CN117214548A - 电场传感探头 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种电场传感探头，用于探测悬浮微粒的运动信息，测量电场强度，所述电场传感探头包括壳体和测量模块；壳体，设有真空腔室；测量模块，包括捕获模块和探测模块，所述捕获模块用于传输激光光束形成捕获所述悬浮微粒的光阱区域，所述探测模块用于探测所述悬浮微粒的所述运动信息；所述捕获模块和所述探测模块沿第一方向间隔设于所述真空腔室内。如此，极大地减小了电场传感探头的体积和重量，有利于将电场传感探头应用于小型化设备。

Description

电场传感探头

技术领域

本公开涉及电场传感器领域，尤其涉及一种电场传感探头。

背景技术

电场是描述电磁场最基本的物理量，在许多领域有着广泛的应用与意义。射频电场是现代通信的基础，同时也在遥感技术、物理研究、医学科学等领域具有广泛的应用。在电力系统中，精确测得电气设备周围的电场对电力系统的安全与稳定运行有着非常重要的意义。通过电场可以检测“接触电压(contact voltages)”，这是由于布线的绝缘问题导致的无意中通电的导体，是许多城市一个重要的环境安全问题。此外。随着现代工业的发展，射频电场的强度和密度大幅度增高，会影响一些昆虫等动物的行为。因此，对电场的检测，特别是弱电场的精密测量具有现实意义。目前的电场测量主要有金刚石NV色心固态自旋测量、里德堡原子测量、天线耦合无源电子器件测量、以及电光晶体测量等方法。

相关技术中通常采用电场传感测试系统对电场进行检测。其中，电场传感探头是电场传感测试系统的关键器件。现有的电场传感探头体积大、重量重，需占用大量的空间，可移动性差，亟需改进。

发明内容

本公开的目的在于提供一种电场传感探头，其体积小，重量轻。

本公开实施例提供一种电场传感探头，用于探测悬浮微粒的运动信息，测量电场强度，所述电场传感探头包括壳体和测量模块；壳体，设有真空腔室；测量模块，包括捕获模块和探测模块，所述捕获模块用于传输激光光束形成捕获所述悬浮微粒的光阱区域，所述探测模块用于探测所述悬浮微粒的所述运动信息；所述捕获模块和所述探测模块沿第一方向间隔设于所述真空腔室内。

在其中一个实施例中，所述壳体包括沿所述第一方向延伸的第一壳体和沿第二方向延伸的第二壳体，所述第二方向与所述第一方向相交，所述第一壳体和所述第二壳体连接；所述真空腔室包括设于所述第一壳体内的第一腔室和设于所述第二壳体内的第二腔室，所述捕获模块和所述探测模块设于所述第一腔室内；所述第一腔室和所述第二腔室连通，所述第二腔室与外界连通。

在其中一个实施例中，所述捕获模块和所述探测模块分设于所述第一腔室的两端，所述第一腔室和所述第二腔室的连通处设于所述捕获模块和所述探测模块之间。

在其中一个实施例中，所述捕获模块具有第一焦距，所述探测模块具有第二焦距，所述捕获模块和所述探测模块的间距等于所述第一焦距和所述第二焦距之和；所述第一焦距和所述第二焦距汇聚于所述光阱区域。

在其中一个实施例中，所述捕获模块包括第一接头、第一真空密封馈穿件、激光透镜组和第一固定件，所述第一真空密封馈穿件密封于所述第一壳体的一端；所述第一接头与所述第一真空密封馈穿件连接，且设于所述第一腔室外；所述激光透镜组设于所述第一固定件，所述第一固定件和所述第一真空密封馈穿件连接，且设于所述第一腔室内；

所述探测模块包括光学模组、位置探测器、第二固定件、第二真空密封馈穿件和第二接头；所述第二真空密封馈穿件密封于所述第一壳体的另一端；所述第二接头与所述第二真空密封馈穿件连接，且设于所述第一腔室外；所述光学模组和所述位置探测器设于所述第二固定件，所述第二固定件和所述第二真空密封馈穿件连接，且设于所述第一腔室内。

