Датчик для одновременного измерения трех составляющих вектора напряженности электрического поля в проводящей среде

 

ДАТЧИК ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТРЕХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВЕКТОРА НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ПРОВОДЯЩЕЙ СРЕДЕ, состоящий из первичного преобразователя, содержащего идентичные измерительные электроды , закрепленные на гермоотсеке, и усилительно-измерительных каналов подключенных к измерительным электродам , отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности измерений и уменьшения,размеров и веса датчика, первичный преобразователь выполнен в виде четырех электродов, закрепленных с помощью жестких изолирующих штанг на гермоотсеке так, что центры электродов лежат в вершинах тетраэдра , входы усилительно-измерительС В ных каналов соединены в четырехлучевую звезду, лучи которой подключе (Л ны к измерительным электродам. ел 4;; 00 СП ф1/г.7

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111

3(512 (01 Ч 3/06

1 г (1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTHA

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3461334/18-25 (22) 02.07.82 (46) 15.11.83. Вюл. Р 42 (72) Э.С. Кочанов; В.Н. Кудин, E.Ô. Зимин и Е.А. Клемин (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 550.837 (088.8) (56) 1. Патент США Р 3641427, кл. 342-4, опублик. 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 622025, кл. G 01 V 3/06,1976 (прототип). (54) (57) ДАТЧИК ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО

ИЗМЕРЕНИЯ ТРЕХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВЕКТОРА

НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В

ПРОВОДЯЦЕЙ СРЕДЕ, состоящий из первичного преобразователя, содержащего идентичные измерительные электроды, закрепленные на гермоотсеке, и усилительно-измерительных каналов подключенных к измерительным электродам, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности измерений и уменьшения размеров и веса датчика, первичный преобразователь выполнен в виде четырех электродов, закрепленных с помощью жестких изолирующих штанг на гермоотсеке так, что центры электродов лежат в вершинах тетраэдра, входы усилительно-измерительных каналов соединены в четырехлу- Ро чевую звезду, лучи которой подключены к измерительным электродам.

1054815

Изобретение относится к измерительной технике, применяемой при геофизических исследованиях Мирового

Океана н геоэлектроразведке, а именно к измерению электрической составляющей естественного электромагнитного поля и теллурических токов и морской среде и грунте.

Изобретение может быть использовано для поиска и обнаружения подводных и затонувших объектов. 10

Известен датчик электрического поля, предназначенный для одновременного измерения трех взаимно ортогональных составляющих вектора напряженности электрического поля f5 в проводящей среде, содержащий первичный преобразователь, выполненный н виде трех пар кнадратных пластинчатых электродов, расположенных на противоположных гранях диэлектрического куба и усилительно-измерительные каналы. Сигнал с каждой пары электродов через согласующий трансформатор поступает на дифференциальный усилитель, с выхода которого передается по телеметрической линии связи на компьютер или регист- . рирующий прибор. Такой датчик электрического поля имеет три измерительных канала и предстанляет собой по существу три однокомпонентных датчика„ оси чувствительности которых взаимно ортогональны (11 .

Недостатками известного датчика являются низкие чувствительность и точность измерения составляющих электрического поля, обусловленные взаимным шунтированием измерительных каналов, и использование в первичном преобразователе шести измерительных электродов, тогда как для 40 одновременного измерения трех состанляюцих вектора напряженности электрического поля достаточно четырех. Три однокомпонентных электродных датчика электрической составляю- 45 щей электромагнитного поля в прово.— дящей среде, оси чувствительности которых расположены взаимно ортогонально, имеют низкую чувствительность и точность одновременного измерения составляющих вектора напряженности электрического поля вследствие взаимного шунтирования измерительных каналов.

Известен датчик для одновременного измерения трех составляющих вектора напряженности электрического поля н проводящей среде, состоящий из первичного преобразователя, со держащего идентичные измерительные электроды, закрепленные на гермоотсеке, и усилительно-измерительных каналов, подключенных к измерительным электродам. Датчик представляет по существу три идентичных однокомпонентных датчика переменного электри- 65,ческого поля, расположенных так,что их оси чувствительности взаимно ортогональны, а герметические центры совмещены.

Известный датчик содержит также торроидальные катушки индуктивности

I (согласующие трансформаторы) и разрезные проводящие сердечники (измерительные электроды) и предназначен для одновременного измерения трех взаимно ортогональных состанляющих вектора напряженности электрического поля (?) .

