專利名稱：三維電場(chǎng)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明三維電場(chǎng)傳感器涉及傳感器，特別涉及電場(chǎng)傳感器。
背景技術(shù)：
電場(chǎng)的探測(cè)不僅對(duì)導(dǎo)彈、火箭、航天器發(fā)射升空有重大意義，而且對(duì)城市環(huán)境污染的監(jiān)控、超凈實(shí)驗(yàn)室或工廠內(nèi)部靜電場(chǎng)的監(jiān)視等也有廣泛應(yīng)用。電場(chǎng)傳感器直接測(cè)量地面或空中電場(chǎng)強(qiáng)度，實(shí)施有效的監(jiān)測(cè)和分析，為氣象保障提供可靠的手段和依據(jù)，是確保導(dǎo)彈、航天器升空安全的重要途徑。目前已有的電場(chǎng)傳感器只能檢測(cè)一維或兩維電場(chǎng)強(qiáng)度，探測(cè)方向由傳感器結(jié)構(gòu)決定，一般與傳感器主軸方向平行或垂直。由于電場(chǎng)的方向并不總是平行或垂直于地球表面，不能保證一維或者二維電場(chǎng)傳感器的主軸方向與電場(chǎng)方向一致，其測(cè)量數(shù)據(jù)僅能反映電場(chǎng)三維矢量某一個(gè)方向或者某兩個(gè)方向分量的大小，有可能造成較大的測(cè)量誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種三維電場(chǎng)檢測(cè)的電場(chǎng)傳感器，采用分別采用旋葉結(jié)構(gòu)和雙半圓筒結(jié)構(gòu)探測(cè)軸向與徑向電場(chǎng)強(qiáng)度。由于電場(chǎng)探測(cè)方向覆蓋了三維方向，因此無論電場(chǎng)方向相對(duì)電場(chǎng)傳感器探測(cè)方向如何變化，其采集的信號(hào)都能反映三維電場(chǎng)的大小。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種三維電場(chǎng)傳感器，由驅(qū)動(dòng)單元、電場(chǎng)測(cè)量單元和相關(guān)電路組成，其包括外殼，為中空?qǐng)A柱體，電路板、電機(jī)和電池置于其容腔內(nèi)，按常規(guī)連接，電機(jī)居中，位于中軸線上，電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的兩端伸出于外殼兩端等距；外殼、電機(jī)和電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸共一中軸線；軸向電場(chǎng)測(cè)量單元和徑向電場(chǎng)測(cè)量單元各為一個(gè)，固接于電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的一端，軸向電場(chǎng)測(cè)量單元和徑向電場(chǎng)測(cè)量單元在同一電機(jī)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)。
所述的三維電場(chǎng)傳感器，其所述軸向電場(chǎng)測(cè)量單元，含轉(zhuǎn)子和定子，相互平行設(shè)置，轉(zhuǎn)子位于外側(cè)，定子位于內(nèi)側(cè)；轉(zhuǎn)子至少為一個(gè)，為扇葉狀，葉片為2個(gè)或4個(gè)或6個(gè)，轉(zhuǎn)子中心固定于電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，隨旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；定子至少為一個(gè)，形狀和轉(zhuǎn)子相同，為扇葉狀，葉片為2個(gè)或4個(gè)或6個(gè)；在軸向電場(chǎng)的作用下，當(dāng)轉(zhuǎn)子屏蔽定子時(shí)，定子上感應(yīng)電荷量最少，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，定子上的感應(yīng)電荷發(fā)生周期性變化形成電流，通過此電流檢測(cè)軸向電場(chǎng)強(qiáng)度；徑向電場(chǎng)測(cè)量單元，至少含有兩個(gè)電場(chǎng)感應(yīng)轉(zhuǎn)子，都為圓弧片狀，兩個(gè)轉(zhuǎn)子的上沿中點(diǎn)分別與軸向電場(chǎng)測(cè)量單元的轉(zhuǎn)子上沿固接，兩個(gè)轉(zhuǎn)子圍于外殼側(cè)面，與外殼外側(cè)壁有一間隙，隨旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著電場(chǎng)感應(yīng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)轉(zhuǎn)子上的感應(yīng)電荷在徑向電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過此電流檢測(cè)徑向電場(chǎng)強(qiáng)度。
所述的三維電場(chǎng)傳感器，其所述軸向電場(chǎng)測(cè)量單元和徑向電場(chǎng)測(cè)量單元各為兩個(gè)，固接于電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的兩端，軸向電場(chǎng)測(cè)量單元和徑向電場(chǎng)測(cè)量單元在同一電機(jī)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)。
