JPH0241703B2 - - Google Patents
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- JPH0241703B2 JPH0241703B2 JP56140417A JP14041781A JPH0241703B2 JP H0241703 B2 JPH0241703 B2 JP H0241703B2 JP 56140417 A JP56140417 A JP 56140417A JP 14041781 A JP14041781 A JP 14041781A JP H0241703 B2 JPH0241703 B2 JP H0241703B2
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- JP
- Japan
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- electrode
- piezoelectric material
- excitation
- drive device
- electrodes
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- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 27
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 8
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/002—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the work function voltage
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/12—Measuring electrostatic fields or voltage-potential
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
- Micromachines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、励起電圧で励起される圧電材料に
よつて駆動する振動電極を圧電材料に固定したバ
ネ部材で保持し、電極の平均間隔を可変する可変
電圧に励起電圧を重畳させることができ、相対運
動する電極間の接触電位、及び表面又は界面から
の電極仕事関数を測定するために使用される圧電
振動素子用の駆動装置に関する。
よつて駆動する振動電極を圧電材料に固定したバ
ネ部材で保持し、電極の平均間隔を可変する可変
電圧に励起電圧を重畳させることができ、相対運
動する電極間の接触電位、及び表面又は界面から
の電極仕事関数を測定するために使用される圧電
振動素子用の駆動装置に関する。
上記の方式による圧電振動素子用の駆動装置
は、西独特許第2613528号明細書により公知であ
る。この振動素子は材料の界面からの電極仕事関
数を測定する「ケルビン・ゾンデ」として記載さ
れている。電極仕事関数は材料表面の特性を評価
するために重要である。ケルビン・ゾンデとして
使用される以外に、振動素子は例えばビーム通路
の光学透過率を変調するためにも使用できる。
は、西独特許第2613528号明細書により公知であ
る。この振動素子は材料の界面からの電極仕事関
数を測定する「ケルビン・ゾンデ」として記載さ
れている。電極仕事関数は材料表面の特性を評価
するために重要である。ケルビン・ゾンデとして
使用される以外に、振動素子は例えばビーム通路
の光学透過率を変調するためにも使用できる。
これ等の周知振動素子用の駆動装置には、圧電
材料を励起するため、変圧器を保有する回路が装
備してあり、この回路中に交流電源として正弦波
発生器が使用されている。この回路には、相対運
動する電極の平均間隔を調節するため、圧電材料
を励起する交流電圧を重畳した電圧を供給する直
流電源がある。正弦波発生器を調節して振動素子
を共振周波数に励起するには、非常に精密に調節
する必要があると言う難点がある。更に、共振周
波数が変動する場合、例えば温度変動又は振動素
子の材料劣化がある時には、正弦波発生器の周波
数を再調整したり、位相補償も新たに行う必要が
ある。
材料を励起するため、変圧器を保有する回路が装
備してあり、この回路中に交流電源として正弦波
発生器が使用されている。この回路には、相対運
