DE3807355A1 - Verfahren und anordnung zur erfassung und detektion elektrostatischer und elektrokinetischer ladungen an textil- und anderen werkstoffen - Google Patents

Description

In vielen Bereichen der Technik ist die Detektion elektrostati­ scher oder elektronischer Ladungen auf Festkörper, die nicht leitend sind, sowie in Gasen, die aufgeladen oder ionisiert sind, eine wichtige Aufgabe geworden, da immer mehr Kunststoffe einge­ setzt werden und auch die moderne Elektronik gegen statische Elek­ trizität empfindlich sind.

So ist z. B. vorgeschlagen worden, an Näh- oder Textilmaschinen elktrostatische oder elektrokinetische Empfänger einzusetzen, die Ladungen der Nähfäden erfassen und diese zur Anzeige von Fadenbruch oder Fadenlauf verwenden.

So ist in der CH-Patentschrift 6 53 655 ein Verfahren und eine An­ ordnung beschrieben zur Fadenbruchüberwachung in einer Textil­ maschine, die mittels einer einzigen flächenförmigen einpoligen Elektrode, einem nachgeschalteten hochohmigen Verstärker mit nachfolgender Kippstufe die Aufgabe zu lösen versucht. In der DE-OS 31 13 423 und 32 20 660 sind ebenfalls identische Prob­ lemlösungen dazu beschrieben.

In der BRD Fachzeitschrift Industrieelektronik + Elektronik (iee) Heft 11/1987 ist unter dem Titel "Fadenschnüffler" eine elektro­ kinetische Sensoreinheit beschrieben, bei der statt einer einpoli­ gen Elektrode eine zweipolige Elektrode eingesetzt wird, die an einer hochstatischen Gleichspannung liegt, demnach einen Konden­ sator darstellt, zwischen dessen Kondensator-Platten das abzutasten­ de Material bewegt wird und die dabei abgegebene Ladung über einen Koppelkondensator einem Verstärker zuführt.

Bei der zuerst beschriebenen Lösung wird jegliche Art von elektro­ statischer Ladung, also nicht nur die des Fadens, sondern auch Fremdladungen vom Sensor aufgenommen. Dies bedeutet, daß vom Ver­ stärker nicht nur Fadenbewegung sondern auch sonstige elektrische Feldänderungen weiterverstärkt werden, so daß die Problemlösung total verfehlt ist und dieser Sensor seine Aufgabe nur bei gün­ stigsten Umständen erfüllen kann. Insbesondere wird, wenn der Faden z. B. positiv geladen ist, durch Annähern einer negativen Ladung an die einpolige Elektrode, dies kann eine Person sein, die Schuhe mit Gummisohlen trägt, die Gesamtladung ausgeglichen, so daß Fadenbruch vorgetäuscht wird. Auch ist die sich anschlies­ sende elektronische Schaltung sehr kompliziert und kann insbe­ sondere die Aufgabe nicht erfüllen, bei jedem Ladungswechsel ein Signal abzugeben, z. B. die Geschwindigkeit des Fadens selbst zu messen. Demgegenüber ist die unter dem Titel "Fadenschnüffler" beschriebene Lösung besser geeignet, da sie durch die Ausbildung als zweipolige Kondensatorelektrode zu einer weitgehenden Abschir­ mung gegen äußere elektrostatische Felder führt und durch die Kopplung des Verstärkers über einen Kondensator nur noch Wechsel­ komponenten zum Verstärker durchläßt.

Jedoch ist auch hier noch eine komplizierte elektronische Auswer­ tung notwendig, und insbesondere kann kein geschwindigkeitspro­ portionales Ausgangssignal geliefert werden, da die Effekte der Aufladung nicht von denen der Fadengeschwindigkeit getrennt werden können.

Die deshalb angestrebte Erfindung sucht eine Lösung, die von fol­ genden Grundsätzen ausgeht:

• - die Originalladungsverteilung soll möglichst unverfälscht er­ halten werden nach Polarität und Stärke,
• - es sollen nicht nur Ladungspunkte festgestellt werden, sondern auch flächige oder räumliche Verteilungen,
• - eine Ableitung der Geschwindigkeit eines bewegten geladenen Fest­ körpers soll möglich werden, z. B. durch Korrelationsmessung,
• - die weitgehende Abschirmung von äußeren Erscheinungen wie Fremd­ ladungen oder Temperatur und Luftfeuchtigkeit soll erreicht werden,
• - die diskrete und auch analoge Signalausgabe soll möglch sein.

