一种静电动态电位测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及电磁测试技术领域，更具体地，涉及一种静电动态电位测试装置。


背景技术：

2.随着微电子技术、材料技术的飞速发展，静电放电所引发的危害日益严重。仅在微电子技术领域，静电危害所造成的损失就达上百亿美元。在生产弹药、火工品及易燃易爆气体、粉尘的防静电场所，静电所造成的燃烧、爆炸等恶性事故更是触目惊心。
3.为了掌握静电起电放电的规律，了解生产、储存和技术保障过程中静电起电的情况，判断操作过程中静电放电的危险性，确定静电危险场所，检验静电防护措施的效能以及分析静电事故，都需要进行静电测试。静电电位的测试是表征静电源的一个重要参数。
4.由于静电电位的测试具有其自身的特点，所以对测试仪器性能指标提出了更高的要求。为了降低测试仪器对被测对象的影响，要求测试仪器具有很小的输入电容和极高的输入电阻。为了能够测试静电起电的动态过程，要求测试仪器既能测试静态信号，又能测试动态信号，必须具有较宽的通频带。
5.目前绝大部分接触式静电测试仪表的电位传递函数是频率的函数，对不同频率的信号，其电位衰减比例不同，在实际测试中存在频率失真，难以用于动态测试。而现有的zpd-1静电电位动态测试仪等，基于“信号自屏蔽-电荷耦合”的静电电位测试原理，解决了高电位、高起电率危险静电源的动态测试手段。但是，由于该仪器传感器体积较大，信号处理较复杂，还存在线性失真和频率响应的问题，而且不适应小型化、网络化传输等要求。


技术实现要素：

6.本实用新型为解决现有技术的局限性，提供了一种静电动态电位测试装置。
7.为实现以上实用新型目的，采用的技术方案是：
8.一种静电动态电位测试装置，包括输入传感器、射极跟随器、直流放大器、数据采集电路、模数转换器；其中：
9.所述输入传感器的输入端用于获取被测静电电位，输出端连接所述射极跟随器的输入端；所述射极跟随器的输出端连接所述直流放大器的输入端；所述直流放大器的输出端连接所述数据采集电路的输入端；所述数据采集电路的输出端连接所述模数转换器的输入端；
10.所述输入传感器采用阻容分压器。
11.相较于现有技术，本实用新型所提供的静电动态电位测试装置基于“信号虚拟屏蔽-分布参数覆盖”的技术原理，实现了静电动态电位参数定量测试，动态特性好、抗干扰能力强、电磁兼容性好，很好的解决了线性失真和频率响应问题；能够为方便各级管理员准确掌握进入防静电工作区工作人员工作过程中静电防护效果提供准确数据；为静电防护采取针对性措施提供了依据，消除静电安全隐患，减少静电危害，杜绝静电事故的发生提供了技术支撑。
12.作为一种优选方案，所述输入传感器的等效电路包括输入电阻r1、对地等效电容c0、电阻r2、电容c1；其中，所述输入电阻r1与所述电阻r2串联，共同作为所述输入传感器的输入端接入被测静电电位ui；所述对地等效电容c0与所述电容c1串联；所述对地等效电容c0与所述输入电阻r1并联；所述电容c1与所述电阻r2并联，所述电容c1的两端作为所述输入传感器的输出端。
13.进一步的，所述输入电阻r1的电阻值为1～2tω。
14.进一步的，所述输入电阻r1的电阻长度为150mm。
15.进一步的，所述电阻r2的电阻值为10mω。
16.进一步的，所述电容c1为cbb定值电容。
17.更进一步的，所述电容c1的电容量为10nf～100nf。
18.进一步的，所述直流放大器为2级反相放大器。
19.进一步的，所述静电动态电位测试装置采用
±
6v电源供电。
附图说明
20.图1为本实用新型实施例提供的静电动态电位测试装置的原理框图；
21.图2为本实用新型实施例阻容分压器的结构示意图；
22.图3为本实用新型实施例阻容分压器的等效电路示意图；
23.图4为本实用新型实施例提供的静电动态电位测试装置的部分电路原理图。
具体实施方式
24.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
