專利名稱：一種便攜式靜電檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種用于檢測靜電的便攜式檢測裝置。
背景技術(shù)：
靜電檢測表(儀)常用在各種場合中靜電(靜電量或靜電放電量等等)的檢測?，F(xiàn)有常用的靜電檢測表主要應(yīng)用法拉第筒靜電感應(yīng)原理，做成平板式的非接觸型靜電感應(yīng)傳感器，將傳感器上感應(yīng)到的微弱電壓，通過運(yùn)算放大，在終端數(shù)字屏上顯示，以便人們讀取。具體的，現(xiàn)有平板式傳感器由二片金屬片為主體，中間加入絕緣介質(zhì)，類似電容器。其檢測原理為通過置于靜電場中的平行板電容值C的改變來引起極板上電荷的變化， 從而產(chǎn)生微弱電流，再利用微弱信號檢測電路對此電流放大產(chǎn)生電壓輸出?？捎孟率絹碚f明U = Q ⑴ /C (t)U——電容兩極板間的電位差，由靜電在其附近空間產(chǎn)生的電磁場所決定；Q(t)——電荷；C(t)——電場中的交變電容值。當(dāng)U固定時，極板上電荷Q(t)隨C(t)而變化，Q(t)的變化導(dǎo)致兩極板間的電荷相互移動，從而形成電流。對同一傳感器而言，電流的大小反映了電場的強(qiáng)弱，也反映了靜電的電壓值。平板式傳感器有一個重要特點，就是電容變化量很小，只有幾個PF，此特征使它極易受外界干擾，并聯(lián)傳感器雖能提高電容變化量，但寄生電容仍能影響變化量，嚴(yán)重時寄生電容遠(yuǎn)大于本體電容，使有用信號被寄生電容噪聲淹沒，以至傳感器無法工作。這些寄生電容隨溫度、濕度、位置，以及元器件的性能等因素變化而變化。因此，測量靜電時往往不夠精確。此外，現(xiàn)有板式靜檢測表在實際使用中，誤差較大，重復(fù)檢測一致性得不到保證， 此類靜電檢測表作為定性檢測使用沒有問題，作為定量分析檢測使用則勉為其難。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種便攜式靜電檢測裝置，其通過機(jī)械振動/遮斷的方式將所感應(yīng)到的靜電電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛔冸妷?，供輸出和后續(xù)檢測/放大單元使用，從根本上解決了靜電的定量檢測問題，且監(jiān)測數(shù)據(jù)的后續(xù)放大/處理容易，檢測數(shù)據(jù)的可重復(fù)性好，提高了靜電檢測的精度及穩(wěn)定性。本實用新型的技術(shù)方案是提供一種便攜式靜電檢測裝置，包括靜電感應(yīng)傳感器和電信號處理單元；所述的靜電感應(yīng)傳感器用于感應(yīng)/接收待測的靜電直流感應(yīng)電壓，所述的電信號處理單元用于對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理和測量值的輸出/顯示，其特征是所述的靜電感應(yīng)傳感器包括一帶有信號接收窗口的屏蔽殼體；在所述殼體的信號接收窗口
4內(nèi)部，對應(yīng)設(shè)置一金屬質(zhì)靜電信號接收面；在殼體中設(shè)置電路板和一個位于電路板上且絕緣的信號傳導(dǎo)支架；在所述的信號傳導(dǎo)支架上，設(shè)置帶有振動源的第一、第二振動電極片； 在所述第一、第二振動電極片的前端，設(shè)置平行于金屬質(zhì)靜電信號接收面的第一、第二遮掩片；所述第一、第二振動電極片的后端固定在信號傳導(dǎo)支架上或經(jīng)振動源固定在信號傳導(dǎo)支架上，所述第一、第二振動電極片前端的遮掩片位于所述金屬質(zhì)靜電信號接收面和殼體的信號接收窗口之間；其所述的電信號處理單元至少包括振動源驅(qū)動電路、信號放大電路、 整流電路和單片機(jī)電路；其中，振動源驅(qū)動電路與第一、第二振動電極片上的振動源電連接，信號放大電路的輸入端與金屬質(zhì)靜電信號接收面電連接，信號放大電路的輸出端經(jīng)過整流電路與單片機(jī)電路的I/O端口連接，單片機(jī)電路的I/O端與振動源驅(qū)動電路的控制信號輸入端連接。