一种用于静电检测的模拟方法与流程

本发明属于静电检测，尤其涉及一种用于静电压和/或静电场检测的方法。

背景技术：

1、在产品的生产制造、传输过程中，由于工艺操作中存在着大量挤压、剥离、摩擦动作，就会不可避免的产生大量的静电荷。这些静电荷会严重威胁产品质量安全，并降低生产效率，造成重大损失。因此，对产品所带静电荷的全面检/监测变得尤为重要。

2、因生产现场工艺环境的复杂性，如，将静电压传感器安装在机械/器设备内部，对机械/器设备内部的带电体进行静电检测；或带电物体周围存在悬空或接地不良的金属支架或机械手臂，对其进行静电检测；或将静电压传感器安装在防静电操作箱内，对防静电操作箱内的带电物体进行静电检测；或带电物体处于空旷区域，对其进行静电检测等，这些迥异的工作环境，会对静电压检测有着重要的影响。

3、目前对产品所带静电的检测，主要以检测产品表面静电压的方式进行，主要的检测仪器为静电电压表、静电压传感器。它们大都利用静电感应原理，采用非接触式的静电检测方式，检测物体表面静电；其实质是对物体表面静电荷所产生的叠加静电场的检测。

4、而针对此类静电压检测仪器的测试或校准方法，主要依据国家计量标准《jjf1517-2015非接触式静电电压测量仪校准规范》，其检测环境和方法单一，由此方法测试、调试出的产品不能应对多样的应用环境。

5、另外，静电压检测表、静电压传感器所测得的物体表面电压值，与检测器所在检测空间的性质与大小有着重大关联，会直接影响最后的检测结果。

6、基于上述应用实际及检测技术原因，现有静电压检测产品及其应用存在如下技术缺陷：

7、1)使用过程中，只关注到带电物体本身，而忽视了带电物体所在的周围空间环境对检测结果的影响；

8、2)使用上述标准的测试方法来调试、校准静电压传感器的检测性能，需要大量的试验准备工作及测试数据，成本较高，效率低。

9、如何能够更科学、合理、直观的研究/展示实际带电物体所在空间电场分布状况，为产品性能提升及合理应用、推广提供支持，是研发工作中急待解决的实际技术问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种用于静电检测的模拟方法。其针对典型应用环境，采用有限元模拟和求解的模式，得到对应的静电势分布公式；根据其仿真结果，能够便捷地得到带电物体所在空间内任意一点的静电参数，直观的看到带电体所形成的静电场的变化规律，以及带电物体所在的周围空间环境对检测结果的影响；将其用于对静电压检测仪器的各种校准方法/装置进行模拟验证，能够提供更适合静电消除工作现场实际情况的静电压检测仪器的校准及检测应用方案；有助于提升产品的环境适用性。

2、本发明的技术方案是：提供一种用于静电检测的模拟方法，其特征是包括下列步骤：

3、1)分析并确定静电压传感器的典型应用环境，建立静电场物理模型；

4、2)根据实际带电物体，建立带电物体仿真结构模型；

5、3)根据典型应用环境，确定对应的仿真物理边界条件，设定带电物体静电检测空间的有限元分析模型；

6、4)进行有限元分析与求解；

7、5)针对不同边界条件下求得的仿真数据进行数值拟合，得到对应的静电势分布公式；

8、6)将得到的静电势分布公式程序化，写入静电传感器单片机程序，根据不同使用环境调用不同检测执行程序。

9、具体的，所述的典型应用环境，包括以下典型的静电物理场：

10、1)机器内部的静电全屏蔽/金属屏蔽静电场；

11、2)周围存在悬空导体的静电场；

12、3)电介质内部的静电场；

13、4)开放空间/全绝缘空间的静电场。

14、具体的，所述的模拟方法，将画好的三维物体结构导入有限元仿真软件，并以此三维物体结构为中心，建立仿真域。

15、进一步的，所述的仿真域尺寸5-10倍于被仿真物体。

16、具体的，所述的模拟方法，在仿真域内设置所需求解域，并将求解域之外的仿真域部分设置为无限元域，计算带电物体所在空间的静电场分布。

17、进一步的，所述的模拟方法，对整个仿真域应用以下方程式：

18、

19、d＝ε0εre

20、

21、其中，e为电场强度(v/m)，v为静电压(v)，d为电位移(c/m2)，ρv为电荷密度(c/m3)，ε0＝8.854187817×10-12f/m为真空介电常数，εr为相对介电常数；

