CN208443927U - 分布电极式三维电场传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种分布电极式三维电场传感器，包括：封装结构、电场敏感单元和多个分布式电极；电场敏感单元封装在封装结构内；多个分布式电极在封装结构的多个面上均匀分布；多个分布式电极分别与封装结构通过绝缘柱相连，多个分布式电极分别与电场敏感单元电性相连。本实用新型有利于减小三维电场传感器的体积，显著降低对被测空间电场的畸变干扰，有利于实现空间三维电场的高灵敏测量。

Description

分布电极式三维电场传感器

技术领域

本实用新型涉及电场检测技术领域，尤其涉及一种分布电极式三维电场传感器。

背景技术

电场测量具有十分重要的意义。在气象领域，监测地表及高空大气电场变化，可获知雷电的孕育、发展及发生信息，为雷电预警提供重要指标，从而为导弹和卫星等飞行器的发射升空提供重要的安全保障，也能够为森林、景区、输电线路、石化炼厂提供预警信息；在电网领域，监测输电线路及变电站等附近的电场，可准确获知交直流电压及相位信息，为智能电网输电状态提供重要参考，也可获知输电线路附近民宅等设施附近电场强度，为评估电网电磁环境影响提供依据；在石化领域，人体、设备、油气等当静电荷积累到一定程度后容易引发放电，造成火灾、爆炸等严重的安全事故，通过监测电场，评估静电高危区域带电情况，为石化领域安全生产提供有力支撑。

电场为矢量，包含方向与强度信息。在许多应用领域，仅测量电场的一维分量无法准确获知电场分布信息，容易造成较大的误差。例如，在高空电场探测领域，空中电场受雷暴云电荷影响，呈三维分布特征，且传感器在空中探测时姿态难以保持不变，仅通过一维电场敏感结构难以准确测量电场的三维分量，从而影响高空电场探测结果的准确性。

传统的三维电场传感器结构复杂、成本高、体积大。随着电场检测技术的发展，电场传感器朝着微型化、集成化的方向发展，尤其是基于微纳米技术的电场传感器具有体积小、功耗低、成本低、便于批量制造、易于集成化、工作频带宽，以及电场探测的空间分辨率高等突出优点，是电场传感器的重要发展方向，受到国际上越来越多的关注。然而，目前可用于三维电场探测的微型传感器还比较缺乏。文献报道的微型电场传感器大部分仅能测量一维电场，而通过布置多个微型电场传感器进行三维电场测量的思路，系统复杂，成本高，制约了其广泛应用。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型提供了一种分布电极式三维电场传感器，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本实用新型的一个方面，提供了一种分布电极式三维电场传感器，包括：封装结构、电场敏感单元和多个分布式电极；电场敏感单元封装在封装结构内；多个分布式电极在封装结构上均匀分布；多个所述分布式电极分别与封装结构通过绝缘柱相连，多个所述分布式电极分别与所述电场敏感单元电性相连。

在本实用新型的一些实施例中，封装结构为立方体结构；多个分布式电极分布在封装结构正交的三个面上；多个分布式电极为平面片状结构。

在本实用新型的一些实施例中，封装结构为柱状体结构；多个分布式电极分别分布在封装结构的底面和侧面，在封装结构的侧面的分布式电极均匀分布；分布在封装结构底面的所述分布式电极为平面片状结构，分布在封装结构侧面的所述分布式电极为弧面片状结构。

在本实用新型的一些实施例中，封装结构为球状体结构；多个分布式电极均匀分布在封装结构表面；多个分布式电极为弧面片状结构。

在本实用新型的一些实施例中，电场敏感单元为多个，多个电场敏感单元在同一个封装结构内，定位在同一个封装结构上的分布式电极与封装在该封装结构内的电场敏感单元相连。

在本实用新型的一些实施例中，电场敏感单元为一个，定位在同一个封装结构上的分布式电极均与封装在该封装结构内的电场敏感单元相连。

在本实用新型的一些实施例中，封装结构包括：封装壳体和封装盖；电场敏感单元固定于封装壳体内；封装盖覆盖封装壳体开口，封装壳体与封装盖形成容置内腔。

在本实用新型的一些实施例中，电场敏感单元包括：信号检测与处理单元、电场敏感单元屏蔽罩、供电电池和开关；信号检测与处理单元，用于在电场敏感单元中将输出信号进行放大和解调；供电电池，用于电场敏感单元供电和电场敏感单元中的信号检测与处理单元供电；开关，用于控制电场敏感单元的供电通断。

