一種靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法，其采用三維電場傳感器測試支撐座，實現(xiàn)了對三維電場傳感器的標(biāo)定和測試；同時還是一種多模式自動化標(biāo)定裝置，兼容性好，靈活性高；實現(xiàn)了高壓電源輸出電壓的自動調(diào)節(jié)、電場測量點和調(diào)節(jié)時間間隔任意設(shè)置、電場數(shù)據(jù)自動采集和處理等功能，大大提高了電場傳感器的標(biāo)定效率和精度；采用滑軌連接測試極板結(jié)構(gòu)和屏蔽結(jié)構(gòu)箱體，進(jìn)行標(biāo)定時操作方便，便于維護；設(shè)置導(dǎo)電金屬絲和等分壓電阻串，提高了標(biāo)定精度；電場測試箱內(nèi)部設(shè)置溫度傳感器、濕度傳感器，為電場傳感器環(huán)境適應(yīng)性研究提供重要的參考依據(jù)。
【專利說明】
一種靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電場傳感器的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]雷暴、沙塵暴等極端天氣的形成過程中，大氣電場發(fā)生劇烈變化，采用電場傳感器對大氣電場尤其是空中電場進(jìn)行探測，對極端天氣預(yù)報具有重要作用，對保障人類生命財產(chǎn)安全、飛行器發(fā)射安全等具有重要的意義。
[0003]電場傳感器標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法對電場傳感器性能評估非常關(guān)鍵，在電場傳感器的研究和應(yīng)用領(lǐng)域具有非常重要的作用。電場傳感器作為電場探測的核心器件，使用前必須按測試規(guī)則進(jìn)行全面嚴(yán)格的性能測試和標(biāo)定，確定該傳感器的特性參數(shù)。標(biāo)定裝置產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)電場的精度高低、電場范圍以及標(biāo)定方法等對電場傳感器標(biāo)定測試參數(shù)的影響直接影響電場傳感器的實際探測。
[0004]目前國際上僅有少數(shù)幾個國家建立了電場傳感器測試與標(biāo)定方法的標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)定系統(tǒng)。英國1996年制定的標(biāo)準(zhǔn)(British Standard BS 7506:Part 2:1996)中，提出采用在兩塊平行的平面金屬板上加穩(wěn)定的電壓產(chǎn)生均勻電場進(jìn)行電場傳感器的標(biāo)定，傳感器的敏感頭部分放到金屬板之間，感應(yīng)電極面與其接地金屬平板在一個平面上。IEEE在1990年頒布了一份直流電場強度測量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)于1990年10月12日通過了美國國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會的認(rèn)證。
[0005]我國尚未建立電場測試與標(biāo)定方法的通用標(biāo)準(zhǔn)，電場傳感器研制單位一般采用在兩塊平行金屬板加載穩(wěn)定電壓的方法自行研制標(biāo)定裝置，進(jìn)行一維地面電場傳感器或探空電場傳感器的測試與標(biāo)定。中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心在專利“一種高精度寬量程的大氣電場標(biāo)定系統(tǒng)”(申請?zhí)?201110162132.0)中詳細(xì)闡述了所發(fā)明的大氣電場標(biāo)定系統(tǒng)的實施方法，但該標(biāo)定系統(tǒng)不能對三維電場傳感器進(jìn)行標(biāo)定，并且該標(biāo)定系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定時電壓調(diào)節(jié)為手動調(diào)節(jié)。華北電力大學(xué)在專利“直流電場測量儀的標(biāo)定裝置及其標(biāo)定與校驗方法”(申請?zhí)?201310054272.5)中公開了一種標(biāo)定裝置及其標(biāo)定與效驗方法，該裝置也不能對三維電場傳感器進(jìn)行標(biāo)定。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一)要解決的技術(shù)問題
[0007]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供了一種靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法。
[0008](二)技術(shù)方案
[0009]本發(fā)明提供了一種靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置，包括:電場測試箱1和三維電場傳感器測試支撐座，其中，所述電場測試箱1包括:屏蔽結(jié)構(gòu)箱體和位于所述屏蔽箱體內(nèi)部的測試極板結(jié)構(gòu)11，其中，所述屏蔽結(jié)構(gòu)箱體的頂面開有箱體操作孔，所述箱體操作孔具有配套的箱體操作孔蓋板8;所述測試極板結(jié)構(gòu)11包括由上至下的三層極板:上極板12、中極板13和下極板14,其中，所述上極板12開有上極板操作孔，并具有與上極板操作孔配套的上極板操作孔蓋板21，中極板13開有轉(zhuǎn)接孔，并具有與轉(zhuǎn)接孔尺寸匹配的轉(zhuǎn)接板22;三維電場傳感器測試支撐座放置于所述轉(zhuǎn)接板22上，用于放置被測三維電場傳感器。