進(jìn)一步的，所述信號放大電路的輸出端經(jīng)過整流電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)電路的I/O端口連接；所述單片機(jī)電路的I/O端口與LCD顯示屏、輸入鍵盤相連接；所述單片機(jī)電路的I/O端口與上位機(jī)的通訊端口對應(yīng)連接。具體的，所述的第一、第二遮掩片，與其各自所在的第一、第二振動電極片前端分別對應(yīng)成90度夾角設(shè)置；所述的第一、第二遮掩片，位于平行于金屬質(zhì)靜電信號接收面的同一平面內(nèi)，或位于平行于金屬質(zhì)靜電信號接收面的不同平面內(nèi)。所述的第一、第二振動電極片構(gòu)成一組振動頻率可控的振動音叉，所述的第一、第二振動電極片為同頻同向振動或同頻相向振動。所述的信號傳導(dǎo)支架為門型或Π型結(jié)構(gòu)；所述的第一、第二振動電極片為彈性簧片；所述的屏蔽殼體為金屬殼體；所述的振動源驅(qū)動電路為常規(guī)壓電陶瓷電/聲換能電路或常規(guī)振蕩/脈沖電路；所述的信號放大電路包括常規(guī)一級放大功能電路和二級放大功能電路；所述的整流電路為常規(guī)半波整流功能電路。更進(jìn)一步的，所述的振動源設(shè)置在第一、第二振動電極片的中/后端。所述的振動源為第一、第二壓電陶瓷片，所述的第一、第二壓電陶瓷片分別對應(yīng)固結(jié)在第一、第二振動電極片的中/后端，所述第一、第二振動電極片的末端，分別對應(yīng)固定在所述信號傳導(dǎo)支架的兩側(cè)或信號傳導(dǎo)支架的兩側(cè)立邊上；或者，所述的振動源為第一、第二繼電器，所述的第一、第二繼電器固結(jié)在所述信號傳導(dǎo)支架的兩側(cè)或信號傳導(dǎo)支架的兩側(cè)立邊上，所述的第一、第二振動電極片分別對應(yīng)固定在第一、第二繼電器的動銜鐵前端或動觸點上。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實用新型的優(yōu)點是1.采用第一、第二振動電極片的結(jié)構(gòu)形式，通過機(jī)械振動的方式將靜電電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛔冸妷?，從根本上解決了靜電的定量檢測問題，方便了數(shù)據(jù)的后續(xù)處理過程，提高了靜電檢測精度及測量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性；2.采用音叉振動方式橫向遮斷信號接收窗口或金屬質(zhì)信號接收面，振動的頻率可控且十分穩(wěn)定，有利于靜電檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，檢測數(shù)據(jù)的可重復(fù)性/可再現(xiàn)程度好；3.將靜電電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛔冸妷汉?，檢測信號的后續(xù)處理過程或處理電路得以大大簡化和便于實現(xiàn)；4.采用分級放大電路對交變信號進(jìn)行放大后，再進(jìn)行整流、模/數(shù)變換和進(jìn)行數(shù)據(jù)的后續(xù)處理，使得本技術(shù)方案從整體上具有了比現(xiàn)有檢測裝置靈敏度/準(zhǔn)確度更高的檢測手段和裝置，使得現(xiàn)場靜電檢測的精度及穩(wěn)定性大大提高。

