Способ измерения составляющих вектора напряженности невозмущенного электростатического поля атмосферы с летательного аппарата

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - з еличение точности измерений путем учета заряда летательного ап- . парата (ЛА). Производят оценку величины и знака ЛА. Снижают до миним. Зфовень мешающего поля эл. заряда ЛА в каждой из контрольных точек (КТ) его поверхности. При этом производят измерение составлякяцих вектора напряженности злектростатич. поля атмосферы по данным измерений в этих КТ. Снижение уровня мешающего поля зл. заряда ЛА в каждой из КТ осуществля-. ется методом компенсации мешающего поля с помощью вспомогательного эл. поля, к-тое формируют на основании оценки величины и знака эл. заряда ЛА, получаемой из суммы предварительно проинтегрированных сигналов из 2-х КТ. Контроль за достижением миним мешающего поля в КТ осуществляют по величине оценки эл. заряда ЛА, к-рая д.б. близкой к нулю. При достаточном снижении уровня мешающего поля устраняются нелинейные искажения в процессе усиления сигналов, когда уровень мешаюцего поля эл. заряда чрезмерно высок. Т. обр. устраняется один из основных источников погрешностей измерения составлякицих невозмущенного электростатич. поля атмосферы с ЛА. При более существенном снижении уровня мешающего поля, когда им можно пренебречь, устраняется и 2-й источник погрешности - многопараметричность расчетных соотношений , т.е. обеспечивается возможность измерений составляющих вектора напряженности электростатнч, поля атмосферы с ЛА непосредственно по данным измерений, проводимых в КТ его поверхности . 2 ил. с . вг& Ы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 G О! R 29/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° Ф\

° °

° Ф

Ъю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTVI4 (21) 4078129/24-09 (22) 21.05.86 (46) 07.05.88. Бюл. У 17 (71) Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова (72) К.С. Жупахин (53) 62 1.317.7(088.8) (56) Имянитов И.М. Приборы и методы для изучения электричества атмосферы.М.: Гостехиздат, 1957, с. 232-244.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации самолетного прибора для измерения напряженности электрического поля (СПНП). ГГО им. А.И. Воейкова, Л., 1979. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ . ВЕКТОРА НАПРЯЖЕННОСТИ НЕВОЗМУИ1ЕННОГО

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ АТМОСФЕРЫ

С ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - увеличение точности измерений путем учета заряда летательного ап- . парата (ЛА). Производят оценку величины и знака ЛА. Снижают до миним. уровень мешающего поля эл. заряда

ЛА в каждой из контрольных точек (КТ) его поверхности. При этом производят измерение составляннцих вектора напряженности электростатич. поля атмосферы по данным измерений в этих КТ.

„,Я0„„13941 3У д1

Снижение уровня мешающего поля эл. заряда ЛА в каждой из КТ осуществля-. ется методом компенсации мешакнцего поля с помощью вспомогательного эл. поля, к-тое формируют на основании оценки величины и знака эл. заряда ЛА, получаемой из суммы предварительно проинтегрированных сигналов из 2-х

КТ. Контроль за достижением миним мешающего поля в КТ осуществляют по величине оценки эл. заряда ЛА, к-рая д.б. близкой к нулю. При достаточном снижении уровня мешающего поля устраняются нелинейные искажения в процессе усиления сигналов, когда уровень мешаннцего поля эл. заряда черезмерно высок. Т. обр. устраняется один из основных источников погрешностей измерения составляющих невозмущенного электростатич. поля атмосферы с ЛА. При более существенном снижении уровня мешающего поля, когда им можно пренебречь, устраняется и 2-й источник погрешности — многопараметричность расчетных соотношений, т.е. обеспечивается возможность измерений составлякнцих вектора напряженности электростатич, поля атмосферы с ЛА непосредственно по дачным измерений, проводимых в КТ его роверхности. 2 ил.

1394167

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к области измерения напряженности электрического поля Земли, и может быть использовано при проведении как самоI летных метеорологических,так и других исследований электростатических полей.

Цель изобретения — увеличение точ- 1О ности измерений путем учета заряда !

,летательного аппарата.

На фиг. 1 показаны места установки

1 .датчиков на летательном аппарате; на фиг. 2 — структурная электрическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство для реализации способа измерения составляющих вектора напря-! женности невоэмущенного электростати- 20 ческого оля атмосферы с летательного аппарата содержит датчики 1 поля

1 (устанавливаются в контрольных точках А, B С и F поверхности лета1 тельного апарата) ротационного типа 25 с измерительной и экранной пластинами и неподвижным экраном, усилитель

2 сигналов датчиков поля, детекторы

3 огибающих сигналов, интеграторы

4 с регулируемыми постоянными времени, суммирующий блок 5, блок 6 измерения (оценки), блок 7 (или усилитель) формирования управляющих напряжений, подаваемых на управляющие электроды датчиков с целью компенсации мешающего поля, измеритель 8 составляющей

Е, измеритель 9 составляющей Е, измеритель 10 составляющей Е,.

