Электромагнитные поля в биосфере. Том 1 - Красногорская Н.
Скачать (прямая ссылка):
Сопротивление измерительного прибора Я , подключенного к зонду, стараются сделать возможно большим - на много.порядков больше Rf и Rz так что знаменатель правой части уравнения (I) близок к единице .В простых случаях близки к нули и выражения в скобках числителя,так что показания прибора, измеряющего ток 7 между электродами, оказываются пропорциональными напряженности ЭН в атмосфере .Это проотое рассмотрение помогает понять требования, предъявляемые к конструкции двойного зонда:
пространственное разнесение электродов на расстояние, существенно превышающее дебаевский радиус; симметрия и одинаковый материал электродов (уменьшаются выражения в скобках числителя); малая величина сопротивления покрытия; работа электродов в одинаковых условиях в атмосфере и т.д. В этом случае измеряемый ток J пропорционален напряженности электрического поля ? . Отсвда можно оценить и источники ошибок измерений, овязанные с нарушением указанных выше требований. В целом типичная .точность измерений ЭП атмосферы двойными зондами составляет 10-20%, однако при неблагоприятных уоловиях проведения измерений (малая величина измеряемого поля, значительная фотоэмиосия с электродов, нахождение одного из электродов в тени спутника или ракеты и т.п.). ошибка может значительно возрасти.
Достоинством метода двойного зонда является возможность измерения компонент ЭП в любом направлении. Важно это потому, что многие методы третьего класса не позволяют измерять продольную (вдоль магнитного поля) компоненту ?„, играющую особую роль во многих важных геофизических явлениях. В ряде случаев измерение можно осуществить только методой двойного зонда. Совершенную конструкцию двойного зонда представляет собой, например, прибор - измеритель флюктуаций электрического поля(ИФЗП), который был установлен на спутнике Интеркосмос-10 /37.0н состоял из разнесенных на раостояние 1,5м трех пар зондов, позволявших измерять вое три компоненты напряженности квазистационарного низкочастотного ЭП от 0,01 до 500,Гц. Зондирующие элементы были подключены к электронным блокам, осуществляющим фильтрацию, усиление и кодирование оигнала для передачи по каналам телеметрии на Землю. Входное сопротивление прибора - 10® 0м, погрешность измерений по амплитуде - 3%. При помощи ИФЭП были успешно проведены измерения ЭП в магнитосфере.
Измерения ЭП методами второго класса, т.е. по наведенному электрическому заряду (индукционный метод), проводились также на различных высотах в атмосфере, в том числе на ракетах и спутниках. Однако индукционный метод пригоден только для измерений в нижней атмосфере: использование его-в ионосферной и магнитосферной плазме требует дополнительных теоретических разработок, без которых ошибки измерений могут составлять порядка величин. Этот метод применялся, в частности, для измерения возмущений ЭП антропогенного характера-в следе,оставляемом космическим аппаратом Д7.
Для измерений ЭП в приземном слое применяются два ооновных метода второго, класса - метод радиоактивных коллекторов (зондов) и динамический метод. Сущность метода зондов заключается в том, что в исследуемое пространство помещают проводящее тело (шар, пластина, острие), которое за время релаксации .? приобретает потенциал пространства. Постоянная времени Т= ЛС (где С - суммарная емкость прибора, Я - суммарное сопротивление воздушного слоя "зонд-земля" и входного сопротивления прибора) зависит от состояния воздушной среды (влажности, ионизации и т.д.) и имеет порядок 10^-10*® 0м. Вследствие большого значения 'С зонд может применяться для измерения лишь медленно меняющихся ЭП. Инерционность
Рис. 65. функциональная схема динамического полемера : I - датчик, П - усилитель, Ш - блик фильтров, Ci~ емкости (t=I,2), Ri~ сопротивления U=I-fI3)
зондов при измерениях в нижней атмосфере стремятся уменьшить, как правиле, применяя покрытие коллекторных пластин радиоактивными веществами с мягким излучением, безопасным на расстоянии 5-20 см. Дополнительная ионизация воздуха вблизи радиоактивных коллекторов уменьшает сопротивление воздушной среды и позволяет проводить измерение потенциалов и полей с частотой ниже 10 Гц. Радиоактивный зонд прост, удобен в обращении и рассчитан на длительную работу. Однако возникающее вблизи его ¦ поверхности ионизованное облако обусловливает частичное экранирование измеряемого электрического псяя. Могут возникать некоторые неконтролируемые искажения записи при сносе ионизованного облака ветром, что необходимо учитывать при обработке результатов измерений ЭП.
Второй метод этого же класса - динамический метод - обладает меньшей, чем зондовый, инерционностью, но также используется для измерения-медленно меняющихся ЭП в диапазоне от 0 до 10 Гц /5,6_7.
Принцип работы диншлического полемера основан на использовании линейной зависимости поверхностной плотности заряда <5, индуцированного внешним. ЭП напряженностью Е на поверхности проводящего тела заданной формы: Е = 4 .
функциональная схема одного из вариантов прибора, осуществляющего зтот метод, приведена на рис.65. Датчик динамического полемера преобразует постоянное или медленно меняющееся ЭП в переменный электрический сигнал, снимаемый с измерительной пластины I, посредством периодического экранирования её при вращении заземленного экрана 2. Пороговая чувствительность прибора определяется в основном уровнем шума щёток, заземляющих вращающийся экран 2. Сигнал с измерительной пластины I поступает на усилитель 71, затем псдаётся на синхронный детектор СД. Опорный сигнал для синхронного детектора формируется электромеханическим генератором ЭКГ, расположенным на оси электромотора М, вращающего экран 2. Применение синхронного детектора позволяет определять знак напряженности измеряемого SQ. Выпрямленный и усиленный сигнал поступает в блок полосовых активных фильтров Ф; .