在其中一个实施例中，所述激光透镜组包括沿同一光轴依次间隔设置的光纤透镜组、扩束镜组和单透镜；

所述光纤透镜组与所述第一真空密封馈穿件连接；和/或

所述第一固定件设有和所述扩束镜组、所述单透镜直径相匹配的多个第一圆柱腔室，所述扩束镜组、所述单透镜设于所述多个第一圆柱腔室内。

在其中一个实施例中，所述光学模组包括沿同一光轴依次间隔设置的收集透镜、衰减片、汇聚透镜；

所述位置探测器与所述第二真空密封馈穿件连接；和/或

所述第二固定件设有和所述收集透镜、所述衰减片、所述汇聚透镜直径相匹配的多个第二圆柱腔室，所述收集透镜、所述衰减片、所述汇聚透镜设于所述多个第二圆柱腔室内。

在其中一个实施例中，所述捕获模块包括用于装配固定的捕获组件，所述探测模块包括用于装配固定的探测组件，所述捕获组件、所述探测组件和所述壳体中的至少一个包括弱导电材料。

在其中一个实施例中，所述弱导电材料包括石英玻璃、微晶玻璃、高硼玻璃、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚四氟乙烯中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述弱导电材料的电导率σ和相对介电常数ε与所述弱导电材料传导的电磁波的角频率ω的关系满足条件：

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

捕获模块和探测模块设置于真空腔室内，使得电场传感探头的设计集成化，无需在真空腔室以外的位置布设捕获模块和探测模块，极大地减小了电场传感探头的体积和重量，有利于将电场传感探头应用于小型化设备。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

附图说明构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为一实施例中的电场传感探头的结构示意图。

图2所示为一实施例中的捕获模块的结构示意图。

图3所示为一实施例中的探测模块的结构示意图。

图4所示为一实施例中的电场传感探头的工作原理示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本公开进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本公开，并不限定本公开的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本公开的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本公开。

下面结合附图，对本公开的电场传感探头进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

在本公开的一个实施例中，参照图1所示，提供一种电场传感探头1，用于探测悬浮微粒的运动信息，测量电场强度。电场传感探头1包括壳体10和测量模块20。壳体10设有真空腔室11。测量模块20包括捕获模块21和探测模块22，捕获模块21用于传输激光光束形成捕获悬浮微粒的光阱区域A，探测模块22用于探测悬浮微粒的运动信息。捕获模块21和探测模块22沿第一方向x间隔设于真空腔室11内。

如此，捕获模块21和探测模块22设置于真空腔室11内，使得电场传感探头1的设计集成化，无需在真空腔室11以外的位置布设捕获模块21和探测模块22，极大地减小了电场传感探头1的体积和重量，有利于将电场传感探头1应用于小型化设备。

在一些实施例中，壳体10沿第一方向x延伸，真空腔室11也沿第一方向x延伸，以减小所需壳体10的体积和重量。

在一些实施例中，捕获模块21和探测模块22布设于真空腔室11内，且沿第一方向x间隔设置。捕获模块21和探测模块22之间设有合适的空间以便于形成光阱区域A。

悬浮微粒的运动信息可以是悬浮微粒的位移。悬浮微粒在光阱区域A处被捕获模块21捕获，由于悬浮微粒位于待测量电场中，受库仑力激励，产生微小位移。探测模块22对该微小位移进行探测，通过微小位移计算电场强度。

在一些实施例中，继续参照图1所示，壳体10包括沿第一方向x延伸的第一壳体12和沿第二方向y延伸的第二壳体13，第二方向y与第一方向x相交，第一壳体12和第二壳体13连接。真空腔室11包括设于第一壳体12内的第一腔室11a和设于第二壳体13内的第二腔室11b，捕获模块21和探测模块22设于第一腔室内11a。第一腔室11a和第二腔室11b连通，第二腔室11b与外界连通。

第一腔室11a用于放置捕获模块21和探测模块22，第二腔室11b用于连通第一腔室11a和外界，便于实现投放悬浮微粒、抽真空、真空度测量等功能。

在本实施例中，第一方向x垂直于第二方向y。第一壳体12在第一方向x上的长度大于第二壳体13在第二方向y上的长度。

进一步地，在一些实施例中，电场传感探头1还包括支撑座30，分设于第一壳体12的两端，用于支撑固定电场传感探头1。

在一些实施例中，电场传感探头1还包括法兰40，设于第二壳体13与外界连通的进口处，便于连接外接设备，实现投放悬浮微粒、抽真空、真空度测量等功能。

在一些实施例中，捕获模块21和探测模块22分设于第一腔室11a的两端，第一腔室11a和第二腔室11b的连通处设于捕获模块21和探测模块22之间。如此，便于在第一腔室11a内设置捕获模块21和探测模块22使得两者之间能够具有足够的空间设置光阱区域A。第一壳体12和第二壳体13的连接处位于捕获模块21和探测模块22之间，使得第一腔室11a和第二腔室11b连通于捕获模块21和探测模块22之间，由第二腔室11b向第一腔室11a内投放悬浮微粒时，便于将悬浮微粒以较短的路径抛投至光阱区域A。捕获模块21设于第一腔室11a的一端，探测模块22设于第一腔室11a的另一端，则设于捕获模块21和探测模块22之间的第一腔室11a和第二腔室11b的连通处，相对靠近第一壳体12在第一方向x上的中央位置，在对第一腔室11a抽真空时更高效。

