SU1167533A1 - Устройство дл измерени электропроводности и концентрации электронов нестационарной плазмы - Google Patents

Abstract

УСгРОЙСТВО ДЛЯ ИЗЖРЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ И КОНЦЕНТРАЩШ ЭЛЕКТРОНОВ НЕСТАЦИОНАРНОЙ 1ШАЗШ, содержащее индуктивный преобразователь , включенный в измерительный контур двухконтурной резонансной . системы автогенератора, амплитудный детектор, вход которого соединен с измерительным контуром, а выход - с блоком регистрации, о тличающеес  тем, что, с целью повьшени  точности и расширени  диапазона измерений, между измерительным контуром и блоком регистрации включен блок синхроннофазового след щего фильтра, содержащий импульсно-фазовый детектор с запоминающим конденсатором на выходе , первый вход импульсно-фазового детектора соединен с измерительным контуром, второй вход с выходом генератора эталонного сигнала, а выход - с блоком регистрации и через последовательно соеди (Л ненные фильтр разностной частоты и усилитель посто нного тока - с управл ющим элементом измерительного контура.

Description

9:1 м

со

САЭ

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к устройствам дл  исследовани  электрофизических свойств газа в высокотемпературных газодинамических установках кратковременного действи .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и расширение диапа|зона измерений путем одновременно|го измерени  электропроводности и концентраций электронов нестационарной плазмы.

На чертеже представлена блоксхема устройства дл  измерени  электропроводности и концентрации электронов нестационарной плазмы.

Устройство содержит автогенератор 1, измерительный контур 2 с управл ющим элементом, амплитудный .детектор 3, блок 4 регистрации эталонной последовательности импуль сов (ЭПИ), импульсно-фазовый детектор 5, генератор 6 эталонного синала (ЭПИ), запоминающий конденсатор 7, фильтр 8 разностной частоты, усилитель 9 посто нного тока.

Вход амплитудного детектора 3 соединен с измерительным контуром 2 а выход - с первым входом блока 4 регистрации. Первый вход импульснофазового детектора 5 также соединен с измерительньЫ контуром 2, второй вход - с генератором 6 эталонного сигнала, а выход, нагруженный на запоминающий конденсатор 7, соединен с вторым входом блока 4 регистрации и с входом фильтра 8 разностной частоты, представл ющего собой интегрально-дифференцирующее звено, выход которого соединен с входом усилител  9 посто нного тока , выходом соединенного с управл ющим элементом измерительного контура 2.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на вход импульснофазового детектора 5 эталонного сигнала с выхода генератора 6 на выходе детектора 5 вырабатываютс  короткие импульсы, амплитуда которых пропорциональна разности фаз меду колебанием измерительного контура 2 и поступакщим с генератора 6 эталонным сигналом. При поступлении на вход детектора 5 эталонного сигнала с посто нной начальной расстройкой Р„ ( ск относительно резонансной частоты контура 2, перва  разность его фазы в промежутке между двум  импульсами задана и  вл етс  посто нной величиной

.пи... (з

интервал между дискретгде п ными значени ми времерегулировани  Tnj

а,2ГР,Тр относительна  начальна  расстройка.

Работа устройства основана на сравнении фаз колебаний измерительнго контура и эталонной последователности импульсов и установлении посто нной разности фаз этих колебаний имеющих одинаковые частоты, завис щей от расстройки измерительного (синхронизируемого) контура ;

Частота (синхронизируемого) контура выбираетс  равной частоте какой-либо гармоники эталонной последовательности импульсов. При этом длительность импульса эталонного сигнала настолько мала, что внутри импульса разность фаз сигнала и (синхронизируемого) контура  вл етс  посто нной. При прохождении ударного фронта через индуктивный преобразователь (катушку контура 2) охватывающий движущийс  проводник, в нем возникает магнитный поток (вихревые токи), который вызывает при комплексном изменении сопротивлений , вносимых в контур проводником , по вление ЭДС электромагнитной индукции (сигнала).

При расстройке измерительного контура (при изменении его собственной частоты), разность фаз сравниваемых напр жений измен етс  и импульсно-фазовый детектор 5 вырабатывает сигнал фазовой ошибки ( . Этот сигнал  вл етс  последовательностью разности фаз напр жени  (синхронизируемого ) контура 2 и необходимой гармоники ЭПИ генератора в моменты дискретного времени.

