阅读说明：本技术 位移传感器复合型静电测定电位传感器及其应用方法 (Displacement sensor composite electrostatic measurement potential sensor and application method thereof ) 是由 郑守烈 尹柱勋 金政炫 于 2018-01-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种位移传感器复合型静电测定电位传感器及其应用方法,包括为了能够通过将用于对距离进行测定的位移传感器以及用于对静电释放(ESD)进行测定的静电测定电位传感器安装到一台装置上并使其关联工作而解决现有的静电测定传感器中的静电电位测定结果值随着带电体与电位传感器之间的距离发生变化的问题,将位移传感器所测定到的与带电体之间的距离存储到主控制器中并自动地对电位传感器的静电量测定值进行补正,同时将位移传感器对电位传感器造成的静电容量变化适用于静电传感器所测定到的结果值的误差补正,从而能够解决在对运动的测定对象物体等距离发生变更的带电体进行检测时错误工作的问题,还具有能够准确测定电位、通过装置的小型化而提升实用便利性、节省制造以及安装成本等效果的位移传感器复合型静电测定电位传感器及其应用方法。(The invention relates to a displacement sensor composite electrostatic measurement potential sensor and an application method thereof, which can solve the problem that the measurement result value of the electrostatic potential in the existing electrostatic measurement sensor changes along with the distance between a charged body and a potential sensor by installing the displacement sensor for measuring the distance and the electrostatic measurement potential sensor for measuring the electrostatic discharge (ESD) on one device and making the displacement sensor and the electrostatic measurement potential sensor related to each other, store the distance between the displacement sensor and the charged body measured in a main controller and automatically correct the electrostatic measurement value of the potential sensor, and simultaneously apply the change of the electrostatic capacity caused by the displacement sensor to the error correction of the measurement result value of the electrostatic sensor, thereby solving the problem of error operation when detecting the charged body which changes equidistantly, the displacement sensor composite electrostatic measurement potential sensor and the application method thereof have the effects of accurately measuring the potential, improving the practical convenience through the miniaturization of the device, saving the manufacturing and installation cost and the like.)

位移传感器复合型静电测定电位传感器及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种位移传感器复合型静电测定电位传感器及其应用方法，尤其涉及一种为了能够通过将用于对距离进行测定的位移传感器以及用于对静电释放(ESD)进行测定的静电测定电位传感器集成为一台仪器安装到装置上并使其关联工作而解决现有的静电测定传感器中的静电电位测定结果值随着带电体与电位传感器之间的距离发生变化的问题，将位移传感器所测定到的与带电体之间的距离存储到主控制器中并自动地对电位传感器的静电量测定值进行补正，同时将位移传感器对电位传感器造成的静电容量变化适用于静电传感器所测定到的结果值的误差补正，从而能够解决在对运动的测定对象物体或对如被卷取到滚筒上塑料等距离发生变更的测定带电体进行检测时错误工作的问题，还具有能够准确测定电位、通过装置的小型化而提升实用便利性、节省制造以及安装成本等效果的位移传感器复合型静电测定电位传感器及其应用方法。

背景技术

通常，静电(Static Electricity)是指以静止在某个物体的状态或其移动停滞的状态存在的带电电荷，是处于静止状态的电力。当其他物体接近或解除如上所述的处于静电带电状态的带电体时，静电将在一瞬间通过放电移动到另一物体并生成高电压，在严重时还有可能导致电火花。如上所述的静电的放电能量可能会在产业现场中导致产业设备以及产品的破坏、火灾爆炸、触电以及粉尘吸附等问题并导致人身伤害，还可能会因为形成电磁波干扰而导致产品的可靠性以及生产性的下降。尤其是，在大量使用可燃性物质或纤维制品的产业现场，因为静电而导致的小的电火花也有可能引发如爆炸或火灾等大型的安全事故，因此必须高度重视。因为如上所述的原因，在爆炸危险地区或建设有精密电子产品制造工厂、大型管道以及存储罐、纤维工厂等的地区，为了对在装置或作业场地等中产生的静电进行测定而使用用于对表面电阻、体积电阻、表面电压等进行测定的静电测定设备，而且静电场强测定设备被广泛地适用于对因为一个带电体所携带的静电而产生的静电压进行测定并对其电荷量进行计算。

