無源非接觸式表面電位探頭的製作方法

2023-04-24 13:41:06 1

專利名稱：無源非接觸式表面電位探頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測定對象物表面電位的探頭，特別是涉及 一種無源非接觸式地測定對象物表面電位的〗果頭。
背景技術：
目前，存在非接觸性地測定絕緣物表面所帶靜電電位的靜電測 定裝置。這種靜電裝置採用如下原理將探頭靠近對象物，因靜電感應 探頭前端金屬片帶有感應電荷；對探頭內參考電極供電，使其具有 一定電位；利用振蕩器產生電聲波，用電聲波掃描探頭前端金屬片 和探頭內的參考電極，接收探頭前端金屬片和參考電極的反射波； 改變參考電極上的電位，同時對兩組反射波進4亍比較；當兩組反射 波匹配時，對參考電極上電位的數值進行運算處理，得出對象物表 面電位的測量結果。在上述靜電裝置的測量中，測量結果不僅依賴於對象物的表面 電位，也依賴於糹笨頭與對象物的距離。因此，即使表面電位相同而 若距離不同，則測量結果也會不同。所以在測量期間必須固定探頭 的位置。由於上述探頭內參考電極具有較高電壓，探頭對外界有放 電風險，測量期間探頭必須用絕緣材料固定且人體不可觸摸探頭。上述靜電裝置的測量精度依賴於對兩組反射電聲波的準確接收 和處理。若在真空條件下使用探頭，探頭上信號需要經過真空壁轉 接到外部儀器，真空轉接成本高而且容易引起信號失真，進而導致 測量結果不準確。因此上述靜電裝置不適合於真空條件下直接使用。上述靜電裝置包含可調電源，電聲波信號的發射和接收系統， 信號處理系統，以及數據讀取和運算系統等。測量結果需專用電路 模塊才能實現實時存儲。因此裝置的體積比較大而且成本高。發明內容本實用新型的目的之 一 在於提供 一 種無源非接觸式的表面電位探頭；該表面電位探頭具有轉接能力，便於在真空條件下使用；目的之二是筒化表面電位探測系統結構，降低探測裝置成本。 為實現本實用新型的目的，本實用新型採用以下技術方案本實用新型的無源非接觸式的表面電位探頭，包括前端探頭106 和電荷傳感器105，其特徵在於，所述的前端探頭106與所述的電荷 傳感器105通過一轉接頭104連接一體；所述的前端糹果頭106由感應電極101,參考電極103，金屬屏蔽 殼102和所述的轉接頭104組成；其中所述的感應電極101為一金 屬片，由前端絕緣蓋312固定在所述的前端探頭106的金屬屏蔽殼 102上埠， 一塊導引金屬片302設置在所述的感應電極101底面； 一根外套彈簧3 04的第一金屬杆3 05頂住所述的導引金屬片3 02，所 述的第一金屬杆3 05經第一導線316和第二電阻317連接到轉接頭 內部電極318，導線的另一端與所述的轉接頭106電連接；所述的彈 簧3(H安裝在一塊中空上絕緣塊314內，所述的中空上絕緣塊314 與安裝在前端絕緣蓋312下的支撐絕緣塊3 0 3固定在一起， 一塊中 空下絕緣塊3 0 3固定在所述的中空上絕緣塊314下面，所述的參考 電極3 07固定在所述的中空下絕緣塊306中，經一第二金屬杆308 連接到一根第二導線3 09上，再經第二電阻310連通到一個轉接頭 內部電才及318上；所述的轉接頭內部電才及318套裝在一絕緣片319內，所述的絕 緣片319安裝在所述的中空下絕緣塊306和尾端絕緣塊321之間， 所述的尾端絕緣塊321外壁上有螺紋32 0;所述的轉接頭104的另一 端與電荷傳感器105電連接，也可以與同軸電纜相接後經轉接接上 電荷傳感器電連接。在上述的技術方案中，所述的電荷傳感器可以釆用美國PASCO 公司的2132型傳感器，也可以採用其它具有相同接口的電荷傳感器。當感應電極靠近對象物時，由於靜電感應原理，感應電極背面 會產生感應電荷；參考電極處於探頭中間，由於受到探頭金屬屏蔽 殼的屏蔽作用，在靠近對象物時不產生感應電荷；此時電荷傳感器探測到感應電極和參考電極上電荷差量；電荷差量與對象物表面電位大小有關，經換算後得到對象物表面電位。