外文翻譯--電容換向器

附錄：英文文獻及譯文 原文： 譯文： 電容換向器 S. A. SCHERBATSKOY, THOMAS H. GILMARTIN, AND GILBERT SWIFT 地球物理學報。 5， 272（ 1940）。 美國專利 23492251944 年 5月 16 日 ； 2361389 十月 從 1938 年的夏天開始，作者從事開發(fā)電離輻射的一個高度敏感的檢測器，被應用到油井測試，測量的是天然地層的放射性強度。 一 耐用性和響應速度 普通類型機械靜電計和電 流計可以實現(xiàn)最大理論靈敏度，但在振動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的靈敏度限制主要是由波動來確定在輸入管中，其中的“漂移”是一個特殊的噪聲固有情況下。作為將被測量的電信號的頻譜成分包括低級和較低的頻率，真空管內(nèi)的波動噪聲變得更加嚴重者。因此，在電子管靜電系統(tǒng)中，是在有限的響應于頻率的非常窄的頻帶中的總波動噪聲會為迅速提高而中心頻率降低。使用給定阻力的來源的同時，將有一個頻率低于該管的等效噪聲電阻將超過的電阻源。在此條件下將管貢獻比源具有更多噪聲，并且靈敏度的理論極限將不會實現(xiàn)。對 于“快速”測量，涉及相對高的頻率下，普通靜電計可認為基本上是無噪音，但在長時間的測量，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)移到表示信號的頻帶（在該情況下，當這個聲音包括非常低的頻率）到較高的頻率區(qū)域中的波動圖。顯示應用程序的負反饋，以穩(wěn)定調(diào)制器型靜電計系統(tǒng)其性能。電子管的噪音測量的信號中包含非常低的頻率。圖 1是這樣的布置 ，應該指出的是，在閱讀的檢流計 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，這兩個固有的聲源在與那些由所引入的測量系統(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計出一種基本上無噪聲的靜電，即使當頻帶代表將被經(jīng)討論過，但改變放大器的增益構(gòu)成還有效的噪聲。但是，可以通過使用反饋電路 F來克服，如圖所示。改變放大的效果可以通過增加無限期地降低了量的反饋。一個數(shù)字調(diào)制器進行了研究，特別是那些可變?nèi)萘康男停ㄒ韵潞喎Q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低電壓源的電路阻抗（小于約108 歐姆）和電容式換向器更適用于高源 電路阻抗。對于電離電流測量，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，主要是因為通過屏蔽實施限制噪音回升。 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，它是一個直流之間的耦合源裝置，或一個緩慢變化的和一個交流放大器。要靜電成功運行，耦合電路必須執(zhí)行四個功能： 1 ，在任何時候生成一個交流耦合 。這是通過以恒定的頻率完成振電容器 C （ t）振動。 2，從源振動冷凝器隔離直流的無功分量。這是由電阻 R2 與 RI 進行完成的，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被削弱。 3，提供由 RI 和 R決定的時間常數(shù)，即與比 較期間 C （ t）振動的平均值。這是運行的必需因素，以使在振動冷凝器基本上充電期間保持振動的常數(shù)。 4，隔離 R3 耦合電路從交流加載的直流源。這是通過冷凝器 Ct 進行。在交流的第一階段的網(wǎng)格電阻 R 3 放大，因為它被用于普通的真空管樣，必須防止任何電網(wǎng)電流通過電阻 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冷凝器。它可以表明這個設備不僅提供反相直流信號轉(zhuǎn)換成一交流信號的方法，而且同時還提供了一種擴增的手段。該振動冷凝器如圖 3 所示 ，是由一個 固定的剛性板和蘆葦形成驅(qū)動諧波在磁驅(qū)動電路中形成一個固定的頻率。振動片的能量慢慢在耗散，其作為增加該系統(tǒng)的電能再現(xiàn)。振動電極正弦運動的瞬時電容由下式給出：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 運動。當 R1 足夠大時，在運動的一個周期中電極上的電荷沒有明顯變化。電極間的瞬時電壓為由下式給出： 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，其運動變大。進行能量轉(zhuǎn)換，然而是比通常大得多；當輸出電壓通常與輸入極低的進行比較，阻抗直流由于電容換向器生產(chǎn)。 B、通過負反饋幅值穩(wěn)定 由于電容換向器生產(chǎn)交流輸出信號的幅度是外加直流的函數(shù)電動勢，它的頻率是換向器運動的相位，其中，反轉(zhuǎn)與輸入信號的極性，是 未能放大的輸出信號，并將其應用到同步整流，以獲得直流電流放大，其幅度和極性的是由輸入直流電動勢在實踐中確定，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，因為直流電流僅產(chǎn)生同相分量的那些信號，這是是同步的整流作用；其中反過來，驅(qū)動將同步于電容換向器運動。圖 4顯示出這樣的安排。由于相當大的輸出電流是在沒有明顯的電流消耗在靜電計的輸入端子得到的靈敏度最好的表達為跨導電導。在實踐中， 10 毫伏的跨導，是很容易實現(xiàn)的。 可以看出， 這又是振幅的函數(shù)運動，這種跨導是取決于換向器放大，并且體現(xiàn)所述放大器的穩(wěn)定性。 通過使用過所有的負反饋實現(xiàn)相當大的穩(wěn)定性改善，通過連接“低”換向器得到一個小電阻電極，通過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旧溪毩⒌?、擴增的電容換向器的真空和管電路，輸出相對于輸入線性增強，并且響應于快速，輸入的變化得到了改善?？鐚в蟹答?，由下式給出： 其中 R2 是反饋電阻。