摘要：本文通过介绍静电场测绘的理论依据，基于模拟法从模拟静电场测绘仪硬件设计和软件设计两个方面分别对触摸屏、导电板、探针移动机械系统等进行探讨，为静电场测绘提供参考意见。
关键词：模拟法；静电场；测绘
1静电场测绘的理论依据
静电场是由静止电荷激发的电场，在测量的基础上绘出电场分布的等位线和电力线，研究静电场时没有电流，用理论计算电场分布困难很大，不能直接用磁电式仪表测量。而采用模拟法来研究静电场的电场分布情况，以相似理论为基础，不直接研究自然现象或事物本身，而是用与这些自然现象或事物相似的模型进行研究，用易于实现、便于测量的物理状态或过程模拟不易实现、不便测量的状态或过程，可以用两组对应的物理量来描述，建立静电场的稳恒电流场模型时要满足三个的模拟条件。电极和导电介质接触良好；导电介质导电均匀；电
极电导率远大于导电介质电导率，电极近似为等位体。模型建好之后，只要测量等位点就可以拟合等位线，但在测绘长直同轴圆柱形电极间的电场时，通过等位点拟合等位线，传统的方法没有一个合理、规范、科学的根据，又增大了实验结果的误差。电场测绘仪的导电板上可设置不同类型的导电电极用以模拟两等量异性点电荷间的电场、同轴带电柱体间的等静电场,还可以模拟其它类型的物理场,阎霄汉如模拟飞机机翼周围的空气流等，范围限制在一圆形区域的一对扇形正负电极产生的电场的等势线及电力线的实验处理结果，从而选择最佳的反映结果特征观察视角。
2静电场测绘系统设计
2.1模拟静电场测绘仪硬件设计
①触摸屏设计。采用一块带统一电阻外表面的玻璃板,一个厚厚的聚酯表层贴近悬挂在玻璃面上面,通过小的透明的绝缘颗粒与玻璃面分开。触摸屏一般可以分为矢量压力传感式、电阻式、电容式、红外线式、表面声波式五种，电阻式触摸屏在嵌入式系统中应用得较多。设计电阻式触摸屏聚酯层，应当充分利用它外表面坚硬耐用,内表面有一个传导层。设计屏幕被触摸时，传导层与玻璃面表层进行电子接触，产生的电压就是所触位置的模拟表示。
聚酯表层和玻璃面之间用工业级填物密封,避免了2个表面之间的液体毛细现象。采用高密度集成电路设计的单片ASIC触摸屏芯片组将这些电压数字化,并将信号传至单片机进行处理，避免了液体从排气孔进入的可能。
②导电板设计。设计导电板，要针对当电极在导电板上通电之后能在电介质区域形成具有某种可测分布的电流场,从而实现以稳恒电流场模拟静态静电场的功能,为测绘仪提供被测对象。设计导电板采用层状结构，以树脂板作基体材料,导电碳油墨为电介质,首先按照印刷电路板的制造工艺,在树脂板上腐蚀出电极,再参照手工油印的方法在附有电极的硅板上均匀涂上导电油墨即可。该导电板导电性能优良,成本低廉。
③探针移动机械系统设计。探针移动机械系统由X方向和Y方向的两向精密移动机构组成,主要部件有步进电动机、精密滚珠丝杠、线性轴承、支撑板、底座等,移动精度最高可达到0.01 mm/络利安自动络筒机步。在检测与控制主机系统的控制下,要带动探针实现对导电板的自动或者点动扫描和数据采集。探针移动机械系统驱动装置还包括一个连杆,连杆的一端与滑块连接,另一端设有探针连接头,探针通过连接头、连杆固定在滑块上。底座上设有X轴向导向轨、在X轴向导向轨上运行的平台、用于驱动平台的步进电动机;平台上设有Y轴向导向轨、在Y轴向导向轨上运行的滑块、用于驱动滑块的步进电动机;探针设置在滑块上。
2.2静电场测绘系统软件设计
模拟静电场测绘仪系统软件一般分为测控系统软件及仿真与分析两种。测控系统软件构成与功能测控系统软件需要满足开机界面、设置界面、自动采集界面、手动采集界面、触摸屏界面、人机交互界面和存储界面等7种不同界面的操作需求。因此甲基丙烯酸丁酯
,该软件的操作全部采用菜单化驱动方式实现操作简单、人机交互界面友好。仿真与分析软件包主要由主界面、数据分析界面和模拟仿真界面组成。数据分析界面是该软件的默认界面，通过U盘将实验数据传输到matlabPC机上之后，通过设置边界条件、电力线与等势线条数后可直接生成图形，操作者打开该数据文件后就可直接在界面的左侧观察到电场的等势线分布，在界面的右侧可进行界面外观设置、拟合算法设置、界面切换等。例如对同轴圆柱电极而言，操作者可以输入内导线半径r0、外导线内径R0、电极之间电场电压U0，然后设置要观察的电力线和等势线条数后，点击中国修订韦氏成人智力量表“动态生成”观测电场分布情况,鼠标拖动也可观察各个点的坐标以及电压情况。 参考文献：
[1] 许裕华.用模拟法对静电场的计算机测绘[J].太原理工大学 学报,2009,30(6):672-676.
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