用于ESD缓解的无线防静电设备的制作方法

用于esd缓解的无线防静电设备
1.相关申请的交叉引用
2.本专利申请要求于2011年4月9日提交的名称为“用于esd缓解的无线防静电设备”的临时申请第63/172,893号的优先权，以及要求于2010年8月18日提交的名称为“用于esd缓解的无线防静电设备”的临时申请第63/067,089号的优先权，已经将其转让给本受让人并且特此将其通过引用明确地并入本文。
技术领域
3.本公开总体上涉及静电放电(esd)缓解。具体地，而非限制性地，本公开涉及用于可佩戴esd缓解设备的系统、方法和装置，该可佩戴esd缓解设备测量身体上的静电荷并且通过经由带电离子空气颗粒从身体排出的过量电荷来主动地控制其静电荷。


背景技术：

4.当包含过量静电荷的物体或人与另一导电物体或人接触时，发生静电放电。随着具有不同电压的两个身体接近，电场随着它们之间的减小的距离的倒数而增大，直到超过介入空气的介电击穿。此时，空气转化为传导等离子体，允许电荷在身体之间突然转移。
5.如果在人与电子设备之间发生相互作用，则电流的涌入可能损坏存在于设备上的任何敏感电子器件。如果差动电压足以产生电火花，它可能点燃任何接近的易燃或可燃物质。涉及电子开发及其供应链的所有方面的公司必须密切注意静电荷缓解以便维持产品质量和可靠性。在存在易燃或爆炸性化学品的工厂或仓库中，esd缓解的进步立足于大大地改善工作场所的安全性。
6.常规esd缓解产品依赖于用户与地球地面之间的直接电连接以带走过量电荷，诸如通过系留传导腕带(例如，美国专利第7,085,120号和美国专利第5,548,469号)或接地鞋和地板垫。可替代地，具有气候控制或空气离子发生器的洁净室设施可以通过加速过量的电荷从物体到环境的自然消散来降低静电放电的概率。这些方法过于昂贵、缺乏可靠性或者禁止用户在站点之间或在大仓库空间内移动的机动性。其他解决方案旨在通过朝向受试者冲击离子来缓解电荷积聚(例如，美国专利第8,730,641号)，然而，这些方法局限于静态物体，并且难以与需要四处移动的用户一起实现。将离子枪放在用户上可以帮助(例如，pct公开第wo2019216129号和中国专利第100356821号)，但仍然产生将离子枪瞄准用户的挑战。


技术实现要素：

7.以下呈现了与本文公开的一个或更多个方面和/或实施例相关的简化概述。照此，以下概述不应被认为是与所有构想的方面和/或实施例有关的广泛概述，以下概述也不应被认为是标识与所有构想的方面和/或实施例有关的关键或重要元素或描绘与任何特定方面和/或实施例相关联的范围。因此，以下概述具有以下唯一目的：以简化的形式呈现涉及一个或更多个方面和/或实施例的某些概念，该一个或更多个方面和/或实施例涉及本文公
开的机制，以先于以下呈现的详细描述。
8.本公开的一些实施例可以被表征为无需直接接地连接的静电缓解设备，该静电缓解设备包括感测部、放电部以及控制器。感测部可以物理地附接到用户的身体，尽管不需要到皮肤的直接导电连接件，因为感测部可以检测场强，并且因此可以足够紧密接近。放电部可以经由一个或更多个电极导电地耦接到用户的身体。控制器可以耦接到感测部和放电部两者(例如，与两个部电连通)，并且被配置成当感测部检测到用户的身体与周围环境之间、以及与周围环境内的一个或更多个物体之间的绝对静电电位超过阈值时，指示放电部发射与绝对静电电位相等极性的正离子或负离子以从用户的身体移除电荷，直到绝对静电电位降到阈值以下。
9.本公开的其他实施例还可以被表征为无需直接接地连接的静电缓解设备，该静电缓解设备包括用于检测静电电位的器件、用于对静电电位的至少一部分进行放电的器件以及电极。用于检测静电电位的器件被配置为相对于附近物体的绝对静电电位来检测静电缓解设备耦接到的用户的身体的静电电位。用于使用户身体的静电电位的至少一部分放电的设备通过将正离子或负离子排出至周围环境来操作(电荷极性等于用户相对于附近物体的静电荷)。电极可以耦接在用户的身体和用于放电的器件之间。
10.本公开的其他实施例的可以被表征为将身体维持在静电电位以下而无需接地连接的方法。该方法可以包括感测身体相对于周围大气和周围物体的静电电位。该方法可以进一步包括识别身体的静电电位何时达到阈值。该方法可以进一步包括在离子枪与耦接到身体的电极之间生成电压，该电压足够大以启动来自离子枪的离子放电，放电的极性被选择成减小身体相对于周围大气的静电电位。该方法还可以进一步包括在离子放电之后修改感测，以减少由离子放电引起的感测人为现象。
附图说明
11.通过参照以下详细说明以及在结合附图时参照所附权利要求书，本公开的不同目的和优点以及更完整的理解是清楚的并且更容易理解的：
12.图1是静电缓解设备的标准使用情况；
13.图2是作为腕表的静电缓解设备的一个可能的实施例；
14.图3图示了组成静电缓解设备的部件的实施例；
15.图4图示了用于感测人体电势的示例性可佩戴传感器电路；
16.图5图示了负离子枪和正离子枪从受试者移除电荷的操作的实施例；
17.图6图示了用于图5的正离子枪和负离子枪的电路拓扑；
18.图7图示了控制静电缓解设备的方法的实施例；
19.图8a图示了当离子枪被激发时传感器信号随时间变化的曲线图；
20.图8b图示了由形成图8a中的曲线图的一部分的离子枪放电引起的已知伪象的图；
21.图8c图示了当使用对已知伪象的补偿时传感器信号作为时间的函数的曲线图；
22.图9图示了快速跟随有短“抗冲击”以减少由离子枪放电引起的感测中的伪象的正脉冲和负脉冲“冲击”的曲线图；
23.图10a图示了提供有对准支架和通向皮肤的一个孔口的罩衫的套筒；
24.图10b示出了耦接到对准支架的设备，其中，该设备的一部分通过孔口与皮肤接
触；
25.图10c示出了导电夹子，该导电夹子附接到设备并且被配置成在袖带的端部上滑动，从而允许与皮肤的电接触。
26.图11示出了具有正离子枪和负离子枪的esd缓解设备的实施例；
27.图12a图示了本公开的被实施为与离子放电器件分离的感测设备的实施例；
28.图12b图示了本公开的被实现为多个设备的实施例，每个设备可以是感测设备或离子放电设备或两者的组合；
29.图13图示了在无需接地连接的情况下缓解静电荷积聚的方法的实施例；
30.图14示出了描绘可以用于实现根据示例性实施例的控制器的物理部件的框图；以及
31.图15示出了微型化电场仪的实施例。
具体实施方式
32.本公开总体上涉及静电放电(esd)缓解，并且更具体地，但不限于，涉及用于可佩戴esd缓解设备的系统、方法和装置，该可佩戴esd缓解设备监测电荷并且经由正带电离子或负带电离子主动从身体排出过量电荷。
33.词语“示例性的”在本文中用于意指“用作示例、例子或例证”。在本文中描述为“示例性”的任何实施例不必解释为比其他实施例优选或有利。
34.首项附注：以下附图中的流程图和框图图示了根据本公开的不同实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能和操作。对此，这些流程图或框图中的一些框可以表示代码的模块、部或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或更多个可执行指令。还应注意，在一些可替代的实施例中，框中所指出的功能可以不按图中所指出的次序发生。例如，取决于所涉及的功能，连续示出的两个块实际上可以基本上同时执行，或者这些块有时可以以相反的顺序执行。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个框以及框图和/或流程图中的框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
