Обнаружение скрытого диэлектрического объекта
Изобретение относится к обнаружению скрытого диэлектрического объекта. Сущность: устройство содержит потенциал-зонд для определения электрического потенциала в электрическом поле, первое и второе емкостные устройства и управляющее устройство для питания первого и второго емкостных устройств чередующимися по фазе переменными напряжениями. Управляющее устройство выполнено с возможностью взаимно противоположного усиления чередующихся по фазе переменных напряжений для минимизации по модулю переменной составляющей регистрируемого посредством потенциал-зонда напряжения, синхронной с тактом подачи чередующихся по фазе переменных напряжений. Обнаружение скрытого диэлектрического объекта происходит, если соотношение чередующихся по фазе переменных напряжений не равны друг другу. Технический результат: создание простого и точного устройства. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.
Настоящее изобретение относится к средствам обнаружения скрытых, например под поверхностью материала, диэлектрических объектов. В частности, изобретение относится к измерительному устройству для обнаружения скрытого диэлектрического объекта, а также к способу обнаружения скрытого диэлектрического объекта.
Из уровня техники известны емкостные детекторы для обнаружения скрытого в стене предмета, такого как скрытая в стене балка. В них зачастую применяется один электрод, поведение заряда на котором отслеживают для того, чтобы сделать заключение о присутствии скрытого диэлектрического объекта. Также известны детекторы с несколькими электродами, в которых определяется изменение емкости пар электродов. Обычно эти детекторы было необходимо калибровать на стене вручную, поскольку приборы сами не могут распознавать контакт со стеной и емкость зависит от условий окружающей среды, таких как наличие и количество влаги на стене, влажность воздуха или температура окружающей среды. Поэтому такие детекторы невозможно однократно и на весь период службы откалибровать при изготовлении, а вместо этого пользователю приходилось осуществлять калибровку относительно незадолго перед проведением измерения. При этом результат измерения зависит от качества калибровки. Если детектор калибруют с использованием контакта со стеной в месте, в районе которого находится балка, то получаемый впоследствии результат измерений может быть неоднозначным, что может ввести в заблуждение пользователя.
Кроме того, описанные детекторы чувствительны к отклонению от стены или наклону к ней. Вследствие отклонения становятся неравными расстояния от нескольких электродов до стены, в результате чего измеренные емкости подвержены ошибке. Помимо этого, измеренная на электродах емкость по мере приближения описанных детекторов к стене возрастает не монотонно, так что расстояние до стены и приближение, соответственно удаление, детектора от стены может быть плохо воспроизводимым.
В документе DE 102008005783 А1 описано независимое от влаги емкостное устройство для защиты от защемления. Датчик защемления содержит два электрода, находящихся на переменчивом расстоянии друг от друга. Датчик защемления и схема с постоянной емкостью питаются переменными напряжениями, при этом напряжения усиливаются, соответственно ослабляются, таким образом, чтобы напряжение на одном из электродов датчика защемления было минимальным. Если относительное расстояние между электродами изменяется, то на основании возросшего напряжения на электроде регистрируется защемление.
Задача настоящего изобретения состоит в создании простого и точного детектора для обнаружения скрытого диэлектрического объекта, например, деревянной балки в стене.
Указанная задача решается измерительным устройством для обнаружения скрытого диэлектрического объекта, содержащим: потенциал-зонд для определения электрического потенциала в электрическом поле; первое и второе емкостные устройства; управляющее устройство для питания первого и второго емкостных устройств переменными напряжениями, сдвинутыми по фазе относительно друг друга, причем управляющее устройство выполнено с возможностью взаимно противоположного усиления переменных напряжений для минимизации по модулю (величине) переменной составляющей регистрируемого посредством потенциал-зонда напряжения, синхронной с тактом подачи переменных напряжений. Предлагаемое в изобретении измерительное устройство содержит микрокомпьютер, выполненный с возможностью обнаружения скрытого диэлектрического объекта, если переменные напряжения не равны друг другу, в частности, если они отличаются друг от друга более чем на заранее заданную величину.
Предлагаемое в изобретении измерительное устройство определяет различие между двумя емкостями, так что паразитные влияния, относящиеся к обеим емкостям, не оказывают воздействия на результат измерения. При этом каждое из емкостных устройств содержит электрод, который вместе с электродом потенциал-зонда образует емкость. Можно обходиться без калибровки измерительного устройства пользователем и осуществлять калибровку однократно, например, в рамках изготовления измерительного устройства. Поскольку необходимость проведения калибровки на стене, под которой или в которой находится скрытый объект, отпадает, скрытый объект может быть обнаружен непосредственно и надежно даже тогда, когда прибор приложен к стене в области скрытого объекта.
