Устройство для измерения напряженности статического и квазистатического вихревого электрического поля

Авторы патента:

G01R29/0878 - Устройства для измерения или индикации электрических величин, не отнесенные к группам G01R 19/00-G01R 27/00

G01R29/08 - для измерения характеристик электромагнитного поля

Владельцы патента RU 2779924:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения вихревого электрического поля, создаваемого изменяющимся во времени и в пространстве магнитным полем и может быть использовано для измерения небольшого по величине вихревого электрического поля Земли. Техническим результатом является повышение точности измерения. Устройство для измерения напряженности статического и квазистатического вихревого электрического поля состоит из заземленного электропроводного экрана, выполненного в форме горизонтального круглого цилиндра, плоского измерительного конденсатора, расположенного внутри электропроводного экрана и состоящего из двух выполненных из электропроводного материала пластин и диэлектрика, установленного между пластинами, усилителя напряжения, к входам которого посредством проводников подключены пластины измерителя напряжения, вход которого соединен с выходом усилителя напряжения и резистора, установленного между проводниками и соединенного с ними. Измерительный конденсатор установлен с возможностью поворота посредством поворотного механизма, полуось которого соединена с измерительным конденсатором. Ось симметрии электропроводного экрана совмещена с осью вращения измерительного конденсатора. 1 ил.

Известно устройство для измерения квазистатического вихревого электрического поля, включающее рамку с разомкнутым витком провода и подключенного к концам этого витка измерителя электродвижущей сила (см. л.: Поль Р.В. Учение об электричестве. М., Физматгиз, 1962 г., стр. 117, рис. 159).

Недостатком данного устройства является низкая чувствительность к вихревому электрическому полю.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для измерения напряженности электростатического поля, включающее плоский измерительный конденсатор, состоящий из двух металлических пластин, изолированных друг от друга и расположенных перпендикулярно вектору электрического поля и баллистический гальванометр, подключенный к пластинам (см. Л.: Зильберман Г.Е. Электричество и магнетизм. М., 1970 г., стр. 109, рис. 89 и стр. 110).

Недостатком данного устройства является низкая точность измерения, высокий уровень помех и низкая чувствительность к вихревому электрическому полю, т.к. диэлектрическая проницаемость воздуха между пластинами равна единице.

Техническим результатом является повышение точности измерения, уменьшения уровня помех и увеличения чувствительности к вихревому электрическому полю за счет создания среды между пластинами с диэлектрической проницаемостью больше единицы.

Технический результат достигается в устройстве для измерения напряженности статического и квазистатического вихревого электрического поля, включающем заземленный электропроводный экран, выполненный в форме горизонтального круглого цилиндра, внутри которого расположен плоский измерительный конденсатор, состоящий из двух выполненных из электропроводного материала пластин и диэлектрика, установленного между пластинами, усилитель напряжения, к входам которого посредством проводников подключены пластины, измеритель напряжения, вход которого соединен с выходом усилителя напряжения, и резистор, установленный между проводниками и соединенный с ними, при этом измерительный конденсатор установлен с возможностью поворота посредством поворотного механизма, полуось которого соединена с измерительным конденсатором, а ось симметрии электропроводного экрана совмещена с осью вращения измерительного конденсатора.

Установка диэлектрика между пластинами позволяет повысить чувствительность к вихревому электрическому полю за счет создания среды между пластинами с диэлектрической проницаемостью больше единицы.

Усилитель напряжения, к входам которого посредством проводников подключены пластины, позволяет значительно повысить чувствительность устройства к вихревому электрическому полю за счет увеличения напряжения и согласования высокого входного сопротивления усилителя с емкостью измерительного конденсатора.

Измеритель напряжения позволяет повысить точность измерения, увеличить чувствительность к вихревому электрическому полю за счет измерения большой величины напряжения.

Резистор позволяет увеличить точность измерений за счет сохранения стабильности величины входного сопротивления для нагрузки измерительного конденсатора, т.к. влияние внешних факторов на величину входного сопротивления усилителя напряжения достигает значительных величин.

Заземленный электропроводный экран, выполненный в форме горизонтального круглого цилиндра позволяет отделить от измеряемого вихревого электрического поля различные электромагнитные помехи, такие как индустриальные помехи, радиопомехи, радиоволны, электростатические поля, электрическое поле атмосферы Земли.

