RU2071072C1 - Device for measuring intensity of electric fields - Google Patents
Device for measuring intensity of electric fields Download PDFInfo
- Publication number
- RU2071072C1 RU2071072C1 SU4911235A RU2071072C1 RU 2071072 C1 RU2071072 C1 RU 2071072C1 SU 4911235 A SU4911235 A SU 4911235A RU 2071072 C1 RU2071072 C1 RU 2071072C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- control unit
- integrator
- field
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для осуществления контроля напряженности электрических полей. The invention relates to electrical engineering and can be used to control the intensity of electric fields.
Целью изобретения является повышение точности измерения напряженности квазистатических электрических полей и расширение области применения измерителя. The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring the intensity of quasistatic electric fields and expanding the scope of the meter.
Цель достигается тем, что время дискретизации в предлагаемом устройстве автоматически изменяется в зависимости от скорости изменения напряженности исследуемого поля, за счет этого достигается значительное расширение динамического диапазона измеряемых приращений напряженности. Это в свою очередь делает возможным измерения переменных электрических полей, выходящих за пределы квазистатических. The goal is achieved in that the sampling time in the proposed device automatically changes depending on the rate of change of the intensity of the studied field, due to this a significant expansion of the dynamic range of the measured increments of tension is achieved. This, in turn, makes it possible to measure alternating electric fields that go beyond quasistatic.
С этой целью в устройство дополнительно введены: трехпластинчатый первичный измерительный преобразователь, ключ, разрядное сопротивление, интегратор со сбросом в ноль, пороговый элемент, логический элемент И. For this purpose, the device has additionally introduced: a three-plate primary measuring transducer, a key, a bit resistance, an integrator with a reset to zero, a threshold element, a logic element I.
На фиг.1 представлена блок-схема устройства для измерения напряженности электрических полей; на фиг.2 диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.3 пример обработки фрагмента поля; на фиг.4 диаграммы, поясняющие работу блока управления. Figure 1 presents a block diagram of a device for measuring the intensity of electric fields; figure 2 diagrams explaining the operation of the device; figure 3 an example of processing a fragment of a field; figure 4 diagrams explaining the operation of the control unit.
Устройство для измерения напряженности электрического поля (фиг.1) содержит первичный измерительный преобразователь 1, состоящий из трех пластин, одна из которых соединена с общим проводом устройства, подключенный через два оптоэлектронных коммутатора 2, 3 к разрядным сопротивлениям 4, 5. Разрядное сопротивление 4 подключено ко входу усилителя 6, выход которого через пиковый детектор 7 подан на вход АЦП 8. Выход цифрового сумматора 9 соединен со входом элемента памяти 10, первый вход сумматора 9 подключен к выходу АЦП, а второй вход к выходу элемента памяти, соединенному с регистрирующим блоком 15. Разрядное сопротивление 5 подключено ко входу интегратора 11, выход которого подключен ко входу порогового элемента 12. Выход порогового элемента 12 подключен к входу установки в ноль счетчика блока управления. Блок управления 13 состоит из последовательно соединенных генератора 14, счетчика 16, дешифратора 17. Причем первый выход дешифратора подключен к управляющему входу оптоэлектронного ключа 2 и входу "Сброс в ноль" интегратора 11, второй выход - к управляющим входам АЦП, элемента памяти и к первому входу логического элемента И 18. Третий выход к управляющему входу "Сброс в ноль" пикового детектора 7 и второму входу логического элемента И 18, выход которого соединен со вторым входом "Установка в ноль" счетчика 16. Выход генератора 14 соединен с управляющим входом оптоэлектронного ключа 3. A device for measuring electric field strength (Fig. 1) contains a primary measuring transducer 1, consisting of three plates, one of which is connected to the device’s common wire, connected through two
