RU2225622C2

RU2225622C2 - Scanning meter of electric potential

Info

Publication number: RU2225622C2
Application number: RU2002104599/09A
Authority: RU
Inventors: Н.Г. Хречков; А.В. Власов
Original assignee: Саратовский государственный технический университет
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2004-03-10

Abstract

FIELD: scanning of potential distribution over surface. SUBSTANCE: under mode of calibration body with gas is moved by controls of drive mechanism. Generator of linearly growing voltage is started from control desk. At moment of initiation of discharge in body luminous flux of radiation is sensed by photoconverter, is amplified by amplifier and converted by comparator to signal stopping generator. Fixed value of voltage of generator is recorded in register of value φ_c of voltage calibration. Under mode of single measurement or potential scanning body is positioned by controls above point of surface which coordinates are read off horizontal and vertical strips. Generator of linearly growing voltage is started from control desk and measurement result φ_m is entered into storage in similar way. By signal of readiness results in both registers subtraction unit carries out subtraction and forms value of potential φ(x,y) = φ_m-φ_c, of point on surface that is displayed on digital result indicator. EFFECT: widened functional capabilities for scanning of potential, raised speed due to partial automation of measurements and increased measurement accuracy. 2 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерителям электрического потенциала заряженных поверхностей, и может быть использовано для сканирования распределения потенциала по поверхности. The present invention relates to measuring technique, in particular to measuring the electric potential of charged surfaces, and can be used to scan the distribution of potential over the surface.

Известен измеритель потенциалов (прототип) заряженных поверхностей, включающий регулируемый источник напряжения, корпус, выполненный из диэлектрика, герметично закрытый и заполненный газовой средой под давлением, в котором возникает тлеющий разряд, возбуждаемый регулируемым источником, момент возникновения которого регистрируется через вспомогательные встроенные в корпус электроды измерителем тока [а.с. СССР 1404981]. В момент регистрации зажигания разряда считывается и запоминается показание вольтметра регулируемого источника. A known potential meter (prototype) of charged surfaces, including an adjustable voltage source, a housing made of a dielectric, hermetically sealed and filled with a gas medium under pressure, in which a glow discharge arises, excited by an adjustable source, the moment of occurrence of which is recorded through auxiliary electrodes built into the housing by a meter current [a.s. USSR 1404981]. At the time of registration of the ignition of the discharge, the voltmeter of the adjustable source is read and stored.

Недостатки описанного измерителя в том, что
необходимо запоминание результата при калибровке измерителя,
- необходимо запоминание результата рабочего измерения,
- необходимо вычисление измеряемого потенциала как разности двух предыдущих результатов измерений.The disadvantages of the described meter is that
it is necessary to memorize the result when calibrating the meter,
- it is necessary to memorize the result of the working measurement,
- it is necessary to calculate the measured potential as the difference of the two previous measurement results.

Кроме того, устройство предназначено для измерения потенциалов металлических поверхностей, являющихся эквипотенциальными. In addition, the device is designed to measure the potentials of metal surfaces that are equipotential.

Целью предлагаемого изобретения является:
- расширение функций устройства с возможностью сканирования распределения потенциала заряженных диэлектрических поверхностей,
- повышение быстродействия измерителя за счет автоматизации части измерительных операций,
- повышение точности измерения.The aim of the invention is:
- expanding the functions of the device with the ability to scan the distribution of potential of charged dielectric surfaces,
- improving the speed of the meter due to the automation of part of the measuring operations,
- improving the accuracy of measurement.

