CN105527505B - 一种振动电容式静电传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动电容式静电传感器，包括：感应极板，用于接近被测物感应输出静电信号；绝缘固定件，一端与所述振动装置固定，另一端与所述感应极板固定；振动装置，用于根据控制信号周期性振动带动所述感应极板沿着所述绝缘固定件的长度方向振动，其中所述感应极板振动的幅度小于1毫米；信号处理单元，与所述感应极板和所述振动装置分别电连接，用于输出所述控制信号以驱动所述振动装置振动，同时接收所述感应极板输出的所述静电信号，对所述静电信号处理后输出对应电压信号。本发明静电传感器能实现连续的静电测试，且信噪比低、便于安放布置。

Description

一种振动电容式静电传感器

技术领域

本发明涉及静电感测技术领域，尤其是涉及一种振动电容式静电传感器。

背景技术

静电是一种普遍物理现象，静电的作用力、放电和感应现象引起的危害十分严重，在实际生产生活中也为现场人员、设备带来了重大的安全隐患敌。目前消除静电危害的方法主要是进行静电防护和静电泄放，但是人们还是无法直观了解敏感设备上是否存在静电以及积累的静电电荷多少。

静电电位又具有高电位、强电场、瞬时大电流等特点，所以静电电位测试不同于交、直流电位测试，无法用常规电压表测量。目前市场上流行的静电电位测试仪主要有非接触式和接触式两种，但是现有的静电电位测试仪由于感应极板固定，测试时接近被测物，一般只能进行单次静电测试，再次测试需要复位进行测试，不能实现连续的静电测试。另外，现有静电电位测试仪存在信噪比低、不易安放等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种振动电容式静电传感器，以实现连续静电测试。

本发明进一步的目的在于提供一种振动电容式静电传感器，解决现有静电电位测试仪不能连续测量、信噪比低、不易安放等问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种振动电容式静电传感器，包括感应极板、绝缘固定件、振动装置和信号处理单元；所述感应极板，用于接近被测物感应输出静电信号；所述绝缘固定件，一端与所述振动装置固定，另一端与所述感应极板固定；所述振动装置，用于根据控制信号周期性振动带动所述感应极板沿着所述绝缘固定件的长度方向振动，其中所述感应极板振动的幅度小于1毫米；所述信号处理单元，与所述感应极板和所述振动装置分别电连接，用于输出所述控制信号以驱动所述振动装置振动，同时接收所述感应极板输出的所述静电信号，对所述静电信号处理后输出对应电压信号。

本发明实施时，信号处理单元输出控制信号以驱动所述振动装置周期性振动带动所述感应极板沿着所述绝缘固定件的长度方向进行微小的振动，同时接收所述感应极板感应输出的静电信号，对所述静电信号处理后输出对应电压信号，从而实现静电测试输出。由于感应极板周期性振动，使得本发明能实现在线式连续采集进行静电测试，无需复位，简单方便。

在一个实施例中，所述绝缘固定件为ABS绝缘材质制成的圆柱形支柱，绝缘性好，减小对静电测试的影响，所述圆柱形支柱与所述振动装置和所述感应极板的安装表面分别垂直。采用该方案，感应极板周期性振动时沿着与感应极板表面垂直的方向振动，静电采集精度高，提高了静电测试的精确度。

进一步的，所述感应极板为圆形感应极板、矩形感应极板、三角形感应极板或者椭圆形感应极板。

进一步的，所述圆形感应极板包括：圆形绝缘基体层，所述圆形绝缘基体层采用环氧树脂制成，且所述圆形绝缘基体层圆心位置设有过孔；信号电极金属膜，设置在所述圆形绝缘基体层的上表面；屏蔽电极金属膜，设置在所述圆形绝缘基体层的下表面，与所述绝缘固定件的另一端固定，且所述屏蔽电极金属膜上设有正极焊盘和负极焊盘，所述正极焊盘与所述屏蔽电极金属膜隔开绝缘；所述信号电极金属膜通过所述过孔与所述正极焊盘电连接，所述屏蔽电极金属膜与所述负极焊盘电连接；所述正极焊盘和负极焊盘分别通过信号线与所述信号处理单元连接。

