JPH06308179A - 表面電位測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微小なポイントの電位測定を距離依存性無し
に行い、被測定物の電気力線の終端条件に他の電極の影
響を受けることなく、電位測定の感度及び精度を向上さ
せる。 【構成】 オンペン４の圧電セラミクス５ｃには、オン
サ２の圧電セラミクス５ａ，５ｂにオンサ駆動回路１１
から与えられる駆動信号１０２が１／２^ｎ分周器１２で
分周された分周信号１０３が与えられる。これにより、
オンペン４の先端部に取付けられた検出電極３がオンサ
２の振動方向に対して垂直方向に移動する。検出電極３
から発生した電圧信号は増幅器１３で増幅されてサンプ
ルアンドホールド回路１５に出力される。サンプルアン
ドホールド回路１５は増幅器１３で増幅された電圧信号
１０４を、オンサ２で検出された信号１０１が波形整形
回路１４で波形整形された信号１０５によってサンプル
アンドホールドする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は表面電位測定装置に関
し、特に被測定物の表面電位や帯電量測定に使用する表
面電位測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の表面電位測定装置におい
ては、図６〜図９に示すように、被測定物１６から放射
された電気力線１００の一部をケース１の検出孔１ａか
らセンサ部３４内に取込み、検出電極３ａ，３ｂで検知
している。

【０００３】検出孔１ａと検出電極３ａ，３ｂとの間に
はオンサ２が設けられており、このオンサ２によって電
気力線１００を一定の周期でチョッピングしている。こ
こで、オンサ２には駆動用の圧電セラミクス５ａ，５ｂ
が張り付けられており、圧電セラミクス５ａ，５ｂにオ
ンサ駆動回路３１から適当な発振信号を与えることによ
ってオンサ２が共振周波数で発振するようになってい
る。

【０００４】したがって、検出電極３ａ，３ｂにはオン
サ２のオンサ振動と同じ周波数の電圧信号が発生する。
また、検出電極３ａ，３ｂは夫々被測定物１６からの距
離が異なるように配置されているため、２つの検出電極
３ａ，３ｂには大きさの違う電圧信号が発生する。

【０００５】これら検出電極３ａ，３ｂからの電圧信号
は整流回路３２及び平滑回路３３などからなるアナログ
信号処理回路３５，３６で直流電圧信号となり、ディジ
タル信号処理回路３７に取り入れられる。

【０００６】ディジタル信号処理回路３７ではアナログ
信号処理回路３５，３６からのアナログ電圧信号ｖ1 ，
ｖ2 が被測定物１６の表面電位Ｅと、被測定物１６及び
検出電極３間の距離ｄとの分数関数で近似することがで
きる。

【０００７】つまり、この分数関数は、 ｖ1 ＝Ｅ（ａ1 ／ｄ＋ｂ1 ） ……（１） ｖ2 ＝Ｅ（ａ2 ／ｄ＋ｂ2 ） ……（２） で表される。ここで、ａ1 ，ａ2 ，ｂ1 ，ｂ2 は夫々検
出電極３ａ，３ｂによって決まる定数である。

【０００８】センサ部３４の完成時に上記の定数ａ1 ，
ａ2 ，ｂ1 ，ｂ2 を測定から決定してプログラムに書込
んでおけば、被測定物１６の表面電位Ｅがディジタル信
号処理回路３７で（１）式及び（２）式によりアナログ
信号処理回路３５，３６のアナログ電圧信号ｖ1 ，ｖ2
から決定される。

【０００９】尚、上記のオンサ駆動回路３１、整流回路
３２及び平滑回路３３からなるアナログ信号処理回路３
５，３６、ディジタル信号処理回路３７は夫々基板３０
上に搭載されている。また、上記の技術は特開平２−８
７５５号公報に詳述されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の表面電位
測定装置では、２個の検出電極を有しているために検出
孔１ａが大きくなるので、被測定物の微小面積での帯電
測定が難しくなる。また、２個の検出電極各々の検出ポ
イントが異なった電位に帯電していた場合には、真の帯
電電位とは大きく異なる値が算出されることもある。

【００１１】さらに、２個の検出電極が並んで配置され
ているため、２個の検出電極各々において被測定物の電
気力線の終端条件が他方の検出電極の影響を互いに受け
てしまう。特に、被測定物からの距離が遠いほうの検出
電極は被測定物からの距離が近いほうの検出電極の影響
を強く受け、感度が下がってＳ／Ｎが低くなってしまう
という問題がある。

