CN203519735U

CN203519735U - 一种静电检测装置

Info

Publication number: CN203519735U
Application number: CN201320637097.8U
Authority: CN
Inventors: 余琳; 李臻; 李立; 单志林
Original assignee: CETC 38 Research Institute
Current assignee: CETC 38 Research Institute
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2023-10-15

Abstract

本实用新型提出了一种静电检测装置，其包括电源管理电路、以及与电源管理电路均连接的微控制器工作电路、通信电路、温度检测电路、湿度检测电路、静电检测电路。微控制器工作电路与电源管理电路、通信电路、温度检测电路、湿度检测电路、静电检测电路均连接。该静电检测电路包括铜盘CU、电阻R6～R11、变容二极管VD1～VD2n、瞬态电压抑制二极管D2、变压器Tran、三极管T2，n为正整数。利用本实用新型的静电检测装置能够实时采集被检测地区或被检测设备附件静电电压大小，并可将检测到的数据传输到监控中心。

Description

一种静电检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种检测装置，特别涉及一种静电检查装置。

背景技术

接地装置的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障电力系统正常运行，是电力系统中的一个重要组成部分。不论是强电设备还是弱电设备，不论是高压设备还是低压设备，接地装置的合格与否都直接影响到系统及设备的正常安全运行。电气设备一旦出现接地不良，大量静电的聚集会给设备和工作人员造成威胁；而当静电达到一定值时，有可能因静电放电而引起设备故障甚至火灾，从而造成难以弥补的损失。

目前，判断电气设备接地是否良好，通常采用接地电阻测量仪或钳形接地电阻测试仪测量设备接地电阻值的方法进行判断。电气设备分布广泛，从城市到乡镇，从室内到野外都有，若通过人工测接地电阻的方式进行定期检测，一方面浪费了大量的人力、物力及时间，另一方面由于接地装置的故障通常带有很大的偶然性和随机性，因而无法做到实时监控。

此外还有很多对静电非常敏感的工作环境，石油化工等领域，随着储运行业的不断发展，油品输送的流速、流量不断提高，由此引起的静电事故也越来越多。在这些环境下，静电通常与其他颗粒一起漂浮在空中，难以通过某一点的静电来判断整个工作环境的静电分布。

基于以上情况，开发一种小型的低功耗的，且能长期在线检测静电的设备是很有必要的。静电的产生与泄放本身是一个动态过程，且受环境温度、湿度的影响很大，因而若能在静电检测设备中增加温度和湿度参数，将大大增加对被检测地区静电动态特性检测的可靠性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种静电检测装置，利用该静电检测装置能够实时采集被检测地区或被检测设备附件静电电压大小，并可将检测到的数据传输到监控中心。

本实用新型是这样实现的，一种静电检测装置，其包括电源管理电路、微控制器工作电路、通信电路、温度检测电路、湿度检测电路、静电检测电路；该电源管理电路与微控制器工作电路、通信电路、温度检测电路、湿度检测电路、静电检测电路均相连接；该微控制器工作电路与电源管理电路、通信电路、温度检测电路、湿度检测电路、静电检测电路均相连接；其中，

该静电检测电路包括铜盘CU、电阻R6～R11、变容二极管VD1～VD2n、瞬态电压抑制二极管D2、变压器Tran、三极管T2，n为正整数；铜盘CU依次经由电阻R8、电阻R7接地；变容二极管VD1～VDn相互并联，变容二极管VD(n+1)～VD2n相互并联，变容二极管VD1～VDn的阴极与变容二极管VD(n+1)～VD2n的阴极相连后与瞬态电压抑制二极管D2的阴极、电阻R8与R7的公共端相连；瞬态电压抑制二极管D2的阳极与变容二极管VD1～VDn的阳极相连后与变压器Tran次级侧的一端相连，变容二极管VD(n+1)～VD2n的阳极与变压器Tran次级侧的另一端相连；变压器Tran次级侧的公共端通过电阻R9接地，并与微控制器工作电路相连接；变压器Tran初级侧的一端依次经由电阻R11、电阻R10连接工作电源VCC，同时与三极管T2的集电极相连；变压器Tran初级侧的另一端与三极管T2的发射极相连后接地；三极管T2的基极通过电阻R6与微控制器工作电路相连接。

