一种具有实时测试技术的静电动态电位智能测试装置.pdf

《一种具有实时测试技术的静电动态电位智能测试装置.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种具有实时测试技术的静电动态电位智能测试装置.pdf（7页完整版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 102288812 A (43)申请公布日 2011.12.21 CN 102288812 A *CN102288812A* (21)申请号 201110125549.X (22)申请日 2011.05.16 G01R 19/25(2006.01) (71)申请人 华南理工大学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381 号 (72)发明人 常天海 常建 马威 吴金成 梁添 (54) 发明名称 一种具有实时测试技术的静电动态电位智能 测试装置 (57) 摘要 本发明的一种具有实时测试技术的静电动态 电位智能测试装置包括数据采集模块和 PC 机， 数据采集模块。

2、包括输入单元、 多路开关、 A/D 转换 器、 CPLD、 光耦隔离模块和 USB 桥 ； USB 桥将 PC 机 的数据采集指令信号传输给 CPLD ； CPLD 通过光 耦隔离模块的输入作用将这一信号传送给输入单 元、 多路开关和 A/D 转换器， 输入单元通过多路开 关将采集的静电位信号传送给 A/D 转换器， A/D 转换器通过光耦隔离模块的隔离放大作用将数字 信号传回给 CPLD。本发明能够对危险品仓库、 加 油站、 油轮、 铁路、 公路运输等领域实时模拟监测 其全程的动态作业过程， 连续实时地记录、 显示其 全程的动态作业过程中产生的静电动态电位的大 小、 极性及动态波形。 (51。

3、)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 CN 102288825 A1/1 页 2 1. 一种具有实时测试技术的静电动态电位智能测试装置， 包括数据采集模块和 PC 机 ； 所述数据采集模块包括输入单元、 多路开关、 模拟量数字量转换器、 复杂可编程逻辑器件、 光耦隔离模块和 USB 桥 ； 所述复杂可编程逻辑器件、 USB 桥、 PC 机依次连接， USB 桥接收来 自 PC 机的数据采集指令信号， 并将这一信号传输给复杂可编程逻辑器件 ； 所述输入单元、 多路开关和模拟量数字量转换器依次连接， 并且均通。

4、过光耦隔离模块与复杂可编程逻辑器 件相连， 以接受来自复杂可编程逻辑器件的控制信号， 输入单元将采集到的静电动态电位 信号通过多路开关来传送给模拟量数字量转换器， 模拟量数字量转换器将静电动态电位信 号模数转换为数字信号后， 再通过光耦隔离模块的隔离放大作用将数字信号输出给复杂可 编程逻辑器件， 复杂可编程逻辑器件再通过 USB 桥以将数字信号传送给 PC 机。 2. 根据权利要求 1 所述的一种具有实时测试技术的静电动态电位智能测试装置， 其特 征在于 ： 所述输入单元为 16 通道静电信号采集端， 每个通道由一个非接触式静电电位计构 成。 3. 根据权利要求 1 所述的一种具有实时测试技术。

5、的静电动态电位智能测试装置， 其特 征在于 ： 所述 A D 转换器为 12 位精度 16 通道 A D 转换器， 输入电压范围为 ： -5V +5V 或 0 V 10V， 输入阻抗为 8001000 千欧。 4. 根据权利要求 1 所述的一种具有实时测试技术的静电动态电位智能测试装置， 其特 征在于 ： 所述 USB 桥采用高速 USB 芯片， 所述芯片内置有高速缓存器。 权 利 要 求 书 CN 102288812 A CN 102288825 A1/4 页 3 一种具有实时测试技术的静电动态电位智能测试装置 技术领域 0001 本发明涉及静电测试技术领域， 具体涉及一种具有实时测试技术的。