35.将理解的是，虽然本文可以使用术语第一、第二、第三等来描述不同元件、部件、区域、层和/或部，但是这些元件、部件、区域、层和/或部不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部与另一个元件、部件、区域、层或部区分开。因此，在不背离本公开的教导的情况下，下面所讨论的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或者第一部可以被称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或者第二部。
36.为了便于描述，在本文中可以使用诸如“在
……
之下(beneath)”、“在
……
下方(below)”、“下部”(lower)、“在
……
下方(under)”、“在
……
上方(above)”、“上部(upper)”等空间相对术语来描述如图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包括除图中所描绘的方位之外的使用或操作中的设备的不同方位。例如，如果图中的设备被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方(below)”或“之下(beneath)”或“之下(under)”的元件将被定向为在其他元件或特征“上方(above)”。因此，示例性术语“在
…
下方(below)”和“在
…
下方(under)”可以包括上方和下方两个方位。该设备可以以其他方式定向(旋转90度或在其他定向)并且相应地解释本文所使用的空间相对
描述符。此外，还应理解的是，当层被称为在两个层“之间(between)”时，该层可以是两个层之间的唯一层，或者也可存在一个或更多个中间层。
37.本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。如本文所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”时，其指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。如在本文中使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关列出项的任何和所有组合，并且可以缩写为“/”。
38.本文参考横截面图示描述了本公开的实施例，这些横截面图示是本公开的理想化实施例(和中间结构)的示意图。因此，例如，预期由于制造技术和/或容差而产生的示图的形状的变形。因此，本公开的实施例不应被解释为限于在本文中示出的区域的特定形状，而是包括由于例如制造而产生的形状偏差。因此，在图中示出的区域本质上是示意性的，并且它们的形状不旨在示出装置的区域的实际形状，并且不旨在限制本公开的范围。
39.除非另外定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，术语(诸如在通常使用的词典中定义的那些登)应被解释为具有与它们在相关领域和/或本说明书的上下文中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的意义来解释，除非本文中明确如此定义。
40.本文所描述的无线防静电设备允许静电冲击的可靠且经济的无线预防，从而提供安全性和生产率的增加。本公开的实施例的特征在于无线防静电设备，该无线防静电设备可以由用户佩戴并且防止静电放电事件。电池供电的设备感测用户何时积聚正或负的过量静电荷，并且主动将过量电荷从人体排出，其中过量电荷分散在周围大气中。在一些情况下，可以使用两个离子枪——一个用于排出过量的正电荷，以及一个用于排出过量的负电荷。下面描述示例系统。在其他实施例中，不同的结构和/或技术可以用于实现相同或相似的结果。
41.无线抗静电预防不是新想法，但直到本公开为止还没有设计可行的系统。存在可商购的设备，这些设备作为无线抗静电解决方案出售，但是已知在欺骗性方面是无效的(参见例如在https://sma.nasa.gov/news/articles/newsitem/2018/01/10/esd-wireless-wrist-straps-the-shocking-truth的nasa的评价)。这些设备使用所谓的“被动电离”，其是指在导电表面上的尖锐点可以将电荷充分集中在该表面上以引起一些电离以及因此电荷的一些去除的原理。通过著名的实验室针对ansi/esd标准对这些设备的测试已经表明，它们不能足够好地工作以替换接地的腕带，并且在包括例如nasa的一些组织中已经禁止使用它们。行业专家的最近综述(参见http://www.esdjournal.com/techpapr/sfowler/wireless.htm)得出结论：“我们认为，不存在当前可用的方法或设备将有效地将没有拴系线缆的人接地或至少大电容。对不起！可能是听起来太好而不能真实的事情”。
42.现有可佩戴esd系统的挑战包括以下各项：
43.现有系统不能以足够的准确度来无线地测量人类相对于他们的环境的潜能，从而允许人们将该人的潜能降低到ansi/esd安全标准内。当测量人体电势时(例如，在测试用于认证的esd器件中)，使用有线电势测量。通常，受试者将电压计的一个电极保持在其裸手
中，以及另一个电极被连接到局部(房间)接地点，并且电压计测量这两个有线电极之间的电势差。
44.现有方法也不能无线地改变人体的电势，而无需导电物理接地连接或朝向人体发射离子。
45.本公开通过引入可以无线建立人类相对于地面的潜力并且达到满足ansi/esd标准所必需的程度的方法来克服这些挑战。本公开的方法表明，足够精确的传感器(诸如电场仪等)的尺寸比先前实现的小至少十倍，然后被修改为可佩带。本公开表明，安装在身体上并且放电到周围环境中而不是朝向用户的离子枪可以实现对身体电势的必要控制。换言之，本公开采取了以下新颖方法：可以通过从身体主动地释放离子而不是使离子被身体被动地吸附或通过经由导电路径从身体排出电荷来实现电势控制。实际上，这涉及开发比本领域已知的更小的离子枪和感测电路。
46.电子和离子放电的物理学的结果是，如果用户佩戴了潜在传感器和离子放电设备两者，则在避免这些设备之间的有害相互作用方面存在相当大的复杂性，特别是考虑到离子污染常常是非接触电势传感器中的最大误差源。在本发明中，描述了减少该相互作用的若干新颖方法。
47.在图1中捕获无线esd防止设备的一个一般使用情况。在该实施例中，受试者是人，并且设备采取可穿戴腕表的形状。示出用户经由摩擦电效应产生大的静电电位，例如通过在铺有地毯的表面上四处走动。在没有任何适当的esd缓解产品或程序的情况下，当接触接地或具有足够电容的异物时，物体可产生静电冲击。该物体可以是接地物品，诸如灯开关或其他装置等，并且当电荷从受试者转移至物体时空气的剧烈带电可能点燃附近的易燃或爆炸物质。在单独的场景中，被充电的受试者与之接触的物体可以是电气装备的非接地件，并且导致电流的涌动可能损坏设备，即使受试者上的电荷或物体的电容不足以产生静电冲击。
48.本文所公开的无线esd防止设备感测用户已获得高于预设阈值的电荷(例如，正的)，且通过使用一个或更多个离子枪而将过量电荷从受试者主动地耗散到周围环境。因此，受试者的静电电位保持在等于或几乎等于其环境中的附近物体的静电电位，并且可以安全地与这些物体相互作用而不引发任何破坏性的电荷转移。
