CN204479659U - 低功耗一体式大气电场传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低功耗一体式大气电场传感器，其包括外壳体，在所述外壳体内的上部设有电机，在电机输出轴的下方设有电场感应器，电场感应器包括感应动片以及感应定片，感应动片能跟随电机的输出轴同步转动，感应定片与用于将感应电荷转换为交流电压信号的前置信号处理电路板电连接，所述前置信号处理电路板上还设置与电机输出轴上的机/光转换器相配合的光电转换器，所述光电转换器、前置信号处理电路板均与外壳体内上部用于输出标准直流电压信号的信号处理电路板电连接，所述信号处理电路板套在电机上且与外壳体内顶端的接插件电连接。本实用新型结构紧凑，提高了输出的一致性以及可维护性，降低了功耗，安全可靠。

Description

低功耗一体式大气电场传感器

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，尤其是一种低功耗一体式大气电场传感器，属于电场传感测量的技术领域。

背景技术

目前，现有的电场传感器输出为交流电压信号，由于每个电场传感器灵敏度不同，因此，每台传感器的输出测量电压范围不同，一致性、重复性和可维护性较差，不利于产品化生产以及维护。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种低功耗一体式大气电场传感器，其结构紧凑，提高了输出的一致性以及可维护性，降低了功耗，安全可靠。

按照本实用新型提供的技术方案，所述低功耗一体式大气电场传感器，包括外壳体，在所述外壳体内的上部设有电机，在所述电机输出轴的下方设有用于感应电荷的电场感应器，电场感应器包括感应动片以及位于所述感应动片正上方的感应定片，感应动片能跟随电机的输出轴同步转动，感应定片与用于将感应电荷转换为交流电压信号的前置信号处理电路板电连接，所述前置信号处理电路板上还设置与电机输出轴上的机/光转换器相配合的光电转换器，所述光电转换器、前置信号处理电路板均与外壳体内上部用于输出标准直流电压信号的信号处理电路板电连接，所述信号处理电路板套在电机上且与外壳体内顶端的接插件电连接。

所述外壳体包括导电过渡板，在所述导电过渡板上设置固定连接的上壳体，在导电过渡板的下方设置固定连接的下壳体，电机通过电机绝缘安装板固定安装在导电过渡板上。

所述信号处理电路板位于导电过渡板以及电机绝缘安装板的正上方，导电过渡板上设置用于支撑信号处理电路板且对称分布的垫柱。

所述电机的输出轴上设有固定连接的绝缘轴套，机/光转换器套在绝缘轴套上并与所述绝缘轴套紧固连接，在绝缘轴套的下端部设有导电轴套，感应动片固定在导电轴套的下端部，导电轴套的上端部穿过感应定片后与绝缘轴套紧固连接。

所述机/光转换器与导电轴套间设有轴承盖，所述轴承盖利用导电轴套安装在绝缘轴套上，轴承盖与所述轴承盖下方的导电固定板固定连接，在导电固定板的端部设有绝缘套，感应定片的两端伸入绝缘套内，并与绝缘套内的导电连接柱电连接。

所述前置信号处理电路板通过电路板固定件固定安装在导电固定板上，且前置信号处理电路板在导电固定板上方呈竖直分布。

所述信号处理电路板包括与嵌置信号处理电路板的输出端连接的带通滤波器以及与光电转换器输出端连接的积分器，所述带通滤波器通过移相器与同步检波器电连接，积分器通过方波调节器与同步检波器电连接，同步检波器通过低通滤波器与线性放大输出电路连接，且信号处理电路板通过线性放大输出电路与接插件电连接。

所述导电固定板一端绝缘套内的导电连接柱通过定片连接线与前置信号处理电路板电连接。

本实用新型的优点：电场感应器的感应动片能跟随电机的输出轴同步转动，前置信号处理电路板能将电场感应器感应的电荷转换为交变的电压信号，通过机/光转换器以及光电转换器来获取电机转动的相位信号，信号处理电路板能将交变的电压信号以及相位信号处理后得到标准直流电压信号，提高了输出的一致性以及可维护性，降低了功耗，结构紧凑，体积小，安全可靠。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型光电转换器、前置信号处理电路板与信号处理电路板之间的配合电路框图。

