Устройство для измерения потенциала и напряженности электрической составляющей электромагнитного поля в проводящей среде

 

О П И С А" Н И- -Е- :—

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ij. —:;.;.> (11) 615440

Союз Советскик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) 17,1271 1725251/18-25 с присоединением заявки Pk— (23) Приоритет (43) Опубликовано 150778.Бюллетень № 26 (45) Дата опубликования описания 150678 (51) М. Кл.

С 01 Ч 3/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 550.858 (088.8) (72) Авторы изобретения е.ф.зимин, Г.п.Гаев, э.с.кочанов и В.Д.ларионов (71) ЗаяВИтЕЛЬ Московский ордена Ленина энергетический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА И НАПРЯЖЕННОСТИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ COCTABJIIIKXgEA ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

В ПРОВОДЯЩЕЙ СРЕДЕ

1 2

Еу 1р е

1 (1- eд)(аг 1ие -е ) Изобретение относится к области гидро- и геофизических исследований

Мирового Океана, в частности исследований электрической составляющей естественного электромагнитного поля (ЭМП) и теллурических токов в морской среде и грунте.

Известны устройства для измерений электрической составляющей ЭМП для морских исследований, состоящие из укрепленных на изоляционных опорах или кабель-тросе металлических электродов, выполненных в виде двух половин полого сфероида и соединенных между собой проводящим стержнем, на котором размещены тороидальные катушки с ферромагнитными сердечниками, соединенные линией связи с регистрирующей схемой (11 .

Такие устройства позволяют одновременно получать информацию о ,потенциале и напряженности электрического поля в исследуемой точке морс . кого пространства при повышенных

25 гидрологических помехах, упростить и снизить стоимость измерительного устройства в целом за счет уменьшения количества соединительных кабелей. 30

Недостатком известного устройства является то, что при понижении частоты исследуемого сигнала чувствительность его уменьшается из-за. увеличения двойного электрического слоя на поверхности раздела металл электрода — окружающая морская среда.

Действительно, если на частотах, где импеданс двойного слоя мал, для любого металла, иэ которого изготовлены полусферы электрода (учитывая, что электропроводность металла на несколько поряцков больше электра проводности окружающей среды), ток через электрод, возбуждающий магнитное поле в измерительной катушке, равен где Š— напряженность однородно-, го электрического поля по направлению большой оси 2а сфероида; 1 — удельная электропроводность окружающей среды; ф — длина малой полуоси сфероида; у

Е= 1- — -эксцентриситет сфероида.

615440

С понижением частоты ток через электрод будет

%р

Р д.с. где 1(р - сопротивление растекания между половинами сфероида; 5

Z -импедаис двойного слоя д.с. поверхности раздела металл электрода — морская среда.

Иэ формулы (2) следует, что для повышения чувствительности на низких 10 частотах необходимо уменьшать Z (\ в какой-то степени этого можно достигнуть выбором материала электродов, например, используя кадмирование, по1тладирование или золочение Я их поверхности. Но во всех случаях дальнейшее понижение частоты сигнала приведет к увеличению. Х* с., а следовательно, и к уменьшению чувствительности. 20

Целью изобретения является повы1иение чувствительности и избирательности измерений низкочастотных сигна . яов путем компенсации емкостной составляющей импеданса двойного электри 25 ческого слоя на поверхности раздела металл-окружающая среда.

Это достигается тем, что в пред лагаемом устройстве стержень выполнен из изоляционного материала и до волнительно введены источник тока подмагничивания и обмо -.ка, которая расположена на измерительной катушке и соединена с полонинами сфероида, а укаэанный источник. тока подключен к измерительной катушке.

На фиг. 1 показана измерительная ! часть устройства, продольный разрез; на фиг. 2 — эквивалентная схема измерительной части и блок-схема устройства. 40

Измерительная часть. устройства (фиг.1) состоит из двух металлических полусфероидов 1, разделенных диэлектрической вставкой 2 с выходным электрическим патрубком 3, через ко- 46 горый проходят выводы и производится заполнение полости сфероида изоляционной герметизирующей массой 4. Внут ри сфероида на изоляционном стержне 5 установлена измерительная катушка 6, 50 выполненная на тороидальном ферромагнитном сердечнике 7. Начало 8 и конец 9 дополнительной обмотки 10 электрически соединены.с металлическими полусфероидами. Начало 11 и конец 12 56 основной обмотки 13 подключены к регулируемому источнику .14 постоянного тока (фиг.2) и через разделительный конденсатор 15 ко входу предваритель,ного усилителя 16. К дополнительной обмотке (фиг.2) через активную 17 и емкостную 18 составляющие импендан са двойного слоя подключен источник

19 переменного тока сигнала, зашунтированный сопротивлением 20 растекания. 65

Измерение потенциала производится аналогично известному путем подключения одного полусфероида к измерительной схеме (на чертеже не показано).

При работе устройство располагает в выбранных точках исследуемого

Морского пространства. При наличии

ЭИП в исследуемой среде один иэ полу сфероидов 1 имеет потенциал исследуемой точки пространства, а потенциал второго полусфероида 1 отличается на ч, которое при однородном поле равно Ау Ги) L„, (3) где юс — круговая частота сигнала;, L< — индуктивность дополнительной обмотки 10 катушки 6.

В этом случае ток 3 выражается следующей формулой:

1 1„ (4). р *.е. с для увеличения величины „а следовательно, .л < и напряжения на входе предварительного усилителя 16 необходимо выполнить условие резонан са напряжений: е с4. (S) щс Сд.с. а в этом случае

1кз Р дс

Для выполнения условий реэонан= са на различных частотах с сигна-ла к основной обмотке 13 катушки 6 подключен регулируемый источник

14 постоянного тока. Изменением вели;чины тока подмагничивания от этого источника достигается равенство модулей индуктивного сопротивления дополнительной обмотки и емкостной составляющей импеданса двойного слоя на заданной частоте сигнала.

Изменения величины тока подмагничивания ферромагнитного сердечника 7 катушки 6 приведут к изменению магнитной проницаемости, 6, а следовательно, и L,О, что позволит выполнить условие (5) при различных а с

Таким образом, в предлагаемом устройстве не только повышается чувствительность в области низких частот, но и осуществляется частотная селекция сигнала, что особенно перспективно при решении задач по измерению скорости морских течений электромагнитными методами, когда с известна и фиксирована.

Формула изобретения устройство для измерения потенциала и напряженности электрической составляющей электромагнитного поля в проводящей среде, содержащее два

615440

Составитель Л. Воскобойников х е A.Алатырев Корректор Н.Ковалева

Редактор Л. Батанова Техред

Заказ 3905/36 та Совета Министров СССР

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета

П о делам изобретений и открытий

4 5

113035 Москва, "-35 Раушская наб. д. оектная 4

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проек укрепленных на изолированных о3 орах металлических электрода, выполненных в виде двух половин сфероида и соединенных стержнем, на котором размещены тороидальные катушки с ферромагнитным сердечником, соединенные ли нией связи с усилителем, регистра-, тором и схемой управления, о т л ич а ю щ е е с я тем, что с целью повышения чувствительности и избирательности измерений низкочастотных сигналов путем компенсации емкостно составляющей импеданса двойного элек . трического „слоя на поверхности раздела металл-проводящая окружающая среда, оно содержит источник тока подмагничивания и обмотку, расположенную на измерительной катушке и соединенную с половинами сфероида, при этом стержень выполнен из изоляционного материала, а источник тока подмагничивания подключен к иемерительной катушке.

Источники информации, принятые

10 во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

9 417753, кл, Я 01 1(3/02, 1974.