SU1117540A1

SU1117540A1 - Device for mesuring one component of electric field strength vector

Info

Publication number: SU1117540A1
Application number: SU833541740A
Authority: SU
Inventors: Александр Дмитриевич Суханов; Юрий Валентинович Тихомиров; Сергей Васильевич Сидоров
Original assignee: Московский Институт Инженеров Гражданской Авиации
Priority date: 1983-01-19
Filing date: 1983-01-19
Publication date: 1984-10-07

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОДНОЙ КОМПОНЕНТЫ ВЕКТОРА НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ, содержащее прозрачную диэлектрическую пластину, на одну сторону которой нанесен экранируюпшй электрод с отверстием , а на другой стороне соосно отверстию расположен измерительный электрод, отличающеес тем, что, с целью повышени точности измерений за счет устранени вли ни электрических зар дов на поверх ности диэлектрика, в него введена провод ща сетка, закрепленна на экранирующем j. электроде, йлощадь которой равна половине площади отверсти , а измерительный электрод выполнен в йиде двух равных частей, размещенных tMNwreTpil4H6 отнЪсительно диаметра отверсти , совпадающего с границей сетки, и подключенных к дам дифференциального усилител . (Л sJ сл 4A DEVICE FOR MEASURING ONE COMPONENTS OF THE ELECTRIC FIELD VOLTAGE VECTOR, containing a transparent dielectric plate, on one side of which a screening electrode with an aperture is deposited, and on the other side, a measuring electrode is coaxial with the aperture, different from that, in order to improve measurement accuracy by eliminating a hole, there is a measuring electrode on the other side, different in that, in order to improve the accuracy of measurements, the measuring electrode is coaxial with the orifice, which is designed so as to improve the measurement accuracy by eliminating a hole by eliminating a hole through a hole that, in order to improve the accuracy of measurements, there is a section that, in order to improve the accuracy of measurements electric charges on the surface of the dielectric, a conducting grid is inserted into it, which is fixed on the shielding j. the electrode, whose area is equal to half the orifice area, and the measuring electrode is made in two equal parts, placed tMNwreTpil4H6 relative to the diameter of the hole, coinciding with the grid boundary, and connected to the ladies of the differential amplifier. (L sJ cl 4

