CN112034268A - 一种用于消除电荷累积效应测量空间电场的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于消除电荷累积效应测量空间电场的方法及系统，属于电磁测量技术领域。本发明方法，包括：确定目标空间电场、空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场和空间电荷及离子流产生的电场的合成电场关系；采集两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场，并确定比例关系；采集两块敏感芯片测量的合成电场；确定目标空间的空间电场。本发明在不影响测点电位的情况下，采用两块芯片交错布置，抑制芯片间的屏蔽效应，测量数据稳定，消除了由于空间电荷累积效应引起的测量不准确影响。

Description

一种用于消除电荷累积效应测量空间电场的方法及系统

技术领域

本发明涉及电磁测量技术领域，并且更具体地，涉及一种用于消除电荷累积效应测量空间电场的方法及系统。

背景技术

现有的空间电场测量装置绝大部分都是悬浮型场强仪，基本原理是位于交变电场中的导体，其表面感应电荷与待测电场按同频率随时间变化，对此感应电荷进行处理，便能得到与待测电场中成比例关系的电压或电流信号，从而实现电场的测量。

这种工作原理的场强仪，如果工作在充满空间电荷的场合，会在场强仪的外表面累积电荷，从而形成静电场。对于交流电场测量来说，这种累积电荷的影响可以忽略；但是对于直流电场的测量来说，随着累积电荷的不规则变化，这种电荷累积效应就会造成数值的错误读取。

对于累积电荷的消除，最常用的方式就是接地，但在测量过程中，由于接地会人为的改变测量点的电位导致测量失败，因此不能采用接地的方式来消除累积电荷。

发明内容

针对上述问题，本发明一种用于消除电荷累积效应测量空间电场的方法，包括：

确定目标空间电场、空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场和空间电荷及离子流产生的电场的合成电场关系；

所述空间电场测量装置置于目标空间；

采集两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场，并确定两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场的比例关系；

所述两块敏感芯片交错布置于空间电场测量装置内部；

采集两块敏感芯片测量的合成电场；

根据合成电场关系、两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场、比例关系和合成电场，确定目标空间的空间电场。

可选的，合成电场关系如下：

E_in＝E₀+E₁+E₂

E_in为合成电场、E₀为目标空间电场、E₁为空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场和E₂为空间电荷及离子流产生的电场。

可选的，比例关系如下：

E₂₁＝λE₁₁

E₂₁和E₁₁为两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场，λ为E₂₁和E₁₁比值。

本发明还提出了一种用于消除电荷累积效应测量空间电场的系统，包括：

预处理模块，确定目标空间电场、空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场和空间电荷及离子流产生的电场的合成电场关系；

第一采集模块，采集两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场，并确定两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场的比例关系；

所述两块敏感芯片交错布置于空间电场测量装置内部；

第二采集模块，采集两块敏感芯片测量的合成电场；

测量模块，根据合成电场关系、两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场、比例关系和合成电场，确定目标空间的空间电场。

可选的，合成电场关系如下：

E_in＝E₀+E₁+E₂

E_in为合成电场、E₀为目标空间电场、E₁为空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场和E₂为空间电荷及离子流产生的电场。

可选的，比例关系如下：

E₂₁＝λE₁₁

E₂₁和E₁₁为两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场，λ为E₂₁和E₁₁比值。

本发明在不影响测点电位的情况下，采用两块芯片交错布置，抑制芯片间的屏蔽效应，测量数据稳定，消除了由于空间电荷累积效应引起的测量不准确影响。

附图说明

图1为本发明一种用于消除电荷累积效应测量空间电场的方法流程图；

图2为本发明一种用于消除电荷累积效应测量空间电场的方法实施例和成电场关系示意图；

图3为本发明一种用于消除电荷累积效应测量空间电场的方法实施例单一芯片与双芯片测量结果对比图；

图4为本发明一种用于消除电荷累积效应测量空间电场的系统结构图。

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。

本发明一种用于消除电荷累积效应测量空间电场的方法，如图1所示，包括：

确定目标空间电场、空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场和空间电荷及离子流产生的电场的合成电场关系；

空间电场测量装置置于目标空间；

采集两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场，并确定两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场的比例关系；

两块敏感芯片交错布置于空间电场测量装置内部；

采集两块敏感芯片测量的合成电场；

根据合成电场关系、两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场、比例关系和合成电场，确定目标空间的空间电场。

合成电场关系如下：

E_in＝E₀+E₁+E₂

E_in为合成电场、E₀为目标空间电场、E₁为空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场和E₂为空间电荷及离子流产生的电场。

