Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(72) Авторы Быков Игорь Михайлович Воинов Валерий Васильевич Мокринский Владимир Валерьевич Мелец Антон Фадеевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(57) Электростатический флюксметр, содержащий первую и вторую измерительные пластины, первый заземленный экран, укрепленный на валу электродвигателя, первый и второй дифференциальные усилители, усилитель, отличающийся тем, что в него включены второй заземленный экран, первый и второй усилители с регулируемым коэффициентом усиления, полосовой усилитель, двухполупериодный выпрямитель, интегратор, регулируемый источник тока, индикатор, в котором первая измерительная пластина через усилитель соединена с первым входом первого дифференциального усилителя, вторая измерительная пластина через первый усилитель с регулируемым коэффициентом усиления соединена со вторым входом первого дифференциального усилителя, выход первого дифференциального усилителя через последовательно соединенные полосовой усилитель,двухполупериодный выпрямитель, второй усилитель с регулируемым коэффициентом усиления соединен со входом интегратора, выход которого соединен с первым входом второго дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом регулируемого источника тока, выход второго дифференциального усилителя соединен со входом индикатора.(56) 1. Флюксметр А.с.1394168 СССР. МПК 01 29/12 / А.Н. Гончаренко Тихоокеанский океанологический институт ДНЦ АН СССР // Бюл.17. - 1988. 2. Электростатический флюксметр А.с.1129560 СССР. МПК 01 29/12 / Я.В. Селвикян ГГО им. А.И. Воейкова // Бюл.46. - 1984. 3. Тамм И.Е. Основы теории электричества. - М. Наука, 1976. - С. 71. Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к измерителям напряженности электрического поля, и может быть использована для измерения слабонеоднородных электрических полей зарядов летательных аппаратов. Известен флюксметр 1, содержащий заземленный экран, закрепленный на оси вала электродвигателя, две равные по площади измерительные пластины, дифференциальный усилитель. Однако это устройство обладает низкой чувствительностью к слабонеоднородным электрическим полям. Наиболее близким 2 по совокупности признаков к заявляемой полезной модели является электростатический флюксметр, содержащий первую и вторую измерительные пластины, заземленный экран, укрепленный на валу электродвигателя, первый и второй дифференциальные усилители, сумматор, усилитель с коэффициентом усиления, равным трем, в котором первая и вторая измерительные пластины соединены с первым и вторым входами первого дифференциального усилителя и первым и вторым входами сумматора,выход которого через усилитель с коэффициентом усиления, равным трем, подключен к первому входу второго дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом первого дифференциального усилителя, а измерительные пластины расположены на разных в соотношении 12 высотах от заземленного экрана. Однако недостатком известного электростатического флюксметра является низкая чувствительность к слабонеоднородным электрическим полям. Задачей полезной модели является повышение чувствительности электростатического флюксметра к слабонеоднородным электрическим полям. Техническим результатом осуществления полезной модели является повышение чувствительности как минимум в два раза. Для решения поставленной задачи при осуществлении полезной модели в электростатический флюксметр, содержащий первую и вторую измерительные пластины, первый заземленный экран, укрепленный на валу электродвигателя, первый и второй дифференциальные усилители, усилитель, включены второй заземленный экран, первый и второй усилители с регулируемым коэффициентом усиления, полосовой усилитель, двухполупериодный выпрямитель, интегратор, регулируемый источник тока, индикатор, в котором первая измерительная пластина через усилитель соединена с первым входом первого дифференциального усилителя, вторая измерительная пластина через первый усилитель с регулируемым коэффициентом усиления соединена со вторым входом первого дифференциального усилителя, выход первого дифференциального усилителя через последовательно соединенные полосовой усилитель, двухполупериодный выпрямитель, второй