JP2002318255A - Surface potential detector - Google Patents

Surface potential detector

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JP2002318255A
JP2002318255A JP2001126264A JP2001126264A JP2002318255A JP 2002318255 A JP2002318255 A JP 2002318255A JP 2001126264 A JP2001126264 A JP 2001126264A JP 2001126264 A JP2001126264 A JP 2001126264A JP 2002318255 A JP2002318255 A JP 2002318255A
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signal
potential
circuit
distance
outputs
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JP2001126264A
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Takashi Urano
高志 浦野
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Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface potential detector capable of accurately detecting the potential of an object to be measured even when the distance between the detector and the object is fluctuated. SOLUTION: A potential detecting electrode 11 outputs a potential distance signal s1 including a distance component corresponding to the distance to the object 40 to be measured and a potential component corresponding to the potential of the object 40. A distance detecting electrode 12 outputs a distance signal s2 corresponding to the distance to the object 40. The voltage distance signal s1 and the distance signal s2 are inputted to a signal processing circuit 20 that removes the distance component from the potential distance signal s1 and generates a signal s3 corresponding to the potential of the object 40.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、表面電位検出装置
に関する。
The present invention relates to a surface potential detecting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の表面電位検出装置は、例えば、
複写機やレーザビームプリンタ等において、被測定面で
ある感光ドラムの表面電位を非接触で検出する手段とし
て用いられる。この種の表面電位検出装置は、検知電極
と感光ドラムとの間の電界を、音叉で機械的に断続する
ことにより、感光ドラムの表面電位に対応した交流信号
を得る。そして、この交流信号を処理することにより、
感光ドラムの表面電位を検出する。
2. Description of the Related Art This type of surface potential detecting device is, for example,
In a copying machine, a laser beam printer, or the like, it is used as a means for detecting the surface potential of a photosensitive drum, which is a surface to be measured, in a non-contact manner. This type of surface potential detection device obtains an AC signal corresponding to the surface potential of the photosensitive drum by mechanically interrupting the electric field between the detection electrode and the photosensitive drum with a tuning fork. And by processing this AC signal,
The surface potential of the photosensitive drum is detected.

【0003】表面電位を非接触で検出する表面電位検出
装置は、検知電極と感光ドラムとの距離が変動すると、
表面電位の検出値に誤差が生じる。このため、検知電極
を高い精度で基準位置に取付け、検知電極と感光ドラム
との距離が所定の値になるようにする必要があり、組立
の困難性を招く。しかも、基準位置からの検知電極のず
れを、長期にわたってゼロに維持することは、実際的に
不可能であることを考えると、事実上、検出誤差を回避
することができない検知電極と感光ドラムとの間の距離
変動に伴う測定誤差を回避する手段として、特公平3−
6467号公報は、検知電極に高電圧をフィードバック
することにより、検知電極と感光ドラムとの距離が変動
した場合でも、表面電位の検出値に誤差が生じないよう
にした表面電位検出装置を開示している。
A surface potential detecting device that detects a surface potential in a non-contact manner, when the distance between the detection electrode and the photosensitive drum changes,
An error occurs in the detected value of the surface potential. For this reason, it is necessary to attach the detection electrode to the reference position with high accuracy so that the distance between the detection electrode and the photosensitive drum becomes a predetermined value, which causes difficulty in assembly. Moreover, considering that it is practically impossible to maintain the deviation of the detection electrode from the reference position at zero for a long period of time, the detection electrode and the photosensitive drum cannot effectively avoid a detection error. As a means to avoid the measurement error due to the distance fluctuation between
Japanese Patent No. 6467 discloses a surface potential detecting device in which a high voltage is fed back to the detecting electrode so that an error does not occur in the detected value of the surface potential even when the distance between the detecting electrode and the photosensitive drum fluctuates. ing.

【0004】しかし、この表面電位検出装置は、高電圧
をフィードバックする必要があるため、回路構成が複雑
になるとともに、大型で高価な高耐電圧部品が必要にな
るという問題がある。
However, this surface potential detecting device has a problem that the circuit configuration is complicated because high voltage needs to be fed back, and large and expensive high withstand voltage parts are required.

【0005】また、米国特許第4797620号明細書
に開示された表面電位検出装置は、音叉の機械的振動の
振幅を小さくすることにより、検知電極と感光ドラムと
の距離が変動した場合でも、表面電位の検出値に誤差が
生じないようにしている。
Further, the surface potential detecting device disclosed in US Pat. No. 4,797,620 reduces the amplitude of the mechanical vibration of the tuning fork, so that even if the distance between the detecting electrode and the photosensitive drum fluctuates, the surface potential can be reduced. An error is not caused in the detected value of the potential.

【0006】しかし、この表面電位検出装置では、音叉
の機械的振動の振幅を小さくしているので、検出感度が
低くなり、S/N比を大きくすることができないという
問題がある。
However, in this surface potential detecting device, since the amplitude of the mechanical vibration of the tuning fork is reduced, there is a problem that the detection sensitivity is lowered and the S / N ratio cannot be increased.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、被測
定体との距離が変動した場合であっても、被測定体の電
位を正確に検出することができる表面電位検出装置を提
供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a surface potential detecting device capable of accurately detecting the potential of a measured object even when the distance to the measured object varies. That is.

【0008】本発明のもう一つの課題は、被測定体の電
位を高い感度で検出できる表面電位検出装置を提供する
ことである。
Another object of the present invention is to provide a surface potential detecting device capable of detecting the potential of a measured object with high sensitivity.

【0009】本発明の更にもう一つの課題は、簡単な回
路構成を持つ表面電位検出装置を提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a surface potential detecting device having a simple circuit configuration.

【0010】本発明の更にもう一つの課題は、小型で、
軽量な表面電位検出装置を提供することである。
[0010] Still another object of the present invention is to reduce the size,
An object of the present invention is to provide a lightweight surface potential detecting device.

【0011】本発明の更にもう一つの課題は、高耐圧部
品を使用しない安価な表面電位検出装置を提供すること
である。
Still another object of the present invention is to provide an inexpensive surface potential detecting device that does not use high withstand voltage components.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明に係る表面電位検出装置は、電位検知電極
と、距離検知電極と、信号処理回路とを含む。
In order to solve the above-mentioned problems, a surface potential detecting device according to the present invention includes a potential detecting electrode, a distance detecting electrode, and a signal processing circuit.

【0013】前記電位検知電極は、被測定体に容量結合
するための電極である。前記電位検知電極は、前記被測
定体との距離に対応する距離成分と、前記被測定体の電
位に対応する電位成分とを含む電位距離信号を出力す
る。
The potential detecting electrode is an electrode for capacitively coupling to the measured object. The potential detection electrode outputs a potential distance signal including a distance component corresponding to the distance to the measured object and a potential component corresponding to the potential of the measured object.

【0014】前記距離検知電極は、前記被測定体に容量
結合するための電極である。前記距離検知電極は、前記
被測定体との距離に対応する距離信号を出力する。
The distance detecting electrode is an electrode for capacitively coupling to the object to be measured. The distance detection electrode outputs a distance signal corresponding to the distance to the measured object.

【0015】前記信号処理回路は、前記電位距離信号と
前記距離信号とが入力され、前記距離信号を用いて、前
記電位距離信号から前記距離成分を除去し、前記被測定
体の電位に対応する信号を生成する。
The signal processing circuit receives the potential distance signal and the distance signal, removes the distance component from the potential distance signal using the distance signal, and corresponds to the potential of the measured object. Generate a signal.