6、静电动态电位 智能测试装置。 背景技术 0002 目前， 根据工作方式来分， 静电电位测试仪器分为接触式和非接触式两种 ； 根据信 号特性来分， 静电电位可分为静电静态电位和静电动态电位两种。 0003 接触式就是使被测物体与静电电压表直接接触， 利用等电位原理进行测量。该类 仪器仅适用于静电导体电位的测量， 对于更容易产生静电的绝缘体则无能为力， 其代表性 产品为 Q-V 系列静电电压表。非接触式就是不与被测物体接触， 运用静电感应或空气电离 的原理， 间接测量带电体的静电电位。 该类仪器适用于测量导体、 绝缘体及人体等的静电电 位。与接触式测量相比， 非接触测量结果受仪表输入电容、 输入电。

7、阻的影响较小， 但受测试 距离、 带电体几何尺寸的影响较大。 0004 国内已有的静电电压表中， 绝大部分的电位传递函数都是频率的函数， 对于不同 频率的信号， 其电位衰减比例不同， 在实际测试中存在频率失真， 难以用于动态测试。例 如， Q-V 系列静电电压表采用光标指示， 阻尼大， 光标稳定需要一定的时间， 不能用于动态测 试。真正能够用于静电动态电位的仪器只有两种， 一种是石家庄军械工程学院的刘尚合院 士1988年主持研制的ZPD-1静电动态电位测试仪， 另一种是北京市劳动保护科学研究所的 黄久生博士 2003 年主持研制的 EST405 静电动态计算机监测报警系统。ZPD-1 静电动态。

8、电 位测试仪采用刘尚合院士提出的 “信号自屏蔽 - 电荷耦合” 测试原理， 能够用表头显示整个 测试过程中被测电位信号的最大绝对值， 便于确定静电源的动态特性及其危险性。但该仪 器测试信号的衰减常数在 107s 数量级， 对一般的测试而言， 此衰减对测试结果造成的影响 可以忽略， 但对长时间的监测仍有可能引起较大的测试误差。 因此， 该仪器不宜用作监测仪 表。EST405 静电动态计算机监测报警系统， 采用阻容分压原理测量静电电位， 由静电检测 探头和报警器组成， 可以监测重要部门进出人员、 货物的静电。但在许多静电隐患较大的 危险物品作业过程， 应用 ZPD-1 和 EST405 还存在缺陷。

9、。例如， 在危险货物的人工搬运作业 过程中， 及其在铁路、 公路、 轮船等运输途中， 由于各种振动、 摩擦， 静电容易积累到危险高 位， 时有运输车辆途中自燃事故的报道便是佐证， 上述作业过程中静电积累到多高， 极性如 何， 由于成本与技术实施的限制， 目前尚无法实现全程实时监测 ； 此外， 无论是 ZPD-1， 还是 EST405 都是对现场进行被动实时测量， 不能对某一危险工况作出预先警示。 发明内容 0005 为了克服现有相关技术的缺点和问题， 本发明提供一种具有实时测试技术的静电 动态电位智能测试装置， 能够对危险品仓库、 油轮、 铁路、 公路运输等领域中的动态作业过 程进行实时全程监。

10、测， 并能够连续实时地记录、 分析及显示这些动态作业过程中产生的静 电动态电位的大小、 极性及动态波形。 说 明 书 CN 102288812 A CN 102288825 A2/4 页 4 0006 本发明的一种具有实时测试技术的静电动态电位智能测试装置， 包括数据采集模 块和 PC 机 ； 所述数据采集模块包括输入单元、 多路开关、 模拟量数字量转换器 （以下简称 A/D 转换器） 、 复杂可编程逻辑器件 （以下简称 CPLD） 、 光耦隔离模块和 USB 桥 ； 其中 USB 桥、 CPLD 和 PC 机依次相连， USB 桥接收来自 PC 机的数据采集指令信号， 并将这一信号传输给 C。

