分布式自动补偿表面静电电位的电位测试系统

摘要

本发明公开了一种分布式自动补偿表面静电电位的电位测试系统，涉及电变量的测量装置技术领域。包括通过阵列式平行板电容对被测带电体表面的电位进行采集并且采集后通过阵列式平行板电容对被测带电体表面的电位进行自动补偿的电位测试补偿仪，用于计算电位测试补偿仪采集到的电位数据并下传指令到电位测试补偿仪进行电位自动补偿的计算机，以及用于实现电位测试补偿仪与计算机之间进行数据通信的数据接口电路。所述电位测试系统解决了零漂问题，提高了被测物体表面分布静电电位测量精确度。

说明书

技术领域

本发明涉及电变量的测量装置技术领域，尤其涉及一种分布式自动补偿表面静电电位的电位测试系统。

背景技术

目前国际上非接触式传感器有直接感应式、旋叶式、变容式、空气电离式等，但是绝大多数都是进行“点”测量，这是由于传感器不能够做到很小以及传感器之间互相干扰等因素影响，导致很难实现对导电介质材料面电位的测量。目前，有一种技术是单传感器机械扫描方法，虽然能够实现面的测量，但是由于机械运动的时间较长，电荷泄放，导致测量结果出现偏差。介质面电位分布测量是目前面临的一个国际难题，而且再一长期困扰非接触式电位计发展的一技术难题是零漂问题难以解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种分布式自动补偿表面静电电位的电位测试系统，所述电位测试系统解决了零漂问题，提高了电位测量的精确度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种分布式自动补偿表面静电电位的电位测试系统，其特征在于包括：通过阵列式平行板电容对被测带电体表面的电位进行采集并且采集后通过阵列式平行板电容对被测带电体表面的电位进行自动补偿的电位测试补偿仪，用于计算电位测试补偿仪采集到的电位数据并下传指令到电位测试补偿仪进行电位自动补偿的计算机，以及用于实现电位测试补偿仪与计算机之间进行数据通信的数据接口电路。

优选的，所述电位测试补偿仪包括若干条采用平行板电容对被测带电体表面的电位进行采集的电位采集通道；用于接收电位采集通道采集的电位信息并将该信息上传至计算机，然后根据计算机下传的命令输出电位补偿信号的单片机；以及与电位采集通道相对应的用于接收单片机下传的电位补偿信号，然后输出电信号给平行板电容对被测带电体表面进行电位补偿的电位补偿通道。

优选的，每条电位采集通道包括平行板电容C1、程控测试开关S1、运算放大器U1-U2、电阻R1-R3和A/D转换模块，所述电容C1的一端接地，另一端经程控测试开关S1接放大器U1的一个输入端，放大器U1的另一个输入端与其输出端连接，放大器U1的输出端依次经电阻R1和电阻R3接放大器U2的输出端，电阻R2的一端接电源，电阻R2的另一端分为两路，第一路接电阻R1与电阻R3的结点，第二路接放大器U2的一个输入端，放大器U2的另一个输入端接地，放大器U2的输出端接A/D转换模块的输入端，A/D转换模块的输出端接单片机的输入端，程控测试开关S1的控制端接单片机的一个输出端。

优选的，每条电位补偿通道包括反馈电位补偿开关S2、D/A转换模块、电阻R4-R6和放大器U3，所述D/A转换模块的输入端接单片机的输出端，D/A转换模块的一个输出端依次经电阻R4和电阻R6接放大器U3的输出端，电阻R5的一端接电源，电阻R5的另一端分为两路，第一路接放大器U3的一个输入端，第二路接电阻R4与电阻R6的结点，放大器U3的另一个输入端接地，所述放大器U3的输出端经反馈电位补偿开关S2接所述电容C1的非接地端，所述反馈电位补偿开关S2的控制端接单片机的一个输出端。

优选的，所述数据接口电路为串口电路或USB接口电路。

优选的，所述电位采集通道设有64个，所述电位补偿通道设有64个。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：开始电位测试前，系统的程控测试开关组以及反馈电位补偿开关组处于断开状态，阵列分布平行板电容在靠近被测带电体过程中，电容产生感应电位。计算机向单片机发出测试指令后程控测试开关组闭合，通过运放对电容的微弱电压信号进行放大处理，这样能够有效减小被测电容感应电荷泄放。

将阵列分布电容感应所产生的微弱电压信号，通过斩波自稳零式运算放大器进行放大，该放大器要求具有极低的输入失调电压，失调电压的温漂和长时间漂移极低，很低的输入偏置电流，极高的开环增益，较高的转换速率，单位增益带宽大，单位增益达标时具有内部补偿，具有内调制补偿电路，能减少过载时的恢复时间，在输入端、输出端只有极微小的斩波尖峰泄漏等。

