SU1173351A1

SU1173351A1 - Method of measuring electric field strength and apparatus for accomplishment of same

Info

Publication number: SU1173351A1
Application number: SU823520669A
Authority: SU
Inventors: Валерий Евгеньевич Корепанов; Станислав Иванович Климов
Original assignee: Физико-механический институт им.Г.В.Карпенко
Priority date: 1982-12-08
Filing date: 1982-12-08
Publication date: 1985-08-15

Abstract

1. Способ измерени напр женности электрического пол , по которому в первом -такте измер ют разность потенциалов между двум разнесенными референц-точками с помощью пары электрических зондов и создают аналогичные потенциалы на охранных кольцах, расположенных в непосредственной близости от зондов, отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерений, во втором такте закорачивают охранные кольца между собой, измер ют разность потенциалов между этими же зондами и вычитают ее из разности потенциалов ,полученной в первом такте. 2. Устройство дл измерени напр женности электрического пол , содержащее два электрических зонда соединенных с входами индивидуальных предусилителей с коэффициентом усилени , равным единице, выходы которых соединены с входами дифференциального усилител , и охранные кольца ,отлич.а ющеес тем, что, с целью повышени точности измерений , в него введены генератор тактовых импульсов, два переключател , запоминающее устройство и вычитающее устройство, причем сигнальные входы переключателей соединены с соответствующими охранными кольцасл ми, первые выходы переключателей соединены с выходами соответствуюпшх предусилителей, вторые выходы соединены накоротко, сигнальный вход запоминающего устройства и первый вход вычитающего устройства подключены к выходу дифференциального усилител sl и к первой выходной клемме, выход 00 запоминающего устройства подключен со к второму входу вычитающего устройСП ства, выход которого соединен с второй выходной клеммой, а управл ющие входы запоминающего устройства и переключателей соединены с выходом генератора тактовых импульсов.1. A method for measuring the intensity of an electric field, in which the potential difference between two separated reference points is measured by a pair of electric probes in the first такт tact and creates similar potentials on guard rings located in the immediate vicinity of the probes, characterized in that in order to increase the accuracy of measurements, in the second cycle the guard rings are short between themselves, the potential difference between these probes is measured and it is subtracted from the potential difference obtained in the first cycle e. 2. A device for measuring the intensity of the electric field, containing two electric probes connected to the inputs of individual preamplifiers with a gain equal to one, the outputs of which are connected to the inputs of a differential amplifier, and guard rings that are different in order to improve the accuracy measurements, a clock pulse generator, two switches, a memory device and a subtractive device are entered into it, and the signal inputs of the switches are connected to the corresponding security devices The first outputs of the switches are connected to the outputs of the corresponding preamps, the second outputs are short-circuited, the signal input of the storage device and the first input of the subtractor are connected to the output of the differential amplifier sl and to the first output terminal, the output 00 of the storage device is connected to the second input of the subtractive device , the output of which is connected to the second output terminal, and the control inputs of the storage device and switches are connected to the output of the clock generator Pulse.

Description

Изобретение относитс к области геофизических исследований и предназначено дл измерени напр женности электрического пол в провод щих средах , в частности на борту искуественных спутников Земли.The invention relates to the field of geophysical research and is intended to measure the strength of an electric field in conducting media, in particular, aboard artificial satellites of the Earth.

Целью изобретени вл етс повьшение точности измерений путем исключени аддитивной погрешности.The aim of the invention is to increase the measurement accuracy by eliminating additive error.

На чертеже представлена функциональна схема устройства дл измерени напр женности электрического пол .The drawing shows a functional diagram of a device for measuring the strength of an electric field.

Устройство содержит электрические зонды 1 и 2 с охранными кольцами 3 и 4, предусилители 5 и 6, переключатели 7 и 8, тактовый генератор 9, дифференциальный усилитель 10, ЗУ 11 вычитающее устройство 12 и выходные клеммы 13 и 14. При этом электрические зонды 1 и 2 подключены к входам соответствующих предусилителей 5 и 6 выходы которых соединены с входами дифференциального усилител 10, и к первым входам соответствующих переключателей 7 и 8. Вторые входы переключателей соединены накоротко, выходы их подключены к соответствующим охранным кольцам 3 и 4, а управл ющие входы соединены с выходом тактового генератора 9, выход которого св зан с управл ющим входом ЗУ 11, выход которого соединен с вторым входом вычитающего устройства 12, сигнальный вход ЗУ 11 и первый вход вычитающего устройства 12 подключены к выходу дифференциального усилител 10, а выходы вычитающего устройства 12 и дифференциального усилител 10 соединены с выходными клеммами 13 и 14 соответственно.The device contains electrical probes 1 and 2 with guard rings 3 and 4, preamplifiers 5 and 6, switches 7 and 8, a clock generator 9, a differential amplifier 10, a charger 11, a subtractor 12 and output terminals 13 and 14. At the same time, electrical probes 1 and 2 are connected to the inputs of the corresponding preamplifiers 5 and 6, the outputs of which are connected to the inputs of the differential amplifier 10, and to the first inputs of the corresponding switches 7 and 8. The second inputs of the switches are connected to a short circuit, their outputs are connected to the corresponding guard rings 3 and 4, and The inputs are connected to the output of the clock generator 9, the output of which is connected to the control input of the memory unit 11, the output of which is connected to the second input of the subtractor 12, the signal input of the memory 11 and the first input of the subtractor 12 are connected to the output of the differential amplifier 10, and the outputs subtractive device 12 and the differential amplifier 10 are connected to output terminals 13 and 14, respectively.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Тактовый генератор-9 осуществл ет переключение тактов работы, выдава попеременно на своем выходе, например , нули и единицы с требуемой скважностью .The clock generator 9 performs the switching of work cycles, giving out alternately at its output, for example, zeros and ones with the required duty cycle.

