實現(xiàn)電壓非接觸穩(wěn)定測量

　　2.1敏感電極

　　該敏感電極由感應層，有源屏蔽層和接地屏蔽層三層結構構成，通過三同軸電纜與后面前置放大電路連接。感應層和有源屏蔽層由直徑為3.5 cm的標準雙面印刷電路板構成。電路板的一面被覆銅作為感應層，感應層外圍的一圈覆銅與印刷電路板的背面相連構成有源屏蔽層，最外層的金屬殼作為接地屏蔽層。整個電極的直徑為3.7 cm，厚度為0.5 cm.電極的結構如圖3所示。

　　圈3電極結構圈

　　2.2前置放大電路

　　為了提高系統(tǒng)輸入阻抗，有效測量空間或者物體表面微弱電壓信號，在前置放大電路設計過程中采用了保護、自舉、有源驅動屏蔽和接地屏蔽技等技術，結構原理圖如圖4所示。前置放大電路通過三同軸電纜從前端敏感電極獲得感應信號，經過放大后輸出給后面的信號處理電路。電路設計以高性能的靜電型運算放大器AD549(圖中A1)為核心，該運放具有超高的輸入阻抗、極低的輸入電容和低的輸入噪聲，完全滿足非接觸電壓測量的需要。前置放大電路工作需要穩(wěn)定的直流工作點，偏置電路能夠為運放提供穩(wěn)定的直流工作點，但偏置電路的引入也降低了系統(tǒng)的輸入電阻，因此需要利用反饋技術在不顯著降低輸入阻抗的條件下為前置放大電路設計偏置電路。設計中考慮到R1和R2對偏置電路阻抗和噪聲的影響，經過折中考慮，采用2個阻值為100 MΩ的電阻通過正反饋構成自舉結構來形成偏置電路，如前置放大電路原理圖所示。偏置電路的等效輸入阻抗可用下面公式表示：

　　從式(3)可知自舉結構的運用極大的提高了傳感器的等效輸入阻抗。為了減小傳輸線上的等效寄生電容，提高了輸入阻抗，并減少了信號傳輸損耗。為減小運算放大器輸入電容，在前置放大電路設計過程中采用了電容抵消技術，如原理圖所示，電容Cf和電位器Rp構成輸入電容抵消結構，該結構的運用使得運放的等效輸入電容降低為：

　　式中μ是電位器的正反饋系數(shù)。

　　從式(4)可以看出，經過精確調節(jié)，選擇合適參數(shù)，輸入電容抵消結構能夠有效降低運放的等效輸入電容，增大系統(tǒng)輸入阻抗。高性能運算放大器和新型反饋技術的運用使系統(tǒng)具有極高的輸入阻抗，能夠有效的耦合空間微弱電壓信號。

　　圈4前置放大電路原理圈