[实用新型]一种电子偏移式电场强度传感器

说明书

一种电子偏移式电场强度传感器，属于电场测量技术领域，是一种基于真空环境下电子束在电场中发生偏移原理的电场强度传感器，主要包括：电子枪组件，加速电场，速度筛选磁场产生装置，筛选小孔，减速电场组件，电荷耦合器件，电场屏蔽罩和磁场屏蔽罩等；该电场传感器受本体电位影响小，适用于测量静电场、直流电场或低频交流电场测量，能实现产品小型化，测量的分辨率高，结果准确性高，一套这样的装置可以实现电场的二维测量，两套同样的装置垂直放置可以实现电场的三维测量，第二套装置和第一套装置的部分器件可以共用。该电场传感器可以用来测量二维或三维电场强度，也可以用来测量二维或三维磁场强度。

技术领域

本实用新型属于电场测量技术领域，特别涉及电子偏移式电场强度传感器。

背景技术

测量电场强度在现代生活、生产以及科学研究具有重要的意义。例如，在输送电领域，输电线路和变电设备附近的电场测量能获知线路和设备中的电压、电流等相关信息；在军工领域，可以通过测量电场强度来探测目标；在工业领域，电磁兼容性正在成为产品设计过程中需要重点考虑的问题之一；在安全生产领域，在容易发生火灾和爆炸的区域，例如加油站、炼油厂和面粉厂等，监测电场可以避免因电场强度过大而发生事故；在气象领域，监测地面和空中大气的电场变化，是短期雷电预警的重要方式。为了综合利用电场信息，电场传感器技术越来越受到重视。

国内某研究所研发的极低频电场传感器，能够探测大气层近地场、雷电电磁脉冲、雷电定位以及对远处或地下某些爆炸事件远距离监测。传感器的基本原理是利用放置于电场中的两相互平行的圆板导体作为天线，在导体上感应出电压，与两圆板相连一个差分放大器，当两平行板的电容值远远大于差动运放的输入电容，电阻远远小于差动运放的输入电阻时，待测电场强度与测试电压成正比。这种电场传感器的缺点是天线尺寸较大，测量结果受本体电位影响，且分辨率不高。

我国某机构研制的球载双球式电场仪，是基于导体在电场中感应电荷的原理制成，由两个相隔一定距离的空心球形导体传感器、水平旋转轴、轴球连接机构和驱动机构、位置传感器和信号电刷构成，电路和供电电池分别安装在两个球内，两个导体球分别连接到电荷放大器的同相端和反相端，当两个球形导体绕轴旋转时，垂直于旋转轴的电场分量分别在两球上感应出大小相等，极性相反的电荷，感应电荷量与外界电场的强度成正比。这种电场传感器的缺点是具有旋转部件，故环境适应性差，且批量生产的产品一致性较差。

国内多家机构都研制或改进的场磨式电场传感器，其基本原理是采用对导体进行周期屏蔽和暴露的方法，使置于电场中的导体内部的感应电荷迁移形成交变的电流，传感器有金属定子和金属转子，转子通过碳刷接地，对定子进行周期性屏蔽，因而在定子上感应出交变的感应电流，通过转换电路，感应信号变成幅值和电场强度成正比的正弦信号，这种电场传感器的缺点是体积较大，分辨率不高，环境适应性较差。

实用新型内容

为了提高电场传感器的分辨率和环境适应性，本实用新型提出了一种电子偏移式电场强度传感器，是一种利用真空环境中电子束在电场中发生偏移原理实现测量的电场强度传感器，主要包括：电子枪组件，加速电场，速度筛选磁场产生装置，筛选小孔，减速电场组件，电荷耦合器件，电场屏蔽罩和磁场屏蔽罩等；电子发射组件包括电加热丝或发射控制栅极，发射阴极，发射阳极，加速电场的阳极板上开有与发射阴极相对的中心小孔；上述加速电场和减速电场组件位于电场屏蔽罩之内；速度筛选磁场是施加于加速电场阳极中心小孔后的匀强磁场，可以由电磁方式获得也可由永久磁铁获得；磁场周围设有屏蔽罩，在屏蔽罩上开有通向待测电场的速度筛选小孔；减速电场组件包括减速电场阴极和减速电场阳极，磁场屏蔽罩是由导磁性良好的金属材料制成，电场屏蔽罩是由电的良导体材料制成，电荷耦合器件指的是能够接收入射电子并且其入射位置可识别的组件；上述器件都置于真空环境中。