JPH05209913A

JPH05209913A - 静電式測定装置

Info

Publication number: JPH05209913A
Application number: JP4257984A
Authority: JP
Inventors: Michael D Borton; ディーボートンマイケル; William J Nowak; ジェイノワークウィリアム
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1991-10-07
Filing date: 1992-09-28
Publication date: 1993-08-20
Also published as: US5243292A

Abstract

(57)【要約】【目的】面の静電位のような未知の量を非接触的に測
定するための静電式測定装置を提供する。【構成】音叉及び感知電極を設ける。音叉と一体的の
スロット付き支持構造を設けることにより、音叉の相異
なる２つの振動モードの周波数を分離する。また、感知
電極と一体の振幅制限構造により、音叉の振動の有害な
振幅を回避する。この振幅制限構造は、枝部の端部のま
わりに延びるアーム部を有す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、付属の枝部を具備する
音叉を用いた改良された静電式測定装置に関し、更に詳
細には、機械的な衝撃及び振動に対する抵抗力を改善
し、且つ不所望な機械的モードで動作する確率を減少さ
せた静電位センサに関する。

【０００２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図面においては、同様参照番号は同様部材を示
す。本発明の静電式測定装置は音叉及び感知電極を備え
ている。図１、図２及び図３に示すように、本実施例に
よる測定装置の音叉１００は２つの枝部１０２を具備し
ており、各枝部の一端部は音叉基部１０６に接続され、
反対端部は翼部１０８に接続されている。翼部１０８の
各々はそれぞれの枝部に接続され、翼部の最長寸法方向
即ち長さ方向は枝部の最長寸法方向即ち長さ方向と平行
になり、翼部の最薄寸法方向即ち厚さ方向は枝部の最薄
寸法方向即ち厚さ方向と垂直になっている。前記音叉基
部及び枝部は、各々が一つの枝部に取り付けられている
２つの支持部材１１２によって支持されている。各支持
部材は、その幅内にあるスロット１１４と、音叉基部か
ら遠い方へ延びる２つの脚部１１６とを有している。

【０００３】感知電極２００は、図４、図５及び図６に
示すように、矩形状プラットホーム部２０４、及びその
両側面に接続された２つの脚部２０２で構成されてい
る。前記脚部はプラットホーム部２０４の長さに沿う中
央部に位置している。プラットホーム部２０４はアーム
部２０６を有す。前記アーム部は、前記脚部が取着され
ている各側面から、脚部の縁とプラットホーム部の端部
との間の一点において、直角に突出し、次いで、前記脚
部取着側面と平行に延び、このようにして切欠き部２０
８を形成している。

【０００４】本実施例の電位センサのにおける音叉１０
０と感知電極２００との相互位置関係を図１２に示す。
即ち、音叉１００は基板５０４上に取り付けられ、音叉
の４つの脚部１１６は基板５０４と垂直になっており、
音叉の枝部１０２は基板５０４と平行に延びている。感
知電極２００は、基板５０４上に、音叉１００の翼部１
０８の直下に取り付けられ、感知電極２００のプラット
ホーム部２０４は音叉１００の枝部１０２相互間に延
び、感知電極２００のアーム部２０６は枝部１０２の外
側に延び、このようにして、翼部１０８が取着されてい
る各枝部１０２の端部は２つの切欠き部２０８の中央に
配置されている。

【０００５】圧電結晶５０６が、音叉の枝部１０２上
に、音叉基部１０６に近くに取り付けられている。この
圧電結晶のうちの一つは音叉に運動を与える機械的手段
となり、他の結晶は音叉の運動を感知する。この音叉は
その共振周波数で駆動されて単振動を呈し、その枝部
が、該枝部相互間の中心線から遠ざかる方向へ一斉に動
き、及びこの中心線へ向かって一斉に動く。このセンサ
の正常動作中は、枝部は切欠き部２０８内で自由に振動
し、感知電極２００のプラットホーム部またはアーム部
のいずれにも接触しない。しかし、切欠き部２０８は、
この装置の正常動作中における枝部の自由な振動を許す
のに必要な大きさよりもわずかに大きい幅に形成されて
いる。従って、プラットホーム部２０４及びアーム部２
０６は、枝部１０２がその正常振幅をはるかに越えて振
動することを妨げる機械的ストップとして働く。このよ
うな構造になっているので、結晶５０６は、従来の装置
を悩ませていた機械的衝撃に基づく損傷から保護され
る。

