一种静电场传感器的自动化标定装置及标定方法
【专利摘要】本发明提供了一种静电场传感器的自动化标定装置及标定方法，其采用三维电场传感器测试支撑座，实现了对三维电场传感器的标定和测试；同时还是一种多模式自动化标定装置，兼容性好，灵活性高；实现了高压电源输出电压的自动调节、电场测量点和调节时间间隔任意设置、电场数据自动采集和处理等功能，大大提高了电场传感器的标定效率和精度；采用滑轨连接测试极板结构和屏蔽结构箱体，进行标定时操作方便，便于维护；设置导电金属丝和等分压电阻串，提高了标定精度；电场测试箱内部设置温度传感器、湿度传感器，为电场传感器环境适应性研究提供重要的参考依据。
【专利说明】
一种静电场传感器的自动化标定装置及标定方法
技术领域
[0001]本发明涉及电场传感器的技术领域，特别涉及一种静电场传感器的自动化标定装置及标定方法。【背景技术】
[0002]雷暴、沙尘暴等极端天气的形成过程中，大气电场发生剧烈变化，采用电场传感器对大气电场尤其是空中电场进行探测，对极端天气预报具有重要作用，对保障人类生命财产安全、飞行器发射安全等具有重要的意义。
[0003]电场传感器标定装置及标定方法对电场传感器性能评估非常关键，在电场传感器的研究和应用领域具有非常重要的作用。电场传感器作为电场探测的核心器件，使用前必须按测试规则进行全面严格的性能测试和标定，确定该传感器的特性参数。标定装置产生标准电场的精度高低、电场范围以及标定方法等对电场传感器标定测试参数的影响直接影响电场传感器的实际探测。
[0004]目前国际上仅有少数几个国家建立了电场传感器测试与标定方法的标准与标定系统。英国1996年制定的标准(British Standard BS 7506:Part 2:1996)中，提出采用在两块平行的平面金属板上加稳定的电压产生均匀电场进行电场传感器的标定，传感器的敏感头部分放到金属板之间，感应电极面与其接地金属平板在一个平面上。IEEE在1990年颁布了一份直流电场强度测量的技术标准，该标准于1990年10月12日通过了美国国际标准协会的认证。
[0005]我国尚未建立电场测试与标定方法的通用标准，电场传感器研制单位一般采用在两块平行金属板加载稳定电压的方法自行研制标定装置，进行一维地面电场传感器或探空电场传感器的测试与标定。中国科学院空间科学与应用研究中心在专利“一种高精度宽量程的大气电场标定系统”(申请号:201110162132.0)中详细阐述了所发明的大气电场标定系统的实施方法，但该标定系统不能对三维电场传感器进行标定，并且该标定系统进行标定时电压调节为手动调节。华北电力大学在专利“直流电场测量仪的标定装置及其标定与校验方法”(申请号:201310054272.5)中公开了一种标定装置及其标定与效验方法，该装置也不能对三维电场传感器进行标定。
【发明内容】
[0006](一)要解决的技术问题
[0007]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供了一种静电场传感器的自动化标定装置及标定方法。
[0008](二)技术方案
[0009]本发明提供了一种静电场传感器的自动化标定装置，包括:电场测试箱1和三维电场传感器测试支撑座，其中，所述电场测试箱1包括:屏蔽结构箱体和位于所述屏蔽箱体内部的测试极板结构11，其中，所述屏蔽结构箱体的顶面开有箱体操作孔，所述箱体操作孔具有配套的箱体操作孔盖板8;所述测试极板结构11包括由上至下的三层极板:上极板12、中极板13和下极板14,其中，所述上极板12开有上极板操作孔，并具有与上极板操作孔配套的上极板操作孔盖板21，中极板13开有转接孔，并具有与转接孔尺寸匹配的转接板22;三维电场传感器测试支撑座放置于所述转接板22上，用于放置被测三维电场传感器。
[0010]优选地，所述三维电场传感器测试支撑座包括:三维电场传感器轴向测试支撑座 25，其为一 “U”型结构，其两侧壁顶端各具有一水平侧板，水平侧板的长度等于侧壁的长度； 三维电场传感器径向测试支撑座26，其为一 “U”型结构，其两侧壁顶端各具有一水平侧板， 水平侧板的长度大于侧壁的长度;三维电场传感器双径向同步测试支撑座27，其为一 “V”型结构，其两侧壁顶端各具有一水平侧板，水平侧板的长度大于侧壁的长度。