Предпочтительно, чтобы электроды первого и второго емкостных устройств были расположены по существу в одной плоскости, а электрод потенциал-зонда был расположен вне этой плоскости. Возникающее при отклонении относительное изменение расстояний, характеризующих положение электродов, в соотношении с общим расстоянием от электродов до стены невелико по сравнению с расположением, при котором передающие электроды прилегают непосредственно к стене. При отклонении измерительного устройства по отношению к стене относительное изменение емкости емкостных устройств может быть сведено к минимуму, благодаря чему ошибка измерения минимальна.
Потенциал-зонд может содержать два приемных электрода, соединенных с дифференциальным усилителем и расположенных по разные стороны от указанной выше плоскости на некоторых, предпочтительно одинаковых, расстояниях от первого и второго емкостных устройств. Дифференциальный усилитель вдобавок может содержать фильтр верхних частот. Благодаря дифференциальному измерению формируемый дифференциальным усилителем сигнал нечувствителен к посторонним влияниям, таким как имеющая некий потенциал или проводящая стена. Помимо этого, осуществленное таким образом измерение с компенсацией поля очень точно. Знак сигнала указывает на относительное положение скрытого диэлектрического объекта, так что может быть облегчено отыскание скрытого диэлектрического объекта. Смена знака (переход через нуль) указывает на центр балки. Воздействие отклонения может быть минимизировано, как в описанной выше конфигурации.
На стороне по меньшей мере одного из емкостных устройств, обращенной от скрытого диэлектрического объекта, может быть расположен экранирующий электрод, соединенный с потенциалом, находящимся посредине между переменными напряжениями. Этот экранирующий электрод может представлять собой, например, также еще одну панель или отображающее устройство (дисплей), и тем самым не может быть распознан непосредственно как экранирующий электрод. В общем случае этот потенциал представляет собой "массу". Пользователь измерительного устройства таким образом защищен экраном от измерительного устройства, так что помехи измерению могут быть минимизированы.
Одно из емкостных устройств может быть выполнено таким образом, что существующая между этим емкостным устройством и потенциал-зондом емкость не зависит от скрытого диэлектрического объекта. Таким образом, можно осуществлять измерение на основании только зависящей от скрытого диэлектрического объекта емкости, в результате чего можно добиться упрощения конструкции измерительного устройства. В частности, такое измерительное устройство может быть нечувствительно к отклонению, поскольку потенциал-зонд может принимать такой же потенциал, как и электрод, вследствие чего результирующее электрическое поле не изменяется электрическим полем потенциал-зонда.
Предлагаемое в изобретении измерительное устройство может содержать делитель напряжения, вход которого соединен с электродом емкостного устройства, а выход - с входным усилителем, к которому также подключен потенциал-зонд. В результате образуется схема компенсации, позволяющая изменять по меньшей мере одну из обеспечиваемых емкостными устройствами емкостей на величину, не зависящую от скрытого диэлектрического объекта. Благодаря этому обеспечена возможность регулирования чувствительности измерительного устройства, а также емкости емкостных устройств могут быть адаптированы, например, под геометрические условия. В частности, можно компенсировать несимметричность расположения электродов.
Кроме того, может быть предусмотрено множество пар электродов емкостных устройств, расположенных попарно по разные стороны от потенциал-зонда, причем управляющее устройство выполнено с возможностью определения по меньшей мере одной из следующих характеристик: размер, протяженность, удаленность и направление скрытого диэлектрического объекта, на основании разностей переменных напряжений при питании различных пар электродов переменными напряжениями. За счет миниатюризации электродов может быть повышена пространственная разрешающая способность измерительного устройства, в варианте осуществления вплоть до области формирования изображения. Предпочтительно, чтобы входящие в указанные пары электроды были расположены в одной плоскости вокруг потенциал-зонда подобно элементам матрицы.