在本实用新型的一些实施例中，信号检测与处理单元包括：传感器组件和接口组件；传感器组件包括：电场传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、GPS定位模块、臭氧传感器中的一种或几种；接口组件包括：无线接口，包括蓝牙接口、Zigbee接口、无线电接口中的一种或几种。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本实用新型分布电极式三维电场传感器至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)分布式电极结构，能够显著降低对被测空间电场的畸变干扰，有利于实现空间三维电场的高灵敏测量。

(2)分布式电极结构，有利于减小三维电场传感器的体积。

(3)单一电场敏感单元的设置，应用在无需获知电场三分量具体数值的中，有助于简化三维电场传感器的组装，降低三维电场传感器的成本。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例分布电极式三维电场传感器的示意图。

图2为本实用新型第二实施例分布电极式三维电场传感器的示意图。

图3为本实用新型第三实施例分布电极式三维电场传感器的示意图。

图4为本实用新型第四实施例分布电极式三维电场传感器的示意图。

【附图中本实用新型实施例主要元件符号说明】

11、11′、11″、21、21′、21″、31、31′、31″、41、41′、41″-分布式电极；

12、22、32、42-封装结构；

43-绝缘柱。

具体实施方式

本实用新型提供了一种分布电极式三维电场传感器，包括：封装结构、电场敏感单元和多个分布式电极；电场敏感单元封装在封装结构内；多个分布式电极在封装结构的多个面上均匀分布；多个分布式电极分别与封装结构通过绝缘柱相连，多个分布式电极分别与电场敏感单元电性相连。本实用新型有利于减小三维电场传感器的体积，显著降低对被测空间电场的畸变干扰，有利于实现空间三维电场的高灵敏测量。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

本实用新型某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本实用新型的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本实用新型满足适用的法律要求。

在本实用新型的第一个示例性实施例中，提供了一种分布电极式三维电场传感器。图1为本实用新型第一实施例分布电极式三维电场传感器的示意图。如图1所示，本实用新型分布电极式三维电场传感器，包括：封装结构12、电场敏感单元和多个分布式电极。封装结构12为中空的六面体结构，电场敏感单元封装在封装结构12内；分布式电极11、分布式电极11′和分布式电极11″分布在直角坐标中，通过绝缘柱分别与封装结构12中正交的三个面相连；多个分布式电极为平面片状结构。同时多个分布式电极分别与电场敏感单元电性相连。当电场敏感单元为一个，定位在同一个封装结构上的分布式电极均与封装在该封装结构内的电场敏感单元相连；当电场敏感单元为多个，多个电场敏感单元在同一个封装结构内，定位在同一个封装结构上的分布式电极可以与封装在该封装结构内的电场敏感单元相连。

以下分别对本实施例分布电极式三维电场传感器的各个组成部分进行详细描述。

封装结构，用于保护电场敏感单元，并且通过绝缘柱对分布式电极进行支撑。该封装结构包括：封装壳体和封装盖。封装盖覆盖封装壳体开口，封装壳体与封装盖形成容置内腔，电场敏感单元固定于容置内腔内。在进行高空电场探测等低温环境下应用时，封装结构的容置内腔可以填充泡沫等材料，用以对内部的电场敏感单元进行保温。

电场敏感单元，用于感知被测电场强度。这里电场敏感单元可以基于不同的敏感机理。如可以选择基于微机电系统技术的谐振式电场敏感单元、振动式电场敏感单元、光学式电场敏感单元或其他种类的电场敏感单元。该电场敏感单元包括：信号检测与处理单元、电场敏感单元屏蔽罩、供电电池和开关。信号检测与处理单元，用于对输出信号进行放大和解调。该信号检测与处理单元包括：传感器组件和接口组件。传感器组件，包括电场传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、GPS定位模块、臭氧传感器中的一种或几种。但不仅限于上述传感器，还可以根据在不同领域应用时需要包含的必要功能进行添加。接口组件，为无线接口，包括蓝牙接口、Zigbee接口、无线电接口中的一种或几种以将传感器信号发射出去。供电电池，用于为包括信号检测与处理单元在内的电场敏感单元中各部件供电；可以选用干电池、锂电池、铅酸电池或水泡电池等。开关，用于控制所述电场敏感单元的供电通断。

分布式电极，材料可以为金属材料如铁、铜、铝等；也可以为绝缘材料涂覆金属漆或绝缘材料粘贴导电膜；分布式电极的形状为矩形、圆形、圆弧形或其他任意需要的形状。

当然，根据实际需要，本实用新型分布电极式三维电场传感器还包含其他组成部分，此处不再赘述。

在本实用新型的第二个示例性实施例中，提供了一种分布电极式三维电场传感器。图2为本实用新型第二实施例分布电极式三维电场传感器的示意图。如图2所示，与第一实施例的分布电极式三维电场传感器相比，本实施例分布电极式三维电场传感器的区别在于：

