SU1394167A1

SU1394167A1 - Method of measuring components of intensity vector of undisturbed electrostatic field of atmosphere from aircraft

Info

Publication number: SU1394167A1
Application number: SU864078129A
Authority: SU
Inventors: Кир Сергеевич Жупахин
Original assignee: Главная геофизическая обсерватория им.А.И.Воейкова
Priority date: 1986-05-21
Filing date: 1986-05-21
Publication date: 1988-05-07

Abstract

Изобретение относитс к электроизмерительной технике. Цель изобретени - з еличение точности измерений путем учета зар да летательного ап- . парата (ЛА). Производ т оценку величины и знака ЛА. Снижают до миним. Зфовень мешающего пол эл. зар да ЛА в каждой из контрольных точек (КТ) его поверхности. При этом производ т измерение составл к цих вектора напр женности злектростатич. пол атмосферы по данным измерений в этих КТ. Снижение уровн мешающего пол зл. зар да ЛА в каждой из КТ осуществл -. етс методом компенсации мешающего пол с помощью вспомогательного эл. пол , к-тое формируют на основании оценки величины и знака эл. зар да ЛА, получаемой из суммы предварительно проинтегрированных сигналов из 2-х КТ. Контроль за достижением миним мешающего пол в КТ осуществл ют по величине оценки эл. зар да ЛА, к-ра д.б. близкой к нулю. При достаточном снижении уровн мешающего пол устран ютс нелинейные искажени в процессе усилени сигналов, когда уровень мешаюцего пол эл. зар да чрезмерно высок. Т. обр. устран етс один из основных источников погрешностей измерени составл кицих невозмущенного электростатич. пол атмосферы с ЛА. При более существенном снижении уровн мешающего пол , когда им можно пренебречь, устран етс и 2-й источник погрешности - много- параметричность расчетных соотношений , т.е. обеспечиваетс возможность измерений составл ющих вектора напр женности электростатнч, пол атмосферы с ЛА непосредственно по данным измерений, проводимых в КТ его поверхности . 2 ил. с . вг&amp; ЫThis invention relates to electrical measuring technology. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy by taking into account the charge of the aircraft an-. parata (LA). Evaluate the magnitude and sign of the aircraft. Reduced to min. Zfveni interfering floor e. charge LA in each of the control points (CT) of its surface. At the same time, the measurement was made of the zix of the vector of the elec- trostatic intensity. the floor of the atmosphere as measured in these CT. Reducing the level of interfering sex PLN. charge of LA in each of the CT method of compensating the interfering field using an auxiliary email. the floor, which is formed on the basis of an estimate of the magnitude and sign of the el. charge of the aircraft obtained from the sum of pre-integrated signals from 2 CT. Monitoring of the minimum of interfering sex in a CT is carried out by the value of the e-mail estimate. charge of LA, to-ra db. close to zero. With a sufficient reduction in the level of the interfering field, nonlinear distortions are eliminated in the process of amplifying signals, when the level of the interfering field is el. charge is excessively high. T. arr. One of the main sources of measurement error is the component of the unperturbed electrostatic. floor atmosphere with LA. With a more significant reduction in the level of the interfering field, when they can be neglected, the 2nd source of error, the multiparameter of the calculated ratios, i.e. it is possible to measure the components of the electrostatic vector intensity vector, the floor of the atmosphere with an aircraft directly according to measurements made in the CT of its surface. 2 Il. with . w &amp; S

Description

113113

Изобретение относитс к электроизмерительной технике, в частности к области измерени нагф женности электрического пол Земли, и может быть :использовано при проведении как само- летных метеорологических,так и других исследований электростатических полей .The invention relates to electrical measuring equipment, in particular, to the field of measuring the density of the electric field of the Earth, and can be: used in conducting both airborne meteorological and other studies of electrostatic fields.

Цель изобретени - увеличение точности измерений путем учета зар да летательного аппарата.The purpose of the invention is to increase the measurement accuracy by taking into account the charge of the aircraft.

На фиг. 1 показаны места установки датчиков на летательном аппарате; на фиг. 2 - структурна электрическа схема устройства, реализующего пред- лагаемьй способ.FIG. 1 shows the installation locations of the sensors on the aircraft; in fig. 2 is a structural electrical circuit of a device implementing the proposed method.

