JP2000065877A - Electric potential sensor - Google Patents
Electric potential sensorInfo
- Publication number
- JP2000065877A JP2000065877A JP10237403A JP23740398A JP2000065877A JP 2000065877 A JP2000065877 A JP 2000065877A JP 10237403 A JP10237403 A JP 10237403A JP 23740398 A JP23740398 A JP 23740398A JP 2000065877 A JP2000065877 A JP 2000065877A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tuning fork
- circuit
- monitor
- signal
- signal processing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電位センサに関
し、特に、電子写真装置の感光体ドラムの帯電電荷を非
接触で検出するための電位センサに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a potential sensor, and more particularly, to a potential sensor for detecting a charge on a photosensitive drum of an electrophotographic apparatus in a non-contact manner.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の電位センサとして、振動容量型の
電位センサの構成を図３に示す。電位センサ１００は、
機械的振動手段としての圧電音叉１１を含む。圧電音叉
１１は、エリンバなどの金属からなる音叉型の振動体１
１ａを含み、振動体１１ａの一方の腕部には、振動体１
１ａを駆動させるための駆動用圧電素子１１ｂが設けら
れ、振動体１１ａの他方の腕部には、駆動用圧電素子１
１ｂに信号を帰還するための帰還用圧電素子１１ｃが設
けられる。振動体１１ａの他方の腕部の表面、すなわ
ち、圧電音叉１１の他方の腕部の表面には検知電極１２
が形成されており、この圧電音叉１１は、検知電極１２
が被測定物１３と対向するように配置される。なお、図
３では、図面のわかりやすさを考慮し、検知電極１２
が、圧電音叉１１と離れて記載されている。2. Description of the Related Art FIG. 3 shows a configuration of a vibration capacitance type potential sensor as a conventional potential sensor. The potential sensor 100
It includes a piezoelectric tuning fork 11 as mechanical vibration means. The piezoelectric tuning fork 11 is a tuning fork type vibrating body 1 made of a metal such as an elinvar.
1a, one vibrating body 11a includes a vibrating body 1
The driving piezoelectric element 11b for driving the driving piezoelectric element 1a is provided on the other arm of the vibrating body 11a.
A feedback piezoelectric element 11c for returning a signal to 1b is provided. The sensing electrode 12 is provided on the surface of the other arm of the vibrating body 11a, that is, the surface of the other arm of the piezoelectric tuning fork 11.
Are formed, and the piezoelectric tuning fork 11 is
Are arranged so as to face the DUT 13. In addition, in FIG. 3, the detection electrode 12 is
Are described separately from the piezoelectric tuning fork 11.
【０００３】そして、駆動用圧電素子１１ｂは、発振回
路１４の出力端と接続されており、帰還用圧電素子１１
ｃは、発振回路１４の入力端に接続されている。また、
検知電極１２は、信号処理回路２０と接続されている。
信号処理回路２０は、インピーダンス変換回路２１と、
交流増幅回路２２と、同期検波・平滑回路２３と、直流
増幅回路２４とから構成される。[0003] The driving piezoelectric element 11b is connected to the output terminal of the oscillation circuit 14, and is connected to the feedback piezoelectric element 11b.
“c” is connected to the input terminal of the oscillation circuit 14. Also,
The detection electrode 12 is connected to the signal processing circuit 20.
The signal processing circuit 20 includes an impedance conversion circuit 21 and
It comprises an AC amplifier circuit 22, a synchronous detection / smoothing circuit 23, and a DC amplifier circuit 24.
【０００４】このように構成された電位センサ１００
は、次のように動作する。[0004] The thus constructed potential sensor 100
Works as follows.
【０００５】まず、発振回路１４の出力端から駆動信号
が出力される。この駆動信号が駆動用圧電素子１１ｂに
印加されることにより、駆動用圧電素子１１ｂが歪み、
振動体１１ａの一方の腕部が振動を発生する。そして、
振動体１１ａが音叉形状をしていることから、振動体１
１ａの一方の腕部が振動することにより、振動体１１ａ
の他方の腕部が、振動体１１ａの一方の腕部と逆位相の
振動を発生する。この、振動体１１ａの他方の腕部の振
動により、帰還用圧電素子１１ｃが歪み、帰還用圧電素
子１１ｃから帰還信号が発生し、この帰還信号が発振回
路１４の入力端に入力されることにより、圧電音叉１１
が自励振駆動される。First, a drive signal is output from the output terminal of the oscillation circuit 14. When the driving signal is applied to the driving piezoelectric element 11b, the driving piezoelectric element 11b is distorted,
One arm of the vibrating body 11a generates vibration. And
Since the vibrating body 11a has a tuning fork shape, the vibrating body 1
The vibrating body 11a is generated by vibrating one of the arms 1a.
Of the vibrating body 11a generates a vibration having a phase opposite to that of the one arm of the vibrating body 11a. Due to the vibration of the other arm of the vibrating body 11a, the piezoelectric element for feedback 11c is distorted, and a feedback signal is generated from the piezoelectric element for feedback 11c. , Piezoelectric tuning fork 11
Is driven by self-excitation.
【０００６】ここで、被測定物１３は電位ＶHVに帯電さ
れており、被測定物１３と検知電極１２との間には、電
界Ｅが発生している。そして、圧電音叉１１が振動する
ことにより、圧電音叉１１に形成されている検知電極１
２と、被測定物１３との距離が周期的に変動し、この距
離の周期的な変動により、検知電極１２と被測定物１３
との間に発生する静電容量が周期的に変化する。これに
より、検知電極１２に電荷が誘起され、交流信号が発生
する。この交流信号は、被測定物１３の電位ＶHVに比例
することから、この交流信号が信号処理回路２０に入力
されることによって、被測定物１３の電位ＶHVに応じた
検出出力信号が得られる。Here, the DUT 13 is charged to the potential V HV , and an electric field E is generated between the DUT 13 and the detection electrode 12. When the piezoelectric tuning fork 11 vibrates, the detection electrode 1 formed on the piezoelectric tuning fork 11 is moved.
