一种测量静电场方向及其强度大小的方法和仪器
阅读说明：本技术 一种测量静电场方向及其强度大小的方法和仪器 (A kind of method and instrument measuring electrostatic field direction and its intensity size ) 是由 李珍 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种测量静电场方向及其强度大小的方法和仪器,可以测量电场的方向和大小,包括线路板、长型探头和机身,所述线路板和长型探头均安装在机身的内部,长型探头包括探头主体、信号正引线和信号负引线,信号正引线和信号负引线分别固定在探头主体的两端,长型探头与线路板之间用导线连接,本发明使用电子检测,灵敏度高,体积小,耐用可靠,可用于室内小范围,便于推广利用。并公开了一种实施例,其实施例的长型探头由四片探头代替。将仪器在它的xy平面上沿z轴(即是相对于使用者的左右)缓慢旋转,以及在它的yz平面上沿x轴(即是前后)缓慢旋转,以确定电场的方向和强度。(The invention discloses a kind of measurement electrostatic field direction and its methods and instrument of intensity size, direction and the size of electric field can be measured, including wiring board, elongated probe and fuselage, the wiring board and elongated probe are installed in the inside of fuselage, elongated probe includes probe body, the positive lead of signal and signal negative lead, the positive lead of signal and signal negative lead are separately fixed at the both ends of probe body, it is connected between elongated probe and wiring board with conducting wire, the present invention uses detection of electrons, high sensitivity, it is small in size, it is durable reliable, it can be used for indoor small range, convenient for utilization and extention.And a kind of embodiment is disclosed, the elongated probe of embodiment is replaced by four probes.Instrument is slowly rotated on its x/y plane along z-axis (being the left and right relative to user), and along x-axis (being front and back) slowly rotation in its yz plane, to determine direction and the intensity of electric field.)
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体是一种测量静电场方向及其强度大小的方法和仪器。
背景技术
现在有形形色色测量静电场其强度大小的仪器一般体积比较大，多用于室外或天气预报或者航天业，没一款是民用或者适合于室内的。而且绝大部分是利用机械式的电动转轮来探测这个电场强度，因此稳定性不高，容易损坏，寿命不长，昂贵，不利于普及。比如：US2449068(A)/US2820947，它们是机械式的，体积大、不便携带、寿命不长，非常昂贵。
另外已有的技术只是简单的测量电场的读数，并没有提出判断电场方向的方法和手段，当仪器的探测面和电场不垂直时候，所得的读数并不是真正的电场强度，因而是不准确的，探测面和电场的夹角越大，误差就越大。
本发明实施案中，使用了信号的比较，容易让人联想到以下专利US4199715/US3868074，粗略看起来有一些相似的地方，都使用了信号的比较，但实际上是有很大区别的，现在首先在这里说明它们的区别。US4199715/3868074题目为："用于在地球大气层中定义等势线/等势面以及测量相对于已选定等势线/等势面的错位的方法和设备"。虽然同样用到电子检测，但是它们是测量空间的位置和位置之间的差别，测量等势线/等势面以及测量相对于已选定等势线/等势面的错位，是空间的位置高低比较，其结果是高或低或者相等，是一个逻辑结果；而本发明是检测电场强度的，结果是一个连续的实数，单位是伏特/米。
另外现有技术中有测量静电大小的仪器，很多人误认为测量静电大小就是测量静电强度的，把静电大小和静电强度混为一体，前者的单位是伏特，后者的单位是伏特/米。本发明的检测结果的单位是后者，是测量静电强度的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电子探测的测量静电场方向及其强度大小的仪器，以解决所述背景技术中提出的问题。
为实现所述目的，本发明提供如下技术方案：
一种测量静电场方向及其强度大小的仪器，包括线路板、长型探头和机身，所述线路板和长型探头安装在机身的内部，长型探头包括探头主体、信号正引线和信号负引线，信号正引线和信号负引线分别固定在探头主体的两端，长型探头的信号正引线和信号负引线与线路板之间用导线连接。
作为本发明进一步的方案：所述机身上还设有按键，按键与线路板之间用导线连接。
作为本发明再进一步的方案：所述线路板包括电压比较器U1、电感L1、电感L2和表头A，电感L1的一端连接长型探头4的一端，电感L2的一端连接长型探头4的另一端，电感L1的另一端连接电容C1、电阻R3和电压比较器U1的3脚，电感L2的另一端连接电容C1的另一端、电阻R5和电压比较器U1的2脚，电压比较器U1的6脚输出信号到表头A。
作为本发明再进一步的方案：所述电压比较器U1的型号为AD620。
作为本发明再进一步的方案：所述机身采用不会产生及不会吸引静电的材料制成。
