CN114527337B - 一种非接触式静电场检测传感探头装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种非接触式静电场检测传感探头装置和系统，该非接触式静电场检测传感探头装置，包括探头装置至少包括屏蔽壳体、在所述屏蔽壳体的内部设置有携带滑轨结构的音叉，在音叉的内侧设置有振动单元，且所述振动单元上铺设有绝缘层，在所述音叉的前端还设置有电荷采集板，且所述电荷采集板用于采集电荷量，并将所述电荷量传输至信号采集电路，由于音叉的升降运动模式，降低了传统悬梁臂式音叉振动时所带来的机械劳损，从而延长了音叉寿命，并确保了电极板平面与被测物体表面处于相对较为理想的平行状态，提高静电检测的精度和稳定性。

Description

一种非接触式静电场检测传感探头装置和系统
技术领域
本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种非接触式静电场检测传感探头装置和系统。
背景技术
静电放电是指具有不同电电位的物体相接近时导致瞬时电流过大现象。这种现象危害不仅对人，对电子元器件造成的危害是很大的。
目前随着集成电路产业高速腾飞，静电放电的危害提高了芯片制造成本。为了降低在芯片生产过程中静电放电对产品造成不可逆的损伤，掌握芯片生产车间内各个物体表面的带电量显得尤为重要。但受限于传统的非接触式静电检测传感器，体积较大，制作与维护成本较高。
发明内容
针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种非接触式静电场检测传感探头装置。
本发明实施例第一方面提供一种非接触式静电场检测传感探头装置，所述探头装置至少包括屏蔽壳体、在所述屏蔽壳体的内部设置有携带滑轨结构的音叉，在音叉的内侧设置有振动单元，且所述振动单元上铺设有绝缘层，在所述音叉的前端还设置有电荷采集板，且所述电荷采集板用于采集电荷量，并将所述电荷量传输至信号采集电路。
可选地，所述振动单元包括第一振动单元和第二振动单元，在所述屏蔽壳体上设置有两个音叉，在第一音叉内侧设置有第一振动单元，在第二音叉内侧设置有第二振动单元，且第一振动单元和第二振动单元之间设置有隔离层。
可选地，所述振动单元至少包括压电陶瓷片、振荡器或振动马达中的一种或多种。
可选地，所述第一振动单元与第一驱动模块相连；所述第二振动单元与第二驱动模块相连。
可选地，所述电荷采集板为电极片。
可选地，所述第一音叉和第二音叉分别固定于固定卡扣7上，所述第一音叉和第二音叉与所述固定卡扣垂直，所述第一音叉和第二音叉之间设置有音叉上下位移时所需的空间行程。
可选地，所述第一音叉和所述第二音叉通过螺丝固定在所述固定卡扣上。
可选地，在所述屏蔽壳体上设置有检测窗口，所述电荷采集板与所述检测窗口相对应。
可选地，在第一音叉和第二音叉之间设置有所述电荷采集板。
本发明实施例第二方面提供一非接触式静电场检测系统，包括第一方面的非接触式静电场检测传感探头装置、直流电源模块、驱动模块、处理模块和发送模块；
其中，所述电源模块用于为所述驱动模块和所述处理模块提供电源；
所述驱动模块用于驱动第一振动单元和第二振动单元；
所述非接触式静电场检测传感探头装置用于采集静电场的电荷量；
所述处理模块包括放大器、低通滤波器和检波器，所述放大器用于对所述电荷量进行放大，所述低通滤波器用于对放大后的电荷量进行滤波，所述检波器用于对滤波后的电荷量进行检波，得到交流电信号；
所述发送模块用于将所述交流电信号发送至计算机设备，以使所述计算机设备对所述交流电信号进行处理。
本发明实施例提供的非接触式静电场检测传感探头装置和系统，该非接触式静电场检测传感探头装置，包括探头装置至少包括屏蔽壳体、在所述屏蔽壳体的内部设置有携带滑轨结构的音叉，在音叉的内侧设置有振动单元，且所述振动单元上铺设有绝缘层，在所述音叉的前端还设置有电荷采集板，且所述电荷采集板用于采集电荷量，并将所述电荷量传输至信号采集电路，由于音叉的升降运动模式，降低了传统悬梁臂式音叉振动时所带来的机械劳损，从而延长了音叉寿命，并确保了电极板平面与被测物体表面处于相对较为理想的平行状态，提高静电检测的精度和稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的非接触式静电场检测传感探头装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中提供的静电传感部分的核心机械结构；
图3是本发明实施例中提供的用于固定音叉的滑轨结构；
图4是本发明实施例中提供的又一种非接触式静电场检测传感探头装置的示意图；