【0016】上述したように、本発明に係る表面電位検
出装置は、前記電位検知電極から前記電位距離信号が出
力され、前記距離検知電極から前記距離信号が出力され
る。そして、前記信号処理回路は前記距離信号を用い
て、前記電位距離信号から前記電位検知電極と前記被測
定体との距離に対応する成分を除去して出力するので、
表面電位検出装置と前記被測定体との距離が変動した場
合であっても、前記被測定体の電位を正確に検出するこ
とができる。
As described above, in the surface potential detecting device according to the present invention, the potential detecting electrode outputs the potential distance signal, and the distance detecting electrode outputs the distance signal. Then, the signal processing circuit uses the distance signal, removes a component corresponding to the distance between the potential detection electrode and the device under test from the potential distance signal, and outputs the signal.
Even when the distance between the surface potential detecting device and the object to be measured fluctuates, the potential of the object to be measured can be accurately detected.

【0017】しかも、上記構成によれば、高電圧をフィ
ードバックする必要がなくなるので、回路構成が簡単に
なるとともに、大型で高価な高耐電圧部品、例えば,高
圧発生用トランス、整流用の高耐圧ダイオード、整流用
の高耐圧コンデンサ、DC/DCコンバータ用高耐圧ト
ランスが不要になる。このため、小型で安価な低耐圧部
品、例えば、耐圧が数十V程度の表面実装型部品を用い
た簡単な回路で構成することができ、表面電位検出装置
が小型、軽量になり、安価になる。
Further, according to the above configuration, it is not necessary to feed back a high voltage, so that the circuit configuration is simplified, and large and expensive high withstand voltage components such as a high voltage generating transformer and a rectifying high withstand voltage are provided. A diode, a high-voltage capacitor for rectification, and a high-voltage transformer for a DC / DC converter are not required. For this reason, it is possible to configure a simple circuit using a small and inexpensive low withstand voltage component, for example, a surface mount type component with a withstand voltage of about several tens of volts. Become.

【0018】また、前記電位検知電極と前記被測定体と
の間の容量を大きな振幅で振動させることができるの
で、検出感度が高くなり、S/N比を大きくすることが
できる。
Further, since the capacitance between the potential detecting electrode and the object to be measured can be vibrated with a large amplitude, the detection sensitivity is increased and the S / N ratio can be increased.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】図1は本発明に係る表面電位検出
装置と被測定体の構成を概略的に示す図である。図1に
おいて、表面電位検出装置10は、電位検知電極11
と、距離検知電極12と、信号処理回路20とを含む。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a surface potential detecting device according to the present invention and an object to be measured. In FIG. 1, a surface potential detecting device 10 includes a potential detecting electrode 11
, A distance detection electrode 12, and a signal processing circuit 20.

【0020】電位検知電極11は、被測定体40の被測
定面Sに容量結合するための電極である。電位検知電極
11は、電位検知電極11と被測定面Sとの距離に対応
する距離成分と、被測定面Sの電位に対応する電位成分
とを含む電位距離信号s1を出力する。
The potential detecting electrode 11 is an electrode for capacitively coupling to the surface S to be measured of the object 40 to be measured. The potential detection electrode 11 outputs a potential distance signal s1 including a distance component corresponding to a distance between the potential detection electrode 11 and the surface S to be measured and a potential component corresponding to the potential of the surface S to be measured.

【0021】距離検知電極12は、被測定面Sに容量結
合するための電極である。距離検知電極12は、距離検
知電極12と被測定面Sとの距離に対応する距離信号s
2を出力する。
The distance detecting electrode 12 is an electrode for capacitively coupling to the surface S to be measured. The distance detection electrode 12 has a distance signal s corresponding to the distance between the distance detection electrode 12 and the surface S to be measured.
2 is output.

【0022】信号処理回路20は、電位距離信号s1と
距離信号s2とが入力され、距離信号s2を用いて、電
位距離信号s1から距離成分を除去し、被測定面Sの電
位に対応する信号s3を生成する。
The signal processing circuit 20 receives the potential distance signal s1 and the distance signal s2, removes a distance component from the potential distance signal s1 using the distance signal s2, and outputs a signal corresponding to the potential of the surface S to be measured. Generate s3.

【0023】上述のように、実施例に示された表面電位
検出装置10は、電位検知電極11から電位距離信号s
1が出力され、距離検知電極12から距離信号s2が出
力される。そして、信号処理回路20は距離信号s2を
用いて、電位距離信号s1から電位検知電極11と被測
定面Sとの距離に対応する距離成分を除去して出力する
ので、表面電位検出装置10と被測定面Sとの距離が変
動した場合であっても、被測定面Sの電位を正確に検出
することができる。
As described above, the surface potential detecting device 10 shown in the embodiment is configured such that the potential distance signal s
1 is output, and the distance signal s2 is output from the distance detection electrode 12. Then, the signal processing circuit 20 removes the distance component corresponding to the distance between the potential detection electrode 11 and the surface S to be measured from the potential distance signal s1 using the distance signal s2 and outputs the signal. Even when the distance to the measured surface S fluctuates, the potential of the measured surface S can be accurately detected.

【0024】しかも、上記構成によれば、高電圧をフィ
ードバックする必要がなくなるので、回路構成が簡単に
なるとともに、大型で高価な高耐電圧部品、例えば、高
圧発生用トランス、整流用の高耐圧ダイオード、整流用
の高耐圧コンデンサ、DC/DCコンバータ用高耐圧ト
ランスが不要になる。このため、小型で安価な低耐圧部
品、例えば、耐圧が数十V程度の表面実装型部品を用い
た簡単な回路で構成することができ、表面電位検出装置
10が小型、軽量になり、安価になる。
Further, according to the above configuration, it is not necessary to feed back a high voltage, so that the circuit configuration is simplified, and large and expensive high withstand voltage components such as a high voltage generating transformer and a high withstand voltage for rectification are provided. A diode, a high-voltage capacitor for rectification, and a high-voltage transformer for a DC / DC converter are not required. For this reason, it is possible to configure a simple circuit using a small and inexpensive low withstand voltage component, for example, a surface mount type component with a withstand voltage of about several tens of volts. become.

【0025】また、実施例に示された表面電位検出装置
10は、電位検知電極11と被測定面Sとで構成される
容量を大きな振幅で振動させることができるので、検出
感度が高くなり、S/N比を大きくすることができる。
In the surface potential detecting device 10 shown in the embodiment, the capacitance formed by the potential detecting electrode 11 and the surface S to be measured can be vibrated with a large amplitude, so that the detection sensitivity is increased. The S / N ratio can be increased.

