JPH0460551B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、回転セクタ形の静電気測定器に関
し、特に、帯電体における静電電荷の極性判別手
段に特徴を有するもので、小型携帯用器具として
各種帯電体の静電気測定に供し得るものである。

＜従来の技術＞ 静電気測定気として、電気的増幅手段を用いて
感度ならびに読取り精度などの向上を図るように
なしたフイードミルと呼ばれる装置は、すでに良
く知られているところである。そして、このよう
な装置では、検知入力を安定に高増幅するために
交流増幅手段が採られる。そのために、検知入力
を周期変化させる交流化手段が必要であり、その
一例として、被検体と対向させる検知電極との間
のシヤツターとして機能する回転セクタを設けた
回転セクタ形静電気測定器がある。

ところで、被検体に滞留する静電界には正電界
と負電界のものとがあり、前記測定器による場合
に、極性判別を施さなければならない。この極性
判別手段として、従来では次の二つの方法があ
る。即ち、その一つは前記回転セクタによる交流
化入力と同期した信号による同期検波手段と、他
の一つは回転セクタに一定の直流バイアスを与え
ておく中点整合手段である。

＜発明が解決しようとする問題点＞ このような従来装置において、前記同期検波手
段では回転セクタを駆動するモータとして同期モ
ータを用いるが、しかし、同期モータは商用交流
を電源とする限り、その回転数が限度以下に制限
されるので、高速化を望むことが出来ない。従つ
て、この種装置が前記セクタの回転速度が大きい
程、即ち、検知電極に対して全解放並びに全閉鎖
状態を有した上でこれらの間の周期変化が多い
程、その感度を高め得るが、同期モータによる場
合は先の理由によつて、装置の高感度化が困難で
あり、かつ、装置の小型化並びに携帯化は望み得
ない。

他方、前記中点整合手段では測定の都度無感知
状態で前記バイアス電圧によつて指示形の指針が
目盛中央の零値を指すように増幅器の増幅度を調
整する必要があり、測定操作が面倒である。

そこで、本発明は、上記従来装置の問題点に鑑
み、フイールドミルにおける回転セクタ形静電気
測定器であつて、操作性に優れ、装置の小型軽量
化、高感度化並びに低廉化を実現させることを目
的として開発されたものである。

＜問題点を解決するための手段＞ この目的のために、本発明では、回転セクタを
閉鎖域の大きい金属円盤で構成すると共に該セク
タの定速駆動源として直流モータを用いる。ピー
ク検出器からの信号を比較器によつて判別するピ
ーク比較形回路又は波形整形器を介して作動する
フリツプフロツプ回路からの信号を比較器によつ
て判別するフリツプフロツプ形回路等の電子回路
からなる極性判別器を用いて、整流器における極
性切替を図るように構成する。

＜作用＞ 回転セクタ形静電気測定器からなる本発明で
は、測定対象の帯電体と測定器の検出電極との間
に位置させた回転セクタを定速回転させることに
よつて、該帯電体からの直流的信号を交流信号に
変換して、増幅を容易にし、その出力を整流して
直流指示計器を振らせて読取る。

この一連の作用の下で、本発明によれば、閉鎖
域の大きい回転セクタの定速回転で検出電極に発
生する周期性の情報信号は、そのピーク値を有す
る波形のデユーテイ比を小さくすることができ、
換言すれば、負荷抵抗の関係からデユーテイ比の
小さい波形のピーク値が他極側の波形のピーク値
に比べて大きな格差値を持つ状態で発生する。

そこで、デユーテイ比が異り突出したピーク値
を有する波形を持つ信号の特質を利用して、その
波形の判別が可能である。即ち、本発明によれ
ば、ピーク比較形の極性判別器を用いることによ
つて、該信号の電圧領域における判別が可能であ
り、又、フリツプフロツプ形の極性判別器を用い
ることによつて、該信号の時間領域における判別
が可能となる。

判知し得た突出したピーク値を有する波形の極
性に応じて、整流器の極性を切替え、その出力波
形を積分することによつて、測定値情報が得られ
る。

次に、本発明の好ましい実施例について説明す
る。

＜実施例＞ 第１図は、本発明測定器の一実施例を示す構成
で、ミルヘツド１と、該ミルヘツド１の出力を増
幅する増幅器２及び整流器３からなる回路構成部
と、測定値表示用の指示器４と、更に、前記回路
構成部に附加した極性判別器５とからなる。

そして、前記ミルヘツド１は、第２図及び第３
図に示す如く、シールドされた円筒ハウジング６
に回転セクタ７と検出電極８とを組込んであり、
特に、該セクタ７を定速駆動するモータとしてガ
バナー付直流モータ９を用いてある。更に、金属
板からなる前記回転セクタ７と検出電極８との関
係は、該セクタ７に後方配置した扇形の検出電極
８と一致する開口部７ａを設けてあり、他の閉鎖
部７ｂに対してその開口角（約36℃）を充分に小
さくしてある。尚、回転セクタ７のダイナミツク
バランスを考慮するとき、前記開口部７ａをセク
タ回動軸の対称位置に一対に設けても有効であ
る。一方、これらの間の電気的結合は、第４図に
示す如く、結合容量Ｃと負荷抵抗Ｒとからなる等
価回路が想定される。

