CN109188113A - 用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置及方法。所公开的装置包括荷电模块和测量模块，其中：荷电模块包括第一高压源、第二高压源、电晕针板、上极板和下极板，电晕针板、上极板和下极板自上而下水平间隔设置在同一竖直支架上，上极板和下极板之间形成了模拟环境测试空间，电晕针板连接至第一高压源以提供均匀的离子流，上极板连接至第二高压源以提供高压电场，上极板具有网状结构，以使离子流通过和分布得更加均匀，第一高压源和/或第二高压源可以调节，以模拟不同地面场强的合成电场和不同密度的均匀离子流场的组合；测量模块包括场磨、静电计和离子流板。所公开的技术方案使用了一次成型的电晕针板，易于维护。

Description

用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置及方法

技术领域

本发明涉及电力仿真和测试、电晕放电、高电压技术、及介质荷电特性研究领域，尤其涉及一种用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置及方法。

背景技术

经济的快速发展导致我国对电能的需求急剧增大。然而，我国的能源资源分布不均匀，必须实施西电东送的发展战略。在大容量远距离输电方面，特高压直流输电工程具有很强的优势。然而，在特高压直流输电线路运行时，导线会发生电晕放电，产生空间电荷，从而会对其周围环境造成影响。为了获知特高压直流输电线路对其周围环境造成的影响，同时又避免危险，就需要对这种情况进行模拟和测试。

现有技术所采用的第一类方案，使用平行平板离子流发生器，该平行平板离子流发生器为五层极板结构，由上到下分别为：隔离层(接地，起屏蔽作用)、电晕层(由均匀排列的电晕丝组成，提供离子流)、栅极层(均匀离子流)、上极板(提供电场，进一步均匀离子流)、下极板(接地，提供地电位)，主要是针对离子迁移率进行测量。

第一类方案中的电晕层由极细的电晕丝构成，在实际使用时，具有以下缺点：电晕丝的装配较为繁琐；且电晕丝在装配过程中极易发生弯折，造成局部放电过强，导致离子流不均匀；在使用一段时间后，电晕丝容易产生弧垂，导致放电不均匀。

现有技术所采用的第二类方案，使用单个针电极加栅极结构，这种结构广泛应用于较小样品(边长为厘米级别)的充电实验。

第二类方案具有以下缺点：在针对较大样品进行实验时，单个针电极放电不够均匀，无法提供大范围的均匀离子流场；在进行实验时，充电与测量分开进行，无法对样品充电过程进行实时测量。

由于特高压直流输电线路较长，在特高压直流输电线路环境中可能会存在农用大棚，农用大棚一般由介质薄膜构成，是一种简单实用的载培设施。由于其容易建造、使用方便、投资较少，已得到广泛使用。当存在介质薄膜时，由于绝缘介质薄膜对离子流的阻挡特性，在电场力作用下定向运动的空间电荷无法透过介质薄膜，电荷会在介质薄膜表面不断积累，使得薄膜下方的地面合成电场增强。因此，研究均匀离子流场中介质薄膜表面荷电特性是研究高压直流输电线路附近存在农业大棚情况下的电磁环境的关键与基础。

然而，上述现有技术的两类方案都没有针对于上下极板间存在介质情况下，针对介质表面电荷测量的装置，在介质样品放置、测量存在不方便性。即，现有技术中还没有针对均匀离子流场中介质薄膜表面荷电特性的模拟实验平台。而且，现有的模拟实验平台并不适合于均匀离子流场中介质薄膜表面荷电特性的研究。

因此，为了解决上述技术问题，需要提出新的技术方案。

发明内容

根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置，包括荷电模块和测量模块，其中：

荷电模块包括第一高压源、第二高压源、电晕针板、上极板和下极板，电晕针板、上极板和下极板自上而下水平间隔设置在同一竖直支架上，上极板和下极板之间形成了模拟环境测试空间，电晕针板连接至第一高压源以提供均匀的离子流，上极板连接至第二高压源以提供高压电场，上极板具有网状结构，以使离子流通过和分布得更加均匀，第一高压源和/或第二高压源可以调节，以模拟不同地面场强的合成电场和不同密度的均匀离子流场的组合；

测量模块包括场磨、静电计和离子流板，场磨用于测量模拟环境测试空间的地面场强，静电计用于在地面场强稳定后测量模拟环境测试空间各处的空间电位，离子流板用于测量模拟环境测试空间的离子流密度。

