TWI645200B - 非接觸式靜電量測裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種非接觸式靜電量測裝置，其包括：一感測電極、一開關電路及一資料擷取單元。感測電極用以非接觸式地感測一待測物之靜電量，開關電路耦接於感測電極，開關電路具有一電子開關及一與電子開關並聯的偵測電容，電子開關具有一短路狀態及一斷路狀態；於斷路狀態時，偵測電容藉由感測電極對待測物所感應到的靜電進行充電，以便偵測電容輸出一靜電電壓訊號；於短路狀態時，感測電極藉由電子開關耦接於一偏壓端，亦使偵測電容藉由電子開關進行放電；資料擷取單元耦接於開關電路，以取得靜電電壓訊號，藉以達到更精準的量測。

Description

非接觸式靜電量測裝置

本發明係有關於一種非接觸式靜電量測裝置，尤其一種採用電子式開關的非接觸式靜電量測裝置。

按，靜電放電(Electro Static Discharge)，簡稱ESD。靜電放電會引起電流熱效應，像是火花 (如引起著火與爆炸，零件擊穿或燒毀) 和電磁場效應 (電磁干擾)，因此，對於電子產品而言，若能透過檢測與防治措施，則能夠避免靜電放電帶來的損害。

而為了量測靜電現行有使用接觸式靜電計或非接觸式靜電計對於電子產品或設備進行靜電量測，以便監測靜電量是否對於電子產品產生影響；其中，接觸式靜電計係利用探頭與被測帶電體之間的電容直接感應放大後顯示靜電電壓，惟在一些無法接觸的場合中，使用上較為不便利。而非接觸式靜電計主要係將探頭靠近帶電體，利用探頭與被測帶電體之間產生的畸變電場測試帶電體的表面電位，實質上係對帶電體表面電場的測試，而與接觸式靜電計相比輸入電容、輸入電阻影響較小，測量準確度較高些。

而現行的非接觸式靜電計有如旋轉式葉片靜電計，其主要利用一電機帶動一金屬葉片旋轉運動，使金屬葉片相對於外部電場為暴露或屏蔽狀態，以便進行充電或放電，進而在充放電過程中進行數值讀取，而量測靜電數值，惟此種靜電計，礙於電機耗能較大有機械老化之虞慮，且回應速度慢，無法長時間監測使用。

故，如何設計出一種非接觸式靜電量測裝置，用以改善前述的缺點，為相關業界所欲解決的課題之一。

為解決上述課題，本發明揭露一種非接觸式靜電量測裝置，其利用電子開關對於電容充放電，並擷取靜電電壓訊號進而觀察其變化，以使量測更加精準，並解決機械式量測所產生的問題。

為達上述目的，本發明一項實施例中提供一種非接觸式靜電量測裝置，其包括：一感測電極、一開關電路、一放大器以及一資料擷取單元。感測電極用以非接觸式地感測一待測物，開關電路係耦接於感測電極，開關電路具有一電子開關及一電連接電子開關的電容，當電子開關於斷路狀態時能對該電容進行充電，以便電容輸出一電壓訊號，放大器係耦接於電子開關單元，放大器用以接受電壓訊號，資料擷取單元係耦接於放大器。

藉此，本發明之電子開關具有較高的切換頻率，有利於擷取更多的訊號資料，以達到更精準的量測。

此外，本發明無須使用機械式量測，進而免除機械老化所產生的精準度不佳的缺點。

進一步地，本發明更包括一保持電路耦接於放大器與資料擷取單元之間。藉由輸入靜電壓為正或負值時，透過保持電路保持其最高電壓或最低電壓值，以便易於觀察判斷。

以下參照各附圖詳細描述本發明的示例性實施例，且不意圖將本發明的技術原理限制於特定公開的實施例，而本發明的範圍僅由申請專利範圍限制，涵蓋了替代、修改和等同物。

請參閱圖1至圖3所示，本發明之非接觸式靜電量測裝置，包括一感測電極10、一開關電路20以及一資料擷取單元30，感測電極10係為金屬片用以非接觸式地感測一待測物100，以便感測待測物100之靜電量。其中：

