CN111122991B - 一种判断静电传感器工作是否正常的方法 - Google Patents

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Abstract

一种判断静电传感器工作是否正常的方法，属静电测量领域。在静电传感器中设置单片机模块，对静电传感器的工作电压、工作频率进行实时监控，使得静电传感器具有自动检查工作电压是否正常或正确，以及自我监测振动电极的振动频率是否正确，并自动校正振动频率维持在设定检测频率的功能。确保静电传感器始终处于有效的监测状态下，当其丧失静电检测能力时，即时报警输出。可广泛用于静电传感器的设计和制造领域。

Description

一种判断静电传感器工作是否正常的方法
技术领域
本发明属于静电测量领域，尤其涉及一种用于判断静电传感器工作是否正常的方法。
背景技术
静电传感器是监测物体表面静电的专用、精密仪表，对静电测量及防护起着非常重要的作用。在电子工厂的生产线上，针对产品进行静电监测是防止产品免受静电放电危害，确保产品质量的重要保证。在易燃易爆工况环境，静电放电极易引起燃烧、爆炸，故针对静电的监测尤为重要，已成为安全生产的必要措施。因此，随着行业发展，对静电传感器的功能、性能要求逐步提高，以确保静电监测数据的准确可靠。
静电传感器一般包含：供电模块、振动检测模块、传感信号处理模块、单片机处理电路、显示模块等。供电模块是为内部工作电路提供稳定的工作电压，振动检测模块是对外界静电源进行探测、接收、传感，其典型结构为一对称的金属振动电极(参见本申请人此前申请的、专利号为CN201110300083.2的中国发明专利“一种便携式静电检测装置及其静电检测方法”中所述的静电感应传感器结构)；传感信号处理模块对检测到的静电信号进行检波、整形、放大处理，单片机处理电路则对处理后的静电信号进行分析运算，并将监测的静电信息传输至显示模块。
静电传感器的振动电极是振动检测模块的主要组成部分，是实现静电信号采集的重要物理基础，是完成静电检测的首要关键部件，其性能的好坏将直接决定检测的准确性，甚至是能否实现正常的检测。振动频率即工作频率是振动电极的重要性能参数，也是实现检测的重要技术参数，因此针对振动频率的自我监测与校准显得尤为重要。在同一检测条件下，针对同一静电源的检测，不同的振动频率将得到不同的静电检测值，为实现产品检测性能的同一性，须始终保持振动电极的实际振动频率为同一参数值。
近几年静电传感器技术得到了飞速发展和应用，但现有静电传感器产品仍存在着如下技术缺陷：
1、供电模块异常时，无报警输出，使用人员无法判断传感器是否在正常工作。供电模块主要包含DC-DC转换器单元，把外部输入电压转换为较低的内部供电电压。当外部供电错误，如外部供电电压大于或小于正常输入电压时，无报警输出；而由于外部输入电压错误或传感器工作电路故障等原因导致内部供电电压异常时(内部供电电压大于或小于正常电压值)，亦无报警输出。
2、当工作频率发生变化时，无法自动校准。静电传感器的振动检测模块主要包含振动电极单元、驱动单元。振动电极上附着有压电陶瓷振动片，对压电陶瓷振动片施加交变电压，则压电陶瓷振动片带动振动电极产生交变振动；但由于压电陶瓷材料及制作工艺等原因，存在着同一驱动频率下，各组振动电极的振动频率不一致的现象；而振动电极的振动频率即为静电传感器的检测频率，亦即工作频率，检测频率不同，对同一检测条件下的同一静电源，所检测到的静电压值则不同；因此须要对来料振动电极进行质检，挑选出性能一致的来料进行装配生产，否则将导致无法批量使用。此外，使用环境的温度、湿度也会对振动电极的振动频率产生影响，须要对检测频率进行校准。
3、当振动电极或压电陶瓷振动片损坏，无法实现振动时，即检测频率为零时，没有报警输出功能；而此时静电传感器显示为零伏静电压，会误导监测管理人员，造成静电安全防护的漏洞。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种判断静电传感器工作是否正常的方法。其具有自动检查工作电压是否正常或正确，以及自我监测振动电极的工作频率是否正确，并自动校正工作频率维持在设定工作频率的功能。
本发明的技术方案是：提供一种判断静电传感器工作是否正常的方法，其特征是：
在静电传感器中设置单片机模块，所述的单片机模块按照下列内容对静电传感器工作是否正常进行实时监控：
1)传感器开机后，对传感器的工作电压进行自动检测和持续监控，确保传感器的工作电压始终正确；