【0026】信号処理回路20は、受動回路素子、能動
回路素子を用いて構成した専用回路として構成してもよ
いし、その一部または全部をコンピュータによって構成
してもよい。また、電位検知電極11及び距離検知電極
12の形状は任意であり、板状、線状、円形状、矩形状
など、多様な態様を採用し得る。また、電位検知電極1
1及び距離検知電極12の構造についても、それが、所
定の要求特性を満たすものである限り、特に限定はな
い。例えば、電位検知電極11は、チョッパ型のもので
あってもよいし、電子回路的手法により結合容量を変化
させるものであってもよい。更に、被測定面Sは、一般
には、感光体ドラムの表面であるが、静電帯電したプラ
スチックフィルムの表面であることもある。
The signal processing circuit 20 may be configured as a dedicated circuit using passive circuit elements and active circuit elements, or may be partially or entirely configured by a computer. The shapes of the potential detection electrode 11 and the distance detection electrode 12 are arbitrary, and various modes such as a plate shape, a linear shape, a circular shape, and a rectangular shape can be adopted. Also, the potential detection electrode 1
There is no particular limitation on the structures of the electrode 1 and the distance detection electrode 12 as long as they satisfy predetermined required characteristics. For example, the potential detection electrode 11 may be a chopper type, or may be a type that changes the coupling capacitance by an electronic circuit method. Further, the surface to be measured S is generally the surface of the photoconductor drum, but may be the surface of an electrostatically charged plastic film.

【0027】図2は、本発明に係る表面電位検出装置及
び被測定体の構成を更に具体的に示すブロック図、図3
は、表面電位検出装置10の一部の構成を更に具体的に
示す回路図である。図2に示した実施例においては、被
測定面Sは直流高圧電源VDCに接続され、被測定面Sの
表面電位Vsは、第1基準電位GND1に対して、例え
ば、0Vから−1000Vまで変化する。
FIG. 2 is a block diagram more specifically showing the structure of the surface potential detecting device and the object to be measured according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a part of the configuration of the surface potential detecting device 10 more specifically. In the embodiment shown in FIG. 2, the surface to be measured S is connected to a DC high-voltage power supply VDC, and the surface potential Vs of the surface to be measured S is, for example, from 0 V to -1000 V with respect to the first reference potential GND1. Change.

【0028】電位検知電極11は、非接触手段で被測定
面Sの表面電位Vsを測定すべく、被測定面Sと対向す
るように配置され、被測定面Sに容量結合されている。
電位検知電極11と被測定面Sとの距離はL1であり、
その静電容量がC1となる。
The potential detecting electrode 11 is arranged so as to face the measured surface S and is capacitively coupled to the measured surface S in order to measure the surface potential Vs of the measured surface S by non-contact means.
The distance between the potential detection electrode 11 and the surface S to be measured is L1,
The capacitance becomes C1.

【0029】距離検知電極12は、非接触手段で被測定
面Sとの距離を測定すべく、被測定面Sと対向するよう
に配置され、被測定面Sに容量結合されている。本実施
例においては、距離検知電極12と被測定面Sとの距離
はL2は、距離L1と同じ値に設定されており、その静
電容量がC2となる。
The distance detecting electrode 12 is arranged to face the measured surface S so as to measure the distance to the measured surface S by non-contact means, and is capacitively coupled to the measured surface S. In this embodiment, the distance L2 between the distance detection electrode 12 and the surface to be measured S is set to the same value as the distance L1, and the capacitance is C2.

【0030】信号処理回路20は、電位検出回路21
と、変位検出回路22と、演算回路23とを含む。電位
検出回路21は、インピーダンス変換回路211と、第
1の増幅器212と、第1の整流平滑回路213と、第
1のレベルシフト回路214と、変調信号発生回路21
5と、メカニカルチョッパ216とを含む。
The signal processing circuit 20 includes a potential detecting circuit 21
, A displacement detection circuit 22 and an arithmetic circuit 23. The potential detection circuit 21 includes an impedance conversion circuit 211, a first amplifier 212, a first rectifying / smoothing circuit 213, a first level shift circuit 214, and a modulation signal generation circuit 21.
5 and a mechanical chopper 216.

【0031】変位検出回路22は、信号発生器221
と、非反転増幅回路222と、第2の増幅器223と、
第2の整流平滑回路224と、減算回路225と、第2
のレベルシフト回路226と、第1の除算回路227と
を含む。
The displacement detection circuit 22 includes a signal generator 221
A non-inverting amplifier circuit 222, a second amplifier 223,
A second rectifying / smoothing circuit 224, a subtraction circuit 225,
, And a first division circuit 227.

【0032】図3に信号発生器221の回路図を示す。
信号発生器221は、オペアンプA1と、抵抗R1、R
2と、信号源VGとを含む。信号源VGの一端は接地電
位であるGND1に接地されている。オペアンプA1
は、非反転入力端子が接地されている。オペアンプA1
の反転入力端子は、抵抗R1を介して信号源VGの他端
に接続されるとともに、抵抗R2を介して出力端子に接
続されている。オペアンプA1の出力端子は、信号発生
器221の出力端子となる。
FIG. 3 is a circuit diagram of the signal generator 221.
The signal generator 221 includes an operational amplifier A1 and resistors R1 and R1.
2 and a signal source VG. One end of the signal source VG is grounded to the ground potential GND1. Operational amplifier A1
Has a non-inverting input terminal grounded. Operational amplifier A1
Is connected to the other end of the signal source VG via a resistor R1 and to the output terminal via a resistor R2. The output terminal of the operational amplifier A1 becomes the output terminal of the signal generator 221.

【0033】非反転増幅回路222は、オペアンプA2
と、抵抗R3とを含む。オペアンプA2の反転入力端子
は、距離検知電極12に接続されるとともに、抵抗R3
を介して出力端子に接続されている。オペアンプA2の
非反転入力端子は信号発生器221の出力端子に接続さ
れている。オペアンプA2の出力端子は、非反転増幅回
路222の出力端子となる。
The non-inverting amplifier circuit 222 includes an operational amplifier A2
And a resistor R3. The inverting input terminal of the operational amplifier A2 is connected to the distance detecting electrode 12 and connected to the resistor R3.
Connected to the output terminal. The non-inverting input terminal of the operational amplifier A2 is connected to the output terminal of the signal generator 221. The output terminal of the operational amplifier A2 becomes the output terminal of the non-inverting amplifier circuit 222.

【0034】図4、図5は、図2に示した表面電位検出
装置10の動作波形図である。以下、図2、図4、図5
を用いて、表面電位検出装置10の動作を説明する。ま
ず、表面電位検出装置10の静電容量C2は、誘電率を
ε0とし、実効面積をS2とすると、 C2=ε0*S2/L2 となる。ここで、距離検知電極12と被測定面Sとの間
には空気のみが存在するので、誘電率ε0は一定であ
り、実効面積S2も一定である。そのため、静電容量C
2は、距離L2の変化のみに依存し、静電容量C2は、
距離L2の逆数に比例する。静電容量C2が距離L2の
変化に依存して変化するので、距離検知電極12から出
力される信号は、被測定面Sとの距離L2に対応する距
離信号s2となる。
FIGS. 4 and 5 are operation waveform diagrams of the surface potential detecting device 10 shown in FIG. Hereinafter, FIGS. 2, 4, and 5
The operation of the surface potential detecting device 10 will be described with reference to FIG. First, assuming that the dielectric constant is ε 0 and the effective area is S 2, the capacitance C 2 of the surface potential detecting device 10 is as follows: C 2 = ε 0 * S 2 / L 2 Here, since only air exists between the distance detection electrode 12 and the surface to be measured S, the dielectric constant ε 0 is constant, and the effective area S2 is also constant. Therefore, the capacitance C
2 depends only on the change in the distance L2, and the capacitance C2 is
It is proportional to the reciprocal of the distance L2. Since the capacitance C2 changes depending on the change in the distance L2, the signal output from the distance detection electrode 12 is a distance signal s2 corresponding to the distance L2 to the measured surface S.

