CN107015072A - 一种基于电场传感器的密封型非接触式手持静电仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电场传感器的密封型非接触式手持静电仪，涉及静电检测领域。本发明提出的手持式静电仪包括感应电极、隔离层、套筒、尾盖、显示屏、控制按钮、距离模块构成全密封外壳结构，内部固定电场传感器敏感芯片、信号处理电路及电池。在不使用时，裸露电极外部采用屏蔽罩保护。本发明提出的基于电场传感器的密封型非接触式手持静电仪与传统手持静电仪相比，采用全密封结构，无裸露可动部件，能够在易燃易爆场所使用，充分保障被测环境及核心敏感元件的安全，测试精确。
Description
技术领域
本发明涉及静电监测技术领域，尤其涉及一种基于电场传感器的密封型非接触式手持静电仪。
背景技术
静电危害是科技和生产活动中的一个重大安全隐患。不同物质间接触、分离后即可产生静电，由于其产生简单、不易发觉，稍有不慎就可能酿成重大事故。据统计，美国电子行业部门每年因静电危害造成损失高达100亿美元，英国电子产品每年因静电造成的损失为20亿英镑，日本电子元器件的不合格品中不少于45％的危害是因为静电放电(ESD)造成的。静电放电可能点燃某些易燃物体而发生爆炸。例如，在石油石化领域，人体或设备携带静电容易引燃油品挥发出的气体，油品、粉体在储运过程中与周围容器发生摩擦，也容易产生大量静电。在工业生产领域，氢气、乙炔、瓦斯等易燃易爆气体，煤粉、铝粉、面粉等粉尘，都有可能因静电火花引起爆炸。在电子工业领域，一般MOS电路和场效应管击穿电压约为300V，然而在干燥季节人体静电可达数万伏，极易损伤甚至损坏半导体器件，从而导致设备故障。
传统非接触式静电测试仪包括电极式、振动电容式、场磨式等。其中，电极式静电仪直接通过电路对单一感应电极上的电荷信号进行放大、AD采样，由于电荷信号容易在电路中衰减，该静电仪零点漂移大，需经常调零，使用不便。振动电容式、场磨式静电仪通过振动或转动调制感应电极上的感应电荷，测量带电体附近的电场强度，反演带电体的静电电压，避免了感应电荷衰减。然而，这些静电测试仪普遍将传感器敏感芯片裸露在外，这些裸露可动单元容易在粉尘等恶劣环境中损坏，也容易因自身摩擦或与外界碰撞产生电火花，造成安全隐患。
发明内容
(一)要解决的技术问题
传统非接触式静电测试仪含有裸露可动部件，难以在充满粉尘等恶劣环境下工作，在易燃易爆高危场所使用时存在风险。本发明提出一种基于电场传感器的密封型非接触式手持静电仪，基于外部感应电极结构，提升静电仪的可靠性及灵敏度。
(二)技术方案
一种基于电场传感器的密封型非接触式手持静电仪，包括电场传感器、感应电极、隔离层和外壳，所述感应电极、隔离层和外壳构成密封结构，所述电场传感器位于密封结构内，所述感应电极和电场传感器通过所述隔离层隔离，并通过连接线连接导通。
优选地，所述外壳包括套筒和尾盖，所述套筒两端开口，其一端连接尾盖，另一端连接隔离层，所述感应电极设置在隔离层上，所述隔离层位于感应电极和套筒之间。
优选地，还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩可将感应电极与外界隔离。
优选地，所述隔离层开设有连接孔，所述连接线穿过连接孔将所述感应电极与电场传感器连接。
优选地，所述电场传感器包括传感器敏感芯片、信号处理电路和电池，所述传感器敏感芯片与感应电极通过连接线连接。
优选地，所述隔离层设置距离模块；
所述感应电极开设窗口，用于距离模块的信号传入传出，窗口进行密封。
优选地，所述距离模块包括定距模块或测距模块；
所述定距模块包括两个在预设距离光斑重合的激光灯；
所述测距模块为超声波测距模块。
优选地，所述外壳上开设窗口，用于设置显示单元、按键或指示灯；
所述显示单元实时显示被测静电电压、电池电量、测试距离或报警信号；
所述按键用于控制密封型非接触式手持静电仪开关、调零、档位切换或测试使能；
所述指示灯用于显示电源或报警情况。
优选地，所述外壳设置有电池有线充电接口、无线充电模块或信号输出接口。
优选地，所述隔离层为电阻率大于108Ωcm的绝缘材料；
所述套筒为金属或半导体防静电材料；
