CN113341254B - 一种飞行器静电检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞行器静电检测装置及方法，属于静电检测技术领域，解决了现有技术中没有装置用来检测飞行器表面的静电特性的问题。该装置包括感应电极、绝缘垫、引线和控制器；绝缘垫设置于飞行器壳体表面与感应电极之间，绝缘垫的上、下表面分别与感应电极和所述飞行器壳体表面接触；感应电极用于感应飞行器表面的静电荷，并通过穿过绝缘垫以及飞行器壳体的引线将静电荷信息耦合至位于飞行器内部的控制器；控制器，对静电荷信息引入的电场进行感应，生成数字电压信号，数字电压信号用于表征飞行器表面的静电荷对应的电场幅值大小。实现了对飞行器表面静电特性的检测，提供了一种飞行器表面静电检测的新手段。

Description

一种飞行器静电检测装置及方法

技术领域

本发明涉及静电检测技术领域，尤其涉及一种飞行器静电检测装置及方法。

背景技术

飞行器在飞行过程中，因与空气摩擦而在飞机表面积累一定量的静电电荷。随着电荷在飞行器表面的积累，飞行器表面静电电位持续升高，当达到静电放电阈值电压值时便会产生静电放电，其累积电荷将主要以电晕放电形式或极端情况下的火花放电形式释放出去。飞行器在飞行中产生静电放电，形成的电磁波会使仪器受到干扰、部件功能退化，造成安全隐患，或者击穿元器件或者材料，造成严重危害。

对于飞行器表面的静电进行检测，静电检测结果可以用于指导飞行器的静电防护设计以及主动放电策略，而目前没有装置或者设备用来检测飞行器表面的静电特性。

基于上述分析，急需寻求一种飞行器静电检测装置及方法。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种飞行器静电检测装置及方法，用以解决现有技术中没有装置或者设备用来检测飞行器表面的静电特性的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种飞行器静电检测装置，包括感应电极、绝缘垫、引线以及控制器；

所述绝缘垫设置于飞行器壳体表面与所述感应电极之间，所述绝缘垫的上、下表面分别与所述感应电极以及所述飞行器壳体表面接触；

所述感应电极用于感应飞行器表面的静电荷，并通过穿过所述绝缘垫以及所述飞行器壳体的引线将静电荷信息耦合至位于所述飞行器内部的所述控制器；

所述控制器，对所述静电荷信息引入的电场进行感应，生成数字电压信号，所述数字电压信号用于表征飞行器表面的静电荷对应的电场幅值大小。

进一步，所述感应电极的数量为至少两个，每个感应电极用于感应预设范围内的飞行器表面的静电荷，每个感应电极通过与其对应的引线将其感应的静电荷信息耦合至所述控制器；

所述控制器，分别对至少两个静电荷信息引入的电场进行感应，生成至少两个数字电压信号，每个数字电压信号用于表征与其对应的感应电极感应的预设范围内的飞行器表面的静电荷对应的电场幅值大小。

进一步，所述引线由内而外包括金属层、绝缘层、屏蔽层以及保护层，所述绝缘层、所述屏蔽层以及所述保护层的顶端位于绝缘垫内部。

进一步，所述控制器包括电场传感器和控制电路；

所述电场传感器，用于对所述静电荷信息引入的电场进行感应，生成模拟电压信号；

所述控制电路，接收所述模拟电压信号，并将所述模拟电压信号转转换为数字电压信号。

进一步，所述控制电路包括依次连接的信号调理电路、滤波电路、解调电路以及采集电路，依次对所述模拟电压信号进行幅值变化处理、滤波、解调以及采集处理，得到数字电压信号。

进一步，所述控制器还包括通信电路，所述通信电路与所述控制电路电连接，并将所述数字电压信号发送至数据接收机。

另一方面，本发明实施例提供了一种飞行器静电检测方法，包括：

利用感应电极感应飞行器表面的静电荷，并通过穿过绝缘垫以及飞行器壳体的引线将静电荷信息耦合至位于所述飞行器内部的控制器，所述绝缘垫设置于飞行器壳体表面与所述感应电极之间，所述绝缘垫的上、下表面分别与所述感应电极以及所述飞行器壳体表面接触；

