[发明专利]一种气体静电密度测量仪器及方法

权利要求书

1.一种气体静电密度测量仪器，其特征在于，包括依次连接的电荷感应传感器、振动电容传感器、信号调理模块以及控制模块，所述电荷感应传感器包括金属内筒以及与金属内筒同轴、通过绝缘支架套设在金属内筒外侧的金属外筒，所述金属外筒与金属内筒上均设有绝缘层，所述金属外筒与金属内筒的筒壁之间填充满绝缘材料密封，所述金属内筒的内壁与振动电容传感器的地极相连接，所述金属外筒的外壁与振动电容传感器的探头相连接，所述金属内筒的一端设有风扇。

2.根据权利要求1所述的一种气体静电密度测量仪器，其特征在于，所述信号调理模块与控制模块封装于屏蔽壳内。

3.根据权利要求2所述的一种气体静电密度测量仪器，其特征在于，所述信号调理模块包括前置放大电路和相敏检波电路，所述前置放大电路的输入端与振动电容传感器的输出端相连接。

4.根据权利要求2所述的一种气体静电密度测量仪器，其特征在于，所述控制模块包括微处理器、电源和LCD显示屏。

5.根据权利要求4所述的一种气体静电密度测量仪器，其特征在于，所述微处理器为STM32f101微处理器。

6.根据权利要求1所述的一种气体静电密度测量仪器，其特征在于，还包括与上位机通讯的数据传输电路，所述数据传输电路与微处理器相连接。

7.根据权利要求1所述的一种气体静电密度测量仪器，其特征在于，所述绝缘材料为干燥的空气或者棉布、硅橡胶。

8.基于权利要求1-7任一项所述的一种气体静电密度测量仪器的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)，开启风扇，风扇将带电气体吸入电荷感应传感器中，引起电荷感应传感器的内外壁的电势变化；

步骤(2)，与电荷感应传感器相连接的振动电容传感器测量出电荷感应传感器的电势差，输出信号传输给信号调理模块中的前置放大电路；

步骤(3)，放大后的信号一路通过过零比较器成为方波变成信号调理模块中的相敏检波电路的同步信号，另一路信号通过信号调理模块中的相敏检波电路传输至微处理器中，根据高斯定理、电势和电场的关系推导出电荷密度的计算公式：

ρ=2ϵ0Va2(lnb-lna)]]>

其中ρ是气体的电荷密度，ε₀表示气体的介电常量，V表示电荷感应传感器的内外壁的电势差，a是电荷感应传感器内壁的半径，b是电荷感应传感器外壁的半径；

步骤(4)，微处理器处理后的结果通过LCD显示屏显示出来。