Пристрій для реєстрації статичного або квазістатичного електричного поля

Пристрій для виміру напруженості статичного і квазютатичного електричного поля, що містить датчик електричного поля, виконаний у вигляді плоского конденсатора, через комутатор підключений до входів підсилювача постійного струму, реєстратор, блок керування, розрядний опір, піковий детектор, суматор і запам'ятовуючий блок, який відрізняється тим, що він додатково містить блок синхронізації, причому його вхід підключений до виходу комутатора, а вихід - до входу блока керування Корисна модель відноситься до електротехніки і може бути використана для реєстрації і виміру електричних полів, які повільно змінюються, і може бути використаний в промисловості, зв'язку, медицині, геологорозвідці Реєстрація і вимір мінливих електричних полів, які змінюються повільно, уявляє собою задачу, рішення якої є складним в умовах промислових перешкод Відомо, ЩО низькочастотні сигнали з малою амплітудою коливання не можуть бути безпосередньо зареєстровані Справа не тільки в тім, що ці сигнали недостатньо великі по амплітуді, набагато істотніше їх низькочастотність Щоб здійснити ефективну передачу низькочастотних сигналів у якому-небудь середовищі, з одного боку, необхідно їхній надійно ідентифікувати, а з іншого боку, необхідно перенести спектр цих сигналів з низькочастотної області в область досить високих частот Відомий, наприклад, спосіб виміру напруженості електричного поля, що використовують у технічній фізиці, вимірювальній техніці, приладобудуванні, а також при дослідженні електричного поля землі шляхом модуляції його величини за допомогою механічного модулятора, яким керують за допомогою електрики, поміщеного в досліджуване електричне поле, і реєстрації модульованого сигналу, по величині якого визначають напруженість електричного полючи [див опис до авт св СРСР №873162, Мкл G01R29/12, опубл 15 10 81], у якому частоту керуючої напруги механічного модулятора встановлюють рівній частоті непарної субгармоніки його власного механічного резонан су, а амплітуду вибирають з умови забезпечення режиму незатухаючих коливань механічного модулятора Використання пропонованого способу виміру напруженості електричного поля в порівнянні з існуючими дозволяє підвищити чутливість вимірів до 0,1в/м і вище, а також поліпшити співвідношення сигнал/перешкода Однак чутливості пристрою недостатньо для ідентифікації повільних змін електричного поля в умовах промислових перешкод (зокрема, наведень від промислової мережі ~50Гц) Відомий також пристрій для виміру напруженості статичного і квазютатичного електричного поля, що містить датчик електричного поля, виконаний у виді плоского конденсатора.через комутатор підключений до входів підсилювача постійного струму, реєстратор і блок керування [див опис до патенту РФ №2071070, Мкл G01R29/12, опубл 27 12 96], у якому додатково введений розрядний опір, піковий детектор, суматор і запам'ятовуючий блок, причому розрядний опір включений паралельно входу підсилювача постійного струму, вихід якого через піковий детектор з'єднаний з першим входом суматора, вихід якого через запам'ятовуючий блок з'єднаний з реєстратором і другим входом суматора, при цьому вихід блоку керування з'єднаний з керуючим входом комутатора, другий вихід - із входом «скидання» пікового детектора, а третій вихід - з керуючим входом запам'ятовуючого блоку В описаному вище пристрої завдяки розряду датчика через опір при тривалих безупинних вимірах точність виміру напруженості електростатич J О) ІП О) 4594 ного поля, у порівнянні з прототипом, підвищена за рахунок виключення впливу саморозряду датчика через опір ізоляції між його пластинами Однак, описане вище технічне рішення хоча і дозволяє виміряти напруженість електричного поля з високою точністю, але не має достатньої перешкодозахищеності від промислових перешкод, що не забезпечує повною мірою реалізації високоточних вимірів напруженості електричного поля при впливі індустріальних перешкод Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється, по призначенню, технічній сутності і результату, що досягається, при використанні є пристрій для виміру напруженості статичного і квазистатичного електричного поля, що містить датчик електричного поля, виконаний у виді плоского конденсатора, через комутатор