一种模拟静电荷集聚和消散过程的实验系统及实验方法

技术领域

本发明涉及一种模拟静电荷集聚和消散过程的实验系统及实验方法，属于电子设备安全与可靠性技术领域。

背景技术

静电放电抗扰度是电磁兼容国家强制检测项目之一，用于模拟静电放电现象对被测设备产生的影响，普遍应用于电子电气类产品的检测中。虽然静电放电抗扰度试验应用非常广泛，但是其试验结果的可复现性和可重复性差，这给相关检测、认证机构、生产企业都带来了很大的困扰。因此，大量研究工作围绕如何提高静电放电抗扰度试验结果的可重复性和可复现性展开，但是目前缺乏合适的试验装置模拟静电荷的积聚和消散。

静电荷的积聚和消散是决定静电压大小和静电放电严酷程度的一个重要前提。如果能通过有效的静电荷积聚和消散实验系统，研究、了解各种影响因素与静电荷积聚和消散过程的相关性，就可以对各影响因素进行相应的约束，达到对静电荷积聚和消散过程的有效控制，实现静电压和静电放电严酷程度的一致性，改善静电放电试验结果的可重复性和可复现性。

目前见发表的相关实验系统，模拟静电放电系统是让试验人员手持已蓄电的电极，以足够缓慢的速度（几乎静态）靠近电流靶，直至电极与靶之间形成放电；模拟静电荷积聚系统是让试验人员在不同材质地毯/板上按照不同步速行走，通过摩擦产生静电。

上述的系统直接以人体作为实验系统的组成部分，这样做虽然尽可能地模拟了现实生活中静电荷的积累和释放过程，但是考虑到不同人体之间电容和电阻差异较大，而且即使同一个人的电容电阻也在不断变化，试验结果的重复性存在较大问题。而且让试验人员以所谓固定步速反复踱步来摩擦生电，效率低，且无法保证试验结果的重复性和复现性。

发明内容

发明目的：针对现有技术所存在的问题，本发明提供一种可以高效模拟静电荷集聚和消散过程的静电放电实验系统及实验方法，该系统结构相对简单、产生静电速度较快，模拟人体的充放电电阻和电容稳定，能够以较高的可重复性高效模拟静电荷积聚和消散过程。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种模拟静电荷集聚和消散过程的实验系统，包括直流高压可调电源、充电开关、充电电阻、放电开关、放电电阻、充放电电容、驱动装置、放电头和回路参考点，其中直流高压可调电源、充电开关、充电电阻与充放电电容构成充电回路，且充放电电容、放电电阻、放电开关、放电头和回路参考点构成放电回路，所述充放电电容的两块金属板上分别附着不同介质层（日常生产、生活中碰到的非金属材料都可以作为测试介质），且驱动装置用于实现两块金属板之间的相对运动，由此实现介质层之间的摩擦。

进一步的，所述充放电电容的两块金属板呈上下分布，且下层金属板水平固定布置，所述驱动装置包括驱动电机和传动组件，所述驱动电机通过传动组件带动上层金属板相对于下层金属板的水平转动。

进一步的，所述传动组件包括贯穿上层金属板的转轴，且转轴与上层金属板之间可通过键连接或齿轮传动等结构实现周向传动，通过驱动电机实现转轴的旋转驱动，由此带动上层金属板相对于下层金属板的水平转动。

进一步的，所述上层金属板上可以增加配重砝码，也可以采用其他增压机构实现加压，从而调节介质层之间的摩擦力。

进一步的，所述放电开关为双刀放电开关。

进一步的，所述介质层通过粘黏的方式附着在相应的金属板上，尽量用介电常数小的胶或者导电胶。

此外，还有一种模拟静电荷集聚和消散过程的实验方法，基于上述实验系统实现，具体包括以下过程：

（一）消散过程：

A1：将放电头与靶、靶适配器、测量设备相连（回路参考点接地或接入相关参考点）；

A2：断开放电开关，闭合充电开关；

A3：打开直流高压可调电源，对充放电电容进行充电，充电结束后关闭直流电源并断开充电开关；

A4：静置一段时间t

A5：重复前3步，每次静置不同时间t

（二）集聚过程：

B1：将放电头与靶、靶适配器、测量设备相连；

B2：断开放电开关和充电开关；

B3：开启驱动装置，使介质层之间产生摩擦，加速静电荷产生和集聚的过程；

B4；摩擦一段时间T

B5：重复前3步，每次摩擦不同时间T

（三）集聚-消散过程：

C1：将放电头与靶、靶适配器、测量设备相连；

C2：断开放电开关和充电开关；

C3：开启驱动装置，使介质层之间产生摩擦，加速静电荷产生和集聚的过程；

C4；摩擦一段时间T后，停止驱动装置；

C5：静置一段时间t后，闭合放电开关，通过靶适配器捕捉放电电流并得到静电压；

C6：重复前4步，根据实验计划，确定转动时间T和静置时间t的组合，模拟预设场景静电放电的全过程。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供的实验系统及实验方法，具有以下优点：