[0011]优选地，所述自动化标定装置为一兼容三维、一维和微型静电场传感器自动化标定的多模式自动化标定装置，其还包括:一维电场传感器测试支撑座23、一维微型电场传感器测试支撑座24以及三维微型电场传感器测试支撑座；其中，所述三维微型电场传感器测试支撑座包括:三维微型电场传感器轴向测试支撑座、三维微型电场传感器径向测试支撑座和三维微型电场传感器双径向同步测试支撑座。
[0012]优选地，还包括:低端正极性直流高压电源2、高端正极性直流高压电源3、低端负极性直流高压电源4、高端负极性直流高压电源5、数据采集模块6和计算机终端7,其中，所述计算机终端7连接低端正极性直流高压电源2、高端正极性直流高压电源3、低端负极性直流高压电源4、高端负极性直流高压电源5和数据采集模块6,所述数据采集模块6连接被测电场传感器，屏蔽结构箱体的侧面安装高压接头，低端正极性直流高压电源2、高端正极性直流高压电源3通过高压接头将电压引入到屏蔽结构箱体内部，并通过引线接到上极板12 和下极板14中的一个;低端负极性直流高压电源4、高端负极性直流高压电源5通过高压接头将电压引入到屏蔽结构箱体内部，并通过引线接到上极板12和下极板14中的另一个，中极板13电气连接到地。
[0013]优选地，所述屏蔽结构箱体内部设置温度传感器、湿度传感器，所述数据采集模块 6连接温度传感器和湿度传感器，数据采集模块6对温度和湿度信号进行采集并传输到计算机终端7,计算机终端7得到环境参数。
[0014]优选地，屏蔽结构箱体的一侧面开有对开门9,测试极板结构11还包括:支撑底板 15、滑轨16、绝缘支撑柱结构17和绝缘固定螺母18;其中，所述绝缘支撑柱结构17包括若干竖直的绝缘支撑柱，绝缘固定螺母18将下极板、中极板、上极板的侧边和顶角固定于绝缘支撑柱，并将绝缘支撑柱固定于支撑底板15上，所述支撑底板15通过滑轨16与屏蔽结构箱体底面连接一体，形成所述测试极板结构11。
[0015]优选地，屏蔽结构箱体的对开门缝隙处安装导电弹片;和/或沿竖直方向等距离在绝缘支撑柱结构17上缠绕多圈导电金属丝20,沿竖直方向在多圈导电金属丝上设置一等分压电阻串19,等分压电阻串中的每一电阻连接相邻的两圈导电金属丝，以减少边缘效应的影响。
[0016]本发明还提供了一种静电场传感器的自动化标定方法，其利用上述静电场传感器的自动化标定装置，包括:步骤A:获取被测电场传感器的输出信号；以及步骤B:基于被测电场传感器的输出信号得到被测电场传感器的标定参数。
[0017]优选地，所述步骤A具体包括:子步骤A1:利用三维电场传感器径向测试支撑座26或三维微型电场传感器径向测试支撑座，进行三维电场传感器或三维微型电场传感器径向电极X方向的标定，获取径向电极X方向的输出信号;子步骤A2:利用三维电场传感器径向测试支撑座26或三维微型电场传感器径向测试支撑座，进行三维电场传感器或三维微型电场传感器径向电极Y方向的标定，获取径向电极Y方向的输出信号;子步骤A3:利用三维电场传感器轴向测试支撑座25或三维微型电场传感器轴向测试支撑座，进行三维电场传感器或三维微型电场传感器轴向电极Z方向的标定，获取轴向电极Z方向的输出信号；以及子步骤A4: 利用三维电场传感器双径向测试支撑座27或三维微型电场传感器双径向同步测试支撑座， 进行三维电场传感器或三维微型电场传感器双径向电极X、Y方向的同步标定，获取径向电极的输出信号。
[0018] 优选地，所述步骤A具体包括:利用一维电场传感器测试支撑座23或一维微型电场传感器测试支撑座24,获取一维电场传感器或一维微型电场传感器的输出信号。[0〇19](三)有益效果
[0020]从上述技术方案可以看出，本发明的静电场传感器的自动化标定装置及标定方法具有以下有益效果:
[0021](1)采用三维电场传感器测试支撑座，实现了对三维电场传感器的标定和测试，解决了现有技术无法进行三维电场传感器标定的问题，取得了良好的技术效果；