附图标记说明：1-感应动片、2-感应定片、3-导电轴套、4-导电轴承、5-轴承盖、6-绝缘轴套、7-导电固定板、8-绝缘套、9-导电连接柱、10-定片连接线、11-电机、12-机/光转换器、13-前置信号处理电路板、14-电路板固定件、15-信号处理电路板、16-垫柱、17-电机绝缘安装板、18-导电过渡板、19-支撑柱、20-上壳体、21-接插件、22-下壳体、23-光电转换器、24-电场感应器、25-I/V放大器、26-带通滤波器、27-移相器、28-同步检波器、29-电源模块、30-积分器、31-方波调节器、32-低通滤波器以及33-线性放大输出电路。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示：为了能提高电场传感器输出的一致性以及可维护性，降低了功耗，本实用新型包括外壳体，在所述外壳体内的上部设有电机11，在所述电机11输出轴的下方设有用于感应电荷的电场感应器24，电场感应器24包括感应动片1以及位于所述感应动片1正上方的感应定片2，感应动片1能跟随电机11的输出轴同步转动，感应定片2与用于将感应电荷转换为交流电压信号的前置信号处理电路板13电连接，所述前置信号处理电路板13上还设置与电机11输出轴上的机/光转换器12相配合的光电转换器23，所述光电转换器23、前置信号处理电路板13均与外壳体内上部用于输出标准直流电压信号的信号处理电路板15电连接，所述信号处理电路板15套在电机11上且与外壳体内顶端的接插件21电连接。

具体地，感应动片1位于外壳体的底端，感应动片1能与外部的大气相接触，即外壳体的底端呈开放式状态，感应动片1跟随电机11的输出轴转动，从而不断切割大气的电场，通过感应动片1与感应定片2间的配合来感应大气的电场。感应定片2与所述感应定片2上方的前置信号处理电路板13电连接，通过前置信号处理电路板13能将电场感应器24感应的电荷转换成交流电压信号。机/光转换器12也跟随电机11的输出轴转动，光电转换器23固定在前置信号处理电路板13上，通过光电转换器23与机/光转换器12来获取电机11转动过程中产生的相位信号，信号处理电路板15能将接收的交流电压信号以及相位信号进行处理，从而得到所需的标准直流电压信号。信号处理电路板15通过接插件21将标准直流电压信号输出，此外，通过接插件21能提供电机11、机/光转换器12、光电转换器23、前置信号处理电路板13以及信号处理电路板15所需的工作电压。

所述外壳体包括导电过渡板18，在所述导电过渡板18上设置固定连接的上壳体20，在导电过渡板18的下方设置固定连接的下壳体22，电机11通过电机绝缘安装板17固定安装在导电过渡板18上。

所述信号处理电路板15位于导电过渡板18以及电机绝缘安装板17的正上方，导电过渡板18上设置用于支撑信号处理电路板15且对称分布的垫柱16。

本实用新型实施例中，由上壳体20以及下壳体21间组成外壳体，上壳体20位于导电过渡板18的外圈并与所述导电过渡板18固定连接，下壳体22的宽度小于导电过渡板18的宽度，导电过渡板18与上壳体20间配合形成外壳体的上部空腔，由导电过渡板18以及下壳体22形成外壳体的下部空腔，上壳体20、下壳体22以及导电过渡板18均电连接，在使用时，整个外壳体需要接地。

信号处理电路板15位于上壳体20内，信号处理电路板15与导电过渡板18以及电机绝缘安装板17呈平行分布，信号处理电路板15通过垫柱16与导电过渡板18绝缘隔离，信号处理电路板15套在电机11上，电机11的输出轴位于导电过渡板18的下方，即位于下壳体22内，电机11支撑在电机绝缘安装板17上。

所述电机11的输出轴上设有固定连接的绝缘轴套6，机/光转换器12套在绝缘轴套6上并与所述绝缘轴套6紧固连接，在绝缘轴套6的下端部设有导电轴套3，感应动片1固定在导电轴套3的下端部，导电轴套3的上端部穿过感应定片2后与绝缘轴套6紧固连接。

