Датчик электрического поля

(51) 4 С 01 Ч 3/12 фСЕ " г 3 гть."9,пе т 1 Ц ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(7 1) Северо-Восточный комплексныйнаучно-исследовательский институтДальневосточного научного центра АНСССР(54) ДАТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ(57) Изобретение относится к техникегеофизических измерений, к исследованию электрических полей земли в,801 92528 А 1 низкочастотных диапазонах. Цель изобретения - увеличение отношения сигнал/помеха. Датчик электрическогополя включает соосно расположенныезаземленную опору с полыми обращенными вверх выпуклыми поверхностными - рабочим и компенсирующим подним электродами, и антенный усилитель, вход которого соединен с рабочим электродом, а выход - с компен сирующнм. При этом для исключениявоздействия внешних механических силоба электрода выполнены в виде сферического сегмента и сочленены сопорой через шарнир упругого качения,точка качения которого расположенана уровне электрической высоты антенны. 2 ил.нагрузках или микросейсмических колебаниях почвы, в случае жесткого крепления рабочего электрода 2 (фиг, 1) на верхнем торце опоры 1 происходит прямая передача величины этой силы Изобретение относится к технике геофизических измерений и может быть использовано для исследования электрических полей земли в низкочастотных диапазонах, магнитотеллурического зондирования и профилирования в инфразвуковом диапазоне частот.Цель изобретения - увеличение отношения сигнал/помеха.На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый датчик; на фиг. 2 - упругий шарнир качения.Предлагаемый датчик содержит соосно расположенные заземленную опору 1 (фиг. 1) с рабочим полым электродом 2 и компенсирующим 3 под ним электродами, закрепленными на верхнем торце опоры с помощью шарнира 4 упругого качения, предусилитель 5 и опоры верхнего фиксирующего устройства 7.Рабочий полый электрод 2 датчика выполнен в виде сферического сегмента, под ним изолированно находится компенсирующий электрод 3, обеспечивающий прикрытие внутренней поверхности рабочего электрода, например, также в виде сферического сегмента, предусилитель 5 расположен под компенсирующим электродом, вход его через отверстие в компенсирующем электроде соединяется с рабочим электродом, общие (заземленные) шины соединены с заземленной опорой 1, выходсоединен с компенсирующим электродоми выходом датчика. Электроды крепятся к опоре через шарнир 4 упругогокачения, представляющий собой, например, шарнир со сферической головкой, имеющий общую точку качения, совпадающую с уровнем расположения электрической высоты датчика, и упругий элемент, например, в виде резинового амортизатора или пружинного (фиг. 2).В непосредственной близости от уровня расположения общей точки качения упругого шарнира, а в предельном случае на этом же уровне, к штанге крепится верхнее устройство Фиксации опоры, например тренога 7.Уменьшение вибрационной помехи происходит следующим образом,Под воздействием внешней побуждающей силы, возникающей при ветровых 1 О2025 30354050 на опору, Вследствие этого в опоре возникает деформация изгиба, которая приводит к изменению электрической высоты Ьэ датчика,в результате чего появляется вибрационная электрическая помеха.В предлагаемом датчике эта сила воздействует на опору через демпфирующий элемент в виде шарнира 4 с упругой качающей свободой движения. При этом импульс количества движения побуждающей силы, трансформируясь в упругие качающие колебания сферического сегмента, значительно уменьшает величину деформирующей силы, Для сохранения при этом без изменения электрической высоты датчика общая точка качения расположена на уровне электрической высоты датчика. Электрическая высота датчика определяется как положение эквивалентной емкости С расположенной в центре тяжести фигуры, образованной осью абцисс и кривой, описываемой0 СФункциейв пределах высот от нижбЬней части рабочего электрода до его верхней части. Для датчика с рабочим электродом в виде сферического сегмента, находящегося на высоте Ь, и компенсирующим электродом в его нижней части уровень электрической высоты Ь определяе"гся через собственную емкость С, этого сегмента:С(Ь,) = 1 С., (1)Собственная емкость С сферического сегмента определяется выражениемСь = 4 Е,К ( о + з 1 подпри 0- Т, (2) где К - радиус сферического сегмента,М - значение угла, соответствующего границе сегмента (фиг.1)Из формулы (1) определяем выражение для угла, соответствующего уровню электрической высоты Ь сегмента:3+ зз.п/Ь = - ( Ы + в 1 пос ). (3)12Получим высоту сегмента Н, соответствующую уровню Ьэ:Н = К ( 1 - сов/Ъ ), (4)Благодаря расположению точки качения рабочего электрода на уровне высоты Ь величина электрической выэсоты датчика остается неизменной, т.е. Ь э = сопвс при раскачивании сегмента под воздействием побуждающейсилы.Для уменьшения деформации изгиба опоры в случаях значительных величин побуждающей силы предлагаемый датчик обеспечивает возможность крепления верхнего фиксирующего устройства непосредственно около торца опоры на 1 О уровне общей точки качения шарнира.Уменьшение флуктуационной помехи осуществляется за счет придания рабочему электроду формы, подобной сфе рическому сегменту, и экранировки его компенсирующим электродом от области пространства, расположенной между ним и поверхностью земли. Это позволяет создавать собственную ем кость С в основном за счет большого объема в верхней полусфере пространства рабочего электрода, Такая ситуация обеспечивает сглаживающий интегрирующий эффект областей воздуха 25 с различными диэлектрической проницаемостью и объемными зарядами. Предлагаемый датчик по сравнению с известными позволяет снизить вибрационную электрическую и флуктуационную помехи при ветровых нагрузках и микросейсме,Формула изобретенияДатчик электрического поля, включающий соосно расположенные заземленную опору с полыми обращенными выпуклыми поверхностями вверх рабочим и компенсирующим под ним электродами, расположенными на верхнем торце опоры, и антенный усилитель,вход которого соединен с рабочимэлектродом, а выход - с компенсирующим, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью увеличения отношениясигнал/помеха путем исключения воздействия внешних механических сил,оба электрода выполнены в виде сферического сегмента и сочленены с опорой через шарнир упругого качения,точка качения которого расположенана уровне электрической высоты антенны,1392528 Составитель Е.ПоляковТехред Л.Сердюкова Корректор Г.Решетник Редактор А.Огар Заказ 1888/51 Тираж 522 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5