本發(fā)明涉及靜電監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于電場傳感器的密封型非接觸式手持靜電儀。
背景技術(shù)：
靜電危害是科技和生產(chǎn)活動(dòng)中的一個(gè)重大安全隱患。不同物質(zhì)間接觸、分離后即可產(chǎn)生靜電，由于其產(chǎn)生簡單、不易發(fā)覺，稍有不慎就可能釀成重大事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國電子行業(yè)部門每年因靜電危害造成損失高達(dá)100億美元，英國電子產(chǎn)品每年因靜電造成的損失為20億英鎊，日本電子元器件的不合格品中不少于45％的危害是因?yàn)殪o電放電(esd)造成的。靜電放電可能點(diǎn)燃某些易燃物體而發(fā)生爆炸。例如，在石油石化領(lǐng)域，人體或設(shè)備攜帶靜電容易引燃油品揮發(fā)出的氣體，油品、粉體在儲(chǔ)運(yùn)過程中與周圍容器發(fā)生摩擦，也容易產(chǎn)生大量靜電。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，氫氣、乙炔、瓦斯等易燃易爆氣體，煤粉、鋁粉、面粉等粉塵，都有可能因靜電火花引起爆炸。在電子工業(yè)領(lǐng)域，一般mos電路和場效應(yīng)管擊穿電壓約為300v，然而在干燥季節(jié)人體靜電可達(dá)數(shù)萬伏，極易損傷甚至損壞半導(dǎo)體器件，從而導(dǎo)致設(shè)備故障。
傳統(tǒng)非接觸式靜電測試儀包括電極式、振動(dòng)電容式、場磨式等。其中，電極式靜電儀直接通過電路對單一感應(yīng)電極上的電荷信號進(jìn)行放大、ad采樣，由于電荷信號容易在電路中衰減，該靜電儀零點(diǎn)漂移大，需經(jīng)常調(diào)零，使用不便。振動(dòng)電容式、場磨式靜電儀通過振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)制感應(yīng)電極上的感應(yīng)電荷，測量帶電體附近的電場強(qiáng)度，反演帶電體的靜電電壓，避免了感應(yīng)電荷衰減。然而，這些靜電測試儀普遍將傳感器敏感芯片裸露在外，這些裸露可動(dòng)單元容易在粉塵等惡劣環(huán)境中損壞，也容易因自身摩擦或與外界碰撞產(chǎn)生電火花，造成安全隱患。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
(一)要解決的技術(shù)問題
傳統(tǒng)非接觸式靜電測試儀含有裸露可動(dòng)部件，難以在充滿粉塵等惡劣環(huán)境下工作，在易燃易爆高危場所使用時(shí)存在風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明提出一種基于電場傳感器的密封型非接觸式手持靜電儀，基于外部感應(yīng)電極結(jié)構(gòu)，提升靜電儀的可靠性及靈敏度。
(二)技術(shù)方案
一種基于電場傳感器的密封型非接觸式手持靜電儀，包括電場傳感器、感應(yīng)電極、隔離層和外殼，所述感應(yīng)電極、隔離層和外殼構(gòu)成密封結(jié)構(gòu)，所述電場傳感器位于密封結(jié)構(gòu)內(nèi)，所述感應(yīng)電極和電場傳感器通過所述隔離層隔離，并通過連接線連接導(dǎo)通。
優(yōu)選地，所述外殼包括套筒和尾蓋，所述套筒兩端開口，其一端連接尾蓋，另一端連接隔離層，所述感應(yīng)電極設(shè)置在隔離層上，所述隔離層位于感應(yīng)電極和套筒之間。
優(yōu)選地，還包括屏蔽罩，所述屏蔽罩可將感應(yīng)電極與外界隔離。
優(yōu)選地，所述隔離層開設(shè)有連接孔，所述連接線穿過連接孔將所述感應(yīng)電極與電場傳感器連接。
優(yōu)選地，所述電場傳感器包括傳感器敏感芯片、信號處理電路和電池，所述傳感器敏感芯片與感應(yīng)電極通過連接線連接。
優(yōu)選地，所述隔離層設(shè)置距離模塊；
所述感應(yīng)電極開設(shè)窗口，用于距離模塊的信號傳入傳出，窗口進(jìn)行密封。
優(yōu)選地，所述距離模塊包括定距模塊或測距模塊；
所述定距模塊包括兩個(gè)在預(yù)設(shè)距離光斑重合的激光燈；
所述測距模塊為超聲波測距模塊。
優(yōu)選地，所述外殼上開設(shè)窗口，用于設(shè)置顯示單元、按鍵或指示燈；