動する電極の平均間隔を調節するため、圧電材料
を励起する交流電圧を重畳した電圧を供給する直
流電源がある。正弦波発生器を調節して振動素子
を共振周波数に励起するには、非常に精密に調節
する必要があると言う難点がある。更に、共振周
波数が変動する場合、例えば温度変動又は振動素
子の材料劣化がある時には、正弦波発生器の周波
数を再調整したり、位相補償も新たに行う必要が
ある。
この発明の課題は、検出すべき測定量を誤りな
く測定でき、振動素子を励起して共振周波数で駆
動させ、試料表面の接触電位又は仕事関数を測定
するために使用される圧電振動素子を自動制御す
る簡単な駆動装置を提供することにある。更に、
相対運動する電極間の平均間隔の調整を振動素子
の励起から切り離すべきである。個々の制御量を
独立して取扱う努力も行うものである。
く測定でき、振動素子を励起して共振周波数で駆
動させ、試料表面の接触電位又は仕事関数を測定
するために使用される圧電振動素子を自動制御す
る簡単な駆動装置を提供することにある。更に、
相対運動する電極間の平均間隔の調整を振動素子
の励起から切り離すべきである。個々の制御量を
独立して取扱う努力も行うものである。
上記の課題は、冒頭に述べた方式の圧電振動素
子用の駆動装置の場合、この発明により、圧電材
料の一方の電極がコンデンサを経由して自励動作
する励起回路に、圧電材料の他方の電極が励起回
路の基準電位に、そして電極の平均間隔の変化を
与える可変電圧源が圧電材料の電極に並列にそれ
ぞれ接続され、前記励起回路が振幅を可変する制
御回路を保有する圧電振動素子用の駆動装置によ
つて解決されている。
子用の駆動装置の場合、この発明により、圧電材
料の一方の電極がコンデンサを経由して自励動作
する励起回路に、圧電材料の他方の電極が励起回
路の基準電位に、そして電極の平均間隔の変化を
与える可変電圧源が圧電材料の電極に並列にそれ
ぞれ接続され、前記励起回路が振幅を可変する制
御回路を保有する圧電振動素子用の駆動装置によ
つて解決されている。
その場合、圧電材料は一方でコンデンサを経由
して自励動作する励起回路に、他方でこの励起回
路の基準電位に接続し、圧電材料の電極に並列に
平均電極間隔の変化をもたらす電圧源が配設して
ある。こうして、励起電圧に重畳した他の電圧に
無関係に、振動素子を共振周波数に自励させ、所
望の共振周波数（基本周波数又は高調波）を自動
調節する。更に、励起回路には振幅可変用の制御
回路も装備してある。
して自励動作する励起回路に、他方でこの励起回
路の基準電位に接続し、圧電材料の電極に並列に
平均電極間隔の変化をもたらす電圧源が配設して
ある。こうして、励起電圧に重畳した他の電圧に
無関係に、振動素子を共振周波数に自励させ、所
望の共振周波数（基本周波数又は高調波）を自動
調節する。更に、励起回路には振幅可変用の制御
回路も装備してある。
特許請求の範囲第２項によるこの発明の他の構
成では、励起回路は反転入力端に接続する負帰還
回路と非反転入力端に接続する正帰還回路とを有
する演算増幅器で最も簡単に構成されている。振
動回路に接続する圧電材料の電極はコンデンサを
経由して前記演算増幅器の反転入力端に接続して
いる。
成では、励起回路は反転入力端に接続する負帰還
回路と非反転入力端に接続する正帰還回路とを有
する演算増幅器で最も簡単に構成されている。振
動回路に接続する圧電材料の電極はコンデンサを
経由して前記演算増幅器の反転入力端に接続して
いる。
振動素子の振幅を連続的に可変するには、演算
増幅器に制御可能な電源電圧を接続している。従
つて、上記振幅を相対運動する電極の平均間隔と
同じ方法で調節でき、励起回路の振動特性に実質
上影響を与えない。
増幅器に制御可能な電源電圧を接続している。従
つて、上記振幅を相対運動する電極の平均間隔と
同じ方法で調節でき、励起回路の振動特性に実質
上影響を与えない。
以下に、この発明の実施例を図面に模式的に示
し詳しく説明する。
し詳しく説明する。
第１図から明らかなように、圧電振動素子用の
駆動装置には振動電極１と対向電極２がある。こ
の実施例の場合、前記対向電極は位置固定してあ
る。振動素子を「ケルビン・ゾンデ」として使用
するためには、振動電極１が基準電極を形成して
いて、仕事関数が測定中に変化しない材料、例え
ば金で形成されている。対向電極２は試験片を形
成している。振動電極１はバネ部材３に固定して
ある。この部材は板バネとして圧電材料４の他端
によつて励起され、横振動を行う。板バネの代わ
りに他のバネ部材、特に縦振動子も使用できる。
バネ部材３はモリブデンで作製されている。
駆動装置には振動電極１と対向電極２がある。こ
