CN100495050C - 三维电场传感器 - Google Patents

Abstract

本发明三维电场传感器涉及传感器，特别涉及电场传感器。该传感器，包括轴向电场测量单元和径向电场测量单元。两部分都具有转动单元，在同一驱动单元的作用下转动。本发明传感器可以测量空间三维电场。

Description

三维电场传感器

技术领域

本发明三维电场传感器涉及传感器，特别涉及电场传感器。

背景技术

电场的探测不仅对导弹、火箭、航天器发射升空有重大意义，而且对城市环境污染的监控、超净实验室或工厂内部静电场的监视等也有广泛应用。电场传感器直接测量地面或空中电场强度，实施有效的监测和分析，为气象保障提供可靠的手段和依据，是确保导弹、航天器升空安全的重要途径。目前已有的电场传感器只能检测一维或两维电场强度，探测方向由传感器结构决定，一般与传感器主轴方向平行或垂直。由于电场的方向并不总是平行或垂直于地球表面，不能保证一维或者二维电场传感器的主轴方向与电场方向一致，其测量数据仅能反映电场三维矢量某一个方向或者某两个方向分量的大小，有可能造成较大的测量误差。

发明内容

本发明提出一种三维电场检测的电场传感器，采用分别采用旋叶结构和双半圆筒结构探测轴向与径向电场强度。由于电场探测方向覆盖了三维方向，因此无论电场方向相对电场传感器探测方向如何变化，其采集的信号都能反映三维电场的大小。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种三维电场传感器，由驱动单元、电场测量单元和相关电路组成，其包括：

外壳，为中空圆柱体，电路板、电机和电池置于其容腔内，按常规连接，电机居中，位于中轴线上，电机旋转轴的两端伸出于外壳两端等距；外壳、电机和电机旋转轴共一中轴线；

轴向电场测量单元和径向电场测量单元各为一个，固接于电机旋转轴的一端，轴向电场测量单元和径向电场测量单元在同一电机的作用下转动。

所述的三维电场传感器，其所述轴向电场测量单元，含转子和定子，相互平行设置，转子位于外侧，定子位于内侧；转子至少为一个，为扇叶状，叶片为2个或4个或6个，转子中心固定于电机的转轴上，随旋转轴转动；定子至少为一个，形状和转子相同，为扇叶状，叶片为2个或4个或6个；在轴向电场的作用下，当转子屏蔽定子时，定子上感应电荷量最少，随着转子的转动，定子上的感应电荷发生周期性变化形成电流，通过此电流检测轴向电场强度；

径向电场测量单元，至少含有两个电场感应转子，都为圆弧片状，两个转子的上沿中点分别与轴向电场测量单元的转子上沿固接，两个转子围于外壳侧面，与外壳外侧壁有一间隙，随旋转轴转动，随着电场感应转子的旋转，两个转子上的感应电荷在径向电场的作用下产生感应电流，通过此电流检测径向电场强度。

所述的三维电场传感器，其所述轴向电场测量单元和径向电场测量单元各为两个，固接于电机旋转轴的两端，轴向电场测量单元和径向电场测量单元在同一电机的作用下转动。

所述的三维电场传感器，随着轴向电场测量单元叶片数目的不同，其所述的轴向电场测量单元的感应信号频率与径向电场测量单元的感应信号频率相同或不同。

所述的三维电场传感器，其所述轴向电场测量单元转子和定子的扇叶状叶片数目相同，或不同。

附图说明

图1是本发明三维电场传感器结构示意图。

图2是本发明的轴向、径向电场测量单元原理示意图。

具体实施方式

三维电场传感器的结构如图1所示，由径向电场测量单元和轴向电场测量单元两部分组成，这两部分都有转动结构，在同一驱动单元即电机7的驱动下转动。其还包括电路板6、电机7、外壳8、电池9。外壳8为中空圆柱体，电路板6、电机7和电池9置于其容腔内，按常规连接，电机7居中，位于中轴线上，电机旋转轴3的两端伸出于外壳8两端等距。外壳8、电机7和电机旋转轴3共一中轴线。

