风沙环境中由于运动沙粒(尘)带有一定量的电荷而形成的一种量级高于通常晴天大气电场2-3个数量级的电场我们称为风沙电场。风沙电场直接影响着风沙流的形成和发展过程、输沙强度的变化以及通讯雷达信号的正常发射和接收,已经引起了越来越多的学者关注,成为了环境力学研究领域的一个新兴的热门问题,其中最为关键的一个科学问题是:如何准确、实时地测量出在不同风沙环境(风沙流、沙尘暴和尘卷)中的风沙电场。目前常用的电场测量设备主要有两种,一种是利用电场感应电荷和电容放电原理研制的振动电容式大气电场仪,另一种是利用电场屏蔽原理研制的旋转屏蔽式大气电场仪,这两类大气电场仪在应用于特殊的风沙环境电场测量时都存在一些问题使其不能正常工作,其中最主要的问题有以下三方面:1)风沙环境中夹杂的不同粒径和形状的沙粒在测量的过程中会对电场测量设备探头前端的振动和旋转感应部件造成冲击,其结果使得探头的感应部件无法稳定工作,影响实验结果的正确性和精度。2)现有的大气电场仪线性度较好,响应较灵敏的工作范围主要在100kv/m以内,而在风沙环境中,特别是在沙尘暴中已经发现了200kv/m-300kv/m大小电场的存在,因此现有大气电场仪从量程的角度也无法满足风沙环境电场的测量。3)风沙电场由于其产生的环境和条件十分复杂,因此其电场方向并不是确定的,其在三维空间中的方向和大小都在不断的变化,而现有的大气电场仪不具备对电场三维分量的单独测量能力,因此也就不能完整地给出风沙电场的三维分布结果。综上所述,目前没有适合于对风沙电场进行有效和准确测量的专用电场仪是致使至今缺乏对风沙电场较为系统的观测和对其规律的全面揭示的瓶颈。本研究基于对国内外市场的反复调研和文献分析以及对已有主要类型的电场仪进行的风沙电场测量结果分析和对仪器的"解剖",提出与已有电场测量仪器均不相同的双片式振动电容探头结构和电场侧屏蔽技术,通过理论分析—数值模拟—仪器研制—实验测试相结合和多学科交叉,解决在电场、感应电荷、风沙流和沙粒撞击等复杂环境下的探头结构和多探头空间分布的优化设计、极板力学响应--极板充放电时的交变信号--所测环境电场间的准确、实时的有效转换等关键科学问题。所研制的具有体积小、抗干扰强、高精度和高准确度、高稳定性的电场测量探头,连同所研制的校准系统、信号处理和信号放大电路以及自动采集和分析实验数据的计算机管理系统,结合尽可能降低对风沙流场干扰的多探头空间分布的优化设计,组装集成为适合野外和风洞风沙流环境的三维风沙电场空间分布测量仪,并由此开展对风沙电场的全面测量,给出在不同风沙流环境下风沙电场的变化和分布规律。