专利名称：无源非接触式表面电位探头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测定对象物表面电位的探头，特別是涉及 一种无源非接触式地测定对象物表面电位的〗果头。
背景技术：
目前，存在非接触性地测定绝缘物表面所带静电电位的静电测 定装置。这种静电装置采用如下原理将探头靠近对象物，因静电感应 探头前端金属片带有感应电荷；对探头内参考电极供电，使其具有 一定电位；利用振荡器产生电声波，用电声波扫描探头前端金属片 和探头内的参考电极，接收探头前端金属片和参考电极的反射波； 改变参考电极上的电位，同时对两组反射波进4亍比较；当两组反射 波匹配时，对参考电极上电位的数值进行运算处理，得出对象物表 面电位的测量结果。在上述静电装置的测量中，测量结果不仅依赖于对象物的表面 电位，也依赖于纟笨头与对象物的距离。因此，即使表面电位相同而 若距离不同，则测量结果也会不同。所以在测量期间必须固定探头 的位置。由于上述探头内参考电极具有较高电压，探头对外界有放 电风险，测量期间探头必须用绝缘材料固定且人体不可触摸探头。上述静电装置的测量精度依赖于对两组反射电声波的准确接收 和处理。若在真空条件下使用探头，探头上信号需要经过真空壁转 接到外部仪器，真空转接成本高而且容易引起信号失真，进而导致 测量结果不准确。因此上述静电装置不适合于真空条件下直接使用。上述静电装置包含可调电源，电声波信号的发射和接收系统， 信号处理系统，以及数据读取和运算系统等。测量结果需专用电路 �？椴拍苁迪质凳贝娲�。因此装置的体积比较大而且成本高。发明内容本实用新型的目的之 一 在于提供 一 种无源非接触式的表面电位探头；该表面电位探头具有转接能力，便于在真空条件下使用；目的之二是筒化表面电位探测系统结构，降低探测装置成本。 为实现本实用新型的目的，本实用新型采用以下技术方案本实用新型的无源非接触式的表面电位探头，包括前端探头106 和电荷传感器105，其特征在于，所述的前端探头106与所述的电荷 传感器105通过一转接头104连接一体；所述的前端纟果头106由感应电极101,参考电极103，金属屏蔽 壳102和所述的转接头104组成；其中所述的感应电极101为一金 属片，由前端绝缘盖312固定在所述的前端探头106的金属屏蔽壳 102上端口， 一块导引金属片302设置在所述的感应电极101底面； 一根外套弹簧3 04的第一金属杆3 05顶住所述的导引金属片3 02，所 述的第一金属杆3 05经第一导线316和第二电阻317连接到转接头 内部电极318，导线的另一端与所述的转接头106电连接；所述的弹 簧3(H安装在一块中空上绝缘块314内，所述的中空上绝缘块314 与安装在前端绝缘盖312下的支撑绝缘块3 0 3固定在一起， 一块中 空下绝缘块3 0 3固定在所述的中空上绝缘块314下面，所述的参考 电极3 07固定在所述的中空下绝缘块306中，经一第二金属杆308 连接到一根第二导线3 09上，再经第二电阻310连通到一个转接头 内部电才及318上；所述的转接头内部电才及318套装在一绝缘片319内，所述的绝 缘片319安装在所述的中空下绝缘块306和尾端绝缘块321之间， 所述的尾端绝缘块321外壁上有螺紋32 0;所述的转接头104的另一 端与电荷传感器105电连接，也可以与同轴电缆相接后经转接接上 电荷传感器电连接。在上述的技术方案中，所述的电荷传感器可以釆用美国PASCO 公司的2132型传感器，也可以采用其它具有相同接口的电荷传感器。当感应电极靠近对象物时，由于静电感应原理，感应电极背面 会产生感应电荷；参考电极处于探头中间，由于受到探头金属屏蔽 壳的屏蔽作用，在靠近对象物时不产生感应电荷；此时电荷传感器探测到感应电极和参考电极上电荷差量；电荷差量与对象物表面电位大小有关，经换算后得到对象物表面电位。本实用新型的探测过程为探头靠近对象物表面时，在感应电 极上产生感应电荷，感应电荷量的大小与对象物表面电位大小有关； 参考电极由于受到屏蔽不产生感应电荷；电荷传感器探测感应电极 和参考电极间的电荷差量，其结果输入显示仪器，得到对象物表面 电位。与现有技术比，本实用新型具有以下优点1，前端探头内部不需供电，前端探头对外界没有放电风险，可 以用各种材料固定，且对人体没有伤害。2,前端探头内部电路结构筒单，前端探头上转接头可以使用同 轴电缆连接，适用于真空等各种需转接的场合。3，探测装置仅包含前端探头，电荷传感器和显示设备，小巧方 便，成本低廉。4,可以选用不同类型电荷传感器，实现量程和测量精度的变换。
