接触式静电检测仪设计软件部分
目 录
1引言 1
2研究意义 1
2.1静电防护工作的需要 1
2.2静电参数测量的必要性 1
3 研究现状 1
4 静电检测发展趋势 2
4.1测量原理 2
4.2探头 3
4.3测量距离 3
5 静电传感器设计 3
5.1 静电传感器的信号特点 3
5.2 静电电位检测原理 4
5.3 静电电位检测影响因素 7
6系统设计 7
7各模块的详细设计 8
7.1 AT89C51的介绍 8
7.2管脚说明 9
7.3单片机中断系统 10
7.4 运算放大器模块设计 11
7.5 滤波器 13
7.6 半波整流 15
7.7模数转换 16
7.8显示器 19
7.9 MATLAB对数据的拟合 20
8仿真 22
结论 25
参 考 文 献 26
1引言
进入20世纪后，人们开始研究静电技术的应用，随着研究的深入，静电技术的应用也越来越广泛，如高分子材料、微电子制造等。随着静电对人们的日常生活和生产制造带来的影响越来越大，静电的应用和危害也日益引起世界的关注。静电造成的危害在生活中时有发生，如静电的放电引起爆炸、干扰通信等。静电研究已发展为静电放电和静电电磁辐射相关联的静电应用技术和静电防护工程。近来研究发现，静电学发展中出现的实际问题单纯地只依靠经典静电理论是解决不了的，所以要研究静电测量仪，进一步完善静电学的发展，并为深入研究静电技术应用提供数据。
2 研究意义
2.1静电防护工作的需要
静电可以造成巨大的灾害，从而给人类社会带来严重的损失。在航空航天、敏感材料、固态电子器件生产等领域，静电防护工作越来越显得重要了。随着经济的发展，尤其是煤油业的发展，静电事故变得更加频繁。特别是近两年来，不少地方由静电引起火灾爆炸。为了避免静电事故的发生，减少静电危害，静电防护是人类面临的重要问题之一[1]。
2.2静电参数
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
意义
2.1静电防护工作的需要
静电可以造成巨大的灾害，从而给人类社会带来严重的损失。在航空航天、敏感材料、固态电子器件生产等领域，静电防护工作越来越显得重要了。随着经济的发展，尤其是煤油业的发展，静电事故变得更加频繁。特别是近两年来，不少地方由静电引起火灾爆炸。为了避免静电事故的发生，减少静电危害，静电防护是人类面临的重要问题之一[1]。
2.2静电参数测量的必要性
整个静电防护的工作中都离不开测量静电的参数。静电在生活的每个小角落都影响着人们，并且其技术也被广泛的应用于各行各业当中，同时静电也是一把厉害的双刃剑，带来的危害也日益引发世界的关注。 随着科学与技术的日益进步，人们对静电的研究也更加的深入，研究工作人员也更注重对由静电起电引起的电磁辐射危害的探究,如静电放电引起爆炸、干扰通信等。静电电磁脉冲可以通过瞬时大电流形成，并伴随着强大的电磁辐射，而且电磁脉冲可能形成检测时不易被发现的潜在危害，而这些潜在的危害使得电子器件的运行可靠性严重降低，另外，电子仪器还会因电磁脉冲产生干扰，甚至造成器件损害，从而造成静电事故，给人类财产和安全带来危害。
静电作用的效果会因作用对象的不同而改变，静电所引起的隐患大小程度也因作用对象而改变。将静电控制在安全范围之内，精确测量出与其相关的静电参数值，特别是静电的电位值，这样做不管作用对象怎么改变，都可以起到防止静电危害的作用。可见，静电参数中静电电位是很重要的一项，对静电危害的防护具有举足轻重的作用。
3 研究现状
静电检测有接触式和非接触式这两种方法，接触式比较容易受输入电容和输入阻抗的影响，测量出来的结果不是很准确，读数会随着时间的流逝而逐渐衰减，并且局限于只能测量金属体。非接触式测量的时候就不需与带电体接触，不单单能够测量金属体的静电电位，也能测量绝缘体、导体和半导体的静电电位，而且影响非常的小，所以非接触式已经成为当今静电测量仪的主流趋势。非接触式静电测量系统根据它采用的传感器的不同，可分为直接感应式、旋转叶片式、集电极式、振动电容式等几种结构。如果按照测量原理不同，又可分为接地屏蔽-电压输入和信号自屏蔽-电荷藕合这两种方式，后者因为用信号自身的输出反馈来作为保护电极，探头和待测体之间的电位差不变，一直为零，所以动态性能比较好。国内使用的主要是感应式的，目前国内大部分的静电电压表都是这种类型。
