Измерительный преобразователь напряженности электрического поля в море Советский патент 1983 года по МПК G01R29/12 

Изобретение относится к геоэлектроразведке а именно к устройствам для измерения напряженности постоянного и инфранизкочастотного электрического поля 8 морях и океанах.

Известно устройство для измерения напряженности электрического поля в проводящей среде, содержащее три взаимно ортогональных ги.проканала, выходы которых соединены с входами гидроключа, блок выделения разности потенциалов, входы которого соединены с изверительными электродами, первый. из которых помещен непосредственно в проводящую среду и установлен Не входе гидроключа, а второй установлен на выходе гидроключа. Принцип действия устройства основан на преобразовании измеряемой напряженности электрического поля в переменное напряжение , осуществляемое с помощью мех анического элемента (гидроключа), путем периодического прерывания токов провода1мости 1.

Недостатком устройства является технологическая слржйость элементов консарукции, обеспечивающих качественную работу прерыЪателя (гидроключа) .,

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является измеритель напряженности электрического поля, содержащий диэлектрический корпус, соединенный с механическим приводом и выполненный в виде двух вращающихся коаксиальных камер с погруженными в них кольцевыми электоолами, установленными на непод10вижной крышку и соедЫненнмми с регистратором, причем камеры сообщаются с внешней средой через диэлектрические трубки, образующие базу измерейия Г2.

15

Чувствительность этого устройства ограничена помехой, индуцированной в магнитном поле Земли завихрениями проводящей среды моря, образующимися при вращении в ней диэлектри20ческих трубок. Кроме того, большие размеры коаксиальных .камер, скользящих по неподвижной крышке и обеспечивающих при- этом высокую степень изоляции электродов от внешней сре25 ды и друг от друга, приводят к значительному росту энергопотребления измерительной системы в целом.

Цель изобретения - увеличение чувствительности устройства .и сниже30ние энергопотребления.

Поставленная цель достигается.тем что в измерительном преобразователе напряженности электрического поля в море, содержащем диэлектрический корпус, соединенный с механическим приводом, измерительные электроды и регистратор, диэлектрический корпус выполнен в виде полого геометрического тела обтекаемой формы со сквозным отверстием, расположенным в плоскос.ти, ортогональной оси вращения диэлектрического корпуса, причем первый измерительный электрод установлен во внутренней полости диэлектрического корпуса через изолирующий сальник,а второй - с внешней его стороны, выходы электродов подключены к регистратору через дополнительно введенный блок обработки информации, содержащий амплитудный и два синхронных детектора, управляющие входы которых соединены с квадратурными выходами системы синхронизации,

На чертеже показана структурная схема измерительного преобрг зователя.

Измерительный.преобразователь напряженности электрического поля в море состоит из диэлектрического корпуса 1, . выполненного в виде полого тела обтекаемой геометрической формы, на поверхности которого сделано сквозное отверстие 2, расположенное в плоскости, ортогональной оси вращения корпуса, механического привода 3, осуществляющего вращение корпуса по оси симметрии с частотой (А) , измерительного элект1 ода 4, введенного во внутреннюю полость корпуса через изолирующий сальник 5, и измерительного электрода 6, установленного с внешней-стороны корпуса.

Измерительные электроды 4 и б подключены к входу блока обработки информации 7 , содержсцдего амплитудный детектор 8, два синхронных детектора 9 и 10 и систему 11 синхронизации положения отверстия диэлектрического корпуса в пространстве. Управляющие входы синхронных детекторов подклк . чены к квадратурным выходам системы синхронизации, имеющим фазовый сдвиг опорных напряжений 90 между собо. Сигнальные входы всех трех детекторов запараллелены, их выходы соединены с регистратором 12,

Измерительный преобразователь напряженности электрического поля в море работает следующим образом.

При помещении диэлектрического корпуса 1,имеющего, например, форму шара в стационарное электрическое поле происходит обтекание шара током проводимости, т,е, искажение структуры однородного поля, В этом случае значение электрического потенциала в точке Л на входе сквозного отверстия 2, если ось Z ортогональна напpajвлeнию вектора напряженности по.ля Е, имеет вид .

f VEolac s-y,

где - условное значение потенциаJ ла в выбранной системе координат

ft, - радиус диэлектрического корпуса 1; у - угол между направлением векQ тора напряженности электрического поля Е и радиусомвектором в точке А, В зависимости от положения отверстия 2 в плоскости ХОУ значение угла может меняться от 6 до 360 и, еле довательно, при вращении диэлектрического корпуса под воздействием механического привода 3 потенциал if. изменяется с частотой вращения Ш , Этот потенциал через отверстие 2

