CN1055241A - 静电动态电位测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于静电电位测量装置，特别适用于人体 静电动态电位的测量。

本发明的静电电位测量装置，由高压静电传感 器，电荷放大器和显示设录设备组成。高压静电传感 器采用了信号自屏蔽电荷耦合原理，电荷放大器输入 级采用静电计管，其反馈电阻直接采用反馈电容器的 介质绝缘电阻，解决了以往静电测试仪测量人体静电 动态电位失真大的问题，能够在各种条件下完成人体 及其它静电导体的静电静态电位和动态电位的准确 测量。

Description

本发明属于静电电位测量装置，特别是能够测量人体静电动态电位的测量装置。

现有的用于测量人体静电电位的仪器有以下三种。

1、接触式仪表，如Q-V系列静电表，由于这类仪表的阻尼大，输入阻抗低，测量时泄漏严重，误差大，不能用于人体起电的动态测量（夏红等人写的“人体瞬态起电测试方法探讨”，《静电学术报告会论文集′87》P369）。

2、高阻抗电压衰减式测量装置，可以对人体起电放电的动态波形进行直接测量，虽然这类测量装置对被测信号的响应频带较宽，但其输入阻抗仍不很高，又由于分布电容及仪器噪声的限制，难以使此类仪器同时具有较宽的响应频带和很高的输入阻抗，使测量的人体起电波形仍有较大失真（夏红等人写的“人体瞬态起电测试方法探讨”，《静电学术报告会论文集′87》P369）。

3、集电板感应式人体静电测试仪，目前国内外应用较多，但在测量人体起电放电的波形时，失真大，测量值明显偏小。这是因为集电板与探头之间是电容耦合电压输入式，仪器对被测信号的响应量是频率的函数，只有确定了集电板和探头之间的“电压-频率”传递函数，并以此函数关系来设计电路时，才能从测试原理上保证测量的正确性，这在实际工作中难于解决。而且它是以探头外筒接地来屏蔽，屏蔽深度和仪器灵敏度相矛盾，使仪器的抗干扰能力不强。

经专利检索查到的较相关文献“多功能静电测量仪”（实用新型CN85204423u），它是由标准电容器和静电电表组成，采用绝缘栅场效应管和一组直流电源。用于微静电量测量，不能测量人体动态静电电位。

本发明的目的就是为了克服上述已有技术存在的问题，提供一种能够测量静电动态电位的测量装置。

本发明的静电电位测量装置包括高压静电传感器、电荷放大器和显示记录设备。上述高压静电传感器具有一电压接收极（1），将电压接收极（1）安在一底座（5）上，在底座（5）内安一支架（3）来支撑电荷耦合极（2），电荷输出线（4）的一端与电荷耦合极（2）在电气上相连，电荷输出线（4）的另一端通过支架（3）和底座（5）与上述电荷放大器的输入端在电气上相接，上述电荷放大器采用静电计管，该电荷放大器的反馈电阻直接采用反馈电容器的介质绝缘电阻。

本发明的静电电位测量装置，其高压静电传感器的电压接收极（1）与电荷耦合极（2）之间安一高压屏障（6）。

本发明的静电电位测量装置，其高压静电传感器的电压接收极（1）和电荷耦合极（2）分别为金属罩和金属球。

本发明的静电电位测量装置，其高压静电传感器的支架（3），底座（5）和高压屏障（6）均为高绝缘材料。

上述高压静电传感器采用信号自屏蔽、电荷耦合原理。所谓信号自屏蔽是利用静电信号的电压接收极（1）本身作为探头的屏蔽极，使屏蔽深度与灵敏度要求相一致，解决了一般静电仪表用接地屏蔽使屏蔽深度与灵敏度要求无法同时满足的矛盾。所谓电荷耦合是指电荷放大器输入端的电荷量q与电压接收极（1）带电量Q之间有定量的耦合关系，并使q与人体静电电位V成正比关系，通过对电荷量q的测量得到人体静电电位V的数值。

上述高压静电传感器的电压接收极（1）与电荷耦合极（2）之间安一高压屏障（6）可以起到在高电压下防碍光子传播、中止流柱发展、提高击穿电压的作用，使电压的测量范围扩展到70KV以上。

