RU104729U1

RU104729U1 - ELECTROSTATIC FLUXMETER

Info

Publication number: RU104729U1
Application number: RU2010149128/28U
Authority: RU
Inventors: Владислав Алексеевич Ефимов; Петр Алексеевич Полушин; Любовь Валентиновна Грунская
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2011-05-20

Abstract

Электростатический флюксметр, содержащий экранирующую пластину, измерительную пластину, изоляторы, корпус-основание, двигатель и усилитель тока, отличающийся тем, что в него введены маркированный маховик, источник подсветки, фотодиод, мостовая схема, пороговый блок, полосовой фильтр, микроконтроллер, блок приема-передачи данных и блок стабилизации скорости вращения двигателя, при этом экранирующая пластина электрически соединена с корпусом-основанием и расположена в нем на валу двигателя над измерительной пластиной соосно с ней, на валу двигателя также укреплен маркированный маховик, вблизи которого расположены источник подсветки и фотодиод, который через последовательно соединенные мостовую схему и пороговый блок подключен к цифровому входу микроконтроллера, измерительная пластина и экранирующая пластина соединены со входами усилителя тока, а его выход через полосовой фильтр - с аналоговым входом микроконтроллера, информационный выход микроконтроллера через блок приема-передачи данных соединен с информационным выходом устройства, а управляющий вход устройства через блок приема-передачи данных соединен с управляющим входом микроконтроллера, вход и выход блока стабилизации скорости вращения двигателя подключены соответственно к выходу и входу двигателя, причем лопасти экранирующей пластины несколько повернуты в горизонтальной плоскости. An electrostatic fluxmeter containing a shielding plate, a measuring plate, insulators, a base body, a motor and a current amplifier, characterized in that a marked flywheel, a backlight, a photodiode, a bridge circuit, a threshold block, a bandpass filter, a microcontroller, a receiving unit are introduced into it data transmission and the engine speed stabilization unit, while the shielding plate is electrically connected to the base body and located in it on the motor shaft above the measuring plate coaxially with it, on the engine also has a marked flywheel, near which there is a backlight and a photodiode, which is connected through a series-connected bridge circuit and threshold unit to the digital input of the microcontroller, the measuring plate and the shield plate are connected to the inputs of the current amplifier, and its output through a band-pass filter is connected to an analog the input of the microcontroller, the information output of the microcontroller is connected to the information output of the device through the data receiving and transmitting unit, and the control input of the device it is connected to the control input of the microcontroller through the data reception and transmission unit, the input and output of the engine speed stabilization unit are connected respectively to the output and input of the engine, and the shields of the shielding plate are slightly rotated in the horizontal plane.

Description

Электростатический флюксметр относится к области измерительной техники и может быть использован для электрических измерений, в частности, измерения вертикального градиента электрического поля.An electrostatic fluxmeter belongs to the field of measurement technology and can be used for electrical measurements, in particular, measuring the vertical gradient of an electric field.

При изучении атмосферного электрического поля Земли требуются измерения градиента вертикального потенциала поля вблизи земной поверхности. Необходимость измерений обусловлена как фундаментальными научными исследованиями, так и практическими потребностями предсказания некоторых аспектов эволюции подповерхностных слоев.When studying the atmospheric electric field of the Earth, measurements of the gradient of the vertical potential of the field near the earth's surface are required. The need for measurements is due to both basic scientific research and the practical needs of predicting certain aspects of the evolution of subsurface layers.