[0010]優(yōu)選地，所述三維電場傳感器測試支撐座包括:三維電場傳感器軸向測試支撐座 25，其為一 “U”型結(jié)構(gòu)，其兩側(cè)壁頂端各具有一水平側(cè)板，水平側(cè)板的長度等于側(cè)壁的長度； 三維電場傳感器徑向測試支撐座26，其為一 “U”型結(jié)構(gòu)，其兩側(cè)壁頂端各具有一水平側(cè)板， 水平側(cè)板的長度大于側(cè)壁的長度;三維電場傳感器雙徑向同步測試支撐座27，其為一 “V”型結(jié)構(gòu)，其兩側(cè)壁頂端各具有一水平側(cè)板，水平側(cè)板的長度大于側(cè)壁的長度。
[0011]優(yōu)選地，所述自動化標(biāo)定裝置為一兼容三維、一維和微型靜電場傳感器自動化標(biāo)定的多模式自動化標(biāo)定裝置，其還包括:一維電場傳感器測試支撐座23、一維微型電場傳感器測試支撐座24以及三維微型電場傳感器測試支撐座；其中，所述三維微型電場傳感器測試支撐座包括:三維微型電場傳感器軸向測試支撐座、三維微型電場傳感器徑向測試支撐座和三維微型電場傳感器雙徑向同步測試支撐座。
[0012]優(yōu)選地，還包括:低端正極性直流高壓電源2、高端正極性直流高壓電源3、低端負(fù)極性直流高壓電源4、高端負(fù)極性直流高壓電源5、數(shù)據(jù)采集模塊6和計算機終端7,其中，所述計算機終端7連接低端正極性直流高壓電源2、高端正極性直流高壓電源3、低端負(fù)極性直流高壓電源4、高端負(fù)極性直流高壓電源5和數(shù)據(jù)采集模塊6,所述數(shù)據(jù)采集模塊6連接被測電場傳感器，屏蔽結(jié)構(gòu)箱體的側(cè)面安裝高壓接頭，低端正極性直流高壓電源2、高端正極性直流高壓電源3通過高壓接頭將電壓引入到屏蔽結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)部，并通過引線接到上極板12 和下極板14中的一個;低端負(fù)極性直流高壓電源4、高端負(fù)極性直流高壓電源5通過高壓接頭將電壓引入到屏蔽結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)部，并通過引線接到上極板12和下極板14中的另一個，中極板13電氣連接到地。
[0013]優(yōu)選地，所述屏蔽結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)部設(shè)置溫度傳感器、濕度傳感器，所述數(shù)據(jù)采集模塊 6連接溫度傳感器和濕度傳感器，數(shù)據(jù)采集模塊6對溫度和濕度信號進(jìn)行采集并傳輸?shù)接嬎銠C終端7,計算機終端7得到環(huán)境參數(shù)。
[0014]優(yōu)選地，屏蔽結(jié)構(gòu)箱體的一側(cè)面開有對開門9,測試極板結(jié)構(gòu)11還包括:支撐底板 15、滑軌16、絕緣支撐柱結(jié)構(gòu)17和絕緣固定螺母18;其中，所述絕緣支撐柱結(jié)構(gòu)17包括若干豎直的絕緣支撐柱，絕緣固定螺母18將下極板、中極板、上極板的側(cè)邊和頂角固定于絕緣支撐柱，并將絕緣支撐柱固定于支撐底板15上，所述支撐底板15通過滑軌16與屏蔽結(jié)構(gòu)箱體底面連接一體，形成所述測試極板結(jié)構(gòu)11。
[0015]優(yōu)選地，屏蔽結(jié)構(gòu)箱體的對開門縫隙處安裝導(dǎo)電彈片;和/或沿豎直方向等距離在絕緣支撐柱結(jié)構(gòu)17上纏繞多圈導(dǎo)電金屬絲20,沿豎直方向在多圈導(dǎo)電金屬絲上設(shè)置一等分壓電阻串19,等分壓電阻串中的每一電阻連接相鄰的兩圈導(dǎo)電金屬絲，以減少邊緣效應(yīng)的影響。
[0016]本發(fā)明還提供了一種靜電場傳感器的自動化標(biāo)定方法，其利用上述靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置，包括:步驟A:獲取被測電場傳感器的輸出信號；以及步驟B:基于被測電場傳感器的輸出信號得到被測電場傳感器的標(biāo)定參數(shù)。
[0017]優(yōu)選地，所述步驟A具體包括:子步驟A1:利用三維電場傳感器徑向測試支撐座26或三維微型電場傳感器徑向測試支撐座，進(jìn)行三維電場傳感器或三維微型電場傳感器徑向電極X方向的標(biāo)定，獲取徑向電極X方向的輸出信號;子步驟A2:利用三維電場傳感器徑向測試支撐座26或三維微型電場傳感器徑向測試支撐座，進(jìn)行三維電場傳感器或三維微型電場傳感器徑向電極Y方向的標(biāo)定，獲取徑向電極Y方向的輸出信號;子步驟A3:利用三維電場傳感器軸向測試支撐座25或三維微型電場傳感器軸向測試支撐座，進(jìn)行三維電場傳感器或三維微型電場傳感器軸向電極Z方向的標(biāo)定，獲取軸向電極Z方向的輸出信號；以及子步驟A4: 利用三維電場傳感器雙徑向測試支撐座27或三維微型電場傳感器雙徑向同步測試支撐座， 進(jìn)行三維電場傳感器或三維微型電場傳感器雙徑向電極X、Y方向的同步標(biāo)定，獲取徑向電極的輸出信號。
