專利名稱：靜電動態電位測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于靜電電位測量裝置，特別是能夠測量人體靜電動態電位的測量裝置。
現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，測量時泄漏嚴重，誤差大，不能用于人體起電的動態測量(夏紅等人寫的“人體瞬態起電測試方法探討”，《靜電學術報告會論文集′87》P369)。
2、高阻抗電壓衰減式測量裝置，可以對人體起電放電的動態波形進行直接測量，雖然這類測量裝置對被測信號的響應頻帶較寬，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具有較寬的響應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“人體瞬態起電測試方法探討”，《靜電學術報告會論文集′87》P369)。
3、集電板感應式人體靜電測試儀，目前國內外應用較多，但在測量人體起電放電的波形時，失真大，測量值明顯偏小。這是因為集電板與探頭之間是電容耦合電壓輸入式，儀器對被測信號的響應量是頻率的函數，只有確定了集電板和探頭之間的“電壓-頻率”傳遞函數，并以此函數關系來設計電路時，才能從測試原理上保證測量的正確性，這在實際工作中難于解決。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。
經專利檢索查到的較相關文獻“多功能靜電測量儀”(實用新型CN85204423u)，它是由標準電容器和靜電電表組成，采用絕緣柵場效應管和一組直流電源。用于微靜電量測量，不能測量人體動態靜電電位。
本發明的目的就是為了克服上述已有技術存在的問題，提供一種能夠測量靜電動態電位的測量裝置。
本發明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管，該電荷放大器的反饋電阻直接采用反饋電容器的介質絕緣電阻。
本發明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)。
本發明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。
本發明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自屏蔽、電荷耦合原理。所謂信號自屏蔽是利用靜電信號的電壓接收極(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系，并使q與人體靜電電位V成正比關系，通過對電荷量q的測量得到人體靜電電位V的數值。
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、中止流柱發展、提高擊穿電壓的作用，使電壓的測量范圍擴展到70KV以上。
上述傳感器的設計理論依據是靜電場唯一性定理和電像法原理與高壓屏障技術。具體幾何尺寸是在理論原則指導下，由實驗確定。
上述電荷放大器是在普通電荷放大器的基礎上進行了改進。一般電荷放大器采用的是絕緣柵場效應管，它的絕緣柵是很薄的絕緣介質，最大的輸入阻抗只有1013Ω，而且極易被強電場擊穿損壞。本發明的電荷放大器采用靜電計管，而且上述電荷放大器的輸入端采用架空隔離，即靜電計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，有效地控制了零點飄移。上述電荷放大器的反饋電阻直接采用了負反饋電容器的介質絕緣電阻。經上述改進，使本發明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的放大。
本發明克服了以往靜電測試儀存在的問題和缺點，性能穩定可靠，靈敏度高、輸入阻抗高，抗干擾能力強，頻譜特性好，測量范圍寬，高壓線性度優于±5%，分辨率優于±10伏，能夠在各種條件下完成人體及靜電導體的靜電靜態電位和動態電位的準確測量，可以通過顯示記錄設備自動顯示記錄靜電電位波形。
下表是本發明的靜電電位測試裝置與集電板感應式測試裝置在同一起電過程中，測量的人體起電的動態峰值和靜態值。
從數據比較中可以看出本發明測量的動態峰值比集電板感應式裝置測量的靜態值大得多，尤其在起電、放電速率大時更為明顯。這說明后者只能測出人體靜電電位的靜態值，它并不代表人體靜電電位的真實值，因此不能作為制定防靜電規范的依據，而只有本發明測量的動態值才真實地反映了人體的靜電電位，這就體現出本發明的優越之處。
本發明的靜電電位測量裝置的實施例之一，將結合附圖加以說明。
圖1是本發明的高壓靜電傳感器結構圖。
圖2是本發明的電荷放大器電路原理圖。
圖3是本發明的靜電電位測量裝置方框圖。
圖4是本發明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又是輸入信號的屏蔽極，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。再通過實驗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成正比關系。用有機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上改進的，本發明的電荷放大器采用靜電計管G1，它的輸入端A、B兩點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反饋電容器C2、C3、C4的介質絕緣電阻，根據測量范圍的不同，將K1分別接于C2、C3、C4。經上述改進使本發明的電荷放大器能適用于高低頻信號的放大。
圖3是本發明的靜電電位測量裝置方框圖。當高壓靜電傳感器(1)接收到人體靜電電位V時，將電壓V轉換為電荷量q并輸入給電荷放大器(2)，電荷
電荷放大器(2)放大并轉換為電位V后，送到顯示記錄設備(3)，給出所測得的人體靜電電位值及電位波形。
圖4是本發明的靜電電位測量裝置的頻率特性曲線，A是
，250V的輸入方波，B是本發明的測量裝置輸出波形，在本測量裝置誤差范圍內，幾乎看不出波形失真。
權利要求
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管，該電荷放大器的反饋電阻直接采用反饋電容器的介質絕緣電阻。
2.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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。
全文摘要
本發明屬于靜電電位測量裝置，特別適用于人體靜電動態電位的測量。本發明的靜電電位測量裝置，由高壓靜電傳感器，電荷放大器和顯示設錄設備組成。高壓靜電傳感器采用了信號自屏蔽電荷耦合原理，電荷放大器輸入級采用靜電計管，其反饋電阻直接采用反饋電容器的介質絕緣電阻，解決了以往靜電測試儀測量人體靜電動態電位失真大的問題，能夠在各種條件下完成人體及其它靜電導體的靜電靜態電位和動態電位的準確測量。
文檔編號G01R29/24GK1055241SQ9010152
公開日1991年10月9日 申請日期1990年3月23日 優先權日1990年3月23日
發明者劉尚合, 智敦旺, 劉直承, 翟秉勛, 魏光輝 申請人:中國人民解放軍軍械工程學院
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