NL8304283A - Panoramische sensor voor een elektrostatisch veld. - Google Patents

Description

- ' ~ φ N.0. 32205 1

Panoramische sensor voor een elektrostatisch veld.

De uitvinding heeft betrekking op een stelsel voor het detecteren van een elektrostatisch veld en in het bijzonder op een inrichting voor het panoramisch detecteren en controleren van elektrostatische velden die over een boog van 360° zijn georiënteerd ten opzichte van de plaats 5 van de detectie-inrichting. De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op mechanische modulatiestelsels en heeft in het bijzonder betrekking op een panoramische sensor waarbij een roteerbare onderbeker tussen een stationair, aan de omtrek van openingen voorzien huis en een vast, centraal geplaatst velddetectie-element is aangebracht.

10 Nagenoeg alle stelsels voor het detecteren en continu controleren van elektrostatische velden bevatten mechanische modulatie-inrichtin-gen. Detectie-elektroden zetten het elektrostatische veld of een opper-vlaktepotentiaal die moet worden gecontroleerd, om in een wisselspanning waarvan de grootte evenredig is aan het gedetecteerde veld of po-15 tentiaal. Deze omzetting wordt uitgevoewrd door een capacitieve modula-tie-inrichting, waarbij de capacitieve koppeling tussen de detectie-elektrode en het elektrostatische omgevingsveld wordt gemoduleerd of mechanisch gevarieerd met een vaste periode. Bij enkele bekende veldde-tectie-inrichtingen verloopt het te controleren elektrostatische veld · 20 door een van sleuven voorziene schijf of roterende onderbrekingsbladen, waarbij het veld wordt onderbroken, aagezien geaarde segmenten en open segmenten beurtelings voor een of meer detectie-elektroden langs passeren. Hiervoor wordt verwezen naar de Amerikaanse octrooischrlften 3.846.700 en 4.055.798, volgens welke de detectie-elektroden achter de 25 schijf of onderbreker een elektrisch uitgangssignalen leveren, wanneer het veld de detectieplaten treft en een omgekeerd elektrische uitgangssignaal wanneer het veld door de schijf of onderbreker wordt onderbroken. De intensiteit van het veld is gerelateerd aan de amplitude van het uitgangssignaal en de polariteit van het veld kan worden aangegeven 30 door de fase van het uitgangssignaal. In een ander type veldsensor die bijvoorbeeld in het Amerikaanse octrooischrlft 4.205.267 is getoond, wordt gebruik gemaakt van een elektrode die is ondergebracht in een van vensters voorzien huis en op zichzelf mechanisch in trilling wordt gebracht in een vlak evenwijdig aan het testvlak, teneinde de detectie-35 elektrode door het venster periodiek bloot te stellen aan het veld. In een ander stelsel, dat bijvoorbeeld in het Amerikaanse octrooischrift 3.370.225 is geïllustreerd, wordt een vaste elektrode achter een van openingen voorzien huis toegepast, waarbij een sluiter aanwezig is, die 8304283

* : A

2 mechanisch in een vlak evenwijdig aan de vaste elektrode in trilling wordt gebracht.

In geen van de voorgaande stelsels kunnen de inrichtingen echter continu en panoramisch elektrostatische velden detecteren en controle-5 ren, die zich in omtreksrichting over een boog van 360° om de plaats van de sensor zelf bevinden. Hoewel het denkbaar is dat de bekende in één richting werkende detectie-inrichtingen op een roterend platform zouden kunnen worden gemonteerd om de elektrostatische velden in azimuth te meten, is er in de stand van de techniek geen aanwijzing in de 10 richting van deze gedachte, terwijl dure hulpdraaitafels nodig zouden zijn om zulk een resultaat te bereiken. Wanneer bijvoorbeeld in een ruimte werkzaamheden moeten worden uitgevoerd, waarbij een minimale elektrostatische ruimtelading vereist is, is het gewenst om alle gebieden van deze ruimte te controleren om te verzekeren dat personeel of 15 voorwerpen die het gebied vanuit elk gedeelte van deze ruimte binnentreden en lading dragen, onmiddellijk worden gedetecteerd en zo snel mogelijk worden geneutraliseerd door middel van een statische elimine-ringsinrichting.

De uitvinding heeft ten doel te voorzien in een inrichting voor 20 het detecteren van een elektrostatisch veld, die continu en panoramisch alle gebieden controleert, die zich in een boog van 360° rondom de plaats van de detectie-inrichting bevinden.

