CN115083245A - 一种三维可视化静电场描绘仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维可视化静电场描绘仪，包括有探针运动***、电势采集***、等势面描绘***，所述探针运动***控制探针的运动，计算等势点的坐标值并存储；所述电势采集***读取探针的电势并显示；等势面描绘***处理实验数据并绘制等势面；能够探测三维静电场，利用Matlab作图，将三维等势面可视化，学生可以通过实验数据来验证理论课堂上推导出来的电磁学性质，更全面、更直观地学习和了解静电场，加深对静电场概念和性质的理解，而对于不规则电极，学生可以通过实验的数据来认识和分析其三维电场性质，有助于激发学生对静电场性质的思考，拓展学生的思维，在教学领域具有广阔的发展前景。

Description

一种三维可视化静电场描绘仪

技术领域

本发明涉及静电场描绘仪领域，具体涉及一种三维可视化静电场描绘仪。

背景技术

传统的静电场描绘仪，采用双层结构，上下探针通过手柄固定。实验时底端探针在水槽中移动，寻找电流场中电势相同的点；上端同步探针在坐标纸上相应的位置上打点以记录这些点。实验结束后，实验者将坐标纸上电势相等的点用平滑的曲线相连，即可获得稳恒电流场中的等势线图。但传统的实验仪器在操作时存在以下弊端：

(1)静电场的检测局限于二维平面，虽然对于某些具有对称性的静电场模型可以用高斯定理推知，在垂直于轴线上的任意一个截面内，有均匀分布辐射状电力线，是一个与z轴无关的二维平面场，但在传统实验中无法通过实验数据来验证以上结论的正确性；对于不对称电极，采用理论推导的方法几乎不能确定两电极所形成的三维静电场，因此三维的静电场描绘仪显得更为重要了；

(2)用同步探针在坐标纸上打点的方式记录等势点位置，过程中探针倾斜、手部抖动、坐标纸不平整或者坐标纸与底座间滑动都会造成打点位置与实际位置产生偏差，等势点位置不准确，由此增大实验结果误差。此外，手工坐标纸作图的方法也无法绘制出三维的等势面；

(3)传统静电场描绘仪需要手动寻找等势点位置，教师在进行实验演示时需要花费大量时间寻找等势点、记录等势点位置，这一过程耗时长且操作繁琐，不利于教师的实验演示。

发明内容

本发明的目的，是为了解决背景技术中的问题，提供一种三维可视化静电场描绘仪。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种三维可视化静电场描绘仪，包括有探针运动***、电势采集***、等势面描绘***，所述探针运动***控制探针的运动，计算等势点的坐标值并存储；所述电势采集***读取探针的电势并显示；等势面描绘***处理实验数据并绘制等势面；

所述探针运动***包括有支架、x轴滑动机构、Y轴滑动机构、可伸缩探针机构、便于更换电极的三维水槽，两个所述x轴滑动机构设在所述支架顶部相对的两侧，所述Y轴滑动机构设在两个x轴滑动机构之间，所述水槽设在所述支架的底部，所述可伸缩探针机构设在所述Y轴滑动机构上。

通过x轴滑动机构、Y轴滑动机构、可伸缩探针机构实现了探针的三维机械运动且计算等势点的坐标值并存储，通过电势采集***读取探针的电势并显示，通过等势面描绘***处理实验数据并绘制等势面，设计了一款三维可视化静电场描绘仪，能够探测三维静电场，利用Matlab作图，将三维等势面可视化，Aduino 实时获取、存储电势值和坐标值，电压数据的测量和坐标数据的计算的误差基本均控制在3％以下，且最终绘制的等势面与理论推导结果大致相符，有效避免在坐标纸上打点产生的误差，对于一些高度对称电极模型，学生可以通过实验数据来验证理论课堂上推导出来的电磁学性质，更全面、更直观地学习和了解静电场，加深对静电场概念和性质的理解，而对于不规则电极，学生可以通过实验的数据来认识和分析其三维电场性质，有助于激发学生对静电场性质的思考，拓展学生的思维，在教学领域具有广阔的发展前景。

