CN202735400U - 一种人体静电电位检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种人体静电电位检测装置，包括两个静电电位传感器，每个静电电位传感器都连接有信号调理电路，分别与A/D转换电路连接后连接到微控制器上，微控制器还连接有语音控制板、数码显示板、光电开关、报警阈值设置电路、设备驱动电路，语音控制板上连接有喇叭。本实用新型采用了微弱信号处理与嵌入式单片机控制技术，具有检测精度高、灵敏度高、功能齐备、准确可靠、便于自动测控等优点。可用于易燃、易爆场所的入口，作为门禁监控系统，以确保人体静电不超过允许值，着装符合静电安全要求。

Description

一种人体静电电位检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种静电检测装置，更具体的是涉及一种通道式人体静电电位检测装置。 

背景技术

在易燃易爆材料加工生产过程中以及含易燃易爆粉尘或气体的环境中，由于静电火花会引起材料点火、爆炸，从而引发严重的安全事故。另外，在精密电子元件加工、装配时由于人体静电释放可能导致电子元器件损坏，造成产品质量问题。因此这些场所必须采取积极措施加以控制或消除静电。 

人体由于自身的动作及与其它物体的接触—分离、摩擦或感应等因素，可以带上几千伏甚至上万伏的静电，特别是穿戴服装材质为化纤、皮毛等材料时，特别容易造成静电的产生和积累，当带静电人体与工件接触时由于静电快速释放而产生静电火花，从而引起易燃易爆物品燃烧、爆炸，造成严重的安全事故。随着以人为本的安全生产理念深入人心，人体静电的监测和消除受到越来越广泛的重视，需要一种能够监测人体带静电情况的设备，确保进入危险场所的人员静电不超过允许值，使其着装符合静电安全要求。 

本实用新型所述通道式人体静电电位检测装置正是针对进入上述静电敏感区域的操作人员本身所带静电情况进行的监测，通过人体带静电电位检测、显示、报警等措施，阻止自身所带静电超标的人员进入对静电敏感的生产区域。 

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于提供一种通道式人体静电检测装置。 

本实用新型是这样实现的： 

一种人体静电电位检测装置，包括两个静电电位传感器，每个静电电位传感器都连接有信号调理电路，两路信号调理电路与A/D转换电路连接后连接到微控制器上，微控制器还连接有语音控制板、数码显示板、光电开关、报警阈值设置电路、其它设备驱动电路，语音控制板上连接有喇叭。 

更进一步的方案是：所述的其它设备驱动电路的其它设备为加湿器、离子风机。 

更进一步的方案是：所述的两个静电电位传感器安装后高度相同，距离可达800mm～1400mm。 

更进一步的方案是：所述的信号调理电路包括依次顺序相连的如下电路； 

一个由电容C1和高绝缘继电器K1组成的电路； 

一个由固定阻值电阻R1、固定阻值电阻R2和超高输入阻抗运放U1构成的电压跟随器电路，即第一级放大电路； 

一个由可调电阻R3、固定阻值电阻R5、固定阻值电阻R6、高稳定性运放U2构成的第二级反相放大器电路； 

一个由固定阻值电阻R7、固定阻值电阻R8、固定阻值电阻R9、高稳定性运放U3构成的第三级反相放大器电路； 

一个用于调节信号电平升降的可调电阻R4，它与可调电阻R3并联后，接入运放U2的反向输入端。 

更进一步的方案是：所述的电容C1是高绝缘静电测量电容。 

本实用新型处于工作状态后，当人员进入检测通道时，光电开关起动静电检测程序，将静电电位传感器的信号经信号调理电路、A/D转换电路转为数字量，该数字量再与设定的阈值比较，若大于设定阈值，数码显示板闪动报警显示、同时起动喇叭语音报警和其它静电消除设备，如：加湿器、离子风机等。若小于设定阈值，数码显示板仅显示当前静电测量值。 

本实用新型采用了微弱信号处理与嵌入式单片机控制技术，具有检测精度高、灵敏度高、功能齐备、准确可靠、便于自动测控等优点。可用于易燃、易爆场所的入口，作为门禁监控系统，以确保人体静电不超过允许值，着装符合静电安全要求。 

