Способ измерения электростатического поля

(19) (11) 1)4 С 01 К 29/12 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ=а ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Главная геофизическая обсерватория им. А.И.Воейкова(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ(57) Изобретение относится к областиэлектрических измерений, в частностик способам измерения электрическихполейи может быть использовано дляизмерения величины напряженностии определения знака направления атмосферного электрического поля, осуществляемых с помощью флюксметров,устанавливаемых как на земле, так и1на разного рода летательных аппара128862 тах, судах и т.п. Целью изобретения является повышение разрешающей способности и чувствительности способа, который заключается в следующем. К измерительной пластине подключают нагрузку в виде параллельной КС-цепи и периодически экспонируют ее в измеряемое поле. Затем экранируют, измеряют параметры колебательного напряжения КС-цепи при определенном условии. По амплитуде и полярности первой полуволны определяют соответственно величину напряженности и знак направления электростатического поля. Цель достигается эа счет выбо- ра оптимальных величин коэффициентов 9временной и скоростной асимметриимодуляции поля, величины коэффициен- .та инерционности нагрузки и коэффициента трансформации скоростей.Устройство, реализующее данный способ, содержит вращающуюся и заземленную экранирующую пластину 1,выполненную в виде металлическогокруга, например, с секторно-ножевойформой отверстий, неподвижнуюизолированную заземленную пластину2 с секторной формой лопастей, выполненных из металла, нагрузку 3,пиковые детекторы 5 и 6, ключевуюсхему 7, узел 8 селекции первой полуволны и усилитель 4. 2 ил.1Изобретение относится к электрическим измерениям, в частности к способам измерения электрических полей, и может быть использовано для измерения величины напряженности и определения. знака направления 5 атмосферного электростатического поля, осуществляемых с помощью флюкс" метров, устанавливаемых как на земле, так и на разного рода летательных аппаратах, судах и т,п.Целью изобретения является повышение разрешающей способности и чувствительности способа измерения электростатического поля эа счет выбора величин коэффициентов временной и15 скоростной асимметрии модуляции поля, величины коэффициента инерционности нагрузки, а также величины коэффициента трансформации скоростей,удовлетворяющих соответственно следующим соотношениям:а = д, /А 3 1/3;Ь = Ч,/Ч ) 1;с = /Т 1/4;й=Ч;/ЧБ) 4,где а - коэффициент временной асимметрии модуляции поля;Ь - коэффициент скоростной асим 30метрии модуляции поля;с - коэффициент инерционностинагрузки измерительной пластины; 24 - коэффициент трансформациискоростей;дС,;Ч, - соответственно время и скорость экспонирования измерительной пластины в поле;д 1;Ч - соответственно время и скорость ее экранирования;- постоянная времени нагрузкиизмерительной пластины, например,= КС;Т=де, ++ М 2 - время одного цикла процессапериодической модуляции поля, Ч, -" -- условная исходная скоростьфизменения эффективной площади измерительной пластины,Б, - общая площадь измерительнойпластины;Т, - период вращения оси двигателя ротационного флюксметра;И= в - число лопастей (секторов) изТмерительной (экранирующей)пластины.На фиг. 1 представлены эпюры изменений во времени эффективной площадиизмерительной пластины Б(1), тока внагрузке (С), напряжения на нагрузке Б(С) и выходного продукта Б дляпредлагаемого способа измеренияэлектростатического ноля; на фиг. 2функциональная схема ротационногофлюксметра.Схема содержит вращающуюся и заземленную экранирующую пластину,выполненную в виде металлического3 12886 круга, например, с секторно-ножевой формой лопастей неподвижную изолированную измерительную пластину 2,например. с секторной формой лопастей, выполненных из металла, соединенную с нагрузкой 3, составленной, например, из параллельно соединенных резистора К и конденсатора С, .Пластина 1 укреплена на валу электродвигателя. Измерительная пласти на 2 через усилитель 4 колебательного напряжения Б(С) соединена с входами пиковых детекторов 5 и 6, выходы которых подключены к управляющим входам ключевой схемы 7 выбора по лярности.Выход усилителя 4 колебательного напряжения через узел 8 селекции первой полуволны на нагрузке 3 соединен с сигнальным входом ключе- вой схемы 7 выбора полярности. гоСпособ реализуется следующим образом.