CN1908684A - 小型三维电场传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种小型三维电场传感器，包括传感器转子、感应电极、端盖、支撑板、驱动单元和机壳，其中，端盖为倒扣的盆状，侧周面由四个弧面与四个平面相间排列组成，平面上固接有径向感应电极，其底端沿有折成九十度的翻边，翻边与支撑板固接。本发明有一个屏蔽转子，三个方向感应电极：轴向(Z方向)电场感应电极以及径向(X，Y方向)电场感应电极，三个方向感应电极均为静止单元。在驱动单元的作用下，屏蔽转子旋转，对轴向和径向感应电极产生交替性屏蔽作用，从而输出感应电流，测量三维电场。本发明体积小、重量轻，而且电场的径向X，Y方向分量的相互干扰很小。

Description

小型三维电场传感器
技术领域
本发明涉及传感器，特别涉及三维电场传感器。
背景技术
电场的探测不仅对导弹、火箭、航天器发射升空中意义重大，而且对城市环境污染、超净实验室、炼油厂、贮油站、炸药厂、壁纸厂、矿山开采、森林防火、工厂内部静电场等地面上易引起静电和易受静电及雷电危害的场所也有着广泛的应用。电场传感器可以直接测量地面或空中电场强度，实施有效的监测和分析，为气象保障提供可靠的手段和依据，避免了强电场的破坏作用。目前的电场传感器的测量方向限制在一维方向或者二维方向，而因该检测方向与电场强度的方向无法保证一致，从而只能检测电场强度三维矢量某一个方向或者两个方向分量的大小，与实际电场强度矢量不完全一致，并可能产生较大的误差。
发明内容
本发明提出一种小型三维电场传感器，采用轴向Z方向感应电极和径向X、Y方向感应电极来分别检测三个方向的电场强度。由于电场感应电极包含了三维方向，因此在测量电场时，无论电场方向相对电场传感器探测方向如何变化，所采集的信号都能反映电场的大小。其体积小、重量轻，而且电场的径向X，Y方向分量的相互干扰减少很多。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种小型三维电场传感器，包括传感器转子、感应电极、端盖、支撑板和驱动单元，其中，在支撑板上固接一中空的端盖，端盖顶面中心设有一孔；端盖顶面的中心孔内固接有支架，端盖、支架和支撑板共一中心轴线，在支撑板和支架的共同中心轴线上各有一孔，一主轴穿过两孔设置，主轴与支撑板上的孔动接触，与端盖上的孔非接触，且两端伸出两孔上下适当距离；
支架伸出端盖顶面的部分上，水平固接有轴向感应电极，感应电极呈圆十字形叶片状，与端盖顶面之间有一间隙；
主轴伸出支架中心孔的上端水平固接一传感器转子，传感器转子的顶面呈圆片状，圆面上设有圆十字形叶片状的孔，该孔的孔形与轴向感应电极相适配；转子顶面的圆周缘上，相对的四分之一弧上设有向下的折片，折片的宽度与端盖的高度相适配，其下端沿与端盖的折边有一间隙；
在支撑板的下端面上固设有驱动单元，驱动单元为一微型电机，其转子中心孔固接于主轴上，微型电机转子转动时带动主轴旋转，从而带动主轴上端固接的传感器转子旋转；其中，
端盖为倒扣的盆状，侧周面由四个弧面与四个平面相间排列组成，平面上固接有径向感应电极，其底端沿有折成九十度的翻边，翻边与支撑板固接。
所述的三维电场传感器，其所述端盖侧周面上的四个平面成矩形，两两相对设置成正十字形，其中，任一相对的两个平面上固接有径向X方向感应电极，另两个相对的平面上固接有径向Y方向感应电极，X方向和Y方向感应电极都为矩形片状，与四个平面相适配。
所述的三维电场传感器，其所述轴向感应电极，为两片，水平固接于支架伸出端盖顶面的部分上，两轴向感应电极呈圆十字形叶片状，相互叠置，并且叶片相互交叉放置，两感应电极之间，及与端盖顶面之间有一间隙。
本发明人曾提出其他三维电场传感器的方案，与之相比，本发明的小型三维电场传感器采用单转子结构，径向感应电极采用平面结构，因此电场的径向X，Y方向分量的相互干扰，同以前提出的方案的圆柱面结构相比，会减少很多，而且尺寸重量上也小很多。
附图说明
图1是本发明小型三维电场传感器的结构剖面示意图。
图2是本发明小型三维电场传感器的轴向、径向电场测量单元原理示意图。
图3是本发明小型三维电场传感器的立体外观图。
具体实施方式
本发明小型三维电场传感器的结构，如图1，图2，图3所示。包括传感器转子1、感应电极、端盖6、支撑板7和驱动单元8，其中，在支撑板7上固接一中空的端盖6，端盖6为倒扣的盆状，侧周面由四个弧面与四个平面相间排列组成，其底端沿有折成九十度的翻边，翻边与支撑板7固接，顶面中心设有一孔。端盖6顶面的中心孔内固接有支架23，端盖6、支架23和支撑板7共一中心轴线，在支撑板7和支架23的共同中心轴线上各有一孔，一主轴9穿过两孔设置，主轴9与支撑板7中的孔动接触，与端盖6中的孔非接触，且两端伸出两孔上下适当距离。
支架23伸出端盖6顶面的部分上，水平固接有两片轴向(Z方向)感应电极2、3，两感应电极2、3呈圆十字形叶片状，相互叠置，并且叶片相互交叉放置，两感应电极2、3之间，及与端盖6顶面之间有一间隙。
端盖6侧周面上的四个平面成矩形，两两相对设置成正十字形，其中，任一相对的两个平面上固接有径向X方向感应电极4、4a，另两个相对的平面上固接有径向Y方向感应电极5、5a，感应电极4、4a、5、5a为矩形片状，与四个平面相适配。
主轴9伸出支架23中心孔的上端水平固接一传感器转子1，传感器转子1的顶面呈圆片状，圆面上设有圆十字形叶片状的孔1b，该孔1b的孔形与轴向感应电极2、3相适配。转子1顶面的圆周缘上，相对的四分之一弧上设有向下的折片1a，折片1a的宽度与端盖6的高度相适配，其下端沿与端盖6的折边有一间隙。
在支撑板7的下端面上固设有驱动单元8，驱动单元8为一微型电机，其转子中心孔固接于主轴9上，微型电机转子转动时带动主轴9旋转，从而带动主轴9上端固接的传感器转子1旋转。
小型三维电场传感器由同一驱动单元8来控制转动结构，通过三个方向感应电极分别检测轴向Z方向、径向X方向和Y方向的电场，并输出信号到电路单元，各部件按常规电连接。
轴向电场测量单元，由传感器转子1和轴向感应电极2、3构成。径向电场测量单元，包括由传感器转子1和径向X方向的感应电极4、4a构成的径向X方向电场测量单元；由传感器转子1和径向Y方向感应电极5、5a构成的径向Y方向电场测量单元。
在空间电场轴向分量的作用下，当传感器转子1旋转挡住(屏蔽)轴向感应电极2或3时，轴向感应电极2或3上感应电荷量最少，随着传感器转子1的转动，轴向感应电极2或3上的感应电荷量发生周期性变化，形成电流，通过此电流检测轴向电场强度。在空间电场径向X方向分量的作用下，当传感器转子1旋转挡住(屏蔽)径向X方向感应电极4、4a时，该感应电极4、4a上的感应电荷量最少，随着传感器转子1的转动，径向X方向感应电极4、4a上的感应电荷量发生周期性变化，形成电流，通过此电流检测径向X方向电场强度。在空间电场径向Y方向分量的作用下，当传感器转子1旋转挡住(屏蔽)径向Y方向感应电极5、5a时，该感应电极5、5a上的感应电荷量最少，随着传感器转子1的转动，径向Y方向感应电极5、5a上的感应电荷发生周期性变化，形成电流，通过此电流检测径向Y方向电场强度。
在实践中，电场三个方向的分量可能还会存在小范围的相互影响，因此根据标定结果，选取合理的校准系数进行修正。