25.应当明确，所描述的实施例仅仅是本技术实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术实施例保护的范围。
26.在本技术实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术实施例。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
27.下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
28.此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和 /或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述。
29.以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述。
30.请参阅图1，一种静电动态电位测试装置，包括输入传感器1、射极跟随器 2、直流放大器3、数据采集电路4、模数转换器5；其中：
31.所述输入传感器1的输入端用于获取被测静电电位，输出端连接所述射极跟随器2的输入端；所述射极跟随器2的输出端连接所述直流放大器3的输入端；所述直流放大器3的输出端连接所述数据采集电路4的输入端；所述数据采集电路4的输出端连接所述模数转换器5的输入端；
32.所述输入传感器1采用如图2所示的阻容分压器。
33.相较于现有技术，本实用新型所提供的静电动态电位测试装置基于“信号虚拟屏蔽-分布参数覆盖”的技术原理，实现了静电动态电位参数定量测试，动态特性好、抗干扰能力强、电磁兼容性好，很好的解决了线性失真和频率响应问题；能够为方便各级管理员准确掌握进入防静电工作区工作人员工作过程中静电防护效果提供准确数据；为静电防护采取针对性措施提供了依据，消除静电安全隐患，减少静电危害，杜绝静电事故的发生提供了技术支撑。
34.具体的，被测静电电位提供给输入传感器，经分压后输入射极跟随器(该射极跟随器作为缓冲级)，输出信号通过直流放大器放大后，获取适合a/d转换信号，再转换成数字信号后进行网络传输和存储，便于监测。随后，数字信号可经连接的网线传送到路由器，再经局域网送监控计算机进行控制、存储、显示、分析、评价。由此，该装置可测试静电导体上产生的对地电位及其起电的特性和量值；可监测人体或允许接触的导体上电位变化情况，其输出模拟信号传送至网络数据采集器，完成静电参数的自动测试、记录、处理、显示、分析和报警等功能，生成测试报告，自动完成静电安全性评价。
35.所谓“信号虚拟屏蔽-分布参数覆盖”即分压比固定，可通过后续放大电路的放大倍数调节完成输入量与输出量的对应关系。
36.作为一种优选实施例，请参阅图3，所述输入传感器1的等效电路包括输入电阻r1、对地等效电容c0、电阻r2、电容c1；其中，所述输入电阻r1与所述电阻r2串联，共同作为所述输入传感器1的输入端接入被测静电电位ui；所述对地等效电容c0与所述电容c1串联；所述对地等效电容c0与所述输入电阻r1并联；所述电容c1与所述电阻r2并联，所述电容c1的两端作为所述输入传感器1的输出端。
37.具体的，分压比固定，可通过后续放大电路的放大倍数调节完成输入量与输出量的对应关系。请参阅图3，所述对地等效电容c0由图2所示金属圆管与高压电阻(输入电阻r1)构成近似电容器，金属圆管不直接接地，即实现了“信号虚拟屏蔽”；调节金属圆管位置可改变电容值，同时覆盖了不稳定的分布电容，即实现了“分布参数覆盖”，进而可能影响频率范围上限。电容c1使用稳定性较好的cbb定值电容，电容量在10nf～100nf选定。
38.更具体的，由输入传感器1、射极跟随器2、直流放大器3三部分构成的静电动态电位测试装置的部分电路原理图请参阅图4，其中c0表示输入端“分布参数覆盖”对地等效电容；a1为射极跟随器，a2、a3为直流放大器；
