电场传感器有敏感器及其他电路组成，输出一端为模拟信号，另外一端为接地，敏感器的表面为电场感应区，根据被测电场强度（比如：电荷量的大小）的变化，敏感器的内部将发生变化，线性地改变其电阻值的大小，便将电压变化的信息输出（或到信号放大器，经滤波器、限幅器等电路，最后通过A/D变换器输出）。并由控制端（比如：计算机中的声卡）采集卡获得数字或模拟信号，由计算机的程序完成相关的图像和数据的处理。

我们根据实际需要，设计了数字型电场传感器，如图2，模拟型的电场传感器，如图3。

在传感器的设计后，需要对传感器进行相关性能的测试，我们选用福禄克多功能测量设备（如：信号发生器）对传感器进行电压采集的过程试验。实验结果表明：传感器性能良好，能够满足有关工程项目中的电气信号的采集。我们利用各种虚拟应用软件（比如：示波器、频谱仪）进行分析和观察，证明我们设计的电场传感器是属比较好的传感器。

电场传感器的设计、制作和试验，经历较长时间实验和改进。其中需要很多的电子技术方面的知识，比如：屏蔽技术、接地技术、系统的优化和抗干扰等等。并结合应用软件，进行反复调试。

在电场传感器的性能测试方面，有相关视频实况可供参考。我们利用标准的“福禄克”信号发生器、计算机声卡（或外置USB声驱动器、标准4通道采集器）和虚拟应用软件，对新型电场传感器进行频率、波型、电压和屏蔽、接地等等技术方面的测试，最终获得比较满意的效果。见如图4，标准信号发生器与电场传感器之间的连接方式，红色导线是信号发生器的电压信号线，屏蔽夹采用临时金属文件夹并接地，传感器的输出连接到计算机的声卡的麦克风输入端。选择信号发生器的参数为：220VAC\50Hz,在计算机的应用软件（即：示波器、频谱仪）的显示结果，如图5，显示的正弦波曲线图和功率图。

由于福禄克发生器设备的输出信号的比较标准的、基本无谐波存在的正弦波，所以，通过传感器的采集（比如在传感器周围采取了屏蔽、接地方法），由计算机的应用软件（比如：虚拟示波器、频谱仪）的FFT（即：快速傅里叶函数）的计算和分析下，获得的正弦波图和功率图，从图中显示出：在虚拟示波器中正弦波的波形图良好，在频谱仪的功率图中反映出参数50Hz时，其峰值-45dB,基本没有谐波的存在，并且谐波总损失率THD在16%。用同样的方法，检测正弦波如图6 ，参数是1000VAC/10000Hz。

再次检测正弦波如图7 ，参数是10VAC/500Hz。我们发现参数的变化，功率图比较良好，而正弦波变化比较大，基本是直线趋势，可能电压值小原因。通过本传感器检测到相关信息，认为是比较符合实际状态的。但是，都是在比较理想的信号发生器中获得的数据。

图8显示了实际测量工频电源220VAC、50Hz的状态，如图中在50Hz频率处，幅度为-32dB,并THD在4.54%，证明工频电源的THD满足有关国家电网的技术要求，由于是工频电源，电源内部存在比较多的谐波成分，比如在100Hz、150Hz等高次谐波，它不是传感器内部及采集卡所产生的问题，因为传感器和被测导线都是被金属屏蔽和接地的，并且没有任何其他电子元件组成。不存在外界的干扰。

所以，从上述的各示图显示，传感器的性能是良好的，符合原设计需求。

图9， 展了是传感器与微型控制器（其内含单声道声卡和外置USB声驱动单元）的组成，便可以有二路传感器的输入，一个直接进入声卡的麦克风端口（即：模拟信号），另外一个变成USB接口（即：数字信号）。如果控制器配备4个USB端口，那么，非常容易成为4通道的数字型采集器，可供4各传感器连接之采集器。在计算机的应用软件下，完成同时采集远程的模拟信息至计算机内。

 图10 ，显示在图4的信号发生器下的采集到的图形，使我们获得良好的实际创新成果而充满信心。

 

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