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

發(fā)明內容
本發(fā)明提出一種小型三維電場傳感器，采用軸向Z方向感應電極和徑向X、Y方向感應電極來分別檢測三個方向的電場強度。由于電場感應電極包含了三維方向，因此在測量電場時，無論電場方向相對電場傳感器探測方向如何變化，所采集的信號都能反映電場的大小。其體積小、重量輕，而且電場的徑向X，Y方向分量的相互干擾減少很多。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是提供一種小型三維電場傳感器，包括傳感器轉子、感應電極、端蓋、支撐板和驅動單元，其中，在支撐板上固接一中空的端蓋，端蓋頂面中心設有一孔；端蓋頂面的中心孔內固接有支架，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，一主軸穿過兩孔設置，主軸與支撐板上的孔動接觸，與端蓋上的孔非接觸，且兩端伸出兩孔上下適當距離；
支架伸出端蓋頂面的部分上，水平固接有軸向感應電極，感應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子，傳感器轉子的頂面呈圓片狀，圓面上設有圓十字形葉片狀的孔，該孔的孔形與軸向感應電極相適配；轉子頂面的圓周緣上，相對的四分之一弧上設有向下的折片，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有驅動單元，驅動單元為一微型電機，其轉子中心孔固接于主軸上，微型電機轉子轉動時帶動主軸旋轉，從而帶動主軸上端固接的傳感器轉子旋轉；其中，端蓋為倒扣的盆狀，側周面由四個弧面與四個平面相間排列組成，平面上固接有徑向感應電極，其底端沿有折成九十度的翻邊，翻邊與支撐板固接。
所述的三維電場傳感器，其所述端蓋側周面上的四個平面成矩形，兩兩相對設置成正十字形，其中，任一相對的兩個平面上固接有徑向X方向感應電極，另兩個相對的平面上固接有徑向Y方向感應電極，X方向和Y方向感應電極都為矩形片狀，與四個平面相適配。
所述的三維電場傳感器，其所述軸向感應電極，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傳感器的方案，與之相比，本發(fā)明的小型三維電場傳感器采用單轉子結構，徑向感應電極采用平面結構，因此電場的徑向X，Y方向分量的相互干擾，同以前提出的方案的圓柱面結構相比，會減少很多，而且尺寸重量上也小很多。


圖1是本發(fā)明小型三維電場傳感器的結構剖面示意圖。
圖2是本發(fā)明小型三維電場傳感器的軸向、徑向電場測量單元原理示意圖。
圖3是本發(fā)明小型三維電場傳感器的立體外觀圖。
具體實施例方式
本發(fā)明小型三維電場傳感器的結構，如圖1，圖2，圖3所示。包括傳感器轉子1、感應電極、端蓋6、支撐板7和驅動單元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，側周面由四個弧面與四個平面相間排列組成，其底端沿有折成九十度的翻邊，翻邊與支撐板7固接，頂面中心設有一孔。端蓋6頂面的中心孔內固接有支架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穿過兩孔設置，主軸9與支撐板7中的孔動接觸，與端蓋6中的孔非接觸，且兩端伸出兩孔上下適當距離。
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)感應電極2、3，兩感應電極2、3呈圓十字形葉片狀，相互疊置，并且葉片相互交叉放置，兩感應電極2、3之間，及與端蓋6頂面之間有一間隙。
端蓋6側周面上的四個平面成矩形，兩兩相對設置成正十字形，其中，任一相對的兩個平面上固接有徑向X方向感應電極4、4a，另兩個相對的平面上固接有徑向Y方向感應電極5、5a，感應電極4、4a、5、5a為矩形片狀，與四個平面相適配。
主軸9伸出支架23中心孔的上端水平固接一傳感器轉子1，傳感器轉子1的頂面呈圓片狀，圓面上設有圓十字形葉片狀的孔1b，該孔1b的孔形與軸向感應電極2、3相適配。轉子1頂面的圓周緣上，相對的四分之一弧上設有向下的折片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的下端面上固設有驅動單元8，驅動單元8為一微型電機，其轉子中心孔固接于主軸9上，微型電機轉子轉動時帶動主軸9旋轉，從而帶動主軸9上端固接的傳感器轉子1旋轉。