Die Erfindung bedient sich dazu zuerst einer physikalischen Ana­ lyse der Erscheinungen der statischen Elektrizität.

So zeigt Fig. 1 unter Fall I, daß bei einem elektrostatisch posi­ tiv geladenen Gegenstand 1 bei Annäherung (Δ S) 5) an eine vorerst isolierte leitende Elektrode (E) 2 durch Influenz eine gleich große Ladungsverschiebung innerhalb der Elektrode auftritt, die positive Ladungen in die Basis (B) der Schalteinrichtung 3 drängt. Es gibt nun offensichtlich drei Möglichkeiten, die isolierte Elektrode (E) zu entladen.

Legt man die Elektrode an Masse (O), so wird wenn das statische Spannungspotential mit +Us bezeichnet wird, zur Masse die Span­ nungsdifferenz +Us anstehen.

Wird dagegen der Schalter im Zweig (+U) geschlossen, so wird die Spannungsdifferenz = +Us - (+U), schließt man den Schalter zu (-U) wird die Spannungsdifferenz Us - (-U) = Us + U, so daß in einem anschließenden Widerstand je nach Schalterstellung ein unter­ schiedlicher Spannungsabfall gemessen werden kann.

Wird nach Schalterschließung der Ladungsausgleich zeitlich abge­ wartet und der Schalter wieder geöffnet, so wird bei weiterer An­ wesenheit der geladenen Körper 1 auf der Elektrode die Influenz wiederum entstehen. Ist dagegen der geladene Körper entfernt, wird die Elektrode - da leitfähig - wieder elektrisch neutral.

Im Fall II kehren sich die Verhältnisse exakt um und die Spannungen werden

• gegen Masse = - Us
  gegen +Us = - Us - U
  gegen - Us = - Us + U.

Dies bedeutet, daß die Spannungsdifferenz gegen Betriebsspannung ± U immer dann am größten ist, wenn die zu detektierende Ladung entgegengesetztes Vorzeichen zum Ableitungspotential hat. Da der Ladungsausgleich je nach Übergangskapazitäten und angeschlossenem Eingangswiderstand der Folgestufe eine gewisse Zeit benötigt, wird bei schnell wechselnden Ladungsverhältnissen von positiver zu negativer Ladung aus dem eben diskutierten klar, daß bei Verwen­ dung von nur einer Elektrode bestimmter Polarität die positiven/ negativen Ladungsverhältnisse nicht einwandfrei zu erfassen sind. Lediglich bei bekannter nur positiver oder nur negativer zu er­ fassenden Ladung ist diese Anordnung vereinfachend zweckmäßig.

Im übrigen gibt es noch einen Fall III, der die Annäherung eines ungeladenen Körpers bedeutet, der jedoch in dieser Erfindung nicht weiter verfolgt wird.

Fig. 2 zeigt einen Detektor für positive Ladungen nach dieser Er­ findung. Hierbei wird für eine reine digitale Anwendung die hohe Eingangsempfindlichkeit von bekannten CMOS-Bausteinen ausgenutzt. Es handelt es sich hierbei um ein Inverter-NAND-Schmitt-Trigger mit zwei Eingängen, dessen einer Eingang 14 auf +U liegt und dessen zweiter Eingang durch ein CMOS-ODER-Glied 19 gebildet wird.

Der Detektor 12 empfängt nun positive Ladungen und es wird je nach Schalterstellung S 1 bis S 3 einer der Zweige über das ODER-Glied zum Nand-Gatter durchgeschaltet und am Ausgang 13 eine Signalver­ änderung herbeiführen.

Die Widerstände Rv dienen der Einstellung der Zweigempfindlichkeit, so daß je nach Schalterwahl sowie Rv-Eintellung des Detektors für unterschiedlich starke bis schwache Ladungen geeignet ist, auch je nach Betriebsspannung.

