[發明專利]一種空間電荷密度測量的儀器及方法

有效

• 申請號: 201310045043.7
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN103091567A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 張自嘉;姚佳;朱莉;王旭
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01R29/24
• 分類號: G01R29/24
• 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

1.一種空間電荷密度測量的儀器，其特征是：它包括空間電荷測量單元、多路信號處理單元和控制單元；

其中，空間電荷測量單元包括感應圓筒和非接觸式振動電容傳感器，該感應圓筒由絕緣圓筒與帶有絕緣涂層的金屬圓筒相套裝形成的框架結構，金屬圓筒通過絕緣支架套裝并連接在絕緣圓筒外圈，絕緣圓筒的外壁上分別安裝四塊金屬片，四塊金屬片分別與四個非接觸式振動電容傳感器的金屬探頭電連接，所述絕緣圓筒一端設置一風扇；

其中多路信號處理單元包括四路由可調增益放大電路，相敏檢波和低通濾波電路組成的信號處理電路；

所述控制單元包括電源、微處理器及附屬電路、傳感器驅動電路、風扇驅動電路以及AD采樣電路；

所述四個非接觸式振動電容傳感器的信號輸出端分別接入多路信號處理單元中的一路，多路信號處理單元的輸出經AD采樣電路與微處理器相連；所述風扇經風扇驅動電路與微處理器相連。

2.根據權利要求1空間電荷密度測量的儀器，其特征是：所述四塊金屬片位于感應圓筒中的金屬套筒與絕緣套筒之間，均勻固定或粘貼在絕緣套筒的外側筒壁上。

3.根據權利要求1所述的空間電荷密度測量的儀器，其特征是：所述非接觸式振動電容傳感器包括一個定極片與金屬探頭直接相連，一個動極片與壓電陶瓷通過一層絕緣層相連，且平行放置與金屬外殼固定在一起。

4.根據權利要求3空間電荷密度測量的儀器，其特征是：該儀器還設有傳感器信號調理單元，它包括放大電路、相敏檢波電路和低通濾波電路；放大電路的輸入端連接到動極片上，輸出端與低通濾波電路相連。

5.根據權利要求1或4所述的空間電荷密度測量的儀器，其特征是：該儀器還設有還設有氣壓、溫度和濕度測量傳感器，它們均與微處理器相連。

6.根據權利要求1或4所述的空間電荷密度測量的儀器，其特征是：該儀器還包括液晶屏，該液晶屏與微處理器相連。

7.根據權利要求1或4所述的空間電荷密度測量的儀器，其特征是：所述控制電路板還設有與上位機通信的接口電路。

8.利用權利要求1所述儀器進行空間電荷密度測量的方法，其特征是，該方法包括以下步驟：

用微處理器驅動轉速可控的風扇以10-500轉/秒的速度轉動，將帶電云霧或氣體吸入感應圓筒內，經由空間電荷測量單元測量，并經多路信號處理單元處理，送給控制單元，根據高斯定理以及電勢和電場強度之間的對應關系可以得到電荷密度的計算公式：

其中ρ表示空間電荷密度，ε₀表示氣體的介電常數，V是多路信號處理單元測得的電勢值，R是絕緣圓筒的半徑；

若四路信號測得電勢值不同，V為四路電勢值的平均值。