RU2572856C1 - High-speed imitator with capacitance-type target detector - Google Patents

High-speed imitator with capacitance-type target detector Download PDF

Info

Publication number
RU2572856C1
RU2572856C1 RU2014151589/03A RU2014151589A RU2572856C1 RU 2572856 C1 RU2572856 C1 RU 2572856C1 RU 2014151589/03 A RU2014151589/03 A RU 2014151589/03A RU 2014151589 A RU2014151589 A RU 2014151589A RU 2572856 C1 RU2572856 C1 RU 2572856C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
resistor
electrodes
circuit
capacitance
screen
Prior art date
Application number
RU2014151589/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Георгиевич Шаврин
Владимир Николаевич Удовиченко
Сергей Иванович Антипов
Лариса Викторовна Шанина
Николай Александрович Прудкой
Алексей Николаевич Коршаков
Александр Николаевич Зорькин
Original Assignee
Федеральное Государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" filed Critical Федеральное Государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ"
Priority to RU2014151589/03A priority Critical patent/RU2572856C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2572856C1 publication Critical patent/RU2572856C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: high-speed imitator with capacitance-type target detector includes power supply source, two insulated electrodes of the target detector, which together with square-wave generator with permanent amplitude and varying frequency are included into the circuit sensitive to change in capacitance between theses electrodes and coupled to the circuit detecting signals outputted from the square-wave generator. The signal detecting circuit is coupled to the actuator. The design includes protection device for the circuit of generator communication to one of electrodes of the target detector from impact of electromagnetic interference, which is operated within frequency range exceeding operating range of the target detector; it includes feedthrough capacitor, resistor and screen covering the resistor, which is connected via feedthrough capacitor to the circuit sensitive to change in capacitance between the electrodes. At that other electrode of the target detector is made as a whole shell and feedthrough capacitor is placed at its surface and has circular electric contact, as well as the screen. In regard to the screen the resistor is placed with a gap, which value is not more than 1/2 of the resistor length.
EFFECT: invention allows increase in safe handling and survival in conditions of affecting electromagnetic fields.
2 dwg

Description

Изобретение относится к конструкции высокоскоростного инициатора с емкостным датчиком цели, реагирующего на сближение и контакт с внешними телами.The invention relates to the construction of a high-speed initiator with a capacitive target sensor that responds to proximity and contact with external bodies.

Задачей, на решение которой направлено данное заявляемое изобретение, является создание конструкции, безопасной в обращении и стойкой к воздействию высокочастотных электромагнитных полей.The problem to which this invention is directed is to create a design that is safe to handle and resistant to high-frequency electromagnetic fields.

Известна конструкция емкостного датчика цели (см. патент RU 2109248, 20.04.1998 г.), содержащая источник питания, схему защиты от несанкционированного срабатывания, соединенную с источником питания и содержащую RC-цепочку, два изолированных электрода, которые вместе с импульсным генератором переменного напряжения входят в схему, чувствительную к изменению емкости между электродами и соединенную со схемой детектирования выходящего с импульсного генератора сигнала, последняя соединена с компаратором, который в свою очередь соединен с исполнительным устройством, контур обратной связи с заданной постоянной времени. Схема защиты от несанкционированного срабатывания задействуется при включении питания до выхода на рабочий режим. В качестве импульсного генератора переменного напряжения использован генератор импульсов с изменяющейся, в зависимости от величины емкости между электродами, амплитудой. Входная емкость шунтирована ключом импульсного генератора и подключена через резистор к выходу усилителя напряжения обратной связи и к выходу компаратора напряжения. Выход компаратора подключен к одному из резисторов двухвходовой интегрирующей RRC-цепочки, вторым резистором подключенной к источнику питания. Конденсатор RRC-цепочки соединен с входом порогового элемента и входом усилителя через инерционное звено RC-цепочки, конденсатор которой одним выводом соединен с источником питания. Выход порогового элемента подключен к исполнительному устройству.A known design of a capacitive target sensor (see patent RU 2109248, 04/20/1998), containing a power source, a protection circuit against unauthorized operation, connected to a power source and containing an RC circuit, two isolated electrodes, which together with a pulse alternating voltage generator are included in a circuit that is sensitive to a change in capacitance between the electrodes and is connected to a detection circuit for a signal coming from a pulse generator, the latter is connected to a comparator, which in turn is connected to an actuator th device, feedback loop with a given time constant. The protection scheme against unauthorized operation is activated when the power is turned on before reaching the operating mode. As a pulse alternating voltage generator, a pulse generator with an amplitude varying depending on the capacitance between the electrodes is used. The input capacitance is shunted by the pulse generator key and connected through a resistor to the output of the feedback voltage amplifier and to the output of the voltage comparator. The output of the comparator is connected to one of the resistors of the two-input integrating RRC circuit, the second resistor is connected to the power source. The capacitor of the RRC chain is connected to the input of the threshold element and the input of the amplifier through the inertial link of the RC chain, the capacitor of which is connected to the power source by one output. The output of the threshold element is connected to the actuator.

