JPH0943286A - 振動容量型電位計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バイアス磁石も逓倍器（又は分周器）も必要
としない振動容量型電位計を構成する。 【解決手段】 振動容量型電位計における直交変換器８
には、発振器５６から出力された周波数ｆの駆動信号が
供給されるが、その場合に半波整流器１００においてそ
の駆動信号が半波整流され、半波駆動信号が電磁コイル
２２に供給される。すると、直交変換器８の振動電極３
８は、半周期ごとに引力を受けることになり、残りの半
周期では屈曲による復元力が働く。これによって振動電
極３８の振動周期はｆとなる。同期検波器６４では、周
波数ｆの信号に対し発振器５６で発生された周波数ｆを
利用して同期検波を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放射線検出器からの
信号の計測に使用される振動容量型電位計に関し、特に
バイアス磁石や逓倍器等を不要にできる回路構成に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】振動容量型電位計は、入力バイアス電流
がきわめて小さいことから、出力インピーダンスの高い
電離箱等の放射線検出器からの微弱な信号（電荷）を増
幅して計測する場合に使用される。その振動容量型電位
計は、取り込まれた電荷を直流から交流に変換する直交
変換器、その出力に対して同期検波を行う同期検波器、
及び、同期検波された信号の電位を測定する電位計など
で構成される。

【０００３】図４には、従来の直交変換器の断面図が示
されている。また、図５にはその直交変換器を含む従来
の振動容量型電位計の要部構成がブロック図として示さ
れている。

【０００４】図４において、ステンレス製の容器１０
は、円筒形状の胴部１２、上蓋１４及び底板１６とで構
成され、その内部は気密空間とされて不活性ガスが充填
されている。底板１６の下方にはベース１８が配置さ
れ、そのベース１８上に永久磁石からなるバイアス磁石
２０及び電磁コイル２２が配置されている。これらの作
用については後述する。

【０００５】容器１０内部において、底板１６上には支
柱としてネジ２４が起立配置され、そのネジ２４によっ
て水平台２６が保持されている。ここで、ネジ２４及び
それに螺合するナットを含む高さ調整機構２８によっ
て、水平台２６の高さは調整可能である。水平台２６上
には、アルミナセラミックなどで構成される絶縁基板と
しての台座３２が支柱３０によって支持固定されてい
る。水平台２６によって保持されたサファイアなどで構
成される絶縁体３４によって、金メッキされた対向電極
３６が支持固定されている。この対向電極３６はおよそ
漏斗状の外形を有し、その先端の電極面が振動電極３８
に対向している。

【０００６】矩形薄板状の振動電極３８は、例えば磁性
体の表面に導電性をもたせるために金メッキを施したも
のであり、従来、その厚さは例えば０．５ｍｍで、その
一端側が保持部４０によって保持され振動自在とされて
いる。なお、その磁性体としては、強磁性体（ただし、
従来においては残留磁性を有していないもの）である例
えばニッケル材が用いられている。振動電極３８は、そ
れが振動した場合に、底壁１６の一部をなす薄い隔壁４
０及び対向電極３６に接触しないように高さ調整され
る。ここで、対向電極３６の先端面と振動電極３８との
間の距離は、上述の高さ調整機構２８によって調整可能
である。隔壁４０は、ステンレス材などで構成され、そ
の厚さは例えば３ｍｍであり、電磁コイル２２にて発生
する電磁ノイズを低減する。

【０００７】台座３２には、この従来例において二重円
筒形状のコンデンサ４２が固定され、具体的には、コン
デンサ４２は内筒４４と外筒４６で構成される。内筒４
４は、ノイズの影響を低減するために、高抵抗値を有す
る抵抗４８を収容している。なお、５０及び５２はサフ
ァイヤなどで構成される絶縁部材である。

【０００８】以上のように、この直交変換器において
は、コンデンサ４２と、振動電極３８及び対向電極３６
からなる容量可変型のコンデンサ３９と、が並列的に接
続されている（図５参照）。