49.本公开的一个实施例是如图2所示的腕表。静电缓解设备200可以具有开启和关闭设备200并改变操作模式的按钮202，以及指示发光二极管(leds)204以提供测量值的反馈并证明设备200的成功放电和充电缓解操作。设备200是自主的，不需要除了电极连接之外的人相互作用以用于来自用户的电荷转移，并且不比典型的智能腕表在物理上更麻烦。壳体206确保用户不能与设备的内部电路208(其通过壳体206的左下方的剖面图示出)特别是高电压部件物理地相互作用。然而，壳体206中可以存在一个或更多个物理穿孔210以允许排出的离子离开设备200和受试者，或者提高感测准确度。如果离子枪在壳体206外部延伸，则可能不需要额外的穿孔。充电端口212可以用于对电源再充电，或者开口可以被包括在壳体中以替换电源。充电端口212还可以用作用于下载数据或将软件或操作参数上传至该设备的连通端口。
50.优选地，静电缓解设备200与用户的皮肤的贴片进行良好的导电接触，并且离子从用户排出的点或区域不受阻碍。导电凝胶或其他导电流体可以被布置在用户的皮肤与电极
之间以帮助从用户传导到设备200。仅举几个非限制性示例，本公开的其他实施例可以采取被结合到服装(诸如洁净室防尘套、手套、帽子或其他防护设备如头盔等)中的设备的形式。在工作场所环境或衣服要求使其实际或必要的情况下，可以通过使用常规导电腕带来进行设备与穿戴者的皮肤之间的连接；但是该带不是系到工作台或其他固定物体，而是借助于短引线系到本文公开的设备，以在皮肤与装置之间提供导电路径。
51.图2表示如相对于图3至图6更一般地描述的静电缓解设备的一个实施例。
52.更一般地，静电缓解设备包括到受试者的导电连接件、感测部、放电部、电源以及控制部。这些在图3中示出。设备300可以包括到受试者310的导电连接件，诸如形成用于受试者和设备300之间的电荷转移的导电路径的导电电极等。在一些实施例中，导电连接件310可以被实现为到受试者的多个连接件等，尤其是在使用受试者上的多个感测位置的情况下。单个感测部302可以与单个感测位置或多个感测位置结合使用。放电部308可以包括用于将通过传导连接件传递到受试者310的电荷转换成释放到周围环境中的离子的器件。这可以包括一个或更多个离子枪，诸如一个或更多个正离子枪和一个或更多个负离子枪等。感测部302和放电部308可以包括独立的耦接件312、314，独立的耦接件312、314连接至受试者310的导电连接件。在一些实施例中，耦接件312、314可以包括两个或更多个导电路径。
53.控制部304可以基于感测部302中的测量来协调放电部308的操作。例如，控制部304可以基于感测部302对正电荷和负电荷的测量来监测将要达到或超过的第一绝对电荷阈值。当满足该条件时，控制部304可以指示放电部308产生与电荷积聚极性相反的正离子或负离子，从而将感测到的电荷积聚减小到第二阈值以下。第二阈值可以等于第一阈值或者可以低于第一阈值(即，其中，期望一些滞后以避免控制部304中的不稳定性)。换言之，感测部304可以被配置成(1)每当感测部302测量到高于第一阈值的绝对电荷积累时指示放电部308放电，或者(2)每当感测部302测量到高于第一阈值的绝对电荷积累时指示放电部308放电一定量的电荷。阈值可以被存储在存储器中，例如图11中的存储器1106中。控制部304的一个示例是图11中的控制处理器1104和存储器1106。控制部304还可以包括用户界面，诸如图11中所示的用户界面1108等。
54.电源306(例如，可再充电电池)可以向感测部302、控制部304以及放电部308提供电力。
55.图4中示出了说明性感测电路，以及在图5至图7中可见示例性放电系统。
56.感测部
57.感测部302可以使用一个或更多个电场传感器，诸如图11中的一个或更多个电场传感器1102等，一个或更多个电场传感器接近或接触用户的身体(例如，1114)并且任选地以间隔开的方式分布(例如，参见图12b)。在一些实施例中，感测部302使用微型电场仪(efm)(例如，参见图15)。efm是其中导体交替地暴露于待测量的电场并且然后与其防护罩的设备。更确切地说，efm包括一组旋转的快门叶片，该组旋转的快门叶片交替地覆盖和不覆盖阳极板(传感器电极)，该阳极板在未被覆盖时通过电场被交替地充电，以及在被覆盖时通过阳极板的放电来确定充电状态。efm的同义词包括生成电压计和生成电场计。efm是一种用于感测dc或稳态电场而不受周围大气中的离子化空气颗粒影响的可靠且准确的设备。efm可以接近用户的皮肤(例如，耦接到服装的外部)，但是不与用户的皮肤导电连通，或
者可以与用户的皮肤导电连通。
58.尺寸诸如但不限于12mm
×
12mm
×
12mm的小电场仪可以被集成到感测部302中以用作电场传感器。图15示出了微型化efm的实施例，其大小为约12mm
×
12mm
×
12mm。在过去，本领域技术人员无法开发这样的小efm，因为efm在测量电场中的灵敏度与上述导电传感器(阳极)板和旋转快门的尺寸成比例，并且还与快门的旋转速度成比例。这两个因素缓解了抗磨损性(因为现有efm的尺寸大于可磨损形状因数，并且快门中的高旋转速度需要来自快门马达驱动器的高功率消耗)。本公开中使用的efm已经通过以下新颖方法被成功地微型化：
59.1.传感器电极1502印刷在承载电极放大器1504的同一印刷电路板(pcb)上的铜涂层(或另一种导电膜)中，而不是如常见的那样由金属板制成。这允许极小和精确的电极1502尺寸以及从感测电极1502到放大器1504的非常短(约1mm)的信号路径1506，从而减少电噪声。其还允许提供电子驱动防护罩导体1514，电子驱动防护罩导体1514围绕传感器电极1502周向布置，集成到同一pcb中。防护罩导体1514可以由缓冲器1520在与放大器1504的输入相同的电势下有源地驱动，如已知来帮助防止敏感电子器件中的电流泄漏。该防护罩导体1514被驱动至与感测电极1502相同的电压，这显著减少了感测电极1502上的电荷泄漏。下面描述的这些和其他因素显著减小了efm传感器的电气和机械噪声，从而补偿了由较小尺寸引起的较低灵敏度。
60.2.快门1510由小型马达(不可见)驱动，小型马达足够小以集成到承载感测电极1502和放大器1504的同一pcb上。这允许马达壳体和快门1510也在感测电极1502的电压下被驱动，从而也减少感测电极1502上的电荷泄漏伪象。它也具有如下效果：整个efm系统被集成到单个pcb中，而不是金属电极、电机支撑板、防护罩板和pcb的多层结构。
61.3.感测电极信号与快门1510的位置同步地被电子解调。这在许多efm中是标准的，但是在所有先前的efm中，通过将第二旋转带齿板(有时称为“信号星”)放置在马达轴上来测量快门位置，该第二旋转带齿板与快门一起旋转并且周期性地中断固定的光电探测器的光束。为了解调的目的，光电探测器信号由此指示马达轴的位置，并且因此指示快门的位置。在本公开中，光电检测器1512以如下方式被放置在单个pcb上：快门1510本身中断光电检测器1512的光束。这具有几个益处——信号更准确，因为它直接来源于快门1510并且不是来源于快门1510位置的信号星“代理服务器”；不需要信号星；并且不需要进一步的结构来支撑光电检测器1512。再一次，这允许整个传感器集成到一个极小的pcb上，并且因此允许efm的比在现有技术中可能的更大的微型化。在某些情况下，光电检测器1512可以采用光断续器的形式，例如，可以使用带槽光开关。
62.4.减小所有这些部件的尺寸允许使用极小的(4mm直径
×
8mm长度，或更小)的马达驱动快门1510，并且非常小的马达与非常小的快门1510的这种组合在设备中实现了非常低的功率消耗，使得其可以从对于腕表形状因数足够小并且足够轻以附接到衣服并且从衣服悬挂的电池操作许多小时。
63.应理解的是，图15仅表示用于实现微型化efm的一种结构，并且在其他实施例中，可以使用部件(诸如感测电极1502和快门1510等)的不同形状、大小和取向。
