CN101616355A - 驻极体的表面电压测定方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及驻极体的表面电压测定方法及其装置。以具有驻极体电介质膜(11)的固定极(10)为被测定固定极测定驻极体电介质膜(11)的表面电压，包括：测定电极(37)；信号测定单元；参照电极(20)；直流电压源(21)；及电压测定单元，将驻极体电介质膜(11)和参照电极(20)相对测定电极(37)以相同面积、高度并置，由振动发生单元(34)使测定电极(37)振动，且由直流电压源(2)向参照电极(20)施加与驻极体电介质膜(11)的带电电荷相反极性的预定直流电压，由电压测定单元(22)测定信号测定单元(42)的读值为最小时的直流电压，以该相反极性的电压值为驻极体电介质膜(11)的表面电压。

Description

驻极体的表面电压测定方法及其装置

技术领域

本发明涉及在驻极体电容传声器(electret condenser microphone)的固定极上设置的驻极体(electret)的表面电压测定方法及其装置，更详细地说，涉及能够不使用表面电压计且不受周围干扰影响适当地测定驻极体的表面电压的技术。

背景技术

在驻极体电容传声器组件(unit)中，在固定极或者振动板中的任一个上具有驻极体电介质膜，对驻极体电介质膜进行驻极体化处理(极化处理)，从而形成极化电压。

由此，具有如下优点：不需要DC-CD变换器等的极化电源，能够使传声器的电子电路变得简单。另外，由于驻极体电介质膜自身是电绝缘材料，所以，也有不会发生由极化电压的泄漏引起的噪声这样的优点。

驻极体电介质膜使用例如FEP(Fluorinated Ethylene Propylene：聚全氟乙丙烯)等。这种驻极体材料具有如下特别的性质，即，若利用例如电晕放电等施加直流的高电压，则进行极化，并在除去该电压后，也残存极化。从带电电荷的寿命角度考虑，通常被带电为负。

另一方面，对于驻极体材料来说，在施加直流高电压来进行驻极体化时，控制其表面电压比较难，所以，需要适当地进行老化。

另外，在背板驻极体(back electret)型传声器的情况下，振动板有时被部分地吸附，该背板驻极体型传声器在驻极体的表面电压上容易产生偏差，并在固定极侧设置有驻极体电介质膜。

特别是，在演播室(studio)收音等中使用的传声器要求高性能，因此需要注意在通过老化等进行的表面电压的调整上要细心，另外，表面电压的偏差成为深刻的问题。

此外，在背板驻极体型、膜驻极体型的任意一种的情况下，在驻极体的表面电压在整体上较高的情况下，振动板被拉到固定极侧而发生移位。静电电容因该偏压上的移位而变高，伴随于此，与表面电压变高的情况同样地，灵敏度等效地上升，另一方面，针对吸附的稳定度变低。

驻极体的表面电压能够通过在市场上出售的非接触方式的例如振动电容型的表面电压计来测定。通常，这种表面电压计以距离引起的误差少的方式设计，但是，在组装了振动板和固定极的状态下，该表面电压是否合适，就无法测定。

因此，在专利文献1(日本特许公开2006-174125号公报)中提出了如下方法，即，将振动板和固定极隔着隔离物(spacer)对置地配置，实际上处于作为传声器进行动作的状态，其中，该振动板和固定极中的任一个被进行了驻极体化处理，通过振荡器经由功率放大器以预定频率驱动扬声器，由阻抗变换器测定通过对振动板提供声波而产生的静电电容的变化，从而测定驻极体的表面电压。

但是，在上述专利文献1记载的发明中，由于从扬声器对振动板提供声波来使振动板振动，所以，若周围噪音混入，则很可能导致产生测定误差。

发明内容

因此，本发明的课题在于，在模拟地组合了振动板和固定极的状态下，能够不受周围噪音等的影响，更正确地测定固定极侧的驻极体电介质膜的表面电压。

为了解决上述课题，本发明提供一种驻极体的表面电压测定方法，将具有被进行了极化处理的驻极体电介质膜的驻极体电容传声器用固定极作为被测定固定极，测定所述驻极体电介质膜的表面电压，其特征在于，包括：由振动发生单元驱动的表面平滑的测定电极、经阻抗变换器连接在所述测定电极上的信号测定单元(例如，电平测量器)、针对所述被测定固定极的参照电极、向所述参照电极施加直流电压的直流电压源和测定所述直流电压的电压测定单元(例如，电压计)，将所述被测定固定极的所述驻极体电介质膜和所述参照电极相对于所述测定电极以相同面积、相同高度并排设置，由所述振动发生单元使所述测定电极以规定的频率、振幅振动，并且，由所述直流电压源向所述参照电极施加与所述驻极体电介质膜的带电电荷反极性的预定直流电压，由所述电压测定单元测定所述信号测定单元的读值为最小时的所述直流电压。

