專利名稱：靜電動(dòng)態(tài)電位測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于靜電電位測量裝置，特別是能夠測量人體靜電動(dòng)態(tài)電位的測量裝置。
現(xiàn)有的用于測量人體靜電電位的儀器有以下三種。
1、接觸式儀表，如Q－V系列靜電表，由于這類儀表的阻尼大，輸入阻抗低，測量時(shí)泄漏嚴(yán)重，誤差大，不能用于人體起電的動(dòng)態(tài)測量(夏紅等人寫的“人體瞬態(tài)起電測試方法探討”，《靜電學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文集′87》P369)。
2、高阻抗電壓衰減式測量裝置，可以對(duì)人體起電放電的動(dòng)態(tài)波形進(jìn)行直接測量，雖然這類測量裝置對(duì)被測信號(hào)的響應(yīng)頻帶較寬，但其輸入阻抗仍不很高，又由于分布電容及儀器噪聲的限制，難以使此類儀器同時(shí)具有較寬的響應(yīng)頻帶和很高的輸入阻抗，使測量的人體起電波形仍有較大失真(夏紅等人寫的“人體瞬態(tài)起電測試方法探討”，《靜電學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文集′87》P369)。
3、集電板感應(yīng)式人體靜電測試儀，目前國內(nèi)外應(yīng)用較多，但在測量人體起電放電的波形時(shí)，失真大，測量值明顯偏小。這是因?yàn)榧姲迮c探頭之間是電容耦合電壓輸入式，儀器對(duì)被測信號(hào)的響應(yīng)量是頻率的函數(shù)，只有確定了集電板和探頭之間的“電壓－頻率”傳遞函數(shù)，并以此函數(shù)關(guān)系來設(shè)計(jì)電路時(shí)，才能從測試原理上保證測量的正確性，這在實(shí)際工作中難于解決。而且它是以探頭外筒接地來屏蔽，屏蔽深度和儀器靈敏度相矛盾，使儀器的抗干擾能力不強(qiáng)。
經(jīng)專利檢索查到的較相關(guān)文獻(xiàn)“多功能靜電測量儀”(實(shí)用新型CN85204423m)，它是由標(biāo)準(zhǔn)電容器和靜電電表組成，采用絕緣柵場效應(yīng)管和一組直流電源。用于微靜電量測量，不能測量人體動(dòng)態(tài)靜電電位。
本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述已有技術(shù)存在的問題，提供一種能夠測量靜電動(dòng)態(tài)電位的測量裝置。
本實(shí)用新型的靜電電位測量裝置包括高壓靜電傳感器、電荷放大器和顯示記錄設(shè)備。上述高壓靜電傳感器具有一電壓接收極(1)，將電壓接收極(1)安在一底座(5)上，在底座(5)內(nèi)安一支架(3)來支撐電荷耦合極(2)，電荷輸出線(4)的一端與電荷耦合極(2)在電氣上相連，電荷輸出線(4)的另一端通過支架(3)和底座(5)與上述電荷放大器的輸入端在電氣上相接，上述電荷放大器采用靜電計(jì)管，該電荷放大器的反饋電阻直接采用反饋電容器的介質(zhì)絕緣電阻。
本實(shí)用新型的靜電電位測量裝置，其高壓靜電傳感器的電壓接收極(1)與電荷耦合極(2)之間安一高壓屏障(6)。
本實(shí)用新型的靜電電位測量裝置，其高壓靜電傳感器的電壓接收極(1)和電荷耦合極(2)分別為金屬罩和金屬球。
本實(shí)用新型的靜電電位測量裝置，其高壓靜電傳感器的支架(3)、底座(5)和高壓屏障(6)均為高絕緣材料。
上述高壓靜電傳感器采用信號(hào)自屏蔽、電荷耦合原理。所謂信號(hào)自屏蔽是利用靜電信號(hào)的電壓接收極(1)本身作為探頭的屏蔽極，使屏蔽深度與靈敏度要求相一致，解決了一般靜電儀表用接地屏蔽使屏蔽深度與靈敏度要求無法同時(shí)滿足的矛盾。所謂電荷耦合是指電荷放大器輸入端的電荷量q與電壓接收極(1)帶電量Q之間有定量的耦合關(guān)系，并使q與人體靜電電位V成正比關(guān)系，通過對(duì)電荷量q的測量得到人體靜電電位V的數(shù)值。
