Измеритель напряженности электрического поля

 

Союз Советскик

<1»892353 оциалистически к

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 14.04.80 (21) 2911213/18" 21 (51) М. К,п.

G 01 R 29/12 с присоединением заявки №

ГооудоротиииыИ комитет

СССР пв делом кзобретеиий к открытки (23) Приоритет

Опубликовано 23,12 81 ° Бюллетень № 47

Дата опубликования описания 23 12 81 . (53) УДК621.317 °

° 7 (088.8) (72) Авторы изобретения

А.А.Тютин, А.А.Тютин и Г.А.Тучков

Новосибирский государственный унив им. Ленинского комсомола (71) Заявитель (54) ИЗИЕРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ПОЛЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначе» но для использования при реализации контроля окружающей среды на предприятиях, спутниках и космических кораблях, а также при различного рода исследованиях атмосферы.

Известно устройство для измерения напряженности электрического поля, содержащее источник потока электро" нов, выполненный в виде нити катода, размещенной в цилиндре, приемник потока электронов, состоящий из токосьемных колец с центрами, смещенными на центральной оси, и блок регистрации, Отклонение потока электронов, обусловленное воздействием контролируемого электрического поля, определяется путем обнаружения кольца,бомбардируемого потоком электронов 1).

Известное устройство имеет ряд недостатков. Во-первых, с помощью . подобного устройства вследствие его цилиндрической формы контролируется лишь часть электрического поля, присутствующая внутри прибора,что ограничивает пороговую чувствительность устройства. Во-вторых, при изменениях тока эмиссии, вызванных колебаниями тока, протекающего по нити катода, либо изменениях поверхности нити катода или токосьемных колец имеет место дополнительная погрешность измерения электрического поля.

Кроме того, известное устройство неудовлетворительно работает при . наличии внешнего ипи собственного магнитного поля, искривляющего траектории электронов, а также при токах

15 внешней плазмы, попадающей на прибор, Наиболее .близким техническим решением к предлагаемому изобретению является измеритель напряженности электрического поля, содержащий источник потока электронов, выполнен" ный в виде нити катода, цилиндрический ускоряющий электрод, одна половина которого выполнена сплошной, а

8923 другая - в виде сетки, приемник потока электронов, состоящий из токосъемных электродов в форме изолированных металлически х полосок, расположенных симметрично относительно нити катода и находящихся под положительным потенциалом. В Указанном устройстве характеристики электрического поля фиксируются путем измерения тока на токо" съемных электродах регистрирующим . >o прибором, подключенным к последним через усилитель (2 g.

Недостатки известного устройства также связаны с погрешностью контроля при изменениях тока эмиссии, вь званных )$ ,колебаниями тока, протекающего по нити накала, неудовлетворительной работой при наличии внешнего магнитного поля и токов внешней плазмы, Цель изобретения - повышение точ20 ности подобного измерительного устройства при его использовании как в земных условиях, так и в безвоздушном пространстве.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель напряженности электрического поля, содержащий расположенный в:металлическом корпусе источник потока электронов, функционально связанный с приемником потока элект"

30 ронов, состоящим из приемных электродов, усилитель и регистрирующий прибор, введены компенсирующий элект-род, модулирующий генератор, блок синхронного детектирования и два бло-. ка коррекции, источник потока электронов выполнен с системой коллимации потока, а приемник потока электронов заключен в металлический корпус с отверстием и снабжен разделительным экраном между приемными электродами, причем в качестве компенсирующего электрода использована пластина из магнитомягкого материала с шириной„ превышающей в несколько раз.диаметр потока электронов, и длиной, близкой 45 к расстоянию между корпусами источника и приемника потока электронов, установленная параллельно потоку и подключеная к выходу усилителя, раз. делительный экран размещен вдоль потока электронов на одинаковом расстоянии от приемных электродов, не превышающем половину диаметра потока, первый блок коррекции выполнен в виде коммутируемого блока питания повышенного напряжения и соединен с одним из управляющих входов источника, потока электронов, второй блок коррекции вы53

4 полнен в виде переключаемого блока памяти и установлен между выходом и соответствующим входом усилителя, блок синхронного детектирования включен между приемными электродами и усилителем, а выход модулирующего генератора соединен с другим управляющим входом источника потока электронов и тактовым входом блока синхронного детектирования.

На чертеже приведена функциональная схема предложенного измерителя напряженности электрического поля.

Устройство содержит источник потока электронов с нитью катода 1, фокусирующим электродом 2, ускоряющим анодом 3, модулятором 4 и коллимирующим отверстием 5 (2"5 - система элементов). Источник потока электронов расположен в металлическом кор" пусе 6 с коллимирующим отверстием 7.

Нить катода 1, фокусирующий электрод

2 и модулятор 4 соединены с блоком

8 питания. Ускоряющий анод 3 через переключатель 9 подключен к блоку 10 питания и k блоку 11 питания повышенного напряжения. Переключатель 9 связан (например, индуктивно), с командным блоком 12. Корпус источника потока электронов закреплен на основании 13.

На основании 13 установлен также приемник потока электронов,. заклю ченный в металлический корпус 14 с отверстием 15 и состоящий из приемных электродов 16 и 17 с разделительным экраном 18.

В состав устройства входят также усилитель 19, компенсирующий электрод 20, блок 2 1 синхронного детектирования, модулирующий генератор 22 и блок 23 памяти с усилителями 24 и 25, переключателями 26 и 27, ключом 28 и. конденсаторами 29"31. Переключатели

26, 27 и ключ 28 связаны с командным блоком 12. Регистрирующий прибор, являющийся составным звеном устройства, на схеме не показан.