作为上述方案的进一步改进，该温度检测电路包括电阻式温度传感器TR、电阻R4、电容C7、电解电容C6；电阻式温度传感器TR的一端经由电阻R4连工作电源VCC，另一端与电容C7的一端、电解电容C6的负极相连后接地；电容C7的另一端、电解电容C6的正极与微控制器工作电路连接。

进一步地，该湿度检测电路包括湿度传感器U3、电容C8、电阻R5；湿度传感器U3的接地端接工作电源VCC并经由电容C8接地，其输出端通过电阻R5接地并与微控制器工作电路连接，其接地端接地。

作为上述方案的进一步改进，该微控制器工作电路包括单片机U1及其相应的外围辅助电路，单片机U1连接变压器Tran次级侧的公共端、电阻R6、电解电容C6的正极、湿度传感器U3的输出端。优选地，单片机U1为MSP430G2553芯片，单片机U1的外围辅助电路包括晶振X、电容C3；单片机U1的1脚通过电容C3接地，单片机U1的20脚接地，单片机U1的18脚通过晶振X与单片机U1的19脚相连接，单片机U1的P1.6口、P1.7口、P2.2～P2.5口分别与通信电路相连接，单片机U1的P1.1口与电解电容C6的正极相连接；单片机U1的P1.2口与湿度传感器U3的输出端相连接，单片机U1的P1.3口和P2.1口分别与变压器Tran次级侧的公共端、电阻R6相连接。

作为上述方案的进一步改进，该电源管理电路包括供电源、电解电容C1、电容C2、三极管T1、电阻R1～R3；该供电源的正极分别接电解电容C1的正极、电容C2的一端和三极管T1的集电极；该供电源的负极与电解电容C1的负极、电容C2的另一端相连后接地；三极管T1的基极通过电阻R1与单片机U1的P2.0口相连接；三极管T1的发射极通过电阻R2与电阻R3相连，电阻R2与电阻R3的公共端与单片机U1的P1.0口相连接，电阻R3的另一端接地；该供电源为微控制器工作电路、通信电路、温度检测电路、湿度检测电路、静电检测电路的正常工作提供电。

作为上述方案的进一步改进，该通信电路采用无线通信。优选地，该通信电路包括无线模块U2及其相应的外围辅助电路，无线模块U2连接单片机U1。再优选地，无线模块U2为S004_CC1101芯片，无线模块U2的外围辅助电路包括电容C4～C5；无线模块U2的1脚和2脚分别通过电容C4和电容C5接地，无线模块U2的3～8脚分别与单片机U1的P2.5口、P2.3口、P2.4口、P1.6口、P2.2口、P1.7口相连接。

作为上述方案的进一步改进，湿度传感器U3为HIH-5030芯片，湿度传感器U3的+Ve脚通过电容C8接地，湿度传感器U3的OUT脚通过电阻R5接地并与单片机U1的P1.2口相连接，湿度传感器U3的-Ve接地。

作为上述方案的进一步改进，铜盘CU直径不小于10mm。

本实用新型的静电检测装置具有的有益效果是：

1、能快速检测被检测区域静电的大小；

2、能快速检测被检测区域的温度；

3、能快速检测被检测区域的湿度；

4、自身电池电量可设计不足报警；

5、能将所采集到的静电、温度、湿度及电池电量通过无线方式发射；

6、装置采用低功耗设计，可长期使用。

附图说明

图1是本实用新型较佳实施方式提供的静电检测装置的总体结构框图。

图2是图1静电检测装置的电路原理图。

图3是图2静电检测装置的静电检测仿真图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1是本实用新型较佳实施方式提供的静电检测装置的总体结构框图。该静电检测装置包括电源管理电路1、微控制器工作电路2、通信电路（在本实施方式中，采用无线通信电路3，当然在其他实施方式中，也可以采用有线通信方式）、温度检测电路4、湿度检测电路5、静电检测电路6。

