RU194673U1 - Устройство контроля наличия напряженности постоянного электрического поля - Google Patents
Устройство контроля наличия напряженности постоянного электрического поля Download PDFInfo
- Publication number
- RU194673U1 RU194673U1 RU2019129690U RU2019129690U RU194673U1 RU 194673 U1 RU194673 U1 RU 194673U1 RU 2019129690 U RU2019129690 U RU 2019129690U RU 2019129690 U RU2019129690 U RU 2019129690U RU 194673 U1 RU194673 U1 RU 194673U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric field
- constant
- modulator
- sensor
- signal processing
- Prior art date
Links
- 230000005684 electric field Effects 0.000 title claims abstract description 84
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/12—Measuring electrostatic fields or voltage-potential
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля наличия напряженности постоянного электрического поля.Сущность заявленного решения заключается в том, что в известном устройстве измерения напряженности электрического поля, основанное на использовании модулятора внешнего электрического поля, датчика переменного электрического поля, усилителя аналогового сигнала, модуля цифровой обработки сигнала, и индикатора, согласно заявленному устройству с целью обеспечения измерения постоянной составляющей внешнего электрического поля и повышения чувствительности и точности измерения предлагается использовать модулятор внешнего электрического поля, устанавливаемый перпендикулярно силовым линиям постоянного электрического поля, выполненный в виде плоского заземленного токопроводящего основания, параллельно которому на валу синхронного электродвигателя установлен вращающийся заземленный токопроводящий диск с отверстиями, а в области модулируемого внешнего поля модулятора, параллельно основанию, устанавливается датчик переменного электрического поля, выполненный в виде катушки на тороидальном ферритовом сердечнике с внутренним диаметром равным диаметру отверстия диска, выход которого соединен через усилитель аналогового сигнала со входом модуля цифровой обработки сигнала со входным аналого-цифровым преобразователем и цифровым вычислителем, на второй вход которого с выхода блока управления синхронным электродвигателем поступает синхронизирующий сигнал с частотой модуляции электрического поля, причем выход модуля цифровой обработки сигнала подключен к индикатору постоянного поля.Техническим результатом при реализации заявленного решения выступает возможность контроля наличия напряженности постоянного электрического поля в условиях одновременного воздействия постоянного и переменного электрических полей с большей чувствительностью и точностью.1 ил
Description
Область техники, к которой относится полезная модель
Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля наличия напряженности постоянного электрического поля.
Уровень техники
Известно однокоординатное устройство измерения напряженности электрического поля [Морозов Ю.А., Громов О.М. Прибор для измерения напряженности электрического поля промышленной частоты. // Научные работы институтов охраны труда ВЦСПС.- М.: Профиздат.- 1970. - Вып.65. - С. 41-44], основанный на помещении в исследуемое пространство одной пары чувствительных элементов, входящих в общий датчик и находящихся на координатной оси, проходящей через центр датчика, ориентировании этих чувствительных элементов в электрическом поле до момента получения максимальной составляющей и определении модуля вектора напряженности путем измерения этой составляющей. Недостатками этого способа является отсутствие возможности измерения постоянной составляющей электрического поля.
Известно также другое двухкоординатное устройство измерения напряженности электрического поля [Bocker Н., Wilhelmy L. Messung der elektrischen Feldstarke bei hohen transienten und periodisch zeitabhangigen Spannungen. // Elektro-techniche zeitschrift. - 1970. - A91. - 8. - S. 427-430], основанный на помещении в исследуемое пространство двух пар чувствительных элементов, входящих в общий датчик и находящихся на двух координатных осях, проходящих через центр датчика, ориентировании этих чувствительных элементов в двух плоскостях электрического поля, измерении двух его составляющих и определении модуля вектора напряженности путем геометрического суммирования измеренных составляющих. Недостатками этого способа также является отсутствие возможности измерения постоянной составляющей электрического поля.
