JPH04164264A - 電位センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電位センサに関し、特に静電界の強度検出や帯
電量の測定等に使用する電位センサに関する。

〔従来の技術〕

従来の電位センサには直流増幅型と交流増幅型があり、
以下順に説明する。まず直流増幅型電位センサの一例の
回路図を第５図に示す。このタイプの電位センサは、被
測定物１９から放射される電気力線３を導入するための
検出孔１８を有するケース２と、電気力線３を受ける検
出電極部１と、検出電極部１に発生した直流電圧信号を
増幅するプリアンプ７とから構成されている。この時、
検出電極部１に発生する直流電圧信号ｅは、被測定物ｊ
９の電位をＥ　（Ｖ）　、被測定物１９と検出電極部１
との間のインピーダンスをＺＩ＋検出電極部１とグラン
ド間のインピーダンスを２２とすると、ｅ−ＥＸ　（Ｚ
２　／Ｚｌ　＋Ｚ２　）となる。但し、通常Ｚｌ〉〉Ｚ
２なのでｅは微小電圧となり、これを入力インピーダン
スが高く、ゲインの大きなプリアンプ７で直流電圧増幅
して出力を得ている。

次に交流増幅型について述べる。このタイプの電位セン
サは、被測定物から放射される電気力線を導入するため
の検出孔を備えたケースと、このケース内に入ってくる
電気力線を一定の周期で遮断するチョッパ部と、チョッ
パ部を駆動する機械振動子部と、この遮断された電気力
線を受けて交流信号を取り出すための検出電極部とから
構成されている。

第６図（ａ、）、（ｂ）は、それぞれ交流増幅型電位セ
ンサの一例の平面断面図および側面断面図である。

この電位センサにおけるチョッパには駆動用の圧電セラ
ミック１４を接着した音叉振動子１３を使用している。

音叉振動子１３の先端部にあるチョッパ部１２でケース
２に形成された検出孔１８からの電気力線３が遮断され
る。この電気力線３を検出する検出電極部１は、基板１
１に固定されている。すなわち、チョッパ部１２および
基板１１には所定位置に音叉振動子１３の駆動端子１７
と信号出力端子１５および接地端子１６とが取付けられ
ており、この駆動端子１７と圧電セラミック１４との間
は所定の内部配線が施されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の電位センサにおいて、まず直流増幅型で
は、検出電極部に発生する信号が微小な直流電圧であり
、しかもインピーダンスか高いため、直流増幅回路のオ
フセット、ドリフトの影響が大きく、出力変動が太きく
ＳｌＮ比が良くないという欠点があった。

次に交流増幅型は、音叉振動子の機械的な振動を利用し
ているため、音叉振動子の寸法を小さくすることが難し
く、小型化の妨げとなっていた。

また、音叉振動子の駆動に圧電セラミックを使用してい
るため、外部からの衝撃に対して強度が低く、クラック
発生等の故障が多かった。さらに電位センサ内部で、圧
電セラミックの振動電気信号が放射ノイズを発生させ、
高インピーダンスに保たれた検出電極部とカップリング
して出力ノイズを発生されるといった欠点があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の電位センサは、電位センサのケースの一部に設
けられ被測定物から放射される電気力線を導入する検出
孔と、前記電気力線を受ける検出電極部とを有し前記検
出電極部から検出された電位である検出電極信号を増幅
して出力する電位センサにおいて、交流信号を発生する
発振器と、前記検出電極部とグランド間に接続され前記
発振器からの信号により前記検出電極部とグランド間の
インピーダンスが変化するＦＥＴ回路とを有している。

第１の実施態様においては、前記ＦＥＴ回路は、ドレイ
ンが前記検出電極部にゲートか前記発振器の出力端にソ
ースが抵抗を介してグランドに接続されたＦＥＴである
。この実施態様においては、ＦＥＴのゲート端子に発振
器より交流電圧を与えると、ドレイン・ソース間のイン
ピーダンスも交番的に変化し、結果的に検出電極部とグ
ランド間のインピーダンスが交番的に変化するため、検
出電極部に交流の信号が発生する。

第２の実施態様においては、前記ＦＥＴ回路は、ゲート
が前記検出電極部にソースがグランドにドレインがバイ
アス電圧を付加した前記発振器の出力端に抵抗を介して
接続され前記ゲートには６一 予め定められた直流電位が与えられたＦＥＴであり、且
つ前記ＦＥＴのドレインがインピーダンス変換された前
記検出電極信号の出力端とされている。この実施態様に
おいては、検出電極部に発生した直流電圧はＦＥＴのゲ
ート・ソース間電圧となり、ＦＥＴのドレイン電流を制
御できる。するとソース接地増幅器となり、検出電極部
から入力される電位信号の振幅が発振器の出力する周波
数の信号で制御され、交流電圧の信号がドレイン端子に
発生する。このインピーダンス変換された交流電圧信号
を増幅・整流・平滑することで被測定物の電位に比例し
た電位センサ出力が得られる。

〔実施例〕

次に本発明について図面を参照して説明する。

まず第３図に示す電位センサの原理図によって動作原理
を説明する。被測定物１９の帯電電位をＥ（Ｖ）、被測
定物１９と検出電極部１との間のインピーダンスをＺ　
ｚ検出電極部１とグランド間のインピーダンスを２２と
すれば、検出電極部１には（Ｚ２／　（Ｚ、＋Ｚ２））
　・Ｅ　（Ｖ）の電圧が生じる。通常Ｚ、ｌ＞２２であ
るが、Ｚ２を交番的に変化させれば、検出電極部１には
微小ではあるが増幅の容易な交流電圧信号が発生し、一
般のプリアンプ７によって増幅できる。

