PL183146B1 - Sonda do pomiaru pola elektromagnetycznego - Google Patents

Abstract

1. Sonda do pomiaru pola elektromagnetycznego posiadająca czujnik pola w postaci dipola elektrycznego i elementu detekcyjnego, usytuowany na końcu wysięgnika, którego drugi koniec zaopatrzony jest w rękojeść, a wzdłuż wysięgnika od czujnika pola do rękojeści usytuowana jest wysokooporowa linia przesyłowa w postaci symetrycznych ścieżek rezystywnych, znamienna tym, że każde z ramion (2) dipola (1) ma postać płaskiego przewodzącego wycinka w kształcie wydłużonego deltoidu (7), którego dłuższa przekątna (8) stanowi ramię (2) dipola (1) zespolonego galwanicznie z płaskim przewodzącym wycinkiem trójkątnym (11) tak, że oba elementy są do siebie prostopadłe, a miejsce zespolenia usytuowane jest wzdłuz, na pełnej długości dłuzszej przekątnej (8) deltoidu (7) tak, ze wycinek trójkątny (11) zorientowany jest na zewnątrz wysięgnika (4) w kierunku źródła promieniowania, natomiast wysokooporowa linia przesyłowa (6) posiada zmienną bieżącą oporność na jednostkę długości, która zmienia się progresywnie w kierunku od rękojeści (5) do dipola (1).

Description

Przedmiotem wynalazku jest sonda do pomiaru pola elektromagnetycznego w zakresie częstotliwości od 50 MHz do 300 MHz, szczególnie do pomiarów parametrów energetycznych modulowanego impulsowo pola wytwarzanego przez radiolokatory z ruchomymi antenami promieniującymi energię elektromagnetyczną..

Znane są sondy do pomiaru składowej elektrycznej pola elektromagnetycznego posiadające czujniki pola w postaci klasycznego dipola elektrycznego z usytuowanym w bezpośredniej bliskości elementem detekcyjnym, z którego sygnał proporcjonalny do natężenia pola lub energii pola, przesyłany jest do dalszego przetwarzania za pośrednictwem wysokooporowej linii przesyłowej, w postaci symetrycznych ścieżek rezystywnych, której oporność na jednostkę długości wynosi kilkadziesiąt kQ/cm. Ponieważ w praktyce używane sondy, ze względu na konieczność zminimalizowania oddziaływania osoby wykonującej pomiary na rozkład mierzonego pola mają długość kilkadziesiąt cm, zatem całkowita oporność wysokooporowej linii przesyłowej staje się tak duża, że jej stała czasowa osiąga wartości od kilkuset do kilku tysięcy mikrosekund, całkowicie uniemożliwiając stosowanie tego typu sond do rejestracji promieniowania emitowanego podczas obrotu anten radiolokatorów. Ponieważ klasyczny dipol elektryczny charakteryzuje się bardzo dużą wrażliwością na błąd ustawienia sondy

183 146 w stosunku do kierunku składowej elektrycznej wektora pola, znane są konstrukcje sond, które ten wpływ starają się zniwelować.

Znana jest z amerykańskiego opisu patentowego nr 3750017 sonda, posiadająca czujnik pola w postaci trzech ortogonalnie rozmieszczonych, klasycznych dipoli elektrycznych.

Znane są również wytwarzane przez firmy specjalizujące się w produkcji anten anteny, w których ramiona dipola mają konstrukcję ramkową imitującą bryły stożkowe.

Wymienione konstrukcje charakteryzują się dużymi wymiarami, jak tez stosunkowo skomplikowaną budową i nie zapewniają uzyskania stałych czasowych rzędu pojedynczych mikrosekund.

Sonda według wynalazku posiada czujnik pola w postaci dipola elektrycznego oraz elementu detekcyjnego, usytuowanych na końcu wysięgnika, którego drugi koniec zaopatrzony jest w rękojeść, natomiast wzdłuż wysięgnika od czujnika pola do rękojeści, usytuowana jest wysokooporowa linia przesyłowa. Każde z ramion dipola ma postać płaskiego przewodzącego wycinka w kształcie wydłużonego deltoidu, którego dłuzsza przekątna stanowi ramię dipola zespolonego galwanicznie z płaskim przewodzącym wycinkiem trójkątnym tak, że oba elementy są do siebie prostopadłe, a miejsce zespolenia 13 usytuowane jest wzdłuż na pełnej długości dłuższej przekątnej 8 deltoidu 7 tak, że wycinek trójkątny 11 zorientowany jest na zewnątrz wysięgnika 4 w kierunku źródła promieniowania.