Предлагаемый в изобретении способ обнаружения скрытого диэлектрического объекта включает определение электрического потенциала в электрическом поле посредством потенциал-зонда, питание двух емкостных устройств взаимно противоположно усиливаемыми переменными напряжениями, сдвинутыми по фазе относительно друг друга, таким образом, чтобы минимизировать по модулю (величине) переменную составляющую определяемого электрического потенциала, синхронную с тактом подачи переменных напряжений, и обнаружение скрытого диэлектрического объекта, если переменные напряжения не равны друг другу.
Предлагаемый в изобретении способ может быть реализован в устройстве обработки данных с программным управлением, например, микроЭВМ или микроконтроллере, или может быть записан на машиночитаемую запоминающую среду (носитель данных). Соответственно, объектом изобретения является также машиночитаемый носитель данных с записанным в нем программным кодом, предназначенным для осуществления предлагаемого в изобретении способа при выполнении программного кода в устройстве обработки данных.
Далее изобретение более подробно описано со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг. 1 - блок-схема измерительного устройства,
на фиг. 2а, 2б - различные расположения электродов для измерительного устройства, показанного на фиг. 1,
на фиг. 3а, 3б - потенциал-зонд для измерительного устройства, показанного на фиг. 1,
на фиг. 4 - другое расположение электродов для измерительного устройства, показанного на фиг. 1, и
на фиг. 5 - блок-схема последовательности выполнения операций предлагаемого в изобретении способа обнаружения скрытого диэлектрического объекта.
На фиг. 1 показана блок-схема измерительного устройства 100. Измерительное устройство 100 представляет собой часть искателя 105 балок для обнаружения скрытого диэлектрического объекта, например из древесины.
Тактовый генератор 110 (генератор тактовых импульсов) имеет два выхода, на которых он формирует периодические сдвинутые по фазе относительно друг друга переменные сигналы, предпочтительно со сдвигом по фазе на 180°. Переменные сигналы могут включать в себя, в частности, сигналы прямоугольной, треугольной или синусоидальной формы. Соответствующие выходы тактового генератора соединены с первым управляемым усилителем 115 и вторым управляемым усилителем 120. Каждый из управляемых усилителей 115, 120 имеет управляющий вход, посредством которого он принимает сигнал, регулирующий коэффициент усиления управляемого усилителя 115, 120. Выход первого управляемого усилителя 115 соединен с первым передающим электродом 125 (также называемым генераторным или излучающим электродом), а выход второго управляемого усилителя 120 соединен со вторым передающим электродом 130.
Приемный электрод 135 служит потенциал-зондом и соединен с входным усилителем 140; схема 165 компенсации, изображенная в области электродов 125-135, сначала не рассматривается, а резистор 170, обладающий полным сопротивлением, считается отсутствующим. Входной усилитель 140 показан как имеющий постоянный коэффициент усиления, однако в других вариантах осуществления также возможно управление коэффициентом усиления входного усилителя 140. Это позволяет оказывать воздействие, например, на пространственное разрешение и/или чувствительность измерительного устройства 100 и обеспечивает возможность их регулирования, например, в зависимости от измеряемой величины.
Выход входного усилителя 140 соединен с синхронным детектором 145. Кроме того, синхронный детектор 145 соединен с тактовым генератором 110 и принимает от него тактовый сигнал, указывающий на фазовый угол формируемых на выходах тактового генератора 110 сигналов. В простом варианте осуществления изобретения, в котором формируемые тактовым генератором 110 сигналы представляют собой симметричные прямоугольные сигналы, в качестве тактового сигнала может быть использован один из выходных сигналов. Синхронный детектор 145 осуществляет коммутацию путем переключения принимаемого входным усилителем 140 измерительного сигнала, по существу на основании формируемого тактовым генератором 110 тактового сигнала, попеременно на свой верхний и нижний выход.
Оба выхода синхронного детектора 145 соединены с интегратором (интегрирующим компаратором) 150, который здесь проиллюстрирован в виде операционного усилителя, включенного в схему с двумя резисторами и двумя конденсаторами. Также возможны другие варианты осуществления изобретения, например, в виде активного фильтра нижних частот. Также возможно цифровое исполнение после синхронного детектора 145, при котором сигнал на выходе синхронного детектора 145 в один или несколько моментов времени в пределах полупериода подвергается аналого-цифровому преобразованию, а затем сравнивается с соответствующим значением из ближайшего полупериода. Разница подвергается интегрированию и, например, снова переводится в аналоговый сигнал и используется для управления усилителями. В то время как синхронный детектор 145 подает принятый от входного усилителя 140 измерительный сигнал на свой нижний выход, интегратор 150 интегрирует этот сигнал по времени и формирует результат, подавая его на свой выход. В то время как синхронный детектор 145 подает измерительный сигнал, принятый от входного усилителя 140, на свой верхний выход, он с инвертированием интегрируется по времени интегратором 150 и результат выдается на выход интегратора 150. Напряжение на выходе интегратора 150 представляет собой интеграл разницы выходов синхронного детектора, прошедших обработку фильтром нижних частот.
