弹振式电场仪制造技术

本发明专利技术涉及弹振式测量大气直流电场强度技术领域。弹振式电场仪利用简谐振动，使导体探测面板伸出和缩进接地屏蔽面板，在被测外电场中，探测面板上将感应出交变的感应电荷，通过微电流检测线路就可以检测出交变感应电荷所形成的交变电流，从而得到外电场大小，通过与谐振波形的同步检波可以得到电场的极性。该电场仪因无旋转部分，也无硬件间的摩擦，故寿命长。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及大气电场强度测量
，尤其涉及弹振式测量大气电场强度
利用导体能在电场中产生感应电荷的现象来测量大气电场强度是国内外现有电场仪的主要原理。目前最流行的是场磨电场仪，或者叫旋转式电场仪。通常是使产生感应电荷的一片导体被另一片接地导体交替地遮盖和暴露，从而使感应电荷强度随时间而交变，形成电流。再通过电流放大线路后作显示和记录。一般都用马达旋转的办法使接地导体片交替地遮盖和暴露感应导体片(如美国G.Kato1976年专利4055798号)。用马达的缺点是寿命短，维修困难。无刷马达问世以来，大大地提高了马达寿命，但实际上连续使用也达不到一年，并且电路连接仍离不开电刷，电刷寿命长不了。有些场合，例如气象研究、大气电学研究、雷电监测、火工品库或石油库房的防爆监测等都需电场仪长期不间断的工作，因此目前的电场仪满足不了用户需要。本专利技术专利目的是设计一种弹振式电场仪，它具有连续工作数年以上的长寿命优点，克服现有技术中使用寿命短的缺点。本专利技术是利用简谐振动使导体探测面板伸出和缩进接地屏蔽板，在被测外电场中，探测面板上将感应到周期变化的感应电荷；通过微电流检测线路检测出感应电荷的大小，从而获得外电场大小；通过与谐振波形的同步检波得到电场的极性。附图说明图1是本专利技术的组成方框图。图1-1谐振器方框2用弹片产生谐振的弹振式电场仪示意2-1直流电激励驱振器示意2-2交流电激励驱振器示意图本专利技术由谐振器1、探测面板2、检流计3、A/D变换器4、幅度计5、频率计6、场强计7、检相器8、比较器9、极性检测计10、软件处理器11、数传系统12、显示和记录系统13、金属罩15组成；弹片或弹簧1.4，激励电源1.1、变频器1.2和驱振器1.3构成了谐振器1；激励电源1.1可以由市电或内接电池提供；在实际应用中接地屏蔽板15可以是本仪器的外壳。结合图1详细说明本专利技术工作过程由谐振器1产生简谐振动，带动探测面板2伸出和缩进接地屏蔽板。在外电场中，探测面板2上感应电荷形成的电流被检流计3检测。检测信号送进软件处理器11中，首先由A/D变换器4进行A/D变换，然后幅度计5和频率计6得到幅度值和频率值，输送给场强计7，得到电场值，检相器8检出谐振器1的相位，与检流计3的波形进行比较9，得出电场的极性10。电场值和极性都送到数传系统12，最后由显示和记录系统13显示和记录。弹片或弹簧都可产生谐振。本专利技术的重要优点是可以满足气象研究、大气电学研究、雷电监测、火工品库或石油库房的防爆监测等都需电场仪长期不间断的工作用户的需要。实施例一用弹片产生谐振的弹振式电场仪，其示意图见图2。图2中，当探测面板2处于图中实线位置时，完全暴露在外电场之中。当它处于图中虚线位置时，就完全处在金属板15的屏蔽之内，弹片1.4带动探测面板2改变位置，周期性的伸出和缩进金属板15；探测面板2和弹片1.4绝缘连接；在外电场中，探测面板2上感应电荷形成的电流被检流计3检测。检测信号送进软件处理器11中，首先由A/D变换器4进行A/D变换，然后幅度计5和频率计6得到幅度值和频率值，输送给场强计7，得到电场值，检相器8检出谐振器1的相位，与检流计3的波形进行比较9，得出电场的极性10。电场值和极性都送到数传系统12，最后由显示和记录系统13显示和记录。若弹片长度为l，驱动点s2距固定点s3的距离为l0，则s2处弹片的振幅p0为p0≈p·l0l---(1)]]>其中p为探测面c处弹片振幅。s2处弹片振动离开平行位置x0的方程为mx0..+rx0.+sx0=Feiax---(2)]]>其中m为弹片及c板的总质量；s为弹片的弹性系数；r为阻尼系数；F为驱动器的激励力强度。在驱动器激励的强迫振动下，谐振幅度为x0=p0eiax---(3)]]>代入式(2)，得到F=p0(4)假设阻尼很小，用零近似，则F=(s-ω2m)p0(5)若需要c板伸出b板的距离为x，就可全部暴露在外电场中。