Датчик электростатического поля

Датчик электростатического поля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ДАТЧИК НАПРЯЯЖННОСТИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ, содержащий электрортатический генератор, соединенный со входом усилителя постоянного тока, и генератор опорного напряжения, о т л и ч а ю ц и и с я тем, что, ;с целью увеличения точности, в него введены два компаратора, дешифратор, блок совпадения, формирователь, стробимпульса , Логический блок, цйфрраналоговый преобразователь, цифровое управляемое сопротивление, коммутатор, суъшаторы, два реверсивных счет .чика, при этом выход усилителя постоянного тока подключен к первому входу цифрового управляемого сопротивления, первому компаратору и к первому зходу pToiporo компаратора, второй вход которого подключен к выходу цифро-г аналогового преобразователя, выход второго компаратора подключен к первому входу логического блока, выход которого подключен к первому входу второго реверсивного счетчика, выход второго реверсивного счетчика подключен к первому входу цифроаналогового преобразователя, дешифратору, первому входу кс 1мутатора и первому входу сумматора, выход дешифратора подключен ко второму входу цифроаналогового преобразователя, первый выход генератора опорного напряжения подключен к дополнительному входу электростатического генератора, первому входу формирователя строб-импульса , третьему входу цифроаналогового преобразователя и второму входу логического блока, второй выход генератора опорного напряжения подключен ко второму входу формирователя Строб-импульса,выход которого подключен к первому входу блока совпадения , третий выход генератора опорногго напряжения - ко второму входу блока совпадения, вьосод которого подключен ко вторым входам первогои BTojxDro реверсивных счетчиков , выход первого из которых подключен ко второму входу цифрового to ьо о vjl управляемого сопротивления и второму входу коммутатора, выход которого подключен ко второму входу сумматора , выход цифрового управляемого сопротивления подключен ко второму входу Усилителя постоянного тока, а выход первого компаратора подключен к первому входу первого реверсивного счетчика.

..SU„„1022077 А

СОЮЗ СОВЕТОНИХ

COUNII, РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К ЯВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И,ОТКРЫТИЙ (21) 3265940/18-21 (22) 24.03.81 (46) 07.06.83. Бюл. В 21 (72) В.С.Кубланов, А.A.Èàðòûíoâ, Б.Ф.Наконечный, Б.И.Судаков, В.Й.Токарев и Я.И.Шварц (53) 621 "317. 7 (088. 8) (56) 1. Paugam I. Y. Ft;avails G., ЯегIpofay R. Un apparel .ае mesure du

"champ eEectr1gue de Раtmosphkre де

t upe fie6dm1N ° - J ou rha ) de recherches

atmosphhr i ques,. 1973» У7 ðð.99-108.

2. Техническое описание и инструкция па эксплуатации самолетного прибора для измерения напряженнос,ти электрического поля (CIIHII), Л., ГГО, 1979 (прототип). (54)(57) ДАТЧИК НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ, содержащий электростатический генератор, соединенный со входом усилителя постоянного тока, и генератор опорнага напряжения, отличающийся тем, чта, .с целью увеличения точности, в него введены два компаратора, дешифратор, блок. совпадения, формирователь, стробимпульса, Логический блок, цифроана-. логовый преобразователь, цифровое управляемое сопротивление, коммутатор, сумматоры, два реверсивных .счетяика, при этом выход усилителя посто-, янного тока подключен к первому входу цифровога управляемого. сопротивления, первому компаратору и к первому входу второго компаратора, второй вход которого подключен к выходу цифро-. аналогового преобразователя, выход второго компаратора подключен к первому входу логического блока, выход которого подключен к первому входу второго реверсивного счетчика, вы ход второго реверсивного счетчика под ключен к первому входу цифроаналогового преобразователя, дешифратору, первому входу коммутатора н первому входу сумматора, выход дешифратора подключен ко второму входу цифроаналогового преобразователя, первый выход генератора опорного напряжения подключен к дополнительному входу электростатического генератора, первому входу формирователя строб-импульса, третьему входу цифроаналогового преобразователя и второму g