Установка измерительного конденсатора с возможностью поворота посредством поворотного механизма, полуось которого соединена с измерительным конденсатором позволяет устанавливать измерительный конденсатор поочередно то перпендикулярно, то параллельно вектору вихревого электрического поля, что вызывает перепады величины напряжения на измерительном конденсаторе, которые после усиления измеряются измерителем напряжения, и затем умножением величины перепадов напряжения на коэффициент чувствительности устройства получают значение величины напряженности вихревого электрического поля.

Совмещение оси симметрии электропроводного экрана с осью вращения измерительного конденсатора обеспечивает неизменность расстояний между пластинами измерительного конденсатора и стенками заземленного электропроводного экрана при вращении измерительного конденсатора, а значит емкость измерительного конденсатора будет сохраняться неизменной, следовательно будет обеспеченна высокая точность измерений.

Устройство для измерения напряженности статического и квазистатического вихревого электрического поля поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства.

Устройство для измерения напряженности статического и квазистатического вихревого электрического поля состоит из заземленного электропроводного экрана 1, выполненного в форме горизонтального круглого цилиндра, плоского измерительного конденсатора 2, расположенного внутри электропроводного экрана 1 и состоящего из двух выполненных из электропроводного материала пластин 3 и 4 и диэлектрика 5, установленного между пластинами, усилителя напряжения 6, к входам которого посредством проводников 7 и 8 подключены пластины 3 и 4, соответственно, измерителя напряжения 9, вход которого соединен с выходом усилителя напряжения 6, и резистора 10, установленный между проводниками 7 и 8 и соединенный с ними. Измерительный конденсатор 2 установлен с возможностью поворота посредством поворотного механизма 11, полуось которого соединена с измерительным конденсатором 2. Ось симметрии электропроводного экрана 1 совмещена с осью вращения измерительного конденсатора 2.

Устройство для измерения напряженности статического и квазистатического вихревого электрического поля работает следующим образом.

Если измеряемое вихревое электрическое поле направленно вертикально вниз (Фиг. 1, вектор Е), то тогда поворотным механизмом 11 следует повернуть измерительный конденсатор 2 так, чтобы его пластины 3 и 4, а также диэлектрик 5 установились горизонтально. При этом величина напряжения между пластинами 3 и 4 станет близкой к нулю через интервал времени, равный 3…5 величин суммарной постоянной времени от всех цепей, приведенных к входу усилителя напряжения 6. Процесс падения напряжения между пластинами 3 и 4 произойдет из-за перетекания зарядов между этими пластинами по проводникам 7 и 8 и резистору 10. Т.к. шумы, приведенные к входу усилителя напряжения 6 смещают величину напряжения на входе и выходе этого усилителя, то необходимо записать величину начальных показаний измерителя напряжения 9. После этого измерительный конденсатор 2 необходимо повернуть поворотным механизмом 11 вокруг оси вращения на 90 градусов, чем будет достигнуто расположение пластин 3 и 4, а также диэлектрика 5 параллельно вектору Е (т.е. вертикально). Затем нужно записать новые показания измерителя напряжения 9, и вычесть из них начальные показания. Полученную разность напряжений надо умножить на коэффициент пропорциональности, известный по расчетам или в результате калибровки устройства. Полученный результат и будет величиной напряженности вертикальной составляющей векторной суммы измеряемых статического и квазистатического вихревых электрических полей. Номинал резистора 10 следует выбирать таким, чтобы за время между записями начальных и конечных показаний измерителя напряжения 9 измерительный конденсатор успевал разрядиться на величину, не превышающую допустимую погрешность измерения напряженности вихревого электрического поля.

Предложенное устройство для измерения напряженности статического и квазистатического вихревого электрического поля повышает точность и стабильность измерений, позволяет уменьшить влияние помех и обеспечить высокую чувствительность к вихревому электрическому полю до 0,1 мВ/м и лучше.

Устройство для измерения напряженности статического и квазистатического вихревого электрического поля, включающее заземленный электропроводный экран, выполненный в форме горизонтального круглого цилиндра, внутри которого расположен плоский измерительный конденсатор, состоящий из двух выполненных из электропроводного материала пластин и диэлектрика, установленного между пластинами, усилитель напряжения, к входам которого посредством проводников подключены пластины, измеритель напряжения, вход которого соединен с выходом усилителя напряжения, и резистор, установленный между проводниками и соединенный с ними, при этом измерительный конденсатор установлен с возможностью поворота посредством поворотного механизма, полуось которого соединена с измерительным конденсатором, а ось симметрии электропроводного экрана совмещена с осью вращения измерительного конденсатора.

