專利名稱：小型三維電場(chǎng)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器，特別涉及三維電場(chǎng)傳感器。
背景技術(shù)：
電場(chǎng)的探測(cè)不僅對(duì)導(dǎo)彈、火箭、航天器發(fā)射升空中意義重大，而且對(duì)城市環(huán)境污染、超凈實(shí)驗(yàn)室、煉油廠、貯油站、炸藥廠、壁紙廠、礦山開采、森林防火、工廠內(nèi)部靜電場(chǎng)等地面上易引起靜電和易受靜電及雷電危害的場(chǎng)所也有著廣泛的應(yīng)用。電場(chǎng)傳感器可以直接測(cè)量地面或空中電場(chǎng)強(qiáng)度，實(shí)施有效的監(jiān)測(cè)和分析，為氣象保障提供可靠的手段和依據(jù)，避免了強(qiáng)電場(chǎng)的破壞作用。目前的電場(chǎng)傳感器的測(cè)量方向限制在一維方向或者二維方向，而因該檢測(cè)方向與電場(chǎng)強(qiáng)度的方向無法保證一致，從而只能檢測(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度三維矢量某一個(gè)方向或者兩個(gè)方向分量的大小，與實(shí)際電場(chǎng)強(qiáng)度矢量不完全一致，并可能產(chǎn)生較大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種小型三維電場(chǎng)傳感器，采用軸向Z方向感應(yīng)電極和徑向X、Y方向感應(yīng)電極來分別檢測(cè)三個(gè)方向的電場(chǎng)強(qiáng)度。由于電場(chǎng)感應(yīng)電極包含了三維方向，因此在測(cè)量電場(chǎng)時(shí)，無論電場(chǎng)方向相對(duì)電場(chǎng)傳感器探測(cè)方向如何變化，所采集的信號(hào)都能反映電場(chǎng)的大小。其體積小、重量輕，而且電場(chǎng)的徑向X，Y方向分量的相互干擾減少很多。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種小型三維電場(chǎng)傳感器，包括傳感器轉(zhuǎn)子、感應(yīng)電極、端蓋、支撐板和驅(qū)動(dòng)單元，其中，在支撐板上固接一中空的端蓋，端蓋頂面中心設(shè)有一孔；端蓋頂面的中心孔內(nèi)固接有支架，端蓋、支架和支撐板共一中心軸線，在支撐板和支架的共同中心軸線上各有一孔，一主軸穿過兩孔設(shè)置，主軸與支撐板上的孔動(dòng)接觸，與端蓋上的孔非接觸，且兩端伸出兩孔上下適當(dāng)距離；
支架伸出端蓋頂面的部分上，水平固接有軸向感應(yīng)電極，感應(yīng)電極呈圓十字形葉片狀，與端蓋頂面之間有一間隙；主軸伸出支架中心孔的上端水平固接一傳感器轉(zhuǎn)子，傳感器轉(zhuǎn)子的頂面呈圓片狀，圓面上設(shè)有圓十字形葉片狀的孔，該孔的孔形與軸向感應(yīng)電極相適配；轉(zhuǎn)子頂面的圓周緣上，相對(duì)的四分之一弧上設(shè)有向下的折片，折片的寬度與端蓋的高度相適配，其下端沿與端蓋的折邊有一間隙；在支撐板的下端面上固設(shè)有驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元為一微型電機(jī)，其轉(zhuǎn)子中心孔固接于主軸上，微型電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)主軸上端固接的傳感器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；其中，端蓋為倒扣的盆狀，側(cè)周面由四個(gè)弧面與四個(gè)平面相間排列組成，平面上固接有徑向感應(yīng)電極，其底端沿有折成九十度的翻邊，翻邊與支撐板固接。
所述的三維電場(chǎng)傳感器，其所述端蓋側(cè)周面上的四個(gè)平面成矩形，兩兩相對(duì)設(shè)置成正十字形，其中，任一相對(duì)的兩個(gè)平面上固接有徑向X方向感應(yīng)電極，另兩個(gè)相對(duì)的平面上固接有徑向Y方向感應(yīng)電極，X方向和Y方向感應(yīng)電極都為矩形片狀，與四個(gè)平面相適配。
所述的三維電場(chǎng)傳感器，其所述軸向感應(yīng)電極，為兩片，水平固接于支架伸出端蓋頂面的部分上，兩軸向感應(yīng)電極呈圓十字形葉片狀，相互疊置，并且葉片相互交叉放置，兩感應(yīng)電極之間，及與端蓋頂面之間有一間隙。
本發(fā)明人曾提出其他三維電場(chǎng)傳感器的方案，與之相比，本發(fā)明的小型三維電場(chǎng)傳感器采用單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，徑向感應(yīng)電極采用平面結(jié)構(gòu)，因此電場(chǎng)的徑向X，Y方向分量的相互干擾，同以前提出的方案的圓柱面結(jié)構(gòu)相比，會(huì)減少很多，而且尺寸重量上也小很多。