Поставленная цель достигается тем, что измеритель электрического потенциала заряженных поверхностей содержит корпус, выполненный из оптически прозрачного диэлектрика, герметично закрытый и заполненный газом, управляемый генератор линейно-нарастающего (линейно-изменяющегося) напряжения (ГЛИН), подключенный одним полюсом к выводу электрода, встроенного в корпус с газом, а другим - к пластине, соединенной с заземлителем, пульт управления с блоком логики, последовательно соединенные фотопреобразователь, усилитель и компаратор, подключенный выходом к входу управления ГЛИН, который запускается с пульта управления, два регистра, соединенных информационными входами с выходом ГЛИН, управляющими входами - с выходами пульта управления и компаратора соответственно, а выходами - со входом узла вычитания, выход которого подключен к цифровому индикатору результата, а фотопреобразователь через оптический канал воспринимает световой поток излучения в момент зажигания разряда в корпусе с газом. Корпус с газом выполняется вытянутым, с заостренным концом, закрепляется в пантографе и с помощью механического привода перемещается в плоскости, параллельной заряженной поверхности, причем положение корпуса относительно исследуемой поверхности фиксируется с помощью двух взаимно ортогональных линеек. This goal is achieved in that the meter of the electric potential of the charged surfaces comprises a housing made of an optically transparent dielectric, hermetically sealed and filled with gas, a controlled generator of linearly increasing (linearly changing) voltage (GLIN), connected by one pole to the terminal of the electrode built into a case with gas and another to a plate connected to an earthing switch, a control panel with a logic unit, a photoconverter, an amplifier and a comparator connected in series, connected output to the GLIN control input, which is started from the control panel, two registers connected by information inputs to the GLIN output, control inputs to the outputs of the control panel and comparator, respectively, and outputs to the input of the subtraction node, the output of which is connected to a digital result indicator, and the photoconverter through the optical channel perceives the luminous flux of radiation at the time of ignition of the discharge in the casing with gas. The case with gas is elongated, with a pointed end, fixed in the pantograph and, using a mechanical drive, moves in a plane parallel to the charged surface, and the position of the case relative to the surface under study is fixed using two mutually orthogonal rulers.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение отличается тем, что в нем
- корпус для газа выполняется полностью или частично из оптически прозрачного материала,
- дно корпуса, противоположное измерительному электроду, выполняется заостренным, а сам баллон изготавливается вытянутой (карандашной) формы,
- корпус с газом, выполняющий функцию зонда, крепится в пантографе и перемещается в плоскости, параллельной исследуемой поверхности, с помощью двухкоординатного механического привода,
- перемещение корпуса и его координаты определяется с помощью двух ортогонально ориентированных линеек,
- вспомогательные электроды из баллона исключаются,
- вместо источника регулируемого напряжения используется генератор линейно-нарастающего напряжения,
- результаты промежуточных измерений записываются и хранятся в регистрах,
- вычисление конечного результата измерения выполняется узлом вычитания с индикацией результата цифровым индикатором.Compared with the prototype, the proposed solution is characterized in that it
- the gas housing is made in whole or in part from an optically transparent material,
- the bottom of the body, opposite to the measuring electrode, is pointed, and the balloon itself is made elongated (pencil) shape,
- the case with gas, performing the function of the probe, is mounted in the pantograph and moves in a plane parallel to the surface under study, using a two-coordinate mechanical drive,
- the movement of the body and its coordinates are determined using two orthogonally oriented rulers,
- auxiliary electrodes are excluded from the cylinder,
- instead of a regulated voltage source, a ramp voltage generator is used,
- the results of intermediate measurements are recorded and stored in registers,
- the calculation of the final measurement result is performed by the subtraction unit with the indication of the result by a digital indicator.

Выделенные признаки с их функциями не выявлены в других технических решениях, что соответствует критерию "существенное отличие". The distinguished features with their functions are not identified in other technical solutions, which meets the criterion of "significant difference".

Предлагаемое устройство приведено на чертеже. The proposed device is shown in the drawing.

Работа устройства осуществляется следующим образом. The operation of the device is as follows.

