实现电压非接触稳定测量

　　2.1敏感电极

　　该敏感电极由感应层，有源屏蔽层和接地屏蔽层三层结构构成，通过三同轴电缆与后面前置放大电路连接。感应层和有源屏蔽层由直径为3.5 cm的标准双面印刷电路板构成。电路板的一面被覆铜作为感应层，感应层外围的一圈覆铜与印刷电路板的背面相连构成有源屏蔽层，最外层的金属壳作为接地屏蔽层。整个电极的直径为3.7 cm，厚度为0.5 cm.电极的结构如图3所示。

　　圈3电极结构圈

　　2.2前置放大电路

　　为了提高系统输入阻抗，有效测量空间或者物体表面微弱电压信号，在前置放大电路设计过程中采用了保护、自举、有源驱动屏蔽和接地屏蔽技等技术，结构原理图如图4所示。前置放大电路通过三同轴电缆从前端敏感电极获得感应信号，经过放大后输出给后面的信号处理电路。电路设计以高性能的静电型运算放大器AD549(图中A1)为核心，该运放具有超高的输入阻抗、极低的输入电容和低的输入噪声，完全满足非接触电压测量的需要。前置放大电路工作需要稳定的直流工作点，偏置电路能够为运放提供稳定的直流工作点，但偏置电路的引入也降低了系统的输入电阻，因此需要利用反馈技术在不显著降低输入阻抗的条件下为前置放大电路设计偏置电路。设计中考虑到R1和R2对偏置电路阻抗和噪声的影响，经过折中考虑，采用2个阻值为100 MΩ的电阻通过正反馈构成自举结构来形成偏置电路，如前置放大电路原理图所示。偏置电路的等效输入阻抗可用下面公式表示：

　　从式(3)可知自举结构的运用极大的提高了传感器的等效输入阻抗。为了减小传输线上的等效寄生电容，提高了输入阻抗，并减少了信号传输损耗。为减小运算放大器输入电容，在前置放大电路设计过程中采用了电容抵消技术，如原理图所示，电容Cf和电位器Rp构成输入电容抵消结构，该结构的运用使得运放的等效输入电容降低为：

　　式中μ是电位器的正反馈系数。

　　从式(4)可以看出，经过精确调节，选择合适参数，输入电容抵消结构能够有效降低运放的等效输入电容，增大系统输入阻抗。高性能运算放大器和新型反馈技术的运用使系统具有极高的输入阻抗，能够有效的耦合空间微弱电压信号。

　　圈4前置放大电路原理圈