电源管理电路1与微控制器工作电路2、无线通信电路3、温度检测电路4、湿度检测电路5、静电检测电路6均相连接；微控制器工作电路2与电源管理电路1、无线通信电路3、温度检测电路4、湿度检测电路5、静电检测电路6均相连接。

请结合图2，图2是图1的相应电路原理图。

该电源管理电路1包括供电源（在本实施方式中，采用串联的干电池V1～V2）、电解电容C1、电容C2、三极管T1、电阻R1～R3。在电源管理电路1中，1.5V干电池V1～V2串联后，干电池V1的正极分别接电解电容C1的正极、电容C2的一端和三极管T1的集电极。干电池V2的负极与电解电容C1的负极、电容C2的另一端相连后接地。三极管T1的基极通过电阻R1与微控制器工作电路2相连接。三极管T1的发射极通过电阻R2与电阻R3相连，电阻R2与电阻R3的公共端与微控制器工作电路2相连接，电阻R3的另一端接地；干电池V1、V2为微控制器工作电路2、无线通信电路3、温度检测电路4、湿度检测电路5、静电检测电路6的正常工作提供电源。

微控制器工作电路2包括单片机U1及其相应的外围辅助电路，在本实施方式中，单片机U1为MSP430G2553芯片，单片机U1的外围辅助电路包括晶振X、电容C3。在微控制器工作电路2中，单片机U1的1脚通过电容C3接地，单片机U1的20脚接地，单片机U1的18脚通过晶振X与单片机U1的19脚相连接，单片机U1的P1.6口、P1.7口、P2.2～P2.5口分别与无线通信电路相连接，单片机U1的P1.1口与温度检测电路4相连接，单片机U1的P1.2口与湿度检测电路5相连接，单片机U1的P1.3口和P2.1口分别与静电检测电路6相连接。

无线通信电路3包括无线模块U2及其相应的外围辅助电路，在本实施方式中，无线模块U2为S004_CC1101芯片，无线模块U2的外围辅助电路包括电容C4～C5。在无线通信电路3中，无线模块U2的1脚和2脚分别通过电容C4和电容C5接地；无线模块U2的3～8脚分别与微控制器工作电路2中的单片机U1的P2.5口、P2.3口、P2.4口、P1.6口、P2.2口、P1.7口相连接。

温度检测电路4包括电阻式温度传感器TR、电阻R4、电容C7、电解电容C6；电阻式温度传感器TR的一端经由电阻R4连工作电源VCC，另一端与电容C7的一端、电解电容C6的负极相连后接地；电容C7的另一端、电解电容C6的正极与微控制器工作电路2的P1.1口连接。电阻式温度传感器TR可为HEL-776。

湿度检测电路5包括湿度传感器U3、电容C8、电阻R5。在本实施方式中，湿度传感器U3为HIH-5030芯片，湿度传感器U3的+Ve脚通过电容C8接地，湿度传感器U3的OUT脚通过电阻R5接地并与单片机U1的P1.2口相连接，湿度传感器U3的-Ve接地。

