Устройство для измерения напряженности электрического поля атмосферы

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ЯО 1479897 А 1(51) 4 С 29 12 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Устр-восоединенные2 низкой(21) (22) (46) (71) рия и (72) (53) (56) действия счнх содержит посл датчик 1 поля частоты, сикх 4 низкой част Полезные сигн пают через ус Он вырабатыва 4 нных пом довательн усилител тор 3, фильтрий блок 5. ронныи детоты и решаалы с даилитель тчика 1 посту 2 на детектор 3 ет постоянные нап опредалы а полярностии.,алее сигьаживаются и п5, который опизмеряемоготмосферы. Цел ого поля тич яют их знака оступаю уются, сглющий блокряженностого поля еделя лектв реш ет на ь до- с 1 и вы я выполнением датчи ига в его элементов, при спектр чувствительно пересекается со амет ом ча тнь 1ти датч спектро ных пом о действующих синхронрые практически подавение относится к электр Цель изобретения - повы ти измерения в условиях е ко тся. 2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 4134317/2 0923.07.8615,05.89. Вюл. Р 18Главная геофизическая обсерватом. А.И.ВоейковаК.С.Жупахин621,317.328(088.8)Имянитов Л.М. 1 риборы и методы для изучения электричества атмосферы. М.: Гостехиздат, 1957, с. 484.Техническое описание и инструкция по эксплуатации самолетного прибора для измерения напряженности электрического поля (СПНП) . ГК СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды. ГГО им. А.И.Воейкова, Л., 1 979.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЧЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЧ АТМОСФЕРЫ(57) Изобретоизмерениям.шение точнос ния, величины которых пропорциональн величинам напряженностей электростаИзобретение относится к электроизмерениям и может быть использованодля измерения электрических полей,в том числе атмосферы,Цель изобретения - повышение точности в условиях действия синхронныхпомех.На фиг, 1 приведена структурнаяэлектрическая схема предлагаемого уст ройства для измерения напряженностиэлектрического поля атмосферы; нафиг, 2 - датчик поля.Устройство для измерения напряженности электрического поля атмосферы 15включает последовательно соединенныедатчик 1 поля, усилитель 2 низкойчастоты (УНЧ), синхронный детектор 3,фильтр 4 низкой частоты (фНЧ) и решающий блок 5, причем второй вход 20фазового детектора 3 подключен к второму выходу датчика поля, электродвигатель 6, связанный с осью электродвигателя 6 генератор 7 опорного напряжения, неподвижный изолированный 25от корпуса сплошной измерительныйэлектрод 8 (здесь круглая металлическая пластина), укрепленный на осиэлектродвигателя 5 вращающийся экранирующий электрод 9, электрически 30соединенный с корпусом (круглая металлическая пластина с секторными лопастями и отверстиями), неподвижныйградуировочный электрод 10 (круглаяметаллическая пластина .с секторнымиотверстиями и лопастями), Измерительный электрод .8 является первым выходом датчика и соединен с входом УНЧ 2,Все составные части датчика помещеныв экранирующий корпус 11 датчика 1. 40На фиг. 2 приведен пример конкретного выполнения датчика поля с двумясекторными отверстиями экранирующего9 и градуировочного 10 электродов.Устройство для измерения напряженности электрического поля атмосферыработает следующим образом.С первого выхода датчика 1 поляполезные сигналы поступают на УНЧ 2,усиливаются.им и подаются на первыйвход синхронного детектора 3, на второй вход которого поступают напряжения с генератора 7 опорного напряжения датчика 1 поля. Назначением синхронного детектора 3 является получение постоянных напряжений, величиныкоторых пропорциональны величинамнапряженностей электростатическогополя, а полярности определяются их знаками. Затем сигналы с выхода синхронного детектора 3 поступают на ЧНЧ 4, который снабжен элементами регулируемого интегрирования (КС-цепи).Назначением ФНЧ 4 является выполнение необходимых операций фильтрации и сглаживания полезного сигнала. Затем сигналы поступают на решающий блок 5 назначением которого является определение напряженности измеряемого электрического поля,Дополнительным источником погрешностей являются синхронные помехи различного происхождения. Анализ работы ротационного флюксметра (датчика 1 поля) с синхронным детектором 3 показывает, что он оказывается чувствительным к целому ряду переменных полей видаЕ; =Е,; з 1 п(2 КГ; е+9;)при=(21+1) Е(21.