接触式静电检测仪设计硬件部分
人体在静电场，或在静电电荷的作用下，会感应起电，甚至成为独立的带电体，静电电压可高达数万伏。所以，如果人体的某一部位带电的话可能会形成全身带电。当人体静电电压为2000V、人体对地电容为200pF时，放电火花的能量为0.4mJ，该能量是足以引燃爆炸性混合物。在静电场所中的操作者是一种危险的静电源，并且因人体的活动性而使危险性增大。本课题拟设计一种静电电压检测仪器，采用接触式测量方法。此设计需要考虑接触测量过程中电荷的泄放过程造成的测量误差，信号采集部分要求具有较高的输入电阻和较低的分布电容，信号处理端采用单片机处理，实现测量电压的显示。关键词 静电，接触式，静电检测 目 录
1 引言 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 研究意义 1
1.3 研究现状 2
1.4 静电检测系统的发展趋势 3
1.5 接触式静电测量的主要内容 4
2 系统整体设计 4
3 静电传感器的设计 6
3.1 静电电位检测原理 6
3.2 静电电位检测影响因素 8
4 滤波模块设计 9
5 运算放大器模块设计 10
6 模数转换模块 12
6.1 ADC0808的介绍 12
6.2 ADC0808功能 13
6.3 结构和转换原理 13
6.4 ADC0808引脚功能 14
6.5 模块电路图 15
7 单片机模块设计 15
7.1 AT89C51的介绍 15
7.2 管脚说明 16
7.3 单片机对信号的处理 18
7.4 单片机中断系统 18
7.5 单片机作用 19
7.6 MATLAB对数据的拟合 19
8 数据显示模块 20
9 仿真 21
结论 24
致谢 25
参考文献 26
1 引言
1.1 课题研究的背景
很早以前人们就发现了静电现象，并且人们认识电也是从静电
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
断系统 18
7.5 单片机作用 19
7.6 MATLAB对数据的拟合 19
8 数据显示模块 20
9 仿真 21
结论 24
致谢 25
参考文献 26
1 引言
1.1 课题研究的背景
很早以前人们就发现了静电现象，并且人们认识电也是从静电现象开始的。和西方一样，我国对静电现象的认识发现也特别早。在我国西汉末年的一些书中就记载了一些关于静电引起的现象，例如“玳瑁吸籽”，就是说摩擦后的琥珀石可以吸引芥籽。从十六世纪起，科学家就展开了对静电的探索与研究，经过长期坚持不懈的奋斗努力，终于在十八世纪中期，静电学基本定律，即库仑定律被成功证明，人们又开辟了对电磁感应规律的研究道路。进入二十世纪以后，人类的科学技术得到了快速不断地发展，日新月异。随着人们对静电的研究越来越深入透彻，静电技术愈加成熟，被广泛应用于高分子材料和微电子技术等各种领域。近几年人们由于对静电技术的应用，也发展了对静电防护工程的研究。但是科学家们发现利用经典的静电检测原理已经解决不了一些问题，所以需要进一步改善静电检测方法，为人类静电学的发展做出贡献。
1.2 研究意义
1.2.1 静电防护工作的需要
静电是一种可以避免的灾害，但是在人类的生产生活中，不断的发生静电造成的危害。特别是在防火防电领域，如石油化工、航空航天、固态电子产品、敏感材料等领域，预防静电产生的危害已经迫在眉睫。由于当前运输产业的不断发展，石油行业的运量、储存不断加大，石油泄露的不确定性越来越大。因此由静电引发的石油行业灾害也越来越多。根据报道，在刚刚过去的几年内，世界各地都有因为没有准确地检测出石油储存库内存在的静电而引起的火灾及爆炸灾害。为了人们的生产生活的安全，我们需要从根本上来消灭由于静电而引发的这些高风险高损耗事故，因此我们现在最重要，最需解决的问题就是如何有效地防范静电危害。
1.2.2静电参数测量的必要性