圖1是本技術(shù)方案屏蔽殼體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是屏蔽殼體另一結(jié)構(gòu)的示意圖圖4為本裝置另一機(jī)械結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5是本裝置的電路模塊構(gòu)成示意圖。圖中1為屏蔽殼體，2為信號接收窗口，3為金屬質(zhì)靜電信號接收面，4為信號傳導(dǎo)支架，5為第一振動電極片，6為第二振動電極片，7為振動源，8-1、8-2為振動電極片首端的第一、第二遮掩片，9為靜電信號接收面固定支架，10為電路板。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步說明。圖1和圖2中，本技術(shù)方案中的便攜式靜電檢測裝置，包括靜電感應(yīng)傳感器和電信號處理單元，其中，靜電感應(yīng)傳感器用于感應(yīng)/接收待測的靜電直流感應(yīng)電壓的靜電感應(yīng)傳感器，電信號處理單元用于對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理和測量值的輸出/顯示。本技術(shù)方案中的靜電感應(yīng)傳感器，包括一帶有信號接收窗口 2的屏蔽殼體1，在殼體的信號接收窗口內(nèi)部，對應(yīng)設(shè)置一金屬質(zhì)靜電信號接收面3 ；在殼體中設(shè)置電路板10和一個位于電路板上且絕緣的信號傳導(dǎo)支架4 ；在信號傳導(dǎo)支架上，設(shè)置帶有振動源的第一、 第二振動電極片5和6 ；第一、第二振動電極片的后端固定在信號傳導(dǎo)支架上或經(jīng)振動源固定在信號傳導(dǎo)支架上，在第一、第二振動電極片的前端，設(shè)置有平行于金屬質(zhì)靜電信號接收面的遮掩片，其遮掩片位于所述金屬質(zhì)靜電信號接收面和殼體的信號接收窗口之間。具體的，第一、第二遮掩片與其各自所在的第一、第二振動電極片前端分別對應(yīng)成 90度夾角設(shè)置。進(jìn)一步的，上述的第一、第二遮掩片，位于平行于金屬質(zhì)靜電信號接收面的同一平面內(nèi)，或位于平行于金屬質(zhì)靜電信號接收面的不同平面內(nèi)。上述的信號傳導(dǎo)支架為門型或Π型結(jié)構(gòu)。上述的第一、第二振動電極片為彈性簧片。上述的屏蔽殼體為金屬殼體。更進(jìn)一步的，上述的振動源設(shè)置在第一、第二振動電極片的中/后端。上述的振動源為第一、第二壓電陶瓷片或第一、第二繼電器(圖2中以壓電陶瓷為例)。當(dāng)上述的振動源為第一、第二壓電陶瓷片時，其第一、第二壓電陶瓷片分別對應(yīng)固結(jié)在第一、第二振動電極片的中/后端，所述第一、第二振動電極片的末端，分別對應(yīng)固定在所述信號傳導(dǎo)支架的兩側(cè)或信號傳導(dǎo)支架的兩側(cè)立邊上?；蛘?，當(dāng)上述的振動源為第一、第二繼電器時，其第一、第二繼電器固結(jié)在所述信號傳導(dǎo)支架的兩側(cè)或信號傳導(dǎo)支架的兩側(cè)立邊上，所述的第一、第二振動電極片的末端，分
6別對應(yīng)固定在第一、第二繼電器的動銜鐵前端或動觸點上。實際進(jìn)行檢測工作時，第一、第二振動電極片在振動源的驅(qū)動下，構(gòu)成一組振動頻率可控的振動音叉，通過音叉的振動，使得位于第一、第二振動電極片首端的遮掩片交替遮擋信號接收窗口或金屬質(zhì)靜電信號接收面，將金屬質(zhì)信號接收面經(jīng)信號接收窗口所感應(yīng)/ 接收到的靜電直流感應(yīng)電信號，轉(zhuǎn)換為交變電信號，供電信號處理單元進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理。在圖3和圖4中，給出了另一種結(jié)構(gòu)形式的靜電感應(yīng)傳感器，為了圖示畫面的簡潔，圖中未畫出位于第一、第二振動電極片首端的遮掩片。