【０００９】図４において、抵抗４８を介して対向電極
３６に電気的に接続された端子ａには、例えば電離箱か
らの電荷が取り込まれ、コンデンサ４２の外筒４６に導
電基板及び信号線を介して電気的に接続された端子ｃか
ら、出力信号が取り出される。振動電極３８には端子ｂ
が電気的に接続され、その端子ｂは例えば接地される。
また、２つの端子ｄ間には数ｋＨｚ程度の正弦波からな
る駆動信号が供給される。

【００１０】電磁コイル２２に駆動信号が供給される
と、その電磁コイル２２によって交番磁界が生じ、磁性
体で構成された振動電極３８を振動させる。この際、バ
イアス磁石２０の作用によって、振動電極３８には、交
番磁界に加えてバイアス磁界が作用することになり、そ
れら両者によって脈流的な磁界が印加される。

【００１１】いま、端子ａから電荷Ｑが取り込まれる
と、その電荷は２つのコンデンサ３９及び４２の容量比
に従って分配される。例えば、コンデンサ３９に電荷Ｑ
１が蓄積され、コンデンサ４２に電荷Ｑ２が蓄積される
（Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２）。ところが、電磁コイル２２にて発
生した交番磁界の作用によって、コンデンサ３９の電極
間距離が変化し、これによってコンデンサ３９の容量が
変化すると、その容量の変化に従って、前記電荷Ｑの分
配比率が変化することになる。そして、その変化が交流
信号として端子ｃに現れる。

【００１２】図６にはバイアス磁界が存在しない場合の
従来の直交変換器の動作が示され、図７にはバイアス磁
界が存在する場合の従来の直交変換器の動作が示されて
いる。ここで、図６及び図７における（Ａ）には経時的
な磁界の変化が示され、（Ｂ）には振動電極３８が受け
る力の変化が示され、（Ｃ）には振動電極３８の変位が
示されている。

【００１３】図６の（Ａ）に示すように、バイアス磁界
を存在させず、周波数ｆの交番磁界のみを発生させた場
合、図７の（Ｂ）に示すように、その交番磁界により振
動電極３８が受ける力は、交番磁界が正負に極大をとる
ところで引力最大となっており、すなわち電磁コイルに
流れる電流の絶対値に振動電極３８に対する引力が比例
する。この場合、図６の（Ｃ）に示すように、振動電極
３８は、周波数２ｆで振動することが理解される。

【００１４】一方、図７に示すように、周波数ｆの交番
磁界に一定の磁界強度を有するバイアス磁界を加えた場
合、図７の（Ｂ）に示すように、振動電極３８は周期的
に変動する引力を受け（ただし、磁界の極性は反転せ
ず）、図７の（Ｃ）に示すように、振動電極３８は周波
数ｆで振動する。つまり、バイアス磁界を加えれば、振
動電極３８の振動周波数を電磁コイルの駆動信号の周波
数と一致させることができる。バイアス磁界の大きさ
は、図７の（Ａ）に示すように、それが変動しても極性
が変化しないように、すなわち正側（又は負側）のみに
おいて交番磁界が生じるように設定される。なお、駆動
信号の周波数は、振動電極３８の振動周波数が振動電極
３８の共振周波数かその近傍になるように設定される。

【００１５】図５には、直交変換器５４を含む振動容量
型電位計の構成がブロック図で示されている。発振器５
６は、電磁コイル２２に対して周波数ｆの駆動信号を供
給するものである。上述したように、この駆動信号によ
って電磁コイル２２が交番磁界を発生させ、その交番磁
界にバイアス磁石２０によるバイアス磁界を加えた脈流
磁界が図４の振動電極３８を振動させる。この振動によ
り、２つのコンデンサ間における容量比率が変化し、そ
の変化が出力信号として端子ｃに現れる。その出力信号
はＡＣ増幅器５８において増幅され、さらに分圧器６０
を介してＡＣ増幅器６２において増幅され、その増幅さ
れた信号が同期検波器６４に送られる。一方、発振器５
６からの駆動信号は波形整形器６６にも供給されてお
り、その波形整形器６６において正弦波が矩形波に変換
され、検波参照信号となって出力される。その検波参照
信号は、移相器６８において同期検波のための位相調整
がなされた後、同期検波器６４に供給される。

