[发明专利]一种基于法拉第笼法的空间电荷密度测量装置

摘要

本发明提供一种基于法拉第笼法的空间电荷密度测量装置，包括法拉第笼笼体、电位探针、信号传输屏蔽线、信号传输屏蔽管、电位测量模块和底座；电位探针位于法拉第笼笼体的中心，信号传输屏蔽线位于信号传输屏蔽管内部，信号传输屏蔽管支撑于法拉第笼笼体底部与电位探针之间，电位测量模块置于法拉第笼笼体下方且与底座相连。本发明采用感应型电位探针测量空间电位，测量精度高；通过法拉第笼笼体屏蔽外界电场的影响，获取笼体中的空间电位，进而得到空间电荷密度，本发明具有良好的稳定性，能较好的用于复杂多变的环境。

主权项

1.一种基于法拉第笼法的空间电荷密度测量装置，其特征在于：所述测量装置包括法拉第笼笼体、电位探针、信号传输屏蔽线、信号传输屏蔽管、电位测量模块和底座；所述电位探针位于法拉第笼笼体的中心，所述信号传输屏蔽线位于信号传输屏蔽管内部，所述信号传输屏蔽管支撑于法拉第笼笼体底部与电位探针之间，电位测量模块置于法拉第笼笼体下方且与底座相连；所述法拉第笼笼体为网格状结构，其形状为圆柱体或球体，用于屏蔽外界电场；所述电位探针包括感应球壳、金属球和分压电阻；所述金属球位于感应球壳的中心，所述分压电阻位于信号传输屏蔽线上，信号传输屏蔽线一端连接金属球，另一端连接电位测量模块；所述信号传输屏蔽管可在竖直方向上进行伸缩运动，调整电位探针的位置，使电位探针位于法拉第笼笼体中心，以获得法拉第笼笼体中电位最大值；所述电位测量模块包括屏蔽盒、信号调理电路、滤波电路、信号隔离电路、A/D转换电路、控制电路、显示电路和通信电路；所述信号调理电路、滤波电路、信号隔离电路、A/D转换电路、控制电路和通信电路均位于屏蔽盒内部；电位探针测量的空间电位经由信号传输屏蔽线输入信号调理电路，依次通过信号调理电路、滤波电路、信号隔离电路进行调理、滤波、隔离处理后，由A/D转换电路转换为数字信号，控制电路对数字信号进行处理后得到空间电荷密度，并将空间电荷密度发送至显示电路进行显示，同时通过通信电路将空间电荷密度传送至远程上位机；电位探针测量的空间电位用U0表示，空间电荷密度用ρ表示，则有：ρ＝kU0   (1)其中，k为法拉第笼笼体的形状比例系数；所述法拉第笼笼体底部设有连接孔，信号传输屏蔽线穿过连接孔连接电位测量模块；所述底座设有安装孔，所述测量装置通过安装孔固定在垂直支撑杆上，所述垂直支撑杆可在竖直方向上进行伸缩运动；所述垂直支撑杆与水平面上的导轨垂直设置，通过垂直支撑杆在导轨上的水平移动带动法拉第笼笼体的水平移动。