则当板宽为y时暴露面积为A=2xy(6)联列式(5)，(6)和(1)，可以看到，用式(6)可以从对外电场测量灵敏度的要求得到对x的要求，即对p的要求。再用式(5)可得到对F的要求。因此，式(5)可作为驱动器工程设计的依据。实施例二可用电铃来代替驱振器。电铃有两种，都可以用来做本方案中的驱振器。一种是直流电激励，见图2-1。图中弹簧片1.4连接有一接触片1.1。在图示的状态时，由于接触螺丝1.2与接触片1.1相接，使电路连通，直流电源使电磁铁1.3带强磁场，把弹簧片1.4吸引下来。致使接触片1.1和接触螺丝1.2离开，电流中断，磁铁1.3失去磁性，弹簧片1.4以它固有弹力恢复到原来位置，又使接触片1.1与接触螺丝1.2接通，下一周期开始。就这样周而复始使弹簧片1.1振动起来。这种电铃的优点是振动在簧片本身的固有频率上，不存在市电频率干扰问题，缺点是接触螺丝1.2和接触片1.1间可能出现火花。实施例三另一种电铃是交流电激励，图2-2所示。图中交流驱动线圈1.1，交替地吸引和排斥磁片1.2，与弹簧1.3构成谐振机构。使固定在磁片1.2上的感应金属片，即探测面板2伸出或缩进接地外壳15。实施例五见图3，用芯片控制弹片或弹簧的振动，实现自动起振、控制和测量弹片的振动频率、相位和振幅。控制和测量弹片的流程见下图。首先初始化控制口设定当前频率；然后第一循环自动搜寻谐振频率每振六次，周期增加八微秒，降到10HZ后从头再来，满十次停机振幅达到预定幅度后引起中断；第三步进行第二循环自动调整占空比；第四步每振二十次检测一次光电开关被遮断的时间，当T＜12ms时通电时间增加0.5ms；停电时间减少0.5ms，当T＞18ms时通电时间减少0.5ms；停电时间增加0.5ms；当12ms＜T＜18ms时认为已调好，进入第三循环按上述固定频率振动。权利要求1．一种弹振式电场仪，其特点在于利用简谐振动使导体探测面板伸出和缩进接地屏蔽面板，在被测外电场中，探测面板上将感应出周期变化的感应电荷通过微电流检测线路检测出感应电荷的大小，从而获得外电场大小；通过与谐振波形的同步检波得到电场的极性；由谐振器1、探测面板2、检流计3、A/D变换器4、幅度计5、、频率计6、场强计7、检相器8、比较器9、极性检测计10、软件处理器11、数传系统12、显示和记录系统13、金属板15组成；谐振器1产生简谐振动，带动探测面板2伸出和缩进接地屏蔽面板。在外电场中，探测面板2上感应电荷形成的电流被检流计3检测。检测信号送进软件处理器10中，首先由A/D变换器4进行A/D变换，然后幅度计5和频率计6得到幅度值和频率值，输送给场强计7，得到电场值，检相器8检出谐振器1的相位，与检流计3的波形进行比较9，得出电场的极性10。电场值和极性都送到数传系统12，最后由显示和记录系统13显示和记录。2．按权利要求1所述弹振式电场仪，其特点在于谐振器1由弹片或弹簧1.4，激励电源1.1、变频器1.2和频率驱动器1.3构成。3．按权利要求1所述弹振式电场仪，其特点在于激励电源1.1可以由市电或内接电池提供；4．按权利要求1所述弹振式电场仪，其特点在于用交流电磁线圈驱动弹片上磁铁，使弹片发生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹振式电场仪，其特点在于利用简谐振动使导体探测面板伸出和缩进接地屏蔽面板，在被测外电场中，探测面板上将感应出周期变化的感应电荷通过微电流检测线路检测出感应电荷的大小，从而获得外电场大小；通过与谐振波形的同步检波得到电场的极性；由谐振器１、探测面板２、检流计３、Ａ／Ｄ变换器４、幅度计５、频率计６、场强计７、检相器８、比较器９、极性检测计１０、软件处理器１１、数传系统１２、显示和记录系统１３、金属板１５组成；谐振器１产生简谐振动，带动探测面板２伸出和缩进接地屏蔽面板。在外电场中，探测面板２上感应电荷形成的电流被检流计３检测。检测信号送进软件处理器１０中，首先由Ａ／Ｄ变换器４进行Ａ／Ｄ变换，然后幅度计５和频率计６得到幅度值和频率值，输送给场强计７，得到电场值，检相器８检出谐振器１的相位，与检流计３的波形进行比较９，得出电场的极性１０。电场值和极性都送到数传系统１２，最后由显示和记录系统１３显示和记录。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：庄洪春，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]