Недостатком этой конструкции является нечувствительность датчика цели к изменению выходной емкости при определенных скоростях, недостаточная помехозащищенность (амплитудная модуляция подвержена электромагнитным возмущениям), отсутствует защита от несанкционированного срабатывания при включении питания после выхода на рабочий режим и при снижении питания ниже допустимого уровня, недостаточная устойчивость за счет включения в конструкцию обратной связи и аналоговых элементов в схеме, чувствительной к изменению емкости.The disadvantage of this design is the insensitivity of the target sensor to changes in the output capacitance at certain speeds, insufficient noise immunity (amplitude modulation is subject to electromagnetic disturbances), there is no protection against unauthorized operation when the power is turned on after reaching the operating mode and when the power drops below the permissible level, insufficient stability due to inclusion in the design of feedback and analog elements in the circuit, sensitive to changes in capacitance.

Известна конструкция другого высокоскоростного инициатора с емкостным датчиком цели (патент RU 2415376, 27.03.2011 г.), которая частично устраняет недостатки предыдущего аналога и выбрана в качестве наиболее близкого аналога. Данный высокоскоростной инициатор включает источник питания, схему защиты от несанкционированного срабатывания, соединенную с источником питания и содержащую RC-цепочку, два изолированных электрода, которые вместе с импульсным генератором переменного напряжения входят в схему, чувствительную к изменению емкости между электродами и соединенную со схемой детектирования выходящего с импульсного генератора сигнала, последняя соединена с компаратором, который в свою очередь соединен с исполнительным устройством. В качестве импульсного генератора использован генератор прямоугольных импульсов с постоянной амплитудой и изменяющейся, в зависимости от величины емкости между электродами, частотой, а в схему детектирования сигнала, выходящего с импульсного генератора, включен частотный детектор, выход которого подключен к компаратору через усилитель напряжения низкочастотного выходного сигнала, в состав которого входит полосовой фильтр, при этом исполнительное устройство соединено со схемой защиты от несанкционированного срабатывания, в которой RC-цепочка выполнена в виде интегрирующего звена и в которую входит по крайней мере один блокирующий транзисторный ключ.A known design of another high-speed initiator with a capacitive target sensor (patent RU 2415376, 03/27/2011), which partially eliminates the disadvantages of the previous analogue and is selected as the closest analogue. This high-speed initiator includes a power source, an anti-tamper circuit, connected to a power source and containing an RC circuit, two isolated electrodes, which, together with a pulse alternating voltage generator, are included in a circuit sensitive to changes in capacitance between the electrodes and connected to the output detection circuit with a pulse signal generator, the latter is connected to a comparator, which in turn is connected to an actuator. As a pulse generator, a rectangular pulse generator with a constant amplitude and a frequency that varies depending on the capacitance between the electrodes is used, and a frequency detector is included in the detection circuit of the signal coming from the pulse generator, the output of which is connected to the comparator through a low-frequency output signal voltage amplifier , which includes a band-pass filter, while the actuator is connected to a protection circuit against unauthorized operation, in which The RC chain is made in the form of an integrating element and which includes at least one blocking transistor switch.

Недостатком ближайшего аналога является недостаточная его защита от воздействия электромагнитных полей, что накладывает ограничения на условия его хранения, транспортировки и применения при воздействии электромагнитных полей (ЭМП) искусственного и естественного происхождения.A disadvantage of the closest analogue is its insufficient protection against electromagnetic fields, which imposes restrictions on the conditions of its storage, transportation and use when exposed to electromagnetic fields (EMF) of artificial and natural origin.

Поражающее действие ЭМП на высокоскоростные инициаторы обусловлено возбуждением в их электрических цепях под действием внешних полей паразитных токов и напряжений (наводок). Наводки в цепях высокоскоростного инициатора подразделяются на два типа:The striking effect of EMFs on high-speed initiators is caused by excitation in their electric circuits under the influence of external fields of spurious currents and voltages (pickups). The leads in the high-speed initiator circuits are divided into two types:

- индуктивные наводки (трансформация ЭМП в наводки происходит внутри выделенного объема, ЭМП попадают внутрь объема через стенки корпусов, технологические стыки, щели и отверстия);- inductive pickups (transformation of EMF into pickups occurs inside the selected volume, EMFs enter the volume through the walls of the housings, technological joints, slots and openings);

- кондуктивные наводки (трансформация ЭМП в наводки происходит вне выделенного объема, и они попадают внутрь по электрическим проводам, заземляющим проводникам, металлическим деталям, неэлектрическим коммуникациям).- conductive pickups (the transformation of EMF into pickups occurs outside the allocated volume, and they get inside through electrical wires, grounding conductors, metal parts, non-electrical communications).