根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置，还包括：

数据处理模块，用于基于模拟环境测试空间各处的空间电位、计算出模拟环境测试空间各处的电荷密度。

根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置，还包括：

样品框架，用于放置介质薄膜样品，样品框架水平间隔设置在支架的上极板和下极板之间，可在上极板和下极板之间沿竖直方向移动，配备有高度传感器以记录样品框架的高度，

其中，模拟环境测试空间各处包括样品表面附近的各个位置，数据处理模块还用于：

基于样品表面附近的各个位置的空间电位、采用表面视在电荷法计算出样品表面的面电荷密度。

根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置，还包括：

第一运动控制模块，用于控制静电计在模拟环境测试空间中的位置；

第二运动控制模块，用于控制样品框架的高度。

根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置，其电晕针板、上极板和下极板均为圆形平板或均为多边形平板，其第一运动控制模块包括：

测量窗口，测量窗口设置在下极板上，沿下极板的水平径向延伸，用于放置可调支架，可调支架用于放置静电计，以使静电计测量沿着下极板的径向位置上的空间电位，可调支架可以在竖直方向上移动，以调节静电计在竖直方向上的高度，以使静电计测量模拟环境测试空间不同高度处的空间电位；

旋转模块，旋转模块与下极板相连接，以使下极板旋转；

记录模块，用于记录静电计在模拟环境测试空间的测量位置、测量时刻和测量位置处的空间电位，

其中，测量窗口、可调支架和旋转模块共同作用，使得静电计可以测得模拟环境测试空间各处的空间电位。

根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置，其数据处理模块还用于：

采用有线通信或无线通信的方式，从记录模块获取指定时刻或指定时间段内测量位置和测量位置处的空间电位，采用插值法得到模拟环境测试空间各处的空间电位；和/或

根据用户指定的条件数，基于网格数-条件数曲线，将小于用户指定的条件数的各个网格数中的最大值确定为表面视在电荷法所使用的网格数，以在保证电荷密度计算结果的准确度的前提下、提高空间分辨率。

根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行环境测试的装置，其样品框架由环氧树脂材料制成，电晕针板、上极板和下极板由金属材料制成。

根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的方法，包括：

构建如上文所述的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置，形成模拟环境测试空间，模拟不同地面场强的合成电场和不同离子流密度的均匀离子流场的组合；

测量模拟环境测试空间各处的空间电位。

根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的方法，还包括：

基于模拟环境测试空间各处的空间电位、计算出模拟环境测试空间各处的电荷密度。

根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的方法，还包括：

在装置的样品框架上放置介质薄膜样品，测量样品表面附近的各个位置的空间电位；和/或

基于样品表面附近的各个位置的空间电位、采用表面视在电荷法计算出样品表面的面电荷密度，

其中，样品框架水平间隔设置在支架的上极板和下极板之间，可在上极板和下极板之间沿竖直方向移动，配备有高度传感器以记录样品框架的高度。

根据本发明的上述技术方案，使用了一次成型的电晕针板，易于维护。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与相关的文字描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地示出了根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置的示意框图。

图2示例性地示出了根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的方法的示意流程图。

图3示例性地示出了根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置的三维透视图。

图4示例性地示出了根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置的主视图。

图5示例性地示出了根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置可以使用的圆形电晕针板的俯视图。

图6示例性地示出了根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置可以使用的网状圆形上极板的俯视图。

图7示例性地示出了针对由图5所示的装置所形成的圆柱状模拟环境测试空间中的某个圆形水平面进行网格划分的示意图。

图8示例性地示出了根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置可以采用的、用于确定表面视在电荷法所使用的网格数的网格数-条件数曲线的示意图。

图9示例性地示出了根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的方法的示例流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

图1示例性地示出了根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置100的示意框图。

如图1的实线框所示，根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置100，包括荷电模块101和测量模块103，其中：

荷电模块101包括第一高压源101a、第二高压源101b、电晕针板101c、上极板101d和下极板101e，电晕针板101c、上极板101d和下极板101e自上而下水平间隔设置在同一竖直支架上，上极板101d和下极板101e之间形成了模拟环境测试空间，电晕针板101c连接至第一高压源以提供均匀的离子流，上极板101d连接至第二高压源以提供高压电场，上极板101d具有网状结构，以使离子流通过和分布得更加均匀，第一高压源和/或第二高压源可以调节，以模拟不同地面场强的合成电场和不同密度的均匀离子流场的组合；