64.efm对于测量dc电场是有效的，但也可以独立于dc电场独立地测量离子电流。因此，发明人认识到，在静电缓解设备300的实施例中可以使用efm来测量(1)用于感测在用户
上积聚的电荷的电场，以及(2)进入efm的离子电流，用于感测由离子枪引起的测量的伪象(或误差或噪声)(伪象的缓解将在本公开的后面部分中详细讨论)。
65.在一些实现方式中，感测部302可以被实施为振动板电场计、快门型电场计或圆柱形电场仪，如在美国专利第8,536,879号中所讨论的，其通过引用并入本文。这些设备通过测量由传导电极感测的调制的、电容感应的电荷或电流来确定电场。振动板电场计(或振动探头)是其中感测板在待测量的电场中被调制在面板的孔下方的设备。快门型电场仪接地并且使其附近的电场失真。快门型电场仪具有感测电极，该感测电极通过接地的旋转快门周期性地暴露并防护罩电场。圆柱形电场仪通过测量在以恒定角速度ω旋转并且通过低阻抗测量电路彼此连接的两个半圆柱形电极之间流动的电流ic(t)的振幅和相位来测量电场。隔离的圆柱形电场仪可以是圆柱形电场仪的优选形式，因为这些电场仪不使其附近的电场变形。圆柱形电场仪还测量沿着终止于其上的空间场线的离子电流。通过两个正交安装的传感器，可以测量三维电场，并且单个传感器可以测量垂直于其旋转轴的二维场。同时，电场仪包括移动部件，诸如高rpm电机(例如，1650rpm)以及以固定距离间隔开的两个金属同轴盘，并且因此可能遭受体积、复杂性、应力和磨损的敏感性，并且可能需要频繁维护。
66.为了克服这些挑战，感测部302可以可替代地实施为无快门感测部。例如，如图4所示，感测部302可以被实施为匹配的开关对，诸如n型402和p型404金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)等。该布置相对于轨道电压vcc形成分压器，使得当两个开关402、404同等导电时(即，当在电极406上存在零净电荷时)，感测输出是轨道电压vcc的一半。经由到电极406的导电连接件来控制两个开关402、404中的每一个。随着净负电荷在用户408上累积，由于固有的栅极电容，mosfet402、404的栅极410a、410b获得比源极412a、412b更低的电压，并且p型mosfet402开始比n型mosfet404导电更多，因此将感测输出拉向vcc。当在用户408上累积净正电荷时，n型mosfet404比p型mosfet402导电更多，并且感测输出被拉向地面。由此，可以准确且定量地测量设备300连接到的用户408的绝对静电电位。尽管图4利用mosfet，但是也可以使用其他类型的开关，诸如jfet和bjt，作为两个非限制性示例。此外，可实现图4中所示的电路400中的两个或更多个，其中，多个电极406在受试者408上的不同位置处接触受试者408(例如，参见图12)。与典型的场传感器(诸如快门式电场仪等)相比，该无快门感测部400实现了无移动部件的绝对静电电位测量，并且是紧凑、低成本以及低功率电路。然而，这种类型的电路易于发生由系统相对于一些外部绝对电势的漂移以及电极406的离子污染引起的误差，并且可能需要周期性静止来中和这些效应。该复位通过暂时闭合开关416来实现。
67.在另一实施例中，感测部302可以使用“绝对电压计”，该“绝对电压计”在不参考外部电压的情况下测量身体的电势。这样的传感器可以帮助维持与离子电流的独立性。绝对电压计，虽然已在实验室获得专利和建造，但尚未在商业上生产或利用，并且可能不能微型化至耐磨性的优选程度。efm目前被视为电场和非接触电势测量的黄金标准，但是它们的移动部件构成可靠性问题。诸如图4所图示的固态传感器等是廉价的、简单的以及低功率的，但受到漂移和污染的影响，其程度可能使得它们在本技术中不够精确。
68.重要的是记住用户的身体可能是电导体，并且外部电场可以在身体内产生局部差分电荷分布。因此，感测电路的位置可以受到附近的带电物体的影响。从esd缓解的角度来看，这种类型的情况——当在附近存在带电物体以及具有一些非零电荷的身体时——是困
难的，因为不存在防止esd的理想解决方案(如在环境不带电时，并且所需要的都是消除身体上的电荷)。在实践中，所公开的设备的自动动作将是使身体均衡到与最近带电身体相同的电势。考虑设备的总体操作，这将具有使受试者的静电电位与附近的物体的电势均衡的效果，因此当与物体接触时，仍然防止静电放电。在大多数情况下，这是该情况的最佳结果，因为它防止佩戴者在与物体局部接触时产生火花或esd事件。在其他实施例中，耦接件312可以耦接到用户身体或衣服上的多个位置，或者可以跨多个耦接件312分布(例如，参见图12)。无论哪种方式，在操作中，耦接件312使得感测部302能够确定相对于周围环境和/或相对于周围物体的绝对静电电位的平均静电电位。在一些实施例中，感测部302仅耦接到用户并且不一定通过导电路径，因为仅进行场测量。控制部304可以设法使用户的静电电位均衡到(1)相对于周围环境的平均静电电位以及相对于周围物体的绝对静电电位，(2)相对于周围环境的平均静电电位，或者(3)周围物体的绝对静电电位。如以上介绍的，在环境中存在带电物体的场景就向佩戴者的身体施加哪些潜在力以便最小化esd损伤而言提出了挑战。如所提及的，操作以使esd事件最小化可能是最佳方法，并且这可能涉及将身体电势调整为与最近受试者的身体电势相同，而不是与周围环境的身体电势相同。根据操作情况，最佳结果可能需要以上方法(1)至(3)中的任一个。如果设备在检测到本地带电物体时发出可听的、可见的或电子的警报，也将会是有利的，因为(例如，在电子制造设施中)这表示设施的esd管理系统的其他部件的故障。这个操作可以例如通过将多个efm或其他感测器件放置在身体的不同点处(诸如手腕上和头部或肩部上或两者等)来实现(例如，参见图12a和图12b)。当受试者周围的场足够不均匀使得来自受试者身体上的单个点的单个场测量不提供相对于局部物体的足够精确的静电电位时，这可能是有用的。在这种情况下，设备300将受益于足够的计算能力，以从多个感测测量计算正确的中性电势，并相应地控制放电部308。
69.放电部
70.在一些实施例中，放电部308可以包括负极性和正极性离子枪，如例如在图5和图11中所描绘的。在esd的控制中，常见的是使用固定安装的离子枪(例如，在制造设施的天花板上)来在房间的大气中产生大量的离子，这些离子被用户移动穿过电离空间吸收并且由此中和那些用户上的静态电荷。已经建议(例如，参见wo2019216129)离子可以被引导到人处以便通过吸收离子来减少该人上的电荷。在本公开中，采用了一种新颖的方法，该新颖的方法为：离子枪被直接导电地连接至身体，并且在空气中(不瞄准用户)由从身体移除的离子产生离子。所描述的常见方法通过在空气中产生离子来减少身体上的电荷，这些离子然后被身体吸收。所公开的方法通过从身体去除电荷以在空气中产生离子而工作，这些离子然后漂移离开或者被附近的导电结构吸收。所公开的方法的附带益处在于，因为身体电荷直接地并且主动地从身体去除，而不是通过空中离子的吸收偶然地耗散，所以身体的电压被主动地控制，并且可以按已知和预定速率被确信地驱动到零电压。
71.离子枪(例如，1110和1112)使用驱动器电路或发生器来向尖锐的几何形状(诸如具有多个尖锐点的针或碳纤维刷等)提供足够高的电压。在这种尖锐的几何形状处的电荷积累最终超过引起周围空气的介电击穿的第一绝对电荷阈值。存在于空气中的具有相同极性的尖锐几何形状的载流子被排斥，而具有反向极性的载流子被吸引至尖锐导电点。以这种方式，能够在周围空气和静电缓解设备所连接到的受试者之间实现电荷转移。该第一绝对电荷阈值电压可以通过放电几何形状和周围空气的条件(如水分含量)来确定，但是在更
高的电压下，这些排斥的颗粒的动能增加，因此增加了离子枪的功效。