采用上述方案，由于圆形感应极板的静电采集精度较高，使得本发明采集静电值具有很高的稳定性和准确性。

进一步的，所述信号电极金属膜和所述屏蔽电极金属膜为直径相同的圆形金属膜，且该圆形金属膜的直径小于所述圆形绝缘基体层的直径。

在一个实施例中，所述信号处理单元包括依次信号连接的滤波器、阻抗变换器和放大器；所述信号线与所述滤波器电连接；所述信号处理单元还包括处理单元，与所述振动装置电连接，用于输出所述控制信号。采用该方案，滤波器用来滤除干扰信号，阻抗变换器用来增大输入阻抗，提高信号稳定性，所述放大器用来放大微弱的有用信号，最终提高静电传感器的检测精度、稳定性和准确性。

在一个实施例中，还包括第一绝缘圆筒安装件和第二绝缘圆筒安装件；所述振动装置固定在所述第二绝缘圆筒安装部的一端，所述第二绝缘圆筒安装部的另一端与所述第一绝缘圆筒安装件连接，所述信号处理单元设置在所述第一绝缘圆筒安装件内。采用该方案便于该静电传感器的安装，体积较小。

在一个实施例中，还包括金属圆筒壳体，其一端设有金属堵头，另一端为开口，所述金属堵头上安装有通信接口；所述感应极板、绝缘固定件、振动装置和信号处理单元随着所述第一绝缘圆筒安装件和第二绝缘圆筒安装件一起安装进入所述金属圆筒壳体内，所述感应极板位于所述金属圆筒壳体的开口一端内侧，且所述感应极板与所述金属圆筒壳体内壁之间有间隙；所述通信接口与所述信号处理单元电连接。采用该方案，是静电传感器具有屏蔽外壳，能有效提高信噪比。

进一步的，所述金属堵头上开设有安装孔，所述通信接口安装于所述安装孔上。

本发明的有益效果是：本发明方案中由于感应极板周期性振动，使得本发明能实现在线式连续采集进行静电测试，无需复位，简单方便。另外，在一些优选方案中，本发明方案提供的静电传感器信噪比低、易安放，检测精度高、稳定性和准确性也较高。

附图说明

图1是本发明实施例示出的振动电容式静电传感器示意图；

图2是本发明实施例中感应极板的上表面结构示意图；

图3是本发明实施例中感应极板的下表面结构示意图；

图4是本发明实施例中信号处理单元原理框图；

图5是本发明实施例示出的振动电容式静电传感器另一示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1所示的振动电容式静电传感器，包括感应极板1、绝缘固定件2、振动装置3和信号处理单元4；所述感应极板1，用于接近被测物感应输出静电信号；所述绝缘固定件2，一端与所述振动装置3固定，另一端与所述感应极板1固定；所述振动装置3，用于根据控制信号周期性振动带动所述感应极板1沿着所述绝缘固定件2的长度方向(图中箭头方向)振动，其中所述感应极板1振动的幅度小于1毫米；所述信号处理单元4，与所述感应极板1和所述振动装置3分别电连接(图未示)，用于输出所述控制信号以驱动所述振动装置3振动，同时接收所述感应极板1输出的所述静电信号，对所述静电信号处理后输出对应电压信号。

本发明静电传感器工作时，信号处理单元4输出控制信号以驱动所述振动装置3周期性振动带动所述感应极板1沿着所述绝缘固定件2的长度方向进行微小幅度的振动，感应极板1上将会感应到微弱的静电信号，静电信号传送至信号处理单元4，信号处理单元4接收所述感应极板1感应输出的静电信号，对所述静电信号处理后输出对应电压信号，从而实现静电测试输出。由于感应极板周期性振动，使得本发明能实现在线式连续采集进行静电测试，无需复位，简单方便。

具体的，在一个实施例中，所述绝缘固定件2为ABS绝缘材质制成的圆柱形支柱，绝缘性好，减小对静电测试的影响，所述圆柱形支柱与所述振动装置3和所述感应极板1的安装表面分别垂直。采用该方案，感应极板1周期性振动时沿着与感应极板1表面垂直的方向(即沿着圆柱形支柱的轴向方向)振动，静电采集精度高，提高了静电测试的精确度。

