[发明专利]直线振动调制微型静电场传感器

说明书

技术领域：

本发明涉及一种直线振动调制微型静电场传感器，属电学领域，具体属传感器技术和静电场的测量。

背景技术:

在工业生产中，静电有一定的危害，静电的监测是关系到产品质量、生产安全的一项重要的工作，在气象上，大气静电场又是雷暴、闪电监测的关键特征参数，在地震预警，石油矿山等行业静电监测也都是一项重要工作。目前，对静电场的监测主要采用感应式静电测试仪和场磨式静电测试仪，感应式静电测试仪采用静电感应原理，在规定的测试距离上感应出电荷进行测量，但是这种方法要求近距离（如25mm）测量带电体电位或电荷，并且存在电荷泄漏，感应出的电荷随时间衰减，使得测量值随时间减小；场磨式电场仪不受距离限制也无电荷泄漏，但其驱动电机影响其长时间连续工作，转速不稳定、存在机械磨损、系统功耗较大是其缺点。光学式电场传感器系统复杂，而且光学材料的多重物理效应相互影响以及光学材料自身稳定性和可靠性影响，光学测量方法还不很实用，尚处于试验阶段。

发明目的：

为解决场磨式电场仪，机械磨损问题，本发明设计了一种新型压电叠堆驱动式电场传感器。

本发明的目的是通过以下措施实现的：

一种直线振动调制微型静电场传感器，它包括屏蔽电极、感应电极、压电叠堆、压电叠堆安装板、位置调节螺纹和安装底座，屏蔽电极设置在安装底座上并接地，感应电极与屏蔽电极相对平行设置，感应电极下部连接压电叠堆，压电叠堆固定在压电叠堆安装板上，压电叠堆安装板通过位置调节螺纹与安装底座连接；所述屏蔽电极上开有若干圆孔，或者开有若干长槽型狭缝。

屏蔽电极上的圆孔的直径为0.2-2毫米，相邻圆孔的中心距为圆孔直径的1.1-1.2倍。

屏蔽电极上狭缝为平行狭缝，狭缝宽度为0.2-2毫米，相邻狭缝的间距为狭缝宽度的0.1-0.2倍。

屏蔽极电极和感应电极间的距离设计为0.3-0.5mm。

屏蔽电极为圆形金属膜片，所述感应电极为与屏蔽电极形状相当的圆形结构。

本发明相比现有技术具有如下有益效果：

本发明设计了一种新型压电叠堆驱动式电场传感器，该传感器采用静电感应原理工作，感应电极在压电叠堆的带动下相对于屏蔽电极作直线振动，通过感应电极与屏蔽电极之间的相对振动，感应电极上感应电荷出现周期性变化，于是形成一稳定交流电流便于后续电路测量。

其屏蔽电极为开孔或槽的接地电极，电场部分透射过屏蔽电极到达感应电极上，并且到达感应电极的电场和两电极之间的距离成一定的函数关系，电场强时感应电极上感应出的电荷就多，反之则少，通过感应电极与屏蔽电极之间的相对振动，感应电极上感应电荷出现周期性变化，于是形成一稳定交流电流便于后续电路测量。

该传感器采用静电感应原理工作，感应电极在压电叠堆的带动下相对于屏蔽电极作直线振动。

本发明系统中只有微小振动，避免了场磨式电场仪的机械磨损，有利于长时间稳定工作。并且传感器尺寸小，便于实现仪器的微型化。

附图说明：

图1为静电感应原理示意图。

图2为屏蔽电极结构示意图之一。

图3为屏蔽电极结构示意图之二。

图4为带孔电极在待测电场中的位置示意图。

图5为待测电场通过屏蔽电极后形成的透射效应示意图。

图6为电场E1/10V/m通过屏蔽电极后电场分布图。

图7为感应板上平均电荷量与Z轴关系示意图。

图8为电场传感器结构示意图。

具体实施方式

以下结合本发明传感器的详细结构，工作原理和理论推导，并通过计算分析表明该系统能够很好地测量静电场。

结构实例：

如图8所示，本发明的直线振动调制微型静电场传感器主要由6部分构成：

1、屏蔽电极，外形圆形，由带小孔或者带槽的金属极板构成，起部分屏蔽电场作用。

2、感应电极，由圆形金属电极构成，用以感应外电场，产生感应电荷。