72.图11示出了图3的可替代方案，其中，图3的放电部件被两个离子枪替换，并且图3的感测部件被一个或更多个电场传感器替换。离子枪1110、1112可以包括正离子枪1110和负离子枪1112，一个合适的离子枪用于基于所感测到的在用户的身体1106上积聚的电荷(并且可选地还基于通过电场传感器1108处的外部场所感测到的电荷积聚)来将电荷转移到周围空气或者将电荷从周围空气转移到用户的身体1106。在一些实施例中，两个离子枪1110、1112可以包括不同的电源(未示出)，而在其他实施例中，单个电源可以驱动两个离子枪1110、1112。当使用单个电源时，可以使用开关或其他子系统来将电力引导到两个离子枪1110、1112中的一个。
73.图6示出了可以用于放电部308中的放电电路的一个实施例。放电电路包括正离子枪602a和负离子枪602b。脉宽调制(pwm)信号被供应至与高匝数比变压器608a、608b的低电感绕组606a、606b(例如，初级侧)串联的晶体管604a、604b的栅极。这在变压器608a、608b的高电感侧606a、606b(例如，次级侧)上产生具有交流电的高电压。所图示的高电压二极管610a、610b和电容器612a、612b的集合形成科克罗夫
·
沃尔顿(cockroft-walton)电压倍增器，其还对信号进行整流，从而在放电电极614a、614b处相对于受试电极616a、616b(耦接至用户)产生高电压。该电压的极性由二极管610a、610b的定向确定。所获得的端子高电压是输入电压、脉宽调制、变压器608a、608b比率和电压倍增器中的级数的函数；可以指定这些以产生适当的电压，例如，在2.0kv至4.0kv的范围内。太低的电压可能产生不足的离子通量，而太高的电压可能证明在冲击或闪络危险方面难以适应。可以利用许多其他拓扑来产生离子枪所需的高电压，包括仅对正离子枪和负离子枪使用单个变压器的一些设计。尽管图6示出了两个不同的电路/离子枪，一个用于正放电并且一个用于负放电，但是在其他实施例中，这些二极管可以由开关替换，使得单个电路可以用于提供正放电和负放电两者。
74.还有可能使用压电变压器生成高电压。例如，放电部308和图5和图5中的离子枪以及图11中的离子枪1110、1112可以使用压电变压器来实现。此类变压器是机电装置并且还可以产生作为次级效应的气流；这些装置被称为电动流体动力泵。如以下所指出的，气流可以增加本发明中所使用的离子枪的效率，并且因此离子枪电压的压电生成在本发明中可以是有利的，因为可以从单个电路装置生成高电压和气流。
75.控制部
76.最后，控制部可以处理静电感测信号并且将控制信号发送到适当的离子枪以从受试者去除过量电荷。在实施例中，控制架构可以被实现为继电器式控制算法，如图7所示。方法700可以包括测量用户在一个或更多个点处相对于周围环境和/或相对于周围受试者的绝对静电电位的静电电位(框702)。然后将电势与负阈值进行比较，并且如果所测量的电势比负阈值更负(判定704＝是)，则方法700指示负离子枪(例如，602b)释放负离子(框708)，从而从受试者去除负电荷。如果所测量的电势不小于负阈值(判定704＝否)，则该方法在判定706中将所测量的电势与正阈值进行比较。如果所测量的电势不小于正阈值(判定706＝否)，则方法700移动到下一测量(返回到框704)。如果所测量的电势小于正阈值(判定706＝是)，则该方法指示正离子枪(例如，602a)释放正离子(框710)，从而从受试者去除正电荷。在任一放电之后(框710、708)，方法700返回以进行另一潜在测量(框702)。
77.在其他实施例中，可以针对特定受试者和环境利用和调整更复杂的控制系统，诸
如但不限于比例-积分-微分(pid)控制算法或非线性控制算法。
78.在一些示例中，可能期望存储关于感测的用户的静电电位和静电放电操作的信息以用于进一步分析。该信息可以被存储在设备内的本地存储器芯片中以供稍后上传和分析，或者它可以从该设备无线地流传输以供实时监视。该数据可以用于获得关于获取环境内的静电荷的地理空间可能性的知识，或监视用户实践产生危险静电荷的可能性，或在esd管理系统中产生警报信号。此外，可以监视设备的成功操作以确保符合esd缓解协议。
79.缓解人工制品和感测上的其他不想要的影响
80.不意外的是，接近敏感传感器电子器件的高电压离子放电将在感测信号中产生噪声、误差或伪象。噪声或伪象可以由多个源引起：
81.1.所述高压放电部件与感测电路之间的电磁干扰(emi)。
82.2.由高压电路所需的高电流引起的电压供应的波动。
83.3.离子电流从离子枪循环至传感器电子器件。
84.4.由电子系统的导体中的电场感应电荷移动引起的电路噪声。
85.5.由吸附在设备壳体的绝缘表面上的离子电荷产生的电场，或由设备壳体的材料的介电或驻极体性质产生的电场。
86.另外，离子枪发射离子的有效性可能受离子发射电极的物理调节影响。总体上，这些电极具有一个或多个尖锐点，一个或多个尖锐点被设计成用于产生高电场。然而，电场的大小和形状还受周围电势影响(例如可能由局部导体产生，或由紧密接近的带电绝缘体产生)。因此，就离子枪壳体对离子枪性能的影响而言，考虑离子枪壳体的几何形状和材料。还有的情况是由离子枪发射的离子吸附或污染局部表面，由此影响离子枪性能，因此存在循环或反馈效应有待考虑。
87.存在用于缓解这些问题的若干方法，这些方法可以包括电路修改；对设备壳体的机械结构和电气结构的修改；驱动离子枪的方法吗，使得以减小噪声、误差和/或伪象的大小；以及通过例如使用细长壳体或放置在穿戴者身体的不同部分上的两个单独的壳体或身体的不同部分上的多个单独的传感器和离子放电元件，将感测元件与离子放电元件物理地分离。
88.在一些示例中，可以利用编程的微控制器来执行控制系统任务(例如，控制304和方法700的功能)。在其他实施例中，可以利用简单的电子电路(例如，可以经由耦接到感测电路的模拟电路触发放电)。在一些示例中，控制系统可以在读取感测信号与运行放电系统之间(并且反之亦然)实施大约几毫秒的时间延迟，以便避免这两个系统之间由离子枪的高压操作所引起的任何干扰。
89.更复杂的控制系统可以补偿由离子枪放电引起的感测噪声、误差和/或伪象。例如，如图8a所示，放电可能引起传感器信号中的误差尖峰，该误差尖峰可能指数地或以其他方式在时间上衰减，如在电子器件中常见的。如果已知这种效应，控制系统在离子枪放电时可以从传感器信号中减去所产生的已知误差(参见图8b)，并且计算放电之后的某个时间间隔的校正信号(参见图8c)。已知误差可以是先前记录的感测伪象补偿信号。在图8a中，示出了包括由离子枪放电产生的负尖峰的示例性传感器信号。类似已知伪象的信号在图8b中示出，并且经校正信号在图8c中示出(例如，通过减去图8b)。另一实现方式可以在任何放电之后将控制电路保持在电流(固定)状态持续一段时间，由此使用较不定制但较不复杂的方法
来在放电之后误报。此外，能够独立地测量电场和离子电流两者的诸如电场仪(efm)等的传感器可以在算法中使用这两个变量来减少测量噪声、误差和/或由于离子电流引起的伪象。例如，图8b中所示的传感器伪象可以由碰撞在传感器上的离子电流产生。通过在传感器处测量该电流，可以实时地建立图8b中的曲线的确切形状，而不是如上所述预先或以其他方式记录。这将使得能够从传感器信号中更准确地消除该伪像。