[0022](2)选用一维电场传感器测试支撑座和微型电场传感器测试支撑座，实现了对一维电场传感器和微型电场传感器的标定和测试，是一种多模式自动化标定装置，兼容性好， 灵活性尚；
[0023](3)利用计算机终端、高压电源、信号采集器给被测电场传感器供电，采集被测电场传感器输出信号，实现了高压电源输出电压的自动调节、电场测量点和调节时间间隔任意设置、电场数据自动采集和处理等功能，大大提高了电场传感器的标定效率和精度，对电场传感器的大批量化标定测试具有重要意义；
[0024](4)采用滑轨连接测试极板结构和屏蔽结构箱体，进行标定时操作方便，便于维护；
[0025](5)设置导电金属丝和等分压电阻串，屏蔽结构箱体的对开门缝隙处安装导电弹片，屏蔽结构箱体各个面的结合处均粘贴锡箱导电胶带，提高了标定精度；
[0026](6)电场测试箱内部设置温度传感器、湿度传感器，可自动获取温度、湿度等环境参数信息，用于电场传感器性能参数受环境变化影响的分析与评估，为电场传感器环境适应性研究提供重要的参考依据。【附图说明】
[0027]图1为本发明实施例的静电场传感器的自动化标定装置总体结构示意图；
[0028]图2为本发明实施例的电场测试箱示意图；
[0029]图3为本发明实施例的测试极板结构示意图；
[0030]图4为本发明实施例的带导电金属丝和等分压电阻的测试极板结构示意图；[0031 ]图5为本发明实施例的上极板操作孔盖板示意图；
[0032]图6为本发明实施例的转接板示意图；
[0033]图7(a)、图7(b)、图7(c)、图7(d)、图7(e)分别为本发明实施例的一维电场传感器测试支撑座、一维微型电场传感器测试支撑座、三维电场传感器轴向测试支撑座、三维电场传感器径向测试支撑座和三维电场传感器双径向同步测试支撑座的示意图。
[0034]【符号说明】[〇〇35]1-电场测试箱;2-低端正极性直流高压电源:3_高端正极性直流高压电源;4-低端负极性直流高压电源;5-高端负极性直流高压电源;6-数据采集模块;7-计算机终端;8-箱体操作孔盖板;9-对开门；10-加强筋结构；11-测试极板结构；12-上极板;13-中极板;14-下极板；15-支撑底板；16-滑轨；17-绝缘支撑柱结构；18-绝缘固定螺母；19-等分压电阻串； 20-导电金属丝;21-上极板操作孔盖板;22-转接板;23-—维电场传感器测试支撑座:24-— 维微型电场传感器测试支撑座；25-三维电场传感器轴向测试支撑座；26-三维电场传感器径向测试支撑座;27-三维电场传感器双径向同步测试支撑座。【具体实施方式】
[0036]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0037]随着对高准确性、高可靠性电场探测需求不断增加，三维电场探测技术逐渐发展起来。尤其是空中电场的情况比较复杂，比如雷暴云中的电场受云中电荷分布的影响且随着云层的运动不断变化，呈现三维特性，采用球载探测时电场传感器运行姿态摇摆不定，采用三维电场传感器进行电场测量的方法可以提高电场探测的准确度。[〇〇38]参照图1至图7,本发明第一实施例提供了一种静电场传感器的自动化标定装置， 包括:电场测试箱1和三维电场传感器测试支撑座，其中，
[0039]电场测试箱1包括:屏蔽结构箱体和位于屏蔽箱体内部的测试极板结构11，其中，
[0040]屏蔽结构箱体的顶面开有箱体操作孔，箱体操作孔具有配套的箱体操作孔盖板8; [〇〇41 ]测试极板结构11包括由上至下的三层极板:上极板12、中极板13和下极板14，其中，上极板12开有上极板操作孔，并具有与上极板操作孔配套的上极板操作孔盖板21，中极板13开有转接孔，并具有与转接孔尺寸匹配的转接板22;[〇〇42]三维电场传感器测试支撑座放置于所述转接板22上，用于放置被测三维电场传感器。[〇〇43]本发明第一实施例的静电场传感器的自动化标定装置，进行标定时，先将三维电场传感器测试支撑座放置于转接板22上，再通过箱体操作孔与上极板操作孔将三维电场传感器放置在三维电场传感器测试支撑座上，并将上极板操作孔盖板21盖在上极板操作孔上，使上极板12形成封闭平面，便于上极板12在加载电压后与中极板13之间形成匀强电场， 再将箱体操作孔盖板8盖在箱体操作孔上，封闭屏蔽结构箱体，以形成封闭的屏蔽空间，即可对三维电场传感器进行标定。三维电场传感器测试支撑座跟据传感器的具体结构形状加工，本发明举例的测试支撑座根据本发明中所用的三维电场传感器结构加工，并不局限于此结构。
