CN106932656A - 带电物体运动测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带电物体运动测量装置，涉及运动测量装置技术领域。其包括依次连接的收集器、滤波放大单元和检测单元；收集器包括天线和防干扰支架，天线通过不导电的连接带悬挂于防干扰支架；滤波放大单元连接天线，滤波放大单元包括依次连接低通滤波电路和放大电路；检测单元检测经滤波放大单元滤波放大后的电流或电压。带静电的物体运动的测量方法可实现远距离测量、无接触测量。带电物体运动测量装置捕捉带电物体在运动中产生的电场变化，经滤波、放大，将运动转换成电流或电压变化的形式。

Description

带电物体运动测量装置

技术领域

本发明涉及运动测量装置技术领域，具体的涉及一种带电物体运动测量装置。

背景技术

目前测试静电强度的方式是距离静电源1cm以内，用场强测试仪测试局部的电压；此方式存在的问题是测试复杂，对人身体整体静电密度无法评估，测试效率慢。

目前测量物体运动与加速度的方式通常是利用红外传感器进行测量，但是这种方式存在技术条件要求高、抗干扰性差的缺点。红外传感器在使用时，为了减少外界的干扰，通常需要将传感器设置在距离带电物体比较近的位置，而且红外传感器容易受到被测物体对红外线反射性质的影响，这就限制了红外传感器的适用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可远距离、无接触的测量带电物体的运动状态的带电物体运动测量装置。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种带电物体运动测量装置，其特征在于：包括依次连接的收集器、滤波放大单元和检测单元；收集器包括天线和防干扰支架，天线通过不导电的连接带悬挂于防干扰支架上；滤波放大单元包括依次连接的低通滤波电路和放大电路，低通滤波电路用于将频率30Hz以上的电流滤除；检测单元检测经滤波放大单元滤波放大后的电流或电压；天线与低通滤波电路连接，低通滤波电路与放大电路连接，放大电路与检测单元连接。

进一步的，所述检测单元为示波器。

进一步的，防干扰支架包括不导电的检测台和竖直设置于检测台周围的不导电的支杆。

进一步的，天线包括薄片形的金属板或线圈。

进一步的，天线平行于检测台，并通过连接带连接于支杆顶部。

进一步的，天线为相互垂直的两组，且一组平行于检测台，另一组垂直于检测台；对应的设置两组滤波放大单元和检测单元分别连接两组天线。

进一步的，放大电路包括依次连接的带负反馈电路的一级放大电路和带负反馈电路的二级放大电路。

本发明的有益效果是：本发明的带电物体运动测量装置能够捕捉到带电物体在运动过程中产生的微弱的电场变化，经过抗干扰绝缘处理，滤掉无用的空气中的交流电磁波，放大，最后还原静电的运动状态，转换成电流或电压变化的形式。本发明不需要接触带电物体，利用带电物体在运动过程中，穿过天线的电场强度变化来测量带电物体的运动，可实现远距离测量、无接触测量，能较准确测量带电物体匀速、加速或减速的运动状态，以及振动频率和静电电场强度。本发明还能够在距离静电源1米以内测试静电源的电场强度相对大小，能够初步评估静电产生的电场强度，测试效率高。

附图说明

图1本发明带电物体运动测量装置的一种实施例的立体图；

图2本发明图1的主视图；

图3本发明图1的俯视图；

图4本发明带电物体运动测量装置的另一种实施例的立体图；

图5本发明图4的主视图；

图6本发明图4的俯视图；

图7本发明带电物体运动测量装置的滤波放大单元一种实施方式的电路图。

图中：1-天线、2-防干扰支架、21-检测台、22-支杆、3-滤波放大单元、31-一级放大电路、32-二级放大电路、4-检测单元。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-7所示，一种带电物体运动测量装置，其包括依次连接的收集器、滤波放大单元3和检测单元4；所述收集器包括天线1和防干扰支架2，所述天线1通过不导电的连接带悬挂于所述防干扰支架2上；所述滤波放大单元3包括依次连接的低通滤波电路和放大电路，所述低通滤波电路用于将频率30Hz以上的电流滤除；所述检测单元4检测经所述滤波放大单元3滤波放大后的电流或电压；所述天线1与所述低通滤波电路连接，所述低通滤波电路与所述放大电路连接，所述放大电路与所述检测单元4连接。本发明的带电物体运动测量装置能够捕捉到带电物体在运动过程中产生的微弱电磁波信号，经过抗干扰绝缘处理，滤掉无用的空气中的交流电磁波，放大，最后还原静电的运动状态，转换成电流或电压变化的形式。本发明不需要接触带电物体，利用电磁波作为中间介质测量带电物体的振动，可实现远距离测量、无接触测量，能较准确测量带电物体匀速、加速或减速的运动状态，以及振动频率，静电电场强度。本发明还能够在距离静电源1米以内测试静电源的电场强度，能够初步评估静电产生的电场强度相对大小，测试效率高。