作为本发明再进一步的方案：采用微处理、数模和模数转换技术，模数转换读取电场强度大小，用数模转换显示读数和提示，微处理记录不同位置的值，然后对这些值进行比较和分析，指导使用者如何调整仪器，找出最大值或最小值以确定方向，并且计算出电场强度的大小。
一种测量静电场方向及其强度大小的仪器，包括机身，所述机身的顶部设有探头一11，机身的底部设有探头二12、探头三13和探头四14。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明使用电子检测，灵敏度高，体积小，耐用可靠，灵敏度高，可用于室内等小范围，便于推广利用。
附图说明
图1是实施例1的长形探头结构图。
图2是实施例1的结构图。
图3是实施例1的线路图。
图4是实施例1用手拿仪器在xy平面上沿z轴进行仪器位置的旋转的示意图。
图5是实施例1用手拿仪器在yz平面上沿x轴进行仪器位置的旋转的示意图。
图6是实施例1的原理方框图。
图7为实施例2探头的结构图。
图8为实施例2的整体结构图。
图9为实施例2手持仪器在xy平面上和在yz平面进行仪器位置的旋转的示意图。
图10为实施例2的原理方框图。
图11为实施例2的电路图。
图中：1-信号正引线，2-探头主体，3-机身，4-长型探头，5-线路板，6-按键，7-仪器，8-信号负引线、9-薄型导电物体、10-机身、11-探头一、12-探头二、13-探头三、14-探头四。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：请参阅图1-6及10，为实现所述目的，本发明提供如下技术方案：
一种测量静电场方向及其强度大小的仪器，包括线路板5、长型探头4和机身3，所述线路板5和长型探头4均安装在机身3的内部，长型探头4包括探头主体、信号正引线和信号负引线，信号正引线和信号负引线分别固定在探头主体的两端，长型探头4的信号正、负引线与线路板5之间用导线连接。机身3上还设有按键6，按键6与线路板5之间用导线连接。信号正引线和信号负引线引出两端的电位差，长型探头4两个端面平行，利用导电物体在电场中的极化特性，测量其两极的电位差，把所测到的微弱微伏电位差放大后用电压表或电流表读取读数，所用探头得有一定得长度，以产生足够大的可以检测的电位差。其厚度推荐值为至少100毫米。
如图3所示，线路板5包括电压比较器U1、电感L1、电感L2和表头A，电感L1的一端连接长型探头4的一端，电感L2的一端连接长型探头4的另一端，电感L1的另一端连接电容C1、电阻R3和电压比较器U1的3脚，电感L2的另一端连接电容C1的另一端、电阻R5和电压比较器U1的2脚，电压比较器U1的6脚输出信号到表头A，信号正引线及信号负引线分别串联接两个电感，并联接一个电容，以滤除干扰信号，干扰信号来源于附近的电磁场以及其波动，然后接一个放大器，放大器可以采用输入阻抗大的放大器，比如AD620，AD620线性良好放大倍数达到10000倍，能放大10-6伏特的电压。经过AD620放大后的电压值可以用直流电压表头直接读取，通校验后得到相应的电场强度值，在电压表头上标上对应的电场强度值。校验方法：对应于一个恒定的电场，用已有的电场强度仪器进行比较，如用Boltek EFM-100C RS485Electric FielD Mill进行比较。
使用时按下开关，用手拿仪器分别在yz平面沿x轴(如图4)及在yz平面上沿z(如图5)旋转以读取和电场平衡的数值，这个数值应该是最大值，人工记录这个值或者用计算机辅助记录，最大值对应长形探头4的方向是电场的方向。
实施例2，如图7-11所示。实施例1中所用长形探头4的功能由四片探头代替，对应的电路也做出相应的修改。长形探头的功能有两个：探测静电场的值以及决定所探测到的值是否平衡于静电场。此实施中用四片探头也能达到长形探头同样的效果，具体通过以下步骤实现：包括机身10，所述机身10的顶部设有探头一11，机身10的底部设有探头二12、探头三13和探头四14，其中，探头一11、探头二12、探头三13和探头四14均为薄型导电物体9构成，(如图7)，11和12、13、14是由同样材料制成，大小厚度也一样。用同一面上分布至少三个探头(如图8的12、13、14)以判断仪器在电场中得位置，至少在两个面上分布探头(11和12、13、14中之一)以测量电场强度。假设电场是平行于仪器机身的长边，那么在12、13、14探头所探测的值应该是一样的。通过计算这些值就能判断仪器的探头是否处于可以测量的位置。
图8是测量静电场方向及其强度大小的仪器结构示意图。11、12、13、14分别是探头，10是机身，当仪器调整到电场是平行于机身时才开始测量。如图9通过以下办法来调整仪器和电场的平衡:手持仪器在xy平面上沿z轴(即是左右)缓慢旋转直到12跟14的值相等，然后在yz平面上原着x轴(即是前后)缓慢旋转直到12跟13的值相等，测量13和11之间的值，此值就是电场强度的数值。
图11为电路图。U1对薄片探头12和14检测到的的信号进行比较放大，U1采用高阻抗放大倍数很大的典型芯片AD620，如果12的信号比14强，U1输出为正，发光二极管D2发亮，提示使用者向左调，如果14的信号比12强，U1输出为负，发光二极管D1发亮，提示使用者向右调，如此左右调整直到D5发亮；同理U4对薄片探头12和13检测到的的信号进行比较放大如果12的信号比13强，U1输出为正，发光二极管D7发亮，提示使用者向后调，如果13的信号比12强，U1输出为负，发光二极管D6发亮，提示使用者向前调，如此前后调整直到D10发亮；芯片U2和U3以及周围电路组成一个绝对值电路，不管芯片U1输出的是正还是负，U3的输出等于其绝对值，一个接近VS的正电位，此时Q1截止，当发光二极管D1或D2任何一个发亮时，Q1截止，发光二极管D5不亮，只有左右调至适当的时候，12和14的值相等时,U1输出为零,U3的输出也为零，Q1导通，发光二极管D5发亮；同理芯片U6和U5以及周围电路组成一个绝对值电路，不管芯片U4输出的是正还是负，U5的输出等于其绝对值，一个接近VS的正电位，此时Q2截止，当发光二极管D6或D7任何一个发亮时，Q1截止，发光二极管D10不亮，只有前后调至适当的时候，12和13的值相等时,U4输出为零,U5的输出也为零，Q2导通，发光二极管D10发亮；当D5和D10同时发量时，表示仪器处于可以测试的位置，电场方向垂直于12、13、14组成的面上，此时U7对薄片探头11和13检测到的的信号进行比较放大，它的输出可以用电压表头量取，校准后就得到电场强度的读数。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。