[發明專利]一種用于離子化空氣中的非接觸表面電位測試方法

有效

• 申請號: 202110754268.4
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113203898B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 聞小龍;楊鵬飛;儲昭志;劉宇濤;吳雙
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波;鄧琳

本發明公開了一種用于離子化空氣中的非接觸表面電位測試方法，包括：在無離子化環境下校準電場傳感器的靈敏度系數k₁；在電場傳感器外部設置用于沉積電荷的封裝殼體，并置于充滿離子化空氣的電場環境中；在高壓極板上施加不同的被測電壓，觀察電場傳感器輸出曲線穩定后，擬合電場傳感器在離子化空氣中的靈敏度系數k₂；計算k₂除以k₁，得到沉積電荷對靈敏度的放大系數。本發明提出的新型測試方法易于實施，能夠克服離子化空氣對非接觸表面電位測試的干擾，增大測量靈敏度，提升環境適應性能力。

技術領域

本發明涉及電場監測及靜電測量技術領域，特別涉及一種用于離子化空氣中的非接觸表面電位測試方法。

背景技術

電場監測具有十分重要的意義。在氣象領域，監測地表及高空大氣電場變化，可獲知雷電的孕育、發展及發生信息，為雷電預警提供重要指標，從而為導彈和衛星等飛行器的發射升空提供重要的安全保障，也能夠為森林、景區、輸電線路、石化煉廠提供預警信息；在電網領域，監測輸電線路及變電站等附近的電場，可準確獲知交直流電壓及相位信息，為智能電網輸電狀態提供重要參考，也可獲知輸電線路附近民宅等設施附近電場強度，為評估電網電磁環境影響提供依據；在電子及石化領域，人體、設備、油氣等靜電荷積累到一定程度后容易引發放電，造成設備損傷、火災、爆炸等嚴重的事故，通過監測電場，評估靜電高危區域帶電情況，為電子及石化領域安全生產提供必要參數。

在這些應用領域中，有時會遇到離子化空氣環境，當電荷沉積在電場傳感器敏感單元上，造成了測量誤差。例如，強電場及高電壓可能引發空氣電離，形成離子化的被測環境。在電子、半導體等領域中，通過離子風機、軟X射線儀使氣體電離，電離后的氣體可用于中和帶靜電的物質，也由此產生了離子化空氣環境。如何在離子化空氣環境中實現電場或靜電的準確測量一直是這一領域的難題。

傳統的場磨式、振動電容式等電場傳感器通過調制感應電荷為交變信號實現測量，然而在離子化空氣環境中，沉積電荷產生的附加電流對感應電荷量造成了干擾。此外，由于包含裸露的可動部件，這兩種傳感器均存在組裝復雜、機械結構易損壞等問題。傳統的光學式電場傳感器利用Pockels效應、Kerr效應等進行檢測，當電荷沉積到光學敏感晶體表面時，產生了附加電場，也對測量產生影響。隨著電場檢測技術的發展，電場傳感器朝體積小、集成化、批量化的方向發展，尤其是基于微納米技術的電場傳感器具有成本低、體積小、功耗低、可實現批量生產、易于集成化、工作頻帶寬，以及電場探測的空間分辨率高等突出優點，是電場探測傳感器的重要發展方向，受到國際上越來越多的關注，具有重要的科研及產業價值。

申請人技術團隊曾提出“基于高阻材料的電場傳感器封裝元件CN 103633036 B”，“電極型電場傳感器封裝元件及其用途CN 106124870 B”，“一種靈敏度增強型電場傳感器的封裝蓋板及封裝方法CN 106672890 B” 等發明專利，提出了一系列封裝結構，解決了電場傳感器的敏感單元裸露易損壞、靈敏度不足等難題。然而，前期的敏感芯片封裝結構在離子化空氣環境中，也可能受沉積電荷影響，造成測試誤差。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種用于離子化空氣中的非接觸表面電位測試方法，利用在封裝結構表面沉積電荷的電場進行電場測量，將沉積電荷由干擾量轉變為被測量，不僅克服了沉積電荷對電場敏感單元的影響，而且提高了靈敏度。該方法無裸露可動部件，使用便捷，可靠性高。

為解決上述技術問題，本發明的實施例提供如下方案：

一種用于離子化空氣中的非接觸表面電位測試方法，包括以下步驟：

在無離子化環境下校準電場傳感器的靈敏度系數k₁；

在電場傳感器外部設置用于沉積電荷的封裝殼體，并置于充滿離子化空氣的電場環境中；