換向器性能測(cè)試臺(tái)設(shè)計(jì)

換向器性能測(cè)試臺(tái)設(shè)計(jì),換向器性能測(cè)試臺(tái)設(shè)計(jì),換向器,性能,機(jī)能,測(cè)試,設(shè)計(jì) 附錄：英文文獻(xiàn)及譯文 原文： 譯文： 電容換向器 S. A. SCHERBATSKOY, THOMAS H. GILMARTIN, AND GILBERT SWIFT 地球物理學(xué)報(bào)。 5，272（1940）。 ?美國(guó)專利23492251944年5月16日; 2361389十月 從1938年的夏天開始，作者從事開發(fā)電離輻射的一個(gè)高度敏感的檢測(cè)器，被應(yīng)用到油井測(cè)試，測(cè)量的是天然地層的放射性強(qiáng)度。 一 耐用性和響應(yīng)速度 普通類型機(jī)械靜電計(jì)和電流計(jì)可以實(shí)現(xiàn)最大理論靈敏度，但在振動(dòng)的存在可以便攜使用，比電子管的靜電都更勝一籌的電子管靜電計(jì)的靈敏度限制主要是由波動(dòng)來(lái)確定在輸入管中，其中的“漂移”是一個(gè)特殊的噪聲固有情況下。作為將被測(cè)量的電信號(hào)的頻譜成分包括低級(jí)和較低的頻率，真空管內(nèi)的波動(dòng)噪聲變得更加嚴(yán)重者。因此，在電子管靜電系統(tǒng)中，是在有限的響應(yīng)于頻率的非常窄的頻帶中的總波動(dòng)噪聲會(huì)為迅速提高而中心頻率降低。使用給定阻力的來(lái)源的同時(shí)，將有一個(gè)頻率低于該管的等效噪聲電阻將超過(guò)的電阻源。在此條件下將管貢獻(xiàn)比源具有更多噪聲，并且靈敏度的理論極限將不會(huì)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于“快速”測(cè)量，涉及相對(duì)高的頻率下，普通靜電計(jì)可認(rèn)為基本上是無(wú)噪音，但在長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量，涉及極低頻率下的真空管天生就是比較吵。 如果有可能轉(zhuǎn)移到表示信號(hào)的頻帶（在該情況下，當(dāng)這個(gè)聲音包括非常低的頻率）到較高的頻率區(qū)域中的波動(dòng)圖。顯示應(yīng)用程序的負(fù)反饋，以穩(wěn)定調(diào)制器型靜電計(jì)系統(tǒng)其性能。電子管的噪音測(cè)量的信號(hào)中包含非常低的頻率。圖1是這樣的布置 ，應(yīng)該指出的是，在閱讀的檢流計(jì)G將先包括三名效果：所施加的電壓（1）的大小， （2）噪聲的系統(tǒng)中，這兩個(gè)固有的聲源在與那些由所引入的測(cè)量系統(tǒng)，該放大器（3）的增益。噪聲上面已很小，那么用它將有可能設(shè)計(jì)出一種基本上無(wú)噪聲的靜電，即使當(dāng)頻帶代表將被經(jīng)討論過(guò)，但改變放大器的增益構(gòu)成還有效的噪聲。但是，可以通過(guò)使用反饋電路F來(lái)克服，如圖所示。改變放大的效果可以通過(guò)增加無(wú)限期地降低了量的反饋。一個(gè)數(shù)字調(diào)制器進(jìn)行了研究，特別是那些可變?nèi)萘康男停ㄒ韵潞?jiǎn)稱為電容換向器）和可變電阻型（接觸器） 。在一般情況下，人們發(fā)現(xiàn)，在接觸型更適用于相對(duì)低電壓源的電路阻抗（小于約歐姆）和電容式換向器更適用于高源電路阻抗。對(duì)于電離電流測(cè)量，電容性換向是優(yōu)選的。已發(fā)現(xiàn)不太理想的可變電感式調(diào)制器，主要是因?yàn)橥ㄟ^(guò)屏蔽實(shí)施限制噪音回升。 圖1 二 更新的基本電路 A、電容換向器 圖2表示的靜電電路基本組成部分。本質(zhì)上，它是一個(gè)直流之間的耦合源裝置，或一個(gè)緩慢變化的和一個(gè)交流放大器。要靜電成功運(yùn)行，耦合電路必須執(zhí)行四個(gè)功能： 1 ，在任何時(shí)候生成一個(gè)交流耦合 。這是通過(guò)以恒定的頻率完成振電容器C （t）振動(dòng)。 2，從源振動(dòng)冷凝器隔離直流的無(wú)功分量。這是由電阻R2與RI 進(jìn)行完成的，比較這 RI可能是作為小源，這是在與外部的電阻電容并行情況下完成的。