سنسور میدان الکتریکی (Electric Field Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور میدان الکتریکی (Electric Field Sensor) :
سنسور میدان الکتریکی برای اندازه گیری شدت میدان الکتریکی (
\[ \vec{E} \]) در یک نقطه از فضا استفاده می شود. این سنسورها در کاربردهای مختلفی از جمله اندازه گیری ولتاژ خطوط انتقال برق (غیرتماسی)، پایش میدان های الکترومغناطیسی محیطی، تحقیقات جوی (صاعقه)، و صنایع نیمه هادی کاربرد دارند. میدان الکتریکی می تواند DC (ثابت) یا AC (متغیر با زمان) باشد.
اصول کار سنسورهای میدان الکتریکی:
سنسور خازنی (Capacitive Probe): ساده ترین روش. شامل دو صفحه رسانا است که یک خازن را تشکیل می دهند. با قرار گرفتن در میدان الکتریکی، بین صفحات اختلاف پتانسیل متناسب با میدان ایجاد می شود. این روش برای میدان های DC و AC قابل استفاده است، اما امپدانس خروجی بسیار بالاست و نیاز به تقویت کننده با امپدانس ورودی بالا دارد. یک نوع خاص، سنسور میدان الکتریکی مولین (Molin) است که از یک پروب ارتعاشی برای مدوله کردن ظرفیت و اندازه گیری میدان DC استفاده می کند.
سنسور الکترواپتیک (Electro-optic Sensor): از کریستال های الکترواپتیک (مانند LiNbO₃، BGO) استفاده می کند که ضریب شکست آنها با اعمال میدان الکتریکی تغییر می کند (اثر پاکلز یا اثر کر). یک پرتو لیزر از کریستال عبور داده می شود و تغییر فاز یا پلاریزاسیون نور اندازه گیری می شود. این سنسورها پهنای باند وسیع و ایزولاسیون عالی دارند، اما گران تر هستند.
آنتن ها: برای میدان های الکتریکی متغیر با زمان (به ویژه در فرکانس های بالا) از آنتن های الکتریکی (مانند دوقطبی) استفاده می شود که ولتاژ القایی در آنها متناسب با میدان فرودی است.
سنسور MEMS: سنسورهای میکروالکترومکانیکی که بر اساس نیروی الکترواستاتیک روی یک تیرک یا غشاء کار می کنند. جابجایی ناشی از نیرو اندازه گیری می شود.
کالیبراسیون سنسورهای میدان الکتریکی در یک میدان معلوم (مثلا بین دو صفحه موازی با ولتاژ معلوم) انجام می شود.
مزایا (نوع الکترواپتیک):
ایزولاسیون کامل (دی الکتریک).
پهنای باند وسیع (تا GHz).
عدم تداخل با میدان.
معایب: هزینه بالا، حساسیت به دما، و پیچیدگی اپتیکی.
\[ E = \frac{V}{d} \quad \text{(در یک خازن صفحه موازی)} \]کاربردها: اندازه گیری ولتاژ خطوط انتقال برق فشارقوی (غیرتماسی)، پایش میدان های الکترومغناطیسی در محیط های کاری، تحقیقات فیزیک پلاسما، و تست تجهیزات الکترونیکی.