В настоящее время известны подобные устройства, измеряющие электрическое поле, например, с помощью модуляции емкости конденсатора, помещенного в измеряемое поле. Это достигается тем, что определенным образом изменяется диэлектрическая проницаемость диэлектрика, находящегося внутри или снаружи измерительного конденсатора. (Метод описан, например, в кн.: Чалмерс Дж.А. Атмосферное электричество / Пер. с англ. под ред. Имянитова И.М. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 420 с.). Недостатком подобных устройств является то, что у сегнетоэлектрических материалов, используемых в качестве диэлектриков, диэлектрические свойства сильно зависят от состояния внешней среды, особенно от ее температуры и влажности. Это приводит к нестабильности характеристик измерителя, значительно снижающих точность измерений.Such devices are currently known for measuring an electric field, for example, by modulating the capacitance of a capacitor placed in a measured field. This is achieved by the fact that the dielectric constant of the dielectric inside or outside the measuring capacitor is changed in a certain way. (The method is described, for example, in the book: Chalmers J.A. Atmospheric electricity / Transl. From English under the editorship of IM Imyanitov - L.: Gidrometeoizdat, 1974. - 420 p.). The disadvantage of such devices is that in ferroelectric materials used as dielectrics, dielectric properties strongly depend on the state of the external environment, especially on its temperature and humidity. This leads to instability of the characteristics of the meter, significantly reducing the accuracy of the measurements.

Известны также устройства, использующие варикапы в качестве переменной емкости и описанные, например, в кн.: Гер А.А., Левин А.С., Носов Ю.Р. Электрометрический варикап. // Полупроводниковые приборы и их применение. Вып 28. М.: Сов. Радио, 1974. Недостатком данных устройств является то, что варикапы имеют относительно небольшой диапазон управляющих напряжений и соответствующих изменений емкости варикапа. Это сужает возможный диапазон измерения прибором значений электрического поля и ограничивает области его применения.Also known are devices using varicaps as a variable capacity and described, for example, in the book: Ger A.A., Levin A.S., Nosov Yu.R. Electrometric varicap. // Semiconductor devices and their application. Issue 28. M.: Sov. Radio, 1974. The disadvantage of these devices is that varicaps have a relatively small range of control voltages and corresponding changes in the capacitance of the varicap. This narrows the possible range of measurement of the electric field by the device and limits the scope of its application.

Известны устройства, где коммутируются измерительные пластины различной пространственной конфигурации, вследствие чего общая емкость измерительного электрода изменяется. (Устройства описаны, например, в кн.: Артамонов О.М., Зынь В.И., Курочкин Е.П. Измерение потенциалов на поверхности диэлектриков динамическим конденсатором. РЖМИТ, 1974, 10.32.1097.) В подобных устройствах велики погрешности, возникающие при измерении, поскольку аналоговые ключи, используемые при коммутации, вносят значительные искажения в информационный сигнал.Devices are known where measuring plates of various spatial configurations are switched, as a result of which the total capacitance of the measuring electrode changes. (The devices are described, for example, in the book: Artamonov OM, Zyn VI, Kurochkin EP Measurement of potentials on the surface of dielectrics by a dynamic capacitor. RZHMIT, 1974, 10.32.1097.) In such devices, errors are large, arising during the measurement, since the analog keys used during switching introduce significant distortions into the information signal.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, описанное в кн.: Имянитов И.М. Приборы и методы для изучения электричества атмосферы - М.: ГТТИ, 1957. - 483 с.Closest to the technical nature of the claimed is the device described in the book: Imyanitov IM Instruments and methods for studying the electricity of the atmosphere - M .: GTTI, 1957. - 483 p.

Устройство конструктивно состоит из горизонтальной неподвижной измерительной круглой пластины с секториальными вырезами и вращающейся над ней экранирующей пластиной с такой же конфигурацией вырезов. Оси обеих пластин совпадают. При вращении экранирующей пластины измерительная платина периодически экранируется от действия измеряемого электрического поля, в результате чего в цепи, соединяющей измерительную пластину с землей, возникает переменный ток, который обрабатывается электрической схемой устройства.The device constructively consists of a horizontal stationary measuring circular plate with sectorial cuts and a shielding plate rotating above it with the same configuration of cutouts. The axes of both plates coincide. When the shielding plate rotates, the measuring platinum is periodically shielded from the action of the measured electric field, as a result of which an alternating current arises in the circuit connecting the measuring plate to the ground, which is processed by the device’s electrical circuit.