Устройство работает следующим образом.

Пусть измерения составляющих (E

Е, Еэ) вектора (Е) напряженности невозмущенного электростатического поля атмосферы производят с летательного аппарата, проводящая поверхность которого условно представлена в виде параллелепипеда (фиг ° 1). Контрольные точки А, В,-С и Г выбраны на поверхности летательного аппарата в местах пересечения ортогональных нейтральных плоскостей, причем в данном случае 50

А и Б выбраны особо (т.е. АБ )i Е,).

В каждой из контрольных точек (А, В, С и F) на поверхности летательного аппарата располагают по датчику 1 поля (например, ротационного типа с плоскими пластинами), с помощью которых преобразуют величины и знаки на-. пряженностей поля, действующих в этих 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 регулирования постоянных времени интегрирования (например КС-цепи с регулируемыми параметрами). Затем в пропорции, учитывающей коэффициенты связи, суммируют, сигналы из выбранных контрольных то" чек А и В с помощью суммирующего блока 5, на выходе которого получают электрический сигнал, по величине и полярности которого с .помощью блока

6 оценивают величину и знак электрического заряда летательного аппарата.

В простейшем случае, в качестве блока

6 может быть использован, например, миллиамперметр. По полученной таким образом оценке электрического заряда летательного аппарата определяют интенсивности и знаки полей электрического заряда летательного аппарата в каждой из контрольных точек. Для формирования вспомогательных (компенсирующих) полей используют блок 7 формирования управляющих напряжений, с помощью которого могут быть получены управляющие напряжения необходимой величины и полярности. Сама операция формирования вспомогательных полей осуществляется в датчиках

1 поля, на неподвижные экраны которых подаются эти управляющие напряжения.

Следовательно, на вход усилителей 2 поступают сигналы, являющиеся результатом алгебраического сложения естественных и вспомогательных электрических полей. Этим самым при компенсации мешающих полей обеспечивается устранение двух основных источников погрешностей: многопараметричность расчетных соотношений и нелинейные искажения в процессе усиления сигналов.

Определение составляющих неискаженного электростатического поля атмосферы с летательного аппарата может быть осуществлено путем замеров проинтегрированных сигналов из каждой контрольной точки с помощью измерителей 8, 9 и 10 составляющих Е>

Е, и Е, соответственно (фиг. 2).

В качестве указанных измерителей в простейшем случае могут быть использованы, например, обычные миллиамперметры и т.д. Отметим, что в качеf394167

7l rT (К„+К ) (1- — „— -«) Кв

K"„+К (3) 1

Кд

К» +Ки д. д е

Кв т в 1 Q»ьв Кд +К в

Кс

Usc с

Ед = Кд Я + Кд Ев»

Кг

FQ»

20 с= Кг (+ К;Е, »

Кг Кг

Uñ

Е = — т — е

К . К с

UA Пв

Кв

Е и Т

К"„+К, (5) 35 до д д»

"во = Кв Es» (2) Uco Kc Ec»

Ого= Кг Ec»

Ыле Сов

Кд Ке

Е -у — — т-Кд+ Кв

"л "в

K" +К" в стве показателя достаточно полной компенсации в нашем случае выбрана оценка электрического заряда, получаемая с помощью блока 6, близкая к нулю.

Пусть в выбранных контрольных точках А, В, С и F (фиг. 1) установлены датчики измерителей электростатичесt кого поля атмосферы для измерения трех 10

° т его ортогоиальных составляющих Е,, Е

Е и собственного электрического заряда летательного аппарата Q Тогда амплитуда напряжения на выходах датчиков определяется системой уравнений 15

t », е !» д

Кд» Ка» Кв» Кв» Кс» Кс» Кг» К 25 коэффициенты связи, зависящие от конфигурации проводящей поверхности летательного аппарата.

Согласно (1), учитывая операции преобразования, усиления и детектирования, имеем дело не с самими полями Е» Ев, Ес и Е» а с напряжениями 1ев Ucq u Ucp на выходе измери

04" тельных каналов где К„, К, К, и К„- — коэффициенты связи измерительных каналов А, В, С и F учитывающие изменения интенсив- 45 ностей сигналов при выполнении операций их преобразования, усиления и детектирования.

Искомые величины Е,, Е » Ев и Q определяются с помощью соотношений 50 !

Š— — — Q;

Кс

Цсо Кс

Е = — — у- — „-Q»

К К" К 55 (1 — К +К ) — — + (1+К -К )

Uao s e Ueo

Д в

Если к неподвижному экрану датчиков А, В, С и F приложить постоянные напряжения, определяемые соотношениями где 1д» 1з» 1с, 1 — константы датчиков, пропорциональные расстоянию между неподвижным экраном и измерительной пластиной, то вид соотношений (3) значительно упрощается

Данное упродание результатов измерений происходит вследствие того, что при подаче на неподвижйые экраны датчиков А, В, С и F напряжений, определяемых из формул (1), происходит компенсация электростатического поля, обусловленного зарядом Q летательного аппарата.