现有的静电测定设备主要使用静电场强测定(Electrostatic field meter)方式，如图1所示，能够与需要测定静电压的带电体表面(Surface under test)维持预先规定的一定距离的振动开尔文传感器(Vibrating kelvin sensor)将被配置在与带电体表面相向的位置上，此时将在带电体表面发生静电放电(EDS；Electrostatic discharge)并借助于带电体表面与振动开尔文传感器之间的电位差异而在振动开尔文传感器中感应生成Sin电流。通过感应生成的Sin电流的大小，能够对带电体表面的电位进行测定，其公式如下述公式1所示。

[公式1]

但是，现有的静电场强测定方式为了准确地对静电放电(ESD)以及场强(Fieldmeter)进行测定，必须得静电测定电位传感器与拟测定的带电体表面之间维持一定的距离，作为目前可用的解决方法，包括利用发光二极管(LED)照明灯通过肉眼识别的方式将两个发光二极管(LED)照明聚焦成一个并借此使静电测定电位传感器接近带电体的方式，或输入电位传感器与带电体之间的实测距离的方式，或如图2所示的利用用于对距离进行测定的单独的传感器将静电测定电位传感器与带电体之间的距离补正为一定距离的方式等。但是在如上所述的情况下，会因为人力操作和判断下的人为操作以及距离测定而导致电位测定不准确的问题，还会导致如因为需要单独购买装备而导致的安装成本的增加、在使用过程中为了维持一定距离而需要执行追加操作的不便以及完成最终测定所需要的时间增加等问题。

发明内容

所要解决的技术问题

本发明拟解决如上所述的当带电体表面与静电测定电位传感器之间的距离发生变化时需要人为地对距离进行补偿的不便、在分别使用距离测定传感器与静电测定电位传感器时测定到不正确的电位以及安装成本上升等问题，其目的在于提供一种能够通过使用对超声波距离测定传感器与静电测定电位传感器进行结合的位移传感器复合型静电测定电位传感器而自动地对距离进行测定并根据距离对静电量的测定值进行补偿并借此消除使用者的不便，而且无论带电体表面与静电测定电位传感器之间的距离如何都能够准确地测定出电位的技术。

解决技术问题的方法

为了达成如上所述的目的，本发明提供一种利用如超声波传感器等位移传感器的具有距离补正功能的位移传感器复合型静电测定电位传感器及其应用方法，通过将用于对距离进行测定的位移传感器与用于对静电放电(ESD)进行测定的静电测定电位传感器进行一体化，即使是在带电体与电位传感器不维持一定距离的状态下也能够利用主控制器将通过位移传感器测定到的距离信息体现至静电量结果值的计算。此外，本发明提供一种位移传感器复合型静电测定电位传感器及其应用方法，通过使位移传感器被安装到相对于静电测定电位传感器固定的位置上，能够使得位移传感器在静电测定电位传感器拟测定的检测区域的带电体表面上始终稳定地对静电容量(Capacitance)造成一定的影响，而通过在考虑到上述影响的前提下于制造阶段对静电测定电位传感器的零点灵敏度进行调整，与单独安装或使用位移传感器以及电位传感器时的情况相比能够将两个传感器固定到更加准确的位置，从而改善因为在位移传感器中随机产生的静电容量的影响而导致的电位测定值不正确的问题。

发明的效果

适用本发明的位移传感器复合型静电测定电位传感器的应用技术，能够消除为了对基于距离变化的电位测定值进行补正而需要使用者输入实测距离的不便，还能够解决在单独使用超声波距离测定传感器以及静电测定电位传感器时的安装成本上升以及电位测定不准确的问题，从而达成准确地测定出电位测定值以及节省安装成本的效果。