本實用新型的探測過程為探頭靠近對象物表面時，在感應電 極上產生感應電荷，感應電荷量的大小與對象物表面電位大小有關； 參考電極由於受到屏蔽不產生感應電荷；電荷傳感器探測感應電極 和參考電極間的電荷差量，其結果輸入顯示儀器，得到對象物表面 電位。與現有技術比，本實用新型具有以下優點1，前端探頭內部不需供電，前端探頭對外界沒有放電風險，可 以用各種材料固定，且對人體沒有傷害。2,前端探頭內部電路結構筒單，前端探頭上轉接頭可以使用同 軸電纜連接，適用於真空等各種需轉接的場合。3，探測裝置僅包含前端探頭，電荷傳感器和顯示設備，小巧方 便，成本低廉。4,可以選用不同類型電荷傳感器，實現量程和測量精度的變換。


圖1是本實用新型的無源非接觸式的表面電位探頭結構示意圖 圖2是探測電位隨距離變化比例係數修正圖 圖3是本實用新型探頭中的前端探頭結構示意圖 圖面說明101.感應電極， 104.轉接頭， 301.感應金屬片， 304.彈簧， 307.參考電極， 310.第二電阻， 314.上絕緣塊， 318.轉接頭內電極 321.尾端絕緣蓋。102.金屬屏蔽殼， 105.電荷傳感器， 302.導引金屬片，305.第一金屬杆， 308.第二金屬杆， 312.前端絕緣蓋， 316.第一導線，319.絕緣片，103.參考電極， 106.前端探頭。 3 03.支撐絕緣塊， 306,下絕緣塊， 309.第二導線， 313.前端螺紋， 317.第一電阻， 32 0.尾端螺紋，具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細描述，但不作為對本實 用新型的限定。參考圖1,製作一種實用新型的無源非接觸式的表面電位探頭。在本實施例中糹果頭由前端一冢頭106和電荷傳感器105組成，其 中電荷傳感器105可以直接經轉接頭104接上前端探頭106,也可以 經過同軸電纜轉接。電荷傳感器105可以採用美國PASCO公司的2132 型傳感器，也可以採用其它具有相同接口的電荷傳感器。其中前端探頭106包含感應電極101,金屬屏蔽殼102,參考電 極103和轉接頭104。金屬屏蔽殼102是前端探頭的外殼，例如用一鋁製圓筒殼製作，對絕緣塊內的參考電極起靜電屏蔽作用。參考圖3所示的結構，製作一本實施例的前端探頭。圖中前端絕 緣蓋312固定在金屬屏蔽殼102上口 ，導引金屬片3 02與第一金屬 杆3 05焊接在一起。彈簧304套在第一金屬杆305外，並通過上絕 緣塊314固定在上絕緣塊314腔內，該彈簧3 04向上頂起導引金屬 片3 02，使其與感應金屬片301緊密接觸。 一前端絕緣蓋312內孔與 上絕緣塊314突起的圓筒外壁套裝在一起， 一金屬銅的感應金屬片 3 01設置在前端絕緣蓋312內，處於支撐絕緣塊3 0 3上表面凹槽內， 通過前端絕緣蓋312內的前端螺紋313與支撐絕緣塊303的內螺紋 旋緊一起固定。下絕緣塊306設置在上絕緣塊314底部。前端絕緣 蓋312和支撐絕緣塊3 0 3由低介電常數高阻絕緣材料製成，常用的 有聚四氟乙烯等。第一金屬杆3 05經第一導線316和第一電阻317連接到轉接頭 內部電極318上。參考電極307固定在下絕》彖塊306內腔中，經第 二金屬杆308連接到第二導線3 09上，再經第二電阻310與轉接頭 內部電極318電連接，均安裝在金屬屏蔽殼102內。第一電阻317 和第二電阻310根據電荷傳感器選擇最佳阻值，對於2132型傳感器 常用阻值為5Q歐姆。轉接頭104固定在絕緣片319上。絕緣片319外壁上有尾端螺紋 32 0,該絕緣片319通過尾端絕緣蓋321的絕緣片319尾端螺紋320旋緊固定在金屬屏蔽殼102底部內壁上。當探頭靠近對象物時，感應金屬片301在背部產生感應電荷。此 時導引金屬片302由於緊貼著感應金屬片301背面，導引金屬片302 上也具有固定比例的感應電荷。參考電極307受到金屬屏蔽殼315 的屏蔽作用，不產生感應電荷，因此參考電極3 07與導引金屬片302 上存在電荷差量。