实现电压非接触稳定测量电路设计

2015-04-21 08:44:54来源: elecfans
  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。

  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

  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:

  

  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:

  

  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。

关键字:电压  非接触  稳定测量

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0421/article_11464.html
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