测量模块103包括场磨103a、静电计103b和离子流板103c，场磨103a用于测量模拟环境测试空间的地面场强，静电计103b用于测量模拟环境测试空间各处的空间电位，离子流板103c用于测量所述模拟环境测试空间的离子流密度。

可选地，如图1的虚线框所示，用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置100，还包括：

数据处理模块105，用于基于模拟环境测试空间各处的空间电位、计算出模拟环境测试空间各处的电荷密度。

可选地，如图1的虚线框所示，用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置100，还包括：

样品框架107，用于放置介质薄膜样品，样品框架107水平间隔设置在支架的上极板101d和下极板101e之间，可在上极板101d和下极板101e之间沿竖直方向移动，配备有高度传感器以记录样品框架107的高度，

其中，模拟环境测试空间各处包括样品表面附近的各个位置，数据处理模块105还用于：

基于样品表面附近的各个位置的空间电位、采用表面视在电荷法计算出样品表面的面电荷密度。

可选地，如图1的虚线框所示，用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置100，还包括：

第一运动控制模块109，用于控制静电计103b在模拟环境测试空间中的位置；

第二运动控制模块111，用于控制样品框架107的高度。

可选地，电晕针板101c、上极板101d和下极板101e均为圆形平板或均为多边形平板，第一运动控制模块109包括：

测量窗口109a，测量窗口109a设置在下极板101e上，沿下极板101e的水平径向延伸，用于放置可调支架，可调支架用于放置静电计103b(或用于放置与静电计103b分离设置的探头)，以使静电计103b测量沿着下极板101e的径向位置上的空间电位，可调支架可以在竖直方向上移动，以调节静电计103b在竖直方向上的高度，以使静电计103b测量模拟环境测试空间不同高度处的空间电位；

旋转模块109b，旋转模块109b与下极板101e相连接，以使下极板101e旋转；

记录模块109c，用于记录静电计103b在模拟环境测试空间的测量位置、测量时刻和测量位置处的空间电位，

其中，测量窗口109a、可调支架和旋转模块109b共同作用，使得静电计103b可以测得模拟环境测试空间各处的空间电位。

可选地，数据处理模块105还用于：

采用有线通信或无线通信的方式，从记录模块109c获取指定时刻或指定时间段内测量位置和测量位置处的空间电位，采用插值法得到模拟环境测试空间各处的空间电位；和/或

根据用户指定的条件数，基于网格数-条件数曲线，将小于用户指定的条件数的各个网格数中的最大值确定为表面视在电荷法所使用的网格数，以在保证电荷密度计算结果的准确度的前提下、提高空间分辨率。

可选地，样品框架107由环氧树脂材料制成，电晕针板101c、上极板101d和下极板101e由金属材料制成。

图2示例性地示出了根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的方法的示意流程图。

如图2的实线框所示，根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的方法，包括：

步骤S202：构建如上文所述的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置100，形成模拟环境测试空间，模拟不同地面场强的合成电场和不同离子流密度的均匀离子流场的组合；

步骤S204：测量模拟环境测试空间各处的空间电位。

可选地，如图2的虚线框所示，根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的方法，还包括：

步骤S206：基于模拟环境测试空间各处的空间电位、计算出模拟环境测试空间各处的电荷密度。

可选地，如图2的虚线框所示，根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的方法，还包括：

步骤S208：在装置100的样品框架107上放置介质薄膜样品，测量样品表面附近的各个位置的空间电位；和/或

步骤S210：基于样品表面附近的各个位置的空间电位、采用表面视在电荷法计算出样品表面的面电荷密度，

其中，样品框架107水平间隔设置在支架的上极板101d和下极板101e之间，可在上极板101d和下极板101e之间沿竖直方向移动，配备有高度传感器以记录样品框架107的高度。

为了使本领域技术人员更清楚地理解根据本发明的上述技术方案，下面将结合具体示例进行说明。

图3示例性地示出了根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置的三维透视图。

图3所示的装置中的电晕针板、上极板、下极板、样品框架、场磨(合成电场测量仪)、静电计、测量窗口、运动控制系统分别对应于图1所示的电晕针板101c、上极板101d、下极板101e、样品框架107、场磨103a、静电计103b、测量窗口109a、第一运动控制模块109和第二运动控制模块111。电晕针板、上极板和下极板均为圆形平板。