固定前端探頭與對象物距離，當對象物表面電位越大，前端探 頭導引金屬片302上的感應電荷越多，感應電荷量大小與對象物表 面電位的大小呈線性關係。由電荷傳感器探測到參考電極3 07與導 引金屬片302之間的電荷差量，其結果輸入顯示儀器，得到對象物 表面電4立。若增加探頭與對象物的距離，導引金屬片302上的感應電荷量 呈指數衰減，感應電荷量與對象物表面電位大小的比例係數將改變， 如圖2所示。因此在該實施方案中，必須先對不同距離的比例係數 進行標定，制定比例係數修正表後進行測量。獲得比例係數修正表後，通過記錄的探頭與對象物間距離，對 探測結果進行修正，實現對象物表面電位的測量。在上述實施方式中，對象物表面電位的測量精度和量程取決於 電荷傳感器的電荷解析度和量程。可以通過更換不同型號的電荷傳 感器來實現探測裝置精度和量程的改變。當然，本實用新型還可有其他多種實施例，在不背離本實用新型精神及其 實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本實用新型作出各種相應的改 變和變型，但這些相應的改變和變形都應屬於本實用新型所附的權利要求的保 護範圍。
權利要求1.一種無源非接觸式表面電位探頭，包括前端探頭(106)和電荷傳感器(105)，其特徵在於，所述的前端探頭(106)與所述的電荷傳感器(105)通過一轉接頭(104)連接一體；所述的前端探頭(106)由感應電極(101)，參考電極(103)，金屬屏蔽殼(102)和所述的轉接頭(104)組成；其中所述的感應電極(101)為一金屬片，由前端絕緣蓋(312)固定在所述的前端探頭(106)的金屬屏蔽殼(102)上埠，一塊導引金屬片(302)設置在所述的感應電極(101)底面；一根外套彈簧(304)的第一金屬杆(305)頂住所述的導引金屬片(302)，所述的第一金屬杆(305)經第一導線(316)和第二電阻(317)連接到轉接頭內部電極(318)，導線的另一端與所述的轉接頭(106)電連接；所述的彈簧(304)安裝在一塊中空上絕緣塊(314)內，所述的中空上絕緣塊(314)與安裝在前端絕緣蓋(312)下的支撐絕緣塊(303)固定在一起，一塊中空下絕緣塊(303)固定在所述的中空上絕緣塊(314)下面，所述的參考電極(307)固定在所述的中空下絕緣塊(306)中，經一第二金屬杆(308)連接到一根第二導線(309)上，再經第二電阻(310)連通到一個轉接頭內部電極(318)上；所述的轉接頭內部電極(318)套裝在一絕緣片(319)內，所述的絕緣片(319)安裝在所述的中空下絕緣塊(306)和尾端絕緣塊(321)之間，所述的尾端絕緣塊(321)外壁上有螺紋(320)；所述的轉接頭(104)的另一端與電荷傳感器(105)電連接，或與同軸電纜相接後經轉接接上電荷傳感器(105)電連接。
2. 根據權利要求1所述無源非接觸式表面電位探頭，其特徵在 於，所述的電荷傳感器(105)採用美國PASCO公司的2132型傳感 器。
專利摘要本實用新型涉及一種無源非接觸式的表面電位探頭，包括前端探頭與電荷傳感器通過轉接頭連接一體；前端探頭由感應電極，參考電極，金屬屏蔽殼和轉接頭組成；轉接頭內部電極套裝在一絕緣片內，絕緣片安裝在中空下絕緣塊和尾端絕緣塊之間，尾端絕緣塊外壁上有螺紋；轉接頭的另一端與電荷傳感器電連接，也可以與同軸電纜相接後經轉接接上電荷傳感器電連接。本實用新型的探頭靠近對象物表面時，在感應電極上產生感應電荷，感應電荷量的大小與對象物表面電位大小有關；參考電極由於受到屏蔽不產生感應電荷；電荷傳感器探測感應電極和參考電極間的電荷差量，得到對象物表面電位。本實用新型簡化了表面電位探測系統結構，降低探測裝置成本。
文檔編號G01R19/00GK201222081SQ20082010867
公開日2009年4月15日 申請日期2008年6月6日 優先權日2008年6月6日
發明者全榮輝, 張振龍, 李小銀, 韓建偉, 黃建國 申請人:中國科學院空間科學與應用研究中心