在静电防范工作中，测量静电的参数是不可或缺的。21世纪以来，世界各地越来越多的专家开始重视由静电而引起的辐射危害。由于静电可以在其周边产生高电压，从而形成强大的电场,产生瞬间的大电流脉冲,其电流脉冲的时间仅仅为1 ns,强烈的电磁辐射也会在该脉冲过程中产生,从而形成静电电磁脉冲(MOS电磁脉冲)。电磁脉 冲的形成不仅可以严重的干扰和破坏电子设备,也能产生一种隐性的危害,会使电子设备的可靠性大打折扣，这样就可能因此而造成严重生产事故。静电效应的危害不是一尘不变的，对于不同的对象，不同的环境，静电的危害也是不同的。但是，不管针对什么样的对象或者怎样的环境，防护静电的工作是不可避免的。如要防止静电不再造成各种的危害，就必须在可能产生静电的范围内进行相应的静电参数检查工作，需要人们准确测量出相应的静电参数，其中最能检测到的静电的参数就是静电的电位值。因此，检测静电的电位值是静电防护工作中最为关键的步骤。
1.3 研究现状
静态电位值测量系统分为接触静态电位值测量系统和非接触静态电位值测量系统两种方式。顾名思义，接触式测量静电系统需要接触带电体，因此接触式测量容易受到外界相关因素的干扰，导致其测量电位值的精度较低。所以在用途方面，接触式测量静电系统仅仅局限于用来测量金属物体的静电电压值。而非接触测量静电系统则不需要直接接触到带电体，因此非接触测量静电系统不仅具有接触式测量静电系统的功能，即测量金属物体的静电电压值，而且还能够用于测量绝缘物体、半导体和非金属导体等物体的静电电压值。因此在测量静电电压值领域，非接触式静电测量仪得到了广泛的发展和应用。当前相关领域主要采用的非接触式静电测量系统有多种类型，如直接感应式、旋叶类型、集电极式、振动电容等。根据该测量系统的测量原理不同，又可以将非接触式静电测量系统分为如下两种：信号自屏蔽-电荷藕合式和接地屏蔽-电压输入式。信号自屏蔽-电荷藕合式通过采用信号的输出反馈来保护被测量的电极，使得处于不断变化的测量仪的信号探头和被测物体间的电位差始终保持0。因此，信号自屏蔽-电荷藕合式测量仪的动态性能优于接地屏蔽-电压输入式测量仪。
在国内，目前大部分需要检测静电的领域采用的是感应式静电测量系统，并且绝大多数的静电电压表也是采用的这种类型的，如EST101防爆型静电电压表等等。该感应式静电测量系统的测量静电的原理是用测量探头与被测的带电物体之间的电容来直接感应，从而可以放大被测信号，然后经过模数转换，可以直接显示静电的电压值。该测量系统测得的静电电压值是被测的带电物体表面的电压值的平均值，在测量时，通过改变测量探头与被测带电体之间的距离，即改变两者之间的电容大小，就可以改变该静电电压表的量程。随着测量时间的推移，感应式静电检测仪上显示电压值会越来越接近0。因此，感应式静电检测仪不能固定接入需要测
1 引言 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 研究意义 1
1.3 研究现状 2
1.4 静电检测系统的发展趋势 3
1.5 接触式静电测量的主要内容 4
2 系统整体设计 4
3 静电传感器的设计 6
3.1 静电电位检测原理 6
3.2 静电电位检测影响因素 8
4 滤波模块设计 9
5 运算放大器模块设计 10
6 模数转换模块 12
6.1 ADC0808的介绍 12
6.2 ADC0808功能 13
6.3 结构和转换原理 13
6.4 ADC0808引脚功能 14
6.5 模块电路图 15
7 单片机模块设计 15
7.1 AT89C51的介绍 15
7.2 管脚说明 16
7.3 单片机对信号的处理 18
7.4 单片机中断系统 18
7.5 单片机作用 19
7.6 MATLAB对数据的拟合 19
8 数据显示模块 20
9 仿真 21
结论 24
致谢 25
参考文献 26
1 引言
1.1 课题研究的背景
很早以前人们就发现了静电现象，并且人们认识电也是从静电
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
断系统 18
7.5 单片机作用 19
7.6 MATLAB对数据的拟合 19
8 数据显示模块 20
9 仿真 21
结论 24
致谢 25
参考文献 26
1 引言
1.1 课题研究的背景