【0035】信号発生器221は、信号源VGから入力
された信号を、オペアンプA1で反転増幅し、信号s2
1を出力する。信号s21を図4(a)に示す。信号s
21は、周期と振幅が一定のAC信号であり、例えば、
周波数が10kHzの正弦波とすることができる。
The signal generator 221 inverts and amplifies the signal input from the signal source VG by the operational amplifier A1, and outputs the signal s2
Outputs 1. FIG. 4A shows the signal s21. Signal s
Reference numeral 21 denotes an AC signal having a constant period and constant amplitude.
The frequency may be a 10 kHz sine wave.

【0036】非反転増幅回路222は、信号発生器22
1から入力された信号s21を増幅して出力する。信号
s21の周波数をfとすると、距離検知電極12と被測
定面Sとの間のインピーダンスXcは、 Xc=1/(2πf*C2) となり、非反転増幅回路222の増幅率は(Xc+R
3)/Xcとなる。この非反転増幅回路222の出力端
子から出力される電圧Voutは、信号s21の振幅を
Vmとすると、 Vout={(Xc+R3)/Xc}*Vm と表せる。
The non-inverting amplifying circuit 222 includes a signal generator 22
The signal s21 input from 1 is amplified and output. Assuming that the frequency of the signal s21 is f, the impedance Xc between the distance detection electrode 12 and the surface S to be measured is Xc = 1 / (2πf * C2), and the amplification factor of the non-inverting amplifier circuit 222 is (Xc + R
3) It becomes / Xc. The voltage Vout output from the output terminal of the non-inverting amplifier circuit 222 can be expressed as Vout = {(Xc + R3) / Xc} * Vm, where Vm is the amplitude of the signal s21.

【0037】信号s21の振幅Vm、周波数fは一定で
あるから、 Vout={(Xc+R3)/Xc}*Vm =(1+R3/Xc)*Vm =(1+R3*2πf*C2)*Vm =(1+R3*2πf*ε0*S2/L2)*Vm となり、電圧Voutは、距離L2の変化のみに依存し
て変化するAC信号となる。
Since the amplitude Vm and the frequency f of the signal s21 are constant, Vout = {(Xc + R3) / Xc} * Vm = (1 + R3 / Xc) * Vm = (1 + R3 * 2πf * C2) * Vm = (1 + R3 * 2πf * ε 0 * S2 / L2) * Vm, and the voltage Vout is an AC signal that changes only depending on the change in the distance L2.

【0038】第2の増幅器223、第2の整流平滑回路
224、減算回路225は、信号s21と同じ電位の第
2基準電位GND2に接地されている。第2の増幅器2
23は、非反転増幅回路222から入力されたAC信号
を交流増幅して信号s22を出力する。信号s22を図
4(b)に示す。
The second amplifier 223, the second rectifying / smoothing circuit 224, and the subtraction circuit 225 are grounded to a second reference potential GND2 having the same potential as the signal s21. Second amplifier 2
23 AC-amplifies the AC signal input from the non-inverting amplifier circuit 222 and outputs a signal s22. The signal s22 is shown in FIG.

【0039】第2の整流平滑回路224は、信号s22
を整流平滑して信号s23を出力する。信号s23を図
4(c)に示す。この第2の整流平滑回路224は、G
ND2に接地されているため、GND2を基準にして、
信号s22を整流し、平滑する。
The second rectifying / smoothing circuit 224 outputs the signal s22
Is rectified and smoothed to output a signal s23. The signal s23 is shown in FIG. This second rectifying and smoothing circuit 224
Because it is grounded to ND2, with reference to GND2,
The signal s22 is rectified and smoothed.

【0040】減算回路225は、信号s23から信号s
21を減算して出力する。この減算回路225から出力
される信号は、直流の信号となる。
The subtraction circuit 225 converts the signal s23 to the signal s
21 is subtracted and output. The signal output from the subtraction circuit 225 is a DC signal.

【0041】第2のレベルシフト回路226は、減算回
路225から入力された信号のレベルを調整して信号V
bを出力する。信号Vbを図4(d)に示す。
The second level shift circuit 226 adjusts the level of the signal input from the subtraction circuit 225 to
b is output. The signal Vb is shown in FIG.

【0042】第2のレベルシフト回路226は、可変抵
抗を用いてゲインを調整可能にした非反転増幅回路等を
用いて構成してもよい。場合によっては、省略すること
も可能である。
The second level shift circuit 226 may be configured using a non-inverting amplifier circuit whose gain can be adjusted using a variable resistor. In some cases, it can be omitted.

【0043】第1の除算回路227は、信号Vbを基準
電圧Vrefで除算して、変位信号Vcを出力する。基
準電圧Vrefは、距離検知電極12が基準位置にある
とき、レベルシフト回路226から出力される信号と同
じ値に設定されている。したがって、変位信号Vcは、
基準位置からの変位に対応する信号となる。変位信号V
cを図4(e)に示す。
The first division circuit 227 divides the signal Vb by the reference voltage Vref and outputs a displacement signal Vc. The reference voltage Vref is set to the same value as the signal output from the level shift circuit 226 when the distance detection electrode 12 is at the reference position. Therefore, the displacement signal Vc is
The signal corresponds to the displacement from the reference position. Displacement signal V
c is shown in FIG.

【0044】一方、電位検出回路21の変調信号発生回
路215は、一定の周波数の信号、例えば、700Hz
の信号を出力する。メカニカルチョッパ216は、変調
信号発生回路215から入力された信号の周波数で、被
測定面Sと電位検知電極11との間に挿入される。メカ
ニカルチョッパ216が挿入されると、被測定面Sと電
位検知電極11との間の誘電率がΔεだけ変化し、静電
容量C1がΔC1だけ変化する。
On the other hand, the modulation signal generation circuit 215 of the potential detection circuit 21 outputs a signal of a constant frequency, for example, 700 Hz.
The signal of is output. The mechanical chopper 216 is inserted between the measured surface S and the potential detection electrode 11 at the frequency of the signal input from the modulation signal generation circuit 215. When the mechanical chopper 216 is inserted, the permittivity between the measured surface S and the potential detection electrode 11 changes by Δε, and the capacitance C1 changes by ΔC1.

【0045】電位検知電極11に発生する電荷ΔQは、
実効面積をS1とし、被測定面Sと電位検知電極11と
の間の電位差をV1とすると、 ΔQ=(ΔεS1/L1)*V1 =ΔC1*V1 と表せる。したがって、電位検知電極11に誘起される
変調電流iは、 i=ΔQ/Δt =(Δε0S1/L1)*V1/Δt =ΔC1*V1/Δt と表せる。変調電流iは、電位検知電極11と被測定面
Sとの距離に対応する距離成分L1と、被測定面の電位
に対応する電位成分V1とを含む。そして、電位検知電
極11は、変調電流iを電位距離信号s1として出力す
る。
The electric charge ΔQ generated at the potential detecting electrode 11 is
Assuming that the effective area is S1 and the potential difference between the measured surface S and the potential detection electrode 11 is V1, the following equation can be obtained: ΔQ = (ΔεS1 / L1) * V1 = ΔC1 * V1. Therefore, the modulation current i induced in the potential detection electrode 11 can be expressed as follows: i = ΔQ / Δt = (Δε 0 S1 / L1) * V1 / Δt = ΔC1 * V1 / Δt The modulation current i includes a distance component L1 corresponding to the distance between the potential detection electrode 11 and the surface S to be measured, and a potential component V1 corresponding to the potential of the surface to be measured. Then, the potential detection electrode 11 outputs the modulation current i as the potential distance signal s1.