Электрическая часть устройства содержит усилитель тока, вспомогательный генератор, аналоговый перемножитель. Частота вспомогательного генератора синхронизирована с частотой входного тока. После перемножении в аналоговом перемножителе сигналов с усилителя тока и со вспомогательного генератора значение полученного напряжения пропорционально электрическому полю в районе расположения экранирующей и измерительной пластин и выступает, как результат измерения.The electrical part of the device contains a current amplifier, an auxiliary generator, an analog multiplier. The frequency of the auxiliary generator is synchronized with the frequency of the input current. After multiplying in the analog multiplier the signals from the current amplifier and from the auxiliary generator, the value of the obtained voltage is proportional to the electric field in the area of the shielding and measuring plates and acts as a measurement result.

Устройство-прототип имеет ряд недостатков. Датчик поля (выход измерительной пластины) пространственно отнесен от усилителя тока, что приводит к возрастанию уровня помех. Не обеспечивается защита от частот, кратных промышленной частоте 50 герц, из-за чего имеет место сетевая помеха значительной интенсивности, особенно в промышленных зонах. Для приводов флюксметров применяются электродвигатели переменного тока 220 вольт, мощные вращающиеся магнитные поля которых могут индуцировать паразитные токи помехи в высокочувствительных входных цепях. Применяемые двигатели постоянного тока являются также источниками помех в результате искрения коллекторных щеток.The prototype device has several disadvantages. The field sensor (output of the measuring plate) is spatially allocated from the current amplifier, which leads to an increase in the level of interference. Protection against frequencies that are multiples of the industrial frequency of 50 hertz is not provided, which is why there is network interference of considerable intensity, especially in industrial areas. For fluxmeter drives, 220 volt AC electric motors are used, the powerful rotating magnetic fields of which can induce spurious interference currents in highly sensitive input circuits. Used DC motors are also sources of interference from sparking of brush brushes.

Отсутствие стабилизации скорости вращения вала двигателей приводит с дополнительным ошибкам при измерении. Большие габариты устройств в вертикальной плоскости могут вызвать искажения измеряемого поля в точке измерения и, как следствие, искажение результатов измерения. Обработка сигналов целиком в аналоговых блоках увеличивает ошибки измерения из-за нестабильности характеристик аналоговых блоков в результате воздействия внешних условий и температурных режимов, нестабильности питающих напряжений, и т.д.The lack of stabilization of the rotation speed of the motor shaft leads to additional measurement errors. The large dimensions of the devices in the vertical plane can cause distortion of the measured field at the measurement point and, as a result, distortion of the measurement results. Signal processing entirely in analog blocks increases measurement errors due to the instability of the characteristics of analog blocks as a result of exposure to external conditions and temperature conditions, instability of supply voltages, etc.

В результате известные устройства имеют недостаточные точность, надежность и диапазон измерения электрического поля.As a result, the known devices have insufficient accuracy, reliability and the range of measurement of the electric field.

Задачей данной полезной модели является повышение точности, надежности и диапазона измерения электрического поля.The objective of this utility model is to increase the accuracy, reliability and range of measurement of the electric field.