所述的三維電場(chǎng)傳感器，隨著軸向電場(chǎng)測(cè)量單元葉片數(shù)目的不同，其所述的軸向電場(chǎng)測(cè)量單元的感應(yīng)信號(hào)頻率與徑向電場(chǎng)測(cè)量單元的感應(yīng)信號(hào)頻率相同或不同。
所述的三維電場(chǎng)傳感器，其所述軸向電場(chǎng)測(cè)量單元轉(zhuǎn)子和定子的扇葉狀葉片數(shù)目相同，或不同。


圖1是本發(fā)明三維電場(chǎng)傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的軸向、徑向電場(chǎng)測(cè)量單元原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
三維電場(chǎng)傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由徑向電場(chǎng)測(cè)量單元和軸向電場(chǎng)測(cè)量單元兩部分組成，這兩部分都有轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，在同一驅(qū)動(dòng)單元即電機(jī)7的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)。其還包括電路板6、電機(jī)7、外殼8、電池9。外殼8為中空?qǐng)A柱體，電路板6、電機(jī)7和電池9置于其容腔內(nèi)，按常規(guī)連接，電機(jī)7居中，位于中軸線上，電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸3的兩端伸出于外殼8兩端等距。外殼8、電機(jī)7和電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸3共一中軸線。
軸向電場(chǎng)測(cè)量單元含轉(zhuǎn)子1和定子2，相互平行設(shè)置，轉(zhuǎn)子1位于外側(cè)，定子2位于內(nèi)側(cè)，軸向電場(chǎng)測(cè)量單元至少為一個(gè)，本實(shí)施例中為兩個(gè)，分別設(shè)于電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸3的兩端。轉(zhuǎn)子1可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)，轉(zhuǎn)子1為扇葉狀，葉片可為2個(gè)或4個(gè)，也可為6個(gè)，轉(zhuǎn)子1中心固定于電機(jī)7的轉(zhuǎn)軸3上，隨旋轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)；定子2可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)，形狀和轉(zhuǎn)子1相同，為扇葉狀，葉片可為2個(gè)或4個(gè)，也可為6個(gè)，如圖2所示。在軸向電場(chǎng)的作用下，當(dāng)轉(zhuǎn)子1擋住(屏蔽)定子2時(shí)，定子2上感應(yīng)電荷量最少，隨著轉(zhuǎn)子1的轉(zhuǎn)動(dòng)，定子2上的感應(yīng)電荷發(fā)生周期性變化形成電流，通過此電流檢測(cè)軸向電場(chǎng)強(qiáng)度。
軸向電場(chǎng)測(cè)量單元轉(zhuǎn)子1和定子2的扇葉狀葉片數(shù)目可以相同，也可以不同。
徑向電場(chǎng)測(cè)量單元至少含有兩個(gè)電場(chǎng)感應(yīng)轉(zhuǎn)子4、5，都為圓弧片狀，兩個(gè)轉(zhuǎn)子4、5的上沿或下沿中點(diǎn)分別與軸向電場(chǎng)測(cè)量單元的轉(zhuǎn)子1上沿固接，如圖2所示，兩個(gè)轉(zhuǎn)子4、5圍于外殼8側(cè)面，與外殼8外側(cè)壁有一間隙。徑向電場(chǎng)測(cè)量單元至少為一個(gè)，本實(shí)施例中為兩個(gè)，分別設(shè)于電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸3的兩端，隨旋轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著電場(chǎng)感應(yīng)轉(zhuǎn)子4、5的旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)轉(zhuǎn)子4、5上的感應(yīng)電荷在徑向電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過此電流檢測(cè)徑向電場(chǎng)強(qiáng)度。
軸向、徑向電場(chǎng)測(cè)量單元中輸出感應(yīng)電流信號(hào)到電路板6，再經(jīng)信號(hào)處理并輸出相關(guān)值。
由于邊緣效應(yīng)，軸向電場(chǎng)和徑向電場(chǎng)會(huì)發(fā)生相互耦合，軸向電場(chǎng)會(huì)對(duì)徑向電場(chǎng)測(cè)量產(chǎn)生一定的影響，徑向電場(chǎng)也會(huì)影響軸向電場(chǎng)的測(cè)量，測(cè)量結(jié)果根據(jù)標(biāo)定結(jié)果，選取合理的校準(zhǔn)系數(shù)進(jìn)行修正。
權(quán)利要求