此外，为了解决现有静电场测定方式的静电测定电位传感器的缺点即在对运动的测定对象物体或对如被卷取到滚筒上塑料等距离发生变更的测定带电体进行检测时错误工作的问题，采用即使是在静电测定电位传感器与拟测定的带电体不维持一定距离的情况下也能够自动地根据距离对结果值进行补偿的方式，从而准确地对静电量进行测定，且为了提升测定的便利性而对装置进行小型化，且达成提升使用时的准确性、便利性以及节省制作以及购买成本等效果。

附图说明

图1是现有的静电场测定方式的静电测定设备的结构图。

图2是在现有方式中使用单独的距离测定装置的静电测定方式的一实施例。

图3是适用本发明之一实施例的位移传感器复合型静电测定电位传感器中的测定部的构成图。

图4是适用本发明之一实施例的位移传感器复合型静电测定电位传感器的构成图。

图5是适用本发明之一实施例的位移传感器复合型静电测定电位传感器的工作顺序图。

图6是用于对适用本发明之一实施例的位移传感器复合型静电测定电位传感器的补正原理进行说明的结构图。

具体实施方式

接下来，为了便于具有本发明所属技术领域之一般知识的人员能够轻易地实施本发明，将结合附图对适用本发明的一实施例进行详细的说明。但是，与本发明相关的说明只是用于进行结构性乃至功能性说明的实施例，本发明的权利要求范围并不应该解释为受到在本文中进行说明的实施例的限制。即，实施例能够进行各种变形并以多种不同的形态制作，或者对部件以及技术进行置换，因此本发明的权利要求范围应理解为包含可实现其技术思想的所有均等物。

而且，在本发明中公开的目的或效果并不是必须全部包含于特定的实施例或者只能包含相应的效果，因此本发明的权利要求范围并不应该理解为受到特定实施例的限制。

此外，在本发明中记载的技术构成以及可通过相应的技术构成实现的功能中，对于众所周知的技术构成以及功能将省略与其相关的详细说明。

适用本发明之一实施例的位移传感器复合型静电测定电位传感器B的实际构成如图3以及图4所示，在高度约为25mm、厚度约为11.5mm且长度约为100mm的小型长方体形态的外壳1中，在正面左侧上部面安装有由用于对带电体11的位置进行检测的超声波传感器等构成的位移传感器(displacement sensor)2并借此对与拟测定静电量的带电体11之间的距离进行检测，在下部面安装有用于对带电体11的静电进行测定的电位传感器3，在有侧面的下部连接有用于向位移传感器2以及电位传感器3供应电源并对控制信号进行收发信的长度约为3m的连接线缆4，在连接线缆的另一端安装有用于对位移传感器2以及电位传感器3的测定值进行存储以及补正的正方体形态的主控制器5，在主控制器5的正面安装有用于对所测定到的静电结果值进行显示的显示部6，上述显示部6除了静电量数值的显示之外还能够包括当从带电体11测定到一定基准以上的静电量时通过视觉或听觉信息向使用者发出警告消息的功能，在主控制器5的背面连接有用于供应电源的电源线缆7，而电源线缆7的另一端与长方体形态的DC 24V适配器8的右侧面连接，在DC 24V适配器8的左侧面安装有用于加载外部电源的插头线缆9。

适用本发明之一实施例的位移传感器复合型静电测定电位传感器的工作顺序如图6所示，包括：S1，完成位移传感器复合型静电测定电位传感器的安装并准备工作的步骤；S2，向位移传感器复合型静电测定电位传感器整体加载电源的步骤；S3，在没有带电体的状态下为了设定电位传感器的测定基准而对零点进行调节的步骤；S4，位移传感器开始工作，向带电体发射超声波并对所返回的超声波信号进行接收的步骤；S5，借此对带电体与位移传感器复合型静电测定电位传感器之间的距离进行测定的步骤；S6，包括位于与带电体相向的位置上的振动板的静电测定电位传感器开始工作的步骤；S7，借此对带电体的静电电位进行测定的步骤；S8，由主控制器5根据上述所测定到的带电体与位移传感器复合型静电测定电位传感器之间的距离对电位值进行补正的步骤；S9，在主控制器5的显示部6中输出结果值的步骤；以及，S10，结束位移传感器复合型静电测定电位传感器的工作的步骤。