所述屏蔽罩为金属或半导体防静电材料；
所述连接线为导体或半导体材料。
(三)有益效果
本发明为了提升手持静电仪的安全性、可靠性及灵敏度，提出一种新型密封型结构，引入了感应电极、隔离层等关键部件，具有以下有益效果：
通过感应电极、隔离层、套筒、尾盖等组成密封结构，将电场传感器密封于腔体内部，避免传感器敏感结构受外部恶劣被测环境影响而损坏。
传感器敏感结构工作时的可动部件不直接与被测环境接触，避免了可动结构碰撞产生电火花引燃被测环境。
此外，通过感应电极结构，增大了传感器的感应面积，提高了灵敏度。
附图说明
图1是根据本发明实施例的一种基于电场传感器的密封型非接触式手持静电仪的剖面示意图。
【符号说明】
1-电场传感器敏感元件，2-信号处理电路，3-供电电池，4-连接线，5-感应电极，6-隔离层，7-套筒，8-尾盖，9-屏蔽罩。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
在本发明实施例提供了一种基于电场传感器的密封型非接触式手持静电仪。包括电场传感器敏感元件1、信号处理电路2、供电电池3、连接线4、感应电极5、隔离层6、套筒7、尾盖8和屏蔽罩9，此外，还可包括显示屏、控制按钮、距离模块等。
感应电极5、隔离层6、套筒7和尾盖8构成全密封外壳结构，内部固定电场传感器敏感芯片1、信号处理电路2及供电电池3。在不使用时，感应电极5外部采用屏蔽罩9保护。
以下分别对本实施例密封型非接触式手持静电仪的各个组成元件进行详细说明。电场传感器敏感元件1是静电场传感器或交流电场传感器，包括采用微纳米加工工艺制备而成的微机械结构芯片、微电子敏感芯片、光学敏感芯片，或基于压电陶瓷的振动电容式，或场磨式电场仪。
信号处理电路2用于对电场传感器敏感元件1提供工作必须的激励信号，并将电场传感器敏感元件1的输出信号进行电流-电压转换、放大、A/D采样、数字信号处理、数据实时存储、数据有线及无线发送等，信号处理电路可包括无线信号发射模块、本地数据存储模块。
供电电池3连接信号处理电路2，可以为干电池、锂电池、镍氢电池等。
连接线4用于连接电场传感器敏感元件1与感应电极5。连接线为金属导线或半导体材料，不与非接触式手持静电仪内部其他部件有导通性连接，如果无法避免物理接触，可在连接线4的接触点上增加绝缘物。
感应电极5固定在隔离层6上，二者之间可以为螺纹连接、螺丝固定焊料焊接或胶粘，以增强密封效果。感应电极裸露在外，用于感应静电信号，感应电极内表面与电场传感器敏感芯片直接或采用导体/半导体相连。感应电极5上可留有窗口，用于距离模块的信号传入传出，窗口采用玻璃或透明塑料密封。感应电极5为金属材料或防静电材料。
隔离层6用于连接感应电极5与套筒7，设置在感应电极和套筒之间，其电阻率不小于108Ω/cm。隔离层中心开孔，便于连接线4穿入。隔离层6上的中心开孔处还可以固定距离模块。距离模块不与感应电极5有电导通性物理接触。距离模块由信号处理电路2或供电电池3供电，与信号处理电路2进行通信，距离模块包括定距模块和测距模块两种，其中，定距模块可以是两个在预设距离光斑重合的激光灯，可发出两个向外的光束，当两个光束在被测平面重合，非接触式手持静电仪即到达合适的测试距离；测距模块可以采用超声波等原理进行距离测试，能够实时反应被测平面与手持静电仪之间的距离，通过距离模块与电场传感器敏感元件的实时输出计算被测平面静电电位，可通过曲线拟合法或查表法确定手持静电仪在不同测试距离的灵敏度。此外，也可通过预设长度的量尺确定测试距离。量尺可以为多种长度，可通过在套筒上设置按键进行档位及灵敏度切换。
套筒7顶部固定隔离层6，固定方法有螺纹连接、螺丝固定、焊料焊接、胶粘等以保证密封。套筒7内部安装电场传感器敏感元件1、信号处理电路2和供电电池3。根据使用需求，可在套筒或尾盖上开设窗口，设置显示单元、按键、指示灯等。其中，显示单元可选用液晶显示器、OLED显示器、LED显示器等，用于显示被测电压、测试距离、电池电量、报警信息等。按键实现开关、调零、档位切换、测试使能(HOLD)等功能。指示灯显示静电仪电源、报警等情况。套筒7为金属材料或防静电材料。
