JPH07218567A - 無振動交流式非接触表面電位計 - Google Patents

無振動交流式非接触表面電位計

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JPH07218567A
JPH07218567A JP4462594A JP4462594A JPH07218567A JP H07218567 A JPH07218567 A JP H07218567A JP 4462594 A JP4462594 A JP 4462594A JP 4462594 A JP4462594 A JP 4462594A JP H07218567 A JPH07218567 A JP H07218567A
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JP
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electrode
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surface potential
detection
circuit
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JP4462594A
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Nenko Nozaki
年功 野崎
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GENTEC KK
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GENTEC KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】交流式の非接触表面電位測定計において、機械
的振動を使わずに被測定面の表面電位を測定出来るプロ
ーブを製作する事で機械的振動を使わない表面電位計が
製作出来る。 【構成】被測定物に対向して貫通した検出孔を持つ導電
性ケースに被測定物からの電気力線を検出するための基
準電極と、その後ろに容量結合された検出電極を固定し
て設置したプローブにおいて、電気的に基準電極を導電
性ケースと検出電極に連続的且つ、交互に切り換えるこ
とで被測定物の表面電位に比例した交流電圧を検出し、
増幅器や同期検波の信号処理回路を経てを電圧計もしく
は電流計に被測定物の表面電位として表示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、物質の表面電位を非接
触で測定する為の物で、静電気等の電位を測定する事に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来の表面電位測定は、静止型と呼ばれ
る物と、交流式と称される物がある。静止型の表面電位
測定の動作原理を図1に示す。この検出電極8を帯電し
ている物質40に近づける時、静電誘導により電圧が誘
起される。但し、誘起された電圧は、検出電極の時定数
3と4により放電される。よって、被測定電圧が直流で
ある場合には、連続してその表面電位を測定する事が出
来ない。この方式に対して交流式の場合は、検出電極と
被測定物間の電気的結合、もしくは、検出電極が受ける
電界強度を変化させることにより検出電極に発生する電
圧を被測定物の表面電位に比例した交流電圧として得る
事が出来る。この検出電極と被測定物間の結合を変化さ
せる手段としては、振動子やスピーカーなどが使われ
る。これらは、機械的に振動するものである。
【0003】一例として音叉を使用したセクター式の動
作原理を図2、図3に示す。これは、被測定物より放射
される電気力線が入射するための検出孔2を持つ導電牲
のケース1と、ケース1内に入って来る電気力線を切る
チョッパー部7と、この電気力線を受けて交流信号を取
り出すための検出電極8とから構成され、またチョッパ
ー部7には、駆動用の圧電セラミック9を接着した音叉
10を使用しており、音叉10の先端にあるチョッパー
部7で電気力線が切られる。検出電極8は、基板11に
固定され、チョッパー部7及び基板11は、検出孔2を
有するケース1に収納されている。さらに基板11には
音叉10の駆動用端子12、出力端子13及び接地端子
14が取付けられ、駆動用端子12と圧電セラミック9
との間は配線15が施されている。
【0004】次に音叉を使用した振動容量式の動作原理
を図4、図5に示す。これは、被測定物より放射される
電気力線が入射するための検出孔2を持つ導電性のケー
ス1と、被測定物との結合容量を変化させる為の振動子
と、この電気力線を受けて交流信号を取り出すための検
出電極8とから構成され、また振動子には、駆動用の圧
電セラミック9を接着した音叉10を使用しており、音
叉10の先端で検出孔に対向した位置に検出電極8が固
定され、振動子及び基板11は、検出孔2を有するケー
ス1に収納されている。さらに基板11には音叉10の
駆動用端子12、出力端子13及び接地端子14が取付
けられ、駆動用端子12と圧電セラミック9との間は配
線15が施され、検出電極と出力端子13との間は配線
