Устройство для измерения напряженности электрического поля атмосферы

 

Изобретение относится к электроизмерениям. Цель изобретения - повышение точности измерения в условиях действия синхронных помех. Устройство содержит последовательно соединенные датчик 1 поля, усилитель 2 низкой частоты, синхронный детектор 3, фильтр 4 низкой частоты и решающий блок 5. Полезные сигналы с датчика 1 поступают через усилитель 2 на детектор 3. Он вырабатывает постоянные напряжения, величины которых пропорциональны величинам напряженностей электростатического поля, а полярности определяются их знаками. Далее сигналы фильтруются, сглаживаются и поступают в решающий блок 5, который определяет напряженность измеряемого электрического поля атмосферы. Цель достигается выполнением датчика 1 и выбором параметров его элементов, при этом частотный спектр чувствительности датчика 1 не пересекается со спектром реально действующих синхронных помех, которые практически подавляются. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

g7gg 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4134317/24-09 (22) 23.07.86 (46) 15.05.89. Вюл. Р 18 (?1) Главная геофизическая обсерватория им. А.И.Воейкова (72) К.С.Жупахин (53) 621.317.328(088.8) (56) Имянитов JI.M, Приборы и методы для изучения электричества атмосферы.

M.: Гостехиздат, 1957, с. 484.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации самолетного прибора для измерения напряженности электрического поля (СПНП) . ГК СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды. ГГО им. А.И.Воейкова, Л., 1979. (54) УСТРОЙСТВО ЛЛЧ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЧЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО IIOJLI АТМОСФЕРЫ (57) Изобретение относится к электроизмерениям. Цель изобретения - повышение точности измерения в условиях

„„SU„„1479897 (51) 4 G 01 К 29/12 действия счнхронных помех. Устр-во содержит последовательно соединенные датчик 1 поля, усилитель 2 низкой частоты, синхронный детектор 3, фильтр

4 низкой частоты и решающий блок 5.

Полезные сигналы с датчика 1 поступают через усилитель 2 на детектор 3.

Он вырабатывает постоянные напряжения, величины которых пропорциональны величинам напряженностей электростатического поля, а полярности определяются их знаками. Палее сигналы фильтруются, сглаживаются и поступают в решающий блок 5, который определяет напряженность измеряемого электрического поля атмосферы. Цель до- а стигается выполнением датчика 1 и выбором параметров его элементов, при этом частотный спектр чувствительнос.ти датчика 1 не пересекается со спектром реально действующих синхронных помех, которые практически подав- 2 ляются. 2 ил.

1479897

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано для измерения электрических полей, в том числе BTMochepbl, Цель изобретения — повышение точности в условиях действия синхронных помех.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого уст-10 ройства для измерения напряженности электрического поля атмосферы; на фиг. 2 — датчик поля.

Устройство для измерения напряженности электрического поля атмосферы 15 включает последовательно соединенные датчик 1 поля, усилитель 2 низкой частоты (УНЧ), синхронный детектор 3, фильтр 4 низкой частоты (ФНЧ) и решающий блок 5, причем второй вход 20 фазового детектора 3 подключен к второму выходу датчика поля, электродвигатель 6, связанный с осью электродвигателя 6 генератор 7 опорного напряжения, неподвижный изолированный от корпуса сплошной измерительный электрод 8 (здесь круглая металлическая пластина), укрепленный на оси электродвигателя 5 вращающийся экранирующий электрод 9, электрически 30 соединенный с корпусом (круглая металлическая пластина с секторными лопастями и отверстиями), неподвижный градуировочный электрод 10 (круглая металлическая пластина .с секторными отверстиями и лопастями). Измерительный электрод .8 является первым выходом датчика и соединен с входом УНЧ 2.

Все составные части датчика помещены в экранирующий корпус 11 датчика 1. 40

На фиг. 2 приведен пример конкретного выполнения датчика поля с двумя секторными отверстиями экранирующего

9 и градуировочного 10 электродов.

Устройство для измерения напряжен- 45 ности электрического поля атмосферы работает следующим образом.

С первого выхода датчика 1 поля полезные сигналы поступают на УНЧ 2, усиливаются.им и подаются на первый вход синхронного детектора 3, на второй вход которого поступают напряжения с генератора 7 опорного напряжения датчика i поля. Назначением синхронного детектора 3 является получение постоянных напряжений, величины которых пропорциональны величинам напряженностей электростатического поля, а полярности определяются их знаками. Затем сигналы с выхода синхронного детектора 3 поступают на ФНЧ

4, который снабжен элементами регулируемого интегрирования (RC-цепи).

Назначением ФНЧ 4 является выполнение необходимых операций фильтрации и сглаживания полезного сигнала. Затем сигналы поступают на решающий блок 5, назначением которого является определение напряженности измеряемого электрического поля.