进一步地，光阱区域A设于第二腔室11b的轴线上，以使悬浮微粒准确投送至光阱区域A。

具体地，在一些实施例中，参照图1至图3所示，捕获模块21包括第一接头211、第一真空密封馈穿件212、激光透镜组213和第一固定件214。第一真空密封馈穿件212密封于第一壳体12的一端。第一接头211与第一真空密封馈穿件212连接，且设于第一腔室11a外。激光透镜组213设于第一固定件214，第一固定件214和第一真空密封馈穿件212连接，且设于第一腔室11a内。

探测模块22包括光学模组221、位置探测器222、第二固定件223、第二真空密封馈穿件224和第二接头225。第二真空密封馈穿件224密封于第一壳体12的另一端。第二接头225与第二真空密封馈穿件224连接，且设于第一腔室11a外。光学模组221和位置探测器222设于第二固定件223，第二固定件223和第二真空密封馈穿件224连接，且设于第一腔室11a内。

第一接头211用于连接外部激光设备。第一真空密封馈穿件212用于将第一腔室11a与外界导通，也即将第一接头211与激光透镜组213导通。激光透镜组213用于对激光光束进行光学作用，以生成所需的光阱区域A，从而捕获悬浮微粒。第一固定件214用于固定激光透镜组213。

光学模组221用于采集悬浮微粒在电场作用下的光学信息，并传递给位置探测器222，以使位置探测器222获取到悬浮微粒的运动信息。第二真空密封馈穿件224将第一腔室11a与外界导通，也即将位置探测器222与第二接头225导通，使得位置探测器222获取到的关于悬浮微粒的运动信息的电学信号，通过第二接头225输出至外部的解析设备，从而计算处理得到电场强度。

在本实施例中，第一接头211采用FC接头，第二接头225采用BNC接头。第一接头211和第二接头225的具体型号和规格根据实际需求选取，本公开对此不作限制。

进一步地，在一些实施例中，参照图2所示，激光透镜组213包括沿同一光轴依次间隔设置的光纤透镜组2131、扩束镜组2132和单透镜2133。光纤透镜组2131与第一真空密封馈穿件212连接。光纤透镜组2131和单透镜2133的设计选用能够显著减小捕获模块21的体积，使得捕获模块21易于在第一腔室11a中设置，以便尽量减小电场传感探头1的体积，满足电场传感测试系统小型化、集成化、可移动发展的需求。在另一些实施例中，单透镜2133可采用透镜组替换。

在一些实施例中，参照图2所示，第一固定件214设有和扩束镜组2132、单透镜2133直径相匹配的多个第一圆柱腔室2141，扩束镜组2132、单透镜2133设于多个第一圆柱腔室2141内。在另一些实施例中，第一固定件214设置为中空的壳体以及与壳体内壁固接的多个支架，多个支架分别与扩束镜组2132、单透镜2133固接支撑。本公开对第一固定件214的具体结构不作限制。

具体地，在本实施例中，扩束镜组2132包括第一扩束镜21321和第二扩束镜21322。光纤透镜组2131、第一扩束镜21321、第二扩束镜21322、单透镜2133的物理参数和各自之间的间隔距离根据实际需求设置。

在图2所示实施例中，第一固定件214设为圆柱形，第一固定件214内部设有四个在第一方向x上，自左向右直径逐渐减小的第一圆柱腔室2141。第一扩束镜21321和第二扩束镜21322设于直径最大的第一圆柱腔室2141内，并且第一扩束镜21321设于第一圆柱腔室2141靠近光纤透镜组2131的一端，第二扩束镜21322设于第一圆柱腔室2141远离光纤透镜组2131的另一端。单透镜2133设于直径最小的第一圆柱腔室2141内。