【０００６】音叉に４つの脚部１１６があるので、基板
５０４上に音叉１００を取り付けるときに音叉をよりよ
く方向付けし、且つ機械的衝撃を受けたときの前後の曲
がりに対する音叉の抵抗を改善することができる。音叉
１００に２つの支持部材１１２があるので、取着翼部１
０８の反対側にあって音叉基部１０６から最も遠い各枝
部１０２の下方角部の振動によってこの装置が不適正に
動作するという難点を、枝部１０２の前記角部を支持部
材１１２及び支持脚部１１６を介して基板５０４に接続
することによって解決することができる。

【０００７】本実施例の音叉１００に含まれている諸部
材で音叉が構成されているが、支持部材１１２内のスロ
ット１１４がない場合には、この音叉の所望及び不所望
な動作モードの周波数が互いに極めて近くなり、そのた
め、この音叉を採用している装置が不安定となる。音叉
１００の支持部材１１２内にあるスロット１１４は、音
叉の所望及び不所望の動作モードを大きな周波数差によ
って区別するという作用をなし、従って前記の不安定問
題が除去される。

【０００８】図７に、非接触完全フィードバック静電式
電圧計として働くための付属回路を有する本発明の第１
の実施例の電位センサの接続を示す。プローブ組立体３
０２は一体形ハウジングを具備しており、このハウジン
グ内に、音叉１００（図１ないし図３）、感知電極２０
０（図４ないし図６）、及び高インピーダンス増幅器
（図示せず）が収容されている。前記ハウジングは、フ
ィードバック接続と関連してプローブ組立体３０２に対
して絶縁環境を与えるための導電性材料を具備してい
る。前記高インピーダンス増幅器は、ソースフォロワモ
ードで使用されるＪ−ＦＥＴトランジスタを具備してい
る。

【０００９】この静電式電圧計の回路は、互いに隔離さ
れている浮動入力セクション３２０と電源／信号調整回
路セクション３２２とに分割される。浮動入力セクショ
ン３２０は、プローブ駆動回路３０４、高インピーダン
ス増幅器３０６、同期復調器３０８、積分器３１０、及
び高電圧増幅器３１２を含んでいる。プローブ駆動回路
３０４は音叉を約５２０Ｈz のその共振周波数で振動さ
せる。感知電極２００の電位が該感知電極が測定しつつ
ある面３５０の電位と異なる場合には、５２０Ｈz の交
流信号が感知電極２００を介して高インピーダンス増幅
器３０６の入力内に誘導される。高インピーダンス増幅
器３０６の出力は、感知電極２００と測定されつつある
面３５０との間の電位の差及び距離に比例する振幅を有
する交流信号となる。

【００１０】高インピーダンス増幅器３０６の出力は同
期復調器３０８へ送られる。この復調器はプローブ駆動
回路３０４から与えられる５２０Ｈz の音叉駆動信号を
基準信号として用いる。この駆動信号の半サイクル中、
同期復調器３０８の回路は、単位利得を持つ非反転増幅
器となる。次の半サイクル中、同期復調器３０８の回路
は、単位利得を持つ反転増幅器として働く。前記駆動信
号は、反転非反転転換を前記交流信号のゼロ交差点に近
付けるように、若干位相ずれしている。その結果の同期
復調器３０８の出力は全波整流波形となり、その振幅は
プローブ３０２の電圧と試験面３５０の電圧との間の差
に比例し、その実効直流極性はプローブと被測定面との
間の極性の差を示す。極性に差がない場合には、同期復
調器３０８の出力はゼロボルトとなる。

【００１１】同期復調器３０８の出力は積分器３１０に
送られ、該積分器はこの５２０Ｈz交流信号をフィルタ
してエラー信号を出力として発生させる。同期復調器３
０８から受信される全ての非ゼロ信号は、積分器３１０
をして、同期積分器３０８から出力された信号を縮小す
るのに必要な方向の変化を出力させる。その変化率は、
積分器３１０の利得及び同期復調器３０８から受信され
た信号の振幅によって定まる。同期復調器３０８から受
信された信号がゼロである場合には、積分器３１０の出
力は一定となる。積分器３１０からのエラー信号は、約
−２００の利得を有する高電圧増幅器３１２の入力部に
送られる。

【００１２】高電圧増幅器３１２の出力は浮動入力セク
ション３２０の共通電源（図示せず）へ送られる。従っ
て、プローブ組立体３０２及び全浮動入力セクションは
この変化する出力に依存する。高電圧増幅器３１２の出
力が試験面３５０上の電圧に等しくなると、プローブ３
０２の出力はゼロとなり、積分器３１０は一定値を保持
し、これにより、適正な高電圧増幅器出力を保持する。
試験面３５０上の電圧に変化があると、この回路からの
反作用が生じ、プローブ３０２からゼロ出力へ向かう変
化を生じさせる。