图5是本发明实施例中提供的非接触式静电场检测系统的结构示意图；
1-屏蔽壳体；2-音叉；3-绝缘层；4-振动单元；
5-电荷采集板；6-音叉垂直振动时所需间隙；
7-第一振动单元和第二振动单元的隔离层；8-固定音叉的滑轨结构；
9-第一驱动模块；10-第二驱动模块；
11-电极片信号传输的信号线；12-壳体接地线；
13-固定螺母；14-镂空窗口；
15-隔绝带。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为本发明实施例中提供的非接触式静电场检测传感探头装置的结构示意图，本发明实施例中，非接触式静电场检测传感探头装置至少包括：探头装置至少包括屏蔽壳体1、在屏蔽壳体1的内部设置有携带滑轨结构的音叉2，在音叉的内侧设置有振动单元4，且振动单元4上铺设有绝缘层3，在音叉2的前端还设置有电荷采集板5，且电荷采集板5用于采集电荷量，并将电荷量通过电极片信号传输的信号线11传输至信号采集电路。
其中，屏蔽壳体1为带有屏蔽层的壳体；该音叉2设置在屏蔽壳体内部，且携带有滑轨结构；该绝缘层3为绝缘镀膜；振动单元4包括两个，即第一振动单元和第二振动单元；振动单元至少包括压电陶瓷片、振荡器或振动马达中的一种或多种。
在屏蔽壳体上设置有两个音叉，在第一音叉内侧设置有第一振动单元，在第二音叉内侧设置有第二振动单元，且第一振动单元和第二振动单元之间设置有隔离层。第一振动单元与第一驱动模块9相连；第二振动单元与第二驱动模块10相连。
可选地，第一音叉和第二音叉通过螺丝固定在固定卡扣上，第一音叉和第二音叉与固定卡扣垂直，第一音叉和第二音叉之间设置有音叉上下位移时所需的空间行程。
电荷采集板5为静电场电荷采集的电极片；
可选地，在屏蔽壳体上设置有检测窗口，电荷采集板5与检测窗口相对应。
本发明提供的非接触式静电场检测传感探头装置，包括一带有静电检测窗口及滑轨结构的屏蔽壳体1，且在屏蔽壳设置一接地电路12；在屏蔽壳体内部放置一有滑轨结构的音叉2，固定于第一振动单元和第二振动振动的隔离层(固定卡扣)7上；固定卡扣的尺寸预留有音叉上下位移时所需的空间行程即音叉垂直振动时所需间隙6；在音叉内侧设置带绝缘层3且有与第一驱动单元9(驱动电路)相连的第一振动单元和与第二驱动单元10(驱动电路)相连的第二振动单元；在振动单元表面镀于绝缘层；振动单元及音叉固定在屏蔽壳体支架上。
在壳体的检测窗口内部，对应设置一金属质静电场电荷采集电极板5在音叉的前端上，且在电极板的一面镀有绝缘层，反面为静电场电荷采集面；在电极板后端设置一信号采集电路11。
具体的，第一振动单元、第二振动单元在驱动模块的驱动下，使其实现同频相向振动，构成一组谐振频率可控的振动音叉，通过音叉的振动，使得位于第二振动单元(压电陶瓷片)首端音叉臂的电极板垂直位移，将金属质静电场电荷采集电极板接收到的静电直流感应电信号，转变为交流电信号，从而由信号接收回路获取该交流电信号。
具体地，通过第一振动单元和第二振动单元在垂直方向上的超声振动使得音叉呈现上下位移，固定在音叉一端的电极将检测到的静电电压转变成交变电压，这不仅解决了静电场检测时需测距问题，且由于音叉的升降运动模式，降低了传统悬梁臂式音叉振动时所带来的机械劳损，从而延长了音叉寿命，并确保了电极板平面与被测物体表面处于相对较为理想的平行状态，提高静电检测的精度和稳定性。
具体的，静电场检测检测机构如图2所示，在带有滑轨结构的音叉前端用固定螺母13；分别固定绝缘贴片及电极板5；在音叉内侧设置镀有绝缘层的振动单元4；并将驱动振动单元的电路从音叉的镂空窗口14引出；其振动单元驱动电路的正负极隔绝带15需置于音叉的镂空窗口处；音叉的末端设置一滑轨结构，使得音叉在振动源驱动下呈现垂直于电极板的上下位移。
在图3中，给出了固定音叉的结构，其中13为固定螺母；1为固定屏蔽壳体。
在图4中，提供了又一种非接触式静电场检测传感探头装置的示意图，给出了横向振动结构形式的静电传感器，在图示中给出了位于电极板下方第一，第二臂的遮掩片及信号接收窗口。
前一种结构策划方案中振动电极片前段无遮掩片，具体采用何种方案，视现场检测需要而定，主要考虑的是便于对静电场强度进行检测。
本发明实施例还提供一种非接触式静电场检测系统，包括上述的非接触式静电场检测传感探头装置、直流电源模块、驱动模块、处理模块和发送模块；
其中，所述电源模块用于为所述驱动模块和所述处理模块提供电源；
所述驱动模块用于驱动第一振动单元和第二振动单元；
所述非接触式静电场检测传感探头装置用于采集静电场的电荷量；