2 and the object 13 to be measured periodically fluctuate, and the periodic fluctuation of this distance causes the detection electrode 12 and the object 13 to be measured.
And the capacitance generated between them periodically changes. As a result, electric charges are induced in the detection electrode 12, and an AC signal is generated. Since this AC signal is proportional to the potential V HV of the device under test 13, a detection output signal corresponding to the potential V HV of the device under test 13 is obtained by inputting the AC signal to the signal processing circuit 20. Can be
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電位センサでは、圧電音叉の温度特性，圧電音叉を
支持する支持部材からの振動漏れ、などの要因で、圧電
音叉の振幅が変化し、それにより、電位センサの出力信
号が安定せず、正確な被測定物の帯電電位量を測定する
ことが困難であった。また、空気の誘電率の変動によ
り、検知電極と被測定物間の静電容量が変動するため、
電位センサの出力が不安定となるといった問題も生じて
いた。However, in the above-described conventional potential sensor, the amplitude of the piezoelectric tuning fork changes due to factors such as the temperature characteristics of the piezoelectric tuning fork and vibration leakage from the support member supporting the piezoelectric tuning fork. As a result, the output signal of the potential sensor was not stabilized, and it was difficult to accurately measure the charged potential amount of the device under test. Also, since the capacitance between the sensing electrode and the DUT fluctuates due to the fluctuation of the dielectric constant of air,
There has also been a problem that the output of the potential sensor becomes unstable.
【０００８】したがって、本発明の目的は、上述の問題
点を解消するためになされたもので、圧電音叉の振幅の
変化や空気の誘電率の変化に対しても出力信号が安定す
る電位センサを提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a potential sensor whose output signal is stable even when the amplitude of the piezoelectric tuning fork changes or the dielectric constant of air changes. To provide.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電位センサにおいては、音叉型の振動体、
振動体の一方の腕部に設けられる駆動用圧電素子、振動
体の他方の腕部に設けられる帰還用圧電素子とを備える
圧電音叉と、圧電音叉に設けられ被測定物の帯電電荷を
検知する検知電極と、圧電音叉に設けられ基準電位を検
知するモニタ電極と、検知電極に接続され被測定物の表
面の帯電電荷量に起因して検知電極に発生する電気的信
号の変化を検出する信号処理回路と、信号処理回路に備
えられる利得制御回路と、帰還用圧電素子に入力端が接
続され駆動用圧電素子に出力端が接続される発振回路
と、基準電位に起因して前記モニタ電極に発生するモニ
タ信号の変化を検出するモニタ信号処理回路と、を備
え、モニタ信号処理回路の出力信号が信号処理回路内の
利得制御回路に入力されることにより、信号処理回路の
出力信号が制御されることを特徴としている。In order to achieve the above object, in a potential sensor according to the present invention, a tuning fork type vibrator,
A piezoelectric tuning fork provided with a driving piezoelectric element provided on one arm of the vibrating body, a feedback piezoelectric element provided on the other arm of the vibrating body, and a charged electric charge of an object to be measured provided on the piezoelectric tuning fork. A detection electrode, a monitor electrode provided on the piezoelectric tuning fork for detecting a reference potential, and a signal connected to the detection electrode for detecting a change in an electrical signal generated on the detection electrode due to a charge amount on the surface of the device under test. A processing circuit, a gain control circuit provided in the signal processing circuit, an oscillation circuit having an input terminal connected to the feedback piezoelectric element and an output terminal connected to the driving piezoelectric element, and the monitor electrode A monitor signal processing circuit for detecting a change in the generated monitor signal, wherein an output signal of the monitor signal processing circuit is input to a gain control circuit in the signal processing circuit, whereby an output signal of the signal processing circuit is controlled. To It is characterized by a door.
【００１０】また、音叉型の振動体、振動体の一方の腕
部に設けられる駆動用圧電素子、振動体の他方の腕部に
設けられる帰還用圧電素子とを備える圧電音叉と、圧電
音叉に設けられ被測定物の帯電電荷を検知する検知電極
と、圧電音叉に設けられ基準電位を検知するモニタ電極
と、検知電極に接続され被測定物の表面の帯電電荷量に
起因して検知電極に発生する電気的信号の変化を検出す
る信号処理回路と、帰還用圧電素子に入力端が接続され
駆動用圧電素子に出力端が接続される発振回路と、発振
回路に備えられる利得制御回路と、基準電位に起因して
モニタ電極に発生するモニタ信号の変化を検出するモニ
タ信号処理回路と、を備え、モニタ信号処理回路の出力
信号が発振回路内の利得制御回路に入力されることによ
り、発振回路の出力信号が制御されることを特徴として
いる。A piezoelectric tuning fork comprising a tuning fork type vibrator, a driving piezoelectric element provided on one arm of the vibrating body, and a feedback piezoelectric element provided on the other arm of the vibrating body; A detection electrode provided for detecting a charge on the object to be measured; a monitor electrode provided on the piezoelectric tuning fork for detecting a reference potential; and a detection electrode connected to the detection electrode and caused by the amount of charge on the surface of the object to be measured. A signal processing circuit for detecting a change in the generated electric signal, an oscillation circuit having an input terminal connected to the feedback piezoelectric element and an output terminal connected to the driving piezoelectric element, a gain control circuit provided in the oscillation circuit, A monitor signal processing circuit for detecting a change in a monitor signal generated on the monitor electrode due to the reference potential, wherein the output signal of the monitor signal processing circuit is input to a gain control circuit in the oscillation circuit, thereby oscillating. Out of the circuit It is characterized in that the signal is controlled.