尾盖8通过螺纹连接、螺丝固定、焊料焊接、胶粘等方法密封固定在套筒7底部，为金属材料或防静电材料。尾盖8上可固定电池充电接口、信号输出接口、无线充电模块等。其中，电池充电接口及信号输出接口的接地端可用作手持静电计的接地接口。
屏蔽罩9通过螺纹连接、卡口等方法固定在套筒7顶端，将感应电极5、隔离层6罩住。在不测试时，将屏蔽罩9安装于套筒7上，保护裸露的感应电极。此外，调零前，也可安装屏蔽罩9用于产生零点场。
此外，容易理解的是，本专利提出的非接触式手持静电仪不仅可以用于测量人体、物体携带的静电电压，还可以直接显示电场传感器所测得的电场值，基于交变电场传感器及对应的信号处理电路，也可以用于测量交变电场、交变电压信号。
本发明提出的基于电场传感器的密封型非接触式手持静电仪采用全密封结构，将电场传感器密封于腔体内部，避免传感器敏感结构受外部恶劣被测环境影响而损坏。传感器敏感结构工作时的可动部件不直接与被测环境接触，保护核心敏感元件不受恶劣环境影响，避免了可动结构碰撞产生电火花引燃被测环境，能够在易燃易爆场所使用，充分保障被测环境及核心敏感元件的安全，测试精确。此外，通过感应电极结构，增大了传感器的感应面积，提高了灵敏度。
电场传感器包括MEMS电场传感器、振动电容式电场传感器、光学电场传感器、场磨式电场传感器。至此，已经结合附图对本发明实施例的一种基于电场传感器的密封型非接触式手持静电仪进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明电场传感器封装组件有了清楚的认识。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构或形状，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换。例如，本专利提出的手持静电计可以为圆柱体或长方体等不同形状。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于电场传感器的密封型非接触式手持静电仪，包括电场传感器、感应电极、隔离层和外壳，所述感应电极、隔离层和外壳构成密封结构，所述电场传感器位于密封结构内，所述感应电极和电场传感器通过所述隔离层隔离，并通过连接线连接导通。
2.如权利要求1所述的密封型非接触式手持静电仪，所述外壳包括套筒和尾盖，所述套筒两端开口，其一端连接尾盖，另一端连接隔离层，所述感应电极设置在隔离层上，所述隔离层位于感应电极和套筒之间。
3.如权利要求1所述的密封型非接触式手持静电仪，还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩可将感应电极与外界隔离。
4.如权利要求1至3任一项所述的密封型非接触式手持静电仪，所述隔离层开设有连接孔，所述连接线穿过连接孔将所述感应电极与电场传感器连接。
5.如权利要求1至3任一项所述的密封型非接触式手持静电仪，所述电场传感器包括传感器敏感芯片、信号处理电路和电池，所述传感器敏感芯片与感应电极通过连接线连接。
6.如权利要求4所述的密封型非接触式手持静电仪，所述隔离层设置距离模块；
所述感应电极开设窗口，用于距离模块的信号传入传出，窗口进行密封。
7.如权利要求6所述的密封型非接触式手持静电仪，所述距离模块包括定距模块或测距模块；
所述定距模块包括两个在预设距离光斑重合的激光灯；
所述测距模块为超声波测距模块。
8.如权利要求1至3任一项所述的密封型非接触式手持静电仪，所述外壳上开设窗口，用于设置显示单元、按键或指示灯；
所述显示单元实时显示被测静电电压、电池电量、测试距离或报警信号；
所述按键用于控制密封型非接触式手持静电仪开关、调零、档位切换或测试使能；
所述指示灯用于显示电源或报警情况。
9.如权利要求1至3任一项所述的密封型非接触式手持静电仪，所述外壳设置有电池有线充电接口、无线充电模块或信号输出接口。
10.如权利要求1至3任一项所述的密封型非接触式手持静电仪，
所述隔离层为电阻率大于108Ωcm的绝缘材料；
所述套筒为金属或半导体防静电材料；
所述屏蔽罩为金属或半导体防静电材料；
所述连接线为导体或半导体材料。
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