【００１６】同期検波器６４では、その検波参照信号が
スイッチング信号となって、ＡＣ増幅器６２から出力さ
れた信号の正負極性が判別され、検波された後の信号が
ＤＣ増幅器７０において増幅された後、次の電位計（図
示せず）へ出力される。なお、帰還素子７２を介して、
検波された信号が帰還されているが、これによって回路
の動作が安定する。

【００１７】ちなみに、バイアス磁石２０を使用しない
場合、図６に示したように、直交変換器からの出力され
る信号の周波数は、駆動信号の周波数ｆに対して２ｆと
なる。それゆえ、同期検波を行うためには、発振器５６
から出力される信号の周波数を逓倍器において２倍（２
ｆ）にし、それを同期検波器６４に供給する必要があ
る。あるいは、同期検波において周波数ｆをそのまま利
用するためには、駆動信号の周波数ｆを分周器で１／２
に分周して電磁コイルに供給し、これによって周波数ｆ
／２の磁界を発生させて振動電極３８の振動周波数をｆ
にする必要がある。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
振動容量型電位計においては、装置を小型化・軽量化す
るためにバイアス磁石を不要にしたいとの要請がある。
しかしながら、バイアス磁石を除去すると、振動電極の
振動周波数が電磁コイルの駆動信号の周波数の２倍とな
り、上述のように逓倍器又は分周器が必要となってしま
う。そのような回路ではＰＬＬなどに基づく比較的複雑
な回路構成が必要とされ、装置のコストダウンを図るこ
とができない。

【００１９】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、バイアス磁石も逓倍器（又は
分周器）も必要としない振動容量型電位計を提供するこ
とを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、入力信号を直流から交流に変換する手段
であって、対向電極に対して非接触かつ近接して配置さ
れた振動電極を電磁コイルにて発生される周期的変動磁
界で振動させる直交変換器と、周波数ｆの駆動信号を発
生する発振器と、前記周波数ｆの駆動信号を半波整流し
て、その半波駆動信号を前記電磁コイルに供給する半波
整流器と、前記周波数ｆの駆動信号を利用して、前記直
交変換器からの出力信号に対して同期検波を行う同期検
波回路と、を含み、前記半波駆動信号を前記電磁コイル
に供給して、前記振動電極の振動周波数を前記周波数ｆ
と同一にしたことを特徴とする。

【００２１】上記構成によれば、発振器にて周波数ｆの
駆動信号が発生され、半波整流器はその駆動信号に対し
て半波整流を行う。半波整流後の半波駆動信号が電磁コ
イルに供給されると、一方極性のみの周期的変動磁界が
生じる。すると、振動電極には半周期毎に断続的に引力
が働くことになり、残りの半周期では振動電極において
屈曲からの復元力が生じることになる。この作用によ
り、振動電極は周波数ｆで振動することになり、直交変
換器から出力される信号の周波数もｆとなる。よって、
同期検波器においては、発振器で発生した信号の周波数
ｆを２倍に逓倍することなくそのままの周波数で入力信
号の同期検波を行うことができる。

【００２２】すなわち、半波整流器というきわめて簡単
な回路によって、その検出効率は実験によれば例えば７
０パーセントに低下するものの、バイアス磁石あるいは
逓倍器（又は分周器）が不要となり、装置の構成をきわ
めて簡略化できる。本発明の好適な態様においては、半
波整流器は単なる１個のダイオードで構成される。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面に基づいて説明する。

【００２４】図１には、本発明に係る振動容量型電位計
の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成
図である。また、図２には、本発明に係る直交変換器の
断面図が示されている。図１及び図２における構成にお
いて、図４及び図５に示した従来と同様の構成には同一
符号をつけその説明を省略する。

【００２５】図１において、この実施形態の振動容量型
電位計では、発振器５６と電磁コイル２２との間に半波
整流器１００が設けられている。この半波整流器１００
によって発振器５６から出力された正弦波の駆動信号
は、半波整流され、半波駆動信号となって電磁コイル２
２に供給される。

