Цифровий спосіб вимірювання напруженості електричного поля

Реферат: Цифровий спосіб вимірювання напруженості електричного поля належить до геофізичного приладобудування і може бути використаний для вимірювання напруженості електричного поля атмосфери в геофізиці при пошуках корисних копалин, в промисловості при екологічних вимірюваннях. Спосіб полягає в тому, що вимірювальні пластини періодично експонують і екранують в електричному полі, протифазні сигнали пластин підсилюють в диференційному підсилювачі, по синхросигналу давача положення екрануючої пластини визначають полярність та додатково визначають період її оберту, а потім розраховують моменти запуску аналогоцифрового перетворювача так, щоб вимірювати тільки рівні максимумів і мінімумів вихідного сигналу, причому результат вимірювання представляють як різницю цих значень максимумів і мінімумів. Реєстрація і накопичення результатів вимірювання відбувається за допомогою бездротового зв'язку. Технічним результатом є підвищення точності, чутливості і швидкості вимірювань, а також можливості реєстрації швидкозмінних полів. UA 105423 C2 (12) UA 105423 C2 UA 105423 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі геофізичного приладобудування і може бути використаний для вимірювання напруженості електричного поля атмосфери в геофізиці при пошуках корисних копалин, в промисловості при екологічних вимірюваннях. Найбільш близьким аналогом є ротаційний або динамічний спосіб вимірювання електричного поля (див. Имянитов И.М. Приборы и методы для измерения электричества атмосферы. ГИТТЛ. - М., 1957. - С. 193-200) оснований на перетворенні потоку електростатичної індукції в змінний струм, внаслідок того, що вимірювальні пластини періодично експонують і екранують в електричному полі, протифазні сигнали з пластин підсилюють в диференційному підсилювачі, а по сигналу давача положення екрануючої пластини визначають полярність електричного поля. Недоліком цього способу є те, що отриманий змінний струм після підсилення знову випрямляють (демодулюють), причому отриманий в результаті сигнал, як показано (див. Имянитов И.М. Приборы и методы для измерения электричества атмосферы. ГИТТЛ. - М., 1957. - С. 193-200) має дуже складну форму, що потребує складної фільтрації, і що ускладнює реалізацію такого способу вимірювання, зменшує чутливість і точність вимірювань і збільшує час вимірювань. В основу винаходу було поставлено задачу підвищення точності, чутливості і швидкості вимірювань. Поставлена задача вирішується тим, що вимірювальні пластини періодично експонують і екранують в електричному полі, протифазні сигнали пластин підсилюють в диференційному підсилювачі, по синхросигналу давача положення екрануючої пластини визначають полярність, новим є те що, по синхросигналу давача положення екрануючої пластини визначають також період її оберту і потім розраховують моменти запуску АЦП так, щоб вимірювати тільки рівні максимумів і мінімумів вихідного сигналу, причому результат вимірювання представляють як різницю цих значень максимумів і мінімумів. Крім того для зменшення порушень електричного поля, а відповідно для підвищення точності вимірювань в точці вимірювання, зв'язок з комп'ютером виконують бездротовим. Спосіб може бути реалізований за допомогою пристрою, який показаний на кресл. Пристрій, що реалізує спосіб, містить заземлений (з'єднаний з корпусом) екрануючий електрод 1, що знаходиться на валу двигуна 2 і разом з валом обертається перед двома парами ізольованих один від одного та від корпусу вимірювальних пластин 3, які підключено до двох входів диференціального підсилювача 4, вихід якого з'єднано через антиалайзинговий фільтр 5 з аналого-цифровим перетворювачем (АЦП) 6, цифрові виходи якого підключено до мікроконтролера 7, один із виходів якого з'єднано зі входом дискретизації аналого-цифрового перетворювача 6. Крім того один із входів мікроконтролера 7 з'єднано з виходом давача синхросигналу положення екрануючої пластини 8, крім того, виходи мікроконтролера з'єднано з цифровим відліковим пристроєм 9, або з комп'ютером 10. Цифровий спосіб вимірювання напруженості електричного поля реалізують наступним чином. При обертанні вала двигуна 2 з заземленою екрануючою пластиною 1 періодично екрануються то одна пара вимірювальних пластин, то друга 3 і на виході диференційного підсилювача 4 отримуємо змінний симетричний сигнал складної форми (див. Имянитов И.