Датчик электростатического поля

102 7 А 19) 8 АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР АМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЗОБРЕТ 0 А СТВУ МУ СВИДЕ КЯ о(21) 3265940/18-21 второго компаратора подключен к пер- (22) 2403,81 ному входу логического. блока, выход (46) 07.06.83. Бюл. В 21 которого подключен к первому входу (72) В.С.Кубланов, А.А.Мартынов, второго реверсивного счетчика, вы- Б.Ф.Наконечный, Б.И.Судаков, В.И.То- ход второго реверсивного счетчика подкарев и я.и,Шварцключен к первому входу цнфроанало- (53) 621."317.7(088.8) гового преобразователя, дешифратору, (56) 1, Раздав 1,У, Г 1 ача 8 з б., Бег- первому входу коммутатора н первому роау Н, Пп арраге 1 М .Йе аезцге Йц входу сумматора, выход дешифратора "сЬащр е 1 ес 1 гЬ(це. Йе РайвоэрЫге де подключен ко второму входу цнфроанайцре Е 1 ебс 3 вИК, Эоц гй) йе гесйегсЬез: логового преобразователя, первый выасеоьрЬЬг 1 ццез,. 1973,)(7,рр,99-108. ход генератора опорного напряжения2. Техническое описание и инст-. подключен к дополнительному входу рукция по эксплуатации самолетногоэлектростатического генератора, перприбора для измерения напряженнос- ному входу Формирователя строб-им,ти электрического поля (сннп), л., пУльса, третьему входу цифроанало ТО, 1979 (прототип). : гового преобразователя и второму Евходу логического блока, второй вы- (54)(57) ДАТЧИК НАПРЯЖЕННОСТИ ЗЛЕКТ- ход генератора опорного напряженияРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ, содержащий элект- подключен ко второму входу формироростатический генератор, соединенный вателя строб-импульса, выход которого со входом усилителя постоянного тока, подключен к первому входу блока сови генератор опорного напряжения, падения, третий выход генератора о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, опорного напряжения - ко второму .с целью увеличения точности, в него входу блока совпадения, выход кото- введены два компаратора, дешифратор, рого подключен ко вторым входамюеай, блок. совпадения, Формирователь, строб" первого и второго реверснвных счет- импульса, Логический блок, цифроана-. чиков, выход первого нэ которых логовый преобразователь, цифровое . подключен ко второму входу цифрового управляемое сопротивление, коммута- .управляемого сопротивления и второму тор, сумматоры, два реверсивных .счет-, входу коммутатора, выход .которогояика, при этом выход усилителя посто-, подключен ко второму входу сумматоянного тока подключен к первому входу ра, выход циФрового управляемого социфрового управляемого. сопротивления, противления йодключен ко второму вхо фф 3 первому компаратору и к первому вхо- ду Усилителя постоянного тока, а вы- аД ду второго компаратора, второй вход ход первого компаратора подключен к которого подключен к выходу цифро-, первому входу первого реверсивного аналоговог преобразователя, выход счетчика.25 Изобретение относится к электро- измерительной технике и может быть использовано для измерения напряженности электростатического поля атмосферы.Известен датчик электростатического поля, содержащий электростатический генератор, соединенный через первый избирательный усилитель и преобразователь Формы с синхронным детектором, и генератор опорного. напряжения, соединенный через вторые избирательный усилитель и преобразователь Формы с управляющим входом синхронного детектора, выход которого соединен со входом вы ходного усилителя 1.Недостатками датчика являются. большая погрешность в измерении накряженности электростатического поля при соотношении сигнал/шум меньше 20 единицы, небольШой динамический диапазон измерения.Наиболее близким к предлагаемому является датчик электростатического поля, содержащий последовательно включенные электростатический генератор, блок переключения преобразователя измерения, усилитель постоянного тока и синхронный детектор, а также генератор опорного напряжения, подключенный к управляющему входу синхронного детектора 21,Недостатками извеотйого датчика являются большая погрешность в измерении напряженности электростатического коля при соотношении сигнал/ З 5 /шум меньше единицы, а также ручное переключение диапазонов измерения.Целью изобретения является увеличение точности измерения напряженности электростатического поля 40 атмосферы.Поставленная цель достигается тем, что в датчик электростатического поля, содержащий электростатический генератор, соединенный со входом 45 усилителя постоянного тока, и генератор опорного напряжения, дополнительно введены два компаратора, дешифратор, блок совпадения, Формирователь строб-импульса, логический блок, цифроаналоговый.