分布式自動補償表面靜電電位的電位測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分布式自動補償表面靜電電位的電位測試系統(tǒng)，涉及電變量的測量裝置【技術(shù)領(lǐng)域】。包括通過陣列式平行板電容對被測帶電體表面的電位進行采集并且采集后通過陣列式平行板電容對被測帶電體表面的電位進行自動補償?shù)碾娢粶y試補償儀，用于計算電位測試補償儀采集到的電位數(shù)據(jù)并下傳指令到電位測試補償儀進行電位自動補償?shù)挠嬎銠C，以及用于實現(xiàn)電位測試補償儀與計算機之間進行數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)接口電路。所述電位測試系統(tǒng)解決了零漂問題，提高了被測物體表面分布靜電電位測量精確度。
【專利說明】分布式自動補償表面靜電電位的電位測試系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電變量的測量裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種分布式自動補償表面靜電電位的電位測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國際上非接觸式傳感器有直接感應(yīng)式、旋葉式、變?nèi)菔?、空氣電離式等，但是絕大多數(shù)都是進行“點”測量，這是由于傳感器不能夠做到很小以及傳感器之間互相干擾等因素影響，導致很難實現(xiàn)對導電介質(zhì)材料面電位的測量。目前，有一種技術(shù)是單傳感器機械掃描方法，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)面的測量，但是由于機械運動的時間較長，電荷泄放，導致測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。介質(zhì)面電位分布測量是目前面臨的一個國際難題，而且再一長期困擾非接觸式電位計發(fā)展的一技術(shù)難題是零漂問題難以解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種分布式自動補償表面靜電電位的電位測試系統(tǒng)，所述電位測試系統(tǒng)解決了零漂問題，提高了電位測量的精確度。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種分布式自動補償表面靜電電位的電位測試系統(tǒng)，其特征在于包括:通過陣列式平行板電容對被測帶電體表面的電位進行采集并且采集后通過陣列式平行板電容對被測帶電體表面的電位進行自動補償?shù)碾娢粶y試補償儀，用于計算電位測試補償儀采集到的電位數(shù)據(jù)并下傳指令到電位測試補償儀進行電位自動補償?shù)挠嬎銠C，以及用于實現(xiàn)電位測試補償儀與計算機之間進行數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)接口電路。
[0005]優(yōu)選的，所述電位測試補償儀包括若干條采用平行板電容對被測帶電體表面的電位進行采集的電位采集通道；用于接收電位采集通道采集的電位信息并將該信息上傳至計算機，然后根據(jù)計算機下傳的命令輸出電位補償信號的單片機；以及與電位采集通道相對應(yīng)的用于接收單片機下傳的電位補償信號，然后輸出電信號給平行板電容對被測帶電體表面進行電位補償?shù)碾娢谎a償通道。
[0006]優(yōu)選的，每條電位采集通道包括平行板電容Cl、程控測試開關(guān)S1、運算放大器U1-U2、電阻R1-R3和A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述電容Cl的一端接地，另一端經(jīng)程控測試開關(guān)SI接放大器Ul的一個輸入端,放大器Ul的另一個輸入端與其輸出端連接,放大器Ul的輸出端依次經(jīng)電阻Rl和電阻R3接放大器U2的輸出端，電阻R2的一端接電源，電阻R2的另一端分為兩路，第一路接電阻Rl與電阻R3的結(jié)點，第二路接放大器U2的一個輸入端，放大器U2的另一個輸入端接地，放大器U2的輸出端接A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端接單片機的輸入端，程控測試開關(guān)SI的控制端接單片機的一個輸出端。
[0007]優(yōu)選的，每條電位補償通道包括反饋電位補償開關(guān)S2、D/A轉(zhuǎn)換模塊、電阻R4-R6和放大器U3,所述D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸入端接單片機的輸出端,D/A轉(zhuǎn)換模塊的一個輸出端依次經(jīng)電阻R4和電阻R6接放大器U3的輸出端，電阻R5的一端接電源，電阻R5的另一端分為兩路，第一路接放大器U3的一個輸入端，第二路接電阻R4與電阻R6的結(jié)點，放大器U3的另一個輸入端接地，所述放大器U3的輸出端經(jīng)反饋電位補償開關(guān)S2接所述電容Cl的非接地端，所述反饋電位補償開關(guān)S2的控制端接單片機的一個輸出端。
[0008]優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)接口電路為串口電路或USB接口電路。
[0009]優(yōu)選的，所述電位采集通道設(shè)有64個，所述電位補償通道設(shè)有64個。