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение безопасности обращения с высокоскоростным инициатором и сохранение его работоспособности в условиях воздействия электромагнитных полей путем подавления наведенных электромагнитными полями токов в электрических цепях высокоскоростного инициатора.The technical result of the claimed invention is to increase the safety of handling a high-speed initiator and to maintain its operability under conditions of exposure to electromagnetic fields by suppressing currents induced by electromagnetic fields in the electrical circuits of a high-speed initiator.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в конструкцию высокоскоростного инициатора с емкостным датчиком цели, включающую источник питания, два изолированных электрода датчика цели, которые вместе с генератором прямоугольных импульсов с постоянной амплитудой и изменяющейся частотой входят в схему, чувствительную к изменению емкости между этими электродами и соединенную со схемой детектирования сигналов, выходящих с генератора прямоугольных импульсов, последняя, в свою очередь, соединена с исполнительным устройством, дополнительно введено устройство защиты цепи связи генератора с одним из электродов датчика цели от воздействия электромагнитных помех радиочастотного диапазона, работающее в диапазоне частот, превышающих рабочий диапазон частоты датчика цели, и включающее проходной конденсатор, резистор и экран, охватывающий резистор, который через проходной конденсатор соединен со схемой, чувствительной к изменению емкости между электродами, при этом другой электрод датчика цели выполнен в виде цельной оболочки, а проходной конденсатор размещен на его поверхности и имеет с ним, как и экран, круговой электроконтакт, причем резистор по отношению к экрану размещен с зазором, величина которого не более 1/2 длины резистора.This technical result is achieved due to the fact that in the design of a high-speed initiator with a capacitive target sensor, including a power source, two isolated target sensor electrodes, which, together with a rectangular pulse generator with a constant amplitude and a varying frequency, are included in a circuit sensitive to a change in capacitance between these electrodes and connected to a circuit for detecting signals coming from a rectangular pulse generator, the latter, in turn, is connected to an actuator In addition, a device has been introduced to protect the communication circuit of the generator with one of the electrodes of the target sensor from electromagnetic interference of the radio frequency range, operating in the frequency range exceeding the working frequency range of the target sensor, and including a passage capacitor, a resistor, and a shield covering the resistor, which is through the passage capacitor connected to a circuit sensitive to a change in capacitance between the electrodes, while the other target sensor electrode is made in the form of a single shell, and the passage capacitor is sized Shchen on its surface and has with it as a screen circular electric contact, wherein the resistor relative to the screen is placed with a gap, the value of which is not more than 1/2 of the length of the resistor.

Применение в конструкции высокоскоростного инициатора устройства защиты цепи связи генератора с одним из электродов датчика цели от воздействия электромагнитных помех радиочастотного диапазона, работающего в диапазоне частот, превышающих рабочий диапазон частоты датчика цели, обеспечивает его работоспособность в условиях воздействия электромагнитных полей, при этом включение в устройство защиты резистора, проходного конденсатора (или фильтра), которые размещают внутри экрана в виде цилиндрической металлической трубы, обеспечивает подавление кондуктивных наводок.The use in the design of a high-speed initiator of the device for protecting the communication circuit of the generator with one of the electrodes of the target sensor from electromagnetic interference of the radio frequency range, operating in the frequency range exceeding the working frequency range of the target sensor, ensures its operability in conditions of exposure to electromagnetic fields, and inclusion in the protection device a resistor, a passage capacitor (or filter), which are placed inside the screen in the form of a cylindrical metal pipe, provides suppression of conducted interference.