90.减少离子枪放电的多种类型的不希望的影响的另一种方法是在离子枪放电之后跟随反向极性的较小放电。这在图9中示出，其中，初始放电被称为“冲击”，并且补偿反向放电被称为“抗冲击”。图9首先示出了正冲击与负补偿抗冲击的组合，随后在某个未来时间(由省略号指示)具有负抗冲击的正冲击。这种方法可以是有效的，因为伪象(例如，由系统的绝缘表面上的吸附电荷引起的伪象)不会在放电进行时间上线性累积，而是主要由放电的初始时刻引起。因此，短的抗冲击降低了冲击的大部分有害影响，同时基本上不降低由冲击产生的期望的离子放电量。“短”意味着使每个一次正放电脉冲或每个一次负放电脉冲跟随小于一次正/负放电脉冲的20％或5％-20％或10％-20％的持续时间的反向极性的抗冲击脉冲，从而使得一次正放电脉冲或一次负放电脉冲维持有意义的足够的电荷转移(即，基本上均衡用户与周围大气和/或附近物体之间的静电荷)。尽管图9示出了正电压变化和负电压变化为方波，但是在其他实施例中，正电压变化和负电压变化中的一个或两个可以具有除方波以外的波形。例如，可以实现斜坡、弯曲或脉冲波形，仅列举三个非限制性示例。
91.为了防止系统中的干扰来自自然存在于环境中的电离空气颗粒或来自离子枪的放电，可以在系统中的电路的一些或全部周围实施不同形式的防护罩。该防护罩可以由气密壳体、电子器件的塑料封装或导电盒(也称为法拉第笼)组成，其阻挡电场到达电路。例如，可以使用两个或更多个静电防护罩，并且可以在其间形成电阻链路，该防护罩被配置成减少两个或更多个静电防护罩之间的传导。
92.为了防止或缓解如上文所提及的表面充电的效应，可以操控设备壳体的表面的导电性。在实施例中，可以提供在壳体的内部或外部的部分(例如，206)上的导电涂层，使得通过在别处传导这些离子来缓解离子的吸附，或者使得可以通过使用电路指定在壳体的传导部分上的电势来操纵在壳体的该区域中的电场。壳体的各个导电区域可以通过具有特定电阻的导体电连接，从而允许控制电荷从一个区域到另一个区域的传导。还可以借助于开关(例如像场效应晶体管开关)将壳体的这些导电区域彼此连接或连接到主电子系统。例如，这将允许壳体的区域在放电事件期间以一种方式连接，并且在感测时段期间以另一种方式连接。因此，例如，可以在放电事件期间将区域与主电路电隔离，以便防止该区域充当离子的电阱；但是然后可以在感测事件期间将其连接(短路)到主电路，以提供相对于感测电路的固定且已知的电势。例如，图3包括两个可选开关320、322，这两个可选开关320、322在放电期间可断开并且在感测期间可闭合。在一些情况下，仅可以实施可选的开关322，并且在放电期间可以再次断开开关322并且在感测期间可以再次闭合开关322。在其他实施例中，可选开关320、322可以被实现为可变电阻部件，并且被操作以在放电部308释放离子时提供感测部302与到受试者310的导电连接件的部分隔离。控制器可经配置以控制可选开关320、322或可变电阻部件，以在放电部308放电离子时提供感测部302的部分隔离或完全隔离。
93.在为设备壳体的区域提供材料和涂层时，有可能控制这些区域的导电性和表面吸附两者。这允许操纵局部电场以及离子的局部吸附，以便实现该系统的最佳性能。例如，用
导电层涂覆围绕电场传感器的壳体的外表面可能是合适的，导电层可以连接至电路内的固定电势，以提供已知电势的固定平面作为传感器的参考。
94.类似地，可能适当的是用既高度绝缘又对离子嵌入或吸附不可渗透的层涂覆壳体的最靠近离子枪发射器的区域，以防止可能影响其性能的电荷层靠近离子发射器的积聚。
95.还有可能使用内部或外部挡板、通道或其他引导结构形式的物理屏障来引导所发射的离子通过，以便将离子引导远离该设备并且具体地远离传感器和相关联的电子器件。用于引导离子移动的一种可能性(这也可以增加离子枪本身的排放速率)是将强制空气源(诸如小风扇等)放置在壳体中，其中，空气管道使得来自风扇的空气在离子应优先移动的方向上被驱动经过离子发射器点。这具有将离子(离子是易于受迫的物理颗粒并且被空气流所迫)吹离该设备的作用，由此改进放电并且减少离子枪与电势传感器之间的干扰。还有可能使用仔细定位的电极来产生所谓的“离子风”空气流以在所希望的方向上移动离子；离子将在流中夹带空气，并且这个风然后用来将离子带走更远。
96.还有可能借助于充电栅格或类似电极在特定方向上加速离子，该导电网格或类似电极在与离子不同的电势下被电驱动，并且通过这种方式在所希望的方向上引导离子。压电高压变压器还可以用于产生离子并且经由物理移动和电磁加速度(有时被称为电动流体动力学作用)的组合将它们引导到风流中。这些设备可以适合用作本公开的离子放电部件(例如，308)。
97.用于减小离子枪放电与传感器之间的干扰的另一种布置是将放电部与感测部物理地分开。这可以通过将它们分开放置在更大的传感器壳体中或通过将离子枪放置在与传感器间隔开的壳体中并且将这两个壳体放置在用户身体上的不同点处来实现。例如，传感器可以放置在手腕上，并且离子枪放置在肩部或相对的手腕上。除了改善感测性能之外，这提供了设备的两个部分可以被放置在该部分具有更佳性能的点处的可能性。例如，可以发现，当放置在头部的顶部上时，传感器是最佳的(给予其周围环境的不受限制的俯视图)，但是当放置在肩部上时，离子枪是更佳的。它还允许在身体上的不同位置处具有多个传感器和/或离子枪，以便获得更准确的感测。传感器和放电元件的放置也可以通过人体工程学和安全问题来确定。例如，对于在工作时必须将他们的手放置在诸如卫星总线等的电子结构内的工人，离子枪和传感器放置在肩膀上可以比在手腕上更符合人体工程学且更安全。还可能希望放置这些放电元件，使得离子流不被引向工人在其上工作的电子器件(例如，放电部可以被放置在用户的腰部或肩部的后部或背部上)。
98.静电缓解设备可以在用户还穿戴预期覆盖所有裸露皮肤的防护服(罩衣或连衣工作服以及手套)的情况下实现。这可以防止设备与用户的皮肤之间的电接触。一种解决方案是通过提供安装或对准支架以及穿过服装材料的孔来修改防护服装在手腕区域处的袖子，使得当设备被放置在支架中时，其基部与孔对准并且可以通过孔口与皮肤接触(例如，图10a和图10b)。可替代地，该设备可以提供有在保护性服装的袖带下滑动的导电夹子，从而允许完全的皮肤覆盖并且还保持与皮肤的电接触(例如，图10c)。图10a示出了提供有对准托架1002和通向皮肤的两个孔口1004的罩衫的套筒，以及图10b示出了耦接到对准托架1002的设备1006，其中，设备1006的一部分通过孔口1004与皮肤接触(尽管由于进行场测量而只需要接近而不是接触)。图10c示出了导电夹子1008，该导电夹子1008附接到装置1006并且被配置成在袖带的端部1010上滑动，从而允许与皮肤的电接触。虽然为了清楚起见，手
套未在图10c中示出，但可以理解，适当设计的夹子1008将允许手套穿戴在夹子1008和袖带的端部1010上，从而提供完全的皮肤覆盖，同时仍然启用设备1006与用户的皮肤之间的导电路径。虽然在图10中示出了围绕服装的袖带的夹子1008，但是在其他实施例中，夹子1008可以包裹在服装的任何边缘(例如，躯干的底部边缘或衣领，仅举两个非限制性示例)周围。另一可替代布置是穿戴者可以使用常规系带型腕带，其代替被导电地连接至工作台而将被导电地连接至设备，并形成设备的皮肤接触端子(例如，312或314)。这具有以下优点：在系带被穿戴的工作位置中，其不需要例如衣服或其他esd相关实践的任何改变，但工人免于系带限制。
99.在实施例中，静电荷缓解设备可以包括非暂态有形计算机可读存储介质，非暂态有形计算机可读存储介质编码有处理器可读指令，处理器可读指令用于执行用于在无需接地连接的情况下缓解用户身体上的静电电位的方法。该方法可以包括感测身体相对于周围大气和周围物体的静电电位。该方法可以进一步包括识别身体的静电电位何时达到阈值。该方法可以进一步包括在离子枪与耦接至身体的电极之间产生电压，该电压足够大以启动来自离子枪的离子放电，该放电的极性被选择成减小身体的静电电位。最后，该方法可以包括在离子放电之后修改感测，以减少由离子放电引起的感测伪象。
