Устройство для регистрации векторных свойств электрического поля объекта Советский патент 1980 года по МПК G01R29/12 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при исследовании электрических полей, создаваемых раз личными объектами в диапазоне от нуля герц до радиочастот, а также в системах опознавания образцов, передачи информации -на расстояние, коммутации сооб1вений по пpoвoдны л каналам связи и в других случаях, где возникает необходимость обеспечения высокой чувст вительности и избирательности регистрирующего устройства к информативным признакам сигналов, являющихся как функциями времени, так и функциями пространственных координат. Известно устройство для исследования злектрического поля, выполненное в виде совокупности чувствительного зонда, стержневого зондодержателя и электрода (jT) . Недостаток подобного зондового измерителя состоит в невозможности изменения его структурных (геометрических) свойств под воздействием электрического поля. Это создает дополнительную нагрузку на систему регистрации и не обеспечивает ее высокого быстродействия. Кроме того, нарушаются условия непрерывности поля в месте его регистрации, что приводит к снижению чувствительности и избирательности устройства. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для регистрации векторных свойств электрического поля объекта, содержащее зонд, выполненный в виде электронно-лучевого прибора, злектроды которого подключены к выводам одного из блоков автономных источников питания, блоки настройки, индикатор 2 . Недостаток известного устройства заключается в том, что при его использовании распределенные в пространстве характеристики электрического поля (напряженность, потенциал, смещение) отображаются только как функции времени t. Пространственная же информация о характеристиках электрического поля может быть выявлена лишь по истечении определенного времени, что исключает решение задачи, связанной с определением текущих характеристик поля одновременно в координатах X, у, Z , t. Наличие указанных ограничений приводит такте к существенному снижению чувствительности известного устройства. Целью изобретения является повышение чувствительности и избирательности устройства для регистрации векторных свойств электрического поля объек та, а также увеличение его быстродействия. Цель достигается тем, что в устрой стве для регистрации векторных свойст электрического поля объекта, содержащем зонд, выполненный в виде электроннолучевого, прибора, электроды которого подключены к выводам одного из блоков автономных источников питания, блоки настройки, индикатор, в качестве электронно-лучевого прибора использован политрон, причем управляющие пластины политрона связаны между собою через резистор, одна из управляющих пластин соединена с основным анодом, а другая выполнена с возможностью подключения к исследуемому объ екту, функциональные пластины соединены с выводами соответствующих блоков настройки, коллекторные пластины подключены ко входным зажимам индика тора, а питающие входы блоков настро ки соединены с выводами другого блока автономных источников питания, гальванически связанных с основным анодом. На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого устройства. Основу устройства составляет поли трон 1, в котором роль зонда выполня ет электронный пучок, способный изме нять свою геометрию под воздействием электрического поля. Политрон включает катод с косвенным каналом 2. Электроны, эмитируемы катодом, формируются в расфокусирова ный электронный пучок 3 с помощью электронного прожектора, который состоит из модулятора 4, ускоряющего электрода 5, первого (вспомогательно го) зонда (на чертеже не обозначен), второго (основного) анода 6, Необходимые градации напряжений на электро дах 2, 4, 5 и устанавливаются с помощью блока, автономных источнико питания. От этого же блока подается питание на корректирующие пластины 8, предназначенные для установки пуч ка в направлении оси у. Последняя пр изводится с таким расчетом, чтобы электроны пучка одновременно попадал как на одну, так и на другую коллекторные пластины 9 и 10, выполняющие роль мишени, регистрирующей процесс деформации пучка, а также его переме щения в делом. В направлении оси х пучок 3 перемещается с помощью пары управляющих пластин 11. В процессе движения пучк 3 в направлении оси х на него дополнительно действуют функциональные пластины 12, расположенные по обе ст роны пучка попарно. В конструкции по литрона имеется десять пар функцио-: нальных пластин. Напряжения на функциональных пластинах 12 устанавлившотся с помощью блоков 13 настройки, которые в данном случае представлены группой спаренных потенциометров, подключенных к блоку 14 автономных источников питания. Существенно важным является то, что источники питания блока 14 гальванически связаны со вторым анодом б только в одной точке. При достаточно сильном