Способ измерения напряженности электростатического поля

Изобретение относится к области измерения электрических полей и может быть использовано для измерения напряженности постоянных электрических полей, создаваемых как объектами промышленного и лабораторного назначения, так и объектами, находящимися в атмосфере. Техническим результатом является повышение точности измерения напряженности электростатического поля при наличии электромагнитных помех. В предлагаемом способе измерения напряженности электростатического поля осуществляют проведение спектрального анализа сигнала, получаемого от датчика, например антенны, помещенной в электростатическое поле. При этом дополнительно проводят спектральный анализ фонового электромагнитного поля, полученного от антенны, помещенной вне электростатического поля. После чего сравнивают спектральные характеристики от первой и второй антенны и по их различию судят о величине напряженности электростатического поля. 2 ил.

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для измерения напряженности постоянных электрических полей как объектов промышленного и лабораторного назначения, так и объектов, находящихся в атмосфере.

Известен способ измерения электростатического поля (см. патент №2501029, G01R 29/12, опубликовано 10.12.2013, бюл. №34), заключающийся в том, что горизонтальная неподвижная измерительная круглая пластина содержит шесть секториальных вырезов, над ней вращается экранирующая пластина с такой же конфигурацией вырезов. Оси обеих пластин совпадают. При вращении экранирующей пластины измерительная пластина периодически экранируется от действия измеряемого электрического поля, в результате чего в цепи, соединяющей измерительную пластину с землей, возникает переменный ток, который имеет частоту, определяемую скоростью вращения экранирующей пластины и количеством секториальных вырезов на ней. Далее выходной сигнал усилителя тока проходит через полосовой фильтр, очищающий результаты измерения от гармоник промышленной частоты. После этого измерительный сигнал перемножается в микроконтроллере на опорный сигнал, поступающий на цифровой вход микроконтроллера. Результат перемножения усредняется и из него выделяется медленно меняющаяся компонента, несущая информацию о величине измеряемого электрического поля.

Недостатком этого способа является недостаточная точность измерения электрического поля из-за необходимости введения калибровочных коэффициентов, учитывающих наличие паразитных зарядов на элементах конструкции. При изменении внешних условий работы (например, температуры, влажности и т.п.) параметры калибровочной характеристики могут меняться и требовать дополнительной коррекции.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения напряженности электрического поля (см. патент №2445639, МПК G01R 29/12, опубликовано 20.03.2012 г., бюл. №8) путем проведения амплитудно-импульсной модуляции его величины при помощи помещенного в исследуемое поле электромеханического модулятора, и регистрации промодулированного сигнала, по величине которого определяют напряженность электрического поля. Форму и скважность выходного сигнала модулятора выбирают с возможностью максимизации уровня одной из кратных гармоник сигнала, которая лежит за пределами полосы электромагнитных помех, для чего, при выбранной форме выходного сигнала, изменяют его скважность, проводят спектральный анализ выходного сигнала модулятора для разных значений скважности, получают зависимости спектральных коэффициентов разложения выходного сигнала модулятора от скважности импульсов выходного сигнала, при необходимости корректируют форму сигнала, а регистрацию промодулированного сигнала проводят на частоте, кратной гармонике частоты модуляции.

Недостатком этого способа является необходимость модуляции величины исследуемого электрического поля и изменение скважности выходного сигнала модулятора, что приводит к дополнительным погрешностям при определении напряженности исследуемого электрического поля.

Задачей данного изобретения является повышение точности измерения напряженности электростатического поля при наличии электромагнитных помех.

Это достигается тем, что в способе, включающим проведение спектрального анализа сигнала, получаемого от датчика, например антенны, помещенной в электростатическое поле, дополнительно проводят спектральный анализ фонового электромагнитного поля, полученного от второй антенны, помещенной вне электростатического поля. После этого сравнивают спектральные характеристики сигналов от первой и второй антенны и по их различию судят о величине напряженности электростатического поля.

