1 导言
电荷量是反映带电体状况的最实质的物理量，它决议着带电体发生静电放电的概率和危险性。一般状况下，电荷量不是直接丈量，而是经过丈量其它有关参量来核算电荷量的多少[1]。常运用的东西是静电电位计和静电电压计，它们在带电物体的外表积比丈量体系自身大许多或是带电物体的静电场很大的状况下可以很好的作业，丈量到的成果也是比较精确的。可是在被丈量的带电物体的外表积小或是带电荷量少的状况下，一般的静电电位计和静电电压计在丈量时会严峻的影响被测物体自身的电荷量，所以无法丈量得到被测物体实在的电荷量。为此，一种新的静电电位丈量体系被规划出来，它经过一个反应回路削减静电丈量体系自身对被测物体的电荷量的影响，使得到的丈量成果可以实在的反映带电物体的电荷量。
2 一般的静电电位丈量办法
一般的静电电位丈量仪器原理图如图1所示[2]。为了防止其它电场的搅扰，必须用接地导体将测定电极屏蔽起来。测定电极和屏蔽电极一起构成静电电位丈量仪器的探头。
图1 一般的静电电位丈量仪器原理图
当探头放到被测带电物体邻近时，由于在接地屏蔽导体上发生感应电荷，它会使被测带电物体电力线的一部分终止于接地屏蔽导体，从而使测定电极上实践电位下降，因而，要求仪器的灵敏度应有所进步。为了减小差错，应尽量减小探头的几许尺度，并使探头远离被测带电物体，可是这样在测定电极上的感应电位将降的更低，还将使被测面积扩展，仪器的读数将违背被测带电物体部分电位值而成为大面积上电位的平均值，为了不使仪器的丈量面积扩展，必须将测定电极后移，这要求再进步仪器的灵敏度。进步丈量仪器的灵敏度是有限的，不可能简略的以不断进步仪器灵敏度来消除探头对丈量成果的影响。缩小探头尺度减小差错也是有极限的，由于，假如探头尺度做得很小，被测带电物体和测定电极之间很简单发生放电现象。所以一般的静电电位丈量办法丈量带电荷量很大的被测带电物体时，探头对丈量成果的影响可以被承受，但在丈量带电荷量少的被测带电物体时，得到的丈量成果就有很大的误差。
3 新式的静电电位丈量体系
3.1 体系的硬件组成
静电电位丈量体系主要由测定电极、维护电极、电压跟从器、调制器、相位灵敏解调器、积分器电压扩大器和静电电压表等八个部分组成。硬件框图如图2所示。在静电电位丈量体系中，测定电极是圆形金属板，在测定电极周围装有维护电极，用来对电场进行整形、固定和静电屏蔽。维护电极要有满足的宽度，而且与被测带电物体的外表有附近的形状。为了进步分辩才能，测定电极的面积应小些，但小面积的测定电极会下降丈量灵敏度，因而，在确保满足灵敏度的状况下，尽量减小了测定电极的面积。
图2 具有反应回路的静电电位丈量体系框图
3.2 体系的丈量原理
该静电电位丈量体系选用沟通调制的办法丈量带电物体外表的电位。体系中的调制器使测定电极按必定规则进行周期性的机械运动，在测定电极和电压跟从器的输入端之间就会发生按正弦规则改变的调制电流。这个调制电流幅值与带电物体外表电荷发生的静电场的电位成正比，而调制电流的相位代表了被测带电物体所带电荷的极性[3]。相敏解调器可以对调制电流进行转化，得到正电压或是负电压，其巨细正比于静电场的电位，其正负代表被测带电物体所带电荷的极性[4]。被相敏解调器解调后的信号被积分器和电压扩大器别离进行积分和扩大之后，在静电电压表中显现丈量得到的成果。假如被测带电物体的电荷为正极性，静电电压表指针向右偏;假如被测带电物体的电荷为负极性，静电电压表指针向左偏。而指针所指的刻度为丈量的成果。在静电电位丈量体系中，被相敏解调器解调后的信号被积分器和电压扩大器别离进行积分和扩大之后，被反应到维护电极上，使维护电极上的电位与被测带电物体外表的电位相同，因而，在维护电极与被测物体外表之间的电场为零。这样规划的长处是为了防止维护电极在丈量过程中对被测带电物体自身电位的影响，使探头可以与被测物体更挨近，在测定电极上感应的电位就愈加精确的反映被测物体的部分外表的电位值。一起，反应回路还能减小测定电极上发生的感应电流对调制器是否安稳作业的依靠程度，确保了丈量的安稳性和精确性。
3.3 数据显现和收集体系
为了可以经过试验验证所规划的静电电位丈量体系，而且将试验的数据保存下来。运用PXI数据收集卡替代图2中的静电电压表，结合LabVIEW的开发环境就可以规划出用于静电电位动态实时显现和数据收集的体系。
3.3.1 数据收集通道设置模块
在进行数据收集之前要先进行NI PXI6254收集卡的通道设置。输入信号的通道设置包含输入信号终端设置、输入信号的幅值规模设置、输入通道挑选设置和采样频率等的设置[5]。数据收集通道设置模块如图3所示。
图3 数据收集通道设置模块
其间输入信号终端的设置是依据输入信号所衔接的终端的实践状况而定的，在LabVIEW的软件开发环境中就要进行选定，这儿选定的是单端输入，即RSE[6]。为了在软件运行时，削减CPU的占用率，在开端收集数据之前放置了一个守时的控件，这样在软件运行时CPU的占用率就会很低[7]。
3.3.2 数据收集与实时显现模块
数据收集模块是非常重要的一个模块，它的成果正确与否直接影响着数据存储和处理的成果。为了能实时显现各通道信号并改写，就要求用LabVIEW开发的体系中可以完成相似示波器的功用，即可以接连收集信号，实时显现各通道信号并改写。为了确保数据的接连性，需求选用循环移位保存的办法。数据收集与实时显现模块如图4所示。