【0046】インピーダンス変換回路211は、電位検
知電極11から入力された電位距離信号s1を電圧信号
に変換すると同時に、ハイ・インピーダンスをロー・イ
ンピーダンスに変換し、扱い易い信号にして出力する。
The impedance conversion circuit 211 converts the potential distance signal s1 input from the potential detection electrode 11 into a voltage signal, and at the same time converts high impedance into low impedance, and outputs a signal that is easy to handle.

【0047】第1の増幅器212は、インピーダンス変
換回路211から入力された信号をAC増幅して信号s
11を出力する。信号s11を図5(a)に示す。信号
s11は、変調信号発生回路215から出力される信号
と同一の周波数、例えば、700Hzの略正弦波信号と
なる。
The first amplifier 212 amplifies the signal input from the impedance conversion circuit 211 by AC amplification to obtain a signal s.
11 is output. The signal s11 is shown in FIG. The signal s11 is a substantially sine wave signal having the same frequency as the signal output from the modulation signal generation circuit 215, for example, 700 Hz.

【0048】第1の整流平滑回路213は、信号s11
をDC信号に変換して、被測定面Sの電位に対応する成
分と変位信号に比例する成分とが乗算された信号を出力
する。
The first rectifying / smoothing circuit 213 outputs the signal s11
Is converted into a DC signal, and a signal obtained by multiplying a component corresponding to the potential of the measured surface S by a component proportional to the displacement signal is output.

【0049】第1のレベルシフト回路214は、第1の
整流平滑回路213から入力された信号のDCレベルを
調整して、電位変位信号Vaを出力する。電位変位信号
Vaを図5(b)に示す。
The first level shift circuit 214 adjusts the DC level of the signal input from the first rectifying / smoothing circuit 213 and outputs a potential displacement signal Va. FIG. 5B shows the potential displacement signal Va.

【0050】第1のレベルシフト回路214は、第2の
レベルシフト回路226と同様の非反転増幅回路を用い
て構成することができる。場合によっては、省略するこ
とも可能である。
The first level shift circuit 214 can be configured using a non-inverting amplifier circuit similar to the second level shift circuit 226. In some cases, it can be omitted.

【0051】演算回路23は、電位変位信号Vaと変位
信号Vcとが入力され、電位変位信号Vaから変位信号
Vcを除算して、信号s3を生成する。信号s3を図5
(c)に示す。この信号s3は、被測定面Sの表面電位
Vsに対応する信号となる。
The arithmetic circuit 23 receives the potential displacement signal Va and the displacement signal Vc and divides the displacement signal Vc from the potential displacement signal Va to generate a signal s3. FIG. 5 shows the signal s3.
It is shown in (c). This signal s3 is a signal corresponding to the surface potential Vs of the surface S to be measured.

【0052】次に、表面電位検出装置10と被測定面S
との距離が変動した場合に、電位検知電極11と被測定
面Sとの距離L1に対応する距離成分を除去して出力す
る方法について説明する。図6に、被測定面Sの表面電
位Vsと信号Vbとの関係を示し、図7に、被測定面S
の表面電位Vsと電位変位信号Vaとの関係を示す。
Next, the surface potential detecting device 10 and the surface to be measured S
A method of removing and outputting a distance component corresponding to the distance L1 between the potential detection electrode 11 and the surface to be measured S when the distance between the potential detection electrode 11 and the surface to be measured S is changed will be described. FIG. 6 shows a relationship between the surface potential Vs of the surface S to be measured and the signal Vb, and FIG.
Between the surface potential Vs and the potential displacement signal Va.

【0053】図6、図7に示すように、信号Vbは表面
電位Vsには依存せず、距離L2に依存する。電位変位
信号Vaは、表面電位Vsに比例し、かつ、距離L1に
依存する。
As shown in FIGS. 6 and 7, the signal Vb does not depend on the surface potential Vs but depends on the distance L2. The potential displacement signal Va is proportional to the surface potential Vs and depends on the distance L1.

【0054】本実施例においては、被測定面Sと電位検
知電極11との距離L1が、被測定面Sと距離検知電極
12との距離L2と同一であるため、距離L1(=L
2)が変化したとき静電容量C1、C2は同じ割合だけ
変化する。そのため、距離L1が変動したときの信号V
bの変化量は、電位変位信号Vaの変化量に比例する。
In this embodiment, since the distance L1 between the measured surface S and the potential detecting electrode 11 is the same as the distance L2 between the measured surface S and the distance detecting electrode 12, the distance L1 (= L
When 2) changes, the capacitances C1 and C2 change by the same ratio. Therefore, the signal V when the distance L1 fluctuates
The change amount of b is proportional to the change amount of the potential displacement signal Va.

【0055】したがって、距離L1=x1、x2である
とき、電位変位信号Va=Va(x1)、Va(x
2)、信号Vb=Vb(x1)、Vb(x2)とする
と、 Va(x1)/Va(x2)=Vb(x1)/Vb(x
2) と表せる。ここで、x1を基準位置、Vb(x1)を基
準電圧(Vref)と定めれば、 Va(x1)=Va(x2)/(Vb(x2)/Vref) =Va(x2)/Vc となる。
Accordingly, when the distances L1 = x1, x2, the potential displacement signals Va = Va (x1), Va (x
2) If the signal Vb = Vb (x1) and Vb (x2), Va (x1) / Va (x2) = Vb (x1) / Vb (x
2) can be expressed as Here, if x1 is defined as a reference position and Vb (x1) is defined as a reference voltage (Vref), Va (x1) = Va (x2) / (Vb (x2) / Vref) = Va (x2) / Vc. .

【0056】表面電位検出装置10においては、距離L
1が基準位置(x1)から変動したx2にあるとき、V
a(x2)、Vb(x2)が検出される。したがって、
Va(x2)、Vb(x2)を上式に代入すれば、被測
定面Sの電位を正確に検出することができる。
In the surface potential detecting device 10, the distance L
When 1 is at x2 which fluctuates from the reference position (x1), V
a (x2) and Vb (x2) are detected. Therefore,
By substituting Va (x2) and Vb (x2) into the above equation, the potential of the surface S to be measured can be accurately detected.

【0057】このように表面電位検出装置10の信号処
理回路20は、変位検出回路22が変位信号Vc=Vb
/Vrefを出力し、電位検出回路21が電位変位信号
Vaを出力する。そして、信号処理回路20の演算回路
23は、電位変位信号Vaから変位信号Vcを除算する
ことにより、電位検知電極11と被測定面Sとの距離L
1に対応する成分を除去することができ、被測定面Sの
表面電位Vsに対応する信号s3を出力することができ
る。
As described above, in the signal processing circuit 20 of the surface potential detecting device 10, the displacement detecting circuit 22 outputs the displacement signal Vc = Vb
/ Vref, and the potential detection circuit 21 outputs the potential displacement signal Va. The arithmetic circuit 23 of the signal processing circuit 20 divides the displacement signal Vc from the potential displacement signal Va to obtain a distance L between the potential detection electrode 11 and the surface S to be measured.
1 can be removed, and a signal s3 corresponding to the surface potential Vs of the surface S to be measured can be output.

