RU2146375C1

RU2146375C1 - Device measuring parameters of physical fields and media

Info

Publication number: RU2146375C1
Application number: RU98117008A
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Исаков; С.В. Быков; Л.Н. Рыжков
Original assignee: Академия нового мышления
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1998-09-09
Publication date: 2000-03-10

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device measuring parameters of physical fields and media has multilayer set of flat materials and fixing unit. At least one layer of flat material has holes in the form of grid or is perforated and at least one layer is solid. In this case grid or perforated layer and solid layer are manufactured from conducting material-electric conductors which are set with gap. Electric conductors are assembled in multilayer set with use of dielectric spatial lattice- connecting elements with fixtures for continuous or static change of gaps between electric conductors. At least one electric conductor with holes and one solid layer of multilayer set are connected with the help of wires to fixing unit. Grid of perforation holes have size from 0.05 to 5.0 mm. EFFECT: expanded range of simultaneous measurement of several parameters of physical fields and media, expanded technological capabilities and reduced manufacturing cost of device. 1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к технике измерения параметров полей и сред, а именно к устройствам регистрации физических полей, и может быть использовано в самых разнообразных областях науки, техники и народного хозяйства, в т.ч. радиотехнике, медицине, химической промышленности и т.д. The invention relates to techniques for measuring the parameters of fields and media, and in particular to devices for recording physical fields, and can be used in a wide variety of fields of science, technology and the national economy, including radio engineering, medicine, chemical industry, etc.

Известен датчик интенсивности электромагнитного поля /а. с. СССР N 1659913, кл. G 01 R 29/08, БИ N 24, 30.06.91/ - /1/, состоящий из подложки в виде пластины из электропроводящего полиэтилена, равномерно нанесенного на пластину термоиндикаторного слоя из холестерических жидких кристаллов и защитного слоя из лавсановой или триацетатной пленки толщиной 0,05-0,1 мм. Выбор конкретного материала пластины определяется длиной волны измеряемого поля, а толщина пластины и относительная доля мощности электромагнитного поля, поглощенного пластиной, определяет чувствительность датчика. При внесении датчика в физическое /электромагнитное/ поле пластина поглощает часть мощности падающего на нее поля, преобразуя ее в тепло, которое нагревает пластину и расположенный на нем слой холестерических жидких кристаллов, которые, обладая свойствами зависимости длины волны рассеянного света от температуры, изменяют свой цвет, по которому и определяют интенсивность поля. Недостатки датчика следующие: - ограничен диапазон измерения интенсивности физического поля - только электромагнитное поле и в узком интервале, определенном размерами датчика: толщиной 1,5 мм, длиной 37,5 и шириной 4,7 мм для длин волн 20-30 см; - дефицитность используемых материалов для датчика. A known sensor of the intensity of the electromagnetic field / a. with. USSR N 1659913, class G 01 R 29/08, BI N 24, 06/30/91 / - / 1 /, consisting of a substrate in the form of a plate of electrically conductive polyethylene, uniformly deposited on the plate of a thermal indicator layer of cholesteric liquid crystals and a protective layer of lavsan or triacetate film with a thickness of 0 , 05-0.1 mm. The choice of a specific plate material is determined by the wavelength of the measured field, and the thickness of the plate and the relative fraction of the electromagnetic field absorbed by the plate determines the sensitivity of the sensor. When a sensor is introduced into a physical / electromagnetic / field, the plate absorbs part of the power of the field incident on it, converting it into heat, which heats the plate and the layer of cholesteric liquid crystals located on it, which, having the properties of the temperature dependence of the scattered light wavelength, change their color , by which the field intensity is determined. The disadvantages of the sensor are as follows: - the range of measuring the intensity of the physical field is limited - only the electromagnetic field and in a narrow interval determined by the size of the sensor: 1.5 mm thick, 37.5 long and 4.7 mm wide for wavelengths of 20-30 cm; - scarcity of materials used for the sensor.