Поставленная задача решается тем, что в устройство, содержащее экранирующую пластину, измерительную пластину, изоляторы, корпус-основание, двигатель и усилитель тока, введены маркированный маховик, источник подсветки, фотодиод, мостовая схема, пороговый блок, полосовой фильтр, микроконтроллер, блок приема-передачи данных и блок стабилизации скорости вращения двигателя, при этом экранирующая пластина электрически соединена с корпусом-основанием и расположена в нем на валу двигателя над измерительной пластиной соосно с ней, на валу также укреплен маркированный маховик, вблизи которого расположены источник подсветки и фотодиод, который через последовательно соединенные мостовую схему и пороговый блок подключен к цифровому входу микроконтроллера, измерительная пластина и экранирующая пластина соединены со входами усилителя тока, а его выход через полосовой фильтр - с аналоговым входом микроконтроллера, информационный выход микроконтроллера через блок приема-передачи данных соединен с информационным выходом устройства, а управляющий вход устройства через блок приема-передачи данных соединен с управляющим входом микроконтроллера, вход и выход блока стабилизации скорости вращения двигателя подключены, соответственно, к выходу и входу двигателя, причем лопасти экранирующей пластины несколько повернуты в горизонтальной плоскости.The problem is solved in that a marked flywheel, a backlight, a photodiode, a bridge circuit, a threshold unit, a bandpass filter, a microcontroller, a receiving unit are introduced into a device containing a shielding plate, a measuring plate, insulators, a base body, a motor, and a current amplifier. data transmission and the engine speed stabilization unit, while the shielding plate is electrically connected to the base body and located in it on the motor shaft above the measuring plate coaxially with it, on the shaft a marked flywheel is fixed, near which there is a backlight and a photodiode, which is connected to the digital input of the microcontroller through a series-connected bridge circuit and threshold unit, the measuring plate and the shield plate are connected to the inputs of the current amplifier, and its output through a band-pass filter to the analog input of the microcontroller, the information output of the microcontroller through the data receiving and transmitting unit is connected to the information output of the device, and the control input of the device through the receiving unit - data transmission is connected to the control input of the microcontroller, the input and output of the engine speed stabilization unit are connected, respectively, to the output and input of the engine, and the shields of the shielding plate are slightly rotated in the horizontal plane.

На чертежах представлены: на фиг.1 - конструкция и структурная схема электростатического флюксметра; на фиг.2 - вид сверху со стороны экранирующей пластины.The drawings show: in Fig.1 - design and block diagram of an electrostatic fluxmeter; figure 2 is a top view from the side of the shielding plate.

На фиг.1 обозначены: экранирующая пластина 1; измерительная пластина 2; изоляторы 3 и 4; корпус-основание 5; двигатель 6; маркированный маховик 7; источник подсветки 8; фотодиод 9; мостовая схема 10; пороговый блок 11; усилитель тока 12; полосовой фильтр 13; микроконтроллер 14; блок приема-передачи данных 15; блок стабилизации скорости вращения двигателя 16; удаленный компьютер 17.Figure 1 marked: shielding plate 1; measuring plate 2; insulators 3 and 4; base body 5; engine 6; marked flywheel 7; backlight source 8; photodiode 9; bridge circuit 10; threshold block 11; current amplifier 12; band-pass filter 13; microcontroller 14; block transmit-receive data 15; block stabilization of the engine speed 16; remote computer 17.

На фиг 2 обозначены: экранирующая пластина 18; измерительная пластина 19.In FIG. 2 are indicated: shielding plate 18; measuring plate 19.

Блоки устройства работают следующим образом.The device blocks work as follows.

Частота вращения вала двигателя 6 во время работы устройства остается строго постоянной и контролируется блоком стабилизации скорости вращения двигателя 16. Корпус-основание 5 заземлен. Двигатель 6, укрепленный на корпусе-основании 5, вращает вал с укрепленной на нем и расположенной горизонтально экранирующей пластиной 1, причем вал и экранирующая пластина электрически заземлены. Измерительная пластина 2 неподвижно укреплена на корпусе-основании с помощью изоляторов 3, 4 и расположена горизонтально в непосредственной близости от экранирующей пластины 1 соосно с ней. Измерительная пластина имеет в центре отверстие, через которое проходит вал двигателя, не касаясь пластины, т.е. измерительная пластина изолирована от корпуса и экранирующей пластины. Обе пластины 1 и 2 с выполнены одинаковыми и одинаково расположенными шестью секториальными вырезами. (Вид сверху показан на фиг.2).The frequency of rotation of the shaft of the engine 6 during operation of the device remains strictly constant and is controlled by the stabilization unit of the rotation speed of the engine 16. The base body 5 is grounded. The motor 6, mounted on a base body 5, rotates the shaft with a shielding plate 1 mounted on it and horizontally mounted, the shaft and the shielding plate being electrically grounded. The measuring plate 2 is fixedly mounted on the base body using insulators 3, 4 and is located horizontally in the immediate vicinity of the shielding plate 1 coaxially with it. The measuring plate has a hole in the center through which the motor shaft passes without touching the plate, i.e. the measuring plate is isolated from the housing and the shielding plate. Both plates 1 and 2 with the same and equally spaced six sectorial cuts. (A top view is shown in FIG. 2).

