Измерение напряженности естественных и искусственных электрических полей в морской воде при помощи датчиков, расположенных на подвижных носителях, является специфической задачей, требующей для своего решения создания таких измерительных преобразователей, на которые бы не влияло электрическое поле индукции, связанное с движением системы в геомагнитном поле. Кроме того, необходимо, чтобы результаты измерений не зависели от скорости движения носителя. Метрологические параметры датчиков напряженности электрического поля (ДНЭП), отвечающие этим требованиям [4, 6], в значительной степени зависят от соотношения конструктивных размеров их первичных преобразователей (ПП), которые представляют собой электродную систему, разделенную диэлектрической перегородкой [5].
Задача улучшения метрологических характеристик ДНЭП при соблюдении ограничений, накладываемых на габариты датчиков, непосредственно связана с задачей оптимизации первичных преобразователей, которая решается путем выбора оптимальных соотношений конструктивных размеров последних. Задача оптимизации ставится следующим образом. Требуется определить соотношение между характерными конструктивными размерами ПП, обеспечивающими максимальный коэффициент преобразования и минимальное значение порога реагирования ДНЭП при соблюдении ограничений на максимальный габаритный размер ПП.
Возможность постановки и решения задачи оптимизации ПП следует из анализа выражения для максимальной мощности, которую преобразователь может отдать в согласованную нагрузку:
где: I k – ток короткого замыкания;
Rвх – резистивная составляющая входного сопротивления являются параме трами параллельной схемы замещения активного двухполюсника, в качестве которого можно представить окружающую среду вместе с источником поля относительно электродов ПП.
Очевидно, что для ПП, представленного на рис. 1, при заданном максимальном габаритном размере b уменьшение размера а электродов приводит к уменьшению тока I k до нуля, а, следовательно, в соответствии с (1), к нулю стремится мощность, которая может быть отдана согласующему устройству.