Дополнительным источником погрешностей являются синхронные помехи различного происхождения. Анализ работы ротационного флюксметра (датчика 1 поля) с синхронным детектором 3 показывает, что он оказывается чувствительным к целому ряду переменных полей вида

Е; (t)=E з1п(2КГ; t+e;) при f> =(2i+1) (-1)

k = — —— (2i+1) где f — частота опорного напря жения; — относительный коэффициент

I передачи (чувствительности) по напряжению;

i = 0, 1, 2, 3, Для снижения уровня синхронных помех в устройстве в качестве цепей частотной селекции используется синхронный детектор 3. Согласно соотноше нию (1) синхронный детектор представляет собой гребенчатый фильтр, чувствительный лишь к определенной решетке частот с частотной скважностью, определяемой частотой генератора 7 опорного напряжения (ю,=М,). В этой связи достаточно общим методом подав-. ления целого ряда синхронных помех с частотами ы; является такой выбор частоты генератора 7 опорного напряжения м (и частоты сигнала и,), чтобы для любых частот ы. реально существующих синхронных помех выполнялось соотношение т

Ц ( cos(2k-1)ы t - 7 совы.tdt О, o k=t (2) гле Т„- время осреднения после син-, хронного детектора 3 ти77 2 (1/юо °

В этом случае обеспечиваются условия непересекаемости спектра частот синхронных помех со спектром частотной чувствительности синхронного де1479897 тектора 3, и помехи практически подавляются.

Конкретная реализация этого общего метода состоит в том что число обоt 5 ротов (n) оси электродвигателя 6, число лопастей экранирующего 9 и число отверстий (N) градуировочного 10 электродов, а также число полюсов () генератора 7 опорного напряжения дат- 10 чика .1 поля выполнены в соответствии с соотношениями

30Г„

n= — -- †. (3)

15

N=(2m-1) L, где „р — частота кратности ряда кратных частот мешающих электрических полей, создающих синхронные помехи, Гц;

i m,1 = 1,2,3, При необходимой частотной расстройке выполняется соотношение (2), и синхронные помехи частотного ряда ы;=

=iы,р практически подавляются.

Покажем на примере, что частотный сгектр чувствительности ротационных флюксметров (датчиков поля) для рассматриваемого случая конкретной реализации предлагаемого устройства сделан непересекающимся со спектром ре30 ально действующих синхронных помех.

Пусть помехи создаются бортовым генератором питающего напряжения с частотой f =400 Гц. Тогда спектр частот реально действующих синхронных помех 35 можно представить в виде

f,=i-400=2i.200 Гц, (4) где i-=1, 2, 3, Очевидно в этом случае f „р =400 Гц.

Скорость вращения оси приводного 40 электродвигателя 6 равна

60f 60 400

n-=.---= — "= — — --=6000 об. /мин.

M 4

Отсюда частота генератора l опорного напряжения 45 и 6000

= — L= — --2=200 Гц.

60 60

В этом случае частотный спектр чувствительности синхронного детектора 3 определяется как 50

f; = (2 i+1) f,= (2 i+1) 200 Гц. (5)

Из сравнения соотношений (4) и (5) следует, что частотные спектры чувствительности ротационного флюксметра (датчика 1 поля) и реально действующих синхронных помех (пример) не пересекаются. При этом отсутствуют ложные сигналы (сбои и дрейА нуля) на выходе измерительного канала в измерительном комплексе, что приводит к повышению точности измерений.

Формул а и з о б р е т ения

Устройство для измерения напряженности электрического поля атмосферы, включающее датчик поля, выполненный в виде соосно размещенных градуировочного, экранирующего электродов и измерительного электрода, который является первым выходом датчика поля, причем градуировочный и экранирующий электроды выполнены в виде круга с одинаковыми секторными вырезами и идентичными им секторными лопастями, а экранирующий электрод заземлен и закреплен на оси электродвигателя перпендикулярно к ней, генератор огорного напряжения, выход которого является вторым выходом датчика поля, ось которого является продолжением оси электродвигателя, последовательно соединенные усилитель низкой частоты, вход которого подключен к первому выходу датчика поля, синхронный детектор, фильтр низких частот, решающий блок, причем второй вход синхронного детектора подключен к второму выходу датчика поля, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности в условиях действия cHHxpoHHblx помех, число оборотов оси электродвигателя и, число лопастей и отверстий экранирующего и градуировочного электродов N и число полюсов L генератора опорного напря1 жения связаны соотношениями

30f кр и=-- — — об /мин

1L

N=(2m-1)L, где f „ — .частота кратности ряда кратных частот мешающих электрических переменных полей, Гц;

1,m = 1, 2, 3, 1479897

Фиг.2

Составитель П.Савельев

Редактор Т.Парфенова .Техред М.Ходанич Корректор С.Черни

Заказ 2540/45 Тираж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101