16が施されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のプローブでは、機械的な振動を用いて、電気力線の
変化を作り交流信号を得ていた。これによれば、圧電セ
ラミックや振動容量式の場合の検出電極等を接着する作
業や、音叉の取付けを検出電極に対して正確に固定する
作業等、機械的製作の作業が難しいため均一性の誤差が
大きく、検出できる交流信号に個別の差が発生するため
処理回路に於て個別の調整を行っていた。
【0006】また、音叉等を使用するために、構造上の
制約が大きかった。
【0007】本発明は、電気力線を検出し、交流信号に
変換する為の手段として機械的な振動によらない手段に
て、これらの問題点を解決する事を目的とするものであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の表面電位計は、
以下の構成からなる。すなわち、導電性ケースの内部に
検出電極を内蔵し、対向する対向壁面部に検出孔をあ
け、検出孔と検出電極の間に、基準電極を固定し、電気
的に且つ連続的に基準電極をケースと検出電極に交互に
接続する回路を設けたプローブと、交流信号の処理回路
からなる表面電位計である。
【0009】
【作用】本発明の作用を図面に基づいて説明すれば、図
6は本発明によるプローブと信号処理回路から成る表面
電位計の動作原理図である。被測定物40からプローブ
の検出孔2に向かう電気力線は、基準電極17に到達す
る。ここで、基準電極17を達続的に且つ交互に検出電
極と導電性ケースに接続する切り換え器20を作動させ
る時、検出電極には被測定物40の持つ表面電位に比例
した交流信号が得られる。この交流信号はインピーダン
ス変換回路24を経て、増幅回路35にて必要な電圧に
増幅し、同期検波回路36にて検波をし、平滑回路38
で直流に変換した後、表示回路39に表示する事で被測
定物の表面電位が測定出来る。発振回路37は切り換え
器20を駆動するための信号発生回路である。
【0010】
【実施例】本発明の実施例を図面に基ずいて以下説明す
る。図7は、本発明によるプローブAの上面図である。
また、図8は、プローブAの側面から見た断面図であ
る。図9は、プローブAの等価図である。1は導電性ケ
ースであり、金属により形成されている。このケース1
の形状は、図示した物に限らず、例えば細長いものと
か、円筒状のものでもよい。2は検出孔であり、導電性
ケース1内の対抗壁面部に設けられ、静電気を検出する
ためのものである。17は基準電極であり、検出孔から
入る電気力線を検出する。18は検出電極で、切り換え
回路20が基準電極17を接地電位である導電性ケース
1に接続される時、静電誘導により接地電位を検出し、
切り換え回路20が基準電極17を検出電極18に接続
される時、被測定物40からの電気力線を検出する事に
なる。19は絶縁材料で作られおり、基準電極17と検
出電極18を固定するために設ける。20は基準電極1
7をコモンとした切り換え回路であり、達続的に検出電
極18と導電性ケース1に交互に接続する事を行う。2
4は高入力インピーダンス、低出力インピーダンスの回
路である。21は検出した交流信号を取り出す端子であ
る。22は切り換え回路を連続的に作動させる電気信号
である。23は導電性ケースに接続された端子である。
【0011】図10と図11は、この機構によるプロー
ブが表面電位を検出し、交流に変換出来る事を証明する
ための実験装置と等価回路である。この実験は、静電気
における電気力線の電位分布の測定に使われている。2
5は水を溜めた絶縁性の水槽であり、26はプローブの
導電性ケースに相当する電極板であり、27は基準電極
に相当する電極板であり、28は検出電極に相当する電
極板であり、29は被測定物を想定した電極板である。
30は検出電極の持つ抵抗分に相当する抵抗器を取付
け、切り換えスイッチ32は手動にて基準電極を検出電
極もしくは導電性ケースに接続されるように配線がされ
る。31は極めて高い入力インピーダンスの電圧計であ
り、検出電極の電位を測定する。33は電圧発生器であ
り、被測定物の持つ電位相当の電位を加える。この水槽
による実験では静電気の持つ電気力線の電位分布を電位
の等電位線として測定する事が出来るが、簡単にスイッ
チ32を切り換える事によって電圧計31の測定値が変
化する事を確認した。図12はこの実験による測定結果
である。
【0012】図13は実際の回路を示す。41は高入力
インピーダンスのFETでありソースフォロワ回路であ
る。34と42はFETのバイアス回路でありFETの
動作を安定にする。46は演算増幅器であり、その増幅
率は抵抗44と45で決定され、検出した交流信号を増
幅する。コンデンサ43はプローブにて検出した交流信
号のみを伝えるために挿入されており、直流成分の排除
を行う。抵抗47とFET48は同期検波回路であり、
演算増幅器56はバッファー回路である。抵抗57とコ
ンデンサ58は積分回路であり、同期検波を行った後の
脈流信号を平滑する。演算増幅器59はバッファー回路
である。61は方形波発振器である。FETスイッチ回
路54と55は光結合されたものであり、駆動側のLE
Dに電流を流すとFETがONし、LEDの電流を止め
るとFETがOFFする機能を持つ。この機能を使い、
交互に電流をLEDに流すことによって、基準電極を検
出電極とケースに交互に接続する事が出来る。51は反
転論理回路でありFETスイッチ回路54と55の制御