2)在正确工作电压下，自动进入工作频率检测状态，对静电传感器的工作频率进行持续监控；
3)如果监测到实际工作频率即为设定的正常工作频率，则对其进行继续监控；
4)如果监测到实际工作频率为零，则判断传感器损坏，发出报警信号；
5)如果监测到实际工作频率不为零，也不等于设定的正常工作频率，则启动传感器频率自动校正程序，对传感器的实际工作频率进行调整、校正，使其等于设定的正常工作频率；
6)通过对静电传感器的工作电压、工作频率进行实时、持续地的监测，确保静电传感器始终处于正确、稳定的工作电压下；消除外界环境温、湿度对振动电极的影响；当静电传感器丧失正常的静电检测能力时，即时输出报警信号。
具体的，判断所述传感器的工作电压是否正确，包括判断外界输入的工作电压的电压等级是否正确和判断外界输入的工作电压的电压值是否正确。
进一步的，对所述静电传感器工作电压的监控，包括对外部输入供电电压和内部输出供电电压的实时、持续监控。
当所述工作电压的监控值等于正常设定值时，判断供电无异常，继续监控；当监控值不等于正常设定值时，判断供电异常，自动发出报警信号。
具体的，对所述静电传感器振动电极的振动频率进行实时监测，确保静电传感器振动电极的振动频率始终处于设定的正常的振动频率，即正常工作频率。
当检测到静电传感器振动电极的振动频率偏离设定的正常工作频率时，调整第一振动电极的驱动频率，使振动电极的振动频率恢复为设定的正常工作频率；当振动电极损坏或陶瓷振动片损坏导致振动电极无法实现振动时，静电传感器无法实现静电检测功能，则监测到的振动频率信号为零，自动发出报警信号。
具体的，当所述的单片机模块监测到的振动频率信号F0＇大于设定的正常工作频率F0，则单片机模块输出一个比正常工作频率F0低的驱动频率信号f0＝F0+(F0－F0＇)，来驱动第一振动电极振动，随即与之成镜像对称的第二振动电极产生同频谐振，并将振动频率信号F1＇直接反馈到单片机模块。
进一步的，当所述的单片机模块监测到振动频率信号F1＇仍大于设定的正常工作频率F0，则单片机模块将根据f1＝f0+(F0－F1＇)，继续以驱动频率f1来驱动第一振动电极振动，随即与之成镜像对称的第二振动电极产生同频谐振，并将振动频率信号F2＇直接反馈到单片机模块，如此直至实现第二振动电极振动频率等于设定的正常工作频率F0为止。
具体的，当所述的单片机模块监测到振动频率信号F0＇小于设定的正常工作频率F0，则输出一比正常工作频率F0高的驱动频率信号f0＇＝F0+(F0－F0＇)来驱动第一振动电极振动，随即与之成镜像对称的第二振动电极产生同频谐振，并将振动频率信号F1＇直接反馈到单片机模块。。
进一步的，当所述的单片机模块监测到振动频率信号F1＇仍小于设定的正常工作频率F0，则单片机模块将根据f1＇＝f0＇+(F0－F1＇)，继续以驱动频率f1＇来驱动第一振动电极振动，随即与之成镜像对称的第二振动电极产生同频谐振，并将振动频率信号F2＇直接反馈到单片机模块，如此直至实现第二振动电极振动频率等于设定的正常工作频率F0为止。
本技术方案实施后，所产生的有益效果如下：
1、确保静电传感器外部输入电压及内部供电的正确、可靠，确保静电传感器始终处于正确稳定的工作电压下。
2、无须对来料振动电极进行工作频率的质检及挑选工作，节省了大量的人工成本。
3、消除了外界环境温湿度对振动电极的影响。
4、确保静电传感器始终处于有效的监测状态，当其丧失静电检测能力时，即时报警输出。
附图说明
图1为本发明的静电传感器检测程序总体方框图；
图2为本发明的静电传感器供电检测程序方框图；
图3为本发明的静电传感器工作频率自动校准程序方框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明的技术方案，其发明点在于：
1、增设了传感器开机自检功能，对传感器的工作电压进行监控，确保传感器工作电压始终正确。传感器在正确工作电压下，进入检测状态，设置工作频率自检程序，对静电传感器的工作频率进行监控。如果监测到实际工作频率即为设定的正常工作频率，则对其进行继续监控；如果监测到实际工作频率为零，则判断传感器损坏，发出报警信号；如果监测到实际工作频率不为零，也不等于设定的正常工作频率，则传感器频率自动校正程序将对实际工作频率进行调整、校正，使其等于设定的正常工作频率。
