Способ измерения электрического поля в море Советский патент 1982 года по МПК G01R29/08 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКСТО .ПОЛЯ В МОРЕ

1

Изобретение относится к эпектрожз- мерительной технике и предназначено для использования при гидрофизических и геофизических исследованиях мщэового океана.

Известен способ измерения электрического поля в проводящей среде, иредусматривающий определение вектора; плотности тока проводимости через проем тороидального электромагнитаого приемника 11 .

Недостаток известного способа связан с необходимостью пересчета результатов измерения плотности тока проводимости в напряженность электрического поля через электропроводность среды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является контактный способ измерения электрического поля в море, основанный на фиксации разности электрических потенциалов в двух пространственно разнесённых точках водной среды и расчетном гэтределении напряженности электричёсКОГО ПОЛЯ на зафиксированной разности потенциалов и известной величины измерительной базы 12 .

В данном способе используется зависимость между разностью электричес-ч

ких потенциале® проекцией вектора плотности тока проводимости 6 на направление разноса выбранных точек, т. е, на направление измерительной базы:

fO

s ё

t cos ,

frV

- измерительная база (расстоягдение между точками измерения) ;

15 ek. - угол между направлением измерительной базы и вектором плотности тока проводимости; 6 - удельная электропроводность

среды.

JO

Структура электрического поля в море является чрезвычайно сложной, поскольку на нее воздействует большое количество различных источников. Можни выдели1Ъ два наийопее изученных вида электромаг нитных полей, наблюдаемых в море,эяектрЬмагннтное поле внешнего происхождения и электромагнитное поле морских течений. При использовании указанно го контактного способа измерения элект рической составляющей электромагнитног поля фшссируем,ая разность электрических потенциалов представляет собой сумму сигналов упомянутых источников. Порядо величин и спектральный состав этих сигналов примерно одинаков, что значительн зат|зу няет возможность их раздельного всследовання. Для этого осуществляется сложная постановка измерительной аппаратуры в дрейфе и на дне моря с последующей математической обработкой по- лучентлх результатов ъз ереккя. Цель изобретения - обеспечение во;зможности раздельного контроля компонентов электрического поля от внешних источников и от морских течений. Поставленная достигается тем, что в способе измерения электрического поля в море, основанном на фиксации разности электрических потенциалов в двух пространственно разнесенных точках водной среды и расчетном определении напряженности электрического поля по зафиксированной разности потенциалов и известной величине измерительной базы, в месте расположения измерителя осуществляют периодическую компев сашпо магнитного поля Земли с частотой превышающей верхний предел частотного диапазона контролируемых сигналов, после чего производят частотное разделение модулированного сигнала, выаааиного морскими течениями, и немо- дулированного сигйала, обусловленного внешними источниками. Предлагаемый способ ж:пальзует различия в природе, образования электрического поля в море под воздействием овдельных источников. Электромагнитные волны внешнего происхождения, связанные с переменными токами, возникающими в ионосфере и околоземной плазме, образуют в море электрическую составляющую обусловленную возникновением тока проводимости при распространении электромагнитной волны в проводящей среде. Электромагнитное поле морских течений образуется индуктивным путем при движении проводящей морской воды в магнитном поле Земли. При этом взаимодействие скоростных полей воды (однонаправленное движение противоположно заряженных ионов) с полем Земли характеризуется выражением Ё: УхВ , где Е - напряженность возникающего электрического поля; . V - скорость движения морской В - составляющая индукшш магнитндго поля Земли, ортогональная направлению скорости движения. При реализации предлагаемого способа в исследуемой области морского пространства создают пульсирующее с частотой:W однородное магнитное поле, направленное встречно магнитному полю Земли, т. е. осуществляют периодическую компенсацию последнего. Частота ком-, пенсации о выбирается значительно большей (минимум на порядок) верхнего предела частотного диапазона контролируемых сигналов. Вектор индукхши суммарного магнитного поля сохраняет при этом прежнее направлении, а по амплитуде преобразуется из постоянного в переменный. Согласно вьш1еприведенному выражению в этом случае при наличии течения в месте расположения измерителя образуется модулированное электрическое поле, частота модуляции которого равна а(,а амплитуда пропорциональна напряженности составляющей поля, возникающей под воздействием морских течений. Измерительные электроды, предназначенные для измерения разности электрических потенциалов, располагают в указанной области на известном расстоянии друг от друга (базе измерения) и с их выхода фиксируют сигнал, представляющий собой сумму немодулированного сигнала от внешних .(ионосферных) источников и модулированный сигнал от полей течений. Таким образом, осуществляется перенос спектра сигнала от одного из источников (течений) в область более высоких частот. Соответствующая аппаратура осуществляет частотное разделение контролируемых сигналов. Практическая реализация предлагаемого способа измерения возможна на основе измерителей электрическогЬ поля, использующих малые базы измерения, геометрические размеры которых позволяют поместить их во внутреннюю область источника локального магнитного ПОЛЯ, свободную для доступа движущейся морской воды. Величина индук ши компенсирующего магнитного поля выбирается величины индуквди поля Земли с учетом замыкающих свойс окружающей источник внещней средь. . Предлагаемый способ измерения может найти применение для повышения точности магнитотеллургйческих зондирований. Формулаиаобретения Способ измерения электрического поля в море, основанный на фиксации разности электрических потеншалЬв в двух пространственно разнесенных точка водной среды и расчетном iопределении. напряженности электрического поля по зафиксированной разности потенциалов и известной величине измерительной базы, отличающийся тем, 34 что, с целью обеспечения возможности раздельного контроля компонентов поля от внешних источников и от морских течений, в месте расположения измерителя осуществляют периодическую компенсацию магнитного поля Земли с частотой, превьпиающей верхний предел частотного диапазона контролируемых сигналов, после чего производят частот ное разделение модулированного сигнала, вызванного морскими течениями, и немодулированного сигнала, обусловленного внешними источниками. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство (ХСР № 3170ОЗ, кл. O01R 29/08, 1970. 2.Лейкис Д. И., Кабанов Б. Н. Нетюляризующиеся электроды для измерений малы разностей поте шиалов в море. Труды института океанологии АН СССР т. XIX , 1956, с. 112-116,