CN211043522U - 一种基于振动电容式的非接触式静电测试传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于振动电容式的非接触式静电测试传感器，包括支架和设置在支架一侧的第一金属极板与第二金属极板，第一金属极板与第二金属极板位于同一平面上，第一金属极板与第二金属极板的下方设置有第三金属极板，所述支架上固定安装有第一音叉和第二音叉，第一音叉远离支架的一端与第一金属极板固定连接，第一音叉的侧壁上贴设有第一陶瓷片，第二音叉远离支架的一端与第二金属极板固定连接，第二音叉的侧壁上贴设有第二陶瓷片；本实用新型稳定性能佳，不易受到干扰，并使与之配套的仪器体积减小，方便携带。

Description

一种基于振动电容式的非接触式静电测试传感器

技术领域

本实用新型涉及静电测试技术领域，尤其涉及一种基于振动电容式的非接触式静电测试传感器。

背景技术

随着我国改革开放的深入，国外的先进技术不断涌入，使我国的电子信息产业得到了快速的发展，静电的应用也被广泛地应用到各行各业，如电子相机、静电存储、静电复印、静电除尘等；而另一方面，静电的危害也不断发生。如军工业中，静电放电导致火箭意外爆炸；石化行业中，静电放电导致汽油着火；电子行业中，由静电引起的元器件损坏，仅美国每年因静电对电子工业所造成的损失就达到几百亿美元。人体和各种物体发生接触再分离时，常常会带上几千伏甚至上万伏的静电。静电一旦形成火花放电，瞬间释放能量，形成高压，瞬态大电流，能够对武器装备、电子元器件等静电敏感物质造成严重危害。因此，静电防护与测量非常重要。静电测试的核心部件是静电场传感器。

目前，市场上针对电容值的改变是通过改变极板间的垂直距离。而改变垂直距离的方式，极板在一端固定的状态下，上下振动时会存在一个水平夹角，从而使得相对正下方极板的相对面积同时会改变，且其幅度每次都不同，两个变量的同时改变导致了系统误差的扩大。因此现有技术中的静电传感器稳定性差，大多是接触式和非振动电容式的机制，易受到干扰，并且配套的仪器携带不方便。

实用新型内容

为了克服上述技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于振动电容式的非接触式静电测试传感器，稳定性能佳，不易受到干扰，并使与之配套的仪器体积减小，方便携带。

本实用新型所采用的技术方案是：一种基于振动电容式的非接触式静电测试传感器，包括支架和设置在支架一侧的第一金属极板与第二金属极板，第一金属极板与第二金属极板位于同一平面上，第一金属极板与第二金属极板的下方设置有第三金属极板，所述支架上固定安装有第一音叉和第二音叉，第一音叉远离支架的一端与第一金属极板固定连接，第一音叉的侧壁上贴设有第一陶瓷片，第二音叉远离支架的一端与第二金属极板固定连接，第二音叉的侧壁上贴设有第二陶瓷片。

进一步的，所述第一音叉和第二音叉呈平行设置。

进一步的，所述支架包括两个平行设置的竖直板，两个竖直板的顶部通过水平顶板固定连接，两个竖直板的底部分别固定连接有水平底板。

进一步的，所述第一音叉与第二音叉分别与两个竖直板固定连接。

进一步的，所述第一金属极板与第二金属极板呈轴对称设置，第一金属极板与第二金属极板的结构和大小均相同，所述第一金属极板包括第一矩形板、第二矩形板和弧形板，第二矩形板的两端分别与第一矩形板和弧形板固定连接，所述弧形板与第一音叉固定连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型所述的一种基于振动电容式的非接触式静电测试传感器，通过振动改变第一金属极板和第二金属极板与第三金属极板之间的相对面积，从而使得电容值的峰值更加稳定，减小了误差，进而使传感器的稳定性能更佳，不易受到干扰，本实用新型的结构紧凑，并且只需要给陶瓷片加载一个微电信号即可完成振动，耗能小，电源可选择范围更广，通过本实用新型而配套成的测试仪也实现了体积减小、方便携带的功能，更加方便。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图中标记：1、第一音叉，2、第二音叉，3、支架，301、竖直板，302、水平顶板，303、底板，4、第一金属极板，5、第二金属极板，6、第一陶瓷片，7、第二陶瓷片，8、第三金属极板，401、第一矩形板，402、第二矩形板，403、弧形板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作详细说明。

如图1示，一种基于振动电容式的非接触式静电测试传感器，包括支架3 和设置在支架3一侧的第一金属极板4与第二金属极板5，其特征在于：第一金属极板4与第二金属极板5位于同一平面上，第一金属极板4与第二金属极板5的下方设置有第三金属极板8。