圖1是本發(fā)明小型三維電場(chǎng)傳感器的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
圖2是本發(fā)明小型三維電場(chǎng)傳感器的軸向、徑向電場(chǎng)測(cè)量單元原理示意圖。
圖3是本發(fā)明小型三維電場(chǎng)傳感器的立體外觀圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明小型三維電場(chǎng)傳感器的結(jié)構(gòu)，如圖1，圖2，圖3所示。包括傳感器轉(zhuǎn)子1、感應(yīng)電極、端蓋6、支撐板7和驅(qū)動(dòng)單元8，其中，在支撐板7上固接一中空的端蓋6，端蓋6為倒扣的盆狀，側(cè)周面由四個(gè)弧面與四個(gè)平面相間排列組成，其底端沿有折成九十度的翻邊，翻邊與支撐板7固接，頂面中心設(shè)有一孔。端蓋6頂面的中心孔內(nèi)固接有支架23，端蓋6、支架23和支撐板7共一中心軸線，在支撐板7和支架23的共同中心軸線上各有一孔，一主軸9穿過兩孔設(shè)置，主軸9與支撐板7中的孔動(dòng)接觸，與端蓋6中的孔非接觸，且兩端伸出兩孔上下適當(dāng)距離。
支架23伸出端蓋6頂面的部分上，水平固接有兩片軸向(Z方向)感應(yīng)電極2、3，兩感應(yīng)電極2、3呈圓十字形葉片狀，相互疊置，并且葉片相互交叉放置，兩感應(yīng)電極2、3之間，及與端蓋6頂面之間有一間隙。
端蓋6側(cè)周面上的四個(gè)平面成矩形，兩兩相對(duì)設(shè)置成正十字形，其中，任一相對(duì)的兩個(gè)平面上固接有徑向X方向感應(yīng)電極4、4a，另兩個(gè)相對(duì)的平面上固接有徑向Y方向感應(yīng)電極5、5a，感應(yīng)電極4、4a、5、5a為矩形片狀，與四個(gè)平面相適配。
主軸9伸出支架23中心孔的上端水平固接一傳感器轉(zhuǎn)子1，傳感器轉(zhuǎn)子1的頂面呈圓片狀，圓面上設(shè)有圓十字形葉片狀的孔1b，該孔1b的孔形與軸向感應(yīng)電極2、3相適配。轉(zhuǎn)子1頂面的圓周緣上，相對(duì)的四分之一弧上設(shè)有向下的折片1a，折片1a的寬度與端蓋6的高度相適配，其下端沿與端蓋6的折邊有一間隙。
在支撐板7的下端面上固設(shè)有驅(qū)動(dòng)單元8，驅(qū)動(dòng)單元8為一微型電機(jī)，其轉(zhuǎn)子中心孔固接于主軸9上，微型電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)主軸9旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)主軸9上端固接的傳感器轉(zhuǎn)子1旋轉(zhuǎn)。
小型三維電場(chǎng)傳感器由同一驅(qū)動(dòng)單元8來控制轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，通過三個(gè)方向感應(yīng)電極分別檢測(cè)軸向Z方向、徑向X方向和Y方向的電場(chǎng)，并輸出信號(hào)到電路單元，各部件按常規(guī)電連接。
軸向電場(chǎng)測(cè)量單元，由傳感器轉(zhuǎn)子1和軸向感應(yīng)電極2、3構(gòu)成。徑向電場(chǎng)測(cè)量單元，包括由傳感器轉(zhuǎn)子1和徑向X方向的感應(yīng)電極4、4a構(gòu)成的徑向X方向電場(chǎng)測(cè)量單元；由傳感器轉(zhuǎn)子1和徑向Y方向感應(yīng)電極5、5a構(gòu)成的徑向Y方向電場(chǎng)測(cè)量單元。
在空間電場(chǎng)軸向分量的作用下，當(dāng)傳感器轉(zhuǎn)子1旋轉(zhuǎn)擋住(屏蔽)軸向感應(yīng)電極2或3時(shí)，軸向感應(yīng)電極2或3上感應(yīng)電荷量最少，隨著傳感器轉(zhuǎn)子1的轉(zhuǎn)動(dòng)，軸向感應(yīng)電極2或3上的感應(yīng)電荷量發(fā)生周期性變化，形成電流，通過此電流檢測(cè)軸向電場(chǎng)強(qiáng)度。在空間電場(chǎng)徑向X方向分量的作用下，當(dāng)傳感器轉(zhuǎn)子1旋轉(zhuǎn)擋住(屏蔽)徑向X方向感應(yīng)電極4、4a時(shí)，該感應(yīng)電極4、4a上的感應(yīng)電荷量最少，隨著傳感器轉(zhuǎn)子1的轉(zhuǎn)動(dòng)，徑向X方向感應(yīng)電極4、4a上的感應(yīng)電荷量發(fā)生周期性變化，形成電流，通過此電流檢測(cè)徑向X方向電場(chǎng)強(qiáng)度。在空間電場(chǎng)徑向Y方向分量的作用下，當(dāng)傳感器轉(zhuǎn)子1旋轉(zhuǎn)擋住(屏蔽)徑向Y方向感應(yīng)電極5、5a時(shí)，該感應(yīng)電極5、5a上的感應(yīng)電荷量最少，隨著傳感器轉(zhuǎn)子1的轉(zhuǎn)動(dòng)，徑向Y方向感應(yīng)電極5、5a上的感應(yīng)電荷發(fā)生周期性變化，形成電流，通過此電流檢測(cè)徑向Y方向電場(chǎng)強(qiáng)度。
