非接触式昆虫电荷测量系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种非接触式昆虫电荷测量系统，由电场传感器单元、控制及信号处理单元、数据存储显示及电源单元组成；可通过电场感应的方式来非接触的测量昆虫电荷信号。该系统可以在昆虫的自然活动状态和正常活动环境下下测得昆虫电场信号，不会改变昆虫身上的电荷分布，能够真实的反映自然情况下昆虫的带电特性，而且通过对采集数据的分析，获取昆虫的低频电磁特征数据，可以实现对昆虫电荷特征的提取和对其进行精确高效扑杀。具有使用寿命长的特点，在昆虫基础理论研究和病虫害防治领域有着广阔的应用前景。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
(一)
本专利技术涉及一种非接触式昆虫电荷测量系统，测量昆虫的带电特性，获得昆虫的低频电磁特征是昆虫基础理论研究的一个重要方面，同时通过对昆虫带电特性的分析和统计，可以实现对昆虫电荷特征的提取和对其进行精确高效扑杀。(二)
技术介绍
目前国内外对昆虫的带电特性研究是通过把待测昆虫放置在法拉第桶内，使昆虫与法拉第桶直接接触，测量昆虫电荷通过法拉第桶流向大地而产生的电流大小的方式来测量昆虫的带电特征，该测量方式改变了昆虫的活动环境，改变了昆虫身上的电荷分布，不能真实地反映昆虫在自然环境下的带电特性。目前尚未有通过非接触的测量昆虫电荷产生的电场来测量昆虫电荷的装置，而且目前在别的领域应用的测量准静电场的传感器为场磨旋转式，存在着测量精度低，误差大，使用了接地电刷，寿命较短，测量噪声也较大的弊端，不适用于对昆虫电荷进行测量。(三)
技术实现思路
本专利技术提出一种非接触式测量昆虫电荷的装置，是通过电场动态感应的原理来非接触的测量昆虫电荷所形成的电场信号，进而得到昆虫的电荷信号。该装置可以在昆虫的自然活动状态和正常活动环境下通过测得昆虫电场信号来得到昆虫的电荷信号，该方式不会改变昆虫身上的电荷分布，能够真实的反映自然情况下昆虫的带电特性，而且通过对采集数据的分析，还可以获取昆虫的低频电磁特征数据。本专利技术针对昆虫带电量小，电场弱的情况，设计了睁眼-闭眼工作模式的摆动式电场感应传感器，能测得微弱的昆虫电场信号，并且该电场传感器没有使用接地电刷，具有使用寿命长、噪声低的优点。该装置的电场动态感应原理如下：一个带电体周围会分布着电场，在电场E中放置一块金属导体，导体表面就会产生感应电荷，感生电荷密度为：σ＝εKE式中ε为空气中的介电常数(近似真空中的介电常数)，K是由于导体放入引起的电场畸变系数。如果金属导体的面积为S，则感应电荷量为：q＝σS＝εKES若感应导体对地的电容量为c，则产生的感应电压u为：u=qc=ϵKESc]]>该金属导体通过一个电阻接地就会有电流流过，在电场变化时，测出这个电流的变化就可知道电场的变化。但在静电场中，电场基本不变或变化极为缓慢，要测量这种电场，必须使处在静电场中的导体内产生动态变化的电荷，为此可以采用某种方式对金属导 -->体进行屏蔽和去屏蔽，从而产生动态的与电场相关的电流，从而测量得到电场，这就是电场动态感应原理。为了应用电场动态感应原理实现对昆虫电荷的测量，本专利技术是采用了一种“睁闭眼”循环采样的准静电场测量装置作为电场传感器单元。本专利技术通过以下技术方案实现：本系统由电场传感器单元、控制及信号处理单元、数据存储显示及电源单元组成；所述的电场传感器单元由外壳，动作单元，电场测量单元组成。其中：所述的外壳为桶状结构，起到机械保护的电磁屏蔽的作用。