[0044]优选地，所述三维电场传感器测试支撑座包括:
[0045]三维电场传感器轴向测试支撑座25,其为一 “U”型结构，其两侧壁顶端各具有一水平侧板，水平侧板的长度等于侧壁的长度。
[0046]三维电场传感器径向测试支撑座26,其为一 “U”型结构，其两侧壁顶端各具有一水平侧板，水平侧板的长度大于侧壁的长度。
[0047]三维电场传感器双径向同步测试支撑座27，其为一 “V”型结构，其两侧壁顶端各具有一水平侧板，水平侧板的长度大于侧壁的长度。[〇〇48]本发明的三维电场传感器测试支撑座不限于上述三种结构，其结构只要与被测三维电场传感器结构匹配即可，也就是说，所有与被测三维电场传感器结构匹配的三维电场传感器测试支撑座均属于本发明的保护范围。[〇〇49]其中，所述转接板22开有矩形孔，将所述三维电场传感器轴向测试支撑座25、三维电场传感器径向测试支撑座26和三维电场传感器双径向同步测试支撑座27放置于转接板的矩形孔中，其水平侧板将三维电场传感器测试支撑座支撑在转接板22上。
[0050]本发明第一实施例的静电场传感器的自动化标定装置，采用三维电场传感器测试支撑座，实现了对三维电场传感器的标定和测试，解决了现有技术无法进行三维电场传感器标定的问题，取得了良好的技术效果。
[0051]本发明第二实施例的静电场传感器的自动化标定装置，为了达到简要说明的目的，上述第一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。 [〇〇52]静电场传感器的自动化标定装置为一多模式自动化标定装置，其可兼容三维、一维和微型静电场传感器的自动化标定，该静电场传感器的自动化标定装置还包括:一维电场传感器测试支撑座23、一维微型电场传感器测试支撑座24以及三维微型电场传感器测试支撑座。[〇〇53] 其中，所述三维微型电场传感器测试支撑座包括:三维微型电场传感器轴向测试支撑座、三维微型电场传感器径向测试支撑座和三维微型电场传感器双径向同步测试支撑座。
[0054]本发明第二实施例的静电场传感器的自动化标定装置，进行标定时，先将一维电场传感器测试支撑座23、一维微型电场传感器测试支撑座24或三维微型电场传感器测试支撑座放置于转接板22上，再通过箱体操作孔与上极板操作孔将一维电场传感器或微型电场传感器放置在上述测试支撑座上，并将上极板操作孔盖板21盖在上极板操作孔上，使上极板12形成封闭平面，便于上极板12在加载电压后与中极板13之间形成匀强电场，再将箱体操作孔盖板8盖在箱体操作孔上，封闭屏蔽结构箱体，以形成封闭的屏蔽空间，即可对一维电场传感器或微型电场传感器进行标定。[〇〇55]优选地，所述一维电场传感器测试支撑座23为中间开有圆形通孔的矩形平板，其尺寸略大于转接板的矩形孔。所述微型电场传感器测试支撑座为中间开有矩形通孔的矩形平板，其尺寸略大于转接板的矩形孔。
[0056]本发明第二实施例的静电场传感器的自动化标定装置，选用一维电场传感器测试支撑座23、一维微型电场传感器测试支撑座24或三维微型电场传感器测试支撑座，实现了对一维电场传感器和微型电场传感器的标定和测试，是一种多模式自动化标定装置，兼容性好，灵活性高。
[0057]本发明第三实施例的静电场传感器的自动化标定装置，为了达到简要说明的目的，上述任一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。 [〇〇58]该静电场传感器的自动化标定装置还包括:低端正极性直流高压电源2、高端正极性直流高压电源3、低端负极性直流高压电源4、高端负极性直流高压电源5、数据采集模块6和计算机终端7,其中，[〇〇59] 计算机终端7连接低端正极性直流高压电源2、高端正极性直流高压电源3、低端负极性直流高压电源4、高端负极性直流高压电源5和数据采集模块6,数据采集模块6连接被测电场传感器，