C （ T）是所述源的電抗，并且平行在C（ t）的幅度增量變化將會(huì)被削弱。 3，提供由RI和R決定的時(shí)間常數(shù)，即與比較期間C （t）振動(dòng)的平均值。這是運(yùn)行的必需因素，以使在振動(dòng)冷凝器基本上充電期間保持振動(dòng)的常數(shù)。 4，隔離R3耦合電路從交流加載的直流源。這是通過(guò)冷凝器Ct進(jìn)行。在交流的第一階段的網(wǎng)格電阻 R 3放大，因?yàn)樗挥糜谄胀ǖ恼婵展軜?，必須防止任何電網(wǎng)電流通過(guò)電阻R1 ，為此CI是非常重要的電路操作。這是必要的C和其安裝的漏電阻在電路中保持比其他電阻高。此耦合電路的基本元件是振動(dòng)冷凝器。它可以表明這個(gè)設(shè)備不僅提供反相直流信號(hào)轉(zhuǎn)換成一交流信號(hào)的方法，而且同時(shí)還提供了一種擴(kuò)增的手段。該振動(dòng)冷凝器如圖3所示 ，是由一個(gè)固定的剛性板和蘆葦形成驅(qū)動(dòng)諧波在磁驅(qū)動(dòng)電路中形成一個(gè)固定的頻率。振動(dòng)片的能量慢慢在耗散，其作為增加該系統(tǒng)的電能再現(xiàn)。振動(dòng)電極正弦運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)電容由下式給出：C;=KA/(d+m+m sin wt),其中K是介電常數(shù)，A是面積，在電極中，d是電極之間的最小距離，而m是振幅 運(yùn)動(dòng)。當(dāng)R1足夠大時(shí)，在運(yùn)動(dòng)的一個(gè)周期中電極上的電荷沒(méi)有明顯變化。電極間的瞬時(shí)電壓為由下式給出： 其中Q是電極上的恒定的電荷， 因此，電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)（rms輸出電壓/直流輸入電壓）= O.707米/（D+ M）。 這種轉(zhuǎn)換系數(shù)接近0.707,與帶的最小間距相比，其運(yùn)動(dòng)變大。進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，然而是比通常大得多；當(dāng)輸出電壓通常與輸入極低的進(jìn)行比較，阻抗直流由于電容換向器生產(chǎn)。 B、通過(guò)負(fù)反饋幅值穩(wěn)定 由于電容換向器生產(chǎn)交流輸出信號(hào)的幅度是外加直流的函數(shù)電動(dòng)勢(shì)，它的頻率是換向器運(yùn)動(dòng)的相位，其中，反轉(zhuǎn)與輸入信號(hào)的極性，是未能放大的輸出信號(hào)，并將其應(yīng)用到同步整流，以獲得直流電流放大，其幅度和極性的是由輸入直流電動(dòng)勢(shì)在實(shí)踐中確定，同步整流器用于此的目的是方便雙平衡環(huán)調(diào)制器。采用同步整流的作用，并不只保存輸出和輸入之間的極性關(guān)系，而且最大限度地減少了微音及其他電路干擾的影響，因?yàn)橹绷麟娏鲀H產(chǎn)生同相分量的那些信號(hào)，這是是同步的整流作用；其中反過(guò)來(lái)，驅(qū)動(dòng)將同步于電容換向器運(yùn)動(dòng)。圖4顯示出這樣的安排。由于相當(dāng)大的輸出電流是在沒(méi)有明顯的電流消耗在靜電計(jì)的輸入端子得到的靈敏度最好的表達(dá)為跨導(dǎo)電導(dǎo)。在實(shí)踐中，10毫伏的跨導(dǎo)，是很容易實(shí)現(xiàn)的。 可以看出， 這又是振幅的函數(shù)運(yùn)動(dòng)，這種跨導(dǎo)是取決于換向器放大，并且體現(xiàn)所述放大器的穩(wěn)定性。 通過(guò)使用過(guò)所有的負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)相當(dāng)大的穩(wěn)定性改善，通過(guò)連接“低”換向器得到一個(gè)小電阻電極，通過(guò)該流從同步濾波輸出電流，即整流器。在此條件下，如圖5，系統(tǒng)的性能是大大改變。輸出電流變?yōu)榛旧溪?dú)立的、擴(kuò)增的電容換向器的真空和管電路，輸出相對(duì)于輸入線性增強(qiáng)，并且響應(yīng)于快速，輸入的變化得到了改善?？鐚?dǎo)有反饋，由下式給出： 其中R2是反饋電阻。