К измерительной пластине 2 флюксметра, лопасти которой выполнены в виде металлических секторов с общей эффективной площадью Яо, подключают нагрузку, например, также в виде параллельной КС-цепи, помещают пластину в электростатическое поле и (фиг. 1) с помощью экранирующей плас тины, выполненной в виде металлического круга с секторно-ножевидными отверстиями, периодически кратковременно (в течение отрезка времени Ж,) экспонируют ее в поле, а затем экранируют (в течение отрезка времени ь). При этом постоянную времени нагрузки (= К С) выбираютН нудовлетворяющей соотношениюсТ/4, Отношение дС, / д 1 выбирают равным или 40 больше 1/3. Отношение скоростей экспонирования и экранирования измерительной пластины Ч /Ч выбирают рав%ным или более единицы, а величину коэффициента трансформации скоростей 45 Й = Ч, /Ч, выбирают удовлетворяющей соотношению й = Ч /Ч ) М ) 4. Последние требования могут быть обеспечены, например, отклонением формы пластин от традиционной секторной 50 формы. Характер изменения эффективной площади пластины Б(1), тока в нагрузке 1(С), напряжения на ней 0(С) и выходного результата 11, соответствует эпюрам на фиг. 1.В примере реализации способа (фиг. 2) вращающаяся и заземленная экранирующая пластина 1 выполнена в виде металлического круга с восемью 29 4секторно-ножевыми отверстиями. Неподвижная и изолировгнная измерительнаяпластина 2 выполнена также металлической в виде узких восьмисекторныхлопастеи,Указанные формы экранирующей и.измерительной пластин. обеспечивают получение необходимых коэффициентов асимметрии полуволн тока (ь; ) и напряжения ) ь) в нагрузке 3.Измерительная пластина 2 соединена с нагрузкой 3, выполненной вданном случае из параллельно соединенных резистора К и конденсатораУсилитель 4 предназначен для усиления переменного напряжения 0(ь) на нагрузке 3. Детекторы 5 и 6 выполнены в виде пиковых детектоРов и предназначены для фиксации возможных как положительного, так и отрицательного амплитудных значений первой полуволны колебательного напряжения на нагрузке. Ключевая схема 7, упф. равляемая узлом 8 селекции первой полуволны, служит для выбора соответственно положительного или отрицательного значений выходного напряжения Ц,Узел 8 селекции первой полуволны служит для определения знака поля и управления ключевой схемой 7 и может быть выполнен (фиг. 2) управляемым колебательным напряжением с выхода усилителя 4. В этом случае он, автоматически анализируя структуру усиленного колебательного напряжения на нагрузке П(С), выраба-тывает управляющий сигнал на ключевую схему 7, который зависит от знака поля. Параметрами колебательного напряжения, которые могут в данном случае служить для целей селекции первой полуволны, могут быть взяты следующие: амплитуды и длительности полуволн колебательного напряжения на нагрузке, величина и число положительных и отрицательных перепадов этого напряжения и др. Кроме усилителя 4 узел 8 селекции может управляться, например, от оптрона, иодулируемого прорезями экранирующей пластины и т,п.Ротационный флюксметр (фиг, 2) работает следующим образом.Вращение экранирующей пластины 1, расположенной над измерительной пластиной 2, вызывает модуляцию измеряемого электростатического поля1288629 1 О иг. Составитель Е.ПлужниковРедактор А.Шандор Техред И.Ходанич рректор С.Шекмар аказ 7804/44 ВНИИПИ Госуд по делам и 113035, МоскТираж 752рственного комитета СССРобретений и открытийа, Ж - 35, Раушская наб д,Подписно Прои одственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная Е. Через измерительную пластину 2 и ее нагрузку 3 течет переменный ток 1 и на нагрузке 3 образуется переменное напряжение П(1), формы которых изображены на фиг, 1. Затем пе ременное напряжение Б усиливается усилителем 4. Амплитуда первой (11,) полуволны при положительном и отрицательном поле Е фиксируется соответственно пиковыми детекторами 5 и 6. 1(лючевой схемой 7, управляемой узлом 8 селекции, производится выбор полярности выходного напряжения Б соответствующего знаку поля Е,Формула изобретения Способ измерения электростатического поля, согласно которому к измерительной пластине подключают нагруз ку в виде параллельной КС-цепи, помещают пластину в электростатическое поле, периодически экспонируют ее в поле, а затем экранируют и измеряют параметры колебательного напряжения на нагрузке, причем измерение производят при условии, что отношение постоянной времени нагрузки квремени одного цикла процесса периодической модуляции поля лежит в пределах 0-0,25, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения разрешающей способности и чувствительности, измеряют амплитуду и определяют полярность первой полуволны колебательного напряжения на нагрузке и по ним определяют соответственно величину напряженности и знак направления электростатического поля,причем операции экспонирования иэкранирования измерительной пластины производят таким образом, чтобыотношение времен экспонирования изкранирования находилось в пределах0,33-1, отношение скоростей экспонирования и экранирования лежало впределах 1-10, а отношение скоростейэкспонирования и условной исходнойскорости изменения эффективной площади измерительной пластины былоравно или больше числа лопастей-секторов измерительной и экранирующейпластин и находилось в пределах4-50,