1.一種三維電場(chǎng)傳感器，由驅(qū)動(dòng)單元、電場(chǎng)測(cè)量單元和相關(guān)電路組成，其特征在于，包括外殼，為中空?qǐng)A柱體，電路板、電機(jī)和電池置于其容腔內(nèi)，按常規(guī)連接，電機(jī)居中，位于中軸線上，電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的兩端伸出于外殼兩端等距；外殼、電機(jī)和電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸共一中軸線；軸向電場(chǎng)測(cè)量單元和徑向電場(chǎng)測(cè)量單元各為一個(gè)，固接于電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的一端，軸向電場(chǎng)測(cè)量單元和徑向電場(chǎng)測(cè)量單元在同一電機(jī)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的三維電場(chǎng)傳感器，其特征在于，所述軸向電場(chǎng)測(cè)量單元，含轉(zhuǎn)子和定子，相互平行設(shè)置，轉(zhuǎn)子位于外側(cè)，定子位于內(nèi)側(cè)；轉(zhuǎn)子至少為一個(gè)，為扇葉狀，葉片為2個(gè)或4個(gè)或6個(gè)，轉(zhuǎn)子中心固定于電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，隨旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；定子至少為一個(gè)，形狀和轉(zhuǎn)子相同，為扇葉狀，葉片為2個(gè)或4個(gè)或6個(gè)；在軸向電場(chǎng)的作用下，當(dāng)轉(zhuǎn)子屏蔽定子時(shí)，定子上感應(yīng)電荷量最少，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，定子上的感應(yīng)電荷發(fā)生周期性變化形成電流，通過此電流檢測(cè)軸向電場(chǎng)強(qiáng)度；徑向電場(chǎng)測(cè)量單元，至少含有兩個(gè)電場(chǎng)感應(yīng)轉(zhuǎn)子，都為圓弧片狀，兩個(gè)轉(zhuǎn)子的上沿中點(diǎn)分別與軸向電場(chǎng)測(cè)量單元的轉(zhuǎn)子上沿固接，兩個(gè)轉(zhuǎn)子圍于外殼側(cè)面，與外殼外側(cè)壁有一間隙，隨旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著電場(chǎng)感應(yīng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)轉(zhuǎn)子上的感應(yīng)電荷在徑向電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過此電流檢測(cè)徑向電場(chǎng)強(qiáng)度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的三維電場(chǎng)傳感器，其特征在于，所述軸向電場(chǎng)測(cè)量單元和徑向電場(chǎng)測(cè)量單元各為兩個(gè)，固接于電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的兩端，軸向電場(chǎng)測(cè)量單元和徑向電場(chǎng)測(cè)量單元在同一電機(jī)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的三維電場(chǎng)傳感器，其特征在于，隨著軸向電場(chǎng)測(cè)量單元葉片數(shù)目的不同，其軸向電場(chǎng)測(cè)量單元的感應(yīng)信號(hào)頻率與徑向電場(chǎng)測(cè)量單元的感應(yīng)信號(hào)頻率相同或不同。
5.如權(quán)利要求3所述的三維電場(chǎng)傳感器，其特征在于，隨著軸向電場(chǎng)測(cè)量單元葉片數(shù)目的不同，其軸向電場(chǎng)測(cè)量單元的感應(yīng)信號(hào)頻率與徑向電場(chǎng)測(cè)量單元的感應(yīng)信號(hào)頻率相同或不同。
6.如權(quán)利要求2所述的三維電場(chǎng)傳感器，其特征在于，所述軸向電場(chǎng)測(cè)量單元轉(zhuǎn)子和定子的扇葉狀葉片數(shù)目相同，或不同。
全文摘要
本發(fā)明三維電場(chǎng)傳感器涉及傳感器，特別涉及電場(chǎng)傳感器。該傳感器，包括軸向電場(chǎng)測(cè)量單元和徑向電場(chǎng)測(cè)量單元。兩部分都具有轉(zhuǎn)動(dòng)單元，在同一驅(qū)動(dòng)單元的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明傳感器可以測(cè)量空間三維電場(chǎng)。
文檔編號(hào)G01R29/12GK1880963SQ20051007684
公開日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2005年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月17日
發(fā)明者白強(qiáng), 張星, 夏善紅 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所