RU2025820C1

RU2025820C1 - Meter of intensity of ion formation

Info

Publication number: RU2025820C1
Authority: RU
Inventors: Х.-М.Х. Байсиев; Г.В. Куповых; А.А. Мартынов; Я.М. Шварц
Original assignee: Высокогорный геофизический институт
Priority date: 1990-06-19
Filing date: 1990-06-19
Publication date: 1994-12-30

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: meter of intensity of ion formation has ionization chamber with external electrode, with central electrode insulated from it and with guarding electrode arranged concentric on central one. Meter has shape of rotational electrostatic generator, includes former of compensating electrode, voltage divider and register. EFFECT: increased authenticity of measurements. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения интенсивности ионообразования в местах размещения фоновых станций и биосферных заповедников, а также в обсерваториях и экспедиционных условиях. The invention relates to instrumentation and can be used to measure the intensity of ion formation in the locations of background stations and biosphere reserves, as well as in observatories and expeditionary conditions.

Известны различные устройства для измерения интенсивности ионообразования, основанные на измерении тока насыщения в ионизационных камерах [1,2,3] . There are various devices for measuring the intensity of ion formation, based on the measurement of the saturation current in the ionization chambers [1,2,3].

Известные устройства используются преимущественно в лабораторных условиях и имеют недостатки, обуславливающие низкую точность измерения. Known devices are used mainly in laboratory conditions and have drawbacks leading to low measurement accuracy.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является измеритель интенсивности ионообразования, содержащий ионизационную камеру с наружным электродом, с изолированным от него центральным электродом и с концентрически размещенным относительно центрального электрода в изоляторе охранным электродом, а также измеритель, формирователь компенсационного напряжения, регистратор и общую шину [1,2]. The closest in technical essence to the claimed object is an ionization intensity meter containing an ionization chamber with an external electrode, with a central electrode isolated concentrically from it and with a guard electrode concentrically placed relative to the central electrode in the insulator, as well as a meter, compensation voltage shaper, recorder and common bus [1,2].

Недостатком известного измерителя является низкая точность измерения, обусловленная утечками электрического заряда с центрального электрода на корпус через изолятор. A disadvantage of the known meter is the low accuracy of the measurement due to leakage of an electric charge from the central electrode to the housing through the insulator.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем уменьшения утечки зарядов через изолятор. The aim of the invention is to improve measurement accuracy by reducing charge leakage through the insulator.

Цель достигается тем, что в известный измеритель интенсивности ионообразования введен делитель напряжения, измеритель выполнен в виде ротационного электрического генератора, подключенного входом к центральному электроду ионизационной камеры, измерительным и управляющим выходами соответственно к первому и второму входам формирователя компенсирующего напряжения, выход которого подсоединен к охранному электроду ионизационной камеры, к выходу регистратора и к одному выводу делителя напряжения, подключенного другим выводом к общей шине и средним выводом - к измерительному выходу измерителя. При этом измеритель интенсивности ионообразования отличается тем, что формирователь компенсирующего напряжения содержит последовательно соединенные конденсатор, первый усилитель, полосовой фильтр, усилитель-демодулятор и блок автоматического управления, выход которого является выходом формирователя, последовательно соединенные второй усилитель и фазовращатель, выход которого подключен к второму входу усилителя-демодулятора, причем второй вывод конденсатора и вход второго усилителя являются соответственно измерительным и управляющим выходами измерителя. The goal is achieved by the fact that a voltage divider is introduced into the known ion-forming intensity meter, the meter is made in the form of a rotational electric generator connected by an input to the central electrode of the ionization chamber, measuring and controlling outputs respectively to the first and second inputs of the compensating voltage generator, the output of which is connected to the guard electrode ionization chamber, to the output of the recorder and to one terminal of the voltage divider connected by another terminal to the common not the middle output - to the measuring output of the meter. The ionization intensity meter is characterized in that the compensating voltage generator comprises a series-connected capacitor, a first amplifier, a bandpass filter, an amplifier-demodulator and an automatic control unit, the output of which is the output of the former, a second amplifier and a phase shifter connected in series, the output of which is connected to the second input amplifier-demodulator, and the second output of the capacitor and the input of the second amplifier are respectively measuring and controlling the measuring outputs.

На чертеже представлена схема измерителя интенсивности ионообразования. The drawing shows a diagram of an ionization intensity meter.