На валу двигателя расположен маркированный маховик 7, на который нанесены шесть черных и шесть белых полос одинаковой ширины Цвет полос чередуется. Вблизи от маховика расположен источник подсветки 8, который может быть выполнен в виде инфракрасного светодиода и излучением которого подсвечиваются черные и белые полосы на маркированном маховике 7. Также вблизи от маховика расположен фотодиод 9, на который падает излучение источника подсветки 8, отраженное от поверхности маховика, покрытой черными и белыми полосами.On the motor shaft is a marked flywheel 7, on which six black and six white stripes of the same width are applied. The color of the stripes alternates. Near the flywheel there is a backlight 8, which can be made in the form of an infrared LED and the black and white stripes on the marked flywheel are highlighted by radiation 7. Also, a photodiode 9 is located near the flywheel, onto which the radiation of the backlight 8, reflected from the surface of the flywheel, is incident, covered with black and white stripes.

При вращении вала двигателя 6 цвет полос на поверхности маркированного маховика 7 чередуется и в зависимости от этого в фотодиод 9 попадает большее или меньшее количество света от источника подсветки 8, отраженного полосами. В результате синхронно с этим меняется уровень сигнала в фотодиоде. Этот сигнал выделяется в мостовой схеме 10, и в пороговом блоке 11 из него формируется бинарный выходной сигнал, соответствующий цвету полосы на маховике в данный момент времени, после чего он подается на цифровой вход микроконтроллера 14.When the motor shaft 6 rotates, the color of the stripes on the surface of the marked flywheel 7 alternates and, depending on this, more or less light from the backlight 8 reflected by the stripes gets into the photodiode 9. As a result, the signal level in the photodiode changes synchronously with this. This signal is allocated in the bridge circuit 10, and in the threshold block 11 a binary output signal is formed from it, corresponding to the color of the strip on the flywheel at a given moment in time, after which it is fed to the digital input of the microcontroller 14.

Заряды переменной величины с измерительной пластины, перемещаясь, образуют электрический ток, который поступает в усилитель тока 12 с малым внутренним сопротивлением, где усиливается и преобразуется в напряжения. Усиленный сигнал имеет частоту, определяемую скоростью вращения экранирующей пластины 1 и количеством секториальных вырезов на ней. Эти параметры выбираются так, чтобы эта частота была некратна промышленной частоте 50 герц. Далее выходной сигнал усилителя тока 12 проходит через полосовой фильтр 13. Его полоса пропускания расположена между значениями гармоник промышленной частоты, тем самым фильтр очищает измерительный сигнал от этих гармоник.Moving charges of a variable magnitude from the measuring plate form an electric current that enters the current amplifier 12 with low internal resistance, where it is amplified and converted to voltage. The amplified signal has a frequency determined by the speed of rotation of the shielding plate 1 and the number of sectorial cutouts on it. These parameters are chosen so that this frequency is not a multiple of the industrial frequency of 50 hertz. Next, the output signal of the current amplifier 12 passes through a band-pass filter 13. Its passband is located between the harmonics of the industrial frequency, thereby filtering the measuring signal from these harmonics.

