CN107290702A - 一种三维交流电场传感器校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维交流电场传感器校准装置，包括：调压电路单元，用于使电极结构单元的上、下电极间产生交流电场；用于将产生的交流电压输出至计算单元；传感器位置控制单元，用于根据预设位置对传感器的位置进行控制；传感器输出检测单元，用于接收传感器检测的电场输出值并发送至计算单元；计算单元，分别与调压电路单元和传感器输出检测单元相连接，用于模拟三维交流电场，根据模拟的三维交流电场计算不同电极结构下的不同的预设位置和不同电压下对应的电场实际值，并根据电场实际值和电场输出值的线性关系计算校准系数。本发明可以根据不同电极结构、传感器位置和电压环境下的传感器输出值与电场强度实际值自动完成校准系数的计算。

Description

一种三维交流电场传感器校准装置及方法

技术领域

本发明涉及电场测量领域，并且更具体地，涉及一种三维交流电场传感器校准装置及方法。

背景技术

目前电场传感器校准装置大都为平行极板结构，仅可在电极间产生均匀电场，电场类型单一，仅适合校准用于测量均匀电场的电场传感器。而且目前没有校准装置用于校准非均匀电场以及畸变电场的电场探头，也没有装置用于校准空间三维电场传感器探头。并且电场传感器位置不能灵活调节，同时需要人为手动计算传感器校准系数。这些因素导致不能全面地对三维电场传感器进行校准。

因此，需要一种能够产生不同类型电场环境，包括均匀电场、非均匀电场、畸变电场，同时能够多位置、多方向校准三维电场传感器的校准装置。

发明内容

本发明提供了一种三维交流电场传感器校准装置及方法，解决了不同类型电场环境、不同位置和多方向电场传感器校准的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种三维交流电场传感器校准装置，所述装置包括：电极结构单元、调压电路单元、传感器位置控制单元、传感器输出检测单元和计算单元，

所述调压电路单元，与所述电极结构单元相连接，用于使电极结构单元的上、下电极间产生交流电场；用于将产生的交流电压输出至计算单元，其中所述电极结构单元的电极结构为：板-板电极结构、球-板电极结构、线-板电极结构或棒-板电极结构；

所述传感器位置控制单元，与所述计算单元相连接，用于根据预设位置对传感器的位置进行控制；

所述传感器输出检测单元，用于接收传感器检测的电场输出值，并将所述电场输出值发送至计算单元，其中所述电场输出值包括：三个方向的电场值V_xi,V_yi,V_zi和电场输出总值V_i；

所述计算单元，分别与调压电路单元和传感器输出检测单元相连接，用于模拟三维交流电场，根据模拟的三维交流电场计算不同电极结构下的不同的预设位置和不同电压下对应的电场实际值，并根据所述电场实际值和电场输出值的线性关系计算校准系数，其中所述电场实际值包括：三个方向的电场实际值E_xi,E_yi,E_zi和电场实际总值E。

优选地，其中所述电极材料为铜。

优选地，其中

所述板-板电极结构的上、下电极结构为互相平行的正方形极板，极板边长大于极板间距的2倍；

所述球-板电极结构的上电极为球体，球心与下电极的间距大于球体直径的2倍；

所述线-板电极结构的上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线平行于下极板，圆柱体高大于圆柱体直径的十倍，端面半球体直径与圆柱体直径相等，圆柱体轴线与下电极的间距大于圆柱体直径的10倍；

所述棒-板电极结构的上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线垂直于下极板，圆柱体高大于直径的6倍，端面半球体直径与圆柱体直径相等，圆柱体中心与下电极的间距大于圆柱体的高。

优选地，其中所述传感器位置控制单元包括：三个互相垂直带刻度的绝缘导轨、两个电机和一个传感器固定装置，其中，下导轨固定在下电极一条边上，竖直导轨垂直于下导轨放置通过电机与下导轨连接，水平导轨平行于下电极放置由电机与竖直导轨连接并可沿竖直导轨上下及左右滑动，由计算单元控制电机的滑动位置，带动与电机连接的竖直和水平导轨滑动；所述固定装置位于水平导轨端部，用于固定传感器探头。

优选地，其中所述线性关系为：

E＝k·V+b，

其中，k和b为校准系数。

优选地，其中所述计算单元，用于模拟三维交流电场，根据模拟的三维交流电场计算不同电极结构下的不同的预设位置和不同电压下对应的电场实际值，并根据所述电场实际值和电场输出值的线性关系计算校准系数，包括：