4 静电检测系统的发展趋势
随着科学技术的提高，电子设备的快速更新，电子信息业正在蓬勃发展。本节从以下三个方面介绍静电检测系统的发展趋势。
4.1测量原理
测有源带电体的静电电压时，通常采用接触式。接触式静电电压检测仪的原理是主要是通过静电传感器和单片机以及晶体管来实现的， 而接触式静电电压检测仪的软件部分主要包括对静电传感器输入的信号进行A/D转换，对输入的电压值进行乘上衰减倍数、数据拟合、数据输出以及输出后的显示处理，接触式的测量值与真实值差距较大，有时误差不可被忽略，因为探头在与带电体接触时，被测的物体会有放电现象，而使检测的带电物体多多少少会有电容增加或电荷量减少的情况，从而降低了物体的静电电位。另外，由于接触式静电检测的过程中，探头与被测物体靠的比较近时，会发生静电放电的现象。接触式静电电位测量在瓦斯检测等危险场绝对不能使用，检测时会有放电引燃的危险。非接触式静电检测这种方法比较适合在危险场合使用。“信号自屏蔽－电荷藕合”原理早在1989年我国的研究人员就已经提出了。 “信号自屏蔽”是根据静电电位检测的特性，屏蔽电极为信号高压电极，屏蔽深度与器件灵敏度保持一致，提高灵敏度，增强其抗干扰的能力；通过电荷量与被测电位的关系，由电荷量的测量得到被测电位，这就是电荷藕合的工作原理[4]。
4.2探头
静电电压检测的探头主要分为:旋转叶片式、振动电容式、直接感应式和集电极式。旋转叶片式会受机械振动频率和电路检波的双重限制，所以仪器的动态特性相对较差，低通带宽一般在1OHz以下。随着科学工作者的探索、研究的深入，在旋转叶片式的检波问题有了很大的进步，但是机械振动频率问题依旧达不到理想效果。在现在的发展中，振动电容式中容易出现的机械频率问题有了很大的进展。振动电容式静电检测仪现在有着输入阻抗高，稳定性好的优点，成为了当今静电检测仪的主流。在非接触式静电测量器件中，这种外传感器十分常见。例如，美国p-0876型高精度表面电位计，日本的SIMCO FMX-003,国内生产的EST102A以及改进型EST201A[
1引言 1
2研究意义 1
2.1静电防护工作的需要 1
2.2静电参数测量的必要性 1
3 研究现状 1
4 静电检测发展趋势 2
4.1测量原理 2
4.2探头 3
4.3测量距离 3
5 静电传感器设计 3
5.1 静电传感器的信号特点 3
5.2 静电电位检测原理 4
5.3 静电电位检测影响因素 7
6系统设计 7
7各模块的详细设计 8
7.1 AT89C51的介绍 8
7.2管脚说明 9
7.3单片机中断系统 10
7.4 运算放大器模块设计 11
7.5 滤波器 13
7.6 半波整流 15
7.7模数转换 16
7.8显示器 19
7.9 MATLAB对数据的拟合 20
8仿真 22
结论 25
参 考 文 献 26
1引言
进入20世纪后，人们开始研究静电技术的应用，随着研究的深入，静电技术的应用也越来越广泛，如高分子材料、微电子制造等。随着静电对人们的日常生活和生产制造带来的影响越来越大，静电的应用和危害也日益引起世界的关注。静电造成的危害在生活中时有发生，如静电的放电引起爆炸、干扰通信等。静电研究已发展为静电放电和静电电磁辐射相关联的静电应用技术和静电防护工程。近来研究发现，静电学发展中出现的实际问题单纯地只依靠经典静电理论是解决不了的，所以要研究静电测量仪，进一步完善静电学的发展，并为深入研究静电技术应用提供数据。
2 研究意义
2.1静电防护工作的需要
静电可以造成巨大的灾害，从而给人类社会带来严重的损失。在航空航天、敏感材料、固态电子器件生产等领域，静电防护工作越来越显得重要了。随着经济的发展，尤其是煤油业的发展，静电事故变得更加频繁。特别是近两年来，不少地方由静电引起火灾爆炸。为了避免静电事故的发生，减少静电危害，静电防护是人类面临的重要问题之一[1]。
2.2静电参数
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
意义
2.1静电防护工作的需要
静电可以造成巨大的灾害，从而给人类社会带来严重的损失。在航空航天、敏感材料、固态电子器件生产等领域，静电防护工作越来越显得重要了。随着经济的发展，尤其是煤油业的发展，静电事故变得更加频繁。特别是近两年来，不少地方由静电引起火灾爆炸。为了避免静电事故的发生，减少静电危害，静电防护是人类面临的重要问题之一[1]。
