Способ измерения составляющих вектора напряженности невозмущенного электростатического поля атмосферы с летательного аппарата

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 394167 1)4 С О К 29/1 САН ЕТЕ ДЕТЕЛЬС А ВТОРСНОМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Главная геофизическая обсерватория им. А.И, Воейкова(56) Имянитов И.М. Приборы и методы для изучения электричества атмосферы.- М.; Гостехиздат, 1957, с. 232-244.Техническое описание и инструкция по эксплуатации самолетного прибора для измерения напряженности электрического поля (СПНП). ГГОим. А.И. Воейкова, Л., 1979.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВЕКТОРА НАПРЯЖЕННОСТИ НЕВОЗМУЩЕННОГО ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ АТМОСФЕРЫ С ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА(57) Изобретеизмерительнойния - увеличепутем учета зпарата (ЛА).чины и знакауровень мешаЛА в каждой иего поверхносизмерение сосженности элекферы по даннь ние относится к электро"технике. Цель изобретение точности измерений аряда летательного ап- . Производят оценку вели- ЛА. Снижают до миним. ющего поля эл. заряда з контрольных точек (КТ) ти. При этом производят тавляющих вектора напрятростатич. поля атмосщ измерений в этих КТ. Снижение уровня мешающего поля эл.заряда ЛА в каждой из КТ осуществля-,ется методом компенсации мешающегополя с помощью вспомогательного эл.поля, к-тое формируют на основанииоценки величины и знака эл. заряда ЛАполучаемой из суммы предварительнопроинтегрированных сигналов из 2-хКТ. Контроль за достижением миним,мешающего поля в КТ осуществляют повеличине оценки эл. заряда ЛА, к-раяд.б. близкой к нулю. При достаточ"ном снижении уровня мешающего поляустраняются нелинейные искаженияв процессе усиления сигналов, когдауровень мешащцего поля эл. зарядачрезмерно высок. Т. обр, устраняетсяодин из основных источников погрешностей измерения составляющих невозмущенного электростатич. поля атмосферы с ЛА. При более существенномснижении уровня мешающего поля, когда им можно пренебречь, устраняетсяи 2-й источник погрешности - многопараметричность расчетных соотношений, т.е. обеспечивается возможностьизмерений составляющих вектора напряженности электростатич, поля атмосферы с ЛА непосредственно по дачнымизмерений, проводимых в КТ его поверхности. 2 ил.Изобретение относится к электро- измерительной технике, в частности к области измерения напряженности электрического поля Земли, и может быть использовано при проведении как самолетных метеорологических,так и других исследований электростатических полей.Цель изобретения - увеличение точ О ности измерений путем учета заряда ,летательного аппарата.На фиг. 1 показаны места установкидатчиков на летательном аппарате; нафиг. 2 - структурная электрическаясхема устройства, реализующего предлагаемый способ.Устройство для реализации способа измерения составляющих вектора напряженности невоэмущенного электростати ческого ноля атмосферы с летательного аппарата содержит датчики 1 поля (устанавливаются в контрольных точках А, В, С и Р поверхности летательного апарата) ротационного типа 25 с измерительной и экранной пластинами и неподвижным экраном, усилитель 2 сигналов датчиков поля, детекторы 3 огибающих сигналов, интеграторы 4 с регулируемыми постоянными времени, суммирующий блок 5, блок 6 измерения (оценки), блок 7 (или усилитель) формирования управляющих напряжений, подаваемых на управляющие электроды датчиков с целью компенсации мешающего поля, измеритель 8 составляющей Е, измеритель 9 составляющей Е , измеритель 10 составляющей Е,.Устройство работает следующим образом.Пусть измерения составляющих (Е Е, Еэ) вектора (Е) напряженности не- возмущенного электростатического поля атмосферы производят с летательного аппарата, проводящая поверхность которого условно представлена в виде параллелепипеда (фиг1). Контрольные точки А, В, С и Г выбраны на поверхности летательного аппарата в местах пересечения ортогональных нейтральных плоскостей, причем в данном случае 50 А и Б выбраны особо (т,е. АБ Ц Еэ).