поле, создаваемом объектом, гальваническая связь между блоком 14 и вторым анодом б может полностью отсутствовать. Индикатором 15 сигнала в данном случае является обычный катодный осциллограф, с помощью которого фиксируется сигнал в одном из сопротивлений нагрузки (16 или 17), включенных в цепь коллекторных пластин 9 и 10. Можно также воспользоваться дифференциальной схемой, использующей разностный ток в нагрузках. Устройство работает следующим образом. Сформированный в вакууме электронный пучок 3 пере 1еща8тся под действием электрического поля, образованного системой электродов 4, 5, 6, 8, 11 и 12 в определенном направлении, меняя при этом свою геометрическую конфигурацию по всем трем координатам X, у, Z. Изменение геометрической конфигурации пучка приводит к изменению характера перераспределения образующих его электронов, воспринимаемых коллекторными пластинами 9 и 10, гальванически связанными с анодом 6, входяадим в состав электронного прожектора, формирующего пучок. Таким образом, устанавливается обратная связь между граничными условиями, заданными на электродах политрона, и результатом реакции электронов пучка на эти условия. Характерной особенностью такой связи является то, что ее действие проявляется как во временных t, так и в пространственных координатах х, у, Z, которые от времени не зависят. Одним из основных условий нормального функционирования предлагаемого устройства является отсутствие заземления нулевого зажима осциллографа. Испытуе1 Фай объект 18 подключается к устройству олним проводом, причем между управляющими пластинами 11 включается резистор 19. Схема работает только при условии строгого соблюдения режимов питания электронного прожектора, которые обеспечиваются источниками блока 7. Основным критерием, обусловливающим нормальный режим питания, являет ся возникающий в схеме процесс автоколебаний, происходящий на основной или доминирующей частоте изменения внешнего электрического поля. Характерным для режима автоколебаний является, например, то, что от:ключение объекта 18 нарушает этот режим, а повторное его включение не приводит к восстановлению автоколеба ний. Для восстановления автоколебани при повторном включении объекта 18 необходимо выключить и повторно вклю чить питание электронного прожектора Возможны и другие варианты срыва и последующего возбуждения автоколебательного режима. Изменение положения блоков настро ки 13 может производиться как вручную, так и автоматически. Каждьгй из десяти опаренных потенциометров, слу жащих органами настройки, последовательно устанавливается в положение от make до тип. Это позволяет путем целенаправленного выбора граничных условий нормировать характеристики регистрируемого поля по заранее выбранным признакам. Экспериментально было установлено что изменение значения сопротивления на каждой паре функциональных пластин на 0,1 его величины дает заметное изменение характера воспроизводимой зависимости, которая может быт представлена соответствующим вектором сигнала на выходе системы регистрации. Отсюда следует, что при десяти парах функциональных пластин можно получить вариантов выходных векторов, которые могут быть сопоставлены такому же числу векторов управления, задаваемых с помощью органов управления - группы потенциометров. Вследствие непрерывности поля вектор на входе систе м регистрации (со сто роны объекта) и вектор в канале управления находятся во взаимооднознач ном соответствии. Следовательно, во взаимооднозначном соответствии будут находиться векторы на входе и выходе системы, в случае взаимооднозначности векторов на входе, в канале управления и на выходе все устройство в целом будет обладать идеальной избирательностью. При этом число 10 можно рассматривать как количественную характеристику чувствительности системы к положению ее органов настройки. Формула изобретения Устройство для регистрации векторных свойств электрического поля объекта, содержащее зонд, выполненный в виде электронно-лучевого прибора, электроды которого подключены к выводам одного из блокбв автономных источников питания, блоки настройки, индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, избирательности и быстродействия в качестве электронно-луче-. вого прибора использован политрон, причем управляющие пластины политрона связаны между собою через резистор, одна из управляющих пластин соединена с основным анодом, а другая выполнена с возможностью подключения к исследуемому объекту, функциональные пластины соединены с выводами соответствующих блоков настройки, коллекторные пластины подключены ко входным зажимам индикатора, а питаклцие входы блоков настройки соединены с выводами другого блока автономных источников питания, гальванически связанных с основным анодом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Илюкович А. М. Техника электрометрии. М. , Энергия, 1976, с. 330331. 2.Там же, с. 334.