【００１１】これにより、基準電位に起因して発生する
モニタ信号が、圧電音叉の振幅の変動や空気の誘電率の
変動に応じて変化するのをモニタ信号処理回路で検出
し、このモニタ信号を信号処理回路内の利得制御回路に
入力することにより、モニタ信号の変動に応じて検出信
号が制御される。したがって、得られる検出信号は、圧
電音叉の振幅の変動や空気の誘電率の変動が除去された
検出信号となる。Thus, the monitor signal processing circuit detects that the monitor signal generated due to the reference potential changes in accordance with the fluctuation of the amplitude of the piezoelectric tuning fork or the fluctuation of the permittivity of air. By inputting the signal to the gain control circuit in the signal processing circuit, the detection signal is controlled according to the fluctuation of the monitor signal. Therefore, the obtained detection signal is a detection signal from which the fluctuation of the amplitude of the piezoelectric tuning fork and the fluctuation of the permittivity of air have been removed.
【００１２】また、基準電位に起因して発生するモニタ
信号が、圧電音叉の振幅の変動や空気の誘電率の変動に
応じて変化するのをモニタ信号処理回路で検出され、こ
のモニタ信号を発振回路内の利得制御回路に入力するこ
とにより、モニタ信号の変動に応じて圧電音叉の振動が
制御される。したがって、この圧電音叉は、外的環境の
変化に左右されず、安定して振動する。A monitor signal processing circuit detects that a monitor signal generated due to the reference potential changes in accordance with a change in the amplitude of the piezoelectric tuning fork or a change in the permittivity of air, and oscillates the monitor signal. By inputting the signal to a gain control circuit in the circuit, the vibration of the piezoelectric tuning fork is controlled according to the fluctuation of the monitor signal. Therefore, the piezoelectric tuning fork vibrates stably irrespective of changes in the external environment.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一つ
を図面を参照して詳細に説明する。なお、従来例で示し
た構成と同一の構成については同一番号を付すととも
に、その説明において一部省略する場合がある。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The same components as those shown in the conventional example are denoted by the same reference numerals, and may be partially omitted in the description.
【００１４】図１に、本発明の第１の実施の形態に係る
電位センサを示す。この電位センサ１０は、機械的振動
手段としての圧電音叉１１を含む。圧電音叉１１は、エ
リンバなどの金属からなる音叉型の振動体１１ａを含
み、振動体１１ａの一方の腕部には、振動体１１ａを駆
動させるための駆動用圧電素子１１ｂが設けられ、振動
体１１ａの他方の腕部には、駆動用圧電素子１１ｂに信
号を帰還するための帰還用圧電素子１１ｃが設けられ
る。振動体１１ａの他方の腕部の表面、すなわち、圧電
音叉１１の他方の腕部の表面には検知電極１２が形成さ
れており、この圧電音叉１１は、検知電極１２が被測定
物１３と対向するように配置される。また、振動体１１
ａの一方の腕部の表面、すなわち、圧電音叉１１の一方
の腕部の表面にはモニタ電極１５が形成されており、モ
ニタ電極１５に対向するように、基準電位Ｖｍに帯電さ
れたモニタ体１６が配置されている。FIG. 1 shows a potential sensor according to a first embodiment of the present invention. This potential sensor 10 includes a piezoelectric tuning fork 11 as mechanical vibration means. The piezoelectric tuning fork 11 includes a tuning fork-type vibrating body 11a made of a metal such as an elinvar. A driving piezoelectric element 11b for driving the vibrating body 11a is provided on one arm of the vibrating body 11a. A feedback piezoelectric element 11c for feeding back a signal to the driving piezoelectric element 11b is provided on the other arm of 11a. A sensing electrode 12 is formed on the surface of the other arm of the vibrating body 11a, that is, on the surface of the other arm of the piezoelectric tuning fork 11, and the sensing electrode 12 of the piezoelectric tuning fork 11 faces the object 13 to be measured. It is arranged to be. Further, the vibrating body 11
A monitor electrode 15 is formed on the surface of one of the arms a, that is, the surface of the one arm of the piezoelectric tuning fork 11, and the monitor body charged to the reference potential Vm so as to face the monitor electrode 15. 16 are arranged.
【００１５】なお、図１では、図面のわかりやすさを考
慮し、検知電極１２およびモニタ電極１５が、圧電音叉
１１と離れて記載されている。この電位センサ１０の回
路ブロックは、大略、圧電音叉１１を自励振駆動させる
ための発振回路１４と、検知電極１２から得られる電気
的信号を処理し検出するための信号処理回路２０と、モ
ニタ電極１５から得られる電気的信号を処理するための
モニタ信号処理回路３０とから構成される。In FIG. 1, the sensing electrode 12 and the monitor electrode 15 are shown apart from the piezoelectric tuning fork 11 in consideration of the clarity of the drawing. The circuit block of the potential sensor 10 generally includes an oscillation circuit 14 for driving the piezoelectric tuning fork 11 by self-excitation, a signal processing circuit 20 for processing and detecting an electric signal obtained from the detection electrode 12, and a monitor electrode. And a monitor signal processing circuit 30 for processing an electric signal obtained from the monitor signal processing circuit 15.
【００１６】信号処理回路２０は、インピーダンス変換
回路２１と、交流増幅回路２２と、同期検波・平滑回路
２３と、直流増幅回路２４と、利得制御回路２５とから
構成される。The signal processing circuit 20 includes an impedance conversion circuit 21, an AC amplification circuit 22, a synchronous detection / smoothing circuit 23, a DC amplification circuit 24, and a gain control circuit 25.
【００１７】モニタ信号処理回路３０は、インピーダン
ス変換回路３１と、交流増幅回路３２と、同期検波・平
滑回路３３と、直流増幅回路３４とから構成される。The monitor signal processing circuit 30 includes an impedance conversion circuit 31, an AC amplification circuit 32, a synchronous detection / smoothing circuit 33, and a DC amplification circuit 34.
