Датчик электрического поля токов проводимости

0% (11) 1 Ч 3/06 ГОСУДАРСТ по дкллм Юр.-54) (57)ОХОВ ПРО ИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ДИМОСТИ; состоящий изого корпуса с располом в вершинах вписанно 43, КлемиВ.М,диэлектричеженными на н, О.В,Кмирновни.на и о идентичными измерительго т на ю ыми электродами, о т л и й с я тем, что, с ц ия чувствительности и т революции эн лью увелич ности измеполне в льство ССС 6, 1975. ство СССР х кот иде 3/детел /18-2 82 ны-экра с тотип СОЮЗ СОВЕТСНИХСФЗюютаеавкРЕСПУБЛИН ВЕННЫй НОМИТЕТ СССР оБ ктений и оееыти К АВТОРСКОМУ(71) Московский орддена Октябрьской Ртический институт(56) 1, Авторское сВ 622025, кл. С 012, Авторское свипо заявке 9 3461335кл, С 01 Ч 3/06, 19 рении, корпус датчик де тетраэдра, на реб симметрично по отнош граням с наружной ст ны диэлектрические п нию к образующироны установле1 11255Изобретение относится к измери"тельной технике, применяемой в геоэлектроразведке и при морских геофизических исследованиях электрических полей, в частности к измерениюэлектрической составляющей естественных и искусственных электромагнитных полей в морской среде, и можетбыть использованопри разработке,проектировании и изготовлении пер Овичных преобразователей для измерения вектора напряженности электри"ческих полей в проводящих средахдля решения различных прикладныхзадач геофизики, физического моделирования и ти.Известен трехкомпонентный датчикэлектрического поля, содержащий триидентичных однокомпонентных датчика переменного электрического поля, 20расположенных так, что их оси максимальной чувствительности взаимноперпендикулярны, а геометрическиецентры совмещены в пространстве,Электродная система датчика представ ляет собой разрезанные проводящие,стержни, в разрез которых включеныпервичные обмотки согласующих трансформаторов в виде тороидальнь 1 х катушек, К вторичным обмоткам трансфор- Зрматоров подключены входы усилительно-измерительных каналов 11 .еиНедостатком данного устройстваявляется низкие чувствительность иточность измерения слабых электрических полей. Объясняется это тем,что эквивалентная измерительнаябаза каждой пары электродов (полустержней) любого из каналов шунтируется электродами других каналов.В ре зуль тате уме ныла ет ся как ток короткого замыкания Т каждого из каналов (линии поля плотности токазамыкаются через электроды ортогональнв 1 х каналов), так и сопротивление растекания между электродами(выходное сопротивление канала) КПоскольку мощность, выделяемая насогласованной нагрузке датчика,пропорциональна - 1 Крр то умень"Вшение обоих сомножителей (один изкоторых входит во второй степени)приводит к заметному, ухудшению чувствительности. нах вписанного тетраэдра идентичными иемерительиыьее електрелеми 1 к 1 .Недостатком известного датчикаявляется уменьшение чувствительностии точности измерений из-за взаимногошунтирования измерительных баз электродов,Цель изобретения - увеличениечувствительности и точности измерений.Поставленная цель достигается тем,что в датчике токов проводимости,состоящем из диэлектрического корпуса с расположенными на нем в вершинах вписанного тетраэдра идентичнымиизмерительными электродами, корпусдатчика выполнен в виде тетраэдра,на ребрах которого симметрично поотношению к образующим граням с наружной стороны установлены диэлект-.трические пластины-экраны.На фиг.1 а,Б ,1 р изображены трипроекции, сечение (2) и общийвидпервичного преобразователяпредлагаемого датчика; на фиг,2блок-схема обработки сигнала при использовании предлагаемого датчика.Предлагаемый ,цатчик состоит изгерметичного диэлектрического корпуса в виде тетраэдра 1 (сечение диэлектрика на фиг,1 показано сплошнойлинией), во внутренней полости 2 которого может быть размещенааппаратура предварительной об 1 аботки сигнала, На каждом из ребер тетраэдра симметрично па отношению к образующим граням с наружной стороны кор"Впуса установлены одинаковые диэлектри 4ческие пластины- экраны 3. На граняхтетраэдра укреплены четыре идентич ных проводящих измерительных электрода 4-7. На фиг. 1 поверхность электродов показана прямой, а сечениекосой штриховкой.1 Наиболее близким к изобретению 55 является датчик электрического поля, состоящий из диэлектрического корпуса с расположенными на нем в вершиИзображенные на фиг.1 электроды занимают всю поверхность граней, так как в этом случае смоченная поверхность будет максимальной, а импеданс двойного поляризационного электрического слоя минимальным.Электрический контакт между электродами осуществляется только через%окружающее пространство. Прямой контакт мещцу ними исключается за счет применения диэлектрических пластин-экранов. Электроды могут занимать и не всю поверхность граней, т,е. иметь форму подобных граням. 