ДАТЧИК НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения ортогональных составляющих вектора напряженности электрического поля.
Известен датчик напряженности электрического поля [Кондратьев Б.Л, Юркевич В.М. Измеритель напряженности с индукционно-параметрическим первичным преобразователем // Измерительная техника. – 1980. – № 9. – С.47–49], содержащий диэлектрическую подложку в форме диска с нанесенными на её основания чувствительными элементами, образующими конденсатор, выполняющий роль двойного датчика. Размеры и форма чувствительных элементов совпадает с размерами подложки. О напряженности электрического поля судят по величине разности зарядов между чувствительными элементами, нанесенными на диэлектрическую подложку.
Поскольку датчик напряженности электрического поля имеет одну пару электродов, расположенных по обе стороны подложки на одной координатной оси, проходящей через их центры, то он измеряет только одну составляющую вектора напряженности электрического поля. Для измерения двух других составляющих требуется поочередная ориентация координатной оси датчика по соответствующим составляющим вектора напряженности электрического поля, что усложняет процесс измерения.
Наиболее близким устройством к заявляемому является датчик напряженности электрического поля [Пат. 3.641.427 США, МПК G01R5/28; G01V3/08; H04B13/02 . Electric field sensor /Ed P, Pittman; Roy A. Stanford. - № 862,642; Заявлено 24.09.69; Опубл. 08.02.72], содержащий три пары диаметрально противоположных проводящих электродов, образующих противоположные грани куба и установленных на шести сторонах диэлектрической коробчатой рамы. Таким образом, каждая пара проводящих электродов, разделенных воздушным диэлектриком, образует параллельные противоположные поверхности. При помещении такого датчика в электрическое поле, возникающая разность потенциалов между каждой парой электродов пропорциональна напряженности электрического поля в направлении координатных осей, проходящих через центры электродов. Таким образом, векторные компоненты любого присутствующего электрического поля одновременно измеряются в трех ортогональных направлениях.
Поскольку датчик напряженности электрического поля имеет три пары чувствительных электродов, то он позволяет измерять три ортогональные составляющие напряженности электрического поля и не требует ориентации в пространстве измеряемого поля. Однако недостатком датчика, являются его большие массогабаритные характеристики, определяемые размером ребра куба, составляющим 100 см. При таких размерах погрешность датчика в неоднородных электрических полях будет значительной. Таким образом, получается сложная, массивная и габаритная конструкция датчика, непригодная для измерения в неоднородных электрических полях.
Задачей полезной модели, является создание простой конструкции датчика с оптимальными массовыми и габаритными характеристиками, обеспечивающими минимальные погрешности при измерении неоднородных электрических полей.
Указанная задача достигается тем, что в известном датчике для измерения напряженности электрического поля, содержащем три пары проводящих чувствительных элементов, попарно расположенных на внешних основаниях трех взаимно перпендикулярных диэлектрических плоских подложках, причем чувствительные элементы каждой пары параллельны и разнесены в пространстве на равные расстояния симметрично относительно центра датчика, а центры каждой пары чувствительных элементов находятся на одной из трех координатных осей, с началом координат в центре датчика, согласно заявленному техническому решению подложки выполнены в форме диска, а расстояния между чувствительными элементами каждой пары подложек сведены к расстоянию, равному толщине диэлектрической подложки, на основаниях которой симметрично относительно центра подложки расположены чувствительные элементы, каждый из которых выполнен из четырех, электрически соединенных и лежащих в одной плоскости одинаковых электродов в форме секторов, расположенных симметрично относительно центров оснований дисковой подложки.
x
y
z
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен датчик напряженности, находящийся в электрическом поле; на фиг. 2  изображена одна из координатных плоскостей датчика, например плоскость x0y и её виды сверху и снизу; на фиг. 3 изображен датчик разложенный на координатные плоскости, находящиеся на соответствующих координатных осях; на фиг. 4 изображен датчик с указанием на него покоординатных воздействий составляющих вектора напряженности электрического поля E, E и E.
Датчик напряженности электрического поля содержит три проводящих подложки 1, 2 и 3 выполненных в форме диска, чувствительные элементы 4 (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) и 5 (5.1, 5.2, 5.3, 5.4) (на фиг. не показано) расположенные на первом и втором основаниях подложки 1,  чувствительные элементы 6 (6.1, 6.2, 6.3, 6.4) и 7 (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) (на фиг. не показано) расположенные на первом и втором основаниях подложки 2, чувствительные элементы 8 (8.1, 8.2, 8.3, 8.4) и 9 (9.1, 9.2, 9.3, 9.4) расположенные на первом и втором основаниях подложки 3. Каждый чувствительный элемент из технологических и конструктивных соображений выполнен в виде четырех электрически соединенных одинаковых электродов в форме секторов. Так чувствительный элемент 4 состоит из электродов 4.1, 4.2, 4.3, 4.4; чувствительный элемент 5 состоит из электродов 5.1, 5.2, 5.3, 5.4;  чувствительный элемент 6 состоит из электродов 6.1, 6.2, 6.3, 6.4; чувствительный элемент 7 состоит из электродов 7.1, 7.2, 7.3, 7.4; чувствительный элемент 8 состоит из электродов 8.1, 8.2, 8.3, 8.4; чувствительный элемент 9 состоит из электродов 9.1, 9.2, 9.3, 9.4.
Датчик напряженности электрического поля работает следующим образом.
x
y
z
x
y
z
При внесении датчика в электрическое поле на его каждой паре проводящих чувствительных элементах 4-5, 6-7 и 8-9 индуцируются одинаковые по величине и противоположные по знаку электрические заряды, пропорциональные составляющим напряженности электрического поля E, E и E. Измеряя разности зарядов между парами чувствительных элементов 4-5, 6-7, 8-9, расположенных по соответствующим координатным осях x, y и z  определяют составляющим E, E и Eвектора напряженности электрического поля Е, а по ним его модуль
.
Для уменьшения массовых и габаритных характеристик датчик вместо шести взаимно перпендикулярных диэлектрических подложек с расположенными на них чувствительными элементами выполняется в виде трех взаимно перпендикулярных диэлектрических дисковых подложек, на основаниях которых нанесены проводящие чувствительные элементы. Уменьшения числа подложек с шести до трех позволяет уменьшить массу датчика. Габаритные размеры датчика будут определяться частотным диапазоном его применения. С ростом частоты измеряемого электрического поля габаритные размеры датчика будут уменьшаться.
Таким образом, предлагаемый датчик имеет компактную конструкцию, обеспечивающую его минимальные массовые и габаритные характеристики, что позволяет использовать датчик при измерении в неоднородных электрических полях.