【００１８】そして、以上に示した電位センサ１０の接
続関係は以下の通りである。図１に示すように、発振回
路１４の入力端は、圧電音叉１１に設けられている帰還
用圧電素子１１ｃと接続されており、発振回路１４の出
力端は圧電音叉１１に設けられている駆動用圧電素子１
１ｂと接続されて、自励振回路が構成されるものであ
る。また、発振回路１４の出力端は後述する同期検波・
平滑回路２３，３３の他方の入力端に接続される。The connection relation of the potential sensor 10 described above is as follows. As shown in FIG. 1, the input terminal of the oscillation circuit 14 is connected to a feedback piezoelectric element 11 c provided in the piezoelectric tuning fork 11, and the output terminal of the oscillation circuit 14 is connected to a driving device provided in the piezoelectric tuning fork 11. Piezoelectric element 1
1b to form a self-exciting circuit. The output terminal of the oscillation circuit 14 is used for synchronous detection
The other input terminals of the smoothing circuits 23 and 33 are connected.
【００１９】信号処理回路２０の入力端、すなわち、イ
ンピーダンス変換回路２１の入力端は、検知電極１２と
接続されており、インピーダンス変換回路２１の出力端
は、交流増幅回路２２の入力端と接続されている。ま
た、交流増幅回路２２の出力端は、同期検波・平滑回路
２３の一方の入力端と接続されており、同期検波・平滑
回路２３の出力端は、直流増幅回路２４の入力端と接続
される。そして、直流増幅回路２４の出力端は、利得制
御回路２５の一方の入力端と接続されており、利得制御
回路２５の出力端が、信号検出回路２０の出力端とな
る。An input terminal of the signal processing circuit 20, that is, an input terminal of the impedance conversion circuit 21 is connected to the detection electrode 12, and an output terminal of the impedance conversion circuit 21 is connected to an input terminal of the AC amplification circuit 22. ing. An output terminal of the AC amplifier circuit 22 is connected to one input terminal of the synchronous detection / smoothing circuit 23, and an output terminal of the synchronous detection / smoothing circuit 23 is connected to an input terminal of the DC amplifier circuit 24. . The output terminal of the DC amplifier circuit 24 is connected to one input terminal of the gain control circuit 25, and the output terminal of the gain control circuit 25 becomes the output terminal of the signal detection circuit 20.
【００２０】モニタ信号処理回路３０の入力端、すなわ
ち、インピーダンス変換回路３１の入力端は、モニタ電
極１５と接続されており、インピーダンス変換回路３１
の出力端は、交流増幅回路３２の入力端と接続されてい
る。また、交流増幅回路３２の出力端は、同期検波・平
滑回路３３の一方の入力端と接続されており、同期検波
・平滑回路３３の出力端は、直流増幅回路３４の入力端
と接続される。そして、直流増幅回路３４の出力端がモ
ニタ信号処理回路３０の出力端となり、利得制御回路２
５の他方の入力端と接続されている。An input terminal of the monitor signal processing circuit 30, that is, an input terminal of the impedance conversion circuit 31 is connected to the monitor electrode 15, and is connected to the impedance conversion circuit 31.
Is connected to the input terminal of the AC amplifier circuit 32. The output terminal of the AC amplifier circuit 32 is connected to one input terminal of the synchronous detection / smoothing circuit 33, and the output terminal of the synchronous detection / smoothing circuit 33 is connected to the input terminal of the DC amplifier circuit 34. . Then, the output terminal of the DC amplifier circuit 34 becomes the output terminal of the monitor signal processing circuit 30, and the gain control circuit 2
5 is connected to the other input terminal.
【００２１】このような構成からなる電位センサ１０で
は、発振回路１４の出力端から駆動信号が出力されて駆
動用圧電素子１１ｂに印加されることにより、駆動用圧
電素子１１ｂが歪み、振動体１１ａの一方の腕部が振動
を発生する。そして、振動体１１ａが音叉形状をしてい
ることから、振動体１１ａの一方の腕部が振動すること
により、振動体１１ａの他方の腕部が、振動体１１ａの
一方の腕部と逆位相の振動を発生する。この、振動体１
１ａの他方の腕部の振動により、帰還用圧電素子１１ｃ
が歪み、帰還用圧電素子１１ｃから帰還信号が発生し、
この帰還信号が発振回路１４の入力端に入力されること
により、圧電音叉１１が自励振駆動される。被測定物１
３は電位ＶHVに帯電されており、被測定物１３と検知電
極１２との間には、電界Ｅが発生している。そして、圧
電音叉１１が振動することにより、圧電音叉１１に形成
されている検知電極１２と、被測定物１３との距離が周
期的に変動し、この距離の周期的な変動により、検知電
極１２と被測定物１３との間に発生する静電容量が周期
的に変化する。これにより、検知電極１２に電荷が誘起
され、交流信号が発生する。In the potential sensor 10 having such a configuration, the driving signal is output from the output terminal of the oscillation circuit 14 and applied to the driving piezoelectric element 11b, so that the driving piezoelectric element 11b is distorted and the vibrating body 11a Vibrates in one of the arms. Since the vibrating body 11a has a tuning fork shape, one arm of the vibrating body 11a vibrates, so that the other arm of the vibrating body 11a has an opposite phase to the one arm of the vibrating body 11a. Generates vibration. This vibrator 1
The vibration of the other arm of 1a causes the feedback piezoelectric element 11c
Is distorted, a feedback signal is generated from the feedback piezoelectric element 11c,
When the feedback signal is input to the input terminal of the oscillation circuit 14, the piezoelectric tuning fork 11 is driven by self-excitation. DUT 1
3 is charged to the potential V HV , and an electric field E is generated between the measured object 13 and the detection electrode 12. Then, when the piezoelectric tuning fork 11 vibrates, the distance between the detection electrode 12 formed on the piezoelectric tuning fork 11 and the DUT 13 periodically fluctuates. The capacitance generated between the device and the device under test 13 changes periodically. As a result, electric charges are induced in the detection electrode 12, and an AC signal is generated.