Устройство дл реализации способа измерени составл ющих вектора напр женности невозмущенного электростати- ческого пол атмосферы с летательного аппарата содержит датчики 1 пол (устанавливаютс в контрольных точках А, В, С и F поверхности летательного апарата) ротационного типа с измерительной и экранной пластинами и неподвижным экраном, усилительA device for implementing the method of measuring the components of the vector of the intensity of the unperturbed electrostatic field of the atmosphere from an aircraft contains sensors 1 field (installed at the control points A, B, C and F of the surface of the aircraft) rotary type with measuring and screen plates and a fixed screen, amplifier

2сигналов датчиков пол , детекторы2signal sensors floor detectors

3огибанщих сигналов, интеграторыSignal suppressors, integrators

4с регулируемыми посто нными време- ни, суммирующий блок 5, блок 6 измерени (оценки), блок 7 (или усилитель формировани управл ющих напр жений, подаваемых на управл ющие электроды датчиков с целью компенсации мешающего пол , измеритель 8 составл ющей4 with adjustable constant time, summing unit 5, measurement (evaluation) unit 6, unit 7 (or a control voltage shaping amplifier applied to the control electrodes of the sensors to compensate for the interfering field, meter 8

Ej, измеритель 9 составл ющей Е, измеритель 10 составл ющей Е,.Ej, meter 9, component E, meter 10, component E ,.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Пусть измерени составл ющих (Е,, Е, Е) вектора (Е) напр женности невозмущенного электростатического пол атмосферы производ т с летательного аппарата, провод ща поверхность которого условно представлена в виде параллелепипеда (фиг. 1). Контрольные точки А, В, С и F выбраны на поверхности летательного аппарата в местах пересечени ортогональных нейтральных плоскостей, причем в данном случае А и В выбраны особо (т.е. АВ Ц Eg).Let the measurements of the components (E, E, E) of the vector (E) of the intensity of the unperturbed electrostatic field of the atmosphere be made from an aircraft, the conducting surface of which is conventionally represented as a parallelepiped (Fig. 1). The control points A, B, C, and F are selected on the surface of the aircraft at the intersections of the orthogonal neutral planes, and in this case A and B are specially chosen (i.e. AB C Eg).

В каждой из контрольных точек (А, В, С и F) на поверхности летательного аппарата располагают по датчику 1 пол (например, ротационного типа с плоскими пластинами), с помощью которых преобразуют величины и знаки на- пр женностей пол , действующих в этихAt each of the control points (A, B, C, and F) on the surface of the aircraft, a 1-field sensor is placed (for example, of a rotary type with flat plates), with the help of which the values and signs of field strengths acting in these