В предлагаемом способе измерения напряженности электростатического поля результат достигается тем, что в контролируемой точке, где существует кроме электростатического еще и фоновое электромагнитное поле, помещают датчик, например антенну, которая принимает электромагнитное поле, являющееся суперпозицией фонового электромагнитного поля и собственного электромагнитного поля антенны, создаваемого микро токами вещества этой антенны, и проводят спектральный анализ сигнала этой антенны, с характеристиками, зависящими от напряженности внешнего электростатического поля. При этом дополнительно проводят спектральный анализ фонового электромагнитного поля, полученного от антенны, которая помещена вне электростатического поля и принимает только фоновое электромагнитное поле. После чего сравнивают спектральные характеристики сигналов от первой и второй антенны, откуда и получают информацию о величине напряженности внешнего электростатического поля без воздействия на него. В то время как в известном способе при измерении напряженности электростатического поля необходимо применять в качестве датчика электромеханический модулятор для амплитудной модуляции электростатического поля, а также изменять скважность полученного промодулированного сигнала с последующей спектральной обработкой при каждой скважности, что приводит к дополнительным погрешностям при определении напряженности электростатического поля. Таким образом, точность измерения напряженности электростатического поля заявленного изобретения выше по сравнению с прототипом.

На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг. 2 - график результатов экспериментальной проверки.

Устройство состоит из двух идентичных каналов и содержит датчик 1, широкополосный усилитель 2 первого канала, аналого-цифровой преобразователь 3 первого канала, цифровую память 4 первого канала, второй датчик 5, широкополосный усилитель 6 второго канала, аналого-цифровой преобразователь 7 второго канала, цифровую память 8 второго канала, электронно-вычислительную машину 9.

Реализация предлагаемого способа осуществляется следующим образом. Датчик 1 принимает электромагнитное поле, находясь в электростатическом поле, и передает сигнал на широкополосный усилитель 2 первого канала, который его усиливает и передает на вход аналого-цифрового преобразователя 3 первого канала, который оцифровывает сигнал и со своего выхода передает его в цифровую память 4 первого канала. В то же самое время датчик 5, находясь вне электростатического поля, принимает фоновое электромагнитное поле и передает сигнал на широкополосный усилитель 6 второго канала, который усиливает сигнал и передает его на вход аналого-цифрового преобразователя 7 второго канала, который оцифровывает сигнал и со своего выхода передает его в цифровую память 8 второго канала. После набора необходимого количества информации с выходов цифровой памяти 4 первого канала и цифровой памяти 8 второго канала эта информация передается в электронно-вычислительную машину 9, где обрабатывается по соответствующей программе, например, по методу Фурье-анализа.

Пример. Экспериментальная проверка предлагаемого способа была проведена следующим образом: первая антенна помещалась между двумя параллельными металлическими пластинами, между которыми создавалось электростатическое поле напряженностью Е. Изменение напряженности достигалось изменением напряжения, подаваемого на пластины. Вторая антенна помещалась вне металлических пластин. Результаты испытаний приведены на рисунке (фиг. 2), где Е - напряженность электрического поля в В/см, Ф1(t) - трансформанта Фурье первой антенны, Ф2(t) - трансформанта Фурье второй антенны, F=С Ф12 - относительная трансформанта Фурье первой антенны по отношению ко второй, здесь С - константа установки. Из рисунка следует, что относительная трансформанта Фурье первой антенны по отношению ко второй линейно возрастает с ростом напряженности электростатического поля.

Способ измерения напряженности электростатического поля, включающий проведение спектрального анализа сигнала, получаемого от датчика, помещенного в электростатическое поле, отличающийся тем, что дополнительно проводят спектральный анализ фонового электромагнитного поля, полученного от датчика, помещенного вне электростатического поля, сравнивают спектральные характеристики от первого и второго датчиков и по их различию судят о величине напряженности электростатического поля.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение к измерительной технике, в частности к емкостному измерительному преобразователю для обнаружения и измерения электрического поля. Предлагается емкостный измерительный преобразователь с возможностью измерения электрического поля, содержащий защитный цилиндрический корпус, расположенный в продольном направлении вдоль своей оси, датчик электрического поля, установленный внутри защитного цилиндрического корпуса, питающий электрод, слой диэлектрического изоляционного материала, при этом указанный защитный цилиндрический корпус (2) выполнен из оболочки (7), снабженной группой первых сквозных отверстий (8), причем площадь каждого из первых сквозных отверстий (8) выбрана из диапазона значений от минимального значения 0,1 мм2 до максимального значения 3,0 мм2.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения напряженности электрического поля различных заряженных материалов и изделий.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения напряженности электростатического поля при геофизических исследованиях атмосферы и космического пространства.