Первичный преобразователь 1 предназначен для преобразования соответствующих приращений напряженности электрического поля в пропорциональную разность потенциалов и может быть выполнен, например, в виде трех параллельных металлических дисков, представляющих собой два плоских конденсатора с общей пластиной. Управляемые оптоэлектронные коммутаторы 2, 3 служат для подключения первичного измерительного преобразователя 1 к разрядным сопротивлениям 4 и 5 на время полного разряда с целью формирования разрядных импульсов, амплитуды которых несут информацию об изменении напряженности поля с момента предшествующего подключения. Коммутатор может быть выполнен, например, на базе сдвоенного оптоэлектронного коммутатора К249КН1А (В.И. Иванов и др. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. Справочник, 1984, с. 175). Усилитель 6 может быть выполнен на микросхеме К544УД1А. Пиковый детектор предназначен для преобразования амплитуды импульса в пропорциональное постоянное напряжение и запоминания его на время, необходимое для считывания аналого-цифровым преобразователем 8. Он является фактически устройством выборки-хранения (УВХ) и может быть выполнен, например, на микросхеме К544У1А (Алексеенко А. Г. и др. Применение прецизионных аналоговых микросхем, 1985, с. 170). По управляющему входу на него приходит сигнал на сброс информации. Аналого-цифровой преобразователь 8, сумматор (цифровой) 9 и элемент памяти 10 предназначены для преобразования постоянного напряжения в цифровой код и помещения его в память с прибавлением к нему последующих значений, поступающих на вход АЦП 8 напряжений. Результирующая сумма после каждого прибавления, поступающая в память, замещает там предыдущее значение суммы, которое стирается. The primary Converter 1 is designed to convert the corresponding increments of the electric field into a proportional potential difference and can be performed, for example, in the form of three parallel metal disks, which are two flat capacitors with a common plate. The controlled
Аналого-цифровой преобразователь 8 может быть реализован на микросхеме К1108ПВ1, представляющей законченный АЦП последовательного приближения с выходным регистром для хранения информации (Якубовский С.В. и др. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник. М. Радио и связь, 1990, с. 437). The analog-to-
Сумматор 9 может быть реализован на микросхемах К155ИМЗ, представляющих собой четырехразрядные сумматоры (Тарабрин Б.В. Справочник по интегральным микросхемам, М. Энергия, 1980, с. 146). The adder 9 can be implemented on K155IMZ microcircuits, which are four-digit adders (Tarabrin B.V. Handbook of integrated circuits, M. Energia, 1980, p. 146).
Запоминающее устройство 10 может быть реализовано на микросхеме К589ИР12, представляющей собой многофункциональный буферный регистр (Тарабрин Б.В. Интегральные микросхемы. Справочник. М. Радио и связь, 1984, с. 372). The
Интегратор 11 служит для преобразования разрядных импульсов, формируемых на сопротивлении 5, в постоянное напряжение и суммирования его. Он имеет вход для сброса напряжения в ноль. Интегратор может быть реализован на микросхеме К544УД1А (со сбросом) (Алексеенко А.Г. и др. Применение прецизионных аналоговых микросхем, 1985, с. 104), пороговый элемент реализован, например, на компараторах К544САЗ и служит для сравнения напряжения на выходе интегратора с напряжением установки и выдачи в момент их равенства команды на установку счетчика блока управления 13. Блок управления 13 служит для обеспечения синхронной работы элементов устройства. Он может быть выполнен на тактовом генераторе 14 (микросхема К155ЛАЗ), счетчике 16 (микросхема К155ИЕ2), дешифраторе 17 (микросхема К155ИД1). Логический элемент И 18 осуществляет запрет установки счетчика 16 во время обработки информации АЦП и во время установки в ноль пикового детектора с целью предупреждения потери части информации. The integrator 11 is used to convert the discharge pulses generated on the resistance 5, into a constant voltage and summing it. It has an input to reset voltage to zero. The integrator can be implemented on a K544UD1A microcircuit (with reset) (Alekseenko A.G. et al. Use of precision analog microcircuits, 1985, p. 104), a threshold element is implemented, for example, on K544CAZ comparators and is used to compare the voltage at the integrator output with the installation voltage and the issuance at the time of their equality of the command to install the counter of the control unit 13. The control unit 13 is used to ensure synchronous operation of the elements of the device. It can be performed on a clock generator 14 (chip K155LAZ), counter 16 (chip K155IE2), decoder 17 (chip K155ID1). The logic element And 18 prohibits the installation of the counter 16 during processing of the ADC information and during the installation of the peak detector to zero in order to prevent the loss of part of the information.