一种自身带有检测功能的离子棒的制作方法

本发明属于静电消除领域，尤其涉及一种用于主动式静电消除系统的棒式静电消除装置。

背景技术：

随着半导体器件、液晶平板显示或塑料薄膜的流水生产线对静电防护要求的不断提高，对产品进行在线即时消除，正在成为标准要求。

离子棒是一种固定式静电消除的专用设备，属主动式静电消除系统产品的一种。其具有安装简易、工作安全稳定、消除静电速度快的特点。

目前市场上已存在多种品牌的各种脉冲交流离子棒，这些离子棒中的大部分，其自身不具有离子平衡的检测与反馈功能；即使具有此功能的离子棒，其检测与反馈装置、方法也较为简单，只能定性的实现简单的检测报警功能(如：1、清洁报警功能，当电极针附着上灰尘或电极针因电蚀造成针尖钝化，最终导致正负离子产生数量减少，检测到的信号值变小，当低于设定值时输出清洁报警；2、高压故障报警功能，当高压模块损坏，将检测不到信号值，则发出高压故障报警。)，反馈调节功能基本不能实现。这样就会导致离子棒维持良好离子平衡的时间变短，离子平衡长期稳定性较差。

如图1中所示，现有离子棒的结构通常包括离子棒芯1(对于气源型的离子棒，在离子棒芯中还设置有气腔6)，在离子棒芯上设置有电极座4，电极座中固定有电极针5，电极针经电极针套3与高压组件2电连接，在离子棒芯外表还设置有不锈钢电极7(亦称u型不锈钢检测装置)。

现有离子棒的不锈钢电极7多为u型的直接接地电极，起到的作用是与电极针5之间形成一个固定的电场，使电极针尖端产生电晕放电，释放正负离子消除物体表面静电荷；另，少数现有离子棒的u型不锈钢电极设置成了检测与反馈电极，此结构虽可检测到电信号，但其中绝大部分是高压组件和/或高压传输电路产生的电磁场感应信号，而并非主要是放电电离信号(即电极针电离出的正负离子自身运动形成的电信号)，而放电电离信号则是对离子平衡起直接重要作用的电信号。

从另一个方面来说，如图2a和图2b中所示，处于棒芯中的高压组件2和气腔6内的电极针套3会由于其上存在交变高压电或变化的直流电，而向周围空间传递电磁辐射场；而u形的不锈钢电极7则包裹在其周围，u形不锈钢电极始终处于低电势，故其接收到的电信号绝大部分是电磁感应信号，而非电极针放电电离产生的离子电流信号。

因脉冲交流/脉冲直流离子棒可被设置在不同频率和电压下工作(此功能是为应对不同安装距离而设计的)，而当离子棒处于不同频率和电压时，所检测到的电信号是完全不同的；这种情况下就不能够单单使用一种检测反馈程序来处理检测到的电信号及用以反馈调节离子平衡。

因此，在实际设计和产品制造中，有必要设计出一种能够实现对放电电离信号进行检测的离子棒结构。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种自身带有检测功能的离子棒。其在现有离子棒结构的基础上，设置有专门的检测电极，能够屏蔽高压电路及高压输送过程中产生的大部分电磁场感应信号，大幅度地减少了高压组件和/或高压传输电路产生的电磁场对放电电离信号采集的影响，同时提高了对放电电离信号的采集比例。且能够针对不同工作频率和电压下接收到的放电电离信号，采取不同的检测反馈程序对离子棒平衡电压进行调整，更便于在不同工作参数下，维持离子棒平衡性能的长期稳定。

本发明的技术方案是：提供一种自身带有检测功能的离子棒，包括离子棒芯，在离子棒芯中设置有高压组件、电极针套和气腔，在离子棒芯表面设置有电极座，在电极座中设置有电极针，电极针经电极针套与高压组件电连接；在离子棒芯的外部设置有不锈钢电极；其特征是：