很早以前人们就发现了静电现象，并且人们认识电也是从静电现象开始的。和西方一样，我国对静电现象的认识发现也特别早。在我国西汉末年的一些书中就记载了一些关于静电引起的现象，例如“玳瑁吸籽”，就是说摩擦后的琥珀石可以吸引芥籽。从十六世纪起，科学家就展开了对静电的探索与研究，经过长期坚持不懈的奋斗努力，终于在十八世纪中期，静电学基本定律，即库仑定律被成功证明，人们又开辟了对电磁感应规律的研究道路。进入二十世纪以后，人类的科学技术得到了快速不断地发展，日新月异。随着人们对静电的研究越来越深入透彻，静电技术愈加成熟，被广泛应用于高分子材料和微电子技术等各种领域。近几年人们由于对静电技术的应用，也发展了对静电防护工程的研究。但是科学家们发现利用经典的静电检测原理已经解决不了一些问题，所以需要进一步改善静电检测方法，为人类静电学的发展做出贡献。
1.2 研究意义
1.2.1 静电防护工作的需要
静电是一种可以避免的灾害，但是在人类的生产生活中，不断的发生静电造成的危害。特别是在防火防电领域，如石油化工、航空航天、固态电子产品、敏感材料等领域，预防静电产生的危害已经迫在眉睫。由于当前运输产业的不断发展，石油行业的运量、储存不断加大，石油泄露的不确定性越来越大。因此由静电引发的石油行业灾害也越来越多。根据报道，在刚刚过去的几年内，世界各地都有因为没有准确地检测出石油储存库内存在的静电而引起的火灾及爆炸灾害。为了人们的生产生活的安全，我们需要从根本上来消灭由于静电而引发的这些高风险高损耗事故，因此我们现在最重要，最需解决的问题就是如何有效地防范静电危害。
1.2.2静电参数测量的必要性
在静电防范工作中，测量静电的参数是不可或缺的。21世纪以来，世界各地越来越多的专家开始重视由静电而引起的辐射危害。由于静电可以在其周边产生高电压，从而形成强大的电场,产生瞬间的大电流脉冲,其电流脉冲的时间仅仅为1 ns,强烈的电磁辐射也会在该脉冲过程中产生,从而形成静电电磁脉冲(MOS电磁脉冲)。电磁脉 冲的形成不仅可以严重的干扰和破坏电子设备,也能产生一种隐性的危害,会使电子设备的可靠性大打折扣，这样就可能因此而造成严重生产事故。静电效应的危害不是一尘不变的，对于不同的对象，不同的环境，静电的危害也是不同的。但是，不管针对什么样的对象或者怎样的环境，防护静电的工作是不可避免的。如要防止静电不再造成各种的危害，就必须在可能产生静电的范围内进行相应的静电参数检查工作，需要人们准确测量出相应的静电参数，其中最能检测到的静电的参数就是静电的电位值。因此，检测静电的电位值是静电防护工作中最为关键的步骤。
1.3 研究现状
静态电位值测量系统分为接触静态电位值测量系统和非接触静态电位值测量系统两种方式。顾名思义，接触式测量静电系统需要接触带电体，因此接触式测量容易受到外界相关因素的干扰，导致其测量电位值的精度较低。所以在用途方面，接触式测量静电系统仅仅局限于用来测量金属物体的静电电压值。而非接触测量静电系统则不需要直接接触到带电体，因此非接触测量静电系统不仅具有接触式测量静电系统的功能，即测量金属物体的静电电压值，而且还能够用于测量绝缘物体、半导体和非金属导体等物体的静电电压值。因此在测量静电电压值领域，非接触式静电测量仪得到了广泛的发展和应用。当前相关领域主要采用的非接触式静电测量系统有多种类型，如直接感应式、旋叶类型、集电极式、振动电容等。根据该测量系统的测量原理不同，又可以将非接触式静电测量系统分为如下两种：信号自屏蔽-电荷藕合式和接地屏蔽-电压输入式。信号自屏蔽-电荷藕合式通过采用信号的输出反馈来保护被测量的电极，使得处于不断变化的测量仪的信号探头和被测物体间的电位差始终保持0。因此，信号自屏蔽-电荷藕合式测量仪的动态性能优于接地屏蔽-电压输入式测量仪。
在国内，目前大部分需要检测静电的领域采用的是感应式静电测量系统，并且绝大多数的静电电压表也是采用的这种类型的，如EST101防爆型静电电压表等等。该感应式静电测量系统的测量静电的原理是用测量探头与被测的带电物体之间的电容来直接感应，从而可以放大被测信号，然后经过模数转换，可以直接显示静电的电压值。该测量系统测得的静电电压值是被测的带电物体表面的电压值的平均值，在测量时，通过改变测量探头与被测带电体之间的距离，即改变两者之间的电容大小，就可以改变该静电电压表的量程。随着测量时间的推移，感应式静电检测仪上显示电压值会越来越接近0。因此，感应式静电检测仪不能固定接入需要测
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