所述可伸缩探针机构包括有设在所述Y轴滑台上的步进电机、螺杆、内部中空的固定套、螺母、连接件、探针，所述固定套设在步进电机驱动端的底部，所述螺杆的顶端与所述步进电机的输出轴固定连接且位于所述固定套的内部，所述螺母套设在所述螺杆上，所述连接件的一侧与所述螺母固定连接，其另一侧设有限位块，所述固定套的内壁沿着轴向方向上开设有导向滑槽，所述限位块滑动设在所述导向滑槽内，所述连接件上开设有安装孔，所述探针穿过所述连接件的安装孔且与所述螺杆相互平行，

优选地，所述三维水槽包括有水槽本体和设在所述水槽本体内的电极结构，所述电极结构包括有固定板、电极、防水导线，所述电极设在所述固定板的上表面，所述水槽本体的顶部设有接线柱，所述防水导线一端与所述电极电连接，所述防水导线与电极连接的两端的连接处用防水胶进行覆盖，另一端与接线柱电连接，通过电机结构与水槽本体分开的结构，使得三维水槽能够根据实验需要灵活搭配不同的电机结构进行使用，也无需再更换水，使用更加的灵活。

优选地，所述防水导线靠近所述接线柱的一端设有快接头，所述水槽本体的顶部侧壁开设有安装槽，所述安装槽右侧的槽口设有挡框，所述接线柱靠近所述水槽本体的一侧安装有安装板，所述安装板与所述水槽本体的侧壁固定连接，所述接线柱位于所述安装槽安装槽的槽口上，所述安装板的右侧固定连接有拉簧，所述拉簧位于所述安装槽内，所述拉簧的另一端连接有快接座，所述快接座上设有两个第一触点，所述第一触点与所述接线柱电连接，所述快接头上设有与所述第一触点相互配合的第二触点，所述第二触点与所述防水导线电连接，所述快接头上设有第一磁铁，所述快接座设有与所述第一磁铁相互配合的第二磁铁。

通过拉簧的方式，加强连接的可靠性。

优选地，所述快接头围绕着所述第二磁铁的周围成型有环形凸槽，所述快接座上成型有与所述环形凸槽相互配合的限位凹槽，通过环形凸槽卡在限位凹槽内，使得连接更加的精准。

优选地，所述连接件的底部固定连接设有卡接结构，所述卡接结构包括有固定环，在所述固定环的侧壁圆周分均布的限位滑槽，夹持件、压缩弹簧，所述限位滑槽沿着所述固定环的半径方向设置，所述夹持件滑动设在所述限位滑槽内，所述压缩弹簧套在所述固定环的侧壁上且压紧所述夹持件，通过限位滑槽使得夹持件在固定环上滑动，通过压缩弹簧能够对夹持件产生沿着固定环半径方向的力，使得夹持件能够对探针的侧壁进行加紧或松开，从而使得探针可更换，便于实验。

优选地，所述夹持件由滑块与夹持块组成，所述滑块的外形尺寸大于所述夹持块的外形尺寸，所述滑块靠近所述固定环的外侧壁，所述夹持块靠近所述固定环的内侧壁，所述限位滑槽靠近所述固定环内侧壁的一端设有挡板，通过挡板使得滑块只能在限位滑槽内滑动，夹持块可以运动至限位滑槽的外侧，能够防止压缩弹簧对夹持件挤压过头。

优选地，所述固定环的外侧壁上成型有环形卡槽，所述压缩弹簧卡在所述环形卡槽内，所述夹持件的滑块外侧壁成型有与所述环形卡槽相互配合的弧面凹槽，通过环形卡槽和弧面凹槽能够对压缩弹簧进行固定。

