專利名稱：振動屏蔽式電場傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電學(xué)領(lǐng)域，涉及到傳感器技術(shù)和靜電場的測量。
背景技術(shù)：
在工業(yè)生產(chǎn)中，靜電有一定的危害，靜電的監(jiān)測是關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)安全的一項重要的工作，在氣象上，大氣靜電場又是雷暴、閃電監(jiān)測的關(guān)鍵特征參數(shù)，在地震預(yù)警， 石油礦山等行業(yè)靜電監(jiān)測也都是一項重要工作。目前，對靜電場的監(jiān)測主要采用感應(yīng)式靜電測試儀和場磨式靜電測試儀，感應(yīng)式靜電測試儀有規(guī)定的測試距離的限制，并且存在電荷泄漏；場磨式電場儀不受距離限制也無電荷泄漏，但驅(qū)動電機影響其長時間連續(xù)工作，不穩(wěn)定、功耗較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)目前的技術(shù)狀況，提供一種振動屏蔽式電場傳感器，該電場傳感器不需電機驅(qū)動，功耗小，可直接測量電場。本發(fā)明的目的是通過以下措施實現(xiàn)的
一種振動屏蔽式電場傳感器，其特性在于它包括彈性部件、柔性鉸鏈和壓電疊堆、底座，以及成對設(shè)置的屏蔽電極與感應(yīng)電極；所述柔性鉸鏈X方向一端固定在底座上，感應(yīng)電極絕緣地固定在底座上；
壓電疊堆兩端固裝于柔性鉸鏈X方向的兩側(cè)內(nèi)壁上，屏蔽電極設(shè)置于柔性鉸鏈Y方向外端，并通過彈性部件壓緊在柔性鉸鏈Y方向外表面上，屏蔽電極接地且置于成對設(shè)置的感應(yīng)電極上方。成對設(shè)置的屏蔽電極和感應(yīng)電極設(shè)置一對或二對，二對時分別設(shè)置于柔性鉸鏈Y 方向的兩側(cè)。感應(yīng)電極與屏蔽電極均采用形狀相同的E形結(jié)構(gòu)。成對的感應(yīng)電極與屏蔽電極二者錯位或正對設(shè)置。以實現(xiàn)不同的屏蔽面積。彈性部件采用為壓簧或U形彈簧結(jié)構(gòu)，彈性部件一端固定，另一端連接屏蔽電極。 彈性部件一端固定連接壓緊螺母，另一端固定連接屏蔽電極。柔性鉸鏈外形呈橢圓形，X方向?qū)?yīng)長軸，Y方向?qū)?yīng)長軸。柔性鉸鏈可采用單軸結(jié)構(gòu)。屏蔽電極、壓緊螺母和感應(yīng)電極都為金屬材質(zhì)；柔性鉸鏈由彈簧鋼、45鋼、或鈹青銅制成；壓電疊堆由多層具有壓電效應(yīng)的材料堆疊而成。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點
1、本發(fā)明可直接測量電場，測量時不需要確定與帶電體距離。2、不需要場磨式電場儀中的驅(qū)動電機，故功耗小，體積小，基本無機械磨損。本發(fā)明采用壓電材料電致伸縮的原理，產(chǎn)生機械運動，機械運動通過柔性鉸鏈進行放大，推動接地的屏蔽電極作周期性地往復(fù)運動，感應(yīng)電電極上感應(yīng)電荷出現(xiàn)周期性的變化，其感應(yīng)電荷與電場成正比，電荷的變化形成電流，經(jīng)后續(xù)電路放大處理，確定其和電場的關(guān)系。


圖1震蕩屏蔽式靜電傳感器結(jié)構(gòu)原理平面示意圖； 圖2柔性鉸鏈放大機構(gòu)工作原理示意圖。圖中1-壓緊螺母；2-屏蔽電極；3-柔性鉸鏈；4-壓電疊堆；5-感應(yīng)電極；6_U形彈簧。
具體實施例方式下面以圖1為例，說明壓電式靜電傳感器結(jié)構(gòu)原理。在圖1中，傳感器在XOY平面內(nèi)水平放置。傳感器由屏蔽電極2、壓緊螺母1、柔性鉸鏈3、壓電疊堆4、底座、感應(yīng)電極5、 U型彈簧6部分構(gòu)成。屏蔽電極2、壓緊螺母1、感應(yīng)電極5都由金屬構(gòu)成，U型彈簧6、柔性鉸鏈由彈簧鋼，45鋼，或鈹青銅等彈性材料制成，壓電疊堆4由多層具有壓電效應(yīng)的材料堆疊而成。柔性鉸鏈3采用單軸結(jié)構(gòu)，切口形式采用橢圓形結(jié)構(gòu)，其輸出位移較大，最大應(yīng)力適中。在圖1中，屏蔽電極2和感應(yīng)電極5設(shè)置兩對，均采用E形電極，兩對沿Y方向分別置于柔性鉸鏈3的兩側(cè)。(設(shè)置一對也可，但設(shè)置兩對更佳，可減小誤差)。壓電疊堆4置于柔性鉸鏈中間，與柔性鉸鏈3內(nèi)側(cè)左右兩端(X方向)固定，并在壓緊螺母1的作用下，將屏蔽電極2與柔性鉸鏈3上、下方向壓緊。屏蔽電極2接地，屏蔽電極2下方是感應(yīng)電極5， 感應(yīng)電極5絕緣地固定在底座上。屏蔽電極2可以在感應(yīng)電極2上方往復(fù)移動，以遮擋感應(yīng)電極5。在靜電場中工作時，柔性鉸鏈3x方向一端固定在底座上，交流信號電壓加在壓電疊堆上，壓電疊堆產(chǎn)生X方向微小振動，該微小振動經(jīng)柔性鉸鏈放大后，推動屏蔽電極在y 方向往復(fù)運動，由于屏蔽電極2接地，就造成對感應(yīng)電極5的周期性屏蔽，使感應(yīng)電極5上產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電荷，此感應(yīng)電荷與電場成正比，并會形成電流，感應(yīng)電極用屏蔽電纜接入電子電路，接入電路微弱電流經(jīng)I-V變換，濾波，放大，相敏檢波后得到與電場成正比的電壓信號。本發(fā)明的工作原理如下