【００１２】そこで、本発明の目的は上記問題点を解消
し、微小なポイントの電位測定を距離依存性無しに行う
ことができ、被測定物の電気力線の終端条件に他の電極
の影響を受けることなく、電位測定の感度及び精度を向
上させることができる表面電位測定装置を提供すること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による表面電位測
定装置は、被測定物から放射される電気力線を一定周期
で遮断する遮断手段と、前記遮断手段により前記一定周
期で入射する前記電気力線を検出する検出手段と、前記
一定周期に対応する周期で前記検出手段を前記遮断手段
の遮断方向に直交する方向に移動する移動手段と、前記
検出手段の検出信号を前記一定周期に対応する周期で保
持する保持手段と、前記保持手段の内容から前記被測定
物の電位を算出する算出手段とを備えている。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。

【００１５】図１は本発明の一実施例を示す構成図であ
る。図において、被測定物１６から放射された電気力線
１００の一部はケース１の検出孔１ａからセンサ部１０
内に取込まれ、検出電極３で検知される。

【００１６】検出孔１ａと検出電極３との間にはオンサ
２が設けられており、このオンサ２によって電気力線１
００を一定の周期でチョッピングしている。ここで、オ
ンサ２には駆動用の圧電セラミクス５ａ，５ｂが張り付
けられており、圧電セラミクス５ａ，５ｂにオンサ駆動
回路１１から駆動信号１０２を与えることによってオン
サ２が共振周波数で発振するようになっている。

【００１７】オンサ駆動回路１１からの駆動信号１０２
は１／２^ｎ分周器１２で分周され、この分周信号１０３
がオンペン４に張り付けられた圧電セラミクス５ｃに与
えられる。これにより、オンペン４はオンサ２の共振周
波数の１／２^ｎ倍の共振周波数で発振し、オンペン４の
先端部をオンサ２の振動方向に対して垂直方向に振動さ
せる。ここで、１／２^ｎ分周器１２で分周された分周信
号１０３は図示せぬマイクロプロセッサにも出力され
る。

【００１８】オンペン４の先端部には検出電極３が絶縁
体（図示せず）を介して取付けられており、検出電極３
はオンペン４の先端部の振動によってオンサ２の振動方
向に対して垂直方向に移動することになる。

【００１９】検出電極３には被測定物１６の電位に比例
しかつオンサ２及びオンペン４の周波数で変調された電
圧信号が発生し、この電圧信号は増幅器１３で増幅され
てサンプルアンドホールド回路１５に出力される。

【００２０】増幅器１３で増幅された電圧信号１０４
は、オンサ２で検出された信号１０１が波形整形回路１
４で波形整形された信号１０５によってサンプルアンド
ホールド回路１５にサンプルアンドホールドされ、オン
サ２の周波数の頂点の値が読込まれる。サンプルアンド
ホールド回路１５にホールドされた電圧信号１０６は図
示せぬＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）コンバータに送
出される。

【００２１】図２は図１の検出電極３で検知された電圧
信号の処理回路を示すブロック図である。図において、
Ａ／Ｄコンバータ１７はサンプルアンドホールド回路１
５にホールドされた電圧信号１０６をディジタル信号に
変換してマイクロプロセッサ１８に送出する。

【００２２】マイクロプロセッサ１８はＲＯＭ１９に格
納されたデータを基に動作し、１／２^ｎ分周器１２で分
周された分周信号１０３の立上がりまたは立下りのタイ
ミングと内部クロックとを利用して検出電極３がオンペ
ン４によって被測定物１６から最も離れたとき及び最も
近づいたときの電圧信号を取込んで被測定物１６の表面
電位Ｅの計算を行う。

【００２３】この計算において、検出電極３が被測定物
１６から離れた時点における電圧値をｖ3 とし、検出電
極３が被測定物１６に近づいた時点における電圧値をｖ
4 とし、それらに対応して検出電極３によって決まる定
数を夫々ａ3 ，ａ4 ，ｂ3 ，ｂ4 とすると、上述した
（１）式及び（２）式から次式が求められる。