优选地，所述夹持块靠近所述探针的夹持面呈弧面，能够与探针的侧壁进行贴合，有利于夹紧探针。

优选地，所述探针由探针本体与针头组成，所述探针本体的表面附有防水胶，只留出针尖部分检测电势，避免三维电流场纵向电压对探针电势的影响。

综上所述，本发明的有益效果：

1.本发明通过探针运动***实现了探针的三维机械运动且计算等势点的坐标值并存储，通过电势采集***读取探针的电势并显示，通过等势面描绘***处理实验数据并绘制等势面，设计了一款三维可视化静电场描绘仪，能够探测三维静电场，利用Matlab作图，将三维等势面可视化，Aduino实时获取、存储电势值和坐标值，电压数据的测量和坐标数据的计算的误差基本均控制在3％以下，且最终绘制的等势面与理论推导结果大致相符，有效避免在坐标纸上打点产生的误差，对于一些高度对称电极模型，学生可以通过实验数据来验证理论课堂上推导出来的电磁学性质，更全面、更直观地学习和了解静电场，加深对静电场概念和性质的理解，而对于不规则电极，学生可以通过实验的数据来认识和分析其三维电场性质，有助于激发学生对静电场性质的思考，拓展学生的思维，在教学领域具有广阔的发展前景。

2.本发明通过快接头放在安装槽的挡框上，使得第一磁铁与第二磁铁相互吸引，使得拉簧被拉伸，使得快接座快速向快接头的方向移动，从而使得第一触点与第二触点接触，从而使得电机结构与水槽上的接线柱连通，更换电极结构时，只需要拔下快接头，拉簧既能够带着快接座回位，能够实现快速插接，相比与现有的传统的电极与水箱直接固定的方式，可以减少接线的步骤，操作更加的便捷。

3.本发明通过卡接结构的压缩弹簧能够对夹持件产生沿着固定环半径方向的力，使得夹持件能够对探针的侧壁进行加紧或松开，从而使得探针可更换，便于实验。

附图说明

图1是本发明***框图示意图；

图2是本发明立体示意图；

图3是本发明正视示意图；

图4是本发明三维水槽侧面剖视示意图；

图5是本发明三维水槽俯视剖视示意图；

图6是本发明三维水槽整体示意图；

图7是本发明快接头与快接座的示意图；

图8是本发明限位凹槽的示意图；

图9是本发明可伸缩探针机构的剖视示意图；

图10是本发明卡接结构的立体示意图；

图11是本发明固定环的示意图；

图12是本发明夹持件的示意图；

图13是本发明同心球壳电极的示意图；

图14是本发明峰值检波电路的原理图；

图15是本发明输出电压u₀的波形图；

图16是本发明电势采集***的峰值检波电路；

图17是本发明手动模式的工作流程图；

图18是本发明自动模式的工作流程图；

图19是本发明Matlab绘制的平行板等势面；

图20是本发明平行板静电场电压随x轴变化关系图；

图21是本发明同心球壳静电场等势面分布图；

图22是本发电压平均值U与半径平均值的倒数1/r的关系；

具体实施方式

以下具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

下面结合附图以实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1-13所示，一种三维可视化静电场描绘仪，包括有探针运动***1、电势采集***2、等势面描绘***3，所述探针运动***1控制探针的运动，计算等势点的坐标值并存储；所述电势采集***2读取探针的电势并显示；等势面描绘***3处理实验数据并绘制等势面；

所述探针运动***1包括有支架4、x轴滑动机构5、Y轴滑动机构6、可伸缩探针机构7、便于更换电极的三维水槽8，两个所述x轴滑动机构5设在所述支架4顶部相对的两侧，所述Y轴滑动机构6设在两个x轴滑动机构5之间，所述水槽8设在所述支架4的底部，所述可伸缩探针机构7设在所述Y轴滑动机构6上，所述可伸缩探针机构7包括有设在所述Y轴滑台上的步进电机71、螺杆72、内部中空的固定套73、螺母74、连接件75、探针76，所述固定套73设在步进电机71驱动端的底部，所述螺杆72的顶端与所述步进电机71的输出轴固定连接且位于所述固定套73的内部，所述螺母74套设在所述螺杆72上，所述连接件75的一侧与所述螺母74固定连接，其另一侧设有限位块77，所述固定套73的内壁沿着轴向方向上开设有导向滑槽731，所述限位块77滑动设在所述导向滑槽731内，所述连接件75上开设有安装孔，所述探针76穿过所述连接件75的安装孔且与所述螺杆72相互平行。