利用控制器对静电荷信息引入的电场进行感应，生成数字电压信号，所述数字电压信号用于表征飞行器表面的静电荷对应的电场幅值大小。

进一步，所述感应电极的数量为至少两个，每个感应电极用于感应预设范围内的飞行器表面的静电荷，每个感应电极通过与其对应的引线将其感应的静电荷信息耦合至所述控制器；

所述控制器，分别对至少两个静电荷信息引入的电场进行感应，生成至少两个数字电压信号，每个数字电压信号用于表征与其对应的感应电极感应的预设范围内的飞行器表面的静电荷对应的电场幅值大小。

进一步，所述引线由内而外包括金属层、绝缘层、屏蔽层以及保护层，所述屏蔽层的顶端位于绝缘垫内部。

进一步，所述控制器包括电场传感器和控制电路，利用控制器对静电荷信息引入的电场进行感应，生成数字电压信号，包括：

利用电场传感器对所述静电荷信息引入的电场进行感应，生成模拟电压信号；

利用控制电路接收所述模拟电压信号，并将所述模拟电压信号转换为数字电压信号。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果：

本申请采用将绝缘垫设置于飞行器壳体表面与感应电极之间，绝缘垫的上、下表面分别与感应电极以及飞行器壳体表面接触，感应电极用于感应飞行器表面的静电荷，并通过穿过绝缘垫以及飞行器壳体的引线将静电荷信息耦合至位于飞行器内部的控制器；控制器，对静电荷信息引入的电场进行感应，生成数字电压信号，数字电压信号用于表征飞行器表面的静电荷对应的电场幅值大小的技术方案。本申请提供了一种飞行器表面静电检测的新手段，实现了对飞行器表面静电特性的实时检测，为飞行器的防静电设计提供指导，也可以获取在不同飞行条件和飞行状态下的飞行器表面的静电积累变化情况，从而有效的帮助飞行器调整飞行规划，提高飞行安全性，并且通过感应电极与飞行器壳体表面的非接触性测量增强了对飞行器静电检测过程中的安全性。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本申请一实施例中一种飞行器静电检测装置结构示意图；

图2为本申请一实施例中一种飞行器静电检测方法流程示意图；

图3为本申请一实施例中一种信号调理电路结构示意图；

图4为本申请一实施例中一种滤波电路结构示意图；

图5为本申请一实施例中一种解调电路结构示意图；

图6为本申请一实施例中一种采集电路结构示意图；

图7位本申请一实施例中一种驱动电路结构示意图。

附图标记：

1-感应电极；2-绝缘垫；3-飞行器壳体；4-引线；5-控制器

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一个具体实施例，公开了一种飞行器静电检测装置，其结构示意图如图1所示，该静电检测装置包括感应电极、绝缘垫、引线以及控制器；

所述绝缘垫设置于飞行器壳体表面与所述感应电极之间，所述绝缘垫的上、下表面分别与所述感应电极以及所述飞行器壳体表面接触；

所述感应电极用于感应飞行器表面的静电荷，并通过穿过所述绝缘垫以及所述飞行器壳体的引线将静电荷信息耦合至位于所述飞行器内部的所述控制器；

所述控制器，对所述静电荷信息引入的电场进行感应，生成数字电压信号，所述数字电压信号用于表征飞行器表面的静电荷对应的电场幅值大小。

与现有技术相比，本实施例提供的飞行器静电检测装置，采用将绝缘垫设置于飞行器壳体表面与感应电极之间，绝缘垫的上、下表面分别与感应电极以及飞行器壳体表面接触，感应电极用于感应飞行器表面的静电荷，并通过穿过绝缘垫以及飞行器壳体的引线将静电荷信息耦合至位于飞行器内部的控制器；控制器，对静电荷信息引入的电场进行感应，生成数字电压信号，数字电压信号用于表征飞行器表面的静电荷对应的电场幅值大小的技术方案。本申请提供了一种飞行器表面静电检测的新装置，实现了对飞行器表面静电特性的实时检测，为飞行器的防静电设计提供指导，也可以获取在不同飞行条件和飞行状态下的飞行器表面的静电积累变化情况，从而有效的帮助飞行器调整飞行规划，提高飞行安全性，并且通过感应电极与飞行器壳体表面的非接触性测量增强了对飞行器静电检测过程中的安全性。

