Устройство для измерения электрических и магнитных полей промышленной частоты

Полезная модель может быть использована для измерения напряженности электрических и магнитных полей промышленной частоты эллиптической поляризации. Технический результат заключается в устранении погрешности измерения, вызванной задержкой времени при переключении предварительного усилителя-мультиплексора между каналами по осям X, Y, и Z. Технический результат достигается тем, что измерительный модуль дополнительно содержит три коммутатора аналоговых сигналов, с одной стороны связанных с тремя емкостными изотропными датчиками электрического поля, расположенными на поверхности шарообразной конструкции по осям X, Y, Z, и с тремя индукционными изотропными датчиками магнитного поля, расположенными внутри шаровой конструкции по осям X, Y, Z, а с другой стороны с трехканальным усилителем, снабженным регулятором коэффициента усиления, выходы трехканального усилителя соединены с входами в трехканальный фильтр основной гармоники, выходы которого соединены с входами в трехканальный выпрямитель, и далее, выходы выпрямителя соединены с входами в микроконтроллер измерительного модуля, содержащий трехканальный измерительный преобразователь, и соединенный с коммутаторами аналоговых сигналов, с трехканальным усилителем, источником питания и оптическим приемопередатчиком, расположенным в шаровой конструкции, вход/выход микроконтроллера измерительного модуля соединен с входом/выходом в оптический приемопередатчик, второй вход/выход оптического приемопередатчика измерительного модуля соединен с оптическим приемопередатчиком модуля интерфейса оптической линией, вход/выход оптического приемопередатчика модуля интерфейса соединен с входом/выходом микроконтроллера модуля интерфейса, выходы микроконтроллера модуля интерфейса соединены с входами в дисплеи и в звуковой сигнализатор, входы/выходы микроконтроллера модуля интерфейса соединены с входами/выходами в контроллер связи с универсальной последовательной шиной персонального компьютера, в электрически перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство и в источник питания, вход микроконтроллера соединен с выходом клавиатуры.

Полезная модель может быть использована для измерения напряженности электрических и магнитных полей промышленной частоты эллиптической поляризации.

Известно устройство, содержащее измерительный модуль и модуль интерфейса, датчики электрического и магнитного полей, коммутатор аналоговых сигналов, предварительный усилитель-мультиплексор, фильтр основной гармоники, выпрямитель, микропроцессор измерительного модуля, оптический порты, оптоволоконную линию, микропроцессор модуля интерфейса. (RU 44832 U1, 27.03.2005, G01R 29/08)

Недостатком известного устройства является наличие погрешности измерения, вызванной задержкой времени при переключении предварительного усилителя-мультиплексора между каналами по осям X, Y, и Z.

Технический результат заключается в устранении погрешности измерения, вызванной задержкой времени при переключении предварительного усилителя-мультиплексора между каналами по осям X, Y, и Z.

Технический результат достигается тем, что измерительный модуль дополнительно содержит три коммутатора аналоговых сигналов, с одной стороны связанных с тремя емкостными изотропными датчиками электрического поля, расположенными на поверхности шарообразной конструкции по осям X, Y, Z, и с тремя индукционными изотропными датчиками магнитного поля, расположенными внутри шаровой конструкции по осям X, Y, Z, а с другой стороны с трехканальным усилителем, снабженным регулятором коэффициента усиления, выходы трехканального усилителя соединены с входами в трехканальный фильтр основной гармоники, выходы которого соединены с входами в трехканальный выпрямитель, и далее, выходы выпрямителя соединены с входами в микроконтроллер измерительного модуля, содержащий трехканальный измерительный преобразователь, и соединенный с коммутаторами аналоговых сигналов, с трехканальным усилителем, источником питания и оптическим приемопередатчиком, расположенным в шаровой конструкции, вход/выход микроконтроллера измерительного модуля соединен с входом/выходом в оптический приемопередатчик, второй вход/выход оптического приемопередатчика измерительного модуля соединен с оптическим приемопередатчиком модуля интерфейса оптической линией, вход/выход оптического приемопередатчика модуля интерфейса соединен с входом/выходом микроконтроллера модуля интерфейса, выходы микроконтроллера модуля интерфейса соединены с входами в дисплеи и в звуковой сигнализатор, входы/выходы микроконтроллера модуля интерфейса соединены с входами/выходами в контроллер связи с универсальной последовательной шиной персонального компьютера, в электрически перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство и в источник питания, вход микроконтроллера соединен с выходом клавиатуры.

Сущность полезной модели поясняется блок-схемой. На фиг.1 изображена блок-схема устройства для измерения напряженности электрического и магнитного поля промышленной частоты.

Устройство состоит из: датчиков электрического поля 1, 2, 3; датчиков магнитного поля 4, 5, 6; коммутаторов аналогового сигнала 7, 8, 9; трехканального усилителя с регулируемым коэффициентом усиления 10; трехканального фильтра основной гармоники 11; трехканального выпрямителя 12; микроконтроллера измерительного модуля 13; источника питания измерительного модуля 14; входа регулятора коэффициента усиления трехканального усилителя 15; входов трехканального аналогово-цифрового преобразователя микроконтроллера измерительного модуля 16, 17, 18; выхода селектора коэффициента усиления микроконтроллера измерительного модуля 19; выхода селектора измерения электрического или магнитного поля микроконтроллера измерительного модуля 20; оптического приемопередатчика измерительного модуля 21; входа/выхода модуля последовательного приемопередатчика микроконтроллера измерительного модуля 22; оптической линии связи модулей 23; оптического приемопередатчика модуля интерфейса 24; входа/выхода модуля последовательного приемопередатчика микроконтроллера модуля интерфейса 25; клавиатуры 26; цифрового дисплея 27; текстового дисплея 28; электрически перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства 29; контроллера связи с универсальной последовательной шиной персонального компьютера 30; микроконтроллера модуля интерфейса 31; звукового сигнализатора 32; источника питания модуля интерфейса 33;

