Датчик электрического поля токов проводимости

 

ДАТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ТОКОВ ПРОВОДИМОСТИ, состоящий из диэлектрического корпуса с расположенньми на нем в вершинах вписанного тетраэдра идентичными измерительными электродами,отличающий с я тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности измерений , корпус датчика выполнен в виде тетраэдра, на ребрах которого симметрично по отношению к образующим граням с наружной стороны установлены диэлектрические пластины-экраны.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

cte

РЕСПУБЛИН

O% OO

А ш G 01 V 3/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИй И ОЕРЫтИй

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н aeeoaoeoee caoeseeoeore v . (21) 3563133/24-25 (22) 15.03.83 (46) 23.11.84.Бюл.И - 43 (72) Е .Ф.Зимин, Е.А.Клемин, О.В.Коробков, В.Н.Кудин и В.M.Ñìèðíîâ (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 550.83 (088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР

Ф 622025, кл. G 01 V 3/06, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 11 3461335/18-25, кл, G 01 Ч 3/06, 1982 (прототип). (54) (57) ДАТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

ТОКОВ ПРОВОДИМОСТИ; состоящий из диэлектрического корпуса с расположенными на нем в вершинах вписанно го тетраэдра идентичными измерительными электродами, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности измерений, корпус датчика выполнен в виде тетраэдра, на ребрах которого симметрично по отношению к образующим граням с наружной стороны установлены диэлектрические пластины-экраны.

1 ll255

Изобретение относится к измери" тельной технике, применяемой в геоэлектроразведке и при морских геофизических исследованиях электрических полей, в частности к измерению электрической составляющей естественных и искусственных электромагнитных полей в морской среде, и может быть использовано при Разработке, проектировании и изготовлении пер- 39 вичных преобразователей для измерения вектора напряженности электри" ческих полей в проводящих средах для решения различных прикладных задач геофизики, физического моделирования и т ° п.

Известен трехкомпонентный датчик электрического поля, содержащий три идентичных аднокомпонентных датчика переменного электрического поля, 2р расположенных так, что их оси максимальной чувствительности взаимно перпендикулярны, а геометрические центры совмещены в пространстве.

Электродная система датчика представ-25 ляет собой разрезанные проводящие .стержни, в разрез которых включены первичные обмотки согласующих трансформаторов в виде тороидальных кату-шек. К вторичным обмоткам трансфор- gp маторов подключены входы усилительна-измерительных каналов j11 .

Недостатком данного устройства является низкие чувствительность и точность измерения слабых электрических полей. Объясняется это тем, что эквивалентная измерительная база каждой пары электродов (полустержней) любого из каналов шунтируется электродами других каналов.

В ре зуль тате уме ныла ет ся как ток короткого замыкания Ik каждого из каналов (линии поля плотности тока замыкаются через электроды ортогональнв1х каналов), так и сопротивление растекания между электродами (выходное сопротивление канала) R

Поскольку мощность, выделяемая на согласованной нагрузке датчика, пропорциональна — I Rp, то умень"

2 шение обоих сомножителей (один из которых входит во второй степени) приводит к заметному. ухудшению чувствительности. нах вписанного тетраэдра идентичными меме рителеиыкее електреиеми (7) .

Недостатком известного датчика является уменьшение чувствительности и точности измерений из-за взаимного шунтирования измерительных баз электродов.

Цель изобретения — увеличение чувствительности и точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике токов проводимости, состоящем из диэлектрического корпуса с расположенными на нем в вершинах вписанного тетраэдра идентичными . измерительными электродами, корцус датчика выполнен в виде тетраэдра, на ребрах которого симметрично по отношению к образующим граням с наРужной стороны установлены диэлект-. трические пластины-экраны.

На фиг.! 6,Б,!р изображены три проекции, сечение (Z) и общий вид (g) первичного преобразователя предлагаемого датчика; на фиг ° 2 блок-схема обработки сигнала при использовании предлагаемого датчика.

Предлагаемый,цатчик состоит из герметичного диэлектрического корпуса в виде тетраэдра (сечение диэлектрика на фиг.! показано сплошной линией), во внутренней полости 2 которого может быть размещена аппаратура предварительной обработки сигнала. На каждом из ребер тетраэдра симметрично по отношению к образующим граням с наружнои стороны корпуса установлены одинаковые диэлектри4 ческие пластины-экраны 3. На гранях тетраэдра укреплены четыре идентич ных проводящих измерительных электрода 4-7. На фиг. I поверхность электродов показана прямой, а сечение косой штриховкой.

Наиболее близким к изобретению H является датчик электрического поля,. состоящий из диэлектрического корпуса с расположенными на нем в вершиИзображенные на фиг.! электроды занимают всю поверхность граней, так как в этом случае смоченная поверхность будет максимальной, а импеданс двойного поляризационного электрического слоя минимальным.