O входу логического блока, второй выход генератора опорного напряжения подключен ко второму входу формирователя строб-импульса, выход которого подключен к первому входу блока совпадения, третий выход генератора опорного напряжения - ко второму входу блока совпадения, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго реверснвных счетчиков, выход первого иэ которых (, ) подключен ко второму входу цифрового управляемого сопротивления и второму входу коммутатора, выход которого Ьф подключен ко второму входу сумматора, выход цифрового управляемого сопротивления йодключен ко второму вхо е ду Усилителя постоянного тока, а вы- а Д ход первого компаратора подключен к первому входу первого реверсивного счетчика.

1022077

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения напряженности электростатического поля атмосферы.

Известен датчик электростатического поля, содержащий электростатический генератор, соединенный через первый избирательный усилитель и преобразователь формы с синхронным детектором, и генератор опорного. напряжения, соединенный через вторые избирательный усилитель и преобразователь формы с управляющим входом синхронного детектора, выход которого соединен со входом вы- 15 ходного усилителя (1).

Недостатками датчика являются. большая погрешность в измерении накряженности электростатического поля при соотношении сигнал/шум меньше 20 единицы, небольШой динамический диапазон измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является датчик электростатического поля, содержащий последовательно включенные электростатический генератор, блок переключения преобразователя измерения, усилитель постоянного тока и синхронный детектор, а также генератор опорного напряжения, подключенный к управляющему входу синхронного детектора $2).

Недостатками извеотйого датчика являются большая погрешность в измерении напряженности электростатического коля при соотношении сигнал/

/шум меньше единицы, а также ручное переключение диапазонов измерения.

Целью изобретения является увеличение точности измерения напряженности электростатического поля 40 атмосферы.

Поставленная цель достигается тем, что в датчик электростатического поля, содержащий электростатический генератор, соединенный со входом 45 усилителя постоянного тока, и генератор опорного напряжения, дополнительно введены два компаратора, дешифратор, блок совпадения, формирователь строб-импульса, логический блок, цифроаналоговый. преобразователь, :цифровое управляемое сопротивление, коммутатор, сумматор и два реверсив:ных счетчика, при этом выход усилителя постоянного тока подключен к первому входу цифрового управляемого 55 сопротивления, первому компаратору и к первому входу второго. компаратора, второй вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, выход второго компаратора подключен 60 к первому входу логического. блока, выход которого подключен к первому входу второго реверсивного счетчика, выход второго реверсивного счетчика подключен к первому входу цифро-у5 аналогового преобразователя, дешифратору, первому входу коммутатора и первому входу сумматора, выход дешифратора подключен ко второму входу цифроаналогового преобразователя, первый выход генератора опорного напряжения подключен к дополнительному входу электростатического генератора, первому входу формирователя стробимпульса, третьему входу цифроаналогового преобразователя и второму входу логического блока, второй выход генератора опорного напряжения подключен ко второму входу формирователя строб-импульса, выход которого подключен к первому входу блока совпадения, третий выход генератора опорного напряжения подключен ко второму входу блока совпадения, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго реверсивного счетчиков, выход первого из которых подключен ко второму входу цифрового управляемого сопротивления и второму входу коммутатора, выход которого подключен ко второму входу сумматора, выход цифрового управляемого сопротивления подключен ко второму входу усилителя по стоянного тока, а выход первого компаратора подключен к первому входу первого реверсивного счетчика.

На чертеже изображена функциональная схема датчика электростатического поля.

Датчик содержит электростатический генератор 1, усилитель 2 постоянного тока, второй компаратор 3, генератор 4 опорного напряжения, блок 5 совпадения, формирователь 6 строб-импульса, логический блок 7, второй реверсивный счетчик 8, циф» роаналоговый преобразователь 9, дешифратор 10, цифровое управляемое сопротивление 11, первый реверсивный счетчик 12, первый компаратор 13, коммутатор 14 и сумматор 15. . Датчик электростатического поля работает следующим образом.