比例关系如下：

E₂₁＝λE₁₁

E₂₁和E₁₁为两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场，λ为E₂₁和E₁₁比值。

下面结合实施例对本发明进行进一步说明：

如图2所示，将敏感芯片1和敏感芯片2置于空间电场测量装置内部，在带有离子流的被测电场E₀环境中，腔体内部的合成电场E_in主要由三部分组成：E₀为被测电场，E₁为空间电荷、离子流积累到腔体上盖产生的电场，E₂为空间电荷、离子流本身产生的电场E_in可表示为：

E_in＝E₀+E₁+E₂ (1)

经前期的研究发现，E₂相比E₀和E₁较小，可以忽略，另外，对于空间电荷、离子流积累到腔体上盖产生的电场E₁，如果敏感芯片1测量到该电场输出为E₁₁，敏感芯片2测量到该电场输出为E₂₁，由于两传感器芯片之间存在高度差h，那么E₂₁＝λE₁₁，λ与敏感芯片放置的位置有关。

在腔体内合成场环境中，敏感芯片1输出E_in1和E_in2可表示为：

又

E₂₁＝λE₁₁ (3)

得到：

如图3所示，在空间离子饱和的环境下，分别对单一探头和采用双芯片差分处理后的探头进行对比检测，发现单一探头随着时间的推移，空间电荷的不断累积，输出数据无法稳定且一直在增大；而采用双芯片差分处理后的探头不受空间电荷累积效应的影响，输出数据稳定。

本发明还提出了一种用于消除电荷累积效应测量空间电场的系统200，如图4所示，包括：

预处理模块201，确定目标空间电场、空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场和空间电荷及离子流产生的电场的合成电场关系；

空间电场测量装置置于目标空间；

第一采集模块202，采集两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场，并确定两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场的比例关系；

两块敏感芯片交错布置于空间电场测量装置内部；

第二采集模块203，采集两块敏感芯片测量的合成电场；

测量模块204，根据合成电场关系、两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场、比例关系和合成电场，确定目标空间的空间电场。

合成电场关系如下：

E_in＝E₀+E₁+E₂

E_in为合成电场、E₀为目标空间电场、E₁为空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场和E₂为空间电荷及离子流产生的电场。

比例关系如下：

E₂₁＝λE₁₁

E21和E11为两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场，λ为E21和E11比值。

本发明在不影响测点电位的情况下，不用消除累积电荷，消除了由于空间电荷累积效应引起的测量不准确影响。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种用于消除电荷累积效应测量空间电场的方法，所述方法包括：

确定目标空间电场、空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场和空间电荷及离子流产生的电场的合成电场关系；

所述空间电场测量装置置于目标空间；

采集两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场，并确定两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场的比例关系；

所述两块敏感芯片交错布置于空间电场测量装置内部；

采集两块敏感芯片测量的合成电场；

根据合成电场关系、两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场、比例关系和合成电场，确定目标空间的空间电场。

2.根据权利要求1所述的方法，所述合成电场关系如下：

E_in＝E₀+E₁+E₂

E_in为合成电场、E₀为目标空间电场、E₁为空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场和E₂为空间电荷及离子流产生的电场。

3.根据权利要求1所述的方法，所述比例关系如下：

E₂₁＝λE₁₁

E₂₁和E₁₁为两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场，λ为E₂₁和E₁₁比值。

4.一种用于消除电荷累积效应测量空间电场的系统，所述系统包括：

预处理模块，用于确定目标空间电场、空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场和空间电荷及离子流产生的电场的合成电场关系；

所述空间电场测量装置置于目标空间；

第一采集模块，用于采集两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场，并确定两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场的比例关系；

所述两块敏感芯片交错布置于空间电场测量装置内部；

第二采集模块，用于采集两块敏感芯片测量的合成电场；

测量模块，用于根据合成电场关系、两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场、比例关系和合成电场，确定目标空间的空间电场。

5.根据权利要求4所述的系统，所述合成电场关系如下：

E_in＝E₀+E₁+E₂

E_in为合成电场、E₀为目标空间电场、E₁为空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场和E₂为空间电荷及离子流产生的电场。

6.根据权利要求1所述的系统，所述比例关系如下：

E₂₁＝λE₁₁

E₂₁和E₁₁为两块敏感芯片测量的空间电荷及离子流累积到空间电场测量装置腔体上盖产生的电场，λ为E₂₁和E₁₁比值。

Images