Датчики электрического поля

Electric field sensors

Датчик электрического поля относится к электроизмерительной технике и используется для обнаружения электрического поля. Данный тип датчиков реагирует на электрическое поле проводов и кабелей различного назначения, в том числе высоковольтных ЛЭП и сигнализирует о напряженности поля выше определенного уровня. Прибором можно пользоваться для предупреждения людей, работающих вблизи электроустановок, об опасности поражения электрическим током. В быту он пригодится в качестве фаз указателя и для обнаружения скрытой проводки, что будет крайне необходимо при ремонте, либо замене электропроводки в квартире. В данной статье мы рассмотрим одну из моделей датчиков электрического поля.

В наше время существует огромное количество различных электроприборов, кабелей, ЛЭП, которые имеют своё электрическое поле. Необходимо следить за показателями электрического поля, с его помощью мы можем обнаружить различные проводники под напряжением, определить отклонение показателей электрического поля, т.к. датчики электрического поля используют не только для обнаружения электрического поля, но и для измерения его показателей.

Датчики электрического поля бывают:

  • Низкочастотные
  • Высокочастотные

Существуют различные типы датчиков электрических полей. Методы измерения электрических полей основаны в основном либо на возбуждении индукционных полей, либо на использовании чувствительных полевых транзисторов, специально сконструированных для этой цели. Индукционные методы являются менее чувствительными, так как они основаны на измерении индуцированных зарядов. Полевые транзисторы позволяют измерять потенциалы и напряженности электрических полей, требующие чрезвычайной чувствительности, но их методика основана на регистрации изменяющегося электрического поля. Необычный метод измерения электрического поля основан на изучении картины, получаемой в жидкости благодаря эффекту направленной поляризации [2].

Измерение слабых электрических полей низкой частоты представляет собой сложную проблему. Существующие методы измерения основаны в основном либо на возбуждении индукционных полей, либо на использовании чувствительных полевых транзисторов, специально сконструированных для этой цели. Индукционные методы, к ним можно также отнести контактные методы (щупы), являются менее чувствительными, так как они основаны на регистрации индуцированных зарядов. Полевые транзисторы позволяют измерять потенциалы и напряженности электрических полей, требующие чрезвычайной чувствительности, но их методика основана на регистрации изменяющегося электрического поля. В настоящее время компании Plessey Semiconductors удалось создать наиболее чувствительные датчики низкочастотных электрических полей - EPIC (Electric Potential Integrated Circuit). Эти датчики позволяют измерять поля низких частот вплоть до частоты 0.2 Гц. Верхний предел измерений частот—10 кГц [3]

 Таблица 1. Заявленные характеристики датчика PS25201B

Характеристики

Значение

Единицы измерения

Условия

Мин.

Хар.

Макс.

 

 

Напряжение питания

±2.4

 

±5.5

В

Биполярное питание, Gnd=0 В

Потребляемый ток

0.6

2.5

3.5

мА

 

Эффективное входное сопротивление

 

20

 

ГОм

 

Эффективная входная емкость

 

15

 

пФ

 

Коэффициент усиления напряжения

47.5

50

52.5

 

На частоте

1 кГц

Ёмкостная связь

 

250

 

пФ

Датчик на коже

Нижняя граница полосы

пропускания по уровню -3 Дб

 

0.20

 

Гц

При значении емкостной связи

250 пФ

Верхняя граница полосы

пропускания по уровню -3 Дб

4.0

 

 

кГц

 

 Датчик EPIC представляет собой совершенно новую область сенсорных технологий, он измеряет изменения в электрическом поле подобно тому, как магнитометр обнаруживает изменения в магнитном поле. Датчик EPIC не требует ни механического, ни резистивного контакта для проведения замеров и позволяет производить такие инновационные продукты, как, например, медицинские сканеры, которые будет достаточно просто расположить вблизи груди пациента, чтобы получить качественную электрокардиограмму (ЭКГ) или устройства, которые могут «видеть» сквозь стены. Датчик может быть интегрирован в специализированной микросхеме с другими функциями, такими как преобразователи данных, цифровая обработка сигналов и беспроводная связь.

 Технология при нормальной комнатной температуре обеспечивает исключительно высокое входное сопротивление датчика, который фактически представляет собой высокостабильный, очень чувствительный бесконтактный цифровой вольтметр для измерения малейших изменений в электрическом поле начиная с уровня милливольт. В большинстве мест на Земле присутствует вертикальное электрическое поля силой до 100 вольт на метр. Организм человека, имеющий в своем составе достаточно большую долю воды, взаимодействует с электрическим полем, а технология EPIC настолько чувствительна, что может обнаружить эти изменения на расстоянии и даже сквозь сплошную стену

Рисунок 1– Схема датчика

 

Заключение

 Использование датчиков электрического поля актуально в наше время. Данный вид датчиков, рассмотренный в статье можно использовать при проведении работ на контактной сети ,а также при поиске поломок линии СЦБ. Также  выше рассмотренный датчик будет полезен при монтировании  освещения и различных монтажных работах в подстанционной зоне и на ЭЧК.

Список используемых источников: 

  1. Датчики электрического поля  [https://dic.academic.ru/dic.n sf/ruwiki/147737#.D0.9E.D0.BF.D1.80D0B5.D0B4.D0D0.BB.D0.B5.D0.BDD0.B8.D1.8F_.D0.BF.D0.BE.D0.BD.D1.8F.D1.82.D0.B8.D1.8F_D0.B4.D0.B0.D1.82.D1.87.D0.B8.D0.BA]
  2. Особенности обнаружения электического поля [Jin R. L. et al. Ultrahigh sensitivity electric field detection with a liquid electrooptical film //Optics letters. – 2011. – Т. 36. – №. 7. – С. 1158-1160]. 
  3. Датчикэлектрического поля EPIC [http://genphys.phys.msu.ru/rus/diploma/diploma2016/ Hapkin.pdf]
  4. «Быстрое» ЭКГ с интегральными датчиками EPIC от Plessey [https://www.rlocman.ru/review/article.html?di=462751 ]