其與圖1和圖2所示結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于，上一種結(jié)構(gòu)布局方案中信號接收窗口和金屬質(zhì)靜電信號接收面均為橫向/水平設(shè)置(相對于電路板而言)，而本結(jié)構(gòu)布局方案中信號接收窗口和金屬質(zhì)靜電信號接收面均為豎向/垂直設(shè)置(同樣是相對于電路板而言)，具體采用何種方案，視現(xiàn)場檢測需要及制造工藝的需要而定，主要考慮的是裝置的整體布局和便于對靜電場強(qiáng)度進(jìn)行檢測。其他同圖1和圖2。圖5中，本便攜式靜電檢測裝置的電信號處理單元至少包括振動源驅(qū)動電路、信號放大電路、整流電路和單片機(jī)電路；其中，振動源驅(qū)動電路與第一、第二振動電極片上的振動源電連接，信號放大電路的輸入端與金屬質(zhì)靜電信號接收面電連接，信號放大電路的輸出端經(jīng)過整流電路與單片機(jī)電路的I/O端口連接，單片機(jī)電路的I/O端與振動源驅(qū)動電路的控制信號輸入端連接。其振動源驅(qū)動電路為常規(guī)壓電陶瓷電/聲換能電路、功放電路或常規(guī)振蕩電路、 脈沖電路(視振動源的種類而定，采用壓電陶瓷作為振動源，則選用壓電陶瓷電/聲換能電路或功放電路；選用繼電器作為振動源，則采用振蕩電路、脈沖電路，由于振動源與其驅(qū)動電源的匹配為現(xiàn)有技術(shù)，故在此不再敘述)。所述的信號放大電路包括常規(guī)一級放大功能電路和二級放大功能電路。所述的整流電路為常規(guī)半波整流功能電路。進(jìn)一步的，所述信號放大電路的輸出端經(jīng)過整流電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)電路的I/O端口連接。上述兩種技術(shù)方案的差別在于，如果所選用的單片機(jī)芯片不具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的話選用后一種方案，將測得的交變信號經(jīng)模/數(shù)變換(模擬信號數(shù)字化)后再送入單片機(jī)， 如果單片機(jī)自身具備模/數(shù)轉(zhuǎn)換功能的話，則直接將放大、整流后的信號送入單片機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理即可。所述單片機(jī)電路的I/O端口與LCD顯示屏、輸入鍵盤相連接；所述單片機(jī)電路的 I/O端口與上位機(jī)的通訊端口對應(yīng)連接。由于上述功能電路、輸入/輸出部件以及通訊技術(shù)均為現(xiàn)有技術(shù)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在掌握和了解了本技術(shù)方案解決問題的思路后，無需經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動，即可再現(xiàn)本技術(shù)方案，實現(xiàn)其基本功能，故上述各個功能模塊、電路的具體電路圖和相互之間的具體連接關(guān)系，在此不再敘述。本技術(shù)方案的關(guān)鍵點之一，就是通過上述機(jī)械振動的方式將靜電電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛔冸妷?，以提高靜電檢測精度及穩(wěn)定性。