一种静电场测试仪制造技术

本发明专利技术公开了一种静电场测试仪，包括依次连接的静电信号检测单元、信号调理单元、单片机，信号调理单元包括依次连接的微弱信号放大电路、分档放大电路、第一整流电路以及滤波放大电路，还包括静电极性识别单元，静电极性识别单元包括依次连接的移相电路、第二整流电路，所述移相电路的输入端与传感器驱动电路的输出端连接，第二半波整流电路的输出端与单片机的A/D端口连接。本发明专利技术通过移相电路的反馈信号进行静电正负极性的判别，提高静电相关特性参数的完善性；分档放大电路中采用数字电位器作为反馈电阻，通过单片机自动调整反馈电阻的阻值，进而实现测试精度的灵活调整。

【技术实现步骤摘要】
一种静电场测试仪
本专利技术涉及静电测试领域，尤其涉及一种静电场测试仪。
技术介绍
随着科学技术的飞速发展，尤其是电子、IT、航天航空等高新技术产业的飞速崛起，大量的电子产品采用了集成电路和超大规模集成电路。但许多电子器件对静电极为敏感，通常被称为静电敏感器件、静电放电的能量虽然对传统的分离器件影响甚微，但是静电产生的静电场和静电流会成为器件的致命杀手，使得它们的功能失效或造成难以让人发现的“软击穿”，造成产品硬件的损坏或不能正常工作，直接影响产品质量、寿命、可靠性和经济性。为了防止静电造成危害，首先要利用仪器测量静电产生的状况，然后据此采取措施消除静电，因此静电的测量与研究变得越来越重要。现有常用的静电检测主要应用法拉第筒静电感应原理，做成平板式的非接触型静电感应传感器，将传感器上感应到的微弱电压，通过运算放大在终端数字屏上显示，以便人们读取。平板式传感器有一个重要特点，就是电容变化量很小，只有几个PF，此特征使它极易受外界干扰，通过并联传感器的方法虽能够提高电容变化量，但寄生电容仍会影响变化量，严重时寄生电容远大于本体电容，使有用信号被寄生电容噪声淹没，以至传感器无法工作。这些寄生电容随温度、湿度、位置，以及元器件的性能等因素变化而变化。因此，测量静电往往不够精确，误差较大，重复检测一致性得不到保证。CN102353855B公开了一种便携式静电检测装置及其静电检测方法，其静电感应传感器包括一带有信号接收窗口的屏蔽壳体；在壳体内部设置一静电信号接收面；在壳体中设置电路板和一个信号传导支架；在信号传导支架上，设置带有振动源的振动电极片；在振动电极片前端设置平行于金属质静电信号接收面的遮掩片；振动电极片的后端固定在信号传导支架上或经振动源固定在信号传导支架上；其电信号处理单元至少包括振动源驱动电路，信号放大电路，整流电路和单片机电路。其通过机械遮断方式将所感应到的静电电压转变为交变电压，供输出和后续检测/放大单元使用，从根本上解决了静电的定量检测问题，且监检测数据的可重复性好，提高了静电检测的精度及稳定性。但是，该专利公开的静电检测装置不能实现对静电的正负进行区别，而且无法根据实际需求灵活调整测量精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提供了一种静电场测试仪，传感器驱动电路与静电场传感器构成一个整体，用于感应静电场，其工作时产生两路信号，一路是静电场传感器的压电陶瓷驱动片在交变电压的作用下开始振动，并由平板电容振荡极感应出静电信号，输出微弱电流信号，经微弱信号放大电路、分档放大电路后经过整流、滤波放大传送给单片机的A/D端口进行转换，并经过LCD显示电路实现实时显示；另一路是静电场传感器的压电陶瓷反馈片的反馈信号，送至传感器驱动电路中的饱和放大电路，产生方波信号，该方波信号既是驱动电路的正反馈，也是静电正负判别的依据，经过移相电路的反馈信号经过半波整流后送至单片机的A/D端口进行静电正负极性的判别，进一步提高静电相关特性参数的完善性；分档放大电路中采用数字电位器作为反馈电阻，电位器滑动端的抽头与单片机的I/O端口连接，通过单片机自动调整反馈电阻的阻值，进而实现测试精度的灵活调整。