Stosunek długości przekątnych wycinka w kształcie deltoidu wynosi od 1,3 do 1,5, korzystnie 1,4, natomiast stosunek długości rzutu dłuższych ramion deltoidu, usytuowanych od strony przyśrodkowej dipola, na dłuższą przekątną deltoidu, do długości tej przekątnej wynosi od 0,7 do 0,8, korzystnie 0,77. Wysokość wycinka trójkątnego mierzona od linii zespolenia jest równa, korzystnie połowie długości krótszej przekątnej deltoidu, a jej kład na powierzchnię deltoidu, pokrywa się z połową tej przekątnej. Wysokooporowa linia przesyłowa mająca postać symetrycznych ścieżek rezystywnych posiada zmienną bieżącą oporność na jednostkę długości, która zmienia się progresywnie w kierunku od rękojeści do czujnika pola.

Według jednej z cech wynalazku wysokooporowa linia przesyłowa składa się z dwóch segmentów, każdy o innej bieżącej oporności, przy czym stosunek tych oporności wynosi od 3,3 do 3,5, a ich wartości wynoszą, korzystnie 85 Ω/cm na segmencie połączonym z czujnikiem pola oraz 25 Ω/cm na segmencie połączonym z rękojeścćą Geometria ścieżek rezystywnych określona stosunkiem szerokości ścieżki do odległości pomiędzy ścieżkami wynosi od 2,25 do 2,35, korzystnie szerokość ścieżki wynosi 0,7 mm, a odległość pomiędzy ścieżkami 0,3 mm.

Sonda według wynalazku pozwala na skonstruowanie przyrządu pomiarowego o znikomej inercyjności, o stałej czasu poniżej połowy mikrosekundy i małej wrażliwości na błędy ustawienia sondy w kierunku wektora pola, przy zachowaniu prostoty konstrukcji i nieskomplikowanym sposobie posługiwania się przyrządem.

Wynalazek przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia sondę w rzucie prostokątnym w widoku z boku, przy jej zorientowaniu zgodnym z kierunkiem wektora pola elektrycznego, tak jak do wykonywania pomiarów, fig. 2 i fig. 3 pojedyncze ramię dipola w dwóch rzutach, natomiast fig. 4 - wysięgnik z wyeksponowaną linią przesyłową.

Przedstawiona na fig. 1 sonda złożona jest z dipola elektrycznego 1 o ramionach 2, elementu detekcyjnego 3, które razem tworzą czujnik pola, wydłużonego wysięgnika 4 z wysokooporową linią przesyłową 6 i rękojeści 5. Strzałką z literką E zaznaczono kierunek wektora składowej elektrycznej badanego pola, który jest zgodny z kierunkiem wyznaczonym przez ramiona dipola 2.

Jak przedstawiono na fig. 2 i fig. 3, ramię dipola 2 składa się z dwóch zespolonych z sobą galwanicznie elementów: płaskiego przewodzącego wycinka w kształcie wydłużonego deltoidu 7 i wycinka trójkątnego 11. Elementy te są usytuowane względem siebie prostopadle, przy czym linia zespolenia 13 usytuowana jest wzdłuż dłuższej przekątnej 8 deltoidu 7 i jest zorientowana na zewnątrz wysięgnika 4 w kierunku źródła mierzonego pola. Wzajemny stosunek przekątnych wycinka w kształcie deltoidu 7, to jest stosunek długości dłuzszej przekątnej 8 do długości krótszej przekątnej 9 wynosi 1,3 do 1,5, korzystnie 1,4. Natomiast stosunek, długości rzutu dłuższych ramion 10 deltoidu 7, na dłuzszą przekątną 8 tego deltoidu 7, do

183 146 długości tej dłuższej przekątnej 8, wynosi od 0,7 do 0,8, korzystnie 0,77. Wycinek trójkątny 11, którego podstawa odpowiada długości dłuzszej przekątnej 8 deltoidu 7 i długości linii zespolenia 13 ma wysokość 12 równą, korzystnie połowie długości krótszej przekątnej 9 deltoidu 7, a jej kład na powierzchnię deltoidu 7 pokrywa się z połową krótszej przekątnej 9. Eksperymentalnie ustalono, że korzystne rezultaty otrzymuje się, gdy długość dłuższej przekątnej 8 wynosi około 35 mm, a długość rzutu dłuższych ramion 10 deltoidu 7 na dłuższą przekątną 8 wynosi około 27 mm. Wysokooporowa linia przesyłowa 6 usytuowana wzdłuż wysięgnika 4 podzielona jest na dwa segmenty: segment przy czujniku pola 14 i segment przy rękojeści 15. Długość poszczególnych segmentów jest jednakowa i wynosi około 200 mm. Ścieżki rezystywne 16 są napylone na ceramikę alundową. Oporność bieżąca ścieżek 16 jest stała w granicach poszczególnych segmentów 14 i 15. Korzystne wartości wynoszą odpowiednio 85 Ω/cm i 25 Ω/cm, względnie zachowany zostanie stosunek tych oporności w granicach od 3,3 do 3,5, przy czym segment o większej oporności jest zawsze usytuowany przy dipolu 1. Geometria ścieżek rezystywnych 16 określona przez stosunek szerokości ścieżki 17 do odległości pomiędzy ścieżkami 18 zawiera się w granicach od 2,25 do 2,35. Szczególnie korzystne właściwości sonda uzyskuje przy szerokości ścieżki 17 wynoszącej 0,7 mm i odległości pomiędzy ścieżkami 18, wynoszącej 0,3 mm.