[0060]屏蔽结构箱体的侧面安装高压接头，低端正极性直流高压电源2、高端正极性直流高压电源3通过高压接头将电压引入到屏蔽结构箱体内部，内部再通过引线接到上极板12 和下极板14中的一个，低端负极性直流高压电源4、高端负极性直流高压电源5通过高压接头将电压引入到屏蔽结构箱体内部，内部再通过引线接到上极板12和下极板14中的另一个，中极板13电气连接到地。
[0061]优选地，低端高压电源采用两台吉时利2410源表，其具有两种极性输出方式，电压范围0?1100V，精度优于0.05%，可以远程控制，两台2410源表分别作为低端正极性直流高压电源2与低端负极性直流高压电源4,加载到上、下极板12、14上，用于产生0V/m-5000V/m 的电场强度。[〇〇62] 高端高压电源采用两台ISEG高精度可控高压电源(HPx 300 106)，最大输出 30000V，电源精度优于0.5%，可以远程控制，两台ISEG电源分别为高端正极性直流高压电源3与高端负极性直流高压电源5,加载到上、下极板12、14上，用于产生51^/111-1501^111的电场强度。[〇〇63]优选地，静电场传感器的自动化标定装置的电场强度范围为0V/m-150kV/m;或者最大电场强度也可以大于150kV/m，当采用电压输出大于30000V的电源时，可以提供高于 150kV/m的高精度电场强度。
[0064]信号采集器6用于给被测电场传感器供电、采集被测电场传感器输出信号，并将信号输出到计算机终端7进行数据处理。[〇〇65] 计算机终端7采用远程控制方式对低端正极性直流高压电源2、高端正极性直流高压电源3、低端负极性直流高压电源4、高端负极性直流高压电源5的输出电压进行自动调节，并对信号采集器6的输出信号进行数据处理，得到标定参数。
[0066]其中，被测电场传感器可输出串行数字信号，也可输出多路模拟电压信号。
[0067]优选地，屏蔽结构箱体内部设置温度传感器、湿度传感器等环境传感器，数据采集模块6连接温度传感器和湿度传感器，数据采集模块6对温度和湿度信号进行采集并传输到计算机终端7,计算机终端7得到环境参数。
[0068]本发明第三实施例的静电场传感器的自动化标定装置，进行标定时，计算机终端7 控制低端正极性直流高压电源2和低端负极性直流高压电源4,或者高端正极性直流高压电源3和高端负极性直流高压电源5加载电压，信号采集器6给被测电场传感器供电，采集被测电场传感器输出信号，以及温度传感器、湿度传感器的输出信号，计算机终端7计算得到被测电场传感器不确定度、线性度、重复性、测量误差等静态性能指标，并快速获取被测电场传感器斜率、截距等参数;还可获取温度、湿度等环境参数信息，用于被测电场传感器环境变化影响的性能评估。
[0069]本发明第三实施例的静电场传感器的自动化标定装置，可以实现高压电源输出电压的自动调节、电场测量点和调节时间间隔任意设置、电场数据自动采集和处理等功能，大大提高了电场传感器的标定效率和精度，对电场传感器的大批量化标定测试具有重要意义。
[0070]本发明第四实施例的静电场传感器的自动化标定装置，为了达到简要说明的目的，上述任一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。
[0071]屏蔽结构箱体的一侧面开有对开门9，测试极板结构11还包括:支撑底板15、滑轨 16、绝缘支撑柱结构17和绝缘固定螺母18。[〇〇72]绝缘支撑柱结构17包括若干竖直的绝缘支撑柱，绝缘固定螺母18将下极板、中极板、上极板的侧边和顶角固定于绝缘支撑柱，并将绝缘支撑柱固定于支撑底板15上，支撑底板15通过两个滑轨16与屏蔽结构箱体底面连接一体，从而形成所述测试极板结构11。