内部放置动片，定片，屏蔽隔板一，伺服电机，伺服电机控制与电源线屏蔽管，电源线及数据线屏蔽管，测量电路，屏蔽隔板二，信号线屏蔽管，接地游丝，动片转动轴、控制及信号处理单元；并且各个单元间有屏蔽层，通过屏蔽线缆进行信号连接。外壳外面连接数据存储显示及电源单元。所述的动作单元，由动片，伺服电机，接地游丝组成。动片为圆形，带扇形开口，扇形开口之间的未开口部分为同样角度的扇形，即动片是由相同大小的扇形开口和同为相同角度的扇形未开口部分相间隔均匀分布在圆周上。动片在伺服电机的带动下进行左右摆动，摆动角度为一个扇形开口的角度。伺服电机可以按照控制指令迅速的旋转一定角度。所述的电场测量单元，由定片，测量电路组成。定片为敷铜板结构，其表面的敷铜部分是作为感应电荷的金属导体来用，敷铜部分形状与动片的扇形开口相对应。所述的测量电路由硬件信号保持系统、高阻抗跟随级、固定增益和可控增益放大级、滤波级、缓冲输出级、电压信号差分传输部分组成。所述的控制及信号处理单元，由控制和数据传输单元，数字信号处理单元组成，控制伺服电机和测量电路的同步工作，对电场测量单元的信号进行采样、数字信号处理以及电场强度与电荷量的对应转化和数据传输。所述的数据存储显示和电源单元，有两个功能，一是接收控制及信号处理单元的电场数据进行显示和存储；二是给所有的电路提供符合要求的不同电压轨的稳定电源。所述的动片通过动片固定孔固定在动片转动轴上，动片转动轴穿过定片和屏蔽隔板一的开口连接到伺服电机上，在伺服电机的上部与接地游丝相连接。伺服电机固定在屏蔽隔板二上面，并且通过伺服电机控制电源线屏蔽管与控制及信号处理单元相连接。定片通过高绝缘物体固定在屏蔽隔板一上面，并且通过信号线屏蔽管把信号传递给测量电路，测量电路与控制及信号处理单元共同放置在外壳与屏蔽隔板二构成的密封腔里；测量电路和控制及信号处理单元分别通过穿过外壳的电源线及数据线屏蔽管与外面的数据存储显示及电源单元相连接。本专利技术使用“睁眼”-“睁闭过渡”-“闭眼”-“闭睁过渡”四种状态循环完成一次电场测量，能够在“睁眼”的情况下感应电场信号，完成硬件的信号保持，在“闭眼”的状态，也就是内部电路处于屏蔽的状态下来进行微弱信号的测量，能够消除外界各种噪声的干扰，相应的提高信噪比，使得该传感器的灵敏度大幅度提高。本专利技术的创新点为：1测量原理及方式的创新。对昆虫电荷测量采用的是通过非接触式的动态感应原理对昆虫电荷形成的电场进行测量，然后通过对电场信号进行处理得到昆虫的电荷信号。 -->该测量原理可以实现对昆虫非接触非影响的进行电荷测量。2测量用电场传感器的创新。本专利技术中使用的电场传感器有两个创新点：(1)摆动式测量。该传感器是采用动片以摆动的方式来实现对电场的屏蔽与去屏蔽，摆动式动片结构可以配合游丝来进行接地，从而实现了接地系统的连续可靠和长寿命的工作，避免了旋转式结构的接地电刷带来的寿命短接地不良的缺点。(2)使用了“睁眼”-“睁闭过渡”-“闭眼”-“闭睁过渡”四种状态循环的测量方式，使得感应电场信号和测量电场信号分开进行，能够在屏蔽状态下进行电场信号的测量，减弱了外界干扰噪声，提高了信噪比和测量灵敏度。本专利技术应用领域：实现对昆虫带电特性的非接触测量，获得昆虫的带电特性和低频电磁辐射特征，能够促进昆虫基础理论的研究；在昆虫防治领域，根据测得昆虫的带电特性，使得农药或某些昆虫病毒带上和昆虫相反极性的电荷，提高其对昆虫附着力和附着数量，从而实现对害虫的精确、高效扑杀。因此不论在昆虫的基础理论研究还是在昆虫的扑杀和农作物及环境的保护方面都有着广阔的应用前景。(四)附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为传统的基于法拉第桶的昆虫电荷测量装置示意图。图2为本专利技术的系统框图。