【００２６】後述するように、このような半波整流によ
って、従来必要とされていたバイアス磁石あるいは逓倍
器（又は分周器）を設ける必要がなくなる。

【００２７】すなわち、図２には、図１に示す直交変換
器８の断面図が示されており、この断面図が示すように
従来において設けられていたバイアス磁石（図４参照）
は設けられていない。その他の構成は図４に示した構成
と同じである。

【００２８】図３には、直交変換器８の動作が示されて
いる。（Ａ）は、電磁コイル２２で発生する磁界の経時
的な変化が示され、（Ｂ）にはその磁界によって振動電
極３８に生ずる力が示され、（Ｃ）には、振動電極３８
の変位が示されている。

【００２９】図３（Ａ）に示すように、半波整流器１０
０によって駆動信号が半波整流されているため、その半
波駆動信号により電磁コイル２２が駆動されると、正弦
波の一方極性側の波を切り取ったように磁界が変化す
る。（Ｂ）に示すようにこのような磁界は半周期ごとに
振動電極３８に力を及ぼすことになり、それ以外の半周
期においては振動電極の屈曲による復元力が働くことに
なる。従って、（Ｃ）に示すように、電磁コイル２２に
よる引力と復元力とが交互に現れることになり、振動電
極は両極性側に振動することになる。このときの周波数
は、発振器５６が出力した駆動信号の周波数のｆと同一
であり、このようなことから理解されるように同期検波
器６４においては、発振器５６で発生された周波数ｆを
そのまま利用することが可能となる。

【００３０】図１に示されるように、本実施形態におい
て半波整流器１００は１個のダイオードで構成され、極
めて簡易な構成によってバイアス磁石あるいは逓倍器な
どを除去できることが理解される。

【００３１】以上のように本実施形態では、発振器５６
で発生された周波数ｆの信号を半波整流することによっ
てその信号にｆ／２の成分をもたせ、その成分によって
断続的に振動電極３８に対して引力を及ぼすことによっ
て直交変換器８から周波数ｆの出力信号を取り出すもの
である。それゆえ、本実施形態によれば、バイアス磁石
は不要であり、また逓倍器や分周器なども不要である。

【００３２】もちろん、半波整流によると正弦波の半分
がカットされてしまうため、効率が落ちるが、直交変換
器の入出力特性は直線的で極めて良好であり、その効率
も約７０％程度を維持できる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
振動容量型電位計においてバイアス磁石や逓倍器（又は
分周器）を除去できる。また、その除去に当たっての必
要とされる半波整流器は極めて簡易な回路で実現できる
ため、装置全体としての構成を簡略化できるという利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る振動容量型電位計の全体構成を
示す図である。

【図２】 本発明に係る振動容量型電位計における直交
変換器の断面図である。

【図３】 図２に示す直交変換器の動作を示す図であ
る。

【図４】 従来の直交変換器の断面図である。

【図５】 従来の振動容量型電位計の全体構成を示す図
である。

【図６】 図５に示す回路構成においてバイアス磁石２
０を用いない場合の直交変換器の動作を示す図である。

【図７】 図５に示す回路構成においてバイアス磁石を
用いた場合の直交変換器の動作を示す図である。

【符号の説明】

８ 直交変換器、３６ 対向電極、３８ 振動電極、３
９ 振動容量型コンデンサ、２２ 電磁コイル、５６
発振器、６４ 同期検波器、１００ 半波整流器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号を直流から交流に変換する手段
   であって、対向電極に対して非接触かつ近接して配置さ
   れた振動電極を電磁コイルにて発生される周期的変動磁
   界で振動させる直交変換器と、 周波数ｆの駆動信号を発生する発振器と、 前記周波数ｆの駆動信号を半波整流して、その半波駆動
   信号を前記電磁コイルに供給する半波整流器と、 前記周波数ｆの駆動信号を利用して、前記直交変換器か
   らの出力信号に対して同期検波を行う同期検波回路と、 を含み、前記半波駆動信号を前記電磁コイルに供給し
   て、前記振動電極の振動周波数を前記周波数ｆと同一に
   したことを特徴とする振動容量型電位計。
2. 【請求項２】 請求項１記載の振動容量型電位計におい
   て、 前記半波整流器はダイオードで構成されたことを特徴と
   する振動容量型電位計。