Q Q

5 five

0 5 0 5

о about

0 0

е e

5five

00

5five

672672

точках, в электрические сигналы (фиг. 2). Затем эти сигналы усиливают с помощью усилителей 2 низкой частоты, детектируют с помощью детекторов 3 и интегрируют с помощью интеграторов 4 с элементами регулировани посто нных времени интегрировани (например КС-цепи с регулируемыми параметрами ) . Затем в пропорции, учитьшаю- щей коэффициенты св зи, суммируют . сигналы из выбранных контрольных точек А и В с помощью суммирук цего блока 5, на выходе которого получают электрический сигнал, по величине и пол рности которого с помощью блока 6 оценивают величину и знак электрического зардца летательного аппарата. В простейшем случае, в качестве блока 6 может быть использован, например, миллиамперметр. По полученной таким образом оценке электрического зар да летательного аппарата определ ют интенсивности и знаки полей электрического зар да летательного аппарата в каждой из контрольных точек. Дл формировани вспомогательных (компенсирующих ) полей используют блок 7 формировани управл ющих напр жений, с помощью которого могут быть Получены управл ющие напр жени необходимой величинБ и пол рности. Сама операци формировани вспомогательных полей осуществл етс в датчиках 1 пол , на неподвижные экраны которых подаютс эти управл ющие напр жени . Следовательно, на вход усилителей 2 поступают сигналы, вл ющиес результатом алгебраического сложени естественньпс и вспомогательных электрических полей. Этим самым при компенсации мешающих полей обеспечиваетс устранение двух основных источников погрещностей: многопараметрич- ность расчетных соотнощений и нелинейные искажени в процессе усилени сигналов.points in electrical signals (Fig. 2). These signals are then amplified using low-frequency amplifiers 2, detected with the help of detectors 3, and integrated with the help of integrators 4 with elements for controlling the integration time constant (for example, a KS circuit with adjustable parameters). Then, in proportion, the coupling coefficients are summed up. The signals from the selected control points A and B are summed by block 5, the output of which receives an electrical signal, the magnitude and polarity of which by means of block 6 estimate the magnitude and sign of the electric aircraft. In the simplest case, as a block 6, for example, a milliammeter can be used. According to the estimate of the electric charge of the aircraft thus obtained, the intensities and signs of the electric charge fields of the aircraft are determined at each of the control points. For the formation of auxiliary (compensating) fields, a control voltage generation unit 7 is used, with which the control voltages of the required values of polarity and polarity can be obtained. The operation itself of forming the auxiliary fields is carried out in the field sensors 1, on the fixed screens of which these control voltages are applied. Consequently, signals are received at the input of amplifiers 2, which are the result of the algebraic addition of natural and auxiliary electric fields. Thus, when compensating for the interfering fields, the elimination of two main sources of faults is ensured: the multiparameter of the calculated ratios and nonlinear distortions in the process of amplifying the signals.

Определение составл ющих неискаженного электростатического пол атмосферы с летательного аппарата может быть осуществлено путем замеров проинтегрированных сигналов из каждой контрольной точки с помощью измерителей 8, 9 и 10 составл ющих Е,, Е, и Е, соответственно (фиг. 2).The components of the undistorted electrostatic field of the atmosphere from an aircraft can be determined by measuring the integrated signals from each control point using meters 8, 9 and 10 components E, E, and E, respectively (Fig. 2).

В качестве указанных измерителей в простейшем случае- могут быть использованы , например, обычные -миллиамперметры и т.д. Отметим, что в качестве показател достаточно полной компенсации в нашем случае выбрана оценка электрического зар да, получаема с помощью блока 6, близка к нулю.In the simplest case, as such meters, conventional -milliammeters, etc. can be used. Note that in our case, as an indicator of sufficiently complete compensation, the estimate of the electric charge obtained using block 6 is close to zero.

Пусть в выбранньрс контрольных точках А, В, С и F (фиг. 1) установлены датчики измерителей электростатического пол атмосферы дл измерени трех JO его ортогональных составл ющих Е,, Ё Е, и собственного электрического зар да летательного аппарата Q. Тогда амплитуда напр жени на выходах датчиков определ етс системой уравнений J5Suppose that at the control points A, B, C, and F (Fig. 1) sensors of the electrostatic field of the atmosphere are installed to measure three JO of its orthogonal components E ,, E, and the own electric charge of the aircraft Q. Then the voltage amplitude at the sensor outputs is determined by the system of equations J5

-2 -2

(1 - к: .к:). () if(1 - to:. To :). () if

(К; Ki)(1-||-;f|)(K; Ki) (1- || -; f |)

А BUT

(3)(3)

Если к неподвижному экрану датчиков А, В, С и F приложить посто нные напр жени , определ емые соотношени миIf the fixed screen of the sensors A, B, C, and F apply a constant voltage defined by the ratios

II

15 15

Un. iftQJUn. iftQJ

ев K i +К EV K i + K

Ед Кд.р + К,ЕEd Kd.r + K, E

ЕE

Kl-Q - ,;Kl-Q -,;

ЕС KC-Q + EU KC-Q +

Ер Kp-Q + .Е,;Ep Kp-Q + .E ;;

где Кд, Кд KB, KgJ Kg, К, Kp t Кр- коэффициенты св зи, завис щие от конфигурации провод щей поверхности летательного аппарата.where Kd, Kd KB, KgJ Kg, K, Kp t Kp are coupling coefficients depending on the configuration of the conducting surface of the aircraft.