Электрический контакт между электродами осуществляется только через окружающее пространство. Прямой контакт мещцу ними исключается за счет применения диэлектрических пластин-экранов. Электроды могут занимать и не всю поверхность граней, т,е. иметь форму подобных граням. 3 11255 треугольников, могут быть развернуты на угол, кратный 60. Можно также о использовать электроды в виде круговых дисков, полусфер, сфер, сфероидов и т.д. При этом важно лишь соблюдать симметрию электродной системы. Последнее условие выпблняется, если все измерительные электроды одинаковы и идентично установлены на гранях тетраэдра, имеют ось сим-, 10 метрии, перпендикулярную плоскости граней и проходящую через их центр.

На блок-схеме (фиг.2) каждый из укаэанных измерительных электродов

4-7 подключен к одному из одноименных входных зажимов усилительно-измерительных каналов 8-11 соответственно, вторые входные зажимы которых соединены в общую точку. Таким образом, входы усилительно-измеритель- 20 ных каналов образуют четырехлучевую звезду. Выходы всех четырех каналов через линию и устройство 12 связи подключены к входам устройства 13 обработки сигналов, в качест" ве которого может быть использована микроЭВМ, Наличие общей точки у входов усилительных каналов уменьшает перекрестные наводки и наводки от разности потенциалов земель морской и береговой частей измерительной системы в случаях, если регистратор расположен вне датчика, а соединен кабелем связи с берегом или обслуживающим судном.

Устройство функционирует следующим образом

При размещении датчика в проводящей среде с однородным электрическим полем произвольной ориентации электродная система 4-7 преобразует распределенную энергию поля в электрический сигнал. При этом большая смоченная поверхность электродов 4-7 4> не только уменьшает влияние двойного электрического слоя на результаты измерений, но и эффективно сгущает силовые линии плотности тока проводимости, т.е. увеличивает коэф50 фициент преобразования и чувствительность датчика.

Кроме того, повышение чувствительности предлагаемого датчика осуществляется сгущением силовых линий S5 электрического поля .непроницаемыми для него диэлектрическими. пластинами-экранами 3. При этом повьппение

7 7 чувствительности и точности измерений, а также коэффициента преобразования датчика происходит практически без увеличения его объема и веса, выступающие пластины 3 могут быть очень тонкими. Также объем тетраэдра меньше чем у куба или любого другого тела при равной чувстви/тельности. Идентичное расположение электродов, наличие трех осей сим" метрии электродной системы исключают взаимное шунтирование и влияние каналов один на другой.

Рассмотрим процесс обработки полезного сигнала. Пусть исследуемое поле в декартовых осях координат (фиг,1) имеет следующие компоненты вектора напряженности Е, F y и Е .

Тогда,.обозначив известный из расчетов или определейный при калибровке коэффициент преобразования датчика по напряженности исследуемого поля для потенциалов электродов 4-7 относительно общей точки, т.е. напряжений на входе каналов 8-11, можно соответственно записать o4 = э(л.coe19,5 i E сов <0 g ) .

Uos = э(- Е соэ60 .со И5 E .со530ох

"co5195 +Е„со 70,5 1 °

"og - э(- Е„ со 6o . соэ 19,5 „. co9 0о „) . «со519,5 E соэ 10 3о )

Р, L o =- э -Z.

Эти напряжения усиливаются в известное число раз в усилительно-измерительных каналах 8-11 и поступают на линию и устройство 12 связи, которые осуществляют передачу и преобразование аналоговой информации в машинный код, поступающий на входы микроЭВМ 13. В последней любые три уравнения системы (1) используются для определения неизвестных компонент вектора напряженности исследуемого электрического поля E» E и Е . Оставшееся неиспользованным четвертое уравнение системы (1) используется для контроля правильности решения и проверки стабильности и неизменности во времени коэффициента преобразования датчика 8э. Тем самым исключаются погрешности измерений из-за изменений при изменении физико-химических параметров окружающей среды и датчика (темпе1125577

Составитель В,Зверев

Техред А.Бабинец

Редактор Р.Цицика

Корректор А. Зимокосов

Заказ 8535/35 Тираж 710

ВНИИПИ Государственного комитета СССР .по делам изобретений и открытий

113035, Мос.<ва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 ратура, проводимость, соленость, хи-, мический состав морской воды, старе- ° ние электродов, изменение входного сопротивления каналов и т.п.), Найденные значения компонент вектора напряженности Е, Е и Е позволяют легко рассчитать модуль и направление результирующего вектора напряженности Е, а также определить др гие параметры и характеристики ис- 10 . следуемого поля. (спектральные, корреляционные и др .). Результаты вычислений можно вывести на печатающее устройство или представить в удобной для наблюдений аналоговой форме.

Использование изобретения позволит повысить чувствительность и точность измерений, что в свою очередь позволит .исследовать более сла" бые электрические поля и увеличит достоверность получаемой информации,