снимаемые с пар электродов 10-14 напряжения равны в этом такте сумме разности потенциалов открытых торцов гидроканалов 4-9 (поле в среде) и собственных ЭДС электродов 10-14.

Через заранее установленное время, определяющее длительность такта измерений, таймер 21 выдаст сигнал в блок 20 регистрации о конце такта измерений и в привод 22 о начале такта разрежения. Гидронасос откачивает воду из оболочки 16. обеспечивая прямой электрический контакт между электродами 10-14. Оболочка 16 сжимается, и тензодатчик 19 выдает сигнал на привод 22 гидронасоса о прекращении такта разрежения, в блок 20 регистрации - о начале такта сравнения и снова запускает таймер 21, определяющий продолжительность такта сравнения.

В этом такте снимаемые с пар электродов 10-14 напряжения равны собственным ЭДСэлектродов 10-14. Внешнее электрическое поле входит в эти сигналы ослабленным во столько раз, во сколько сопротивление между расположенными вблизи друг друга электродами 10-14 меньше сопротивлений гидроканалов 4-9, на практике в сотни раз и. таким образом, практически не влияет на результаты измерений.

Далее таймер 21 выдает сигналы о конце такта сравнения в блок 20 регистрации и запускает гидронасос в режим нагнетания давления, и, таким образом, полный цикл измерений завершается. В дальнейшем все процессы циклически повторяются. Снимаемые с пар электродов 10-14 напряжения представляют собой импульсные сигналы, синхронное детектирование которых дает

искомое электрическое поле в среде независимо от собственных ЭДС электродов 10-14 и их дрейфа.

В такте измерений оболочка 16 обеспечивает очень высокую степень электроизоляции электродов 10-14 (практически до нескольких мегаом), что позволяет использовать длинные гидроканалы 4-9 и тем самым увеличить реальную чувствительность

измерителя.

В устройстве отсутствуют трущиеся поверхности и, следовательно, отсутствуют помехи от электризации при трении.

Благодаря этому устройство обладает

большей чувствительностью, помехозащищенностью и, соответственно, большей точностью результатов измерений. Формула изобретения Трехкомпонентный измеритель электрического поля, содержащий диэлектрический корпус, в котором выполнена полость в виде тела вращения, шесть гидроканалов, четыре из которых расположены взаимо перпендикулярно в одной плоскости, а два

других - перпендикулярно этой плоскости, и шесть измерительных электродов, причем гидроканалы закреплены на корпусе и соединены с полостью внутри корпуса, а измерительные электроды закреплены в корпусе

с выступом в гидроканалы и соединены с блоком регистрации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в полость введена эластичная оболочка, соединенная шлангом с источником

пульсирующего давления, причем в полости на внутренней поверхности корпуса установлен тензодатчик, соединенный с блоком регистрации и через таймер - с приводом источника пульсирующего давления.

Использование: в области физической океанологии, в частности в измерениях постоянных и медленно меняющихся электрических полей в море. Сущность изобретения: трехкомпонентный измеритель электрического поля содержит корп/с, электроды, гидроканалы и гидроключ. Новым в устройстве является выполнение в корпусе сферической полости и исполнение гидро- - ключа в виде эластичной упругой оболочки, соединенной шпангомс источником пульсирующего давления. На сферической поверхности полости установлен тензоцатчик, соединенный с блоком регистрации и через таймер с приводом источника давления. В такте нагнетания оболочка заполняет полость и изолирует электроды друг от друга. В такте разрежения обеспечивается контакт электродов по цепи низкого сопротивления. 2 ил.

к электродам