Description

Изобретение относитс к технике радиоизмерений и может использоватьс дл измерени напр женности электрического пол атмосферы. Известны устройства дл электростатических измерений, основанные на влении электростатической индукции. Чувствительным элементом в этих уст ройствах вл етс провод щий электро помещенный в исследуемую область пол fl 3. Недостатком этих устройств вл етс низка точность измерений. Наиболее близким к изобретению в л етс устройство дл измерени одно компоненты вектора напр женности электрического пол ,содержащее прозрачную диэлектрическую пластину, на Одну сторону которой, нанесенэкранирующий электрод с отверстием, а на другой стороне соосно отверстию расположен измерительный электрод 23 Недостатком известного устройства вл етс низка точность, так как пр измерении стационарных или медленно мен ющихс полей ошибку в измерени внос т зар ды,цо вл ющиес на поверхнести диэлектрика. Зар ды на диэлект рике- могут возникать при осаждении из внешней среды, при инжекции с эле тродов или при коронировании послед них в сильных пол х, при механически воздействи х на диэлектриках за счет пьезот и трибоэлектрических влений, а также по р ду других причин. Электрическое поле от этих зар дов дей- ствует на измерительный электрод таким же образом, как и внешнее ис .Следуемое поле. Известное устройство Не позвол ет отделить сигнал,создаБаемый внешним полем,, от сигнала,порождаемого полем зар дов на диэлектрике . Погрешность, вносима зар дами на диэлектрике, определ етс соотношением величин пол зар дов и из мер емого пол . Приобретенные зар ды удерживаютс на диэлектрике длительное врем . Величина их во времени непосто нна, может мен тьс в широких пределах и в известном устройстве не контролируетс . Поэтому ошибка при измерени х известным устройством может оказатьс непредвиденно большой. Цель изобретени - повышение точ ности измерений за счет устранени Вли ни электрических зар дов на поверхности диэлектрика. Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство дл измерени одной компоненты вектора напр женности электрического пол , содержащее прозрачную диэлектрическую пла стину, на одну сторону которой нанесен экранирующий электрод с отверстием , а на другой стороне соосно отверстию расположен измерительный электрод, введена провод ща cesxa, закрепленна на экранирующем элект роде, площадь которой равна половине площади отверсти , а измерительный электрод выполнен в виде двух равных частей, размещенных симметрично относительно диаметра отверсти , совпадающего с границей сетки, и подключенных к входам дифференциального усилител . На фиг.1 изображено устройство дл измерени одной компоненты напр женности электрического пол ; на фиг.2 - приведены экспериментальные кривые эффективности экранировани сеткой электрического пол в зависимости от рассто ни до сетки. Устройство содержит прозрачную диэлектрическую пластину 1, на которую нанесен экранирующий электрод 2, соединенный с провод щей (экранной) сеткой 3, котора закрывает половину отверсти 4, На противоположной стороне прозрачной диэлектрической пластины 1 сооосно отверстию 4 нанесен измерительный электрод 5, состо щий из двух одинаковых частей, которые расположены симметрично относительно диаметра отверсти 4, совпадающего с границей сетки 3. Обе части измерительного электрода 5 присоединены к входам дифференциального усилител 6 . Устройство работает следующим рбразом. На вычитающий (инвертирующий) вход дифференциального усилител 6.поступает сигнал от той части измерительного электрода 5, котора расположена за экранной сеткой 3. Этот сиг гнал обусловлен зар дами на диэлектрике . На суммирующий вход усилител б поступает сигнал от другой части измерительного электрода 5, обусловленный как зар дами на диэлектрике, так и воздействием внешнего электрического пол . В усилителе 6 происходит алгебраическое вычитание сигналов, и на выходе его образуетс сигнал, пропорциональный действительному значению измер емой величины - нормальной составл ющей вектора напр женности электрического пол . Экспериментальные кривые 7 и 8 (фиг.2) показывают ослабление пол за сеткой в зависимости от рассто ни до нее. Крива 7 приведена дл одномерной сетки, выполненной из тонких параллельных проволок и имеющей соотношение (,025, где dдиаметр проволок, oi - рассто ние между ними. Крива 8 представлена дл двухмерной сетки с тем же соотношением d/M 0,025, где а - в данном случае длина стороны квадратной чейки, Из приведенных графиков следует, что даже очень редка сетка, выполненна из тонкой прово- локй, значительно экранирует электростатическое поле на рассто нии отThe invention relates to a technique of radio measurements and can be used to measure the intensity of the electric field of the atmosphere. Electrostatic measuring devices are known based on the phenomenon of electrostatic induction. The sensitive element in these devices is the field fl 3, which conducts electrically placed in the study area. The disadvantage of these devices is the low measurement accuracy. The closest to the invention is a device for measuring one component of the electric field strength vector, which contains a transparent dielectric plate, on one side of which a screening electrode with an aperture is applied, and a measuring electrode 23 is coaxial with the aperture on the other side , since the measurements of stationary or slowly varying fields introduce an error in the measurement, charges that are on the surface of the dielectric. Dielectric charges can occur during deposition from the external environment, during injection from electrodes or when coronaging the latter in strong fields, with mechanical effects on dielectrics due to piezo and triboelectric effects, as well as for a number of other reasons. The electric field from these charges acts on the measuring electrode in the same way as the external reference. The following field. The known device does not allow separating the signal created by the external field, from the signal generated by the charge field on the dielectric. The error introduced by charges on the dielectric is determined by the ratio of the values of the fields of the charges and the measured field. Acquired charges are held on the dielectric for a long time. Their magnitude is not constant over time, can vary widely, and is not controlled in a known device. Therefore, an error in measuring with a known device may turn out to be unexpectedly large. The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurements by eliminating the effect of electrical charges on the surface of a dielectric. The goal is achieved by the fact that a measuring electrode with a shielding electrode with an aperture is deposited on a device for measuring one component of the electric field strength vector containing a transparent dielectric plate, and a measuring cesxa fixed on the other side is aligned on a shielding electrode, the area of which is equal to half the area of the hole, and the measuring electrode is made in the form of two equal parts, placed symmetrically relative to the diameter pa openings coinciding with the boundary of the grid and connected to the inputs of the differential amplifier. Fig. 1 shows a device for measuring one component of the electric field strength; Fig. 2 shows experimental curves of the effectiveness of shielding an electric field with a grid as a function of the distance to the grid. The device contains a transparent dielectric plate 1, onto which a shielding electrode 2 is applied, connected to a conducting (screen) grid 3, which covers half of the hole 4. On the opposite side of the transparent dielectric plate 1, a measuring electrode 5 consisting of two parts that are located symmetrically with respect to the diameter of the hole 4, which coincides with the boundary of the grid 3. Both parts of the measuring electrode 5 are connected to the inputs of the differential amplifier 6. The device works as follows. The subtracting (inverting) input of the differential amplifier 6. comes from the part of the measuring electrode 5, which is located behind the screen grid 3. This signal is caused by charges on the dielectric. The summing input of the amplifier b receives a signal from another part of the measuring electrode 5, due to both the charges on the dielectric and the external electric field. In amplifier 6, an algebraic subtraction of the signals takes place, and at the output of it, a signal is formed that is proportional to the actual value of the measured value, the normal component of the electric field intensity vector. Experimental curves 7 and 8 (Fig. 2) show a weakening of the floor behind the grid, depending on the distance to it. Curve 7 is for a one-dimensional grid made of thin parallel wires and having a ratio (, 025, where d is diameter of wires, oi is the distance between them. Curve 8 is presented for a two-dimensional grid with the same d / M ratio of 0.025, where In this case, the square of the side of a square cell. It follows from the graphs shown that even a very rare mesh, made of thin wires, significantly shields the electrostatic field at a distance from