усилитель с регулируемым коэффициентом усиления соединен со входом интегратора, выход которого соединен с первым входом второго дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом регулируемого источника тока, выход второго дифференциального усилителя соединен со входом индикатора. Функциональная схема электростатического флюксметра показана на фиг. 1. Обозначения на фиг. 1 следующие 1, 2 - измерительные пластины 2 35462007.04.30 3, 4 - первый и второй заземленные экраны, укрепленные на валу электродвигателя 5 - усилитель, выполненный, например, на микросхеме К 140 УД 8 6, 7 - первый и второй дифференциальные усилители, выполненные, например, на микросхеме К 140 УД 7 8, 9 - первый и второй усилители с регулируемым коэффициентом усиления, выполненные, например, на микросхеме К 140 УД 8 10 - полосовой усилитель, выполненный, например, на транзисторе КП 350 А 11 - двухполупериодный выпрямитель, выполненный, например, на полупроводниковых диодах 12 - индикатор, например, стрелочный 13 - интегратор, выполненный, например, на микросхеме К 544 УД 1 и транзисторах КТ 815 А и КТ 814 А 14 - регулируемый источник тока- расстояние между измерительными пластинами. На фиг. 2 показано образование дополнительного электрического поля заряда над горизонтальной поверхностью Земли при наличии неровности в виде полушария. Обозначения на фиг. 2 следующие,- заряд маловысотного летательного аппарата и его зеркальное отображение в горизонтальной поверхности Земли соответственнон ,- отображение зарядав полусфере и его собственное отображение в горизонн тальной поверхности Земли соответственно Н, Д - высота полета и горизонтальная дальность маловысотного летательного аппарата соответственно, н - расстояния от зарядови н до центра полусферы соответственно- радиус неровности-полусферы,- напряженности электрического поля, создаваемые зарядамиив центре полушария соответственно н, н - расстояния от зарядов н идо вершины полушария соответственно н- расстояние от зарядадо вершины неровности- угол между вектороми осью,- углы между векторамин ии линией осисоответственно. н Устройство функционирует следующим образом. Сигналы с первой 1 и второй 2 измерительных пластин соответственно равны(2) 22(2 п),где- диэлектрическая постоянная вакуума- относительная диэлектрическая проницаемость покрытия измерительных пластин- площадь измерительной пластины- частота экранирования измерительных пластин экранами 3 и 4- угловая скорость вращения заземленных экранов 3 и 4, 2 - значения вертикальной составляющей напряженности электрического поля у первой и второй измерительных пластин соответственно Еп - напряженность электрического поля помех. Сигналы с первой 1 и второй 2 измерительных пластин соответственно через усилитель 5 и первый усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 8 поступают на пер 3 35462007.04.30 вый и второй входы первого дифференциального усилителя 6. Регулировкой коэффициента усиления первого усилителя с регулируемым коэффициентом усиления 8 добиваются минимума показаний индикатора 12 при действии на обе пластины одинакового электрического поля с опорным значением напряженности Ео, устанавливая тем самым равенство коэффициентов усиления усилителей 5 и 8. При измерении неоднородного электрического поля на выходе первого дифференциального усилителя 6 появится сигнал(3)1 - 22 ,где- 2. Покажем, что величинапревышает вертикальную составляющую напряженности электрического поля точечного заряда у поверхности Земли. При отсутствии неровности точечный заряди его зеркальное отображение в земле- создают на высотенад горизонтальной поверхностью Земли вертикальную составляющую напряженности электрического поля , равную(4)12 , где, Е - напряженности электрического поля зарядовисоответственно 1, 2 - углы междуи Е и осью ОХ соответственно в точке с координатами 0,. В соответствии с законом Кулона 2 где ,- расстояния от зарядовидо точки с координатами (0, ) соответственно м- постоянная, равная 9109 . Ф Очевидно, что 2 Д 2(Н - )2 ,(7)2 Д 2(Н)2 ,где Д, Н - горизонтальная дальность и высота полета маловысотного летательного аппарата соответственно. Очевидно, что где- расстояние от точки измерения до зарядаД 22 . Разница напряженностей (0 - ) очень мала и зарегистрировать ее при больших значениях Д на фоне электрического поля Земли практически невозможно. 