所述顯示單元實(shí)時(shí)顯示被測靜電電壓、電池電量、測試距離或報(bào)警信號；
所述按鍵用于控制密封型非接觸式手持靜電儀開關(guān)、調(diào)零、檔位切換或測試使能；
所述指示燈用于顯示電源或報(bào)警情況。
優(yōu)選地，所述外殼設(shè)置有電池有線充電接口、無線充電模塊或信號輸出接口。
優(yōu)選地，所述隔離層為電阻率大于108ωcm的絕緣材料；
所述套筒為金屬或半導(dǎo)體防靜電材料；
所述屏蔽罩為金屬或半導(dǎo)體防靜電材料；
所述連接線為導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料。
(三)有益效果
本發(fā)明為了提升手持靜電儀的安全性、可靠性及靈敏度，提出一種新型密封型結(jié)構(gòu)，引入了感應(yīng)電極、隔離層等關(guān)鍵部件，具有以下有益效果：
通過感應(yīng)電極、隔離層、套筒、尾蓋等組成密封結(jié)構(gòu)，將電場傳感器密封于腔體內(nèi)部，避免傳感器敏感結(jié)構(gòu)受外部惡劣被測環(huán)境影響而損壞。
傳感器敏感結(jié)構(gòu)工作時(shí)的可動(dòng)部件不直接與被測環(huán)境接觸，避免了可動(dòng)結(jié)構(gòu)碰撞產(chǎn)生電火花引燃被測環(huán)境。
此外，通過感應(yīng)電極結(jié)構(gòu)，增大了傳感器的感應(yīng)面積，提高了靈敏度。
附圖說明
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種基于電場傳感器的密封型非接觸式手持靜電儀的剖面示意圖。
【符號說明】
1-電場傳感器敏感元件，2-信號處理電路，3-供電電池，4-連接線，5-感應(yīng)電極，6-隔離層，7-套筒，8-尾蓋，9-屏蔽罩。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。此外，以下實(shí)施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明。
在本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于電場傳感器的密封型非接觸式手持靜電儀。包括電場傳感器敏感元件1、信號處理電路2、供電電池3、連接線4、感應(yīng)電極5、隔離層6、套筒7、尾蓋8和屏蔽罩9，此外，還可包括顯示屏、控制按鈕、距離模塊等。
感應(yīng)電極5、隔離層6、套筒7和尾蓋8構(gòu)成全密封外殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)部固定電場傳感器敏感芯片1、信號處理電路2及供電電池3。在不使用時(shí)，感應(yīng)電極5外部采用屏蔽罩9保護(hù)。
以下分別對本實(shí)施例密封型非接觸式手持靜電儀的各個(gè)組成元件進(jìn)行詳細(xì)說明。電場傳感器敏感元件1是靜電場傳感器或交流電場傳感器，包括采用微納米加工工藝制備而成的微機(jī)械結(jié)構(gòu)芯片、微電子敏感芯片、光學(xué)敏感芯片，或基于壓電陶瓷的振動(dòng)電容式，或場磨式電場儀。
信號處理電路2用于對電場傳感器敏感元件1提供工作必須的激勵(lì)信號，并將電場傳感器敏感元件1的輸出信號進(jìn)行電流-電壓轉(zhuǎn)換、放大、a/d采樣、數(shù)字信號處理、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)有線及無線發(fā)送等，信號處理電路可包括無線信號發(fā)射模塊、本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。
供電電池3連接信號處理電路2，可以為干電池、鋰電池、鎳氫電池等。
連接線4用于連接電場傳感器敏感元件1與感應(yīng)電極5。連接線為金屬導(dǎo)線或半導(dǎo)體材料，不與非接觸式手持靜電儀內(nèi)部其他部件有導(dǎo)通性連接，如果無法避免物理接觸，可在連接線4的接觸點(diǎn)上增加絕緣物。
感應(yīng)電極5固定在隔離層6上，二者之間可以為螺紋連接、螺絲固定焊料焊接或膠粘，以增強(qiáng)密封效果。感應(yīng)電極裸露在外，用于感應(yīng)靜電信號，感應(yīng)電極內(nèi)表面與電場傳感器敏感芯片直接或采用導(dǎo)體/半導(dǎo)體相連。感應(yīng)電極5上可留有窗口，用于距離模塊的信號傳入傳出，窗口采用玻璃或透明塑料密封。感應(yīng)電極5為金屬材料或防靜電材料。
