Построение класса датчиков для измерения электрического поля в средах, обладающих проводящими свойствами, является актуальной задачей при различных исследованиях в области океанологии, геологии и др. Одной из особенностей распространения электромагнитных полей в таких средах является преобладание их составляющих в низкочастотном диапазоне и в диапазоне самых низких частот. Общая задача разработки аппаратных средств для исследования электрических полей в проводящих средах имеет целый ряд направлений, связанных с особенностями источников, параметрами окружающей среды, способами проведения измерений и т. д.
Для исследования электромагнитных полей в некотором пространстве используют два способа:
— установка на полигоне стационарных измерительных стендов;
— расположение единственного стенда на буксируемом подвижном носителе.
В обоих способах могут применяться измерительные преобразователи разных типов с различными соотношениями их размеров с характерным масштабом пространственно-временных неоднородностей исследуемого поля. Конструктивно завершенный датчик, как правило, содержит один или несколько первичных преобразователей измеряемых величин, устройства предварительной аналоговой обработки сигналов датчиков и устройства формирования сигнала для передачи по линии связи.
В качестве первичных преобразователей (ПП) электрического поля в проводящих средах широко используются электродные системы различных конструкций [1–4]. Именно связанные диэлектриком или разнесенные в пространстве электроды осуществляют преобразование энергии исследуемого электрического поля в энергию электрического сигнала, выделяемого на нагрузке ПП. Обработанный электрический сигнал позволяет однозначно судить о параметрах изучаемого поля или источниках этого поля. Объектами экспериментального исследования электрического поля в проводящей среде являются векторные поля электрической напряженности или скалярное поле разности электрических потенциалов. В общем случае все эти поля трехмерные, и поэтому используются трехкомпонентные электродные системы. Для каждой из трех компонент поля первичный преобразователь вместе с окружающей средой, включая источники измеряемого поля, можно представить относительно зажимов нагрузки активным двухполюсником: источника ЭДС и источника тока с соответствующим внутренним сопротивлением — Z — д или проводимостью