Если емкости первого передающего электрода 125 и второго передающего электрода 130 точно равны между собой, то выдаваемые на выходах синхронного детектора 145 сигналы, усредненные по времени, равны, и на выходе интегратора 150 формируется сигнал, который сходится к нулю ("массе"). Если же емкости не равны, например, по той причине, что в области одного из передающих электродов 125, 130 расположен скрытый диэлектрический объект, то выдаваемые на выходах синхронного детектора 145 сигналы в среднем теперь уже не равны, и на выходе интегратора 150 формируется положительный или отрицательный сигнал.
Формируемый интегратором 150 сигнал через вывод 155 подается на дальнейшую обработку. Кроме того, имеется микрокомпьютер 175, соединенный с управляющими входами управляемых усилителей 115, 120. Микрокомпьютер 175 выполняет сравнение поданного к нему сигнала с пороговым значением и выдает на выход 180 сигнал, указывающий на скрытый диэлектрический объект. Пользователю сигнал может выводиться в виде оптического или звукового сигнала.
Помимо этого, микрокомпьютер 175 может осуществлять еще и прочую обработку сигналов, снимаемых с управляющих входов управляемых усилителей 115, 120, и, в зависимости от них, регулировать параметры измерительного устройства 100. К примеру, может варьироваться частота или форма сигнала переменных напряжений на выходах тактового генератора 110 или может изменяться чувствительность приемного усилителя 140. В другом варианте осуществления посредством микрокомпьютера 175 реализованы другие показанные элементы измерительного устройства 100, к примеру тактовый генератор 110, синхронный детектор 145 или интегратор 150.
Тот же самый сигнал интегратора 150 также используется для регулирования коэффициентов усиления управляемых усилителей 115 и 120, при этом второй управляемый усилитель 120 соединен с выходом интегратора 150 непосредственно, а первый управляемый усилитель 115 соединен с выходом интегратора 150 посредством инвертора 160. Инвертор 160 реализует операцию инверсии в отношении подаваемого на него сигнала таким образом, что в зависимости от выходного сигнала интегратора 150 коэффициент усиления первого управляемого усилителя 115 увеличивается в той мере, в какой понижается коэффициент усиления второго управляемого усилителя 120, соответственно, происходит инвертирование. Также возможно, что имеет место регулирование только коэффициента усиления одного из управляемых усилителей, в то время как коэффициент усиления другого управляемого усилителя удерживается на фиксированном значении.
Схема 165 компенсации у каждого из передающих электродов 125, 130 содержит делитель напряжения, состоящий из двух резисторов, имеющих полное сопротивление. Каждое из поделенных напряжений посредством соответствующего другого резистора направляется к входному усилителю 140. Приемный электрод 135 подключен к входному усилителю 140 не напрямую, а через имеющий полное сопротивление резистор 170. За счет соответствующего выбора отдельных названных имеющих полное сопротивление резисторов можно изменять действующие (эффективные) значения полного сопротивления на выходах управляемых усилителей 115, 120. В результате этого, например, может быть скомпенсирована несимметричность расположения электродов 125-135.
В еще одном варианте осуществления по сравнению с изображенным на фиг. 1 в схеме 165 компенсации отсутствуют имеющие полное сопротивление резисторы в области первого передающего электрода 125, а также отсутствует второй передающий электрод 130. Таким образом, получается сбалансированность переменных напряжений управляемых усилителей 115, 120 между емкостью, прикладываемой к первому (или единственному) передающему электроду 125, и опорной емкостью, образованной схемой 165 компенсации. Опорная емкость является неизменной по отношению к диэлектрическому скрытому объекту. Для проведения измерения требуются только лишь первый передающий электрод 125 и приемный электрод 135.
Также возможно обратное исполнение, при котором по сравнению с изображением на фиг. 1 в схеме 165 компенсации отсутствуют имеющие полное сопротивление резисторы в области второго передающего электрода 130, а также отсутствует первый передающий электрод 125.