【００２２】この交流信号が信号処理回路２０に入力さ
れて、インピーダンス変換回路２１でインピーダンス変
換され、交流増幅回路２２で交流信号に増幅され、同期
検波・平滑回路２３で発振回路１４の信号を検波のタイ
ミングとして同期検波され、平滑されて、直流増幅回路
２４で増幅される。そして、利得制御回路２５で、後述
するモニタ信号処理回路３０からの出力信号に応じて利
得が制御されて、被測定物１３の電位ＶHVに応じた検出
出力信号が得られるものである。The AC signal is input to a signal processing circuit 20, is subjected to impedance conversion by an impedance conversion circuit 21, is amplified into an AC signal by an AC amplification circuit 22, and detects a signal of the oscillation circuit 14 by a synchronous detection / smoothing circuit 23. Are synchronously detected, smoothed, and amplified by the DC amplifier circuit 24. The gain is controlled by the gain control circuit 25 in accordance with an output signal from a monitor signal processing circuit 30 described later, and a detection output signal corresponding to the potential V HV of the device under test 13 is obtained.
【００２３】また、圧電音叉１１が振動することによ
り、モニタ電極１５からは、基準電位Ｖｍに応じたモニ
タ信号が発生する。このモニタ信号が、モニタ信号処理
回路３０内のインピーダンス変換回路３１に入力されて
インピーダンス変換され、交流増幅回路３２で交流信号
に増幅され、同期検波・平滑回路３３で発振回路１４の
信号を検波のタイミングとして同期検波され、平滑され
て、直流増幅回路３４で増幅され、モニタ信号処理回路
３０の出力信号となる。そして、このモニタ信号処理回
路３０の出力信号が、信号処理回路２０内の利得制御回
路２５に入力され、モニタ信号の変化に応じて、信号処
理回路２０の検出信号の利得を制御するものである。When the piezoelectric tuning fork 11 vibrates, a monitor signal corresponding to the reference potential Vm is generated from the monitor electrode 15. The monitor signal is input to an impedance conversion circuit 31 in the monitor signal processing circuit 30 and impedance-converted. The amplified signal is amplified by an AC amplifier circuit 32 into an AC signal. The synchronous detection / smoothing circuit 33 detects the signal of the oscillation circuit 14 for detection. The timing is synchronously detected, smoothed, amplified by the DC amplifier circuit 34, and becomes an output signal of the monitor signal processing circuit 30. Then, the output signal of the monitor signal processing circuit 30 is input to a gain control circuit 25 in the signal processing circuit 20, and controls the gain of the detection signal of the signal processing circuit 20 according to a change in the monitor signal. .
【００２４】ここで、検知電極１２に誘起される電荷を
式で表すと、 Ｑ＝ＣＶHV＝｛Ｓ／（ｄ＋△ｄsinωｔ）｝・εair・Ｖ
HV Ｑ：検知電極１２に発生する表面電荷 Ｃ：被測定物１３と検知電極１２との間の静電容量 Ｓ：検知電極１２の面積 ｄ：被測定物１３と検知電極１２との間の距離 △ｄ：検知電極１２の振幅（圧電音叉１１の振幅） εair：空気の誘電率 となる。Here, the charge induced on the detection electrode 12 is expressed by the following equation: Q = CV HV = {S / (d + {dsinωt)}｝ ε air・ V
HV Q: Surface charge generated on the detection electrode 12 C: Capacitance between the object 13 and the detection electrode 12 S: Area of the detection electrode 12 d: Distance between the object 13 and the detection electrode 12 Δd: amplitude of the detection electrode 12 (amplitude of the piezoelectric tuning fork 11) ε air : dielectric constant of air
【００２５】この式において、検知電極１２の面積Ｓ、
被測定物１３と検知電極１２との間の距離ｄ、被測定物
１３の帯電電位ＶHVは一定である。そして、検知電極１
２の振幅すなわち圧電音叉１１の振幅△ｄは、圧電音叉
１１の温度特性や圧電音叉１１を支持する支持部材から
の振動漏れなどの要因で安定せず、また、空気の誘電率
εair も、周囲の温度や湿度などの影響によって安定し
ない。In this equation, the area S of the detection electrode 12
The distance d between the object 13 and the detection electrode 12 and the charged potential V HV of the object 13 are constant. And the detection electrode 1
2, the amplitude ２d of the piezoelectric tuning fork 11 is not stable due to factors such as temperature characteristics of the piezoelectric tuning fork 11 and vibration leakage from a support member supporting the piezoelectric tuning fork 11, and the dielectric constant ε air of air also It is not stable due to ambient temperature and humidity.
【００２６】したがって、この２つのパラメータ△ｄと
εair の変動により、得られる検出信号が変化してしま
う。[0026] Thus, the variation of the two parameters △ d and epsilon air, detection signals obtained changes.
【００２７】そこで、本発明は、圧電音叉１１にモニタ
電極１５を設け、モニタ電極１５に対向するように一定
の電圧Ｖｍに帯電されたモニタ体１６を配置する。モニ
タ電極１５からは、理想状態では常に電圧Ｖｍに応じた
モニタ信号が得られる。しかし、実際には、圧電音叉１
１の振幅の変動および空気の誘電率の変動の影響を受け
て変化したモニタ信号が得られる。そして、このモニタ
信号の変化に応じて、信号処理回路２０の検出信号の利
得を制御する構成としたものである。Therefore, according to the present invention, a monitor electrode 15 is provided on the piezoelectric tuning fork 11, and a monitor body 16 charged to a constant voltage Vm is arranged so as to face the monitor electrode 15. In the ideal state, a monitor signal according to the voltage Vm is always obtained from the monitor electrode 15. However, in practice, the piezoelectric tuning fork 1
A monitor signal changed under the influence of the fluctuation of the amplitude of 1 and the fluctuation of the dielectric constant of air is obtained. The gain of the detection signal of the signal processing circuit 20 is controlled according to the change of the monitor signal.