39.该输入传感器，也可看作高压分压器，由2只电阻分压构成，高输入电阻易受外界干扰，分布电容不容忽视，因此下端电阻所并联电容在理论计算的基础上，在一定范围内与上端配合调试选定。输入传感器设计为阻容分压器，阻容分压器总电阻过小，会导致负载功率增大，使电阻温度变化，两者都会引起测量误差增大。考虑输入端耐压不小于10kv，分压
器的总功耗设定不大于1mw，再考虑结构尽可能小巧等因素，则高压臂电阻(输入电阻r1)可选用1只1
×
10
12
ω高压电阻，电阻长度约150mm，低压臂电阻(电阻r2)可选用一只不小于1
×
107ω电阻，以获得较适宜的输入量。当起电电位大于1kv时，由程序实现报警，提示操作人员注意防护。电路采用
±
6v电源供电。
40.因此，进一步的，所述输入电阻r1的电阻值为1～2tω。
41.进一步的，所述输入电阻r1的电阻长度为150mm。
42.进一步的，所述电阻r2的电阻值为10mω。
43.进一步的，所述电容c1为cbb定值电容。
44.更进一步的，所述电容c1的电容量为10nf～100nf。
45.进一步的，所述直流放大器3为2级反相放大器。
46.进一步的，所述静电动态电位测试装置采用
±
6v电源供电。
47.更进一步的，本实施例提供的静电动态电位测试装置还可以结合网络传输组件实现对静电动态电位进行自动测试，将测试结果进行网络化传输并实现远程监控；结合语音报警组件，当起电电位大于1kv时，由程序实现报警，提示操作人员注意防护。
48.由强电磁环境模拟与防护技术国防重点实验室对本实施例提供的静电动态电位测试装置进行了测试并出具测试报告，由静电计量测试站对该仪器进行了检定并出具检定证书，经测试、检定该系统技术指标合格，达到设计要求。测试、检定完成后，使用该装置对本单位进入防静电工作区的工作人员操作过程中产生静电动态电位和物体之间接触分离产生静电动态电位进行了测试应用验证。结果表明：静电动态电位测试装置在测试过程中，工作稳定，测试数据准确，数据传输正确，各项功能实现，达到了设计目标，特别是很好的解决了线性失真和频率响应问题。该装置成功研制，解决了现有技术无静电动态电位测试手段的问题，实现了静电动态电位参数定量测试。为方便各级管理员准确掌握进入防静电工作区工作人员工作过程中静电防护效果提供了准确数据。为静电防护采取针对性措施提供了依据，消除静电安全隐患，减少静电危害，杜绝静电事故的发生提供了技术支撑。
49.由此，本实施例提供的静电动态电位测试装置的技术指标整理如下：
50.输入电阻：不小于1
×
10
12
ω；
51.频率范围：dc～2khz；
52.测量范围：
±
10v～
±
2kv；
53.最大允许误差：
±
5％；
54.电路电源：采用
±
6v电源供电。
55.不同的物体，处于不同的环境(或置于不同的绝缘体上)，其对地的静电泄漏电阻亦不同。物体之间以不同的速度接触分离，将会带上不同程度的静电。电位变化用其频谱来描述，可能是毫秒级的尖脉冲，也可能是具有稳恒性质的缓变信号，但在大多数情况下，频谱分布较宽。结合测试结果，整体而言，本实施例提供的静电动态电位测试装置具有以下优点：
56.①
输入电阻高。在任何情况下，其输入电阻均要保持在10
12
w以上。可避免因引入测试仪器加快被测带电体的静电泄漏，造成测试误差。
57.②
动态特性好。低通频带宽度不小于1khz，且对低通频带范围内的任一频率的信号具有相同的传递函数，保证测试波形不失真。
58.③
抗干扰能力强，高电压非线性失真小。无论被测电位信号幅值大小，均能进行准确测试。
59.④
能实现自动测试，远程监控。结合网络传输器件，能够对静电动态电位进行自动测试，将测试结果进行网络化传输并实现远程监控。
60.⑤
能实现语音报警功能。结合语音报警组件，当起电电位大于1kv时，由程序实现报警，提示操作人员注意防护。
61.⑥
电磁兼容性好。满足gjb151b-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》中电磁兼容性要求。
62.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。