实施中，如图1-6所示，收集器采用木质或塑料材质防干扰支架2，防干扰支架2包括若干根竖直设置的木质支杆22。防干扰支架2还可以包括检测台21，检测台21也为木质或塑料材质，用于放置待检测物。天线1采用金属板，金属板通过塑料绳水平悬挂在支杆22的顶部。天线1通过导线与滤波放大单元3连接，滤波放大单元3包括低通滤波电路和放大电路。滤波放大单元3先将天线1的检测电流滤波后再进行放大。低通滤波电路连接在放大电路和天线1之间，用于将频率30Hz以上的电流滤除，排除空气中的其他电磁波的干扰。具体的，如图7所示，低通滤波电路可以为电容接地的滤波电路。放大电路可以为电流放大电路，也可以为电压放大电路。具体的，放大电路可以为由运算放大器及其他元件组成的电流或电压放大电路。检测单元4可以为电压计或电流计，用于检测经过滤波放大单元3滤波放大后的电流或电压，之后通过表盘或显示屏显示读数或者将检测信号直接接入计算机进行处理。检测单元4具体检测电压还是电流，根据滤波放大单元3的组成决定。检测单元4也可以为示波器，更直观的显示电压或电流的变化。

进一步的，所述检测单元4为示波器。检测单元4采用示波器，可以方便的观察经滤波放大后的电压或电流的波形，可以更精确直观的判断带电物体的运动情况。

进一步的，如图1-6所示，防干扰支架2包括不导电的检测台21和竖直设置于检测台21周围的不导电的支杆22。不导电的检测台21和不导电的的支杆22，降低对天线的干扰，防止检测过程中，带电物体与检测台21或支杆22接触将带电物体上的电荷导走。

实施中，检测台21为木质的长方形平台，在检测台21的四个角上竖直固定有四根木质的支杆22，四根支杆22的顶端通过尼龙、塑料等不导电的细线将长方形平板状的天线1水平的吊起，悬挂在检测台21的正上方。

进一步的，天线1包括薄片形的金属板或线圈。

进一步的，如图1-3所示，天线1平行于检测台21，并通过连接带连接于支杆22顶部。

实施中，木质的检测台21上方，用很细的不导电的线将金属板悬挂起来作为天线1，不让金属板直接接触物体，减小天线中的电流通过物体传导。用金属板的侧面检测穿过金属板的电场强度变化，效果最强，天线1也可以采用环形线圈。如果天线1与带静电物体运动方向平行，信号接收灵敏度最小：如果线圈与带静电物体垂直，则接收灵敏度最大。

进一步的，如图4-6所示，天线1为相互垂直的两组，且一组平行于检测台21，另一组垂直于检测台21；对应的设置两组滤波放大单元3和检测单元4分别连接两组天线1。对于一些运动方向不明确或者随机选择的带电物体，相互垂直的设置两组天线1可分别检测两个方向上的运动，提高可操作性。

实施中，两组天线1，一组水平设置在检测台21的顶部，另一组竖直设置在检测台21的一侧面，两组天线1分别连接两组滤波放大单元3，滤波后分别连接到两个检测单元4，经检测后显示电流或电压信息。也可以在滤波后接入具有两个通道的一个检测装置，进行检测显示。更进一步的，检测台21上设置有转台，转台可以进行水平360度旋转，便于检测时调整带电物体的方向。更进一步的，还可以设置三组两两相互垂直的天线1，且一组平行于检测台21，另两组组垂直于检测台21；对应的设置两组滤波放大单元3和检测单元4分别连接两组天线1。三组天线1，一组水平设置在检测台21的顶部，另两组分别竖直设置在检测台21的两侧面，其余连接与设置两组天线1时类似。

进一步的，放大电路包括带负反馈电路的一级放大电路31和带负反馈电路的二级放大电路32。

实施中，如图7所示，放大电路包括一级放大电路31和二级放大电路32。一级放大电路31和二级放大电路32分别采用相同的运算放大器OP1、OP2。运算放大器OP1、OP2供电电压为±5V，各自的输出端与各自的反相输入端形成负反馈。具体的，一级放大电路31中的R1为51K欧姆，R2为510K欧姆，二级放大电路32中的R5为51K欧姆，R6为300K欧姆。在一级放大电路31和二级放大电路32之前分别连接有接地电容C3、C5作为滤波电路。具体的，电容C3为10nF，电容C3为4700pF。更进一步地，在放大电路之前串接有电容C1，用于稳定电路、防止电压过大。

由于任何物体都是带静电的只是大小不同，也可以将人为的将带电物体利用摩擦起电等方法使之带有电荷。电荷会产生电场，带静电的物体在加速或振动的过程中会使电场同样加速或振动变化。由于穿过天线1的电场变化引起金属板的电势发生变化。本发明的物体振动测量方法不需要接触带电物体，利用穿过天线1的电场变化，使金属板的电势发生变化来测量带电物体的运动、静电电场强度的相对大小，可实现远距离测量、无接触测量。