De uitvinding heeft ook ten doel te voorzien in een inrichting voor het panoramisch detecteren van een elektrostatisch veld, dat ge-25 makkelijk in elk gebied kan worden geplaatst om de grootte van de elektrostatische ladingen of velden rondom het gebied te detecteren.

De uitvinding heeft ook nog ten doel te voorzien in een elektrostatische veldsensor die de plaats van het elektrostatische veld ten opzichte van de sensor kan aangeven.

30 De uitvinding heeft voorts ten doel te voorzien in een panorami sche velddetectie-inrichting die compact en onopvallend is.

De uitvinding heeft voorts nog ten doel te voorzien in een panoramische velddetectie-inrichting die een grote variëteit van weergeef-, uitlees- of signaleringsrandinrichtingen kan besturen.

35 De uitvinding heeft verder nog ten doel te voorzien in een verbe terde inrichting van de beschreven soort, die gemakkelijk en goedkoop kan worden vervaardigd, een sterke konstruktie heeft en zowel zeer efficiënt als effectief werkt.

Volgens de uitvinding is voorzien in een panoramische veldsensor 40 die een centrale controle-elektrode voor het detecteren van een elek- 8304283 * · .......·*&***·' * f 3 trostatisch veld bevat, dat over een boog van 360° rondom de sensor is gericht. Een van openingen voorzien huis is concentrisch om de controle elektrode opgesteld, welk huis aan de omtrek op onderlinge afstand liggende vensters heeft, waar doorheen de centrale elektrode elk elektro-5 statisch veld kan "zien”, dat zich radiaal ten opzichte van de sensor bevindt. Een cilindrische afschermkap of sluiter wordt in de ringvormige ruimte tussen de controle-elektrode en het huis geroteerd, welke kap is voorzien van een sleuf om de controle-elektrode periodiek bloot te stellen aan het veld dat door de vensters van het huis verloopt. Het 10 cyclisch blootstellen van de controle-elektrode aan de uitwendige elektrostatische lading of veld levert een verandering van de capacitieve koppeling tussen de elektrode en het uitwendige veld. Hierdoor ontstaat een periodiek signaal dat daarna aan de ingang van een versterker wordt toegevoerd, waarvan het uitgangssignaal een maat is voor de intensiteit 15 van het elektrostatische veld. Middelen zijn aangebracht om de exacte plaats van de elektrostatische lading of veld ten opzichte van de sensor te bepalen. Middelen die op het gedetecteerde veld reageren, worden ook aangebracht om bijvoorbeeld een statische neutraliseerinrichting te besturen, die postieve en negatieve ionen naar het veld uitzendt.

20 Bij een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een meetin- richtlng of een hoorbare of visuele indicator toegepast om een relatieve maat van het veld te leveren. De controle-elektrode kan hetzij een aantal in omtreksrichting op onderlinge afstand liggende detectie-ele-menten omvatten, die zijn uitgelijnd met de vensters van het huis, of 25 een enkel doorlopend cilindrisch element. In het laatste geval is een positiesensor, zoals een optische bundel en fotocel nodig om de hoek-verplaatsing van de roteerbare kap ten opzichte van de boogpositie van de vensters van het huis te synchroniseren, teneinde de plaats van het uitwendige veld aan te geven.

30 De uitvinding zal hierna aan de hand van de tekeningen nader wor den toegelicht. In de tekeningen toont:

Figuur 1 een aanzicht in perspectief van een gedeeltelijk opengebroken panoramische veldsensor volgens de uitvinding.

Figuur 2 een doorsnede volgens de lijnen 2-2 van figuur 1, terwijl 35 in deze figuur een blokschema van de bijbehorende elektronische schakeling is opgenomen.

Figuur 3 een elektrisch schema van de bij de uitvoeringsvorm van figuur 1 toegepaste elektronische schakeling.

Figuur 4 een doorsnede van een variant van de panoramische veld-40 sensor.

3 3 0 ^ 2 n 3 ί 4

Figuur 5 een blokschema van de synchronisatieschakeling die bij de uitvoeringsvorm van figuur 4 wordt toegepast.

Figuur 6 een grafische voorstelling van de golfvormen van de gecontroleerde signalen.