所述处理模块包括放大器、低通滤波器和检波器，所述放大器用于对所述电荷量进行放大，所述低通滤波器用于对放大后的电荷量进行滤波，所述检波器用于对滤波后的电荷量进行检波，得到交流电信号；
所述发送模块用于将所述交流电信号发送至计算机设备，以使所述计算机设备对所述交流电信号进行处理。
图5本发明实施例中提供的非接触式静电场检测系统的结构示意图，本发明实施例提供的非接触式静电场检测系统包括非接触式静电场检测传感探头的电信号处理单元，包括振动单元驱动及单片机驱动直流电源、振动单元驱动电路，放大器、低通滤波器、检波器及数据发送器。
直流电源为常规驱动单片机及振动单元。
振动单元驱动电路控制非接触式静电场检测传感探头的振动单元电信号并输出指定频率的振荡电压或脉冲信号(振动单元的种类采用现有压电陶瓷片、声环能器等)。
放大器为一级信号放大电路和二级信号放大电路。
低通滤波器用于为电信号噪点去除。
进一步的，振动单元电信号和低通滤波器输出经过单片机检波器，进行常规的检波运算处理后输出给数据发射器。
终端设备接收从数据发射器获得的数据进行后处理即可。
本发明实施例提供的非接触式静电场检测传感探头装置和系统，该非接触式静电场检测传感探头装置，包括探头装置至少包括屏蔽壳体、在屏蔽壳体的内部设置有携带滑轨结构的音叉，在音叉的内侧设置有振动单元，且振动单元上铺设有绝缘层，在音叉的前端还设置有电荷采集板，且电荷采集板用于采集电荷量，并将电荷量传输至信号采集电路，由于音叉的升降运动模式，降低了传统悬梁臂式音叉振动时所带来的机械劳损，从而延长了音叉寿命，并确保了电极板平面与被测物体表面处于相对较为理想的平行状态，提高静电检测的精度和稳定性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种非接触式静电场检测传感探头装置，其特征在于：所述探头装置至少包括屏蔽壳体、在所述屏蔽壳体的内部设置有携带滑轨结构的音叉，在音叉的内侧设置有振动单元，且所述振动单元上铺设有绝缘层，在所述音叉的前端还设置有电荷采集板，且所述电荷采集板用于采集电荷量，并将所述电荷量传输至信号采集电路；
所述音叉的末端设置一滑轨结构，使得音叉在振动源驱动下呈现垂直于电极板的上下位移。
2.根据权利要求1所述的非接触式静电场检测传感探头装置，其特征在于：所述振动单元包括第一振动单元和第二振动单元，在所述滑轨结构上设置有两个音叉，在第一音叉内侧设置有第一振动单元，在第二音叉内侧设置有第二振动单元，且第一振动单元和第二振动单元之间设置有隔离层。
3.根据权利要求2所述的非接触式静电场检测传感探头装置，其特征在于：所述振动单元至少包括压电陶瓷片、振荡器或振动马达中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的非接触式静电场检测传感探头装置，其特征在于：所述第一振动单元与第一驱动模块相连；所述第二振动单元与第二驱动模块相连。
5.根据权利要求1所述的非接触式静电场检测传感探头装置，其特征在于：所述电荷采集板为电极片。
6.根据权利要求2所述的非接触式静电场检测传感探头装置，其特征在于：
所述第一音叉和第二音叉分别固定于固定卡扣上，所述第一音叉和第二音叉与所述固定卡扣垂直，所述第一音叉和第二音叉之间设置有音叉上下位移时所需的空间行程。
7.根据权利要求6所述的非接触式静电场检测传感探头装置，其特征在于：
所述第一音叉和所述第二音叉通过螺丝固定在所述固定卡扣上。
8.根据权利要求6所述的非接触式静电场检测传感探头装置，其特征在于：在所述屏蔽壳体上设置有检测窗口，所述电荷采集板与所述检测窗口相对应。
9.根据权利要求2所述的非接触式静电场检测传感探头装置，其特征在于：在第一音叉和第二音叉之间设置有所述电荷采集板。
10.一种非接触式静电场检测系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的非接触式静电场检测传感探头装置，所述检测系统还包括：直流电源模块、驱动模块、处理模块和发送模块；
其中，所述电源模块用于为所述驱动模块和所述处理模块提供电源；
所述驱动模块用于驱动第一振动单元和第二振动单元；
所述非接触式静电场检测传感探头装置用于采集静电场的电荷量；
所述处理模块包括放大器、低通滤波器和检波器，所述放大器用于对所述电荷量进行放大，所述低通滤波器用于对放大后的电荷量进行滤波，所述检波器用于对滤波后的电荷量进行检波，得到交流电信号；
所述发送模块用于将所述交流电信号发送至计算机设备，以使所述计算机设备对所述交流电信号进行处理。
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