2.2静电参数测量的必要性
整个静电防护的工作中都离不开测量静电的参数。静电在生活的每个小角落都影响着人们，并且其技术也被广泛的应用于各行各业当中，同时静电也是一把厉害的双刃剑，带来的危害也日益引发世界的关注。 随着科学与技术的日益进步，人们对静电的研究也更加的深入，研究工作人员也更注重对由静电起电引起的电磁辐射危害的探究,如静电放电引起爆炸、干扰通信等。静电电磁脉冲可以通过瞬时大电流形成，并伴随着强大的电磁辐射，而且电磁脉冲可能形成检测时不易被发现的潜在危害，而这些潜在的危害使得电子器件的运行可靠性严重降低，另外，电子仪器还会因电磁脉冲产生干扰，甚至造成器件损害，从而造成静电事故，给人类财产和安全带来危害。
静电作用的效果会因作用对象的不同而改变，静电所引起的隐患大小程度也因作用对象而改变。将静电控制在安全范围之内，精确测量出与其相关的静电参数值，特别是静电的电位值，这样做不管作用对象怎么改变，都可以起到防止静电危害的作用。可见，静电参数中静电电位是很重要的一项，对静电危害的防护具有举足轻重的作用。
3 研究现状
静电检测有接触式和非接触式这两种方法，接触式比较容易受输入电容和输入阻抗的影响，测量出来的结果不是很准确，读数会随着时间的流逝而逐渐衰减，并且局限于只能测量金属体。非接触式测量的时候就不需与带电体接触，不单单能够测量金属体的静电电位，也能测量绝缘体、导体和半导体的静电电位，而且影响非常的小，所以非接触式已经成为当今静电测量仪的主流趋势。非接触式静电测量系统根据它采用的传感器的不同，可分为直接感应式、旋转叶片式、集电极式、振动电容式等几种结构。如果按照测量原理不同，又可分为接地屏蔽-电压输入和信号自屏蔽-电荷藕合这两种方式，后者因为用信号自身的输出反馈来作为保护电极，探头和待测体之间的电位差不变，一直为零，所以动态性能比较好。国内使用的主要是感应式的，目前国内大部分的静电电压表都是这种类型。
4 静电检测系统的发展趋势
随着科学技术的提高，电子设备的快速更新，电子信息业正在蓬勃发展。本节从以下三个方面介绍静电检测系统的发展趋势。
4.1测量原理
测有源带电体的静电电压时，通常采用接触式。接触式静电电压检测仪的原理是主要是通过静电传感器和单片机以及晶体管来实现的， 而接触式静电电压检测仪的软件部分主要包括对静电传感器输入的信号进行A/D转换，对输入的电压值进行乘上衰减倍数、数据拟合、数据输出以及输出后的显示处理，接触式的测量值与真实值差距较大，有时误差不可被忽略，因为探头在与带电体接触时，被测的物体会有放电现象，而使检测的带电物体多多少少会有电容增加或电荷量减少的情况，从而降低了物体的静电电位。另外，由于接触式静电检测的过程中，探头与被测物体靠的比较近时，会发生静电放电的现象。接触式静电电位测量在瓦斯检测等危险场绝对不能使用，检测时会有放电引燃的危险。非接触式静电检测这种方法比较适合在危险场合使用。“信号自屏蔽－电荷藕合”原理早在1989年我国的研究人员就已经提出了。 “信号自屏蔽”是根据静电电位检测的特性，屏蔽电极为信号高压电极，屏蔽深度与器件灵敏度保持一致，提高灵敏度，增强其抗干扰的能力；通过电荷量与被测电位的关系，由电荷量的测量得到被测电位，这就是电荷藕合的工作原理[4]。
4.2探头
静电电压检测的探头主要分为:旋转叶片式、振动电容式、直接感应式和集电极式。旋转叶片式会受机械振动频率和电路检波的双重限制，所以仪器的动态特性相对较差，低通带宽一般在1OHz以下。随着科学工作者的探索、研究的深入，在旋转叶片式的检波问题有了很大的进步，但是机械振动频率问题依旧达不到理想效果。在现在的发展中，振动电容式中容易出现的机械频率问题有了很大的进展。振动电容式静电检测仪现在有着输入阻抗高，稳定性好的优点，成为了当今静电检测仪的主流。在非接触式静电测量器件中，这种外传感器十分常见。例如，美国p-0876型高精度表面电位计，日本的SIMCO FMX-003,国内生产的EST102A以及改进型EST201A[
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