Сигнал с выхода полосового фильтра поступает на аналоговый вход микроконтроллера 14, где осуществляется аналого-цифровое преобразование. Далее измерительный сигнал в цифровом виде перемножается в микроконтроллере на опорный сигнал, поступающий на цифровой вход микроконтроллера. Результат перемножения усредняется и из него выделяется медленно меняющаяся компонента, несущая информацию о величине измеряемого электрического поля. Результат измерения в последовательном коде поступает на блок приема-передачи данных 15, а с его выхода - на выход устройства. Блок приема-передачи данных используется для связи с удаленным компьютером 17 и передачи туда результатов измерения.The signal from the output of the bandpass filter is fed to the analog input of the microcontroller 14, where analog-to-digital conversion is performed. Further, the measuring signal in digital form is multiplied in the microcontroller by a reference signal supplied to the digital input of the microcontroller. The result of multiplication is averaged and a slowly changing component is extracted from it, carrying information about the magnitude of the measured electric field. The measurement result in a serial code is sent to the data receiving and transmitting unit 15, and from its output, to the output of the device. The data transmit-receive unit is used to communicate with the remote computer 17 and transmit measurement results there.

Удаленный компьютер 17 через управляющий вход устройства соединен с входом блока приема-передачи данных 15, и через него при необходимости с него передаются управляющие команды на микроконтроллер 14.Remote computer 17 through the control input of the device is connected to the input of the data reception and transmission unit 15, and through it, if necessary, control commands are transmitted from it to the microcontroller 14.

Принцип работы устройства заключается в следующем. В основу заложен принцип действия электростатического генератора. Он состоит в том, что при внесении проводника в переменное электрическое поле, в нем возникает движение индуцированных зарядов, причем величина тока, создаваемого перемещающимися зарядами, пропорциональна изменению напряженности поля. Конструкция электростатического флюксметра преобразовывает измеряемое электрическое поле в быстро меняющееся переменное, которое воздействует на измерительный электрод. Преобразование поля осуществляется механическим способом за счет вращения лопастей, напоминающих крылья ветряной мельницы.The principle of operation of the device is as follows. It is based on the principle of operation of an electrostatic generator. It consists in the fact that when a conductor is introduced into an alternating electric field, the movement of induced charges occurs in it, and the magnitude of the current created by the moving charges is proportional to the change in the field strength. The design of the electrostatic fluxmeter converts the measured electric field into a rapidly changing variable that acts on the measuring electrode. The transformation of the field is carried out mechanically due to the rotation of the blades, resembling the wings of a windmill.

За счет энергии электромотора лопасти экранирующей пластины «режут» силовые линии измеряемого электрического поля. Так как измерительная пластина при этом находится в переменном электрическом поле, в ней индуцируются заряды, движение которых воспринимается усилителем тока. Форма напряжения на выходе усилителя тока определяется его входным сопротивлением и близка к синусоидальной. В отсутствии измеряемого электрического поля (например, при полной экранировке прибора), на выходе усилителя будет наблюдаться сигнал, величина которого, определяется контактной разностью потенциалов между экранирующей и измерительной пластинами. Эта сигнал задает предел чувствительности электростатического флюксметра. Опорный генератор используется для определения знака направления поля.Due to the energy of the electric motor, the blades of the shielding plate “cut” the lines of force of the measured electric field. Since the measuring plate is in this case in an alternating electric field, charges are induced in it, the movement of which is perceived by the current amplifier. The voltage shape at the output of the current amplifier is determined by its input impedance and is close to sinusoidal. In the absence of a measured electric field (for example, when the device is completely shielded), an output will be observed at the amplifier output, the value of which is determined by the contact potential difference between the shielding and measuring plates. This signal sets the sensitivity limit of the electrostatic fluxmeter. The reference generator is used to determine the sign of the direction of the field.