[0018] 優(yōu)選地，所述步驟A具體包括:利用一維電場傳感器測試支撐座23或一維微型電場傳感器測試支撐座24,獲取一維電場傳感器或一維微型電場傳感器的輸出信號。[0〇19](三)有益效果
[0020]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法具有以下有益效果:
[0021](1)采用三維電場傳感器測試支撐座，實現(xiàn)了對三維電場傳感器的標(biāo)定和測試，解決了現(xiàn)有技術(shù)無法進(jìn)行三維電場傳感器標(biāo)定的問題，取得了良好的技術(shù)效果；
[0022](2)選用一維電場傳感器測試支撐座和微型電場傳感器測試支撐座，實現(xiàn)了對一維電場傳感器和微型電場傳感器的標(biāo)定和測試，是一種多模式自動化標(biāo)定裝置，兼容性好， 靈活性尚；
[0023](3)利用計算機終端、高壓電源、信號采集器給被測電場傳感器供電，采集被測電場傳感器輸出信號，實現(xiàn)了高壓電源輸出電壓的自動調(diào)節(jié)、電場測量點和調(diào)節(jié)時間間隔任意設(shè)置、電場數(shù)據(jù)自動采集和處理等功能，大大提高了電場傳感器的標(biāo)定效率和精度，對電場傳感器的大批量化標(biāo)定測試具有重要意義；
[0024](4)采用滑軌連接測試極板結(jié)構(gòu)和屏蔽結(jié)構(gòu)箱體，進(jìn)行標(biāo)定時操作方便，便于維護；
[0025](5)設(shè)置導(dǎo)電金屬絲和等分壓電阻串，屏蔽結(jié)構(gòu)箱體的對開門縫隙處安裝導(dǎo)電彈片，屏蔽結(jié)構(gòu)箱體各個面的結(jié)合處均粘貼錫箱導(dǎo)電膠帶，提高了標(biāo)定精度；
[0026](6)電場測試箱內(nèi)部設(shè)置溫度傳感器、濕度傳感器，可自動獲取溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)信息，用于電場傳感器性能參數(shù)受環(huán)境變化影響的分析與評估，為電場傳感器環(huán)境適應(yīng)性研究提供重要的參考依據(jù)?！靖綀D說明】
[0027]圖1為本發(fā)明實施例的靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明實施例的電場測試箱示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明實施例的測試極板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4為本發(fā)明實施例的帶導(dǎo)電金屬絲和等分壓電阻的測試極板結(jié)構(gòu)示意圖；[0031 ]圖5為本發(fā)明實施例的上極板操作孔蓋板示意圖；
[0032]圖6為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)接板示意圖；
[0033]圖7(a)、圖7(b)、圖7(c)、圖7(d)、圖7(e)分別為本發(fā)明實施例的一維電場傳感器測試支撐座、一維微型電場傳感器測試支撐座、三維電場傳感器軸向測試支撐座、三維電場傳感器徑向測試支撐座和三維電場傳感器雙徑向同步測試支撐座的示意圖。
[0034]【符號說明】[〇〇35]1-電場測試箱;2-低端正極性直流高壓電源:3_高端正極性直流高壓電源;4-低端負(fù)極性直流高壓電源;5-高端負(fù)極性直流高壓電源;6-數(shù)據(jù)采集模塊;7-計算機終端;8-箱體操作孔蓋板;9-對開門；10-加強筋結(jié)構(gòu)；11-測試極板結(jié)構(gòu)；12-上極板;13-中極板;14-下極板；15-支撐底板；16-滑軌；17-絕緣支撐柱結(jié)構(gòu)；18-絕緣固定螺母；19-等分壓電阻串； 20-導(dǎo)電金屬絲;21-上極板操作孔蓋板;22-轉(zhuǎn)接板;23-—維電場傳感器測試支撐座:24-— 維微型電場傳感器測試支撐座；25-三維電場傳感器軸向測試支撐座；26-三維電場傳感器徑向測試支撐座;27-三維電場傳感器雙徑向同步測試支撐座?！揪唧w實施方式】
[0036]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0037]隨著對高準(zhǔn)確性、高可靠性電場探測需求不斷增加，三維電場探測技術(shù)逐漸發(fā)展起來。尤其是空中電場的情況比較復(fù)雜，比如雷暴云中的電場受云中電荷分布的影響且隨著云層的運動不斷變化，呈現(xiàn)三維特性，采用球載探測時電場傳感器運行姿態(tài)搖擺不定，采用三維電場傳感器進(jìn)行電場測量的方法可以提高電場探測的準(zhǔn)確度。[〇〇38]參照圖1至圖7,本發(fā)明第一實施例提供了一種靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置， 包括:電場測試箱1和三維電場傳感器測試支撐座，其中，
[0039]電場測試箱1包括:屏蔽結(jié)構(gòu)箱體和位于屏蔽箱體內(nèi)部的測試極板結(jié)構(gòu)11，其中，