利用一种电极结构下的同一预设位置的不同电压下的电场输出值和对应的电场实际值，根据电场实际值和电场输出值的线性关系，分别计算传感器三个方向的校准系数和三维合成电场的第一校准系数；

利用上述方法计算得到不同电极结构下的不同预设位置的不同电压下的电场实际值和对应的电场输出值的第二校准系数；

计算所述第一校准系数和第二校准系数的平均值，作为校准系数。

根据本发明的一个方面，提供了一种三维交流电场传感器校准方法，所述方法包括：

利用仿真软件仿真不同电极结构在施加不同电压值时产生的电场，并获取电场实际值，其中所述电场实际值包括：三个方向的电场实际值E_xi,E_yi,E_zi和电场实际总值E，所述电极结构为：板-板电极结构、球-板电极结构、线-板电极结构或棒-板电极结构；

调整传感器的位置，利用电场传感器分别测量四种电极结构下的不同的预设位置和不同电压下对应的电场输出值，其中所述电场输出值包括：三个方向的电场值V_xi,V_yi,V_zi和电场输出总值V_i；

根据所述四种电极结构下的不同位置和不同电压下对应的电场输出值和电场实际值的线性关系计算校准系数。

优选地，其中所述电极材料为铜。

优选地，其中

所述板-板电极结构的上、下电极结构为互相平行的正方形极板，极板边长大于极板间距的2倍；

所述球-板电极结构的上电极为球体，球心与下电极的间距大于球体直径的2倍；

所述线-板电极结构的上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线平行于下极板，圆柱体高大于圆柱体直径的十倍，端面半球体直径与圆柱体直径相等，圆柱体轴线与下电极的间距大于圆柱体直径的10倍；

所述棒-板电极结构的上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线垂直于下极板，圆柱体高大于直径的6倍，端面半球体直径与圆柱体直径相等，圆柱体中心与下电极的间距大于圆柱体的高。

优选地，其中由传感器位置控制单元控制传感器的位置，其中所述传感器位置控制单元包括：三个互相垂直带刻度的绝缘导轨、两个电机和一个传感器固定装置，其中，下导轨固定在下电极一条边上，竖直导轨垂直于下导轨放置通过电机与下导轨连接，水平导轨平行于下电极放置由电机与竖直导轨连接并可沿竖直导轨上下及左右滑动，由计算单元控制电机的滑动位置，带动与电机连接的竖直和水平导轨滑动；所述固定装置位于水平导轨端部，用于固定传感器探头。

优选地，其中所述线性关系为：

E＝k·V+b，

其中，k和b为校准系数。

优选地，其中所述根据所述四种电极结构下的不同位置和不同电压下对应的电场输出值和电场实际值的线性关系计算校准系数，包括：

利用一种电极结构下的同一预设位置的不同电压下的电场输出值和对应的电场实际值，根据电场实际值和电场输出值的线性关系，分别计算传感器三个方向的校准系数和三维合成电场的第一校准系数；

利用上述方法计算得到不同电极结构下的不同预设位置的不同电压下的电场实际值和对应的电场输出值的第二校准系数；

计算所述第一校准系数和第二校准系数的平均值，作为校准系数。

本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种三维交流电场传感器校准装置，可以产生四种不同类型的电场环境、传感器位置任意调节、传感器输出值与电场强度实际值在计算单元内自动完成校准系数计算，并且通过多组校准系数取平均值能够有效减小校准误差、提高校准系数准确度。通过对三维交流电场传感器进行全面、多点、多组的校准，提高了电场传感器校准的准确性，并且提高了校准效率。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的三维交流电场传感器校准装置100的结构示意图；