Fig. 3 stellt eine einfach geeignete Punkt-Elektrode hierzu dar, die aus 15 einem gut leitenden Elektrodenstift besteht sowie aus 17, einer guten Isolierung, 16 einem Anschlußdraht und 18 einer Abschirmung zur Masse, die bis ungefähr zu einem Drittel der Elektrodenlänge reicht, so daß die positive Ladung 20 nicht von dem Schirm abgezogen werden kann.

Diese Anordnung läßt sich erfindungsgemäß auch durch ein NOR- Gatter oder aber ODER-Gatter realisieren, wobei dann zu beachten ist, daß die Eingangsschaltungen zu Masse hin orientiert werden müssen, durch die andere NOR-Gatter-Logik gefordert.

Fig. 4 stellt eine Ringelektrode für fadenförmige Werkstücke dar, wobei lediglich auf die Flächenelektrode nach Fig. 3 ein Fadenführungsring 21 mit Öse 22 aufgeklebt wird oder geschraubt, so daß sich Flächen- und Ringelektrode problemlos ineinander um­ wandeln lassen.

Die bisherigen Ausbildungen der Erfindung sind für einfache Anwen­ dungen geeignet, bei denen nur geringe Störeinflüsse erwartet werden. Sind diese jedoch vorhanden, so wird erfindungsgemäß nach Fig. 5 vorgeschlagen, zusätzlich zu der Elektrode 12 eine Refe­ renzelektrode 12′ einzusetzen, die den gleichen Störeinflüssen wie die Elektrode 12 ausgesetzt ist, vor der allerdings die zu detek­ tierende Probe fehlt.

Beide Elektroden arbeiten z. B. auf dem Schmitt-Trigger mit NAND- Gatter 23/23′ sowie über Inverter 24/24′ auf ein gemeinsames XOR 25 (Exclusiv-oder)Glied. Führen beide Elektroden 12/12′ ausrei­ chend Ladung den Gattern zu, so daß diese durchschalten, so führt der Ausgang 26 L-Signal, was auf Überschreitung von Umweltladungen hinweist, also Fehlfunktionen anzeigt.

Fig. 6 läßt eine weitere Verbesserung der Elektrodenanordnung er­ kennen, wobei die Elektrode an ihrer empfindlichen Seite mit soge­ nannten Feldlinsen 27, die elektrostatisch oder elektromagnetisch mit Feldspannung arbeiten können, ausgerüstet sind, um die Ladung 28 auf die Elektrode zu fokussieren, gleichzeitig oder separat mit einem Saugluftanschluß 29/29′, der mit einem leichten Druck Δ p zusätzlich die Ladungen 28 auf die empfindliche Fläche der Elektrode lenkt. Dies kann bei Flächen wie Ringelektroden ange­ wandt werden. Statt Feldlinsen können sich auf der empfindlichen Seite der Elektrode auch sogenannte Elektrete befinden, um die Ladung zur Elektrode hin zu beschleunigen.

Fig. 7 gibt eine flächenförmige mehrfache Elektrode wieder, diese kann eben, kugelig oder sonst irgendwie Raumform aufweisen und besteht aus dem Isolierkörper 30, den nach bestimmten Mustern, z. B. X-Y verteilten Elektroden 31/32, die an eine Vielzahl von Auswerteschaltungen nach Fig. 2 oder Fig. 5 angeschlossen sind, um die räumliche oder flächige Verteilung einer elektro­ statischen Aufladung nachzuweisen.

Die Digitalschaltungen nach Fig. 2 oder 5 waren bisher nur für positive Ladungen ausgelegt. Zum Nachweis negativer Ladungen wären z. B. CMOS-Glieder mit negativer Betriebsspannung einsetzbar, wo­ bei diese zusammen mit den Sensorwiderständen auf einem IC inte­ griert werden.

Für Analoganwendungen schlägt die Erfindung nach Fig. 8 folgende Schaltung bzw. Anordnung vor. Es zeigt 33 eine einpolige Elektrode wie in Fig. 3/4/6 gezeichnet. Diese Elektrode führt direkt ohne weitere elektronische Zwischenglieder auf den Gate-Anschluß eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors (FET) 34 und von da über einen Drainwiderstand (R) 36, einen Parallel- oder Reihenkondensator 38 auf einen Verstärker 37.