Sonda według wynalazku może być stosowana w połączeniu zarówno z cyfrowym, jak i analogowym miernikiem, szczególnie z miernikami o niskiej stałej czasu, do pomiarów parametrów pola elektromagnetycznego, szczególnie pola modulowanego impulsowo. W zależności od typu elementu detekcyjnego można mierzyć natężenie pola elektrycznego, bądź gęstość strumienia energii.

Podczas pomiaru operator trzyma sondę w wyciągniętej ręce, a zastosowany kształt ramion dipola powoduje, że błędy w ustawieniu sondy do kierunku wektora pola: nierównoległość i skręcenie, są źródłem znikomych błędów pomiarowych w porównaniu z takimi samymi błędami ustawienia, gdyby posługiwano się sondą z dipolem klasycznym.

183 146

Fig. 4.

183 146

Fig. ¹

Fig. 2. Fig. 3.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sonda do pomiaru pola elektromagnetycznego posiadająca czujnik pola w postaci dipola elektrycznego i elementu detekcyjnego, usytuowany na końcu wysięgnika, którego drugi koniec zaopatrzony jest w rękojeść, a wzdłuż wysięgnika od czujnika pola do rękojeści usytuowana jest wysokooporowa linia przesyłowa w postaci symetrycznych ścieżek rezystywnych, znamienna tym, że każde z ramion (2) dipola (1) ma postać płaskiego przewodzącego wycinka. w kształcie wydłużonego deltoidu (7), którego dłuższa przekątna (8) stanowi ramię (2) dipola (1) zespolonego galwanicznie z płaskim przewodzącym wycinkiem trójkątnym (11) tak, że oba elementy są do siebie prostopadłe, a miejsce zespolenia usytuowane jest wzdłuż, na pełnej długości dłuzszej przekątnej (8) deltoidu (7) tak, ze wycinek trójkątny (11) zorientowany jest na zewnątrz wysięgnika (4) w kierunku źródła promieniowania, natomiast wysokooporowa linia przesyłowa (6) posiada zmienną bieżącą oporność na jednostkę długości, która zmienia się progresywnie w kierunku od rękojeści (5) do dipola (1).

2. Sonda według zastrz. 1, znamienna tym, że stosunek długości przekątnych (8) i (9) wycinka w kształcie deltoidu (7) wynosi od 1,3 do 1,5, korzystnie 1,4, natomiast stosunek długości rzutu dłuższych ramion (10) deltoidu (7) usytuowanych od strony przyśrodkowej dipola (1), na dłuższą przekątną (8), do długości tej przekątnej, wynosi od 0,7 do 0,8, korzystnie 0,77.

3. Sonda według zastrz. 2, znamienna tym, że wysokość (12) wycinka trójkątnego (11) mierzona od linii zespolenia (13) jest równa połowie długości krótszej przekątnej (9) deltoidu (7), a jej kład na powierzchnię deltoidu (7) pokrywa się z połową tej przekątnej (9).

4. Sonda według zastrz. 1, znamienna tym, że wysokooporowa linia przesyłowa (6) składa się z dwóch segmentów (14) i (15), z których każdy ma inną bieżącą oporność, przy czym stosunek tych oporności wynosi od 3,3 do 3,5, a ich wartości wynoszą, korzystnie 85 omów/cm i 25 omów/cm, natomiast geometria ścieżek rezystywnych (16) określona stosunkiem szerokości ścieżki (17) do odległości pomiędzy ścieżkami (18), wynosi od 2,25 do 2,35, przy czym szerokość ścieżki (17) wynosi, korzystnie 0,7 mm, a odległość pomiędzy ścieżkami (18) wynosi, korzystnie 0,3 mm.