В заявляемом устройстве осуществлен ряд технических решений, позволяющих повысить его показатели по сравнению с аналогичными устройствами. Усилитель тока имеет входное сопротивление много меньше, чем сопротивление источника сигнала, следовательно, требования к качеству изоляторов, на которых крепится измерительная пластина, могут быть снижены. Усилитель тока обязательно балансируется, что позволяет свести к минимуму паразитный сигнал, обусловленный разностью напряжение между входами усилителя. (Усилитель тока может быть выполнен, например, на прецизионном операционном усилителе OP07Z, который преобразует измеренный ток в напряжение. Этот операционный усилитель имеет первоначальную балансировку, обеспечивающую минимально возможное напряжение смещения между его входами).In the inventive device implemented a number of technical solutions to improve its performance compared with similar devices. The current amplifier has an input resistance much less than the resistance of the signal source, therefore, the quality requirements of the insulators on which the measuring plate is mounted can be reduced. The current amplifier is necessarily balanced, which minimizes the spurious signal due to the voltage difference between the amplifier inputs. (The current amplifier can be implemented, for example, on a precision operational amplifier OP07Z, which converts the measured current to voltage. This operational amplifier has initial balancing, which provides the lowest possible bias voltage between its inputs).

Цифровой способ измерения амплитуды имеет сходство с аналоговым, но является существенно более точным. В микроконтроллере 14 гармонический сигнал с полосового фильтра дискретизируется с частотой, в несколько раз большей, чем частота дискретизации, требуемая, исходя из теоремы Котельникова. Затем следует процесс квантования отсчетов в соответствии с выбранной разрядной сеткой. Аналогово-цифровой преобразователь на аналоговом входе микроконтроллера находится сразу после полосового фильтра, что исключает возникновение всех погрешностей, характерных для аналогового способа обработки сигнала. (В качестве микроконтроллера может быть выбран, например, микроконтроллер PIC 18F4550).The digital method of measuring amplitude is similar to analog, but is much more accurate. In microcontroller 14, a harmonic signal from a band-pass filter is sampled at a frequency several times higher than the sample rate required based on Kotelnikov’s theorem. Then follows the process of quantization of samples in accordance with the selected bit grid. An analog-to-digital converter at the analog input of the microcontroller is located immediately after the band-pass filter, which eliminates the occurrence of all errors characteristic of the analog signal processing method. (As a microcontroller, for example, a PIC 18F4550 microcontroller can be selected).

Опорный сигнал при этом не оцифровывается и может быть представлен двумя уровнями: единицы и нуля. Такая схема не требует точного фазирования, т.е. ошибка временного положения опорного сигнала может составлять примерно половину длительности интервала дискретизации. Затем следует операция перемножения дискретизированных сигналов с последующим усреднением. Точность вычислений определяется разрядной сеткой и может быть сколь угодно высокой. Также возможно значительное расширение диапазона изменения измеряемых величин. Для обмена информацией с удаленным компьютером в качестве блока приема-передачи данных может быть выбрана, например, микросхема AMD485.The reference signal is not digitized and can be represented by two levels: one and zero. Such a circuit does not require accurate phasing, i.e. the error of the temporal position of the reference signal can be approximately half the duration of the sampling interval. Then follows the operation of multiplying the discretized signals with subsequent averaging. The accuracy of the calculations is determined by the bit grid and can be arbitrarily high. It is also possible to significantly expand the range of variation of the measured values. To exchange information with a remote computer, for example, an AMD485 chip can be selected as a data transmission / reception unit.

Основные погрешности при цифровом методе будут определяться погрешностью аналого-цифрового преобразования, причем эти погрешности носят систематический характер и не зависят от температуры, влажности и прочих условий измерения амплитуды сигнала, что обеспечивает преимущества цифрового метода по сравнению с аналоговым. Плоская конструкция бесщеточного двигателя, питаемого от источника постоянного тока, вносит минимум помех. (В качестве двигателя может быть использована, например, модель серии ЕС32 фирмы MAXON с номинальной мощностью на валу 6 ватт). Скорость вращения задается блоком стабилизации скорости вращения двигателя, в качестве которого может быть использован, например, контроллер двигателя 1-Q-EC Amplifier DEC 24/1, и поддерживается постоянной при изменении температуры и механической нагрузки.The main errors in the digital method will be determined by the error of the analog-to-digital conversion, and these errors are systematic in nature and do not depend on temperature, humidity and other conditions for measuring the signal amplitude, which provides the advantages of the digital method compared to the analog one. The flat design of the brushless motor, powered by a direct current source, introduces a minimum of interference. (As an engine, for example, a model of the EC32 series of MAXON firm with a rated power on a shaft of 6 watts can be used). The rotation speed is set by the engine rotation speed stabilization unit, which, for example, can be used as an engine controller 1-Q-EC Amplifier DEC 24/1, and is kept constant with changing temperature and mechanical load.