因此，一個反饋電阻 R 2 = 9.9 歐姆，和原始跨導電阻 10姆歐，有效跨 GF = 10/99 號 +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作用是減少有效輸入電容?？赏ㄟ^考慮理解的是，R2兩端電壓 很大一部分是輸入信號 E1 ；在該情況下， 99以上是由于該電壓被施加到一個整流子電極，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?？傒斎腚娙菔怯捎陔s散電容急劇降低，并且其電容換向器與放大器保持不變。在應用中，電容換向器的放大器被用來產(chǎn)生一個圖形，過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)的伺服機制像平衡錄像機中“ Micro max ”（由利茲和諾思拉普生產(chǎn)公司，費城，賓夕法尼亞州）。在這種同步整流器的輸出偏轉(zhuǎn)布置中靈敏電流計位于記 錄部分。 機械周期性伺服機構(gòu)旋轉(zhuǎn)滑線和移動錄音筆成比例的檢流計偏轉(zhuǎn)量，在連接滑線電阻的手臂到電容換向器的一個電極系統(tǒng)時其自動尋求滑線，這使得兩個換向器位置電極等電位，從而得到如下變化的輸入電動勢。靈敏度或比例因子是由電壓單獨確定整個滑線的應用。在實踐中，刻度偏轉(zhuǎn)幾毫伏很容易被實現(xiàn)。放大的輸出電流可同時獲得，如果需要，通過將該滑線之間的電壓分壓網(wǎng)絡和整流子電極跨導，在這種情況下，其值等于 1 / Ra?？杀皇褂糜诟咚俣鹊挠涗涬娝欧C構(gòu)。圖 6顯示了電容與換向器的兩相伺服馬達。在這種情況下，交流產(chǎn)量從換向 器信號直接施加（后擴增）到一個繞組的電機，而另一個繞組通電以同步于換向器的速度運動。其差別是換向器的電極之間的電勢產(chǎn)生的電機和滑線的旋轉(zhuǎn)反過來還原電極等電位條件。為簡潔起見，抗抖動電路的討論中被省略，因為市售刻錄機和伺服機構(gòu)在這方面已做得很不錯。 圖 4 庫容換向器靜電系統(tǒng) 圖 5 庫 容換向器 通過靜電穩(wěn)定負反饋 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井試 G-ING-。 圖 8. 響應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 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 100,000 兆歐電阻產(chǎn)生生。伺服反饋提供了一個系統(tǒng)，其中的靈敏度幾乎是完全獨立的。變化換向器或放大器的增益，伺服機構(gòu)連續(xù) 地保持輸入無效。然而，變異卻影響獲得再平衡的速度。因此，在這種情況下，響應是快速變化的信號，有必要采取預防過度波動的措施是很重要的。 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小低頻和直流電路中電壓極高的阻抗。當這樣使用時，電容換向器能夠密切接近由所施加的限制熱擾動引起的靈敏度。圖 7模型的性能顯示突然施加一個內(nèi)阻為 100000 兆毫伏信號的振幅的反應速度，在這種情況下，由下式確定源電阻 1011 歐姆，并 且將 50微伏輸入換向器，得到了以 5秒為時間常數(shù)的電容。從這可以看出，其相對峰值噪聲大約是十分之一的信號，大約為 100 毫伏。 50 微伏量級的峰值波動引起在具有這個電阻和時間常數(shù)的電路的熱攪動，通過理論被預測。 因此，所觀察到的數(shù)量級波動噪聲大概 10 分貝，與預測的熱擾動的平衡。圖 3的數(shù)據(jù)表示用于測內(nèi)部電阻為 1000 兆歐 1 毫伏信號性能，顯示降低噪聲水平，這即使本圖中的噪聲。 實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，反應速度在很大程度上是由伺服反饋能力來確定使用。 在這 兩種情況中顯示出的電流為是源頭，因為小到可以忽略該電容換向器的輸入電導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。當在40的氣氛中操作或更低的相對濕度輸入電阻高于千萬兆歐。在相比之下， vacuum tube 靜電計的輸入電導是由幾個確定因素，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 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。該電容換向器因此適應在一個高阻抗電路中測量極其微小的電流。，當與穩(wěn)定的100000 兆歐電阻分流，該電容換向器成為電流檢測器，其表現(xiàn)為方波 10 - 14安培振幅，其效果示于圖 8 。當用 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 安培容易被覺察，更小的電流可被檢測并通過使用靜止測量高值電阻，但不能與 100,000 兆歐得到快速響應。靈敏度與工作時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。當在干燥氣氛中操作漂移是每小時超過 0.1 毫伏。這種靜電漂移主要是由電容器表面上的振動條件決定。早期的實驗表明剛的鋼材表面要比鎂的表面差，貴金屬在進一步的改進穩(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測試 該曲線由實驗記錄，如圖所示，采用 1012 耦合電阻，在一系列的歐姆電離室用混合 -射線鐳輻射，通過過濾導致等價的強度，使得所述腔室內(nèi)部的平均強度大約是 10 - 6 每小時。 四 電離室表現(xiàn) 一個換向器電容的響應放大器耦合到電離室不是瞬間的。該電容的性質(zhì)使用放置一個溢價高值電阻換向器的緩慢反應，而這些是可以容忍的。使用電容換向器評估放射線檢測器的性能，然而，電離室本身的響應不立竿見影。對于低壓力和高采集字段，所述電離室的響應快，但在實踐中，如果對檢測的輻射有非常高效率的需要，該反應可能是緩慢的，并且可能影響所有電容換向器系統(tǒng)的響應。 較低的電阻值僅僅會引起不產(chǎn)生反應速 度相應增加，要減少在電容換向器輸入電壓輻射的變化。對于其中的延遲，引入由該電容換向器放大器殼體發(fā)出的性