Schon dem Namen nach eignet sich der N-Kanal-Feldeffekttransistor am besten zur Auswertung von Effekten elektrischer Felder. Zwischen den Elektroden "Source" und "Drain" enthält dieser Transitor eine sehr dünne Halbleiterschicht, die "Kanal" (K) genannt wird. Als Steuerelektrode wird das "Gate" (G) auf diesen Kanal. Wenn keine Spannung zwischen G und S liegt, dann verhält sich der Kanal wie ein geringer Widerstand.

Zwischen "Gate" und "Kanal" liegt eine Halbleiterschicht, die sich wie eine Isolierung verhält, solange das Gate nicht positiv gegen Source wird. Durch diese äußerst dünne Isolierschicht kann das Gate den Elektronenstrom im Kanal beeinflussen. Wenn das Gate negativ wird, verringert sich der Strom zwischen Drain und Source. Wenn die negative Spannung einen bestimmten Wert (Pinch-off- Spannung) erreicht, wird der Drainstrom praktisch ganz unterbun­ den. Den Steuereffekt des Gates kann man leicht demonstrieren, wenn man eine veränderliche Spannung zwischen Gate und Source legt. Die Isolation dieser Steuerelektrode ist aber so gut, daß man sie auch durch ein elektrostatisches Feld erregen kann.

Der Drainstrom I _D zeigt heftige Schwankungen, wenn man eine Ladung in 10 bis 30 cm Abstand an dieser Gateantenne vorbeiführt. Direkte Entladung der elektrostatischen Energie in die Antenne kann den Transistor zerstören.

Da die Gateelektrode sich gegenüber dem Kanal wie eine Diode ver­ hält, die positive Änderungen kurzschließt, können nur Beeinflus­ sungen durch negative Spannungen angezeigt werden. Der Drainstrom geht zurück, wenn ein negativ geladener Körper an die Antenne herangebracht wird, oder wenn eine positive Ladung von der Antenne fortbewegt wird. Beim Heranbringen einer positiven oder beim Weg­ führen einer negativen Ladung zeigt der Drainstrom keine wesent­ lichen Änderungen gegenüber seinem Ruhewert.

Um nun das Verhalten von Feldeffekttransistoren ausnützen zu kön­ nen, um positive und negative Ladungen anzuzeigen, wird nach Fig. 9 jeweils ein N-Kanal-FET und ein P-Kanal-FET (es können erfindungsgemäß auch Isolierschicht FET sog. MOS-FET's verwendet werden) folgendermaßen mit einer Elektrode zusammengeschaltet - von der einpoligen Elektrode 33 wird die Ladung auf den N-FET 39, der bei negativer Ladung sperrt und auf den P-FET 40, der bei positiver Ladung sperrt, verteilt und von da auf die beiden Aus­ gangskanäle 41 für negative Ladungen (A 1) und positive Ladungen (A 2) 42 das jeweilige Analogsignal ausgegeben.

Fig. 10 gibt einen Einblick in die Signalstruktur von A 1/A 2, wenn z. B, ein Faden 43 positive und negative Ladungen abwechselnd trägt und dabei durch die Elektrode von Fig. 4 geführt wird bei gemeinsamer Elektrode 33′ und getrennten Ausgängen.

Erfindungsgemäß werden die Ausgänge 41/42 auf einem gemeinsamen Kanal zusammengefaßt, so daß sie wie ein Wechselstrom weiterver­ arbeiten werden können, dazu wird ein Kanal vor Zusammenführen auf einem gemeinsamen Verstärker durch einen Inverter geschickt ohne Verstärkung, so daß sich der Signalverlauf aus Fig. 11 ergibt mit dem gemeinsamen Signal 46.

Desweiteren können diese Signale Kippstufen, Analog-Digital- Wandlern bzw. Microprozessoren zur Weiterverteilung zugeführt werden.