图2为根据本发明实施方式的四种电极结构的示意图；

图3为根据本发明实施方式的三维交流电场传感器校准装置的示意图；

图4为根据本发明实施方式的板-板电极的计算单元仿真计算的电场云图；

图5为根据本发明实施方式的板-板电极计算单元仿真空间电场矢量图；

图6为根据本发明实施方式的球-板电极的计算单元仿真计算的电场云图；

图7为根据本发明实施方式的球-板电极计算单元仿真空间电场矢量图；

图8为根据本发明实施方式的线-板电极的计算单元仿真计算的电场云图；

图9为根据本发明实施方式的线-板电极计算单元仿真空间电场矢量图；

图10为根据本发明实施方式的棒-板电极的计算单元仿真计算的电场云图；

图11为根据本发明实施方式的棒-板电极计算单元仿真空间电场矢量图；

图12为根据本发明实施方式的三维交流电场传感器校准方法1200的流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的三维交流电场传感器校准装置100的结构示意图。如图1所示，所述三维交流电场传感器校准装置100用于对三维交流电场传感器检测的电场值进行校准，通过产生不同类型的电场环境、任意调节传感器位置、不同电压下的传感器输出值，并将传感器输出值与计算单元仿真的电场实际值进行线性计算，自动计算校准系数，完成对三维交流电场传感器全面、多点的校准，提高电场传感器校准的准确性，减小校准误差。所述三维交流电场传感器校准装置100包括：电极结构单元101、调压电路单元102、传感器位置控制单元103、传感器输出检测单元104和计算单元105。优选地，所述调压电路单元102，与所述电极结构单元101相连接，用于在电极结构单元101的上、下电极间产生交流电场；用于将产生的交流电压输出至计算单元105，其中所述电极结构单元101的电极结构为：板-板电极结构、球-板电极结构、线-板电极结构或棒-板电极结构。优选地，其中所述电极材料为铜。图2为根据本发明实施方式的四种电极结构的示意图。如图2所示，分别为板-板电极结构、球-板电极结构、线-板电极结构和棒-板电极结构的示意图，所述板-板电极结构的上、下电极结构为互相平行的正方形极板，极板边长大于极板间距的2倍；所述球-板电极结构的上电极为球体，球心与下电极的间距大于球体直径的2倍；所述线-板电极结构的上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线平行于下极板，圆柱体高大于圆柱体直径的十倍，端面半球体直径与圆柱体直径相等，圆柱体轴线与下电极的间距大于圆柱体直径的10倍；所述棒-板电极结构的上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线垂直于下极板，圆柱体高大于直径的6倍，端面半球体直径与圆柱体直径相等，圆柱体中心与下电极的间距大于圆柱体的高。

优选地，所述传感器位置控制单元103，与所述计算单元105相连接，用于根据预设位置对传感器的位置进行控制。优选地，其中所述传感器位置控制单元103包括：三个互相垂直带刻度的绝缘导轨、两个电机和一个传感器固定装置，其中，下导轨固定在下电极一条边上，竖直导轨垂直于下导轨放置通过电机与下导轨连接，水平导轨平行于下电极放置由电机与竖直导轨连接并可沿竖直导轨上下及左右滑动，由计算单元控制电机的滑动位置，带动与电机连接的竖直和水平导轨滑动；所述固定装置位于水平导轨端部，用于固定传感器探头。通过竖直导轨和水平导轨的滑动，传感器探头可到达上下电极中间所有位置。

优选地，所述传感器输出检测单元104，用于接收传感器检测的电场输出值，并将所述电场输出值发送至计算单元105，其中所述电场输出值包括：三个方向的电场值V_xi,V_yi,V_zi和电场输出总值V_i。

优选地，所述计算单元105，分别与调压电路单元102和传感器输出检测单元104相连接，用于模拟三维交流电场，根据模拟的三维交流电场计算不同电极结构下的不同的预设位置和不同电压下对应的电场实际值，并根据所述电场实际值和电场输出值的线性关系计算校准系数，其中所述电场实际值包括：三个方向的电场实际值E_xi,E_yi,E_zi和电场实际总值E。优选地，其中所述线性关系为：

E＝k·V+b，

其中，k和b为校准系数。

优选地，其中所述计算单元，用于模拟三维交流电场，根据模拟的三维交流电场计算不同电极结构下的不同的预设位置和不同电压下对应的电场实际值，并根据所述电场实际值和电场输出值的线性关系计算校准系数，包括：

利用一种电极结构下的同一预设位置的不同电压下的电场输出值和对应的电场实际值，根据电场实际值和电场输出值的线性关系，分别计算传感器三个方向的校准系数和三维合成电场的第一校准系数；