5 Met verwijzing naar de tekeningen waarin dezelfde verwijzingssym- bolen betrekking hebben op dezelfde onderdelen, is in de figuren 1, 2 en 3 een uitvoeringsvorm van een panoramische elektrostatische veldsen-sor getoond, die een centrale controle-elektrode, die als geheel met A is aangegeven, een van opening voorzien huis B dat concentrisch op af-10 stand van en rondom de as van de elektrode A is aangebracht, en een van sleuven voorziene sluiterkap of onderbreker C omvat, die roteerbaar is in de ringvormige ruimte tussen het stationaire huis B en de vaste elektrode A. Een elektronische schakeling D meet de spanning die door de controle-elektrode wordt gedetecteerd, versterkt het daardoor opge-15 wekte signaal en brengt een uitgangssignaal voort voor het besturen van een randweergeefinrichting of schakelinrichting die een zichtbaar of hoorbaar signaal opwekt of een aflezing levert, of die een statische eliminator E activeert om een emissie van zowel positieve als negatieve ionen naar de omgeving tot stand te brengen, wanneer een gedetecteerd 20 ladingsveld F een vooraf bepaald niveau overschrijdt.

De centrale elektrode A omvat een aantal aan de omtrek op onderlinge afstand liggende, geleidende elementen 12, 14, 16 en 18 die op een geïsoleerde kern 20 zijn gemonteerd. De geleidende elementen of segmenten kunnen uit elk geschikt geleidend materiaal worden vervaar-25 digd, zoals metaal, maar bij voorkeur messing en kunnen elke in het algemeen regelmatige geometrische vorm hebben, bijvoorbeeld een rechthoekige, een cirkelvormige of ovaalvormige vorm. Bij de in de figuren 1 en 2 getoonde uitvoeringsvorm zijn de detectie-elementen zodanig georiënteerd, dat deze zich in de vier kwadranten van de vaste kern 20 bevin-30 den en van aarde zijn geïsoleerd.

Het buitenhuis B is eveneens vervaardigd van een geleidend materiaal, zoals messing of koper en zoals in de figuren 1 en 2 is getoond heeft dit huis een hoofdzakelijk cilindrische vorm. Het huis B is stationair en ligt concentrisch om en op afstand van de hartlijn van de 35 controle-elektrode Δ. Open vensters 22, 24, 26, 28 zijn in omtreksrich-ting op onderlinge afstand in de cilindrische wand 30 van het huis B aangebracht en zijn radiaal uitgelijnd met de detectie-elementen 12, 14, 16 en 18. De vensters hebben bij voorkeur een configuratie die overeenkomt met die van de detectie-elementen, waarbij het aantal van 40 , de vensters gelijk is aan het aantal van de detectie-elementen. Het 8304283 .1 5 huis 30 van de elektrode B is elektrisch geaard.

De roteerbare kap C is ook uit geleidend materiaal, bij voorkeur messing en vormt een geaarde cilinder met een sleuf of langwerpige poort 32 in de cilindrische wand 34 daarvan, welke sleuf achtereenvol-5 gens in lijn kan worden gebracht met de vensters 22, 24, 26, 28 van het huis, teneinde als sluiter te werken. De kapsleuf 32 moet een gelijke afmeting hebben als en qua vorm overeenkomen met de vensters van het huis. De kap C is in de eindwanden van het huis B gelagerd en wordt door middel van een motor 36 in draaiing gebracht in de ringvormige 10 ruimte tussen het huis B en de centrale elektrode A met ongeveer 1000 toeren per minuut. De kap C vormt dus een onderbreker die cyclisch elk van de detectie-elementen 12, 14, 16 en 18 cyclisch blootstelt, wanneer de sleuf 32 de respectieve vensters 22, 24, 26 en 28 passeert. Hierdoor wordt de capaciteit tussen de detectie-elementen en het veld F (zoals 15 aangeboden door het vlak 50) gevariëerd. De wijze waarop de capaciteit ten opzichte van de rotatie van de onderbrekingskap C variëert, is afhankelijk van de afmetingen van het buitenhuis B, de roterende kap C en de daarbij behorende openingen in elk daarvan. De golfvormen van het signaal op het detectie-element dat aan een elektrostatisch veld wordt 20 blootgesteld, wordt bepaald door de capaciteitsverandering dc/dt.

Met de in figuur 6 getoonde golfvorm is het uitgangssignaal van een versterker 40 grafisch geïllustreerd, waarvan de ingang met het detectie-element 12 van figuur 2 is gekoppeld. Het referentiepunt van 0° komt overeen met de positie van de voorste rand van de opening 32, wan-25 neer deze in de richting van de wijzers van de klok de rechter rand van het venster 28 passeert en daarna successievelijk alle vier vensters in het huis B passeert. Een signaal wordt slechts opgewekt, wanneer de opening 32 het venster 22 passeert, waarbij het uitwendige veld dat door het vlak F wordt aangeboden, wordt doorgelaten. Het signaal Is 30 maximaal wanneer dc/dt het grootst is. De tekenverandering van de golfvorm treedt op wanneer door de beweging van de roteerbare kap de toename van de capaciteit tussen het detectie-element en het elektrostatische veld wordt veranderd in een afname van de capaciteit. Aangezien geen elektrostatisch veld door de vensters 24, 26 en 28 wordt doorgela-35 ten, verschijnt er geen signaal op de andere detectie-elementen 14, 16 en 18.

