[實用新型]一種電子偏移式電場強度傳感器

有效

• 申請號: 201822019443.1
• 申請日: 2018-12-04
• 公開（公告）號: CN209656790U
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 趙春平;李志華;呂建勛
• 申請（專利權）人: 大理大學
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12;G01R29/08;G01R33/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種電子偏移式電場強度傳感器，屬于電場測量技術領域，是一種基于真空環境下電子束在電場中發生偏移原理的電場強度傳感器，主要包括：電子槍組件，加速電場，速度篩選磁場產生裝置，篩選小孔，減速電場組件，電荷耦合器件，電場屏蔽罩和磁場屏蔽罩等；該電場傳感器受本體電位影響小，適用于測量靜電場、直流電場或低頻交流電場測量，能實現產品小型化，測量的分辨率高，結果準確性高，一套這樣的裝置可以實現電場的二維測量，兩套同樣的裝置垂直放置可以實現電場的三維測量，第二套裝置和第一套裝置的部分器件可以共用。該電場傳感器可以用來測量二維或三維電場強度，也可以用來測量二維或三維磁場強度。

技術領域

本實用新型屬于電場測量技術領域，特別涉及電子偏移式電場強度傳感器。

背景技術

測量電場強度在現代生活、生產以及科學研究具有重要的意義。例如，在輸送電領域，輸電線路和變電設備附近的電場測量能獲知線路和設備中的電壓、電流等相關信息；在軍工領域，可以通過測量電場強度來探測目標；在工業領域，電磁兼容性正在成為產品設計過程中需要重點考慮的問題之一；在安全生產領域，在容易發生火災和爆炸的區域，例如加油站、煉油廠和面粉廠等，監測電場可以避免因電場強度過大而發生事故；在氣象領域，監測地面和空中大氣的電場變化，是短期雷電預警的重要方式。為了綜合利用電場信息，電場傳感器技術越來越受到重視。

國內某研究所研發的極低頻電場傳感器，能夠探測大氣層近地場、雷電電磁脈沖、雷電定位以及對遠處或地下某些爆炸事件遠距離監測。傳感器的基本原理是利用放置于電場中的兩相互平行的圓板導體作為天線，在導體上感應出電壓，與兩圓板相連一個差分放大器，當兩平行板的電容值遠遠大于差動運放的輸入電容，電阻遠遠小于差動運放的輸入電阻時，待測電場強度與測試電壓成正比。這種電場傳感器的缺點是天線尺寸較大，測量結果受本體電位影響，且分辨率不高。

我國某機構研制的球載雙球式電場儀，是基于導體在電場中感應電荷的原理制成，由兩個相隔一定距離的空心球形導體傳感器、水平旋轉軸、軸球連接機構和驅動機構、位置傳感器和信號電刷構成，電路和供電電池分別安裝在兩個球內，兩個導體球分別連接到電荷放大器的同相端和反相端，當兩個球形導體繞軸旋轉時，垂直于旋轉軸的電場分量分別在兩球上感應出大小相等，極性相反的電荷，感應電荷量與外界電場的強度成正比。這種電場傳感器的缺點是具有旋轉部件，故環境適應性差，且批量生產的產品一致性較差。

國內多家機構都研制或改進的場磨式電場傳感器，其基本原理是采用對導體進行周期屏蔽和暴露的方法，使置于電場中的導體內部的感應電荷遷移形成交變的電流，傳感器有金屬定子和金屬轉子，轉子通過碳刷接地，對定子進行周期性屏蔽，因而在定子上感應出交變的感應電流，通過轉換電路，感應信號變成幅值和電場強度成正比的正弦信號，這種電場傳感器的缺點是體積較大，分辨率不高，環境適應性較差。

實用新型內容

為了提高電場傳感器的分辨率和環境適應性，本實用新型提出了一種電子偏移式電場強度傳感器，是一種利用真空環境中電子束在電場中發生偏移原理實現測量的電場強度傳感器，主要包括：電子槍組件，加速電場，速度篩選磁場產生裝置，篩選小孔，減速電場組件，電荷耦合器件，電場屏蔽罩和磁場屏蔽罩等；電子發射組件包括電加熱絲或發射控制柵極，發射陰極，發射陽極，加速電場的陽極板上開有與發射陰極相對的中心小孔；上述加速電場和減速電場組件位于電場屏蔽罩之內；速度篩選磁場是施加于加速電場陽極中心小孔后的勻強磁場，可以由電磁方式獲得也可由永久磁鐵獲得；磁場周圍設有屏蔽罩，在屏蔽罩上開有通向待測電場的速度篩選小孔；減速電場組件包括減速電場陰極和減速電場陽極，磁場屏蔽罩是由導磁性良好的金屬材料制成，電場屏蔽罩是由電的良導體材料制成，電荷耦合器件指的是能夠接收入射電子并且其入射位置可識別的組件；上述器件都置于真空環境中。