一种具有反馈回路的静电电位测量系统

NI PXI6254采集卡的通道设置。输入信号的通道设置包括输入信号终端设置、输入信号的幅值范围设置、输入通道选择设置和采样频率等的设置[5]。数据采集通道设置模块如图3所示。

图3 数据采集通道设置模块

其中输入信号终端的设置是根据输入信号所连接的终端的实际情况而定的，在LabVIEW的软件开发环境中就要进行选定，这里选定的是单端输入，即RSE[6]。为了在软件运行时，减少CPU的占用率，在开始采集数据之前放置了一个定时的控件，这样在软件运行时CPU的占用率就会很低[7]。

3.3.2 数据采集与实时显示模块

数据采集模块是非常重要的一个模块，它的结果正确与否直接影响着数据存储和处理的结果。为了能实时显示各通道信号并刷新，就要求用LabVIEW开发的系统中能够实现类似示波器的功能，即能够连续采集信号，实时显示各通道信号并刷新。为了保证数据的连续性，需要采用循环移位保存的方法。数据采集与实时显示模块如图4所示。

4 实验验证

在一个长矩形的金属条上接通已知的电压，将具有反馈回路的静电电位测量系统的探头放在距金属条表面约的地方，进行测量。测量时给金属条接通电压，保持探头与金属条表而的距离不变，沿着金属条上下扫描，从LabVIEW设计的显示界面中可以看到具有反馈回路的静电电位测量系统得到的金属条表面的电位值，如图5所示。

图4 数据采集与实时显示模块

图5 静电电位测量系统测得电位值

5 结论

普通的静电电位计和静电电压计在测是带电物体表面的电位时，因为探头对被测带电物体表面电场的影响，使测定电极上实际的电位降低。因此，普通的静电电位计和静电电压计不适宜测量带电量少或表面积小的带电物体表面的电位。

通过研究普通静电电位计和静电电压计对带电物体表面电场影响的原因，设计的具有反馈回路的静电电位测量系统能够解决这一问题。它将测量系统测得的带电物体表面的电位值反馈到探头的保护电极上，使保护电极与被测物体表面之间的电场为零。这样设计的优点是避免保护电极在测量过程中对被测带电物体本身电位的影响，使探头可以与被测物体更接近，在测定电极上感应的电位就更加准确的反映被测物体的局部表面的电位值。同时，反馈回路还能减小测定电极上产生的感应电流对调制器是否稳定工作的依赖程度，保证了测量的稳定性和准确性。

利用IN公司的PXI6254数据采集卡并结合LabVIEW的开发环境设计了数据显示和采集系统，并对接通已知电压的金属条进行测量。结果表明，所设计的具有反馈回路的静电电位测量系统对于表面电位低的带电物体测量的准确度较高。

参考文献

[1] 刘尚合,魏光辉,刘直承.静电理论与防护[M].北京:兵器工业出版社,1999.128

[2] 陆承祖,王克起. 静电原理及防灾[M].天津:天津大学出版社,1991.188

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[4] K.H.Lundberg, J.S.Shafran, J.Kuang. A self-resonant mems-based electrostatic field sensor[C].in proceedings of the American Control Conference. 2006(7):654-655

[5] 侯国屏. LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计[M].北京：清华大学出版社,2005.54

[6] National Instruments Corporation . LabVIEW User Manual[Z]. 2003.79

[7] 汪敏生.LabVIEW基础教程[M].北京：电子工业出版社,2002.120