реобразователь, :цифровое управляемое сопротивление, коммутатор, сумматор и два реверсивных счетчика, при этом выход усилителя постоянного тока подключен к первому входу цифрового управляемого 55 сопротивления, первому компаратору и к первому входу второго. компаратора, второй вход которого подключен к выходу циФроаналоговоцо преобразователя, выход второго компаратора подключен 66 к первому входу логического блока, выход которого подключен к первому входу второго реверсивного счетчика, выход второго реверсивного счетчика подключен к первому входу цифро-у 5 аналогового преобразователя, дешифратору, первому входу коммутатора и первому входу сумматора, выход дешифратора подключен ко второму входу цифроаналогового преобразователя, первый выход генератора опорного напряжения подключен к дополнительному входу электростатического генератора,первому входу формирователя стробимпульса, третьему входу цифроаналогового преобразователя и второму вхо"ду логического блока, второй выходгенератора опорного напряжения подключен ко второму входу Формирователя строб-импульса, выход которогоподключен к первому входу блока совпадения, третий выход генератораопорного напряжения подключен ко второму входу блока совпадения, выход которого подключен ко вторымвходам первого и второго реверсивного счетчиков, выход первого изкоторых подключен ко второму входу циФрового управляемого сопротивления и второму входу коммутатора,выход которого подключен ко второмувходу сумматора, выход цифровогоуправляемого сопротивления подключен ко второму входу усилителя постоянного тока, а выход первогокомпаратора подключен к первому входупервого реверсивного счетчика.На чертеже изображена Функциональная схема датчика электростатического поля.Датчик содержит электростатический генератор 1, усилитель 2 постоянного тока, второй компаратор 3,генератор 4 опорного напряжения,блок 5 совпадения, Формирователь 6строб-импульса, логический блок 7,второй реверсивный счетчик 8, цифроаналоговый преобразователь 9, дешифратор 10, цифровое управляемоесопротивление 11, первый реверсивный счетчик 12, первый компаратор 13,коммутатор 14 и сумматор 15.. Датчик электростатического поляработает следующим образом,Электростатический генератор 1преобразует постоянный поток электростатической индукции измеряемогополя в переменный сигнал, амплитудакоторого определяется из выраженияЕ ЯГ,2 Ф где Е - напряженность электростатического поля;В - площадь измерительной пластины электростатическогогенератора;й - частота экспонирования;.В - входное сопротивление усилителя 2 постоянного тока.переменный сигнал поступает на первый вход усилителя 2 постоянного тока, усиливается и с выхода последнего поступает на первый вход второго компаратора 3.,Второй компаратор 3, логическийблок 7, второй реверсивный счетчик 8и цифроаналоговый преобразователь 9образуют замкнутую сЛедящую систему,оценивающую амплитудное значение сигнала на выходе усилителя 2 постоянно-.го тока и имеющую два режима работы:поиск и измерениеПри отсутствии переменного сигнала с выхода электростатическогогенератора 1 указанная следящаясистема находится .в режиме поиска,На выходе койпаратора 3 имеется логический сигнал 1 ф. 5При этом на выходе логическогоблока 7. формируется сигнал, частотакоторого равна частоте Е генератора 4 опорного напряжения, а амплитуда соответствует уровню логической ф 1 ф, Этот .сигнал поступаетна первый вход второго реверсивногосчетчика 8 и определяет знак егоперестройки. Реверсивиый счетчик 8.перестраивается частотой Е со вто- . 25рого выхода генератора 4 опорногонапряжения, которая поступает с выхода блока 5 совпадения только в те-,чение длительности строб-импульса.В режиме поиска амплитуда импуль- ЗОсов на выходе цифроаналогового преобразователя 9.линейно изменяется отминимального,. значения до максимального. Амплитуда импульсов на выходецифроаналогового преобразователя 9определяется состоянием реверсивногосчетчика 8 и равна. Оц,=КВ,где К - амплитуда импульсов напряжения питания цифроаналогоного преобразователя 9.уВ всостояние второго реверсив-.ного счетчика 8..Сигнал на выходе цифроаналогового преобразователя 9 представляет собой 45 щямоугольные импульсы, амплитуда которых;пропорциональна коду на выходе реверсивного счетчика 8, а дли". тельность. равна длительности импульсов с первого, выхода генератора 4 опорного нанряженйя, Цикл поиска заканчивается в момент заполнения реверсивного счетчика 8, когда на входах дешифратора 10, которые соединены с разрядами реверсивного счетчика 8, устанавливаются логические единицы. На выходе дешифратора 10 в этом случае Формируется сигнал для смейы на 180 фазыимпульсов на :пряжеиия питания цифроаналогового преобразователя 9. Пикл поиска по- о вторяется. Смена на 180. Фазы импульсов напряженйя питания цифроаналогового преобразователя 9 в ре- . жиме поиска необходима, так как неизвестен знак напряженности элект-. 5 ростатического поля, а следовательно, и фаза сигнала на выходе усилителя 2 постоянного тока.При появлении переменного сигнала на выходе электростатического генератора 1 на выходе усилителя 2 постоянного тока .Формируется сигнал .