Электростатический генератор 1 преобразует постоянный поток электростатической индукции измеряемого поля в переменный сигнал, амплитуда которого определяется из выражения

E S f, 2 Ф где Е - напряженность электростатического поля;

S - площадь измерительной пластины электростатического генератора;

f - частота экспонирования;R — входное сопротивление усилителя 2 постоянного тока. переменный сигнал поступает на первый вход усилителя 2 постоянного тока, усиливается и с выхода послед1022077 него поступает на первый вход второго компаратора 3..

Второй компаратор 3, логический блок 7, второй реверсивный счетчик 8 и цифроаналоговый преобразователь 9 образуют замкнутую сЛедящую систему, оценивающую амплитудное значение сигнала на выходе усилителя 2 постоянно-го тока и имеющую два режима работы: поиск и.измерение..

При отсутствии переменного сигнала"с выхода электростатического генератора 1 указанная следящая система находится s режиме поиска, На выходе компаратора 3 имеется логический сигнал 1 . 3$

При этом на выходе логического блока 7. формируется сигнал, частота которого равна частоте Q генератора 4 опорного напряжения, а амплитуда соответствует уровню логиче- 2() ской 1 " . Этот. сигнал поступает на первый вход второго реверсивного счетчика 8 и определяет знак его перестройки. Реверсивный счетчик 8 .перестраивается частотой f co вто- . 25 рого выхода генератора 4 опорного напряжения, которая поступает с выхода блока 5 совпадения только в те-, чение длительности строб-импульса.

В режиме поиска амплитуда импуль- -ЗО сов на выходе цифроаналогового преобразователя 9.линейно изменяется от минимального,. значения до максимального..Амплитуда импульсов на выходе цифроаналогового преобразователя 9 определяется состоянием реверсивного счетчика- 8 и равна

UU,GA -- к . SF где К - амплитуда импульсов напряжения питания-цифроаналого- 40 вого преобразователя 9.р

 †состояние второго реверсив-. ного счетчика 8. .Сигнал на выходе цифроаналогового преобразователя 9 представляет собой 45 щ ямоугольные импульсы, амплитуда которых;пропорциональна коду на выходе реверсивного счетчика 6, а дли . тельность . равна длительности импульсов с первого. выхода генератора 4 опорного наиряженйя.- Цикл поиска заканчивается в момент заполнения реверсивного счетчика 8, когда на входах дешифратора 1-0, которые соединены с .разрядами реверсивного счетчика. 8, устанавливаются логические единицы. На выходе дешифратора 10 в этом случае формируется сигнал для смейы на 180 . Фазы импульсов на

:пряжеиия питания цифроаналогового преобразователя 9. Пикл поиска повторяется.-Смена на 180. фазы импульсов напряженйя питания цифроаналогового преобразователя 9 в ре- . жимепоиска необходима, так как неизвестен знак напряженности элект- Я ростатнческого поля, а следовательно, и фаза сигнала на выходе усилителя 2 постоянного тока.

При появлении перемеиного сигнала на выходе электростатического генератора 1 на выходе усилителя 2 постоянного тока .формируется сигнал .О я- (t), и следящая система переходит в режим измерения.

Сигнал Пу„ (t) поступает на первый вход второго компаратора 3, на ,второй вход которого поступает Ц, „(t) с выхода цифроаналогового преобразователя 9.

):сли /П„(>/ U

Ес /Пупт / !куцое (. o на выходе компаратора 3 имеется логический сигнал -l . В этом случае на выходе логического блока 7 формируется сигнал с частотой f„ s амплитудой, соответствующей логическому уровню -1 . При этом значение кода на выходе реверсивного счетчика 8 уменьшается.

Когда tU> < / незначительно отличается от / U

Для повышения точности фиксация величины напряженности электростати- ческого поля производится в течение длительности строб-импульса, который сдвинут на 90 по отношению к сигна-. луе

При этом достигается наибольшее соотношение сигнал-импульс так как именно в .этот момент значение полезного сигнала U ÿâëÿåòñÿ наибольшим.

Фаза. сигнала на выходе электростатического генератора 1 либо совпадает с фазой сигнала, формируемого иа нервом выходе генератора 4 опорного напряжения, либо сдвинута на

180. .