Claims (3)

1.一种小型三维电场传感器，包括传感器转子、感应电极、端盖、支撑板和驱动单元，其中，在支撑板上固接一中空的端盖，端盖顶面中心设有一孔；端盖顶面的中心孔内固接有支架，端盖、支架和支撑板共一中心轴线，在支撑板和支架的共同中心轴线上各有一孔，一主轴穿过两孔设置，主轴与支撑板上的孔动接触，与端盖中心孔非接触，且两端伸出两孔上下适当距离；
支架伸出端盖顶面的部分上，水平固接有轴向感应电极，感应电极呈圆十字形叶片状，与端盖顶面之间有一间隙；
主轴伸出支架中心孔的上端水平固接一传感器转子，传感器转子的顶面呈圆片状，圆面上设有圆十字形叶片状的孔，该孔的孔形与轴向感应电极相适配；转子顶面的圆周缘上，相对的四分之一弧上设有向下的折片，折片的宽度与端盖的高度相适配，其下端沿与端盖的折边有一间隙；
在支撑板的下端面上固设有驱动单元，驱动单元为一微型电机，其转子中心孔固接于主轴上，微型电机转子转动时带动主轴旋转，从而带动主轴上端固接的传感器转子旋转；其特征在于，
端盖为倒扣的盆状，侧周面由四个弧面与四个平面相间排列组成，平面上固接有径向感应电极，其底端沿有折成九十度的翻边，翻边与支撑板固接。
2.如权利要求1所述的三维电场传感器，其特征在于，所述端盖侧周面上的四个平面成矩形，两两相对设置成正十字形，其中，任一相对的两个平面上固接有径向X方向感应电极，另两个相对的平面上固接有径向Y方向感应电极，X方向和Y方向感应电极都为矩形片状，与四个平面相适配。
3.如权利要求1所述的三维电场传感器，其特征在于，所述轴向感应电极，为两片，水平固接于支架伸出端盖顶面的部分上，两轴向感应电极呈圆十字形叶片状，相互叠置，并且叶片相互交叉放置，两感应电极之间，及与端盖顶面之间有一间隙。
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