В каждой из контрольных точек (А, В, С и Г) на поверхности летательного аппарата располагают по датчику 1 поля (например, ротационного типа с плоскими пластинами), с помощью которых преобразуют величины и знаки на-. пряженностей поля, действующих в этих точках, в электрические сигналы (фиг. 2), Затем эти сигналы усиливают с помощью усилителей 2 низкой частоты, детектируют с помощью детекторов 3 и интегрируют с помощью интеграторов 4 с элементами регулирования постоянных времени интегрирования (например КС-цепи с регулируемыми параметрами). Затем в пропорции, учитывающей коэффициенты связи, суммируют, сигналы из выбранных контрольных то" чек А и В с помощью суммирующего блока 5, на выходе которого получают электрический сигнал, по величине и полярности которого с .помощью блока 6 оценивают величину и знак электрического заряда летательного аппарата. В простейшем случае, в качестве блока 6 может быть использован, например, миллиамперметр, По полученной таким образом оценке электрического заряда летательного аппарата определяют интенсивности и знаки полей электрического заряда летательного аппарата в каждой из контрольных точек. Для формирования вспомогательных (компенсирующих) полей используют блок 7 формирования управляющих напряжений, с помощью которого могут быть получены управляющие напряжения необходимой величины и полярности. Сама операция формирования вспомогательных полей осуществляется в датчиках 1 поля, на неподвижные экраны которых подаются эти управляющие напряжения. Следовательно, на вход усилителей 2 поступают сигналы, являющиеся результатом алгебраического сложения естественных и вспомогательных электрических полей. Этим самым при компенсации мешающих полей обеспечивается устранение двух основных источников погрешностей: многопараметричность расчетных соотношений и нелинейные искажения в процессе усиления сигналов.Определение составляющих неискаженного электростатического поля атмосферы с летательного аппарата может быть осуществлено путем замеров проинтегрированных сигналов из каждой контрольной точки с помощью измерителей 8, 9 и 10 составляющих Ез, Е, и Е, соответственно (фиг. 2).В качестве указанных измерителей в простейшем случае могут быть использованы, например, обычные миллиамперметры и т.д. Отметим, что в каче20 Ер= К Я + КЕА Ур Кг КрсЕ = -т - тг К. к фс сПд БвКд КвЕик"+к,(5) 35 до 4 Аф Пво Кв Ев(2) Псо Кс ЕсПро Кр Ерф 40 0 до Пов КА Ке Е:и у тКд + Кв кд-квщ еК" +Кв стве показателя достаточно полной компенсации в нашем случае выбрана оценка электрического заряда, получаемая с помощью блока 6, близкая к нулю.Пусть в выбранных контрольных точках А, В, С и Р (фиг. 1) установлены датчики измерителей электростатического поля атмосферы для измерения трех 10 его ортогоиальных составляющих Е Е, Ев и собственного электрического заряда летательного аппарата Я. Тогда амплитуда напряжения на выходах датчиков определяется системой уравнений 15 еивдКдф Кди Кви Кви Кси Кси Кри Кр 25 коэффициенты связи, зависящие от конфигурации проводящей поверхности летательного аппарата.Согласно (1), учитывая операции преобразования, усиления и детектирования, имеем дело не с самими полями Е, Ев, Е и Ер, а с напряжениями 01 в, 0 и Пор на выходе измеривдтельных каналов где К, К, К, и К - коэффициенты связи измерительных каналов А, В, С и Р, учитывающие изменения интенсив ностей сигналов при выполнении операций их преобразования, усиления и детектирования.Искомые величины Е, Е, Ев и Я определяются с помощью соотношений 50Е =- - -вКрБсо КсЕ = -- и ОфКс Кс Кс 55(1 - к +к ) -- + (1+к -к )и и Бд,о иЦ воА Е д в0 Если к неподвижному экрану датчиков А, В, С и Р приложить постоянные напряжения, определяемые соот- ношениями о с р - константы датчи ков, пропорциональные расстоянию между неподвижным экраном и измерительной пластиной, то вид соотношений (3) значительно упрощается Данное упрощение результатов измерений происходит вследствие того, что при подаче на неподвижйые экраны датчиков А, В, С и Р напряжений, определяемых из Формул (1), происходит компенсация электростатического поля, обусловленного зарядом Ц летательного аппарата.