Figuur 3 illustreert een uitvoeringsvorm van een elektrische schakeling voor het verwerken van het signaal uit de elektrode A In het stelsel van de figuren 1 en 2. Een operationele versterker 40 met een 40 hoge impedantie, waarvan de negatieve ingang (-) met een van de detects ~X Π ·. f'l Ά -7 «J J .< 3 o -----.- — 6 tie-elementen van de elektrode A is gekoppeld, vormt een onderdeel van de elektronische schakeling,, welke elektrode A in figuur 3 schematisch is weergegeven. De positieve ingang (+) van de operationele versterker 40 is via aarde zowel met het huis B als de onderbrekerkap C verbonden.

5 De terugkoppelweerstand Rl is tussen de negatieve ingangsklem en de uitgangsklem van de versterker 40 aangesloten. De condensatoren Cl en C2 vormen in combinatie met de weerstand R2 een banddoorlaatfilter.

De condensator C3 koppelen samen met de weerstanden E3 en R4 de uitgang van de operationele versterker 40 met de negatieve ingangsklem 10 van een tweede operationele versterker 42. De versterker 42 vormt tezamen met de diodes Dl en D2 een versterker-gelijkrichterketen die positieve impulsen opwekt uit de wisselspanningssignalen die door de onder-brekingswerking van de kap C worden opgewekt, wanneer de sleuf 32 daarvan het veld F doorlaat, dat door de detectie-elementen via het corres-15 ponderende venster van het huis wordt ontvangen.

' De weerstand R6 vormt tezamen met de condensator C4 een integreer- keten die een gelijkspanning aan de negatieve ingang van de vergelij-kingsketen 44 afgeeft, welke spanning evenredig is aan de intensiteit van het veld F. Een referentiespanning wordt aan de positieve ingang 20 van de vergelijkingsketen 44 toegevoerd. Wanneer de spanning op de negatieve ingang van de vergelijkingsketen 44 de aan de positieve ingang daarvan toegevoerde referentiespanning overschrijdt, wordt de vergelijkingsketen omgeschakeld en de LED 46 licht op. Het signaal op de uitgang van de vergelijkingsketen 44 kan daarna worden gebruikt voor het 25 activeren van uitwendige schakelingen. De potentiometer TP bepaalt de gevoeligheid en daarmee wordt de drempelwaarde opgebouwd voor het activeren van de uitgang van de vergelijkingsketen. De voltmeter 48 meet de signaalspanning, welke spanning een maat is voor de relatieve veldsterkte. Wanneer het uitgangssignaal van de vergelijkingsketen 44 een 30 vooraf bepaald niveau overschrijdt, kan dit uitgangssignaal worden gebruikt voor het besturen van een statische neutraliseerinrichting E voor het richten van ionen van beide polariteiten naar de omgeving, zoals in figuur 2 is getoond.

In de figuren 4 en 5 is een gewijzigde uitvoeringsvorm van de 35 elektrostatische veldsensor getoond, waarbij de controle-elektrode Al slechts een enkel detectie-element 52 omgeeft, dat over 360° doorloopt. Hier is een enkele elektronische schakeling nodig. Aangezien het doorlopende detectie-element 5 2 geen informatie krijgt over de plaats waar de sleuf 32 van de sluiter zich op elk bepaald tijdstip bevindt, wordt 40 echter een optische positiesensor 60 toegepast. De optische positiesen- 8304283 7 sor 60 omvat een lichtbron 62 en een fotocel 64 die zich in de MnulM positie van de panoramische boog bevinden. Wanneer dus de voorste rand van de sleuf 32 het venster 22 passeert, zal de lichtbundel op de fotocel 64 invallen, waardoor een uitgangssignaal wordt geleverd voor het 5 besturen van een impulsgenerator 66. Tegelijkertijd wordt een signaal uit het veld F op de controle-elektrode Al afgeleid, wanneer de sleuf 32 van de roterende kap C het venster 22 passeert. Dit signaal wordt indien er een bestaat, door de operationele versterker 70 versterkt en bestuurt een tweede impulsgenerator 68.