Устройство работает следующим образом: Изотропные датчики электрического (1,2,3) и магнитного (4,5,6) поля преобразуют напряженность поля в пропорциональные электрические сигналы по осям X, Y, Z, которые поступают на три коммутатора аналоговых сигналов (7), (8), (9), которые, в свою очередь, подключают соответствующие датчики поля к трем независимым каналам предварительного усилителя с переменным коэффициентом усиления (блок-10). Коммутаторы аналоговых сигналов позволяют пользователю выбрать измеряемую величину: напряженность электрического или напряженность магнитного поля. В каждом канале блока 10 производится усиление электрического сигнала, до уровня, удобного для дальнейшего преобразования. Далее сигнал поступает в блок 11 - трехканальный фильтр основной гармоники. В этом блоке производится удаление из спектров сигналов гармонических составляющих, частоты которых не попадают в диапазон 50±2 Гц. Данный фильтр необходим для выделения трех полезных сигналов промышленной частоты, пропорциональных напряженности электрического и магнитного поля по осям координат X, Y, Z. Отфильтрованные сигналы поступают на трехканальный выпрямитель (12), который инвертирует отрицательные полуволны сигналов. После блока 12 сигналы, пропорциональные напряженностям по осям X, Y, Z поступают на аналоговые входы микроконтроллера (блок 13), в котором одновременно производится аналогово-цифровое преобразование по трем каналам, соответствующим осям координат X, Y, Z. Микроконтроллер (13) выбирает измеряемую величину, т.е. напряженность электрического или магнитного поля, подавая сигнал управления на блоки 7, 8 и 9. Далее микроконтроллер (13) одновременно измеряет уровни сигналов u_Xi, u _Yi, u_Zi на выходах блока 12, и вычисляет мгновенное значение . Таким способом, в течение одного периода промышленной частоты, микроконтроллер (13) накапливает множество мгновенных значений [u_i]. Результат измерения определяется микроконтроллером (13) как U=max[u_i], т.е. как максимум из множества значений [u_i]. Рассчитанная таким образом величина передается на оптический приемопередатчик измерительного модуля (21), который передает результаты измерения по оптической связи модулей (23) в оптический приемопередатчик модуля интерфейса (блок 24). Следует отметить, что блоки 1-21 расположены в шарообразном измерительном модуле. Сигнал с блока 24 поступает в микроконтроллер измерительного модуля (блок 31). Результаты измерения передаются микроконтроллером на дисплеи (27) и (28). Также результаты измерения могут сохраняться в электрически перепрограммируемом постоянном запоминающем устройстве (29), или передаваться через контроллер связи с универсальной последовательной шиной персонального компьютера (блок 30). Управление устройством осуществляется с помощью клавиатуры (26), расположенной в модуле интерфейса. Устройство имеет два независимых источника питания - блоки 14 и 33, расположенных в измерительном модуле и модуле интерфейса соответственно. Конструктивно измерительный модуль представляет собой единую шарообразную конструкцию, на поверхности которой расположены емкостные датчики электрического поля, а внутри индукционные датчики магнитного поля. Такая компоновка позволяет осуществлять измерение напряженности электрического и магнитного полей одновременно в одной точке пространства, без замены измерительного модуля. Связь между измерительным модулем и модулем интерфейса осуществляется по оптической линии связи модулей, которая не искажает картину электрического поля в точке измерения.

Устройство для измерения напряженности электрического и магнитного полей, содержащее измерительный модуль и модуль интерфейса, датчики электрического и магнитного поля, коммутаторы аналоговых сигналов, усилитель, фильтр основной гармоники, выпрямитель, аналогово-цифровой преобразователь и оптическую линию связи модулей, отличающееся тем, что измерительный модуль дополнительно содержит три коммутатора аналоговых сигналов, с одной стороны связанных с тремя емкостными изотропными датчиками электрического поля, расположенными на поверхности шарообразной конструкции по осям X, Y, Z, а с другой стороны с трехканальным усилителем, снабженным регулятором коэффициента усиления, выходы усилителя соединены с входами в трехканальный фильтр основной гармоники, выходы которого соединены с входами в трехканальный выпрямитель, и далее выходы выпрямителя соединены с входами в микроконтроллер измерительного модуля, содержащий трехканальный измерительный преобразователь, и соединенный с коммутаторами аналоговых сигналов, с трехканальным усилителем, источником питания и оптическим приемопередатчиком, расположенным в шаровой конструкции, вход/выход микроконтроллера измерительного модуля соединен с входом/выходом в оптический приемопередатчик, второй вход/выход оптического приемопередатчика измерительного модуля соединен с оптическим приемопередатчиком модуля интерфейса оптической линией, вход/выход оптического приемопередатчика модуля интерфейса соединен с входом/выходом микроконтроллера модуля интерфейса, выходы микроконтроллера модуля интерфейса соединены с входами в дисплеи и в звуковой сигнализатор, входы/выходы микроконтроллера модуля интерфейса соединены с входами/выходами в контроллер связи с универсальной последовательной шиной персонального компьютера, в электрически перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство и в источник питания, вход микроконтроллера соединен с выходом клавиатуры.