静电检测电路6包括铜盘CU（在本实施方式中，铜盘CU为直径不小于10mm的铜盘）、电阻R6～R11、变容二极管VD1～VD2n、瞬态电压抑制二极管D2、变压器Tran、三极管T2，n为正整数。在静电检测电路6中，铜盘CU通过电阻R8与电阻R7相连，电阻R7接地；变容二极管VD1～VD2n为同一型号的变容二极管，n为大于0的整数，是大小与微控制器工作电路2中的单片机U1的P2.1口发出的频率、电池供电电压（即工作电源VCC）的大小，变容二极管本身的特性有关，在一个示例中，单片机U1的P2.1口发出的频率为1MHz，工作电源VCC为3.3V，变容二极管VD1～VD2n为ZDC834A，此时n=1，即只有变容二极管VD1～VD2；变容二极管VD1～VDn相互并联，变容二极管VD(n+1)～VD2n相互并联，V变容二极管D1～VDn的阴极（图2中为B脚）与变容二极管VD(n+1)～VD2n的阴极（图2中为B脚）相连后与瞬态电压抑制二极管D2的阴极、电阻R8与电阻R7的公共端相连；瞬态电压抑制二极管D2的阳极与变容二极管VD1～VDn的阳极相连后与变压器Tran次级侧的一端相连（图2中为5脚），变容二极管VD(n+1)～VD2n的阳极与变压器Tran次级侧的另一端相连（图2中为3脚）；变压器Tran次级侧的公共端（图2中为4脚）通过电阻R9接地，并与微控制器工作电路2中的单片机U1的P1.3口相连接；变压器Tran初级侧的一端（图2中为1脚）通过电阻R11与电阻R10相连，同时与三极管T2的集电极相连；变压器Tran初级侧的另一端（图2中为2脚）与三极管T2的发射极相连后接地；三极管T2的基极通过电阻R6与微控制器工作电路2中的单片机U1的P2.1口相连接。

请结合图3，图3是图2静电检测装置的静电检测仿真图。在本实施方式中，单片机U1的P2.1口发出的频率为1MHz，工作电源VCC为3.3V，变容二极管VD1～VD2n为ZDC834A，此时n=1，即只有变容二极管VD1和VD2，当环境静电分别为6000V/4000V/2000V时，通过电路仿真软件PSpice对图2的静电检测电路6进行仿真，得到电阻R9两端的电压即图3中的曲线；由图3可知当静电变化时，由于变容二极管VD1和VD2的电容发生了改变，导致电阻R9的端电压发生变化，因而同过采集电阻R9电压的最大值即可判断此时的静电电压。

本实用新型的静电检测装置工作过程如下：

铜盘CU实时采集环境中或者电气设备附件的静电电压，由于该静电电压通常很大，因而通过电阻R8、R7对静电电压进行降压，而后输入变容二极管组成的检测网络，为保护变容二极管不被静电击穿，采用瞬态电压抑制二极管D2进行保护，瞬态电压抑制二极管D2的最小击穿电压不超过变容二极管V1～V2n的反向击穿电压。单片机U1的P2.1口输入高频正弦信号经三极管T2放大后通过输入变压器Tran初级，变压器次级Tran输出端加载到变容二极管网络，当外界静电电压变化时，变容二极管VD1～VD2n的电容发生变化，此时高频正弦信号经过变容二极管网络和电阻R9后，在电阻R9两端形成的电压发生变化。单片机U1的P1.3口实时检测电阻R9的输出电压，通过采集该电压的大小即可判断外界静电的大小及变化情况。温度传感器和湿度传感器实时采集环境的温度和湿度信息。当单片机U1的P2.0口置高电平时，三极管T1导通，此时单片机U1的P1.0口可采集串联干电池V1、V2的输出电压，当干电池V1、V2电压不足时，输出电压将减小。该装置采集到的静电电压、环境温度和湿度、电池电量情况最后通过无线模块向外发射。以上功能使得该装置可用于某一区域静电电压的分布式实时检测，用户只的监控中心需具备与该检测装置的无线模块相匹配的无线传输模块即可。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种静电检测装置，其特征在于：其包括电源管理电路、微控制器工作电路、通信电路、温度检测电路、湿度检测电路、静电检测电路；该电源管理电路与微控制器工作电路、通信电路、温度检测电路、湿度检测电路、静电检测电路均相连接；该微控制器工作电路与电源管理电路、通信电路、温度检测电路、湿度检测电路、静电检测电路均相连接；其中，该静电检测电路包括铜盘CU、电阻R6～R11、变容二极管VD1～VD2n、瞬态电压抑制二极管D2、变压器Tran、三极管T2，n为正整数；铜盘CU依次经由电阻R8、电阻R7接地；变容二极管VD1～VDn相互并联，变容二极管VD(n+1)～VD2n相互并联，变容二极管VD1～VDn的阴极与变容二极管VD(n+1)～VD2n的阴极相连后与瞬态电压抑制二极管D2的阴极、电阻R8与R7的公共端相连；瞬态电压抑制二极管D2的阳极与变容二极管VD1～VDn的阳极相连后与变压器Tran次级侧的一端相连，变容二极管VD(n+1)～VD2n的阳极与变压器Tran次级侧的另一端相连；变压器Tran次级侧的公共端通过电阻R9接地，并与微控制器工作电路相连接；变压器Tran初级侧的一端依次经由电阻R11、电阻R10连接工作电源VCC，同时与三极管T2的集电极相连；变压器Tran初级侧的另一端与三极管T2的发射极相连后接地；三极管T2的基极通过电阻R6与微控制器工作电路相连接。