图3是本专利技术的整体结构图。图4为动片结构图。图1中  1  法拉第桶           2  前置放大器              3  测量电路图2中  4  电场传感器单元     5  控制及信号处理单元      6  数据存储显示及电源单元图3中  5 控制及信号处理单元  6 数据存储显示及电源单元  7 动片8 定片  9 屏蔽隔板一  10 伺服电机  11 伺服电机控制电源线屏蔽管12 外壳  13 电源线及数据线屏蔽管  14 测量电路  15 屏蔽隔板二  16信号线屏蔽管  17 接地游丝  18 动片转动轴。图4中 19 未开口金属部分  20 扇形开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非接触式昆虫电荷测量系统，其特征在于该系统由电场传感器单元、控制及信号处理单元、数据存储显示及电源单元组成；电场传感器单元由外壳，动作单元，电场测量单元组成；各个单元间有屏蔽层，通过屏蔽线缆进行信号连接；所述的动作单元，由动片，伺服电机，接地游丝组成；所述的电场测量单元，由定片，测量电路组成，测量电路由硬件信号保持系统，高阻抗跟随级，固定增益和可控增益放大级，滤波级，缓冲输出级，电压信号差分传输部分组成；所述的控制及信号处理单元由控制和数据传输单元和数字信号处理单元组成；所述的外壳为桶状结构，内部放置动片，定片，屏蔽隔板一，伺服电机，伺服电机控制电源线屏蔽管，电源线及数据线屏蔽管，测量电路，屏蔽隔板二，信号线屏蔽管，接地游丝，动片转动轴、控制及信号处理单元；外壳外面连接数据存储显示及电源单元；所述的动片通过动片固定孔固定在动片转动轴上，动片转动轴穿过定片和屏蔽隔板一上的开口连接到伺服电机上，在伺服电机的上部与接地游丝相连接；伺服电机固定在屏蔽隔板二上面，并且通过伺服电机控制电源线屏蔽管与控制及信号处理单元相连接；定片通过高绝缘物体固定在屏蔽隔板一上面，并且通过信号线屏蔽管把信号传递给测量电路，测量电路与控制及信号处理单元共同放置在外壳与隔板二构成的密封腔里；测量电路与控制及信号处理单元通过穿过外壳的电源线及数据线屏蔽管与外面的数据存储显示及电源单元相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种非接触式昆虫电荷测量系统，其特征在于该系统由电场传感器单元、控制及信号处理单元、数据存储显示及电源单元组成；电场传感器单元由外壳，动作单元，电场测量单元组成；各个单元间有屏蔽层，通过屏蔽线缆进行信号连接；所述的动作单元，由动片，伺服电机，接地游丝组成；所述的电场测量单元，由定片，测量电路组成，测量电路由硬件信号保持系统，高阻抗跟随级，固定增益和可控增益放大级，滤波级，缓冲输出级，电压信号差分传输部分组成；所述的控制及信号处理单元由控制和数据传输单元和数字信号处理单元组成；所述的外壳为桶状结构，内部放置动片，定片，屏蔽隔板一，伺服电机，伺服电机控制电源线屏蔽管，电源线及数据线屏蔽管，测量电路，屏蔽隔板二，信号线屏蔽管，接地游丝，动片转动轴、控制及信号处理单元；外壳外面连接数据存储显示及电源单元；所述的动片通过动片固定孔固定在动片转动轴上，动片转动轴穿过定片和屏蔽隔板一上的开口连接到伺服电机上，在伺服电机的上部与接地...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯加林，唐凯，王震，张琪，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：实用新型
国别省市：37[中国|山东]