35462007.04.30 Рассчитаем дополнительную напряженность электрического поля, создаваемого неровностью в виде полушария радиуса , при наличии заряда над поверхностью Земли. Для этого необходимо, используя метод изображений 3, определить величину заряда н - изображения зарядав объеме полушария и его положение в нем, то есть величину н. С этой целью найдем потенциал точки поверхности полушария, создаваемый зарядамии нн н где н - расстояние от заряда н до точки определения потенциала поля (фиг. 2). Поскольку потенциал сферической поверхности должен оставаться равным нулю, на основании (13) имеемн н Очевидно, что такое же условие выполняется и для зарядови. н На основании теоремы косинусов(17) 2 н нн 2 нСоотношение (17) должно выполняться при любом угле , то есть не зависеть от него. Это означает, что 222 или после взятия производной 2222 н 20 . (19) Изменение вертикальной составляющей поля в верхней точке полушария составит где Ен и- величины напряженностей электрического поля, создаваемые зарядами н и нсоответственно н и- углы между векторамин ии линией осисоответственно. н На основании теоремы синусов имеем (фиг. 2) а на основании теоремы косинусов 2, после использования основного члена ряда разложения (30) Разложение (35) в ряд при условии (29) и использование главного члена разложения дает Аналогично, принимая во внимание (26), получим 1,5 3 Подстановка (36), (37), (31), (32) в (23) и проведение алгебраических преобразований полученного выражения дают 3 н где 2 - некоторое число. Заземленный флюксметр, с разнесенными на расстояниеизмерительными пластинами, измеряет разность напряженностей электрического поля на поверхности пластин, также определяемую формулой (40). Таким образом, на выходе первого дифференциального усилителя 6 действует напряжение, пропорциональное напряженности электрического поля точечного заряда. Это напряжение поступает на вход полосового усилителя 10, который существенно усиливает только сигнал с частотой экранирования, чем снижается уровень помех, спектр которых лежит за пределами полосы пропускания полосового усилителя 10. С выхода полосового усилителя 10 сигнал поступает на вход двухполупериодного выпрямителя 11 и становится однополярным. Выход двухполупериодного выпрямителя 11 соединен со входом второго усилителя с регулируемым коэффициентом усиления 9, выход которого соединен с входом интегратора 13. Регулировкой коэффициента усиления усилителя 9 обеспечивают нормальную работу интегратора 13 и расширяют диапазон измеряемого сигнала. С выхода интегратора 13 сигнал поступает на первый вход второго дифференциального усилителя 7, на второй вход которого поступает опорное напряжение с регулируемого источника тока 14. Выход второго дифференциального усилителя 7 соединен со входом индикатора 14. Изменением напряжения на втором входе второго дифференциального усилителя 7 за счет его регулировки от регулируемого источника тока 14 добиваются нулевых показаний индикатора 12 при отсутствии сигнала. Это означает, что напряжение на втором входе второго дифференциального усилителя 7 равно математическому ожиданию шума. Таким образом, разнесение измерительных пластин на величину , введение в заявляемое устройство первого и второго усилителей с регулируемым коэффициентом усиления, полосового усилителя, двухполупериодного выпрямителя и интегратора позволяет повысить чувствительность заявляемого устройства (з) по сравнению с чувствительностью устройства-прототипа (п) враз з где- расстояние между измерительными пластинами в устройстве-прототипе, которое должно быть много меньше характерного размера измерительной пластины. В заявляемом способе величинане ограничивается, то есть как минимум чувствительность заявляемого устройства в 2 раза больше чувствительности устройства-прототипа. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.

МПК / Метки

МПК: G01R 29/12

Метки: флюксметр, электростатический

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/8-u3546-elektrostaticheskijj-flyuksmetr.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Электростатический флюксметр</a>

Похожие патенты