2.如权利要求1所述的静电检测装置，其特征在于：该温度检测电路包括电阻式温度传感器TR、电阻R4、电容C7、电解电容C6；电阻式温度传感器TR的一端经由电阻R4连工作电源VCC，另一端与电容C7的一端、电解电容C6的负极相连后接地；电容C7的另一端、电解电容C6的正极与微控制器工作电路连接。

3.如权利要求2所述的静电检测装置，其特征在于：该湿度检测电路包括湿度传感器U3、电容C8、电阻R5；湿度传感器U3的接地端接工作电源VCC并经由电容C8接地，其输出端通过电阻R5接地并与微控制器工作电路连接，其接地端接地。

4.如权利要求3所述的静电检测装置，其特征在于：该微控制器工作电路包括单片机U1及其相应的外围辅助电路，单片机U1连接变压器Tran次级侧的公共端、电阻R6、电解电容C6的正极、湿度传感器U3的输出端。

5.如权利要求4所述的静电检测装置，其特征在于：单片机U1为MSP430G2553芯片，单片机U1的外围辅助电路包括晶振X、电容C3；单片机U1的1脚通过电容C3接地，单片机U1的20脚接地，单片机U1的18脚通过晶振X与单片机U1的19脚相连接，单片机U1的P1.6口、P1.7口、P2.2～P2.5口分别与通信电路相连接，单片机U1的P1.1口与电解电容C6的正极相连接；单片机U1的P1.2口与湿度传感器U3的输出端相连接，单片机U1的P1.3口和P2.1口分别与变压器Tran次级侧的公共端、电阻R6相连接。

6.如权利要求5所述的静电检测装置，其特征在于：该电源管理电路包括供电源、电解电容C1、电容C2、三极管T1、电阻R1～R3；该供电源的正极分别接电解电容C1的正极、电容C2的一端和三极管T1的集电极；该供电源的负极与电解电容C1的负极、电容C2的另一端相连后接地；三极管T1的基极通过电阻R1与单片机U1的P2.0口相连接；三极管T1的发射极通过电阻R2与电阻R3相连，电阻R2与电阻R3的公共端与单片机U1的P1.0口相连接，电阻R3的另一端接地；该供电源为微控制器工作电路、通信电路、温度检测电路、湿度检测电路、静电检测电路的正常工作提供电。

7.如权利要求5所述的静电检测装置，其特征在于：该通信电路采用无线通信，该通信电路包括无线模块U2及其相应的外围辅助电路，无线模块U2连接单片机U1。

8.如权利要求7所述的静电检测装置，其特征在于：无线模块U2为S004_CC1101芯片，无线模块U2的外围辅助电路包括电容C4～C5；无线模块U2的1脚和2脚分别通过电容C4和电容C5接地，无线模块U2的3～8脚分别与单片机U1的P2.5口、P2.3口、P2.4口、P1.6口、P2.2口、P1.7口相连接。

9.如权利要求5所述的静电检测装置，其特征在于：湿度传感器U3为HIH-5030芯片，湿度传感器U3的+Ve脚通过电容C8接地，湿度传感器U3的OUT脚通过电阻R5接地并与单片机U1的P1.2口相连接，湿度传感器U3的-Ve接地。

10.如权利要求1所述的静电检测装置，其特征在于：铜盘CU直径不小于10mm。