进一步的，所述感应极板1为圆形感应极板、矩形感应极板、三角形感应极板或者椭圆形感应极板。当然也可以是其他形状的感应极板，对此不作限定。

由于圆形感应极板的静电采集精度较高，使得本发明采集静电值具有很高的稳定性和准确性。本实施例优选圆形感应极板，参看图2-3，所述感应极板1，即所述圆形感应极板包括：圆形绝缘基体层10，所述圆形绝缘基体层10采用环氧树脂制成，且所述圆形绝缘基体层10圆心位置设有过孔103；信号电极金属膜101，设置在所述圆形绝缘基体层10的上表面；屏蔽电极金属膜102，设置在所述圆形绝缘基体层10的下表面，与所述绝缘固定件2的另一端固定，且所述屏蔽电极金属膜102上设有正极焊盘105和负极焊盘106，所述正极焊盘105与所述屏蔽电极金属膜102隔开绝缘(如刻痕隔开，图未示)；所述信号电极金属膜101具体通过穿过所述过孔103的导线104与所述正极焊盘105电连接，所述屏蔽电极金属膜102与所述负极焊盘106电连接；所述导线104与所述屏蔽电极金属膜102隔开绝缘(如腐蚀刻痕隔开，图未示)；所述正极焊盘105和负极焊盘106分别通过信号线(图未示)与所述信号处理单元4连接，作为一个示例，所述信号线可沿着贴合在所述绝缘固定件2和振动装置3的表面延伸与所述信号处理单元4连接。本实施例中所述信号电极金属膜101和所述屏蔽电极金属膜102为直径相同的圆形金属膜，且该圆形金属膜的直径略小于所述圆形绝缘基体层10的直径。感应极板1振动时，在感应极板1的信号电极金属膜101上将会感应到微弱的静电信号，静电信号通过与正极焊盘105连接的信号线传送至信号处理单元4。

所述信号电极金属膜101、屏蔽电极金属膜102以及所述圆形绝缘基体层10三者共用一个圆心，所述信号电极金属膜101与屏蔽电极金属膜102的半径相同，且比圆形绝缘基体层10半径略小。本实施例中感应极板1上下表面敷有金属膜，即所述信号电极金属膜101和屏蔽电极金属膜102，分别用作信号电极和屏蔽电极。正极焊盘105和金属线路(即导线104)与屏蔽电极之间留有足够的间隙以达到绝缘。信号电极即信号电极金属膜101用来感应静电信号，屏蔽电极即屏蔽电极金属膜102连接到地，为信号电极提供屏蔽功能，增加感应信号的抗干扰能力。

在一个实施例中，参看图4，所述信号处理单元4包括依次信号连接的滤波器、阻抗变换器和放大器；所述信号线(图未示)与所述滤波器电连接；所述信号处理单元4还包括处理单元(图未示)，与所述振动装置3电连接，用于输出所述控制信号(如正弦驱动信号)。采用该方案，滤波器用来滤除接收到的静电信号中的干扰信号，阻抗变换器用来增大输入阻抗，提高信号稳定性，所述放大器用来放大微弱的有用信号，最终提高静电传感器的检测精度、稳定性和准确性。

在一个实施例中，再参看图1，该静电传感器还包括第一绝缘圆筒安装件5和第二绝缘圆筒安装件6；所述振动装置3固定在所述第二绝缘圆筒安装件6的一端，所述第二绝缘圆筒安装件6的另一端与所述第一绝缘圆筒安装件5连接，本实施例中第一绝缘圆筒安装件5和第二绝缘圆筒安装件6两者通过内置螺丝501螺纹连接，当然也可以是其他连接固定方式，对此不作限制。所述信号处理单元4设置在所述第一绝缘圆筒安装件5内。采用该方案便于该静电传感器的安装，便于布置安装，体积较小。

在一个实施例中，参看图5，该静电传感器还包括金属圆筒壳体7，其一端设有金属堵头8，另一端为开口，所述金属堵头8上安装有通信接口9；所述感应极板1、绝缘固定件2、振动装置3和信号处理单元4随着所述第一绝缘圆筒安装件5和第二绝缘圆筒安装件6一起安装进入所述金属圆筒壳体7内，所述感应极板1位于所述金属圆筒壳体7的开口一端内侧，且所述感应极板1与所述金属圆筒壳体7内壁之间有间隙；所述通信接口9与所述信号处理单元4电连接(如导线连接，图未示)。所述第一绝缘圆筒安装件5和第二绝缘圆筒安装件6贴合于传感器壳体即所述金属圆筒壳体7内壁，可保护信号处理单元4和固定振动装置3，且采用该方案，使静电传感器具有屏蔽外壳，能有效提高信噪比。