Кроме того, известно устройство измерения напряженности электрического поля [Патент RU 2214611, МКИ G01R 29/12, G01R 29/08], заключающийся в том, что в исследуемое пространство одновременно помещают n-пар проводящих чувствительных элементов, входящих в общий датчик, симметрировании наружных поверхностей датчика относительно координатных плоскостей с расположением центров поверхностей чувствительных элементов попарно на n осях выбранной системы координат симметрично относительно ее начала, при этом датчик ориентируют и затем поддерживают так, чтобы вектор напряженности электрического поля был равноудален от координатных осей датчика, т.е. чтобы его составляющие по координатным осям были равны, а конфигурацию и размер чувствительных элементов выбирают из условия минимума погрешности от неоднородности электрического поля при максимальном пространственном диапазоне измерения, при этом модуль вектора напряженности измеряемого электрического поля определяют измерением одной из составляющих датчика. Недостатком этого способа является отсутствие возможности измерения постоянной составляющей электрического поля.
Близким к предлагаемой полезной модели является устройство измерения напряженности электрического поля [Патент RU 2388003(13) C1, (51) МПК G01R29/08 (2006.01), G01R 29/12 (2006.01))]. Датчик выполнен трехкоординатным, т.е. n=3, и его ориентируют в пространстве так, чтобы одна из составляющих вектора напряженности по одной из координатных осей датчика стала равной нулю, затем, фиксируя датчик в этом положении, поворачивают датчик вокруг найденной координатной оси до достижения равенства двух других составляющих вектора напряженности электрического поля по координатным осям датчика. Максимальное показание прибора наступит, когда вектор напряженности окажется равноудаленным от двух координатных осей датчика, а его составляющие по этим координатным осям станут равны. При ориентации датчика необходимо, чтобы вектор напряженности электрического поля попал в плоскость двух любых координатных осей. Удерживая датчик в положении, соответствующем максимальному показанию прибора, измеряют алгебраическую сумму составляющих вектора напряженности электрического поля по двум координатным осям, по которой и определяют его модуль. Т.е. вектор напряженности измеряемого электрического поля определяют измерением алгебраической суммы двух не равных нулю составляющих вектора напряженности электрического поля по координатным осям датчика.
Прототипом предлагаемого устройства является устройство измерения напряженности электрического поля постоянного тока по патенту №169304. Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения с напряженности постоянного электрического поля. Особенностью заявленного устройства является модулятор - датчик электрического поля, который выполняют в виде двух соединенных индуктивно катушек на ферритовых кольцах разных диаметров, причем первая катушка с большим диаметром является датчиком и неподвижна относительно корпуса устройства, а вторая с меньшим диаметром, которая установлена на оси двигателя и вращается внутри первой катушки, является модулятором. Выход датчика поступает на вход аналого-цифрового устройства, состоящего из усилителя измеряемого аналогового сигнала, полосового фильтра, детектора, блока фиксатора и индикатора измеряемого поля.
Принцип работы устройства заключается в следующем. В обмотке вращающейся катушки возникает ЭДС, вызывающая протекание электрического тока. За счет магнитной связи между катушками в витках неподвижной катушки-датчика возникает ЭДС, измеряемая аналого-цифровым устройством и индицируемая на индикаторе.
Общими недостатками известных аналогов и прототипа является отсутствие возможности выделения измеренной постоянной составляющей электрического поля в условиях одновременного воздействия постоянного и переменных электрических полей. Вышеперечисленные устройства при отсутствии постоянной составляющей электрического поля и наличии воздействия переменных электрических полей различной частоты устройства все равно будут показывать определенные значения, пропорциональные напряженностям переменных электрических полей различной частоты.
Устройство - прототип имеет при одинаковых массо-габаритных показателях меньшую чувствительность и меньшую точность измерения, т.к. вращающейся частью предлагаемого устройства является диск с отверстиями, масса которого при одинаковом размере с вращающейся катушкой прототипа будет всегда меньше массы вращающейся катушки, следовательно двигатель может обеспечить более высокую скорость вращения более легкого диска, чем более тяжелой катушки, соответственно модуляция будет происходить с большей частотой. Соответственно наводимая ЭДС, пропорциональная частоте модуляции, будет иметь большую величину, а, следовательно, устройство будет иметь большую чувствительность.
За счет нестабильности скорости вращения электродвигателя устройство - прототип имеет погрешность измерения выше, чем у предлагаемого устройства. В предлагаемом устройстве скорость вращения синхронного электродвигателя формируется блоком управления синхронным двигателем и стабилизирована задающим кварцевым генератором этого блока.
