Трехкомпонентный датчик электрического поля в проводящей среде

 

TPEXKGMnOHEHTHbtfi ДАТЧИК , ЭЛЕКТРШШСКОГО ПОЛЯ В ПРОВОДЯЩЕЙ СРЕДЕ , состоящий из первичного преобразователя , согласующих трансформаторов и дифференциальных усилителей, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности измерений при одновременном уменьшении количества измерительных электродов, устранении взаимного шунтирования измерительных каналов и возможности установки первичного преобразователя датчика на движущихся объектах, первичный преобразователь выполнен в виде четырех идентичных проводяпщх сферических сегментов, расположенных на поверхности шарового гермоотсека так, что центры сегментов лежат в вершинах тетраздра, согласующие трансформаторы выполнены с двумя идентичными вторичш;1ми обмотками, их перв.ичные обмотки соединены в четырехлучевую звезду, лучи которой подключены к измерительным злектродам, одна из вторичных обмоток согласующего трансформатора первого иэмеритель .иого канала соединена последовательно-встречно с одной из вторичных обмоток согласующего трансформатора второ о измерительного канала, а i другая вторичная обмотка согласующе (Л го трансформатора первого измерительного канала соединена последовательно-согласно с другой вторичной обмоткой согласующего трансформатора второго измерительного канала и последовательно-встречно с вторичными обмотками согласующего т-рансформатора третьего измерительного канала, вторичные обмотки согласующего трансфор00 4 матора четвертого измерительного ка . нала соединены последовательно-сон1 гласно .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А (19) (И) уи G 01 Ч 3/Об

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н двторСному СаиДетепьСтем

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ИО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3461335/18-25 (22) 02.07.82 (46) 15.10.83, Вюл. Ф 38 (72) В.Н. Кудин, Е .Ф. Зимин, О.В. Коробков и Е.А. Клемин (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 550.83(088,8) (56) 1 . Авторское свидетельство, СССР

9 622025, кл . 6 01 V 3/06, 1977.

2 . Патент США Р 3641427, кл . 24, опублик . 1978 (прототип) . (54) (57) ТРЕХКОМПОНЕНТНЫЙ ДАТЧИК

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НОЛЯ В ПРОВОДЯЩЕЙ СРЕДЕ, состоящий из первичного преобразователя, согласующих трансформаторов и дифференциальных усилителей, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности измерений при одновременном уменьшении количества измерительных электродов, устранении взаимного шунтирования измерительных каналов и возможности установки первичного преобразователя датчика на движущихся объектах, первичный преобразователь выполнен в виде четырех идентичных проводящих сферических сегментов, расположенных на поверхности шарового гермоотсека так, что центры сегментов лежат в вершинах тетраэдра, согласующие трансформаторы выполнены с двумя идентичными вторичнйми обмотками, их первичные обмотки соединены в четырехлучевую звезду, лучи которой подключены к измерительным электродам, одна из вторичных обмоток согласующего трансформатора первого измеритель.ного канала соединена последовательно-встречно с одной иэ вторичных обмоток согласующего трансформатора второго измерительного канала, а другая вторичная обмотка согласующего трансформатора первого измерительного канала соединена последовательно-согласно с другой вторичной обмоткой согласующего трансформатора второго измерительного канала и последовательно-встречно с вторичными обмотками согласующего трансформатора третьего измерительного канала, вторичные обмотки согласующего трансформатора четвертого измерительного ка-! нала соединены последовательно-согласно.

1 1О

Изобретение относится к измерительной технике, применяемой при геофизических исследованиях Мирового.

Океана, в геоэлектроразведке, в част ности к измерению электрической составляющей естественного электромагЪ нитного поля и теллурических токов в морской среде и грунте, и может быть использовано для поиска и обнаружения подводных и затонувших объектов .