[0040]屏蔽結(jié)構(gòu)箱體的頂面開有箱體操作孔，箱體操作孔具有配套的箱體操作孔蓋板8; [〇〇41 ]測試極板結(jié)構(gòu)11包括由上至下的三層極板:上極板12、中極板13和下極板14，其中，上極板12開有上極板操作孔，并具有與上極板操作孔配套的上極板操作孔蓋板21，中極板13開有轉(zhuǎn)接孔，并具有與轉(zhuǎn)接孔尺寸匹配的轉(zhuǎn)接板22;[〇〇42]三維電場傳感器測試支撐座放置于所述轉(zhuǎn)接板22上，用于放置被測三維電場傳感器。[〇〇43]本發(fā)明第一實施例的靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置，進(jìn)行標(biāo)定時，先將三維電場傳感器測試支撐座放置于轉(zhuǎn)接板22上，再通過箱體操作孔與上極板操作孔將三維電場傳感器放置在三維電場傳感器測試支撐座上，并將上極板操作孔蓋板21蓋在上極板操作孔上，使上極板12形成封閉平面，便于上極板12在加載電壓后與中極板13之間形成勻強電場， 再將箱體操作孔蓋板8蓋在箱體操作孔上，封閉屏蔽結(jié)構(gòu)箱體，以形成封閉的屏蔽空間，即可對三維電場傳感器進(jìn)行標(biāo)定。三維電場傳感器測試支撐座跟據(jù)傳感器的具體結(jié)構(gòu)形狀加工，本發(fā)明舉例的測試支撐座根據(jù)本發(fā)明中所用的三維電場傳感器結(jié)構(gòu)加工，并不局限于此結(jié)構(gòu)。
[0044]優(yōu)選地，所述三維電場傳感器測試支撐座包括:
[0045]三維電場傳感器軸向測試支撐座25,其為一 “U”型結(jié)構(gòu)，其兩側(cè)壁頂端各具有一水平側(cè)板，水平側(cè)板的長度等于側(cè)壁的長度。
[0046]三維電場傳感器徑向測試支撐座26,其為一 “U”型結(jié)構(gòu)，其兩側(cè)壁頂端各具有一水平側(cè)板，水平側(cè)板的長度大于側(cè)壁的長度。
[0047]三維電場傳感器雙徑向同步測試支撐座27，其為一 “V”型結(jié)構(gòu)，其兩側(cè)壁頂端各具有一水平側(cè)板，水平側(cè)板的長度大于側(cè)壁的長度。[〇〇48]本發(fā)明的三維電場傳感器測試支撐座不限于上述三種結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)只要與被測三維電場傳感器結(jié)構(gòu)匹配即可，也就是說，所有與被測三維電場傳感器結(jié)構(gòu)匹配的三維電場傳感器測試支撐座均屬于本發(fā)明的保護范圍。[〇〇49]其中，所述轉(zhuǎn)接板22開有矩形孔，將所述三維電場傳感器軸向測試支撐座25、三維電場傳感器徑向測試支撐座26和三維電場傳感器雙徑向同步測試支撐座27放置于轉(zhuǎn)接板的矩形孔中，其水平側(cè)板將三維電場傳感器測試支撐座支撐在轉(zhuǎn)接板22上。
[0050]本發(fā)明第一實施例的靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置，采用三維電場傳感器測試支撐座，實現(xiàn)了對三維電場傳感器的標(biāo)定和測試，解決了現(xiàn)有技術(shù)無法進(jìn)行三維電場傳感器標(biāo)定的問題，取得了良好的技術(shù)效果。
[0051]本發(fā)明第二實施例的靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置，為了達(dá)到簡要說明的目的，上述第一實施例中任何可作相同應(yīng)用的技術(shù)特征敘述皆并于此，無需再重復(fù)相同敘述。 [〇〇52]靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置為一多模式自動化標(biāo)定裝置，其可兼容三維、一維和微型靜電場傳感器的自動化標(biāo)定，該靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置還包括:一維電場傳感器測試支撐座23、一維微型電場傳感器測試支撐座24以及三維微型電場傳感器測試支撐座。[〇〇53] 其中，所述三維微型電場傳感器測試支撐座包括:三維微型電場傳感器軸向測試支撐座、三維微型電場傳感器徑向測試支撐座和三維微型電場傳感器雙徑向同步測試支撐座。
[0054]本發(fā)明第二實施例的靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置，進(jìn)行標(biāo)定時，先將一維電場傳感器測試支撐座23、一維微型電場傳感器測試支撐座24或三維微型電場傳感器測試支撐座放置于轉(zhuǎn)接板22上，再通過箱體操作孔與上極板操作孔將一維電場傳感器或微型電場傳感器放置在上述測試支撐座上，并將上極板操作孔蓋板21蓋在上極板操作孔上，使上極板12形成封閉平面，便于上極板12在加載電壓后與中極板13之間形成勻強電場，再將箱體操作孔蓋板8蓋在箱體操作孔上，封閉屏蔽結(jié)構(gòu)箱體，以形成封閉的屏蔽空間，即可對一維電場傳感器或微型電場傳感器進(jìn)行標(biāo)定。[〇〇55]優(yōu)選地，所述一維電場傳感器測試支撐座23為中間開有圓形通孔的矩形平板，其尺寸略大于轉(zhuǎn)接板的矩形孔。所述微型電場傳感器測試支撐座為中間開有矩形通孔的矩形平板，其尺寸略大于轉(zhuǎn)接板的矩形孔。
[0056]本發(fā)明第二實施例的靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置，選用一維電場傳感器測試支撐座23、一維微型電場傳感器測試支撐座24或三維微型電場傳感器測試支撐座，實現(xiàn)了對一維電場傳感器和微型電場傳感器的標(biāo)定和測試，是一種多模式自動化標(biāo)定裝置，兼容性好，靈活性高。