підключений до входів підсилювача постійного струму, реєстратор, блок керування, розрядний опір, піковий детектор, суматор і запам'ятовуючий блок [див опис до патенту РФ №2071070 Мкл G01R29/12, опубл27 12 96] В описаному вище пристрої завдяки розряду датчика через опір при тривалих безупинних вимірах точність реєстрації і виміру напруженості електростатичного поля підвищена за рахунок виключення впливу саморозряду датчика через опір ізоляції між його пластинами, однак не дозволяє вимірювати напруженість електричного поля з високою точністю через вплив ЗОВНІШНІХ індустріальних перешкод, наприклад, створюваних промисловими мережами електропередачі 50/60Гц Недоліком відомого пристрою є неможливість точної реєстрації і виміру напруженості електростатичного поля через вплив ЗОВНІШНІХ індустріальних перешкод Тому метою пропонованого технічного рішення є підвищення перешкодозахищеності реєстрації і виміру напруженості електростатичного поля В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення пристрою для виміру статичного і квазістатичного електричного поля, у якому, унаслідок введення в пристрій блоку синхронізації, вхід якого підключений до виходу комутатора, а вихід до входу блоку керування, забезпечується вимір електричного потенціалу в моменти часу, коли внесок потенціалу, створюваного промисловою перешкодою, дорівнює нулю і досягається синхронізація до фази частоти комутації з частотою індустріальної перешкоди, і за рахунок цього підвищується точність реєстрації і виміру напруженості електростатичного поля і підвищується перешкодозахищеність реєстрації і виміру Поставлена задача зважується тим, що відомий пристрій виміру напруженості статичного і квазістатичного електричного поля, що містить датчик електричного поля, виконаний у виді плоского конденсатора, через комутатор підключений до входів підсилювача постійного струму, реєстратор блок керування розрядний опір, піковий детектор, суматор і запам'ятовуючий блок, ВІДПОВІДНО до винаходу, він додатково містить блок синхронізації, вхід якого підключений до виходу комутатора, а вихід - до входу блоку керування Як видно з опису сутності технічного рішення, що заявляється, воно відрізняється від прототипу, і отже є новим Рішення також має винахідницький рівень З опису рівня техніки видно, що реєстрація і вимір електростатичних полів з високою точністю сполучена з великими труднощами, зв'язаними з обов'язковою присутністю в момент вимірів і реєстрації деякого рівня індустріальних перешкод, які постійно і мінливо змінюються і тому їх важко врахувати Рішення проблеми усунення впливу індустріальних перешкод вимагає нових інженерних і конструктивних ПІДХОДІВ, одним із яких і є даний винахід Пропоноване рішення принципово відрізняється тим, що включення в схему системи синхронізації до фази частоти комутації і частоти індустріальної перешкоди дозволяє виключити вплив перешкоди на результати вимірів і реєстрації повільно мінливих електростатичних полів Рішення промислово застосовне, тому що технічні рішення пропонованої корисної моделі були перевірені на діючому макеті і підтвердили підвищення перешкодозахищеності від індустріальних перешкод у процесі виміру і реєстрації повільно мінливих електростатичних полів Фіг 1 Блок-схема пристрою Фіг 2 Графік зміни індустріальної перешкоди Фіг 3 Графік зміни квазістатичного поля Фіг 4 Тимчасові діаграми спрацьовування електронного комутатора синхронного і синфазного з частотою і фазою індустріальної перешкоди Фіг 5 Тимчасові діаграми збільшення вихідної напруги на виході пікового детектора Фіг 6 Результуюча послідовного підсумовування збільшень напруг з урахуванням знака (на виході блоку, що реєструє,) Пристрій (див Фіг 1) містить виконаний у виді плоского конденсатора датчик 1 електричного поля, через комутатор 2 підключений до розрядного опору 3 Розрядний опір 3, у свою чергу, підключено до виходу підсилювача 4, вихід якого через піковий детектор 5 підключений до першого входу суматора 6, вихід якого через запам'ятовуючий блок 7 з'єднаний із входом реєстратора 8 і з другим входом суматора 6 Блок 9 керування з'єднаний першим виходом з керуючим входом комутатора 2, другим виходом із входом скидання пікового детектора 5, третім виходом з керуючим входом запам'ятовуючого блоку 7 Вхід блоку 9 керування з'єднаний