Способ измерения напряженности электрического поля относится к измерительной технике и может использоваться для исследования электрических полей земной атмосферы и космического пространства.

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники, а именно к средствам измерения напряженности электростатических полей, в том числе и в условиях космического пространства.

Изобретение относится к методам исследования электрофизических свойств диэлектрических покрытий и может быть использовано, в частности, для изучения электронно-индуцированных процессов зарядки, накопления и кинетики зарядов в диэлектриках.

Изобретение относится к области измерений электростатических параметров и может быть использовано для исследования электростатических свойств различных материалов (поверхностной плотности зарядов, потенциала поверхности, время утечки зарядов) при их контактировании и последующим разделении в зависимости от различных внешних факторов: температуры, влажности, давления.

Устройство для обнаружения аэрозолей содержит летательный аппарат, имеющий диэлектрический элемент, такой как окно (10), размещенный в его корпусе (12), так что поверхность диэлектрического элемента образует часть наружной поверхности летательного аппарата.

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано в качестве рабочего эталона при калибровке и поверке рабочих средств измерений переменного электрического поля.

Изобретение относится к измерительным устройствам на основе волоконно-оптических фазовых поляриметрических датчиков. Оптимизация структуры датчика, обуславливающая возникновение разноименной модуляции показателя преломления при подаче на двухканальный модулятор разности фаз напряжения одной полярности, приводит к возможности использования для модуляции фазы любой частоты управляющего сигнала и к отсутствию необходимости создания линии задержки.
Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для интегральной оценки частотных искажений, вносимых радиотехническими цепями в исходный случайный сигнал.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для целей радиоконтроля, радиомониторинга, обнаружения случайных низкоэнергетических сигналов. Способ основан на исследовании фрактальных свойств принимаемых сигналов.

Изобретение относится к области радиотехники. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для демонстрации явления униполярной электромагнитной индукции. .

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для интегральной оценки частотных искажений, вносимых четырехполюсниками в исходный случайный сигнал.

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для интегральной оценки частотных искажений, вносимых четырехполюсниками в исходный случайный сигнал.

Изобретение относится к радиоастрономии и может быть использовано для измерения энергетических спектров (спектров мощностей, спектров шумовых температур, спектров плотностей потоков энергии) узкополосных сигналов космического происхождения, например радиоизлучений в спектральных линиях, генерируемых облаками газа в межзвездной среде.

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для визуальной оценки степени изменения формы спектра случайного сигнала при прохождении его через четырехполюсник с частотно-зависимыми параметрами.

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано для оценки частотных искажений, вносимых частотно-зависимыми устройствами, например усилителями аудиосигналов.

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при построении измерителей искажений, вносимых частотно-зависимыми устройствами, например, усилителями аудиосигналов.

Изобретение относится к области измерения электрических полей и может быть использовано для измерения напряженности постоянных электрических полей, создаваемых как объектами промышленного и лабораторного назначения, так и объектами, находящимися в атмосфере. Техническим результатом является повышение точности измерения напряженности электростатического поля при наличии электромагнитных помех. В предлагаемом способе измерения напряженности электростатического поля осуществляют проведение спектрального анализа сигнала, получаемого от датчика, например антенны, помещенной в электростатическое поле. При этом дополнительно проводят спектральный анализ фонового электромагнитного поля, полученного от антенны, помещенной вне электростатического поля. После чего сравнивают спектральные характеристики от первой и второй антенны и по их различию судят о величине напряженности электростатического поля. 2 ил.

Наверх