RU188242U1

RU188242U1 - Датчик напряженности электрического поля

Info

Publication number: RU188242U1
Application number: RU2018144845U
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Бирюков; Александр Иосифович Блесман
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2019-04-04

Abstract

Предложен датчик напряженности электрического поля, содержащий основание в форме тонкостенного пустотелого цилиндра, на боковой поверхности которого изолированно друг от друга по координатным осям попарно расположены чувствительные элементы в форме цилиндрического прямоугольника, причем датчик состоит из телескопически выдвигаемых одна из другой диэлектрических оснований, а чувствительные элементы цилиндрических оснований расположены один над другим и электрически соединены между собой. Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения ортогональных составляющих вектора напряженности электрического поля с пошаговым или плавным увеличением чувствительности. Датчик легко изготавливается современными методами натотехнологий.Техническим результатом при реализации заявленной полезной модели является повышение чувствительности цилиндрических датчиков напряженности электрического поля за счет плавного или пошагового увеличения его линейного размера. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения ортогональных составляющих вектора напряженности электрического поля с пошаговым или плавным увеличением чувствительности.

Известен датчик электромагнитного поля [Авторское свидетельство СССР № 574683, МКИ G 01 R 29/08. Датчик электромагнитного поля /Е.Г. Горбунова, В.А. Сикарев, В.И. Соловаров. - №2097768/09; Заявлено 14.01.75; Опубл. 30.09.77, Бюл. № 36], содержащий два полуцилиндрических чувствительных элементов, охватывающий цилиндрический корпус датчика конечной длины. Индуцированные электрические заряды на полуцилиндрических чувствительных элементах пропорциональны составляющей вектора напряженности электромагнитного поля.

Достоинством датчика электромагнитного поля является то, что его чувствительные элементы представляют собой полуцилиндры с максимально возможным угловым размером θ₀ = 180°. Это обеспечивает максимально возможную чувствительность датчика при конечной длине его чувствительных элементов, ограниченной высотой цилиндрического корпуса датчика.

К недостаткам датчика электромагнитного поля можно отнести невозможность дальнейшего увеличения чувствительности датчика из-за конечной длины его чувствительных элементов, ограниченной высотой цилиндрического корпуса датчика.

Наиболее близким устройством к заявляемому является датчик электрического поля [Пат. US 2011/0062968A1, G01R 27/28. Rotating Electric-Field Sensor /Nilton O. Renno, Ann Arbor, Steven A. Rogacki; Заявлено 02.06.2009; Опубл. 19.09.2010.], представляющий собой проводящий пустотелый цилиндр конечной длины, разрезанный двумя взаимно перпендикулярными плоскостями, проходящими через его ось симметрии. Образовавшиеся четыре части цилиндра, представляют собой чувствительные элементы датчика, попарно расположенные на диэлектрической подложке цилиндрической формы по двум координатным осям. На чувствительных элементах датчика индуцируются электрические заряды, пропорциональные составляющим вектора напряженности электрического поля.

К недостаткам этого датчика также можно отнести невозможность увеличения его чувствительности из-за конечной длины чувствительных элементов.

Задачей полезной модели является повышение чувствительности цилиндрических датчиков напряженности электрического поля за счет пошагового или плавного увеличения его линейного размера.

Датчик напряженности электрического поля, содержащий основание в форме тонкостенного пустотелого цилиндра, на боковой поверхности которого изолированно друг от друга, по координатным осям попарно расположены чувствительные элементы в форме цилиндрического прямоугольника, согласно заявленному техническому решению датчик состоит из телескопически выдвигаемых одна из другой цилиндрических оснований, а чувствительные элементы цилиндрических оснований, расположены один над другим и электрически соединены между собой.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен датчик напряженности электрического поля в исходном состоянии с диэлектрическими основаниями расположенными один в другом (показано стрелками), в котором его чувствительность определяется начальными линейными размерами датчика; на фиг. 2 изображен датчик напряженности электрического поля в состоянии с выдвинутыми диэлектрическими основаниями (показано стрелками), в котором его линейные размеры увеличены.

Датчик напряженности электрического поля содержит не меньше двух телескопически вставленных друг в друга диэлектрических оснований 1 (1а, 1б …) выполненных в форме пустотелого тонкостенного цилиндра, на боковой поверхности каждого попарно расположены чувствительные элементы 2 (2а, 2б, 2в, 2г). Каждый чувствительный элемент выполнен в форме цилиндрического прямоугольника из проводящего материала. В исходном состоянии все диэлектрические основания датчика расположены один в другом.

Датчик напряженности электрического поля работает следующим образом.

При внесении датчика в электрическое поле на его проводящих чувствительных элементах 2 (2а, 2б, 2в, 2г) индуцируются электрические заряды, величина которых пропорциональна измеряемой напряженности электрического поля Е:

,(1)

где R – радиус цилиндрического элемента; h – высота цилиндрического основания; θ₀ – угловой размер чувствительного элемента.

Одновременно или разновременно формируя из чувствительных элементов 2 (2а, 2б, 2в, 2г) противоположные пары: по оси X – 2а и 2в (на чувствительном элементе 2а индуцируются положительные заряды, а на чувствительном элементе 2в – отрицательные); по оси Y - 2б и 2г (на чувствительном элементе 2б индуцируются положительные заряды, а на чувствительном элементе 2г – отрицательные), разделенных координатными плоскостями XOZ и YOZ, измеряют разности зарядов между парами чувствительных элементов

; (2а)

, (2б)

пропорциональные составляющим E_x и E_y вектора напряженности электрического поля

, а по ним определяют его модуль

, (3)

где

- чувствительность датчика.

Из выражений (2) и (3) видно, что чувствительность датчика зависит как от углового размера θ₀ чувствительного электрода, так и от его линейных размеров, таких как радиус R и высота h. Следовательно, изменяя эти параметры можно изменять чувствительность датчика. Чувствительность датчика наиболее конструктивно, технологично и эффективно можно увеличить изменением высоты h его цилиндрического основания и расположенного на нем чувствительного элемента.

Для этого датчик выполняют содержащим не меньше двух цилиндрических оснований, мало отличающихся по радиусу, и располагают их последовательно одно в другом, так, чтобы чувствительные элементы, нанесенные на цилиндрические основания при их выдвижении, являлись продолжением друг друга. Такая конструкция датчика позволяет за счет пошагового или плавного выдвижения его отдельных оснований увеличивать высоту h датчика, а, следовательно, и его чувствительность. При этом чувствительность датчика можно изменять, как пошагово, так и плавно. Работа датчика с выдвинутыми или частично выдвинутыми основаниями аналогично вышеописанной.

Такой подход увеличения чувствительности применим как к двухкоординатным (описан выше), так и однокоординатным цилиндрическим датчикам.

Таким образом, предлагаемый датчик позволяет за счет своей трансформации пошагово или плавно изменять чувствительность. Датчик легко изготавливается современными методами натотехнологий.

Claims

Датчик напряженности электрического поля, содержащий основание в форме тонкостенного пустотелого цилиндра, на боковой поверхности которого изолированно друг от друга по координатным осям попарно расположены чувствительные элементы в форме цилиндрического прямоугольника, отличающийся тем, что датчик состоит из телескопически выдвигаемых одного из другого цилиндрических оснований, а чувствительные элементы цилиндрических оснований расположены один над другим и электрически соединены между собой.