Выполнение электрода датчика в виде цельной оболочки и размещение в ней восприимчивых к воздействию электромагнитных полей элементов высокоскоростного инициатора позволяет обеспечить защиту электрических цепей высокоскоростного инициатора от непосредственного (индуктивного) воздействия ЭМП. При высоких частотах распределение тока по сечению стенки оболочки будет резко неравномерным. По мере распространения поля в толщину металла плотность тока падает. Характеристикой неравномерности служит толщина скин-слоя. За толщину скин-слоя принимают глубину проникновения поля, при которой плотность наведенного тока уменьшатся в е раз по сравнению с плотностью на поверхности. Глубина скин-слоя равнаThe implementation of the sensor electrode in the form of an integral shell and placement of elements of a high-speed initiator susceptible to electromagnetic fields in it allows the electrical circuits of the high-speed initiator to be protected from the direct (inductive) effect of EMF. At high frequencies, the current distribution over the cross section of the shell wall will be sharply uneven. As the field propagates into the thickness of the metal, the current density decreases. The characteristic of unevenness is the thickness of the skin layer. The thickness of the skin layer is taken to be the depth of penetration of the field at which the induced current density decreases by a factor of e compared with the density on the surface. Skin depth is

Figure 00000001
Figure 00000001

где ρ, µ - удельное сопротивление и относительная магнитная проницаемость материала корпуса соответственно; µ0=4π10-7 Гн/м - магнитная постоянная; µ - относительная магнитная проницаемость материала корпуса; ƒ - частота действующего электромагнитного излучения.where ρ, µ is the resistivity and relative magnetic permeability of the body material, respectively; µ 0 = 4π10 -7 GN / m is the magnetic constant; µ is the relative magnetic permeability of the body material; ƒ is the frequency of the acting electromagnetic radiation.

Ослабление высокочастотных ЭМП, вызванное скин-эффектом, равноThe attenuation of high-frequency electromagnetic fields caused by the skin effect is

Figure 00000002
Figure 00000002

где t - толщина стенки корпуса.where t is the thickness of the wall of the housing.

Защитный резистор предназначен для ограничения величины наводимых токов в цепи, соединяющей второй электрод со схемой, чувствительной к изменению емкости между электродами.The protective resistor is designed to limit the magnitude of the induced currents in the circuit connecting the second electrode to a circuit sensitive to changes in capacitance between the electrodes.

Проходной конденсатор (фильтр) обеспечивает стекание тока наводки из цепи, соединяющей один из электродов со схемой, чувствительной к изменению емкости между электродами, на внешнюю поверхность экрана.A feed-through capacitor (filter) ensures that the pick-up current flows from a circuit connecting one of the electrodes to a circuit sensitive to a change in capacitance between the electrodes on the outer surface of the screen.

Установка проходного конденсатора (фильтра) на другом электроде, с обеспечением кругового электрического контакта с ним, а также обеспечение кругового электроконтакта экрана с этим электродом является необходимым условием эффективной работы проходного конденсатора.The installation of a passage capacitor (filter) on another electrode, ensuring circular electrical contact with it, as well as providing a circular electrical contact of the screen with this electrode is a necessary condition for the effective operation of the passage capacitor.

Размещение элементов схемы подавления наведенных токов в цилиндрическом экране с обеспечением изоляционного зазора между экраном и поверхностью резистора, не превышающего по крайней мере 1/2 длины тела резистора, позволяет устранить ухудшение токоограничивающих свойств резистора за счет шунтирующего действия паразитной емкости между одним из электродов и цепями, связывающими резистор со схемой, чувствительной к изменению емкости между электродами, а также шунтирующего действия собственной емкости защитного резистора. На частотах, когда входное сопротивление проходного конденсатора приобретает индуктивный характер, эти емкости могут резонировать с проходным конденсатором, сводя защитное действие резистора на нет. Следовательно, без экрана резистор обеспечивает защиту только в относительно узком диапазоне частот (верхняя граничная частота защищаемого диапазона лежит ниже первого резонанса проходного конденсатора). При более высоких частотах из-за паразитных связей появляются окна прозрачности, где защитные свойства резистора практически отсутствуют.Placing the elements of the induced current suppression circuit in a cylindrical screen with an insulating gap between the screen and the surface of the resistor not exceeding at least 1/2 the length of the resistor body, eliminates the deterioration of the current-limiting properties of the resistor due to the shunting action of the parasitic capacitance between one of the electrodes and circuits, connecting the resistor with a circuit sensitive to changes in capacitance between the electrodes, as well as the shunting action of the own capacitance of the protective resistor. At frequencies when the input resistance of the feed-through capacitor becomes inductive, these capacitors can resonate with the feed-through capacitor, reducing the protective effect of the resistor to nothing. Therefore, without a shield, the resistor provides protection only in a relatively narrow frequency range (the upper cutoff frequency of the protected range lies below the first resonance of the passage capacitor). At higher frequencies, transparency windows appear due to spurious connections, where the protective properties of the resistor are practically absent.