隔離層6用于連接感應(yīng)電極5與套筒7，設(shè)置在感應(yīng)電極和套筒之間，其電阻率不小于108ω/cm。隔離層中心開孔，便于連接線4穿入。隔離層6上的中心開孔處還可以固定距離模塊。距離模塊不與感應(yīng)電極5有電導(dǎo)通性物理接觸。距離模塊由信號處理電路2或供電電池3供電，與信號處理電路2進(jìn)行通信，距離模塊包括定距模塊和測距模塊兩種，其中，定距模塊可以是兩個(gè)在預(yù)設(shè)距離光斑重合的激光燈，可發(fā)出兩個(gè)向外的光束，當(dāng)兩個(gè)光束在被測平面重合，非接觸式手持靜電儀即到達(dá)合適的測試距離；測距模塊可以采用超聲波等原理進(jìn)行距離測試，能夠?qū)崟r(shí)反應(yīng)被測平面與手持靜電儀之間的距離，通過距離模塊與電場傳感器敏感元件的實(shí)時(shí)輸出計(jì)算被測平面靜電電位，可通過曲線擬合法或查表法確定手持靜電儀在不同測試距離的靈敏度。此外，也可通過預(yù)設(shè)長度的量尺確定測試距離。量尺可以為多種長度，可通過在套筒上設(shè)置按鍵進(jìn)行檔位及靈敏度切換。
套筒7頂部固定隔離層6，固定方法有螺紋連接、螺絲固定、焊料焊接、膠粘等以保證密封。套筒7內(nèi)部安裝電場傳感器敏感元件1、信號處理電路2和供電電池3。根據(jù)使用需求，可在套筒或尾蓋上開設(shè)窗口，設(shè)置顯示單元、按鍵、指示燈等。其中，顯示單元可選用液晶顯示器、oled顯示器、led顯示器等，用于顯示被測電壓、測試距離、電池電量、報(bào)警信息等。按鍵實(shí)現(xiàn)開關(guān)、調(diào)零、檔位切換、測試使能(hold)等功能。指示燈顯示靜電儀電源、報(bào)警等情況。套筒7為金屬材料或防靜電材料。
尾蓋8通過螺紋連接、螺絲固定、焊料焊接、膠粘等方法密封固定在套筒7底部，為金屬材料或防靜電材料。尾蓋8上可固定電池充電接口、信號輸出接口、無線充電模塊等。其中，電池充電接口及信號輸出接口的接地端可用作手持靜電計(jì)的接地接口。
屏蔽罩9通過螺紋連接、卡口等方法固定在套筒7頂端，將感應(yīng)電極5、隔離層6罩住。在不測試時(shí)，將屏蔽罩9安裝于套筒7上，保護(hù)裸露的感應(yīng)電極。此外，調(diào)零前，也可安裝屏蔽罩9用于產(chǎn)生零點(diǎn)場。
此外，容易理解的是，本專利提出的非接觸式手持靜電儀不僅可以用于測量人體、物體攜帶的靜電電壓，還可以直接顯示電場傳感器所測得的電場值，基于交變電場傳感器及對應(yīng)的信號處理電路，也可以用于測量交變電場、交變電壓信號。
本發(fā)明提出的基于電場傳感器的密封型非接觸式手持靜電儀采用全密封結(jié)構(gòu)，將電場傳感器密封于腔體內(nèi)部，避免傳感器敏感結(jié)構(gòu)受外部惡劣被測環(huán)境影響而損壞。傳感器敏感結(jié)構(gòu)工作時(shí)的可動(dòng)部件不直接與被測環(huán)境接觸，保護(hù)核心敏感元件不受惡劣環(huán)境影響，避免了可動(dòng)結(jié)構(gòu)碰撞產(chǎn)生電火花引燃被測環(huán)境，能夠在易燃易爆場所使用，充分保障被測環(huán)境及核心敏感元件的安全，測試精確。此外，通過感應(yīng)電極結(jié)構(gòu)，增大了傳感器的感應(yīng)面積，提高了靈敏度。
電場傳感器包括mems電場傳感器、振動(dòng)電容式電場傳感器、光學(xué)電場傳感器、場磨式電場傳感器。至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例的一種基于電場傳感器的密封型非接觸式手持靜電儀進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對本發(fā)明電場傳感器封裝組件有了清楚的認(rèn)識(shí)。此外，上述對各元件的定義并不僅限于實(shí)施方式中提到的各種具體結(jié)構(gòu)或形狀，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可對其進(jìn)行簡單地熟知地替換。例如，本專利提出的手持靜電計(jì)可以為圓柱體或長方體等不同形狀。
以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。