О. (1), и следящая система переходйт в режим измерения,Сигнал Оу, (1) поступает на первый вход второго компаратора 3, на ,второй вход которого поступает П, (Ц с выхода цифроаналогового преобразователя 9. Если О . т( Ощ, , то на выходекомпаратора 3. имеется логический сигнал ф 1 ф. При этом реверсивный счетчик 8 продолжает. перестраиваться всторону увеличения значения кода наего выходе.Если 0 пт /О, одто на выходекомпаратора 3 имеется логическийсигнал фф. В этом случае на выходе логического блока 7 формируется сигнал с частотой. Й и амплитудой,соответствующей логическому уровнюфф. При этом значение кода навыходе реверсивного счетчика 8 уменьшается,Когда 1 О-/ незначительно отличается отОцо , то процесс измерениязаканчивается, и на выходе второгокомпаратора 3 устанавливается логический сигнал фОфф.Для повышения точности фиксациявеличины напряженности электростати-ческого поля производится в течениедлительности строб-импульса, которыйсдвинут на 90 ф по отношению к сигна-.луеПри этом достигается наибольшеесоотношение сигнал-импульс так какименно в .этот момент значение полезного сигнала О является наибольшим.Фаза, сигнала на выходе электростатического генератора 1 либо совпадает с фазой сигнала, Формируемогона первом выходе генератора 4 опорного напряжения, либо сдвинута на180Поэтому для формирования строб-.импульса, сдвинутого на 90 по фа- .зе относительно Фазы выходного сигнала электроСтатиЧеского генератОра 1, достаточно знать фазу сигнала на первом выходе генератора 4опорного напряжения. Для точногоФормирования положения строб-импульса, сдвинутого на 90 ф относительновыходного сигнала электростатического. генератора 1, Формирователь бстроб-импульса соединен с первич ивторым выходами генеРатора 4 опорного напряжения. Частота сигнала навтором выходе К генератора 4 опорного напряжения по меньшей мерена порядок выше частоты сигнала на егопервом выходе Й,.Частота сигнала на втором выходегенератора 4 опорного напряженияравна360=рггде аЧ - погрешность установки фазыстроб-импульса,Стробирущцие импульсы с выходаформирователя б строб"импульса поступают на первый вход блока 5 совпа-.дения, на второй вход которого поступает сигнал с третьего выходагенератора 4 опорного напряжения, ас выхода блока 5 совпадения сигналпоступает на второй вход второгореверсивного счетчика 12.Перестройка реверсивного счетчика 12 осуществляется с целью изменения коэффициента передачи усилителя 2 постоянного тока, чтобыего выходное напряжение находилось в. диапазоне, ограниченном ве,личинами напряжений 0 и 0, причемОу больше 02. Для этого сигналОупт(й) поступает иа вход первогокомпаратора 13, который имеет двапорога стробирования - 0 и 02.При /Оунт/ больше Ойа выходекомпаратора 13 имеется логический ЗОсигнал 1 ф. Этот сигнал поступаетна первый вход реверсивного счетчика 12 и определяет знак его перестройки под воздействием частоты свыхода блока 5 совпадения, поступающей по второму входу реверсивногосчетчика 12 Код на выходе реверсив".ного счетчика 12 уменьшается. Од"новременно уменьшится и величинацифрового управляемого сопротив Оления 11. Сигнал на выходе усилителя 2 постоянного тока уменьшается, оставаясь в диапазоне, ограниченном порогами 0 и 0. Реверсивныйсчетчик 12 воздействует также накоммутатор 14, увеличивая масштабвыходного сигнала сумматора 15,Если / Оптменьше 0, то на выходе компаратора 13 появляется логический сигнал -1. Под воздействием этого сигнала и частоты с выхода блока 5 совпадения код на выходе реверсивного счетчика 12 увеличивается, увеличивается величина цифрового управляемого сопротивления 11. Сигнал на выходе усилителя 2 постоянного тока увеличивается, оставаясь в диапазоне, ограниченном порогами О и 0 . Тем самым обеспечивается большая точность во всем диапазоне изменения напряженности электростатического поля атмосферыПри (Оуптменьше 0, но больше . О, на выходе компаратора 13 появляется логический сигнал Оф. Кодна выходе реверсивного счетчика 12 не изменяется.Коммутатор.14 совместно с сумматором 15 выполняют функции множительного. устройства,.двоичных чисел, формируемых на выходах реверсивных счетчиков 8 и 12. Перемножение осуществляется с целью изменения масштаба сигнала на.выходе сумматора 15 в соответствии со, значением цифрового управляемого сопротивления 11, которое определяется выходным кодом реверсивного счетчика 12Сумматор 15 выполняет функции накопителя, т.е. оценка напряженностиэлектростатического поля формируетсяв нем за несколько периодов сигналана первом .выходе генератора 4 опорного напряжения Е, При этом с увеличением количества периодов накопления увеличивается постоянная времениФормирования оценки сигнала в сумматоре 15,Изобретение позволяет увеличитьточность формирования оценки напряженности электростатического поля атмосферы, а также исключить ручноепереключение диапазонов измерения,1022077 Составитель В.КосТехред:Е.Иыцьо Ц Корректор Л.Бокшан актор Н.Егоро аказ 403 сное д, 4/5 ая,/37 Тираж 710ПодлВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам"изобретений и открытий113035, Москва, 3-35, Раушская наб.,еФилиал НПЯ ффПатентф, г. Ужгород, ул