使用时，第一步，在物体上施加电荷。将带电物体通摩擦起电等方法使之带有电荷。若带电物体自身带有电荷则应当认为已经进行过此步骤。

第二步，用天线1接收带电物体振动产生电磁波产生检测电流。利用不导电的细线悬置天线，用以收集带电物体振动产生的电磁波，产生检测电流。具体的，利用竖直的木质支杆22通过细线将平板状的天线1水平悬置。将带电物体放入天线1下，优选的，使带电物体的运动方向与天线1所在平面垂直。使带电物体的运动方向最好在竖直方向上，使之与天线1所在平面垂直。穿过天线1的电场变化即为带电物体的运动变化。

第三步，将检测电流中的高频干扰电流滤除，之后进行放大。天线1产生的检测电流通过滤波放大单元3将相对高频的干扰电流滤除。带电物体带电荷运动产生的电磁波，相应的天线1中感应出的电流频率由物体的运动速度决定，测量低速运动的物体时，其在天线1感应出的电流频率一般不超过1Hz。此外，天线1也会感应到空气中其他电磁波形成干扰电流，其他电磁波一般包括交流电器产生的电磁波或通信电磁波等电磁波。一般来讲，交流电为50Hz，交流电器所感应出的电磁波为50Hz，通信用的电磁波频率更高，可达上兆赫兹或上吉赫兹。相较来说，天线1中感应出的干扰电流的频率远高于检测电流频率。利用此特点，本步骤中将检测电流中的频率高于30Hz的干扰电流滤除。之后将滤波后的检测电流放大，便于后续检测。

第四步，检测经滤波后的检测电流的电压或电流，确定带电物体的运动状态。经滤波放大后的电流通过检测单元4检测电流的变化。最后可以通过显示设备将电流或电压显示。操作人员可根据电流或电压大小变化判断待带电物体的运动状态与所带静电电场强度的相对大小。检测带电物体运动时，检测单元4检测到的电压或电流为零，则带电物体速度为零；检测单元4检测到的电压或电流保持一定大小，则带电物体速度匀速运动；检测单元4检测到的电压或电流逐渐变大或变小，则带电物体加速或减速运动。

带电物体速度为零，带电物体的电场无变化，天线1中的检测电流或电压为零；带电物体速度匀速运动，带电物体的电场匀速变化，天线1中的检测电流或电压保持一定大小；带电物体速度加速或减速运动，带电物体的电场变化速度变大或变小，天线1中的检测电流或电压逐渐变大或变小。

用该方法带电物体振动时，每个周期中都会经历两次速度为零，两次速度达到最大值。当带电物体速度为零时，带电物体所带电荷速度为零电场不发生变化，天线1中感应到的检测电流或电压为最小值；当带电物体速度为最大时，带电物体所带电荷速度为最大电场变化最快，天线1中感应到的检测电流或电压为最大值。考虑到检测电流的方向，检测单元4检测出的电流或电压变化频率与带电物体振动的频率相同。

用带电物体运动测量装置检测物体所带静电电场相对强度时，将一带电物体以匀速运动，记录检测单元4的读数峰值。换另一带电物体，还以同样的速度匀速运动，记录检测单元4的读数峰值。比较两次记录的峰值的大小，即可判断两个带电物体的电场强度：数值大的带电物体的电场强度大，数值小的带电物体的电场强度小。进一步，可判断出两带电物体所带电荷量的多少。还可以可进行多次测量减小误差。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种带电物体运动测量装置，其特征在于：包括依次连接的收集器、滤波放大单元（3）和检测单元（4）；所述收集器包括天线（1）和防干扰支架（2），所述天线（1）通过不导电的连接带悬挂于所述防干扰支架（2）上；所述滤波放大单元（3）包括依次连接的低通滤波电路和放大电路，所述低通滤波电路用于将频率30Hz以上的电流滤除；所述检测单元（4）检测经所述滤波放大单元（3）滤波放大后的电流或电压；所述天线（1）与所述低通滤波电路连接，所述低通滤波电路与所述放大电路连接，所述放大电路与所述检测单元（4）连接。

2.根据权利要求1所述带电物体运动测量装置，其特征在于：所述检测单元（4）为示波器。

3.根据权利要求1所述带电物体运动测量装置，其特征在于：所述防干扰支架（2）包括不导电的检测台（21）和竖直设置于所述检测台（21）周围的不导电的支杆（22）。

4.根据权利要求1所述带电物体运动测量装置，其特征在于：所述天线（1）包括薄片形的金属板或线圈。

5.根据权利要求3所述带电物体运动测量装置，其特征在于：所述天线（1）平行于所述检测台（21），并通过连接带连接于所述支杆（22）顶部。

6.根据权利要求1-4任意一项所述带电物体运动测量装置，其特征在于：所述天线（1）为相互垂直的两组，且一组平行于所述检测台（21），另一组垂直于所述检测台（21）；对应的设置两组滤波放大单元（3）和检测单元（4）分别连接两组所述天线（1）。

7.根据权利要求1所述所述带电物体运动测量装置，其特征在于：所述放大电路包括依次连接的带负反馈电路的一级放大电路（31）和带负反馈电路的二级放大电路（32）。