[实用新型]一种电致伸缩材料和驻极体材料构造的电场传感器探头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种传感器的探头，具体是一种电致伸缩材料和驻极体材料构造的电场传感器探头。

背景技术

电场传感器是能够感受电场强度并能够将其转换为可以输出信号的传感器。电场传感器是当前测试强电场，尤其是高电压电力系统中的瞬变电场的主要手段，可以有效避免强电场的破坏作用。此外，电场传感器还可以用于环境电场强度的探测，广泛用于监控电气设备的电场效应、自动开关控制、液位适度检测、汽车安全功能等。当前在用的电场传感器中，电场探测主要原理是：基于处于电场中的两个导体感应出电荷后，会在导体上出现感应电压。两导体为两相互平行的圆板导体，与两板相连为一差分放大器。通过检测导体之间的电压，得出被测电场大小。基于以上原理的这种检测手段，需要天线的电容特别大，同时需要差分放大器具有很高的输入阻抗和很小的电容，否则很容易失真原波形。因而制备工艺要求高，且具有易失真的缺点。

另外，随着电致伸缩材料的发展，将这类材料应用到电场传感器中，已成为现实。相比较传统的压电材料，如锆钛酸铅，钛酸钡等，以铌镁酸铅为基体的弛豫型铁电陶瓷型电致伸缩材料，以及新型的聚合物电致伸缩材料可以在较低的电场下获得足够大的形变量。这使得这类材料具有更广泛的应用前景。驻极体材料是一种具有持久性极化的固体电介质，其特点是极化电荷“永久”存在于电介质表面和体内，因而可以提供一个稳定的电压，是一个很好的直流电压源。这在制造电子器件和电工测量仪表等方面是大有用处的。

发明内容

为了改善传统电场传感器制备高要求以及易失真的问题，本实用新型提供了一种电致伸缩材料和驻极体材料的电场传感器探头。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

方案一：

本实用新型包括驻极体、电致伸缩体和金属极板，其特征在于：驻极体设置在电致伸缩体的一端，电致伸缩体的另一端相对固定；驻极体与电致伸缩体之间设有金属电极，与驻极体相对的位置设置有金属极板，所述金属极板与所述金属电极组成一个电容器，金属极板和金属电极均引出导线外接信号处理装置。

方案二：

本实用新型包括驻极体、电致伸缩体和金属极板，其特征在于：电致伸缩体一端设有金属电极，另一端相对固定；驻极体设置在金属极板靠近金属电极的一端，并与金属电极相对，所述金属极板与金属电极组成一个电容器，金属极板和金属电极均引出导线外接信号处理装置。

本实用新型的有益效果是：采用易于获取的电致伸缩材料和驻极体材料构成电场传感器探头，结构简单，成本低，易于实现器件小型化和精准检测，也便于携带。本实用新型既可以探测静电场和交变电场，也可以用于探测金属和导电材料。

附图说明

图 1是本实用新型的一种实施例。

图2是本实用新型的另一种实施例。

图中：1. 电致伸缩材料，2. 电致伸缩材料上涂的金属电极，3. 驻极体，4. 驻极体的背电极（金属极板），5. 空气或介质间隙，6.外出引线(与电致伸缩材料上涂的电极相连)，7. 外出引线(与驻极体的背电极相连)。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1和图2显示的是本实用新型的工作原理示意图和构造原理图。主体有电致伸缩材料1、驻极体材料3和金属极板4组成。驻极体粘合方式有两种，分别如图1和图2 所示。在图1实施例中，电致伸缩材料1的一端固定，另一端涂有金属电极2，与其相对的驻极体另一端背电极与金属极板4通过导电胶粘合在一起，二者之间相互导通。金属电极2和金属极板4之间组成了一个平行板电容器。金属电极2和金属极板4分别和导线6、7相连，外接信号处理装置。图2显示的是驻极体3的另一种粘合方式，驻极体3的背电极通过导电胶与电致伸缩材料1上的金属电极2粘合在一起，金属电极2和金属极板4之间形成了一个电容器。同样，金属电极2和金属极板4分别和导线6、7相连，外接信号处理装置。两种粘合方式中，电容器中间的是很薄的一层空气间隙或其他电介质5。

根据平行板电容器电容C=ɛS/d可知，电容与介电常数ɛ，极板面积S和两极板之间的距离d有关。当测试外界电场时，外界电场引起电致伸缩体形变，这就改变了电容器两极板之间的距离d，从而引起电容的变化。根据公式：Q =CU，其中Q表示电荷量，U表示电压。 所以当电容C变化时必然引起电容器两端电压U的变化，输出电信号，实现了电场-电压的改变。通过外接导线6、7接入信号处理装置，实现了检测外电场的目的。