因此，一個(gè)反饋電阻R 2 = 9.9歐姆，和原始跨導(dǎo)電阻10姆歐，有效跨GF = 10/99號(hào)+1 = 0.1姆歐。在這些變化中有10 ％的變化改變輸出電流。該反饋連接的另一個(gè)作用是減少有效輸入電容?？赏ㄟ^(guò)考慮理解的是，R2兩端電壓很大一部分是輸入信號(hào)E1 ;在該情況下， 99％以上是由于該電壓被施加到一個(gè)整流子電極，而El被施加到另外部分，這兩者之間的有效電容電極是在其原始值降低到1％的這種情況下產(chǎn)生。總輸入電容是由于雜散電容急劇降低，并且其電容換向器與放大器保持不變。在應(yīng)用中，電容換向器的放大器被用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)圖形，過(guò)度均為陰性為另一種形式反饋， “伺服反饋”，這使我們生活變得方便，商業(yè)的伺服機(jī)制像平衡錄像機(jī)中“ Micro max ”（由利茲和諾思拉普生產(chǎn)公司，費(fèi)城，賓夕法尼亞州）。在這種同步整流器的輸出偏轉(zhuǎn)布置中靈敏電流計(jì)位于記錄部分。 機(jī)械周期性伺服機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)滑線和移動(dòng)錄音筆成比例的檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)量，在連接滑線電阻的手臂到電容換向器的一個(gè)電極系統(tǒng)時(shí)其自動(dòng)尋求滑線，這使得兩個(gè)換向器位置電極等電位，從而得到如下變化的輸入電動(dòng)勢(shì)。靈敏度或比例因子是由電壓?jiǎn)为?dú)確定整個(gè)滑線的應(yīng)用。在實(shí)踐中，刻度偏轉(zhuǎn)幾毫伏很容易被實(shí)現(xiàn)。放大的輸出電流可同時(shí)獲得，如果需要，通過(guò)將該滑線之間的電壓分壓網(wǎng)絡(luò)和整流子電極跨導(dǎo)，在這種情況下，其值等于1 / Ra。可被使用于更高速度的記錄電伺服機(jī)構(gòu)。圖6顯示了電容與換向器的兩相伺服馬達(dá)。在這種情況下，交流產(chǎn)量從換向器信號(hào)直接施加（后擴(kuò)增）到一個(gè)繞組的電機(jī)，而另一個(gè)繞組通電以同步于換向器的速度運(yùn)動(dòng)。其差別是換向器的電極之間的電勢(shì)產(chǎn)生的電機(jī)和滑線的旋轉(zhuǎn)反過(guò)來(lái)還原電極等電位條件。為簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，抗抖動(dòng)電路的討論中被省略，因?yàn)槭惺劭啼洐C(jī)和伺服機(jī)構(gòu)在這方面已做得很不錯(cuò)。 圖4 庫(kù)容換向器靜電系統(tǒng) 圖5 庫(kù)容換向器通過(guò)靜電穩(wěn)定負(fù)反饋 圖6 采用電容換向器靜電與伺服反饋記錄系統(tǒng) 圖7 完成電容換向器靜電中所用的放射性測(cè)井試G-ING-。 圖8. 響應(yīng)的電容換向器靜電系， 圖中所示， 在突然施加具有0.001伏信號(hào) 100,000兆歐電阻內(nèi)部源，增加的噪音相比于圖9是由在熱攪動(dòng) 100,000兆歐電阻產(chǎn)生生。伺服反饋提供了一個(gè)系統(tǒng)，其中的靈敏度幾乎是完全獨(dú)立的。變化換向器或放大器的增益，伺服機(jī)構(gòu)連續(xù)地保持輸入無(wú)效。然而，變異卻影響獲得再平衡的速度。因此，在這種情況下，響應(yīng)是快速變化的信號(hào)，有必要采取預(yù)防過(guò)度波動(dòng)的措施是很重要的。 三 靜電表現(xiàn) 如前面指出的那樣，電容換向器靜電是特別適合的檢測(cè)小低頻和直流電路中電壓極高的阻抗。當(dāng)這樣使用時(shí)，電容換向器能夠密切接近由所施加的限制熱擾動(dòng)引起的靈敏度。圖7模型的性能顯示突然施加一個(gè)內(nèi)阻為100000兆毫伏信號(hào)的振幅的反應(yīng)速度，在這種情況下，由下式確定源電阻歐姆，并且將50微伏輸入換向器，得到了以5秒為時(shí)間常數(shù)的電容。從這可以看出，其相對(duì)峰值噪聲大約是十分之一的信號(hào)，大約為100毫伏。50微伏量級(jí)的峰值波動(dòng)引起在具有這個(gè)電阻和時(shí)間常數(shù)的電路的熱攪動(dòng)，通過(guò)理論被預(yù)測(cè)。 