小型三維電場傳感器由同一驅動單元8來控制轉動結構，通過三個方向感應電極分別檢測軸向Z方向、徑向X方向和Y方向的電場，并輸出信號到電路單元，各部件按常規(guī)電連接。
軸向電場測量單元，由傳感器轉子1和軸向感應電極2、3構成。徑向電場測量單元，包括由傳感器轉子1和徑向X方向的感應電極4、4a構成的徑向X方向電場測量單元；由傳感器轉子1和徑向Y方向感應電極5、5a構成的徑向Y方向電場測量單元。
在空間電場軸向分量的作用下，當傳感器轉子1旋轉擋住(屏蔽)軸向感應電極2或3時，軸向感應電極2或3上感應電荷量最少，隨著傳感器轉子1的轉動，軸向感應電極2或3上的感應電荷量發(fā)生周期性變化，形成電流，通過此電流檢測軸向電場強度。在空間電場徑向X方向分量的作用下，當傳感器轉子1旋轉擋住(屏蔽)徑向X方向感應電極4、4a時，該感應電極4、4a上的感應電荷量最少，隨著傳感器轉子1的轉動，徑向X方向感應電極4、4a上的感應電荷量發(fā)生周期性變化，形成電流，通過此電流檢測徑向X方向電場強度。在空間電場徑向Y方向分量的作用下，當傳感器轉子1旋轉擋住(屏蔽)徑向Y方向感應電極5、5a時，該感應電極5、5a上的感應電荷量最少，隨著傳感器轉子1的轉動，徑向Y方向感應電極5、5a上的感應電荷發(fā)生周期性變化，形成電流，通過此電流檢測徑向Y方向電場強度。
在實踐中，電場三個方向的分量可能還會存在小范圍的相互影響，因此根據(jù)標定結果，選取合理的校準系數(shù)進行修正。
權利要求
1.一種小型三維電場傳感器，包括傳感器轉子、感應電極、端蓋、支撐板和驅動單元，其中，在支撐板上固接一中空的端蓋，端蓋頂面中心設有一孔；端蓋頂面的中心孔內固接有支架，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，一主軸穿過兩孔設置，主軸與支撐板上的孔動接觸，與端蓋中心孔非接觸，且兩端伸出兩孔上下適當距離；支架伸出端蓋頂面的部分上，水平固接有軸向感應電極，感應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子，傳感器轉子的頂面呈圓片狀，圓面上設有圓十字形葉片狀的孔，該孔的孔形與軸向感應電極相適配；轉子頂面的圓周緣上，相對的四分之一弧上設有向下的折片，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有驅動單元，驅動單元為一微型電機，其轉子中心孔固接于主軸上，微型電機轉子轉動時帶動主軸旋轉，從而帶動主軸上端固接的傳感器轉子旋轉；其特征在于，端蓋為倒扣的盆狀，側周面由四個弧面與四個平面相間排列組成，平面上固接有徑向感應電極，其底端沿有折成九十度的翻邊，翻邊與支撐板固接。
2.如權利要求1所述的三維電場傳感器，其特征在于，所述端蓋側周面上的四個平面成矩形，兩兩相對設置成正十字形，其中，任一相對的兩個平面上固接有徑向X方向感應電極，另兩個相對的平面上固接有徑向Y方向感應電極，X方向和Y方向感應電極都為矩形片狀，與四個平面相適配。
3.如權利要求1所述的三維電場傳感器，其特征在于，所述軸向感應電極，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傳感器，包括傳感器轉子、感應電極、端蓋、支撐板、驅動單元和機殼，其中，端蓋為倒扣的盆狀，側周面由四個弧面與四個平面相間排列組成，平面上固接有徑向感應電極，其底端沿有折成九十度的翻邊，翻邊與支撐板固接。本發(fā)明有一個屏蔽轉子，三個方向感應電極軸向(Z方向)電場感應電極以及徑向(X，Y方向)電場感應電極，三個方向感應電極均為靜止單元。在驅動單元的作用下，屏蔽轉子旋轉，對軸向和徑向感應電極產生交替性屏蔽作用，從而輸出感應電流，測量三維電場。本發(fā)明體積小、重量輕，而且電場的徑向X，Y方向分量的相互干擾很小。
文檔編號G01R29/12GK1908684SQ20051008770
公開日2007年2月7日 申請日期2005年8月5日 優(yōu)先權日2005年8月5日
發(fā)明者白強, 張星, 鄭鳳杰, 夏善紅, 陳紹鳳 申請人:中國科學院電子學研究所