3 11255треугольников, могут быть развернуты на угол, кратный 60. Можно такжеоиспользовать электроды в виде кругОвых дисков, полусфер, сфер, сфероидов и т.д, При этом важно лишь соблюдать симметрию электродной системы, Последнее условие выполняется,если все измерительные электродыодинаковы и идентично установленына гранях тетраэдра, имеют ось сим-, 10метрии, перпендикулярную плоскостиграней и проходящую через их центр,На блок-схеме (фиг.2) каждый изукаэанных измерительных электродов4-7 подключен к одному из одноименных входных зажимов усилительно-измерительных каналов 8-11 соответственно, вторые входные зажимы которыхсоединены в общую точку. Таким образом, входы усилительно-измерительных каналов образуют четырехлучевую звезду. Выходы всех четырех каналов через линию и устройство 12связи подключены к входам устройства 13 обработки сигналов, в качестве которого может быть использованамикроЭВМ,Наличие общей точки у входов усилительных каналов уменьшает перекрестные наводки и наводки от разностипотенциалов земель морской и береговой частей измерительной системыв случаях, если регистратор расположен вне датчика, а соединен кабелем связи с берегом или обслуживающим судном.Устройство функционирует следующим образом.При размещении датчика в проводящей среде с однородным электрическим полем произвольной ориентацииэлектродная система 4-7 преобразуетраспределенную энергию поля в электрический сигнал. При этом большаясмоченная поверхность электродов 4-7 45не только уменьшает влияниедвойного электрического слоя на результаты измерений, но и эффективно сгущает силовые линии плотности токапроводимости, т.е. увеличивает коэф 50фициент преобразования и чувствительность датчика. Кроме того, повышение чувствительности предлагаемого датчика осуществляется сгущением силовых линий 55 электрического поля непроницаемыми для него диэлектрическими. пластинами-экранами 3. При этом повьппение 7 7чувствительности и точности измерений, а также коэффициента преобразования датчика происходит практически без увеличения его объема и веса, выступающие пластины 3 могут быть очень тонкими. Также объем тетраэдра меньше чем у куба или любого другого тела при равной чувствительности. Идентичное расположение электродов, наличие трех осей сим" метрии электродной системы исключают взаимное шунтирование и влияние каналов один на другой.Рассмотрим процесс обработки полезного сигнала, Пусть исследуемое поле в декартовых осях координат (Фиг,1) имеет слсдующие компоненты вектора напряженности Е, Е у и Е.Тогда,.обозначив известный из расчетов или Определейный при калибровке коэффициент преобразования датчика по напряженности исследуемого поля для потенциалов электродов 4-7 относительно общей точки, т.е. напряжений на входе каналов 8-11, можно соответственно записать1 о 4 = с Эл со 519,5Есоз 70,5 );О, = ,(- Есов 60 со И,5 Есо 30 хл соз 95 + Е со 5 70,5о оэ 1, со 519,5 + Е сов 10 5 11 от= з хЭти напряжения усиливаются в известное число раз в усилительно-измерительных каналах 8-11 и поступают на линию и устройство 12 связи, которые осуществляют передачу и преобразование аналоговой информации в машинный код, поступающий на входы микроЭВМ 13. В последней любые три уравнения системы (1) используются для определения неизвестных компонент вектора напряженности исследуемого электрического поля Е, Е и Е, Оставшееся неиспользованным четвертое уравнение системы (1) используется для контроля правильности решения и проверки стабильности и неизменности во времени коэффициента преобразования датчика Гз. Тем самым исключаются погрешности измерений из-за измененийпри изменении физико-химических параметров окружающей среды и датчика (темпе11255 П Составитель В,ЗверевТехред А.Бабинец Редактор Р.Цицика Корректор А.Зимокосов Заказ 8535/35 Тираж 710ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Мос,ва, Ж, Раушская нгб д.4/5 Подписное Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 ратура, проводимость, соленость, хи-, мический состав морской воды, старение электродов, изменение входного сопротивления каналов и т.п,), Найденные значения компонент вектора 5 напряженности Е, Еи Е позволяют легко рассчитать модуль и направление результирующего вектора напряженности Е, а также определить др- гие параметры и характеристики ис , следуемого поля. (спектральные, корреляционные и др.), Результаты вычислений можно вывести на печатающееустройство или представить в удобной для наблюдений аналоговой форме. Использование изобретения позволит повысить чувствительность и точность измерений, что в свою очередь позволит .исследовать более сла" бые электрические поля и увеличит достоверность получаемой информации,