Датчик электрического поля Советский патент 1981 года по МПК G01R29/12 

(54) ДАТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения напряженности постоянных и переменных электрических полей. Известны датчики электрического поля, содержащие модулятор в виде дву сегнетоэлектрических пластин с электродами возбуждения, пластины включены в балансную схему, а электроды возбуж дения подключены к генератору возбуждения . Для существенного изменения диэлек рической проницаемости сегнетоэлектрика нужны напряженности поля управ ления, составляющие несколько тысяч вольт на сантиметр, что требует подведения очень большой мощности в цепь возбуждения. Наличие скачков Баркгаузена в сегнетоэлектриках приво дит к значительному повышению уровня шумов и снижению чувствительности. Наиболее близким к предлагаемому является датчик электрического поля, содержащий два соосных проводника, проходящих через отверстия ферритовых тороидов с последовательно соединенными выходными обмотками-, проводники электрически связаны между собою посредством модуляторного узла, выполненного в виде сегнетоэлектрических пластин, боковые поверхности которых перпендикулярны к продольным осям проводников i,2. Известные датчики характеризуются большой потребляемой мощностью и недостаточной чувствительностью. Цель изобретения - уменьшение потребляемой ющнocти и повышение чувствительности. Поставленная цель достигается тем, что в датчике электрического поля , содержащем два соосных проводника, проходящих через отверстия ферритовых тороидов с последовательно соединенными выходными обмотками,проводники электрически связаны между собой посредством модуляторного узла. соединенного с генератором возбуждения модуляторный узел выполнен в виде ферритового кольца с обмоткой, а само кольцо охвачено параллельно включенны(ми замкнутыми электрическими контурами, образованными последовательно соединенными электродами, конденсаторами и варикапами, причем пара противоположных узлов каждого из этих контуров электрически соединена с соосными проводниками, другая пара узлов каждого из контуров через дроссели соединена с источником постоянного смещения, а обмотка ферритового кольца соединена с выходом генератора возбуждения. На фиг. 1 схематично изоЬражена конструкция датчика; на фиг. 2 - то же, разрез со схемами электрических контуров. Датчик состоит из двух соосных про водников 1 и 2, проходящих через от- верстия ферритовых тороидов 3 и 4 с последовательно соединенными выходными обмотками 5 и 6. Проводники электрически связаны между собою посредством модуляторного узла, выполненного в виде ферритового кольца 7 с обмоткой 8, которая связана с выходом гене ратора 9 возбуждения. Кольцо охвачено замкнутыми электрическими контурами 10, образованными электродами 1114, конденсаторами 15 и варикапами 17 и 18. К электродам 12 и Ш подключен положительный полюс источника 19 постоянного смещения, отрицательный полюс которого заземлен ..Между электродами 11 и 13 включены два последовательно соединенных одинаковых высокочастотных дросселя 20 и 21, точ ка соединения которых заземлена. Датчик работает следующим образом. При подключении источника 19 посто янного смещения к электродам 12 и 14 варикапы 17 и 18 находятся в закрытом состоянии, поскольку электроды 11 и 13, будучи заземлены, находятся по постоянному току под нулевым потенциалом, в то время как потенциал электродов 12 и 14 вьаие потенциала земли. Поскольку напряжение приложено к варикапам 17 и 18 в запирающем направлении, они ведут себя как конден саторы, величина емкости которых опреде ляется емкостью р-п перехода и зависит напряжения, приложенного к варикапам При протекании через обмотку 8 то , от генератора 9 возбуждения с частот W в ферритовом кольце 7 возникает переменный магнитный поток возбуждения Фв с частотой Cf . Поскольку электрический контур, образованный электродами 11-И, конденсаторами 15 и 16 и варикапами 17 и 18, охватывает ферритовое кольцо 7 с переменным магнитным потоком, в нем индуктируется вихревое электрическое поле (фиг.2, пунктир) , с напряженностью Е и частотой чл) , которое создает ни варикапах 17 и 18 переменное электрическое напряжение с частотой , что приводит к изменению емкостей варикапов с частотой ЧР . Величина емкостей конденсаторов 15 и 16 выбирается много больше емкостей варикапов 17 и 18. Таким образом, емкостная связь между проводниками 1 и 2 определяется суммарной емкостью всех варикапов, так как реактивными сопротивлениями конденсаторов 15 и 1б можно пренебречь, поскольку их емкость много больше емкостей варикапов, а реактивные сопротивления высокочастотных дросселей 20 и 21 на частоте аи выбираются большими, чем реактивные сопротивления варикапов. Таким образом, имеет место модуляция емкости по периодическому закону. Это приводит при наличии внешнего измеряемого поля Е к появлению в проводниках 1 и 2 переменной С2 ставляющей электрической индукции D с частотой Oi и с амплитудой, пропорциональной Е Поток переменной индукции D создает в ферритовых тороидах 3 и 4 переменный магнитный поток, величина которого определяется первым уравнением Максвеллагде L - контур, выбранный внутри тороида 3(4); S - площадь поперечного сечения проводника 1(2). Это переменное магнитное поле создает в выходных обмотках 5 и 6 ЭДС, величина которой равна Е S Hds, число витков обмотки 5(6); где V Ло 47Г- IO-Гк/м; относительная магнитная проницаемость материала ферритового тороида 3(4); поперечное сечение ферритового тороида 3(4).

Наличие емкости конденсатора 22 позволяет обеспечить в выходном контуре резонансный режим, что увеличивает коэффициент преобразования.

При испытании опытного образца, выходное напряжение составило 0,1 В при напряженности измеряемого поля 1 мВ/м, полоса частот регистрируемых внешних электрических полей при неравномерности 3 дБ - от О до 20000 Гц,

Формула изобретения

Датчик электрического поля, содержащий два соосных проводника,проходящих через отверстия ферритовых тороидов с последовательно соединенными выходными обмотками, проводники . электрически связаны между собою посредством модуляторного узла, соединенного с генератором возбуждения, отличающийся тем, что.

с целью снижения потребляемой мощности и повьпиения чувствительности, модуляторный узел выполнен в виде ферритового кольца с обмоткой, а само коль1(о охвачено параллельно включенными замкнутыми электрическими контурами образованными последовательно соединенными электродами, конденсаторами и варикапами, причем пара противоположных узлов каждого из этих контуров соединена с соосными проводниками, другая пара узлов каждого из контуров через дроссели соединена с источником постоянного смещения, а обмотка ферритового кольца соединена с выходом ге-. нератора возбуждения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

/

фаг. г