Die Detektion der positiven und negativen Ladungen durch eine gemeinsame Elektrode 33′ ist bei relativ langsamen Vorgängen mög­ lich. Bei schnellen Vorgängen sind durch Ausgleichszeiten Signal­ verzerrungen möglich. Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, jedem FET 39/40 eine eigene Elektrode für positive und negative Ladung zuzuordnen, da dann auch sehr schnelle Vorgänge erfaßt werden können.

Nach Fig. 12 liegen dann zwei Elektroden 48/48′ nach Fig. 3/4/6 in einem gemeinsamen Isoliergehäuse so dicht beieinander, daß die Ladungsanziehung durch Influenz bei guter gegeneinander wirkender Isolation 47 möglich ist, wobei 49 beide Leitungen gegenein­ ander abschirmt.

Selbstverständlich kann die Anordnung nach Fig. 7 auch mit den Schaltungen nach Fig. 8 und 9/10 und 11 sowie mit den Elektroden nach Fig. 12 realisiert werden.

In Fig. 13 ist mit 50 ein Paar Elektroden angegeben, das mit einem festen Abstand Δ Sp gegeneinander fixiert ist. Bei Einsatz der Schaltung z. B. nach Fig. 9 und 12 lassen sich über Kreuz­ korrelation die Geschwindigkeiten von bewegten Ladungen ermitteln in bekannter Weise über elektronische Korrelatoren.

Führt man diese erfinderische Idee nach Fig. 14 weiter aus, so kann man bei geeigneter flächiger Verteilung von Elektroden 52 und 53 auf einer Ebene oder im Raum bei gegenseitiger Mehr-Kanal- Kreuzkorrelation gegeneinander die Ladungsverteilung sowie Ge­ schwindigkeit eines geladenen Körpers 51 in einem Koordinaten­ system ermitteln, wobei zusätzlich Fokussierung nach Fig. 6 möglich ist.

An die Sensor-Matrix nach Fig. 14 können selbstverständlich - wie in der CCD-Kameratechnik - Datenspeicher, Zeilen- und Spalten­ ausleseschaltungen angekoppelt werden, womit sich ein elektro­ statisches Analogon zur optoelektronischen Bildverarbeitung ergibt.

Eine bevorzugte Anwendung findet das erfindungsgemäße Verfahren bei der Detektion von elektrostatischen Ladungen in der allge­ meinen Technik, besonders in Textil- und Kunststoffverarbeitung sowie als Fadenwächter an Näh-, Strick-, Stepp- und Tuftmaschinen, wobei insbesondere Anordnungen nach Fig. 2/3/4/6/9/12 und 13 zum Einsatz gelangen und diese insbesondere mit der Drehzahl der Näh­ maschine, der Bewegung der Unterfadenspule, der Stichlänge sowie der Anwesenheit von Nähgut gekoppelt ist.

Das Verfahren sowie die beschriebene Einrichtung leisten somit einen Beitrag zur allgemeinen Weiterentwicklung der Sensortechnik besonders in der Textil- und Nähautomation.

Claims (13)

1. Verfahren und Anordnung zur Detektion elektrostatischer oder elektrokinetischer Ladungen auf Festkörpern, die nicht lei­ tend sind, sowie in Gasen, die aufgeladen oder ionisiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Originalladungsver­ teilung unverfälscht gemessen wird nach getrennter Polarität und Stärke, nicht nur Ladungspunkte festgestellt werden, sondern auch flächige oder räumliche Verteilungen, eine Ableitung der Geschwindigkeit eines bewegten geladenen Festkörpers vorge­ nommen wird, z. B. durch Korrelationsmessung, die weitgehende Abschirmung von äußeren Erscheinungen wie Fremdladungen oder Temperatur und Luftfeuchtigkeit vorgenommen wird, sowie die diskrete und auch analoge Signalausgabe vorgenommen wird.

2. Verfahren und Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei der Detektion von elektrostatischen Ladungen in der all­ gemeinen Technik, besonders in Textil- und Kunststoffverar­ beitung sowie als Fadenwächter in Näh-, Strick-, Stepp- und Tuftmaschinen, insbesondere in Anordnungen nach Fig. 2/3/ 4/6/9/12 und 13 zum Einsatz kommt und diese insbesondere mit der Drehzahl der Nähmaschine, der Bewegung der Unterfaden­ spule, der Stichlänge sowie der Anwesenheit von Nähgut und Nähgutdicke ge­ koppelt ist.