本实用新型实施例中，绝缘轴套6与电机11的输出轴固定连接，机/光转换器12套在绝缘轴套6上切紧固连接，从而机/光转换器12能跟随电机11的输出轴连接。导电轴套3位于绝缘轴套6的下端部，电机11的输出轴伸入绝缘轴套6的上端部内，感应动片1固定安装在导电轴套3的下端部并与所述导电轴套3固定连接，导电轴套3与绝缘轴套6紧固连接后，从而感应动片1也能跟随电机11的输出轴转动。

所述机/光转换器12与导电轴套3间设有轴承盖5，所述轴承盖5利用导电轴套4安装在绝缘轴套6上，轴承盖5与所述轴承盖5下方的导电固定板7固定连接，在导电固定板7的端部设有绝缘套8，感应定片2的两端伸入绝缘套8内，并与绝缘套8内的导电连接柱9电连接。所述导电固定板7一端绝缘套8内的导电连接柱9通过定片连接线10与前置信号处理电路板13电连接。

本实用新型实施例中，导电轴承4位于轴承盖5内，轴承盖5通过导电轴承4安装在绝缘轴套6上，轴承盖5的下端部支撑在导电固定板7上，且轴承盖5的下端部与导电固定板7固定连接，导电轴套3的上端部穿过感应定片2以及导电固定板7与导电轴承4相接触，通过导电轴承4以及轴承盖5能与高度固定板7电连接。绝缘套8分布在导电固定板7的两端，感应定片2的两端分别穿入相应的绝缘套8内，绝缘套8内设置同轴分布的导电连接柱9，导电连接柱9与感应定片2接触并电连接，从而感应定片2通过导电连接柱9以及定片连接线10与前置信号处理电路板13电连接，以将感应到的电荷由前置信号处理电路板13转换为交流的电压信号。

所述前置信号处理电路板13通过电路板固定件14固定安装在导电固定板7上，且前置信号处理电路板13在导电固定板7上方呈竖直分布。

本实用新型实施例中，电路板固定件14呈L型，前置信号处理电路板13与导电固定板7间呈垂直分布，且前置信号处理电路板13不与导电固定板7接触。光电转换器23位于前置信号处理电路板13邻近机/光转换器12的一侧，以便通过光电转换器23获得电机11转动的相位信号，机/光转换器12与光电转换器23的配合形式为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

如图2所示，所述信号处理电路板15包括与嵌置信号处理电路板13的输出端连接的带通滤波器26以及与光电转换器23输出端连接的积分器30，所述带通滤波器26通过移相器27与同步检波器28电连接，积分器30通过方波调节器31与同步检波器28电连接，同步检波器28通过低通滤波器32与线性放大输出电路33连接，且信号处理电路板15通过线性放大输出电路33与接插件21电连接。

本实用新型实施例中，接插件21中提供传感器工作所需的电压模块29，所述电源模块29能将输入的±12V直流电压转换成±8V电压，以便提供所需的工作电压。前置信号处理电路板13内的I/V放大器25能将交变的电流信号转换成交变的电压信号，再经过电容电阻组成的无源高通滤波器消除无用的直流信号，经过放大后输出。带通滤波器26的中心频率为电场电压信号频率，去除工频等干扰信号，移相器27调节电场电压信号的相位，便于鉴相，并将信号放大后缓冲输出。积分器30通过调节电位器的值，调节输出电压的相位使之与电机11转动产生的方波同相，从而将高低电平信号调节成三角波。方波调节器31通过调节电阻值设定运算放大器反相端的电压，将三角波调节为占空比为50%的方波信号。同步检波器28利用相同的方波，将交变电场电压信号的半个周期信号反转，同步检波器28经过低通滤波器32进行滤波后，由线性放大输出电路33输出0-5V的标准直流电压信号。

上述带通滤波器26、移相器27、同步检波器28、电源模块29、积分器30、方波调节器32、低通滤波器32以及线性放大输出电路33均可以采用常用的电路实现，具体为本技术领域人员所熟悉，此处不再赘述。

