一种静电场传感器的制作方法

本发明涉及静电检测的，具体为一种静电场传感器。

背景技术：

1、在精密电子元件、半导体器件、高分子材料制品等产品的生产过程中，产品表面易因摩擦、接触分离、感应等物理作用产生静电积累。静电电压过高会导致产品击穿损坏、吸附灰尘影响洁净度，甚至引发易燃易爆环境的安全隐患。因此，在生产过程中对产品表面静电电压进行实时检测具有重要意义。

2、目前，行业内普遍采用人工手持静电检测仪的方式对产品表面静电电压进行抽样检测。该方式主要依赖便携式非接触式静电电压表，由操作人员在生产流水线旁定时对产品进行检测，检测结果由人工记录。然而，该方式存在以下不足：

3、检测效率低、覆盖范围有限：采用抽样检测模式，无法实现全批次产品的实时检测，易遗漏不合格产品，且人工操作速度难以匹配高速生产节拍；

4、检测误差大、一致性差：人工手持设备时的距离、角度、停留时间存在主观差异，且人体自身静电会对检测结果产生干扰，导致多次检测数据偏差较大，检测精度难以保证；

5、人工成本高、劳动强度大：需专人全程值守巡检，长期重复操作易产生疲劳，降低检测可靠性，同时增加企业人力成本；

6、数据追溯性差：人工记录或手动录入数据易出现笔误、漏录，且无法实现检测数据与产品生产批次、工位信息的自动关联，后续质量追溯困难。

技术实现思路

1、本技术提供了一种静电场传感器，用于解决背景技术中提到的人工手持静电检测仪存在的检测效率低、无法实现全批次覆盖、检测距离和角度不一致导致数据误差大、人工成本高、数据无法自动追溯的问题。

2、为了解决上述技术问题，本技术提供了一种静电场传感器，包括：

3、传感器模块，用于感应外部静电场变化并生成感应电信号；

4、测量与信号处理模块，用于接收所述传感器模块输出的微弱感应电信号，经选频、放大、整流和比较判断，最终输出代表场强大小的直流感应信号，并将直流感应信号调理至适配ad转换模块采集的模拟感应信号；

5、ad转换模块，用于接收测量与信号处理模块调理后的模拟感应信号，将模拟感应信号转换为数字信号后传输至主控模块；

6、主控模块，用于控制所述ad转换模块完成静电场感应数字信号的采集，对采集的数字信号进行滤波、校准处理并存储，同时实现人机交互、检测数据上报；

7、电源模块，用于给所述传感器模块、测量与信号处理模块、ad转换模块、主控模块提供电能。

8、在其中一个实施例中，所述测量与信号处理模块包括：

9、信号输入与选频单元，用于拾取微弱感应电信号，并滤除杂波、仅保留特定的音叉频率信号，随后进行初步放大，为后续单元提供纯净的信号源；

10、信号解调与整流单元，将放大后的交流信号通过整流转换为平滑的直流信号，以反映静电场的强度大小；

11、极性判别与驱动单元，用于对整流后的直流信号进行阈值以及极性判断，并输出开关信号以驱动后续电路；

12、增益调节与输出单元，通过可调电阻网络对极性判别与驱动单元输出的直流信号进行增益调节，并经由电压跟随器缓冲后输出，确保模拟感应信号的稳定传输。

13、在其中一个实施例中，所述信号输入与选频单元包括第五运算放大器、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一电感、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容、第十三电容；

14、第一电感的一端与第八电容的一端连接，另一端分别与第十电阻和第九电容的一端连接，第十电阻的另一端与第十电容的一端连接，第十电阻与第十电容的公共连接点与压电陶瓷音叉接口连接，第十电容的另一端与第十一电阻的一端连接，第十一电阻的另一端分别与第十二电阻的一端和第五运算放大器的反相输入端连接，第十一电容的一端与第五运算放大器的第一引脚连接，第十二电容的一端与第五运算放大器的第四引脚连接，第十三电容与第十二电阻并联连接。