【００２８】よって、このように構成された電位センサ
１０は、圧電音叉１１の振幅の変動や空気の誘電率の変
動が、検出信号の処理の段階でキャンセルされるため、
真の被測定物１３の電荷の変動を検知することができ、
検出誤差が大幅に低下し、高精度のセンサとなる。Therefore, in the potential sensor 10 configured as above, the fluctuation of the amplitude of the piezoelectric tuning fork 11 and the fluctuation of the dielectric constant of air are canceled at the stage of processing the detection signal.
It is possible to detect a change in the electric charge of the true DUT 13,
The detection error is greatly reduced, resulting in a highly accurate sensor.
【００２９】次に、本発明の第２の実施の形態にかかる
電位センサを図２に示す。なお、従来例で示した電位セ
ンサ１００および第１の実施の形態で示した電位センサ
１０と同一の構成については、同一番号を付し、その説
明を省略する。Next, FIG. 2 shows a potential sensor according to a second embodiment of the present invention. The same components as those of the potential sensor 100 shown in the conventional example and the potential sensor 10 shown in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【００３０】この電位センサ４０の回路ブロックは、大
略、圧電音叉１１を自励振駆動させるための発振回路１
４と、検知電極１２から得られる電気的信号を処理し検
出するための信号処理回路２０と、モニタ電極１５から
得られる電気的信号を処理するためのモニタ信号処理回
路３０とから構成される。The circuit block of the potential sensor 40 generally includes an oscillation circuit 1 for driving the piezoelectric tuning fork 11 by self-excitation.
4, a signal processing circuit 20 for processing and detecting an electric signal obtained from the detection electrode 12, and a monitor signal processing circuit 30 for processing an electric signal obtained from the monitor electrode 15.
【００３１】信号処理回路２０は、インピーダンス変換
回路２１と、交流増幅回路２２と、同期検波・平滑回路
２３と、直流増幅回路２４とから構成される。The signal processing circuit 20 includes an impedance conversion circuit 21, an AC amplification circuit 22, a synchronous detection / smoothing circuit 23, and a DC amplification circuit 24.
【００３２】モニタ信号処理回路３０は、インピーダン
ス変換回路３１と、交流増幅回路３２と、比較回路３５
とから構成される。The monitor signal processing circuit 30 includes an impedance conversion circuit 31, an AC amplification circuit 32, a comparison circuit 35
It is composed of
【００３３】発振回路１４は、発振段１４ａと利得制御
回路１４ｂとから構成される。The oscillation circuit 14 includes an oscillation stage 14a and a gain control circuit 14b.
【００３４】そして、電位センサ４０の接続関係は以下
の通りである。図２に示すように、発振回路１４の入力
端は、圧電音叉１１に設けられている帰還用圧電素子１
１ｃと接続されており、発振回路１４の出力端は圧電音
叉に設けられている駆動用圧電素子１１ｂと接続され
て、フィードバック回路が構成されるものである。ま
た、発振回路１４の出力端は同期検波・平滑回路２３の
他方の入力端に接続される。The connection relationship of the potential sensor 40 is as follows. As shown in FIG. 2, the input terminal of the oscillation circuit 14 is connected to the feedback piezoelectric element 1 provided in the piezoelectric tuning fork 11.
1c, the output terminal of the oscillation circuit 14 is connected to the driving piezoelectric element 11b provided in the piezoelectric tuning fork, and a feedback circuit is formed. The output terminal of the oscillation circuit 14 is connected to the other input terminal of the synchronous detection / smoothing circuit 23.
【００３５】信号処理回路２０の入力端、すなわち、イ
ンピーダンス変換回路２１の入力端は、検知電極１２と
接続されており、インピーダンス変換回路２１の出力端
は、交流増幅回路２２の入力端と接続されている。ま
た、交流増幅回路２２の出力端は、同期検波・平滑回路
２３の一方の入力端と接続されており、同期検波・平滑
回路２３の出力端は、直流増幅回路２４の入力端と接続
されており、直流増幅回路２４の出力端が、信号検出回
路２０の出力端となる。The input terminal of the signal processing circuit 20, that is, the input terminal of the impedance conversion circuit 21 is connected to the detection electrode 12, and the output terminal of the impedance conversion circuit 21 is connected to the input terminal of the AC amplification circuit 22. ing. The output terminal of the AC amplifier circuit 22 is connected to one input terminal of the synchronous detection / smoothing circuit 23, and the output terminal of the synchronous detection / smoothing circuit 23 is connected to the input terminal of the DC amplifier circuit 24. Thus, the output terminal of the DC amplifier circuit 24 becomes the output terminal of the signal detection circuit 20.
【００３６】モニタ信号処理回路３０の入力端は、圧電
音叉１１に設けられているモニタ電極１５と接続されて
おり、モニタ電極１５に発生するモニタ信号が、インピ
ーダンス変換回路３１・交流増幅回路３２を経由し、比
較回路３５において、ある定められた基準電位と比較さ
れる。この、比較回路３５の出力信号がモニタ信号処理
回路の出力信号となり、発振回路１４内の利得制御回路
１４ｂに入力される。The input terminal of the monitor signal processing circuit 30 is connected to the monitor electrode 15 provided on the piezoelectric tuning fork 11, and the monitor signal generated on the monitor electrode 15 is supplied to the impedance conversion circuit 31 and the AC amplification circuit 32. Then, the signal is compared in the comparison circuit 35 with a predetermined reference potential. The output signal of the comparison circuit 35 becomes the output signal of the monitor signal processing circuit and is input to the gain control circuit 14b in the oscillation circuit 14.