Предлагаемый способ измерения составляющих вектора напряженности не- возмущенного электростатического поля атмосферы с летательного аппарата можно условно разбить на две стадии. На первой стадии производят оценку величины и знака электрического заряда летательного аппарата. На второй стадии снижают до минимума (в пределедо нуля) уровень мешающего поля электрического заряда летательного аппарата в каждой из контрольных точек, его поверхности и при этом производят измерение составляющих вектора напряженности электростатического поля атмосферы непосредственно поанным измерений в этих контрольных очках, Причем снижение уровня мешаего поля электрического заряда леательного аппарата в кажцой из конт 5 рольных точек осуществляется методом компенсации мешающего поля с помощью вспомогательного электрического поля, которое формируют на основании оценки величины и знака электрического аряда летательного аппарата, полуаемой из суммы предварительно проинте рированных сигналов из двух выбранныхонтрольных точек летательного аппараа.При этом контроль за достижениемнимума мешающего поля в каждой из онтрольных точек осуществляют по веичине оценки электрического заряда леательного аппарата, которая в этом лучае должна быть близкой к нулю.При достаточном снижении уровня ешающего поля устраняются нелинейные искажения в процессе усиления сигналов, когда уровень мешающего поля электрического заряда чрезмерно . высокий. Таким образом, устраняется ;один из основных источников погрешностей измерений составляющих невозмущенного электрического поля атмосферы с летательного аппарата.30При более существенном снижении уровня мешающего поля, когда им практически можно пренебречь по сравнению с уровнем измеряемого поля, устраняется и второй из основных источников погрешностей измерений - многопараметричность расчетных соотношений (3) т.е, обеспечивается возможность измерений составляющих век-. тора напряженности электростатическо 40 го поля атмосферы с летательного аппарата непосредственно по данным измерений, производимых в отдельных контрольных точках его поверхности. Существенное упрощение способа45 измерения, а также введение в каче.- стве показателя достижения достаточно полной компенсации мешающего поля, действующего в контрольных точках летательного аппарата, оценки электрического заряда, близкой к нулю, позволяет при технической реализации способа сравнительно легко автомати.зировать процесс измерения всех составляющих вектора напряженности электростатического поля атмосферы с 55 летательного аппарата. С этой целью можно, например, применить, цепь обратной связи, с помощью которой, используя электрический сигнал, характеризующий оценку электрическогозаряда, в качестве управляющего, осуществить управление формируемымивспомогательными полями в каждой изконтрольных точек поверхности летательного аппарата.Формула и э о б р е т е н и яСпособ измерения составляющих вектора напряженности невоэмущенногоэлектростатического поля атмосферы слетательного аппарата, включающийизмерение напряженности поля в точках пересечения двух вертикальныхпродольной и поперечной нейтральныхплоскостей с поверхностью летательного аппарата А и В соответственно,а также в точках пересечения вертикальных продольной и поперечной игоризонтальной нейтральных плоскостей с поверхностью летательного аппарата С и Р соответственно посредством датчиков ротационного типа сизмерительной и экранной пластинамии неподвижным экраном, соединеннымс корпусом датчика, и вычисление заряда летательного аппарата по формулеИ и Ус11(К +К)(1 а в)д в КО+К о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности измерения путем учета заряда летательного аппарата, отсоединяют неподвижный экран датчиков от корпуса и подают на него постоянные напряжения соответственно равные1и Г 1 О П = и1 вйюКд К вд КА+Кв, дОв Кд+Ке еКс КрПэс= К 1 с Ъс= К" гссиэмеряют напряжения на выходах датчиков в точке А, В, С и Р - Бд Ба Ц , У соответственно и вычисляют . - значения составляющих вектора напряженности невозмущенного электрического поля по формулам/К-П /Кв Е= -- - Е= - -з Е=- ЮЦ+ К"а К К"в К"+К где К, Кв К , К - аппаратные коэффициенты каналов датчиков в точкахю А, В, С и Р соответственно, Кд Кв, К, Кв Кс, К - кффициены связи данного типа летательного айпарата0 0 - напряжения измеренные на до в Ео 9выходах каналов датчиков А и В соответственно при заземленном неподвижном экране.1394167 вельев ставитель П.хред Л.Сердю орректор С.Че Р Л. Лангаз дписное Тираж 7 18/43 к ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий .113035, Москва, Ж, Раушская наб д,Производст олиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4