Благодаря наличию переключателей измерительное устройство 100 в соответствии с описанным вариантами осуществления можно эксплуатировать в трехэлектродном режиме измерения, предусматривающем использование обоих передающих электродов 125 и 130, в первом двухэлектродном режиме измерения с использованием первого передающего электрода 125 и приемного электрода 135, а также во втором двухэлектродном режиме измерения с использованием второго передающего электрода 130 и приемного электрода 135. Переключение между различными режимами измерения может осуществляться циклически или им может управлять пользователь.
Если в двухэлектродном режиме измерения напряжение на выводе 155 показанного на фиг. 1 измерительного устройства 100 максимально тогда, когда скрытый диэлектрический объект находится ближе всего к приемному электроду 135, то в трехэлектродном режиме измерения величина этого напряжения максимальна тогда, когда скрытый диэлектрический объект максимально приближен к одному из передающих электродов 125 или 130, при этом знак напряжения указывает на соответствующий ближайший передающий электрод. Если скрытый объект перемещается неподалеку от электродов мимо них, то, следовательно, в результате получается в трехэлектродном режиме измерения сигнал со сменой знака, а в двухэлектродном режиме измерения - сигнал с локальным максимумом в момент прохождения.
На фиг. 2а, 2б показаны различные расположения 200 передающих электродов 125, 130 и приемного электрода 135, показанных на фиг. 1. Направление взгляда на этих чертежах соответствует взгляду с потолка в сторону пола. В верхней области каждой из фиг. 2а, 2б изображен вид сверху на горизонтальное сечение стены 210. В стене 210 скрыты деревянные балки 220. Показанные расположения 200, в частности, приведенные на фиг. 2б, могут находить универсальное применение для емкостного искателя балок с несколькими электродами и не ограничиваются использованием с показанным на фиг. 1 искателем 105 балок.
На фиг. 2а электроды 125-135 расположены в одной плоскости рядом друг с другом, а приемный электрод 135 находится на равном расстоянии от каждого из передающих электродов 125, 130. Для экранирования от внешних влияний, идущих с другого направления, нежели направление стены 210, в качестве необязательного дополнения может быть предусмотрен экранирующий электрод 230, расположенный ниже (по чертежу) электродов 125-135.
На фиг. 2б, в отличие от изображения на фиг. 2а, приемный электрод 135 расположен вне плоскости, в которой находятся передающие электроды 125, 130. В приведенном изображении приемный электрод 135 изображен возвышающимся над указанной плоскостью, а в альтернативном варианте осуществления он также может находиться ниже нее. При отклонении измерительного устройства 100 с электродами 125-135 и необязательно имеющимся экранирующим электродом 230 от вертикальной оси, параллельной стене 210, относительное изменение поля в месте нахождения приемного электрода 135 меньше, чем в случае расположения 200, показанного на фиг. 2а, поскольку напряженности электрических полей, создаваемых передающими электродами 125, 130, с увеличением расстояния становятся меньше. Пониженное влияние отклонения также обуславливается тем, что при отклонении расстояние между приемным электродом 135 и стеной 210 возрастает в меньшей мере, чем в совокупности расстояние от передающих электродов 125, 130 до стены 210.
На фиг. 3а и 3б показан потенциал-зонд 300 для показанного на фиг. 1 измерительного устройства. На фиг. 3а показано расположение 310 электродов потенциал-зонда 300, на фиг. 3б показана соответствующая расположению 310 схема с дополнительными элементами потенциал-зонда 300. На чертеже потенциал-зонд 300 может выступать замещением приемного электрода 135 измерительного устройства 100.
Изображение на фиг. 3а соответствует направлению взгляда на фиг. 2а, 2б. Передающие электроды 125 и 130 расположены в одной плоскости над экранирующим электродом 230. Первый приемный электрод 320 и второй приемный электрод 330 расположены на вертикальной линии 340 симметрии, находящейся между передающими электродами 125 и 130. Расстояния от приемных электродов 320, 330 до плоскости, в которой лежат передающие электроды 125, 130, предпочтительно равны. В области передающих электродов 125, 130 нарисованы эквипотенциальные линии, изображающие эквипотенциальные поверхности для электрического поля. Приемные электроды 320, 330 находятся на линии равных потенциалов, где потенциал равен нулю; однако уже достаточно и того, что приемные электроды 320, 330 находятся на одной и той же линии равных потенциалов. В проиллюстрированном расположении приемных электродов 320, 330 на линии 340 симметрии посредством измерительного устройства 100 можно производить измерение с компенсацией поля.