3. Anordnung nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einem Detektor für positive Ladungen für eine reine digitale Anwendung die hohe Eingangsempfindlich­ keit von bekannten CMOS-Bausteinen ausgenutzt wird durch ein Inverter-NAND-Schmitt-Trigger mit zwei Eingängen, dessen einer Eingang 14 auf +U liegt und dessen zweiter Eingang durch ein CMOS-ODER-Glied 19 gebildet wird, wobei der Detek­ tor 12 positive Ladungen empfängt und je nach Schalter­ stellung S 1 bis S 3 einer der Zweige über das ODER-Glied zum Nand-Gatter durchschaltet und am Ausgang 13 eine Sig­ naländerung herbeiführt, wobei die Widerstände Rv der Ein­ stellung der Zweigempfindlichkeit dienen, so daß je nach Schalterwahl sowie Rv-Einstellung der Detektor für unter­ schiedlich starke bis schwache Ladungen geeignet sind, auch je nach Betriebsspannung.

4. Anordnung nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine einfache geeignete Punkt-Elektrode aus (15) einem gut leitenden Elektrodenstift besteht sowie aus (17), einer guten Isolierung, (16) einem Anschlußdraht und (18) einer Abschirmung zur Masse, die bis ungefähr zu einem Drittel der Elektrodenlänge reicht, so daß die positive La­ dung (20) nicht von dem Schirm abgezogen werden kann, wobei diese Anordnung sich erfindungsgemäß auch durch ein NOR- Gatter oder aber ODER-Gatter realisieren läßt, unter Beach­ tung, daß dann die Eingangsbeschaltungen zu Masse hin orientiert werden.

5. Anordnung nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer Ringelektrode für fadenförmige Werkstücke auf die Flächenelektrode nach Fig. 3 ein Faden­ führungsring (21) mit Öse (22) aufgeklebt wird oder geschraubt, so daß sich Flächen- und Ringelektrode problemlos ineinan­ der umwandeln lassen.

6. Anordnung nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zusätzlich zu der Elektrode (12) eine Referenz­ elektrode (12′) eingesetzt wird, die den gleichen Störein­ flüssen wie die Elektrode (12) ausgesetzt ist, vor der aller­ dings die zu detektierende Probe fehlt, wobei beide Elek­ troden z. B. auf den Schmitt-Trigger mit NAND-Gatter (23/23′) sowie über Inverter (24/24′) auf ein gemeinsames XOR (25) (Exclusiv-oder)Glied arbeiten, so daß beide Elektroden (12/12′) ausreichend Ladung den Gattern zuführen, diese durchschalten, so führt der Ausgang (26) L-Signal, was auf Überschreitung von Umweltladungen hinweist und Fehlfunktionen anzeigt.

7. Anordnung nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elektrode an ihrer empfindlichen Seite mit sogenannten Feldlinsen (27), die elektrostatisch oder elektromagnetisch mit Feldspannung arbeiten können, ausge­ rüstet ist, um die Ladung (28) auf die Elektrode zu fokussie­ ren, gleichzeitig oder separat mit einem Saugluftanschluß (29/29′), der mit einem leichten Druck (Ap) zusätzlich die La­ dungen (28) auf die empfindliche Fläche der Elektrode lenkt; dies kann bei Lächen wie Ringelektroden angewandt werden; statt Feldlinsen können sich auf der empfindlichen Seite der Elektrode auch sogenannte Elektrete befinden, um die Ladung zur Elektrode hin zu beschleunigen.

8. Anordnung nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine flächenförmige mehrfache Elektrode eben, kugelig oder sonst irgendwie Raumform aufweist und aus dem Isolierkörper (30) besteht, den nach bestimmten Mustern, z. B. (X-Y) verteilten Elektroden (31/32), die an eine Vielzahl von Auswerteschaltungen nach Fig. 2 oder Fig. 5 angeschlossen sind, um die räumliche oder flächige Verteilung einer elek­ trostatischen Aufladung nachzuweisen.