所述的不锈钢电极设置在离子棒芯横截面的至少一侧，用于构成接地电极，用于屏蔽高压电路及高压输送过程中产生的电磁场感应信号；

在所述的离子棒芯上，设置至少一个检测电极；

所述的检测电极设置在电离发生部位的两侧或周围，所述的检测电极用于对电极针的放电电离信号进行采集；

所述的检测电极电连接至检测反馈电路。

具体的，所述的不锈钢电极为条形接地电极，设置在离子棒芯横截面的两侧。

其所述的电离发生部位包括电极座。

进一步的，所述的电离发生部位包括位于电极座中的电极针针尖部位。

其所述检测电极的横截面为矩形状、弧形状、环形状或圆形线状。

具体的，所述的接地电极或检测电极，设置在离子棒芯的外表面，或者，镶嵌在离子棒芯的本体上或本体中。

本发明的技术方案，还提供了一种自身带有检测功能的离子棒，包括离子棒芯，在离子棒芯上设置有接地电极；其特征是：

所述的接地电极设置在离子棒芯横截面的至少一侧，用于屏蔽高压电路及高压输送过程中产生的电磁场感应信号；

在离子棒芯上还设置有至少一个检测电极，用于接收电离发生部位的放电电离信号；

所述的检测电极电连接至一个检测反馈电路；

所述检测反馈电路的输出端，与离子棒高压电路的控制端对应连接；

所述的检测反馈电路，对不同工作频率和工作电压下采集到的放电电离信号，采取不同的检测反馈程序对离子棒平衡电压进行调整，以保证在不同工作参数下维持离子棒平衡性能的长期稳定，提升离子棒在不同使用环境或使用条件下的适用能力。

具体的，当所述的离子棒处于某一设定的工作频率与工作电压下时，所述的检测反馈电路读取该状态下的工作频率参数fi和工作电压参数ui，以及检测电极所检测到的放电电离信号si，调用与其对应的反馈调节子程序pi来对离子棒平衡电压bi进行调节；

所述的反馈调节子程序，通过改变离子棒或电极针工作电压的占空比和电压，来对离子棒平衡电压进行调节。

进一步的，所述的放电电离信号s与离子平衡电压b的关系用如下的函数关系式表示：

s＝φ(b)；

其中，当b＝-30v时，s＝sa；

当b＝+30v时，s＝sb。

更进一步的，当所述的放电电离信号s＜sa时，反馈调节子程序将逐步调大占空比或正电压，使sa＜s＜sb；

当放电电离信号s＞sb时，反馈调节子程序将逐步调小占空比或正电压，使sa＜s＜sb；

当调整占空比超过da≤d≤db，或者，当调整正电压值超过ua≤u≤ub，则反馈调节子程序终止，发出离子平衡报警或清洁报警；

其中，d为占空比，da为b＝-30v时的占空比，db为b＝+30v时的占空比；

u为正电压值，ua为b＝-30v时的正电压，ub为b＝+30v时的正电压。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.采用本技术方案的接地电极和检测电极结构后，可屏蔽高压电路及高压输送过程中产生的大部分电磁场感应信号，极大提高了对放电电离信号的采集比例，进而为调节离子棒平衡电压的稳定性提供了最直接最关键的基础信号；

2.采用本技术方案后，由于对不同工作频率和电压下采集处理到的放电电离信号，采取不同的检测反馈程序对离子棒平衡电压进行调整，将更利于在不同工作参数下维持离子棒平衡性能的长期稳定，极大地提升了离子棒在不同使用环境(或使用条件)下的适用能力。