【0058】図8に、表面電位Vsの検出結果を示す。
図8は、基準距離(x1)を3mmとし、距離L1が基
準距離から変動した場合の表面電位Vsの検出結果を示
す図である。図8において、本発明に係る表面電位検出
装置10により検出した信号s3を実線で示し、従来の
高圧フィードバック型の電位検出装置により検出した結
果を一点鎖線で示す。
FIG. 8 shows the detection result of the surface potential Vs.
FIG. 8 is a diagram illustrating a detection result of the surface potential Vs when the reference distance (x1) is 3 mm and the distance L1 fluctuates from the reference distance. In FIG. 8, a signal s3 detected by the surface potential detecting device 10 according to the present invention is shown by a solid line, and a result detected by a conventional high voltage feedback type potential detecting device is shown by a dashed line.

【0059】図8に示すように、本発明に係る表面電位
検出装置10は、被測定面Sと電位検知電極11との距
離L1が変動した場合であっても、被測定面Sの電位V
sを正確に検出することができる。
As shown in FIG. 8, the surface potential detecting device 10 according to the present invention has the potential V of the surface S to be measured even when the distance L1 between the surface S to be measured and the potential detecting electrode 11 fluctuates.
s can be accurately detected.

【0060】本発明に係る表面電位検出装置は、距離検
知電極12と被測定面Sとの距離L2が、電位検知電極
11と被測定面Sとの距離L1と異なった値でもよい。
但し、実施例に示したように、これらの距離が同じ値で
ある場合には、信号処理が容易になる。
In the surface potential detecting device according to the present invention, the distance L2 between the distance detecting electrode 12 and the surface to be measured S may be different from the distance L1 between the potential detecting electrode 11 and the surface to be measured S.
However, as shown in the embodiment, when these distances have the same value, signal processing becomes easy.

【0061】図9は、本発明に係る表面電位検出装置及
び被測定体の別の例を示すブロック図である。図9にお
いては、図2に現れた構成部分と同一の構成部分につい
ては、同一の参照符号を付してある。
FIG. 9 is a block diagram showing another example of the surface potential detecting device and the object to be measured according to the present invention. In FIG. 9, the same components as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.

【0062】図9に示すように、実施例に示された表面
電位検出装置は、電位検知電極11と、距離検知電極1
2と、電位検出回路31と、変位検出回路22と、演算
回路23とを含む。
As shown in FIG. 9, the surface potential detecting device shown in the embodiment comprises a potential detecting electrode 11 and a distance detecting electrode 1.
2, a potential detection circuit 31, a displacement detection circuit 22, and an arithmetic circuit 23.

【0063】電位検出回路31は、インピーダンス変換
回路211と、第1の増幅器212と、第1の整流平滑
回路213と、第1のレベルシフト回路214と、変調
信号発生回路215と、シールドケース316と、静止
電極317と、インピーダンス発生器318とを含む。
被測定面Sと電位検知電極11とは、静止電極317を
介して対向し、静電容量C1を構成しているシールドケ
ース316は、検知窓319を含み、電位検知電極11
と、インピーダンス変換回路211と、第1の増幅器2
12と、第1の整流平滑回路213と、第1のレベルシ
フト回路214と、変調信号発生回路215と、インピ
ーダンス発生器318と静止電極317とを覆ってい
る。そして、シールドケース316は、GND1に接地
されている。このシールドケース316は、特に、電位
検知電極11の電位検知動作に対する外来電磁波の影響
を遮断するために設けられたものである。
The potential detecting circuit 31 includes an impedance converting circuit 211, a first amplifier 212, a first rectifying / smoothing circuit 213, a first level shift circuit 214, a modulation signal generating circuit 215, and a shield case 316. , A stationary electrode 317, and an impedance generator 318.
The surface to be measured S and the potential detection electrode 11 face each other via the stationary electrode 317, and the shield case 316 forming the capacitance C1 includes a detection window 319, and the potential detection electrode 11
, An impedance conversion circuit 211 and a first amplifier 2
12, a first rectifying / smoothing circuit 213, a first level shift circuit 214, a modulation signal generation circuit 215, an impedance generator 318, and a stationary electrode 317. The shield case 316 is grounded to GND1. The shield case 316 is provided especially for blocking the influence of an external electromagnetic wave on the potential detection operation of the potential detection electrode 11.

【0064】検知窓319は、静止電極317と被測定
面Sとの間に設けられた窓であり、静止電極317と被
測定面Sとの間に電界を通すためのものである。静止電
極317は、被測定面Sと電位検知電極11との間に配
置されている。静止電極317は、導電性材料、例え
ば、金属材料により構成することができる。
The detection window 319 is a window provided between the stationary electrode 317 and the surface S to be measured, and allows an electric field to pass between the stationary electrode 317 and the surface S to be measured. The stationary electrode 317 is arranged between the surface to be measured S and the potential detection electrode 11. The stationary electrode 317 can be made of a conductive material, for example, a metal material.

【0065】インピーダンス発生器318の一端は静止
電極317に電気的に接続されており、他端はシールド
ケース316に電気的に接続されている。
One end of the impedance generator 318 is electrically connected to the stationary electrode 317, and the other end is electrically connected to the shield case 316.

【0066】変調信号発生回路215は、一定の周波数
の信号、例えば、700Hzの信号を出力する。
The modulation signal generating circuit 215 outputs a signal of a constant frequency, for example, a signal of 700 Hz.

【0067】インピーダンス発生器318は、変調信号
発生回路215から入力された信号の周波数で、静止電
極317のインピーダンスを周期的に変化させる。この
静止電極317のインピーダンスは、例えば、周波数7
00Hzの正弦波状に変化する。
The impedance generator 318 periodically changes the impedance of the stationary electrode 317 at the frequency of the signal input from the modulation signal generation circuit 215. The impedance of the stationary electrode 317 is, for example, 7
It changes like a sine wave of 00 Hz.

【0068】静止電極317のインピーダンスが変化す
ると、静電容量C1が変化し、電位検知電極11から電
位距離信号s1が出力される。この動作は、基本的に
は、図1〜図8を参照して説明した表面電位検出装置1
0の動作と異なることはない。
When the impedance of the stationary electrode 317 changes, the capacitance C1 changes, and the potential detecting electrode 11 outputs the potential distance signal s1. This operation is basically performed by the surface potential detecting device 1 described with reference to FIGS.
There is no difference from the operation of 0.

【0069】[0069]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
のような効果を得ることができる。 (a)被測定体との距離が変動した場合であっても、被
測定体の電位を正確に検出することができる表面電位検
出装置を提供することができる。 (b)被測定体の電位を高い感度で検出できる表面電位
検出装置を提供することができる。 (c)簡単な回路構成を持つ表面電位検出装置を提供す
ることができる。 (c)小型で、軽量な表面電位検出装置を提供すること
ができる。 (d)高耐圧部品を使用しない安価な表面電位検出装置
を提供することができる。
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained. (A) It is possible to provide a surface potential detecting device capable of accurately detecting the potential of a measured object even when the distance to the measured object varies. (B) It is possible to provide a surface potential detecting device capable of detecting the potential of the measured object with high sensitivity. (C) A surface potential detecting device having a simple circuit configuration can be provided. (C) A small and lightweight surface potential detecting device can be provided. (D) It is possible to provide an inexpensive surface potential detection device that does not use high withstand voltage components.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る表面電位検出装置及び被測定体の
構成を概略的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a surface potential detecting device and a measured object according to the present invention.