在本发明中，若将被测定固定极的驻极体电介质膜和参照电极相对于测定电极以相同面积、相同高度并排设置，则在与驻极体电介质膜对置的测定电极的表面上感应出与驻极体电介质膜的带电电荷(通常为负电荷)反极性的电荷(正电荷)，当由振动发生单元使测定电极振动时，测定电极模拟地成为振动板，与电容传声器同样地，该信号经阻抗变换器提供给信号测定单元(例如，电平测量器)，在该状态下，当由直流电压源向参照电极施加与驻极体电介质膜的带电电荷反极性(正)的预定直流电压时，在与参照电极对置的测定电极的表面上感应出与驻极体电介质膜的带电电荷同极性的电荷(负电荷)，由此，在测定电极的表面上正电荷和负电荷混在一起，当使所施加的直流电压可变，将两电荷中和时，信号测定单元(例如，电平测量器)的读值变为最小(理想上为零)，若由电压测定单元(例如电压计)测定此时的直流电压值，则该直流电压值的反极性值成为驻极体电介质膜的表面电压。

据此，在模拟组合了振动板和固定极的状态(接近实际的使用状态的形式)下，能够不受周围噪音等的影响，更正确地测定固定极侧的驻极体电介质膜的表面电压。

根据本发明优选的方式，作为所述振动发生单元，采用由振荡器驱动的压电元件。

另外，至少在测定中将所述被测定固定极接地，在非测定中将所述参照电极接地。另外，作为所述参照电极，采用具有与所述被测定固定极的所述驻极体电介质膜相同的表面积的电极。

在本发明中也包含一种驻极体的表面电压测定装置。即，将具有被进行了极化处理的驻极体电介质膜的驻极体电容传声器用固定极作为被测定固定极，测定所述驻极体电介质膜的表面电压，其特征在于，包括：针对所述被测定固定极的参照电极、具有将所述被测定固定极和所述参照电极并排设置的大小的表面平滑的测定电极、使所述测定电极以预定的频率和振幅振动的振动发生单元、经由阻抗变换器连接在所述测定电极上的信号测定单元(例如，电平测量器)、向所述参照电极施加与所述驻极体电介质膜的带电电荷反极性的直流电压的可变直流电压源、测定所述直流电压的电压测定单元(例如，电压计)、将所述被测定固定极的所述驻极体电介质膜和所述参照电极以相同表面积以及相同高度相对于所述测定电极并排设置的由电绝缘材料形成的支撑壳体。

在所述驻极体的表面电压测定装置中，所述振动发生单元优选采用由振荡器驱动的压电元件。

另外，与电容传声器同样地，作为所述阻抗变换器可以使用FET(场效应晶体管)。

进而，具有将所述被测定固定极接地的接地端子，至少在测定中将所述被测定固定极接地。

另外，具有切换开关，有选择地将所述参照电极连接到所述可变直流电压源上或者接地，在非测定时所述被测定固定极接地。

据此，作为主要的构成部件，使用振动发生单元(优选为压电元件)、阻抗变换器(优选为电容传声器用的FET)以及电平测量器、直流电源和参照电极即可，由于都不是特殊的部件，所以，能够便宜地构成测定装置。

作为优选的方式，在所述支撑壳体上设置有两个开口部，该两个开口用于使所述被测定固定极的所述驻极体电介质膜和所述参照电极的各一部分以相同表面积与所述测定电极对置。优选所述各开口部是与所述驻极体电介质膜的有效面积大致相同的大小。

另外，例如当在驻极体电介质膜或测定电极的测定系统发生带电电荷的泄漏时，测定值相对于对参照电极施加的电压明显偏差，因此能够适当对电极进行处置(例如清扫电极等)。

附图说明

图1是概略地示出本发明的驻极体的表面电压测定装置的结构的示意图。

具体实施方式

下面，参照图1对本发明的实施方式进行说明，但是，本发明不限于此。图1是概略地示出本发明的驻极体的表面电压测定装置的结构的示意图。

如图1所示，该表面电压测定装置中，将在一个面上具有驻极体电介质膜11的驻极体电容传声器用固定极10作为被测定固定极，使用参照电极20，测定驻极体电介质膜11的表面电压。此外，驻极体电介质膜11通过极化处理而带负电。虽然没有图示，但该表面电压测定装置具有用于在测定时将固定极10接地的接地端子。