附图说明

图1为本实用新型静电电位传感器安装示意图； 

图2为图1的俯视图； 

图3为本实用新型电路功能框图； 

图4为静电信号调理电路示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。 

如附图3所示，一种人体静电电位检测装置，包括两个静电电位传感器，每个静电电位传感器都连接有信号调理电路，两路信号调理电路与A/D转换电路连接后连接到微控制器上，微控制器还连接有语音控制板、数码显示板、光电开关、报警阈值设置电路、其它设备如加湿器、离子风机的驱动电路，语音控制板上连接有喇叭。其它设备为加湿器、离子风机。 

由于人体静电电位较高，最大可达几万伏，而且静电测试既要保证静电感应的灵敏度， 又不能让放电太快。理论上输入阻抗越高，静电感应的灵敏度越高，但过高的输入阻抗会带来很大的干扰；减小输入阻抗又会降低静电感应的灵敏度，而且放电速度太快。因此，静电电位传感器采用高绝缘强度、高可靠性的元器件解决了放大器高输入阻抗与静电感应、干扰、漏电之间的矛盾。 

由于静电电位传感器对人体静电感应的分布电容相当小，其阻抗比较高，所以本装置在信号放大电路单元中，采用了三级信号放大技术，第一级选用具有外调零、低失调、超高阻抗运算放大器AD549，其输入阻抗高达10的15次方欧，放大倍数为10倍，第二级采用高精度运算放大器OP07进行缓冲，其放大倍数可调至上百倍，第三级放大电路的作用是使信号反向。 

微控制器采用STC89C55作为核心处理器件，进行数据采集、模/数转换与数据处理（包括数字滤波、取极大值、线性化，报警电位比较等）。驱动输出单元主要负责对单片机控制单元的输出信号进行电流、电位放大，增强它们的驱动能力，便于和外设直接接口。 

本实用新型在使用时，在危险场所入口处，将静电电位传感器1如图1所示安装在两侧，并保持静电电位传感器等高且距离为800mm～1400mm，并且在静电电位传感器前方安装有光电开关，如附图2所示，光电开关包括光电发送端2与光电接收端3。图2箭头方向为人员进入的方向。 

如图4所示为静电信号调理电路示意图，其中 

C1为高绝缘静电测量电容 

U1为超高输入阻抗运放 

U2、U3为高稳定性运放 

R1、R2、R5、R6、R7～R9为固定阻值电阻，R3、R4为可调电阻 

下面对静电信号调理电路进行详细的介绍： 

(1)关于电容C1 

C1为一静电测量电容，其电容值较小，取0.1uF。当静电传感器感应到人体静电电场后，静电传感器上便有少量的电荷转移到C1上，从而形成一微弱电压信号，该电压信号经放大，偏移后就可以进行AD转换，进而读取人体静电电位值。 

静电传感器上感应的电荷量很少，如C1用大电容，其两端的电压将不会变化多少，从而测量不出人体电位。若C1过小，测量时或者环境噪声都会使C1上的电压信号有较大的增加，由于后面的信号放大电路放大倍数很大，很容易使运算放大器饱和，从而失去测量意义。C1的电容值最终经实验获得。 

(2)关于高绝缘继电器K1 

高绝缘继电器K1是整个信号调理电路的关键，人体靠近静电传感器时，K1断开，人体离开后，K1闭合。 

实现此功能的方法：人体经过检测装置时，光电开关输出低电平，被微处理器检测到，微处理器通过程序控制一小段时间延时后，经驱动电路，断开K1。从俯视图(图3)上可以看出，光电开关与静电传感器有一段距离，此段距离，人体走过需要一小段时间，约0.3秒，此段时间即为延时时间。当人体靠近传感器后，需要站立1～2秒，以稳定测量结果，此段时间即为K1断开的时间，当读取测量值后，微处理器控制K1闭合。 

实现此功能的原因：整个电路的放大倍数很大，对前端C1处微弱的电压信号非常敏感，由于环境噪声，使极少量的电荷随着时间延长在C1不断积累，最终使整个测量电路输出饱和，失去测量意义。不测量时，K1闭合，C1上不会有电荷积累；测量时，K1断开，C1上出现的电荷只是人体静电感应出的电荷，从而避免了上述问题。 

(3)关于R3与R4 

R1、R2、U1构成电压跟随器，即第一级放大电路，R3、R5、R6、U2构成第二级反相放大器，R7、R8、R9、U3构成第三级反相放大器。R3用于调节信号放大倍数，R4用于调节信号电平的升降。整个信号调理电路的特点是信号放大倍数与电平升降可分别调节，互不干扰，满足信号调理要求。R3与R4位于同一个运算放大器的反向输入端。 

