[发明专利]一种非接触式静电电位分布测试的仿生电路、系统及方法

说明书

本发明公开了一种非接触式静电电位分布测试的仿生电路及方法，该电路包括静电感应电极阵列,包括N个静电感应电极；感应信号放大电路阵列包括与N个静电感应电极以及一对一连接的N个信号放大电路；侧抑制网络电路阵列包括N个侧抑制电路，各侧抑制电路包括两个N输入端N输出端的模拟开关交叉阵列，且每个输出端连接一侧抑制权重子电路；N个信号放大电路输出端与模拟开关交叉阵列多对多全连接；侧抑制权重子电路分别连接一放大器的正向输入端或反向输入端，放大器反向输入端与输出端之间连接电阻R_‑，正向输入端经电阻R₊接地；微控制器阵列包括与N个侧抑制网络电路一对一连接的N个微控制器；且与模拟开关交叉阵列和侧抑制权重子电路连接。

技术领域

本发明涉及静电电位分布测试技术领域，具体涉及一种非接触式静电电位分布测试的仿生电路、系统及方法。

背景技术

非接触式静电电位测试是基于静电感应原理，通过测量带电体与感应电极之间的畸变静电场，间接得到带电体的静电电位，现有利用非接触式静电电位传感器，实现静电电位空间分布的高分辨测试方法主要有单传感器扫描和多传感器并行两种，其中，

单传感器扫描方式通过减小扫描步长提高测试结果的空间分辨率，但伴随增加的测试量使整体测试速度大幅降低，难以同时提高测试速度和空间分辨率。

多传感器并行方式使用传感器阵列，测试速度较快，但由于每个传感器的测试电极都有独立的接地屏蔽筒，会引起被测带电体的对地等效电容增大，导致测试电极上的静电感应信号衰减，当衰减到调理放大电路的灵敏度以下时，感应信号将被本底噪声淹没而无法拾取。

另外为了提高非接触式静电电位传感器测量结果的空间分辨率，需要降低感应电极的物理尺寸，从而导致感应电极与被测带电体之间的等效耦合电容降低，达到皮法甚至飞法量级，这就要求信号放大电路器兼具极小的输入电容和极高的输入电阻，低输入电容用于匹配等效耦合电容以提高分压比和灵敏度，高输入电阻用于减少电荷泄漏以提高测试结果衰减的时间系数，这是限制非接触式静电电位测试方法空间分辨率提升的瓶颈问题。

因此，放大电路的灵敏度限制了传感器阵列的电极尺寸和阵列密度，不能单纯的依靠缩小电极尺寸、增加阵列密度的方式提升并行测试的空间分辨率。

有鉴于此，在阵列密度一定的前提下，如何从相对稀疏的感应信号中恢复出高分辨率的电位分布信息，是本技术所要解决的关键问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供了一种非接触式静电电位分布测试的仿生电路，包括：

静电感应电极阵列、感应信号放大电路阵列、侧抑制网络电路阵列和微控制器阵列；其中

静电感应电极阵列包括N个静电感应电极；

感应信号放大电路阵列包括与N个静电感应电极一对一连接的N个信号放大电路；

侧抑制网络电路阵列包括N个侧抑制电路，每个侧抑制电路包括两个N输入端N输出端的模拟开关交叉阵列，两个模拟开关交叉阵列每个输出端连接一侧抑制权重子电路；N个信号放大电路输出端与两个模拟开关交叉阵列多对多的全连接；所述侧抑制权重子电路由一个模拟多路开关和k个不同阻值的电阻组成；其中一个模拟开关交叉阵列对应连接的N个侧抑制权重子电路输出端连接第一运算放大器的正向输入端，另一个模拟开关交叉阵列对应连接的N个侧抑制权重子电路输出端连接第一运算放大器的反向输入端，第一运算放大器反向输入端与输出端之间连接电阻R_-，正向输入端经电阻R₊接地；

微控制器阵列包括与侧抑制网络电路阵列一对一连接的N个微控制器；且微控制器通过数字信号总线分别与其前端连接的两个模拟开关交叉阵列和2N个侧抑制权重子电路连接。

本发明还提供了一种基于上述非接触式静电电位分布测试的仿生电路的非接触式静电电位分布测试的系统，包括：