图4示例性地示出了根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置的主视图。

图4所示的装置中的顶部的高压直流源对应于图1所示的第一高压源101a。图4所示的装置中的底部的高压直流源对应于图1所示的第二高压源101b，上极板通过泄流电阻接地，下极板直接接地。图4所示的静电计具有分离的探头，该探头可以被放置在上述可调支架上。图4所示的离子流板(即，上述离子流板103c)和场磨(即，上述场磨103a)以有线方式与数据采集卡(相当于上述记录模块109c)进行通信。图4所示的PC机通过无线或有线通信方式与数据采集卡通信(相当于上述数据处理模块105与记录模块109c之间进行无线通信)。

图5示例性地示出了根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置可以使用的圆形电晕针板的俯视图。

如图5所示的圆形电晕针板可以一次成型，不易损坏，无需时常进行更换，难以随时间产生弧垂等老化现象，保证离子流产生的均匀性。

图6示例性地示出了根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置可以使用的网状圆形上极板的俯视图。

如图6所示的网状结构可使离子流通过，同时使离子流变得更加均匀。

即，如图5和图6所示的装置包括荷电部分(模块)、测量部分(模块)以及数据处理部分(模块)3个部分(模块)。

荷电部分包括电晕针板为金属材料，连接高压直流源提供均匀的离子流。上极板为金属材料，连接高压源提供电场，网状结构可使离子流通过，同时对离子流有均匀的作用。调节电晕针板、上极板所连接高压直流源电压，可以得到不同地面场强及离子流密度的组合。样品框架为环氧树脂材料，用以放置介质薄膜样品，可在上下极板间沿竖直方向进行运动，并配备有传感器记录其高度。

测量部分包括场磨(合成电场测量仪)测量地面位置合成场强。静电计，测量电位，进而计算出样品表面电荷密度。金属材料的下极板，下极板配有可放置场磨的测量窗口，以及放置静电计探头的测量窗口，静电计探头测量窗口延径向延伸，可使得静电计探头测量径向不同位置上的电位。运动控制系统一方面与下极板相连接，可以对下极板进行旋转，一方面可以控制静电计探头延径向方向进行运动，使得静电计探头可以测得任意位置的电位；运动控制系统中的静电计探头支架可以在竖直方向上高度进行延伸变化，以控制静电计探头竖直方向上的高度。运动控制系统附有传感器，记录静电计探头在水平及竖直方向上的位置。

数据处理部分由各点的传感器提供位置信息，静电计测量得出各空间位置点电位，可以通过无线传输至计算机进行数据处理。以下极板圆心位置作为坐标原点，静电计探头延r轴方向进行移动；静电计探头距离被测样品竖直方向上的距离为测量距离d，可以由探头高度及样品高度位置计算得出。静电计延径向方向测量若干位置电位，利用插值法可以得出径向方向上任意位置电位值。在得知电位的情况下，可以使用表面视在电荷法对样品表面电荷进行反演计算。

图7示例性地示出了针对由图5所示的装置所形成的圆柱状模拟环境测试空间中的某个圆形水平面进行网格划分的示意图。

按照图7所示的方法划分好整个模拟环境测试空间之后，就可以执行上述步骤S206。例如，可以采用以下公式来基于模拟环境测试空间各处的空间电位、采用表面视在电荷法计算出模拟环境测试空间各处的电荷密度。

[σ]＝P^-1U

其中，P为圆柱状模拟环境测试空间中的各个相关的网格位置之间的相关系数矩阵，σ为表面电荷密度，U为测量电位矩阵。

例如，当测量圆形样品的电位时，使用圆柱坐标系进行分析。认为在不同角度上的电荷分布均匀，电荷分布仅随径向变化。可以将样品划分为圆环形状的网格，认为每个网格上的电荷是均匀的，记为σ_i，电位测量点应在网格径向方向的中心位置。在平行极板结构中，引入镜像电荷，得到系数矩阵P中的元素p_ij为：

使网格均匀划分，及每个圆环的宽度相等。

对应于上述数据处理模块105所执行的，接收用户指定的条件数，基于网格数-条件数曲线，将小于用户指定的条件数的各个网格数中的最大值确定为表面视在电荷法所使用的网格数，以提高空间分辨率的操作。例如，可以采用以下具体步骤：