[0010]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:開始電位測試前，系統(tǒng)的程控測試開關(guān)組以及反饋電位補償開關(guān)組處于斷開狀態(tài)，陣列分布平行板電容在靠近被測帶電體過程中，電容產(chǎn)生感應(yīng)電位。計算機向單片機發(fā)出測試指令后程控測試開關(guān)組閉合，通過運放對電容的微弱電壓信號進行放大處理，這樣能夠有效減小被測電容感應(yīng)電荷泄放。
[0011 ] 將陣列分布電容感應(yīng)所產(chǎn)生的微弱電壓信號，通過斬波自穩(wěn)零式運算放大器進行放大，該放大器要求具有極低的輸入失調(diào)電壓，失調(diào)電壓的溫漂和長時間漂移極低，很低的輸入偏置電流，極高的開環(huán)增益，較高的轉(zhuǎn)換速率，單位增益帶寬大，單位增益達標時具有內(nèi)部補償，具有內(nèi)調(diào)制補償電路，能減少過載時的恢復時間，在輸入端、輸出端只有極微小的斬波尖峰泄漏等。
[0012]放大后的信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊進入單片機內(nèi)部，然后通過USB接口模塊與計算機進行雙向通信，計算機將收集到的數(shù)據(jù)進行運算處理，將處理好的數(shù)據(jù)存儲。單片機將程控測試開關(guān)組打開，將反饋電位補償開關(guān)組閉合，然后將測得的電位施加到陣列分布平行板電容兩端，對在測量過程中泄漏的電量進行補充。第二次測量前先斷開反饋電位補償開關(guān)組，重復第一次全部測量記錄過程。所述系統(tǒng)實現(xiàn)了被測帶電體陣列分布式測量，解決了非接觸式電位計的零漂問題，提高了測量的精確度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0014]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理框圖；
圖2是本發(fā)明系統(tǒng)中電位測試補償儀的原理圖。
【具體實施方式】
[0015]如圖1所75, —種分布式自動補償表面靜電電位的電位測試系統(tǒng)，包括:電位測試補償儀、計算機和數(shù)據(jù)接口電路。所述電位測試補償儀通過陣列式平行板電容對被測帶電體表面的電位進行采集并且采集后通過陣列式平行板電容對被測帶電體表面的電位進行自動補償。所述電位測試補償儀包括若干條采用平行板電容對被測帶電體表面的電位進行采集的電位采集通道；用于接收電位采集通道采集的電位信息并將該信息上傳至計算機，然后根據(jù)計算機下傳的命令輸出電位補償信號的單片機；以及與電位采集通道相對應(yīng)的用于接收單片機下傳的電位補償信號，然后輸出電信號給平行板電容對被測帶電體表面進行電位補償?shù)碾娢谎a償通道。在本實施例中所述電位采集通道設(shè)有64個，所述電位補償通道設(shè)有64個，采集通道和測試通道的個數(shù)也可以根據(jù)需要進行設(shè)置。
[0016]如圖2所示，每條電位采集通道包括平行板電容Cl、程控測試開關(guān)S1、運算放大器U1-U2、電阻R1-R3和A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述電容Cl的一端接地，另一端經(jīng)程控測試開關(guān)SI接放大器Ul的一個輸入端,放大器Ul的另一個輸入端與其輸出端連接,放大器Ul的輸出端依次經(jīng)電阻Rl和電阻R3接放大器U2的輸出端，電阻R2的一端接電源，電阻R2的另一端分為兩路，第一路接電阻Rl與電阻R3的結(jié)點，第二路接放大器U2的一個輸入端，放大器U2的另一個輸入端接地，放大器U2的輸出端接A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端接單片機的輸入端，程控測試開關(guān)SI的控制端接單片機的一個輸出端。
[0017]如圖2所示，每條電位補償通道包括反饋電位補償開關(guān)S2、D/A轉(zhuǎn)換模塊、電阻R4-R6和放大器U3,所述D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸入端接單片機的輸出端,D/A轉(zhuǎn)換模塊的一個輸出端依次經(jīng)電阻R4和電阻R6接放大器U3的輸出端，電阻R5的一端接電源，電阻R5的另一端分為兩路，第一路接放大器U3的一個輸入端，第二路接電阻R4與電阻R6的結(jié)點，放大器U3的另一個輸入端接地，所述放大器U3的輸出端經(jīng)反饋電位補償開關(guān)S2接所述電容Cl的非接地端，所述反饋電位補償開關(guān)S2的控制端接單片機的一個輸出端。
[0018]所述計算機用于計算電位測試補償儀采集到的電位數(shù)據(jù)并下傳指令到電位測試補償儀進行電位自動補償。所述數(shù)據(jù)接口電路用于實現(xiàn)電位測試補償儀與計算機之間進行數(shù)據(jù)通信，所述數(shù)據(jù)接口電路可以使用串口電路或USB接口電路，優(yōu)選的本申請使用USB接口，方便進行系統(tǒng)的組裝。
[0019]開始電位測試前，系統(tǒng)的程控測試開關(guān)組以及反饋電位補償開關(guān)組處于斷開狀態(tài)，陣列分布平行板電容在靠近被測帶電體過程中，電容產(chǎn)生感應(yīng)電位。計算機向單片機發(fā)出測試指令后程控測試開關(guān)組閉合，通過運放對電容的微弱電壓信號進行放大處理，這樣能夠有效減小被測電容感應(yīng)電荷泄放。
