Устройство для бесконтактного измерения электрического потенциала заряженной поверхности Советский патент 1985 года по МПК G01R29/24 

к22222г t

Ю

Э-

КЧХЧУучУчХЧхЧХ

СО 00

ч

0д

сл

6

JT Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройст вам для бесконтактного измерения поверхностного электрического потенциала твердых тел и жидкостей, Известно устройство для бескон тактного измерения электрического потенциала заряженной поверхности, содержащее электропроводящую подлож ку, металлический электрод и электрометр,включенный между металлическим электродом и электропроводящей подложкой 2 . Недостатком этого устройства явля ется низкое быстродействие,обусловленное большой постоянной времени измерительной цепи. Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для бесконтактного измерени электрического потенциала.заряженной поверхности, содержащее электро проводящую подложку, металлический электрод, источник переменного напр жения, усилитель к выходу которого подключен демодулятор, и конденсатор , включенный между входом усилителя и шиной нулевого потенциала. Кроме того, устройство содержит динамический конденсатор и электромагнит,необходимый для возбуждения динамического конденсатора 2. Недостатком известного устройств является низкое быстродействие,обус ловленное инерционностью динамического конденсатора, осуществляющего механическую модуляцию емкости. Целью изобретения является повышение быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для бесконтак ного измерения электрического потен циала заряженной поверхности, содер жащее электропроводящую подложку, металлический электрод, источник пе ременного напряжения, усилитель, к выходу которого подключен демодулятор, и конденсатор,включенный между входом усилителя и шиной нулевого потенциала,введены МДП-диод,включен ный между металлическим электродом и входом усилителя, источник опорно напряжения и дифференциальный усили тель постоянного напряжения, первы вход которого подключен к выходу демодулятора, второй вход - к источ нику опорного напряжения, а источни переменного напряжения включен межд выходом дифференциального усилителя постоянного напряжения и электропроводящей подложкой. На чертеже изображена блок-схема устройства. Устройство содержит металлический электрод 1 -, .МДП-диод 2 , конденса-. . тор 3; усилитель 4-, демодулятор 5, источник 6 опорного напряженияi дифференциальный усилитель 7 постоянного напряжения; - источник 8 переменного напряжения, электропроводящую подложку 9, исследуемый объект 10. , Металлический электрод 1 установлен над поверхностью исследуемого объекта 10, помещенного на электропроводящую подложку 9, Между металлическим электродом 1 и входом усилителя 4, параллельно которому подключен конденсатор 3, включен МДПдиод 2. Выход усилителя 4 соединен с входом демодулятора 5,выход которого подключен к первому входу дифференциального усилителя 7 постоянного напряжения, к второму входу которого подключен источник 6 опорного напряжения. Между выходом дифференциального усилителя 7 постоянного напряжения и электропроводящей подложкой 9 включен источник 8 переменного напряжения. Устройство работает следующим образом. Напряжение источника 8 переменного напряжения создает в электрической цепи переменный ток, образующий падение напряжения на конденсаторе 3, которое усиливается усилителем 4. Амплитуда сигнала источника переменного напряжения подбирается такой величины, чтобы участок вольтфарадной (C-V) характеристики МДПдиода в окрестности рабочей точки для этого сигнала можно было считать линейным (порядка десятка милливольт). С появлением под металлическим электродом 1 электрического заряда на нем индуцируется электрический заряд, что вызывает изменение емкости МДП-диода 2, Соответственно с изменением емкости МДП-диода меняется величина переменного тока в цепи. То есть величина переменного напряжения на входе усилителя 4 изменяется пропорционально заряду исследуемого объекта, который связан с величиной поверхности потенциала. Для обеспечения наибольшей чувствительности изменения емкости МДПдиода к измеряемому потенциалу

емкость МДП-диода 2 - Cj , емкость конденсатора 3 - С и емкость систем металлический электрод 1 - поверхность исследуемого объекта 10 - С должна удовлетворять . условию C,.

При этом величина переменного тока в цепи определяется емкостью МДП-диода 2.

Модулированный сигнал с частотой lAJluJ - частота сигнала источника 8 переменного напряжения усиливается усилителем 4, демодулятором 5 демодулируется и поступает на первый вхо дифференциального усилителя 7 постоян ного напряжения, второй вход которого находится под постоянным напряжением, обеспечивающим компенсацию напряжения рабочей точки МДП-диода 2.

Выходной сигнал дифференциального усилителя 7 постоянного напряжения который имеет противоположный знак потенциалу заряженной поверхности и через источник 8 переменного напряжения подается на электропроводящую подложку 9, равен

U8btv E 1+v

где К - общий коэффициент усиления Устройства при оборванной обратной связи.

При условии К 1 выходное напряжение по абсолютной величине повторяет потенциал ;заряженной поверхности Е. Временная разрешающа способность Т определяется выражением „

Т (3 т 5)-V . Н

где f - постоянная времени фильтра демодулятора 5 и практически У- 1/Ю.

Граничная частота и/ модуляции величины пространственного заряда МДП-диода составляет сотни негагерц, а наивысшая частота модуляции емкости динамического конденсатора , как известно, не превышает десятков килогерц, следовательно, предложенное устройство обладает на несколько порядков большим быстродействием по сравнению с известными.

Кроме того, благодаря отсутствию механических частей устройство . обладает высокой надежностью, а также является более дешевым, так как исключает необходимость использования дорогостоящей прецизионной системы модулирукндего динамического конденсатора и не требует сложного оборудования.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ЗАРЯЖЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ,содержащее электропроводящую подложку, металлический электрод,источник переменного напряжения, усилитель, к ВЕлхрду которого подключен демодулятор и конденсатор, включенный между входом усилителя и шиной нулевого потенциала, отличающееся тем,-ЧТО, с целью повышения быстродействия, в него введены МДП-диод, вгсшоченный между металлическим электродом и входом усш1ителя, источник опорного напряжения и дифференциальный усилитель постоянного напряжения, первый вход которого подключен к выходу демодулятора, второй вход - к источнику опорного напряжения,а источу S ЛИКУ опорного напряжения, а источник переменного напряжения включен между выходом дифференциального усилителя постоянного напряжения и электропроводящей подложкой.