Известен индикатор распределения плотности энергии электромагнитного поля /а. с. СССР N 1363090, кл. G 01 R 29/08, БИ N 48, 30.12.87/, содержащий диэлектрическую лавсановую подложку, толщиной 50 мкм, регистрирующую среду, выполненную в виде слоя халькогенидного стеклообразного полупроводника толщиной 0,1-10 мкм и слоя нихромового проводника с удельной теплопроводностью, не превышающей 10 Вт/град.м и толщиной менее 0,1, где минимальная возможность длины волны регистрируемого электромагнитного поля. В слое проводника происходит преобразование плотности энергии электромагнитного поля в плотность тепловой энергии. Возникающий в этом слое тепловой рельеф фиксируется слоем полупровода с изменением его оптической плотности. Количественное измерение распределения плотности энергии измеряемого поля производят сканированием оптического изображения этого поля, зафиксированного регистрирующей средой, с использованием микроденситометра. В качестве полупроводника используют систему As-Se-S-Te. Недостатки индикатора: - нет количественной оценки параметров измеряемого поля, ограничен диапазон измерения поля, дефицитность составных элементов и сложность изготовления индикатора. A known indicator of the distribution of the energy density of the electromagnetic field / a. with. USSR N 1363090, class G 01 R 29/08, BI N 48, 12.30.87 / containing a dielectric dacron substrate, 50 μm thick, recording a medium made in the form of a layer of chalcogenide glassy semiconductor with a thickness of 0.1-10 μm and a layer of nichrome conductor with specific thermal conductivity, not exceeding 10 W / deg.m and a thickness of less than 0.1, where the minimum possible wavelength of the detected electromagnetic field. In the conductor layer, the energy density of the electromagnetic field is converted to the density of thermal energy. The thermal relief arising in this layer is fixed by a layer of a half-wire with a change in its optical density. A quantitative measurement of the distribution of the energy density of the measured field is performed by scanning the optical image of this field fixed by the recording medium using a microdensitometer. As a semiconductor, an As-Se-S-Te system is used. Disadvantages of the indicator: - there is no quantitative assessment of the parameters of the measured field, the range of field measurement is limited, the scarcity of the constituent elements and the complexity of the indicator manufacture.

Известно устройство для измерения временных и энергетических характеристик импульсного электромагнитного излучения /а.с. СССР N 1229700, кл. G 01 R 29/08, БИ N 17, 07.05.86/ - /3/, которое наиболее близко по технической сущности к заявляемому и выбрано нами в качестве прототипа, содержащее многослойный набор плосковидных материалов: 5 слоев - полупроводниковая пластина с двух сторон облегается диэлектрическими сплошными слоями, которые расположены между металлическими сплошными пленками, непрозрачными для излучения, и фиксирующий прибор - нагрузочный резистор и источник питания. Пластина из кремния, слои из двуокиси кремния и пленки выполнены сплошными. К фиксирующему прибору многослойный набор подсоединяется через сплошные металлические пленки. Полезный сигнал на резисторе выделяется, когда сквозной ток, протекающий через пластину, под действием внешней разности потенциалов, соизмерим с приращением тока, вызванного воздействием излучения. Тепловая генерация неравновесных носителей заряда обеспечивает работу устройства в широком спектральном диапазоне, включая диапазон СВЧ, ближнюю и дальнюю инфракрасную области спектра. Недостатки устройства следующие:
- ограничен диапазон замеряемых характеристик физического /электромагнитного/ поля, нельзя измерять параметры сред; - сложно изготовление как самих материалов, из которых затем получают различные слои, так и многослойного набора.A device for measuring the temporal and energy characteristics of pulsed electromagnetic radiation / a.s. USSR N 1229700, class G 01 R 29/08, BI N 17, 05/05/86 / - / 3 /, which is closest in technical essence to the claimed one and is chosen by us as a prototype, containing a multilayer set of planar materials: 5 layers - a semiconductor wafer is fitted on both sides dielectric continuous layers, which are located between metal continuous films that are opaque to radiation, and the fixing device is a load resistor and a power source. The silicon plate, the layers of silicon dioxide and the film are solid. A multilayer kit is connected to the fixing device through continuous metal films. A useful signal on the resistor is emitted when the through current flowing through the plate, under the influence of an external potential difference, is commensurate with the increment of the current caused by the action of radiation. Thermal generation of nonequilibrium charge carriers ensures the operation of the device in a wide spectral range, including the microwave range, the near and far infrared regions of the spectrum. The disadvantages of the device are as follows:
- the range of measured characteristics of the physical / electromagnetic / field is limited; media parameters cannot be measured; - it is difficult to manufacture both the materials themselves, from which various layers are then obtained, and a multilayer set.

Целью данного изобретения является расширение диапазона измерения самых разнообразных и одновременно нескольких параметров физических полей и сред, а также технологических возможностей при изготовлении и эксплуатации устройства и снижение затрат на его изготовление и эксплуатацию, в том числе и за счет унификации устройства - на одном устройстве можно измерять разнообразные и даже одновременно параметры физических полей и сред, особенно модифицируя его добавлением новых слоев. The aim of this invention is to expand the measurement range of the most diverse and at the same time several parameters of physical fields and media, as well as technological capabilities in the manufacture and operation of the device and reduce the cost of its manufacture and operation, including through the unification of the device - on one device you can measure various and even simultaneously parameters of physical fields and media, especially modifying it by adding new layers.