上述高壓靜電傳感器的電壓接收極(1)與電荷耦合極(2)之間安一高壓屏障(6)可以起到在高電壓下防礙光子傳播、中止流柱發(fā)展、提高擊穿電壓的作用，使電壓的測量范圍擴(kuò)展到70KV以上。
上述傳感器的設(shè)計(jì)理論依據(jù)是靜電場唯一性定理和電像法原理與高壓屏障技術(shù)。具體幾何尺寸是在理論原則指導(dǎo)下，由實(shí)驗(yàn)確定。
上述電荷放大器是在普通電荷放大器的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。一般電荷放大器采用的是絕緣柵場效應(yīng)管，它的絕緣柵是很薄的絕緣介質(zhì)，最大的輸入阻抗只有1013Ω，而且極易被強(qiáng)電場擊穿損壞。本實(shí)用新型的電荷放大器采用靜電計(jì)管，而且上述電荷放大器的輸入端采用架空隔離，即靜電計(jì)管的輸入端不是直接焊接在線路板上，而是用高絕緣材料架空再與電荷輸出線(4)在電氣上相連，使電荷放大器的輸入阻抗很大，并且與不接地的高壓靜電傳感器配合，使電荷無泄漏回路，有效地控制了零點(diǎn)飄移。上述電荷放大器的反饋電阻直接采用了負(fù)反饋電容器的介質(zhì)絕緣電阻。經(jīng)上述改進(jìn)，使本實(shí)用新型的電荷放大器除了具有高頻特性外，又有較寬的頻帶范圍，更適用于超低頻信號(hào)的放大。
本實(shí)用新型克服了以往靜電測試儀存在的問題和缺點(diǎn)，性能穩(wěn)定可靠，靈敏度高、輸入阻抗高，抗干擾能力強(qiáng)，頻譜特性好，測量范圍寬，高壓線性度優(yōu)于±5％，分辨率優(yōu)于±10伏，能夠在各種條件下完成人體及靜電導(dǎo)體的靜電靜態(tài)電位和動(dòng)態(tài)電位的準(zhǔn)確測量，可以通過顯示記錄設(shè)備自動(dòng)顯示記錄靜電電位波形。
下表是本實(shí)用新型的靜電電位測試裝置與集電板感應(yīng)式測試裝置在同一起電過程中，測量的人體起電的動(dòng)態(tài)峰值和靜態(tài)值。
從數(shù)據(jù)比較中可以看出本實(shí)用新型測量的動(dòng)態(tài)峰值比集電板感應(yīng)式裝置測量的靜態(tài)值大得多，尤其在起電、放電速率大時(shí)更為明顯。這說明后者只能測出人體靜電電位的靜態(tài)值，它并不代表人體靜電電位的真實(shí)值，因此不能作為制定防靜電規(guī)范的依據(jù)，而只有本實(shí)用新型測量的動(dòng)態(tài)值才真實(shí)地反映了人體的靜電電位，這就體現(xiàn)出本實(shí)用新型的優(yōu)越之處。
本實(shí)用新型的靜電電位測量裝置的實(shí)施例之一，將結(jié)合附圖加以說明。


圖1是本實(shí)用新型的高壓靜電傳感器結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本實(shí)用新型的電荷放大器電路原理圖。
圖3是本實(shí)用新型的靜電電位測量裝置方框圖。
圖4是本實(shí)用新型的靜電電位測量裝置的頻率特性圖。
圖1中高壓靜電傳感器是采用一半球形園筒狀不銹鋼罩作為電壓接收極(1)，上述的不銹鋼罩同時(shí)又是輸入信號(hào)的屏蔽極，將該不銹鋼罩安在用聚四氟乙烯作的圓筒形底座(5)上，在底座(5)內(nèi)安一用聚四氟乙烯作的支架(3)，用支架(3)來支撐用不銹鋼球作的電荷耦合極(2)，用同軸電纜作為電荷輸出線(4)，將電荷輸出線(4)的一端與上述不銹鋼球在電氣上相連，電荷輸出線(4)的另一端通過支架(3)和底座(5)與電荷放大器的輸入端在電氣上相接。再通過實(shí)驗(yàn)確定傳感器的幾何尺寸，就可以使電荷量q與電壓接收極(1)上電壓V成正比關(guān)系。用有機(jī)玻璃或聚四氟乙烯作的絕緣罩作為高壓屏障(6)，高壓屏障(6)安在支架(3)上，使不銹鋼罩和不銹鋼球相隔離，以提高測試電壓量程。