图1是本实用新型的无源非接触式的表面电位探头结构示意图 图2是探测电位随距离变化比例系数修正图 图3是本实用新型探头中的前端探头结构示意图 图面说明101.感应电极， 104.转接头， 301.感应金属片， 304.弹簧， 307.参考电极， 310.第二电阻， 314.上绝缘块， 318.转接头内电极 321.尾端绝缘盖。102.金属屏蔽壳， 105.电荷传感器， 302.导引金属片，305.第一金属杆， 308.第二金属杆， 312.前端绝缘盖， 316.第一导线，319.绝缘片，103.参考电极， 106.前端探头。 3 03.支撑绝缘块， 306,下绝缘块， 309.第二导线， 313.前端螺紋， 317.第一电阻， 32 0.尾端螺紋，具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实 用新型的限定。参考图1,制作一种实用新型的无源非接触式的表面电位探头。在本实施例中纟果头由前端一冢头106和电荷传感器105组成，其 中电荷传感器105可以直接经转接头104接上前端探头106,也可以 经过同轴电缆转接。电荷传感器105可以采用美国PASCO公司的2132 型传感器，也可以采用其它具有相同接口的电荷传感器。其中前端探头106包含感应电极101,金属屏蔽壳102,参考电 极103和转接头104。金属屏蔽壳102是前端探头的外壳，例如用一铝制圆筒壳制作，对绝缘块内的参考电极起静电屏蔽作用。参考图3所示的结构，制作一本实施例的前端探头。图中前端绝 缘盖312固定在金属屏蔽壳102上口 ，导引金属片3 02与第一金属 杆3 05焊接在一起。弹簧304套在第一金属杆305外，并通过上绝 缘块314固定在上绝缘块314腔内，该弹簧3 04向上顶起导引金属 片3 02，使其与感应金属片301紧密接触。 一前端绝缘盖312内孔与 上绝缘块314突起的圓筒外壁套装在一起， 一金属铜的感应金属片 3 01设置在前端绝缘盖312内，处于支撑绝缘块3 0 3上表面凹槽内， 通过前端绝缘盖312内的前端螺紋313与支撑绝缘块303的内螺紋 旋紧一起固定。下绝缘块306设置在上绝缘块314底部。前端绝缘 盖312和支撑绝缘块3 0 3由低介电常数高阻绝缘材料制成，常用的 有聚四氟乙烯等。第一金属杆3 05经第一导线316和第一电阻317连接到转接头 内部电极318上。参考电极307固定在下绝》彖块306内腔中，经第 二金属杆308连接到第二导线3 09上，再经第二电阻310与转接头 内部电极318电连接，均安装在金属屏蔽壳102内。第一电阻317 和第二电阻310根据电荷传感器选择最佳阻值，对于2132型传感器 常用阻值为5Q欧姆。转接头104固定在绝缘片319上。绝缘片319外壁上有尾端螺紋 32 0,该绝缘片319通过尾端绝缘盖321的绝缘片319尾端螺紋320旋紧固定在金属屏蔽壳102底部内壁上。当探头靠近对象物时，感应金属片301在背部产生感应电荷。此 时导引金属片302由于紧贴着感应金属片301背面，导引金属片302 上也具有固定比例的感应电荷。参考电极307受到金属屏蔽壳315 的屏蔽作用，不产生感应电荷，因此参考电极3 07与导引金属片302 上存在电荷差量。固定前端探头与对象物距离，当对象物表面电位越大，前端探 头导引金属片302上的感应电荷越多，感应电荷量大小与对象物表 面电位的大小呈线性关系。由电荷传感器探测到参考电极3 07与导 引金属片302之间的电荷差量，其结果输入显示仪器，得到对象物 表面电4立。