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种静电场测试仪，包括依次连接的静电信号检测单元、信号调理单元、单片机，所述静电信号检测单元包括静电场传感器、传感器驱动电路，所述静电场传感器的反馈端与传感器驱动电路连接，所述传感器驱动电路的输出端与静电场传感器的驱动端连接；所述信号调理单元包括依次连接的微弱信号放大电路、分档放大电路、第一整流电路以及滤波放大电路，所述微弱信号放大电路的输入端与静电场传感器的有效信号输出端连接，所述滤波放大电路的输出端与单片机的A/D端口连接，所述第一半波整流电路的输出端同时与单片机的A/D端口连接；还包括静电极性识别单元，所述静电极性识别单元包括依次连接的移相电路、第二整流电路，所述移相电路的输入端与传感器驱动电路的输出端连接，第二半波整流电路的输出端与单片机的A/D端口连接。具体地，所述静电场传感器包括压电陶瓷驱动片、压电陶瓷反馈片、平板电容振荡极、金属块以及振梁，所述压电陶瓷驱动片和压电陶瓷反馈片各有一面与振梁相接，压电陶瓷驱动片和压电陶瓷反馈片的另一面通过导线与金属块连接，平板电容振荡极与振梁连接，振梁固定在金属块上，金属块通过导线连接在微弱信号放大电路的接地端。进一步地，所述单片机的I/O端口还连接有LCD显示电路、按键电路，单片机的SCI端口同时与上位机的通讯端口对应连接，进而实现数据记录、就地显示，并通过通讯端口传送至上位机进行进一步的数据处理。再进一步地，所述传感器驱动电路包括以第一运算放大器U1为核心的饱和放大电路，以第二运算放大器U2、第三运算放大器U3为核心的振荡电路，以及升压变压器T1；所述饱和放大电路有两路输出信号，一路输出信号与振荡电路的负向输入端输入连接，所述振荡电路的输出端与升压变压器T1连接，用以驱动压电陶瓷驱动片；饱和放大电路的另一路输出信号与移相电路的输入端连接，用于对静电的正负极性进行判定。再进一步地，所述微弱信号放大电路由第四运算放大器U4、第五运算放大器U5以及若干电容器、电阻器构成，其中所述第四运算放大器U4、第五运算放大器U5以级联方式连接。优选地，所述微弱信号放大电路与静电场传感器放置在同一个屏蔽盒内。更进一步地，所述分档放大电路由第六运算放大器U6、电位器Rw以及若干电阻器、电容器构成，所述电位器Rw连接在第六运算放大器U6的负向输入端与输出端之间，构成反馈电阻；所述电位器Rw滑动端的抽头与单片机连接，通过单片机自动调整反馈电阻的阻值。优选地，所述电位器Rw的型号为Z9313T。优选地，所述第一整流电路和第二整流电路均选用常规的半波整流电路。优选地，所述单片机的型号为PIC16C73。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术中采用传感器驱动电路与静电场传感器构成一个整体，用于感应静电场，其工作时产生两路信号，一路是静电场传感器的压电陶瓷驱动片在交变电压的作用下开始振动，并由平板电容振荡极感应出静电信号，输出微弱电流信号，经微弱信号放大电路、分档放大电路后经过整流、滤波放大传送给单片机的A/D端口进行转换，并经过LCD显示电路实现实时显示；另一路是静电场传感器的压电陶瓷反馈片的反馈信号，送至传感器驱动电路中的饱和放大电路，产生方波信号，该方波信号既是驱动电路的正反馈，也是静电正负判别的依据，经过移相电路的反馈信号经过半波整流后送至单片机的A/D端口进行静电正负极性的判别，进一步提高静电相关特性参数的完善性；分档放大电路中采用数字电位器作为反馈电阻，电位器滑动端的抽头与单片机连接，通过单片机自动调整反馈电阻的阻值，进而实现测试精度的灵活调整。附图说明图1是本专利技术的系统框图。图2是本专利技术中静电场传感器的结构示意图。图3是本专利技术中的传感器驱动电路图。图4是本专利技术中的微弱信号放大电路图。图5是本专利技术中的分档放大电路图。图6是本专利技术中的半波整流电路图。图7是本专利技术中的滤波放大电路图。图8是本专利技术中的移相电路图。