ここで、前記等価回路に基ずき、この種回転セ
クタ形測定器における検出特性を考察すると、先
ず、原理的に、前記セクタ７の低速回転によつて
検出電極８に入る電気力線は該セクタ７の回転角
に比例して増減し、その開口部７ａが該電極８の
真上を通過する一定区間は先の電気力線が変化し
ないものとするとき、負荷抵抗Ｒが無限大なら
ば、その検出出力波形は第５図中上方図に示すご
とく一極性の台形となる。そして、前記抵抗Ｒが
有限で結合間リーク電流が多くなると、前記台形
状波形のフラツトであつた部分に指数減衰が現わ
れ（時定数τ＝RC）、放電直線（第５図中下方
図）がこれに続く。その結果、この放電直線は逆
極性に振れ込み、更に、逆極性の指数減衰が続く
ことになる。そして、時定数τが小さいと、逆極
性への振れ込みは大きくなつて、出力波形は正負
両極における波形形状が対称に近づき、又、回転
セクタ７における閉鎖角が小さくて検出電極８に
対する閉じの状態の回転区間が短かいと、先行サ
イクルの波形における指数減衰が充分でない状態
での電圧の影響が現れて、この場合の出力波形も
正負対称の形ちに近づくこととなる。尚、上記第
５図に示す模式図は帯電体が正電界の場合であつ
て、これが負電界の場合には、その出力波形は図
示状態の正負逆になる。

このことから、この種回転セクタ形測定器にお
ける検出出力波形の特性として以下のことが理解
される。

(a) 帯電体の正負電界における出力波形は次の点
に差異がある。

正電界では、正半波が負半波よりも大きい
ピーク値を有する。

負電界では、負半波が正半波よりも大きい
ピーク値を有する。

即ち、波形の電圧領域における相違があ
る。

正電界では、正半波が負半波に先行する。

負電界では、負半波が正半波に先行する。

即ち、波形の時間領域における相違があ
る。

(b) 回転セクタの検知電極に対する閉鎖区間が短
かくなると、前項(a)における相違は、とも
消失し、出力波形は正負両極において対称形に
近づき、特に、「先行する半波」と「後続する
半波」との区別がなくなる。

このような条件下において、本発明の図示実施
例では、その回転セクタ７を閉鎖部Ｂに対してそ
の開口角（約36°）を充分に小さくしてあるので、
これにより規制される検出電極８の出力を前記増
幅器２によつて増幅した波形（整流器３への入力
波形）は第６図に示す状態（負電界対応）とな
る。

この整流器入力波形の特質からして、その極性
判別器５としては、先ず、第７図に示すピーク比
較形回路構成が適用される。即ち、前記増幅器２
からの波形は、ダイオードオとペアンプとを組合
せて構成した理想ダイオードからなる正ピーク検
波器１０と負ピーク検波器１１とによつて検出さ
れ、その状態の信号は抵抗加算器１２を介して、
コンパレータ１３よつて比較されて、ピーク値の
大きい状態に応じて後段のリレー１４を駆動して
前記整流器３の極性を切替える。これによつて、
前記波形の前後して発生する正負ピーク値はこれ
等両検波器１０及び１１における一時記憶下に該
波形の電圧領域における判別が可能となる。

次に、該波形の時間領域における相違に基き、
この極性判別器５としてフリツプフロツプ形回路
構成が適用できる。その構成を第８図に示す。該
図において、１５及び１６はコンパレータ構成か
らなる正半波波形整型器及び負半波波形整型器、
１７及び１８はピーク検波器構成からなる正フロ
ーテイングレフアレンス電圧発生器及び負フロー
テイングレフアレンス電圧発生器で、前記増幅器
２からの該波形はこれ等両フローテイングレフア
レンス電圧発生器１７及び１８によつて両極のレ
フアレンス電圧（第９図参照）が決定されて、該
電圧を受ける前記両波形整型器１５及び１６で、
同図に示す如く、該電圧レベルを越える波形域で
論理Ｌ（グランド）それ以外の域でＨ（電源電圧）
となるパルス化信号となつて、フリツプフロツプ
回路１９のセツト端子Ｓ、リセツト端子Ｒに夫々
与えられる。該フリツプフロツプ回路１９はその
端子Ｓに論理Ｌが入来すると、その出力はＨと
なり、他方出力ＱはＬとなつて固定され、以後端
子Ｓに如何なる入力があつても、この状態は変化
しないし、又、端子Ｒに論理Ｌが入来すると、出
力ＱがＨとなつて固定される。従つて、その出力
Ｑを積分器２０によつて平均化した値（同図参
照）でもつて、コンパレータ１３に前記同様に判
別して、リレー１４を制御することが出来る。