具体地，该飞行器静电检测装置包括感应电极1、绝缘垫2、引线4以及控制器5；绝缘垫2设置于飞行器壳体3的表面与感应电极1之间，绝缘垫2的上、下表面分别与感应电极1以及飞行器壳体3的表面接触；感应电极1用于感应飞行器表面的静电荷，并通过穿过绝缘垫2以及飞行器壳体3的引线4将静电荷信息耦合至位于飞行器内部的控制器5；控制器5，对静电荷信息引入的电场进行感应，生成数字电压信号，数字电压信号用于表征飞行器表面的静电荷对应的电场幅值大小。

具体的，通过公式(1)表明数字电压信号与电场幅值大小之间的关系：

其中，V_out表示数字电压信号值；E_DC表示电场幅值，即场强大小；a、b为电场传感器在标准场强标定测试设备中经过测试标定获取的电场标定系数，用于建立电场传感器系统输出值和测量电场值之间的对应关系。

可选地，感应电极1的材料选自铝、铁、钢等金属；绝缘垫2，用于分隔感应电极1与飞行器壳体3，避免感应电极1与飞行器壳体3接触，使得感应电极1与飞行器壳体3电绝缘，绝缘垫2的材料选自聚四氟、橡胶、环氧树脂等绝缘材料。进一步的，绝缘垫2与感应电极1之间可用胶粘结；绝缘垫2和飞行器壳体3之间可用胶粘结或者用高强度绝缘材料制作的铆钉连接。

在一个具体的实施例中，所述感应电极的数量为至少两个，每个感应电极用于感应预设范围内的飞行器表面的静电荷，每个感应电极通过与其对应的引线将其感应的静电荷信息耦合至所述控制器；

所述控制器，分别对至少两个静电荷信息引入的电场进行感应，生成至少两个数字电压信号，每个数字电压信号用于表征与其对应的感应电极感应的预设范围内的飞行器表面的静电荷对应的电场幅值大小。

具体的，感应电极可以包括至少两个，例如，5-20个，至少两个感应电极分别设置在飞行器壳体表面，具体的设置位置可根据实际需求进行确定，例如，静电荷容易聚集的部位；每个感应电极均通过与其连接的引线，将其感应的静电荷信息耦合至控制器，控制器基于每个引线耦合过来的静电荷信息得到对应的数字电压信号。进一步的，控制器包括与感应电极的数量相等的电场传感器，感应电极与对应的电场传感器之间均通过一引线连接，每个电场传感器都会得到一个模拟电压信号，从而得到多个模拟电压信号，再结合控制器中的控制电路对多路模拟电压信号的处理，得到多个数字电压信号，用于表征飞行器表面多个局部的静电荷的状态。可选的，预设范围是指感应电极正下方对应的飞行器表面的范围，或者是正下方对应的飞行器表面面积的1.2倍。

设置至少两个感应电极，可以获得飞行器壳体表面的至少两个局部的静电荷信息，更加全面准确地得到飞行器壳体表面的静电荷分布。

在一个具体的实施例中，引线由内而外包括金属层、绝缘层、屏蔽层以及保护层，所述绝缘层、所述屏蔽层以及所述保护层的顶端位于绝缘垫内部。

进一步的，在绝缘垫中的绝缘层、屏蔽层以及保护层的长度小于绝缘垫厚度的十分之一。

具体的，引线中的金属层穿过绝缘垫以及飞行器壳体，实现感应电极以及控制器的电连接以及机械连接，将感应电极感应的静电荷信息耦合至控制器，绝缘层、屏蔽层以及保护层的顶端位于绝缘垫内部，暴露出位于绝缘垫内的部分金属层。可选地，金属层的材料选自铜、银等金属材料；绝缘层的材料选自聚四氟、橡胶、环氧树脂等绝缘材料；屏蔽层的材料选自铜、银等金属材料；保护层的材料选自聚四氟、橡胶、环氧树脂等绝缘材料。