所述支架3上固定安装有第一音叉1和第二音叉2，第一音叉1远离支架 3的一端与第一金属极板4固定连接，第一音叉1的侧壁上贴设有第一陶瓷片 6，第二音叉2远离支架3的一端与第二金属极板5固定连接，第二音叉2的侧壁上贴设有第二陶瓷片7。

所述第一音叉1和第二音叉2呈平行设置。

所述支架3包括两个平行设置的竖直板301，两个竖直板301的顶部通过水平顶板302固定连接，两个竖直板301的底部分别固定连接有水平底板303。

所述第一音叉1与第二音叉2分别与两个竖直板301固定连接。

所述第一金属极板4与第二金属极板5呈轴对称设置，第一金属极板4 与第二金属极板5的结构和大小均相同，所述第一金属极板4包括第一矩形板401、第二矩形板402和弧形板403，第二矩形板402的两端分别与第一矩形板401和弧形板403固定连接，所述弧形板403与第一音叉1固定连接。

本实用新型中第一金属极板4、第二金属极板5、第三金属极板8构成电容器，通过近场感应的方法使电容器上的电荷量发生变化从而产生微弱的电流，再利用微信号检测电路对此电流进行放大产生电压输出。其原理可由下式说明

U＝Q(t)/C(t) (1)

式中，U为电容两极板间的电势差，其大小是由静电在空间产生的电场决定的，C(t)是电场中的交变电容值，当U固定时，电容器极板上的电荷Q(t) 便随C(t)的变化而变化，Q(t)的变化导致电容器两极板间的电荷产生运动，从而形成电流，此电流的强度即反映了电场的强弱，也反映了静电的电压值。

电容值C的改变方法，这里采用了悬臂振动的设计，第一音叉1和第二音叉2构成振臂，第一音叉1和第二音叉2上分别贴设第一陶瓷片6和第二陶瓷片7。通过第一陶瓷片6和第二陶瓷片7的周期振动，带动前端第一金属极板4和第二金属极板5振动，使其与下方第三金属极板8间的相对面积产生变化，从而改变电容值C。

当电容作周期性变化的时候，在恒定电场中电容器上将有周期性电流ic：

平均电流为：

式中：T为电容变化的周期，f为变化频率；U为电容器两极间的电势差。

实际工程中，极板一端接地，则U是另一极板(金属方片)的电压；Cmax、 Cmin为电容器一个周期内的最大值和最小值。

电容C的定义：

在上极板振动变化的一个周期内，电容的最大值为Cmax，对应的电压为 U1；最小值为Cmin，对应的电压为U2，则式(3)中：

U＝U₁-U₂

将该电流通过运算放大器转换成电压，在经过半波整流，信号处理得到直流电压Uo，则：

测量时，必须约定测试距离，保持感应电场的一致性，才能得到准确的测量结果。

上述实施例以本实用新型技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于上述的实施例。

Claims (5)

1.一种基于振动电容式的非接触式静电测试传感器，包括支架和设置在支架一侧的第一金属极板与第二金属极板，其特征在于：第一金属极板与第二金属极板位于同一平面上，第一金属极板与第二金属极板的下方设置有第三金属极板，所述支架上固定安装有第一音叉和第二音叉，第一音叉远离支架的一端与第一金属极板固定连接，第一音叉的侧壁上贴设有第一陶瓷片，第二音叉远离支架的一端与第二金属极板固定连接，第二音叉的侧壁上贴设有第二陶瓷片。

2.如权利要求1所述的一种基于振动电容式的非接触式静电测试传感器，其特征在于：所述第一音叉和第二音叉呈平行设置。

3.如权利要求1所述的一种基于振动电容式的非接触式静电测试传感器，其特征在于：所述支架包括两个平行设置的竖直板，两个竖直板的顶部通过水平顶板固定连接，两个竖直板的底部分别固定连接有水平底板。

4.如权利要求3所述的一种基于振动电容式的非接触式静电测试传感器，其特征在于：所述第一音叉与第二音叉分别与两个竖直板固定连接。

5.如权利要求1所述的一种基于振动电容式的非接触式静电测试传感器，其特征在于：所述第一金属极板与第二金属极板呈轴对称设置，第一金属极板与第二金属极板的结构和大小均相同，所述第一金属极板包括第一矩形板、第二矩形板和弧形板，第二矩形板的两端分别与第一矩形板和弧形板固定连接，所述弧形板与第一音叉固定连接。

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