Измеритель напряженности электростатического поля

Авторы патента:

Филиппов Анатолий Николаевич (RU)

Пушкин Николай Моисеевич (RU)

Петренко Олег Петрович (RU)

Фролов Александр Валерьевич (RU)

G01R29/00 - Устройства для измерения или индикации электрических величин, не отнесенные к группам G01R 19/00-G01R 27/00

Владельцы патента RU 2606927:

Акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения напряженности электростатических полей различных заряженных материалов и изделий. Технический результат заключается в увеличении чувствительности измерителя посредством увеличения его помехозащищенности. Измеритель напряженности электростатического поля содержит чувствительный электрод, подключенный к входу усилителя, экранирующий электрод, электромагнитный привод, механически связанный с экранирующим электродом, генератор возбуждения, выход которого соединен с входом электромагнитного привода, синхронный детектор, выход которого через фильтр нижних частот подключен к индикатору, и основной двухполярный блок питания, шины питания которого соединены с шинами питания усилителя, синхронного детектора и фильтра нижних частот. Кроме того, в устройство введены дополнительный двухполярный блок питания и блок гальванической развязки, шины питания дополнительного двухполярного блока питания соединены с шинами питания электромагнитного привода, генератора возбуждения и с входной ступенью блока гальванической развязки. При этом шины питания выходной ступени блока гальванической развязки подключены к шинам питания основного двухполярного блока питания, выход генератора возбуждения соединен с входом блока гальванической развязки, выход блока гальванической развязки подключен к управляющему входу синхронного детектора, общие шины двухполярных блоков питания соединены с экранирующим электродом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения напряженности электростатических полей различных заряженных материалов и изделий.

Известен измеритель напряженности электрического поля, содержащий чувствительный электрод, усилитель и индикатор. Чувствительный электрод установлен в отверстии металлического корпуса и соединен через усилитель с индикатором (а.с. СССР №464872, кл. G01R 29/12, 1975 г.). Этот измеритель за счет неподвижного чувствительного электрода измеряет только напряженность переменных электрических полей, создаваемых изменяющимися электрическими зарядами заряженных тел и поверхностей. Данное устройство не позволяет измерять напряженность постоянных и медленно меняющихся электрических полей, создаваемых статическими зарядами неподвижных тел и поверхностей.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является измеритель напряженности электрического поля, построенный по принципу электростатического генератора. Он содержит чувствительный и экранирующий электроды, усилитель, синхронный детектор, фильтр нижних частот, электромагнитный привод, генератор и блок питания, шины питания которого подключены к шинам питания усилителя, генератора, синхронного детектора, фильтра нижних частот и электромагнитного привода. Чувствительный электрод подключен через усилитель к измерительному входу синхронного детектора, выход которого через фильтр нижних частот соединен с индикатором. Выход генератора подключен к электромагнитному приводу и к управляющему входу синхронного детектора. Экранирующий электрод, механически связанный с электромагнитным возбудителем, установлен с возможностью экспонирования чувствительного электрода в исследуемом электрическом поле (см. патент РФ №2414717, кл. G01R 29/12 от 18.01.2010 г.). В данном измерителе экранирующий электрод за счет электромагнитного привода колеблется с частотой генератора, изменяя при этом степень электростатической связи чувствительного электрода с исследуемым электрическом полем, благодаря чему на чувствительном электроде наводится переменный электрический заряд, пропорциональный напряженности электрического поля. Наведенный заряд затем преобразуется усилителем, синхронным детектором и фильтром нижних частот в постоянное напряжение, величина которого пропорциональна напряженности измеряемого электрического поля, а знак - его полярности.

Данное устройство может измерять напряженность постоянных и медленно меняющихся электрических полей, создаваемых статическими зарядами неподвижных заряженных тел и поверхностей. Существенным недостатком измерителя является наличие синфазной помехи, возникающей за счет протекания токов возбуждения генератора и электромагнитного привода по общей шине измерителя. Так как общая шина измерителя имеет конечное омическое сопротивление порядка r_общ=0,1…10 Ом (особенно при двухблочной конструкции измерителя, когда датчик поля подключен к измерительной схеме кабелем длиной 1…10 м), то протекание токов возбуждения генератора и электромагнитного привода создает падение напряжения (синфазное с полезным сигналом), поступающее на вход усилителя. Синфазная помеха заметно ограничивает чувствительность измерителя.

Задача, решаемая изобретением, заключается в увеличении чувствительности измерителя посредством увеличения его помехозащищенности.