接下来，将对在适用本发明之一实施例的位移传感器复合型静电测定电位传感器中使用的位移传感器的原理进行说明。作为超声波传感器的测定原理，从位移传感器中发送的超声波(Ultrasonic wave)采用在压电谐振器(Piezo resonator)中发送超声波信号之后通过对从超声波传感器发送的超声波脉冲在被测定物体的表面反射并重新返回到超声波传感器的时间进行测定而获得与对象物体相关的信息的方法。其中，在对发送超声波之后重新返回的延迟时间进行测定并借此计算出距离时，基于空气温度t的超声波声速v将按照下述公式2进行补偿计算。

[公式2]

v(m/s)＝331.5+0.6t

接下来，将对在适用本发明之一实施例的位移传感器复合型静电测定电位传感器中使用的电位传感器的工作原理进行说明。电位传感器的振动板和带电体与电位传感器相向的面积即振动板将向左右发生振动且其信号将以正弦曲线形状(Sinusoidal)发生变化，从而在电位传感器中感应生成Sin电流。此时，带电体的电位越高，感应生成的电流也就越大，带电体的电位能够通过在发明背景技术中进行说明的上述公式1进行计算。

接下来，将对在适用本发明之较佳一实施例的位移传感器复合型静电测定电位传感器中使用的结果值补正的原理进行说明。如图6所示，在假定带电体的电压为V、在位移传感器中测定出的与带电体之间的距离为d0、带电体与电位传感器之间的相向面积为A的情况下，带电体与电位传感器之间的电容(capacitor)成分如下述公式3所示，

[公式3]

C＝e*A/d0

在电位传感器中感应生成的电流如公式4所示，

[公式4]

I＝C*V

因为电位传感器的振动板而导致的带电体与电位传感器之间的电容(capacitor)成分的变化量如公式5所示，

[公式5]

ΔC＝e*ΔA/d0

因为电位传感器的振动板而感应生成的电流的变化量如公式6所示，

[公式6]

ΔI＝ΔC*V

在带电体与电位传感器之间的距离一定且带电体的电压从V变化值V1的情况下，能够通过对公式6以及公式7进行合而获得公式8，

[公式7]

V1＝ΔI1/ΔC

[公式8]

V1＝V*ΔI1/ΔI

公式8表示通过最初测定的V和ΔI，能够利用电位传感器测定到的ΔI1计算出带电体的电压V1，

而当带电体的电压稳定且带电体与电位传感器之间的距离的变化量为d时，能够按照公式9进行计算，

[公式9]

ΔC1＝e*ΔA/(d0+d)

在利用与带电体之间的距离d0计算电压时，能够按照公式10进行计算，

[公式10]

V＝ΔI/ΔC＝d0*Δi/e*ΔA

在公式10中通过适用带电体与电位传感器之间的变化距离d计算电压时，能够按照公式11进行计算，

[公式11]

V＝ΔI1/ΔC1＝(d0+d)*Δi1/e*ΔA

能够通过对公式10以及公式11进行合并而获得公式12，

[公式12]

ΔI＝(1+d/d0)*ΔI1

因为通过电流的变化量能够计算出带电体的电压，因此公式12能够表示为公式13，

[公式13]

V＝(1+d/d0)*V1

利用公式13，无论其距离变化多少，都能够将在距离的变化量为d时从电位传感器测定到的V1补正为准确的带电体电压V进行输出。

此外，当超声波传感器被安装在电位传感器的测定区域时，超声波传感器将对电位传感器的电位值造成影响，而在生产工程中能够通过在考虑到超声波位移传感器工作时的影响的前提下设置结果值的补正以及计算方式而确保使用者能够测定出准确的电位值。

产业可用性

适用本发明的利用超声波传感器的具有距离补正功能的位移传感器复合型静电测定电位传感器，能够在一般的静电测定装置的制造产业反复制造出相同的产品，因此是一种具有产业可用性的发明。