При измерении напряженности электрического поля Е в условиях отсутствия внешних токов помехи и плазменных полей, функциональные блоки 2 1, 23, генератор 22 не используются, т.е, вход. усилителя 19.подключается непосредственно к электродам 16 и 17.

При этом работа устройства происходит следующим образом.

892353

Нить катода 1 излучает поток элект ронов, который, проходя систему элементов 4,3,2 и 5 ускоряется до необходимой энергии и, линейно коллимируясь, направляется через отверстие

7 в исследуемое пространство. Пролетая над электродом 20, поток через отверстие 15 попадает в торец экрана

18 и в предизмерительном цикле устрой ства делится на два равных потока, воспринимающихся .электродами 16 и 17.

При наличии равных токов на электродах 16 и 17 напряжение на выходе усилителя оказывается на нулевом уровне.

В процессе измерения при воздействии контролируемого электрического поля с напряженностью Е, направленной по стрелке, показанной на чертеже, поток электронов отклоняется вверх, соотношение токов на электродах 16 и 17 меняется, появляется напряжение соответ ствующего знака на выходе усилителя

19. Это напряжение возрастает дэ тех пор, пок не достигнет величины,при которой IlGAB от компенсирующего.элект рода 20 и внешнее поле уравновешиваются. Итоговый сигнал с выхода усили"

° теля 19, отображающий напряженность

Е контролируемого электрического поля, поступает на регистрирующий прибор. Искомая напряженность Е опре- деляется как отношение зарегистрироваенМ :о напряжения к расстоянию оТ потока электронов до компенсирующего электрода 20.

В результате длительной автономной работы устройства может произойти смещение "нуля" усилителя 19. Вслед" ствие этого производится необходимая коррекция, сущность которой заключается в том, что ускоряющий анод 3, параллельно подключенный к блоку 10 питания с напряжением 100"1000 В по команде от блока 12 с помощью пере.ключателя 9 переводится на блок 11 питания с напряжением в 10-100 раз большим. В результате этого происходит увеличение энергии потока в

10"100 раз и, как следствие, имеет место в 10-100 раз меньшее отклонение потока во внешнем поле. При этом накопленная ошибка уменьшается в несколько раэ. Ряд последовательных коррекций позволяет вновь установить

"нуль" устройства.

При измерении напряженности электрического поля Е в условиях присутствия внешних токов помехи и плазменных полей в схему устройства вводятся ранее выделенные функциональные блоки

21, 23, генератор 22, При этом работа устройства происходит следующим образом.

Промодулированный по току с помощью генератора 22 поток электронов из отверстия 7 пролетает над электродом

20 и попадает на электроды 16 и 17, разделившись на два равных потока экраном 18. Сигнал с электродов 16 и 17 подводится, в свое очередь, ко входу блока синхронного детектирова" ния 2 1. В последнем осуществляется детектирование и выпрямление сигнала.

15 Окончательное усиление постоянного напряжения производится усилителем 19, после чего оно через усилитель 24 с единичным коэффициентом усиления поступает на компенсирующий электрод

20 и в регистрирующий прибор, обеспечивая контроль напряженности Е электрического поля, Вместе .с тем выходное напряжение усилителя 24 запоминается на конденсаторе 29 и подводится к одному из входов усилителя 25. При осуществлении коррекции по команде из блока 12 с помощью переключателя 26 к другому входу усилителя 25 подается новое напряжение, которое сравнивает"

5в ся с ранее зафиксированным. Полученная на выходе усилителя 25 разность напряжений через замкнутый,ключ 28 и переключатель 27 заряжает конденсатор 31. В это время к усилителю 24 подво55 дится напряжение с конденсатора 30.

После переключения устройства в ра-, бочий режим все коммутирующие элементы возвращаются в положение, изобра" женное на чертеже. При этом к усилило теле 24 подключается конденсатор 31, обеспечивая вычитание сигнала ошибки.

Таким образом, точность измерения напряженности электрического поля по"

-вышается за счет устранения ошибок, 5.появляющихся иэ-за смещения "куля" усилителей, например, вследствие изменения состояния источника потока электронов. формула изобретения

Измеритель напряженности электрического поля, содержащий расположенный в металлическом корпусе источник потока электронов, функционально связанный с приемником потока электронов, состоящим из приемных электродов, усилитель и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с

892353 целью повышения точности измерения,в него введены компенсирующий электрод, модулирующий генератор, блок синхронного детектирования и два блока кор" рекции, источник потока электронов, выполнен с системой коллимации потока, а приемник потока электронов заключен в металлический корпус, с отверстием и снабжен раздельным экраном между приемными электродами,при- о чем в качестве компенсирующего элект" рода использована пластина из магнитомягкого материала с шириной, превышающей в несколько раз диаметр потока ,электронов, и длиной, близкой к расстоянию между корпусами источника и ! приемника г отока электронов, установ" ленная параллельно потоку и подключенная к выходу усилителя, раздельный экран размещен вдоль потока электронов в на одинаковом расстоянии от приемных электродов, не превышающем половину диаметра потока, первый блок коррекции выполнен в виде коммутируемого блока питания повышенного напряжения и соединен с одним из управляющих входов источника потока электронов, второй блок коррекции выполнен в виде переключаемого блока памяти и установлен между выходом и соответствующим входом усилителя, блок синхронного детектирования включен между приемными электродами и усилителем, а выход модулирующего генератора соединен с другим управляющим входом источника потока электронов и тактовым входом блока синхронного детектирования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СшА Р 3)44888, кл. 324-32, опублик. 1970.

2. Сдача Н.S Sel len I,W., Cele R.Ê. Electron EmIssIve turface

Electric, "Revten Scientific Instrdments" 1976, 38! 8, р.1117-1123 (прототип).