用一個固定的金屬感應(yīng)片(定片)和一個固定頻率震動的接地動片，交替地使感應(yīng)片在電場中被屏蔽和暴露，由靜電感應(yīng)原理，在感應(yīng)片上就會產(chǎn)生變化的感應(yīng)電荷根據(jù)高斯定理，可以得到感應(yīng)片上的感應(yīng)電荷Q(t)的大小與外界待測電場強度E成正比。即
權(quán)利要求
1.一種振動屏蔽式電場傳感器，其特性在于它包括彈性部件、柔性鉸鏈(3)和壓電疊堆(4)、底座，以及成對設(shè)置的屏蔽電極(2)與感應(yīng)電極(5);所述柔性鉸鏈X方向一端固定在底座上，感應(yīng)電極絕緣地固定在底座上；所述壓電疊堆(4)兩端固裝于柔性鉸鏈(3)X方向的兩側(cè)內(nèi)壁上，屏蔽電極(2)設(shè)置于柔性鉸鏈(3) Y方向外端，并通過彈性部件壓緊在柔性鉸鏈(3) Y方向外表面上，屏蔽電極 (2)接地且置于成對設(shè)置的感應(yīng)電極(5)上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動屏蔽式電場傳感器，其特征在于所述成對設(shè)置的屏蔽電極(2 )和感應(yīng)電極(5 )設(shè)置一對或二對，二對時分別設(shè)置于柔性鉸鏈Y方向的兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動屏蔽式電場傳感器，其特征在于所述感應(yīng)電極(5)與屏蔽電極(2)采用形狀相同的E形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的振動屏蔽式電場傳感器，其特征在于所述成對的感應(yīng)電極 (5)與屏蔽電極(2) 二者錯位或正對設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動屏蔽式電場傳感器，其特征在于所述彈性部件采用為壓簧或U形彈簧結(jié)構(gòu)，彈性部件一端固定，另一端連接屏蔽電極(2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的振動屏蔽式電場傳感器，其特征在于所述彈性部件一端固定連接壓緊螺母(1)，另一端固定連接屏蔽電極(2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動屏蔽式電場傳感器，其特征在于所述柔性鉸鏈(3)外形呈橢圓形，X方向?qū)?yīng)長軸，Y方向?qū)?yīng)長軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的振動屏蔽式電場傳感器，其特征在于所述屏蔽電極(2)、壓緊螺母(1)和感應(yīng)電極(5)都為金屬材質(zhì)；柔性鉸鏈(3)由彈簧鋼、45鋼、或鈹青銅制成；壓電疊堆(4)由多層具有壓電效應(yīng)的材料堆疊而成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動屏蔽式電場傳感器，其特征在于所述柔性鉸鏈采用單軸結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種振動屏蔽式電場傳感器，它包括彈性部件、柔性鉸鏈和壓電疊堆、底座，以及成對設(shè)置的屏蔽電極與感應(yīng)電極；所述柔性鉸鏈X方向一端固定在底座上，感應(yīng)電極絕緣地固定在底座上；壓電疊堆兩端固裝于柔性鉸鏈X方向的兩側(cè)內(nèi)壁上，屏蔽電極設(shè)置于柔性鉸鏈Y方向外端，并通過彈性部件壓緊在柔性鉸鏈Y方向外表面上，屏蔽電極接地且置于成對設(shè)置的感應(yīng)電極上方。它采用壓電材料電致伸縮的原理，產(chǎn)生機械運動，機械運動通過柔性鉸鏈進行放大，推動接地的屏蔽電極作周期性地往復(fù)運動，感應(yīng)電電極上感應(yīng)電荷出現(xiàn)周期性的變化，其感應(yīng)電荷與電場成正比，電荷的變化形成電流，經(jīng)后續(xù)電路放大處理，得到其和電場的關(guān)系。
文檔編號G01R29/12GK102169143SQ201110099538
公開日2011年8月31日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者季鑫源, 行鴻彥 申請人:南京信息工程大學(xué)