Недостатками укаэанного датчика являются использование шести измерительных электродов, низкие чувствительность и точность измерения составлякщих электрического поля, обусловленные взаимным шунтиронанием однокомпонентных датчиков. Для устранения взаимного шунтирования однокомпонентных датчикон измерительные пары электродов датчиков должны быть разнесены на расстояние не менее десяти измерительных баз, что приводит к снижению точности измерения составляюцих вектора напряженности электрического поля в выбранной точке исследуемого пространства проводящей среды.

Цель изобретения — увеличение чувствительности и точности измерения составляющих вектора напряженности электрического поля и уменьшение размеров и .веса.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике для одновременного измерения трех составляющих вектора напряженности электрического поля в проводящей среде, состоящем из первичного преобразователя, содержащего идентичные измерительные электроды, закрепленные на гермоотсеке и усилительно-измерительных каналов, подключенных к измерительным электродам, первичный преобразователь устройства выполнен в виде четырех электродон, закрепленных с помощью жестких изолирующих штанг на гермоотсеке так, что центры электродов лежат в вершинах тетраэдра, входы усилительноизмерительных каналов соединены н четырехлучевую звезду, лучи которой подключены к измерительным электродам.

На фиг.1 изображен датчик, общий вид; на фиг. 2 блок-схема измерительного устройства, н котором используется данный датчик.

Датчик состоит иэ первичного преобразователя (фиг.1) и четырех усилительно-изМерительных каналов.

Датчик содержит измерительные электроды 1-4, изолируюц|ие штанги 5-8, гермоотсек 9, согласующие трансформаторы 10-13, дифференциальные усилители 14-17, устройство 18 связи

105481 Ь

35 04=""ð-Excos30 со((9 30 -E cos60 (9 >30 3 — Eicos 70 30>}, (4) И вЂ” коэффициент преобразования первичного 40 преобразователя датчика, базовое расстояние измерительных электродов датчика, 45 где с объектом (УСО ), цифровую вычислительную машину (ЦВМ ) 19.

Измерительные электроды 1-4 подключены к лучам звезды, в которую соединены первичные обмотки согласующих трансформаторов 10-13. Выходы согласующих трансформаторов подключены к входам дифференциальных усилителей 14-17, выходы которых соединены с УСО 18. Выход УСО 18 подключен к ЦВМ 19, которая выпол- 10 няет по заданному алгоритму разложение исходных сигналов на три взаимно ортогональные составляющие декартовой системы координат, контролирует правильность измерения и 15 вычисляет модуль вектора напряженности электрического поля.

Устройство работает следующим образом.

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

1-4, равный разности потенциалов между электродом и заземлением, соответственно имеет вид (U0 =п4EZ>-: (1) (}а =" s Е>(«s 30 cîs(ßО30î-E соб60ос е(9 30

30 у,cos 70 30 } () (>03=" g(qc0s(9 30 -Q ggS70 30 ), (q) Е» E,Š— соответствующая составлякщая вектора напряженности электрического поля по осям декартовой системы координат.

Сигнал с измерительных электродов 1-4 через согласующие трансформаторы 10-13 подается на вход дифференциальных усилителей 14-17, с выхода которых поступает на УСО 18, преобразующее непрерывный сигнал в машинный код. С выхода УСО сигнал подается на ЦВМ 19, которая решает систему уравнений

E„COS30 cOS(9 30 -K>cOS60 CoS (9 30 -E cos70Р30 = >

ОО п 6

Е3со6 (9 30 - Ez cos 70 30 > (6)

» 5

E,coG30 соВ(9 30 + E cos60 с s{9,>30 со +,)

+ Eicos 70 30 = —— о

»8g относительно величин ы, Еу, Е контролирует правильность измерения проверкой равенства величины Е,найденной из решения системы уравнений (5),(б ) и (7), величине E найденной из уравнения (1 ), используя сигнал первого измерительного канала, и вычисляет модуль вектора напряженности электрического поля по формуле. х у z

Результаты вычислений и контроля выводятся на печатающее устройство.

Техническая эффективность использования изобретения определяется повышенной чувствительностью первичного преобразователя и точностью измерения составляющих вектора напряженности электрического поля при одновременном уменьшении количества измерительных электродов и исключении взаимного шунтирования измерительных каналов датчика.

1054815

Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 9101/53

Филиал ЛПП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4

Составитель Л. Воскобойников

Редактор Л. Веселовская ТехредМ.Костик Корректор й. Повх