10 Het uitgangssignaal van de impulsgenerator 68 dat een indicatie van de statische lading vormt, wordt als een tweede ingangssignaal aan respectieve EN-poorten 72, 74, 76 en 78 toegevoerd. Ondertussen wordt de reeks impulsen uit de impulsgenerator 66 sequentieel toegevoerd aan een fasedraaier 80 van 90° en daarna aan een fasedraaier 82 van 180° en 15 tenslotte aan een fasedraaier 84 van 270°. De uitgangssignalen uit de impulsgenerator 66 en uit elk van de drie fasedraaiers 80, 82 en 84 worden als andere ingangssignalen toegevoerd aan de vier Elf* poorten 72, 74, 76 en 78. De aanwezigheid van statische lading voor een venster 22, 24, 26 of 28 van het huis zal daarom een visueel en/of geluidsignaal of 20 een ander uit te lezen signaal op de bijbehorende zijde-indicator 86, 88, 90 of 92 voor het respectieve kwadrant leveren. Dan en indien gewenst kan de statische neutraliseerinrichting E worden geactiveerd om een emissie van positieve en negatieve ionen naar het geladen gebied tot stand te brengen.

25 Hoewel de uitvinding in bijzonderheden is beschreven, is het dui delijk dat binnen het kader van de uitvinding diverse varianten mogelijk zijn.

© "Z ^ n <5 ** V' *- v £ O j

Claims (10)

1. Panoramische elektrostatische veldsensor gekenmerkt door: een centrale elektrode die aan zijn omtrek is voorzien van detec-tiemiddelen voor het detecteren van een elektrostatisch veld dat geori-5 ënteerd is over een boog van 3 60° rondom de centrale elektrode, een van openingen voorzien huis dat concentrisch om de centrale elektrode is aangebracht en aan zijn omtrek op onderlinge afstand gelegen vensters heeft om een elektrostatisch veld dat zich radiaal ten opzichte van de sensor bevindt, door'te laten naar de centrale elektrode, een cilindri-10 sche onderbrekingskap die draaibaar is ondersteund in de ringvormige ruimte tussen de centrale elektrode en het huis en die is voorzien van een opening om de detectiemiddelen periodiek bloot te stellen aan een elektrostatisch veld dat door de vensters van het huis wordt doorgelaten, middelen voor het roteren van de onderbrekingskap, zodanig dat de 15 opening daarvan sequentiëel de vensters van het huis passeert, en middelen voor het meten van de spanning die door de detectiemiddelen wordt opgewekt in responsie op het gedetecteerde elektrostatische veld.

2. Sensor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de detectiemiddelen bestaan uit geleidende elementen die aan de omtrek van de cen- 20 trale elektrode op onderlinge afstand liggen en zijn uitgelijnd met de vensters van het huis.

3. Sensor volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het middel voor het meten bestaat uit een versterker en een elektrische uitgangs-keten die met elk geleidingselement is verbonden voor het bepalen van 25 de plaats van het gedetecteerde elektrostatische veld ten opzichte van de sensor.

4. Sensor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de detectiemiddelen bestaan uit een enkel doorlopend sonde-element.

5. Sensor volgens conclusie 4, gekenmerkt door een kappositiede-30 tector voor het bepalen van de hoekrichting van de opening daarvan ten opzichte van elk venster van het huis.

6. Sensor volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de kappositie-detector wordt gevormd door een optisch detectie-element dat aangrenzend aan een van de vensters van het huis is aangebracht, en een im- 35 pulsgenerator die gesynchroniseerd is met het passeren van de opening van de kap langs elk venster en die in fase verschoven signalen opwekt overeenkomstig de hoekpositie van de vensters van het huis om de hoek-positie van de opening van de kap aan te geven.

7. Sensor volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de in fase 40 verschoven signalen selectief worden toegevoerd aan indicatiemiddelen 8304283 ·* .. η 9 om de plaats van het gedetecteerde elektrostatische veld ten opzichte van de sensor weer te geven.

8. Sensor volgens conclusie 1, gekenmerkt door signaaldetectiemid-delen die met de middelen voor het meten van de spanning op de detec- 5 tiemiddelen zijn gekoppeld en elektrostatische neutraliseermiddelen die reageren op de signaaldetectiemiddelen om een emissie van positieve en negatieve ionen naar de omgeving tot stand te brengen.

9. Sensor volgens conclusie 1, gekenmerkt door indicatiemiddelen die reageren op de middelen voor het meten om de plaats van elk elek- 10 trostatische veld weer te geven.

10. Sensor volgens conclusie 1, gekenmerkt door signaaldetectiemiddelen die reageren op de middelen voor het meten om de spanning op de detectiemiddelen te kunnen uitlezen. ********* 8304283