附图说明

图1是现有离子棒的结构示意图；

图2a和图2b是现有离子棒周围正高压电场和负高压电场的分布示意图；

图3a是本发明离子棒的基本结构示意图；

图3b是图3a中检测电极的横截面结构示意图；

图3c是图3a中检测电极的俯视结构示意图；

图4a本发明离子棒一种实施例的结构示意图；

图4b是图4a中检测电极的横截面结构示意图；

图4c是图4a中检测电极的俯视结构示意图；

图5a本发明离子棒另一种实施例的结构示意图；

图5b是图5a中检测电极的横截面结构示意图；

图5c是图5a中检测电极的俯视结构示意图；

图6a本发明离子棒又一种实施例的结构示意图；

图6b是图6a中检测电极的横截面结构示意图；

图6c是图6a中检测电极的俯视结构示意图；

图7是本发明检测方法的流程方框图。

图中1为离子棒芯，2为高压组件，3为电极针套，4为电极座，5为电极针，6为气腔，7为不锈钢电极，8为检测电极，8-1为圆通孔，8-2为长方形通孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图3a中所示，本发明的技术方案提供了一种自身带有检测功能的离子棒，包括离子棒芯1，在离子棒芯中设置有高压组件2、电极针套3和气腔6，在离子棒芯表面设置有电极座5，在电极座中设置有电极针6，电极针经电极针套与高压组件电连接；在离子棒芯的外部设置有不锈钢电极7；其发明点在于：

不锈钢电极7设置在离子棒芯1的至少一侧(图3a中以设置在离子棒芯横截面的两侧来表示)，用于构成接地电极。

在本发明的技术方案中，接地电极用于屏蔽高压电路、高压线及高压输送过程中产生的电磁场感应信号。

在离子棒芯上，设置至少一个检测电极8。

检测电极设置在电离发生部位的两侧或周围；检测电极用于对电极针的放电电离信号进行采集。

检测电极电连接至检测反馈电路。

其不锈钢电极为条形接地电极，设置在离子棒芯横截面的两侧。

其电离发生部位包括电极座4。

进一步的，电离发生部位包括位于电极座中的电极针5的针尖部位。

其所述检测电极的横截面为矩形状、弧形状、环形状或圆形线状。

如附图3a、3c、4a、4c、5a、5c及图6a、6c中所示，在本发明的技术方案中，接地电极7和检测电极8，均沿离子棒芯的纵向长度方向上布置。

本发明的技术方案，还提供了一种自身带有检测功能的离子棒，包括离子棒芯，在离子棒芯上设置有接地电极；其发明点在于：

在离子棒芯上还设置有至少一个检测电极；检测电极用于接收电离发生部位的放电电离信号。

检测电极电连接至一个检测反馈电路；

检测反馈电路的输出端，与离子棒高压电路的控制端对应连接；

检测反馈电路，对不同工作频率和工作电压下采集到的放电电离信号，采取不同的检测反馈程序对离子棒平衡电压进行调整，以保证在不同工作参数下维持离子棒平衡性能的长期稳定，提升离子棒在不同使用环境或使用条件下的适用能力。

具体的，当离子棒处于某一设定的工作频率与工作电压下时，检测反馈电路读取该状态下的工作频率参数fi和工作电压参数ui，以及检测到的放电电离信号，调用与其对应的反馈调节子程序pi来对离子棒平衡电压进行调节；

反馈调节子程序，通过改变工作电压的占空比和电压，来对离子棒平衡电压进行调节。

进一步的，放电电离信号s与离子平衡电压b的关系用如下的函数关系式表示：

其中，当离子平衡电压b＝-30v时，放电电离信号s＝sa；

当离子平衡电压b＝+30v时，放电电离信号s＝sb。

当放电电离信号s＜sa时，反馈调节子程序将逐步调大占空比或正电压，使sa＜s＜sb；

当放电电离信号s＞sb时，反馈调节子程序将逐步调小占空比或正电压，使sa＜s＜sb；

当调整占空比超过da≤d≤db，或者，当调整正电压值超过ua≤u≤ub，则反馈调节子程序终止，发出离子平衡报警或清洁报警；

其中，d为占空比，da为b＝-30v时的占空比，db为b＝+30v时的占空比；

u为正电压值，ua为b＝-30v时的正电压，ub为b＝+30v时的正电压。。

其中，d为占空比，da为b＝-30v时的占空比，db为b＝+30v时的占空比；

u为正电压值，ua为b＝-30v时的正电压，ub为b＝+30v时的正电压。

综上，本发明技术方案的重点在于：

1、在离子棒芯两侧，各设置一个条形接地电极，此电极是在离子棒高压组件及电极针套周围电势最低(零电势)的电极，且最靠近高压产生部位(高压组件)和高压传输部位(电极针套)，将吸引大部分电磁感应能量；