100.图13示出了用于在无需接地连接的情况下缓解用户身体上的静电电位的方法。方法1300可以包括感测身体相对于周围大气和周围物体的静电电位(框1302)。方法1300还可以包括识别身体的静电电位何时达到阈值(框1304)。方法1300可以进一步包括在离子枪与耦接到身体的电极之间产生电压，该电压足够大以启动来自离子枪的离子放电，该放电的极性被选择成用于减小身体的静电电位(框1304)。最后，方法1300可以包括在离子放电之后修改感测，以减少由离子放电引起的感测伪象(框1306)。
101.结合本文所公开的实施例描述的方法可以直接以硬件、编码在非暂时性有形处理器可读存储媒体中的处理器可执行代码或两者的组合来体现。例如，参照图14，示出的是描绘可以用于实现根据示例性实施例的控制304和控制处理器1400的物理部件的框图。如所示出的，在这个实施例中，显示部分1412和非易失性存储器1420耦接至总线1422，总线1422也耦接至随机存取存储器(“ram”)1424、处理部分(其包括n个处理组件)1426、可选现场可编程逻辑器件(fpga)1427以及包括n个收发器的收发器部件1428，收发器可以是无线的。虽然在图14中描述的部件表示物理部件，但是图14并非旨在是详细的硬件示图；因此，在图14中描述的许多部件可以通过共同的构造实现或者分布在额外的物理部件之间。此外，可以预期的是，可以利用其他现有的和待开发的物理组件和架构来实现参照图14描述的功能组件。
102.这个显示部分1412通常操作用于为用户提供用户界面，并且在若干实现方式中，显示通过触摸屏显示器来实现。通常，非易失性存储器1420是用于存储(例如，持久地存储)数据和处理器可执行代码(包括与实现本文所描述的方法相关联的可执行代码)的非暂态存储器。例如，在一些实施例中，非易失性存储器1420包括引导加载器代码、操作系统代码、文件系统代码和非临时性处理器可执行代码，以便于执行本文进一步描述参见图7和图13描述的方法。
103.在许多实现方式中，非易失性存储器1420由闪存(例如，nand或onenand存储器)实现，但是可以设想，还可以利用其他存储器类型。虽然可以执行来自非易失性存储器1420的
代码，但是非易失性存储器中的可执行代码通常被加载到ram1424中并且由处理部分1426中的n个处理部件中的一个或更多个处理部件来执行。
104.通常操作与ram1424连接的n个处理部件以执行存储在非易失性存储器1420中的指令，以实现经由离子放电的静电荷缓解。例如，用于实现参照图7和图13所描述的方法的非暂时性、处理器可执行代码可永久存储在非易失性存储器1420中并且由与ram1424相关的n个处理部件执行。如本领域普通技术人员将理解的，处理部分1426可以包括视频处理器、数字信号处理器(dsp)、微控制器、图形处理单元(gpu)或其他硬件处理部件或硬件和软件处理部件的组合(例如，fpga或包括数字逻辑处理部分的fpga)。
105.此外，或在可替代方案中，处理部分1426可以被配置成实现本文所描述的方法(例如，参见图7和图13所描述的方法)的一个或更多个方面。例如，非瞬态处理器可读指令可以被存储在非易失性存储器1420中或ram1424中，并且当在处理部分1426上执行时，使处理部分1426执行用于感测超过阈值的静电积聚并且随后使用正离子或负离子放电来将积聚减少到可接受水平的方法。可替代地，非瞬态fpga配置指令可持久地存储在非易失性存储器1420中并由处理部分1426访问(例如，在引导期间)以配置处理部分1426的硬件可配置部分来实现控制部304或控制处理器1100的功能。
106.操作输入部件1430以接收指示用户身体上的电荷积聚的一个或更多个方面的信号(例如，在感测部302或电场传感器1108处感测到的静电荷)。取决于所使用的传感器或感测部的类型，在输入部件处接收的信号可以包括例如电压、电流或数字信号。通常操作输出部件以提供一个或更多个模拟或数字信号，以实现放电部和可选的开关322、320的控制。例如，输出部分1432可以提供参考图5描述的控制信号。
107.所描绘的收发器组件1428包括n个收发器链，n个收发器链可以用于经由无线网络或有线网络与外部设备进行连通。n个收发器链中的每一个可以表示与特定连通方案(例如，wifi、以太网、profibus等)相关联的收发器。
108.无线连通的使用使本文公开的设备能够通过它们与具有已知局部性的固定无线基站的连通而被定位在空间中(例如，如果所使用的无线连通技术是蓝牙低功耗5.1标准，则位置服务是连通协议的组成部分)。这使设备能够用于在工厂楼层或制造设施内标出存在“热点”或esd事件的高发生率或甚至高电荷密度的那些区域。这是通过将该装置的位置连同关于电荷在佩戴者上的累积和/或使佩戴者放电的必要性的信息从该设备传达至中央处理器来执行的。
109.就对存储在计算系统存储器(诸如计算机存储器等)内的数据位或二进制数字信号的操作的算法或符号表示而言，呈现了一些部分。这些算法描述或表示是数据处理领域的普通技术人员用来将他们的工作的实质传达给本领域的其他技术人员的技术的示例。算法是导致期望结果的操作或类似处理的自相一致的序列。在本文中，操作或处理包括物理量的物理操纵。通常，尽管不是必须的，这样的量可以采取能够被存储、传送、组合、比较或以其他方式操纵的电信号或磁信号的形式。主要出于共同使用的原因，已经证明有时将此类信号称为位、数据、值、元素、符号、字符、术语、数字、数字等是方便的。然而，应当理解，所有这些和类似术语都与适当的物理量相关联并且仅仅是方便的标签。除非另有具体说明，否则应当理解的是，贯穿本说明书，利用诸如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”和“标识”等术语的讨论是指计算设备(诸如一个或更多个计算机或类似的一个或更多个电子计算设备
等)的动作或过程，其操纵或变换被表示为计算平台的存储器、寄存器、或其他信息存储设备、传输设备或显示设备内的物理电子或磁量的数据。
110.本文使用的术语和表述被用作描述的术语和表达并且不是限制性的，并且不旨在在使用此类术语和表达时排除所示出和所描述的特征的任何等效物或其部分。本文公开的各种元件中的每一个可以以各种方式实现。本公开应当理解为包括每一个这样的变型，它可以是任何设备实施例、方法或过程实施例的实施例的变型或者甚至仅仅是这些的任何元件的变型。具体地，应当理解，用于每个元件的词语可以由等效的装置术语或方法术语来表示——即使仅函数或结果是相同的。这种等同的、更宽的或甚至更通用的术语应当被认为是包含在每个元素或动作的描述中。在希望使本发明有权享有的隐含的宽覆盖范围清楚的情况下，可以替换这些术语。
111.仅作为一个示例，应当理解的是，所有动作可以被表达为用于采取该动作的装置或者表达为引起该动作的元素。类似地，所公开的每个物理元件应当被理解为包括该物理元件促进的动作的公开。关于该最后方面，仅通过示例的方式，“突出部”的公开应当被理解为涵盖“突出部”的动作的公开——不管是否明确地讨论——并且相反地，如果仅存在“突出部”的动作的公开，则这样的公开应当被理解为涵盖“突出部”的公开。此类改变和替代术语应被理解为明确地包括在说明书中。
112.如本领域技术人员将理解的，本发明的多个方面可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式：完全的硬件实施例、完全的软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或硬件和软件方面结合的实施例，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的各个方面还可以实现为在一个或更多个计算机可读媒质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读媒质中包含计算机可读程序代码。
