Измерительный преобразователь электромагнитных полей

(19 6 01 й 29/08 а, -а,.8 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ проектнония" при институте БРАЗОВАЛЕЙзмеренийкомпонентоставляюИз искаженои тех изме ре ной ком ской с образо ных поаааааЪ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОТЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЬХ ПО(57) Использование. в области ивертикальной и горизонтальнойнапряженности электрической с бретение относится к измеритель- нике, а именно к устройствам для ния вертикальной и горизонтальпонент напряженнс сти электричеоставляющей плоских, различным м поляризованных злектромагнитлей. Известно устройство еиксстного типа для измерения напряженности электрического поля, содержащее три параллельных электрода, причем крайние из них включены по дифференциальной схеме.Однако это устройство че с беспечивает измерение горизонтальной и вартикальной компонент напряженность эл зктрической составляющей плоских электромагнитных полей, Датчик также не позволя ат с удовлетворительной точностью проводить измерения в отрыве от заземленного электрода ввиду его несогласованности с окружающеи плоских, различно поляризованных электромагнитных полей. Сущность изобретения: преобразователь включает пя 1 ь цилиндрических электродов 1 - 11-5, восемь согласующих резисторов 2 - 12-8, пять выводов 3 - 13 - 5 для подключения передающих линий. Особенностью изобретения является введение резисторов и установление направления осей всех цилиндрических электродов совпадающим с направлением прихода исследуемого поля, что позволило повысить помехозащищенность и точность измерений при приеме плоских, поляризованных изменяющихся электромагнитных полей. 1 ил. щим пространством и внесенииний в измеряемое поле,Известно также устройство емкостного типа для раздельного измерения ортогональных составляющих вектора напряженности электрического поля в виде диэлектрической пластины и пяти плоских электродов,Однако датчик не обеспечивает одновременное измерение вертикальной и горизонтальной компонент напряженности электрической составляющей плоских поляризованных электромагнитных полей, имеет низкую точность при проведении измерений в отрыве от заземленных электродов, вносит значительные искажения структуры измеряемых полей в процессе измерений.Известен также датчик для измерения напряженности электрического поля дипольного типа, содержащий электрическийдиполь и включенные между его плечамипараллельно полупроводниковый диод идва конденсатора.Однако датчик не обеспечивает одновременное измерение вертикальной и горизонтальной компонент электрическойсоставляющей плоских поляризованныхэлектромагнитных полей, имеет низкую точность ввиду несогласованности с окружающим пространствем, вносит искажения 10структуры измеряемых полей.Известно устройство для измерениянапряженности импульсного электрического поля по трем ортогональным компонентам, содержащее измерительный 15преобразователь, выполненный в виде шести металлических стержней, установленнь 1 х симметрично по осям ортогональнойсистемы координат, закрепленных концамив шарообразном держателе, центр которого 20совпадает с центром ортогональной системы координат, Устройство позволяет измерять импульсные электрические поля слюбой ориентацией вектора напряженности; так как каждая пара симметричных 25стержней измеряет одну из ортогональныхкомпонент электрического поля.Недостатком устройства является низкая точность, обусловленная искажениемполей вблизи измерительного преобразователя и возникающих вследствие высокойэлектропроводности металлических стержней и расположения диполей вдоль компонент измеряемого поля,Наиболее близким к предлагаемому является измерительный преобразователь устройства, содержащий измерительныйпреобразователь, соединенный с блокоминдикации с дифференциальными входами,причем измерительный преобразователь 40выполнен в виде конструкции из трех вэаимноперпендикулярных дипольных антеннс общим центром, в которой каждая антеннасостоит из двух разнесенных половинок диполя, между которыми включен световод, 45интенсивность свечения которого пропорциональна соответствующей компонентеизмеряемого полл,Недостатком устройства является низкая точность измерения переменных элект- .50рических полей. Это обусловленоконструкцией измерительного преобразователя в котором антенны вследствие высокой электропроводности искажаютэлектрическое поле вблизи места расположения измерительного преобразователя, врезультате чего погрешность может достигать десятков процентов. Второй причинойнизкой точности измерений является несогласованность измерительного преобразователя с окружающей средой при измерении быстропеременнь 1 х электромагнитных полей, в результате чего в дипольных антеннах возникают переходные процессы, сопровождающиеся излучением, третьим моментом, обусловливающим невысокую точность, являются большие габариты измерителя вследствие расположения диполей вдоль ортогональных осей координат и вдоль измеряемых компонент напряженности электрического поля. Кроме того, применение измерительного преобразователя для измерения горизонтальной и вертикальной компонент плоских электромагнитных полей нецелесообразно в результате высокой стоимости, сложности изготовления и использования.