實際進(jìn)行檢測工作時，當(dāng)金屬質(zhì)信號接收面感測到靜電電壓時，振動源驅(qū)動電路開始輸出振動源驅(qū)動信號，振動源開始以指定頻率進(jìn)行振動，在振動源的驅(qū)動/帶動下，第一、第二振動電極片前端的第一、第二遮掩片平行于信號接收窗口或金屬質(zhì)信號接收面，橫向進(jìn)行振動/擺動，交替遮擋/遮蓋所述的信號接收窗口或金屬質(zhì)信號接收面，在金屬質(zhì)信號接收面上便會得到一個調(diào)制的交變感應(yīng)電壓，所述的交變感應(yīng)電壓，經(jīng)高輸入阻抗低噪聲的前置放大器放大后，經(jīng)整流電路將交變電信號轉(zhuǎn)換為直流信號，送至后面的單片機(jī)電路，進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換、測量、比較、儲存、就地顯示或經(jīng)通訊端口傳送至上位機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。正如在背景技術(shù)一節(jié)中所述的，由于現(xiàn)有的平板式靜電檢測表在實際使用中，誤差較大，重復(fù)檢測一致性得不到保證，故在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，此類靜電檢測表作為定性檢測是沒有問題的，但是作為定量分析使用，就勉為其難了。目前國外已有新型的面電位傳感器，例如日本SUNX神視的表面電位傳感器，很好地解決了靜電檢測中的精確度問題。本技術(shù)方案，在采用面電位傳感器作為靜電感應(yīng)傳感器的基礎(chǔ)上，采用機(jī)械振動的方式，將檢測到的金屬質(zhì)信號接收面(相當(dāng)于面電位傳感器)經(jīng)信號接收窗口所感應(yīng)/ 接收到的靜電直流感應(yīng)電壓，轉(zhuǎn)換為交變信號，再將交變電信號進(jìn)行放大、整流，送入單片機(jī)電路進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、比較、儲存、就地顯示或經(jīng)通訊端口傳送至上位機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。與直流信號的信號處理(放大、變換、失真處理或遠(yuǎn)距離傳送)相比較，現(xiàn)有技術(shù)中對交變信號進(jìn)行處理的技術(shù)是非常成熟的，也是非常易于實現(xiàn)的。采用“直變交”后，后續(xù)信號處理部分得以大大簡化和便于實現(xiàn)，且相對穩(wěn)定，故本技術(shù)方案采用了“直變交”的信號轉(zhuǎn)換/處理思路，根本上解決了靜電的定量檢測問題，且監(jiān)測數(shù)據(jù)的后續(xù)放大/處理容易，檢測數(shù)據(jù)的可重復(fù)性好，提高了靜電檢測的精度及穩(wěn)定性。本實用新型可廣泛用于現(xiàn)場靜電檢測和便攜式靜電檢測儀器制造等領(lǐng)域。
權(quán)利要求1.一種便攜式靜電檢測裝置，包括靜電感應(yīng)傳感器和電信號處理單元；所述的靜電感應(yīng)傳感器用于感應(yīng)/接收待測的靜電直流感應(yīng)電壓，所述的電信號處理單元用于對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理和測量值的輸出/顯示，其特征是所述的靜電感應(yīng)傳感器包括一帶有信號接收窗口的屏蔽殼體；在所述殼體的信號接收窗口內(nèi)部，對應(yīng)設(shè)置一金屬質(zhì)靜電信號接收面；在殼體中設(shè)置電路板和一個位于電路板上且絕緣的信號傳導(dǎo)支架；在所述的信號傳導(dǎo)支架上，設(shè)置帶有振動源的第一、第二振動電極片；在所述第一、第二振動電極片的前端，設(shè)置平行于金屬質(zhì)靜電信號接收面的第一、第二遮掩片；所述第一、第二振動電極片的后端固定在信號傳導(dǎo)支架上或經(jīng)振動源固定在信號傳導(dǎo)支架上，所述第一、第二振動電極片前端的遮掩片位于所述金屬質(zhì)靜電信號接收面和殼體的信號接收窗口之間；其所述的電信號處理單元至少包括振動源驅(qū)動電路、信號放大電路、整流電路和單片機(jī)電路；其中，振動源驅(qū)動電路與第一、第二振動電極片上的振動源電連接，信號放大電路的輸