探针运动的动力源为步进电机，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个角度(称为“步距角”)。步进电机的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而只要控制脉冲的数量和频率, 即可获得所需的转角和速度，从而达到准确定位的目的；

本案步进电机配合同步带、同步轮分别实现探针在x、y轴方向的运动，这是现有技术，因此不在这里进行赘述，往不同方向掰动摇杆，改变其内部两个电位器的有效阻值，从而Arduino读取到不同的电压值，据此输出脉冲，驱动步进电机的正反转；

实验装置采用的步进电机的固有步距角是1.8度，设置驱动器的细分数为 8，则电机作业时真实步距角是1.88度，即3.92×10-3rad。同步轮半径R 为0.80cm，根据弧长公式l＝θ×R，计算得到步进电机1个脉冲对应的线位移理论值为3.14×10-3cm。由Arduino记录步进电机的总脉冲数就可计算出探针的位移大小，即x、y轴坐标值；

为方便实验者操作，步进电机71用直滑式电位器来控制，其操作原理和摇杆相似，螺杆采用的是M5螺杆，螺距为0.8mm，电极转动一圈对应着带动螺杆转动一圈，因此可以计算出一个脉冲对应的螺母位移大小为4.99×10-5cm。同样Arduino记录电机总脉冲，乘以单位脉冲对应的位移量就是z轴的坐标值。

电势采集***2，在模拟法描绘静电场实验中，如果在两极之间加上稳恒电压会使电极氧化，为此，通常在电极两端加的是交流电。当电极接交流电时，产生电流场的瞬间值是随时间变化的，但交流电压的有效值与相应直流电压是等效的，在交流电流场中用交流毫伏表测量有效值所得的等势线与在直流电流场中用直流电压表测量同值的等势线其结果是相同的。基于此，本小组利用了峰值检波电路。

如图14为峰值检波电路的原理图，该图来说明检波电路的工作原理，当输入交流等幅电压u_s＝u_mcosω_ct时，输出电压u₀的波形图如图15所示。当二极管正向导通时，u_s对电容C进行充电，充电的时间常数为R_DC，电压充到A点时，由于u_s的反作用使二极管D截止，则电源存储的电荷通过电阻R_L放电，放电的时间常数为R_LC，直至u_s大于u₀，二极管再次导通，此时对电容C充电。

由于负载电阻R_L要远远大于二极管的内阻R_D，那么对电容C充电的速度远远大于其放电的速度。所以输出电压u₀在不断充放电过程中不断的增长，而此时二极管导通的时间不断的减小，截止时间不断增加。这个过程直到电容C 充电的电荷量等于二极管截止时间内排放的电荷量，此时达到动态平衡。而平均值Uav便是检波器所输出的检波电压，电压的锯齿状是由于低通滤波器滤波特性非理想性而残余的高频电压。

本装置的测压电路如图16所示，输入端接探针和模型的接地电极，输出端接Arduino的A3引脚和GND引脚。整个仪器接220V交流电源，变压器将该交流电降压后为水槽电极供电，探针在电流场的不同位置与会与接地电极形成不同的交流电压，该交流电压经过检波电路处理输出给Arduino，Arduino读取该电压值并实时显示在OLED显示屏上。

利用Arduino实时读取电压值和坐标值，存储在计算机中，取代传统仪器用同步探针在坐标纸上打点记录的方式，简化了实验操作，并且用此方法得到的等势点位置不受实验者手抖，坐标纸滑动等偶然因素的影响。实验数据表明，此项改进有效减小实验结果的误差，提高了结果准确度。