Ожидаемый технический эффект достигается тем, что в измеритель напряженности электростатического поля, содержащий чувствительный электрод, подключенный к входу усилителя, экранирующий электрод, электромагнитный привод, механически связанный с экранирующим электродом, генератор возбуждения, выход которого соединен с входом электромагнитного привода, синхронный детектор, выход которого через фильтр нижних частот подключен к индикатору, и основной двухполярный блок питания, шины питания которого соединены с шинами питания усилителя, синхронного детектора и фильтра нижних частот, измеритель отличается тем, что в него введен дополнительный двухполярный блок питания и блок гальванической развязки, шины питания дополнительного двухполярного блока питания соединены с шинами питания электромагнитного привода, генератора возбуждения и с входной ступенью блока гальванической развязки, кроме того, шины питания выходной ступени блока гальванической развязки подключены к шинам питания основного двухполярного блока питания, выход генератора возбуждения соединен с входом блока гальванической развязки, выход блока гальванической развязки подключен к управляющему входу синхронного детектора, кроме того, общие шины двухполярных блоков питания соединены с экранирующим электродом.

Блок гальванической развязки выполнен на сдвоенном транзисторном оптроне, коллектор транзистора первого оптрона соединен с плюсовой шиной основного двухполярного блока питания, эмиттер транзистора первого оптрона соединен с коллектором транзистора второго оптрона и с выходом блока гальванической развязки, эмиттер транзистора второго оптрона соединен с минусовой шиной основного двухполярного блока питания, анод светодиода первого оптрона соединен с катодом светодиода второго оптрона и с входом блока гальванической развязки, катод светодиода первого оптрона соединен с анодом второго оптрона и с общими шинами блока гальванической развязки и дополнительного двухполярного блока питания.

Функциональная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1.

Измеритель напряженности электростатического поля содержит чувствительный электрод 1, подключенный к входу усилителя 2, экранирующий электрод 3, электромагнитный привод 4, механически связанный с экранирующим электродом 3, генератор возбуждения 5, выход которого соединен с входом электромагнитного привода 4, синхронный детектор 6, выход которого через фильтр нижних частот 7 подключен к индикатору 8, и основной двухполярный блок питания 9, шины питания которого соединены с шинами питания усилителя 2, синхронного детектора 6 и фильтра нижних частот 7. Измеритель содержит также дополнительный двухполярный блок питания 10 и блок гальванической развязки 11, шины питания дополнительного блока питания 10 соединены с шинами питания электромагнитного привода 4, генератора возбуждения 5 и с входной ступенью блока гальванической развязки 11. Выход генератора возбуждения 5 соединен с входом блока гальванической развязки 11, выход блока гальванической развязки 11 подключен к управляющему входу синхронного детектора 6. Шины питания выходной ступени блока гальванической развязки 11 подключены к шинам питания основного двухполярного блока питания 9, а общие шины двухполярных блоков питания 9, 10 соединены с экранирующим электродом 3.

Кроме того, блок гальванической развязки 11 выполнен на сдвоенном транзисторном оптроне 12, коллектор транзистора 13 первого оптрона 14 соединен с плюсовой шиной основного двухполярного блока питания 9, эмиттер транзистора 13 первого оптрона 14 соединен с коллектором транзистора 15 второго оптрона 16 и с выходом блока гальванической развязки 11, эмиттер транзистора 15 второго оптрона 16 соединен с минусовой шиной основного двухполярного блока питания 9, анод светодиода 17 первого оптрона 14 соединен с катодом светодиода 18 второго оптрона 16 и с общими шинами блока гальванической развязки 11 и дополнительного двухполярного блока питания 10, катод светодиода 17 первого оптрона 14 соединен с анодом светодиода 18 второго оптрона 16 и с входом блока гальванической развязки 11.

Измеритель напряженности электростатического поля работает следующим образом. При включении измерителя электромагнитный привод 4 заставляет колебаться экранирующий электрод 3 с амплитудой и частотой, задаваемой генератором возбуждения 5. При этом экранирующий электрод 3 периодически экранирует чувствительный электрод 1 от воздействия электростатического поля, благодаря чему на чувствительном электроде 1 наводится переменный электрический заряд q₁, пропорциональный величине напряженности электростатического поля Е₌ и площади чувствительного электрода 1. Усилитель 2, преобразуя и усиливая переменный электрический заряд q₁, вырабатывает переменное синусоидальное напряжение U₂ с амплитудой, пропорциональной напряженности электрического поля Е₌.