【図2】本発明に係る表面電位検出装置及び被測定体の
構成を更に具体的に示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram more specifically showing the configurations of the surface potential detecting device and the device under test according to the present invention.

【図3】本発明に係る表面電位検出装置の一部の構成を
更に具体的に示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram more specifically showing a part of the configuration of the surface potential detecting device according to the present invention.

【図4】本発明に係る表面電位検出装置の動作波形を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing operation waveforms of the surface potential detecting device according to the present invention.

【図5】本発明に係る表面電位検出装置の動作波形を示
す別の図である。
FIG. 5 is another diagram showing an operation waveform of the surface potential detecting device according to the present invention.

【図6】本発明に係る表面電位検出装置の表面電位Vs
と信号Vbとの関係を示す図である。
FIG. 6 shows the surface potential Vs of the surface potential detecting device according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between the signal and a signal Vb.

【図7】本発明に係る表面電位検出装置の表面電位Vs
と電位変位信号Vaとの関係を示す図である。
FIG. 7 shows the surface potential Vs of the surface potential detecting device according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between the voltage and a potential displacement signal Va.

【図8】本発明に係る表面電位検出装置の表面電位Vs
の検出結果を示す図である。
FIG. 8 shows the surface potential Vs of the surface potential detecting device according to the present invention.
It is a figure showing the detection result of.

【図9】本発明に係る表面電位検出装置及び被測定体の
別の例を示すブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram showing another example of the surface potential detecting device and the measured object according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 表面電位検出装置 11 電位検知電極 12 距離検知電極 20 信号処理回路 40 被測定体 s1 電位距離信号 s2 距離信号 s3 被測定体の電位に対応する信号 Reference Signs List 10 surface potential detecting device 11 potential detecting electrode 12 distance detecting electrode 20 signal processing circuit 40 measured object s1 potential distance signal s2 distance signal s3 signal corresponding to potential of measured object

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成13年5月22日(2001.5.2
2)
[Submission date] May 22, 2001 (2001.5.2)
2)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0044[Correction target item name] 0044

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0044】一方、電位検出回路21の変調信号発生回
路215は、一定の周波数の信号、例えば、700Hz
の信号を出力する。メカニカルチョッパ216は、変調
信号発生回路215から入力された信号の周波数で、被
測定面Sと電位検知電極11との間に挿入される。メカ
ニカルチョッパ216が挿入されると、被測定面Sと電
位検知電極11との間の誘電率がΔε 0 だけ変化し、静
電容量C1がΔC1だけ変化する。
On the other hand, the modulation signal generation circuit 215 of the potential detection circuit 21 outputs a signal of a constant frequency, for example, 700 Hz.
The signal of is output. The mechanical chopper 216 is inserted between the measured surface S and the potential detection electrode 11 at the frequency of the signal input from the modulation signal generation circuit 215. When the mechanical chopper 216 is inserted, the dielectric constant between the measured surface S and the potential detection electrode 11 changes by Δε 0 , and the capacitance C1 changes by ΔC1.

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0045[Correction target item name] 0045

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0045】電位検知電極11に発生する電荷ΔQは、
実効面積をS1とし、被測定面Sと電位検知電極11と
の間の電位差をV1とすると、 ΔQ=(Δε 0 S1/L1)*V1 =ΔC1*V1 と表せる。したがって、電位検知電極11に誘起される
変調電流iは、 i=ΔQ/Δt =(Δε0S1/L1)*V1/Δt =ΔC1*V1/Δt と表せる。変調電流iは、電位検知電極11と被測定面
Sとの距離に対応する距離成分L1と、被測定面の電位
に対応する電位成分V1とを含む。そして、電位検知電
極11は、変調電流iを電位距離信号s1として出力す
る。
The electric charge ΔQ generated at the potential detecting electrode 11 is
Assuming that the effective area is S1 and the potential difference between the measured surface S and the potential detection electrode 11 is V1, the following equation can be obtained: ΔQ = (Δε 0 S1 / L1) * V1 = ΔC1 * V1. Therefore, the modulation current i induced in the potential detection electrode 11 can be expressed as follows: i = ΔQ / Δt = (Δε 0 S1 / L1) * V1 / Δt = ΔC1 * V1 / Δt The modulation current i includes a distance component L1 corresponding to the distance between the potential detection electrode 11 and the surface S to be measured, and a potential component V1 corresponding to the potential of the surface to be measured. Then, the potential detection electrode 11 outputs the modulation current i as the potential distance signal s1.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0058[Correction target item name] 0058