Поставленная цель реализуется следующим образом. В устройстве для измерения параметров физических полей и сред, содержащем многослойный набор плосковидных материалов и фиксирующий прибор, по меньшей мере один слой плосковидного материала выполнен в виде сетки и/или перфорированным с приведенными размерами отверстий от 0,05 до 5 мм и один слой из сплошного плосковидного материала, при этом сетчатый и/или перфорированный слой и сплошной слой изготавливают из электропроводящих материалов-электропроводников и между электропроводниками устанавливают зазор от 0,1 до 10 мм и все электропроводники соединяют в многослойный набор при помощи диэлектрической пространственной решетки - соединительных элементов с приспособлениями для непрерывного и/или статичного /например, при остановах/ изменения зазоров между электропроводящими материалами. The goal is implemented as follows. In the device for measuring the parameters of physical fields and media containing a multilayer set of flat-shaped materials and a fixing device, at least one layer of flat-shaped material is made in the form of a grid and / or perforated with given hole sizes from 0.05 to 5 mm and one continuous layer a flat material, wherein the mesh and / or perforated layer and the continuous layer are made of electrically conductive materials-conductors and a gap of 0.1 to 10 mm and the entire wire are set between the conductors iki combined into a multilayer stack using dielectric lattice - connecting elements with means for the continuous and / or static / eg during stoppages / modification gaps between electrically conductive materials.

Изобретение иллюстрируется на фиг. 1-4, на которых схематично изображено: на фиг. 1 - общий вид устройства при 2-х слойном наборе электропроводников; на фиг. 2 - то же при многослойном наборе; на фиг. 3 - варианты возможного размещения диэлектрической пространственной решетки; на фиг. 4 - вариант устройства с приспособлением для непрерывного изменения зазора между электропроводящими материалами. The invention is illustrated in FIG. 1-4, which schematically depict: in FIG. 1 is a general view of the device with a 2-layer set of electrical conductors; in FIG. 2 - the same with multilayer dialing; in FIG. 3 - options for the possible placement of the dielectric spatial lattice; in FIG. 4 is a variant of a device with a device for continuously changing the gap between electrically conductive materials.