Переменное синусоидальное напряжение U₂ поступает на сигнальный вход синхронного детектора 6, в то время как на управляющий вход синхронного детектора подается сигнал с выхода блока гальванической развязки 11. С выхода генератора возбуждения 5 синусоидальное напряжение поступает на блок гальванической развязки 11, который с помощью светодиодов 17, 18 и фототранзисторов 13, 15 оптронов 14 и 16 вырабатывает переменное напряжение U₁₁ прямоугольной формы с частотой генератора возбуждения 5. При совпадении фаз переменных напряжений U₂ и U₁₁ синхронный детектор 6 вырабатывает полусинусоиды положительной полярности, которые на выходе фильтра нижних частот 7 преобразуются в постоянное положительное напряжение U₇, которое затем регистрируется индикатором 8. При сдвиге фаз переменных напряжений U₂ и U₁₁ синхронный детектор 6 вырабатывает полусинусоиды отрицательной полярности, которые на выходе фильтра нижних частот 7 преобразуются в постоянное отрицательное напряжение U₇. Величина напряжения U₇ пропорциональна величине напряженности поля Е₌, а знак соответствует полярности электростатического поля.

«Слаботочный» сигнальный переменный ток высокочувствительного усилителя 2 протекает по общей шине «Общ. 1» основного двухполярного блока питания 9, в то время как «сильноточный» переменный ток возбуждения генератора 5 и электромагнитного усилителя 4 и светодиодов 17, 18 (порядка I=5…30 мА) протекает по общей шине «Общ. 2» дополнительного двухполярного блока питания 10 и создает на ней падение переменного напряжения с частотой генератора 5 и амплитудой U_п=Ι_п⋅r_общ2≈0,5…300 мВ, которая не протекает по общей шине «Общ. 1» и поэтому не создает синфазной помехи на входе усилителя 2.

Экспериментально было установлено, что предлагаемый измеритель позволяет исключить синфазную помеху на входе усилителя 2 за счет исключения протекания токов электромагнитного привода 4 и генератора возбуждения 5 по общей шине основного двухполярного блока питания 9, к которому подключен усилитель 2, благодаря чему чувствительность измерителя увеличилась более чем в 10 раз.

1. Измеритель напряженности электростатического поля, содержащий чувствительный электрод, подключенный к входу усилителя, экранирующий электрод, электромагнитный привод, механически связанный с экранирующим электродом, генератор возбуждения, выход которого соединен с входом электромагнитного привода, синхронный детектор, выход которого через фильтр нижних частот подключен к индикатору, и основной двухполярный блок питания, шины питания которого соединены с шинами питания усилителя, синхронного детектора и фильтра нижних частот, отличающийся тем, что в него введен дополнительный двухполярный блок питания и блок гальванической развязки, шины питания дополнительного двухполярного блока питания соединены с шинами питания электромагнитного привода, генератора возбуждения и с входной ступенью блока гальванической развязки, кроме того, шины питания выходной ступени блока гальванической развязки подключены к шинам питания основного двухполярного блока питания, выход генератора возбуждения соединен с входом блока гальванической развязки, выход блока гальванической развязки подключен к управляющему входу синхронного детектора, кроме того, общие шины двухполярных блоков питания соединены с экранирующим электродом.

2. Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что блок гальванической развязки выполнен на сдвоенном транзисторном оптроне, коллектор транзистора первого оптрона соединен с плюсовой шиной основного двухполярного блока питания, эмиттер транзистора первого оптрона соединен с коллектором транзистора второго оптрона и с выходом блока гальванической развязки, эмиттер транзистора второго оптрона соединен с минусовой шиной основного двухполярного блока питания, анод светодиода первого оптрона соединен с катодом светодиода второго оптрона и с входом блока гальванической развязки, катод светодиода первого оптрона соединен с анодом второго оптрона и с общими шинами блока гальванической развязки и дополнительного двухполярного блока питания.

Устройство предназначено для использования в составе автоматики определения и контроля параметров электрической сети среднего напряжения и настройки контура нулевой последовательности посредством создания искусственного возмущения кратковременного действия.

Радиоизмерительная установка для измерения эффективной площади рассеяния радиолокационных целей // 2600491

Радиоизмерительная установка для измерения эффективной площади рассеяния радиолокационных целей содержит передатчик, двойной тройник, переменную комплексную нагрузку, приемник, приемно-передающую антенну, опору цели и компенсационную опору, причем выход передатчика соединен с входом одного Н плеча волноводного тройника, выход которого соединен со входом приемно-передающей антенны, выход другого Н плеча волноводного тройника соединен с входом-выходом переменной комплексной согласованной нагрузки, кроме того, выход Е плеча волноводного тройника соединен со входом приемника.

Устройство измерения флуктуаций набега фазы и углов прихода микроволн // 2595247

Изобретение относится к области техники электрических измерений и может быть использовано при изучении распространения микроволн на открытых атмосферных трассах. В основу изобретения поставлена задача увеличения точности измерения флуктуации набега фаз и углов прихода микроволн, при исследовании их распространения от одной точки измерительной трассы к другой.