Влияние паразитной емкости устраняется за счет того, что емкостной ток через паразитную емкость попадает на экран и по нему стекает на электрод емкостного датчика. Наличие кругового контакта между экраном и электродом исключает появление наводок на входе схемы, чувствительной к изменению емкости между электродами, обусловленных протеканием емкостного тока по экрану.The influence of stray capacitance is eliminated due to the fact that the capacitive current through the stray capacitance enters the screen and flows through it to the electrode of the capacitive sensor. The presence of a circular contact between the screen and the electrode eliminates the appearance of pickups at the input of the circuit, which is sensitive to a change in capacitance between the electrodes due to the flow of capacitive current through the screen.

Исключение вредного влияния собственной емкости резистора устраняется за счет того, что обеспечивает условия, при которых в окружающем резистор диэлектрике может распространяться только ТЕМ волна. Для этого изоляционный зазор между экраном и поверхностью резистора выбирается по крайней мере в 2 раза меньше длины резистора. Зазор между экраном и резистором можно рассматривать как волновод. Ответственными за паразитную емкостную связь являются поперечные магнитные волны. На частотах ниже критической, которая составляет

Figure 00000003
, где c - скорость света в вакууме; δ - зазор между резистором и экраном; ε - относительная диэлектрическая проницаемость изоляции между резистором и экраном, эти волны не могут распространяться и быстро затухают. Затухание это равноThe elimination of the harmful effects of the resistor's own capacitance is eliminated due to the fact that it provides the conditions under which only the TEM wave can propagate in the dielectric surrounding the resistor. To do this, the insulation gap between the screen and the surface of the resistor is selected at least 2 times less than the length of the resistor. The gap between the screen and the resistor can be considered as a waveguide. Responsible for parasitic capacitive coupling are transverse magnetic waves. At frequencies below critical, which is
Figure 00000003
where c is the speed of light in vacuum; δ is the gap between the resistor and the screen; ε is the relative dielectric constant of the insulation between the resistor and the shield; these waves cannot propagate and decay quickly. Attenuation is equal

Figure 00000004
Figure 00000004

где l - длина резистора.where l is the length of the resistor.

При выбранном соотношении между величиной изоляционного зазора и длиной резистора затухание поперечных магнитных волн составляетWith the selected ratio between the value of the insulating gap and the length of the resistor, the attenuation of the transverse magnetic waves is

Figure 00000005
Figure 00000005

Это эквивалентно такому же ослаблению влияния паразитной емкостной связи.This is equivalent to the same attenuation of parasitic capacitive coupling.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема высокоскоростного инициатора с емкостным датчиком цели; на фиг. 2 приведена зависимость коэффициента экранирования высокочастотных электромагнитных полей от частоты, где: 1 - металлический колпак (один из электродов); 2 - корпус (другой электрод); 3 - защитный резистор; 4 - проходной конденсатор; 5 - экран; 6 - схема, чувствительная к изменению емкости между электродами, с источником питания, схемой защиты от несанкционированного срабатывания, схемой детектирования выходящего с импульсного генератора сигнала, компаратором и исполнительным устройством; 7 - проводники.In FIG. 1 shows a structural diagram of a high-speed initiator with a capacitive target sensor; in FIG. 2 shows the dependence of the screening coefficient of high-frequency electromagnetic fields on the frequency, where: 1 - a metal cap (one of the electrodes); 2 - case (another electrode); 3 - protective resistor; 4 - feedthrough capacitor; 5 - screen; 6 is a diagram sensitive to a change in capacitance between the electrodes, with a power source, a protection circuit against unauthorized operation, a detection circuit for a signal coming from a pulse generator, a comparator and an actuator; 7 - conductors.