即ち、この動作の概要を前記第９図に基いて説
明すると、前記両波形整型器１５及び１６の出力
は大半の時間域でＨ状態であり、入力電圧の絶対
値がレフアレンス電圧の絶対値を越えたときだけ
Ｌとなるのであるから、その結果、前記波形にお
ける正電界と負電界との相違はこれ等波形整型器
１５及び１６の出力のいずれが先にＬになるかの
違いになる。従つて、これを受けるフリツプフロ
ツプ回路１９の出力は正電界の場合に大半の時
間域でＨで、負電界の場合に大半の時間域でＬと
なるので、この出力を前記積分器２０で平均し
て後段のコンパレータ１３に入れることによつ
て、その判別が可能である。尚、この場合のコン
パレータ１３は平均値Ｈと平均値Ｌとの判別であ
るので、前記ピーク比較形における場合のレフア
レンス電圧が原則として零であつたのに対して、
この場合は該電圧は原則として電源電圧の半分で
ある。又、先のピーク比較形では増幅器等のオフ
セツト・ドリフトに影響されるが、このフリツプ
フロツプ形ではその懸念がない。

ところで、前記第９図に示す作動説明図からだ
けで見ると、このフリツプフロツプ形回路構成で
は、入力信号が大きくなるほど出力のデユーテ
イ比が１／２に近づき、帯電体の正電界と負電界
とでの差がなくなることが懸念される。そこで、
当該回路構成では、特に、前記正負両フローテイ
ングレフアレンス電圧発生器１７及び１８を設け
て、これ等で入力信号をピーク検波して、その出
力を分圧して前記両波形整形器１５及び１６とし
てのコンパレータのレフアレンス電圧として、そ
の入力信号に応じて変化させることによつて、極
性判別の安定さは入力信号レベルに関係なくなる
ように構成してある。

尚、上記レフアレンス電圧はそれが大きい程
（入力信号のピーク値に近い程）出力の開始時
点（例えば正電界であれば出力がＨからＬに変
る時点）は遅くなり、出力と出力Ｑとの差が大
きくなつて判別し易く、逆に該電圧が低い程出力
Ｑの終了時点（正電界であれば出力がＨからＬ
になる時点）が早くなつて好ましいが、該電圧が
あまりに低いと、雑音によつて誤動作する虞れが
あるので、該電圧は入力信号のピーク値の50乃至
80％程度が適当である。

＜発明の効果＞ このように、本発明測定器によれば、回転セク
タを閉鎖域の大きい金属円盤で構成すると共に該
セクタの定速駆動源として直流モータを用い、ピ
ーク検出器からの信号を比較器によつて判別する
ピーク比較形回路又は波形整形器を介して作動す
るフリツプフロツプ回路からの信号を比較器によ
つて判別するフリツプフロツプ形回路等の電子回
路からなる極性判別器を用いて、整流器における
極性切替を計るように構成したので、電子回路か
らなる極性判別器を用いることによつて、回転セ
クタ駆動のために同期モータによることなく直流
モータを用いることが可能となり、これによつ
て、ミルヘツドの小型軽量化を図り得、かつ、該
セクタの高速回転制御が可能となつて、装置の高
感度化が容易であると共に電池電源とすることが
出来るので携帯器具として構成することができ、
しかも、装置全体を低廉に構成することが出来、
殊に、極性判別器として時間領域判別回路手段を
採用する場合には、例えば、入力インピーダンス
の低いい増幅器を用いることが可能であるので、
より安定した高感度測定器を得ることができる
等、本発明測定器はこの種機器として実用上極め
て有用なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明測定器の基本的構成図、第２図
は本発明測定器におけるミルヘツドを一部縦断し
て示す側面図、第３図は同じく正面図、第４図は
前記ミルヘツドの等価回路図、第５図はその出力
波形の模式図、第６図は本発明測定器における増
幅器出力波形図、第７図は本発明測定器における
極性判別器の一例を示す構成図、第８図は本発明
測定器にける極性判別器の他の実施例を示す構成
図、第９図は第８図示実施例における動作説明図
である。 １……ミルヘツド、２……増幅器、３……整流
器、４……指示器、５……極性判別器、７……回
転セクタ、７ａ……開口部、７ｂ……閉鎖部、８
……検知電極、９……直流モータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転セクタ及び検出電極からなるミルヘツド
   と、該ミルヘツドの出力を増幅する増幅器及び整
   流器からなる回路構成部と、測定値表示用の指示
   器とからなり、前記回転セクタを閉鎖域の大きい
   金属円盤で構成すると共に直流モータで定速駆動
   する一方、前記回路構成部に、デユーテイ比の異
   なる整流器入力波形に基づくピーク検出器からの
   信号を比較器によつて判別するピーク比較形回
   路、又は波形整形器を介して作動するフリツプフ
   ロツプ回路からの信号を比較器によつて判別する
   フリツプフロツプ形回路の電子回路からなる極性
   判別回路を付加して、前記整流器における極性切
   替えを行なうことを特徴とする静電気測定器。