[0020]將陣列分布電容感應(yīng)所產(chǎn)生的微弱電壓信號，通過斬波自穩(wěn)零式運算放大器進行放大，該放大器要求具有極低的輸入失調(diào)電壓，失調(diào)電壓的溫漂和長時間漂移極低，很低的輸入偏置電流，極高的開環(huán)增益，較高的轉(zhuǎn)換速率，單位增益帶寬大，單位增益達標時具有內(nèi)部補償，具有內(nèi)調(diào)制補償電路，能減少過載時的恢復時間，在輸入端、輸出端只有極微小的斬波尖峰泄漏等。
[0021]放大后的信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊進入單片機內(nèi)部，然后通過USB接口模塊與計算機進行雙向通信，計算機將收集到的數(shù)據(jù)進行運算處理，將處理好的數(shù)據(jù)存儲。單片機將程控測試開關(guān)組打開，將反饋電位補償開關(guān)組閉合，然后將測得的電位施加到陣列分布平行板電容兩端，對在測量過程中泄漏的電量進行補充。第二次測量前先斷開反饋電位補償開關(guān)組，重復第一次全部測量記錄過程。所述系統(tǒng)實現(xiàn)了被測帶電體陣列分布式測量，解決了非接觸式電位計的零漂問題，提高了測量的精確度。
[0022]本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及其實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用來幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種分布式自動補償表面靜電電位的電位測試系統(tǒng),其特征在于包括:通過陣列式平行板電容對被測帶電體表面的靜電電位進行采集并且采集后通過陣列式平行板電容對被測帶電體表面的靜電電位進行自動補償?shù)碾娢粶y試補償儀，用于計算電位測試補償儀采集到的靜電電位數(shù)據(jù)并下傳指令到電位測試補償儀進行電位自動補償?shù)挠嬎銠C，以及用于實現(xiàn)電位測試補償儀與計算機之間進行數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)接口電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式自動補償表面靜電電位的電位測試系統(tǒng)，其特征在于:所述電位測試補償儀包括若干條采用平行板電容對被測帶電體表面的靜電電位進行采集的電位采集通道；用于接收電位采集通道采集的靜電電位信息并將該信息上傳至計算機，然后根據(jù)計算機下傳的命令輸出電位補償信號的單片機；以及與電位采集通道相對應(yīng)的用于接收單片機下傳的電位補償信號，然后輸出電信號給平行板電容對被測帶電體表面進行電位補償?shù)碾娢谎a償通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分布式自動補償表面靜電電位的電位測試系統(tǒng)，其特征在于:每條電位采集通道包括平行板電容Cl、程控測試開關(guān)S1、運算放大器U1-U2、電阻R1-R3和A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述電容Cl的一端接地，另一端經(jīng)程控測試開關(guān)SI接放大器Ul的一個輸入端，放大器Ul的另一個輸入端與其輸出端連接,放大器Ul的輸出端依次經(jīng)電阻Rl和電阻R3接放大器U2的輸出端，電阻R2的一端接電源，電阻R2的另一端分為兩路，第一路接電阻Rl與電阻R3的結(jié)點,第二路接放大器U2的一個輸入端,放大器U2的另一個輸入端接地，放大器U2的輸出端接A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端接單片機的輸入端，程控測試開關(guān)SI的控制端接單片機的一個輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分布式自動補償表面靜電電位的電位測試系統(tǒng)，其特征在于:每條電位補償通道包括反饋電位補償開關(guān)S2、D/A轉(zhuǎn)換模塊、電阻R4-R6和放大器U3，所述D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸入端接單片機的輸出端，D/A轉(zhuǎn)換模塊的一個輸出端依次經(jīng)電阻R4和電阻R6接放大器U3的輸出端，電阻R5的一端接電源，電阻R5的另一端分為兩路，第一路接放大器U3的一個輸入端,第二路接電阻R4與電阻R6的結(jié)點,放大器U3的另一個輸入端接地，所述放大器U3的輸出端經(jīng)反饋電位補償開關(guān)S2接所述電容Cl的非接地端，所述反饋電位補償開關(guān)S2的控制端接單片機的一個輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式自動補償表面靜電電位的電位測試系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)接口電路為串口電路或USB接口電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分布式自動補償表面靜電電位的電位測試系統(tǒng)，其特征在于:所述電位采集通道設(shè)有64個，所述電位補償通道設(shè)有64個。
【文檔編號】G01R29/00GK103713201SQ201310722033
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】曹鶴飛, 武占成, 孫永衛(wèi), 楊潔, 劉存禮, 原青云 申請人:中國人民解放軍軍械工程學院