一种基于电荷感应的低频宽带电场仪制造技术

本发明专利技术提出了一种基于电荷感应的低频宽带电场仪，可探测空气、大气或海水中强度20μV/m至60kV/m、频率1Hz至16kHz范围内的电场信号，包括依次连接的前端探测电极、电荷感知芯片、高通滤波电路、模数转换电路、微控制器电路、上位机；前端探测电极将不同介质中的电场信号感应为电荷信号；电荷感知芯片将电荷信号转换为模拟电压信号；高通滤波电路对模拟电压信号进行高通滤波；模数转换电路将模拟电压信号转换为数字信号；微控制器电路将数字信号传输至上位机；上位机实时显示电场波形和FFT频谱图，并标定计算出电场信号强度。本发明专利技术基于电荷感知芯片，使用多种增益电极探测电场强度，相较于其他电场仪有高灵敏度、频率探测范围宽、使用场景广等优势。使用场景广等优势。使用场景广等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电荷感应的低频宽带电场仪


[0001]本专利技术涉及一种基于电荷感应的低频宽带电场仪。
技术背景
[0002]电场探测在防范灾害天气、探测卫星、工程技术等领域都有广泛应用。雷电、暴雨、冰雹的出现和发展，往往会引起电场强度在一定程度上的变化，因此对大气电场数值变化的监测对雷暴及冰雹等自然灾害天气可起到重要的预警作用；随着科技的进步，电场探测的系统搭载球体、箭体、卫星等不同的载体，成为空间探测卫星及子午工程各测站主要的探测和监测项目之一，实时获取卫星运行轨道面周边等离子体环境的空间电场及其变化，对于防范地震火山沙尘暴等自然灾害有积极意义；通过对电气设备外围及内部电场分布的探测，如高压传输线附近的工频电场，绝缘体的表面电场等，有效监测系统运行的状态，电场的探测不仅可以帮助技术人员发现系统问题，对设备进行改进和完善，而且能够及时发现研究环境中电场过强、辐射较大的区域，对相关人员的安全与健康保障也有重要的意义。
[0003]随着科学技术的蓬勃发展，各种各样的电场仪相应问世，根据电场仪的应用场景可以将电场仪分为地空和水下两大类。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电荷感应的低频宽带电场仪，其特征在于，可探测电场信号的强度范围为20μV/m至60kV/m，频率范围为1Hz至16kHz，探测介质可以为空气、海水、真空，包括依次连接的前端探测电极、电荷感知芯片、高通滤波电路、模数转换电路、微控制器电路、上位机；所述前端探测电极将不同介质中的电场信号感应为电荷信号，并通过同轴电缆连接至电荷感知芯片，可通过更换不同增益的前端探测电极实现宽电场强度范围检测；所述电荷感知芯片将前端探测电极感应出的电荷信号转换为模拟电压信号；所述高通滤波电路将电荷感知芯片输出的模拟电压信号进行截止频率为1Hz的高通滤波；所述模数转换电路将高通滤波电路输出的电压信号进行分辨率24位，最高采样率32kHz的模数转换；所述微控制器电路将模数转换电路转换的数字信号传输至上位机；所述上位机实时显示微控制器上传信号的时域波形和FFT频谱图，并根据使用的前端探测电极不同，可设定1Hz至16kHz带宽间不同频率的标定值，进而标定计算出所探测电场信号的强度。2.根据权利要求1所述的一种基于电荷感应的低频宽带电场仪，其特征在于，所述探测前端电极不同增益在于电极形状和表面积的不同；电极1为最低增益电极，由一个长度为8mm，直径为1mm的铜柱构成，对应可探测电场的强度为20mV/m至60kV/m；电极2为中间增益电极，由一个直径为2.54cm，表面镀铜的圆电极构成，对应可探测电场的强度为100μV/m至400V/m；电极3为最高增益电极，由一个直径为7.6cm，表面镀铜的圆形电极构成，对应可探测电场的强度为20μV/m至60V/m。3.根据权利要求1所述的一种基于电荷感应的低频宽带电场仪，其特征在于，所述电荷感知芯片的输入阻抗为数百GΩ量级，输入电容为pF量级。4.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽敏，迟洋滨，骞昊，陆乐，尚前程，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：