圖2中電何放大器是在普通電荷放大器的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，本實(shí)用新型的電荷放大器采用靜電計(jì)管G1，它的輸入端A、B兩點(diǎn)不是直接焊接在線路板上，而是用聚四氟乙烯架空隔離后焊接的。電荷放大器的反饋電阻直接采用負(fù)反饋電容器C2、C3、C4的介質(zhì)絕緣電阻，根據(jù)測量范圍的不同，將K1分別接于C2、C3、C4。經(jīng)上述改進(jìn)使本實(shí)用新型的電荷放大器能適用于高低頻信號(hào)的放大。
圖3是本實(shí)用新型的靜電電位測量裝置方框圖。當(dāng)高壓靜電傳感器(〈1〉)接收到人體靜電電位V時(shí)，將電壓V轉(zhuǎn)換為電荷量q并輸入給電荷放大器(〈2〉)，電荷q經(jīng)電荷放大器(〈2〉)放大并轉(zhuǎn)換為電位V后，送到顯示記錄設(shè)備(〈3〉)，給出所測得的人體靜電電位值及電位波形。
圖4是本實(shí)用新型的靜電電位測量裝置的頻率特性曲線，A是1ms，250V的輸入方波，B是本實(shí)用新型的測量裝置輸出波形，在本測量裝置誤差范圍內(nèi)，幾乎看不出波形失真。
權(quán)利要求1.一種用于靜電電位的測量裝置，該裝置包括高壓靜電傳感器、電荷放大器和顯示記錄設(shè)備，其特征在于上述高壓靜電傳感器具有一電壓接收極(1)，將電壓接收極(1)安在一底座(5)上，在底座(5)內(nèi)安一支架(3)來支撐電荷耦合極(2)，電荷輸出線(4)的一端與電荷耦合極(2)相連，電荷輸出線(4)的另一端通過支架(3)和底座(5)與上述電荷放大器的輸入端相接，上述電荷放大器采用靜電計(jì)管，該電荷放大器的反饋電阻直接采用反饋電容器的介質(zhì)絕緣電阻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于高壓靜電傳感器的電壓接收極(1)與電荷耦合極(2)之間安一高壓屏障(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于高壓靜電傳感器的電壓接收極(1)和電荷耦合極(2)分別為金屬罩和金屬球。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于高壓靜電傳感器的支架(3)、底座(5)和高壓屏障(6)均為高絕緣材料。
專利摘要本實(shí)用新型屬于靜電電位測量裝置，特別適用于人體靜電動(dòng)態(tài)電位的測量。本實(shí)用新型的靜電電位測量裝置，由高壓靜電傳感器、電荷放大器和顯示記錄設(shè)備組成。高壓靜電傳感器采用了信號(hào)自屏蔽電荷耦合原理，電荷放大器輸入級(jí)采用靜電計(jì)管，其反饋電阻直接采用反饋電容器的介質(zhì)絕緣電阻，解決了以住靜電測試儀測量人體靜電動(dòng)態(tài)電位失真大的問題，能夠在各種條件下完成人體及其它靜電導(dǎo)體的靜電靜態(tài)電位和動(dòng)態(tài)電位的準(zhǔn)確測量。
文檔編號(hào)G01R15/00GK2061298SQ90203259
公開日1990年8月29日 申請(qǐng)日期1990年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月23日
發(fā)明者劉尚合, 智敦旺, 劉直承, 翟秉勛, 魏光輝 申請(qǐng)人:中國人民解放軍軍械工程學(xué)院