Поэтому для формирования строб-импульса, сдвинутого на 90 по фа- . зе относительно фазы выходного сигнала электростатического генератора 1, достаточно знать фазу сигнала на первом выходе генератора 4 опорного напряжения. Для точного формирования положения строб-импульса, сдвинутого на 90 относительно выходного сигнала электростатического. генератора 1,.формирователь б строб-импульса соединен с первич и вторым выходами генератора 4 опорного напряжения. Частота сигнала на втором выходе К генератора 4 опорного напряжения по меньшей мере

1022077

HB порядок выше частоты сигнала на его первом выходе f,.

Частота сигнала на втором выходе генератора 4 опорного напряжения равна

360 и = и — у-, где аЧ вЂ” погрешность установки фазы строб-импульса.

Стробирукщие импульсы с выхода формирователя б строб-импульса поступают на первый вход блока 5 совпа-. дения, на второй вход которого поступает сигнал с третьего выхода генератора 4. опорного напряжения, а с выхода блока 5 совпадения сигнал поступает на второй вход второго реверсивного счетчика 12.

Перестройка реверсивного счетчика 12 осуществляется с целью изменения коэффициента передачи усилителя 2 постоянного тока, чтобы его выходное напряжение находилось в. диапазоне, ограниченном ве;личинами напряжений 0„ и 0>, причем

0< больше 02. Для этого сигнал

0 пт (t) поступает на вход первого компаратора 13, который имеет два .порога стробирования — 0 и 02.

При /0 до/ больше 0„йа выходе компаратора 13 имеется логический сигнал 1 . Этот сигнал поступает на первый вход реверсивного счетчика 12 и определяет знак его перестройки под воздействием частоты с выхода блока 5 совпадения, поступаю- 35 щей по второму входу реверсивного счетчика 12.. Код на выходе реверсив-. ного счетчика 12 уменьшается. Одновременно уменьшится и величина цифрового управляемого сопротив- 4п ления 11. Сигнал на выходе усилителя 2 постоянного тока уменьшается, оставаясь в диапазоне, ограниченном порогами 0 и 0<. Реверсивный счетчик 12 воздействует также на коммутатор 14, увеличивая масштаб выходного сигнала сумматора 15.

Если / 0у„т /меньше Ug, то на выходе компаратора 13 появляется логический сигнал -1 . Под воздействием этого сигнала и частоты с выхода блока 5 совпадения код на выходе реверсивного счетчика 12 увеличивается, увеличивается величина цифрового управляемого сопротивления 11. Сигнал на выходе усилителя 2 постоянного тока увеличивается, оставаясь в диапазоне, ограниченном порогами О,, и 0 ° TeM самым обеспечивается большая точность во всем диапазоне изменения напряженности электростатического поля атмосферы..

При t 0 пи (мменьше 0<, но больше .

0, на выходе компаратора 13 появляется логический сигнал 0 . Кодна выходе Реверсивного счетчика 12 не изменяется.

Коммутатор.14 совместно с сумматором 15 выполняют функции множительного. устройства,.двоичных чисел, формируемых на выходах реверсивных счетчиков 8 и 12. Перемножение осуществляется с целью изменения масштаба сигнала на-выходе сумматора 15 в соответствии со, значением цифрового управляемого сопротивления ll которое определяется выходным кодом реверсивного счетчика 12 °

Сумматор 15 выполняет функции накопителя, т.е. оценка напряженности электростатического поля формируется в нем за несколько периодов сигнала на первом .выходе генератора 4 опорного напряжения f< . При этом с увеличением количества периодов накопления увеличивается постоянная времени формирования оценки сигнала в сумматоре 15.

Изобретение позволяет увеличить точность формирования оценки напряженности электростатического поля атмосферы, а также исключить ручное переключение диапазонов измерения.

Составитель В. Костии

Редактор Н. Егорова Техред:K.Èûöüî Корректор Л.Бокшан

Заказ 4034/37 . Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, й-35, Раушская наб., д. 4/ 5

МЮ

ФиЛиал НПН Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4