[发明专利]一种高压静电电压测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压静电电压测量装置，用于介质或导体的高压静电电位的测量。

背景技术

介质或导体的高压静电电位测量在科研和工程领域应用广泛，尤其在卫星充放电效应研究中，该技术可以有效测量星用材料的静电高压电位，为卫星的静电防护设计提供测试、研究手段。

目前对高压静电电压的测量，基本都是非接触式的，主要分为两类：一类是采用振动装置在静电电压形成的电场中振动，形成振幅与电场强度成正比的调制信号，通过对调制信号进行解调实现静电电压测量；另一类是采用金属极板对静电电位进行感应，通过对极板感应电位的测量来实现高压静电电压测量。其中后者采用极板感应电荷，并通过电容分压对高压静电电位进行测量，结构简单，易于实现。但在对感应极板的电位进行测量时，由于其为静电电荷，极易通过测量电路泄露，从而产生误差，在大分压比的测量系统中，对应的被测高压误差更大，因此高压静电电压测量电路应着重解决测量中的电荷泄漏问题。

发明内容

本发明的目的是提出了一种高压静电电压测量装置，该装置在对高压静电电压测量的过程中，可以很好解决电荷漏电的问题。

实现本发明的技术方案如下：

一种高压静电电压测量装置，包括感应极板、分压电容和测量电路；其中感应极板的输出分成两个支路，其中一支路通过分压电容接地，另一支路与测量电路相连；

所述感应极板用于感应被测对象的静电电压；

所述分压电容用于对感应极板输出的静电电压进行分压；

所述测量电路包括低偏置输入放大器、同相比例放大器、低通滤波器、测量显示模块、等电势屏蔽环、跟随放大器和开关，所述等电势屏蔽环将低偏置输入放大器上的输入管脚包围；其中感应极板的输出支路通过开关依次与低偏置输入放大器、同相比例放大器、低通滤波器相连、测量显示模块相连；低偏置输入放大器的反向输入端与跟随放大器的输入端相连，跟随放大器的输出端与等电势屏蔽环相连。

进一步地，本发明所述分压电容为聚苯乙烯电容。

进一步地，本发明所述低偏置输入放大器的偏置电流小于60fA。

进一步地，本发明所述感应极板包括高压样品、感应电极、接地铝环及铝壳；其中，高压样品位于接地铝环的上方，感应电极位于接地铝环的下方，所述铝壳将高压样品、感应电极和接地铝环压紧于铝壳内；铝壳上端留有开口，接地铝环与铝壳内壁接触，且接触电阻小于0.5欧姆；

所述高压样品包括样品压环、样品托环和薄膜样品材料，其中所述薄膜样品材料与被测对象的材料相同；薄膜样品材料的下表面通过环氧胶固连在与其直径相同的样品托环上，样品压环压紧薄膜样品材料，并使薄膜样品材料的上表面通过环氧胶固连于样品压环的凹槽内；

所述感应电极包括感应电极压环、感应电极托环和极板；极板由感应电极压环压紧于感应电极托环上。

进一步地，本发明所述样品压环和样品托环的材料为聚酰亚胺，所述感应电极压环和感应电极托环为聚酰亚胺。

有益效果

第一，本发明测量装置采用电容分压结构，由于分压电容上电压与感应极板上的电压存在一定的比例关系，因此通过测量分压电容的电压，实现了高压静电电压测量，测量装置结构简单，性能可靠，与传统进行高压电位测量的装置相比，其不需要高压模块，便于集成到不同的系统内。

第二、本发明在测量电路上设置开关，在不同情况下对开关的开闭状态进行控制，可以消除测量电路上电过程对分压电容进行充电所造成的误差影响。

第三、本发明在测量电路输入端的低偏置输入放大器上设置等电势屏蔽环，使得分压电容上的电荷不会通过测量电路的印制电路板泄露，因此在设计上实现了极低的漏电流，保证了静电电位测量的准确性。

第四、本发明将高压样品与感应电极分开，使其通过非接触式静电感应来测量表示被测对象上电位情况的高压样品电位，同时将薄膜样品材料的漏电通过接地铝环导向铝壳，因此可以防止薄膜样品材料漏电至感应电极的问题；该感应极板结构简单，稳定性高，进行空间搭载的环境适应性强。

第五、本发明薄膜样品材料与所需测量航天器表面的材料相同，因此在需要对不同类型的航天器进行测量时，只需更换与被测航天器表面材料相同的样品薄膜材料，因此其具有很强的适用性。

附图说明

图1为本发明高压静电电压测量装置组成示意图。

图2为本发明测量电路原理框图。

图3为本发明测量电路的电路板防漏电设计示意图。