CN110865326A - 一种静电电荷量传感器标定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种静电电荷量传感器标定装置和方法，所述装置包括：支撑定位模块、释放控制模块、旋转切换模块、静电电荷量传感器、法拉第筒；所述旋转切换模块能够在第一状态和第二状态之间进行切换；所述释放控制模块检测到所述旋转切换模块处于第一状态时，释放所述带电对象，使所述带电对象下落而经过所述静电电荷量传感器；所述释放控制模块检测到所述旋转切换模块处于第二状态时，释放所述带电对象，使所述带电对象下落进入所述法拉第筒内。通过本申请提供的静电电荷量传感器标定装置和方法，能够使带电对象从相同的高度分别经过静电电荷量传感器或进入法拉第筒，获得静电电荷量传感器的输入和输出值，实现对静电电荷量传感器的标定。

Description

一种静电电荷量传感器标定装置及方法

技术领域

本申请实施例涉及传感器标定技术，尤其涉及一种静电电荷量传感器标定装置及方法。

背景技术

静电电荷量传感器是静电电荷监测系统的核心部件，是获取监测系统被测参数及变化的基本环节，其性能的优劣及获取数据的准确性直接影响到监测系统的可靠性以及对所监测部件工作状态把握的准确性。目前针对静电电荷量传感器的基本感应原理、模型研究以及工程应用均有相关研究，但是针对静电电荷量传感器标定的研究却较少涉及。标定过程是确定静电电荷量传感器输入输出关系的基础，是传感器定量化与准确性应用的前提与保证。然而，国外技术的封锁和国内技术的不完善，导致目前静电电荷量传感器的标定技术发展滞后，高精度、大量程的标定方法和装置十分缺乏，相应的标定工作无法开展，对静电电荷量传感器的高精度和更广泛应用造成了一定的限制。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种静电电荷量传感器标定装置及方法。

本申请实施例提供的静电电荷量传感器标定装置包括：支撑定位模块、释放控制模块、旋转切换模块、静电电荷量传感器、法拉第筒；

所述支撑定位模块具有第一支撑件、第二支撑件和第三支撑件；所述第一支撑件的第一端与所述第二支撑件的第一端连接，所述第三支撑件的第一端连接于所述第二支撑件上近所述第二支撑件的第二端处；

所述释放控制模块设置于所述第三支撑件的近所述第三支撑件的第二端处，所述释放控制模块上设置有带电对象；

所述旋转切换模块具有第四支撑件、第五支撑件和驱动装置，所述第五支撑件的近中部位置固定于所述第一支撑件的第一端；所述静电电荷量传感器设置于所述第五支撑件的第一端，所述法拉第筒设置于所述第五支撑件的第二端；

所述第四支撑件的第二端枢设于所述第一支撑件上，所述驱动装置与所述第四支撑件的第二端连接，能够驱动所述第四支撑件旋转，从而使所述旋转切换模块能够在第一状态和第二状态之间进行切换；所述释放控制模块检测到所述旋转切换模块处于第一状态时，释放所述带电对象，使所述带电对象下落而经过所述静电电荷量传感器；所述释放控制模块检测到所述旋转切换模块处于第二状态时，释放所述带电对象，使所述带电对象下落进入所述法拉第筒内。

在本申请一可选实施方式中，所述装置还包括充电电源；所述充电电源与所述释放控制模块连接，以基于所述释放控制模块对所述带电对象充电。

在本申请一可选实施方式中，所述装置还包括充电电源；所述充电电源与所述带电对象底接，以对所述带电对象充电。

在本申请一可选实施方式中，所述支撑定位模块的第三支撑件活动连接于所述支撑定位模块的第二支撑件；

所述支撑定位模块的第三支撑件通过沿所述支撑定位模块的第二支撑件运动，调节所述第三支撑件和所述第一支撑件的距离，以调节带电对象与所述静电电荷量传感器或所述法拉第筒在重力方向的距离。

本申请实施例还提供一种基于上述实施例所提供装置的静电电荷量传感器标定方法，所述方法包括：

通过所述驱动装置驱动所述第四支撑件旋转，以使所述旋转切换模块能够在第一状态和第二状态之间进行切换；

通过所述释放控制模块检测所述旋转切换模块的状态，根据检测到的所述旋转切换模块的状态释放所述带电对象；其中，

所述释放控制模块检测到所述旋转切换模块处于第一状态时，释放所述带电对象，使所述带电对象下落而经过所述静电电荷量传感器；所述释放控制模块检测到所述旋转切换模块处于第二状态时，释放所述带电对象，使所述带电对象下落进入所述法拉第筒内。