Согласно (1), учиташа операцииAccording to (1), teach operations

преобразовани , усилени и детектировани , имеем дело не с самими пол ми Ед, ЕВ, ЕС и EF, а с напр жени ми Uoftr, UOB , UDC и UOF на выходе измерительных каналовtransformation, amplification and detection, we are not dealing with the fields Un, EB, EC and EF, but with the voltages Uoftr, UOB, UDC and UOF at the output of the measuring channels

UAO КА-ЕА;UAO KA-EA;

,.E,; Uco КС-ЕС; Upo К., .E ,; Uco CS-EU; Upo K.

где Кд, Kg, К(. и Кр - коэффициенты св зи измерительных каналов А, В, С и F, учитьшающие изменени интенсив- ностей сигналов при выполнении операций их преобразовани , усилени и детектировани .where Kd, Kg, K (. and Kp are the coupling coefficients of the measuring channels A, B, C, and F, which account for changes in the intensities of signals during the operations of their conversion, amplification, and detection.

Искомые величины ЕRequired values of E

1 one

Е, И QE, and Q

определ ютс с помощью соотношений determined by the ratios

КсKc

С ТГ сC TG with

-- 1 П- к - 1 P - to

(4)(four)

(1)(one)

КTO

2020

W И Q W and Q

25 25

3535

4040

5050

55 55

30thirty

где 1д, Ig, 1, IP - константы датчиков , пропорциональные рассто нию между неподвижным экраном и измерительной пластиной, то вид соотношений (3) значительно упрощаетс where 1e, ig, 1, ip are sensor constants proportional to the distance between the fixed screen and the measuring plate, the form of relations (3) is greatly simplified

Е, пт г} Кр КрE, Fri g} Cr Cr

Ег -г -тг;(5)Er-r-tg; (5)

KC Kj.KC Kj.

UA УВUA HC

г. year

5 г j-ir 5 g j-ir

Кд +Кц Cd + cc

Данное упрощение результатов измерений происходит вследствие того, что при подаче на неподвижтю экраны датчиков А, В, С и F напр жений, определ емых из формул (1), происходит компенсаци электростатического пол , обусловленного зар дом Q летательного аппарата.This simplification of the measurement results is due to the fact that when the sensors A, B, C, and F are applied to the stationary screens, determined from formulas (1), the electrostatic field is compensated for by the charge Q of the aircraft.

Предлагаемый способ измерени составл ющих вектора напр женности невозмущенного электростатического пол атмосферы с летательного аппарата можно условно разбить на две стадии. На первой стадии производ т оценку величины и знака электрического зар да летательного аппарата. На второй стадии снижают до минимума (в пределе - до нул ) уровень мешающего пол электрического зар да летательного аппарата в каждой из контрольных точек , его поверхности и при этом производ т измерение составл к цих вектора напр женности электростатического пол атмосферы непосредственно поThe proposed method of measuring the components of the intensity vector of the unperturbed electrostatic field of the atmosphere from an aircraft can be divided into two stages. At the first stage, the magnitude and sign of the electric charge of the aircraft is estimated. In the second stage, the level of the electric charge of the aircraft interfering the field at each of the control points and its surface is reduced to a minimum (in the limit - to zero), and the measurement of the intensity vector of the electrostatic field of the atmosphere to