2、对静电传感器的供电进全面、实时的监控，包括外部输入供电和内部输出供电。外部输入供电+24V通过DC-DC转换器实现+5V输出，向传感器内部电路供电。同时对+24V输入及+5V输出进行监控，+24V输入通过分压电路电连接单片机电路进行监控，+5V直接电连接单片机电路进行监控。当监控值等于正常设定值时，判断供电无异常，继续监控；当监控值不等于正常设定值时，判断供电异常，发出报警信号。
3、对静电传感器振动电极的振动频率进行监测，确保其工作频率始终处于设定的正常的工作频率，即正常工作频率。当振动频率偏离设定的正常工作频率时，单片机模块根据算法程序调整第一振动电极的驱动频率，使振动电极的振动频率恢复为设定的正常工作频率。当振动电极损坏或陶瓷振动片损坏导致振动电极无法实现振动，即无法实现静电检测功能，则单片机模块接收到的振动频率信号为零，发出报警信号。
具体的，对本技术方案详述如下：
1、参见图1中所示，针对传感器自身的监控主要包括2个部分，一是传感器工作电压是否正确，二是传感器的工作频率是否正确。当传感器接通外部电源后，随即就进入了开机自检状态，监测传感器的实际工作电压是否正确？是否是其正常的标准工作电压？当电压为非标准工作电压时，发出报警信号。如工作电压正常，则传感器进入工作状态，即检测状态。进入检测状态后，传感器将对工作频率进行监控，判断实际的工作频率是否就是设定的正常工作频率？如判断为正常工作频率，则继续监控，不对工作频率进行调整。如监测到工作频率为零，则输出报警信号。如监测到的实际工作频率不是设定的正常工作频率，则监控程序根据算法自动调整工作频率，直至实际的工作频率等于设定的正常工作频率为止。
2、参见图2中所示，外部+24V供电接入DC-DC转换器实现+5V输出，向传感器内部电路供电。+24V输入电压通过分压电路电连接单片机模块进行监控，当监控值等于正常设定值时，判断外部输入供电无异常，继续监控，并开启对内部供电的监控；当监控值大于正常设定值时，判断外部输入供电异常，发出报警信号；当监控值小于正常设定值时，判断外部输入供电异常，发出报警信号。向传感器内部电路供电的+5V电压直接电连接单片机模块进行监控，当监控值等于正常设定值时，判断内部供电无异常，继续监控；当监控值大于正常设定值时，判断内部供电异常，发出报警信号；当监控值小于正常设定值时，判断内部供电异常，发出报警信号。
3、参见图3中所示，当接通外部+24V电源，静电传感器供电模块正常工作，上电自检程序完成后，单片机模块先根据预先设定的振动频率即正常工作频率F0驱动第一振动电极振动，随即与之成镜像对称的第二振动电极产生同频谐振，并将振动频率信号F0＇直接反馈到单片机模块。
4、单片机模块读取振动频率信号F0＇，并与正常工作频率F0进行比较判断。当单片机模块监测到振动频率信号F0＇等于设定的正常工作频率F0，则单片机模块不会调用算法程序，将继续处于监控状态。
5、当单片机模块监测到振动频率信号F0＇等于零，则说明振动电极损坏或陶瓷振动片损坏导致振动电极无法实现振动，即无法实现静电检测功能，则单片机模块将输出报警信号。
6、当监测到的振动频率信号F0＇大于设定的正常工作频率F0，则单片机将调用算法程序，输出一比正常工作频率F0低的驱动频率信号f0＝F0+(F0－F0＇)，来驱动第一振动电极振动，随即与之成镜像对称的第二振动电极产生同频谐振，并将振动频率信号F1＇直接反馈到单片机模块。
7、当单片机模块监测到振动频率信号F1＇仍大于设定的正常工作频率F0，则单片机模块将根据f1＝f0+(F0－F1＇)，继续以驱动频率f1来驱动第一振动电极振动，随即与之成镜像对称的第二振动电极产生同频谐振，并将振动频率信号F2＇直接反馈到单片机模块，如此直至实现第二振动电极振动频率等于设定的正常工作频率F0为止，其算法公式为：fn＝fn-1+(F0－Fn＇)，n≥1。
8、当监测到的振动频率信号F0＇小于设定的正常工作频率F0，则单片机模块将输出一比正常工作频率F0高的驱动频率信号f0＇＝F0+(F0－F0＇)，来驱动第一振动电极振动，随即与之成镜像对称的第二振动电极产生同频谐振，并将振动频率信号F1＇直接反馈到单片机模块。
9、当单片机监测到振动频率信号F1＇仍小于设定的正常工作频率F0，则单片机将根据f1＇＝f0＇+(F0－F1＇)，继续以驱动频率f1＇来驱动第一振动电极振动，随即与之成镜像对称的第二振动电极产生同频谐振，并将振动频率信号F2＇直接反馈到单片机模块，如此直至实现第二振动电极振动频率等于设定的正常工作频率F0为止，其算法公式为：fn＇＝fn-1＇+(F0－Fn＇)，n≥1。