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0058】図8に、表面電位Vsの検出結果を示す。
図8は、基準位置(x1)を3mmとし、距離L1が基
位置から変動した場合の表面電位Vsの検出結果を示
す図である。図8において、本発明に係る表面電位検出
装置10により検出した信号s3を実線で示し、従来の
高圧フィードバック型の電位検出装置により検出した結
果を一点鎖線で示す。
FIG. 8 shows the detection result of the surface potential Vs.
FIG. 8 is a diagram showing a detection result of the surface potential Vs when the reference position (x1) is 3 mm and the distance L1 fluctuates from the reference position . In FIG. 8, a signal s3 detected by the surface potential detecting device 10 according to the present invention is shown by a solid line, and a result detected by a conventional high voltage feedback type potential detecting device is shown by a dashed line.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図1[Correction target item name] Fig. 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図1】 FIG.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電位検知電極と、距離検知電極と、信号
処理回路とを含む表面電位検出装置であって、 前記電位検知電極は、被測定体に容量結合するための電
極であり、前記被測定体との距離に対応する距離成分
と、前記被測定体の電位に対応する電位成分とを含む電
位距離信号を出力し、 前記距離検知電極は、前記被測定体に容量結合するため
の電極であり、前記被測定体との距離に対応する距離信
号を出力し、 前記信号処理回路は、前記電位距離信号と前記距離信号
とが入力され、前記距離信号を用いて、前記電位距離信
号から前記距離成分を除去し、前記被測定体の電位に対
応する信号を生成する表面電位検出装置。
1. A surface potential detection device including a potential detection electrode, a distance detection electrode, and a signal processing circuit, wherein the potential detection electrode is an electrode for capacitively coupling to an object to be measured, and The potential detection device outputs a potential distance signal including a distance component corresponding to the distance to the measurement object and a potential component corresponding to the potential of the measurement object, and the distance detection electrode is an electrode for capacitively coupling to the measurement object. And outputs a distance signal corresponding to the distance to the object to be measured. The signal processing circuit receives the potential distance signal and the distance signal, and uses the distance signal to calculate the potential signal from the potential distance signal. A surface potential detecting device that removes the distance component and generates a signal corresponding to the potential of the measured object.
【請求項2】 請求項1に記載された表面電位検出装置
であって、 前記信号処理回路は、変位検出回路と、電位検出回路
と、演算回路とを含み、 前記変位検出回路は、前記距離信号が入力され、基準位
置からの変位に対応する変位信号を出力し、 前記電位検出回路は、前記電位距離信号が入力され、前
記被測定体の電位に対応する成分と前記変位信号に比例
する成分とが乗算された電位変位信号を出力し、 前記演算回路は、前記電位変位信号と前記変位信号とが
入力され、前記電位変位信号から前記変位信号を除算し
て、前記被測定体の電位に対応する信号を出力する表面
電位検出装置。
2. The surface potential detection device according to claim 1, wherein the signal processing circuit includes a displacement detection circuit, a potential detection circuit, and an arithmetic circuit, and the displacement detection circuit includes the distance. A signal is input, and a displacement signal corresponding to a displacement from a reference position is output. The potential detection circuit receives the potential distance signal and is proportional to a component corresponding to a potential of the measured object and the displacement signal. A potential displacement signal multiplied by the component; and the arithmetic circuit receives the potential displacement signal and the displacement signal, divides the displacement signal from the potential displacement signal, and outputs the potential of the device under test. Surface potential detection device that outputs a signal corresponding to
【請求項3】 請求項2に記載された表面電位検出装置
であって、 前記変位検出回路は、信号発生器と、非反転増幅回路
と、第2の増幅器と、第2の整流平滑回路と、減算回路
と、第2のレベルシフト回路と、第1の除算回路とを含
み、 前記信号発生器は、一定の周波数の信号を出力し、 前記非反転増幅回路は、前記信号発生器から入力された
信号を前記距離信号に基づく増幅率で増幅して出力し、 前記第2の増幅器は、前記非反転増幅回路から入力され
た信号を交流増幅して出力し、 前記第2の整流平滑回路は、前記第2の増幅器から入力
された信号を整流平滑して出力し、 前記減算回路は、前記第2の整流平滑回路から入力され
た信号から前記信号発生器から入力された信号を減算し
て出力し、 前記第2のレベルシフト回路は、前記減算回路から入力
された信号のレベルを調整して出力し、 前記第1の除算回路は、前記第2のレベルシフト回路か
ら入力された信号を基準電圧で除算して変位信号を出力
する表面電位検出装置。
3. The surface potential detecting device according to claim 2, wherein the displacement detecting circuit includes a signal generator, a non-inverting amplifier, a second amplifier, and a second rectifying / smoothing circuit. , A subtraction circuit, a second level shift circuit, and a first division circuit, wherein the signal generator outputs a signal of a fixed frequency, and the non-inverting amplifier circuit receives an input from the signal generator. Amplifying the output signal at an amplification factor based on the distance signal, and outputting the amplified signal. The second amplifier amplifies and outputs the signal input from the non-inverting amplifier circuit. The second rectifying and smoothing circuit. Rectifies and smoothes the signal input from the second amplifier, and outputs the signal. The subtraction circuit subtracts the signal input from the signal generator from the signal input from the second rectification smoothing circuit. The second level shift circuit outputs the The first division circuit divides the signal inputted from the second level shift circuit by a reference voltage to output a displacement signal Detection device.
【請求項4】 請求項2に記載された表面電位検出装置
であって、 前記電位検出回路は、インピーダンス変換回路と、第1
の増幅器と、第1の整流平滑回路と、第1のレベルシフ
ト回路と、変調信号発生回路と、メカニカルチョッパと
を含み、 前記変調信号発生回路は、一定の周波数の信号を出力
し、 前記メカニカルチョッパは、前記変調信号発生回路から
入力された信号の周波数で、前記被測定体と前記電位検
知電極との間の静電容量を変化させ、 前記インピーダンス変換回路は、前記電位距離信号を電
圧信号に変換して出力し、 前記第1の増幅器は、前記インピーダンス変換回路から
入力された信号をAC増幅して出力し、 前記第1の整流平滑回路は、前記第1の増幅器から入力
されたAC信号をDC信号に変換して出力し、 前記第1のレベルシフト回路は、前記第1の整流平滑回
路から入力された信号のDCレベルを調整して、前記電
位変位信号を出力する表面電位検出装置。
4. The surface potential detection device according to claim 2, wherein the potential detection circuit includes an impedance conversion circuit,
, A first rectifying / smoothing circuit, a first level shift circuit, a modulation signal generation circuit, and a mechanical chopper, wherein the modulation signal generation circuit outputs a signal of a fixed frequency, The chopper changes a capacitance between the device under test and the potential detection electrode at a frequency of a signal input from the modulation signal generation circuit, and the impedance conversion circuit converts the potential distance signal into a voltage signal. The first amplifier converts the signal input from the impedance conversion circuit into an AC signal and outputs the amplified signal. The first rectifier and smoothing circuit converts the signal input from the first amplifier into an AC signal. The first level shift circuit adjusts the DC level of the signal input from the first rectifying / smoothing circuit, and outputs the potential displacement signal Surface potential detector that.
【請求項5】 請求項2に記載された表面電位検出装置
であって、 前記電位検出回路は、インピーダンス変換回路と、第1
の増幅器と、第1の整流平滑回路と、第1のレベルシフ
ト回路と、変調信号発生回路と、シールドケースと、静
止電極と、インピーダンス発生器とを含み、 前記シールドケースは、検知窓を含み、前記電位検知電
極と、前記インピーダンス変換回路と、前記第1の増幅
器と、前記第1の整流平滑回路と、前記第1のレベルシ
フト回路と、前記変調信号発生回路と、前記インピーダ
ンス発生器と前記静止電極とを覆っており、 前記検知窓は、前記静止電極と前記被測定体との間に設
けられ、 前記静止電極は、前記被測定体と前記電位検知電極との
間に配置され、 前記変調信号発生回路は、一定の周波数の信号を出力
し、 前記インピーダンス発生器は、前記変調信号発生回路か
ら入力された信号の周波数で、前記静止電極のインピー
ダンスを変化させ、 前記インピーダンス変換回路は、前記電位距離信号を電
圧信号に変換して出力し、 前記第1の増幅器は、前記インピーダンス変換回路から
入力された信号をAC増幅して出力し、 前記第1の整流平滑回路は、前記第1の増幅器から入力
されたAC信号をDC信号に変換して出力し、 前記第1のレベルシフト回路は、前記第1の整流平滑回
路から入力された信号のDCレベルを調整して、前記電
位変位信号を出力する表面電位検出装置。
5. The surface potential detection device according to claim 2, wherein the potential detection circuit comprises: an impedance conversion circuit;
, A first rectifying / smoothing circuit, a first level shift circuit, a modulation signal generating circuit, a shield case, a stationary electrode, and an impedance generator. The shield case includes a detection window. The potential detection electrode, the impedance conversion circuit, the first amplifier, the first rectifying and smoothing circuit, the first level shift circuit, the modulation signal generation circuit, and the impedance generator. Covering the stationary electrode, the detection window is provided between the stationary electrode and the measured object, the stationary electrode is disposed between the measured object and the potential detection electrode, The modulation signal generation circuit outputs a signal having a constant frequency, and the impedance generator determines an impedance of the stationary electrode at a frequency of a signal input from the modulation signal generation circuit. The impedance conversion circuit converts the potential distance signal into a voltage signal and outputs the voltage signal. The first amplifier performs AC amplification on a signal input from the impedance conversion circuit and outputs the amplified signal. Rectifying and smoothing circuit converts the AC signal input from the first amplifier into a DC signal and outputs the DC signal. The first level shift circuit performs DC conversion on the signal input from the first rectifying and smoothing circuit. A surface potential detecting device for adjusting a level and outputting the potential displacement signal.
【請求項6】 請求項1ないし5の何れかに記載された
表面電位検出装置であって、 前記電位検知電極と前記被測定体との距離、及び、前記
距離検知電極と前記被測定体との距離が同一である表面
電位検出装置。
6. The surface potential detection device according to claim 1, wherein a distance between the potential detection electrode and the object to be measured, and a distance between the distance detection electrode and the object to be measured. Surface potential detectors having the same distance.
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