[0057]本發(fā)明第三實施例的靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置，為了達(dá)到簡要說明的目的，上述任一實施例中任何可作相同應(yīng)用的技術(shù)特征敘述皆并于此，無需再重復(fù)相同敘述。 [〇〇58]該靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置還包括:低端正極性直流高壓電源2、高端正極性直流高壓電源3、低端負(fù)極性直流高壓電源4、高端負(fù)極性直流高壓電源5、數(shù)據(jù)采集模塊6和計算機終端7,其中，[〇〇59] 計算機終端7連接低端正極性直流高壓電源2、高端正極性直流高壓電源3、低端負(fù)極性直流高壓電源4、高端負(fù)極性直流高壓電源5和數(shù)據(jù)采集模塊6,數(shù)據(jù)采集模塊6連接被測電場傳感器，
[0060]屏蔽結(jié)構(gòu)箱體的側(cè)面安裝高壓接頭，低端正極性直流高壓電源2、高端正極性直流高壓電源3通過高壓接頭將電壓引入到屏蔽結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)部，內(nèi)部再通過引線接到上極板12 和下極板14中的一個，低端負(fù)極性直流高壓電源4、高端負(fù)極性直流高壓電源5通過高壓接頭將電壓引入到屏蔽結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)部，內(nèi)部再通過引線接到上極板12和下極板14中的另一個，中極板13電氣連接到地。
[0061]優(yōu)選地，低端高壓電源采用兩臺吉時利2410源表，其具有兩種極性輸出方式，電壓范圍0?1100V，精度優(yōu)于0.05%，可以遠(yuǎn)程控制，兩臺2410源表分別作為低端正極性直流高壓電源2與低端負(fù)極性直流高壓電源4,加載到上、下極板12、14上，用于產(chǎn)生0V/m-5000V/m 的電場強度。[〇〇62] 高端高壓電源采用兩臺ISEG高精度可控高壓電源(HPx 300 106)，最大輸出 30000V，電源精度優(yōu)于0.5%，可以遠(yuǎn)程控制，兩臺ISEG電源分別為高端正極性直流高壓電源3與高端負(fù)極性直流高壓電源5,加載到上、下極板12、14上，用于產(chǎn)生51^/111-1501^111的電場強度。[〇〇63]優(yōu)選地，靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置的電場強度范圍為0V/m-150kV/m;或者最大電場強度也可以大于150kV/m，當(dāng)采用電壓輸出大于30000V的電源時，可以提供高于 150kV/m的高精度電場強度。
[0064]信號采集器6用于給被測電場傳感器供電、采集被測電場傳感器輸出信號，并將信號輸出到計算機終端7進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。[〇〇65] 計算機終端7采用遠(yuǎn)程控制方式對低端正極性直流高壓電源2、高端正極性直流高壓電源3、低端負(fù)極性直流高壓電源4、高端負(fù)極性直流高壓電源5的輸出電壓進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，并對信號采集器6的輸出信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到標(biāo)定參數(shù)。
[0066]其中，被測電場傳感器可輸出串行數(shù)字信號，也可輸出多路模擬電壓信號。
[0067]優(yōu)選地，屏蔽結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)部設(shè)置溫度傳感器、濕度傳感器等環(huán)境傳感器，數(shù)據(jù)采集模塊6連接溫度傳感器和濕度傳感器，數(shù)據(jù)采集模塊6對溫度和濕度信號進(jìn)行采集并傳輸?shù)接嬎銠C終端7,計算機終端7得到環(huán)境參數(shù)。
[0068]本發(fā)明第三實施例的靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置，進(jìn)行標(biāo)定時，計算機終端7 控制低端正極性直流高壓電源2和低端負(fù)極性直流高壓電源4,或者高端正極性直流高壓電源3和高端負(fù)極性直流高壓電源5加載電壓，信號采集器6給被測電場傳感器供電，采集被測電場傳感器輸出信號，以及溫度傳感器、濕度傳感器的輸出信號，計算機終端7計算得到被測電場傳感器不確定度、線性度、重復(fù)性、測量誤差等靜態(tài)性能指標(biāo)，并快速獲取被測電場傳感器斜率、截距等參數(shù);還可獲取溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)信息，用于被測電場傳感器環(huán)境變化影響的性能評估。
[0069]本發(fā)明第三實施例的靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置，可以實現(xiàn)高壓電源輸出電壓的自動調(diào)節(jié)、電場測量點和調(diào)節(jié)時間間隔任意設(shè)置、電場數(shù)據(jù)自動采集和處理等功能，大大提高了電場傳感器的標(biāo)定效率和精度，對電場傳感器的大批量化標(biāo)定測試具有重要意義。
