[發明專利]直線振動調制微型靜電場傳感器

無效

• 申請號: 201110309911.9
• 申請日: 2011-10-13
• 公開（公告）號: CN102323490A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 季鑫源;徐偉;行鴻彥
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

技術領域：

本發明涉及一種直線振動調制微型靜電場傳感器，屬電學領域，具體屬傳感器技術和靜電場的測量。

背景技術:

在工業生產中，靜電有一定的危害，靜電的監測是關系到產品質量、生產安全的一項重要的工作，在氣象上，大氣靜電場又是雷暴、閃電監測的關鍵特征參數，在地震預警，石油礦山等行業靜電監測也都是一項重要工作。目前，對靜電場的監測主要采用感應式靜電測試儀和場磨式靜電測試儀，感應式靜電測試儀采用靜電感應原理，在規定的測試距離上感應出電荷進行測量，但是這種方法要求近距離（如25mm）測量帶電體電位或電荷，并且存在電荷泄漏，感應出的電荷隨時間衰減，使得測量值隨時間減??；場磨式電場儀不受距離限制也無電荷泄漏，但其驅動電機影響其長時間連續工作，轉速不穩定、存在機械磨損、系統功耗較大是其缺點。光學式電場傳感器系統復雜，而且光學材料的多重物理效應相互影響以及光學材料自身穩定性和可靠性影響，光學測量方法還不很實用，尚處于試驗階段。

發明目的：

為解決場磨式電場儀，機械磨損問題，本發明設計了一種新型壓電疊堆驅動式電場傳感器。

本發明的目的是通過以下措施實現的：

一種直線振動調制微型靜電場傳感器，它包括屏蔽電極、感應電極、壓電疊堆、壓電疊堆安裝板、位置調節螺紋和安裝底座，屏蔽電極設置在安裝底座上并接地，感應電極與屏蔽電極相對平行設置，感應電極下部連接壓電疊堆，壓電疊堆固定在壓電疊堆安裝板上，壓電疊堆安裝板通過位置調節螺紋與安裝底座連接；所述屏蔽電極上開有若干圓孔，或者開有若干長槽型狹縫。

屏蔽電極上的圓孔的直徑為0.2-2毫米，相鄰圓孔的中心距為圓孔直徑的1.1-1.2倍。

屏蔽電極上狹縫為平行狹縫，狹縫寬度為0.2-2毫米，相鄰狹縫的間距為狹縫寬度的0.1-0.2倍。

屏蔽極電極和感應電極間的距離設計為0.3-0.5mm。

屏蔽電極為圓形金屬膜片，所述感應電極為與屏蔽電極形狀相當的圓形結構。

本發明相比現有技術具有如下有益效果：

本發明設計了一種新型壓電疊堆驅動式電場傳感器，該傳感器采用靜電感應原理工作，感應電極在壓電疊堆的帶動下相對于屏蔽電極作直線振動，通過感應電極與屏蔽電極之間的相對振動，感應電極上感應電荷出現周期性變化，于是形成一穩定交流電流便于后續電路測量。

其屏蔽電極為開孔或槽的接地電極，電場部分透射過屏蔽電極到達感應電極上，并且到達感應電極的電場和兩電極之間的距離成一定的函數關系，電場強時感應電極上感應出的電荷就多，反之則少，通過感應電極與屏蔽電極之間的相對振動，感應電極上感應電荷出現周期性變化，于是形成一穩定交流電流便于后續電路測量。

該傳感器采用靜電感應原理工作，感應電極在壓電疊堆的帶動下相對于屏蔽電極作直線振動。

本發明系統中只有微小振動，避免了場磨式電場儀的機械磨損，有利于長時間穩定工作。并且傳感器尺寸小，便于實現儀器的微型化。

附圖說明：

圖1為靜電感應原理示意圖。

圖2為屏蔽電極結構示意圖之一。

圖3為屏蔽電極結構示意圖之二。

圖4為帶孔電極在待測電場中的位置示意圖。

圖5為待測電場通過屏蔽電極后形成的透射效應示意圖。

圖6為電場E1/10V/m通過屏蔽電極后電場分布圖。

圖7為感應板上平均電荷量與Z軸關系示意圖。

圖8為電場傳感器結構示意圖。

具體實施方式

以下結合本發明傳感器的詳細結構，工作原理和理論推導，并通過計算分析表明該系統能夠很好地測量靜電場。

結構實例：

如圖8所示，本發明的直線振動調制微型靜電場傳感器主要由6部分構成：

1、屏蔽電極，外形圓形，由帶小孔或者帶槽的金屬極板構成，起部分屏蔽電場作用。

2、感應電極，由圓形金屬電極構成，用以感應外電場，產生感應電荷。