113.如本文使用的，“a、b和c中的至少一个”的叙述旨在意指“a、b、c或a、b和c的任何组合”。提供所公开的实施例的先前描述以使得所属领域的技术人员能够制作或使用本公开。对这些实施例的不同修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的一般原理可应用于其他实施例而不背离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在限于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特征一致的最广范围。
114.政府支持条款
115.本发明是在国家科学基金会(nationalsciencefoundation)授予#2014652的政府支持下完成的。政府在本发明中具有某些权利。

技术特征：
1.一种无需直接接地连接的静电缓解设备，包括：感测部，所述感测部物理地附接至用户的身体；放电部，所述放电部经由电极导电地耦接至用户身体；控制器，所述控制器耦接至所述感测部和所述放电部两者，并且被配置成，当所述感测部检测到所述用户的身体与周围环境之间、以及与所述周围环境内的一个或更多个物体之间的绝对静电电位超过阈值时，指示所述放电部发射与所述绝对静电电位极性相等的正离子或负离子，以从所述用户的身体移除电荷，直到所述绝对静电电位降到所述阈值以下。2.根据权利要求1所述的静电缓解设备，其中，所述感测部包括微型化电场仪。3.根据权利要求2所述的静电缓解设备，其中，所述微型化电场仪包括感测电极和旋转快门，所述感测电极被制造为在介电或绝缘基板上的薄导电膜。4.根据权利要求3所述的静电缓解设备，其中，所述微型化电场仪包括被驱动到与所述感测电极相同的电势的导电防护罩。5.根据权利要求1所述的静电缓解设备，其中，所述放电部包括高电压源，所述高电压源电感地耦接到所述电极并且电感地且电容地耦接到放电电极。6.根据权利要求1所述的静电缓解设备，其中，所述电极形成为服装的一部分，穿过所述服装，或者被耦接至包裹在所述服装的边缘周围的导电夹子。7.根据权利要求1所述的静电缓解设备，其中，所述感测部与所述用户的身体导电连通。8.根据权利要求1所述的静电缓解设备，所述静电缓解设备进一步包括一个或更多个开关或可变电阻部件，所述一个或更多个开关或可变电阻部件布置在所述感测部与所述电极之间并且被配置成在由所述放电部进行的离子放电期间断开或增加电阻。9.根据权利要求1所述的静电缓解设备，其中，所述感测部分布在所述用户的身体上间隔开的两个或更多个传感器之间。10.根据权利要求1所述的静电缓解设备，所述静电缓解设备进一步包括强制空气部件、充电栅格加速部件或电动流动部件，所述强制空气部件、所述充电栅格加速部件以及所述电动流动部件中的任一个被配置为增强所述正离子或负离子远离所述用户的身体的移动。11.根据权利要求1所述的静电缓解设备，所述静电缓解设备进一步包括无线收发器，所述无线收发器被配置成与已知位置的至少一个固定天线连通以映射esd热点。12.一种无需直接接地连接的静电缓解设备，包括：用于检测设备耦接到的用户的身体的相对于附近物体的绝对静电电位的静电电位的器件；用于通过向周围环境排出正离子或负离子来释放用户的身体的静电电位的至少一部分的器件；以及电极，所述电极耦接在所述用户的身体与所述放电设备之间。13.根据权利要求12所述的静电缓解设备，其中，所述电极形成为服装的一部分，穿过所述服装，或者被耦接至包裹在所述服装的边缘周围的导电夹子。14.根据权利要求12所述的静电缓解设备，所述静电缓解设备还包括两个或更多个静电防护罩以及在所述两个或更多个静电防护罩之间的电阻链路，所述电阻链路被配置成减
少所述两个或更多个静电防护罩之间的传导。15.根据权利要求12所述的静电缓解设备，所述静电缓解设备进一步包括一个或更多个开关或可变电阻部件，所述一个或更多个开关或可变电阻部件用于在正离子或负离子的排出期间将用于检测静电电位的器件与用于释放静电电位的至少一部分的器件完全或部分隔离。16.根据权利要求12所述的静电缓解设备，其中，用于检测静电电位的器件包括布置在所述用户的身体上的不同位置处的两个或更多个传感器。17.根据权利要求16所述的静电缓解设备，其中，所述用于检测静电电位的器件包括两个或更多个微型化电场仪，所述两个或更多个微型化电场仪中的每一个微型化电场仪具有在基板上沉积为薄膜的感测电极，所述感测电极紧邻放大器并且电耦接至所述放大器。18.根据权利要求17所述的静电缓解设备，其中，所述两个或更多个微型化电场仪进一步包括被驱动至与所述感测电极相同的电势的导电防护罩。19.根据权利要求12所述的静电缓解设备，其中，所述用于检测静电电位的器件还检测所述设备耦接到的所述用户身体的相对于所述周围环境的平均静电电位的静电电位。20.根据权利要求12所述的静电缓解设备，所述静电缓解设备进一步包括强制空气部件、充电栅格加速部件或电动流动部件，所述强制空气部件、所述充电栅格加速部件以及所述电动流动部件中的任一个被配置为增强所述正离子或负离子远离所述用户的身体的移动。21.根据权利要求12所述的静电缓解设备，所述静电缓解设备进一步包括无线收发器，所述无线收发器被配置为与已知位置的至少一个固定天线连通以映射esd热点。22.一种在无需接地连接的情况下将身体保持在静电电位以下的方法，所述方法包括：感测所述身体相对于所述周围大气和周围物体的静电电位；识别何时所述身体的静电电位达到阈值；以及在离子枪与耦接至所述身体的电极之间产生电压，所述电压足够大以启动来自所述离子枪的离子放电，所述放电的极性被选择成用于相对于所述周围大气和周围物体减小所述身体的静电电位；以及在所述离子放电之后修改所述感测，以减少由所述离子放电引起的感测伪象。23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括将力施加至所述离子放电以引导离子远离所述身体。24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述力由强制空气部件、充电栅格加速部件以及电动流动部件产生。25.根据权利要求22所述的方法，其中，用于执行所述感测的设备和用于执行所述离子枪的设备在所述身体上间隔开。26.根据权利要求22所述的方法，所述方法进一步包括使每个一次正放电脉冲或每个一次负放电脉冲跟随反向极性的抗冲击脉冲，所述反向极性的抗冲击脉冲具有小于所述一次正放电脉冲或一次负放电脉冲的20％的持续时间，使得所述一次正放电脉冲或一次负放电脉冲维持有意义的足够的电荷转移。27.根据权利要求22所述的方法，所述方法进一步包括补偿在所述感测期间检测到的由所述身体相对于所述周围大气和周围物体的所述离子放电而不是所述静电电位引起的
伪象。28.根据权利要求22所述的方法，所述方法进一步包括经由与具有已知位置的至少一个固定天线的连通来映射esd热点。

技术总结
公开了一种无线防静电设备，该无线防静电设备包括测量受试者相对于其周围环境的极性和静电电位的电子感测电路。正极性和负极性的离子枪能够通过将离子化的空气分子喷射到周围环境中来从受试者传递任意量和极性的电荷。控制单元被编程为当在身体上测量到对应的电荷时触发适当的离子枪，以便连续地将身体上的净电荷维持在所希望的阈值以下。因此，受试者相对于其环境有效地接地，而不需要物理系带接地。地。地。


技术研发人员：达恩
受保护的技术使用者：爱奥纳科技有限公司
技术研发日：2021.08.13
技术公布日：2023/5/31