在本实施例中，第一接头211与第一真空密封馈穿件212陶瓷封接。光纤透镜组2131固设于第一真空密封馈穿件212，第一真空密封馈穿件212与第一固定件214胶接固定。第一扩束镜21321、第二扩束镜21322、单透镜2133分别通过胶接方式固接在第一固定件214的第一圆柱腔室2141内。如此，装配得到捕获模块21。捕获模块21整体调试封装后，将激光透镜组213和第一固定件214侧嵌入第一腔室11a内，第一真空密封馈穿件212与第一壳体12胶结固定。

在实际应用中，第一接头211输入来自光纤激光器的激光光束。激光光束经由光纤透镜组2131获得捕获光斑。之后通过第一扩束镜21321、第二扩束镜21322扩束准直，再经过单透镜2133聚焦后形成可捕获悬浮微粒的光阱区域A。

在一些实施例中，参照图3所示，光学模组221包括沿同一光轴依次间隔设置的收集透镜2211、衰减片2212、汇聚透镜2213。位置探测器222与第二真空密封馈穿件224连接。在一些实施例中，第二固定件223设有和收集透镜2211、衰减片2212、汇聚透镜2213直径相匹配的多个第二圆柱腔室2231，收集透镜2211、衰减片2212、汇聚透镜2213设于多个第二圆柱腔室2231内。

收集透镜2211、衰减片2212、汇聚透镜2213的物理参数和各自之间的间隔距离根据实际需求设置。位置探测器222可采用四象限探测器。

在图3所示实施例中，第二固定件223设为圆柱形，第二固定件223内部设有四个在第一方向x上，自左向右直径逐渐增大的第二圆柱腔室2231。收集透镜2211设于直径最小的第二圆柱腔室2231内，汇聚透镜2213设于直径最大的第二圆柱腔室2231内，衰减片2212设于与汇聚透镜2213所在第二圆柱腔室2231相邻的腔室内。

探测模块22还包括用于固定汇聚透镜2213的汇聚透镜支座226，汇聚透镜2213设于汇聚透镜支座226内，汇聚透镜支座226设于第二圆柱腔室2231内并与第二固定件223固定连接。在本实施例中，汇聚透镜2213胶接固定于汇聚透镜支座226。

探测模块22还包括用于固定位置探测器222的探测器支座227，探测器222通过多个螺钉228与探测器支座227连接固定。具体地，位置探测器222的探测器支座227之间设有转接板229，探测器222的插针焊接于转接板229，转接板229通过多个螺钉228与探测器支座227连接固定，从而实现位置探测器222的固定。

在本实施例中，收集透镜2211、衰减片2212、汇聚透镜支座226、探测器支座227胶接固定于第二固定件223，排列紧凑。探测器支座227还与第二真空密封馈穿件224固接。第二接头225与第二真空密封馈穿件224陶瓷封接。如此，装配得到探测模块22。探测模块22整体调试封装后，将光学模组221、位置探测器222、第二固定件223侧嵌入第一腔室11a内，第二真空密封馈穿件224与第一壳体12胶结固定。

在实际应用中，收集透镜2211收集光阱区域A中悬浮微粒的散射光，经过衰减片2212和汇聚透镜2213后聚焦在位置探测器222。位置探测器222将光学信息转化为电学信息，实时探测悬浮微粒的运动信息。第二接头225将位置探测器222探测所得的运动信息传输至外部解析设备，进行运动信息的解析处理，得到待测电场的强度。

在一些实施例中，参照图4所示，捕获模块21具有第一焦距f1，探测模块22具有第二焦距f2，捕获模块21和探测模块22的间距等于第一焦距f1和第二焦距f2之和。第一焦距f1和第二焦距f2汇聚于光阱区域A。如此，能够使得被捕获模块21捕获的悬浮微粒产生的光学信息，顺利传递给探测模块22。

在本实施例中，第一焦距f1为单透镜2133的焦距，第二焦距f2为收集透镜2211的焦距。单透镜2133和收集透镜2211的焦点重合于光阱区域A。

可以理解地，第一腔室11a在第一方向x上的延伸长度可设置为尽量接近捕获模块21嵌入第一腔室11a内部分的长度、探测模块22嵌入第一腔室11a内部分的长度、第一焦距f1、第二焦距f2四者之和。