Как известно, именно плоские поля получили огромное распространение и использование на практике, К ним, в частности, относятся электромагнитные поля в дальней зоне от источников, поля в двух и многопроводных протяженных линиях и т,д,Цель изобретения - повышение точности и помехозащищенности п 1 оских поляризованных изменяющихся электромагнитных полей.Поставленная цель достигается тем, что в измерительном преобразователе электромагнитных полей, содержащем электроды и выводы для подключения передающей линии, электроды выполнены в виде пяти цилиндрических и параллельных между собой электродов, расположенных в вершинах и в центре квадрата, плоскость которого перпендикулярна оси электродов, а диагонали ориентированы вертикально и горизонтально при этом электроды пронумерованы против хода часовой стрелки, начиная с первого нижнего и заканчивая пятым в центре квадрата, все электроды на одном конце согла. саваны между собой резисторами, включаемыми как вдоль диагоналей квадрата, так и вдоль его сторон, и соединены со стороны согласующих резисторов с выводами для подключения передающих линий, при этом электроды преобразователя размещаются вдоль направления распространения электромагнитной энергии, открытыми концами к источнику, а разность сигналов, снимаемых между первым и третьим электродами 01,з(т) и между первым и пятым электродами 01,в(1), пропорциональна вертикальной компоненте напряженности Е(т) электрического поляЕ (1) = Ц 01,3(1)-01,5(т),разность сигналов, снимаемых между четвертым и вторым электродами 04,2(0) и меж 17585985 10 15 20 Е (1) = (01,3(1) - 01,5(т,Е(т) = к 04,г(1) - 04 5(1,50 ду четвертым и пятым электродами 04,51),пропорциональна горизонтальной компоненте напряженности Е(1) электрическогополя Е(т) = К 04,г 1) - 04,5(т (2) где 1 - коэффициент пропорциональности, равный величине обратной половине длины диагонали О квадрата, к = 2/О.При этом новыми признаками являют.ся: выполнение электродов в виде пяти цилиндрических и параллельных между собой проводников; расположение электродов в вершинах и в центре квадрата, плоскость которого перпендикулярна оси электродов; расположение электродов так, что диагонали указанного квадрата ориентированы вертикально и горизонтально, а электроды и ри этом и р он ул еров ан ы и ротив хода часовой стрелки, начиная с первого нижнего и заканчивая пятым в центре квадрата; согласование электродов между собой на одном конце резисторами; включение согласующих резисторов между электродами как вдоль диагоналей, так и вдоль сторон квадрата; соединение всех электродов со стороны согласующих резисторов с выводами для подключения передающих линий; размещение электродов преобразователя вдоль направления распространения электромагнитной энергии открытыми концами к источнику; определение вертикальной и горизонтальной компонент напряженности электрического поля по формулам; Все перечисленные новые признаки являются существенными для выполнения цели изобретения, Так, выполнение электродов в виде пяти цилиндрических и параллельных между собой проводников, расположенных в вершинах и в центре квадрата, плоскость которого перпендикулярна оси электродов, позволяет повысить точность измерений и помехозащищенность результатов вследствие компенсации синфазных помех при выделении полезного сигнала с использованием формул (1) и (2), уменьшить число электродов по сравнению с прототипом с двенадцати до пяти, снизить стоимость, упростить конструкцию преобразователя, уменьшить сложность изготовления и эксплуатации, В предлагаемой конструкции удается практически в 3-4 раза 25 30 35 40 45 уменьшить габаритные размеры, что снова обусловливает и повышение точности измерений и уменьшение вносимых искажений измеряемых полей,Расположение электродов в вершинах и в центре квадрата, плоскость которого перпендикулярна оси электродов, а диагонали ориентированы вертикально и горизонтально, позволяет измерять вертикальную и горизонтальную компоненты напряженности электрического поля, создать симметричную относительно оси пятого электрода конструкцию, обеспечив возможность применения формул (1) и (2), и тем самым повысить помехозащищенность и компенсацию синфазных помех,Согласование электродов между собой позволяет исключить переходный процесс в электродах с отражениями от их концов и излучением при измерении быстропеременных полей,Включением согласующих резисторов между электродами как вдоль диагоналей, так и вдоль сторон квадрата достигается улучшение согласования снижением индуктивности и большим пространственным распределением резисторов, что в результате служит повышению точности измерений,Соединение всех электродов со стороны согласующих резисторов с выводами для подключения передающих линий позволяет испольэовать для измерений сигналы со всех электродов, применять формулы(1) и(2) и компенсировать синфазные помехи.