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Блок управления 13 формирует импульсы управления коммутаторами 2 и 3, причем частота следования импульсов на коммутатор 2 f1, на коммутатор 3 f2 и f2= n•f1, где n=10 (или другое целое число). При наличии электрического поля с секции ac первичного измерительного преобразователя снимается напряжение, пропорциональное изменениям напряженности за интервал времени 10 Δt, а с секции ПИП bc (фиг.1) - напряжение, пропорциональное изменениям напряженности исследуемого поля за интервал времени Δt. Секция ПИП ac, коммутатор 2, разрядное сопротивление 4, усилитель 6, пиковый детектор 7, аналого-цифровой преобразователь 8, сумматор 9, элемент памяти 10 и регистрирующий блок 15 образуют собственно измеритель напряженности электрического поля. Разрядные импульсы, сформированные на сопротивлении 4, несущие информацию об изменении поля за время 10 Δt, усиливаются усилителем 6, преобразуются в постоянное напряжение, затем в цифровой код, поступают в сумматор 10, где суммируются с предыдущими, и сумма фиксируется регистрирующим блоком 15. Очередность работы элементов устройства обеспечивается блоком управления, который через интервал времени Δt после срабатывания коммутатора 2 сигналом со второго выхода элемента 17 производит преобразование напряжения, пропорционального амплитуде разрядного импульса в цифровой код, суммирование его с предыдущей суммой и запоминание результата. По окончании обработки сигнала блок управления также через время Δt сигналом с третьего выхода элемента 17 производит сброс в ноль напряжения на пиковом детекторе, подготавливая его тем самым к приему нового импульса. В это же время с секции ПИП bc при срабатывании коммутатора 3 на сопротивлении 5 формируются импульсы с частотой следования f2, несущие информацию об изменении поля за время Δt (фиг.2, в). Поскольку напряжение на секции ac, возникшее за время 10 Δt, равно сумме напряжений с секции ПИП bc за интервалы Δt:
то по сумме последних осуществляется контроль за уровнем напряжения на основной секции, входящей в собственно измеритель. Напряжение на выходе интегратора 11, пропорциональное напряжению секции ac, постоянно сравнивается с уставкой (порогом) элемента 12. При достижении порога срабатывания порогового элемента, что имеет место при достижении напряжением на секции ac максимально допустимого значения, при обработке которого гарантируется работа элементов усилительного тракта в линейной зоне характеристик (фиг.2, г), происходит установка счетчика 16 блока управления в такое состояние, при котором прерывается цикл работы распределителя управляющих импульсов 17 (фиг.4, в) и на его первом выходе вне очередности появляется сигнал, вызывающий срабатывание коммутатора 2 (фиг.2, д). При этом происходит сброс в ноль интегратора 11, после чего он вновь начинает "контролировать" напряжение на измерительной секции ac (фиг.2, г). Поскольку соотношение частот f1 и f2 выбрано равным десяти, то срабатывание коммутатора 2 при "штатной" работе происходит при каждом десятом срабатывании коммутатора 3, т. е. через 10 Δt (фиг. 2, д). Однако элемент 12, воздействуя на вход установки счетчика 16 и соответственно на дешифратор 17, может вызывать срабатывание коммутатора 2 раньше, например, через 3 3Δt, 4Δt, 5Δt, ... 9Δt. Момент внеочередного срабатывания коммутатора 3 зависит от того, в какой момент времени напряжение на выходе интегратора 11 достигнет значения порога срабатывания элемента 12, а значит, когда и напряжение на измерительной секции ac достигнет максимального значения, при котором обеспечивается линейность характеристик основного канала измерения. Так как напряжение с первичного измерительного преобразователя пропорционально скорости изменения напряженности измеряемого поля, то и интервалы времени между срабатываниями коммутатора 2 пропорциональны интенсивности изменения поля, причем, чем выше значение dE/dt, тем меньше интервалы между срабатыванием коммутатора 2 (фиг.3).The control unit 13 generates control pulses of the
then by the sum of the latter, the voltage level is monitored on the main section, which is part of the meter itself. The voltage at the output of the integrator 11, proportional to the voltage of the ac section, is constantly compared with the setting (threshold) of the element 12. When the threshold of the threshold element is reached, which occurs when the voltage on the ac section reaches the maximum permissible value, during processing of which the operation of the elements of the amplifier path is guaranteed in linear zone of characteristics (figure 2, g), the counter 16 is installed in the control unit in such a state that interrupts the cycle of operation of the distributor of control pulses 17 (figure 4, c) and at its first output, out of sequence, a signal appears that causes the operation of switch 2 (Fig.2, e). When this occurs, the integrator 11 is reset to zero, after which it again begins to "control" the voltage at the measuring section ac (Fig.2, g). Since the ratio of the frequencies f 1 and f 2 is chosen equal to ten, the operation of the