在本申请一可选实施方式中，所述装置还包括充电电源，所述方法还包括：

通过将所述充电电源与所述释放控制模块连接，以使所述充电电源基于所述释放控制模块对所述带电对象充电。

在本申请一可选实施方式中，所述装置还包括充电电源，所述方法还包括：

通过将所述充电电源与所述带电对象底接，以使所述充电电源直接对所述带电对象充电。

在本申请一可选实施方式中，所述支撑定位模块的第三支撑件活动连接于所述支撑定位模块的第三二支撑件；所述方法还包括：

通过将所述支撑定位模块的第三支撑件沿所述支撑定位模块的第二支撑件运动，调节所述第三支撑件和所述第一支撑件的距离，以调节所述带电对象与所述静电电荷量传感器或所述法拉第筒在重力方向的距离。

本申请实施例的技术方案中，通过提供一种静电电荷量传感器标定装置，所述装置包括：支撑定位模块、释放控制模块、旋转切换模块、静电电荷量传感器、法拉第筒；所述支撑定位模块具有第一支撑件、第二支撑件和第三支撑件；所述第一支撑件的第一端与所述第二支撑件的第一端连接，所述第三支撑件的第一端连接于所述第二支撑件上近所述第二支撑件的第二端处；所述释放控制模块设置于所述第三支撑件的近所述第三支撑件的第二端处，所述释放控制模块上设置有带电对象；所述旋转切换模块具有第四支撑件、第五支撑件和驱动装置，所述第五支撑件的近中部位置固定于所述第一支撑件的第一端；所述静电电荷量传感器设置于所述第五支撑件的第一端，所述法拉第筒设置于所述第五支撑件的第二端；所述第四支撑件的第二端枢设于所述第一支撑件上，所述驱动装置与所述第四支撑件的第二端连接，能够驱动所述第四支撑件旋转，从而使所述旋转切换模块能够在第一状态和第二状态之间进行切换；所述释放控制模块检测到所述旋转切换模块处于第一状态时，释放所述带电对象，使所述带电对象下落而经过所述静电电荷量传感器；所述释放控制模块检测到所述旋转切换模块处于第二状态时，释放所述带电对象，使所述带电对象下落进入所述法拉第筒内。如此，能够利用特定大小的带电对象所具有的固定大小的对地电容值，通过对带电对象施加电压使其携带电荷，经释放控制模块释放带电对象使带电对象自由下落经过静电电荷量传感器，得到静电电荷量传感器的输出值；通过旋转切换模块切换至法拉第筒电荷量测量模式，使带电对象在同样的条件下携带电荷下落进入法拉第筒测得带电对象携带电荷的电荷量并将其作为静电电荷量传感器标定的输入值，利用静电电荷量传感器的输入值和输出值，实现对静电电荷量传感器的标定。

附图说明

图1为本申请实施例提供的静电电荷量传感器标定装置示意图；

图2为本申请实施例提供的静电电荷量传感器标定方法流程图。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本发明的特点与技术内容，下面结合附图对本申请的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本申请。

静电电荷量传感器在航空发动机和火箭发动机的气路、油路静电监测、粉体气力输送过程、齿轮摩擦监测、滑油系统全流量磨粒监测等军民领域众多方面有着重要应用价值。受限于传统标定方法和装置的不完善，相应的标定工作无法顺利开展，对静电电荷量传感器的高精度、更广泛应用造成了极大的限制。

在一种实施方式中，使用单摆式标定方法对静电电荷量传感器进行标定，单摆式标定方法通过摩擦起电的方式使单摆球荷电，但是由于单摆球的荷电量无法有效控制，只能通过归一化方式处理，导致单摆式标定方法目前更多地局限在定性化应用。

在另一实施方式中，使用油滴荷电法对静电电荷量传感器进行标定，但是在对大量程电荷量传感器标定时，由于大量程电荷量需要高的电压或者大颗粒的油滴，过高的电压容易造成油滴的破裂，过大的油滴颗粒带来体积的影响，使得不能将荷电油滴看作点电荷，导致对静电电荷量传感器的标定带来较大误差，而且油滴荷电方法中，油滴下落过程中产生的电荷量的消散也会导致标定过程产生较大误差。

基于上述两种实施方式的分析，提出本申请的各个实施例。

图1为本申请实施例提供的静电电荷量标定装置图，如图1所示，所述装置包括：支撑定位模块10、释放控制模块11、旋转切换模块12、静电电荷量传感器13、法拉第筒14；