и--проводящую среду, заполняющую внутреннюю полость диэлектрического корпуса, поступает на измерительный электрод 4, установленный неподвижно. Необходимая величина сопротивле5 ния утечки в месте вывода измерительного электрода 4 обеспечивается изолирующим сальником 5, так как сопротивление проводящей среды во внутренней полости корпуса достаточно мало,

0 Значение же потенциала в точке расположения измерительного электрода 6 постоянно. Поэтому разность потенциалов на выходе пары измерительных электродов 4-6 помимо постоянной

5 составляющей, величина которой определяется разностью собственных ЭДС измерительных электродов и базой измерения (направлением и размером отрезка прямой между электродами), соQ держит переменную составляющую с частотой U) , амплитуда которой пропор-, . .циональна величине напряженности электрического поля Е и размерам диэлектрического корпуса, а фаза направлению вектора IQ.

5 При постановке измерительногопреобразователя на дно моря.в стационарных условиях. направл.ение осей координат считается заданным, и если обозначить через об угол между осью

0 координат X и направлением вектора напряженности электрического поля Е, то выражение для переменного напряжения между измерительными электродами можно записать в виде

5 ; Uo--|EoQ5in(wltot).

Это напряжение поступает на блок обработки информации 7 и после вы. прямления амплитудным детектором 8 0 несет информацию о величине модуля вектора напряженности электрического поля в плоскости ХОУ,

Одновременно напряжение Uj., поступает на сигнальные входы синхронных 5 детекторов 9 и 10, управление которыми осуществляется двумя опорными напряжениями от системы синхронизации 11 положения отверстия 2 относительно осей координат, Опорные.напря жения формируются в моменты прохожде ния отверстия 2 через оси координат X и У и сдвинуты друг относительно :друга на 90. После перемножения полезного сигнала и опорных напряжений на синхрон ных детекторах получаем напряжения I - . . ЕО 5 wUut4-d(.) EoCJ-COS A U ; и,, «n(u)-t- -ciLXosu)t Eo-a-fiwa -y переменные составляющие которых филь руются, а постоянные составляющие поступают на выход и несут информацию о величине и направлении составляющих напряженности электрического поля в плоскости ХОУ. Напряжения с выходов всех трех де текторов поступают далее на регистра тор 12, . Таким образом, в измерительном преобразователе осущесгвляатся преоб разование измеряемого сигнала на . несущей частоте Ш , что позволяет избавиться от влияния на результат измерения разности собственных ЭДС измерительных электродов. Кроме того, в отличие от известных устройств измерительный преобразовательне име ет выступающих частей и при вращении не .вызывает завихрений в проводящей среде моря и, следовательно, не имеет на выходе индуцированной в магнит ном поле Земли помехи, что позволяет повысить чувствительность измеритель ной аппаратуры и уменьшить его габариты.: Величина трения подвижных элементов конструкции о неподвижные в изме рительном преобразователе невелика и определяется лишь соотношением диаметров вывода измерительного электрода 4 и выходного отверстия в изоли рующем хгальнике 5. Причем нет необходимости добиваться очень жесткого соотношения указайных диаметров, так как отнснление сопротивления проводядей среды в объеме дц1электрического корпуса и среды в зазоре изолирующего сальника в любом случае достаточно велико. Поэтомудля вращения диэлектрического корпуса требуется значительно меньшая мощность от источника энергопитания, чем в известном устройстве. Формула изобретения Измерительный преобразователь напряженности электрического поля в море, содержащий диэлектрический корпус, соединенный с механическим приводом, измерительные электроды -и ре- гистратор, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и снижения энергопотребления, диэлектрический корпус выполнен в виде полого геометрического тела обтекаемой формы со сквозным отверстием, расЛюложенным в плоскости ортогональной оси вращения диэлектрического корпуса, .причем первый измерительный электрод установлен во внутренней полости диэлектрического корпуса через изолирующий.сальник, а второй - установлен с внешней его стороны, выходы электродов подключены к регистратору через дополнительно введенный блок обработки информации, содержащий амплитудный и два синхронных детектора, управляющие входы которых соединены с квсшратурными выходами системы синхронизации. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР . 718808, кл. G 01 R 29/08, 1978. 2.Авторское свидетельство СССР ( 514249, кл. G 01 R 19/04, 1975 (прототип).