Устройство для измерения напряженности импульсного электрического поля

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения напряженности импульсного электрического поля в условиях воздействия радиационных и электромагнитных помех . Сущность: изобретение позволяет повысить точность измерений за счет исключения влияния на результаты измерений импульсных радиационной и электромагнитной помех, наводимых на линию связи, и снижения искажений, вносимых датчиком в измеряемое электрическое поле. Устройство состоит из последовательно соединенных емкостного датчика, линии задержки на поверхностных акустических волнах, кабельной линии связи, интегратора и регистратора . 1 ил.

(l9) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспуБлик (sl)s G 01 R 29/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4903613/21 (22) 18.01.91 (46) 07.07.93. Бюл. М 25 (72) А.В.Гусев и С.Н.Веселко (5á) Авторское свидетельство СССР й. 691785, кл. G 01 R 29/12, 1978.

Авторское свидетельство СССР

М 1109677, кл. G 01 R 29/12, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения напряженности импульсного

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения напряженности импульсного электрического поля в условиях воздействия радиационных и электромагнитных помех, например при измерении электромагнитных полей пучков заряженных частиц в ускоренной технике. Цель изобретения — повышение точности измерения напряженности импульсного электрического поля в условиях воздействия радиационной и электромагнитной помех.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее датчик, кабельную линию связи (КЛС) и регистратор, введены линия задержки на поверхностных акустических волнах (ЛЗ на ПАВ) и интегратор, что позволило исключить влияние на результаты измерений наводок на КЛС, обэлектрического поля в условиях воздействия радиационных и электромагнитных помех. Сущность: изобретение позволяет повысить точность измерений за счет исключения влияния на результаты измерений импульсных радиационной и электромаг.нитной помех, наводимых на линию связи, и снижения искажений, вносимых датчиком в измеряемое электрическое поле. Устройство состоит из последовательно соединенных емкостного датчика, линии аадержки на поверхностных акустических волнах, кабельной линии связи, интегратора и регистратора. 1 ил, разующихся при воздействии радиационной и электромагнитной помех, а также снизить искажения измеряемого поля путем гальванической и временной развязок датчика с КЛС и регистратором, При действии на воздух пучком заря- О© женных частиц в результате из торможения возникает так называемое тормозное излу- СЬ чение, кванты которого, в зависимости от (..) энергии заряженных частиц, имеют энергию в диапазонах фото- и комптоновского взаимодействий, Под воздействием импульса этого излучения воздух ионизируется и становится проводящим, т.е. формируется нестационарная проводимость воздуха, Кроме того, КЛС при облучении ее импульсом ионизирующего излучения ведет себя как твердотельный комптоновский детектор, т.е, между жилой и.экраном возникает разность потенциалов, зависящая от знер1826071

С /Сд«1 гии падающих квантов и мощности дозы.

При этом по КЛС потечет так называемый радиационный ток (радиационная наводка), сложение которого с сигналом датчика приводит к искажению или полной потере последнего.

Воздействующая на КЛС электромагнитная наводка через. сопротивление связи также приводит к появлению разности потенциалов между жилой и экраном кабеля и тока электромагнитной наводки, которая, как и радиационная, приводит к искажению или потере сигнала датчика.

Наведенные в КЛС радиационный и электромагнитный потенциалы оказываются приложенными не только к регистратору, но и к датчику, что приводит к существенному (из-за значительной длины Облучаемого участка КЛС по сравнению с размерами датчика) искажению измеряемого электричеСКОГО ПОЛЯ.

Введение задержки сигнала датчика на время действия радиационной и электромагнитной наводок на КЛС позволяетустранить их влияние как на сигнал датчика, так и на измеряемое электрическое поле, так как сигнал датчика после задержки пройдет по КЛС свободной От действия помех, à потенциалы помех придут в датчик уже после формирования им сигнала от измеряемого поля, Кроме того, выбор ЛЗ на ПАВ с диэлектрическим звукопроводом устраняет гальваническую связь КЛС с.датчиком, что также уменьшает искажения электрического поля в месте установки датчика, поскольку снижает влияние заноса потенциала корпуса регистратора по экранной оболочке

КЛ С.

Выбор ЛЗ на ПАВ устраняет радиационну о наводку на ЛЗ, так как она обладает свойством радиационной стойкости.

Емкостный характер входного импеданса ЛЗ на ПАВ вместе с емкостным характером выходного импеданса датчика электрического поля обеспечивает их согла- . сование в широком диапазоне частот, что также приводит к повышению*точности измерений. Выбор величины отношения емкостей датчика Сд и входной емкости Сл ЛЗ на

ПАВ по соотношению обеспечивает снижение влияния нестационарной проводимости воздуха на измерение напряженности электрического поля.

