[发明专利]非接触式昆虫电荷测量系统

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种非接触式昆虫电荷测量系统，测量昆虫的带电特性，获得昆虫的低频电磁特征是昆虫基础理论研究的一个重要方面，同时通过对昆虫带电特性的分析和统计，可以实现对昆虫电荷特征的提取和对其进行精确高效扑杀。

(二)背景技术

目前国内外对昆虫的带电特性研究是通过把待测昆虫放置在法拉第桶内，使昆虫与法拉第桶直接接触，测量昆虫电荷通过法拉第桶流向大地而产生的电流大小的方式来测量昆虫的带电特征，该测量方式改变了昆虫的活动环境，改变了昆虫身上的电荷分布，不能真实地反映昆虫在自然环境下的带电特性。目前尚未有通过非接触的测量昆虫电荷产生的电场来测量昆虫电荷的装置，而且目前在别的领域应用的测量准静电场的传感器为场磨旋转式，存在着测量精度低，误差大，使用了接地电刷，寿命较短，测量噪声也较大的弊端，不适用于对昆虫电荷进行测量。

(三)发明内容

本发明提出一种非接触式测量昆虫电荷的装置，是通过电场动态感应的原理来非接触的测量昆虫电荷所形成的电场信号，进而得到昆虫的电荷信号。该装置可以在昆虫的自然活动状态和正常活动环境下通过测得昆虫电场信号来得到昆虫的电荷信号，该方式不会改变昆虫身上的电荷分布，能够真实的反映自然情况下昆虫的带电特性，而且通过对采集数据的分析，还可以获取昆虫的低频电磁特征数据。

本发明针对昆虫带电量小，电场弱的情况，设计了睁眼-闭眼工作模式的摆动式电场感应传感器，能测得微弱的昆虫电场信号，并且该电场传感器没有使用接地电刷，具有使用寿命长、噪声低的优点。

该装置的电场动态感应原理如下：

一个带电体周围会分布着电场，在电场E中放置一块金属导体，导体表面就会产生感应电荷，感生电荷密度为：

σ＝εKE

式中ε为空气中的介电常数(近似真空中的介电常数)，K是由于导体放入引起的电场畸变系数。如果金属导体的面积为S，则感应电荷量为：

q＝σS＝εKES

若感应导体对地的电容量为c，则产生的感应电压u为：

u=qc=ϵKESc]]>

该金属导体通过一个电阻接地就会有电流流过，在电场变化时，测出这个电流的变化就可知道电场的变化。但在静电场中，电场基本不变或变化极为缓慢，要测量这种电场，必须使处在静电场中的导体内产生动态变化的电荷，为此可以采用某种方式对金属导体进行屏蔽和去屏蔽，从而产生动态的与电场相关的电流，从而测量得到电场，这就是电场动态感应原理。

为了应用电场动态感应原理实现对昆虫电荷的测量，本发明是采用了一种“睁闭眼”循环采样的准静电场测量装置作为电场传感器单元。

本发明通过以下技术方案实现：

本系统由电场传感器单元、控制及信号处理单元、数据存储显示及电源单元组成；

所述的电场传感器单元由外壳，动作单元，电场测量单元组成。其中：

所述的外壳为桶状结构，起到机械保护的电磁屏蔽的作用。内部放置动片，定片，屏蔽隔板一，伺服电机，伺服电机控制与电源线屏蔽管，电源线及数据线屏蔽管，测量电路，屏蔽隔板二，信号线屏蔽管，接地游丝，动片转动轴、控制及信号处理单元；并且各个单元间有屏蔽层，通过屏蔽线缆进行信号连接。外壳外面连接数据存储显示及电源单元。

所述的动作单元，由动片，伺服电机，接地游丝组成。动片为圆形，带扇形开口，扇形开口之间的未开口部分为同样角度的扇形，即动片是由相同大小的扇形开口和同为相同角度的扇形未开口部分相间隔均匀分布在圆周上。动片在伺服电机的带动下进行左右摆动，摆动角度为一个扇形开口的角度。伺服电机可以按照控制指令迅速的旋转一定角度。

所述的电场测量单元，由定片，测量电路组成。定片为敷铜板结构，其表面的敷铜部分是作为感应电荷的金属导体来用，敷铜部分形状与动片的扇形开口相对应。所述的测量电路由硬件信号保持系统、高阻抗跟随级、固定增益和可控增益放大级、滤波级、缓冲输出级、电压信号差分传输部分组成。

所述的控制及信号处理单元，由控制和数据传输单元，数字信号处理单元组成，控制伺服电机和测量电路的同步工作，对电场测量单元的信号进行采样、数字信号处理以及电场强度与电荷量的对应转化和数据传输。