参照电极20优选使用具有与驻极体电介质膜11相同的表面积的电极。在测定时，对参照电极20施加预定的直流电压。因此，对于该表面电压测定装置来说，作为测定电源系统，具有经由开关23连接到参照电极20上的输出电压可变的直流电压源21、和测定该输出电压的电压计(电压测定单元)22。

另外，该表面电压测定装置具有用于在测定时将固定极10和参照电极20并排设置的支撑壳体30。支撑壳体30由合成树脂或陶瓷等电绝缘材料构成。

在壳体30内，以预定间隔立设有高度相等的支柱32、32。在支柱32、32的上端间架设有由金属板构成的振动板33。在振动板33的下表面侧设置有作为振动发生单元的压电元件34。

在压电元件34的下表面，添设有针对压电元件34的一个驱动电极35。在该实施方式中，将振动板33兼用作针对压电元件34的另一个驱动电极，在振动板33和驱动电极35之间连接有振荡器(oscillator)38。在该实施方式中，振动板33侧被接地，但是，也可以将驱动电极35侧接地。

在振动板33的上表面，隔着电绝缘材料36设置有测定电极37。优选测定电极37具有比将固定极10和参照电极20合起来的表面积大的表面积，并且其表面平滑。

如图1所示，在支撑壳体30的上表面，将固定极10和参照电极20并排设置，并且固定极10和参照电极20不接触，但是，为了使固定极10的驻极体电介质膜11和参照电极20为相同表面积地与测定电极37对置，在支撑壳体的上表面上穿设有相同直径的两个开口部31a、31a。

由此，使固定极10和参照电极20在支撑壳体30的上表面位于开口部31a、31a地载置，由此，固定极10的驻极体电介质膜11和参照电极20以相同表面积、相同高度与测定电极37对置。此外，优选开口部31a、31a具有与驻极体电介质膜11的有效电极面对应的大小。

另外，对于该表面电压测定装置来说，作为信号测定系统，具有经由阻抗变换器41连接在测定电极37上的电平测量器(信号测定单元)42。阻抗变换器41优选使用高输入阻抗的FET(场效应晶体管)，也能够用电容传声器的阻抗变换电路代用。

此外，上述测定电源系统所包含的开关23具有与直流电压电源21连接的活接点23a、和接地接点23b，在该实施方式中，接地接点23b经振动板33被接地。

根据本发明，作为一个例子，如下所示，测定固定极10的驻极体电介质膜11的表面电压。

首先，将开关23切换到接地接点23b侧，将参照电极20接地，此外，将固定极10接地，在该状态下，将固定极10和参照电极20分别载置在位于支撑壳体30的上表面上的开口部31a、31a上，使固定极10的驻极体电介质膜11与测定电极37对置。

由此，在测定电极37的与驻极体电介质膜11对置的部分的表面感应出正电荷，与从外部对测定电极37施加直流电压(对地间(対接地間))的情况等效(直流电压偏压)。此外，由于固定极10被接地，所以固定极自身的电位没有变化。

在此，由振荡器38对压电元件34提供预定频率、预定振幅的驱动信号，使压电元件34动作，使测定电极37振动。由此，固定极10和测定电极37之间的静电电容发生变化，根据电容传声器的工作原理，从阻抗变换器41输出与振荡器38的频率和振幅对应的电信号，电平测量器据此示出预定的读值。

接着，将开关23切换到活接点23a侧，由直流电压源21对参照电极20施加正(对地(対接地))的预定电压。由此，测定电极37的与参照电压20对置的部分的表面上感应出负电荷，先前感应出的测定电极37上的正电荷逐渐被中和。

这样，当进行正电荷的中和时，如同上述直流电压偏压变低，在完全中和的状态下，阻抗变换器41的输出消失，因此电平测量器42的读值变为最小(理想地为零)。

此时的施加在参照电极20上的直流电压的相反极性的电压与驻极体电介质膜11的表面电压相等。

因此，一边观察电平测量器42，一边将向参照电极20施加的直流电压从低电压向高电压扫描(sweep)，并由电压计22测定电平测量器42的读值示出最小时的直流电压，由此，能够以该测定电压的相反极性电压作为驻极体电介质膜11的表面电压。

此外，在测定后将开关23切换到接地接点23b侧，将参照电极20接地，从而参照电极20的电荷被放电，因此在下次测定上不会产生障碍。

如以上说明的那样，根据本发明，在模拟地组合振动板和固定极的状态(接近实际使用状态的方式)下，能够不受周围噪音等的影响，更正确地测定固定极侧的驻极体电介质膜的表面电压。