Предлагаемый способ измерения составляющих вектора напряженности невозмущенного электростатического поля атмосферы с летательного аппарата можно условно разбить на две стадии. На первой стадии производят оценку величины и знака электрического заряда летательного аппарата. На второй стадии снижают до минимума (в пределедо нуля) уровень мешающего поля электрического заряда летательного аппарата в каждой из контрольных точек, его поверхности и при этом производят измерение составляющих вектора напряженности электростатического поля атмосферы непосредственно по

1 394167 анным измерений в этих контрольных .очках. Причем снижение уровня мешаего поля электрического заряда леательного аппарата в кажцой из конт5 рольных точек осуществляется методом компенсации мешающего поля с помощью вспомогательного электрического поля, которое формируют на основании оценки величины и знака электрического аряда летательного аппарата, полуаемой из суммы предварительно проинте1 рированных сигналов из двух выбранных

° ° онтрольных точек летательного аппара° ° а.При этом контроль за достижением нимума мешающего поля в каждой из онтрольных точек осуществляют по веичине оценки электрического заряда леательного аппарата, которая в этом лучае должна быть близкой к нулю.

При достаточном снижении уровня ! ешающего поля устраняются нелиней ные искажения в процессе усиления сигналов, когда уровень мешающего по-! ля электрического заряда черезмерно .: высокий. Таким образом, устраняется

;один из основных источников погреш ностей измерений составляющих невоз мущенного электрического поля атмо,сферы с летательного аппарата.

При более существенном снижении уровня мешающего поля, когда им практически можно пренебречь по сравнению с уровнем измеряемого поля, устраняется и второй из основных источников погрешностей измерений— многопараметричность расчетных соотношений (3), т.е. обеспечивается возможность измерений составляющих век-. тора напряженности электростатическо40

ro поля атмосферы с летательного аппарата непосредственно по данным измерений, производимых в отдельных контрольных точках его поверхности.

Существенное упрощение способа

45 измерения, а также введение в каче.стве показателя достижения достаточно полной компенсации мешающего поля, действующего в контрольных точках летательного аппарата, оценки электрического заряда, близкой к нулю, позволяет при технической реализации способа сравнительно легко автомати.зировать процесс измерения всех составляющих вектора напряженности электростатического поля атмосферы с 55 летательного аппарата. С этой целью можно, например, применить, цепь обратной связи, с помощью которой, используя электрический сигнал, характеризующий оценку электрического заряда, в качестве управляющего, осуществить управление формируемыми вспомогательными полями в каждой из контрольных точек поверхности летательного аппарата.

Формула и э о б р е т е н и я !

Способ измерения составляющих вектора напряженности невоэмущенного электростатического поля атмосферы с летательного аппарата, включающий измерение напряженности поля в точках пересечения двух вертикальных продольной и поперечной нейтральных плоскостей с поверхностью летательного аппарата А и В соответственно, а также в точках пересечения вертикальных продольной и поперечной и горизонтальной нейтральных плоскостей с поверхностью летательного аппарата С и F соответственно посредством датчиков ротационного типа с измерительной и экранной пластинами и неподвижным экраном, соединенным с корпусом датчика, и вычисление saряда летательного аппарата по формуле и в Ц»о »» 11 (1-К +Х ) — — +(1 + К -К ) —— К д вкв

Q = ь

K " --К

» (К +К ) (1 — - — -„) д в Ки+К» отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения путем учета заряда летательного аппарата, отсоединяют неподвижный экран датчиков от корпуса и подают на него постоянные напряжения соответственно равные

I I

0» " = — =- 1 ейск

Кд К

К +Кв Кд+Кв

Кс Кр эс K" сч» рр K" р » с F сиэмеряют напряжения на выходах датчиков в точке А, В, С и Г - U» Ua»

U UF соответственно и вычисляют значения составляющих вектора напряженности невозмущенного электрического поля по формулам

Ц Ц U /К» U /Кв

c.,E с . Е»

< Ц+ К» а КК» в

F F где К„, Ке» К вЂ” аппаратные коэффициенты каналов датчиков в точках

А, В, С и F соответственно, Кд» Ке»

K Кв, К, К вЂ” коэффициенты связи данного типа летательного айпарата, 1394167

U U — напряжения, измеренные на

Ло Ео выходах каналов датчиков А и В соответственно при заземленном неподвижном экране.

1394167

С

Eg фиг. Я

Редактор Л. Лангазо

Заказ 2218/43 Тираж 772 Иодписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4

В

1 (-Е !

1 !

Составитель П. Савельев

Техред Л.Сердюкова Корректор С.Черни