Устройство состоит из многослойного набора 1 плосковидных материалов, в котором плосковидные материалы выполнены из электропроводников и представляют собой сеточный и/или перфорированный слой /фиг. 1/ или слои /фиг. 2/ 3 и сплошной слой /фиг. 1-2/ или слои /на фиг. 1-4 не показано/ 5. Между электропроводящими слоями 3, 5 устанавливают зазор 4. Все электропроводники соединяют в многослойный набор 1 при помощи диэлектрической пространственной решетки - соединительных элементов 6. К фиксирующему прибору 2 набор 1 прикрепляют при помощи контактов 7 и проводников 8. Непрерывное измерение зазора 4 между электропроводниками 3, 5 осуществляется с помощью приспособления 9, которое может быть выполнено по разному, например на основе пневмоустройства /см. фиг. 4/ с мехообразными соединительными элементами 6, разнообразных механических, электротехнических и прочих решений. Соединительные элементы диэлектрической пространственной решетки 6 могут быть выполнены жесткими при статичных изменениях зазора 4 /фиг. 1, 2/ и гибкими при непрерывных, периодических изменениях его /фиг. 4/. При этом толщина зазора 4 может быть в оном и том же устройстве разной. Набор 1 материалов может иметь /каждый/ слой и в целом/ форму плоского листового параллелограмма, параллелепипеда, сферы и т.д. Количество электропроводящих слоев может изменяться в широком диапазоне от одной до, например, семи и более, в зависимости от задач и измеряемых параметров физических полей и сред при исследовательских, производственных и медико-биологических работах. Сеточный, перфорированный слой плосковидного материала имеет приведенные размеры отверстий от 0,05 до 5 мм: при отверстиях менее 0,05 мм резко повышаются затраты на изготовление и эксплуатацию устройства при снижении качественных и количественных показателей измерения предлагаемого устройства; при отверстиях более 5 мм уменьшается точность замера измеряемых параметров физических полей и сред. К фиксирующему прибору 2 набор 1 подсоединяют через сеточно-перфорированный слой 3 и сплошной слой 5. При многоточечном фиксирующем приборе 2 и многослойном наборе плосковидных материалов 1 для быстрого и одновременного измерения разнообразных параметров физических полей и сред возможно многоразовое многоточечное подсоединение прибора 2 через электропроводники 3, 5 набора материалов 1, например как показано на фиг. 2. Величина зазора 4 между электропроводниками 3, 5 может быть постоянной и переменной, равномерной и разной /неодинаковой/ по всему объему ограниченному слоями, образующими этот зазор. Пределы - от 0,1 до 10 мм - зазоров 4 обусловлены следующими факторами: менее 0,1 мм зазор очень сложно обеспечить и увеличиваются при этом затраты на обеспечение указанного зазора; при зазоре более 10 мм снижается значительно чувствительность устройства и увеличиваются энергозатраты на поддержание стабильной работы устройства. The device consists of a multilayer set 1 of flat materials, in which the flat materials are made of electrical conductors and are a mesh and / or perforated layer / Fig. 1 / or layers / Fig. 2/3 and a continuous layer / Fig. 1-2 / or layers / in FIG. 1-4 is not shown / 5. A gap 4 is established between the electrically conductive layers 3, 5. All the conductors are connected into a multilayer set 1 using a dielectric spatial grating - connecting elements 6. To the fixing device 2, set 1 is attached using contacts 7 and conductors 8. Continuous measurement of the gap 4 between the electrical conductors 3, 5 is carried out using the device 9, which can be performed in different ways, for example, based on a pneumatic device / cm. FIG. 4 / with furry connecting elements 6, a variety of mechanical, electrical and other solutions. The connecting elements of the dielectric spatial lattice 6 can be made rigid with static changes in the gap 4 / Fig. 1, 2 / and flexible with continuous, periodic changes in it / Fig. 4/. Moreover, the thickness of the gap 4 may be different in the same device. A set of 1 materials can have / each / layer and as a whole / the shape of a flat sheet parallelogram, parallelepiped, sphere, etc. The number of electrically conductive layers can vary in a wide range from one to, for example, seven or more, depending on the tasks and the measured parameters of the physical fields and media during research, production and biomedical work. The mesh, perforated layer of flat material has reduced hole sizes from 0.05 to 5 mm: with holes less than 0.05 mm, the costs of manufacturing and operating the device sharply increase while reducing the qualitative and quantitative indicators of measurement of the proposed device; with holes more than 5 mm, the accuracy of measuring the measured parameters of physical fields and media decreases. To fixing device 2, set 1 is connected through a mesh-perforated layer 3 and continuous layer 5. With a multi-point fixing device 2 and a multi-layer set of planar materials 1, multiple and multiple connection of the device 2 through electrical conductors 3 is possible multiple and multiple connection of the device 2, 5 of the material kit 1, for example as shown in FIG. 2. The size of the gap 4 between the electrical conductors 3, 5 can be constant and variable, uniform and different / unequal / throughout the volume limited by the layers forming this gap. The limits - from 0.1 to 10 mm - of the gaps 4 are due to the following factors: less than 0.1 mm, the gap is very difficult to ensure and the costs of providing this gap increase; with a gap of more than 10 mm, the sensitivity of the device decreases significantly and the energy consumption for maintaining the stable operation of the device increases.

