EDN China > 设计实例 > 测试与测量 > 电路板测试 > 正文
? 2016博客大赛-不限主题,寻找电子导师,大奖升级??

(多图) 实现电压非接触稳定测量

李文宝?? 陈贤祥?? 任仁?? 2014年11月21日 ?? 收藏4
在复合材料特性检测、电路电气特性检测、人体心电检测、核磁共振等方面需要对物体表面电压进行精确测量。传统上电压的检测都需要与物体直接接触,通过传导电流来完成。该种电压测量方法无法测量空中电压的变化,即使测量物体表面电压,这种接触测量方式也有许多缺点。例如,接触测量心电信号时,电极需要利用导电膏与皮肤直接接触,容易引起皮肤过敏,造成皮肤不适;接触测量电路时延特性时,由于测量电路的接人,改变了原有电路的传输特性,从而改变了时延,使测量不准确。接触测量物体表面的电压不仅操作麻烦而且有一定的危险性。为了克服接触电压测量的这些缺点,满足对物体表面电压非接触测量的需要,文中设计了一种新型便携式电压检测系统。该系统基于电容耦合原理,前端前置电路通过运用保护、自举、有源屏蔽等反馈技术,有效地提高了其输入阻抗,从而使该系统对物体表面电压测量时相当于一个理想的电压表,不需要与物体表面直接电气接触,利用位移电流即可完成电压的有效测量。

1 非接触电压测量原理

非接触电压测量的原理类似于磁力仪测量磁场,不需要直接电气连接,通过电容耦合,利用位移电流来测量物体表面或自由空间的电压。将传感器电极放在电场中,感应电极与信号源之间将形成耦合电容,通过耦合电容信号源经过测量系统与地之间将构成一个分压电路,如图1所示。

图1非接触电压铡量原理图
图1非接触电压铡量原理图

设信号源的电压为Vs由分压公式可得,在运放输入端的电压可表示为:

非接触电压测量原理

如果传感器前置放大电路的放大倍数为Av,输入电阻和输入电容分别为Rin和Cin则传感器的输出可表示为:

非接触电压测量原理

由式(2)可知,当耦合阻抗与系统输入阻抗相比可忽略不计时,系统相当于一个具有理想特性的电压计,可有效测量电压信号。因此,为了提高系统的灵敏度,在系统设计过程中,应该采用反馈等技术提高系统前端传感器的输入电阻,降低输入电容。通过测量空中两点电压的大小,根据电压与电场的关系,可以推导出空中电场的情况。

2 系统设计

系统采用低功耗的MSP430F5529单片机作为控制器,通过敏感电极将信号以位移电流的形式采集到系统,然后进入前置放大电路,经过放大处理后输出给模数转换电路,模数电路将转换后的信号通过蓝牙无线传输给上位机进行显示。因为系统输入阻抗的大小直接关系到灵敏度,因此,在整个系统设计中,敏感电极和前置放大电路的设计是关键和难点,系统的结构框图如图2所示。

图2 非接触电压测量原理图
图2 非接触电压测量原理图

2.1 敏感电极

该敏感电极由感应层,有源屏蔽层和接地屏蔽层三层结构构成,通过三同轴电缆与后面前置放大电路连接。感应层和有源屏蔽层由直径为3.5 cm的标准双面印刷电路板构成。电路板的一面被覆铜作为感应层,感应层外围的一圈覆铜与印刷电路板的背面相连构成有源屏蔽层,最外层的金属壳作为接地屏蔽层。整个电极的直径为3.7 cm,厚度为0.5 cm.电极的结构如图3所示。

圈3 电极结构圈
圈3 电极结构圈


上一页123下一页
?? ?? ??


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友
?? ??

电压测量? 非接触? 电容耦合? 位移电流?

相关文章

我来评论
美国的游客
美国的游客 ??? (您将以游客身份发表,请登录 | 注册)
?
有问题请反馈