ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
TRANSFORMER TRANSDUCER OF ALTERNATING-CURRENT ELECTRIC FIELD

Изобретение относится к электроизмерениям и предназначено для измерения напряженности переменного электрического поля в морской воде при геофизических исследованиях.
Известен трансформаторный датчик для измерения переменных низкочастотных электрических полей в море [1], содержащий тороидальную катушку, помещенную в герметичный магнитостатический экран, в противоположных стенках которого сделаны два отверстия, соединенные диэлектрической трубой, проходящей через окно катушки, при этом внешняя поверхность экрана покрыта диэлектрической оболочкой. Окружающая датчик морская вода образует объемный виток первичной обмотки трансформатора, вторичной обмоткой которого является тороидальная катушка. Протекающий по объемному витку переменный ток проводимости индуцирует в катушке напряжение, пропорциональное напряженности измеряемого электрического поля. Недостатком аналога является чувствительность его к вибрации в магнитном поле Земли и к переменным магнитным полям промышленного происхождения.
Известно устройство для измерения напряженности электрического поля в электролитах [2] (фиг.1), содержащее герметичный магнитостатический экран 1, покрытый диэлектрической оболочкой 2, в противоположных стенках которого сделаны две пары отверстий, соединенные двумя диэлектрическими трубами 3 и 4, на которые надеты идентичные тороидальные катушки 5 и 6, при этом торцы одной из труб открыты в окружающую устройство морскую воду. Обе катушки одинаково ориентированы и механически жестко связаны между собой. Переменный ток проводимости, создаваемый в морской воде электрическим полем, протекает по одной трубе, индуцируя в надетой на нее тороидальной катушке ЭДС сигнала. Вторая диэлектрическая труба закупорена диэлектрическими заглушками 7, поэтому во второй тороидальной катушке ЭДС сигнала не индуцируется. При вибрации в магнитном поле Земли или воздействии внешнего переменного магнитного поля вследствие несовершенства магнитной экранировки в обеих катушках возникают синфазные и равные по величине ЭДС помехи. Снимаемые с обеих катушек напряжения вычитаются в блоке вычитания. При этом происходит вычитание ЭДС помехи, что повышает помехозащищенность датчика. Недостатком известного устройства является пониженная чувствительность, так как наряду с вычитанием напряжения помехи происходит суммирование по мощности собственного шума обеих катушек, что приводит к уменьшению отношения напряжения сигнала к напряжению теплового шума катушек в  раз.
Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности датчика.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в трансформаторном датчике переменного электрического поля, содержащем герметичный магнитостатический экран, покрытый диэлектрической оболочкой, в противоположных сторонах которого выполнены отверстия, первую и вторую диэлектрические трубы, на которые надеты идентичные и одинаково ориентированные тороидальные катушки, при этом торцы первой и второй труб через отверстия в экране открыты в окружающую датчик среду, обе катушки соединены встречно и механически жестко связаны между собой, причем одинаково направленные по отношению к катушкам концы первой и второй труб выходят на противоположные стороны экрана.
На фиг.2 представлен трансформаторный датчик переменного электрического поля, содержащий герметичный магнитостатический экран 1, покрытый диэлектрической оболочкой 2, первую диэлектрическую трубу 3 и вторую диэлектрическую трубу 4, концы которых открыты в окружающую среду, первую тороидальную катушку 5 и вторую тороидальную катушку 6, идентичную первой.
Датчик работает следующим образом. Переменный ток проводимости, создаваемый в окружающей среде измеряемым электрическим полем, протекает по заполненным морской водой трубам 3 и 4 и индуцирует в катушках 5 и 6 ЭДС сигнала. Также в катушках индуцируются ЭДС помехи, вызванные близко расположенным источником переменного магнитного поля или вибрацией датчика в магнитном поле Земли. Поскольку ЭДС помех в обеих катушках синфазны, то с целью их компенсации катушки 5 и 6 соединены встречно. Однако и направление тока полезного сигнала в них тоже встречное, поэтому полезный сигнал на выходе датчика удваивается. Собственный тепловой шум катушек при этом складывается квадратично, следовательно, на выходных зажимах отношение полезного сигнала к собственному шуму датчика примерно в два раза выше, чем у прототипа, и в 1,4 раза выше, чем у аналога.
Литература
1. Гордиенко В.И., Калашников Н.И., Надточий К.Д. Измерение низкочастотных вихревых электрических полей. Киев: Наукова думка, 1975, 87 с.
2. Лишин И.В., Максименко В.Г. Устройство для измерения напряженности электрического поля в электролитах. Авт. свид. СССР №1697524, М. Кл. G01V 3/06, 1991).