通过设置引线的金属层连接感应电极以及控制器，绝缘层、屏蔽层以及保护层的顶端位于绝缘垫内部，暴露出位于绝缘垫内的部分金属层，可以使得感应电极更加有效的感应到飞行器表面的静电荷，提高检测信噪比，使得后续的检测结果更加准确。

在一个具体的实施例中，所述控制器包括电场传感器和控制电路；

所述电场传感器，用于对所述静电荷信息引入的电场进行感应，生成模拟电压信号；

所述控制电路，接收所述模拟电压信号，并将所述模拟电压信号转转换为数字电压信号。

具体的，感应电极通过引线与电场传感器连接，并通过引线将感应电极感应到的飞行器表面的静电荷信息耦合至电场传感器，电场传感器对耦合过来的静电荷信息引入的电场进行感应，生成模拟电压信号，并将模拟电压信号传输至控制电路；控制电路将模拟电压信号转换为数字电压信号，该数字电压信号用于表征飞行器表面的静电荷对应的电场幅值大小。

在一个具体的实施例中，所述控制电路包括依次连接的信号调理电路、滤波电路、解调电路以及采集电路，依次对所述模拟电压信号进行幅值变化处理、滤波、解调以及采集处理，得到数字电压信号。

如图3-6所示，具体的，控制电路接收电场传感器传输过来的模拟电压信号，该模拟电压信号输入到信号调理电路，该信号调理电路，设计使用运算放大器和电阻器件构成负反馈电路，用于对模拟电压信号进行幅度变化处理，使其变化到后级电路范围内，进而输入滤波电路；滤波电路，设计使用运算放大器和阻容器件构成一阶巴特沃斯滤波器，用于对信号进行频域滤波处理，滤除高频噪声和干扰信号，使得信号兴趣范围外的噪声降低，并将滤波之后的信号传输至解调电路；解调电路，由乘法器和低通滤波器构成，前端输入信号和驱动信号相乘，跟随一低通滤波器，用于将信号进行解调处理，提取信号中的有效信号成分，并将解调后的信号输入至采集电路；采集电路，由单片机和模数转换器构成，模数转换器在单片机的时序控制下对输入的模拟信号进行数字转换，得到表征飞行器表面的静电荷对应的电场幅值大小的数字电压信号。

进一步地，请参见图7，控制电路还包括驱动电路，该驱动电路由直接数字频率合成器、升压电路和交直流耦合电路构成，直接数字频率合成器生成可调频率的正弦波信号，升压电路将系统工作直流电压提升至数十伏特，交直流耦合电路将所述正弦波信号和直流电压耦合成驱动信号作用于电场传感器，将电场传感器驱动至最佳工作状态。

在一个具体的实施例中，请参见图3，所述信号调理电路包括第一电阻R1、第二电阻R2以及运算放大器OP1，第一电阻R1的第一端与信号输入端Pin连接，第一电阻R1的第二端与运算放大器的第一输入端、第二电阻R2的第一端连接，运算放大器的第二输入端接地，第二电阻R2的第二端与运算放大器的输出端、信号输出端Pout连接。

在一个具体的实施例中，请参见图4，滤波电路包括第三电阻R3、电容C以及运算放大器OP2，第三电阻R3的第一端与信号输入端连接，第三电阻R3的第二端与电容C的第一端、运算放大器OP2的第一输入端、运算放大器的输出端以及信号输出端Pout连接，电容C的第二端接地，运算放大器OP2的第二输入端接地，运算放大器OP2的输出端与信号输出端连接。