2、在电极座两侧，各设置一检测电极，检测电极电连接至检测反馈电路，其电势将高于接地电极，主要用于接收放电电离信号；即检测电极设置在电离发生部位(电极针尖)附近。

3、当离子棒处于某一设定的工作频率与电压下时(如工作频率f1和工作电压u1)，检测与反馈程序读取到该状态参数(f1,u1)，将调用与其对应的反馈调节子程序p1来对离子棒平衡电压进行调节。

检测信号s与离子平衡b的关系可用函数关系式表示：

s＝φ(b)；

当b＝-30v时，s＝sa；当b＝+30v时，s＝sb。当静电检测信号s＜sa时，反馈调节子程序将逐步调大占空比或正电压，使sa＜s＜sb；当静电检测信号s＞sb时，反馈调节子程序将逐步调小占空比或正电压，使sa＜s＜sb。

调整占空比或正电压的范围是有限定的，即当调整占空比超过da≤d≤db，或调整正电压值超过ua≤u≤ub，则反馈调节子程序终止，发出离子平衡报警或清洁报警。

本技术方案的实施，可产生如下的有益效果：

1、本技术方案中接地电极和检测电极的结构设置，可屏蔽高压电路及高压输送过程中产生的大部分电磁场感应信号，极大提高了对放电电离信号的采集比例，进而为调节离子棒平衡电压的稳定性提供了最直接最关键的基础信号。

2、由于本技术方案中对不同工作频率和电压下采集处理到的放电电离信号，分别采取不同的检测反馈调节子程序对离子棒平衡电压进行调整，将更利于在不同工作参数下维持离子棒平衡性能的长期稳定，极大地提升了离子棒在不同使用环境(或使用条件)下的适用能力。

实施例：

实施例1：

整个离子棒的结构参见图3a、图3b、图3c中所示，检测方法的流程方框图参见图7所示。

1)将条形不锈钢接地电极7设置在离子棒芯1的两侧，使其与电极针套3平行，保证它们之间的空间距离最短，使电磁场更多、更快的集中在接地电极上；因有空气及绝缘棒芯的阻隔，故彼此之间不会发生高压击穿现象。

2)将检测电极8设置在电极座两侧，用于对电极针电离出的离子流进行检测；因检测电极比接地电极更为靠近电极针尖，故将优先建立电场关系，使得采集到的信号中放电电离信号占比大幅提升。

3)检测电极电连接至检测反馈电路，检测反馈电路内置检测反馈调节子程序。

本技术方案中的检测反馈电路，为具有检测值比较和根据比较结果选择输出不同控制指令的单片机电路、嵌入式芯片电路或模块。由于这部分属于现有技术，其电路结构、工作过程及电连接方式，在此不再叙述。

4)当离子棒为脉冲交流离子棒或脉冲直流离子棒时，其可以被设置在不同的频率与电压下工作。

5)当离子棒工作在不同的频率与电压时，其电极针的放电电离状况是完全不同的，所以检测电极采集到的放电电离信号也是不同的。因此，须要针对每种工作频率和电压设置与其对应的反馈调节子程序。

6)如离子棒有7组工作频率与电压，则须设置7组反馈调节子程序。当离子棒处于某一设定的工作频率与电压下时(如工作频率f1和工作电压u1)，检测与反馈程序在读取到离子棒处于该状态下的参数(f1,u1)后，将调用与其对应的反馈调节子程序p1来对离子棒平衡电压进行调节。