上述传感器的设计理论依据是静电场唯一性定理和电像法原理与高压屏障技术。具体几何尺寸是在理论原则指导下，由实验确定。

上述电荷放大器是在普通电荷放大器的基础上进行了改进。一般电荷放大器采用的是绝缘栅场效应管，它的绝缘栅是很薄的绝缘介质，最大的输入阻抗只有10¹³Ω，而且极易被强电场击穿损坏。本发明的电荷放大器采用静电计管，而且上述电荷放大器的输入端采用架空隔离，即静电计管的输入端不是直接焊接在线路板上，而是用高绝缘材料架空再与电荷输出线（4）在电气上相连，使电荷放大器的输入阻抗很大，并且与不接地的高压静电传感器配合，使电荷无泄漏回路，有效地控制了零点飘移。上述电荷放大器的反馈电阻直接采用了负反馈电容器的介质绝缘电阻。经上述改进，使本发明的电荷放大器除了具有高频特性外，又有较宽的频带范围，更适用于超低频信号的放大。

本发明克服了以往静电测试仪存在的问题和缺点，性能稳定可靠，灵敏度高、输入阻抗高，抗干扰能力强，频谱特性好，测量范围宽，高压线性度优于±5%，分辨率优于±10伏，能够在各种条件下完成人体及静电导体的静电静态电位和动态电位的准确测量，可以通过显示记录设备自动显示记录静电电位波形。

下表是本发明的静电电位测试装置与集电板感应式测试装置在同一起电过程中，测量的人体起电的动态峰值和静态值。

从数据比较中可以看出本发明测量的动态峰值比集电板感应式装置测量的静态值大得多，尤其在起电、放电速率大时更为明显。这说明后者只能测出人体静电电位的静态值，它并不代表人体静电电位的真实值，因此不能作为制定防静电规范的依据，而只有本发明测量的动态值才真实地反映了人体的静电电位，这就体现出本发明的优越之处。

本发明的静电电位测量装置的实施例之一，将结合附图加以说明。

图1是本发明的高压静电传感器结构图。

图2是本发明的电荷放大器电路原理图。

图3是本发明的静电电位测量装置方框图。

图4是本发明的静电电位测量装置的频率特性图。

图1中高压静电传感器是采用一半球形园筒状不锈钢罩作为电压接收极（1），上述的不锈钢罩同时又是输入信号的屏蔽极，将该不锈钢罩安在用聚四氟乙烯作的圆筒形底座（5）上，在底座（5）内安一用聚四氟乙烯作的支架（3），用支架（3）来支撑用不锈钢球作的电荷耦合极（2），用同轴电缆作为电荷输出线（4），将电荷输出线（4）的一端与上述不锈钢球在电气上相连，电荷输出线（4）的另一端通过支架（3）和底座（5）与电荷放大器的输入端在电气上相接。再通过实验确定传感器的几何尺寸，就可以使电荷量q与电压接收极（1）上电压V成正比关系。用有机玻璃或聚四氟乙烯作的绝缘罩作为高压屏障（6），高压屏障（6）安在支架（3）上，使不锈钢罩和不锈钢球相隔离，以提高测试电压量程。

图2中电何放大器是在普通电荷放大器的基础上改进的，本发明的电荷放大器采用静电计管G₁，它的输入端A、B两点不是直接焊接在线路板上，而是用聚四氟乙烯架空隔离后焊接的。电荷放大器的反馈电阻直接采用负反馈电容器C₂、C₃、C₄的介质绝缘电阻，根据测量范围的不同，将K₁分别接于C₂、C₃、C₄。经上述改进使本发明的电荷放大器能适用于高低频信号的放大。

图3是本发明的静电电位测量装置方框图。当高压静电传感器（1）接收到人体静电电位V时，将电压V转换为电荷量q并输入给电荷放大器（2），电荷

电荷放大器（2）放大并转换为电位V后，送到显示记录设备（3），给出所测得的人体静电电位值及电位波形。

图4是本发明的静电电位测量装置的频率特性曲线，A是

，250V的输入方波，B是本发明的测量装置输出波形，在本测量装置误差范围内，几乎看不出波形失真。

Claims (4)

1、一种用于静电电位的测量装置，该装置包括高压静电传感器、电荷放大器和显示记录设备，其特征在于上述高压静电传感器具有一电压接收极(1)，将电压接收极(1)安在一底座(5)上，在底座(5)内安一支架(3)来支撑电荷耦合极(2)，电荷输出线(4)的一端与电荷耦合极(2)相连，电荷输出线(4)的另一端通过支架(3)和底座(5)与上述电荷放大器的输入端相接，上述电荷放大器采用静电计管，该电荷放大器的反馈电阻直接采用反馈电容器的介质绝缘电阻。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于高压静电传感器的电压接收极（1）与电荷耦合极（2）之间安一高压屏障（6）。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于高压静电传感器的电压接收极（1）和电荷耦合极（2）分别为金属罩和金属球。

4、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于高压静电传感器的支架（3）、底座（5）和高压屏障（6）均为高绝缘材料。

Images