Примером конкретного исполнения может служить высокоскоростной инициатор с емкостным датчиком цели. Электродами, между которыми измеряется емкость, служат: металлический колпак 1 и корпус высокоскоростного инициатора 2. Они изолированы друг от друга вставкой из диэлектрического пресс-материала. Корпус высокоскоростного инициатора выполнен в виде цилиндрической оболочки из латуни ЛС59-1 (толщина стенки не менее 1 мм), и в его внутреннем объеме расположены: схема 6, чувствительная к изменению емкости между электродами с источником питания, схемой защиты от несанкционированного срабатывания, схемой детектирования выходящего с импульсного генератора сигнала; компаратором, исполнительным устройством. Колпак 1 через отверстие в корпусе 2 при помощи резистора 3 (С2-10-0,125-162 Ом±1,0%-В-ОЖ0.467.072ТУ), проходного конденсатора 4 (К10-81 54 пФ±20% МП0-1 АЖЯР.673511.006ТУ) и проводников 7 соединен со схемой, чувствительной к изменению емкости между электродами. Проходной конденсатор по всему периметру подпаян к буртику, сформированному вокруг отверстия в корпусе 2 высокоскоростного инициатора. Резистор 3 и проходной конденсатор 4 размещены внутри экрана 5, выполненного в виде металлической трубы внутренним диаметром 6 мм. Свободное пространство внутри экрана заполнено компаундом. Один торец экрана по всему периметру припаян к корпусу высокоскоростного инициатора 2.An example of a specific implementation is a high-speed initiator with a capacitive target sensor. The electrodes between which the capacitance is measured are: a metal cap 1 and a housing of a high-speed initiator 2. They are isolated from each other by an insert of a dielectric press material. The case of a high-speed initiator is made in the form of a cylindrical shell made of LS59-1 brass (wall thickness at least 1 mm), and in its internal volume are located: circuit 6, sensitive to changes in capacitance between electrodes with a power source, protection circuit against unauthorized operation, detection circuit output from a pulse signal generator; comparator, actuator. Cap 1 through an opening in the housing 2 using a resistor 3 (C2-10-0.125-162 Ohm ± 1.0% -V-ОЖ0.467.072ТУ), a feed-through capacitor 4 (K10-81 54 pF ± 20% MP0-1 АЖЯР .673511.006ТУ) and conductors 7 are connected to a circuit sensitive to changes in capacitance between the electrodes. The feedthrough capacitor along the entire perimeter is soldered to the shoulder formed around the hole in the housing 2 of the high-speed initiator. The resistor 3 and the passage capacitor 4 are placed inside the screen 5, made in the form of a metal pipe with an inner diameter of 6 mm. The free space inside the screen is filled with a compound. One end of the screen along the entire perimeter is soldered to the housing of the high-speed initiator 2.

Конструктивная емкость резистора относительно экрана 5 составляет

Figure 00000006
The design capacity of the resistor relative to the screen 5 is
Figure 00000006

где

Figure 00000007
- электрическая постоянная; εiz=4 - относительная диэлектрическая проницаемость изоляции; Dpr=2 мм - внешний диаметр защитного резистора; dsc=6 мм - внутренний диаметр защитного резистора; lsc=6 мм - длина защитного резистора.Where
Figure 00000007
- electric constant; ε iz = 4 is the relative dielectric constant of the insulation; D pr = 2 mm is the outer diameter of the protective resistor; d sc = 6 mm is the inner diameter of the protective resistor; l sc = 6 mm is the length of the protective resistor.

Работает система защиты от ЭМП следующим образом.The EMF protection system works as follows.

Латунный корпус 2 высокоскоростного инициатора обеспечивает защиту электрических цепей высокоскоростного инициатора от непосредственного (индуктивного) воздействия ЭМП. При выбранной в данном примере толщине стенки корпуса 2 коэффициент экранирования высокочастотных электромагнитных полей будет не хужеThe brass body 2 of the high-speed initiator protects the electrical circuits of the high-speed initiator from the direct (inductive) effect of the EMF. With the case wall thickness 2 selected in this example, the screening coefficient of high-frequency electromagnetic fields will be no worse

Figure 00000008
Figure 00000008

где ρ=7·10-8 Ом·м - удельное сопротивление латуни; t=10-3 м.where ρ = 7 · 10 -8 Ohm · m is the resistivity of brass; t = 10 -3 m

На нижней границе радиочастотного диапазона (1 МГц) коэффициент экранирования высокочастотных электромагнитных полей составляет 66 дБ и далее он растет, как показано на фиг. 2At the lower boundary of the radio frequency range (1 MHz), the shielding coefficient of high-frequency electromagnetic fields is 66 dB and then it increases, as shown in FIG. 2

Электрод 1 образует непреднамеренную антенну, преобразовывающую воздействующие ЭМП в кондуктивные наводки. В приведенном примере электрод 1 имеет антенную емкость Са=15пФ. Индуктивность цепи, соединяющей электрод 1 со схемой, чувствительной к изменению емкости, равнаThe electrode 1 forms an unintended antenna that converts the impacting EMF into conductive pickups. In the above example, the electrode 1 has an antenna capacitance With a = 15pF. The inductance of the circuit connecting the electrode 1 with a circuit sensitive to changes in capacitance is

Figure 00000009
Figure 00000009

где h=0,04 м - суммарная длина проводников и тела резистора.where h = 0.04 m is the total length of the conductors and the resistor body.