15、在其中一个实施例中，所述信号解调与整流单元包括：

16、第一运算放大器、第二运算放大器、第四运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容；第一运算放大器的反向输入端分别与第一电阻、第二电阻的一端连接，第一电阻的另一端与压电陶瓷音叉接口，第一电容的一端与第一运算放大器的第四引脚连接，第二电容的一端与第一运算放大器的第一引脚连接，第一运算放大器的输出端与第三电容的一端连接，第三电容的另一端与第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端分别与第四运算放大器的反向输入端以及第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端分别与第四电容、第五电容的一端连接，第四运算放大器的输出端与第五电容的一端连接，第五电容的另一端与第五电阻的一端连接；第二运算放大器的输出端与第九电阻的一端连接，第九电阻的另一端与压电陶瓷音叉接口连接，第七电容的一端与第二运算放大器的输出端与第九电阻之间的公共连接点连接，另一端与第二运算放大器的反相输入端连接，第八电阻与第七电容并联连接，第七电阻的一端与第二运算放大器的反相输入端连接，另一端分别与第六电阻和第六电容的一端连接，第六电阻的另一端与第四电容的另一端连接，第四电容的一端分别与第四电阻的一端和第四运算放大器的输出端连接。

17、在其中一个实施例中，所述极性判别与驱动单元包括：第六运算放大器、第七运算放大器、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第一开关、第三开关、第十四电容、第十五电容；第五运算放大器的输出端与第十三电阻的一端连接，第十三电阻的另一端分别与第十四电阻的一端以及第六运算放大器的反相输入端连接，第十四电容的一端分别与第十四电阻和第三开关的一端连接，第十四电容的另一端与第六运算放大器的输出端连接，第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻的一端分别与第六运算放大器的输出端、第十八电阻、第十九电阻的一端连接，另一端与第三开关的另一端连接，第十八电阻的另一端分别与第七运算放大器的反向输入端、第十五电容的一端以及第二十电阻的一端连接，第二十电阻的另一端与第二十一电阻的一端连接，第十九电阻的另一端分别与第七运算放大器的正向输入端以及第一开关的源极连接，第一开关的栅极与第五电容的另一端连接，第七运算放大器的输出端与第二十一电阻的一端连接。

18、在其中一个实施例中，所述增益调节与输出单元包括第八运算放大器、第二十二电阻、第二十三电阻、第二十四电阻、第四十三电阻、第十六电容、第十七电容、第十八电容、第十九电容，第十六电容的一端与第二十二电阻的一端连接，第二十二电阻的另一端分别与第十七电容的一端以及第八运算放大器的反向输入端连接，第八运算放大器的输出端分别与第十七电容的另一端以及第二十三电阻的一端连接，第四十三电阻与第十七电容并联连接，第二十三电阻的另一端分别与第二十四电阻的一端以及第十九电容的一端连接，第二十四电阻的另一端与第十八电容的一端连接。

19、在其中一个实施例中，所述ad转换模块包括ad转换单元，用于接收测量与信号处理模块输出的模拟感应信号转换为数字信号。

20、在其中一个实施例中，所述主控模块包括主控单元，用于对采集的数字信号进行滤波、校准处理并存储，同时通过串口实现人机交互并控制外围设备。

21、在其中一个实施例中，所述电源模块包括：

22、输入保护与滤波单元，用于对外部电源进行防反接和过压浪涌保护，并滤除噪声干扰，从而为后级电路提供纯净且安全的输入直流电压；

23、dc-dc升压转换单元，利用开关电源技术将输入的直流电压提升至设定的高压值，并通过反馈回路维持输出电压的稳定；

24、辅助稳压器单元，用于利用电荷泵原理生成特定的辅助电压。

25、在其中一个实施例中，所述dc-dc升压转换单元包括升压子单元，用于将输入电压升高并稳定在设定值。

26、上述一种静电场传感器的有益效果为：

27、1、检测精度高、抗干扰性强：通过传感器模块与测量信号处理模块的选频放大与整流处理，结合ad转换模块的高精度数字转换，有效抑制环境噪声和人体静电干扰，提高检测数据的准确性和一致性；

28、2、检测效率高、实现全流程覆盖：采用自动化检测方式，无需人工干预，可实现全批次产品的实时连续检测，检测响应时间短，不影响生产节拍，相较于人工抽样检测效率提升80%以上；

29、3、数据可追溯、智能化程度高：通过主控模块实现检测数据的自动存储、校准处理与上报，支持与产品批次、时间、工位信息关联，便于质量追溯与生产工艺优化；

30、4、系统集成度高、适配性强：各模块协同工作，具备良好的系统集成能力，可适配不同生产场景，支持远程监控与人机交互，降低人工劳动强度，节约了人工成本。