11、PLD ； 所述输入单元、 多路开关和A/D转换器依次连接， 并且均通过光耦隔离模块与CPLD连 接， 以接受来自 CPLD 的控制信号， 输入单元通过多路开关来将采集到的各类危险品动态作 业过程中产生的静电动态电位信号传送给 A/D 转换器， A/D 转换器将静电动态电位信号模 数转换为数字信号， 再通过光耦隔离模块的隔离放大作用将数字信号输出给 CPLD， CPLD 再 通过 USB 桥来将数字信号传送给 PC 机。 0007 所述输入单元为 16 通道静电信号采集端， 每个通道由一个非接触式静电电位计 构成， 能实现多通道同步采集。 0008 所述多路开关有16个通道， 能够与16通道的。

12、输入单元进行同步采集， 16路开关量 输入合成一个 16 位的字， 与模拟量采集一起送到 A/D 转换器。进行通道设置时， 多路开关 的通道与模拟量的通道一起设置。 0009 所述AD转换器为12位精度16通道AD转换器， 输入电压范围为 ： -5V+5V 或 0 V 10V， 输入阻抗为 800 千欧 1000 千欧。 0010 所述 USB 桥采用高速 USB 芯片， 可以将 PC 机发出的采集指令传送到 CPLD ； 所述芯 片内置有高速缓存器， 可实时地将高速 AD 结果传送到 PC 机中。 0011 本发明的一种具有实时测试技术的静电动态电位智能测试装置中， CPLD 是核心。 具体。

13、测量过程为 ： 首先启动程序接受 PC 机启动采集的指令， 把采集的通道数、 采样频率、 时 钟方式等信息通过 USB 桥来传送到 CPLD， CPLD 接受到这些信息后， 立即实时地启动采集功 能， 将采集的通道数与采样频率等信息传入给输入单元和AD转换器， 输入单元将采集到 的静电动态电位信号通过多路开关来输出至 A D 转换器进行模数转换， A D 转换器将 转换后的信号通过光耦隔离模块以输出给CPLD， CPLD再通过USB桥把静电动态电位的数字 信号传回给到 PC 机， 完成一次静电动态电位的测量过程。 0012 所述光耦隔离模块采用 TLP521-4， TLP521-4 内置有四个。

14、光耦。所述光耦用于实现 信号的电光电的转换， 起到输入、 输出、 隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔 离， 电信号传输具有单向性等特点， 因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。 0013 所述 PC 机为普通个人计算机， 装有 MATLAB， 能够进行数据存储、 显示、 滤波等功能 的专用软件， 可以用PC机的显示器将波形的瞬时值显示出来， 还可以通过PC机的磁盘将采 集结果保存起来， 并且专用软件还能够对信号进行 FFT 谱分析、 功率谱分析、 数字滤波。 0014 与现有技术相比， 本发明具有如下优点 ： （1） 结构更完善， 功能更多 ： 相对现有的静电动态电位测试仪器 （ZPD-。

15、1 和 EST405） ， 本 发明显著拓展了 EST405 现有的测量功能， 并且加入了 CPLD， 能够对采样通道数、 采集频率、 时钟方式等信息进行设置， 使测量的结果更加真实可信 ， CPLD 还能快速进行数据传输， 使 系统的衰减常数降低。 0015 （2） 信号处理能力更强 ： 本发明中的 PC 机装有专用软件， 可以把当前显示的通道、 时间范围内的波形的谱分析结果数据将以曲线或文字方式显示在内置 FFT 谱分析面板上 ； 还可以使用专用软件内置的 MATLAB 软件对当前显示的波形进行数字滤波和功率谱分析 说 明 书 CN 102288812 A CN 102288825 A3/。

16、4 页 5 等。 0016 （3） 应用范围更广 ： 本发明可广泛应用于许多静电隐患较大的动态作业工况， 如危 险货物的贮存搬运作业过程或铁路、 公路、 轮船等运输过程， 且本具有实时测试技术的静电 动态电位的智能测试装置成本低廉， 具有很强的应用价值。 附图说明 0017 图 1 是本发明的一种具有实时测试技术的静电动态电位智能测试装置的结构示 意图 ； 图 2 是图 1 中输入单元的探头校准原理图。 具体实施方式 0018 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明， 但本发明的实施方式不限于 此。 实施例 0019 如图 1 所示， 一种具有实时测试技术的静电动态电位智能测试装置， 包。

