Входное устройство для регистрации электростатического поля в атмосфере

Входное устройство для регистрации электростатического поля в атмосфере

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)4 С 01 R 29/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3752116/24-21 (22) 14.06.84 (46) 30.07.86. Бюл. ¹ 28 (71) Физико-механический институт им. Г.В.Карпенко и Специальное конструкторско-технологическое бюрб

Физико-механического института им. Г.В.Карпенко (72) П.М.Сопрунюк, В.С.Цыбульский, О.Т.Чучман и Я.Е.Пидгирняк (53) 621.317.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 951191, кл. С 01 R 29/12, 1982.

Копаев И.М., Коваль Л.А., Павлюк И.В. и др. Измерение электрических полей в эксперименте "Самбо".

Сб; Магнитосферные возмущения в период эксперимента "Самбо-79", M.

1980. (54) ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ В АТМОСФЕРЕ (57) Изобретение относится к устройствам прямого измерения электростатического поля в плазме высоких сло- . ев атмосферы земли и ее параметров при помощи динамического способа измерения или метода двойного зонда.

Устройство устанавливается на летательном аппарате с передачей его выходных сигналов по каналам телеметрии, их записью и обработкой. Целью изобретения является повьппение точности регистрации. Для этого в устройство, содержащее датчики 1-4, сумматоры 8-10, предварительные усилители 5-7, введены управляемый аттенюатор 1 1, высокоомный резистор !2.

1247784

Датчики расположены по концам двух электрических штанг, закрепленных в их середине на разных уровнях перпендикулярно вертикальной оси и один другому. Основой работы устройства является выделение переменной состав" пяющей напряжения первого датчика 3, Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам прямого измерения электростатического поля в плазме высоких слоев атмосферы земли и ее параметров при гомощи динамического способа измерения или метода двойного зонда.

Устройство устанавливается на летательном аппарате с передачей его . выходных сигналов по каналам теле1метрии, их записью и обработкой.

Целью изобретения является повышение точности регистрации.

1!а фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство (фиг.1) содержит датчики 1-4, предварительные усилители 5, 6, 7, сумматоры 8, 9, 10, управляемый аттенюатор 11, высокоомный резистор 12.

При этом первый и второй датчики 3, 4 через предварительные усилители соединены первый с неинвертирующим, второй .с инвертирующим входами первого сумматора 9 и, кроме того, с соответствующими каждому датчику двумя инвертирующими входами второго сумматора 8. Третий датчик 2 через предварительный усилитель 6 соединен с неинвертирующим входом второго сумматора 8. Третий сумматор 1.0 через автоматический аттенюатор 11 одним своим входом соединен с выходом второго сумматора 8, вторым — с выходом второго предварительного уси лителя 6, к третьему входу третьего сумматора 10 подключен выход первого сумматора 9. Выход третьего сумматора 10 через высокоомный резистор 12 подключен к первому датчику. При этом выходы сумматоров 8, 9, выход последующее ее суммирование с напряжением, равным целому или части постоянного напряжения, обусловленного вертикальной составляющей поля, осуществляемое третьим сумматором 10 и подаваемое на резистор 12. 2 ил. автоматического аттенюатора 11 и пред. варительного усилителя б являются выходами всего устройства.

Устройство работает следующим, 5 образом.

Основой работы устройства является выделение переменной составляющей напряжения первого датчика 3 и последующее ее суммирование с напряжением, равным целому или части посто- ° янного напряжения, обусловленного вертикальной составляющей поля, осуществляемое третьим сумматором 10 и подаваемое на резистор 12.

Вследствие вращения датчиков вокруг оси симметрии штанг, осуществляемого в электрическом поле атмосферы, на датчиках наводится переменное напряжение, представленное на фиг.2а для третьего датчика 2 и измеренное относительно четвертого датчика 1. При этом амплитуда колеба-. ний синусоиды определяется выражением

U = E (1) где E — напряженность поля в горизонтальной плоскости; — расстояние между датчиками

1и2.

Частота синусоиды (фиг. 2, а) равна частоте вращения штанг и является

/ инфранизкой, порядка десяти или даже сотых долей герца.

На выходе первого сумматора. 9 получают напряжение между датчиками 3, 4, представленное на фиг.2,б.Это напряжение сдвинуто на 90 относи40 тельно изображенного на фиг.2,а с сохранением остальных параметров синусоиды фиг.2,а. Причиной этого является то, что штанга, соединяющая дат1247784

Пвв Па+ Пв + Ub»

1 1

2 (2) где U = Пв напряжение, представленное на фиг.2,а и равное выходному нап20 ряжению третьего предварительного усилителя 6 Пьр» напряжение, определя25 емое вертикальной составляющей Е вектора поля и определяемое формулой (1) при замене в ней Ег Hà F. а 1 — на 3 — рассто- 0

Ь яние между штангами; напряжение, представленное на фиг.2,б и равное выходному напряжению первого З5 сумматора 9.

U в

Аналогичным образом записывается выражение для второго датчика 4

1 1

Ui U + Б Ug. (3) Знак минус перед Ц обусловлен тем, что относительно оси симметрии напряжения на датчиках 3, 4 изменяются в противофазе.

