Способ определения распределения плотности электрического заряда в заданном объеме

 

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано при определении распределения объемного заряда в проводящем обьеме, например в биологических объектах, при излучении задач магнитной гидродинамики. Целью изобретения является распространение области применения способа на проводящие объемы, недоступные для измерения распределения потенциала. В результате присоединения к исследуемому объему впомогательного однородного проводящего объема, в котором измеряется распределение потенциала U(x,y,z) путем решения уравнения Пуансона, определяют распределение объемного заряда в недоступном для измерения потенциалов исследуемом проводящем обьеме. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl) s G 01 R 29/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4390398/21 (22 12.02.88 (46) 30.05.91, Бюл. й. 20 (75) В,И. Новожилов (53) 621.317.318 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 134492, кл. 6 06 G 7/4, 1960.

Авторское свидетельство СССР

М 1087927, кл. G 01 R 29/24, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ЗАРЯДА В ЗАДАННОМ ОБЪЕМЕ (57) Изобретение относится к электроиэмерениям и может быть использовано при определении распределения объемного

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано при oriределении распределения объемного заряда, индуцированного в проводящем объеме, например в биологических объектах, при излучении задач магнитной гидродинамики.

Целью изобретения является расширение области применения способа на проводящие объекты, недоступные для измерения распределения потенциала.

На фиг. 1 и 2 приведен пример реализации способа, Способ заключается в следующем.

Если в некотором исследуемом объеме существует процесс генерации электрического заряда, то при присоединении к этому объему некоторого вспомогательного проводящего объема в последнем протекают электрические токи, в результате чего во вспомогательном объеме существует впол„„Я „„1652945 А1 заряда в проводящем объеме, например в биологических объектах, при излучении задач магнитной гидродинамики. Целью изобретения является распространение области применения способа на проводящие объемы, недоступные для измерения распределения потенциала.. 8 результате присоединения к исследуемому объему впомогательного однородного проводящего объема, в котором измеряется распределение потенциала U(x,ó,г) путем решения уравнения Пуансона, определяют распределение объемного заряда s недоступном для измерения потенциалов исследуемом проводящем объеме. 2 ил. не определенное распределение электрического потенциала, обусловленное распре. делением плотности заряда в исследуемом объеме и определяемое уравнением Пуассона

ЛU(Х,У, 2) =P(Х,y, z), где A(x,у,z) — распределение потенциала во вспомогательном объеме; р (х,у,z) — распределение плотности заряда в исследуемом объеме.

Решение уравнения Пуассона может быть получено с помощью функции влияния (функции Грина) путем решения интегрального уравнения Фредгольма I-го рода

U х, у, z ) = — G (х, у, z; х, у z )p(x, у z ) dx dy dz

° ° ° где х,у, z — координаты исследуемого объема;

6 (х,у,z, х,у,z) —, функция влияния уравнения Пуассона в области Ч, образованной исследуемым и вспомогательным объемаС целью упрощения нахождения функции Грина целесообразно область V выбирать наиболее простой геометрической формы, для которой функция Грина уже известна (прямоугольная; цилиндрическая, сферическая), а проводимость материала вспомогательного обьема равной проводимости на границе контакта исследуемого обьема с вспомогательным.

Для упрощения измерения распределения U (x,ó,z) при известной геометрии вспомогательного объема и его проводимости можно ограничить я измерением распределения потенциала íà его поверхности.

В качестве примера реализации способа рассмотрим задачу восстановления распределения заряда. индуцированного в плотной хорошо проводящей плазме; движущейся в магнитном поле (см.чертеж). Поскольку электрическое поле связано со скоростью струи законом Ома

) =а(Г-tч Й1), где v — скорость струи вдоль оси х;

Н вЂ” однородное поле, направленное вдоль оси у;

o - проводимость струи, j — плотность тока, то с точностью до вклада омического сопротивления jlт распределение индуцированного заряда характеризует распределение производной скорости по координате z. Эта величина, как известно, определяет величину трения в струе и часто является предметом исследований.

Таким образом, если Н и скорость струи не меняется вдоль канала, то

p(y, z) = Н ° Распределение р (х,z) и дч соответствующее ему распределение потенциала в дополнительном обьеме характеризуется распределением в плоскости (y z) Будем в качестве примера рассматривать прямоугольную геометрию как исследуемого 1, так и дополнительного 2 объемов с одинаковыми линейными размерами в поперечном сечении.

ЗО

lj0

Дополнительный объем ограничен кор- пусом, выполненным из изолятора 3, заполнен проводником 4 (графитом), в который вмонтированы электроды 5, измеряющие распределение потенциала. Контакт с проводящей плазмой осуществляется по поверхности 6, свободной.от изолятора. Датчики сигнала (электроды) размещают в плоскости (у,z), по 9 электродов вдоль каждой из координат. Для упрощения расчетов используют периодические кривые условия, которые реализуют с помощью шунтирующих медных проводов 7.

Для опроса датчиков и численной обработки полученных результатов могут быть задействованы системы, используемые для автоматизации физического эксперимента, в частности крейт "КАМАК", сопряженный с управляющей вычислительной машиной класса персональной ЭВМ.

Благодаря присоединению к исследуемому объему вспомогательного однородного проводящего объема и измерению в нем распределения потенциала возможно определения распределения плотности электрического заряда s заданном объеме без проникновения внутрь этого обьема, что в ряде случаев является весьма важным, например при измерении распределения плотности электрического заряда, генерируемого в горячей плазменной струе или человеческом мозге.

Формула изобретения

Способ определения распределения плотности электрического заряда в заданном объеме, включающий измерение распределения потенциала U(x,у,z) и нахождение искомого распределения р путем решения уравнения Пуассона д 0 +д U „(PU

+ 2 х,у,е,отл идх ду Bz ч а ю шийся тем, что, с целью расширения области применения способа на проводящие объемы, недоступные для измерения распределения потенциала, к исследуемому объему присоединяют вспомогательный обьем, выполненный из однородного проводника, имеющий электрический контакт с исследуемым объемом по всей площади соприкосновения, при этом измерение распределения потенциала U (x,у,z) проводят во вспомогательном объеме.

o . о

O о о О

О о о .о е о о

Составитель В. Максименко

Редактор А, Маковская Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С. Черни

Заказ 1771 Тираж 423 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101