Расстояние между экранирующей и измерительной пластинами выбирается минимальным, а экранирующая пластина лежит в плоскости верхнего края корпуса. Такая конструкция обеспечивает при большой скорости вращения двигателя минимальное попадание осадков на дно корпуса. Капли дождя и снег отбрасываются лопастями экранирующей пластины от корпуса. Для этого лопасти слегка повернуты в горизонтальной плоскости.The distance between the shielding and measuring plates is selected to be minimal, and the shielding plate lies in the plane of the upper edge of the housing. This design provides at high engine speeds a minimum hit of precipitation on the bottom of the hull. Raindrops and snow are discarded by the shields of the shielding plate from the body. To do this, the blades are slightly rotated in a horizontal plane.

В предлагаемом устройстве устранены частично или полностью недостатки аналогичных устройств. Усилитель тока 12 располагается в непосредственной близости от датчика - измерительной пластины 2, что убирает помехи, воздействующие на наиболее чувствительные участки тракта передачи измерительной информации. Выбором частоты вращения и количества секториальных вырезов экранирующей 1 и измерительной 2 пластин, а также ширины и расположения полосы пропускания полосового фильтра 13 убирается воздействие мощных сетевых помех промышленной частоты, что позволяет расширить применение электростатического флюксметра, особенно в промышленных районах. Применяемый тип двигателя также не вносит дополнительных помех. Значительное сокращение операций, выполняемых в аналоговых блоках, существенно снижает влияние нестабильностей различного рода, возникающих при аналоговой обработке.The proposed device eliminated partially or completely the disadvantages of similar devices. The current amplifier 12 is located in the immediate vicinity of the sensor - measuring plate 2, which removes the interference affecting the most sensitive sections of the transmission path of the measuring information. By choosing the rotation frequency and the number of sectorial cutouts of the shielding 1 and the measuring 2 plates, as well as the width and location of the passband of the band-pass filter 13, the effect of powerful network interference of industrial frequency is eliminated, which makes it possible to expand the use of an electrostatic fluxmeter, especially in industrial areas. The type of engine used also does not introduce additional interference. A significant reduction in operations performed in analog blocks significantly reduces the effect of various kinds of instabilities that occur during analog processing.

Таким образом, применение предлагаемого технического решения позволяет повысить точность и надежность измерения электрического поля и расширить диапазон измерения.Thus, the application of the proposed technical solution allows to increase the accuracy and reliability of the measurement of the electric field and to expand the measurement range.

Claims

An electrostatic fluxmeter containing a shielding plate, a measuring plate, insulators, a base body, a motor and a current amplifier, characterized in that a marked flywheel, a backlight, a photodiode, a bridge circuit, a threshold block, a bandpass filter, a microcontroller, a receiving unit are introduced into it data transmission and the engine speed stabilization unit, while the shielding plate is electrically connected to the base body and located in it on the motor shaft above the measuring plate coaxially with it, on the engine also has a marked flywheel, near which there is a backlight and a photodiode, which is connected through a series-connected bridge circuit and threshold unit to the digital input of the microcontroller, the measuring plate and the shield plate are connected to the inputs of the current amplifier, and its output through a band-pass filter is connected to an analog the input of the microcontroller, the information output of the microcontroller is connected to the information output of the device through the data receiving and transmitting unit, and the control input of the device it is connected to the control input of the microcontroller through the data reception and transmission unit, the input and output of the engine speed stabilization unit are connected respectively to the output and input of the engine, and the shields of the shielding plate are slightly rotated in the horizontal plane.