本实用新型电场感应器24的感应动片1能跟随电机11的输出轴同步转动，前置信号处理电路板13能将电场感应器24感应的电荷转换为交变的电压信号，通过机/光转换器12以及光电转换器23来获取电机11转动的相位信号，信号处理电路板15能将交变的电压信号以及相位信号处理后得到标准直流电压信号，提高了输出的一致性以及可维护性，降低了功耗，结构紧凑，体积小，安全可靠。

Claims (8)

1.一种低功耗一体式大气电场传感器，包括外壳体，其特征是：在所述外壳体内的上部设有电机（11），在所述电机（11）输出轴的下方设有用于感应电荷的电场感应器（24），电场感应器（24）包括感应动片（1）以及位于所述感应动片（1）正上方的感应定片（2），感应动片（1）能跟随电机（11）的输出轴同步转动，感应定片（2）与用于将感应电荷转换为交流电压信号的前置信号处理电路板（13）电连接，所述前置信号处理电路板（13）上还设置与电机（11）输出轴上的机/光转换器（12）相配合的光电转换器（23），所述光电转换器（23）、前置信号处理电路板（13）均与外壳体内上部用于输出标准直流电压信号的信号处理电路板（15）电连接，所述信号处理电路板（15）套在电机（11）上且与外壳体内顶端的接插件（21）电连接。

2.根据权利要求1所述的低功耗一体式大气电场传感器，其特征是：所述外壳体包括导电过渡板（18），在所述导电过渡板（18）上设置固定连接的上壳体（20），在导电过渡板（18）的下方设置固定连接的下壳体（22），电机（11）通过电机绝缘安装板（17）固定安装在导电过渡板（18）上。

3.根据权利要求2所述的低功耗一体式大气电场传感器，其特征是：所述信号处理电路板（15）位于导电过渡板（18）以及电机绝缘安装板（17）的正上方，导电过渡板（18）上设置用于支撑信号处理电路板（15）且对称分布的垫柱（16）。

4.根据权利要求1所述的低功耗一体式大气电场传感器，其特征是：所述电机（11）的输出轴上设有固定连接的绝缘轴套（6），机/光转换器（12）套在绝缘轴套（6）上并与所述绝缘轴套（6）紧固连接，在绝缘轴套（6）的下端部设有导电轴套（3），感应动片（1）固定在导电轴套（3）的下端部，导电轴套（3）的上端部穿过感应定片（2）后与绝缘轴套（6）紧固连接。

5.根据权利要求4所述的低功耗一体式大气电场传感器，其特征是：所述机/光转换器（12）与导电轴套（3）间设有轴承盖（5），所述轴承盖（5）利用导电轴套（4）安装在绝缘轴套（6）上，轴承盖（5）与所述轴承盖（5）下方的导电固定板（7）固定连接，在导电固定板（7）的端部设有绝缘套（8），感应定片（2）的两端伸入绝缘套（8）内，并与绝缘套（8）内的导电连接柱（9）电连接。

6.根据权利要求5所述的低功耗一体式大气电场传感器，其特征是：所述前置信号处理电路板（13）通过电路板固定件（14）固定安装在导电固定板（7）上，且前置信号处理电路板（13）在导电固定板（7）上方呈竖直分布。

7.根据权利要求1所述的低功耗一体式大气电场传感器，其特征是：所述信号处理电路板（15）包括与嵌置信号处理电路板（13）的输出端连接的带通滤波器（26）以及与光电转换器（23）输出端连接的积分器（30），所述带通滤波器（26）通过移相器（27）与同步检波器（28）电连接，积分器（30）通过方波调节器（31）与同步检波器（28）电连接，同步检波器（28）通过低通滤波器（32）与线性放大输出电路（33）连接，且信号处理电路板（15）通过线性放大输出电路（33）与接插件（21）电连接。

8.根据权利要求5所述的低功耗一体式大气电场传感器，其特征是：所述导电固定板（7）一端绝缘套（8）内的导电连接柱（9）通过定片连接线（10）与前置信号处理电路板（13）电连接。