第１図は本発明の第１の実施例の回路図、第２図はその
側面断面図である。被測定物から放射される電気力線３
の一部がケース２に設けられた検出孔１８により取り込
まれ、検出電極部１はそれを受けて電圧を発生する。発
振回路５では、ＦＥＴ４が適正に動作するような値の直
流バイアス。

交流電圧２周波数の信号を発生し、ＦＥＴ４のゲート端
子に加える。これによってドレインが検出電極部１に接
続されたＦＥＴ４のドレイン・ソース間のインピーダン
スＺ２は、発振回路５の周波数で交番的に変化する。こ
のインピーダンスＺ２の変化によって検出電極部１には
微小な交流電圧、即ち検出電極信号が発生する。これだ
けでも電位センサの基本機能は満たすが、本実施例では
実用的にケース２に収容された基板１．１に設けられた
付加回路も示している。検出電極部１上に発生した交流
信号（検出電極信号）はプリアンプ７によってインピー
ダンス変換された後、交流増幅器８によって増幅される
。この出力は発振回路５の出力信号により周期的にゲー
トされるＦＥＴ９によって同期検波整流された後、ロー
パスフィルタ型増幅器１０によって平滑され、直流電圧
出力が電位センサの出力として端子２０から得られる。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第４図は本発明の第２の実施例を示す回路図である。主
要部の構造は、第２図に示された第１の実施例とほぼ同
じである。被測定物１９から放射された電気力線３は、
検出孔１８を通って検出電極部１に到達する。検出電極
部１は、抵抗器２３を介して基準電源２１と接続され、
予め定められた一定の電位に保たれているが、電気力線
３の到達数によって検出電極部１の電位が変化する。そ
の信号が検出電極部１に接続されているプリアンプ７内
のＦＥＴ２４のゲートに伝わる。バイアス電源２２によ
って正電位にバイアスされた発振回路５からは、所定の
周波数の信号が抵抗器２５を通じてＦＥＴ２４のドレイ
ン端子に辻する。検出電極１の電位でＦＥＴ２４のドレ
イン電流が制御されるので、ドレイン端子には発振回路
５の周波数で振動する検出電極信号がインピーダンス変
換されて現れる。この検出電極信号は、交流電圧増幅器
８で増幅される。この出力は発振器５の出力信号によっ
て同期的にゲートされるＦＥＴ９によって同期検波整流
された後、ローパスフィルタ型増幅器１０によって平滑
され、被測定物１９の電位に比例した直流電圧信号が電
位センサ出力として端子２０から得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、発振回路とＦＥＴによっ
て、検出電極部とグランド間のインピーダンスを交番的
に変化させることで、被測定物の帯電電位に比例した交
流電圧信号が検出電極部上に発生し、この信号を増幅す
ることで電位を検出できる。つまり、音叉等の機械振動
子を用いずに帯電電位を増幅の容易な交流信号に変換し
、信号処理できる効果がある。従って小型化が容易、ノ
イズが少ない、振動、衝撃にすぐれる他、発振器の出力
周波数における帯域制限・同期検波が可能となり、Ｓ／
Ｎ比も向上できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の回路図、第２図はその
側面断面図、第３図は電位センサの原理図、第４図は第
２の実施例の回路図、第５図は従来例（直流増幅型）の
回路図、第６図（ａ）。 （ｂ）はそれぞれ従来例の平面断面図および側面断面図
である。 １・・・検出電極部、２・・・ケース、３・・・電気力
線、４・・・ＦＥＴ、５・・・発振回路、６・・・抵抗
器、７・・・プリアンプ、８・・・交流電圧増幅器、９
・・・ＦＥＴ１１０・・・ローパスフィルタ型増幅器、
１１・・・基板、１２・・・チョッパ部、１３・・・音
叉振動子、１４・・・圧電セラミック、１５・・・信号
出力端子、１６・・・接地端子、１７・・・駆動端子、
１８・・・検出孔、１９・・・被測定物、２０・・・端
子、２１・・・基準電源、２２・・・バイアス電源、２
３・・・抵抗器、２４・・・ＦＥＴ１２５・・・抵抗器
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電位センサのケースの一部に設けられ被測定物から
   放射される電気力線を導入する検出孔と、前記電気力線
   を受ける検出電極部とを有し前記検出電極部から検出さ
   れた電位である検出電極信号を増幅して出力する電位セ
   ンサにおいて、交流信号を発生する発振器と、前記検出
   電極部とグランド間に接続され前記発振器からの信号に
   より前記検出電極部と前記グランド間のインピーダンス
   が変化するＦＥＴ回路とを有することを特徴とする電位
   センサ。 ２、前記ＦＥＴ回路は、ドレインが前記検出電極部にゲ
   ートが前記発振器の出力端にソースが抵抗を介してグラ
   ンドに接続されたＦＥＴであることを特徴とする請求項
   １記載の電位センサ。 ３、前記ＦＥＴ回路は、ゲートが前記検出電極部にソー
   スがグランドにドレインがバイアス電圧を付加した前記
   発振器の出力端に抵抗を介して接続され前記ゲートには
   予め定められた直流電位が与えられたＦＥＴであり、且
   つ前記ＦＥＴのドレインがインピーダンス変換された前
   記検出電極信号の出力端とされていることを特徴とする
   請求項１記載の電位センサ。 ４、請求項１又は２又は３記載の電位センサと、前記検
   出電極部から検出されて増幅された検出電極信号を前記
   発振器からの同期信号によって同期検波整流する同期検
   波回路とを有することを特徴とする電位センサ。