Известен трехкомпонентый датчик переменного электрического поля, содержащий три идентичных однокомпонентных датчика переменного электрического поля, расположенных так, что их оси чувствительности взаимно ортогональны, а геометрические центры совмещены. Датчик содержит также тороидальные катушки индуктивности (согласующие трансформаторы) и разреэные проводящие сердечники (измерительные электрода), предназначенные для одновременного измерения трех взаимно ортогональ ых составляющих вектора напряженности электрического поля 3 1 ).

Недостатками данного датчика являются использование шести измерительных электродов, когда для одновременного измерения трех составляющих вектора напряженности электрического поля -достаточно четырех, невозможностью установки датчика на движущихся объектах вследствие необтекаемости формы. первичного преобразователя, низкая чувствительность и точность измерения составляющих электрического поля, обусловленная взаимным шунтированием однокомпонетных датчиков. Для устранения взаимного шунтирования однокомпонентных датчиков измерительные. пары электродов датчиков должны быть разнесены на расстояние не менее десяти измерительных баэ,что приводит к снижению точности измерения составляющих векторов напряженности электрического поля в выбранной точке исследуемого пространства проводящей среды.

Известны трехкомпонентные датчики, представляющие собой три однокомпонентных датчика электрической составляющей электромагнитного оля в проводящей среде, оси чувствитсльности которых расположены взаимно ортогонально и имеют низкую чувствительность и точность одновременного измерения составляющих вектора напряженности электрического поля вслед4S44O

5 !

О

,20

55 ствие взаимного шунтирования однокомпонентных датчиков.

Наиболее близким к предлагаемому является трехкомпонентый датчик электрического поля, предназначенный для одновременного измерения трех составляющих вектора напряжен- . ности электрического поля в проводящей среде, содержащий первичный преобразователь, выполненный в виде трех пар квадратных пластинчатых электродов, расположенных на противоположных гранях диэлектрического куба, и усилительно-измерительные. каналы. Сигнал с каждой пары электродов через согласующие трансформаторы поступает на дифференциальный усилитель, с выхода которого передается по телеметрической линии связи на компьютер или регистрирующий прибор. Известный датчик имеет три измерительных канала и представляет собой три однокомпонентных датчика, оси чувствительности которых взаимно ортогональны. Этот датчик электрического поля в проводящей среде содержит первичный преобразователь и усилительно-измерительные каналы (2 1.

Недостатками извесвтного датчика являются использование в первичном преобразователе шести измерительных электродов, когда для одновременного измерения трех составляющих вектора напряженности электрического поля достаточно четырех, невозможность установки такого первичного преобразователя на движущихся объектах вследствие необтекаемости формы куба, низкая чувствительность и точность измерения составляющих вектора напряженности электрического йоля, обусловленная взаимным шунтированием г измерительных каналов .

Цель изобретения — увеличение чувствительности и точности измерений при одновременном уменьшении количества измерительных электродов, устранении взаимного шунтирования измерительных каналов и возможности установки первичного преобразователя на движущихся объектах.

Поставленная цель достигается тем, что в трехкомпонентпом датчике электрического поля в проводящей среде, состоящем иэ первичного преобразователя, согласующих трансформаторов и дифференциальных усилнтелей, первичный преобразователь датчика выполнен в виде четырех идентичных прово10484

3 дящих сферических сегментов, расположенных на поверхности шарового гермоотсека так, что центры сегментов лежат в вершинах тетраэдра, согласующие трансформаторы выполнены с двумя идентичными вторичными обмотками, их первичные обмотки соединены в четырехлучевую звезду, лучи которой под- ключены к измерительным электродам, одна из вторичных обмоток согласующего трансформатора первого измерительного канала соединена последовательно-встречно с одной из вторичных обмоток согласующего трансформатора второго измерительного канала, а другая вторичная обмотка согласующего трансформатора первого измерительного канала соединена IIo следовательно-согласно с другой вторичной обмоткой согласующего транс20 форматора второго измерительного канала и последовательно-встречно с вторичными обмотками согласующего трансформатора третьего измерительного канала, вторичные обмотки согласующего трансформатора четвертого измерительного канала соединены,последовательно-согласно.

