Устройство для измерения напряженности электрического поля Советский патент 1993 года по МПК G01V3/06 

Изобретение относится к области геоэлектроразведки и может быть использовано для измерения напряженности переменного электрического поля в воздухе.

Цель изобретения - повышение чувствительности, а также уменьшение габаритов при заданной чувствительности.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для измерения напряженности электрического поля, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу магнитомодуляционного преобразователя; на фиг. 3 - эффективность системы электродов в зависимости от их чисел и геометрических размеров.

Устройство для измерения напряженности электрического поля (фиг. 1) содержит тороидальный сердечник 1, катушку подмаг- ничивания 2, источник постоянного тока 3, катушку 4 колебательного контура, электрический экран 5, п катушек связи 6, п пар электродов 7, конденсатор колебательного контура 8, конденсатор связи 9, генератор высокой частоты 10, детектор 11, магнитный экран 12, выход 13.

На тороидальном сердечнике 1 размешена катушка подмагничивания 2, подключенная концом к второму выходу источника постоянного тока 3. На свободной части тороидального сердечника 1 размещена катушка 4 колебательного контура, соединенная последовательно с катушкой подмагничивания 2 и имеющая с ней одинаковое направление обмотки. Катушка 4 колебательного контура покрыта электрическим экраном 5, представляющим собой слой металлобумажной ленты, по поверхности которого намотаны в виде слоев и в одном направлении п катушек связи 6, соединенных с выводами п пар электродов 7. Причем электроды в парах, соединеннее

со

2

О СО

ел

со

с концами катушек связи 6, расположены с одной стороны тороидального сердечника 1, а электроды в парах, соединенные с началами этих катушек, расположены с противоположной стороны тороидального сердечника 1. Параллельный колебательный контур образован конденсатором 8 ко- лебательного контура и катушкой 4 колебательного контура, при этом конец катушки колебательного контура подключен через конденсатор связи 9 к второму входу генератора высокой частоты 10, первый вход которого соединен с первым выходом источника постоя иного тока 3 и началом катушки 4 колебательного контура. Выход генератора высокой частоты 10 подключен к входу детектора 11. Все элементы устройства, исключая п пар электродов 7 и источник постоянного тока 3, заключены в магнитный экран 12, при этом тороидальный сердечник 1 расположен с магнитным экраном 12, имеющим форму цилиндра, коаксиально. Выход детектора 11 соединен с выходом 13 устройства.

Устройство работает следующим образом. Под действием электрического поля с напряженностью Е и частотой QB цепи каждой пары электродов наводится ток с амплитудой I+E Q С, где С - собственная емкость пары электродов. Суммарный магнитный поток, создаваемый в сердечнике катушками связи 6, изменяет магнитную проницаемость Мд (см. фиг. 2). В результате напряжения UK на колебательном контуре и напряжение на выходе генератора высокой частоты 10 оказываются промодулирован- ными по закону измерения электрического поля,

Для неискаженных измерений в прототипе должно выполняться по крайней мере

; условие 10 Т Q , где Т - время формирования отсчета. За время Т при этом будет формироваться один отсчет Nj TjfT, где t - длительность импульса на выходе формирователя 6 известного устройства, fT - частота на выходе генератора тактовых импульсов

п т 2тг этого устройства. При Т 1Г| Q времяимпульсный преобразователь имеет дискрет измерения, равный одному импульсу, которому соответствует выражение ДР 10l2W2 АС1 тгСз Л/1тт

где Wi и Wi - число витков соответственно дополнительной обмотки и обмотки подмагничивания;

Сз - собственная емкость пэры электродов;

0

5

С2 - амплитуда тока пилообразной формы с периодом Т.

Для предлагаемого устройства по частотному выходу аналогичная величина определяется по формуле

ЛЕ2 ЖС2 W К где IK - длина намотки катушек связи 6;

W - число витков каждой катушки связи;

п - суммарная емкость п пар электродов 7,

К - коэффициент преобразования магнитно-модуляционного преобразователя.

Принимая во внимание назначение и параметры элементов прототипа и данного

AEi

устройства, получаем отношение

5

в зависимости от числа пар электродов п, их геометрических размеров (см, фиг, 3), при условии равенства fr f, где f - частота генератора высокой частоты 10, и равенство объемов, занимаемых электродами в том и другом случае. На фиг. 3 введены следующие обозначения: Н - межэлектродное расстояние, г - радиус сечения электродов, I - длина электрода.

5

Формула изобретения Устройство для измерения напряженности электрического поля, содержащее размещенную на тороидальном сердечнике катушки подмагничивания, источник постоянного тока, второй выход которого соединен с концом катушки подмагничивания, а также детектор, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, а также обеспечения возможности уменьшения габаритов при заданной чувствительности, дополнительно содержит п изолированных одна от другой пар электродов, электроды в каждой паре ориентированы соосно, размещены по разные стороны тороидального сердечника и соединены с выводами соответствующей катушки связи, на тороидальном сердечнике размещена катушка колебательного контура, соединенная последовательно с катушкой подмагничивания, причем обе эти катушки намотаны в одном направлении, п катушек 0 связи выполнены в виде многослойной обмотки, намотанной в одном направлении в п слоев, и размещенной на поверхности электрического экрана, которым покрыта катушка колебательного контура, начало последней соединено с первым выходом источника постоя иного тока и первым входом генератора высокой частоты, второй вход которого через конденсатор связи подключен к точке соединения катушек колебатель0

5

0

5

ного контура и подмагничивания, выход генератора высокой частоты соединен с детектором, причем параллельно катушке колебательного контура подключен конденсатор колебательного контура, при этом элементы устройства, исключая п пар электродов и источник постоянного тока, заключены в магнитный экран.

V

Использование: в области геоэлектроразведки с измерением напряженности переменного электрического поля. Сущность: в устройство входят тороидальный сердечник, на котором размещены соединенные последовательно катушка колебательного контура и катушка подмагничивания, подключенные выводами к источнику постоянного тока. Несколько пар электродов с соосной ориентацией соединены с выводами катушек связи, размещенных на поверхности электрического экрана, отделяющего катушки связи от катушки колебательного контура, соединенной выводами с конденсатором колебательного контура. Связь колебательного контура и генератора высокой частоты, выход которого соединен с входом детектора, осуществляется через конденсатор связи, при этом все устройство, за исключением пар электродов и источника постоянного тока, заключено в магнитный экран.3 ил. СО С