附图中各模块的名称为：110-静电场传感器，111-压电陶瓷驱动片，112-压电陶瓷反馈片，113-平板电容振荡极，114-金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电场测试仪，包括依次连接的静电信号检测单元、信号调理单元、单片机(300)，其特征在于：所述静电信号检测单元包括静电场传感器(110)、传感器驱动电路(120)，所述静电场传感器(110)的反馈端与传感器驱动电路(120)连接，所述传感器驱动电路(120)的输出端与静电场传感器(110)的驱动端连接；所述信号调理单元包括依次连接的微弱信号放大电路(210)、分档放大电路(220)、第一整流电路(230)以及滤波放大电路(240)，所述微弱信号放大电路(210)的输入端与静电场传感器(110)的有效信号输出端连接，所述滤波放大电路(240)的输出端与单片机(300)的A/D端口连接，所述第一半波整流电路(230)的输出端同时与单片机(300)的A/D端口连接；还包括静电极性识别单元，所述静电极性识别单元包括依次连接的移相电路(410)、第二整流电路(420)，所述移相电路(410)的输入端与传感器驱动电路(120)的输出端连接，第二半波整流电路(420)的输出端与单片机(300)的A/D端口连接；所述静电场传感器(110)包括压电陶瓷驱动片(111)、压电陶瓷反馈片(112)、平板电容振荡极(113)、金属块(114)以及振梁(115)，所述压电陶瓷驱动片(111)和压电陶瓷反馈片(112)各有一面与振梁(115)相接，压电陶瓷驱动片(111)和压电陶瓷反馈片(112)的另一面通过导线与金属块(114)连接，平板电容振荡极(113)与振梁(115)连接，振梁(115)固定在金属块(114)上，金属块(114)通过导线连接在微弱信号放大电路(210)的接地端；所述传感器驱动电路(120)包括以第一运算放大器(U1)为核心的饱和放大电路，以第二运算放大器(U2)、第三运算放大器(U3)为核心的振荡电路，以及升压变压器(T1)；所述饱和放大电路有两路输出信号，一路输出信号与振荡电路的负向输入端输入连接，所述振荡电路的输出端与升压变压器(T1)连接，用以驱动压电陶瓷驱动片(111)；饱和放大电路的另一路输出信号与移相电路(410)的输入端连接，用于对静电的正负极性进行判定。...

【技术特征摘要】
1.一种静电场测试仪，包括依次连接的静电信号检测单元、信号调理单元、单片机(300)，其特征在于：所述静电信号检测单元包括静电场传感器(110)、传感器驱动电路(120)，所述静电场传感器(110)的反馈端与传感器驱动电路(120)连接，所述传感器驱动电路(120)的输出端与静电场传感器(110)的驱动端连接；所述信号调理单元包括依次连接的微弱信号放大电路(210)、分档放大电路(220)、第一整流电路(230)以及滤波放大电路(240)，所述微弱信号放大电路(210)的输入端与静电场传感器(110)的有效信号输出端连接，所述滤波放大电路(240)的输出端与单片机(300)的A/D端口连接，所述第一半波整流电路(230)的输出端同时与单片机(300)的A/D端口连接；还包括静电极性识别单元，所述静电极性识别单元包括依次连接的移相电路(410)、第二整流电路(420)，所述移相电路(410)的输入端与传感器驱动电路(120)的输出端连接，第二半波整流电路(420)的输出端与单片机(300)的A/D端口连接；所述静电场传感器(110)包括压电陶瓷驱动片(111)、压电陶瓷反馈片(112)、平板电容振荡极(113)、金属块(114)以及振梁(115)，所述压电陶瓷驱动片(111)和压电陶瓷反馈片(112)各有一面与振梁(115)相接，压电陶瓷驱动片(111)和压电陶瓷反馈片(112)的另一面通过导线与金属块(114)连接，平板电容振荡极(113)与振梁(115)连接，振梁(115)固定在金属块(114)上，金属块(114)通过导线连接在微弱信号放大电路(210)的接地端；所述传感器驱动电路(120)包括以第一运算放大器(U...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵洪珍，
申请(专利权)人：成都冠禹科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51