[0073]本发明第四实施例的静电场传感器的自动化标定装置，可以打开屏蔽结构箱体的对开门，通过该滑轨16,可以将该测试极板结构11水平拉出屏蔽结构箱体，便于进行清洁极板灰尘等维护工作。
[0074]优选地，屏蔽结构箱体的对开门缝隙处安装导电弹片，确保屏蔽效果;沿竖直方向等距离在绝缘支撑柱结构17上缠绕多圈导电金属丝20,沿竖直方向在多圈导电金属丝上设置一等分压电阻串19,等分压电阻串19中的每一电阻连接相邻的两圈导电金属丝，以减少边缘效应的影响。[0〇75]优选地，中极板13与上极板12、中极板13与下极板14的间距均为200mm，极板为矩形，边长为650mm;屏蔽结构箱体各个面的结合处均粘贴锡箱导电胶带，确保屏蔽效果;屏蔽结构箱体、测试极板结构11均采用无磁性的不锈钢板材;对开门的门板上安装了加强筋结构10以增大强度。极板边长和间距也可以是其他尺寸，并不限于本实施例的给出的数值。
[0076]本发明第四实施例的静电场传感器的自动化标定装置，进行标定时操作方便，便于维护，并且提高了标定精度。
[0077]在本发明的第五实施例中，提供了一种静电场传感器的自动化标定方法，其利用上述任一实施例的静电场传感器的自动化标定装置，包括:
[0078]步骤A:获取被测电场传感器的输出信号。[0〇79]当标定三维电场传感器时，步骤A具体包括:
[0080]子步骤A1:进行被测电场传感器径向电极X方向的标定，获取径向电极X方向的输出信号。
[0081]子步骤A1具体包括:将被测电场传感器放置在三维电场传感器径向测试支撑座26 上，再将三维电场传感器径向测试支撑座26放置于中极板13上，使得被测电场传感器的径向电极X暴露在电场中，径向电极X的法线方向与电场方向一致，控制高压电源按照预定的测试点输出，获取被测电场传感器的输出信号。
[0082]子步骤A2:进行被测电场传感器径向电极Y方向的标定，获取径向电极Y方向的输出信号。[〇〇83] 子步骤A2具体包括:将被测电场传感器放置在三维电场传感器径向测试支撑座26 上，再将三维电场传感器径向测试支撑座26放置于中极板13上，使得被测电场传感器的径向电极Y暴露在电场中，径向电极Y的法线方向与电场方向一致，控制高压电源按照预定的测试点输出，并获取被测电场传感器的输出信号。
[0084]子步骤A3:进行被测电场传感器轴向电极Z方向的标定，获取轴向电极Z方向的输出信号。
[0085]子步骤A3具体包括:将被测电场传感器放置在三维电场传感器轴向测试支撑座25 上，再将三维电场传感器轴向测试支撑座25放置于中极板13上，使得被测电场传感器的轴向电极Z暴露在电场中，轴向电极Z的法线方向与电场方向一致，控制高压电源按照预定的测试点输出，并获取被测电场传感器的输出信号。
[0086]子步骤A4:进行被测电场传感器双径向电极X、Y方向的同步标定，获取径向电极的输出信号。[〇〇87] 子步骤A4具体包括:将被测电场传感器放置在三维电场传感器双径向测试支撑座 27上，再将三维电场传感器双径向测试支撑座27放置于中极板13上，使得被测电场传感器的双径向电极X、Y均暴露在电场中，径向电极X、Y的法线方向与电场方向呈一定夹角(本例为45° )，控制高压电源按照预定的测试点输出，同步获取被测电场传感器的双径向输出信号。优选地，可互换上极板12和下极板14的高压电源的极性，对上述子步骤A1、A2和A3可进行多个正反行程的测试并将输出信号的平均值作为测试结果。[〇〇88]当标定三维微型电场传感器时，只需将步骤A中的三维电场传感器径向测试支撑座26、三维电场传感器轴向测试支撑座25和三维电场传感器双径向测试支撑座27更换为三维微型电场传感器径向测试支撑座、三维微型电场传感器轴向测试支撑座和三维微型电场传感器双径向同步测试支撑座即可完成标定。
[0089]当标定一维电场传感器时，步骤A具体包括:将被测电场传感器放置在一维电场传感器测试支撑座23上，再将一维电场传感器测试支撑座23放置于中极板13上，使得被测电场传感器感应电极的法线方向与电场方向一致，屏蔽电极与中极板13保持在一个平面上， 控制高压电源按照预定的测试点输出，获取被测电场传感器的输出信号。