所述支撑定位模块具有第一支撑件101、第二支撑件102和第三支撑件103；所述第一支撑件101的第一端与所述第二支撑件102的第一端连接，所述第三支撑件103的第一端连接于所述第二支撑件102上近所述第二支撑件102的第二端处；

所述释放控制模块11设置于所述第三支撑件103的近所述第三支撑件103的第二端处，所述释放控制模块11上设置有带电对象15；

所述旋转切换模块12具有第四支撑件121、第五支撑件122和驱动装置(图中未示出)，所述第五支撑件122的近中部位置固定于所述第一支撑件101的第一端；所述静电电荷量传感器13设置于所述第五支撑件122的第一端，所述法拉第筒14设置于所述第五支撑件122的第二端；

所述第四支撑件121的第二端枢设于所述第一支撑件101上，所述驱动装置与所述第四支撑件121的第二端连接，能够驱动所述第四支撑件121旋转，从而使所述旋转切换模块12能够在第一状态和第二状态之间进行切换；所述释放控制模块11检测到所述旋转切换模块12处于第一状态时，释放所述带电对象15，使所述带电对象15下落而经过所述静电电荷量传感器13；所述释放控制模块11检测到所述旋转切换模块12处于第二状态时，释放所述带电对象15，使所述带电对象15下落进入所述法拉第筒14内。

需要说明的是，本申请实施例中，带电对象15的选取可以有多种形式，优选的，可以选择金属球作为带电对象，由于金属球具有致密且不易破裂的特性，在实现本申请实施例对于静电电荷量传感器13的标定时，使金属球携带一定电荷量的电荷，通过反复多次的释放金属球，实现用静电电荷量传感器13和法拉第筒14对带电的金属球所携带电荷量的多次测量。

本申请实施例通过所述旋转切换模块12中的驱动装置将所述旋转切换模块12分别切换至第一状态和第二状态，利用所述释放控制模块11将所述带电对象15在所述旋转切换模块12分别处于第一状态和第二状态时释放带电对象15，使所述静电电荷量传感器13和所述法拉第筒14分别测量带电对象15所携带的电荷量，其中，带电对象15从所述释放控制模块11落下时，下落的高度相同，携带电荷的电荷量也相同，因此采用本申请实施例的旋转切换模块12，能够保证带电对象15在相同的高度经过静电电荷量传感器13和法拉第筒14，有效消除带电对象15下落过程中因电荷量的消散带来的误差。

本申请实施例中，所述静电电荷量传感器标定装置还包括充电电源16。

在本申请一可选实施方式中，所述充电电源16与所述释放控制模块11连接，以基于所述释放控制模块11对所述带电对象15充电。

具体的，充电电源16与释放控制模块11连接后对带电对象15充电，使带电对象15携带电荷，通过调节充电电源16的输出电压可以相应的使带电对象15携带不同的电荷量，因此，对带电对象15携带不同电荷量电荷的控制可以转化为对充电电源16电压的控制，本申请实施例中，可以利用带电对象15固定的对地电容值，将对带电对象15携带电荷量的控制转化为对于充电电源16电压的控制，实现高重复度的使带电对象15携带定量的电荷，进而利用静电电荷量传感器13和法拉第筒14对携带相同电荷量的带电对象15所携带的电荷量的测量，完成对静电电荷量传感器13的标定。

在本申请另一可选实施方式中，所述充电电源16与所述带电对象15底接，以对所述带电对象15充电。相应的，通过对充电电源16输出电压的控制使带电对象15携带不同的电荷量，实现高重复度的使带电对象15携带定量的电荷，进而利用静电电荷量传感器13和法拉第筒14对携带相同电荷量的带电对象15所携带的电荷量的测量，确定静电电荷量传感器13的输入值和输出值。

本申请实施例中，充电电源16的选取可以有多种形式，优选的，可以直流高压源作为充电电源，通过将直流高压源与释放控制模块11连接，以使直流高压源基于所述释放控制模块11对所述带电对象15充电；或者，将直流高压源与带电对象15底接，对带电对象15充电。通过对直流高压源电压的控制实现对带电对象15所携带电荷量的控制，由法拉第筒14配合电荷量表测量带电对象15所携带的电荷的电荷量作为静电电荷量传感器13的输入值，实现对不同量程的静电电荷量传感器13的标定。

本申请实施例提供的技术方案相比较于传统的油滴感应电荷方式，可以获得更高的荷电量重复度，可以通过使用更小的荷电体(即带电对象)获得更大的电荷量，满足大量程静电电荷量传感器的标定，同时降低荷电体本身体积的影响带来的不确定度。