На фиг. 1 изображен. первичный преобразователь предложенного трехкомпонентного датчика, общий вид; на фиг. 2 — то же, при симметричном расположении электродов относительно осей ординат; на фиг. 3 — блоксхема трехкомпонентного датчика.

Трехкомпонентный датчик состоит иэ первичного преобразователя с измеФ рительными электродами 1-4, шаровым гермоотсеком 5, согласующими трансформаторами 6-9 и дифференциальными усилителями 10-12. Измеритель- 40 ные электроды 1-4 подключены к первичным обмоткам согласующих трансформаторов 6-9, соединенных в звезду. Одна из вторичных обмоток согласующего трансформатора 6 соединена 4> последовательно-встречно с одной иэ вторичных обмоток согласующего трансформатора 7, выводы обмоток подключены ко входу дифференциального усилителя 10. Другая вторичная обмотка согласующего трансформатора 6 включена последовательно-согласно с другой вторичной обмоткой согласующего трансформатора 7 и последовательновстречно с вторичными обмотками согласующего трансформатора 8, выводы обмоток подключены,ко входу дифференциального усилителя 11. Вторич40 4 ные обмотки согласующего трансформатора 9 соединены последовательно-согласно, выводы обмоток подключены ко входу дифференциального усилителя 12.

Датчик функционирует следующим образом.

При расположении измерительных электродов первичного преобразователя относительно осей декартовой системы координат согласно фиг. 1 сигнал с измерительных электродов

1-4 соответственно имеет вид:

U =ЬР Е cos30.соэ 19 30 +Е cos60

<со5 19 30 + E cos 10 30

002 = п Е cos 30 cos 19 90 - Я соз 60 х

61 к 3

«os19 ъо — E cos 10 30 )

U оВ (е„сов1я зо -E sos о зо }

U04» ПДБ E где п — коэффициент преобразования первичного преобразователя датчика; базовое расстояние измерительных электродов датчика;

Ек,Е„,Š— соответствующая составляющая

° вектора напряженности электрического поля по осям декартовой системы координат.

Сигнал с измерительных электродов 1-4 поступает на первичные обмотки согласующих трансформаторов 6-9, соединенные в четырехлучевую звезду .

Вторичные обмотки согласующих трансформаторов соединены так, что на вход .дифференциального усилителя 10 поступает сигнал:

К(С1 - )=2 К n0 . Е„со530 соБ 49 30, на вход дифференциального усилителя

1! поступает сигнал:

К(2003 Оо (/0 ) и б Е э f9 30 а на вход дифференциального усилителя 12 поступает сигнал

2К00 = 2К Об Е2 где К вЂ” коэффициент трансформации согласующих трансформаторов.

С целью получения на выходе дифферейциальных усилителей 10-12 сигналов пропорциональных трем взаимно ортогональным составляющим вектора напряженности электрического поля коэффициенты усиления дифференциальных усилителей 10-12 выбрз|ва в соотношении 3:1:1,414.

1048440

Техническую эффективность изобретения составляет повышенная чувствительность первичного преобразователя и точность измерения составляющих вектора напряженности электрического поля при одновременном уменьшении количества измерительных электродов и исключении взаимного шунтирования измерительных каналов датчика, а также возможность установки первичного преобразователя устройства на движущихся объектах. Экономический эффект от использования

Фили г.ужгород,ул.Проектная,4 изобретения определяется возможностью достижения высокой точности результатов при проведении научно-исследовательских и изыскательских работ в области геофизических исследований океана, геоэлектроразведки и поиска и обнаружения подводных и saтонувших объектов, связанных с необходимостью одновременного измерения

10 составляющих вектора напряженности электрического поля в выбранной точке исследуемого пространства морской среды или грунта.