在一个具体的实施例中，解调电路包括乘法器以及低通滤波器，乘法器的一输入端与信号输入端连接，乘法器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与信号输出端连接，乘法器的另一输入端用于接收驱动信号；滤波之后的信号输入到乘法器，驱动电路生成的驱动信号也输入到乘法器，乘法器用于对滤波之后的信号以及驱动信号相乘，其后连接一低通滤波器，从而实现信号的解调。

在一个具体的实施例中，采集电路包括单片机和模数转换器，模数转换器在单片机的时序控制下对输入的模拟信号进行数字转换。

在一个具体的实施例中，所述控制器还包括通信电路，所述通信电路与所述控制电路电连接，并将所述数字电压信号发送至数据接收机。

具体的，通信电路与控制电路连接，用于将控制电路输出的数字电压信号传输至飞行器内部的数据接收机。可选地，具体的传输方式包括：将数字电压信号按照串行通信协议或者TCP/IP协议打包处理并发送至数据接收机，或者，采用串口或网络通信方式发送至数据接收机。

本发明的一个具体实施例，公开了一种飞行器静电检测方法，其流程示意图如图2所示，该方法包括：

步骤S10:利用感应电极感应飞行器表面的静电荷，并通过穿过绝缘垫以及飞行器壳体的引线将静电荷信息耦合至位于所述飞行器内部的控制器，所述绝缘垫设置于飞行器壳体表面与所述感应电极之间，所述绝缘垫的上、下表面分别与所述感应电极以及所述飞行器壳体表面接触；

步骤S20:利用控制器对静电荷信息引入的电场进行感应，生成数字电压信号，所述数字电压信号用于表征飞行器表面的静电荷对应的电场幅值大小。

与现有技术相比，本实施例中的静电检测方法，利用感应电极感应飞行器表面的静电荷，并通过穿过绝缘垫以及飞行器壳体的引线将静电荷信息耦合至位于所述飞行器内部的控制器，所述绝缘垫设置于飞行器壳体表面与所述感应电极之间，所述绝缘垫的上、下表面分别与所述感应电极以及所述飞行器壳体表面接触；利用控制器对静电荷信息引入的电场进行感应，生成数字电压信号，所述数字电压信号用于表征飞行器表面的静电荷对应的电场幅值大小，本申请提供了一种飞行器表面静电检测的新方法，实现了对飞行器表面静电特性的实时检测，为飞行器的防静电设计提供指导，也可以获取在不同飞行条件和飞行状态下的飞行器表面的静电积累变化情况，从而有效的帮助飞行器调整飞行规划，提高飞行安全性，并且通过感应电极与飞行器壳体表面的非接触性测量增强了对飞行器静电检测过程中的安全性。

在一个具体的实施例中，所述感应电极的数量为至少两个，每个感应电极用于感应预设范围内的飞行器表面的静电荷，每个感应电极通过与其对应的引线将其感应的静电荷信息耦合至所述控制器；

所述控制器，分别对至少两个静电荷信息引入的电场进行感应，生成至少两个数字电压信号，每个数字电压信号用于表征与其对应的感应电极感应的预设范围内的飞行器表面的静电荷对应的电场幅值大小。

在一个具体的实施例中，所述引线由内而外包括金属层、绝缘层、屏蔽层以及保护层，所述屏蔽层的顶端位于绝缘垫内部。

在一个具体的实施例中，所述控制器包括电场传感器和控制电路，利用控制器对静电荷信息引入的电场进行感应，生成数字电压信号，包括：

利用电场传感器对所述静电荷信息引入的电场进行感应，生成模拟电压信号；

利用控制电路接收所述模拟电压信号，并将所述模拟电压信号转换为数字电压信号。

上述方法实施例和装置实施例，基于相同的原理实现，其相关之处可相互借鉴，且能达到相同的技术效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种飞行器静电检测装置，其特征在于，所述静电检测装置包括感应电极、绝缘垫、引线以及控制器；