封装结构22为柱状体结构；多个分布式电极分布在柱坐标中，分布式电极21、分布式电极21′和分布式电极21″分别与封装结构22的底面和侧面相连，在封装结构22的侧面均匀分布多个分布式电极。分布在封装结构22底面的分布式电极为平面片状结构，分布在封装结构22侧面的分布式电极为弧面片状结构。

为了达到简要说明的目的，上述第一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。

在本实用新型的第三个示例性实施例中，提供了一种分布电极式三维电场传感器。图3为本实用新型第三实施例分布电极式三维电场传感器的示意图。如图3所示，与第一实施例的分布电极式三维电场传感器相比，本实施例分布电极式三维电场传感器的区别在于：

封装结构32为球状体结构；分布式电极31、分布式电极31′和分布式电极31″在球坐标中，均匀分布在封装结构表面；多个分布式电极为弧面片状结构。

为了达到简要说明的目的，上述第一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。

在本实用新型的第四个示例性实施例中，提供了一种分布电极式三维电场传感器。图4为本实用新型第四实施例分布电极式三维电场传感器的示意图。如图4所示，与第一实施例的分布电极式三维电场传感器相比，本实施例分布电极式三维电场传感器的区别在于：

封装结构42为多面立方体结构；分布式电极41、分布式电极41′和分布式电极41″均匀分布在封装结构表面；各分布式电极与封装结构42通过绝缘柱43相连。

为了达到简要说明的目的，上述第一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。

至此，已经结合附图对本实用新型实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本实用新型分布电极式三维电场传感器有了清楚的认识。

综上所述，本实用新型有利于减小三维电场传感器的体积，显著降低对被测空间电场的畸变干扰，有利于实现空间三维电场的高灵敏测量。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本实用新型的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本实用新型的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本实用新型实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本实用新型的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种分布电极式三维电场传感器，包括：

封装结构；

电场敏感单元，封装在所述封装结构内；

多个分布式电极，在所述封装结构上均匀分布；多个所述分布式电极分别与所述封装结构通过绝缘柱相连，多个所述分布式电极分别与所述电场敏感单元电性相连。

2.根据权利要求1所述的分布电极式三维电场传感器，

所述封装结构为立方体结构；

多个所述分布式电极分布在所述封装结构正交的三个面上；多个所述分布式电极为平面片状结构。

3.根据权利要求1所述的分布电极式三维电场传感器，

所述封装结构为柱状体结构；

多个所述分布式电极分别分布在所述封装结构的底面和侧面，在所述封装结构的侧面的分布式电极均匀分布；分布在所述封装结构底面的所述分布式电极为平面片状结构，分布在所述封装结构侧面的所述分布式电极为弧面片状结构。

4.根据权利要求1所述的分布电极式三维电场传感器，

所述封装结构为球状体结构；

多个所述分布式电极均匀分布在所述封装结构表面；多个所述分布式电极为弧面片状结构。

5.根据权利要求1所述的分布电极式三维电场传感器，

所述电场敏感单元为多个，多个所述电场敏感单元在同一个所述封装结构内，定位在同一个所述封装结构上的分布式电极与封装在该封装结构内的所述电场敏感单元相连。

6.根据权利要求1所述的分布电极式三维电场传感器，

所述电场敏感单元为一个，定位在同一个所述封装结构上的分布式电极均与封装在该封装结构内的所述电场敏感单元相连。

7.根据权利要求1至6任一项所述的分布电极式三维电场传感器，所述封装结构包括：

封装壳体，所述电场敏感单元固定于所述封装壳体内；

封装盖，覆盖所述封装壳体开口，所述封装壳体与所述封装盖形成容置内腔。

8.根据权利要求1至6任一项所述的分布电极式三维电场传感器，所述电场敏感单元包括：

信号检测与处理单元，用于在所述电场敏感单元中将输出信号进行放大和解调；

电场敏感单元屏蔽罩；

供电电池，用于所述电场敏感单元供电和电场敏感单元中的信号检测与处理单元供电；

开关，用于控制所述电场敏感单元的供电通断。

9.根据权利要求8所述的分布电极式三维电场传感器，所述信号检测与处理单元包括：

传感器组件，包括电场传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、GPS定位模块、臭氧传感器中的一种或几种；

接口组件，包括无线接口，包括蓝牙接口、Zigbee接口、无线电接口中的一种或几种。