В режиме калибровки ручками 13 и 14 механизма привода корпус 4 перемещается до касания заземленного металлического электрода 2. С пульта управления 8 запускается ГЛИН 1. В момент зажигания разряда в корпусе с газом световой поток излучения воспринимается фотопреобразователем 5, усиливается усилителем 6 и преобразуется компаратором 7 в сигнал, останавливающий ГЛИН. Зафиксированное значение напряжения ГЛИН записывается в регистр 9 значения напряжения калибровки φ_к.
В режимах одиночного измерения или сканирования потенциала ручками 13 и 14 привода корпус размещается над точкой поверхности 3, координаты которой считываются с горизонтальной 16 и вертикальной 15 линеек. С пульта 8 запускается ГЛИН 1, и результат измерения φ_и записывается аналогичным образом в регистр 10. По сигналам готовности результата в обоих регистрах узел 11 выполняет вычитание, формируется значение потенциала точки поверхности φ(x,y) = φ_и-φ_к и высвечивается индикатором результата 12.In the calibration mode, the handles 13 and 14 of the drive mechanism move the housing 4 until the grounded metal electrode 2 touches. From the control panel 8, the GLIN 1 is started. At the moment of ignition of the discharge in the gas case, the light flux of radiation is received by the photoconverter 5, amplified by the amplifier 6, and converted by the comparator 7 to signal stopping CLAY. The fixed value of the GLIN voltage is recorded in the register 9 of the calibration voltage value φ _k .
In the modes of single measurement or scanning of potential with the handles 13 and 14 of the drive, the housing is placed above a point on surface 3, the coordinates of which are read from horizontal 16 and vertical 15 rulers. The console 8 runs CLAYS 1 and φ measurement result _and is similarly recorded in the register 10. As a result readiness signals in both registers unit 11 performs subtraction value generated surface potential point φ (x, y) = φ _and -φ _k and displayed result indicator 12.

Зонд перемещается в новую точку (х,у), и весь процесс повторяется. The probe moves to a new point (x, y), and the whole process repeats.

Устройство допускает дальнейшую автоматизацию измерений, если в него включить микропроцессорный блок управления с шаговыми двигателями в качестве исполнительных механизмов системы позиционирования. The device allows further automation of measurements if it includes a microprocessor control unit with stepper motors as actuators of the positioning system.

Из описания работы следует, что исключение необходимости запоминания промежуточных результатов и выполнения вычислений сокращает время измерений, а значит, увеличивает быстродействие устройства. Наличие компаратора при фиксации зажигания позволяет выполнять саму фиксацию более точно, что вместе с цифровой индикацией приводит к уменьшению систематической погрешности и к повышению точности измерений. From the description of the work it follows that the elimination of the need to memorize intermediate results and perform calculations reduces the measurement time, and therefore, increases the speed of the device. The presence of a comparator during fixation of the ignition allows the fixation to be performed more accurately, which, together with a digital display, leads to a decrease in systematic error and to an increase in the accuracy of measurements.

Применение линеек позволяет выполнять привязку результата измерений к координатам точки поверхности, выполнять сканирование распределения потенциала и значит расширить функциональные возможности устройства. The use of rulers allows you to bind the measurement result to the coordinates of a surface point, scan the distribution of potential, and therefore expand the functionality of the device.

Claims

1. A meter of the electric potential of charged surfaces, including a housing made of an optically transparent dielectric, hermetically sealed and filled with gas, characterized in that a controllable ramp voltage generator (GLIN) is introduced, connected by one pole to the terminal of an electrode built into the housing with gas and the other - to the plate connected to the ground electrode, a control panel, a photoconverter, an amplifier and a comparator connected in series with the output to the GLIN control input, which it is started from the control panel, two registers connected by information inputs with the GLIN output, control inputs with the outputs of the control panel and comparator, respectively, and outputs with the input of the subtraction unit, the output of which is connected to the result indicator, the photoconverter through the optical channel receives the light flux of radiation into discharge ignition moment in the case with gas.

2. The electric potential meter of the charged surfaces according to claim 1, characterized in that the body with gas is elongated, with a pointed end, is fixed in the pantograph and, using a mechanical drive, moves in a plane parallel to the charged surface, the position of the body relative to the surface being studied is fixed with using two mutually orthogonal rulers.

3. The electric potential meter of charged surfaces according to claim 1, characterized in that a digital result indicator is used.