等势面描绘***3，Arduino与Matlab进行串口通讯，传输等势点的坐标值和电势值，Matlab将相同电势值的坐标点进行分组，并用矩阵形式存储，最后在相邻两点间利用插值算法拟合出等势面，显现在电脑屏幕上。

利用Matlab处理数据，绘制出三维的等势面，可以有效避免实验者手工绘图带来的误差，使绘制的图像更加准确；将抽象的等势面可视化，以图像的形式给学生以直观的静电场的认识，有利于增加物理实验课堂的时效性。

本实验仪器的工作模式分为手动模式与自动模式：手动模式用于学生实验操作，自动用教师演示实验。手动模式下和自动模式下仪器的工作流程如图17-18 所示。

如图4-8所示，所述三维水槽8包括有水槽本体81和设在所述水槽本体81 内的电极结构83，所述电极结构83包括有固定板831、电极832、防水导线833，电极832为平行板电极，也可以为同心球壳电极836(如图13所示)，所述电极832设在所述固定板831的上表面，所述水槽本体81的顶部设有接线柱811，所述防水导线833一端与所述电极832电连接，另一端与接线柱811电连接，所述防水导线833靠近所述接线柱811的一端设有快接头84，所述水槽本体81的顶部侧壁开设有安装槽812，所述安装槽812右侧的槽口设有挡框815，所述接线柱811靠近所述水槽本体81的一侧安装有安装板813，所述安装板813与所述水槽本体81的侧壁固定连接，所述接线柱811位于所述安装槽安装槽812的槽口上，所述安装板813的右侧固定连接有拉簧814，所述拉簧814位于所述安装槽812内，所述拉簧814的另一端连接有快接座85，所述快接座85上设有两个第一触点851，所述第一触点851与所述接线柱811电连接，所述快接头84 上设有与所述第一触点851相互配合的第二触点841，所述第二触点841与所述防水导线833电连接，所述快接头84上设有第一磁铁853，所述快接座85设有与所述第一磁铁853相互配合的第二磁铁843，所述快接头84围绕着所述第二磁铁841的周围成型有环形凸槽842，所述快接座85上成型有与所述环形凸槽 842相互配合的限位凹槽852，所述探针76由探针本体761与针头762组成，所述探针本体761的表面附有防水胶763。

工作原理：

如图1-13所示，将选择需要的电极结构83放入水槽本体81中，通过快接头84与快接座85的快速连接，使得电极结构83与接线柱811连通，之后将进行水槽本体81内加水至指定的位置，需要手动操作时，初始界面选择手动检测模式，操作摇杆控制探针在二维平面运动，通过直滑式电位器控制上下运动，选择等势点按下确认按钮，之后串口显示该点的坐标与电势，Arduino与Matlab 进行串口通讯，传输数据，Matlab拟合图像，画出等势面即可，需要自动模式时，初始界面选择自动扫描模式，探针继续宁全面扫描，OLED屏幕实时显示电势，每隔一定步长，存储该点的坐标与电势，Arduino与Matlab进行串口通讯，Matlab拟合图像，画出等势面即可，通过手动模式能够便于学生操作，利用此三维可视化静电场描绘仪可以帮助学生更全面、更直观地学习和了解静电场，在教学领域具有广阔的发展前景，通过自动模式，探针在程序控制的移动轨迹下自动对模型进行扫描，快速呈现等势面图像。教师课堂上讲解静电场相关理论知识时，可借助自动模式进行演示实验，配合讲解，指导观察，使学生对静电场分布获得生动的感性认识，同时又增加了课堂的趣味性；或在实验前为学生展现最终实验效果，激发学生实验的兴趣，达到“事半功倍”的效果。

