[发明专利]一种空间电荷密度测量的仪器及方法

权利要求书

1.一种空间电荷密度测量的仪器，其特征是：它包括空间电荷测量单元、多路信号处理单元和控制单元；

其中，空间电荷测量单元包括感应圆筒和非接触式振动电容传感器，该感应圆筒由绝缘圆筒与带有绝缘涂层的金属圆筒相套装形成的框架结构，金属圆筒通过绝缘支架套装并连接在绝缘圆筒外圈，绝缘圆筒的外壁上分别安装四块金属片，四块金属片分别与四个非接触式振动电容传感器的金属探头电连接，所述绝缘圆筒一端设置一风扇；

其中多路信号处理单元包括四路由可调增益放大电路，相敏检波和低通滤波电路组成的信号处理电路；

所述控制单元包括电源、微处理器及附属电路、传感器驱动电路、风扇驱动电路以及AD采样电路；

所述四个非接触式振动电容传感器的信号输出端分别接入多路信号处理单元中的一路，多路信号处理单元的输出经AD采样电路与微处理器相连；所述风扇经风扇驱动电路与微处理器相连。

2.根据权利要求1空间电荷密度测量的仪器，其特征是：所述四块金属片位于感应圆筒中的金属套筒与绝缘套筒之间，均匀固定或粘贴在绝缘套筒的外侧筒壁上。

3.根据权利要求1所述的空间电荷密度测量的仪器，其特征是：所述非接触式振动电容传感器包括一个定极片与金属探头直接相连，一个动极片与压电陶瓷通过一层绝缘层相连，且平行放置与金属外壳固定在一起。

4.根据权利要求3空间电荷密度测量的仪器，其特征是：该仪器还设有传感器信号调理单元，它包括放大电路、相敏检波电路和低通滤波电路；放大电路的输入端连接到动极片上，输出端与低通滤波电路相连。

5.根据权利要求1或4所述的空间电荷密度测量的仪器，其特征是：该仪器还设有还设有气压、温度和湿度测量传感器，它们均与微处理器相连。

6.根据权利要求1或4所述的空间电荷密度测量的仪器，其特征是：该仪器还包括液晶屏，该液晶屏与微处理器相连。

7.根据权利要求1或4所述的空间电荷密度测量的仪器，其特征是：所述控制电路板还设有与上位机通信的接口电路。

8.利用权利要求1所述仪器进行空间电荷密度测量的方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

用微处理器驱动转速可控的风扇以10-500转/秒的速度转动，将带电云雾或气体吸入感应圆筒内，经由空间电荷测量单元测量，并经多路信号处理单元处理，送给控制单元，根据高斯定理以及电势和电场强度之间的对应关系可以得到电荷密度的计算公式：

其中ρ表示空间电荷密度，ε₀表示气体的介电常数，V是多路信号处理单元测得的电势值，R是绝缘圆筒的半径；

若四路信号测得电势值不同，V为四路电势值的平均值。