1、求得相应测量距离下，系数矩阵在各网格数量情况下的条件数，选取条件数小于某一限值条件下，网格最多的情况。此举是为了避免系数矩阵网格数过大导致的数值计算错误。在条件数小于某一限值条件下，网格数越多则所计算的样品表面电荷密度空间分辨率越高。在已知测量距离情况下，可以通过软件自动求得合适的网格划分。

2、得到适合的网格数后，可通过表面视在电荷法进行电荷反演计算。

图8示例性地示出了根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置可以采用的、用于确定表面视在电荷法所使用的网格数的网格数-条件数曲线的示意图。

例如，在样品半径为0.5m，测量距离为7cm时，求得不同网格数情况下P矩阵的条件数与平均相对误差。

如图8所示，随着网格数的增大，条件数随之增大。若取P矩阵条件数小于50，则网格数为2～7的情况可以满足，为保证较大的空间分辨率，取满足条件的最大网格数，即网格数为7的情况。进行电荷反演计算，得到被测样品表面电荷密度分布。

图9示例性地示出了根据本发明的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的方法的示例流程图。

如图9所示，以模拟环境测试时放置测试样品为例，该示例方法包括以下步骤：

1、放置样品至框架上，并调整至合适高度。

2、上极板、电晕针板施加电压，样品开始积累电荷。

3、例如，使用场磨测量地面合成场强，记录不同时刻的数据。

4、判断地面合成场强是否不随时间改变？如果随时间改变，重复上一步骤；如果不随时间改变，执行下一步骤。

5、样品电荷积累饱和、上极板、电晕针板降压并接地。

6、例如，使用静电计探头沿径向方向测量若干位置的电位。

7、利用表面视在电荷法，反演计算得出样品表面电荷密度分布。

其中，在执行步骤7之前，需要通过以下步骤来确定需要划分的网格的数量：

1、计算得出测量距离。

2、计算该测量距离下，各网格数情况下的系数矩阵的条件数。

3、(基于网格数-条件数曲线)选取条件数小于限制条件数(即，上述用户指定的条件数)下的最大网格数。

根据本发明的上述技术方案，具有以下优点：

1、使用一次成型的电晕针板，免去了后续维护的麻烦。

2、设有高度可调的介质薄膜样品框架。

3、电晕针板尺寸可根据实际应用情况进行更换，可为各种尺寸大小的样品提供均匀离子流。

4、可以进行在线地面合成电场测量。

5、可以结合不同的极板形状，如正方形、多边形等，结构简单，原理明确，便于实验的理论分析。

6、可以结合病态方程组优化(即，基于系数矩阵P的条件数确定网格数的)计算方法，可以针对给定样品尺寸、不同测量距离，利用系数矩阵条件数自动选择划分网格数量(和/或网格大小)，可在较大测量距离情况下获得空间分辨率更高的表面电荷密度计算结果(即，在保证反演计算准确度的前提下，提供较高的空间分辨率)。

7、可以结合可旋转的带有径向探头的测量窗口，可以将测量窗口设置在接地的下极板上，在保证相对平整的地电位的同时，提供了测量任意水平、竖直位置空间电位测量窗口，方便进行不同空间位置电位的测量。

即，根据本发明的上述技术方案，设计了场强、离子流密度、介质薄膜高度均可调可控的介质薄膜荷电特性测量系统。利用大数据选择合适的实际情况下离子流密度及电场强度，通过调整极板电压，得到与实际情况类似的均匀离子流场。设计了高度可调的介质波薄膜样品框架及其测量系统，可对不同样品离地高度、不同测量距离情况下的介质薄膜荷电特性进行测量。同时，设计了表面电荷反演算法网格自动划分系统，在确定测量距离后，可以自动选取合适的网格划分情况，求得样品表面电荷密度分布。适用于以下场景：

1、均匀离子流场中，介质薄膜荷电特性实验。用于检测不同电场强度、不同离子流密度、不同介质薄膜自身特性情况下的介质薄膜荷电特性。

2、均匀离子流场中，介质薄膜对地面合成电场的影响实验。用于测量存在介质薄膜情况下的均匀离子流场中地面合成电场。

3、均匀离子流场测量装置的检测与校准。用于针对电场强度测量装置、空间电荷测量装置进行校准。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置，包括荷电模块和测量模块，其特征在于：