Раскрытие полезной модели
Указанные недостатки прототипа устраняются с использованием предлагаемого устройства с механическим облегченным модулятором электрического поля с повышенной частотой модуляции и синхронизацией обработки сигнала с частотой модуляции. Частота модуляции повышается за счет увеличения скорости вращения диска с отверстиями с меньшей массой по сравнению с массой вращающийся катушки при одинаковых массо-габаритных показателях электропривода.
Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве измерения напряженности электрического поля, основанное на использовании модулятора внешнего электрического поля, датчика переменного электрического поля, усилителя аналогового сигнала, модуля цифровой обработки сигнала, и индикатора, согласно заявленному устройству с целью обеспечения измерения постоянной составляющей внешнего электрического поля и повышения чувствительности и точности измерения предлагается использовать модулятор внешнего электрического поля, устанавливаемый перпендикулярно силовым линиям постоянного электрического поля, выполненный в виде плоского заземленного токопроводящего основания, параллельно которому на валу синхронного электродвигателя установлен вращающийся заземленный токопроводящий диск с отверстиями, а в области модулируемого внешнего поля модулятора, параллельно основанию, устанавливается датчик переменного электрического поля, выполненный в виде катушки на тороидальном ферритовом сердечнике с внутренним диаметром равным диаметру отверстия диска, выход которого соединен через усилитель аналогового сигнала со входом модуля цифровой обработки сигнала со входным аналого-цифровым преобразователем и цифровым вычислителем, на второй вход которого с выхода блока управления синхронным электродвигателем поступает синхронизирующий сигнал с частотой модуляции электрического поля, причем выход модуля цифровой обработки сигнала подключен к индикатору постоянного поля.
Сущностью заявленного устройства является механический модулятор внешнего электрического поля, устанавливаемый перпендикулярно силовым линиям постоянного электрического поля, выполненный в виде плоского заземленного токопроводящего основания, параллельно которому на валу синхронного электродвигателя установлен вращающийся заземленный токопроводящий диск с отверстиями, под которым устанавливается датчик переменного электрического поля, выполненный в виде катушки на тороидальном ферритовом сердечнике с внутренним диаметром равным диаметру отверстия диска, соединенный с аналого-цифровым преобразователем и цифровым вычислителем, который выделяет постоянную составляющую электрического поля, и передает на индикатор.
Техническим результатом полезной модели является возможность измерения напряженности постоянного электрического поля в условиях одновременного воздействия постоянного и переменного электрических полей с большей точностью.
Краткое описание чертежей
Функциональная схема предлагаемого устройство контроля наличия напряженности постоянного электрического поля поясняется чертежом (Фигура).
Осуществление полезной модели
Устройство содержит механический модулятор постоянного электрического поля с повышенной частотой модуляции 1, датчик переменного электрического поля 2, усилитель аналогового сигнала 3, модуль цифровой обработки сигнала 4 и элемент индикации 5.
Механический модулятор внешнего электрического поля с повышенной частотой модуляции выполнен в виде плоского токопроводящего основания 6, параллельно которому на валу синхронного электродвигателя установлен токопроводящий диск с отверстиями 7. Основание и диск соединены с цепью "земля". На фигуре показана область внешнего электрического поля с постоянной составляющей 10 и область модулированного поля 11.
Модулятор устанавливается перпендикулярно силовым линиям внешнего постоянного электрического поля 10. Во время вращения диска в пространстве между диском и основанием формируется модулируемое переменное электрическое поле 11. Частота модулированной постоянной составляющей электрического поля определяется по формуле: F=N*K, где: N - частота вращения диска, а К - количество отверстий в диске.
Между диском и основанием в области модулированного поля 11 устанавливается датчик 2. Датчик представляет собой индуктивную катушку на кольцевом ферритовом сердечнике с внутренним диметром равным диаметру отверстия диска, чтобы все витки катушки пересекались силовыми линиями поля. Катушка устанавливается параллельно основанию, под отверстиями вращающегося диска в области модулированного электрического поля.
Выход датчика подключается ко входу усилителя аналогового сигнала 3, с выхода которого сигнал поступает на модуль цифровой обработки сигнала 4, на второй вход модуля с выхода блока управления синхронным электродвигателем 9 поступает синхронизирующий сигнал с частотой модуляции электрического поля.
