一种消除电容分压测量电位中漏电流影响的方法与流程

本发明涉及航天器材料空间环境效应测试技术领域，特别涉及一种消除电容分压测量电位中漏电流影响的方法。

背景技术：

星用材料的低电导率使它们在轨暴露于空间等离子体和带电粒子环境中时，在介质表面和内部积累电荷。航天器表面充电和放电对航天器的运行造成很大危害，因此，对航天器的表面电位进行在轨监测，并利用监测数据对航天器的防静电设计进行指导非常必要。

航天器的表面电位一般包括结构电位和差异电位两种；其中，不同位置的差异电位与航天器静电放电有着更密切的关系。差异电位的监测只能靠对安装在航天器表面的样品材料电位进行测量来获得。目前有两类测量差异电位的装置用于在轨飞行。一类是采用振动音叉来测量介质表面的电场强度进行表面电位监测，另一类是采用固定频率振动装置实现的动电容非接触测量高压的方式。如图1所示，采用的是交流驱动振动装置，驱动电路需要使用与输出端解调电路同步的振荡器，且输出端需要设置有前置放大、主放大器、窄带滤波、解调电路等电路单元，该驱动电路十分繁杂，同时由于带宽较高，噪声不稳定，对放大电路要求较高。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种消除电容分压测量电位中漏电流影响的方法，以解决现有技术中采用固定频率振动装置实现的动电容非接触测量高压的方式所存在的驱动电路十分繁杂，同时由于带宽较高，噪声不稳定，对放大电路要求较高等技术性问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种消除电容分压测量电位中漏电流影响的方法，所述测压方法基于下述测压结构及测压步骤，

测压结构：测压结构包括待测压极板、感应极板、铝壳及压电陶瓷，所述待测压极板水平的固定在铝壳上端，所述铝壳底部设有陶瓷座，所述压电陶瓷下端安装在陶瓷座上，上端抵接感应极板，所述感应极板水平的设置在待测压极板下方并与待测压极板不接触，所述感应极板可在压电陶瓷堆叠伸缩时沿着铝壳两侧上下移动，所述压电陶瓷驱动端口连接多档位直流电源，所述感应极板通过电压保持电容ch接地，所述待测压极板、感应极板均通过绝缘体与铝壳隔离，

测压步骤：

多档位直流电源采用v1与v2分别驱动压电陶瓷堆叠，使感应极板与待测压极板间距分别为d1与d2，感应极板测得电位vh分别为vh1和vh2其中，d1与d2采用dn表示，vh1和vh2采用vhn表示，vs为待测压极板电位，，v0为漏电流引起的感应极板误差电位，s为待测压极板的面积，通过公式

可解出vs与v0的数值。

优选地，多档位直流电源采用v3驱动压电陶瓷堆叠，产生d3，对解出vs与v0的数值进行验证。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

本发明的消除电容分压测量电位中漏电流影响的方法，解决了传统电容分压测量高电压，漏电流的致命影响；相对于采用固定频率振动装置实现的动电容非接触测量高压的方式，本发明采用两档直流驱动，驱动电路简单，同时由于带宽被压缩在低频，噪声更小，且对放大电路要求更低，不需要窄带滤波电路和解调电路。

附图说明

图1为现有技术的动电容非接触测量高压的电路原理图；

图2为本发明的消除电容分压中的漏电流影响的极板测压结构图；

图3为本发明的消除电容分压中的漏电流影响的极板测压结构的等效电路图。

图中：待测压极板1，感应极板2，铝壳3，压电陶瓷4，陶瓷座5，多档位直流电源6，绝缘体7。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明进行清楚、完整地描述。

本发明的一种消除电容分压测量电位中漏电流影响的方法，所述测压方法基于下述测压结构及测压步骤，

如图2所示，测压结构：测压结构包括待测压极板1、感应极板2、铝壳3及压电陶瓷4，所述待测压极板1水平的固定在铝壳3上端，所述铝壳3底部设有陶瓷座5，所述压电陶瓷4下端安装在陶瓷座5上，上端抵接感应极板2，所述感应极板2水平的设置在待测压极板1下方并与待测压极板1不接触，所述感应极板2可在压电陶瓷4堆叠伸缩时沿着铝壳3两侧上下移动，所述压电陶瓷4驱动端口连接多档位直流电源6，所述感应极板2通过电压保持电容ch接地，所述待测压极板1、感应极板2均通过绝缘体7与铝壳3隔离，如图3所示，测压结构的等效电路，压电陶瓷4的驱动部分连接多档位直流电源6，电流输出部分，连接放大电路及低通滤波电路，其中，

测压步骤：

多档位直流电源采用v1与v2分别驱动压电陶瓷堆叠，使感应极板与待测压极板间距分别为d1与d2，感应极板测得电位vh分别为vh1和vh2其中，d1与d2采用dn表示，vh1和vh2采用vhn表示，vs为待测压极板电位，，v0为漏电流引起的感应极板误差电位，s为待测压极板的面积，通过公式

可解出vs与v0的数值。

公式1推导过程：

由于感应极板2与电压保持电容ch,相连，待测压极板1的表面电位vs可由感应极板2的电位vh给出：

vs＝vhch(1/ch+1/cs)

其中：cs为待测压极板1与感应极板2所形成的电容，其可由下式给出：

其中：dx为待测压极板1厚度，一般在几十微米，s为待测压极板1面积，dy待测压极板1与感应极板2距离，一般在几毫米。由于dx远小于dy，因此cs远小于ch，vs和vh的关系可近似表达为:

vs/vh＝chd2/ε0s

对于上述，待测压极板1面积s，待测压极板1与感应极板2距离dy，也已固定。为电压保持电容ch选定合适的容值，可保证电压测量的量程和分辨率。采用一般的ic实现高压测量，由于其输出电位幅度限制，需要分压比vs/vh保持在1k左右，采用了两个不同容值的电容作为电压保持器件，这样可以通过对电容的切换实现量程切换，保证了不同量程下的电压分辨率。

多档位直流电源6采用v3驱动压电陶瓷堆叠，产生d3，对解出vs与v0的数值进行验证,可以对采样电容的漏电性能给出评估，以确定其是否失效，而该功能在无人值守场景，如辐射环境，空间环境中，十分必要。

综合本发明的电路结构与工作原理可知，本发明的消除电容分压测量电位中漏电流影响的方法，解决了传统电容分压测量高电压，漏电流的致命影响；相对于采用固定频率振动装置实现的动电容非接触测量高压的方式，本发明采用两档直流驱动，驱动电路简单，同时由于带宽被压缩在低频，噪声更小，且对放大电路要求更低，不需要窄带滤波电路和解调电路。本发明所提供的验证方法，可以对采样电容的漏电性能给出评估，以确定其是否失效，其他发明不具备该功能，而该功能在无人值守场景。