利用上述方法计算得到不同电极结构下的不同预设位置的不同电压下的电场实际值和对应的电场输出值的第二校准系数；

计算所述第一校准系数和第二校准系数的平均值，作为校准系数。

其中，本发明的计算单元可以采用计算机或者数字处理芯片等具有计算功能的设备。

图3为根据本发明实施方式的三维交流电场传感器校准装置的示意图。如图3所示，所述装置包括：上电极1与下电极2组成的电极结构单元、电场传感器探头3、传感器探头固定装置4、三个互相垂直带刻度导轨5、两个电机6、工频电源7、调压单元8、传感器输出检测单元9和计算机10。在本发明的实施方式中，四种不同电极结构包括：板-板电极、球-板电极、线-板电极、棒-板电极，电极材料均为铜；其中板-板电极的上下电极结构为两平行正方形极板，规格为100cm×100cm×0.5cm，上下电极相距50cm；球-板电极上电极为球体，直径为30cm，上下电极相距50cm；线-板电极上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线平行于下极板，圆柱体直径为2cm，高为80cm，端面半球体直径为2cm，上下电极相距50cm；棒-板电极上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线垂直于下极板，圆柱体直径为5cm，高为30cm，端面半球体直径为5cm，上下电极相距50cm。工频电源7给调压单元8提供电源，调压单元8的正、负极输出通过电缆线分别与上电极1和下电极2相连接，从而在上电极1和下电极2之间产生电场。同时，调压装置将输出的电压输入到计算机10中。传感器探测的电场输出值通过传感器输出检测单元9发送至计算机10。三个互相垂直带刻度的绝缘导轨5的下导轨固定在下电极一条边上，竖直导轨垂直于下导轨放置通过电机与下导轨连接，水平导轨平行于下电极放置由电机6与竖直导轨连接并可沿竖直导轨上下及左右滑动，由计算机10控制电机6的滑动位置，带动与电机连接的竖直和水平导轨滑动。传感器探头固定装置4位于水平导轨端部，用于固定传感器探头。通过竖直导轨和水平导轨的滑动，传感器探头可到达上下电极中间所有位置。

图4为根据本发明实施方式的板-板电极的计算机仿真计算的电场云图。如图4所示，所述板-板电极的上下电极结构为两平行正方形极板，规格为100cm×100cm×0.5cm，上下电极相距50cm，设置的电场电极材料为铜，仿真空间由两两互相垂直的X-Y-Z坐标轴表示，两极板平行X-Y平面放置，所述电场云图由两电极中间一平面内电场标量值绘制，不同电场值在图中由不同颜色表示，计算机可获得两电极间任意位置仿真电场值。

图5为根据本发明实施方式的板-板电极计算机仿真空间电场矢量图；如图5所示，所述板-板电极的上下电极结构为两平行正方形极板，规格为100cm×100cm×0.5cm，上下电极相距50cm，设置的电极材料为铜，仿真空间由两两互相垂直的X-Y-Z坐标轴表示，两极板平行X-Y平面放置，空间电场矢量由不同颜色带箭头的矢量线表示，矢量线的颜色表示空间电场大小，矢量线箭头方向表示空间电场方向，计算机可获得两电极间任意位置仿真电场X、Y、Z三个方向电场值及电场矢量方向。

图6为根据本发明实施方式的球-板电极的计算机仿真计算的电场云图，如图6所示，所述球-板电极上电极为球体，直径为30cm，上下电极相距50cm，设置的电场电极材料为铜，仿真空间由两两互相垂直的X-Y-Z坐标轴表示，下极板平行X-Y平面放置，上球体电极中心与极板中心连线垂直于下极板平面，所述电场云图由两电极中间一平面内电场标量值绘制，不同电场值在图中由不同颜色表示，计算机可获得两电极间任意位置仿真电场值。

图7为根据本发明实施方式的球-板电极计算机仿真空间电场矢量图，如图7所示，所述球-板电极上电极为球体，直径为30cm，上下电极相距50cm，设置的电场电极材料为铜，仿真空间由两两互相垂直的X-Y-Z坐标轴表示，下极板平行X-Y平面放置，上球体电极中心与极板中心连线垂直于下极板平面，空间电场矢量由不同颜色带箭头的矢量线表示，矢量线的颜色表示空间电场大小，矢量线箭头方向表示空间电场方向，计算机可获得两电极间任意位置仿真电场X、Y、Z三个方向电场值及电场矢量方向。