の実施例の場合、前記対向電極は位置固定してあ
る。振動素子を「ケルビン・ゾンデ」として使用
するためには、振動電極１が基準電極を形成して
いて、仕事関数が測定中に変化しない材料、例え
ば金で形成されている。対向電極２は試験片を形
成している。振動電極１はバネ部材３に固定して
ある。この部材は板バネとして圧電材料４の他端
によつて励起され、横振動を行う。板バネの代わ
りに他のバネ部材、特に縦振動子も使用できる。
バネ部材３はモリブデンで作製されている。
バネ部材３に連結する圧電材料４は0.1mm厚の
圧電セラミツク箔であるが、この箔には両側に金
属層が被覆してあり、電気導体の接続端子用に電
極５，６がある。温度と超高真空に対して安定な
圧電セラミツクスとしては、バリユーム・鉛・ジ
リコン酸塩及びバリユーム・鉛・チタン酸塩から
成る圧電セラミツク箔が使用される。
圧電セラミツク箔であるが、この箔には両側に金
属層が被覆してあり、電気導体の接続端子用に電
極５，６がある。温度と超高真空に対して安定な
圧電セラミツクスとしては、バリユーム・鉛・ジ
リコン酸塩及びバリユーム・鉛・チタン酸塩から
成る圧電セラミツク箔が使用される。
圧電材料の電極５には電気導線７を経由して圧
電材料４を駆動する励起回路が接続している。第
２図によれば、この励起回路は演算増幅器８と、
抵抗１０，１１及び並列コンデンサ１２を有する
負帰還回路９と、抵抗１４，１５（このうち抵抗
１４は調節可能）とを有する正帰還回路１３から
構成されている。負帰還回路９は演算増幅器８の
反転入力端１６と出力端１７の間に、また正帰還
回路１３は非反転入力端１９にそれぞれ接続して
いる。その場合、正帰還回路の抵抗１５は基準電
位１９に、抵抗１４は演算増幅器８の出力端１７
にそれぞれ接続している。圧電材料４の電極５に
接続する導線７はコンデンサ２０を経由して演算
増幅器８の反転入力端１６に接続し、圧電材料４
の電極６は導線２１を経由して基準電位１９に接
続している。
電材料４を駆動する励起回路が接続している。第
２図によれば、この励起回路は演算増幅器８と、
抵抗１０，１１及び並列コンデンサ１２を有する
負帰還回路９と、抵抗１４，１５（このうち抵抗
１４は調節可能）とを有する正帰還回路１３から
構成されている。負帰還回路９は演算増幅器８の
反転入力端１６と出力端１７の間に、また正帰還
回路１３は非反転入力端１９にそれぞれ接続して
いる。その場合、正帰還回路の抵抗１５は基準電
位１９に、抵抗１４は演算増幅器８の出力端１７
にそれぞれ接続している。圧電材料４の電極５に
接続する導線７はコンデンサ２０を経由して演算
増幅器８の反転入力端１６に接続し、圧電材料４
の電極６は導線２１を経由して基準電位１９に接
続している。
抵抗１０，１１，１４と１５の抵抗値及びコン
デンサ１２と２０の容量は、圧電振動素子の電気
量を考慮に入れて、励起回路に対する最適インピ
ーダンス条件を与えるように選択される。励起回
路の正帰還度は抵抗１４で調節される。
デンサ１２と２０の容量は、圧電振動素子の電気
量を考慮に入れて、励起回路に対する最適インピ
ーダンス条件を与えるように選択される。励起回
路の正帰還度は抵抗１４で調節される。
両方の電極５，６には、可変電圧源２２が接続
されている。励起回路で生じた励起電圧には、前
記電圧源によつて振動電極１と対向電極２の間の
平均間隔を調節する電圧を重畳できる。実施例の
場合では、手動調節できる可変直流電源が使用さ
れているが、この代わりに例えば自動間隔制御用
の自動動作する制御回路あるいは振動素子に対す
る二重変調用の交流電圧発生器も採用できる。
されている。励起回路で生じた励起電圧には、前
記電圧源によつて振動電極１と対向電極２の間の
平均間隔を調節する電圧を重畳できる。実施例の
場合では、手動調節できる可変直流電源が使用さ
れているが、この代わりに例えば自動間隔制御用
の自動動作する制御回路あるいは振動素子に対す
る二重変調用の交流電圧発生器も採用できる。
演算増幅器８は可変電圧源２３から給電されて
いる。供給電圧を可変すると振幅が変化する。こ
の給電電圧源は導線２４，２５を経由して演算増
幅器に接続している。何れの導線２４，２５も電
源２８，２９に接続するポテンシヨメータ２６，
２７の分圧出力端に接続している。
いる。供給電圧を可変すると振幅が変化する。こ
の給電電圧源は導線２４，２５を経由して演算増
幅器に接続している。何れの導線２４，２５も電
源２８，２９に接続するポテンシヨメータ２６，
２７の分圧出力端に接続している。
圧電振動素子は振動素子の弾性特性が変化した
場合、例えば温度変化あるいは材料が劣化した場
合でも上記励起回路により自動的に固有な共振状