所述荷电模块包括第一高压源、第二高压源、电晕针板、上极板和下极板，所述电晕针板、所述上极板和所述下极板自上而下水平间隔设置在同一竖直支架上，所述上极板和所述下极板之间形成了模拟环境测试空间，所述电晕针板连接至所述第一高压源以提供均匀的离子流，所述上极板连接至所述第二高压源以提供高压电场，所述上极板具有网状结构，以使所述离子流通过和分布得更加均匀，所述第一高压源和/或所述第二高压源可以调节，以模拟不同地面场强的合成电场和不同密度的均匀离子流场的组合；

测量模块包括场磨、静电计和离子流板，所述场磨用于测量所述模拟环境测试空间的地面场强，所述静电计用于在地面场强稳定后测量所述模拟环境测试空间各处的空间电位，所述离子流板用于测量所述模拟环境测试空间的离子流密度。

2.如权利要求1所述的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置，其特征在于，还包括：

数据处理模块，用于基于所述模拟环境测试空间各处的空间电位、计算出所述模拟环境测试空间各处的电荷密度。

3.如权利要求2所述的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置，其特征在于，还包括：

样品框架，用于放置介质薄膜样品，所述样品框架水平间隔设置在所述支架的所述上极板和所述下极板之间，可在所述上极板和所述下极板之间沿竖直方向移动，配备有高度传感器以记录所述样品框架的高度，

其中，所述模拟环境测试空间各处包括样品表面附近的各个位置，所述数据处理模块还用于：

基于样品表面附近的各个位置的空间电位、采用表面视在电荷法计算出样品表面的面电荷密度。

4.如权利要求3所述的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置，其特征在于，还包括：

第一运动控制模块，用于控制所述静电计在所述模拟环境测试空间中的位置；

第二运动控制模块，用于控制所述样品框架的高度。

5.如权利要求4所述的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置，其特征在于，所述电晕针板、所述上极板和所述下极板均为圆形平板或均为多边形平板，所述第一运动控制模块包括：

测量窗口，所述测量窗口设置在所述下极板上，沿所述下极板的水平径向延伸，用于放置可调支架，所述可调支架用于放置所述静电计，以使所述静电计测量沿着所述下极板的径向位置上的空间电位，所述可调支架可以在竖直方向上移动，以调节所述静电计在竖直方向上的高度，以使所述静电计测量所述模拟环境测试空间不同高度处的空间电位；

旋转模块，所述旋转模块与所述下极板相连接，以使所述下极板旋转；

记录模块，用于记录所述静电计在所述模拟环境测试空间的测量位置、测量时刻和所述测量位置处的空间电位，

其中，所述测量窗口、所述可调支架和所述旋转模块共同作用，使得所述静电计可以测得所述模拟环境测试空间各处的空间电位。

6.如权利要求5所述的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置，其特征在于，所述数据处理模块还用于：

采用有线通信或无线通信的方式，从所述记录模块获取指定时刻或指定时间段内所述测量位置和所述测量位置处的空间电位，采用插值法得到所述模拟环境测试空间各处的空间电位；和/或

根据用户指定的条件数，基于网格数-条件数曲线，将小于所述用户指定的条件数的各个网格数中的最大值确定为所述表面视在电荷法所使用的网格数，以在保证电荷密度计算结果的准确度的前提下、提高空间分辨率。

7.如权利要求3所述的用于模拟均匀离子流场进行环境测试的装置，其特征在于，所述样品框架由环氧树脂材料制成，所述电晕针板、所述上极板和所述下极板由金属材料制成。

8.一种用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的方法，其特征在于，包括：

构建如权利要求1-7中任一项所述的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的装置，形成模拟环境测试空间，模拟不同地面场强的合成电场和不同离子流密度的均匀离子流场的组合；

测量所述模拟环境测试空间各处的空间电位。

9.如权利要求8所述的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的方法，其特征在于，还包括：

基于所述模拟环境测试空间各处的空间电位、计算出所述模拟环境测试空间各处的电荷密度。

10.如权利要求9所述的用于模拟均匀离子流场进行模拟环境测试的方法，其特征在于，还包括：

在所述装置的样品框架上放置介质薄膜样品，测量所述样品表面附近的各个位置的空间电位；和/或

基于样品表面附近的各个位置的空间电位、采用表面视在电荷法计算出样品表面的面电荷密度，

其中，所述样品框架水平间隔设置在所述支架的所述上极板和所述下极板之间，可在所述上极板和所述下极板之间沿竖直方向移动，配备有高度传感器以记录所述样品框架的高度。