图8为根据本发明实施方式的线-板电极的计算机仿真计算的电场云图，如图8所示，所述线-板电极上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线平行于下极板，圆柱体直径为2cm，高为80cm，端面半球体直径为2cm，上下电极相距50cm，设置的电场电极材料为铜，仿真空间由两两互相垂直的X-Y-Z坐标轴表示，下极板平行X-Y平面放置，所述电场云图由两电极中间一平面内电场标量值绘制，不同电场值在图中由不同颜色表示，计算机可获得两电极间任意位置仿真电场值。

图9为根据本发明实施方式的线-板电极计算机仿真空间电场矢量图，如图9所示，所述线-板电极上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线平行于下极板，圆柱体直径为2cm，高为80cm，端面半球体直径为2cm，上下电极相距50cm，设置的电场电极材料为铜，仿真空间由两两互相垂直的X-Y-Z坐标轴表示，下极板平行X-Y平面放置，空间电场矢量由不同颜色带箭头的矢量线表示，矢量线的颜色表示空间电场大小，矢量线箭头方向表示空间电场方向，计算机可获得两电极间任意位置仿真电场X、Y、Z三个方向电场值及电场矢量方向。

图10为根据本发明实施方式的棒-板电极的计算机仿真计算的电场云图，如图10所示，所述棒-板电极上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线垂直于下极板，圆柱体直径为5cm，高为30cm，端面半球体直径为5cm，上下电极相距50cm，设置的电场电极材料为铜，仿真空间由两两互相垂直的X-Y-Z坐标轴表示，下极板平行X-Y平面放置，所述电场云图由两电极中间一平面内电场标量值绘制，不同电场值在图中由不同颜色表示，计算机可获得两电极间任意位置仿真电场值。

图11为根据本发明实施方式的棒-板电极计算机仿真空间电场矢量图，如图11所示，所述棒-板电极上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线垂直于下极板，圆柱体直径为5cm，高为30cm，端面半球体直径为5cm，上下电极相距50cm，设置的电场电极材料为铜，仿真空间由两两互相垂直的X-Y-Z坐标轴表示，下极板平行X-Y平面放置，空间电场矢量由不同颜色带箭头的矢量线表示，矢量线的颜色表示空间电场大小，矢量线箭头方向表示空间电场方向，计算机可获得两电极间任意位置仿真电场X、Y、Z三个方向电场值及电场矢量方向。

在本发明的实施方式中，首先利用电磁仿真软件ansoft仿真四种不同电极结构在施加不同电压值时产生的电场值大小，作为电场的真实值，保存在计算机中。其中，每个电场实际总值包括：E_x、E_y、E_z、E、其中E_x为规定的x方向电场强度矢量，E_y为规定的y方向电场强度矢量，E_z为规定的z方向电场强度矢量，E为空间三维合成电场强度矢量，为E_x与E的夹角，为E_y与E的夹角，为E_z与E的夹角。在进行电场传感器校准时，选取一种电极结构，将电场传感器探头放在传感器探头固定装置中，由计算机控制两电机滑动，从而控制竖直导轨和水平导轨的移动，使传感器探头可达到计算机设定的位置；然后利用调压装置进行加压，测量此时电压对应的电场传感器的三个方向输出及总输出V_xi,V_yi,V_zi,V_i，与计算机存储的该位置电场值E_xi,E_yi,E_zi,E_i对应，利用电场值与传感器输出值之间的线性关系：E＝k·V+b，计算得到此电压下电场传感器三个方向输出值与电场值校准系数以及三维合成电场校准系数，然后根据传感器测量电场范围设定好的加压步长进行加压，并分别计算此时电压对应的电场传感器三个方向输出值与电场值校准系数以及三维合成电场校准系数，然后根据最小乘二法计算得到此时电极结构下、某一个固定时刻的不同电压下对应的校准系数k_x,k_y,k_z；b_x,b_y,b_z，以及三维合成电场校准系数k；b。然后根据预设位置设置电场传感器的位置，重复调压电路加压的过程，继续利用上述方法获取得到新校准系数k'_x,k'_y,k'_z,k'；b'_x,b'_y,b'_z,b'，变换n次传感器位置，则会得到n组校准系数。最后用另外三种电极结构同样校准3次，最后得到4×n组校准系数，然后计算机自动计算校准系数的平均值，作为电场传感器三个方向及三维合成电场最终的校准系数完成三维电场传感器测量的校准。