在一些实施例中，捕获模块21包括用于装配固定的捕获组件，探测模块22包括用于装配固定的探测组件，捕获组件、探测组件和壳体10中的至少一个包括弱导电材料。

具体地，捕获组件为用于装配固定激光透镜组213的零部件，例如第一固定件214。探测组件为用于装配固定光学模组221、位置探测器222的零部件，例如第二固定件223、汇聚透镜支座226、探测器支座227、螺钉228、转接板229。将捕获组件、探测组件和壳体10设置为弱导电材料，能够极大地减小电场传感探头1对待测电场的影响。弱导电材料对电磁波的传播衰减小，不会对真空腔室11外的电场信号产生明显干扰，电场信号能够顺利从真空腔室11外传输至真空腔室11内，使得悬浮微粒的运动信号能够准确反应电场强度。

弱导电材料包括石英玻璃、微晶玻璃、高硼玻璃、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚四氟乙烯中的至少一种。

在本实施例中，壳体10采用石英玻璃、微晶玻璃、高硼玻璃中的一种材料制成。捕获组件、探测组件采用聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚四氟乙烯中的一种材料制成。在另一些实施例中，捕获组件、探测组件和壳体10还可以采用复合材料。

弱导电材料还可根据公式进行判断。弱导电材料的电导率σ和相对介电常数ε与弱导电材料传导的电磁波的角频率ω的关系满足条件：

电磁波的波数能够通过下述公式计算得到：

其中，k_r表示电磁波的相位常数，k_i代表电磁波的衰减率，ω为角频率，μ为磁导率，σ为电导率，ε为相对介电常数。

电磁波每传播d米，强度衰减至初始的当传播距离较近时该衰减基本可以忽略不计。

当时，代入公式(1)，根据结果能够判断出电磁波的衰减很小，证明该材料为弱导电材料。

此外，上述弱导电材料还具有较低的放气率，并且耐高温。将捕获组件、探测组件和壳体10设置为弱导电材料，还能够提高电场传感探头1的极限真空度，从而提升电场强度测量的准确度。

在实际使用场景中，电场传感探头1进行如下操作步骤：

第一步：向捕获模块传输激光光束形成光阱区域。

第二步：向壳体的真空腔室内投送具有初速度的悬浮微粒，使悬浮微粒运动至光阱区域并被捕获。

第三步：通过探测模块探测悬浮微粒的运动信息，根据运动信息计算被测电场强度。

具体地，将捕获模块与光纤激光器接通，传输激光光束形成光阱区域。

将第二壳体与起支装置连接，使用起支装置通过第二腔室向第一腔室内的光阱区域投送具有初速度的悬浮微粒，使悬浮微粒运动至光阱区域并被捕获。

将第二壳体与真空泵连接，使用真空泵对真空腔室抽真空至预设真空度。

使用塞子塞住第二腔室与外界的连通处，密封真空腔。

还可将第二壳体与真空规连接，对真空腔室的真空度实时监测。若实时监测所得真空度值低于预设真空度，则对真空腔继续抽真空。

又可将第二壳体与放电设备连接，实现在真空腔内的高压放电，改变悬浮微粒的带电净电量。悬浮微粒在真空腔室内被捕获后，会自然的带上净电荷。而微粒所带的净电量越高，其对应的电场接收灵敏度指标也越高。

探测模块探测得到悬浮微粒的运动信息，并传输至外部解析设备，进行运动信息的解析处理，得到待测电场的强度。

在一具体应用场景下，光纤激光器能够产生波长为1064nm的高功率激光，激光经过光线透镜获得捕获光斑，通过第一扩束镜和第二扩束镜扩束准直，经过单透镜聚焦后形成可捕获悬浮微粒的光阱区域。单透镜的数值孔径为0.75mm，工作距离为1mm。

悬浮微粒是半径为75nm的球型二氧化硅颗粒。二氧化硅颗粒经过稀释后制成溶液倒入雾化器内。利用雾化器将悬浮微粒喷入第一腔室内。待悬浮微粒被捕获后，密封真空腔室。

将第二壳体与真空泵连接，利用真空泵对真空腔室抽气可以提升腔体内部的真空度。在真空泵的持续工作下，真空腔室的极限真空度能够达到10-9mbar的量级。第二壳体还可同时与真空规连接，以实时监测真空腔室的真空度。

悬浮微粒被捕获后，收集透镜收集光阱区域中悬浮微粒的散射光，经过衰减片和汇聚透镜聚焦在位置探测器上，以实时探测悬浮微粒的运动信息。在电场的作用下，悬浮微粒的运动状态发生了改变。通过探测微粒的运动信息，可以在计算机上解调出电场传感信号的码元信息，实现信号在信号发生器和悬浮微粒之间的电场传感应用。

