Устройство для измерения напряженности импульсного электрического поля Советский патент 1993 года по МПК G01R29/12 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения напряженности импульсного электрического поля в условиях воздействия радиационных и электромагнитных помех, например при измерении электромагнитных полей пучков заряженных частиц в ускоренной технике.

Цель изобретения - повышение точности измерения напряженности импульсного электрического поля в условиях воздействия радиационной и электромагнитной помех.

Поставленная цель достигается тем, нто в устройство, содержащее датчик, кабельную линию связи (КЛ С) и регистратор, введены линия задержки на поверхностных акустических волнах (ЛЗ на ПАВ) и интегратор, что позволило исключить влияние на результаты измерений наводок на КЛС, образующихся при воздействии радиационной и электромагнитной помех, а также снизить искажения измеряемого поля путем гальванической и временной развязок датчика с КЛС и регистратором.

При действии на воздух пучком заряженных частиц в результате из торможения возникает так называемое тормозное излучение, кванты которого, в зависимости от энергии заряженных частиц, имеют энергию в диапазонах фото- и комптоновского взаимодействий. Под воздействием импульса этого излучения воздух ионизируется и становится проводящим, т.е. формируется нестационарная проводимость воздуха. Кроме того, КЛС при облучении ее импульсом ионизирующего излучения ведёт себя как твердотельный комптоновский детектор, т.е. между жилой и экраном возникает разность потенциалов, зависящая от энер00

ю о о

XI

гни падающих квантов и мощности дозы. При этом по КЛС потечет так называемый радиационный ток (радиационная наводка), сложение которого с сигналом датчика приводит к искажению или полной потере последнего.

Воздействующая на КЛС электромагнитная наводка через сопротивление связи также приводит к появлению разности потенциалов между жилой и экраном кабеля и тока электромагнитной наводки, которая, как и радиационная, приводит к искажению или потере сигнала датчика.

Наведенные в КЛС радиационный и электромагнитный потенциалы оказываются припожежшми не только к регистратору, но и к датчику, что приводит к существенному (из-за значительной длины облучаемого участка КЛС по сравнению с размерами датчика) искажению измеряемого электрического поля.

Введение задержки сигнала датчика на время действия радиационной и электромагнитной наводок на КЛС позволяет устранить их влияние как на сигнал датчика, так и на измеряемое электрическое поле, так как сигнал датчика после задержки пройдет по КЛС свободной от действия помех, а потенциалы помех придут в датчик уже после формирования им сигнала от измеряемого поля. Кроме того, выбор ЛЗ на ПАВ с диэлектрическим звукопроводом устраняет гальваническую связь КЛС с датчиком, что также уменьшает искажения электрического поля в месте установки датчика, поскольку снижает влияние заноса потенциала корпуса регистратора по экранной оболочке КЛС.

Выбор Л 3 на ПАВ устраняет радиационную наводку на ЛЗ, так как она обладает свойством радиационной стойкости.

Емкостный характер входного импеданса ЛЗ на ПАВ вместе с емкостным характером выходного импеданса датчика электрического поля обеспечивает их согласование в широком диапазоне частот, что также приводит к повышению точности измерений. Выбор величины отношения емкостей датчика Сд и входной емкости Сл ЛЗ на ПАВ по соотношению

Сл/Сд « 1

обеспечивает снижение влияния нестационарной проводимости воздуха на измерение напряженности электрического поля. Для доказательства этого утверждения составим баланс токов:

S - ток, натекающий не

4f-+«

пластины датчика из окружающего пространства;6Е,

0

5

0

5

S - ток, протекающий между пластинами датчика: 1и Сл -г-- ток в нагрузке, т.е. входной

емкости ЛЗ на ПАВ, где Е - напряженность измеряемого электрического поля;

с U

Ед -т- - напряженность электрического поля между пластинами датчика;

U, h - разность потенциалов и расстояние между пластинами датчика;

S - площадь пластин;

БО 8,85-10 12 ф/м - диэлектрическая проницаемость воздуха;

(t, Е (t)) - нестационарная проводимость невозмущенного датчика воздуха (зависит от величины напряженности электрического поля);

Од # (t.Efl(t)) - проводимость воздуха в промежутке между пластинами.