Изобретение относится к области измерений в радиотехнике и может быть использовано при измерении плотности потока энергии электромагнитного поля антенны (ППЭ ЭП). Техническим результатом предложения является обеспечение возможности определения максимальных величин электромагнитного поля антенны и его распределения.

Способ определения ослабления радиосигнала в радиопрозрачном теплозащитном материале в условиях воздействий интенсивных тепловых потоков с использованием радиосигнала // 2769547

Изобретение относится к радиотехнике и служит для определения ослабления радиосигнала в радиопрозрачном теплозащитном материале (РТЗМ) в условиях воздействия интенсивных тепловых потоков. Технический результат - определение ослабления радиосигнала при воздействии тепловых потоков.

Устройство для измерения удельного заряда частиц аэрозоля // 2763129

Использование: для измерения удельного заряда частиц аэрозоля. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения удельного заряда частиц аэрозоля содержит узел отбора пробы и электростатический вольтметр, при этом узел отбора пробы состоит из внешнего корпуса, заземленного для исключения влияния на результат измерения свободных ионов и электрозаряженных частиц, выседающих на устройство, и внутреннего корпуса, изолированного от внешнего корпуса фторопластовыми втулками, содержащего контактирующие с ним последовательно размещенные металлические сетки, на которых расположен фильтрсорбирующий материал для улавливания частиц как жидкого, так и твердого заряженного аэрозоля и определения их массы, при этом заряд аэрозольных частиц, высевших на фильтрсорбирующий материал, передается сетками внутреннему корпусу, потенциал которого измеряется электростатическим вольтметром.

Система диагностики датчиков холла и способ ее применения // 2762021

Изобретение относится к системам для измерения переменных магнитных величин, в частности к системам и способам диагностики датчиков Холла. Техническим результатом является повышение точности диагностики датчиков Холла, с одновременным повышением технологичности диагностического устройства.

Система для визуализации микроволнового излучения путем регистрации изображения инициированного микроволнового пробоя газа // 2761984

Изобретение относится к системам для измерения параметров пучков электромагнитного (ЭМ) излучения. Система для визуализации микроволнового излучения путем регистрации изображения плазмы содержит металлодиэлектрический экран, помещенный в герметичную наполненную рабочим газом камеру с входным окном, выполненным из прозрачного для микроволнового излучения материала, при этом входное окно расположено перед рабочей поверхностью металлодиэлектрического экрана на расстоянии от него по крайней мере в 5 раз меньше характерного поперечного размера пучка визуализируемого микроволнового излучения, к тому же по крайней мере одна из частей камеры выполнена из материала, прозрачного в видимом или близком к нему диапазонах.

Способ автоматизированного измерения уровней электромагнитных излучений в элементах конструкции экранированного сооружения в требуемой полосе частот // 2761478

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к измерительной технике, и может быть использовано для измерения величины реального затухания электромагнитного поля, создаваемого радиоэлектронными средствами различного назначения в требуемой полосе частот, и оценки экранирующих свойств экранированных сооружений.

Устройство для измерения эффективной площади рассеяния радиолокационных объектов // 2756996

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при измерении эффективной площади рассеяния (ЭПР) различных объектов радиолокации, соизмеримых и меньших длины волны. Техническим результатом изобретения является увеличение отношения сигнал-фон при измерениях ЭПР радиолокационных объектов с помощью решеток в условиях ограничения размеров зоны измерений.

Способ относительной оценки эффективности экранирования элементов конструкции экранированного сооружения // 2755412

Изобретение относится к области защиты информации, содержащейся в электромагнитных полях, излучаемых изделиями и/или их составными частями и технологическим оборудованием. Технический результат заявляемого изобретения заключается в создании способа, позволяющего проводить оценку соответствия любого типа ЭС требуемой эффективности экранирования и обеспечивать локализацию мест просачивания электромагнитных полей.

Способ определения коэффициента безэховости в радиочастотной безэховой камере и устройство для его осуществления // 2753829

Заявленная группа изобретений предназначена для применения в области радиоэлектронных систем и комплексов навигации и наведения, а именно – для использования безэховых экранированных камер, воспроизводящих условия распространения электромагнитных волн в свободном пространстве. Техническим результатом является повышение точности и увеличение динамического диапазона измерения коэффициента безэховости.

Способ исследования структуры магнитных полей с использованием лазерного излучения // 2751462

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Регистрация дифракционной картины реализуется в трех плоскостях xy, yz и xz, так как наночастицы магнитной жидкости расположены по всему объему феррофлюидной ячейки.