进一步的，各个反馈调节子程序的具体内容如下：

反馈调节子程序当b＝-30伏时，s1＝s1a；当b＝+30伏时，s1＝s1b；

反馈调节子程序当b＝-30伏时，s2＝s2a；当b＝+30伏时，s2＝s2b；

反馈调节子程序当b＝-30伏时，s3＝s3a；当b＝+30伏时，s3＝s3b；

反馈调节子程序当b＝-30伏时，s4＝s4a；当b＝+30伏时，s4＝s4b；

反馈调节子程序当b＝-30伏时，s5＝s5a；当b＝+30伏时，s5＝s5b；

反馈调节子程序当b＝-30伏时，s6＝s6a；当b＝+30伏时，s6＝s6b；

反馈调节子程序当b＝-30伏时，s7＝s7a；当b＝+30伏时，s7＝s7b。

7)放电电离信号(即检测电极检测到的检测信号，下同)s与离子平衡b的关系可用函数关系式表示：当b＝-30v时，s＝sa；当b＝+30v时，s＝sb。当静电检测信号s＜sa时，反馈调节子程序将逐步调大占空比或正电压，使sa＜s＜sb；当静电检测信号s＞sb时，反馈调节子程序将逐步调小占空比或正电压，使sa＜s＜sb。

8)当b＝0v，s＝s0时，反馈调节子程序将暂停调整占空比和电压。

9)将占空比调整范围设定在da≤d≤db，或者，将离子平衡电压调整范围设定在ua≤u≤ub之间，如超出调整范围，则反馈调节子程序终止，发出离子平衡报警或清洁报警。

即当调整到占空比d＞db或d＜da时，不论是否将检测信号调整到：sa＜s＜sb，依然发出离子平衡报警或清洁报警；

或者，当离子平衡调整到电压u＞ub或u＜ua时，不论是否将检测信号调整到：sa＜s＜sb，依然发出离子平衡报警或清洁报警。

明显地，在本实施例中，所述检测电极的横截面为弧形状，设置/固定在离子棒芯的外表面上。

本发明的技术方案中，检测电极的横截面可以为矩形状、弧形状、环形状或圆形线状，其可以设置在离子棒芯的外表面或镶嵌在离子棒芯的本体上或本体中，视客户的需要或技术上的要求而定，主要取决于离子棒所需要的检测灵敏度和检测场强。

实施例式2：

整个离子棒的结构参见图4a、图4b、图4c中所示。

实施例2与实施例1的区别仅在于，检测电极的结构与放置位置。

1)检测电极为长条形，每间隔相同距离后，在中间设置圆通孔8-1，圆通孔直径大小与电极座4的旋入尺寸相匹配。

2)将检测电极紧贴在棒芯底部平面上，检测电极的通孔与棒芯上的电极座旋入孔相对应，再将电极座旋入棒芯上，这样条形检测电极将紧配于电极座与棒芯之间。

其余同实施例1。

实施例3：

整个离子棒的结构参见图5a、图5b、图5c中所示。

实施例3与实施例2的区别仅在于，检测电极7的结构在实施例2的基础上，在相邻圆通孔8-1之间设置有一长方形通孔8-2，长方形通孔的宽度与圆通孔直径一致。

其余同实施例1或2。

实施例4：

整个离子棒的结构参见图6a、图6b、图6c中所示。

1)在棒芯底部的平面上，沿棒芯的长度方向上，在棒芯的电极座旋入孔的两侧，各嵌入2个形状一致的长条形检测电极，两根检测电极之间彼此平行。

2)将电极座旋入棒芯上，这样就将两条形检测电极卡固在了电极座4与棒芯1之间。

明显地，在本实施例中，检测电极位于离子棒芯的棒芯本体中。

其余同前。

采用以上各个实施例的目的，是为了便于找出最佳的信号检测型式，以便于达到最好的离子平衡稳定性能。

本发明技术方案的实施，将极大的减少高压组件和/或高压传输电路(线路)产生的电磁场对放电电离信号采集的影响，同时提高了对放电电离信号的采集比例。因脉冲交流/直流离子棒可能会被设置在不同的工作频率和电压状态，而不同的工作频率和电压状态下，检测与反馈装置将接收到不同的放电电离信号。针对不同工作频率和电压下接收到的放电电离信号，采取不同的检测反馈程序对离子棒平衡电压进行调整，将更利于在不同工作参数下维持离子棒平衡性能的长期稳定。

本发明的技术方案，可广泛应用于各种离子棒的设计和制造领域。