Устройство для бесконтактного измерения электрического потенциала заряженной поверхности

 

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.

COOS СОВЕТСНИХ

5«ЮЮ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А

4(5l) (01 R 29/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О 1ЙРЫТИЪ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТ0РСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ (21) 3659722/24-21 (22) 05. I I . 83 (46) 07.02 ° 85.Бюл.l) 5(72) Э,И.Адомайтис,С.Ю.Сакалаускас и В.Й,Шилальникас (71) Ордена Трудового Красного Знамени.институт физики полупроводников

АН Литовской ССР (53) 621 ° 3!7.7 (088.8) (56) I,Foord Т.R. J.Phys.Е. Sci

Instrum. 2,1969,4 11-413.

2. Гренншин С.Г. Электрофотографический процесс. М., "Наука",1970. с.122-123 (прототип 1. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕН-

ЦИАЛА ЗАРЯЖЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ, содержащее электропроводящую подложку, металлический электрод, источник переменного напряжения, усилитель, к выходу которого подключен демодулятор и конденсатор, включенный между входом усилителя и шиной нулевого потенциала, о т л и ч а ю щ е е с я тем,.что, с целью повышения быстродействия, в него введены МДП-диод, включенный между металлическим электродом и входом усилителя, источник опорного напряжения и диффе ренциальный усилитель постоянного напряжения, первый вход которого подключен к выходу демодулятора, второй вход — к источнику опорного напряжения,а источ«цику опорного напряжения, а источ- I ник переменного напряжения включен между выходом дифференциального усилителя постоянного напряжения и электропроводящей подложкой.

1 11387

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройст" вам для бесконтактного измерения поверхностного электрического потенциала твердых тел и жидкостей.

Известно устройство для бесконтактного измерения электрического потенциала заряженной поверхности, содержащее электропроводящую подложку, металлический электрод и электрометр,включенный между металлическим электродом и электропроводящей подложкой (2 3.

Недостатком этого устройства является низкое быстродействие,обусловленное большой постоянной времени измерительной цепи.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для бесконтактного измерения электрического потенциала заряженной поверхности, содержащее электропроводящую подложку, металлический электрод, источник переменного напряжения, 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 f2 ).

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие,обусловленное инерционностью динамического конденсатора, осуществляющего

35 механическую модуляцию емкости, Целью изобретения является повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для бесконтактного измерения электрического потен",. циала заряженной поверхности, содержащее электропроводящую подложку, металлический электрод, источник пе45 ременного напряжения, усилитель, к выходу которого подключен демодулятор, и конденсатор, включенный между входом усилителя и шиной нулевого потенциала введены МДП-диод включен"

У Э

50 ный между металлическим электродом и входом усилителя, источник опорного напряжения и дифференциальный усилитель постоянного напряжения, первый вход которого подключен к выходу демодулятора, второй вход — к источнику опорного напряжения, а источник переменного напряжения включен между выходам дифференциального усилите65 2 ля постоянного напряжения и электропроводящей подложкой.

На чертеже изображена блок-схема . устройства, Устройство содержит металлический электрод !,ÌÄÏ-диод 2; конденса-. тор 3; усилитель 4; демодулятор 5; источник 6 опорного напряжения; дифференциальный усилитель 7 постоянного напряжения; .источник 8 переменного напряжения, электропроводящую подложку 9, исследуемый объект 1Q., 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 (С-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

1!38765

Составитель Е,Плужникова

Редактор С.Патрушева Техред Л.Коцюбянк Корректор Г, Решетник.

Заказ 10683/36 Тираж 748

BHHHlIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,Москва,Ж-35,Раушская наб.,д.4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4

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

С1 С » С> °

При этом величина переменного тока в цепи определяется емкостью

МДП-диода 2.

Модулированный сигнал с частотой Ip и)М вЂ” частота сигнала источника 8 переменного напряжения) усиливается усилителеи 4, демодулятором 5 демодулируется и поступает на первый вход дифференциального усилителя.7 постоян- 15 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

f( 118ых"где К вЂ” общий коэффициент усиления стррйства при оборванной обратной связи, 4

При условии К í7 1 выходное напряжение по абсолютной величине повторяет потенциал;заряженной. поверхности Е. Временная разрешающая способность Т определяется выражением

Т=(3 —;5)

Н" где ь — постоянная времени фильтра демодулятора 5 и практически » 1/g), Граничная частота И модуляции величины пространственного заряда

МДП-диода составляет сотни мегагерц, 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 i

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