Измеритель содержит ионизационную камеру 1 с наружным 2 и центральным 3 электродами-обкладками. Центральный электрод 3 прикреплен к основанию 4 ионизационной камеры 1 с помощью янтарного изолятора 5, разделенного на два кольца охранным токопроводящим кольцом 6. У основания 4 ионизационной камеры 1 размещен ротационный электростатический генератор 7, содержащий воспринимающую 8, экспонирующую 9 и измерительную 10 пластины. Пластина 8 представляет собой плоскую трехсекционную пластину, снабженную тремя профилированными отверстиями (на чертеже отверстия не показаны). Экспонирующая пластина 9 по своей конфигурации подобна пластине 8 и прикреплена к концу вала 11 электродвигателя 12. Между электродвигателем 12 и измерительной пластиной 10 размещен оптоэлектронный модулятор 13, включающий светодиод 14, фотодиод 15 и размещенную между ними модуляционную пластину 16, закрепленную на валу 11. Пластина 16 по своей конфигурации подобна воспринимающей пластине 8. Устройство содержит также формирователь 17 компенсирующего напряжения, который содержит связанные последовательно конденсатор 18, усилитель 19, полосовой фильтр 20, усилитель-демодулятор 21 и блок 22 автоматического управления, выход которого подключен с одной стороны к регистратору 23, а с другой стороны - к охранному кольцу 6 и измерительной пластине 10 через делитель 24 напряжения. Формирователь 17 компенсирующего напряжения содержит также усилитель 25, вход которого подключен к выходу оптоэлектронного модулятора 13. При этом выход усилителя 25 подключен к фазовращателю 26, выход которого в свою очередь подключен к второму входу усилителя-демодулятора 21, а выход делителя 24 напряжения подключен к общей шине. The meter contains an ionization chamber 1 with an outer 2 and a central 3 electrode electrodes. The central electrode 3 is attached to the base 4 of the ionization chamber 1 using an amber insulator 5, divided into two rings by a protective conductive ring 6. At the base 4 of the ionization chamber 1 there is a rotational electrostatic generator 7 containing a sensing 8, exhibiting 9 and a measuring 10 plate. Plate 8 is a flat three-section plate equipped with three profiled holes (holes are not shown in the drawing). The exposure plate 9 is similar in its configuration to the plate 8 and is attached to the end of the shaft 11 of the electric motor 12. Between the electric motor 12 and the measuring plate 10, an optoelectronic modulator 13 is placed, including an LED 14, a photodiode 15 and a modulation plate 16 located between them, mounted on the shaft 11. The plate 16 is similar in configuration to the receiving plate 8. The device also comprises a compensating voltage driver 17 which comprises in series a capacitor 18, an amplifier 19, a bandpass filter p 20, amplifier 21 and demodulator unit 22 of automatic control, the output of which is connected on one side to the recorder 23 and, on the other hand - to the guard ring 6 and the measuring plate 10 via a voltage divider 24. The compensating voltage generator 17 also includes an amplifier 25, the input of which is connected to the output of the optoelectronic modulator 13. The output of the amplifier 25 is connected to the phase shifter 26, the output of which is in turn connected to the second input of the amplifier-demodulator 21, and the output of the voltage divider 24 is connected to the common to the bus.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Перед измерением предварительно осуществляют настройку устройства с помощью делителя 24 напряжения. Для этого цепь обратной связи, идущую от блока 22 автоматического управления к охранному кольцу 6 и делителю 24 напряжения, разрывают. Затем обкладку 3 соединяют с охранным кольцом 6 и подают на нее напряжение 200 В. После этого с помощью делителя 24 напряжения устанавливают сигнал рассогласования на нуль по показаниям регистратора 23, после чего восстанавливают цепь обратной связи блока 22 автоматического управления с охранным кольцом 6 и делителем 24 напряжения. После осуществления указанных процедур устройство готово к работе. Before measurement, the device is preliminarily tuned using a voltage divider 24. To this end, the feedback loop going from the automatic control unit 22 to the guard ring 6 and the voltage divider 24 is broken. Then, the lining 3 is connected to the guard ring 6 and a voltage of 200 V is applied to it. After that, using the voltage divider 24, the error signal is set to zero according to the readings of the recorder 23, after which the feedback circuit of the automatic control unit 22 with the guard ring 6 and the divider 24 is restored voltage. After performing these procedures, the device is ready for use.