Основная резонансная частота непреднамеренной антенны 1 равнаThe fundamental resonant frequency of the unintended antenna 1 is

Figure 00000010
Figure 00000010

Высшие резонансные частоты антенны 1 определяются ее размерами и составляютThe highest resonant frequencies of the antenna 1 are determined by its size and are

Figure 00000011
Figure 00000011

Напряжение холостого хода, развиваемое на выходе схемы защиты, при воздействии ЭМП на резонансной частоте равноThe open circuit voltage developed at the output of the protection circuit, when exposed to EMF at the resonant frequency, is

Figure 00000012
Figure 00000012

где Еm - напряженность воздействующего поля; Rr - сопротивление излучения антенны; Rpr - сопротивление защитного резистора; Сpr - емкость проходного конденсатора 4; Са - антенная емкость колпака 1; hcol=0,04 м - высота колпака 1.where E m is the intensity of the acting field; R r is the radiation resistance of the antenna; R pr is the resistance of the protective resistor; With pr is the capacitance of the passage capacitor 4; With a - antenna capacity of the cap 1; h col = 0.04 m - cap height 1.

Напряжение, развиваемое на выходе непреднамеренной антенны 1, при отсутствии схемы подавления наводок, равноThe voltage developed at the output of an unintended antenna 1, in the absence of a noise suppression circuit, is

Figure 00000013
Figure 00000013

Показателем эффективности защитного действия схемы подавления наводок является отношениеAn indicator of the effectiveness of the protective action of the interference suppression scheme is the ratio

Figure 00000014
Figure 00000014

Рассматриваемая непреднамеренная антенна 1 на основной резонансной частоте является электрически малой, и ее сопротивление излучения можно оценить по формулеConsider the unintended antenna 1 at the fundamental resonant frequency is electrically small, and its radiation resistance can be estimated by the formula

Figure 00000015
Figure 00000015

После подстановки численных значений получаемAfter substituting the numerical values, we obtain

Figure 00000016
Figure 00000016

Таким образом, наличие схемы подавления наводок снижает потенциальную опасность от непреднамеренной антенны 1 на основной резонансной частоте, по крайней мере в 12 раз.Thus, the presence of the interference suppression circuit reduces the potential danger from unintentional antenna 1 at the fundamental resonant frequency by at least 12 times.

Более высокие частоты удовлетворяют условию

Figure 00000017
поэтому на этих частотах защитный резистор 3 в экране 5 начинает работать как коаксиальная линия с потерями и вносит дополнительное ослабление наводок.Higher frequencies satisfy the condition
Figure 00000017
therefore, at these frequencies, the protective resistor 3 in the screen 5 begins to work as a lossy coaxial line and introduces additional attenuation attenuation.

Эффективность предложенных мер защиты для рассматриваемого примера конструктивного исполнения подтверждена также результатами испытаний.The effectiveness of the proposed protective measures for the considered example of the design is also confirmed by the test results.

Claims (1)

Высокоскоростной инициатор с емкостным датчиком цели, включающий источник питания, два изолированных электрода датчика цели, которые вместе с генератором прямоугольных импульсов с постоянной амплитудой и изменяющейся частотой входят в схему, чувствительную к изменению емкости между этими электродами и соединенную со схемой детектирования сигналов, выходящих с генератора прямоугольных импульсов, последняя, в свою очередь, соединена с исполнительным устройством, отличающийся тем, что в конструкцию высокоскоростного инициатора дополнительно введено устройство защиты цепи связи генератора с одним из электродов датчика цели от воздействия электромагнитных помех радиочастотного диапазона, работающее в диапазоне частот, превышающих рабочий диапазон частоты датчика цели, и включающее проходной конденсатор, резистор и экран, охватывающий резистор, который через проходной конденсатор соединен со схемой, чувствительной к изменению емкости между электродами, при этом другой электрод датчика цели выполнен в виде цельной оболочки, а проходной конденсатор размещен на его поверхности и имеет с ним, как и экран, круговой электроконтакт, причем резистор по отношению к экрану размещен с зазором, величина которого не более 1/2 длины резистора. A high-speed initiator with a capacitive target sensor, including a power source, two isolated target sensor electrodes, which, together with a rectangular pulse generator with a constant amplitude and a varying frequency, are included in a circuit sensitive to a change in capacitance between these electrodes and connected to a detection circuit for signals coming from the generator rectangular pulses, the latter, in turn, is connected to an actuator, characterized in that in the design of the high-speed initiator A device has been introduced to protect the generator’s communication circuit with one of the electrodes of the target sensor from electromagnetic interference of the radio frequency range, operating in the frequency range exceeding the operating frequency range of the target sensor, and including a passage capacitor, a resistor, and a shield covering the resistor, which is connected to a circuit sensitive to a change in capacitance between the electrodes, while the other target sensor electrode is made in the form of a single shell, and the passage capacitor is placed on its p surface and has with it as a screen circular electric contact, wherein the resistor relative to the screen is placed with a gap, which value is not more than 1/2 of the length of the resistor.
RU2014151589/03A 2014-12-18 2014-12-18 High-speed imitator with capacitance-type target detector RU2572856C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014151589/03A RU2572856C1 (en) 2014-12-18 2014-12-18 High-speed imitator with capacitance-type target detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014151589/03A RU2572856C1 (en) 2014-12-18 2014-12-18 High-speed imitator with capacitance-type target detector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2572856C1 true RU2572856C1 (en) 2016-01-20