17、括输入单 元 1、 多路开关 2、 A/D 转换器 3、 CPLD4、 光耦隔离模块 5、 USB 桥 6 和 PC 机 7。 0020 输入单元 1、 多路开关 2 、 A/D 转换器 3 依次相连， 并且均通过光耦隔离模块 5 与 CPLD4 相连 ； USB 桥 6 分别与 CPLD4 和 PC 机相连， USB 桥 6 将来自 PC 机 7 的指令信号传送 到 CPLD4， CPLD4 再将接收到的指令信号通过光耦隔离模块的输入传送给输入单元 1、 多路 开关 2 、 A/D 转换器 3， 输入单元将采集到的静电位信号通过多路开关传送给 A/D 转换器进 行模数转， A/D 转换器将数。

18、字信号输出给 CPLD， CPLD 再将信号通过 USB 桥传回给 PC 机， 完 成静电动态电位的测量过程。 0021 本发明的具体操作步骤如下 ： 步骤一 ： 所述数据采集模块通过 USB 桥与 PC 机连接好， 首先对静电电位测量探头进行 计量校准， 以保证数据采集的准确度。具体原理见图 2 所示， 金属板为校准板， 与地绝缘， T 为静电电位测量探头， 接地。 0022 PC 机的专用软件中， 有两个用于静电电位测量探头校准的参数， 分别为 A 和 B。A 用于校准探头的零点漂移， B 用于校准由探测距离引入的读数误差。 0023 校准过程如下 ： 静电电位测量探头面向零电位方向 （如。

19、地） ， 将 PC 机中专用软件的 A 参数值修改为 0， 这样就完成了探头零点漂移的校准， 然后用静电发生器对金属板加上设 定的标准电压， 探头移动到设定的测量距离， 调整B参数， 使PC机中专用软件显示的探头读 数与静电发生器设定的标准电压一致。至此， 探头的校准即告完成。 0024 步骤二 ： 通过 PC 机的专用软件将多路开关的通道数与采样频率、 时钟方式等信息 设置完成。 0025 步骤三 ： 通过 USB 桥将 PC 机内的设置指令传送到 CPLD， CPLD 接收到指令后， 立即 开始启动采集功能， 将通道数、 采样频率等控制信息传送到输入单元、 多路开关和 A/D 转换 器， 。

20、多路开关 2 有 16 个通道， 与 16 通道的输入单元采集同步进行， 16 路开关量输入合成一 个 16 位的字， 与模拟量采集一起送到 A/D 转换器， 再由多路开关传送到输入单元。 说 明 书 CN 102288812 A CN 102288825 A4/4 页 6 0026 步骤四 ： 输入单元开始采集各类危险品动态作业过程中产生的静电动态电位信 号， 并将该静电动态电位信号传送到多路开关， 经过多路开关传送到 A/D 转换器， A/D 转换 器将静电动态电位的模拟信号转换成数字信号， 经光耦隔离模块将数字信号传输到 CPLD。 光耦隔离模块为 TLP521-4， TLP521-4 。

21、内置有四个光耦。 0027 步骤五 ： 静电动态电位信号从 CPLD 经过 USB 桥传送 PC 机， PC 机通过预装于其内 部的专用软件进行信号处理分析和计算， 最终显示出被测物体的静电动态电位的瞬时值和 极性。 0028 最后需要说明的是 ： 以上实施方式仅用以说明而非限制本发明的技术方案， 尽管 参照上述实施方式对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解 ： 依然可 以对本发明进行修改或者等同替换， 而不脱离本发明的精神和范围的任何修改及局部替 换， 其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。 说 明 书 CN 102288812 A CN 102288825 A1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102288812 A 。