М. Приборы и методы для измерения электричества атмосферы. ГИТТЛ. - М., 1957. - С. 180), причому піки цього сигналу з'являються тільки в моменти повного затінювання відповідних вимірювальних пластин екрануючою пластиною 1 і фактично інформація про значення напруженості електричного поля визначається різницею піків позитивної та негативної півхвиль. Тому по синхросигналу давача положення екрануючої пластини 8, який надходить на один із входів мікроконтролера 7, в якому визначається не тільки полярність вимірюваної напруженості електричного поля, але і розраховується період обертання двигуна і моменти появи піків сигналу як позитивної, так і негативної півхвиль і відповідно програмою мікроконтролера 7 формуються сигнали запуску АЦМ 6 тільки в моменти появи цих піків напруги. Отримані цифрові коди значень цих піків з цифрового виходу АЦП 6 зчитуються мікроконтролером 7, при цьому значення напруженості електричного поля визначають як різницю усереднених значень областей піків верхньої та нижньої півхвилі, отриманих з АЦП 6. Індикація результатів вимірювання відбувається на цифровому відліковому пристрої 9, а реєстрація і накопичення результатів вимірювання з метою подальшої обробки та оформлення протоколів вимірювань виконується на комп'ютері 10, який зв'язано з вимірювачем (мікроконтролером 7) за допомогою бездротового зв'язку і який може знаходиться стаціонарно на значній відстані при переміщенні, наприклад самого вимірювача. Спосіб, що пропонується, у порівнянні з аналогом має такі переваги: значно підвищується точність вимірювання за рахунок використання цифрового методу вимірювання, крім того за рахунок виключення помилки вимірювання від дрейфу нуля диференційного підсилювача 1 UA 105423 C2 5 10 15 (результат визначається як різниця піків, тому дрейф буде відніматися), значно спрощується вимоги до фільтрації вимірів сигналів складної форми (виміри виконуються тільки в областях піків сигналів), значно спрощується конструкція вимірювального перетворювача (відсутній додатковий електрод для компенсації паразитної модуляції ємності (див. авторське свідоцтво СРСР № 629513 кл. G01 R29/12 1978 г.), бо виміри виконуються знову ж таки тільки в областях піків сигналів, де градієнт зміни ємності практично дорівнює нулю). Використання цифрового способу вимірювання значно спрощує використання комп'ютерів для автоматизації накопичення та реєстрації результатів вимірювання, для побудови графіків змін електричної напруженості і т.д. Дуже важливим фактором є також те, що пропонований спосіб вимірювання напруженості електричного поля передбачає використання сучасних мікроконтролерів, які, як відомо, можуть стикуватися з модулями бездротового зв'язку, що значно зменшує кошторис та габарити пристрою, і відкриває широкі можливості для зменшення порушень електричного поля в точці вимірювань і відповідно підвищення точності при його вимірюванні і бездротової дистанційної реєстрації на комп'ютері. Це дуже важливо, наприклад, для геологів при зйомках карт електричного поля місцевості. Спосіб, що пропонується, може бути реалізований на економічних мікроконтролерах, наприклад типу ATxmega32. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 1. Цифровий спосіб вимірювання напруженості електричного поля, який полягає в тому, що вимірювальні пластини періодично експонують і екранують в електричному полі, протифазні сигнали пластин підсилюють в диференційному підсилювачі, по синхросигналу давача положення екрануючої пластини визначають полярність, який відрізняється тим, що по синхросигналу давача положення екрануючої пластини додатково визначають період її оберту і потім розраховують моменти запуску аналого-цифрового перетворювача так, щоб вимірювати тільки рівні максимумів і мінімумів вихідного сигналу, причому результат вимірювання представляють як різницю цих значень максимумів і мінімумів. 2. Цифровий спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що реєстрація і накопичення результатів вимірювання відбувається за допомогою бездротового зв'язку. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2