Размещение электродов преобразователя в направлении распространения электромагнитной энергии открытыми концами к источнику позволяет практически в 4 раза уменьшить габаритные размеры преобразователя, тем самым уменьшить искажения, возникающие при внесении преобразователя в измеряемое поле. Очень важным при этом является то, что в отличие от известных измерительных преобразователей диполь- ного типа электроды предлагаемого преобразователя располагаются не вдоль силовых линий измеряемого электрического поля, а перпендикулярно этим линиям. Ввиду значительно меньших поперечных размеров электродов по сравнению с продольными (на два и более порядка), таким размещением электродов достигается многократное уменьшение влияния преобразователя на структуру измеряемых полей и повышение точности измерений. В известных преобразователях дипольного типа электроды антенн практически закорачивают(шунтируют) часть пространства, попадающую в область их расположения, При этом,эта область имеет размеры значительно больше, чем размеры предлагаемого преобразователя.Реализация схемы измерений с использованием формул (1) и (2) позволяет повысить точность измерений и помехозащищенность результатов путем компенсации синфазных помех при вычитании сигналов, При этом передающие линии должны быть одинаковой длины и иметь идентичные параметры.На чертеже представлен измерительный преобразователь плоских поляризованных электромагнитных полей, общий вид.Измерительный преобразователь, содержит пять электродов 1-11-5, восемь согласующих резисторов 2 - 12 - 8, пять выводов 3 - 13 - 5, для подключения передающих линий,Устройство работает следующим образом,Измерительный преобразователь располагается вдоль направления распростцанения электромагнитной энергии (вектор Р), открытыми концами электродов 1 - 11 - 5 в сторону источника электромагнитной энергии (не показан). В этом случае плоскость расположения компонент ведора напряженности электрического поля Е и Е будет перпендикулярна осям электродов 1 - 11 - 5. При этом электроды 1 - 11 - 5, расположенные на диагоналях, попадают в точки пространства, электрические потенциалы которых отличаются на величину, равную произведению соответствующей компоненты напряженности Е или Е на расстояние между электродами. Наводимые при этом в электродах 1-11-5 токи и напряжения не претерпевают многократных отражений вследствие согласования электродов резисторами 2 - 12-8. Это исключает излучение связанной с наводимыми токами и напряжениями электромагнитной энергии измерительным преобразователем и вследствие этого повышает точность измерений.Снимая наводимые на электродах 1- 11-5 разности потенциалов с выводов 3 - 13 - 5 через передающие линии (не показаны) и осуществив операцию вычитания по формулам (1) и (2) соответствующих сигналов, например, с помощью дифференциального усилителя осциллографа, получим и измерим на его экране сигналы, пропорциональные вертикальной и горизонтальной компонентам напряженности электрического поля, Изменение этих величин во времени соответствует законам изменения во времени вертикальной и.;ризонтальной компонент вектора напряженности электрического поля. Для измерения полного вектора напряженности могут быть примененыизвестные устройства, такие как квадратор,5 сумматор и блок извлечения квадратногокорня.Технико-экономическая эффективностьпредлагаемого измерительного преобразователя плоских поляризованных электро 10 магнитных полей обеспечиваетсяповышением точности измерений, возможностью одновременного измерсния вертикальной и горизонтальной компонентнапряженности электрической составляю 15 щей, снижением стоимости и сложности изготовления, а также упрощением процессаизмерений и эксплуатации измерительногопреобразователя. Повышение точности измерений достигается пуем уменьшения га 20 баритных размеров преобразователя,компенсации синфазных помех, уменьшения вносимых искажений размещениемэлектродов перпендикулярно плоскостивектора напряженности электрической со 25 ставляющей поля и согласованием электродов резисторами,Формула изобретения Измерительный преобразователь элек тромагнитных полей, включающий зонд, который содержит пять цилиндрических электродов, центры одного из концов которых являются выходными клеммами для подключения соответствующих линий пере дачи, причем выходные клеммы с первого почетвертый цилиндрических электродов расположены в вершинах квадрата, плоскость которого перпендикулярна пятому цилиндрическому электроду, выходная клемма ко торого расположена на равном расстоянииот выходньх клемм других цилиндрических электродов, отл ич а ю щи й с я тем, что, с целью повышения точности и помехозащищенности при приеме плоских поляризо ванных изменяющихся электромагнитныхполей, цилиндрические электроды, с первого по четвертый, расположены параллельно пятому цилиндрическому электроду, плоскость выходной клеммы которого совмеще на с плоскостью квадрата, в которомриасположены выходные клеммы других цилиндрических электродов, выходные клеммы цилиндрических электродов, с первого по четвертый, соединены последовательно 55 через введенные резисторы соответственнос первого по четвертый, и соединены с пятым цилиндрическим электродом через введенные резисторы соответственно, с пятого по восьмой, причем направление осей ци- линдрических электродов и направление1758598 10 Составитель Г,ГубаревТехред М.Моргентал Корре З,Салко ктор С.Лисина Заказ 2998 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 одной из двух осей, которые образованы диагоналями квадрата, в вершинах которого установлены выходные клеммы цилиндрических электродов, установлено совпадающим, соответственно, с направлением прихода, плоскостью поляризации преобразуемого электромагнитного поля,5