【００３７】このような構成からなる電位センサ４０
は、モニタ電極１５から、圧電音叉１１の振幅の変動お
よび空気の誘電率の変動の影響を受けて変化したモニタ
信号が得られる。そして、このモニタ信号の変化に応じ
て、発振回路１４の駆動信号を制御する構成としたもの
である。The potential sensor 40 having such a configuration
From the monitor electrode 15, a monitor signal changed under the influence of the fluctuation of the amplitude of the piezoelectric tuning fork 11 and the fluctuation of the dielectric constant of air can be obtained. Then, the configuration is such that the drive signal of the oscillation circuit 14 is controlled according to the change of the monitor signal.
【００３８】よって、この電位センサ４０は、圧電音叉
１１の振幅の変動や空気の誘電率の変動が、発振回路１
４内でキャンセルされるため、圧電音叉１１の振幅が、
周囲の外的環境などに影響されずに安定する。したがっ
て、真の被測定物１３の電荷の変動を検知することにな
り、検出誤差が大幅に低下し、高精度のセンサとなる。Therefore, the potential sensor 40 detects the fluctuation of the amplitude of the piezoelectric tuning fork 11 and the fluctuation of the dielectric constant of air.
4, the amplitude of the piezoelectric tuning fork 11 becomes
Stable without being affected by the surrounding environment. Therefore, a true change in the electric charge of the device under test 13 is detected, and the detection error is greatly reduced, resulting in a highly accurate sensor.
【００３９】以上に示した本発明の実施の形態にかかる
電位センサでは、振動容量型の電位センサを例に説明し
たが、本発明はチョッパ型の電位センサにも適用可能で
あることは言うまでもない。In the above-described potential sensor according to the embodiment of the present invention, a potential sensor of a vibration capacitance type has been described as an example, but it is needless to say that the present invention is applicable to a chopper type potential sensor. .
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上のように、本発明による電位センサ
では、基準電位に起因して発生するモニタ信号が、圧電
音叉の振幅の変動や空気の誘電率の変動によって変化す
るのをモニタ信号処理回路で検出し、このモニタ信号を
信号処理回路内の利得制御回路に入力することにより、
モニタ信号の変化に応じて検出信号が制御されるため、
得られる検出信号は、空気の誘電率などの変動の影響が
取り除かれている。したがって、真の被測定物の電荷の
変動を検知することができ、検出誤差が大幅に低下し、
高精度のセンサとなる。As described above, in the potential sensor according to the present invention, the monitor signal processing which is performed due to the fluctuation of the amplitude of the piezoelectric tuning fork and the fluctuation of the dielectric constant of the air is performed by the monitor signal processing. By detecting the signal in the circuit and inputting this monitor signal to the gain control circuit in the signal processing circuit,
Since the detection signal is controlled according to the change of the monitor signal,
The obtained detection signal is free from the influence of fluctuations such as the dielectric constant of air. Therefore, it is possible to detect a change in the true charge of the device under test, and the detection error is significantly reduced.
It becomes a high-precision sensor.
【００４１】また、基準電位に起因して発生するモニタ
信号が、圧電音叉の振幅の変動や空気の誘電率の変動に
よって変化するのをモニタ信号処理回路で検出し、この
モニタ信号を発振回路内の利得制御回路に入力すること
により、モニタ信号の変動に応じて圧電音叉の振動が制
御されるため、圧電音叉の振動が安定する。したがっ
て、この圧電音叉から得られる検出信号は、空気の誘電
率の変動などの影響が除去された検出信号となる。A monitor signal processing circuit detects that a monitor signal generated due to the reference potential changes due to a change in the amplitude of the piezoelectric tuning fork or a change in the permittivity of air. Input to the gain control circuit, the vibration of the piezoelectric tuning fork is controlled in accordance with the fluctuation of the monitor signal, so that the vibration of the piezoelectric tuning fork is stabilized. Therefore, the detection signal obtained from the piezoelectric tuning fork is a detection signal from which influences such as a change in the dielectric constant of air have been removed.
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電位センサの
構成を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a potential sensor according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る電位センサの
構成を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a potential sensor according to a second embodiment of the present invention.
【図３】従来の電位センサの構成を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional potential sensor.
１０，４０ 電位センサ １１ 圧電音叉 １１ａ 振動体 １１ｂ 駆動用圧電素子 １１ｃ 帰還用圧電素子 １２ 検知電極 １３ 被測定物 １４ 発振回路 １５ モニタ電極 １６ モニタ体 ２０ 信号処理回路 ２５，１４ｂ 利得制御回路 ３０ モニタ信号処理回路 10, 40 Potential sensor 11 Piezoelectric tuning fork 11a Vibrating body 11b Driving piezoelectric element 11c Feedback piezoelectric element 12 Detecting electrode 13 Device under test 14 Oscillation circuit 15 Monitor electrode 16 Monitor body 20 Signal processing circuit 25, 14b Gain control circuit 30 Monitor signal Processing circuit
Claims (2)
に設けられる駆動用圧電素子、前記振動体の他方の腕部
に設けられる帰還用圧電素子、とを備える圧電音叉と、
該圧電音叉に設けられ、被測定物の帯電電荷を検知する
検知電極と、前記圧電音叉に設けられ、基準電位を検知
するモニタ電極と、前記検知電極に接続され、前記被測
定物の表面の帯電電荷量に起因して前記検知電極に発生
する電気的信号の変化を検出する信号処理回路と、該信
号処理回路に備えられる利得制御回路と、前記帰還用圧
電素子に入力端が接続され、前記駆動用圧電素子に出力
端が接続される発振回路と、前記基準電位に起因して前
記モニタ電極に発生するモニタ信号の変化を検出するモ
ニタ信号処理回路と、を備え、前記モニタ信号処理回路
の出力信号が、前記信号処理回路内の前記利得制御回路
に入力されることにより、前記信号処理回路の出力信号
が制御されることを特徴とする、電位センサ。1. A piezoelectric tuning fork comprising a tuning fork type vibrator, a driving piezoelectric element provided on one arm of the vibrator, and a feedback piezoelectric element provided on the other arm of the vibrator.