Как видно из фиг.1 и 2, функцией конденсатора bc, коммутатора 3, сопротивления 5, интегратора 11 и порогового элемента 12 является изменение интервалов времени между срабатываниями коммутатора 2 измерительного канала в зависимости от скорости изменения электрического поля путем воздействия через счетчик 16 на работу распределителя импульсов 17. Механизм этого воздействия следующий. Генератор 14 генерирует импульсы с частотой следования f2, которые поступают на вход счетчика 16, имеющего коэффициент пересчета, равный 10. Цифровой код с выхода счетчика поступает на вход дешифратора 17, имеющего десять выходов, в результате чего импульсы с частотой f2/10 по очереди с интервалом времени Δt появляются на выходах дешифратора 17 (фиг.4, а). Если исследуемое электрическое поле медленно меняется во времени, то напряжение на конденсаторе ac измерительного тракта не превышает максимально допустимого и частота срабатывания коммутатора 2 удовлетворяет условию (1), то на десяти выходах дешифратора 17 будут импульсы согласно фиг.4, а. Если же в моменты времени, например, t1, t2, t3 (фиг.4, б) поле изменилось таким образом, что напряжение на конденсаторе ac ПИП достигло максимально допустимого и по цепи конденсатор cb ПИПа, коммутатор 3, сопротивление 5, интегратор 11, пороговый элемент 12 поступил сигнал на вход "Установка" счетчика 16, то диаграммы напряжений на первом, втором и третьем выходах дешифратора будут, как показано на фиг.4, в.As can be seen from Figs. 1 and 2, the function of the capacitor bc,
Наличие дополнительного регулирующего канала делает измеритель напряженности электрического поля адаптируемым к исследуемому полю. В результате этого поле, фрагмент которого приведен на фиг.3, а, будет измерено устройством-прототипом, как показано на фиг.3, б, а заявляемым устройством - как показано на фиг.3, в. Как следует из схемы устройства и видно из фиг.3, при измерениях данным устройством автоматически соблюдается условие (1) и гарантируется работа усилительного тракта в линейной части характеристик в широком диапазоне скорости изменения исследуемого поля dE/dt. Поскольку в течение времени 2 Δt после каждого срабатывания коммутатора 2 идет обработка полученной информации, то во избежание сбоев в работе устройства и возможной потери части информации на это время логический элемент И, включенный к первому и второму выходам дешифратора 17, запрещает сброс счетчика 16, выставляя соответствующий потенциал на втором входе "Установка". Следовательно, интервал между срабатываниями коммутатора 2 может принимать значения 3-10 Δt. Диапазон изменения интервала дискретизации может быть и иным, это определяется первоначально выбранным отношением частот f1/f2 n и видом измеряемых полей. Причем для квазистатических полей n может быть меньше, для интенсивно меняющихся и переменных полей - больше.The presence of an additional control channel makes the electric field strength meter adaptable to the field under investigation. As a result of this, the field, a fragment of which is shown in Fig. 3, a, will be measured by the prototype device, as shown in Fig. 3, b, and by the claimed device, as shown in Fig. 3, c. As follows from the device diagram and can be seen from Fig. 3, when measuring with this device, condition (1) is automatically observed and the operation of the amplifier path in the linear part of the characteristics is guaranteed over a wide range of the rate of change of the studied field dE / dt. Since during the
Предлагаемое устройство является адаптируемо измерительной системой по частоте дискретизации информационного сигнала. В нем реализованы два канала: основной и вспомогательный. Частота дискретизации информационного сигнала в основном канале является регулируемой величиной, зависящей от скорости изменения исследуемого электрического поля. Она может меняться в пределах от f1 до f2 сигналом, формируемым во вспомогательном канале. За счет адаптации частоты дискретизации информационного сигнала к характеру изменения исследуемого электрического поля удалось расширить область применения предлагаемого устройства и повысить точность измерений.The proposed device is an adaptively measuring system for the sampling frequency of the information signal. It implements two channels: primary and secondary. The sampling frequency of the information signal in the main channel is an adjustable value, depending on the rate of change of the investigated electric field. It can vary from f 1 to f 2 by a signal generated in the auxiliary channel. By adapting the sampling rate of the information signal to the nature of the change in the investigated electric field, it was possible to expand the scope of the proposed device and improve the accuracy of measurements.