Устройство работает следующим образом. Измеряемые физические поля и среды, заполняя все пространство около многослойного набора 1 и внутри него, при внесении набора 1 в зону измерения способствуют созданию в нем определенного электромагнитного потенциала, который и фиксируется на приборе 2. Устройство обеспечивает высокую чувствительность в широком интервале исследуемых параметров физических полей и сред и его показания не зависят от какой-то направленности физических полей и сред. На все измеряемые физические величины устройство реагирует изменением потенциала на электродах и фиксацией его на приборе 2. Чередование электропроводников и зазоров и создают наиболее благоприятные условия для улавливания и регистрации самых разнообразных параметров физических полей и сред, и даже быстрой и одновременной фиксации и регистрации нескольких параметров и сред при использовании многоточечных фиксирующих приборов и многослойному-многототечному подсоединению к набору 1 плосковидных материалов, разнообразная по форме конфигурация которых дополнительно благоприятствует расширению технологических возможностей устройства. Отверстия в сетке и/или перфорации в слоях набора 1 и зазоры между электропроводящим слоями в наборе 1 способствуют увеличению площади контакта физического поля и среды с многослойным набором плосковидных материалов, что повышает чувствительность и диапазон измерения данного устройства. Статическое и/или непрерывное изменение зазоров между электропроводящими материалами расширяет технологические возможности устройства, т.к. одно и то же устройство можно использовать для замеров разных параметров физического поля и среды. The device operates as follows. Measured physical fields and media, filling the entire space near the multilayer set 1 and inside it, when making set 1 in the measurement zone, contribute to the creation of a certain electromagnetic potential in it, which is fixed on the device 2. The device provides high sensitivity in a wide range of the studied parameters of physical fields and media and its indications do not depend on any orientation of physical fields and media. The device responds to all measured physical quantities by changing the potential on the electrodes and fixing it on the device 2. Alternating electrical conductors and gaps create the most favorable conditions for capturing and recording the most diverse parameters of physical fields and media, and even quickly and simultaneously fixing and recording several parameters and media when using multi-point fixing devices and multi-layer-multi-stream connection to a set of 1 flat-shaped materials, various in shape figuration which further favors the expansion of technological capabilities of the device. The holes in the grid and / or perforation in the layers of set 1 and the gaps between the electrically conductive layers in set 1 contribute to an increase in the contact area of the physical field and the medium with the multilayer set of planar materials, which increases the sensitivity and measurement range of this device. Static and / or continuous change of the gaps between the electrically conductive materials expands the technological capabilities of the device, because the same device can be used to measure different parameters of the physical field and environment.

Преимущества предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом следующие: - расширяется диапазон измерения самых разнообразных и одновременно нескольких параметров физических полей и сред; - расширяются технологические возможности при изготовлении эксплуатации устройства и снижаются затраты на его изготовление и эксплуатацию, в т.ч. за счет унификации устройства - на одном устройстве можно измерять самые разнообразные и даже одновременно параметры физических полей и сред, модифицируя устройство изменением количества слоев плосковидных материалов, приведенными размерами отверстий сеток-перфораций и зазором между слоями набора, например, одновременно можно измерять влажность, температуру среды и напряженность электромагнитного поля и многие другие параметры сред и полей, используя для этого градуировочные графики или переключаемые шкалы прямого отсчета, например, на основе милливольтметра. The advantages of the invention in comparison with the prototype are as follows: - the measurement range of the most diverse and simultaneously several parameters of physical fields and media is expanding; - expanding technological capabilities in the manufacture of the operation of the device and reducing the cost of its manufacture and operation, including due to the unification of the device - on a single device you can measure the most diverse and even simultaneously the parameters of physical fields and media, modifying the device by changing the number of layers of planar materials, given the size of the holes of the mesh perforations and the gap between the layers of the set, for example, you can simultaneously measure humidity, temperature and electromagnetic field strength and many other parameters of media and fields using calibration graphs or switchable direct reading scales, for example Based on the millivoltmeter.

Claims

1. Устройство для измерения параметров физических полей и сред, содержащее многослойный набор плосковидных материалов и фиксирующий прибор, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один слой плосковидного материала выполнен с отверстиями в виде сетки и/или перфорированным и один слой - из сплошного плосковидного материала, при этом сетчатый и/или перфорированный слой и сплошной слой изготавливают из электропроводящих материалов - электропроводников, и между электропроводниками устанавливают зазор, электропроводники соединяют в многослойный набор при помощи диэлектрической пространственной решетки - соединительных элементов с приспособлениями для непрерывного и/или статичного изменения зазоров между электропроводниками, а к фиксирующему прибору подсоединяют, по меньшей мере, один электропроводник с отверстиями и один сплошной слой многослойного набора при помощи проводов. 1. A device for measuring the parameters of physical fields and media, containing a multilayer set of flat-shaped materials and a fixing device, characterized in that at least one layer of flat-shaped material is made with holes in the form of a mesh and / or perforated and one layer is made of solid flat-shaped material, while the mesh and / or perforated layer and the continuous layer are made of electrically conductive materials - electrical conductors, and a gap is established between the electrical conductors, the electrical conductors are connected in a multilayer a set using a dielectric spatial lattice - connecting elements with devices for continuous and / or static change of the gaps between electrical conductors, and at least one electrical conductor with holes and one continuous layer of a multilayer set with wires are connected to the fixing device.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что размеры отверстий сетки и/или отверстий перфорации выполнены от 0,05 до 5 мм, а зазор между электропроводниками - от 0,1 до 10 мм. 2. The device according to claim 1, characterized in that the dimensions of the mesh holes and / or perforation holes are made from 0.05 to 5 mm, and the gap between the electrical conductors is from 0.1 to 10 mm.