【００２４】すなわち、 ｖ3 ＝Ｅ（ａ3 ／ｄ＋ｂ3 ） ……（３） ｖ4 ＝Ｅ（ａ4 ／ｄ＋ｂ4 ） ……（４） が求められる。

【００２５】被測定物１６の表面電位Ｅは（３）式及び
（４）式から求められた次式によって求められる。すな
わち、 Ｅ＝Ａｖ4 −Ｂｖ3 ……（５） Ａ＝ａ3 ／（ａ3 ｂ4 −ａ4 ｂ3 ） Ｂ＝ａ4 ／（ａ4 ｂ4 −ａ4 ｂ3 ） で求められる。

【００２６】そこで、センサ部１０の完成時に上記の定
数ａ3 ，ａ4 ，ｂ3 ，ｂ4 を測定から決定してプログラ
ムに書込み、該プログラムをＲＯＭ１９に書込んでおけ
ば、マイクロプロセッサ１８によって被測定物１６の表
面電位Ｅを求めることができる。マイクロプロセッサ１
８の計算結果は表示デバイス２０に表示される。

【００２７】図３は図１のセンサ部１０の縦断面図であ
る。図において、オンサ２が圧電セラミクス５ａ，５ｂ
によって振動するとき、オンペン４の先端部は圧電セラ
ミクス５ｃによってオンサ２の振動方向に対して垂直方
向（矢印Ａの方向）に振動する。

【００２８】この場合、オンペン４には検出電極３との
間に付加片６を取付けて共振周波数を調整しているが、
センサ部１０の体積が許容するならば、オンペン４を長
く設定して調整してもよい。

【００２９】基板７は上記のオンサ駆動回路１１、１／
２^ｎ分周器１２、増幅器１３、波形整形回線１４、サン
プルアンドホールド回路１５、Ａ／Ｄコンバータ１７、
マイクロプロセッサ１８、ＲＯＭ１９を搭載している。

【００３０】図４は本発明の一実施例の動作を示すタイ
ムチャートである。これら図１〜図４を用いて本発明の
一実施例の動作について説明する。

【００３１】圧電セラミクス５ａ，５ｂにオンサ駆動回
路１１から駆動信号１０２が与えられてオンサ２が発振
すると、オンサ駆動回路１１からの駆動信号１０２が１
／２^ｎ分周器１２で分周された分周信号１０３が圧電セ
ラミクス５ｃに与えられてオンペン４が発振する。

【００３２】このとき、オンペン４はオンサ２の共振周
波数の１／２^ｎ倍の共振周波数で発振するので、オンペ
ン４の先端部に取付けられた検出電極３はオンサ２の振
動方向に対して垂直方向（矢印Ａの方向）に振動する。

【００３３】矢印Ａの方向に振動している検出電極３が
被測定物１６からの電気力線１００を検知すると、検出
電極３はその電気力線１００の電位に比例しかつオンサ
２及びオンペン４の周波数で変調された電圧信号を発生
する。該電圧信号は増幅器１３で増幅されてサンプルア
ンドホールド回路１５に出力される。

【００３４】この場合、サンプルアンドホールド回路１
５には、オンサ２が発振したときに検出される信号１０
１が波形整形回路１４で波形整形された信号１０５が入
力されている。よって、サンプルアンドホールド回路１
５は増幅器１３で増幅された電圧信号１０４を波形整形
回路１４からの信号１０５でサンプルアンドホールドす
る。

【００３５】検出電極３はオンペン４の先端部の振動に
よってオンサ２の振動方向に対して垂直方向に移動して
いるので、この検出電極３の移動にしたがって増幅器１
３で増幅された電圧信号１０４も変動する。つまり、図
４に示すように、電圧信号１０４の値は検出電極３がオ
ンペン４によって被測定物１６から離れた時点ｔ1 で最
小となり、検出電極３がオンペン４によって被測定物１
６に近づいた時点ｔ2で最大となる。サンプルアンドホ
ールド回路１５はこれらのｔ1 〜ｔ2 の間の頂点の値を
サンプルアンドホールドする。

【００３６】サンプルアンドホールド回路１５にホール
ドされた電圧信号１０６はＡ／Ｄコンバータ１７でディ
ジタル信号に変換され、マイクロプロセッサ１８に送出
される。マイクロプロセッサ１８ではＲＯＭ１９に格納
されたデータを基に、（５）式の演算が行われて被測定
物１６の表面電位Ｅが計算され、表示デバイス２０に表
示される。