9. Anordnung nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Nachweise negativer Ladungen z. B. CMOS- Glieder mit negativer Logik eingesetzt werden, wobei diese zusammen mit den Sensorwiderstäden auf einem IC integriert werden.

10. Anordnung nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltung bzw. Anordnung mittels (33) einer einpoligen Elektrode wie in Fig. 3/4/6 gezeichnet, direkt ohne weitere elektronische Zwischenglieder auf den Gate-An­ schluß eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors (FET) (34) und von da über einen Drainwiderstand (R) (36), einen Parallel- oder Reihenkondensator (38) auf einen Verstärker (37) führt.

11. Anordnung nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verhalten von Feldeffekttransistoren aus­ genützt wird, um positive und negative Ladungen anzuzeigen, wobei jeweils ein N-Kanal-FET und ein P-Kanal-FET (es können erfindungsgemäß auch Isolierschicht FET sog. MOS-FET's ver­ wendet werden) so mit einer Elektrode zusammengeschaltet werden, daß von der einpoligen Elektrode (33) die Ladung auf den N-FET (39) führt, der bei negativer Ladung sperrt und auf den P-FET (40), der bei positiver Ladung sperrt, und von da auf die beiden Ausgangskanäle (41) für negatve Ladungen (A 1) und positive Ladungen (A 2) (42) das jeweilige Analogsignal ausgegeben wird, wobei wenn z. B. ein Faden (43) positive und negative Ladungen abwechselnd trägt und dabei durch die Elektrode von Fig. 4 geführt wird, gemeinsame Elektroden (33′) und getrennte Aus­ gänge eingesetzt werden, oder die Ausgänge (41/42) auf einem gemeinsamen Kanal zusammengefaßt sind, so daß sie wie ein Wechselstrom weiterverarbeitet werden können, dazu wird ein Kanal vor Zusammenführen auf einen gemeinsamen Ver­ stärker durch einen Inverter geschickt ohne Verstärkung, so daß sich der Signalverlauf ergibt mit dem gemeinsamen Signal (46) und dieses Signal dann Kippstufen, Analog-Digital- Wandlern bzw. Microprozessoren zur Weiterverteilung zuge­ führt wird.

12. Anordnung nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Detektion von positiven und negativen Ladungen, bei schnellen Vorgängen Ausgleichszeiten und Sig­ nalverzerrungen verhindert werden durch Zuordnung jedes FET (39/40) zu einer Elektrode für positive und negative Ladung, wobei dann zwei Elektroden (48/48′) nach Fig. 3/4/6 in einem gemeinsamen Isoliergehäuse so dicht beieinander sind, daß die Ladungsanziehung durch Influenz bei guter gegeneinander wirkender Isolation (47) möglich ist, wobei (49) beide Leitungen gegeneinander abgeschirmt sind und selbstverständlich die Anordnung nach Fig. 7 auch mit den Schaltungen nach Fig. 8 und 9/10 und 11 sowie mit den Elektroden nach Fig. 12 rea­ lisiert werden kann.

13. Anordnung und Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß mit (50) ein Paar Elektroden an­ gegeben ist, das mit einem festen Abstand (Δ Sp) gegeneinander fixiert wird und bei Einsatz der Schaltung z. B. nach Fig. 9 und 12 sich über Kreuzkorrelation die Geschwindigkeiten von bewegten Ladungen in bekannter Weise über elektronische Korrelatoren ermitteln lassen, jedoch zusätzlich bei geeig­ neter flächiger Verteilung von Elektroden (52) und (53) auf einer Ebene oder im Raum bei gegenseitiger Mehr-Kanal- Kreuzkorrelation gegeneinander die Ladungsverteilung sowie Geschwindigkeit eines geladenen Körpers 51 in einem Koordi­ natensystem ermittelt werden kann, wobei zusätzlich Fo­ kussierung nach Fig. 6 möglich ist und an die Sensor- Matrix nach Fig. 14 auch selbstverständlich - wie in der CCD-Kameratechnik - Datenspeicher, Zellen- und Spaltenaus­ leseschaltungen angekoppelt werden können, daß sich ein elektrostatisches Analogen zur optoelektronischen Bildver­ arbeitung ergibt.