з виходом блоку 10 синхронізації Вхід блоку 10 синхронізації з'єднаний з виходом комутатора 2 Пристрій працює в такий спосіб При розімкнутому комутаторі 2 різниця потенціалів Д р між пластинами датчика 1 відповідає е сумарної напруженості вимірюваного електричного поля Е и індустріальної перешкоди b , у якому знаходиться датчик Аф = (Е + Ь) d , де d - відстань між пластинами датчика Нехай, наприклад, у момент часу t4 (Фіг 4) по команді блоку 9 відбувається короткочасне замикання комутатора 2, у результаті чого відбувається розряд конденсатора через опір 3 з формуванням на останньому експонентного розрядного імпульсу 4594 напруги Посилений підсилювачем 4 розрядний імпульс надходить на вхід пікового детектора 5, де його амплітуда перетвориться в постійну напругу Щ - що надходить на перший вхід суматора 6 У першому циклі пристрою напруга на другому вході суматора дорівнює нулю, отже, на виході суматора також дорівнює U4 По команді блоку 9 відбуваєтеся запам'ятовування цієї напруги в блоці 7 Реєстратор 8 при цьому реєструє значення напруженості поля Е4 (Фіг 3) Блок 9 керування виробляє керуючі імпульси з тактовою частотою f y , погодженою з частотою індустріальної перешкоди fb Перед наступним спрацьовуванням комутатора 2 по команді блоку 9 відбувається скидання напруги на піковому детекторі 5 У момент часу ts відбувається наступне короткочасне замикання комутатора 2 Різниця потенціалів між пластинами датчика до цього моменту досягає значення де ДЕ5 - збільшення напруженості вимірюваного 5 електричного поля за інтервал часу t4 - t s , збільшення напруженості електричного поля, створюваного індустріальною перешкодою, за той же інтервал часу t4 —15 При виконанні умови синхронізації до фази тактової частоти fy з частотою промислової перешкоди fb, тобто умови f f = fb , що реалізовано з'єднанням виходу блоку 10 синхронізації з входом блоку 9 керування, моменти короткочасного замикання комутатора 2 збігаються з моментами нульового збільшення = 0 створюнапруженості електричного поля ваного індустріальною перешкодою b Тому різниця потенціалів між пластинами датчика до моменту t5 досягає значення ДФ5 = ДЕ5 d Так само, як і в попередньому випадку, формується розрядний імпульс напруги на опорі 3, а на виході пікового детектора 5 формується нове значення напруги ДІІ5 (Фіг 5), пропорційне різниці потенціалів Дф5 і ВІДПОВІДНО збільшенню напруженості вимірюваного електричного поля ДЕ5 з нульовим збільшенням напруженості, створюваною промисловою перешкодою AD5 = 0 До цього часу на другому вході суматора 6 мається напруга Д Щ , що відповідає обмірюваному в попередньому циклі значенню напруженості поля Е4 і перешкоди D4 = 0, тому на виході суматора напруга дорівнює сумі ДІІ4 + ДІІ5 Ця сума і запам'ятовується в блоці 7 по черговій команді блоку 9, після чого напруга на піковому детекторі знову обнуляються Тим самим піковий детектор підготовляється до нового циклу роботи Реєстратор 8 реєструє нове значення вимірюваної напруги електричного поля, що відповідає моменту часу ts Е5 = Е4 + ДЕ5 , ДЬ5 = 0 Надалі відбувається послідовне алгебраїчне додавання збільшень вимірюваної напруженості поля ДЕ и нульових збільшень напруженості поля Ab = 0 ( створюваних промисловою перешкодою, у результаті чого в момент часу t n показання реєстратора формується у виді +ДЕ п _-і+ДЕ п , =0 При цьому величина і знак збільшень ДЕ залежить тільки від характеру зміни вимірюваної напруженості досліджуваного поля без внеску впливу промислової перешкоди в часі Завдяки синхронізації до фази тактової частоти з частотою промислової перешкоди, що реалізовано з'єднанням блоку 10 синхронізації з виходом комутатора 2 і виходом блоку 10 синхронізації з входом блоку 9 керування, перешкодозахищеність вимірів статичних і квазютатичних електричних полів у порівнянні з прототипом значно підвищується, тому що моменти короткочасного замикання комутатора 2 збігаються з моментами нульового збільшення напруженості електричного поля, створюваного індустріальною перешкодою Е+Ь Фіг 1 Фіг. 2 :Г --/ ;дЕ 3 ДЕ 5 ДЕ 6 ДЕ 7 ^ г р с ^ _ с д д Е ^ ІДЕ *^^b~-1f см дЕ 8 =дЕ 9 = 0 1ДЕ4 1 Фіг. З *2 *3 *4 *16 ФІГ. J ІІ Пг 4 Пг—, t ди-, 6 Фіг. 5 40 41 *12 ИЗ t14 t15 Фіг. 6 Комп'ютерна верстка М Мацело Підписне Тираж 37 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ-42, 01601