Для доказательства этого утверждения составим баланс токов:

dE ео — +стЕ J S — ток, натекающий на

dt пластины датчика из окружающего пространства;

5 dE с

Яо +сгд Ед S — ток, протекающий между пластинами датчика; б 13

1н - ф— — ток в нагрузке, т.е. входной

dt

10 емкости ЛЗ на ПАВ, где Š— напряженность измеряемого электрического поля;

Ед = — напряженность электрическоh го поля между пластинами датчика;

U, h — разность потенциалов и расстояние между пластинами датчика; S — площадь пластин;

6> - 8,85.10 ф/м — диэлектрическая проницаемость воздуха; о= o(t, Е (t)) — нестационарная проводимость невозмущенного датчика воздуха (зависит от величины напряженности электрического поля); од = î(t, E (t)) — проводимость воздуха в промежутке между пластинами.

Уравнение баланса токов;

d Ед о +Од Ед S+ 1н=

dt

Ео „+ОЕ $, или с учетом соотношений:

Сд = 6 — — емкость датчика и

h е - Eh — э.д.с., обусловленная измеряемым электрическим полем, получим:

40 "+ J

C dU од de o

С ) т Ь О1 к.

+ — U= + — е, откуда видно, что при выполнении соотношения C>/Cä « 1. уравнение приобретает

45 вид — + — U- + е, dU o бЕ о

dt E о dt Eo (од = a, т,к. Ед = Е) и решение этого уравнения U =- Е, т,е. результата измерения U не зависит от проводимости воздуха. Однако из-за малой выходной емкости нарушается согласование ЛЗ с КЛС (сигнал дифференцируется), поэтому для восстановления формы сигнала в устройство введен интегратор, включенный между

KJlC и регистром.

Таким образом, отличительным признаком изобретения являются:

1826071

25

50 — введение задержки сигнала датчика на время действия радиационной и электромагнитной наводок на КЛС. которое позволило устранить их влияние как на сигнал датчика, так и на измеряемое электрическое поле; — выбор ЛЗ с диэлектрическим звукопроводом, что позволило устранить гальваническую связь КЛС с датчиком. а также снизить искажения электрического поля в месте установки датчика; — выбор ЛЗ на ПАВ, что позволило устранить радиационную наводку на ЛЗ; — введение интегратора, что позволило регистрировать сигнал, пропорциональный напряженности измеряемого электрического поля.

Линии задержки нашли широкое применение в измерительной технике, однако авторам не известны технические решения, в которых ЛЗ применялись для исключения влияния на результаты измерений наводок на КЛС, образующихся при воздействии радиационной и электромагнитной помех, а также снижения искажений измеряемого поля путем гальванической и временной развязок датчика с KflC и регистратором.

На чертеже представлена структурная схема устройства. которое содержит последовательно соединенные датчик 1 электрического поля, линию 2 задержки, кабельную линию связи 3, интегратор 4 и регистратор 5.

Интегратор 4 и регистратор 5 располагаются в сооружении, защищающем их от воздействия радиационной и электромагнитной помех.

В качестве датчика электрического поля 1 могут быть использованы емкостные датчики с электродами, выполненными из воздухоэквивалентного проводящего материала, например алюминия, или по а.с. М

145437.

В качестве линии задержки 2 может быть использована, например, широкополосная ЛЗ на ПАВ со.встречно-штыревыми преобразователями ui звукопроводом из мо--. нокристаллов ниобата линия (ЫЙЬОз) или кварца (SION).

В качестве кабельной линии связи 3 использован радиочастотный кабель PK-75-9-12 длиной 20 м, а интегратора 4 — интегрирующая RC-цепочка. Регистратором может служить осциллограф с фотопристаокой, например С9-4А с фотоприставкой СФР-21.

При измерении напряженности электрического поля в присутствии ионизирующих излучений датчик 1 формирует сигнал, пропарционал ьн ый напряжен ности, измеряемого поля, и передает его на вход ЛЗ 2, которая задерживает сигнал на время действия радиационной и электромагнитной помех на КЛС 3. Одновременно с действием электрического поля на датчик 1 на КЛС 3 действуют радиационная и электромагнитная помехи, распространяющиеся по ней как в сторону интегратора 4, так и ЛЗ 2, которая задерживает также помеху, освобождая датчик и измеряемое поле от занесения напряжения помехи. После окончания действия помех на КЛС 3 сигнал передается по свободной от помех линии связи 3. Так как при переходе сигнала на ЛЗ

2 в КЛС 3 сигнал дифференцируется, то в интеграторе 4 он восстанавливается и подается затем на регистратор 5.

Таким образом, введение в устройство

ЛЗ на ПАВ позволило повысить точность измерений напряженности электрического поля.за счет исключения влияния на результаты измерений наводок на КЛС, образующихся при воздействии. радиационной и электромагнитной помех, а также снижения искажений измеряемого поля путем гальванической и временной развязок датчика с

КЛС и регистратором.

Формула изобретения

Устройство для измерения напряженности, импульсного электрического поля, содержащее датчик, линию связи и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью повышения точности измерений, в него введены линия задержки на поверхностных акустических волнах и интегратор; причем выход датчика через линию задержки иа поверхностных акустических волнах соединен с входом линии связи, выход которой через интегратор подключен к регистратоРу

1826071

Составитель А, усев

Техред М.Моргентал

Редактор С. Никольская

Корректор С. Пекарь

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

Заказ 2319 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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