Устройство для измерения электропроводности и концентрации электронов нестационарной плазмы

 

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 тличающееся тем, что, с целью повьшения 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 регистрации и через последовательно соеди (Л ненные фильтр разностной частоты и усилитель постоянного тока - с управляющим элементом измерительного контура.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ONbWHCMt

РЕСПУБЛИК (! 9) (11) рц G 01 К 27/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЖЫЙ ХЖА

, (21) 3331397/24-21 (22) 12.08.81 (46) 15.07.85. Бюл. Ф 26 (72) В.А. Мишин .(53) 621.3.011.23 (088.8) (56) Чернетский А.В., Зиновьев О.А. и Козлов О.В. Аппаратура и методы измерений плазменных исследований.

М,: Атомиздат, 1965, с. 931-953, рис. 23;

Теплофизика высоких температур, т. 6, В 6, 1968, с. 973-979, рис. 1. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ И КОНЦЕНТРАЦИИ

ЭЛЕКТРОНОВ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ПЛАЗЯ4 ° 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 тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, мелду 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 регистрации и через последовательно соединенные фильтр разностной частоты и усилитель постоянного тока — с управляющим элементом измерительного контура.

116 753 с с

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для исследования электрофизических свойств газа в высокотемпературных газодинамических установках кратковременного действия.

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапа зона измерений путем одновременно-! го измерения электропроводности и концентраций электронов нестационарной плазмы.

На чертеже представлена блоксхема устройства для измерения элек- 15 тропроводности и концентрации электронов нестационарной плазмы.

Устройство содержит автогенератор 1, измерительный контур 2 с управляющим элементом, амплитудный .детектор 3, блок 4 регистрации эталонной последовательности импульсов (ЭПИ), импульсно-фазовый детектор 5, генератор 6 эталонного сигнала (ЭПИ), запоминающий конденса- g5 тор 7, фильтр 8 раэностной частоты, усилитель 9 постоянного тока.

Вход амплитудного детектора 3 соединен с измерительным контуром 2„ а выход — с первым входом блока регистрации. Первый вход импульсно" фазового детектора 5 также соединен с измерительным 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 фаэностной частоты, представляющего собой интегрально-дифференцирующее звено, выход которого соединен с входом усилителя 9 постоянного тока, выходом соединенного с управляющим элементом измерительного контура 2. 45

Устройство работает следующим образом.

При подаче на вход импульснофаэового детектора 5 эталонного сигнала с выхода генератора 6 на вы- 50 ходе детектора 5 вырабатываются короткие импульсы, амплитуда которых пропорциональна разности фаэ между колебанием измерительного контура 2 и поступающим с генератора 6 55 эталонным сигналом. При поступлениИ, на вход детектора S эталонного сигнала с постоянной начальной расст3 г ройкой F„ = (f zÄ â€” f«) относительно резонансной частоты контура 2, первая разность его фазы в промежутке между двумя импульсами задана и является постоянной величиной (у fn+1g- су (и) =6< (3) где n . — интервал между дискретными значениями времени, кратными периоду регулирования Т, Й„=21сГ„ТР— относительная начальная, расстройка.

Работа устройства основана на сравнении фаз колебаний измерительного контура и эталонной последовательности импульсов и установлении постоянной разности фаз этих колебаний, имеющих одинаковые частоты, зависящей от расстройки измерительного (синхронизируемого) контура

Частота (синхронизируемого) контура выбирается равной частоте какой-либо гармоники эталонной последовательности импульсов. При этом длительность импульса эталонного сигнала настолько мала, что внутри импульса разность фаэ сигнала и (синхрониэируемого) контура является постоянной. При прохождении ударного фронта через индуктивный преобразователь (катушку контура 2)., охватывающий движущийся проводник, в нем возникает магнитный поток (вихревые токи), который вызывает при комплексном изменении сопротивлений, вносимых в контур проводником, появление ЭДС электромагнитной индукции (сигнала) .

При расстройке измерительного контура (при изменении его собственной частоты), разность фаз сравниваемых напряжений изменяется и импульсно-фазовый детектор 5 вырабатывает сигнал фазовой ошибки (.