另外，作为主要的构成部件，使用振动发生单元(优选压电元件)、阻抗变换器(优选电容传声器用的FET)以及电平测量器、直流电源和参照电极即可，由于都不是特殊的部件，所以能够便宜地构成测定装置。

另外，若例如在驻极体电介质膜或测定电极的测定系统中发生带电电荷的泄漏，则测定值相对于针对参照电极的施加电压有很大偏差(drift)，因此能够适当地进行针对于此的处置(例如电极的清扫等)。

此外，在支撑壳体30上形成的两个开口部31a、31a为相同直径，从而固定极10和参照电极20的针对测定电极37的表面积(对置面积)相同，因此未必需要固定极10和参照电极20为相同形状。

另外，也能够准备例如微型计算机等的控制部，作为自动控制方式。

即，也能够对阻抗变换器的输出进行A/D变换，将该数字信号输入到设定了与上述电平测量器42的最小值相当的阈值的比较器(comparator)中，并且，对电压计22的输出进行A/D变换，作为数字信号而获取，由控制部读出比较器的输出被输出时刻的直流电压，将该相反极性的电压值作为驻极体电介质膜的表面电压显示在显示器等上。

Claims (12)

1.一种驻极体的表面电压测定方法，将具有进行了极化处理的驻极体电介质膜的驻极体电容传声器用固定极作为被测定固定极，测定所述驻极体电介质膜的表面电压，其特征在于，

包括：由振动发生单元驱动的表面平滑的测定电极；经阻抗变换器连接在所述测定电极上的信号测定单元；针对所述被测定固定极的参照电极；向所述参照电极施加直流电压的直流电压源；以及测定所述直流电压的电压测定单元，

将所述被测定固定极的所述驻极体电介质膜和所述参照电极相对于所述测定电极以相同表面积以及相同高度并排设置，利用所述振动发生单元使所述测定电极以预定的频率以及振幅振动，并且，由所述直流电压源向所述参照电极施加与所述驻极体电介质膜的带电电荷相反极性的预定的直流电压，由所述电压测定单元测定所述信号测定单元的测定值为最小时的所述直流电压。

2.如权利要求1所述的驻极体的表面电压测定方法，其特征在于，

所述振动发生单元使用由振荡器驱动的压电元件。

3.如权利要求1或2所述的驻极体的表面电压测定方法，其特征在于，

至少在测定中将所述被测定固定极接地。

4.如权利要求1或2所述的驻极体的表面电压测定方法，其特征在于，

在非测定中将所述参照电极接地。

5.如权利要求1或2所述的驻极体的表面电压测定方法，其特征在于，

所述参照电极使用具有与所述被测定固定极的所述驻极体电介质膜相同表面积的电极。

6.一种驻极体的表面电压测定装置，将具有进行了极化处理的驻极体电介质膜的驻极体电容传声器用固定极作为被测定固定极，测定所述驻极体电介质膜的表面电压，其特征在于，

具备：针对所述被测定固定极的参照电极；具有将所述被测定固定极和所述参照电极并排设置的大小的表面平滑的测定电极；使所述测定电极以预定的频率以及振幅振动的振动发生单元；经由阻抗变换器连接在所述测定电极上的信号测定单元；向所述参照电极施加与所述驻极体电介质膜的带电电荷相反极性的直流电压的可变直流电压源；测定所述直流电压的电压测定单元；将所述被测定固定极的所述驻极体电介质膜和所述参照电极相对于所述测定电极以相同表面积以及相同高度并排设置的由电绝缘材料构成的支撑壳体。

7.如权利要求6所述的驻极体的表面电压测定装置，其特征在于，

所述振动发生单元由利用振荡器驱动的压电元件构成。

8.如权利要求6或7所述的驻极体的表面电压测定装置，其特征在于，

使用FET作为所述阻抗变换器。

9.如权利要求6、7或8所述的驻极体的表面电压测定装置，其特征在于，

具有将所述被测定固定极接地的接地端子。

10.如权利要求6所述的驻极体的表面电压测定装置，其特征在于，

具有选择性地将所述参照电极连接到所述可变直流电压源或者接地的切换开关。

11.如权利要求6所述的驻极体的表面电压测定装置，其特征在于，

在所述支撑壳体上设置有两个开口部，该两个开口部用于使所述被测定固定极的所述驻极体电介质膜和所述参照电极的各一部分以相同表面积与所述测定电极对置。

12.如权利要求11所述的驻极体的表面电压测定装置，其特征在于，

所述各开口部是与所述驻极体电介质膜的有效面积大致相同的大小。

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