Сформированный импульсный сигнал с выхода детектора 5 на врем  действи  импульса подключаетс  к запоминающему конденсатору 7, с помощью которого на выходе формируетс  сту: .пенчатое пр моугольное напр жение, которое через фильтр 8 и усилитель посто нного тока управл ет частотой измерительного контура 2. Воз3

действу  на управл ющий элемент, это напр жение измен ет резонансную частоту контура 2 в соответствии с законом вхО|ЦНого сигнала. По измеренным напр жени м на входе блока А регистрации определ ют проводимость и и концентрацию

п- электронов плазмы по формулам о

ьн («o-oo RKN c|(Rrp/R,);

Шо 7 mjjfo 1

,,

е

(о ° е u77(Rrp/Rj

где Шр, е и fg - масса, зар д электрона и диэлектрическа  посто нна  соответственно; 0 - поправочный коэффициент;

УО собственна  резонансна  частота; Мд- магнитна  проницаемость;

вносимое в контур активное сопротивление;

, радиусы границы потока и контура COO ветственно;

U0 - изменение собственной резонансной частоты измерительного контура.

При этом Гц, определ ют из измен ни  амплитуды напр жени  на измерительном контуре при внесении плдз мы , а й(0 - из изменени  на запоми- нающем конденсаторе в тот же момент времени.

При стабильности частоты ЭПИ 10 предлагаемое устройство обеспечивает точность синхронизации по частоте и фазе 0,05 град., что позвол ет реализовать точность измерител  до 1-3%.

Сравнительные оценки и расчетные данные измеренных d и Пр с известными показывают, что при наибольшей относительной полосе захвата и начальной расстройке включенного блока синхронно-фазового след щего фильтра в реальном масштабе времени 1-2 мкс обеспечиваетс  наименьша  дисперси  ошибок воспроизведени  частоты и фазы d, и бД , которые не превышают величиТ СК .

ны о,1 рад.

675334

При относительной нестабильности частоты контура 2 Е, 10 отклонение резонансной частоты от равновесного и разности фаз от ((ста.н динамическа  ошибка слежени  (воспроизведени ) составл ет доли радиан б9$0,1 рад., или 12-13 град.

В результате повьш1аетс  частотна  и фазова  стабильность измерительного контура в режиме синхронизма . Это позвол ет снизить динамическую ошибку воспроизведени  в 5-10 раз и Повысить точность измерител  до 1-3 по сравнению с 10-20% известноt5 го устройства.

Благодар  включению в измеритель новог о блока синхронно-фазового след щего фильтра в полосе удержани  максимально возможного отклонени 

20 частоты и фазы измерительного контура и и Дц 1 обеспечиваетс  наилучша  фильтраци  помех. При максимально допустимой амплитуде девиации фазы ошибка, обусловленна 

25 действием помехи, при дискретной шумовой полосе д F J.3 3 кГц не превьшгает 0,1-0,15 рад., что снижает значение этих величин в 3-5 раз по сравнению с данными известных устройств.

Быстродействие измерител  сохран етс  высоким ( мкс) . При этом обеспечиваетс  наименьша  динамическа  ошибка воспроизведени  частоты и , фазы в режиме синхронизма (,1радД Это позвол ет повысить помехоустойчивость и надежность измерител  в услови х воздействи  электромагнитных помех, сопутствующих мощным импульс .,„ ным разр дам малой длительности

4

10 - 10 с, в 3-5 раз, что расшир ет сферу применени  измерител  и позвол ет его использовать при исследовании электрофизических свойств 5 нестационарной плазмы с высоким : разрешением во времеКи.

Кроме того, поскольку дл  случа  сильных ударных волн, когда степень ионизации велика, электропроводность

50 полностью ионизованной плазмы практически не зависит от концентрации электронов ng и пропорциональна Тд f, возможно использование данного измерител , обеспечивающе55-го повьш1енную точность 1-3%, дл  определени  Те и - - частоты упругих столкновений электронов с частицами (ионами).

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ И КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕКТРОНОВ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ПЛАЗМЫ, содержащее индуктивный преобразователь, включенный в измерительный контур двухконтурной резонансной .

   ^системы автогенератора, амплитудный детектор, вход которого соединен с измерительным контуром, а выход - с блоком регистрации, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, между измерительным контуром и блоком регистрации включен блок синхроннофазового следящего фильтра, содержащий импульсно-фазовый детектор с запоминающим конденсатором на выходе, первый вход импульсно-фазового детектора соединен с измерительным контуром, второй вход с выходом генератора эталонного ~ сигнала, а выход - с блоком регист- £ * рации и через последовательно соеди- л л ненные фильтр разностной частоты и усилитель постоянного тока - с ζΤ управляющим элементом измерительного контура. 1167533