В процессе измерения интенсивности ионообразования на электрод 2 ионизационной камеры 1 подается напряжение, равное 200 В. При этом между электродами 8 и 10 возникает электростатическое поле. Экспонирующая пластина 9 в процессе вращения периодически экранирует и экспонирует измерительную пластину 10 в электрическом поле, благодаря чему значение наведенного на пластине 10 заряда периодически меняется. Амплитуда этого тока пропорциональна напряженности измеряемого электрического поля, частоте вращения модулирующей пластины 9 и площади измерительной пластины-электрода 10, а фаза определяется направлением электрического поля у поверхности измерительной пластины 10. Далее сигнал от пластины 10 поступает на первый вход формирователя 17 компенсирующего напряжения. Данный сигнал является переменным с амплитудой, пропорциональной разности потенциалов между пластинами 8 и 10 и частотой, равной произведению числа оборотов вала 11 на число отверстий в диске 9. Одновременно на второй вход блока 17 поступает переменный сигнал от оптоэлектронного модулятора 13 с постоянной амплитудой, совпадающий по частоте с сигналом, поступающим на первый вход блока 17, и фиксированной фазой. Далее сигнал по первому входу поступает через конденсатор 18, служащий в данном случае для защиты блока 19 от перегрузки по постоянному току, на вход усилителя 19, где усиливается, а затем фильтруется по первой гармонике в блоке 20. Далее сигнал с выхода полосового фильтра 20 поступает на первый вход усилителя-демодулятора 21. Одновременно на второй вход усилителя-демодулятора 21 поступает сигнал от блока 13, который усиливается и ограничивается усилителем 25 до меандра, то есть с выхода блока 25 поступает сигнал прямоугольной формы со скважностью два. При этом для регулирования фазы опорного сигнала, поступающего на второй вход блока 21, используется фазовращатель 26, который позволяет настроить на максимум выходной сигнал от блока 21. Сигналы, поступающие на первый и второй входы усилителя-демодулятора 21, усиливаются и синхронно детектируются путем перемножения. После этого сигнал поступает на блок 22 автоматического управления, где обеспечивается настройка и минимизация разности информационного Х_и и компенсирующего сигналов, то есть обеспечивается условие, когда
А˙ Х_и - Х_к = Х -> 0, где А - коэффициент пропорциональности.In the process of measuring the intensity of ionization, a voltage of 200 V is applied to the electrode 2 of the ionization chamber 1. An electrostatic field arises between the electrodes 8 and 10. The exposure plate 9 periodically shields and exposes the measuring plate 10 in an electric field during rotation, so that the value of the charge induced on the plate 10 changes periodically. The amplitude of this current is proportional to the strength of the measured electric field, the frequency of rotation of the modulating plate 9 and the area of the measuring plate-electrode 10, and the phase is determined by the direction of the electric field at the surface of the measuring plate 10. Next, the signal from the plate 10 is fed to the first input of the compensating voltage generator 17. This signal is variable with an amplitude proportional to the potential difference between the plates 8 and 10 and a frequency equal to the product of the number of revolutions of the shaft 11 by the number of holes in the disk 9. Simultaneously, an alternating signal from the optoelectronic modulator 13 with a constant amplitude matching the amplitude frequency with a signal supplied to the first input of block 17, and a fixed phase. Next, the signal at the first input enters through the capacitor 18, which serves in this case to protect the block 19 from overload by direct current, to the input of the amplifier 19, where it is amplified and then filtered by the first harmonic in block 20. Next, the signal from the output of the bandpass filter 20 is received to the first input of the amplifier-demodulator 21. Simultaneously, the signal from the block 13, which is amplified and limited by the amplifier 25 to the square wave, is received at the second input of the amplifier-demodulator 21, i.e., a square-wave signal with a duty cycle of a. Moreover, to regulate the phase of the reference signal input to the second input of block 21, a phase shifter 26 is used, which allows tuning the output signal from block 21 to a maximum. The signals arriving at the first and second inputs of amplifier-demodulator 21 are amplified and synchronously detected by multiplication. After this signal goes to the automatic control unit 22, which provides tuning and minimizing the difference information _and X and compensating signals, i.e. condition is provided when
А˙ X _and - X _к = X -> 0, where A is the coefficient of proportionality.

Компенсирующий сигнал Х_к с блока 22 поступает на регистратор 23 и одновременно на охранное кольцо 6 и через делитель 24 напряжения - на измерительную пластину 10.Compensating signal X _k from block 22 is supplied to the recorder 23 and simultaneously to the guard ring 6 and through the voltage divider 24 to the measuring plate 10.

Конструкция измерителя интенсивности ионообразования позволяет существенно повысить точность измерения и обеспечить регистрацию данных в автоматическом режиме. The design of the ionization intensity meter allows you to significantly increase the accuracy of the measurement and to ensure the registration of data in automatic mode.

Claims

1. MEASURER OF ION FORMATION INTENSITY, containing an ionization chamber with an external electrode, with a central electrode isolated from it and concentrically placed relative to the central electrode in the insulator, as well as a meter, compensating voltage generator, recorder and common bus, characterized in that, with In order to increase the accuracy of measurements, a voltage divider is introduced into it, the meter is made in the form of a rotational electrostatic generator connected to the central input the electrode of the ionization chamber, the measuring and control outputs, respectively, to the first and second inputs of the compensating voltage generator, the output of which is connected to the guard electrode of the ionization chamber, to the input of the recorder and to one output of the voltage divider connected by the other terminal to the common bus and the middle terminal to measuring output of the meter.

2. The meter according to claim 1, characterized in that the compensating voltage driver comprises a series-connected capacitor, a first amplifier, a bandpass filter, an amplifier-demodulator and an automatic control unit, the output of which is the output of the driver, a second amplifier and a phase shifter connected in series, the output of which is connected to the second input of the amplifier-demodulator, and the second output of the capacitor and the input of the second amplifier are respectively the measuring and control outputs of the meter.