Как показано на фиг. 3б, приемные электроды 320, 330 соединены с входами дифференциального усилителя 360 через соответствующие резисторы 350, 340. Дифференциальный усилитель 360 формирует разность прикладываемых к его входам напряжений (дифференциальное измерение). От выхода дифференциального усилителя 360 канал далее ведет через фильтр 370 верхних частот к входному усилителю 140, показанному на фиг. 1, соответственно, к резистору 170, включенному в схеме перед входным усилителем 140. Фильтр 370 верхних частот удаляет низкочастотные помехи, которые могут быть обусловлены, например, наличием имеющей некий потенциал или проводящей стены 210.
Скрытый диэлектрический объект 220 оказывает воздействие главным образом на первый приемный электрод 330, вследствие чего второй приемный электрод 320 служит в качестве опорного потенциала. Экранирующий электрод 230 соединен с нулевым потенциалом ("массой"). Экранирующий электрод 230 также может быть соединен с любым другим потенциалом, поскольку в результате происходящего в дифференциальном усилителе 360 вычитания присутствующие в подаваемых сигналах одинаковые компоненты погашаются. Таким образом, сам потенциал-зонд 300 не обладает потенциалом. Кроме того, проиллюстрированный потенциал-зонд нечувствителен к отклонению благодаря распределению электродов 125, 130, 230, 320, 330 в общей сложности по трем плоскостям, как в исполнении, описанном выше со ссылками на фиг. 2а, 2б.
Выходной сигнал потенциал-зонда 300 зависит от того, с какой стороны от него располагается скрытый диэлектрический объект, такой как балка 220, показанная на фиг. 2а, 2б. Если работу прибором производят таким образом, что имеет место относительное перемещение балки 220 мимо потенциал-зонда 300 неподалеку от него справа налево, то выходной сигнал, прикладываемый к выводу 155 измерительного устройства 100, показанного на фиг. 1, является отрицательным, пока балка 220 находится слева от оси 340 симметрии, и положительным, как только балка 220 оказывается справа от оси 340 симметрии. Так, можно легко отыскать край крупной балки 220 на основании экстремумов в выходном сигнале за счет перемещения прибора с расположением 310 по стене 210. Равным образом можно легко найти центр балки 220 на основании смены знака в результате перемещения прибора с расположением 310 по стене 210.
На фиг. 4 показан вид сверху еще одного расположения 400 электродов для применения с измерительным устройством 100, показанным на фиг. 1. Относительно приемного электрода 135 первые передающие электроды 125 и вторые передающие электроды 130 противолежат попарно. Вся конструкция имеет форму матрицы размером 3×3, при этом расположенный в центре элемент образован приемным электродом 135.
В случае измерительного устройства 100, показанного на фиг. 1, в трехэлектродном режиме измерения различные пары противолежащих друг другу передающих электродов 125, 130 могут быть соединены последовательно друг за другом. Поскольку полярность выходного сигнала измерительного устройства 100 на выводе 155 в трехэлектродном режиме измерения зависит от бокового направления скрытого диэлектрического объекта по отношению к приемному электроду, произведя несколько следующих друг за другом измерений, можно точно определить направление скрытого диэлектрического объекта.
В еще одном варианте осуществления электроды 125, 130 на диагоналях при расположении 400 могут отсутствовать, так что оставшиеся электроды 125-135 расположены в виде знака "+" (плюс). Расположение 400 может быть использовано в сочетании с экранирующим электродом 230, находящимся на обращенной от скрытого диэлектрического объекта стороне электродов 125, 130, как описано выше со ссылками на фиг. 2а, 2б.
На фиг. 5 показана блок-схема последовательности выполнения операций способа 500 обнаружения скрытого диэлектрического объекта 220 с помощью устройства, показанного на фиг. 1. Способ 500 включает шаги 510-550.