所述绝缘垫设置于飞行器壳体表面与所述感应电极之间，所述绝缘垫的上、下表面分别与所述感应电极以及所述飞行器壳体表面接触；绝缘垫与感应电极之间用胶粘结；绝缘垫和飞行器壳体之间用胶粘结或者用高强度绝缘材料制作的铆钉连接；

所述感应电极用于感应飞行器表面的静电荷，并通过穿过所述绝缘垫以及所述飞行器壳体的引线将静电荷信息耦合至位于所述飞行器内部的所述控制器；

所述引线由内而外包括金属层、绝缘层、屏蔽层以及保护层，所述绝缘层、所述屏蔽层以及所述保护层的顶端位于绝缘垫内部；在绝缘垫中的绝缘层、屏蔽层以及保护层的长度小于绝缘垫厚度的十分之一；

所述控制器，对所述静电荷信息引入的电场进行感应，生成数字电压信号，所述数字电压信号用于表征飞行器表面的静电荷对应的电场幅值大小。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述感应电极的数量为至少两个，每个感应电极用于感应预设范围内的飞行器表面的静电荷，每个感应电极通过与其对应的引线将其感应的静电荷信息耦合至所述控制器；

所述控制器，分别对至少两个静电荷信息引入的电场进行感应，生成至少两个数字电压信号，每个数字电压信号用于表征与其对应的感应电极感应的预设范围内的飞行器表面的静电荷对应的电场幅值大小。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器包括电场传感器和控制电路；

所述电场传感器，用于对所述静电荷信息引入的电场进行感应，生成模拟电压信号；

所述控制电路，接收所述模拟电压信号，并将所述模拟电压信号转转换为数字电压信号。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制电路包括依次连接的信号调理电路、滤波电路、解调电路以及采集电路，依次对所述模拟电压信号进行幅值变化处理、滤波、解调以及采集处理，得到数字电压信号。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括通信电路，所述通信电路与所述控制电路电连接，并将所述数字电压信号发送至数据接收机。

6.一种飞行器静电检测方法，其特征在于，所述方法包括：

利用感应电极感应飞行器表面的静电荷，并通过穿过绝缘垫以及飞行器壳体的引线将静电荷信息耦合至位于所述飞行器内部的控制器，所述绝缘垫设置于飞行器壳体表面与所述感应电极之间，所述绝缘垫的上、下表面分别与所述感应电极以及所述飞行器壳体表面接触；绝缘垫与感应电极之间用胶粘结；绝缘垫和飞行器壳体之间用胶粘结或者用高强度绝缘材料制作的铆钉连接；

所述引线由内而外包括金属层、绝缘层、屏蔽层以及保护层，所述绝缘层、所述屏蔽层以及所述保护层的顶端位于绝缘垫内部；在绝缘垫中的绝缘层、屏蔽层以及保护层的长度小于绝缘垫厚度的十分之一；

利用控制器对静电荷信息引入的电场进行感应，生成数字电压信号，所述数字电压信号用于表征飞行器表面的静电荷对应的电场幅值大小。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述感应电极的数量为至少两个，每个感应电极用于感应预设范围内的飞行器表面的静电荷，每个感应电极通过与其对应的引线将其感应的静电荷信息耦合至所述控制器；

所述控制器，分别对至少两个静电荷信息引入的电场进行感应，生成至少两个数字电压信号，每个数字电压信号用于表征与其对应的感应电极感应的预设范围内的飞行器表面的静电荷对应的电场幅值大小。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述引线由内而外包括金属层、绝缘层、屏蔽层以及保护层，所述屏蔽层的顶端位于绝缘垫内部。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制器包括电场传感器和控制电路，利用控制器对静电荷信息引入的电场进行感应，生成数字电压信号，包括：

利用电场传感器对所述静电荷信息引入的电场进行感应，生成模拟电压信号；

利用控制电路接收所述模拟电压信号，并将所述模拟电压信号转换为数字电压信号。

Images