[0070]本發(fā)明第四實施例的靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置，為了達(dá)到簡要說明的目的，上述任一實施例中任何可作相同應(yīng)用的技術(shù)特征敘述皆并于此，無需再重復(fù)相同敘述。
[0071]屏蔽結(jié)構(gòu)箱體的一側(cè)面開有對開門9，測試極板結(jié)構(gòu)11還包括:支撐底板15、滑軌 16、絕緣支撐柱結(jié)構(gòu)17和絕緣固定螺母18。[〇〇72]絕緣支撐柱結(jié)構(gòu)17包括若干豎直的絕緣支撐柱，絕緣固定螺母18將下極板、中極板、上極板的側(cè)邊和頂角固定于絕緣支撐柱，并將絕緣支撐柱固定于支撐底板15上，支撐底板15通過兩個滑軌16與屏蔽結(jié)構(gòu)箱體底面連接一體，從而形成所述測試極板結(jié)構(gòu)11。
[0073]本發(fā)明第四實施例的靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置，可以打開屏蔽結(jié)構(gòu)箱體的對開門，通過該滑軌16,可以將該測試極板結(jié)構(gòu)11水平拉出屏蔽結(jié)構(gòu)箱體，便于進(jìn)行清潔極板灰塵等維護工作。
[0074]優(yōu)選地，屏蔽結(jié)構(gòu)箱體的對開門縫隙處安裝導(dǎo)電彈片，確保屏蔽效果;沿豎直方向等距離在絕緣支撐柱結(jié)構(gòu)17上纏繞多圈導(dǎo)電金屬絲20,沿豎直方向在多圈導(dǎo)電金屬絲上設(shè)置一等分壓電阻串19,等分壓電阻串19中的每一電阻連接相鄰的兩圈導(dǎo)電金屬絲，以減少邊緣效應(yīng)的影響。[0〇75]優(yōu)選地，中極板13與上極板12、中極板13與下極板14的間距均為200mm，極板為矩形，邊長為650mm;屏蔽結(jié)構(gòu)箱體各個面的結(jié)合處均粘貼錫箱導(dǎo)電膠帶，確保屏蔽效果;屏蔽結(jié)構(gòu)箱體、測試極板結(jié)構(gòu)11均采用無磁性的不銹鋼板材;對開門的門板上安裝了加強筋結(jié)構(gòu)10以增大強度。極板邊長和間距也可以是其他尺寸，并不限于本實施例的給出的數(shù)值。
[0076]本發(fā)明第四實施例的靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置，進(jìn)行標(biāo)定時操作方便，便于維護，并且提高了標(biāo)定精度。
[0077]在本發(fā)明的第五實施例中，提供了一種靜電場傳感器的自動化標(biāo)定方法，其利用上述任一實施例的靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置，包括:
[0078]步驟A:獲取被測電場傳感器的輸出信號。[0〇79]當(dāng)標(biāo)定三維電場傳感器時，步驟A具體包括:
[0080]子步驟A1:進(jìn)行被測電場傳感器徑向電極X方向的標(biāo)定，獲取徑向電極X方向的輸出信號。
[0081]子步驟A1具體包括:將被測電場傳感器放置在三維電場傳感器徑向測試支撐座26 上，再將三維電場傳感器徑向測試支撐座26放置于中極板13上，使得被測電場傳感器的徑向電極X暴露在電場中，徑向電極X的法線方向與電場方向一致，控制高壓電源按照預(yù)定的測試點輸出，獲取被測電場傳感器的輸出信號。
[0082]子步驟A2:進(jìn)行被測電場傳感器徑向電極Y方向的標(biāo)定，獲取徑向電極Y方向的輸出信號。[〇〇83] 子步驟A2具體包括:將被測電場傳感器放置在三維電場傳感器徑向測試支撐座26 上，再將三維電場傳感器徑向測試支撐座26放置于中極板13上，使得被測電場傳感器的徑向電極Y暴露在電場中，徑向電極Y的法線方向與電場方向一致，控制高壓電源按照預(yù)定的測試點輸出，并獲取被測電場傳感器的輸出信號。
[0084]子步驟A3:進(jìn)行被測電場傳感器軸向電極Z方向的標(biāo)定，獲取軸向電極Z方向的輸出信號。
[0085]子步驟A3具體包括:將被測電場傳感器放置在三維電場傳感器軸向測試支撐座25 上，再將三維電場傳感器軸向測試支撐座25放置于中極板13上，使得被測電場傳感器的軸向電極Z暴露在電場中，軸向電極Z的法線方向與電場方向一致，控制高壓電源按照預(yù)定的測試點輸出，并獲取被測電場傳感器的輸出信號。
[0086]子步驟A4:進(jìn)行被測電場傳感器雙徑向電極X、Y方向的同步標(biāo)定，獲取徑向電極的輸出信號。[〇〇87] 子步驟A4具體包括:將被測電場傳感器放置在三維電場傳感器雙徑向測試支撐座 27上，再將三維電場傳感器雙徑向測試支撐座27放置于中極板13上，使得被測電場傳感器的雙徑向電極X、Y均暴露在電場中，徑向電極X、Y的法線方向與電場方向呈一定夾角(本例為45° )，控制高壓電源按照預(yù)定的測試點輸出，同步獲取被測電場傳感器的雙徑向輸出信號。優(yōu)選地，可互換上極板12和下極板14的高壓電源的極性，對上述子步驟A1、A2和A3可進(jìn)行多個正反行程的測試并將輸出信號的平均值作為測試結(jié)果。[〇〇88]當(dāng)標(biāo)定三維微型電場傳感器時，只需將步驟A中的三維電場傳感器徑向測試支撐座26、三維電場傳感器軸向測試支撐座25和三維電場傳感器雙徑向測試支撐座27更換為三維微型電場傳感器徑向測試支撐座、三維微型電場傳感器軸向測試支撐座和三維微型電場傳感器雙徑向同步測試支撐座即可完成標(biāo)定。
[0089]當(dāng)標(biāo)定一維電場傳感器時，步驟A具體包括:將被測電場傳感器放置在一維電場傳感器測試支撐座23上，再將一維電場傳感器測試支撐座23放置于中極板13上，使得被測電場傳感器感應(yīng)電極的法線方向與電場方向一致，屏蔽電極與中極板13保持在一個平面上， 控制高壓電源按照預(yù)定的測試點輸出，獲取被測電場傳感器的輸出信號。