Family

ID=55087061

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014151589/03A RU2572856C1 (en) 2014-12-18 2014-12-18 High-speed imitator with capacitance-type target detector

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2572856C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2711149C1 (en) * 2019-01-10 2020-01-15 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Device for protection and switching of fuse

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2845236A1 (en) * 1978-10-18 1980-04-30 Licentia Gmbh Capacitive proximity detonator for missile - uses capacitance between spaced electrodes coupled to VCO in phase-regulating loop
RU2109248C1 (en) * 1997-05-21 1998-04-20 Государственное научно-производственное предприятие "Регион" Capacitive indicator
RU75027U1 (en) * 2008-02-11 2008-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр "Прибор" NON-CONTACT HEAD BLASTER
RU2415376C1 (en) * 2009-12-09 2011-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") Target capacitive transducer for fuse
RU115060U1 (en) * 2011-11-07 2012-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" EXPLOSIVE FOR EXPLOSIVE AMMUNITION
RU2479826C1 (en) * 2011-11-07 2013-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" Target capacitance sensor for firing device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2845236A1 (en) * 1978-10-18 1980-04-30 Licentia Gmbh Capacitive proximity detonator for missile - uses capacitance between spaced electrodes coupled to VCO in phase-regulating loop
RU2109248C1 (en) * 1997-05-21 1998-04-20 Государственное научно-производственное предприятие "Регион" Capacitive indicator
RU75027U1 (en) * 2008-02-11 2008-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр "Прибор" NON-CONTACT HEAD BLASTER
RU2415376C1 (en) * 2009-12-09 2011-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") Target capacitive transducer for fuse
RU115060U1 (en) * 2011-11-07 2012-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" EXPLOSIVE FOR EXPLOSIVE AMMUNITION
RU2479826C1 (en) * 2011-11-07 2013-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" Target capacitance sensor for firing device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2711149C1 (en) * 2019-01-10 2020-01-15 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Device for protection and switching of fuse

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104040302B (en) Measurement translator
JPH0794963B2 (en) Non-contact displacement measurement system
JPS6016163B2 (en) Gas insulated electrical equipment and its partial discharge detection method
JP2012026780A (en) High-frequency detection device and coaxial tube provided with high-frequency detection device
CN105223440B (en) A kind of method for building up of electromagnetic immunity test system
EP2857848A1 (en) Capacitive voltage measuring apparatus
WO2004079379A3 (en) Antenna for detection of partial discharges in a chamber of an electrical instrument
RU2572856C1 (en) High-speed imitator with capacitance-type target detector
ATE452376T1 (en) MEDICAL DEVICE HAVING A RADIO FREQUENCY DETECTION DEVICE
JP2015533426A (en) High performance sensor for partial discharge signal analysis system
US20150114220A1 (en) Piston-cylinder unit with evaluation unit for determining the piston position
CN208142474U (en) High pressure connectors
US10317454B2 (en) Electric arc detection
EP2551643A1 (en) Capacitive measuring circuit insensitive to high-frequency interference
CN205352512U (en) Magnetostrictive liquid level sensor
KR100632078B1 (en) Noise discriminating device and method for detect the partial discharge in underground power cable
RU2624465C2 (en) Four-way mirror-symmetrically structure, protecting from ultrashort impulses
CN104459492B (en) Power cable pressure test local discharge detection device and detection method
JP5204558B2 (en) Discharge measuring device for impulse test and discharge discrimination method
CN103884971A (en) Electrical equipment partial discharge detecting device and detecting method thereof
CN109782195B (en) Anti-noise interference induction coil magnetic field measurement system
US5900681A (en) Electric device for generating high-voltage square pulses
KR100344724B1 (en) Noise prevent means of cable
CN207518473U (en) A kind of electromagnetic compatibility wave filter
KR20200035360A (en) Device for suppressing stray radiation