实施例2

如图10-12所示，与上述实施例1不同的是，所述连接件75的底部固定连接设有卡接结构9，所述卡接结构9包括有固定环91，在所述固定环91的侧壁圆周分均布的限位滑槽92，夹持件93、压缩弹簧94，所述限位滑槽92沿着所述固定环91的半径方向设置，所述夹持件93滑动设在所述限位滑槽92内，所述压缩弹簧94套在所述固定环91的侧壁上且压紧所述夹持件93，，所述夹持件93由滑块931与夹持块932组成，所述滑块931的外形尺寸大于所述夹持块 932的外形尺寸，所述滑块931靠近所述固定环91的外侧壁，所述夹持块932 靠近所述固定环91的内侧壁，所述限位滑槽92靠近所述固定环91内侧壁的一端设有挡板911，所述固定环91的外侧壁上成型有环形卡槽912，所述压缩弹簧 94卡在所述环形卡槽912内，所述夹持件93的滑块931外侧壁成型有与所述环形卡槽912相互配合的弧面凹槽913，所述夹持块932靠近所述探针76的夹持面呈弧面。

典型实验数据与分析

平行板静电场数据分析

如图19所示，为手动模式下Matlab根据实验数据，绘制出来的平行板静电场等势面分布图：

从Matlab绘制出来的等势面可知平行板静电场是z轴恒定的场，沿x轴变化。由高斯定理可以推出理论上两平行板电极间电压与x轴坐标的关系如下：

式中b表示两块板之间的距离5.50cm，Ua接火线电极的电势5V，x₀为该电极的x轴坐标7.90cm。由该公式推到出平行板电极常数为：

为了检验实验结果的精确度，对实验数据中电势沿x轴的变化情况进行了分析。表1记录了平行板静电场的电压平均值和对应的x轴坐标平均值的关系。

表1平行板静电场电压和坐标平均值数据记录

电压平均值(V)	2.04	3.04	4.06
				x轴坐标平均值(cm)	11.21	10.10	8.86

根据表1的实验数据可作出关系曲线如图20所示。

计算出该图像斜率为-0.866，计算相对误差为

同心球壳静电场数据分析

如图21所示，为自动模式下Matlab根据实验数据(具体实验数据见附录2)绘制出来的同心球壳静电场等势面分布图：

根据高斯定理可得，同心球壳间静电场电势与半径满足关系：

R为外球体半径7.5cm，a为中心球半径1.5cm，Ua为中心球的电势12V，由此计算得电极常数：

根据实验数据计算各个等势面对应的半径平均值及其倒数，记录如表2所示。

表2同心球壳静电场电压与半径平均值数据记录

电压平均值U/V	3.07	4.08	5.13	6.15
					半径平均值r/cm	3.80	3.28	2.83	2.54
半径倒数1/r/cm^-1	0.26	0.30	0.35	0.39

根据表2的实验数据可作出关系曲线如图22所示。

计算出该图像斜率为0.0427，计算相对误差为

Claims (10)

1.一种三维可视化静电场描绘仪，其特征在于，包括有探针运动***（1）、电势采集***（2）、等势面描绘***（3），所述探针运动***（1）控制探针的运动，计算等势点的坐标值并存储；所述电势采集***（2）读取探针的电势并显示；等势面描绘***（3）处理实验数据并绘制等势面；

所述探针运动***（1）包括有支架（4）、 x轴滑动机构（5）、Y轴滑动机构（6）、可伸缩探针机构（7）、便于更换电极的三维水槽（8），两个所述 x轴滑动机构（5）设在所述支架（4）顶部相对的两侧，所述Y轴滑动机构（6）设在两个x轴滑动机构（5）之间，所述水槽（8）设在所述支架（4）的底部，所述可伸缩探针机构（7）设在所述Y轴滑动机构（6）上。

2.根据权利要求1所述的一种三维可视化静电场描绘仪，其特征在于，所述可伸缩探针机构（7）包括有设在所述Y轴滑台上的步进电机（71）、螺杆（72）、内部中空的固定套（73）、螺母（74）、连接件（75）、探针（76），所述固定套（73）设在步进电机（71）驱动端的底部，所述螺杆（72）的顶端与所述步进电机（71）的输出轴固定连接且位于所述固定套（73）的内部，所述螺母（74）套设在所述螺杆（72）上，所述连接件（75）的一侧与所述螺母（74）固定连接，其另一侧设有限位块（77），所述固定套（73）的内壁沿着轴向方向上开设有导向滑槽（731），所述限位块（77）滑动设在所述导向滑槽（731）内，所述连接件（75）上开设有安装孔，所述探针（76）穿过所述连接件（75）的安装孔且与所述螺杆（72）相互平行。