+1)где Й - частота опорного напряжения;- относительный коэффициентпередачи (чувствительности)по напряжению;1 = О, 1, 2, 3,Для снижения уровня синхронных помех в устройстве в качестве цепей частотной селекции используется синхронный детектор 3. Согласно соотношению (1) синхронный детектор представляет собой гребенчатый фильтр, чувствительный лишь к определенной решетке частот с частотной скважностью,определяемойчастотой генератора 7опорного напряжения (ю,=М,). В этойсвязи достаточно общим методом подав-.ления целого ряда синхронных помех счастотами ы; является такой выборчастоты генератора 7 опорного напряжения м (и частоты сигнала ь,), чтобы для любых частот о. реально существующих синхронных помех выполнялосьсоотношениетЦ (сов(21 с)ы ссозогсй О,о Ь 1(2)гле Т- время осреднения после син-,хронного детектора 3;Т 77 2 Г/ ЮоВ этом случае обеспечиваются условия непересекаемости спектра частотсинхронных помех со спектром частотной чувствительности синхронного детектора 3, и помехи практически подавляются.Конкретная реализация этого общего метода состоит в том что число обо 5 ротов (и) оси электродвигателя 6, число лопастей экранирующего 9 и число отверстий (Н) градуировочного 10 электродов, а также число полюсовгенератора 7 опорного напряжения дат чика .1 поля выполнены в соответствии с соотношениями30 Ки= -- (3)1 Ь 20 М=(2 п)Ь,15где Й- частота кратности ряда кратных частот мешающих электрических полей, создающихсинхронные помехи, Гц;д,п,1 = 1,2,3,При необходимой частотной расстройке выполняется соотношение (2), исинхронные помехи частотного ряда о;==х,р практически подавляются,Покажемна примере, что частотныйсгектр чувствительности ротационныхфлюксметров (датчиков поля) для рассматриваемого случая конкретной реализации предлагаемого устройства сделан непересекающимся со спектром ре 30ально действующих синхронных помех.Пусть помехи создаются бортовым генератором питающего напряжения с частотой Г =400 Гц. Тогда спектр частотреально действующих синхронных помех 35можно представить в видей,=1.400=21 200 Гц, (4)где =1, 2, 3,Очевидно в этом случае й р =400 Гц.Скорость вращения оси приводного 40электродвигателя 6 равна60 йп 60 400и=,== - "= -- =6000 об. /мин.М 4Отсюда частота генератора 7 опорного напряжения 45и 6000= - Ь= - 2=200 Гц.60 60В этом случае частотный спектрчувствительности синхронного детектора 3 определяется как 50й; =(2 з.+1) К,=(21+1) 200 Гц, (5)Из сравнения соотношений (4) и (5)следует, что частотные спектры чувствительности ротационного флюксметра (датчика 1 поля) и реально действующих синхронных помех (пример) не пересекаются, При этом отсутствуют ложные сигналы (сбои и дрейА нуля) на выходе измерительного канала в измерительном комплексе, что приводит к повышению точности измерений.Формул аизобретенияУстройство для измерения напряженности электрического поля атмосферы, включающее датчик поля, выполненный в виде соосно размещенных градуировочного, экранирующего электродови измерительного электрода, которыйявляется первым выходом датчика поля,причем градуировочный и экранирующийэлектроды выполнены в виде круга содинаковыми секторными вырезами иидентичными им секторными лопастями,а экранирующий электрод заземлен изакреплен на оси электродвигателяперпендикулярно к ней, генераторогорного напряжения, выход которогоявляется вторым выходом датчика поля, ось которого является продолжением оси электродвигателя, последовательно соединенные усилитель низкой частоты, вход которого подключенк первому выходу датчика поля, синхронный детектор, фильтр низких частот, решающий блок, причем второйвход синхронного детектора подключенк второму выходу датчика поля, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности в условияхдействия синхронных помех, число оборотов оси электродвигателя и, числолопастей и отверстий экранирующего иградуировочного электродов М и числополюсов Ь генератора опорного напря 1жения связаны соотношениями302 кри= -- об /мин11М=(2 ш)Ь,где . - частота кратности рядакратных частот мешающихэлектрических переменныхполей, Гц;1,ш = 1, 2 , 3,1479897Составитель П.Савельев Редактор Т.Парйенова ,Техред М.Ходанич Корректор С.ЧерниЗаказ 2540/45 Тираж 714 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101