本公开提供的电场传感探头除了电场强度测量外，还可以应用于其他场景，例如，电场通讯、极弱力的测量、重力测量等。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中部”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”、“设置于”、“固设于”或“安设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。进一步地，当一个元件被认为是“固定连接”另一个元件，二者可以是可拆卸连接方式的固定，也可以不可拆卸连接的固定，如套接、卡接、一体成型固定、焊接等，在传统技术中可以实现，在此不再累赘。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本公开的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开的发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种电场传感探头，其特征在于，用于探测悬浮微粒的运动信息，测量电场强度，所述电场传感探头包括：

壳体，设有真空腔室；

测量模块，包括捕获模块和探测模块，所述捕获模块用于传输激光光束形成捕获所述悬浮微粒的光阱区域，所述探测模块用于探测所述悬浮微粒的所述运动信息；所述捕获模块和所述探测模块沿第一方向间隔设于所述真空腔室内。

2.如权利要求1所述的电场传感探头，其特征在于，所述壳体包括沿所述第一方向延伸的第一壳体和沿第二方向延伸的第二壳体，所述第二方向与所述第一方向相交，所述第一壳体和所述第二壳体连接；所述真空腔室包括设于所述第一壳体内的第一腔室和设于所述第二壳体内的第二腔室，所述捕获模块和所述探测模块设于所述第一腔室内；所述第一腔室和所述第二腔室连通，所述第二腔室与外界连通。

3.如权利要求2所述的电场传感探头，其特征在于，所述捕获模块和所述探测模块分设于所述第一腔室的两端，所述第一腔室和所述第二腔室的连通处设于所述捕获模块和所述探测模块之间。

4.如权利要求3所述的电场传感探头，其特征在于，所述捕获模块具有第一焦距，所述探测模块具有第二焦距，所述捕获模块和所述探测模块的间距等于所述第一焦距和所述第二焦距之和；所述第一焦距和所述第二焦距汇聚于所述光阱区域。

5.如权利要求3所述的电场传感探头，其特征在于，所述捕获模块包括第一接头、第一真空密封馈穿件、激光透镜组和第一固定件，所述第一真空密封馈穿件密封于所述第一壳体的一端；所述第一接头与所述第一真空密封馈穿件连接，且设于所述第一腔室外；所述激光透镜组设于所述第一固定件，所述第一固定件和所述第一真空密封馈穿件连接，且设于所述第一腔室内；

所述探测模块包括光学模组、位置探测器、第二固定件、第二真空密封馈穿件和第二接头；所述第二真空密封馈穿件密封于所述第一壳体的另一端；所述第二接头与所述第二真空密封馈穿件连接，且设于所述第一腔室外；所述光学模组和所述位置探测器设于所述第二固定件，所述第二固定件和所述第二真空密封馈穿件连接，且设于所述第一腔室内。

6.如权利要求5所述的电场传感探头，其特征在于，所述激光透镜组包括沿同一光轴依次间隔设置的光纤透镜组、扩束镜组和单透镜；

所述光纤透镜组与所述第一真空密封馈穿件连接；和/或

所述第一固定件设有和所述扩束镜组、所述单透镜直径相匹配的多个第一圆柱腔室，所述扩束镜组、所述单透镜设于所述多个第一圆柱腔室内。

7.如权利要求5所述的电场传感探头，其特征在于，所述光学模组包括沿同一光轴依次间隔设置的收集透镜、衰减片、汇聚透镜；

所述位置探测器与所述第二真空密封馈穿件连接；和/或

所述第二固定件设有和所述收集透镜、所述衰减片、所述汇聚透镜直径相匹配的多个第二圆柱腔室，所述收集透镜、所述衰减片、所述汇聚透镜设于所述多个第二圆柱腔室内。

8.如权利要求1至7任一项所述的电场传感探头，其特征在于，所述捕获模块包括用于装配固定的捕获组件，所述探测模块包括用于装配固定的探测组件，所述捕获组件、所述探测组件和所述壳体中的至少一个包括弱导电材料。

9.如权利要求8所述的电场传感探头，其特征在于，所述弱导电材料包括石英玻璃、微晶玻璃、高硼玻璃、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚四氟乙烯中的至少一种。

10.如权利要求8所述的电场传感探头，其特征在于，所述弱导电材料的电导率σ和相对介电常数ε与所述弱导电材料传导的电磁波的角频率ω的关系满足条件：