Этот сигнал является последовательностью разности фаз напряжения (синхронизируемого) контура 2 и необходимой гармоники ЭПИ генератора 6 в моменты дискретного времени.

Сформированный импульсный сигнал с выхода детектора 5 на время действия импульса подключается к запоминающему конденсатору 7, с помощью которого на выходе формируется сту.пенчатое прямоугольное напряжение, которое через фильтр 8 и усилитель 9 постоянного тока управляет частотой измерительного контура 2. Воз1167533

45 з действуя на управляющий элемент, это напряжение изменяет резонансную частоту контура 2 в соответствии с законом входного сигнала.

По измеренным напряжениям на входе блока А регистрации определя ют проводимость d и концентрацию и< электронов плазмы по формулам

„„ . аР з 1г (В УР ) . д 4 g mph о 1

Е био о Е 0 7 (R R ) Е 2 о е р где ш, е и ED — масса, заряд электрона и диэлектрическая постоянная соответственно;

ac — поправочный коэффициент;

4)о- собственная резонансная частота; ро магнитная проницаемость; г „" вносимое в контур активное сопротивление;

R„, R<- радиусы границы потока и контура соответственно;

Д вЂ” изменение собственной резонансной частоты измерительного контура.

При этом го„. определяют из изменения амплитуды напряжения на измерительном контуре при внесении плазмы, а д(д — из изменения на запоми- нающем конденсаторе в тот же момент времени.

-6

При стабильности частоты ЭПИ

10 предлагаемое устройство обеспечивает точность синхронизации по частоте и фазе 0 05 град., что позволяет реализовать точность измерителя до 1-3Х.

При относительной нестабильности частоты контура 2 с = 10 отклонение резонансной частоты от равновесного и разности фаз от цста.н динамическая ошибка слежения (воспроизведения) составляет доли радиан д9< О, 1 рад., или 12-13 град.

В результате повышается частотная и фазовая стабильность измери10 тельного контура в режиме синхронизма. Это позволяет снизить динамическую ошибку воспроизведения в 5-10 раз и гговысить точность измерителя до

1-3 по сравнению с 1О-20Х известно15 го устройства.

Благодаря включению в измеритель нового блока синхронно-фазового сле— дящего фильтра в полосе удержания максимально возможного отклонения частоты и фазы измерительного контура д ъ1 и д <1 обеспечивается наилучшая фильтрация помех. При максимально допустимой амплитуде девиации фазы ошибка, обусловленная

25 действием помехи, при дискретной шумовой полосе д F ) 3 3 кГц не прещ: вышает О, 1-0,15 рад., что снижает значение этих величин в 3-5 раз по сравнению с данными известных устЗо роиств °

Быстродействие измерителя сохраняется высоким (. 2 мкс). При этом обеспечивается наименьшая динамическая ошибка воспроизведения частоты и фазы в режиме синхронизма (68 0 1 рад.), Это позволяет повысить помехоустойчивость и надежность измерителя в условиях воздействия электромагнитных помех, сопутствующих мощным импульсным разрядам малой длительности

10 — 10 с, в 3-5 раз, что расши7 -Ф ряет сферу применения измерителя и позволяет его использовать при исследовании электрофизических свойств нестационарной плазмы с высоким . разрешением во времени.

Сравнительные оценки и расчетные данные измеренных и п с известными показывают, что при наибольшей относительной полосе захвата >-1 и начальной расстройке Д<с1 включенного блока синхронно-фазового следящего фильтра в реальном масштабе времени 1-2 мкс обеспечивается наименьшая дисперсия ошибок вос. 2

"произведения частоты и фазы о и г ea которые не превышают величины 5,1 рад.

Кроме того, поскольку для случая сильных ударных волн, когда степень ионизации велика, электропроводность

50, полностью ионизованной плазмы практически не зависит от концентрации электронов по и пропорциональна Тд 7, возможно использование данного измерителя, обеспечивающе55 го повышенную точность 1-3Х, для определения Те и 9 „ — частоты упругих столкновений электронов с частицами (ионами) .

1167533

Составитель Н. Кринов

Редактор И. Рыбчеико ТехредЛ.Микеш Корректор А. Обручар

Заказ 4431/43 Тирак 748 Подписное

ВНИК% Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r. Уигород, ул. Проектная, 4