在本申请另一可选实施方式中，所述支撑定位模块10的第三支撑件103活动连接于所述支撑定位模块的第二支撑件102；

所述支撑定位模块的第三支撑件103通过沿所述支撑定位模块的第二支撑件102运动，调节所述第三支撑件103和所述第一支撑件101的距离，以调节带电对象15与所述静电电荷量传感器13或所述法拉第筒14在重力方向的距离。

具体的，支撑定位模块10的第三支撑件101活动连接于支撑定位模块10的第二支撑件102，通过将支撑定位模块10的第三支撑件103沿支撑定位模块10的第二支撑件102运动，调节第三支撑件102和第一支撑件101的距离，能够调节位于释放控制模块11上的带电对象15与静电电荷量传感器13或法拉第筒14之间的距离，通过带电对象15相对静电电荷量传感器13径向和轴向距离的控制，能够获得静电电荷量传感器13的空间灵敏度和静态灵敏度；此外，通过对带电对象15不同下落高度和不同下落速度的控制，能够分析带电对象的下落速度对静电电荷量传感器13标定过程的影响。

现结合一具体实施例对利用本申请实施例提供的静电电荷量传感器标定装置进行标定过程进行介绍，对静电电荷量传感器13的标定具体包括以下步骤：

(1)将所述支撑定位控制模块10的第三支撑件103的第一端设置于所述第二支撑件102上近所述第二支撑件102的第二端的某一位置。

(2)所述充电电源16输出一定的电压对所述带电对象15充电，使带电对象携带电荷。

(3)所述旋转切换模块12中的驱动装置将所述旋转切换模块12切换至第一状态。此时，所述静电电荷量传感器13位于所述带电对象15的重力方向的下方。

(4)所述释放控制模块11检测到所述旋转切换模块12处于第一状态，之后，释放控制模块11将带电对象15释放，使所述带电对象15下落而经过所述静电电荷量传感器13。

此时，所述静电电荷量传感器13能够测量出所述带电对象15所携带电荷的电荷量，相应的，上述过程能够获得所述静电电荷量传感器13的输出值。

(5)所述充电电源16以相同的输出电压对所述带电对象15充电，使带电对象携带与步骤(2)中相同电荷量的电荷。

(6)所述旋转切换模块12中的驱动装置将将所述旋转切换模块12切换至第二状态。此时，所述法拉第筒14位于所述带电对象15的重力方向的下方。

(7)所述释放控制模块11检测到所述旋转切换模块12处于第二状态将带电对象15释放，使所述带电对象15下落落入所述法拉第筒14内，得到静电电荷量传感器13标定的输入值。

(8)根据获得的静电电荷量传感器13输入值和输出值，对所述静电电荷量传感器13进行标定。

通过本申请实施例提供的静电电荷量传感器标定装置，能够利用特定大小的带电对象15所具有的固定大小的对地电容值，通过对带电对象15施加电压使其携带电荷，经释放控制模块11释放带电对象15使带电对象自由下落经过静电电荷量传感器13，得到静电电荷量传感器13的输出值；通过旋转切换模块12切换至法拉第筒14电荷量测量模式，使带电对象15在同样的条件下携带电荷下落进入法拉第筒14测得带电对象15携带电荷的电荷量并将其作为静电电荷量传感器13标定的输入值，利用静电电荷量传感器13的输入值和输出值，实现对静电电荷量传感器13的标定。

本申请实施例的旋转切换模块12能够保证带电对象15在相同的高度经过静电电荷量传感器13和法拉第筒14，有效消除带电对象15下落过程中电荷量的消散带来的误差；通过对充电电源16输出电压的控制可以实现对带电对象15携带电荷的电荷量的控制，获得不同量程静电电荷量传感器13的标定；通过支撑定位模块10第三支撑件103的移动，实现带电对象15与静电电荷量传感器13相对位置的控制，进而实现对静电电荷量传感器13空间灵敏度和静态灵敏度等特性的标定。

