非接触电压测量系统.pdf

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1、2014正仪表技术与传感器2014第1期InstrumentTechniqueandSensorNO．1非接触电压测量系统李文宝1,2，陈贤祥，任仁，夏善红(1．中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室，北京100190；2．中国科学院大学，北京100190)摘要：为了实现电压非接触稳定测量，文中设计了一种基于电容耦合原理的新型电压测量系统。该系统采用保护、自举、有源屏蔽等反馈技术，提高了系统的输入阻抗。测量时不需要电极与信号源直接电气接触，利用位移电流即可完成测量。实验结果表明，该系统灵敏度高、

2、频带宽、测量稳定，而且结构简单，完全满足电压非接触测量的要求。关键词：电压测量；非接触；电容耦合；位移电流；高阻抗中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2014)0l一0050—03NoncontactPotentialMeasurementSystemLIWen-bao，CHENXian．xiang，RENRen，XIAShan．hong(1．StateKeyLaboratoryofTransducerTechnology，InstituteofElectronics，C

3、hineseAcademyofSciences，Beijing100190，China；2．UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China)Abstract：Toimplementnoncontaotmeasurementofpotentialsteadily，anovelpotentialmeasurementsystembasedoncapaci-tancecouplingwasdesignedinthispaper．The~edb

4、acktechnologyofguard，bootstrapandactiveshieldwasadoptedtoincreasetheinputimpedanceofsystem．Thesystemcanmeasurepotentialswithoutdirectelectricalcontacttothesourceofthesepotentials，whichoperateondisplacement，notrealchargecurrent．Theexperimentresultsshowth

5、atthesystemhasgoodoperationstability，hishsensitivityandwidebandwidth．especiallyitsstructureisverysimple．Thesystemmeetstherequirementofnoncontactmeas—urementofpotentialtotally．Keywords：potentialmeasurement；noncontact；capacitancecoupling；displacementcuren

6、t；highimpedance0引言与地之间将构成一个分压电路，如图1所示。在复合材料特性检测、电路电气特性检测、人体心电检测、信号源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，由于测量电路的接入，改变了原有电路的传输特性，从而改变了时

7、图1非接触电压测量原理图延，使测量不准确。接触测量物体表面的电压不仅操作麻烦设信号源的电压为，由分压公式可得，在运放输入端的而且有一定的危险性。为了克服接触电压测量的这些缺点，满电压可表示为：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=·Zi／(Zi+z)(1)如果传感器前置放大电路的放大倍数为A，输入电阻和输入电携式电压检测系统。该系统基于电容耦合原理，前端前置电路容分别为JR和c则传感器的输出可表示为：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

8、面电压测量时相当于一个理想—1+jwRCCA(2)inin+inB的电压表，不需要与物体表面直接电气接触，利用位移电流即由式(2)可知，当耦合阻抗与系统输入阻抗相比可忽略不可完成电压的有效测量。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1非接触电压测量原理压信号。因此，为了提高系统的灵敏度，在系统设计过程中，应非接触电压测量的原理类似于磁力仪测量磁场，不需要直该采用反馈等技术提高系统前端传感器的输入电阻，降低输入接电气连接，通过电容耦合，利用