A detection electrode provided on the piezoelectric tuning fork and configured to detect a charge on the object to be measured, a monitor electrode provided on the piezoelectric tuning fork and configured to detect a reference potential, and connected to the detection electrode, the surface of the object to be measured is provided. A signal processing circuit for detecting a change in an electrical signal generated in the detection electrode due to the amount of charged electric charge, a gain control circuit provided in the signal processing circuit, and an input terminal connected to the feedback piezoelectric element, An oscillation circuit having an output terminal connected to the driving piezoelectric element; and a monitor signal processing circuit for detecting a change in a monitor signal generated on the monitor electrode due to the reference potential, the monitor signal processing circuit comprising: The output signal of the signal processing circuit is input to the gain control circuit in the signal processing circuit, whereby the output signal of the signal processing circuit is controlled.
に設けられる駆動用圧電素子、前記振動体の他方の腕部
に設けられる帰還用圧電素子、とを備える圧電音叉と、
該圧電音叉に設けられ、被測定物の帯電電荷を検知する
検知電極と、前記圧電音叉に設けられ、基準電位を検知
するモニタ電極と、前記検知電極に接続され、前記被測
定物の表面の帯電電荷量に起因して前記検知電極に発生
する電気的信号の変化を検出する信号処理回路と、前記
帰還用圧電素子に入力端が接続され、前記駆動用圧電素
子に出力端が接続される発振回路と、該発振回路に備え
られる利得制御回路と、前記基準電位に起因して前記モ
ニタ電極に発生するモニタ信号の変化を検出するモニタ
信号処理回路と、を備え、前記モニタ信号処理回路の出
力信号が、前記発振回路内の前記利得制御回路に入力さ
れることにより、前記発振回路の出力信号が制御される
ことを特徴とする、電位センサ。2. A piezoelectric tuning fork comprising a tuning fork type vibrator, a driving piezoelectric element provided on one arm of the vibrator, and a feedback piezoelectric element provided on the other arm of the vibrator.
A detection electrode provided on the piezoelectric tuning fork and configured to detect a charge on the object to be measured, a monitor electrode provided on the piezoelectric tuning fork and configured to detect a reference potential, and connected to the detection electrode, the surface of the object to be measured is provided. A signal processing circuit for detecting a change in an electrical signal generated at the detection electrode due to the amount of charged electric charge; an input terminal connected to the feedback piezoelectric element; and an output terminal connected to the driving piezoelectric element. An oscillation circuit, a gain control circuit provided in the oscillation circuit, and a monitor signal processing circuit that detects a change in a monitor signal generated on the monitor electrode due to the reference potential. A potential sensor wherein an output signal of the oscillation circuit is controlled by inputting an output signal to the gain control circuit in the oscillation circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10237403A JP2000065877A (en) | 1998-08-24 | 1998-08-24 | Electric potential sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10237403A JP2000065877A (en) | 1998-08-24 | 1998-08-24 | Electric potential sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000065877A true JP2000065877A (en) | 2000-03-03 |
Family
ID=17014883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10237403A Pending JP2000065877A (en) | 1998-08-24 | 1998-08-24 | Electric potential sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000065877A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007078674A (en) * | 2005-08-16 | 2007-03-29 | Canon Inc | Electric potential measuring device, capacitance measuring device, electric potential measuring method, and capacitance measuring method |
| JP2008145371A (en) * | 2006-12-13 | 2008-06-26 | Canon Inc | Potential measuring device and image forming device |
-
1998
- 1998-08-24 JP JP10237403A patent/JP2000065877A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007078674A (en) * | 2005-08-16 | 2007-03-29 | Canon Inc | Electric potential measuring device, capacitance measuring device, electric potential measuring method, and capacitance measuring method |
| JP2008145371A (en) * | 2006-12-13 | 2008-06-26 | Canon Inc | Potential measuring device and image forming device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR900008300B1 (en) | Angular velocity sensor | |
| US5212451A (en) | Single balanced beam electrostatic voltmeter modulator | |
| US6600323B2 (en) | Sensor for non-contacting electrostatic detector | |
| US5540094A (en) | Scale factor compensation for piezo-electric rate sensors | |
| JP2001264072A (en) | Angular velocity sensor | |
| US6573725B2 (en) | Sensor for non-contacting electrostatic detector | |
| US6786094B2 (en) | Process of making an acceleration detecting element | |
| US6316942B1 (en) | Electrical potential sensor | |
| JP2000065877A (en) | Electric potential sensor | |
| US5696322A (en) | Vibrating gyroscope | |
| KR100198308B1 (en) | Vibrating gyroscope | |
| JP3555518B2 (en) | Potential sensor and electronic device using the same | |
| JP2001264355A (en) | Acceleration sensor | |
| JP2007327919A (en) | Surface potential measuring device | |
| JP2000283767A (en) | Angular velocity measuring apparatus | |
| JPH08178986A (en) | Potential sensor | |
| JP2591907Y2 (en) | Surface potential detector | |
| JP3149228B2 (en) | Surface electrometer | |
| JPH07104019A (en) | Method and device for measuring surface potential | |
| JPH11237423A (en) | Electric potential sensor | |
| JPS6290564A (en) | Apparatus for detecting surface potential | |
| JPH11237424A (en) | Electric potential sensor | |
| KR100243078B1 (en) | Apparatus and method for detecting | |
| KR100243082B1 (en) | System for sensing angular velocity and method for detecting output of angular velocity sensor | |
| KR19990009637A (en) | Excitation Detection Device of Vibration Gyroscope |