Способ увеличения дальности системы многоабонентной радиочастотной идентификации // 2594333

Способ увеличения дальности действия системы многоабонентной радиочастотной идентификации относится к области радиотехники и может быть использован при организации идентификации одновременно нескольких объектов. Новым в способе многоабонентной радиочастотной идентификации является включение в состав транспондеров, устанавливаемых на объектах идентификации однопортовых радиочастотных усилителей и управляемых фазовращателей проходного типа. Антеннами транспондеров радиочастотные колебания от считывающего устройства принимают и пропускают в первый раз через управляемый фазовращатель проходного типа.

Способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя и устройство для его осуществления // 2593646

Изобретения относятся к области измерительной техники и могут быть использованы для определения частотных характеристик средств измерения параметров вибрации. Устройство для осуществления способа определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя содержит колебательную систему, состоящую из пьезоэлектрического вибропреобразователя и рабочего тела, прикрепленный к рабочему телу пьезоэлектрический вибратор, подсоединенный к нему генератор импульсных электрических сигналов с регулировкой импульса по длительности и амплитуде и подключенный к вибропреобразователю блок регистрации со схемой для преобразования Фурье выходного сигнала пьезоэлектрического вибропреобразователя.

Устройство измерения амплитудно-временных и частотных параметров сигналов // 2592730

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в цифровых осциллографах, панорамных радиоприемниках и в аппаратуре мониторинга и анализа параметров источников радиоизлучений.

Способ измерения потерь в обтекателе // 2587687

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при радиотехнических испытаниях обтекателей радиолокационных станций. Измерения потерь в обтекателях проводятся серией из N измерений уровня сигнала Е0j падающей плоской ЭМВ в диапазоне длин волн λ0±Δλ на выходе измерительной антенны без обтекателя и серией из N измерений уровня Ei сигнала на выходе антенны с установленным обтекателем (измерительная антенна замещается системой антенна-обтекатель) с последующей математической обработкой результатов.

Способ оценки качества электромагнитного экранирования узла уплотнения отверстия в электропроводящем экране с закрывающей его электропроводящей конструкцией // 2579176

Изобретение относится к экранировке аппаратов или их деталей от электрических или магнитных полей и может быть использовано для контроля эффективности электромагнитного экранирования корабельных помещений, защищенных от преднамеренных электромагнитных воздействий.

Приспособление для снятия характеристик свч-устройств // 2577805

Изобретение относится к электротехнической, радиотехнической, электронной областям промышленности и может быть использовано в процессе настройки или проверки работоспособности СВЧ-устройства (нескольких СВЧ-устройств) для снятия его (их) характеристик в широком частотном диапазоне.

Устройство для регистрации формы импульса делений // 2572063

Устройство для регистрации формы импульса делений относится к измерительной технике и может быть использовано в ядерной физике при исследовании физических параметров импульсных исследовательских ядерных установок (ИЯУ).

Устройство для измерения напряжённости электрического поля // 2611586

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерений напряженности электрического поля атмосферы при проведении метеорологических, геофизических и радиофизических исследований, а также для оценки экологического состояния атмосферы и поверхности Земли, в частности при исследовании естественного и антропогенного электромагнитных фонов земной атмосферы. Устройство содержит приемную антенну, соединенную с общей точкой встречно включенных варикапов, аноды которых подключены ко вторичной обмотке трансформатора, к первичной обмотке которого подключен генератор модулирующего напряжения, и систему регистрации. Кроме того, устройство содержит управляемый источник ЭДС, вход которого соединен с выходом системы регистрации, а выход соединен со средней точкой вторичной обмотки трансформатора, причем вход системы регистрации соединен с приемной антенной через полосовой усилитель. Технический результат заключается в увеличении ширины динамического диапазона устройства для измерения напряженности электрического поля. 1 ил.

Электрометр // 2615038

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения электрических зарядов обоих знаков, включая высоковольтные заряды статического электричества, образующиеся в потоках движущихся диэлектрических жидкостей, например светлых нефтепродуктов. Электрометр содержит конденсатор, подключенный между входными шинами электрометра. С целью исследования высоковольтных зарядов, конденсатор одним выводом подключен напрямую на общий провод (к заземлению), а вторым выводом к коммутирующему ключу через последовательно включенный ограничительный резистор. При этом электрометр имеет второй ключ, который включен параллельно с конденсатором для его разряда. Электрометр также содержит усилитель с высокоомным входом, подключенный к конденсатору, микроконтроллер, подключенный к усилителю, обеспечивающий функцию аналого-цифрового преобразователя, вычислителя, интегратора, хранящего в памяти и передающего результат измерения на выход и осуществляющего управление указанными ключами. Между входными цепями и остальной схемой включен блок искрозащиты на диодах (стабилитронах). Технический результат заключается в повышении точности и уменьшении времени измерений. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.