1、较为真实地模拟了现实生活中静电荷的积累和释放过程，同时模拟人体的充放电电阻和电容稳定，能够以较高的可重复性高效模拟静电荷积聚和消散过程；

2、装置结构较为简单，自动化程度较高，通过电机实现摩擦驱动，从而加快产生静电的速度，实验过程可控，从而便于研究、了解各种影响因素与静电荷积聚和消散过程的相关性，达到对静电荷积聚和消散过程的有效控制。

附图说明

图1为本发明实施例中实验系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中驱动装置的结构示意图；

图中包括：1-转轴，2-砝码，3-上层金属板，4-介质1，5-介质2，6-下层金属板，M-转动电机。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的优选实施方式进行描述，更加清楚、完整地阐述本发明的技术方案。

如图1所示为一种模拟静电荷集聚和消散过程的实验系统。该系统由直流高压可调电源、充电开关、充电电阻R

直流高压可调电源、充电开关、充电电阻Rc和充放电电容C

如图2所示，C

基于上述实验系统的实验方法具体包括以下过程：

（一）消散过程：

A1：按照GB/T 17626.2-2018测量静电发生器放电电流的试验布置，将放电头与靶、靶适配器、测量设备（示波器）相连；

A2：断开放电开关，闭合充电开关；

A3：打开直流高压可调电源，对C

A4：静置一段时间t

A5：重复前3步，每次静置不同时间t

（二）集聚过程：

B1：按照GB/T 17626.2-2018测量静电发生器放电电流的试验布置，将放电头与靶、靶适配器、测量设备（示波器）相连；

B2：断开放电开关，断开整个充电回路；

B3：开启转动电机，转动电容上层金属板，使介质层之间产生摩擦（摩擦主要发生在介质层之间，但是也不可避免会有少部分发生在介质层与金属平板之间），加速静电荷产生和集聚的过程，如果需要还可以在上层金属板上增加配重或砝码；

B4；转动一段时间T

B5：重复前3步，每次转动不同时间T

（三）集聚-消散过程：

C1：按照GB/T 17626.2-2018测量静电发生器放电电流的试验布置，将放电头与靶、靶适配器、测量设备（示波器）相连；

C2：断开放电开关，断开整个充电回路；

C3：开启转动电机，转动电容上层金属板，使介质层之间产生摩擦，加速静电荷产生和集聚的过程，如果需要还可以在上层金属板上增加配重或砝码；

C4；转动一段时间T后，停止转动电机；

C5：静置一段时间t后，闭合放电开关，捕捉放电电流并得到静电压；

C6：重复前4步，根据实验计划，确定转动时间T和静置时间t的组合，模拟预设场景静电放电的全过程。

实施例：研究温湿度对静电压形成过程的影响。

第一步：在可精确控制温湿度的空间内按照附图1连接实验系统，平板电容的上下金属板分别附着不同介质材料，如人造皮肤和某种纺织面料；

第二步：按照GB/T 17626.2-2018测量静电发生器放电电流的试验布置，将放电头与靶、靶适配器、测量设备（示波器）相连；

第三步：断开放电开关，断开整个充电回路；

第四步：开启转动电机，转动电容上层金属板，使介质层之间产生摩擦，加速静电荷产生和集聚的过程，如果在上层金属板上增加了配重或砝码，在整个实验过程中应使用同样的配重或砝码；

第五步：转动一段时间T

第六步：重复前3步，转动不同时间T

第七步：断开放电开关，断开整个充电回路；

第八步：开启转动电机，转动电容上层金属板，使介质层之间产生摩擦，加速静电荷产生和集聚的过程，如果在上层金属板上增加了配重或砝码，在整个实验过程中应使用同样的配重或砝码；

第九步：转动T

第十步：重复前3步，静置不同时间t

上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述，而并非对本发明的保护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述、附图对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。