На шаге 510 емкостные устройства 125 и 130 питают переменными напряжениями. На шаге 520 определяют электрический потенциал, устанавливающийся на потенциал-зонде 135, 300 в области емкостных устройств 125 и 130. На шаге 530 определяют переменную составляющую электрического потенциала, синхронную с тактом подачи переменных напряжений на емкостных устройствах 125 и 130. В зависимости от определенной переменной составляющей напряжения регулируют питание емкостных устройств 125 и 130, производимое на шаге 510, причем для этого выполнение способа 500, при необходимости, должно быть запущено сначала. С использованием регулирования электропитания емкостных устройств 125 и 130 минимизируют по модулю переменную составляющую электрического потенциала, определенного на потенциал-зонде 135, 300, синхронную с тактом подачи переменных напряжений. Затем, на шаге 540, сравнивают между собой переменные напряжения емкостных устройств 125 и 130. При отклонении напряжений друг от друга более чем на заранее заданную величину, на шаге 550 регистрируют скрытый диэлектрический объект 220. После этого способ 500 возвращается обратно к началу и осуществляется по новому кругу.
1. Измерительное устройство (100) для обнаружения скрытого диэлектрического объекта (220), содержащее:
- потенциал-зонд (135, 300) для определения электрического потенциала в электрическом поле,
- первое и второе емкостные устройства (125, 130),
- управляющее устройство (110-120, 140-160) для питания первого и второго емкостных устройств (125, 130) переменными напряжениями, сдвинутыми по фазе относительно друг друга, причем управляющее устройство (110-120, 140-160) выполнено с возможностью взаимно противоположного усиления переменных напряжений для минимизации по модулю переменной составляющей регистрируемого посредством потенциал-зонда (135, 300) напряжения, синхронной с тактом подачи переменных напряжений,
отличающееся тем, что оно содержит микрокомпьютер (175), выполненный с возможностью обнаружения скрытого диэлектрического объекта (220), если переменные напряжения не равны друг другу.
2. Измерительное устройство (100) по п. 1, отличающееся тем, что каждое из емкостных устройств содержит электрод (125, 130), который вместе с электродом (320, 330) потенциал-зонда (135, 300) образует емкость.
3. Измерительное устройство (100) по п. 2, отличающееся тем, что электроды (125, 130) первого и второго емкостных устройств расположены по существу в одной плоскости, а электрод (320, 330) потенциал-зонда (135, 300) расположен вне этой плоскости.
4. Измерительное устройство (100) по п. 3, отличающееся тем, что потенциал-зонд (135, 300) содержит два приемных электрода (320, 330), соединенных с дифференциальным усилителем (360) и расположенных по разные стороны от указанной плоскости на одинаковых расстояниях от первого и второго емкостных устройств (125, 130).
5. Измерительное устройство (100) по п. 1, отличающееся тем, что на стороне по меньшей мере одного из емкостных устройств (125, 130), обращенной от скрытого диэлектрического объекта (220), расположен экранирующий электрод (230), соединенный с потенциалом, находящимся посредине между переменными напряжениями.
6. Измерительное устройство (100) по п. 1, отличающееся тем, что обнаружение скрытого диэлектрического объекта (220) происходит, если переменные напряжения отличаются друг от друга более чем на заранее заданную величину.
7. Измерительное устройство (100) по п. 2, отличающееся тем, что оно содержит делитель напряжения, вход которого соединен с электродом емкостного устройства (125, 130), а выход - с входным усилителем (140), к которому также подключен потенциал-зонд (135).
8. Измерительное устройство (100) по одному из пп. 2-7, отличающееся тем, что предусмотрено множество пар (125, 130) электродов емкостных устройств, расположенных попарно по разные стороны от потенциал-зонда (135, 300), причем управляющее устройство (110-120, 140-160) выполнено с возможностью определения по меньшей мере одной из следующих характеристик: размер, протяженность, удаленность и направление скрытого диэлектрического объекта (220), на основании разностей переменных напряжений при питании различных пар (125, 130) электродов переменными напряжениями.
9. Измерительное устройство (100) по п. 8, отличающееся тем, что электроды (125, 130) указанных пар расположены в одной плоскости вокруг потенциал-зонда подобно элементам матрицы (135, 300).
10. Способ (500) обнаружения скрытого диэлектрического объекта (220), включающий:
- определение (520) электрического потенциала в электрическом поле посредством потенциал-зонда (135, 300),
- питание (510) двух емкостных устройств (125, 130) взаимно противоположно усиливаемыми переменными напряжениями, сдвинутыми по фазе относительно друг друга, таким образом, чтобы минимизировать по модулю переменную составляющую определяемого электрического потенциала, синхронную с тактом подачи переменных напряжений,
- обнаружение (550) скрытого диэлектрического объекта (220), если переменные напряжения не равны друг другу.