因此，所觀察到的數(shù)量級(jí)波動(dòng)噪聲大概10分貝，與預(yù)測(cè)的熱擾動(dòng)的平衡。圖3的數(shù)據(jù)表示用于測(cè)內(nèi)部電阻為1000兆歐1毫伏信號(hào)性能，顯示降低噪聲水平，這即使本圖中的噪聲。 實(shí)際上引起熱攪拌或存在其他輸入電路影響，而不是換向器本身固有的。在這種情況下，反應(yīng)速度在很大程度上是由伺服反饋能力來(lái)確定使用。 在這兩種情況中顯示出的電流為是源頭，因?yàn)樾〉娇梢院雎栽撾娙輷Q向器的輸入電導(dǎo)完全是由它的石英或陶瓷絕緣及其間的介電電容上得出的。當(dāng)在40％的氣氛中操作或更低的相對(duì)濕度輸入電阻高于千萬(wàn)兆歐。在相比之下， vacuum tube靜電計(jì)的輸入電導(dǎo)是由幾個(gè)確定因素，包括電網(wǎng)排放和正離子，除了絕緣。 圖9 電容換向器的響應(yīng) 電子系統(tǒng)如圖所示，在突然施加具有1000兆歐內(nèi)阻0001伏的源信號(hào)。該電容換向器因此適應(yīng)在一個(gè)高阻抗電路中測(cè)量極其微小的電流。，當(dāng)與穩(wěn)定的100000兆歐電阻分流，該電容換向器成為電流檢測(cè)器，其表現(xiàn)為方波10 - 14安培振幅，其效果示于圖8 。當(dāng)用1000兆歐的電阻器并聯(lián)，其性能如圖9所示，電流波是10-12安培。在前者情況下10 - 15安培容易被覺(jué)察，更小的電流可被檢測(cè)并通過(guò)使用靜止測(cè)量高值電阻，但不能與100,000兆歐得到快速響應(yīng)。靈敏度與工作時(shí)的極限低電阻分流或低阻抗源是由噪音起源于確定放大器和反饋電路，其漂移由接觸引起的、很小的的緩慢變化的電極之間的整流子電勢(shì)。當(dāng)在干燥氣氛中操作漂移是每小時(shí)超過(guò)0.1毫伏。這種靜電漂移主要是由電容器表面上的振動(dòng)條件決定。早期的實(shí)驗(yàn)表明剛的鋼材表面要比鎂的表面差，貴金屬在進(jìn)一步的改進(jìn)穩(wěn)定性，但膠態(tài)石墨涂層（膠體石墨）已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)是最好的。 圖10 電容換向器耦合響應(yīng)測(cè)試 該曲線由實(shí)驗(yàn)記錄，如圖所示，采用耦合電阻，在一系列的歐姆電離室用混合 γ-射線鐳輻射，通過(guò)過(guò)濾導(dǎo)致等價(jià)的強(qiáng)度，使得所述腔室內(nèi)部的平均強(qiáng)度大約是10 - 6 ?每小時(shí)。 四 電離室表現(xiàn) 一個(gè)換向器電容的響應(yīng)放大器耦合到電離室不是瞬間的。該電容的性質(zhì)使用放置一個(gè)溢價(jià)高值電阻換向器的緩慢反應(yīng)，而這些是可以容忍的。使用電容換向器評(píng)估放射線檢測(cè)器的性能，然而，電離室本身的響應(yīng)不立竿見(jiàn)影。對(duì)于低壓力和高采集字段，所述電離室的響應(yīng)快，但在實(shí)踐中，如果對(duì)檢測(cè)的輻射有非常高效率的需要，該反應(yīng)可能是緩慢的，并且可能影響所有電容換向器系統(tǒng)的響應(yīng)。 較低的電阻值僅僅會(huì)引起不產(chǎn)生反應(yīng)速度相應(yīng)增加，要減少在電容換向器輸入電壓輻射的變化。對(duì)于其中的延遲，引入由該電容換向器放大器殼體發(fā)出的性能，其相應(yīng)于方波輻射是指數(shù)的，如圖所示 10 。其中指數(shù)較大，時(shí)間規(guī)模是相當(dāng)簡(jiǎn)明，高峰和低谷都比較能代表方波輻射強(qiáng)度的高低變化性質(zhì)。在圖10和11中所示的波的結(jié)果是量子輻射隨機(jī)變化的吸收的電離室。宇宙射線，和本地存在 γ-射線，以及低強(qiáng)度被測(cè)量，是小的原因。振幅差在這些的最大值和最小值 波動(dòng)波浪統(tǒng)計(jì)（參見(jiàn)圖11）。 圖11 電容耦合換向器電離室快速響應(yīng)曲線。實(shí)驗(yàn)本記錄中的原理是一樣的，即用于產(chǎn)生圖2的記錄，不同之處在于串聯(lián)電阻與電離室減少到歐姆。 圖12 用于記錄和放射性測(cè)試控制設(shè)備