[0090]当标定一维微型电场传感器时，只需将步骤A中的一维电场传感器测试支撑座23 更换为一维微型电场传感器测试支撑座24即可完成标定。[〇〇91] 优选地，可互换上极板12和下极板14的高压电源的极性，对上述步骤A进行多个正反行程的测试并将输出信号的平均值作为测试结果。
[0092]步骤B:基于被测电场传感器的输出信号得到被测电场传感器的标定参数。
[0093]步骤B具体包括:对输出信号进行处理，得到被测电场传感器的拟合曲线，并获取标定参数。[〇〇94]优选地，该标定参数包括截距、斜率、不确定度、线性度、重复性、灵敏度等。
[0095]本发明实施例可以对三维、一维、微型等多种结构的静电场传感器进行自动化标定测试，获取传感器静态性能指标，在0V/m-150kV/m的电场测量范围内，测量不确定度优于 1 %，大大提高了电场传感器的标定效率，以三维电场传感器为例，标定时间由1个小时缩短至IJ10分钟;一维或MEMS电场传感器的标定时间由30分钟缩短至IJ5分钟以内，可广泛用于电场传感器的批量化标定测试。[〇〇96]需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如:[〇〇97](1)还可以采用其他结构的屏蔽结构箱体；[〇〇98](2)还可以采用其他结构的测试极板结构；
[0099](3)本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值；[〇1〇〇] (4)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围；
[0101](5)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
[0102]综上所述，本发明提供的一种静电场传感器的自动化标定装置及标定方法，可以对三维电场传感器进行测试与标定，还可用于一维、微型等多种结构的电场传感器测试与标定，便于安放转接板结构及极板清洁等维护工作，操作便捷性得到了极大提高，可实现测试箱内部电场的自动化高精度调节，大大提高了电场传感器的标定效率，对电场传感器的大批量化标定测试具有重要意义，可自动获取温度、湿度等环境参数信息，为电场传感器环境适应性研究提供重要的参考依据。
[0103]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种静电场传感器的自动化标定装置，其特征在于，包括:电场测试箱(1)和三维电 场传感器测试支撑座，其中，所述电场测试箱(1)包括:屏蔽结构箱体和位于所述屏蔽箱体内部的测试极板结构 (11)，其中，所述屏蔽结构箱体的顶面开有箱体操作孔，所述箱体操作孔具有配套的箱体操作孔盖 板⑶；所述测试极板结构(11)包括由上至下的三层极板:上极板(12)、中极板(13)和下极板 (14)，其中，所述上极板(12)开有上极板操作孔，并具有与上极板操作孔配套的上极板操作 孔盖板(21 )，中极板(13)开有转接孔，并具有与转接孔尺寸匹配的转接板(22);三维电场传感器测试支撑座放置于所述转接板(22)上，用于放置被测三维电场传感器。2.如权利要求1所述的自动化标定装置，其特征在于，所述三维电场传感器测试支撑座 包括:三维电场传感器轴向测试支撑座(25)，其为一“U”型结构，其两侧壁顶端各具有一水平 侧板，水平侧板的长度等于侧壁的长度；三维电场传感器径向测试支撑座(26)，其为一“U”型结构，其两侧壁顶端各具有一水平 侧板，水平侧板的长度大于侧壁的长度；三维电场传感器双径向同步测试支撑座(27)，其为一“V”型结构，其两侧壁顶端各具有 一水平侧板，水平侧板的长度大于侧壁的长度。3.如权利要求1所述的自动化标定装置，其特征在于，所述自动化标定装置为一兼容三 维、一维和微型静电场传感器自动化标定的多模式自动化标定装置，其还包括:一维电场传 感器测试支撑座(23)、一维微型电场传感器测试支撑座(24)以及三维微型电场传感器测试 支撑座；其中，所述三维微型电场传感器测试支撑座包括:三维微型电场传感器轴向测试支撑 座、三维微型电场传感器径向测试支撑座和三维微型电场传感器双径向同步测试支撑座。