图2为本申请实施例提供的基于静电电荷量传感器标定装置的静电电荷量传感器标定方法流程示意图，所述标定方法包括以下步骤：

步骤201：通过所述驱动装置驱动所述第四支撑件121旋转，以使所述旋转切换模块12能够在第一状态和第二状态之间进行切换。

步骤202：通过所述释放控制模块11检测所述旋转切换模块12的状态，根据检测到的所述旋转切换模块12的状态释放所述带电对象15。

步骤203：所述释放控制模块11检测到所述旋转切换模块12处于第一状态时，释放所述带电对象15，使所述带电对象15下落而经过所述静电电荷量传感器13。

步骤204：所述释放控制模块11检测到所述旋转切换模块12处于第二状态时，释放所述带电对象15，使所述带电对象15下落进入所述法拉第筒14内。

本申请实施例一可选实施方式中，所述装置还包括充电电源16，通过将所述充电电源16与所述释放控制模块11连接，以使所述充电电源16基于所述释放控制模块11对所述带电对象15充电。

本申请实施例一可选实施方式中，所述装置还包括充电电源16，通过将所述充电电源16与所述带电对象15底接，以使所述充电电源16直接对所述带电对象15充电。

本申请实施例一可选实施方式中，所述支撑定位模块10的第三支撑件103活动连接于所述支撑定位模块的第二支撑件102；

通过将所述支撑定位模块10的第三支撑件103沿所述支撑定位模块10的第二支撑件102运动，调节所述第三支撑件103和所述第一支撑件101的距离，以调节所述带电对象15与所述静电电荷量传感器13或所述法拉第筒14在重力方向的距离。

本发申请实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种静电电荷量传感器标定装置，其特征在于，所述装置包括：支撑定位模块、释放控制模块、旋转切换模块、静电电荷量传感器、法拉第筒；

所述支撑定位模块具有第一支撑件、第二支撑件和第三支撑件；所述第一支撑件的第一端与所述第二支撑件的第一端连接，所述第三支撑件的第一端连接于所述第二支撑件上近所述第二支撑件的第二端处；

所述释放控制模块设置于所述第三支撑件的近所述第三支撑件的第二端处，所述释放控制模块上设置有带电对象；

所述旋转切换模块具有第四支撑件、第五支撑件和驱动装置，所述第五支撑件的近中部位置固定于所述第一支撑件的第一端；所述静电电荷量传感器设置于所述第五支撑件的第一端，所述法拉第筒设置于所述第五支撑件的第二端；

所述第四支撑件的第二端枢设于所述第一支撑件上，所述驱动装置与所述第四支撑件的第二端连接，能够驱动所述第四支撑件旋转，从而使所述旋转切换模块能够在第一状态和第二状态之间进行切换；所述释放控制模块检测到所述旋转切换模块处于第一状态时，释放所述带电对象，使所述带电对象下落而经过所述静电电荷量传感器；所述释放控制模块检测到所述旋转切换模块处于第二状态时，释放所述带电对象，使所述带电对象下落进入所述法拉第筒内。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括充电电源；所述充电电源与所述释放控制模块连接，以基于所述释放控制模块对所述带电对象充电。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括充电电源；所述充电电源与所述带电对象底接，以对所述带电对象充电。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支撑定位模块的第三支撑件活动连接于所述支撑定位模块的第二支撑件；

所述支撑定位模块的第三支撑件通过沿所述支撑定位模块的第二支撑件运动，调节所述第三支撑件和所述第一支撑件的距离，以调节带电对象与所述静电电荷量传感器或所述法拉第筒在重力方向的距离。

5.一种基于权利要求1所述装置的静电电荷量传感器标定方法，其特征在于，所述方法包括：

通过所述驱动装置驱动所述第四支撑件旋转，以使所述旋转切换模块能够在第一状态和第二状态之间进行切换；

通过所述释放控制模块检测所述旋转切换模块的状态，根据检测到的所述旋转切换模块的状态释放所述带电对象；

所述释放控制模块检测到所述旋转切换模块处于第一状态时，释放所述带电对象，使所述带电对象下落而经过所述静电电荷量传感器；

所述释放控制模块检测到所述旋转切换模块处于第二状态时，释放所述带电对象，使所述带电对象下落进入所述法拉第筒内。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述装置还包括充电电源，所述方法还包括：

通过将所述充电电源与所述释放控制模块连接，以使所述充电电源基于所述释放控制模块对所述带电对象充电。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述装置还包括充电电源，所述方法还包括：

通过将所述充电电源与所述带电对象底接，以使所述充电电源直接对所述带电对象充电。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述支撑定位模块的第三支撑件活动连接于所述支撑定位模块的第二支撑件；所述方法还包括：

通过将所述支撑定位模块的第三支撑件沿所述支撑定位模块的第二支撑件运动，调节所述第三支撑件和所述第一支撑件的距离，以调节所述带电对象与所述静电电荷量传感器或所述法拉第筒在重力方向的距离。

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