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龙图腾网获悉武汉工程大学申请的专利一种介电材料表面电荷密度和表面电势测量方法及装置获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119269903B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-21发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411665865.X，技术领域涉及：G01R29/24；该发明授权一种介电材料表面电荷密度和表面电势测量方法及装置是由刘琰琪;匡双阳;熊礼威设计研发完成，并于2024-11-20向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种介电材料表面电荷密度和表面电势测量方法及装置在说明书摘要公布了：本发明属于但不限于表面分析技术领域，尤其涉及一种介电材料表面电荷密度和表面电势测量方法及装置，包括：S1，外加电场使待测介电材料受到一个静电力F，静电力F通过样品支架传递到复摆摆架上；S2，复摆摆架在静电力F的作用下转动角度Δθ；S3，角度Δθ的大小等于底部电容位移检测系统中间极板的位移x；S4，电容位移检测系统的两个电容的差分电容ΔC与转动角度Δθ成正比；S5，经过电容传感电路的调制解调后ΔC转变成电压输出信号VO。

本发明授权一种介电材料表面电荷密度和表面电势测量方法及装置在权利要求书中公布了：1.一种介电材料表面电荷密度和表面电势测量方法，其特征在于，包括： S1，外加电场使待测介电材料受到一个静电力F，静电力F通过样品支架传递到复摆摆架上； S2，复摆摆架在静电力F的作用下转动角度 S3，角度的大小等于底部电容位移检测系统中间极板的位移 S4，电容位移检测系统的两个电容的差分电容与转动角度成正比； S5，经过电容传感电路的调制解调后转变成电压输出信号 运动方程为: 1 其中I和θ分别是摆的转动惯量和角位移;K为刚度;λ为阻尼系数;τ是施加的扭矩;F、L 和ω分别为静电力的振幅、臂和频率；钟摆在静电力F作用下以θ角度摆动，重力的切向分量和静电力F共同为钟摆提供加速度；如果角度很小，重力的切向分量近似地写成 Mg； 2 其中β=λ2I；第一项为瞬态解，其中频率为，初始相位为,初始振幅为；第 二项是频率为，初始相位为ϕ，幅值为的稳态解，这里表示为: 3 其中是钟摆的固有频率，表示为: 4； 当静电力频率ω→0时，也就是说静电力为一恒力时，由3式可得： 5 因此，复摆所受到的静电力跟复摆转动的角度成正比； S为待测介电材料表面积，为其表面总的电荷，那么表面电荷密度表示为： 6 已知外加在电极板AB的电势差为U，电极板AB间距D，则介电材料所受静电力F可写为 7 介电材料表面电荷密度可表示为 8 s为待测介电材料的厚度，待测介电材料的相对介电常数；那么测介电材料的表面电 荷密度与表面电势之间的关系为： 9； 由式5、8、9可知，待测介电材料的表面电荷密度、表面电势、以及其所受到的静 电力都与复摆转动的角度相关；对复摆转动的角度的测量原理如下： 在摆架转动的角度很小时，，为放置在摆架底部的电容检测系统中间电 容极板的位移；对中间极板位移将的测量运用的是变间距式-电容检测方法； 当静电力为0时，中间极板与左外极板A和右外极板B的间距都是d；当静电力不为0时， 中间极板产生位移，中间极板与左外极板A的间距是，中间极板与右外极板B的间 距是，中间极板与左极板A形成的电容增大，中间极板与右外极板B形成的电容 减小，分别为： 10 11 其中A，d，C0为检验质量平衡状态下电容极板的正对时极板面积，间距与电容值，为 空气的介电常数；那么这两个电容的差值表示为： 12 当很小是，忽略掉高阶项；12式变为： 13 检测到的差分电容信号通过电容传感电路调制解调后转变成电压输出信号VO，VO成线性关系： 14 式5、13、14可得静电力F与电容检测电路输出电压的关系为： 15 为比例系数；再由式7、9、15可得待测材料表面电荷密度和表面电势 与电容检测电路输出电压的关系： 16 17 其中和为比例系数； 标定步骤具体包括： 对静电力、表面电荷密度和表面电势的精确测量的关键是得到比例系数；这 一步通过对复摆装置进行标定实现的；将复摆装置搭建完成后，采用重力力矩法对复摆系 统刚度进行标定，也就是测量；重力力矩法的基本思想是采用已知质量的物体对复摆产 生一个回复力矩，通过该回复力矩标定系统刚度；摆架上放置一个质量为m的标准物体，其 到悬点的水平距离为l，则该物体对摆产生的回复力矩表示为mgl；通过在摆上加载和卸载 标准物体，摆的位置会发生变化；根据当地的重力加速度g、标准物体的质量m及其力臂l，结 合复摆运动角度的变化∆θ，可得关系式： 18 作用在待测样品上的静电力F的力矩为L，由5式可知 19 表明和FL的作用效果相当；通过加载不同质量的标准物体m，测量多组不同 导致的输出，可计算出与的关系，也就是；实际上也就是；由15式可知: 20 最后根据式16、17可得待测材料表面电荷密度和表面电势。

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