ДЕТЕКТОР НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Полезная модель относится к измерительной технике, и может быть использована для измерения напряженности электрического поля в зоне высоковольтных устройств с экспресс-анализом опасных или несоответствующих нормам зон со сложной электромагнитной обстановкой на промышленных объектах, в частности, на предприятиях энергетики, а также в быту для выявления такого рода зон.
Известен датчик, реализующий способ измерения напряженности электрического поля по патенту РФ №2388003, МПК G01R 29/08, G01R 29/12, 27.04.2010, содержащий n-пар чувствительных элементов, соединенных через дифференциальные преобразователи и сумматор с измерительным прибором, при этом выходы дифференциальных преобразователей соединены через сигнальное устройство со звуковыми или световыми сигнализаторами, выявляющими равенство нулю составляющих вектора напряженности по координатным осям датчика (X, Y, Z).
Согласно данному способу измерения напряженности электрического поля в исследуемое пространство помещается одновременно n-пар одинаковых проводящих чувствительных элементов, входящих в общий датчик, при этом осуществляется симметрирование наружных поверхностей датчика относительно координатных плоскостей с расположением центров поверхностей чувствительных элементов попарно на n осях выбранной системы координат симметрично относительно ее начала.
Датчик ориентируют и затем поддерживают так, чтобы вектор напряженности электрического поля был равноудален от координатных осей датчика, т.е. чтобы его составляющие по координатным осям были равны, а конфигурацию и размер чувствительных элементов выбирают из условия минимума погрешности от неоднородности электрического поля при максимальном пространственном диапазоне.
Модуль вектора напряженности измеряемого электрического поля определяют измерением составляющих датчика, который выполнен трехкоординатным, т.е. n равно 3.
Датчик ориентируют в пространстве так, чтобы одна из составляющих вектора напряженности по одной из координатных осей датчика стала равна нулю, затем, фиксируя датчик в этом положении, поворачивают датчик вокруг найденной координатной оси до достижения равенства двух других составляющих вектора напряженности электрического поля по координатным осям датчика, при этом модуль вектора напряженности измеряемого электрического поля определяют измерением алгебраической суммы двух не равных нулю составляющих вектора напряженности электрического поля по координатным осям датчика.
Недостатком данного датчика является сложность его конструкции из-за сложных электронных схем обработки и регистрации сигналов (дифференциальных преобразователей, сумматора, сигнализатора и т.д.), что обуславливает его высокую стоимость, большие габариты и массу, сложность проведения работ по детектированию электрического поля.
Наиболее близким техническим решением является детектор напряженности электрического поля, раскрытый в документе JP2002340953 (A) - 2002-11-27, G01R29/08, G02F1/035, содержащий одну пару чувствительных элементов, а также элемент, формирующий оптическое излучение. Пара чувствительных элементов выполнена в виде антенн, одна из которых является телескопической для изменения своих геометрических параметров (длины). Выполнение элементов антенны с различными геометрическими параметрами позволяет определить границу их соприкосновения, которая будет соответствовать меткам, необходимым для более точной настройки антенны. Выходное напряжение с антенн подается на оптический модулятор, преобразующий выходное напряжение через усилитель в пропорциональный интенсивности световой поток посредством источника света модулятора, при этом световой поток от источника света посредством оптического волокна передается на оптический детектор, преобразующий падающий световой поток в пропорциональное напряжение, включающий в свою очередь сигнальное устройство.
Оптический модулятор, усилитель, а также аккумуляторная батарея для питания усилителя, расположены в головку индикатора, в который также заведена пара чувствительных элементов.
Недостатком известного устройства-прототипа является его сложность, что обуславливает высокую стоимость детектора напряженности электрического поля, а также недостаточно высокая надежность его конструкции из-за наличия электронных схем обработки и регистрации сигнала (усиления и преобразования напряжения в световой поток и наоборот, световой поток в напряжение, аккумуляторной батареи)
Задача полезной модели - упрощение детектора напряженности электрического поля, а также повышение надежности его конструкции.
Технический результат достигается тем, что в детектор напряженности электрического поля, содержащий сигнальное устройство, выполненное в виде оптического элемента, и чувствительные элементы, выполненные в виде двух металлических телескопических антенн, электрически соединенных между собой через оптический элемент и имеющих нанесенные на них метки, выбор которых определяет искомое значение напряженности электрического поля, согласно полезной модели, дополнительно введено кольцо, выполненное с возможностью визуальной фиксации срабатывания оптического элемента, при этом кольцо установлено вокруг оптического элемента и выполнено цветным, цвет которого совпадает с цветом оптического индикатора в момент его зажигания и достижения необходимой интенсивности свечения, причем оптический элемент представляет собой неоновую лампу или светодиод.
Таким образом, технический результат достигается тем, что из устройства-прототипа для измерения напряженности электрического поля, исключены оптический модулятор, усилитель, аккумуляторная батарея, оптический детектор, оптическое волокно, при этом в предлагаемое устройство дополнительно введено цветное кольцо для визуальной фиксации срабатывания оптического индикатора, а сигнальное устройство, выполненное в виде оптического элемента представляет собой неоновую лампу или светодиод.
В предлагаемом детекторе напряженности электрического поля (его опасных или несоответствующих нормам значений) используются чувствительные элементы, которыми могут быть две металлические телескопические антенны, электрически соединенные между собой через оптический элемент (неоновая лампа, или светодиод).
Ток, значение которого определяется положением и геометрическими параметрами антенн, проходит через оптический элемент (индикатор) при достижении, или превышении минимального напряжения зажигания чувствительности индикатора (например, напряжения зажигания неоновой лампы). Оптический индикатор загорается, причем интенсивность свечения определяется силой тока, протекающего через индикатор.