Модуль цифровой обработки сигнала 4 содержит входной аналого-цифровой преобразователь и вычислитель, на второй вход которого поступает синхронизирующий сигнал с частотой модуляции внешнего электрического поля. Вычислитель формирует интеграл произведения входного сигнала на синхронизирующий сигнал. Величина интеграла пропорциональна напряженности измеряемого постоянного электрического поля и индицируется на индикаторе.
Принцип выделения постоянной составляющей поясняется формулой:
t→Т
Т - период интегрирования
Т>>Т1 - период гармоники низшей частоты
Принцип действия предлагаемого устройства контроля постоянного электрического поля основан на измерении модулированного электрического поля, напряженность которого пропорциональна напряженности измеряемого внешнего электрического поля. Измеряемое модулированное электрического поле создается путем механической модуляции измеряемого внешнего электрического поля. Механическая модуляция осуществляется заземленным вращающимся относительно токопроводящего заземленного основания металлическим диском с отверстиями с одинаковыми диаметрами, выполненными по периметру диска.
Вращающийся на валу электродвигателя диск с отверстиями, установленный под источником внешнего электрического поля, экранирует это поле в области датчика, а в моменты пересечения отверстиями места установки датчика пропускает электрическое поле через поверхность датчика.
Частота модулированной постоянной составляющей электрического поля определяется по формуле: F=N*K, где: N - частота вращения диска, а K - количество отверстий в диске.
Поверхность датчика пересекает модулированное внешнее электрическое поле, содержащее как постоянную, так и переменную составляющие. Для выделения в измеренном сигнале постоянной составляющей внешнего электрического поля модуль обработки цифрового сигнала осуществляет интегрирование произведения значения измеренного сигнала при t→Т
и сигнала синхронизации, что позволяет выделить значение, пропорциональное постоянной составляющей внешнего электрического поля.
Предлагаемое устройство позволяет осуществлять контроль наличия постоянной составляющей внешнего электрического поля и повысить чувствительность и точность контроля за счет увеличения скорости
вращения диска и стабилизации скорости вращения диска модулятора синхронным электродвигателем.
Claims (1)
- Устройство контроля наличия напряженности постоянного электрического поля, включающее модулятор внешнего электрического поля, датчик переменного электрического поля, усилитель аналогового сигнала, модуль цифровой обработки сигнала и индикатор, отличающееся тем, что модулятор внешнего электрического поля установлен перпендикулярно силовым линиям постоянного электрического поля и выполнен в виде плоского заземленного токопроводящего основания, параллельно которому на валу синхронного электродвигателя установлен вращающийся заземленный токопроводящий диск с отверстиями, а в области модулируемого внешнего поля модулятора, параллельно основанию, установлен датчик переменного электрического поля, выполненный в виде катушки на тороидальном ферритовом сердечнике с внутренним диаметром, равным диаметру отверстия диска, выход которого соединен через усилитель аналогового сигнала с входом модуля цифровой обработки сигнала со входным аналого-цифровым преобразователем и цифровым вычислителем, на второй вход которого с выхода блока управления синхронным электродвигателем поступает синхронизирующий сигнал с частотой модуляции электрического поля, причем выход модуля цифровой обработки сигнала подключен к индикатору постоянного поля.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019129690U RU194673U1 (ru) | 2019-09-20 | 2019-09-20 | Устройство контроля наличия напряженности постоянного электрического поля |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019129690U RU194673U1 (ru) | 2019-09-20 | 2019-09-20 | Устройство контроля наличия напряженности постоянного электрического поля |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU194673U1 true RU194673U1 (ru) | 2019-12-18 |
Family
ID=69007406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019129690U RU194673U1 (ru) | 2019-09-20 | 2019-09-20 | Устройство контроля наличия напряженности постоянного электрического поля |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU194673U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2774056C1 (ru) * | 2021-07-14 | 2022-06-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | Способ измерения напряженности электрического поля с определением предельной погрешности |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7256572B2 (en) * | 2001-03-14 | 2007-08-14 | Board Of Regent Of The University Of Oklahoma | Electric-field meter having current compensation |