を交互に実行する。
【0013】この回路では、検出した交流信号の位相を
同期検波を行う事でその極性を検出しているが、極性の
表示が必要なければ単純に整流を行い電圧を表示する事
も出来る。
【0014】また、検出電極に電圧のフィードバックを
行い検出電圧が常に零電位を示すように回路を構成する
ことで、フィードバック電圧は被測定物の電位に等しく
なる。よって、このフィードバック電圧を測定して表示
する事で被測定物の表面電位を測定する事も出来る。こ
の場合フィードバック量が充分に大きいなら、被測定物
とプローブの距離に依存しない表面電位計が製作出来
る。
【0015】
【発明の効果】本発明は、上述の通り、被測定物の表面
電位を測定する時、機械的な振動を使わずに非接触でそ
の表面電位を測定出来る事から、プローブの生産性が高
く、また形状が自由に製作出来るため、目的に合った形
と大きさの物が製作出来る。また機械的振動を使用して
いないので信頼性の高いものが製作できるという効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】静止型表面電位計の動作原理図である。
【図2】従来のセクター式プローブの横断面図である。
【図3】従来のセクター式プローブの縦断面図である。
【図4】従来の振動容量式プローブの横断面図である。
【図5】従来の振動容量式プローブの縦断面図である。
【図6】本発明による表面電位計の動作原理図である。
【図7】本発明によるプローブAの上面図である。
【図8】本発明によるプローブAの側面から見た断面図
である。
【図9】本発明によるプローブAの等価回路図である。
【図10】本発明によるプローブが被測定物の表面電位
を測定出来る事を証明するための水槽による等電位線の
測定装置を示す図である。
【図11】本発明によるプローブが被測定物の表面電位
を測定出来る事を証明するための水槽による等電位線の
測定装置の等価回路図である。
【図12】本発明によるプローブが被測定物の表面電位
を測定出来る事を証明するための水槽による等電位線の
測定装置による実験結果である。
【図13】プローブAによる表面電位計の実際の回路例
を示す。
【符号の説明】
1 導電性ケース 2 検出孔 3 入力抵抗 4 入力容量 5 FET 6 バイアス抵抗 7 チョッパ部 8 検出電極 9 圧電セラミック 10 音叉 11 基板 12 駆動用端子 13 出力端子 14 接地端子 15 配線 16 配線 17 基準電極 18 検出電極 19 絶縁材 20 切り換え回路 21 出力端子 22 駆動用端子 23 接地端子 24 インピーダンス変換回路 25 水を溜めた水槽 26 導電性ケース相当の電極板 27 基準電極相当の電極板 29 被測定物相当の電極板 30 入力抵抗相当の抵抗器 31 電圧計 32 切り換え回路 33 電圧発生器 34 入力抵抗 35 増幅器 36 同期検波回路 37 信号発生回路 38 平滑回路 39 表示回路 40 被測定物 41 FET 42 抵抗器 43 コンデンサ 44 抵抗器 45 抵抗器 46 演算増幅器 47 抵抗器 48 FET 49 保護ダイオード 50 抵抗器 51 論理反転回路 52 電流制限用抵抗器 53 電流制限用抵抗器 54 LED−FETフォトカップラ 55 LED−FETフォトカップラ 56 演算増幅器 57 平滑用抵抗器 58 平滑用コンデンサー 59 演算増幅器 60 電圧計 61 発振器 62 異常発振防止用コンデンサー 63 発振周波数決定の為のコンデンサ 64 発振周波数決定の為の抵抗器 65 発振周波数決定の為の抵抗器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 検出電極の前面に基準電極を固定し容量
    結合をさせ、対向する被測定面からの電気力線が基準電
    極に達するように構成された表面電位プローブに於て基
    準電極を周期的且つ交互に検出電極と接地電位に接続す
    る切り換え回路を設ける事により表面電位プローブに入
    力される電気力線を交流化する事によって、被測定面の
    表面電位を測定する非接触型表面電位計。
JP4462594A 1994-02-07 1994-02-07 無振動交流式非接触表面電位計 Pending JPH07218567A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018173347A (ja) * 2017-03-31 2018-11-08 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 表面電位センサ、表面電位測定方法及び画像形成装置
CN114167153A (zh) * 2020-09-10 2022-03-11 台湾积体电路制造股份有限公司 用于测量环境静电的装置及方法与环境静电监控系统

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018173347A (ja) * 2017-03-31 2018-11-08 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 表面電位センサ、表面電位測定方法及び画像形成装置
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