进一步的，所述金属堵头8上开设有安装孔(图未示)，所述通信接口9安装于所述安装孔上。所述通信接口9用来进行数据传输。通过导线将信号处理单元4与通信接口9进行连接，通过外部为信号处理单元4提供电源通路和信号通路。在一个示例中，振动装置的驱动信号通过通信接口9输入到信号处理单元4，由其中的处理单元处理后输出到振动装置3使其按照预定的方式振动，进一步地带动感应极板1按照同样方式振动，在感应极板1的信号电极金属膜101上将会感应到微弱的静电信号，静电信号通过与正极焊盘105连接的信号线传送至信号处理单元4，通过滤波、阻抗变换以及放大等一系列的处理后再通过通信接口9输出到外设。

本发明方案中由于感应极板周期性振动，使得本发明能实现在线式连续采集进行静电测试，无需复位，简单方便。另外，在一些优选方案中，本发明方案提供的静电传感器信噪比低、易安放，检测精度高、稳定性和准确性也较高。

以上对本本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本本发明的原理及实施方式进行了阐述。以上实施例的说明只是用于帮助理解本本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本本发明的限制。

Claims (9)

1.一种振动电容式静电传感器，其特征在于，包括感应极板、绝缘固定件、振动装置和信号处理单元；

所述感应极板，用于接近被测物感应输出静电信号；

所述绝缘固定件，一端与所述振动装置固定，另一端与所述感应极板固定；

所述振动装置，用于根据控制信号周期性振动带动所述感应极板沿着所述绝缘固定件的长度方向振动，其中所述感应极板振动的幅度小于1毫米；

所述信号处理单元，与所述感应极板和所述振动装置分别电连接，用于输出所述控制信号以驱动所述振动装置振动，同时接收所述感应极板输出的所述静电信号，对所述静电信号处理后输出对应电压信号。

2.根据权利要求1所述振动电容式静电传感器，其特征在于，所述绝缘固定件为ABS绝缘材质制成的圆柱形支柱，所述圆柱形支柱与所述振动装置和所述感应极板的安装表面分别垂直。

3.根据权利要求2所述振动电容式静电传感器，其特征在于，所述感应极板为圆形感应极板、矩形感应极板、三角形感应极板或者椭圆形感应极板。

4.根据权利要求3所述振动电容式静电传感器，其特征在于，所述圆形感应极板包括：

圆形绝缘基体层，所述圆形绝缘基体层采用环氧树脂制成，且所述圆形绝缘基体层圆心位置设有过孔；

信号电极金属膜，设置在所述圆形绝缘基体层的上表面；

屏蔽电极金属膜，设置在所述圆形绝缘基体层的下表面，与所述绝缘固定件的另一端固定，且所述屏蔽电极金属膜上设有正极焊盘和负极焊盘，所述正极焊盘与所述屏蔽电极金属膜隔开绝缘；

所述信号电极金属膜通过所述过孔与所述正极焊盘电连接，所述屏蔽电极金属膜与所述负极焊盘电连接；

所述正极焊盘和负极焊盘分别通过信号线与所述信号处理单元连接。

5.根据权利要求4所述振动电容式静电传感器，其特征在于，所述信号电极金属膜和所述屏蔽电极金属膜为直径相同的圆形金属膜，且该圆形金属膜的直径小于所述圆形绝缘基体层的直径。

6.根据权利要求4所述振动电容式静电传感器，其特征在于，所述信号处理单元包括依次信号连接的滤波器、阻抗变换器和放大器；所述信号线与所述滤波器电连接；所述信号处理单元还包括处理单元，与所述振动装置电连接，用于输出所述控制信号。

7.根据权利要求6所述振动电容式静电传感器，其特征在于，还包括第一绝缘圆筒安装件和第二绝缘圆筒安装件；

所述振动装置固定在所述第二绝缘圆筒安装件的一端，所述第二绝缘圆筒安装件的另一端与所述第一绝缘圆筒安装件连接，所述信号处理单元设置在所述第一绝缘圆筒安装件内。

8.根据权利要求7所述振动电容式静电传感器，其特征在于，还包括金属圆筒壳体，其一端设有金属堵头，另一端为开口，所述金属堵头上安装有通信接口；所述感应极板、绝缘固定件、振动装置和信号处理单元随着所述第一绝缘圆筒安装件和第二绝缘圆筒安装件一起安装进入所述金属圆筒壳体内，所述感应极板位于所述金属圆筒壳体的开口一端内侧，且所述感应极板与所述金属圆筒壳体内壁之间有间隙；所述通信接口与所述信号处理单元电连接。

9.根据权利要求8所述振动电容式静电传感器，其特征在于，所述金属堵头上开设有安装孔，所述通信接口安装于所述安装孔上。