[发明专利]一种静电电压测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子测量技术领域，尤其涉及一种静电电压测量装置及方法。

背景技术

静电测量广泛应用于科学研究、石油化工、国防军事、钢铁冶金、环境保护、半导体制造等领域。目前，常见的静电测量技术为振动电容非接触式测量。振动电容非接触式测量是采用一个电极靠近被测静电体，通过使电极与被测静电体的距离周期性交变或电极感应面积周期性交变，即改变电极与被测静电体间的耦合电容量，测量流过电极的交流电流，间接测得被测静电体的电压。振动电容非接触式测量又分为：校正型振动电容非接触式测量和平衡型振动电容非接触式测量。

校正型振动电容非接触式测量需要校正电极面积及电极与被测静电体的平均距离和距离振幅，或者需要校正电极面积振幅及电极与被测静电体的距离，同时，校正型振动电容静电测量对电极安装位置、安装角度要求较高。平衡型振动电容静电测量将振动电容、辅助程控电压源、被测静电体等效串联，通过改变辅助程控电压源的极性和调节辅助程控电压源的电压，使流过振动电容的电流为零，从而测得被测静电体的电压。平衡型振动电容非接触式测量需要产生与被测静电体电压幅度相同的电压，对于高压静电测量场合，实现比较困难。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种静电电压测量装置及方法，用以解决现有的振动电容非接触式测量需要校正电极面积、面积振幅、电极与被测静电体的距离以及距离振幅，需要产生与被测静电体电压同等幅度的比较电压，同时电极的形状、安装位置和安装角度影响测量结果的问题，其技术方案如下：

一种静电电压测量装置，包括：电极、振动器、电压源、电流取样装置和处理器；

所述电压源输出交直流叠加的电压至被测静电体；

所述处理器控制所述振动器振动以带动与所述振动器连接的所述电极振动，其中，所述电极靠近所述被测静电体设置，所述电极与所述被测静电体之间的耦合电容因所述电极的振动而交变；

所述电压源、所述被测静电体、所述电极、所述电流取样装置形成串联回路，所述电流取样装置对被测静电体通过所述电极耦合的电流进行取样，得到取样电流，并将包含有所述取样电流的取样电流信号发送至所述处理器；

所述处理器从所述取样电流信号中提取电流分量并根据提取的电流分量获取所述被测静电体的静电电压参数。

所述取样电流具体为：所述电压源、所述被测静电体、所述电极和所述电流取样装置所形成的串联回路的电流。

所述处理器从所述取样电流信号提取电流分量并根据提取的电流分量获取所述被测静电体的静电电压参数，具体为：

所述处理器从所述取样电流信号中提取j次电流分量幅值，并提取j+i、j-i或i-j次电流分量幅值，并根据提取的电流分量幅值获取所述被测静电体的静电电压幅值和静电电压极性，其中，j为大于等于1的正整数，i为大于等于1的正整数，且j不等于i。

所述电压源、所述被测静电体、所述电极和所述电流取样装置所形成的串联回路的电流为：

ic=CcdUcdt+UcdCcdt]]>

其中，C_c为所述电极与所述被测静电体之间的耦合电容，U_c为所述电极与所述被测静电体之间的总电压，t为时间。

所述电极与所述被测静电体之间的耦合电容为：