放大后的信号经A/D转换模块进入单片机内部，然后通过USB接口模块与计算机进行双向通信，计算机将收集到的数据进行运算处理，将处理好的数据存储。单片机将程控测试开关组打开，将反馈电位补偿开关组闭合，然后将测得的电位施加到阵列分布平行板电容两端，对在测量过程中泄漏的电量进行补充。第二次测量前先断开反馈电位补偿开关组，重复第一次全部测量记录过程。所述系统实现了被测带电体阵列分布式测量，解决了非接触式电位计的零漂问题，提高了测量的精确度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的系统原理框图；

图2是本发明系统中电位测试补偿仪的原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种分布式自动补偿表面静电电位的电位测试系统，包括：电位测试补偿仪、计算机和数据接口电路。所述电位测试补偿仪通过阵列式平行板电容对被测带电体表面的电位进行采集并且采集后通过阵列式平行板电容对被测带电体表面的电位进行自动补偿。所述电位测试补偿仪包括若干条采用平行板电容对被测带电体表面的电位进行采集的电位采集通道；用于接收电位采集通道采集的电位信息并将该信息上传至计算机，然后根据计算机下传的命令输出电位补偿信号的单片机；以及与电位采集通道相对应的用于接收单片机下传的电位补偿信号，然后输出电信号给平行板电容对被测带电体表面进行电位补偿的电位补偿通道。在本实施例中所述电位采集通道设有64个，所述电位补偿通道设有64个，采集通道和测试通道的个数也可以根据需要进行设置。

如图2所示，每条电位采集通道包括平行板电容C1、程控测试开关S1、运算放大器U1-U2、电阻R1-R3和A/D转换模块，所述电容C1的一端接地，另一端经程控测试开关S1接放大器U1的一个输入端，放大器U1的另一个输入端与其输出端连接，放大器U1的输出端依次经电阻R1和电阻R3接放大器U2的输出端，电阻R2的一端接电源，电阻R2的另一端分为两路，第一路接电阻R1与电阻R3的结点，第二路接放大器U2的一个输入端，放大器U2的另一个输入端接地，放大器U2的输出端接A/D转换模块的输入端，A/D转换模块的输出端接单片机的输入端，程控测试开关S1的控制端接单片机的一个输出端。

如图2所示，每条电位补偿通道包括反馈电位补偿开关S2、D/A转换模块、电阻R4-R6和放大器U3，所述D/A转换模块的输入端接单片机的输出端，D/A转换模块的一个输出端依次经电阻R4和电阻R6接放大器U3的输出端，电阻R5的一端接电源，电阻R5的另一端分为两路，第一路接放大器U3的一个输入端，第二路接电阻R4与电阻R6的结点，放大器U3的另一个输入端接地，所述放大器U3的输出端经反馈电位补偿开关S2接所述电容C1的非接地端，所述反馈电位补偿开关S2的控制端接单片机的一个输出端。

所述计算机用于计算电位测试补偿仪采集到的电位数据并下传指令到电位测试补偿仪进行电位自动补偿。所述数据接口电路用于实现电位测试补偿仪与计算机之间进行数据通信，所述数据接口电路可以使用串口电路或USB接口电路，优选的本申请使用USB接口，方便进行系统的组装。

开始电位测试前，系统的程控测试开关组以及反馈电位补偿开关组处于断开状态，阵列分布平行板电容在靠近被测带电体过程中，电容产生感应电位。计算机向单片机发出测试指令后程控测试开关组闭合，通过运放对电容的微弱电压信号进行放大处理，这样能够有效减小被测电容感应电荷泄放。

将阵列分布电容感应所产生的微弱电压信号，通过斩波自稳零式运算放大器进行放大，该放大器要求具有极低的输入失调电压，失调电压的温漂和长时间漂移极低，很低的输入偏置电流，极高的开环增益，较高的转换速率，单位增益带宽大，单位增益达标时具有内部补偿，具有内调制补偿电路，能减少过载时的恢复时间，在输入端、输出端只有极微小的斩波尖峰泄漏等。

放大后的信号经A/D转换模块进入单片机内部，然后通过USB接口模块与计算机进行双向通信，计算机将收集到的数据进行运算处理，将处理好的数据存储。单片机将程控测试开关组打开，将反馈电位补偿开关组闭合，然后将测得的电位施加到阵列分布平行板电容两端，对在测量过程中泄漏的电量进行补充。第二次测量前先断开反馈电位补偿开关组，重复第一次全部测量记录过程。所述系统实现了被测带电体阵列分布式测量，解决了非接触式电位计的零漂问题，提高了测量的精确度。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及其实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用来帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。