经过信号调理电路后，微弱的静电信号经过放大与电平提升，送A/D转换电路，转为数字量，该数字量与预先设定的报警阈值比较，若小于报警阈值，则仅数码管显示当前的静电测量值；若大于报警阈值，则数码管闪动报警、并且语音控制板使喇叭发出报警声、起动其它静电消除设备。 

被测人员应在静电电位传感器中间应待上1秒～2秒，进行静电电位的稳定测量。 

若静电测量检测合格后，可以通过检测装置。此时，大尺寸数码管保持当前测量的静电值，测量后，微处理器通过程序控制高绝缘继电器K1闭合，静电测量电容C1被短接，测量复位，微处理器中测量程序中止，防止下次测量值的漂移。当下一位人员经过检测装置时，光电开关被触发，重新启动测量程序。 

若静电检测不合格，听到报警声音，应退出检测装置，进行静电消除处理，如加湿，进行离子风机吹拂，更换着装等。人员退出后报警声音、静电消除设备将会持续一段时间后自动停止。数码管将一直保持当前测量值，并闪动显示，直到下次测量时更新测量值为止。退出检测装置后，K1将闭合，测量程序中止，等待下一次测量。 

综上所述，本测试装置主要用于易燃易爆，危险场所的入口处，能够防止静电超标人员的进入，防止着装不符合静电场所的要求规范。该装置对被测试人员来讲，使用非常方便， 无需直接接触测量装置，具有检测精度高、灵敏度高、功能齐备、准确可靠、便于自动测控等优点。 

本实用新型安装后，被检测人员陆续进入检测通道（间隔时间控制在5秒～6秒），系统开始对人体进行静电测试报警。为了提高测试准确性，需要被检测人员应由检测通道的中心部位通过，并停留1秒～2秒； 

当检测电位低于报警设定值时，语音提示“检测合格，允许通过！”，同时数码显示静电电位值，等待下一个被检测的人员； 

当检测电位高于报警设定值时，语音提示“静电超标，请勿入内!”，数码箱显示当前的静电测量值。当测量值超过设定值，数码箱闪动显示静电电位值，等待下一个被检测的人员。 

本实用新型在使用时，应有如下注意事项： 

（1）检测过程中勿用手或其他物品去触摸静电电位传感器表面； 

（2）系统不用时，将电源关闭。在工频供电不太稳定的地区，配备交流稳压器或“净化电源”，以确保系统长期稳定可靠地工作； 

（3）一般均需要安装独立的供电系统，基本技术要求是：AC220V±10%、地线电阻≤4Ω，系统最好利用专用测试接地方式接地。 

Claims (5)

1.一种人体静电电位检测装置，包括两个静电电位传感器，其特征在于：每个静电电位传感器都连接有信号调理电路，两路信号调理电路与A/D转换电路连接后连接到微控制器上，微控制器还连接有语音控制板、数码显示板、光电开关、报警阈值设置电路、其它设备驱动电路，语音控制板上连接有喇叭。

2.根据权利要求1所述人体静电电位检测装置，其特征在于所述的其它设备驱动电路的其它设备为加湿器、离子风机。

3.根据权利要求1所述人体静电电位检测装置，其特征在于所述的两个静电电位传感器安装后高度相同，距离可达800mm～1400mm。

4.根据权利要求1所述人体静电电位检测装置，其特征在于所述的信号调理电路包括依次顺序相连的如下电路；

一个由电容C1和高绝缘继电器K1组成的电路；

一个由固定阻值电阻R1、固定阻值电阻R2和超高输入阻抗运放U1构成的电压跟随器电路，即第一级放大电路；

一个由可调电阻R3、固定阻值电阻R5、固定阻值电阻R6、高稳定性运放U2构成的第二级反相放大器电路；

一个由固定阻值电阻R7、固定阻值电阻R8、固定阻值电阻R9、高稳定性运放U3构成的第三级反相放大器电路；

一个用于调节信号电平升降的可调电阻R4，它与可调电阻R3并联后，接入运放U2的反向输入端。

5.根据权利要求4所述人体静电电位检测装置，其特征在于所述的电容C1是高绝缘静电测量电容。

Images