Частота дискретизации информационного сигнала в устройстве-прототипе является фиксированной величиной, например f1, и таким устройством можно производить измерения электрических полей, верхняя граница частотного спектра напряженности которых меньше Fb1, равной f1/2.The sampling frequency of the information signal in the prototype device is a fixed value, for example f 1 , and such a device can measure electric fields, the upper limit of the frequency spectrum of the intensity of which is less than F b1 equal to f 1/2 .
В предлагаемом устройстве, как указывалось выше, частота дискретизации информационного сигнала может принимать значение в пределах от f1 до f2, где f2=n•f1. Следовательно, таким устройством можно проводить измерения электрических полей, верхняя граница частотного спектра напряженности которых меньше Fb2, равной f2/2, причем . Тем самым диапазон исследуемых электрических полей по частоте или скорости изменения напряженности при использовании предлагаемого устройства может быть расширен в n раз по сравнению с диапазоном электрических полей, исследуемых с помощью устройства-прототипа.In the proposed device, as mentioned above, the sampling frequency of the information signal can take a value in the range from f 1 to f 2 , where f 2 = n • f 1 . Consequently, such a device can carry out measurements of electrical fields, the upper limit of the frequency spectrum which is less than the tension F b2, equal to f 2/2, wherein . Thus, the range of the studied electric fields in frequency or rate of change in intensity when using the proposed device can be expanded n times compared with the range of electric fields studied using the prototype device.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4911235 RU2071072C1 (en) | 1991-01-09 | 1991-01-09 | Device for measuring intensity of electric fields |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4911235 RU2071072C1 (en) | 1991-01-09 | 1991-01-09 | Device for measuring intensity of electric fields |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2071072C1 true RU2071072C1 (en) | 1996-12-27 |
Family
ID=21560499
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4911235 RU2071072C1 (en) | 1991-01-09 | 1991-01-09 | Device for measuring intensity of electric fields |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2071072C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2615038C1 (en) * | 2015-12-22 | 2017-04-03 | Открытое акционерное общество "Промприбор" | Electrometer |
-
1991
- 1991-01-09 RU SU4911235 patent/RU2071072C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2615038C1 (en) * | 2015-12-22 | 2017-04-03 | Открытое акционерное общество "Промприбор" | Electrometer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4537483B2 (en) | High resolution and wide dynamic range integrator | |
US4250449A (en) | Digital electric energy measuring circuit | |
US4349821A (en) | Data acquisition system and analog to digital converter therefor | |
GB2374943A (en) | Capacitance Measurement | |
US5200933A (en) | High resolution data acquisition | |
CN111052611B (en) | Analog-to-digital converter self-test using time base and current source | |
RU2071072C1 (en) | Device for measuring intensity of electric fields | |
CA1224879A (en) | Voltage-to-frequency and analog-to-digital converter circuit | |
US4001680A (en) | Device for measuring small frequency differencies | |
US3577076A (en) | Automatic range scale selection apparatus for a measuring device | |
US3404345A (en) | Frequency deviation sensing device | |
KR101650012B1 (en) | Sensor device and sensing method | |
RU2723968C1 (en) | Device for determining load capacity of microcircuits | |
CA2134310A1 (en) | Wideband digital peak detector | |
RU2208805C2 (en) | Device measuring electric capacitance and/or resistance | |
RU2013030C1 (en) | Device for testing of irregularity of frequency characteristic of sensitivity of microphone | |
SU1448305A1 (en) | Meter of parameters of rxcx(rxlx) two-pole networks | |
US3857097A (en) | Compensating techniques for sensitive wide band voltmeters | |
SU779921A1 (en) | Device for checking non-linearity of amplitude-frequency characteristic | |
SU741453A1 (en) | Device for testing analogue-digital converters | |
SU641663A1 (en) | Arrangement for automatic calibration | |
RU2019834C1 (en) | Method of measuring voltage of single pulses | |
RU2263321C1 (en) | Transformer of voltage to time span | |
SU890317A1 (en) | Device for measuring amplitudes at acoustic logging | |
SU1649465A1 (en) | Frequency deviation meter |