[0090]當(dāng)標(biāo)定一維微型電場傳感器時，只需將步驟A中的一維電場傳感器測試支撐座23 更換為一維微型電場傳感器測試支撐座24即可完成標(biāo)定。[〇〇91] 優(yōu)選地，可互換上極板12和下極板14的高壓電源的極性，對上述步驟A進(jìn)行多個正反行程的測試并將輸出信號的平均值作為測試結(jié)果。
[0092]步驟B:基于被測電場傳感器的輸出信號得到被測電場傳感器的標(biāo)定參數(shù)。
[0093]步驟B具體包括:對輸出信號進(jìn)行處理，得到被測電場傳感器的擬合曲線，并獲取標(biāo)定參數(shù)。[〇〇94]優(yōu)選地，該標(biāo)定參數(shù)包括截距、斜率、不確定度、線性度、重復(fù)性、靈敏度等。
[0095]本發(fā)明實施例可以對三維、一維、微型等多種結(jié)構(gòu)的靜電場傳感器進(jìn)行自動化標(biāo)定測試，獲取傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)，在0V/m-150kV/m的電場測量范圍內(nèi)，測量不確定度優(yōu)于 1 %，大大提高了電場傳感器的標(biāo)定效率，以三維電場傳感器為例，標(biāo)定時間由1個小時縮短至IJ10分鐘;一維或MEMS電場傳感器的標(biāo)定時間由30分鐘縮短至IJ5分鐘以內(nèi)，可廣泛用于電場傳感器的批量化標(biāo)定測試。[〇〇96]需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，上述對各元件的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進(jìn)行簡單地更改或替換，例如:[〇〇97](1)還可以采用其他結(jié)構(gòu)的屏蔽結(jié)構(gòu)箱體；[〇〇98](2)還可以采用其他結(jié)構(gòu)的測試極板結(jié)構(gòu)；
[0099](3)本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但這些參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)值；[〇1〇〇] (4)實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來限制本發(fā)明的保護范圍；
[0101](5)上述實施例可基于設(shè)計及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實施例混合搭配使用，即不同實施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實施例。
[0102]綜上所述，本發(fā)明提供的一種靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法，可以對三維電場傳感器進(jìn)行測試與標(biāo)定，還可用于一維、微型等多種結(jié)構(gòu)的電場傳感器測試與標(biāo)定，便于安放轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)及極板清潔等維護工作，操作便捷性得到了極大提高，可實現(xiàn)測試箱內(nèi)部電場的自動化高精度調(diào)節(jié)，大大提高了電場傳感器的標(biāo)定效率，對電場傳感器的大批量化標(biāo)定測試具有重要意義，可自動獲取溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)信息，為電場傳感器環(huán)境適應(yīng)性研究提供重要的參考依據(jù)。
[0103]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置，其特征在于，包括:電場測試箱(1)和三維電 場傳感器測試支撐座，其中，所述電場測試箱(1)包括:屏蔽結(jié)構(gòu)箱體和位于所述屏蔽箱體內(nèi)部的測試極板結(jié)構(gòu) (11)，其中，所述屏蔽結(jié)構(gòu)箱體的頂面開有箱體操作孔，所述箱體操作孔具有配套的箱體操作孔蓋 板⑶；所述測試極板結(jié)構(gòu)(11)包括由上至下的三層極板:上極板(12)、中極板(13)和下極板 (14)，其中，所述上極板(12)開有上極板操作孔，并具有與上極板操作孔配套的上極板操作 孔蓋板(21 )，中極板(13)開有轉(zhuǎn)接孔，并具有與轉(zhuǎn)接孔尺寸匹配的轉(zhuǎn)接板(22);三維電場傳感器測試支撐座放置于所述轉(zhuǎn)接板(22)上，用于放置被測三維電場傳感器。2.如權(quán)利要求1所述的自動化標(biāo)定裝置，其特征在于，所述三維電場傳感器測試支撐座 包括:三維電場傳感器軸向測試支撐座(25)，其為一“U”型結(jié)構(gòu)，其兩側(cè)壁頂端各具有一水平 側(cè)板，水平側(cè)板的長度等于側(cè)壁的長度；三維電場傳感器徑向測試支撐座(26)，其為一“U”型結(jié)構(gòu)，其兩側(cè)壁頂端各具有一水平 側(cè)板，水平側(cè)板的長度大于側(cè)壁的長度；三維電場傳感器雙徑向同步測試支撐座(27)，其為一“V”型結(jié)構(gòu)，其兩側(cè)壁頂端各具有 一水平側(cè)板，水平側(cè)板的長度大于側(cè)壁的長度。