轴向电场测量单元含转子1和定子2，相互平行设置，转子1位于外侧，定子2位于内侧，轴向电场测量单元至少为一个，本实施例中为两个，分别设于电机旋转轴3的两端。转子1可以是一个，也可以是多个，转子1为扇叶状，叶片可为2个或4个，也可为6个，转子1中心固定于电机7的转轴3上，随旋转轴3转动；定子2可以是一个，也可以是多个，形状和转子1相同，为扇叶状，叶片可为2个或4个，也可为6个，如图2所示。在轴向电场的作用下，当转子1挡住(屏蔽)定子2时，定子2上感应电荷量最少，随着转子1的转动，定子2上的感应电荷发生周期性变化形成电流，通过此电流检测轴向电场强度。

轴向电场测量单元转子1和定子2的扇叶状叶片数目可以相同，也可以不同。

径向电场测量单元至少含有两个电场感应转子4、5，都为圆弧片状，两个转子4、5的上沿或下沿中点分别与轴向电场测量单元的转子1上沿固接，如图2所示，两个转子4、5围于外壳8侧面，与外壳8外侧壁有一间隙。径向电场测量单元至少为一个，本实施例中为两个，分别设于电机旋转轴3的两端，随旋转轴3转动。随着电场感应转子4、5的旋转，两个转子4、5上的感应电荷在径向电场的作用下产生感应电流，通过此电流检测径向电场强度。

轴向、径向电场测量单元中输出感应电流信号到电路板6，再经信号处理并输出相关值。

由于边缘效应，轴向电场和径向电场会发生相互耦合，轴向电场会对径向电场测量产生一定的影响，径向电场也会影响轴向电场的测量，测量结果根据标定结果，选取合理的校准系数进行修正。

Claims (5)

1.一种三维电场传感器，由驱动单元、电场测量单元和相关电路组成，其特征在于，包括：

外壳，为中空圆柱体，电路板、电机和电池置于其容腔内，电机居中，位于中轴线上，电机旋转轴的两端伸出于外壳两端等距；外壳、电机和电机旋转轴共一中轴线；

轴向电场测量单元和径向电场测量单元各为一个，固接于电机旋转轴的一端，轴向电场测量单元和径向电场测量单元在同一电机的作用下转动：

所述轴向电场测量单元，含转子和定子，相互平行设置，转子位于外侧，定子位于内侧；转子至少为一个，为扇叶状，叶片为2个或4个或6个，转子中心固定于电机的旋转轴上，随旋转轴转动；定子至少为一个，形状和转子相同，为扇叶状，叶片为2个或4个或6个；在轴向电场的作用下，当转子屏蔽定子时，定子上感应电荷量最少，随着转子的转动，定子上的感应电荷发生周期性变化形成电流，通过此电流检测轴向电场强度；

径向电场测量单元，至少含有两个电场感应转子，都为圆弧片状，两个转子的上沿中点分别与轴向电场测量单元的转子上沿固接，两个转子围于外壳侧面，与外壳外侧壁有一间隙，随旋转轴转动，随着电场感应转子的旋转，两个转子上的感应电荷在径向电场的作用下产生感应电流，通过此电流检测径向电场强度。

2.如权利要求1所述的三维电场传感器，其特征在于，所述轴向电场测量单元和径向电场测量单元各为两个，固接于电机旋转轴的两端，轴向电场测量单元和径向电场测量单元在同一电机的作用下转动。

3.如权利要求1所述的三维电场传感器，其特征在于，随着轴向电场测量单元叶片数目的不同，其轴向电场测量单元的感应信号频率与径向电场测量单元的感应信号频率相同或不同。

4.如权利要求2所述的三维电场传感器，其特征在于，随着轴向电场测量单元叶片数目的不同，其轴向电场测量单元的感应信号频率与径向电场测量单元的感应信号频率相同或不同。

5.如权利要求1所述的三维电场传感器，其特征在于，所述轴向电场测量单元转子和定子的扇叶状叶片数目相同，或不同。