| RU80243U1 (ru) * | 2008-09-22 | 2009-01-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Устройство для измерения напряженности электрического поля |
| RU106959U1 (ru) * | 2011-03-17 | 2011-07-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Датчик измерения напряженности электростатического поля |
| RU169304U1 (ru) * | 2016-03-15 | 2017-03-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II" МГУПС (МИИТ) | Устройство контроля напряженности электростатического поля |
| RU2672527C1 (ru) * | 2017-07-10 | 2018-11-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ковровская государственная технологическая академия им. В.А. Дегтярева" | Способ измерения напряженности электростатического поля |
| US20190137555A1 (en) * | 2017-11-09 | 2019-05-09 | Cyrus Shaifai | Torsional moving electric field sensor with modulated sensitivity and without reference ground |
-
2019
- 2019-09-20 RU RU2019129690U patent/RU194673U1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7256572B2 (en) * | 2001-03-14 | 2007-08-14 | Board Of Regent Of The University Of Oklahoma | Electric-field meter having current compensation |
| RU80243U1 (ru) * | 2008-09-22 | 2009-01-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Устройство для измерения напряженности электрического поля |
| RU106959U1 (ru) * | 2011-03-17 | 2011-07-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Датчик измерения напряженности электростатического поля |
| RU169304U1 (ru) * | 2016-03-15 | 2017-03-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II" МГУПС (МИИТ) | Устройство контроля напряженности электростатического поля |
| RU2672527C1 (ru) * | 2017-07-10 | 2018-11-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ковровская государственная технологическая академия им. В.А. Дегтярева" | Способ измерения напряженности электростатического поля |
| US20190137555A1 (en) * | 2017-11-09 | 2019-05-09 | Cyrus Shaifai | Torsional moving electric field sensor with modulated sensitivity and without reference ground |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2774056C1 (ru) * | 2021-07-14 | 2022-06-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | Способ измерения напряженности электрического поля с определением предельной погрешности |
| RU2799972C1 (ru) * | 2023-02-16 | 2023-07-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)" | Способ измерения напряженности электрического поля по равенству двух составляющих |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2527666C2 (ru) | Устройство и способ измерения индукционным методом | |
| CN105022005B (zh) | 一种提高squid磁传感器测量灵敏度的方法、装置及系统 | |
| RU2562911C1 (ru) | Устройство и способ регистрации электропроводных частиц в жидкости | |
| CN113341195B (zh) | 一种基于隧道磁阻元件的电流测量方法、测量装置及设备 | |
| CN102519512A (zh) | 振动与冲击传感器磁灵敏度检定系统及检测方法 | |
| Li et al. | Online symmetric magnetic excitation monitoring sensor for metal wear debris | |
| CN103675744B (zh) | 超导量子干涉传感器的标定设备及标定方法 | |
| RU194673U1 (ru) | Устройство контроля наличия напряженности постоянного электрического поля | |
| CN109061318A (zh) | 一种磁屏蔽屏蔽效能测量方法及系统 | |
| CN100561240C (zh) | 磁场测量设备 | |
| CN218213374U (zh) | 一种用于直流漏电流检测仪的磁调制电路结构 | |
| JP6388672B2 (ja) | 硬貨検出システム | |
| CN202372638U (zh) | 振动与冲击传感器磁灵敏度检定系统 | |
| RU144576U1 (ru) | Устройство измерения напряженности электрического поля постоянного тока | |
| JP2016057225A (ja) | 渦電流探傷センサ装置 | |
| US3778703A (en) | Apparatus for detecting unlevelness of a pendulously supported flux valve by subjecting the valve to a vertical magnetic field | |
| CN109283476A (zh) | 磁传感器的低频本征噪声测试系统及测试方法 | |
| RU2166735C1 (ru) | Устройство для дистанционного определения координат и углового положения объекта (варианты) | |
| CN116735939B (zh) | 一种磁通门电流检测装置和磁通门电流检测方法 | |
| Ripka et al. | AMR proximity sensor with inherent demodulation | |
| RU2103664C1 (ru) | Устройство для дистанционного определения положения объекта (его варианты) | |
| US2615961A (en) | Magnetic testing system | |
| EP3833956A1 (en) | A particle concentration sensor | |
| Yuan et al. | Research on the orthogonal fundamental mode fluxgate sensor circuit | |
| CN202033466U (zh) | 一种弱磁场测量装置 |