【００３７】図５は本発明の他の実施例の増幅器を示す
図である。図において、本発明の他の実施例では増幅器
１３に複数の帰還抵抗Ｒ1 〜Ｒ5 とアナログスイッチ２
１を設けた以外は本発明の一実施例と同様の構成となっ
ている。尚、図においては本発明の一実施例と本発明の
他の実施例との異なる部分のみを示している。

【００３８】アナログスイッチ２１はマイクロプロセッ
サ１８からの指示によって複数の帰還抵抗Ｒ1 〜Ｒ5 の
うち一つを増幅器１３に接続する。例えば、増幅器１３
に帰還抵抗Ｒ1 が接続されているときに、マイクロプロ
セッサ１８からの指示によって帰還抵抗Ｒ2 が増幅器１
３に接続されると、増幅器１３のゲインはＲ1 ／Ｒ0か
らＲ2 ／Ｒ0 に変更されることになる。

【００３９】マイクロプロセッサ１８はこの増幅器１３
のゲインの変更情報を基にＡ／Ｄコンバータ１７からの
電圧値ｖ3 ，ｖ4 をディジタル処理で乗除算して電位Ｅ
を計算する。これにより、広いレンジの電位を精度よく
測定することができ、測定距離の自由度も広がる。尚、
マイクロプロセッサ１８はＡ／Ｄコンバータ１７からの
電位が最適な値となるように論理が組まれている。

【００４０】このように、被測定物１６から放射される
電気力線１００をオンサ２により一定の周期で遮断し、
検出電極３をオンペン４の先端に設けてオンサ２の振動
方向に対して垂直方向、つまり電気力線１００の放射方
向に振動させ、サンプルアンドホールド回路１５とマイ
クロプロセッサ１８とによって１つの検出電極３で２箇
所の測定を実現することによって、検出孔１ａを小さく
（従来比４０％以下に）することができ、微小なポイン
トの電位測定を距離依存性無しに行うことができる。

【００４１】また、検出電極３が１個で済むので、検出
電極が２個のときのように他の検出電極が終端条件に影
響を与えるということがなくなり、感度及び精度を向上
させることができる。感度に関しては従来例の被測定物
１６から遠い側の検出電極と本実施例の振動型の検出電
極３とを比較した場合、２０ｄＢ以上の改善となる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
測定物から放射される電気力線を一定周期で遮断し、こ
の遮断により一定周期で入射する電気力線を検出する検
出手段を一定周期に対応する周期で遮断方向に直交する
方向に移動するとともに、検出手段の検出信号を一定周
期に対応する周期で保持し、その保持内容から被測定物
の電位を算出することによって、微小なポイントの電位
測定を距離依存性無しに行うことができ、被測定物の電
気力線の終端条件に他の電極の影響を受けることなく、
電位測定の感度及び精度を向上させることができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】図１の検出電極で検知された電圧信号の処理回
路を示すブロック図である。

【図３】図１のセンサ部の縦断面図である。

【図４】本発明の一実施例の動作を示すタイムチャート
である。

【図５】本発明の他の実施例の増幅器を示す図である。

【図６】従来例のセンサ部の平面図である。

【図７】従来例のセンサ部の縦断面図である。

【図８】従来例を示す構成図である。

【図９】従来例の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

２ オンサ ３ 検出電極 ４ オンペン ５ａ〜５ｃ 圧電セラミクス ６ 付加片 １０ センサ部 １１ オンサ駆動回路 １２ １／２^ｎ分周器 １３ 増幅器 １４ 波形整形回路 １５ サンプルアンドホールド回路 １７ Ａ／Ｄコンバータ １８ マイクロプロセッサ ２１ アナログスイッチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物から放射される電気力線を一定
   周期で遮断する遮断手段と、前記遮断手段により前記一
   定周期で入射する前記電気力線を検出する検出手段と、
   前記一定周期に対応する周期で前記検出手段を前記遮断
   手段の遮断方向に直交する方向に移動する移動手段と、
   前記検出手段の検出信号を前記一定周期に対応する周期
   で保持する保持手段と、前記保持手段の内容から前記被
   測定物の電位を算出する算出手段とを有することを特徴
   とする表面電位測定装置。
2. 【請求項２】 前記検出手段の検出信号を増幅する増幅
   手段と、前記増幅手段による前記検出信号の増幅値を可
   変する可変手段とを含み、前記増幅手段で増幅した検出
   信号を前記保持手段に保持するようにしたことを特徴と
   する表面電位測定装置。