3.如權(quán)利要求1所述的自動化標(biāo)定裝置，其特征在于，所述自動化標(biāo)定裝置為一兼容三 維、一維和微型靜電場傳感器自動化標(biāo)定的多模式自動化標(biāo)定裝置，其還包括:一維電場傳 感器測試支撐座(23)、一維微型電場傳感器測試支撐座(24)以及三維微型電場傳感器測試 支撐座；其中，所述三維微型電場傳感器測試支撐座包括:三維微型電場傳感器軸向測試支撐 座、三維微型電場傳感器徑向測試支撐座和三維微型電場傳感器雙徑向同步測試支撐座。4.如權(quán)利要求1所述的自動化標(biāo)定裝置，其特征在于，還包括:低端正極性直流高壓電 源(2)、高端正極性直流高壓電源(3)、低端負(fù)極性直流高壓電源(4)、高端負(fù)極性直流高壓 電源(5)、數(shù)據(jù)采集模塊(6)和計算機終端(7)，其中，所述計算機終端(7)連接低端正極性直流高壓電源(2)、高端正極性直流高壓電源(3)、 低端負(fù)極性直流高壓電源(4)、高端負(fù)極性直流高壓電源(5)和數(shù)據(jù)采集模塊(6)，所述數(shù)據(jù) 采集模塊(6)連接被測電場傳感器，屏蔽結(jié)構(gòu)箱體的側(cè)面安裝高壓接頭，低端正極性直流高壓電源(2)、高端正極性直流高 壓電源(3)通過高壓接頭將電壓引入到屏蔽結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)部，并通過引線接到上極板(12)和 下極板(14)中的一個;低端負(fù)極性直流高壓電源(4)、高端負(fù)極性直流高壓電源(5)通過高 壓接頭將電壓引入到屏蔽結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)部，并通過引線接到上極板(12)和下極板(14)中的另 一個，中極板(13)電氣連接到地。5.如權(quán)利要求4所述的自動化標(biāo)定裝置，其特征在于，所述屏蔽結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)部設(shè)置溫度 傳感器、濕度傳感器，所述數(shù)據(jù)采集模塊(6)連接溫度傳感器和濕度傳感器，數(shù)據(jù)采集模塊 (6)對溫度和濕度信號進(jìn)行采集并傳輸?shù)接嬎銠C終端(7)，計算機終端(7)得到環(huán)境參數(shù)。6.如權(quán)利要求1所述的自動化標(biāo)定裝置，其特征在于，屏蔽結(jié)構(gòu)箱體的一側(cè)面開有對開 門(9)，測試極板結(jié)構(gòu)(11)還包括:支撐底板(15)、滑軌(16)、絕緣支撐柱結(jié)構(gòu)(17)和絕緣固 定螺母(18);其中，所述絕緣支撐柱結(jié)構(gòu)(17)包括若干豎直的絕緣支撐柱，絕緣固定螺母(18)將下極板、 中極板、上極板的側(cè)邊和頂角固定于絕緣支撐柱，并將絕緣支撐柱固定于支撐底板(15)上， 所述支撐底板15通過滑軌(16)與屏蔽結(jié)構(gòu)箱體底面連接一體，形成所述測試極板結(jié)構(gòu) (11)〇7.如權(quán)利要求6所述的自動化標(biāo)定裝置，其特征在于，屏蔽結(jié)構(gòu)箱體的對開門縫隙處安 裝導(dǎo)電彈片;和/或沿豎直方向等距離在絕緣支撐柱結(jié)構(gòu)(17)上纏繞多圈導(dǎo)電金屬絲(20)， 沿豎直方向在多圈導(dǎo)電金屬絲上設(shè)置一等分壓電阻串(19)，等分壓電阻串中的每一電阻連 接相鄰的兩圈導(dǎo)電金屬絲，以減少邊緣效應(yīng)的影響。8.—種靜電場傳感器的自動化標(biāo)定方法，其利用權(quán)利要求1至7中任一項權(quán)利要求所述 的靜電場傳感器的自動化標(biāo)定裝置，包括:步驟A:獲取被測電場傳感器的輸出信號；以及步驟B:基于被測電場傳感器的輸出信號得到被測電場傳感器的標(biāo)定參數(shù)。9.如權(quán)利要求8所述的自動化標(biāo)定方法，所述步驟A具體包括:子步驟A1:利用三維電場傳感器徑向測試支撐座(26)或三維微型電場傳感器徑向測試 支撐座，進(jìn)行三維電場傳感器或三維微型電場傳感器徑向電極X方向的標(biāo)定，獲取徑向電極 X方向的輸出信號；子步驟A2:利用三維電場傳感器徑向測試支撐座(26)或三維微型電場傳感器徑向測試 支撐座，進(jìn)行三維電場傳感器或三維微型電場傳感器徑向電極Y方向的標(biāo)定，獲取徑向電極 Y方向的輸出信號；子步驟A3:利用三維電場傳感器軸向測試支撐座(25)或三維微型電場傳感器軸向測試 支撐座，進(jìn)行三維電場傳感器或三維微型電場傳感器軸向電極Z方向的標(biāo)定，獲取軸向電極 Z方向的輸出信號；以及子步驟A4:利用三維電場傳感器雙徑向測試支撐座(27)或三維微型電場傳感器雙徑向 同步測試支撐座，進(jìn)行三維電場傳感器或三維微型電場傳感器雙徑向電極X、Y方向的同步 標(biāo)定，獲取徑向電極的輸出信號。10.如權(quán)利要求8所述的自動化標(biāo)定方法，所述步驟A具體包括:利用一維電場傳感器測 試支撐座(23)或一維微型電場傳感器測試支撐座(24 )，獲取一維電場傳感器或一維微型電 場傳感器的輸出信號。
【文檔編號】G01R35/00GK105974346SQ201610272992
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】鄭鳳杰, 夏善紅, 彭春榮
【申請人】中國科學(xué)院電子學(xué)研究所