22、将三维物体结构/实际带电物体/的边界条件设置为体或面静电压、电荷量或为电荷密度；

23、将求解域边界面的边界条件设置为接地、悬浮电位、介电屏蔽或零电荷；

24、将仿真域整个外界面的边界条件设置为接地。

25、具体的，所述的模拟方法，分别针对各个求解边界条件，设定对应的求解器，分别计算不同边界条件下仿真域内的空间静电场。

26、进一步的，所述的模拟方法，生成特定边界条件下的空间电势分布图，或通过设置空间数据截线，获取不同水平或垂直距离参数下的空间静电数据，并形成数据图。

27、具体的，所述的模拟方法，将得到的不同边界条件下的仿真数据进行曲线拟合，生成拟合公式：

28、y＝a1*exp(-x/t1)+y0，

29、其中：y为空间电势；x视为检测距离；a1、t1、y0为常数，由边界条件决定。

30、本发明技术方案所述的模拟方法，根据其仿真结果，能够便捷地得到带电物体所在空间内任意一点的静电参数，直观的看到带电体所形成的静电场的变化规律，以及带电物体所在的周围空间环境对检测结果的影响；适用于对静电压检测仪器的各种校准方法/装置进行模拟验证，以提供更适合静电消除工作现场实际情况的静电压检测仪器的校准及检测应用方案；提升产品的环境适用性。

31、与现有技术比较，本发明的优点是：

32、1.采用本发明的技术方案，可便捷的得到带电物体所在空间内任意一点的静电参数，直观的看到带电体所形成的静电场的变化规律，以及带电物体所在的周围空间环境对检测结果的影响。

33、2.可用于对静电压检测仪器的各种校准方法/装置进行模拟验证，以提供更适合静电消除工作现场实际情况的静电压检测仪器的校准及检测应用方案；

34、3.对不同模拟环境条件下得到的仿真数据进行拟合，得到对应的拟合公式，将其程序化，写入静电压传感器的单片机内，并根据使用环境调用不同检测程序，如此极大提升了产品的环境适用性。

35、4.使用本技术方案所述的静电检测模拟测试方法，可自动生成仿真数据，无需大量的试验准备工作及测试数据，实施成本低，研发效率高。

技术特征：

1.一种用于静电检测的模拟方法，其特征是包括下列步骤：

2.按照权利要求1所述的用于静电检测的模拟方法，其特征是所述的典型应用环境，包括以下典型的静电物理场：

3.按照权利要求1所述的用于静电检测的模拟方法，其特征是所述的模拟方法，将画好的三维物体结构导入有限元仿真软件，并以此三维物体结构为中心，建立仿真域。

4.按照权利要求3所述的用于静电检测的模拟方法，其特征是所述的仿真域尺寸5-10倍于被仿真物体。

5.按照权利要求1或3所述的用于静电检测的模拟方法，其特征是所述的模拟方法，在仿真域内设置所需求解域，并将求解域之外的仿真域部分设置为无限元域，计算带电物体所在空间的静电场分布。

6.按照权利要求1所述的用于静电检测的模拟方法，其特征是所述的模拟方法，对整个仿真域应用以下方程式：

7.按照权利要求1或6所述的用于静电检测的模拟方法，其特征是所述的模拟方法，分别针对各个求解边界条件，设定对应的求解器，分别计算不同边界条件下仿真域内的空间静电场。

8.按照权利要求1所述的用于静电检测的模拟方法，其特征是所述的模拟方法，生成特定边界条件下的空间电势分布图，或通过设置空间数据截线，获取不同水平或垂直距离参数下的空间静电数据，并形成数据图。

9.按照权利要求1所述的用于静电检测的模拟方法，其特征是所述的模拟方法，将得到的不同边界条件下的仿真数据进行曲线拟合，生成拟合公式：

10.按照权利要求1所述的用于静电检测的模拟方法，其特征是所述的模拟方法，根据其仿真结果，能够便捷地得到带电物体所在空间内任意一点的静电参数，直观的看到带电体所形成的静电场的变化规律，以及带电物体所在的周围空间环境对检测结果的影响；适用于对静电压检测仪器的各种校准方法/装置进行模拟验证，以提供更适合静电消除工作现场实际情况的静电压检测仪器的校准及检测应用方案；提升产品的环境适用性。

技术总结
一种用于静电检测的模拟方法，属于静电检测领域。包括建立静电场物理模型；建立带电物体仿真结构模型；确定对应的仿真物理边界条件，设定带电物体静电检测空间的有限元分析模型；进行有限元分析与求解；针对不同边界条件下求得的仿真数据进行数值拟合，得到对应的静电势分布公式；将得到的静电势分布公式程序化，写入静电传感器单片机程序，根据不同使用环境调用不同检测执行程序。其采用有限元模拟和求解的模式，能够便捷地得到带电物体所在空间内任意一点的静电参数；将其用于对静电压检测仪器的各种校准方法/装置进行模拟验证，能够提供更适合静电消除工作现场实际情况的静电压检测仪器的校准及检测应用方案；有助于提升产品的环境适用性。

技术研发人员：孙卫星,李鹏,杨庆瑞
受保护的技术使用者：上海安平静电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11