態（基本周波数又は高調波）で作動する。電圧源
２２で電圧を印加して振動素子のインピータンス
を可変した時でも、これ等の共振条件は変化しな
い。演算増幅器８への可変電圧源２３によつて振
幅を連続的に可変することができる。
場合、例えば温度変化あるいは材料が劣化した場
合でも上記励起回路により自動的に固有な共振状
態（基本周波数又は高調波）で作動する。電圧源
２２で電圧を印加して振動素子のインピータンス
を可変した時でも、これ等の共振条件は変化しな
い。演算増幅器８への可変電圧源２３によつて振
幅を連続的に可変することができる。
振動電極１と対向電極２との間の接触電位差に
より定まる測定信号は、導線３０を経由して位相
感知増幅器３１に導入される。この増幅器は励起
回路によつて信号導線３２を介して位相基準信号
に同期されている。前記位相感知増幅器３１から
上記測定信号が振動処理部３３に導入され、この
信号処理部は測定信号を表示するレジスター回路
３４に接続されている。
より定まる測定信号は、導線３０を経由して位相
感知増幅器３１に導入される。この増幅器は励起
回路によつて信号導線３２を介して位相基準信号
に同期されている。前記位相感知増幅器３１から
上記測定信号が振動処理部３３に導入され、この
信号処理部は測定信号を表示するレジスター回路
３４に接続されている。
自動零点調整するため、信号処理部３３には電
圧源３６を経由して基準電位１９に通ずる帰還導
線３５用の接続端子がある。電圧源３６は接触電
位差の補償したり、シユミレートするため、及び
校正のために使用される。
圧源３６を経由して基準電位１９に通ずる帰還導
線３５用の接続端子がある。電圧源３６は接触電
位差の補償したり、シユミレートするため、及び
校正のために使用される。
励起回路から共振周波数と振幅に無関係に位相
安定基準信号が出力する。位相感知増幅器は、特
に材料の温度変化又は材料の劣化のために共振周
波数が変わつた場合でも再調整する必要はない。
安定基準信号が出力する。位相感知増幅器は、特
に材料の温度変化又は材料の劣化のために共振周
波数が変わつた場合でも再調整する必要はない。
第１図、ケルビン・ゾンデとして使用される圧
電振動素子用の駆動装置の機能に対するブロツク
図。第２図、電極間隔と振幅制御部を有する励起
回路の回路図。 図中引用記号：１……振動電極、２……対向電
極、３……バネ部材、４……圧電材料、８……演
算増幅器、９……負帰還回路、１３……正帰還回
路。
電振動素子用の駆動装置の機能に対するブロツク
図。第２図、電極間隔と振幅制御部を有する励起
回路の回路図。 図中引用記号：１……振動電極、２……対向電
極、３……バネ部材、４……圧電材料、８……演
算増幅器、９……負帰還回路、１３……正帰還回
路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 励起電圧で励起される圧電材料によつて駆動
する振動電極を圧電材料に固定したバネ部材で保
持し、電極の平均間隔を可変する可変電圧に励起
電圧を重畳させることができ、相対運動する電極
間の接触電位、及び表面又は界面からの電極仕事
関数を測定するために使用される圧電振動素子用
の駆動装置において、圧電材料４の一方の電極５
はコンデンサ２０を経由して自励動作する励起回
路８，９，１３に、圧電材料４の他方の電極６は
励起回路８，９，１３の基準電位１９に、そして
電極の平均間隔の変化を与える可変電圧源２２は
圧電材料４の電極５，６に並列にそれぞれ接続さ
れ、前記励起回路８，９，１３が振幅を可変する
制御回路２６，２７，２８，２９を保有すること
を特徴とする圧電振動素子用の駆動装置。 ２ 励起回路には、演算増幅器８の反転入力端１
６と出力端１７との間に接続された負帰還回路９
及び非反転入力端１８と出力端１７との間に接続
された正帰還回路１３が配設してあり、励起回路
に連結する圧電材料４の電極５はコンデンサ２０
を経由して演算増幅器８の反転入力端１６に接続
していることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の圧電振動素子用の駆動装置。 ３ 演算増幅器８には、可変電源電圧が印加され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第２記載
の圧電振動素子用の駆動装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3034390A DE3034390C2 (de) | 1980-09-12 | 1980-09-12 | Piezoelektrisches Schwingelement |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5782756A JPS5782756A (en) | 1982-05-24 |