在實(shí)踐中，電場(chǎng)三個(gè)方向的分量可能還會(huì)存在小范圍的相互影響，因此根據(jù)標(biāo)定結(jié)果，選取合理的校準(zhǔn)系數(shù)進(jìn)行修正。
權(quán)利要求
1.一種小型三維電場(chǎng)傳感器，包括傳感器轉(zhuǎn)子、感應(yīng)電極、端蓋、支撐板和驅(qū)動(dòng)單元，其中，在支撐板上固接一中空的端蓋，端蓋頂面中心設(shè)有一孔；端蓋頂面的中心孔內(nèi)固接有支架，端蓋、支架和支撐板共一中心軸線，在支撐板和支架的共同中心軸線上各有一孔，一主軸穿過兩孔設(shè)置，主軸與支撐板上的孔動(dòng)接觸，與端蓋中心孔非接觸，且兩端伸出兩孔上下適當(dāng)距離；支架伸出端蓋頂面的部分上，水平固接有軸向感應(yīng)電極，感應(yīng)電極呈圓十字形葉片狀，與端蓋頂面之間有一間隙；主軸伸出支架中心孔的上端水平固接一傳感器轉(zhuǎn)子，傳感器轉(zhuǎn)子的頂面呈圓片狀，圓面上設(shè)有圓十字形葉片狀的孔，該孔的孔形與軸向感應(yīng)電極相適配；轉(zhuǎn)子頂面的圓周緣上，相對(duì)的四分之一弧上設(shè)有向下的折片，折片的寬度與端蓋的高度相適配，其下端沿與端蓋的折邊有一間隙；在支撐板的下端面上固設(shè)有驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元為一微型電機(jī)，其轉(zhuǎn)子中心孔固接于主軸上，微型電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)主軸上端固接的傳感器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；其特征在于，端蓋為倒扣的盆狀，側(cè)周面由四個(gè)弧面與四個(gè)平面相間排列組成，平面上固接有徑向感應(yīng)電極，其底端沿有折成九十度的翻邊，翻邊與支撐板固接。
2.如權(quán)利要求1所述的三維電場(chǎng)傳感器，其特征在于，所述端蓋側(cè)周面上的四個(gè)平面成矩形，兩兩相對(duì)設(shè)置成正十字形，其中，任一相對(duì)的兩個(gè)平面上固接有徑向X方向感應(yīng)電極，另兩個(gè)相對(duì)的平面上固接有徑向Y方向感應(yīng)電極，X方向和Y方向感應(yīng)電極都為矩形片狀，與四個(gè)平面相適配。
3.如權(quán)利要求1所述的三維電場(chǎng)傳感器，其特征在于，所述軸向感應(yīng)電極，為兩片，水平固接于支架伸出端蓋頂面的部分上，兩軸向感應(yīng)電極呈圓十字形葉片狀，相互疊置，并且葉片相互交叉放置，兩感應(yīng)電極之間，及與端蓋頂面之間有一間隙。
全文摘要
本發(fā)明為一種小型三維電場(chǎng)傳感器，包括傳感器轉(zhuǎn)子、感應(yīng)電極、端蓋、支撐板、驅(qū)動(dòng)單元和機(jī)殼，其中，端蓋為倒扣的盆狀，側(cè)周面由四個(gè)弧面與四個(gè)平面相間排列組成，平面上固接有徑向感應(yīng)電極，其底端沿有折成九十度的翻邊，翻邊與支撐板固接。本發(fā)明有一個(gè)屏蔽轉(zhuǎn)子，三個(gè)方向感應(yīng)電極軸向(Z方向)電場(chǎng)感應(yīng)電極以及徑向(X，Y方向)電場(chǎng)感應(yīng)電極，三個(gè)方向感應(yīng)電極均為靜止單元。在驅(qū)動(dòng)單元的作用下，屏蔽轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，對(duì)軸向和徑向感應(yīng)電極產(chǎn)生交替性屏蔽作用，從而輸出感應(yīng)電流，測(cè)量三維電場(chǎng)。本發(fā)明體積小、重量輕，而且電場(chǎng)的徑向X，Y方向分量的相互干擾很小。
文檔編號(hào)G01R29/12GK1908684SQ20051008770
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月5日
發(fā)明者白強(qiáng), 張星, 鄭鳳杰, 夏善紅, 陳紹鳳 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所