Второй сумматор 8 формирует следующую сумму:

50 (4) "рр ПРз 44 = 2" в» т.е. на его выходе имеет удвоенное значение напряжения, определяемого вертикальной составляющей вектора 55 поля.

Рассмотрев выражение (2), можно сделать вывод, что напряжение на чики 1 и 2, перпендикулярна штанге, соединяющей датчики 3 и 4. Оба напряжения (фиг.2,а, б) определяют своей амплитудой напряженность горизонтальной составляющей поля в соответствии с выражением (1).

Рассмотрев электрический контур, составленный четвертым датчиком i, серединой штанги датчиков 1 и 2, серединой штанги датчиков 3 и 4, 10 первым датчиком 3, и исходя из закона Кирхгофа, можно записать для первого датчика 3 напряжение относительно четвертого датчика 1 первом датчике 3 состоит из суммы постоянного напряжения U и перемен1 ного 2 U> + Ug (фиг.2,в). Напряжение

U постоянно,,так как при вращении штанг вокруг вертикальной оси симметрии не изменяется длина проекции вектора поля на эту ось.

Третий сумматор 10 (коэффициент передачи на всех его входах равен

+0,5), подключенный к предварительному усилителю 6 и сумматору 9, формирует напряжение

Uà + Ug»

1 равное переменному напряженню на первом датчике 3 °

Поэтому резистор 12 для этого напряжения имеет как бы бесконечное сопротивление, поскольку составляющая тока для этого напряжения равна нулю. К этому переменному напряжению добавляется постоянное напряжение выхода автоматического аттенюатора 11.

При таком состоянии управляемого аттенюатора, когда его коэффициент передачи равен единице, на выходе третьего сумматора 10 к переменной составляющей добавляется постоянная, равная U>, и при таком коэффициенте передачи управляемого аттенюатора резистор 12 имеет бесконечное сопротивление, поэтому все устройство производит регистрацию составляющих вектора поля.

При изменении коэффициента передачи аттенюатора 11 меньше единицы на выходе третьего сумматора 10 - .часть постоянного напряжения и через резистор 12 протекает ток

U å КаЛв д 4М

R где R — сопротивление резистора 12.

Вследствие протекания этого тока через среду с сопротивлением R ð напряжение на выходе второго сумматора 8 снижается на величину I R, (фиг.2,г), что и служит информацией для определения свойств среды.

При известном напряжении верти.кальной составляющей, полученной на выходе второго сумматора 8, известном напряжении на выходе аттенюатора и сопротивлении резистора 12 ток через среду, который вызывает паде1247784 ние напряжения на R, определяется однозначно. Эти операции выполняются при обработке зарегистрированных результатов измерений, но являются необходимыми для получения информации о свойствах среды, которая зависит от соотношения величины падения напряжения на R и тока, протекающего через среду и вызывающего такое падение напряжения.

Предполагается, что коэффициент передачи сумматоров по входам равен единице, кроме оговоренных, как и для предварительных усилителей.

Аттенюатор 11 в предлагаемом устройстве может быть реализован, например, в самом простом случае с помощью набора резисторов, соединенных с постоянным резистором, второй конец которого является входом аттенюатора, и подключаемых по заданной программе к нулевому проводу с помощью каких-либо ключей. При этом, управление ключами может осуществляться с помощью выходов счетчика, работающего в позиционном коде и управляемого генератором импульсов. Точка соединения постоянного резистора и набора резисторов является выходом управляемого аттенюатора. Для обеспечения работы один из выходов счетчика свободен.

Аттенюатор 11 может быть выполнен на основе цифроаналогового преобразователя (ЦАП), управляемого счетчиком, подключенным к генератору импульсов. При этом вход опорного напряжения ЦАП является входом аттенюатора, а выход — выходом аттенюатора.

Формула изобретения Входное устройство для регистрации электростатического поля в атмосфере, содержащее четыре датчика, расположенных по концам двух диэлектрических штанг, закрепленных в их середине на разных уровнях перпендикулярно вертикальной оси и один .другому, .три сумматора и три предварительных усилителя, первый датчик расположен вместе с вторым по концам

10 одной диэлектрической штанги и через первый предварительный усилитель соединен с неинвертирующим входом первого сумматора и инвертирующим входом второго сумматора, второй

15 датчик через второй предварительный усилитель соединен с инвертирующими входами первого и второго сумматоров, третий датчик расположен вместе с четвертым по концам другой

20 диэлектрической штанги и через третий предварительный усилитель соеди. нен с неинвертирующим входом второго сумматора и первым входом третье. ,го сумматора, выходы первого и второго сумматоров соединены с первым и вторым выходами устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регистрации, в него дополнительно введены автома30 тический аттенюатор и высокоомный резистор, причем выход второго сумматора через автоматический аттенюатор соединен с третьим выходом устройства и с вторым входом третьего сумматора, третий вход которого связан с выходом первого сумматора, а выход третьего сумматора через высокоомный резистор соединен с входом. первого предварительного усилителя, 40 выход третьего предварительного усилителя подключен к четвертому выходу устройства, а четвертый датчик подключен к общей шине, относительно которой включены усилители и сум45 маторы устройства.! 247784,.

l и

Составитель О.Глухарев

Техред В.Кадар Корректор . М.Демчик

Редактор Н.Швыдкая

Заказ 4119/44 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

1 ч

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4