Предлагаемый детектор напряженности электрического поля с токопроводящими чувствительными элементами помещают в пространство исследуемого поля, при этом на выводах проводящих пар возникает переменное или постоянное напряжение (в зависимости от рода тока на токоведущих частях электроустановки), пропорциональное сумме полных потоков векторов напряженности электрического поля, замыкающихся на внешних поверхностях проводящих пар. Ориентируя детектор в электрическом поле, добиваются получения максимального свечения оптического элемента (т.е. максимального значения напряжения на выводах проводящих пар, пропорционального модулю суммарного вектора напряженности электрического поля в окрестностях детектора). Поскольку потоки векторов напряженности электрического поля зависят помимо напряжения на токопроводящих частях электроустановок и от расстояния между внешними поверхностями токопроводящих чувствительных элементов, варьируя это расстояние (по предварительно нанесенным меткам или рискам на антеннах) можно фиксировать «порог срабатывания» оптического элемента (индикатора).
Следовательно, нанеся метки (риски) на чувствительные элементы детектора, определяемые свечением оптического индикатора при опасных, или несоответствующих нормам значениях напряженности поля можно с помощью такого детектора фиксировать соответствующие опасные зоны в окрестностях токоведущих частей электроустановок, или иного электрооборудования.
В качестве оптического индикатора в детекторе могут быть использованы неоновая лампа или светодиод, которые характеризуются малым значением напряжения зажигания и высокой чувствительностью к малым токам, протекающим через них.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная структурная схема предлагаемого детектора напряженности электрического поля.
Цифрами на чертеже обозначены:
1 - сигнальное устройство, выполненное в виде оптического элемента (неоновая лампа или светодиод);
2 - кольцо, выполненное цветным для надежной визуальной фиксации срабатывания оптического элемента;
3 - чувствительный элемент (металлическая антенна, с нанесенными на ней метками, определяющими «порог срабатывания» оптического элемента).
Детектор напряженности электрического поля содержит сигнальное устройство 1 и токопроводящие чувствительные элементы 3.
Сигнальное устройство 1 выполнено в виде оптического элемента (индикатора).
Чувствительные элементы 3 выполнены с возможностью изменения своих геометрических параметров, соединены с оптическим элементом (сигнальным устройством 1) и имеют нанесенные на них метки, выбор которых определяет искомое значение напряженности электрического поля. Чувствительные элементы 3 выполнены в виде двух металлических телескопических антенн, электрически соединенных между собой через оптический элемент (сигнальное устройство 1).
Отличием предлагаемого детектора напряженности электрического поля является то, что в него введено кольцо 2, выполненное с возможностью визуальной фиксации срабатывания оптического элемента (сигнального устройства 1).
Кольцо 2 установлено вокруг оптического элемента (сигнального устройства 1). Кольцо 2 выполнено цветным, цвет которого совпадает с цветом оптического элемента (сигнального устройства 1) в момент его зажигания и достижения необходимой интенсивности свечения.
Сигнальное устройство 1, выполненное в виде оптического элемента (индикатора), представляет собой неоновую лампу или светодиод.
Детектор напряженности электрического поля работает следующим образом.
При размещении в пространство исследуемого поля (зоны) детектора, на выводах чувствительных элементов 3, подключенных к сигнальному устройству 1 - оптическому элементу (индикатору), возникает переменное или постоянное (в зависимости от рода тока на токоведущих частях электроустановки) напряжение, пропорциональное сумме полных потоков векторов напряженности электрического поля, замыкающихся на внешних поверхностях токопроводящих чувствительных элементов 3, а значит напряжению на токопроводах, находящихся в интересующей зоне, расстояния от них до детектора, а также геометрическим параметрам самих токопроводящих чувствительных элементов 3.
Ориентируя детектор в электрическом поле, добиваются получения максимального свечения сигнального устройства 1 - оптического элемента (индикатора) при фиксированных геометрических параметрах токопроводящих чувствительных элементов 3, которые, согласно нанесенным на них меткам, определяют пороговое значение напряженности поля в зоне регистрации, при котором происходит зажигание сигнального устройства 1 - оптического элемента (индикатора). Кольцо 2 выполнено с возможностью надежной визуальной фиксации момента срабатывания сигнального устройства 1 - оптического элемента (индикатора). Вокруг оптического элемента (сигнального устройства 1) установлено кольцо 2, цвет которого совпадает с цветом оптического элемента (индикатора) в момент его зажигания и достижения необходимой интенсивности свечения.
Техническим результатом, обеспечиваемым при использовании предлагаемой полезной модели, по сравнению с устройством-прототипом, является упрощение детектора напряженности электрического поля, что позволит снизить его стоимость, а также повышение надежности конструкции детектора за счет исключения из конструкции аккумуляторной батареи, требующей периодической замены, исключения дорогих электронных схем из устройства, замены их миниатюрным и недорогим оптическим элементом (неоновая лампа или светодиод) и введения в конструкцию детектора кольца, выполненного с возможностью визуальной фиксации срабатывания оптического элемента (сигнального устройства), при этом кольцо выполнено цветным, цвет которого совпадает с цветом оптического элемента в момент его зажигания и достижения необходимой интенсивности свечения.
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволит проводить экспресс-анализ опасных или несоответствующих нормам зон со сложной электромагнитной обстановкой (например, вблизи высоковольтных линий электропередач) простым и недорогим детектором напряженности электрического поля с приемлемой (для экспресс-анализа) чувствительностью.