[发明专利]一种三维交流电场传感器校准装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电场测量领域，并且更具体地，涉及一种三维交流电场传感器校准装置及方法。

背景技术

目前电场传感器校准装置大都为平行极板结构，仅可在电极间产生均匀电场，电场类型单一，仅适合校准用于测量均匀电场的电场传感器。而且目前没有校准装置用于校准非均匀电场以及畸变电场的电场探头，也没有装置用于校准空间三维电场传感器探头。并且电场传感器位置不能灵活调节，同时需要人为手动计算传感器校准系数。这些因素导致不能全面地对三维电场传感器进行校准。

因此，需要一种能够产生不同类型电场环境，包括均匀电场、非均匀电场、畸变电场，同时能够多位置、多方向校准三维电场传感器的校准装置。

发明内容

本发明提供了一种三维交流电场传感器校准装置及方法，解决了不同类型电场环境、不同位置和多方向电场传感器校准的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种三维交流电场传感器校准装置，所述装置包括：电极结构单元、调压电路单元、传感器位置控制单元、传感器输出检测单元和计算单元，

所述调压电路单元，与所述电极结构单元相连接，用于使电极结构单元的上、下电极间产生交流电场；用于将产生的交流电压输出至计算单元，其中所述电极结构单元的电极结构为：板-板电极结构、球-板电极结构、线-板电极结构或棒-板电极结构；

所述传感器位置控制单元，与所述计算单元相连接，用于根据预设位置对传感器的位置进行控制；

所述传感器输出检测单元，用于接收传感器检测的电场输出值，并将所述电场输出值发送至计算单元，其中所述电场输出值包括：三个方向的电场值V_xi,V_yi,V_zi和电场输出总值V_i；

所述计算单元，分别与调压电路单元和传感器输出检测单元相连接，用于模拟三维交流电场，根据模拟的三维交流电场计算不同电极结构下的不同的预设位置和不同电压下对应的电场实际值，并根据所述电场实际值和电场输出值的线性关系计算校准系数，其中所述电场实际值包括：三个方向的电场实际值E_xi,E_yi,E_zi和电场实际总值E。

优选地，其中所述电极材料为铜。

优选地，其中

所述板-板电极结构的上、下电极结构为互相平行的正方形极板，极板边长大于极板间距的2倍；

所述球-板电极结构的上电极为球体，球心与下电极的间距大于球体直径的2倍；

所述线-板电极结构的上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线平行于下极板，圆柱体高大于圆柱体直径的十倍，端面半球体直径与圆柱体直径相等，圆柱体轴线与下电极的间距大于圆柱体直径的10倍；

所述棒-板电极结构的上电极为端面是半球体的圆柱体，圆柱体轴线垂直于下极板，圆柱体高大于直径的6倍，端面半球体直径与圆柱体直径相等，圆柱体中心与下电极的间距大于圆柱体的高。

优选地，其中所述传感器位置控制单元包括：三个互相垂直带刻度的绝缘导轨、两个电机和一个传感器固定装置，其中，下导轨固定在下电极一条边上，竖直导轨垂直于下导轨放置通过电机与下导轨连接，水平导轨平行于下电极放置由电机与竖直导轨连接并可沿竖直导轨上下及左右滑动，由计算单元控制电机的滑动位置，带动与电机连接的竖直和水平导轨滑动；所述固定装置位于水平导轨端部，用于固定传感器探头。

优选地，其中所述线性关系为：

E＝k·V+b，

其中，k和b为校准系数。

优选地，其中所述计算单元，用于模拟三维交流电场，根据模拟的三维交流电场计算不同电极结构下的不同的预设位置和不同电压下对应的电场实际值，并根据所述电场实际值和电场输出值的线性关系计算校准系数，包括：

利用一种电极结构下的同一预设位置的不同电压下的电场输出值和对应的电场实际值，根据电场实际值和电场输出值的线性关系，分别计算传感器三个方向的校准系数和三维合成电场的第一校准系数；

利用上述方法计算得到不同电极结构下的不同预设位置的不同电压下的电场实际值和对应的电场输出值的第二校准系数；

计算所述第一校准系数和第二校准系数的平均值，作为校准系数。

根据本发明的一个方面，提供了一种三维交流电场传感器校准方法，所述方法包括：