待測物100，係本身帶有靜電而使感測電極10感應產生正靜電壓或負靜電壓。

開關電路20，係包括一電子開關21及一偵測電容22，電子開關21係與偵測電容22並聯設置，且電子開關21係與偵測電容22的一端耦接於感測電極10，電子開關21係與偵測電容22的另一端則耦接於一偏壓端23，其中電子開關21可為雙極性電晶體或金屬氧化物半導體場效電晶體等。電子開關21具有一短路狀態以及一斷路狀態；於斷路狀態時，偵測電容22藉由感測電極10對待測物100所感應到的靜電進行充電，以便偵測電容22輸出一靜電電壓訊號；於短路狀態時，感測電極10藉由電子開關21耦接於偏壓端23，亦使偵測電容22藉由電子開關21進行放電，使累積於偵測電容22上的電荷經由偏壓端23排除，並重置於某一固定偏壓，進而完成重置步驟，以便下一次量測。其中，電子開關21於斷路與短路狀態之間的作動頻率可達20MHz。

資料擷取單元30，係耦接於開關電路20，以取得所述的靜電電壓訊號。資料擷取單元30能夠輸出數位訊號控制開關電路20之電子開關21進行斷路狀態與短路狀態的切換，以便進行偵測電容22的充放電。其中，資料擷取單元30能夠耦接一主機，以使靜電電壓訊號能夠透過資料擷取單元30以圖化進行編輯儲存，並顯示於主機，於本發明實施例中，資料擷取單元30係為LabVIEW 程式設計介面，但不以此為限。

本發明更包括一放大器40，其耦接於開關電路20與資料擷取單元30之間，而將所述的靜電電壓訊號對應放大為一靜電放大訊號，再傳送至資料擷取單元30。其中，於本發明實施例中，放大器40具有一正端41、一負端42、一輸出端43、一第一電阻44以及一第二電阻45，第一電阻44之兩端分別耦接於開關電路20及負端42，第二電阻45之兩端則分別耦接於負端42及輸出端43，正端41則耦接於一參考電壓端46，而形成一反向放大電路結構。而所述的第二電阻45為一可變電阻，用以調整放大器40的放大倍率。

據此，本發明透過電子開關21之斷路與短路切換過程中，以使偵測電容22進行充電、放電，以便輸出靜電電壓訊號至資料擷取單元30，用以準確量測待測物100的靜電量。且由於本發明採用非接觸式量測，其準確度較高，同時電機耗損的問題，有效地作為長期監測待測物100的靜電變化。

如圖3係為本發明另一實施例，其主要係於資料擷取單元30與放大器40之間耦接一保持電路50，其能使有效將數值保持住，以便觀察，提高測量精準度。保持電路50係為一最高電壓保持電路或是一最低電壓保持電路，於本發明實施例中，保持電路50包含一最高電壓保持單元51及一最低電壓保持單元52，據此，不論待測物100以正靜電壓輸入或是負靜電壓輸入於開關電路20，皆能透過保持電路50進行最高電壓或是最低電壓的數值保持，以便發揮數值保持功效，進而達到便於觀察的效果。

舉例來說，當待測物100以正靜電壓輸入開關電路20，偵測電容22逐漸完成充電，放大器40輸出的電壓值逐漸以位準電壓上升，且偵測電容22完成充電時，則得到最大的輸出電壓，因此，透過保持電路50之最高電壓保持單元51將其電壓值保持住，以便觀察其變化。

又，當待測物100以負靜電壓輸入開關電路20時，偵測電容22逐漸完成充電時，其放大器40輸出電壓是從位準電壓逐漸下降且達一最低值，當其放電時，才逐漸又上升至位準電壓，而再次充電時，又再次地下降至最低值，因此，此時最低值為有意義的數值，故需要保持電路50之最低電壓保持單元52將其電壓值保持在最低值，以供觀察。

