Пристрій для вимірювання електричних полів

Реферат: Пристрій для вимірювання електричних полів належить до електровимірювальної техніки і може бути використаний при дослідженні розподілу слабких локальних електричних полів у різних електрофізичних установках. Пристрій містить електронну гармату, яка формує зондуючий електронний промінь, що сходиться, і колектор електронів, розташований співвісно з гарматою за кросовером на розбіжному промені. Колектор електронів розділений на 4 рівних сегменти двома взаємно перпендикулярними ізолюючими межами розділу. Прилеглі один до одного по межах розділу сегменти колектора попарно з'єднані аналоговими електронними ключами. Керуючі входи ключів, які не мають загального з'єднання через сегменти, з'єднані між собою і підключені до роздільних виходів комутатора сигналів керування. Паралельно комутуючим ключам включені блоки віднімання струмів. Технічним результатом є підвищення точності і зменшення трудомісткості вимірювань електричного поля. UA 99158 C2 (12) UA 99158 C2 UA 99158 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до електровимірювальної техніки і може бути використаний при дослідженні розподілу слабких локальних електричних полів у різних електрофізичних установках. Відомі пристрої для вимірювання електричних полів, що створюються, наприклад, просторовим зарядом електронних потоків, засновані на вимірюванні відхилення зондуючого електронного променя досліджуваним полем (Павлов С. І. Застосування електронних пучків для вимірювань. - М.: Енергія, 1972. - 145 с., стор. 50-67). Недоліками цих пристроїв є низька точність і чутливість при вимірюванні слабких локальних електричних полів, що пов'язано з труднощами відліку величини зміщення зондуючого електронного променя на реєструючим пристрої (люмінесцентному екрані), коли величина цього зміщення порівнянна з діаметром зондуючого електронного променя. Найближчим технічним рішенням є пристрій для вимірювання електричних полів, наведений в авторському свідоцтві (А.С. 744784 СРСР. Спосіб дослідження електричних полів у приладах НВЧ П. Д. Бур'янов, В. Б. Саліцкій, Т. А. Силаєва. - Бюл. Пристр. 1980 № 24.). Пристрій містить зондуючу електронну гармату, яка формує електронний промінь, що сходиться, і колектор електронів зондуючого променя, розташований за кросовером, на розбіжному промені, який складається з двох електропровідних сегментів, ізольованих один від одного за допомогою кордону розділу, розташованому на осі зондуючого променя перпендикулярно передбачуваному напрямку відхилення променя досліджуваним полем. Сегменти колектора з'єднані з входами блока віднімання, що фіксує різницю струмів сегментів колектора. При цьому величина зміщення зондуючого променя під дією вимірюваного поля і, в кінцевому рахунку величина напруженості вимірюваного поля, пропорційні різниці струмів сегментів колектора (Саліцкій В. Б. Вимірювання параметрів стрічкових електронних потоків методом електроннопроменевого зондування: сер. 4 Електровакуумні і газорозрядні прилади. - Л.: Електронна техніка. - 1981. - Вип. 1 (84). - стор. 54-57). Недоліком цього відомого пристрою є значна похибка вимірювання, пов'язана з неможливістю заздалегідь точно визначити напрямок відхилення зондуючого променя, оскільки напрям напруженості досліджуваного електричного поля заздалегідь, як правило, невідомий. Величина поля може бути виміряна з високою точністю лише за умови, що межа розділу сегментів буде встановлена строго перпендикулярно напрямку відхилення зондуючого променя на колекторі. Очевидно, що при довільному напрямку зсуву зондуючого променя щодо межі розділу сегментів колектора пристрій буде вимірювати не величину цього зміщення, а проекцію дійсної величини зсуву на вісь, перпендикулярну межі розділу сегментів колектора. При цьому відносна похибка вимірювання величини зміщення променя на колекторі визначиться виразом (1 cos ) 100% . де - кут між перпендикуляром до межі поділу сегментів і напрямком зсуву зондуючого променя. У зв'язку з цим недоліком відомого технічного рішення в процесі вимірювань доводиться неодноразово підбирати положення границі розділу сегментів у різних точках зондування досліджуваного простору за максимальною різницею струмів сегментів колектора, щоб відновити справжню картину поля. Це сильно збільшує трудомісткість вимірювань через необхідність багаторазового юстування розрізного колектора в кожній точці зондування. При цьому про направлення напруженості електричного поля можна судити дуже умовно по підсумковому положенню границі розділу сегментів колектора. Задачею цього винаходу є підвищення точності і зменшення трудомісткості вимірювань. Крім того ставиться задача вимірювання не тільки величини, але й напрямку напруженості електричного поля. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому пристрої для вимірювання електричних полів, що містить електронну гармату, яка формує зондуючий електронний промінь, що сходиться, і колектор електронів, розташований співісно з гарматою за кросовером на розбіжному промені і розділений ізолюючою межею на два провідних сегменти, до яких підключений блок віднімання струмів, вводиться ще одна ізолююча межа розділу сегментів колектора, перпендикулярна першій, при цьому прилеглі один до одного по межах розділу сегменти попарно з'єднані аналоговими електронними ключами, паралельно яким приєднані блоки віднімання, а керуючі входи ключів, що не мають спільного з'єднання через сегменти, з'єднані з окремими виходами комутатора. Технічний результат, що полягає в підвищенні точності і зменшенні трудомісткості вимірювання, а також у можливості вимірювання напрямку напруженості електричного поля, 1 UA 99158 C2 5 10 15 20 25 30 досягається тим, що в запропонованому пристрої, в результаті введення додаткової ізолюючої межі розділу сегментів колектора, розташованого перпендикулярно до першого, і реалізації запропонованої структури електричного ланцюга, відсутня необхідність точного встановлення положення межі розділу сегментів колектора перпендикулярно передбачуваному напрямку відхилення променя досліджуваним полем у зв'язку з тим, що в процесі проведення вимірювань фіксується не тільки величина, а й напрямок відхилення зондуючого променя по двох складових у декартовій системі координат. На кресленні представлений пропонований пристрій. Пристрій містить електронну гармату 1, що створює зондуючий електронний промінь 2, який потрапляє на колектор електронів, розділений двома взаємно перпендикулярними ізолюючими межами розділу 3 і 4 на чотири сегменти 5, 6, 7, 8. При цьому точка перетину меж розділу сегментів, у відсутності досліджуваного електричного поля, розташовується на осі зондуючого променя. Межі розділу, незалежно від напрямку вимірюваного поля, орієнтуються: перша по горизонталі (координата х), друга по вертикалі (координата у). Прилеглі один до одного по межі розділу сегменти попарно з'єднані аналоговими електронними ключами 9, 10, 11, 12. Керуючі входи ключів, які не мають загального з'єднання через сегменти, попарно з'єднані між собою (9 з 11 і 10 з 12) та підключені до роздільних виходів комутатора сигналів управління 13. Пристрій працює наступним чином. Під дією досліджуваного електричного поля Е, створюваного, наприклад, просторовим зарядом досліджуваного електронного потоку 14, зондуючий промінь 2 зміщується в площині колектора в деякому напрямі, який визначається орієнтацією досліджуваного поля в області зондування. Величина і напрям зміщення зондуючого променя показані на кресленні вектором А. Сигнал управління ключами від комутатора 13 по черзі подається на одну, а потім на іншу пару ключів, які, замикаючись, формують колектор, розділений на два сегменти, причому межа розділу колектора поперемінно займає одне з двох положень: горизонтальне - при замиканні ключів 10 і 12 і вертикальне - при замиканні ключів 9 і 11. При формуванні горизонтальної межі розділу, віднімаючим блоком 15 формується різниця струмів, пропорційна вертикальній складовій зсуву y сліду зондуючого променя на колекторі, а при формуванні вертикальної межі розділу віднімаючим блоком 16 формується різниця струмів, пропорційна горизонтальній складовій зсуву А* сліду зондуючого променя. При цьому справжня величина Л і напрямок у зміщення променя в площині колектора, що відображають величину і напрямок вимірюваного електричного поля, визначаться як arctg y , при x 0; x 2 x 2 y ; arctg y , при x 0, y 0; . , при x 0, y 0; x arctg y x 35 40 При роботі комутатора сигналів управління з заданою частотою інформація про дві складових вектора відхилення променя, отримана у вигляді амплітуди імпульсних сигналів, легко розшифровується і зручна для подальшої обробки на ЕОМ. Обчислювальна машина підключається до виходів вимірювального пристрою через аналого-цифровий перетворювач амплітуди імпульсу в код. У результаті чого можна візуально спостерігати на екрані ПК і величину, і напрямок зміщення променя, іншими словами спостерігати, як змінюється структура електричного поля при переході від однієї до іншої точки зондування досліджуваного простору. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 Пристрій для вимірювання електричних полів, що містить електронну гармату, яка формує зондуючий електронний промінь, що сходиться, і колектор електронів, розташований співвісно з гарматою за кросовером на розбіжному промені і розділений ізолюючою межею на два провідних сегменти, до яких підключено блок віднімання струмів, який відрізняється тим, що колектор електронів розділений додатковою ізолюючою межею розділу, розташованою перпендикулярно першій, при цьому прилеглі один до одного по межах розділу сегменти колектора попарно з'єднані аналоговими електронними ключами, а керуючі входи ключів, що не мають загального з'єднання через сегменти, з'єднані між собою та підключені до роздільних 2 UA 99158 C2 виходів комутатора сигналів керування, а паралельно комутуючим ключам включені блоки віднімання струмів. Комп’ютерна верстка M. Мацело 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 3