3.根据权利要求1所述的一种三维可视化静电场描绘仪，其特征在于，所述三维水槽（8）包括有水槽本体（81）和设在所述水槽本体（81）内的电极结构（83），所述电极结构（83）包括有固定板（831）、电极（832）、防水导线（833），所述电极（832）设在所述固定板（831）的上表面，所述水槽本体（81）的顶部设有接线柱（811），所述防水导线（833）一端与所述电极（832）电连接，另一端与接线柱（811）电连接。

4.根据权利要求3所述的一种三维可视化静电场描绘仪，其特征在于，所述防水导线（833）靠近所述接线柱（811）的一端设有快接头（84），所述水槽本体（81）的顶部侧壁开设有安装槽（812），所述安装槽（812）右侧的槽口设有挡框（815），所述接线柱（811）靠近所述水槽本体（81）的一侧安装有安装板（813），所述安装板（813）与所述水槽本体（81）的侧壁固定连接，所述接线柱（811）位于所述安装槽安装槽（812）的槽口上，所述安装板（813）的右侧固定连接有拉簧（814），所述拉簧（814）位于所述安装槽（812）内，所述拉簧（814）的另一端连接有快接座（85），所述快接座（85）上设有两个第一触点（851），所述第一触点（851）与所述接线柱（811）电连接，所述快接头（84）上设有与所述第一触点（851）相互配合的第二触点（841），所述第二触点（841）与所述防水导线（833）电连接，所述快接头（84）上设有第一磁铁（853），所述快接座（85）设有与所述第一磁铁（853）相互配合的第二磁铁（843）。

5.根据权利要求3所述的一种三维可视化静电场描绘仪，其特征在于，所述快接头（84）围绕着所述第二磁铁（841）的周围成型有环形凸槽（842），所述快接座（85）上成型有与所述环形凸槽（842）相互配合的限位凹槽（852）。

6.根据权利要求2所述的一种三维可视化静电场描绘仪，其特征在于，所述连接件（75）的底部固定连接设有卡接结构（9），所述卡接结构（9）包括有固定环（91），在所述固定环（91）的侧壁圆周分均布的限位滑槽（92），夹持件（93）、压缩弹簧（94），所述限位滑槽（92）沿着所述固定环（91）的半径方向设置，所述夹持件（93）滑动设在所述限位滑槽（92）内，所述压缩弹簧（94）套在所述固定环（91）的侧壁上且压紧所述夹持件（93）。

7.根据权利要求6所述的一种三维可视化静电场描绘仪，其特征在于，所述夹持件（93）由滑块（931）与夹持块（932）组成，所述滑块（931）的外形尺寸大于所述夹持块（932）的外形尺寸，所述滑块（931）靠近所述固定环（91）的外侧壁，所述夹持块（932）靠近所述固定环（91）的内侧壁，所述限位滑槽（92）靠近所述固定环（91）内侧壁的一端设有挡板（911）。

8.根据权利要求7所述的一种三维可视化静电场描绘仪，其特征在于，所述固定环（91）的外侧壁上成型有环形卡槽（912），所述压缩弹簧（94）卡在所述环形卡槽（912）内，所述夹持件（93）的滑块（931）外侧壁成型有与所述环形卡槽（912）相互配合的弧面凹槽（913）。

9.根据权利要求7所述的一种三维可视化静电场描绘仪，其特征在于，所述夹持块（932）靠近所述探针（76）的夹持面呈弧面。

10.根据权利要求2所述的一种三维可视化静电场描绘仪，其特征在于，所述探针（76）由探针本体（761）与针头（762）组成，所述探针本体（761）的表面附有防水胶（763）。

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