图12为根据本发明实施方式的三维交流电场传感器校准方法1200的流程图。如图12所示，所述三维交流电场传感器校准方法1200从步骤1201处开始，在步骤1201利用仿真软件仿真不同电极结构在施加不同电压值时产生的电场，并获取电场实际值，其中所述电场实际值包括：三个方向的电场实际值E_xi,E_yi,E_zi和电场实际总值E，所述电极结构为：板-板电极结构、球-板电极结构、线-板电极结构或棒-板电极结构。优选地，其中所述电极材料为铜。优选地，其中所述板-板电极结构的上、下电极结构为互相平行的正方形极板，极板边长大于极板间距的2倍；

所述球-板电极结构的上电极为球体，球心与下电极的间距大于球体直径的2倍；

所述线-板电极结构的上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线平行于下极板，圆柱体高大于圆柱体直径的十倍，端面半球体直径与圆柱体直径相等，圆柱体轴线与下电极的间距大于圆柱体直径的10倍；

所述棒-板电极结构的上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线垂直于下极板，圆柱体高大于直径的6倍，端面半球体直径与圆柱体直径相等，圆柱体中心与下电极的间距大于圆柱体的高。

优选地，在步骤1202调整传感器的位置，利用电场传感器分别测量四种电极结构下的不同的预设位置和不同电压下对应的电场输出值，其中所述电场输出值包括：三个方向的电场值V_xi,V_yi,V_zi和电场输出总值V_i。优选地，其中由传感器位置控制单元控制传感器的位置，其中所述传感器位置控制单元包括：三个互相垂直带刻度的绝缘导轨、两个电机和一个传感器固定装置，其中，下导轨固定在下电极一条边上，竖直导轨垂直于下导轨放置通过电机与下导轨连接，水平导轨平行于下电极放置由电机与竖直导轨连接并可沿竖直导轨上下及左右滑动，由计算机控制电机的滑动位置，带动与电机连接的竖直和水平导轨滑动；所述固定装置位于水平导轨端部，用于固定传感器探头。

优选地，在步骤1203根据所述四种电极结构下的不同位置和不同电压下对应的电场输出值和电场实际值的线性关系计算校准系数。优选地，其中所述线性关系为：

E＝k·V+b，

其中，k和b为校准系数。

优选地，其中所述根据所述四种电极结构下的不同位置和不同电压下对应的电场输出值和电场实际值的线性关系计算校准系数，包括：

利用一种电极结构下的同一预设位置的不同电压下的电场输出值和对应的电场实际值，根据电场实际值和电场输出值的线性关系，分别计算传感器三个方向的校准系数和三维合成电场的第一校准系数；

利用上述方法计算得到不同电极结构下的不同预设位置的不同电压下的电场实际值和对应的电场输出值的第二校准系数；

计算所述第一校准系数和第二校准系数的平均值，作为校准系数。

本发明的实施例的三维交流电场传感器校准装置100与本发明的另一个实施例的三维交流电场传感器校准方法1200相对应，在此不再赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (12)

1.一种三维交流电场传感器校准装置，其特征在于，所述装置包括：电极结构单元、调压电路单元、传感器位置控制单元、传感器输出检测单元和计算单元，

所述调压电路单元，与所述电极结构单元相连接，用于使电极结构单元的上、下电极间产生交流电场；用于将产生的交流电压输出至计算单元，其中所述电极结构单元的电极结构为：板-板电极结构、球-板电极结构、线-板电极结构或棒-板电极结构；

所述传感器位置控制单元，与所述计算单元相连接，用于根据预设位置对传感器的位置进行控制；

所述传感器输出检测单元，用于接收传感器检测的电场输出值，并将所述电场输出值发送至计算单元，其中所述电场输出值包括：三个方向的电场值V_xi,V_yi,V_zi和电场输出总值V_i；

所述计算单元，分别与调压电路单元和传感器输出检测单元相连接，用于模拟三维交流电场，根据模拟的三维交流电场计算不同电极结构下的不同的预设位置和不同电压下对应的电场实际值，并根据所述电场实际值和电场输出值的线性关系计算校准系数，其中所述电场实际值包括：三个方向的电场实际值E_xi,E_yi,E_zi和电场实际总值E。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电极材料为铜。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述板-板电极结构的上、下电极结构为互相平行的正方形极板，极板边长大于极板间距的2倍；