若增加探头与对象物的距离，导引金属片302上的感应电荷量 呈指数衰減，感应电荷量与对象物表面电位大小的比例系数将改变， 如图2所示。因此在该实施方案中，必须先对不同距离的比例系数 进行标定，制定比例系数修正表后进行测量。获得比例系数修正表后，通过记录的探头与对象物间距离，对 探测结果进行修正，实现对象物表面电位的测量。在上述实施方式中，对象物表面电位的测量精度和量程取决于 电荷传感器的电荷分辨率和量程。可以通过更换不同型号的电荷传 感器来实现探测装置精度和量程的改变。当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其 实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改 变和变型，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保 护范围。
权利要求1.一种无源非接触式表面电位探头，包括前端探头(106)和电荷传感器(105)，其特征在于，所述的前端探头(106)与所述的电荷传感器(105)通过一转接头(104)连接一体；所述的前端探头(106)由感应电极(101)，参考电极(103)，金属屏蔽壳(102)和所述的转接头(104)组成；其中所述的感应电极(101)为一金属片，由前端绝缘盖(312)固定在所述的前端探头(106)的金属屏蔽壳(102)上端口，一块导引金属片(302)设置在所述的感应电极(101)底面；一根外套弹簧(304)的第一金属杆(305)顶住所述的导引金属片(302)，所述的第一金属杆(305)经第一导线(316)和第二电阻(317)连接到转接头内部电极(318)，导线的另一端与所述的转接头(106)电连接；所述的弹簧(304)安装在一块中空上绝缘块(314)内，所述的中空上绝缘块(314)与安装在前端绝缘盖(312)下的支撑绝缘块(303)固定在一起，一块中空下绝缘块(303)固定在所述的中空上绝缘块(314)下面，所述的参考电极(307)固定在所述的中空下绝缘块(306)中，经一第二金属杆(308)连接到一根第二导线(309)上，再经第二电阻(310)连通到一个转接头内部电极(318)上；所述的转接头内部电极(318)套装在一绝缘片(319)内，所述的绝缘片(319)安装在所述的中空下绝缘块(306)和尾端绝缘块(321)之间，所述的尾端绝缘块(321)外壁上有螺纹(320)；所述的转接头(104)的另一端与电荷传感器(105)电连接，或与同轴电缆相接后经转接接上电荷传感器(105)电连接。
2. 根据权利要求1所述无源非接触式表面电位探头，其特征在 于，所述的电荷传感器(105)采用美国PASCO公司的2132型传感 器。
专利摘要本实用新型涉及一种无源非接触式的表面电位探头，包括前端探头与电荷传感器通过转接头连接一体；前端探头由感应电极，参考电极，金属屏蔽壳和转接头组成；转接头内部电极套装在一绝缘片内，绝缘片安装在中空下绝缘块和尾端绝缘块之间，尾端绝缘块外壁上有螺纹；转接头的另一端与电荷传感器电连接，也可以与同轴电缆相接后经转接接上电荷传感器电连接。本实用新型的探头靠近对象物表面时，在感应电极上产生感应电荷，感应电荷量的大小与对象物表面电位大小有关；参考电极由于受到屏蔽不产生感应电荷；电荷传感器探测感应电极和参考电极间的电荷差量，得到对象物表面电位。本实用新型简化了表面电位探测系统结构，降低探测装置成本。
文档编号G01R19/00GK201222081SQ20082010867
公开日2009年4月15日 申请日期2008年6月6日 优先权日2008年6月6日
发明者全荣辉, 张振龙, 李小银, 韩建伟, 黄建国 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心
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