Пусть четные такты на выходе тактового генератора 9 - сигнал 1. Этот сигнал переводит переключатели 7 и 8 в верхнее положение и они закорачивают охранные кольца 3 и 4. Одновременно единичный сигнал включает режим запоминани в ЗУ 11, которсе запоминает сигнал с выхода дифференциального усилител 10, равный аддитивной погрешности всего измерительного тракта (зонды 1 и 2, предусилители 5 и 6 и дифференциальный усилитель 10). Сигнал на выходе ЗУ 11 присутствует посто нно, в результате чего в эти такты сигнал на выходе вычитающего устройства 12 равен нулю, так как на обоих его выходах одинаковые сигналы: на одном выходной сигнал дифференциального усилител 10, на другом - тот же сигнал, но пропущенный через ЗУ 11.Let the even clocks at the output of the clock generator 9 - signal 1. This signal switches the switches 7 and 8 to the upper position and they short the guard rings 3 and 4. At the same time, the single signal switches on the memory mode in memory 11, which remembers the signal from the output of the differential amplifier 10, equal to the additive error of the entire measuring path (probes 1 and 2, preamps 5 and 6 and the differential amplifier 10). The signal at the output of memory 11 is constantly present, as a result of which the signal at the output of subtractive device 12 is zero, since both of its outputs have the same signals: at one output of the differential amplifier 10, at the other - the same signal, but missing through memory 11.

В нечетные такты О на выходе тактового генератора, 9 переводит переключатели 7 и 8 в нижнее положение , они раскорачивают охранные колца 3 и 4 и подсоедин ют их к выходу предусилителей 5 и 6 (последн операци помогает дополнительно устранить искажени пол , вызванные корпусом измерительного устройства, например спутника, на котором установлена система зондов).In the odd clock cycles O at the output of the clock generator, 9 switches the switches 7 and 8 to the lower position, they unfold the guard rings 3 and 4 and connect them to the output of the preamps 5 and 6 (the latter operation helps to further eliminate field distortions caused by the measuring device body, for example, the satellite on which the probe system is installed).

Одновременно нулевой сигнал запирает запоминающий вход ЗУ 11 и на его выходе остаетс напр жение, запомненное в предьщущем четном такте Теперь на выходе дифференциального усилител 10 имеетс напр жение, состо щее из полезного измер емого сигнала и аддитивной погрещности, а на выходе ЗУ 11 только сигнал аддитивной погрешности. В результате на выходе вычитающего устройства 12 будет только измер емьй сигнал .At the same time, the zero signal locks the memory input of the charger 11 and at its output remains the voltage stored in the preceding even cycle. Now at the output of the differential amplifier 10 there is a voltage consisting of a useful measured signal and additive error, and at the output of the charger 11 only an additive signal errors. As a result, the output of the subtractor 12 will be only a measurable signal.

Следует также учесть, что обычно паразитные сигналы весьма медленно измен ютс во времени. Поэтому длительность четных и нечетных тактов может быть выбрана таким образом, чтобы коррекцию паразитного сигнала проводить довольно редко (только тогда, когда его дрейф превысит допустимую погрешность). В этом случае учитыва , что входные цепи дл измерени напр женности электрического пол в космической плазме вл ютс весьма высокоомными, можно не учитывать вли ни переходных процессов, имеющих довольно большую длительность (до дес тков секунд), что еще более повысит точность измерени , так как позволит избавитьс от динамической погрешности, неминуемой в случае частой коммутации входных цепей.It should also be noted that usually spurious signals change very slowly over time. Therefore, the duration of even and odd cycles can be chosen so that the correction of the parasitic signal is carried out quite rarely (only when its drift exceeds the allowable error). In this case, taking into account that the input circuits for measuring the intensity of the electric field in a cosmic plasma are very high resistance, the effects of transients that have a rather long duration (up to ten seconds) can be disregarded, which will further increase the measurement accuracy, since This will eliminate the dynamic error imminent in the case of frequent switching of input circuits.

7 7

гоgo

11eleven

- /J- / J

J2J2

Claims

1. The method of measuring the electric field, according to which in the first step the potential difference between two spaced reference points is measured using a pair of electric probes and create similar potentials on the guard rings located in the immediate vicinity of the probes, characterized in that, in order to increase measurement accuracy, in the second step the guard rings are shorted between themselves, the potential difference between the same probes is measured and subtracted from the potential difference obtained in the first measure.

2. A device for measuring electric field strength, containing two electric probes connected to the inputs of individual preamplifiers with a gain equal to unity, the outputs of which are connected to the inputs of a differential amplifier, and guard rings, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurements, it introduced a clock generator, two switches, a storage device and a subtractor, and the signal inputs of the switches are connected to the respective guard rings, The first outputs of the switches are connected to the outputs of the corresponding preamplifiers, the second outputs are short-circuited, the signal input of the storage device and the first input of the subtractor are connected to the output of the differential amplifier and to the first output terminal, the output of the storage device is connected to the second input of the subtractor, the output of which is connected to the second output terminal, and the control inputs of the storage device and switches are connected to the output of the clock generator.