入端與金屬質(zhì)靜電信號接收面電連接，信號放大電路的輸出端經(jīng)過整流電路與單片機(jī)電路的I/O端口連接，單片機(jī)電路的I/O端與振動源驅(qū)動電路的控制信號輸入端連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的便攜式靜電檢測裝置，其特征是所述信號放大電路的輸出端經(jīng)過整流電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)電路的I/O端口連接；所述單片機(jī)電路的I/O端口與IXD顯示屏、輸入鍵盤相連接；所述單片機(jī)電路的I/O端口與上位機(jī)的通訊端口對應(yīng)連接。
3.按照權(quán)利要求1所述的便攜式靜電檢測裝置，其特征是所述的第一、第二遮掩片，與其各自所在的第一、第二振動電極片前端分別對應(yīng)成90度夾角設(shè)置；所述的第一、第二遮掩片，位于平行于金屬質(zhì)靜電信號接收面的同一平面內(nèi)，或位于平行于金屬質(zhì)靜電信號接收面的不同平面內(nèi)。
4.按照權(quán)利要求1所述的便攜式靜電檢測裝置，其特征是所述的第一、第二振動電極片構(gòu)成一組振動頻率可控的振動音叉；所述的第一、第二振動電極片為同頻同向振動或同頻相向振動。
5.按照權(quán)利要求1所述的便攜式靜電檢測裝置，其特征是所述的信號傳導(dǎo)支架為門型或Π型結(jié)構(gòu)；所述的第一、第二振動電極片為彈性簧片；所述的屏蔽殼體為金屬殼體；所述的振動源驅(qū)動電路為常規(guī)壓電陶瓷電/聲換能電路或常規(guī)振蕩/脈沖電路；所述的信號放大電路包括常規(guī)一級放大功能電路和二級放大功能電路；所述的整流電路為常規(guī)半波整流功能電路。
6.按照權(quán)利要求1所述的便攜式靜電檢測裝置，其特征是所述的振動源設(shè)置在第一、 第二振動電極片的中/后端；所述的振動源為第一、第二壓電陶瓷片或第一、第二繼電器；所述的第一、第二壓電陶瓷片分別對應(yīng)固結(jié)在第一、第二振動電極片的中/后端，所述第一、第二振動電極片的末端，分別對應(yīng)固定在所述信號傳導(dǎo)支架的兩側(cè)或信號傳導(dǎo)支架的兩側(cè)立邊上；所述的第一、第二繼電器固結(jié)在所述信號傳導(dǎo)支架的兩側(cè)或信號傳導(dǎo)支架的兩側(cè)立邊上，所述的第一、第二振動電極片分別對應(yīng)固定在第一、第二繼電器的動銜鐵前端或動觸點上。
專利摘要一種便攜式靜電檢測裝置及其靜電檢測方法，屬檢測領(lǐng)域。其靜電感應(yīng)傳感器包括一帶有信號接收窗口的屏蔽殼體；在殼體內(nèi)部設(shè)置一靜電信號接收面；在殼體中設(shè)置電路板和一個信號傳導(dǎo)支架；在信號傳導(dǎo)支架上，設(shè)置帶有振動源的振動電極片；在振動電極片前端設(shè)置平行于金屬質(zhì)靜電信號接收面的遮掩片；振動電極片的后端固定在信號傳導(dǎo)支架上或經(jīng)振動源固定在信號傳導(dǎo)支架上；其電信號處理單元至少包括振動源驅(qū)動電路、信號放大電路、整流電路和單片機(jī)電路。其通過機(jī)械遮斷方式將所感應(yīng)到的靜電電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛔冸妷?，供輸出和后續(xù)檢測/放大單元使用，從根本上解決了靜電的定量檢測問題，且監(jiān)檢測數(shù)據(jù)的可重復(fù)性好，提高了靜電檢測的精度及穩(wěn)定性。
文檔編號G01R5/28GK202230112SQ201120378129
公開日2012年5月23日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者孫衛(wèi)星, 楊慶瑞 申請人:上海安平靜電科技有限公司