данным измерений в этих контрольных точках. Причем снижение уровн меша- кщего пол электрического зар да летательного аппарата в ка здой из контрольных точек осуществл етс методом 1|:омпенсации мешающего пол с помощью : спомогательного электрического пол которое формируют на основании оцен- величины и знака электрического Нар да летательного аппарата, получаемой из суммы предварительно проинтегрированных сигналов из двух выбранных контрольных точек летательного аппара- а.При этом контроль за достижением нимума мешающего пол в каждой из онтрольных точек осуществл ют по ве ичине оценки электрического зар да ле ательного аппарата, котора в этом чае должна быть близкой к нулю. При достаточном снижении уровн мешающего пол устран ютс нелинейные искажени в процессе усилени сигналов, когда уровень мешающего пол электрического зар да чрезмерно . высокий.Таким образом,устран етс |один из основных источников погреш- |ностей измерений составл ющих невоз- 1мущенного электрического пол атмо- I сферы с летательного аппарата. I При более существенном снижении уровн мешающего пол , когда им практически можно пренебречь по сравнению с уровнем измер емого пол , устран етс и второй из основных источников погрешностей измерений - многопараметричность расчетных соотношений (3), т.е. обеспечиваетс возможность измерений составл ющих вектора напр женности электростатического пол атмосферы с летательного аппарата непосредственно по данным измерений , производимых в отдельных контрольных точках его поверхности.measurement data at these control points. Moreover, the level of the interfering field of the electric charge of an aircraft in each of the control points is reduced by the method 1 |: compensating the interfering field with: an auxiliary electric field which is formed on the basis of the estimated value and sign of the electric part of the aircraft obtained from the sum of the pre-integrated signals from the two selected control points of the aircraft. At the same time, the control of reaching the minimum of the interfering field in each control point is carried out ve Ichin estimates electric charge les atelnogo apparatus, which in this tea must be close to zero. With a sufficient reduction in the level of the interfering field, nonlinear distortions are eliminated in the process of amplifying signals when the level of electric field interfering with the field is excessive. high. Thus, one of the main sources of measurement errors of the components of the unperturbed electric field of the atmosphere from an aircraft is eliminated. I With a more significant reduction in the level of the interfering field, when they can practically be neglected in comparison with the level of the measured field, the second of the main sources of measurement error is eliminated: the multiparameter of the calculated relations (3), i.e. it is possible to measure the components of the intensity vector of the electrostatic field of the atmosphere from an aircraft directly from measurements made at individual control points on its surface.

Существенное упрощение способа измерени , а также введение в качег стве показател достижени достаточно полной компенсации мешающего пол действующего в контрольных точках летательного аппарата, оценки электрического зар да, близкой к нулю, позвол ет при технической реализации способа сравнительно легко автоматизировать процесс измерени всех составл ющих вектора напр женности электростатического пол атмосферы с летательного аппарата. С этой целью можно, например, применить цепь обратной св зи, с помощью которой, исA significant simplification of the measurement method, as well as the introduction of the indicator of achieving a sufficiently complete compensation for the interfering field of the aircraft operating at the control points, an estimate of the electric charge close to zero, makes it relatively easy to automate the process of measuring all components of the vector the electrostatic field of the atmosphere from the aircraft. For this purpose, it is possible, for example, to apply a feedback loop, with the help of which

5five

00

Q 5 Q 5

пользу электрический сигнал, кара- ктеризукиций оценку электрического зар да, в качестве управл ющего, осуществить управление формируемыми вспомогательными пол ми в каждой из контрольных точек поверхности летательного аппарата.favoring an electric signal, caracterization evaluating the electric charge, as a control signal, to control the generated auxiliary fields at each of the control points of the surface of the aircraft.

Claims

The invention The method of measuring the components of the intensity vector of the unperturbed electrostatic field of the atmosphere from an aircraft, including measuring the field intensity at the intersection points of two vertical longitudinal and transverse neutral planes with the surface of the aircraft A and B, respectively, as well as at the intersection points of vertical longitudinal and transverse and horizontal neutral planes with the surface of the aircraft C and F, respectively, by means of sensors rotary type of the measuring plates and a screen fixed screen and connected to the probe body, and calculating the charge of the aircraft by the formula

, 4UA.

and.

Q

) p- (1 + k; -k;)

Kv

v v

(v - -A

tK, + KB) U. „

)

characterized in that, in order to increase the measurement accuracy by taking into account the charge of the aircraft, the fixed screen of the sensors is disconnected from the body and the constant voltages are respectively equal to it

Kc

Kir

i icQ; v ii ipQ.

l

measure the voltages at the sensor outputs at points A, B, C and F - U, Ug, U., Up, respectively, and calculate the values of the components of the strength vector of the unperturbed electric field using the formulas

to - UE .. E - E -.

and; to; k; + k;

t

where Kd, KB, KC, Kp are the hardware coefficients of the sensor channels at points A, B, C, and F, respectively; K, Kg, Kd, K, K., Kp are the coupling coefficients of a given type of flying device.

UAO. UBO voltages measured appropriately with the grounded stationary outputs of the A and B sensor channels with the corresponding screen.

FIG. 2