藉此，本發明使用電子開關21，並於開關切換之間對於偵測電容22進行充放電，有利於擷取更多的訊號資料，以達到更精準的量測。

此外，本發明使用感測電極10以非接觸方式與待測物100進行感測，且裝置更無須使用機械式量測電壓，能夠免開機械老化或疲勞所產生精準度不佳的缺點。

雖然本發明是以一個最佳實施例作說明，精於此技藝者能在不脫離本發明精神與範疇下作各種不同形式的改變。以上所舉實施例僅用以說明本發明而已，非用以限制本發明之範圍。舉凡不違本發明精神所從事的種種修改或改變，俱屬本發明申請專利範圍。

100‧‧‧待測物

20‧‧‧開關電路

22‧‧‧偵測電容

30‧‧‧資料擷取單元

41‧‧‧正端

43‧‧‧輸出端

45‧‧‧第二電阻

50‧‧‧保持電路

52‧‧‧最低電壓保持單元

10‧‧‧感測電極

21‧‧‧電子開關

23‧‧‧偏壓端

40‧‧‧放大器

42‧‧‧負端

44‧‧‧第一電阻

46‧‧‧參考電壓端

51‧‧‧最高電壓保持單元

[圖1]係為本發明非接觸式靜電量測裝置的架構示意圖，顯示電子開關為斷路狀態。 [圖2]係為本發明非接觸式靜電量測裝置的架構示意圖，顯示電子開關為導通狀態。 [圖3]係為本發明另一實施例之架構示意圖，顯示保持電路耦接於放大器與資料擷取單元間。

Claims (8)

1. 一種非接觸式靜電量測裝置，其包括：一感測電極，係用以非接觸式地感測一待測物之靜電量；一開關電路，係耦接於該感測電極，該開關電路具有一偵測電容以及一與該偵測電容並聯的電子開關，該偵測電容及該電子開關的一端係耦接於該感測電極，另一則耦接於一偏壓端，該電子開關具有一短路狀態以及一斷路狀態，於該斷路狀態時，該偵測電容藉由該感測電極對該待測物所感應到的靜電進行充電，以便該偵測電容輸出一靜電電壓訊號，於該短路狀態時，該感測電極藉由該電子開關耦接於該偏壓端，亦使該偵測電容藉由該電子開關進行放電；一保持電路，係耦接於該開關電路，該保持電路用以接收該靜電電壓訊號；以及一資料擷取單元，係耦接於該保持電路，該資料擷取單元取得該保持電路所接收之該靜電電壓訊號。
2. 如請求項1所述之非接觸式靜電量測裝置，更包括一放大器，該放大器耦接於該開關電路與該保持電路之間，而將該靜電電壓訊號對應放大為一靜電放大訊號，再傳送至該資料擷取單元。
3. 如請求項2所述之非接觸式靜電量測裝置，其中，該放大器具有一正端、一負端、一輸出端、一第一電阻以及一第二電阻，該第一電阻之兩端分別耦接於該開關電路及該負端，該第二電阻之兩端則分別耦接於該負端及該輸出端，該正端則耦接於一參考電壓端，而形成一反向放大電路結構。
4. 如請求項3所述之非接觸式靜電量測裝置，其中，該第二電阻為一可變電阻，而可調整該放大器的放大倍率。
5. 如請求項1所述之非接觸式靜電量測裝置，其中，該保持電路係為最高電壓保持電路。
6. 如請求項1所述之非接觸式靜電量測裝置，其中，該保持電路係為最低電壓保持電路。
7. 如請求項1所述之非接觸式靜電量測裝置，其中，該保持電路包含一最高電壓保持單元以及一最低電壓保持單元。
8. 如請求項1所述之非接觸式靜電量測裝置，其中，該電子開關為選自於由雙極性電晶體及金屬氧化物半導體場效電晶體之任一種。