4.如权利要求1所述的自动化标定装置，其特征在于，还包括:低端正极性直流高压电 源(2)、高端正极性直流高压电源(3)、低端负极性直流高压电源(4)、高端负极性直流高压 电源(5)、数据采集模块(6)和计算机终端(7)，其中，所述计算机终端(7)连接低端正极性直流高压电源(2)、高端正极性直流高压电源(3)、 低端负极性直流高压电源(4)、高端负极性直流高压电源(5)和数据采集模块(6)，所述数据 采集模块(6)连接被测电场传感器，屏蔽结构箱体的侧面安装高压接头，低端正极性直流高压电源(2)、高端正极性直流高 压电源(3)通过高压接头将电压引入到屏蔽结构箱体内部，并通过引线接到上极板(12)和 下极板(14)中的一个;低端负极性直流高压电源(4)、高端负极性直流高压电源(5)通过高 压接头将电压引入到屏蔽结构箱体内部，并通过引线接到上极板(12)和下极板(14)中的另 一个，中极板(13)电气连接到地。5.如权利要求4所述的自动化标定装置，其特征在于，所述屏蔽结构箱体内部设置温度 传感器、湿度传感器，所述数据采集模块(6)连接温度传感器和湿度传感器，数据采集模块 (6)对温度和湿度信号进行采集并传输到计算机终端(7)，计算机终端(7)得到环境参数。6.如权利要求1所述的自动化标定装置，其特征在于，屏蔽结构箱体的一侧面开有对开 门(9)，测试极板结构(11)还包括:支撑底板(15)、滑轨(16)、绝缘支撑柱结构(17)和绝缘固 定螺母(18);其中，所述绝缘支撑柱结构(17)包括若干竖直的绝缘支撑柱，绝缘固定螺母(18)将下极板、 中极板、上极板的侧边和顶角固定于绝缘支撑柱，并将绝缘支撑柱固定于支撑底板(15)上， 所述支撑底板15通过滑轨(16)与屏蔽结构箱体底面连接一体，形成所述测试极板结构 (11)〇7.如权利要求6所述的自动化标定装置，其特征在于，屏蔽结构箱体的对开门缝隙处安 装导电弹片;和/或沿竖直方向等距离在绝缘支撑柱结构(17)上缠绕多圈导电金属丝(20)， 沿竖直方向在多圈导电金属丝上设置一等分压电阻串(19)，等分压电阻串中的每一电阻连 接相邻的两圈导电金属丝，以减少边缘效应的影响。8.—种静电场传感器的自动化标定方法，其利用权利要求1至7中任一项权利要求所述 的静电场传感器的自动化标定装置，包括:步骤A:获取被测电场传感器的输出信号；以及步骤B:基于被测电场传感器的输出信号得到被测电场传感器的标定参数。9.如权利要求8所述的自动化标定方法，所述步骤A具体包括:子步骤A1:利用三维电场传感器径向测试支撑座(26)或三维微型电场传感器径向测试 支撑座，进行三维电场传感器或三维微型电场传感器径向电极X方向的标定，获取径向电极 X方向的输出信号；子步骤A2:利用三维电场传感器径向测试支撑座(26)或三维微型电场传感器径向测试 支撑座，进行三维电场传感器或三维微型电场传感器径向电极Y方向的标定，获取径向电极 Y方向的输出信号；子步骤A3:利用三维电场传感器轴向测试支撑座(25)或三维微型电场传感器轴向测试 支撑座，进行三维电场传感器或三维微型电场传感器轴向电极Z方向的标定，获取轴向电极 Z方向的输出信号；以及子步骤A4:利用三维电场传感器双径向测试支撑座(27)或三维微型电场传感器双径向 同步测试支撑座，进行三维电场传感器或三维微型电场传感器双径向电极X、Y方向的同步 标定，获取径向电极的输出信号。10.如权利要求8所述的自动化标定方法，所述步骤A具体包括:利用一维电场传感器测 试支撑座(23)或一维微型电场传感器测试支撑座(24 )，获取一维电场传感器或一维微型电 场传感器的输出信号。
【文档编号】G01R35/00GK105974346SQ201610272992
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】郑凤杰, 夏善红, 彭春荣
【申请人】中国科学院电子学研究所