所述球-板电极结构的上电极为球体，球心与下电极的间距大于球体直径的2倍；

所述线-板电极结构的上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线平行于下极板，圆柱体高大于圆柱体直径的十倍，端面半球体直径与圆柱体直径相等，圆柱体轴线与下电极的间距大于圆柱体直径的10倍；

所述棒-板电极结构的上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线垂直于下极板，圆柱体高大于直径的6倍，端面半球体直径与圆柱体直径相等，圆柱体中心与下电极的间距大于圆柱体的高。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器位置控制单元包括：三个互相垂直带刻度的绝缘导轨、两个电机和一个传感器固定装置，其中，下导轨固定在下电极一条边上，竖直导轨垂直于下导轨放置通过电机与下导轨连接，水平导轨平行于下电极放置由电机与竖直导轨连接并可沿竖直导轨上下及左右滑动，由计算单元控制电机的滑动位置，带动与电机连接的竖直和水平导轨滑动；所述固定装置位于水平导轨端部，用于固定传感器探头。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述线性关系为：

E＝k·V+b，

其中，k和b为校准系数。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述计算单元，用于模拟三维交流电场，根据模拟的三维交流电场计算不同电极结构下的不同的预设位置和不同电压下对应的电场实际值，并根据所述电场实际值和电场输出值的线性关系计算校准系数，包括：

利用一种电极结构下的同一预设位置的不同电压下的电场输出值和对应的电场实际值，根据电场实际值和电场输出值的线性关系，分别计算传感器三个方向的校准系数和三维合成电场的第一校准系数；

利用上述方法计算得到不同电极结构下的不同预设位置的不同电压下的电场实际值和对应的电场输出值的第二校准系数；

计算所述第一校准系数和第二校准系数的平均值，作为校准系数。

7.一种三维交流电场传感器校准方法，其特征在于，所述方法包括：

利用仿真软件仿真不同电极结构在施加不同电压值时产生的电场，并获取电场实际值，其中所述电场实际值包括：三个方向的电场实际值E_xi,E_yi,E_zi和电场实际总值E，所述电极结构为：板-板电极结构、球-板电极结构、线-板电极结构或棒-板电极结构；

调整传感器的位置，利用电场传感器分别测量四种电极结构下的不同的预设位置和不同电压下对应的电场输出值，其中所述电场输出值包括：三个方向的电场值V_xi,V_yi,V_zi和电场输出总值V_i；

根据所述四种电极结构下的不同位置和不同电压下对应的电场输出值和电场实际值的线性关系计算校准系数。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电极材料为铜。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述板-板电极结构的上、下电极结构为互相平行的正方形极板，极板边长大于极板间距的2倍；

所述球-板电极结构的上电极为球体，球心与下电极的间距大于球体直径的2倍；

所述线-板电极结构的上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线平行于下极板，圆柱体高大于圆柱体直径的十倍，端面半球体直径与圆柱体直径相等，圆柱体轴线与下电极的间距大于圆柱体直径的10倍；

所述棒-板电极结构的上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线垂直于下极板，圆柱体高大于直径的6倍，端面半球体直径与圆柱体直径相等，圆柱体中心与下电极的间距大于圆柱体的高。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，由传感器位置控制单元控制传感器的位置，其中所述传感器位置控制单元包括：三个互相垂直带刻度的绝缘导轨、两个电机和一个传感器固定装置，其中，下导轨固定在下电极一条边上，竖直导轨垂直于下导轨放置通过电机与下导轨连接，水平导轨平行于下电极放置由电机与竖直导轨连接并可沿竖直导轨上下及左右滑动，由计算单元控制电机的滑动位置，带动与电机连接的竖直和水平导轨滑动；所述固定装置位于水平导轨端部，用于固定传感器探头。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述线性关系为：

E＝k·V+b，

其中，k和b为校准系数。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述根据所述四种电极结构下的不同位置和不同电压下对应的电场输出值和电场实际值的线性关系计算校准系数，包括：

利用一种电极结构下的同一预设位置的不同电压下的电场输出值和对应的电场实际值，根据电场实际值和电场输出值的线性关系，分别计算传感器三个方向的校准系数和三维合成电场的第一校准系数；

利用上述方法计算得到不同电极结构下的不同预设位置的不同电压下的电场实际值和对应的电场输出值的第二校准系数；

计算所述第一校准系数和第二校准系数的平均值，作为校准系数。