专利名称：一种静电电压测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及电子测量技术领域，尤其涉及ー种静电电压测量装置及方法。
背景技术：
静电测量广泛应用于科学研究、石油化工、国防军事、钢铁冶金、环境保护、半导体制造等领域。目前，常见的静电测量技术为振动电容非接触式測量。振动电容非接触式测量是采用一个电极靠近被测静电体，通过使电极与被测静电体的距离周期性交变或电极感应面积周期性交变，即改变电极与被测静电体间的耦合电容量，測量流过电极的交流电流，间接测得被测静电体的电压。振动电容非接触式测量又分为校正型振动电容非接触式测量和平衡型振动电容非接触式測量。校正型振动电容非接触式測量需要校正电极面积及电极与被测静电体的平均距离和距离振幅，或者需要校正电极面积振幅及电极与被测静电体的距离，同时，校正型振动 电容静电测量对电极安装位置、安装角度要求较高。平衡型振动电容静电测量将振动电容、辅助程控电压源、被测静电体等效串联，通过改变辅助程控电压源的极性和调节辅助程控电压源的电压，使流过振动电容的电流为零，从而测得被测静电体的电压。平衡型振动电容非接触式測量需要产生与被测静电体电压幅度相同的电压，对于高压静电测量场合，实现比较困难。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种静电电压测量装置及方法，用以解决现有的振动电容非接触式測量需要校正电极面积、面积振幅、电极与被测静电体的距离以及距离振幅，需要产生与被测静电体电压同等幅度的比较电压，同时电极的形状、安装位置和安装角度影响测量结果的问题，其技术方案如下一种静电电压测量装置，包括电极、振动器、电压源、电流取样装置和处理器；所述电压源输出交直流叠加的电压至被测静电体；所述处理器控制所述振动器振动以带动与所述振动器连接的所述电极振动，其中，所述电极靠近所述被测静电体设置，所述电极与所述被测静电体之间的耦合电容因所述电极的振动而交变；所述电压源、所述被测静电体、所述电极、所述电流取样装置形成串联回路，所述电流取样装置对被测静电体通过所述电极耦合的电流进行取样，得到取样电流，并将包含有所述取样电流的取样电流信号发送至所述处理器；所述处理器从所述取样电流信号中提取电流分量井根据提取的电流分量获取所述被测静电体的静电电压參数。所述取样电流具体为所述电压源、所述被测静电体、所述电极和所述电流取样装置所形成的串联回路的电流。 所述处理器从所述取样电流信号提取电流分量井根据提取的电流分量获取所述被测静电体的静电电压參数，具体为所述处理器从所述取样电流信号中提取j次电流分量幅值，并提取j+i、j_i或i_j次电流分量幅值，井根据提取的电流分量幅值获取所述被测静电体的静电电压幅值和静电电压极性，其中，j为大于等于I的正整数，I为大于等于I的正整数，且j不等于i。所述电压源、所述被测静电体、所述电极和所述电流取样装置所形成的串联回路的电流为
权利要求
1.一种静电电压测量装置，其特征在于，包括电极、振动器、电压源、电流取样装置和处理器； 所述电压源输出交直流叠加的电压至被测静电体； 所述处理器控制所述振动器振动以带动与所述振动器连接的所述电极振动，其中，所述电极靠近所述被测静电体设置，所述电极与所述被测静电体之间的耦合电容因所述电极的振动而交变； 所述电压源、所述被测静电体、所述电极和所述电流取样装置形成串联回路，所述电流取样装置对被测静电体通过所述电极耦合的电流进行取样，得到取样电流，并将包含有所述取样电流的取样电流信号发送至所述处理器； 所述处理器从所述取样电流信号中提取电流分量井根据提取的电流分量获取所述被测静电体的静电电压參数。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述取样电流具体为 所述电压源、所述被测静电体、所述电极和所述电流取样装置所形成的串联回路的电流。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述处理器从所述取样电流信号提取电流分量井根据提取的电流分量获取所述被测静电体的静电电压參数，具体为 所述处理器从所述取样电流信号中提取j次电流分量幅值，并提取j+i、j-i或i_j次电流分量幅值，然后根据提取的电流分量幅值获取所述被测静电体的静电电压幅值和静电电压极性，其中，j为大于等于I的正整数，i为大于等于I的正整数，且j不等于i。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述电压源、所述被测静电体、所述电极和所述电流取样装置所形成的串联回路的电流为
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电极与所述被测静电体之间的耦合电容为
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电压源输出的电压为
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述j次电流分量幅值为角频率为Coj的电流分量幅值，j+i次电流分量幅值为角频率为的电流分量幅值，j-i次电流分量幅值为角频率为的电流分量幅值，i-j次电流分量幅值为ω ^ 的电流分量幅值。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述j次电流分量幅值为 I0=CjWj(U^Udc)； 所述j+i次电流分量幅值为
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在干，所述根据提取的电流分量的幅值获取所述被测静电体的静电电压幅值和静电电压极性，具体为 当Udc大于等于O吋，如果j次电流分量幅值Itl随Udc的增大而増大，则所述被测静电体所带静电电压为正，所述静电电压幅值为
10.一种静电电压测量方法，其特征在干，应用于包括电极、振动器、电压源、电流取样装置和处理器的静电电压测量装置，包括 所述电压源输出交直流叠加的电压至被测静电体； 所述处理器控制所述振动器振动以带动所述电极振动，其中，所述电极靠近所述被测静电体设置，所述电极与所述被测静电体之间的耦合电容因所述电极的振动而交变； 所述电流取样装置对被测静电体通过所述电极耦合的电流进行取样，得到取样电流，并将包含有所述取样电流的取样电流信号发送至所述处理器； 所述处理器从所述取样电流信号中提取电流分量井根据提取的电流分量获取所述被测静电体的静电电压參数。
全文摘要
本发明提供了一种静电电压测量装置，包括电极、振动器、电压源、电流取样装置和处理器；电压源输出交直流叠加的电压至被测静电体；处理器控制振动器振动以带动电极振动，电极靠近被测静电体，电极与被测静电体之间的耦合电容因电极的振动而交变；电流取样装置对被测静电体通过电极耦合的电流信号进行取样，并将取样的电流信号发送至处理器；处理器从取样的电流信号中提取电流分量并根据提取的电流分量获取被测静电体的静电电压参数。本发明提供的静电电压测量装置不需要校正电极面积、面积振幅及电极与被测静电体的距离和距离振幅，也不需要产生与被测静电电压同等幅度的比较电压，同时电极的形状、安装位置和角度对测量结果没有影响。
文档编号G01R19/00GK102692544SQ20121018915
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月8日 优先权日2012年6月8日
发明者彭磊 申请人:彭磊