сетки,- равном ( 4-5)0 . Так одномерна сетка уменьшает проникающее поле на 85%, а двухмерна - до 95%. Причем столь редка сетка не создает заметных преп тствий дл однородной электризации диэлектрика. Использо .вание менее проницаемых сеток с большим отношением cJ/ct увеличивает эффективность экранировани . Размер сетки , ее конфигурацию и удаление от диэлектрической пластины определ ют в каждом конкретном случае, исход из постановки задачи.При оптимальном выборе параметров экранной сетки noi- решность измерений не превышает 5%.grids - equal to (4-5) 0. So the one-dimensional grid reduces the penetrating field by 85%, and two-dimensional - to 95%. Moreover, such a rare grid does not create noticeable obstacles to the uniform electrification of the dielectric. The use of less permeable grids with a higher cJ / ct ratio increases shielding effectiveness. The size of the grid, its configuration and distance from the dielectric plate are determined in each specific case, based on the formulation of the problem. With an optimal choice of screen grid parameters, no-resolution of measurements does not exceed 5%.

Предлагаема конструкци измерительного электрода, а также использование экранной сетки и дифференциального усилител позвол ют уменьшить погрешность, обусловленную вли ниемThe proposed design of the measuring electrode, as well as the use of a screen grid and a differential amplifier, reduce the error due to the influence of

электростатических зар дов на диэлектрике , и, следовательно, повысить достоверность результатов измерени . Устройство можно .использовать дл измерени электрических параметров electrostatic charges on a dielectric, and, consequently, increase the reliability of measurement results. The device can be used to measure electrical parameters.

атмосферы в грозовых облаках и летательных аппаратов,где используютс значительно более сложные и дорогосто щие устройства - динамическиеatmospheres in thunderstorm clouds and aircraft, which use much more complex and expensive devices — dynamic

фЛЮКСОМ(ЭТрЫ.FLUX (ETRY.

Claims

DEVICE FOR MEASURING ONE COMPONENT OF ELECTRICAL FIELD VECTOR VECTOR, containing a transparent dielectric plate, on one side of which a shielding electrode with a hole is applied, and on the other side there is a measuring electrode coaxial to the hole, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurements by eliminating the influence of electrical charges on the surface of the dielectric, a conductive grid is inserted into it, mounted on the screening electrode f, the area of which is equal to half the area of the hole, and KSR Control electrode is made in two equal parts disposed symmetrically relative to the hole diameter, which coincides with the _z grid boundary, and connected to WMOs-cg give differential amplifier.

I>