Уравнение баланса токов:

d E

|-Јо 1А +адЕд-|5+и

d E

dt

Ч-(7Е

или с учетом соотношений:

S Сд ЕО -т- - емкость датчика и

е Eh - э.д.с., обусловленная измеряемым электрическим полем, получим:

1 +

С. л dU

dt

+ °& ц- dЈ +а г + Ео U dt ЕоЈ

45

откуда видно, что при выполнении соотношения Сл/Сд « 1, уравнение приобретает вид

or

Јо

U

dЈ dt

+

to

(сгд scr, т.к. Ед s E) и решение этого уравнения U Ј , т.е. результата измерения U не зависит от проводимости воздуха. Однако из-за малой выходной емкости нарушается согласование ЛЗ с КЛС (сигнал дифференцируется), поэтому для восстановления формы сигнала в устройство введен интегратор, включенный между КЛС и регистром.

Таким образом, отличительным признаком изобретения являются:

-введение задержки сигнала датчика на время действия радиационной и электромагнитной наводок на КЛС. которое позволило устранить их влияние как на сигнал датчика, так и на измеряемое электрическое поле;

-выбор ЛЗ с диэлектрическим звукопрово- дом. что позволило устранить гальваническую связь КЛС с датчиком, а также снизить искажения электрического поля в месте ус- тановки датчика;

-выбор ЛЗ на ПАВ, что позволило устранить радиационную наводку на ЛЗ;

-введение интегратора, что позволило регистрировать сигнал, пропорциональный напряженности измеряемого электрического поля.

Линии задержки нашли широкое применение в измерительной технике, однако авторам не известны технические решения, в которых ЛЗ применялись для исключения влияния на результаты измерений наводок на КЛС, образующихся при воздействии радиационной и электромагнитной помех, а также снижения искажений измеряемого поля путем гальванической и временной развязок датчика с КЛС и регистратором.

На чертеже представлена структурная схема устройства, которое содержит последовательно соединенные датчик 1 электриче- ского поля, линию 2 задержки, кабельную линию связи 3, интегратор 4 и регистратор 5. Интегратор 4 и регистратор 5 располагаются в сооружении, защищающем их от воздействия радиационной и электромагнитной помех.

В качестве датчика электрического поля 1 могут быть использованы емкостные датчики с электродами, выполненными из воздухоэквивалентного проводящего мате- риала, например алюминия, или по а.с, № 145437.

В качестве линии задержки 2 может быть использована, например, широкопол лосная ЛЗ на ПАВ ,со-встречно-штыревыми- преобразователями и звукопроводом из монокристаллов ниобата линия (ЫМЬОз) или кварца (S102).

В качестве кабельной линии связи 3 использован радиочастотный кабель РК-75-9-12

длиной 20 м, а интегратора 4 - интегрирующая RC-цепочка. Регистратором может служить осциллограф с фотопристаокой, например С9-4А с фотоприставкой СФР-21.

При измерении напряженности электрического поля в присутствии ионизирующих излучений датчик 1 формирует сигнал, пропорциональный напряженности измеряемого поля, и передает его на вход ЛЗ 2, которая задерживает сигнал на время действия радиационной и электромагнитной помех на КЛС 3. Одновременно с действием электрического поля на датчик 1 на КЛС 3 действуют радиационная и электромагнитная помехи, распространяющиеся по ней как в сторону интегратора 4, так и ЛЗ 2, которая задерживает также помеху, освобождая датчик и измеряемое поле от занесения -напряжения помехи. После окончания действия помех на КЛС 3 сигнал передается по свободной от помех линии связи 3. Так как при переходе сигнала на ЛЗ 2 в КЛС 3 сигнал дифференцируется, то в интеграторе 4 он восстанавливается и подается затем на регистратор 5.

Таким образом, введение в устройство ЛЗ на ПАВ позволило повысить точность измерений напряженности электрического поля за счет исключения влияния на результаты измерений наводок на КЛС, образующихся при воздействии радиационной и электромагнитной помех, а также снижения искажений измеряемого поля путем гальванической и временной развязок датчика с КЛС и регистратором.

Формула изобретения

Устройство для измерения напряженности .импульсного электрического поля, содержащее датчик, линию связи и регистратор, отличающееся тем, что. с целью повышения точности измерений, в него введены линия задержки на поверхностных акустических волнах и интегратор, причем выход датчика через линию задержки на поверхностных акустических волнах соединен с входом линии связи, выход которой через интегратор, подключен к регистратору.

/

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения напряженности импульсного электрического поля в условиях воздействия радиационных и электромагнитных помех. Сущность: изобретение позволяет повысить точность измерений за счет исключения влияния на результаты измерений импульсных радиационной и электромагнитной помех, наводимых на линию связи, и снижения искажений, вносимых датчиком в измеряемое электрическое поле. Устройство состоит из последовательно соединенных емкостного датчика, линии задержки на поверхностных акустических волнах, кабельной линии связи, интегратора и регистратора. 1 ил.