| JPH0241703B2 true JPH0241703B2 (ja) | 1990-09-19 |
Family
ID=6111746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56140417A Granted JPS5782756A (en) | 1980-09-12 | 1981-09-08 | Piezo-electric oscillation element |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4409509A (ja) |
| JP (1) | JPS5782756A (ja) |
| BE (1) | BE890329A (ja) |
| DE (1) | DE3034390C2 (ja) |
| FR (1) | FR2490348B1 (ja) |
| GB (1) | GB2083917B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0723805U (ja) * | 1993-10-12 | 1995-05-02 | エヌオーケー株式会社 | 流体圧アクチュエータ |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6161480A (ja) * | 1984-08-31 | 1986-03-29 | Shimadzu Corp | 圧電素子の制御方法及び装置 |
| DE3438546A1 (de) * | 1984-10-20 | 1986-04-24 | Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich | Verfahren zum nachweis eines stoffes oder zum nachweis zumindest einer komponente eines stoffgemisches sowie schwingkondensator zur durchfuehrung des verfahrens |
| JPH0732272B2 (ja) * | 1986-03-17 | 1995-04-10 | 株式会社コパル | 電歪素子駆動装置 |
| FR2607934B1 (fr) * | 1986-12-08 | 1989-04-07 | Inst Francais Du Petrole | Methode et dispositif de mesure de la difference de potentiel de volta d'un materiau relativement a un materiau de reference |
| JPH01118447A (ja) * | 1987-10-30 | 1989-05-10 | Brother Ind Ltd | インパクト型プリンタ |
| US6600323B2 (en) * | 2001-08-24 | 2003-07-29 | Trek, Inc. | Sensor for non-contacting electrostatic detector |
| US6573725B2 (en) * | 2001-08-24 | 2003-06-03 | Trek, Inc. | Sensor for non-contacting electrostatic detector |
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| CN111273211B (zh) * | 2020-03-02 | 2022-06-17 | 云南电网有限责任公司昆明供电局 | 一种gis局部放电在线监测系统校核系统及方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3093783A (en) * | 1960-07-07 | 1963-06-11 | Marsland Engineering Ltd | Electronic circuits for comparing an a. c. voltage to a d. c. voltage |
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