[发明专利]非接触式静电场测试装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种非接触式静电场测试装置及测试方法，所述装置包括感应电极，所述感应电极分别与两个压控变容器件的一端连接，所述压控变容器件的另一端分别与隔离变压器的次级线圈的两端连接，所述隔离变压器的初级线圈的两端连接有电压激励源，所述隔离变压器的次级线圈上设置有信号输出端，所述信号输出端与低噪声放大器的信号输入端连接，所述低噪声放大器的信号输出端与模数转换模块的信号输入端连接，所述模数转换模块的信号输出端与解调检波模块的信号输入端连接，所述解调检波模块输出的信号为被测静电目标所产的静电场信号。能够提高传感器的动态响应能力，有助于其对动态变化静电场的快速跟踪。

技术领域

本发明涉及静电测试技术领域，尤其涉及一种非接触式静电场测试装置及测试方法。

背景技术

非接触式静电场测试传感器是进行静电场或静电检测的重要组成单元，广泛应用于人体静电、物体表面静电和空间静电场的检测中。目前所使用的非接触式静电场测试传感器主要分为以下几类：直接感应式、交流调制式和空气电离式。

直接感应式静电场传感器由于存在一定的泄漏电阻，导致被测电位会随时间发生衰减，因此不适合用于对缓变静电场和静电电位的长期监测。

机械调制式静电场传感器主要包括：振动电容式和旋转叶片式(也有文献称之为场磨式)。近年来发展迅速的MEMS静电场传感器也属于这一类，其本质都是通过机械运动的方式，使传感器感应电极与被测带电体之间形成一个交变电容，从而把感应直流电压转换调制成交流电压信号，并通过对电信号的采集和转换获得静电场信息。根据其工作原理，此类静电场传感器的动态特性与传感器感应电极机械运动的频率直接相关，通常调制频率较低(几十到几百Hz)，在缓变静电场监测中应用较多，且探测灵敏度低，不适合对快速变化静电电荷或静电场的实时探测。

目前，直接感应式和机械调制式静电场传感器在实际工程应用中使用的较为广泛，空气电离式静电场传感器由于利用了放射性同位素产生的射线电离空气，这种仪器使用较少，主要在一些特殊场合使用。

由于可动机械部件的存在，机械调制式静电场传感器通常结构复杂、加工难度大且成本相对较高，其对目标静电场的响应速度受感应电极机械运动频率的制约且对机械破坏非常敏感。因此，亟待研究开发结构简单、没有可动部件且能够对静电场快速响应的非接触式静电场传感器，进一步拓展静电探测技术的应用领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够提高传感器的动态响应能力，有助于其对动态变化静电场的快速跟踪的非接触式静电场测试装置。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种非接触式静电场测试装置，其特征在于：包括感应电极，所述感应电极分别与两个压控变容器件的一端连接，所述压控变容器件的另一端分别与隔离变压器的次级线圈的两端连接，所述隔离变压器的初级线圈的两端连接有电压激励源，所述隔离变压器的次级线圈上设置有信号输出端，所述信号输出端与低噪声放大器的信号输入端连接，所述低噪声放大器的信号输出端与模数转换模块的信号输入端连接，所述模数转换模块的信号输出端与解调检波模块的信号输入端连接，所述解调检波模块输出的信号为被测静电目标所产的静电场信号。

优选的，所述压控变容器件为压控变容二极管。

本发明还公开了一种非接触式静电场测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

感应电极与被测静电目标之前保持一定距离，使得感应电极与被测静电目标之间存在一个电容C₁₁；

在感应电极后串接一个压控变容器件，其电容为C₁₂，该电容随外加电压激励源输出电压的变化而变化；其中，电压激励源的输出电压通过隔离变压器施加在压控变容器件上；