【００１３】高電圧増幅器３１２の出力は所望の情報を
含んでいる。この高電圧増幅器３１２の出力を、他の装
置に対して使用可能及び両立可能にするように調整する
ことが必要である。即ち、電源／信号調整回路セクショ
ン３２２は、電源回路３２６、電圧値コンバータ３１
４、出力増幅器３１６、及びピーク検出回路３１８を含
んでいる。高電圧増幅器３１２の出力は連続式モニタへ
送られる。この連続式モニタは、電圧値コンバータ３１
４及び出力増幅器３１６を具備し、0.００８の利得を持
つ反転増幅器として働く。この利得は、約１０メグオー
ムの合計抵抗を有する高インピーダンス精密分圧器とし
て働く電圧値コンバータ３１４、及び出力増幅器３１６
によって設定される。高電圧増幅器３１２に対して１０
０ボルトの変化があると、前記連続式モニタの出力に対
して0.８ボルトの対応の変化が生ずる。前記連続式モニ
タは、該連続式モニタの出力を1.０ボルトだけオフセッ
トさせるように働く調整可能な電圧基準値を含んでい
る。即ち、試験面上の電圧が０ボルトであると、連続式
モニタの出力は1.０ボルトとなり、試験面上の電圧が−
１０００ボルトであると、連続式モニタの出力は9.０ボ
ルトとなる。０ボルトと−１０００ボルトとの間の全て
の試験面電位を同じようにして測定することができる。

【００１４】前記静電式電圧計に対しては多くのゼログ
ラフィ的用途がある。これら用途のうちの多くのものに
おいて望まれる情報は或る特定の時間中の試験面３５０
上のピーク電位であるので、リセット可能なピーク検出
器３１８をこの静電式電圧計内に設けてある。電圧値コ
ンバータ３１４の出力をピーク検出回路３１８に送る。

【００１５】前記静電式電圧計に対する電源は２４ボル
ト直流電源３２８である。電源回路３２６は、浮動入力
セクション３２０に対する浮動±１２ボルトの電圧、出
力増幅器３１６に対する±１５ボルトの電圧、ならびに
高電圧増幅器３１２に対する＋６０ボルト及び−１２０
０ボルトの電圧を発生させる。図８ないし図１１に示す
本発明の第２の実施例は、音叉の設計だけが前述の実施
例と異なっている。この第２の実施例において、図８な
いし図１１に示す音叉４００は、２つの支持脚部４０２
を有す。各支持脚部は、該脚部を補強するために音叉基
部４０６と垂直方向に延びている湾曲部４０４を有す。
前記支持脚部は、２つの枝部４０８の間で、枝部４０８
の一端部に近くで、音叉基部４０６に接続されている。
音叉基部４０６を越えて延びる各枝部４０８の短尺部分
４１０が直角に湾曲し、支持脚部４０２と平行になてい
る。

【００１６】枝部４０８の短尺部４１０における湾曲部
は、支持脚部４０２に最も近く且つ音叉基部４０６から
最も遠い枝部４０８の角部を補強し、これにより、この
部分に生じて従来の装置を悩ましていた振動を除去す
る。各支持脚部４０２における湾曲部４０４は音叉を強
固にし、機械的衝撃による損傷に対する抵抗力を改善す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における音叉の正面図である。

【図２】本発明の実施例における音叉の側面図である。

【図３】本発明の実施例における音叉の上面図である。

【図４】本発明の実施例における感知電極の正面図であ
る。

【図５】本発明の実施例における感知電極の側面図であ
る。

【図６】本発明の実施例における感知電極の上面図であ
る。

【図７】非接触式直流静電電圧計として働くための付属
の回路を有するプローブ組立体における本発明の実施例
の音叉／感知電極構成のブロック線図である。

【図８】本発明の第２の実施例の音叉の正面図である。

【図９】本発明の第２の実施例の音叉の側面図である。

【図１０】本発明の第２の実施例の音叉の上面図であ
る。

【図１１】本発明の第２の実施例の音叉の断面図であ
る。

【図１２】基板上に取り付けられた本発明の実施例の音
叉及び感知電極の側面図である。

【符号の説明】

１００，４００音叉１０２，４０８枝部１０６，４０６音叉基部１０８翼部１１２，４０２支持部材１１６支持脚部５０６圧電結晶

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】面の静電位のような未知の量を非接触的
に測定するための静電式測定装置において、音叉基部と、この音叉基部に接続された２つの枝部と、
これらの枝部の各々及び前記音叉基部を支持する手段と
を有する音叉を備え、前記枝部の各々は一つの前記枝部
の端部から延びる翼部を有し、前記支持手段は前記枝部
に接続されておって且つ４つの支持脚部を有しており、
更に、前記音叉を所定の周波数で振動させる手段を有すること
を特徴とする静電式測定装置。