本发明的技术方案，在静电传感器中设置单片机模块，对静电传感器的工作环境(内、外部工作电压)和工作状态(振动频率)进行实时监控，使得静电传感器具有自动检查工作电压是否正常或正确，以及自我监测振动电极的振动频率是否正确，并自动校正振动频率维持在设定工作频率的功能。确保静电传感器始终处于有效的监测状态，当其丧失静电检测能力时，即时报警输出。
本发明可广泛用于静电传感器的设计和制造领域。

Claims (10)

1.一种判断静电传感器工作是否正常的方法，其特征是：
在静电传感器中设置单片机模块，所述的单片机模块按照下列内容对静电传感器工作是否正常进行实时监控：
1)传感器开机后，对传感器的工作电压进行自动检测和持续监控，确保传感器的工作电压始终正确；
2)在正确工作电压下，自动进入工作频率检测状态，对静电传感器的工作频率进行持续监控；
3)如果监测到实际工作频率即为设定的正常工作频率，则对其进行继续监控；
4)如果监测到实际工作频率为零，则判断传感器损坏，发出报警信号；
5)如果监测到实际工作频率不为零，也不等于设定的正常工作频率，则启动传感器频率自动校正程序，对传感器的实际工作频率进行调整、校正，使其等于设定的正常工作频率；
6)通过对静电传感器的工作电压、工作频率进行实时、持续地的监测，确保静电传感器始终处于正确、稳定的工作电压下；消除外界环境温、湿度对振动电极的影响；当静电传感器丧失正常的静电检测能力时，即时输出报警信号。
2.按照权利要求1所述的判断静电传感器工作是否正常的方法，其特征是判断所述传感器的工作电压是否正确，包括判断外界输入的工作电压的电压等级是否正确和判断外界输入的工作电压的电压值是否正确。
3.按照权利要求1所述的判断静电传感器工作是否正常的方法，其特征是对所述静电传感器工作电压的监控，包括对外部输入供电电压和内部输出供电电压的实时、持续监控。
4.按照权利要求3所述的判断静电传感器工作是否正常的方法，其特征是当所述工作电压的监控值等于正常设定值时，判断供电无异常，继续监控；当监控值不等于正常设定值时，判断供电异常，自动发出报警信号。
5.按照权利要求1所述的判断静电传感器工作是否正常的方法，其特征是对所述静电传感器振动电极的振动频率进行实时监测，确保静电传感器振动电极的振动频率始终处于设定的正常的振动频率，即正常工作频率。
6.按照权利要求5所述的判断静电传感器工作是否正常的方法，其特征是当检测到静电传感器振动电极的振动频率偏离设定的正常工作频率时，调整第一振动电极的驱动频率，使振动电极的振动频率恢复为设定的正常工作频率；当振动电极损坏或陶瓷振动片损坏导致振动电极无法实现振动时，静电传感器无法实现静电检测功能，则监测到的振动频率信号为零，自动发出报警信号。
7.按照权利要求6所述的判断静电传感器工作是否正常的方法，其特征是当所述的单片机模块监测到的振动频率信号F0＇大于设定的正常工作频率F0，则单片机模块输出一个比正常工作频率F0低的驱动频率信号f0＝F0+(F0－F0＇)，来驱动第一振动电极振动，随即与之成镜像对称的第二振动电极产生同频谐振，并将振动频率信号F1＇直接反馈到单片机模块。
8.按照权利要求7所述的判断静电传感器工作是否正常的方法，其特征是当所述的单片机模块监测到振动频率信号F1＇仍大于设定的正常工作频率F0，则单片机模块将根据f1＝f0+(F0－F1＇)，继续以驱动频率f1来驱动第一振动电极振动，随即与之成镜像对称的第二振动电极产生同频谐振，并将振动频率信号F2＇直接反馈到单片机模块，如此直至实现第二振动电极振动频率等于设定的正常工作频率F0为止。
9.按照权利要求6所述的判断静电传感器工作是否正常的方法，其特征是当所述的单片机模块监测到振动频率信号F0＇小于设定的正常工作频率F0，则输出一比正常工作频率F0高的驱动频率信号f0＇＝F0+(F0－F0＇)来驱动第一振动电极振动，随即与之成镜像对称的第二振动电极产生同频谐振，并将振动频率信号F1＇直接反馈到单片机模块。
10.按照权利要求9所述的判断静电传感器工作是否正常的方法，其特征是当所述的单片机模块监测到振动频率信号F1＇仍小于设定的正常工作频率F0，则单片机模块将根据f1＇＝f0＇+(F0－F1＇)，继续以驱动频率f1＇来驱动第一振动电极振动，随即与之成镜像对称的第二振动电极产生同频谐振，并将振动频率信号F2＇直接反馈到单片机模块，如此直至实现第二振动电极振动频率等于设定的正常工作频率F0为止。
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