JPH05249165A - 半導体電位センサ - Google Patents
半導体電位センサInfo
- Publication number
- JPH05249165A JPH05249165A JP8469592A JP8469592A JPH05249165A JP H05249165 A JPH05249165 A JP H05249165A JP 8469592 A JP8469592 A JP 8469592A JP 8469592 A JP8469592 A JP 8469592A JP H05249165 A JPH05249165 A JP H05249165A
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- Japan
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- potential
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Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は、入力インピーダンスが高く、温度
安定性がよく、耐電圧が高いと共に、小型に形成し得る
半導体電位センサの提供を目的とする。 【構成】半導体基板をエッチングして支持部と該支持部
に梁部を介して可動可能に連設した可動電極部を形成
し、上記梁部に可動電極部の可動に基づいて該梁部の歪
み量を検出する歪みゲージを設け、上記可動電極部を被
測定物に近接して、該可動電極部が静電吸引力で可動し
たとき歪みゲージの出力を被測定物の電位出力に対応さ
せる回路を設けた半導体電位センサであって、可動電極
部をグランドに落して被測定物に近接すると、該可動電
極部は被測定物の静電吸引力で吸引されて変位すること
で、梁部が歪み、この歪み量を歪みゲージで取出し、こ
れを被測定物の電位出力に対応させる回路より出力を得
ることを特徴とする。
安定性がよく、耐電圧が高いと共に、小型に形成し得る
半導体電位センサの提供を目的とする。 【構成】半導体基板をエッチングして支持部と該支持部
に梁部を介して可動可能に連設した可動電極部を形成
し、上記梁部に可動電極部の可動に基づいて該梁部の歪
み量を検出する歪みゲージを設け、上記可動電極部を被
測定物に近接して、該可動電極部が静電吸引力で可動し
たとき歪みゲージの出力を被測定物の電位出力に対応さ
せる回路を設けた半導体電位センサであって、可動電極
部をグランドに落して被測定物に近接すると、該可動電
極部は被測定物の静電吸引力で吸引されて変位すること
で、梁部が歪み、この歪み量を歪みゲージで取出し、こ
れを被測定物の電位出力に対応させる回路より出力を得
ることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば、複写機のド
ラムの電圧電位を測定するような半導体電位センサに関
する。
ラムの電圧電位を測定するような半導体電位センサに関
する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、電圧電位を測定する電圧測定装
置に要求される条件としては入力インピーダンスが高い
こと、温度安定性がよいこと、耐電圧が高いことが上げ
られるが、広く使用されている真空管電圧計は特性が不
安定で熱雑音が大きく、また小型化が困難な問題点を有
しているので、近年ではそれに変ってＦＥＴ（電界効果
形トランジスタ）による電圧計が利用されている。
置に要求される条件としては入力インピーダンスが高い
こと、温度安定性がよいこと、耐電圧が高いことが上げ
られるが、広く使用されている真空管電圧計は特性が不
安定で熱雑音が大きく、また小型化が困難な問題点を有
しているので、近年ではそれに変ってＦＥＴ（電界効果
形トランジスタ）による電圧計が利用されている。
【０００３】上述のＦＥＴによる電圧計の場合、真空管
と同等の高い入力インピーダンスを持ち、熱雑音も小さ
く、小型化できる利点を持っているが、しかし耐電圧性
が悪く、数１０Ｖの電圧にしか耐えられず、現在の多く
の電子機器で使用している数１００Ｖ〜数１０００Ｖの
電位を測定することができない問題点を有している。
と同等の高い入力インピーダンスを持ち、熱雑音も小さ
く、小型化できる利点を持っているが、しかし耐電圧性
が悪く、数１０Ｖの電圧にしか耐えられず、現在の多く
の電子機器で使用している数１００Ｖ〜数１０００Ｖの
電位を測定することができない問題点を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、入力イン
ピーダンスが高く、温度安定性がよく、耐電圧が高いと
共に、小型に形成し得る半導体電位センサの提供を目的
とする。
ピーダンスが高く、温度安定性がよく、耐電圧が高いと
共に、小型に形成し得る半導体電位センサの提供を目的
とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明の第１の発明
は、半導体基板をエッチングして支持部と該支持部に梁
部を介して可動可能に連設した可動電極部を形成し、上
記梁部に可動電極部の可動に基づいて該梁部の歪み量を
検出する歪みゲージを設け、上記可動電極部を被測定物
に近接して、該可動電極部が静電吸引力で可動したとき
歪みゲージの出力を被測定物の電位出力に対応させる回
路を設けた半導体電位センサであることを特徴とする。
は、半導体基板をエッチングして支持部と該支持部に梁
部を介して可動可能に連設した可動電極部を形成し、上
記梁部に可動電極部の可動に基づいて該梁部の歪み量を
検出する歪みゲージを設け、上記可動電極部を被測定物
に近接して、該可動電極部が静電吸引力で可動したとき
歪みゲージの出力を被測定物の電位出力に対応させる回
路を設けた半導体電位センサであることを特徴とする。
【０００６】この発明の第２の発明は、半導体基板をエ
ッチングして支持部と該支持部に梁部を介して可動可能
に連設した可動電極部を形成し、上記梁部に可動電極部
の可動に基づいて該梁部の歪み量を検出する歪みゲージ
を設け、上記可動電極部に交流信号を印加して被測定物
に近接し、該可動電極部が静電吸引力で可動したとき歪
みゲージの出力を被測定物の電位出力に対応させる回路
を設けた半導体電位センサであることを特徴とする。
ッチングして支持部と該支持部に梁部を介して可動可能
に連設した可動電極部を形成し、上記梁部に可動電極部
の可動に基づいて該梁部の歪み量を検出する歪みゲージ
を設け、上記可動電極部に交流信号を印加して被測定物
に近接し、該可動電極部が静電吸引力で可動したとき歪
みゲージの出力を被測定物の電位出力に対応させる回路
を設けた半導体電位センサであることを特徴とする。
【０００７】
【作用】この発明は、可動電極部をグランドに落して被
測定物に近接すると、該可動電極部は被測定物の静電吸
引力で吸引されて変位することで、梁部が歪み、この歪
み量を歪みゲージで取出し、これを被測定物の電位出力
に対応させる回路より出力を得る。
測定物に近接すると、該可動電極部は被測定物の静電吸
引力で吸引されて変位することで、梁部が歪み、この歪
み量を歪みゲージで取出し、これを被測定物の電位出力
に対応させる回路より出力を得る。
【０００８】また、前記可動電極部に交流信号を印加し
て測定すると、可動電極部にかかる電圧が正弦波で変化
することで静電吸引力も同様に変化し、この変化で可動
電極部が振動して歪みゲージの出力が交流信号となり、
この交流信号に基づいて被測定物の電位出力に対応させ
る回路から出力を得る。
て測定すると、可動電極部にかかる電圧が正弦波で変化
することで静電吸引力も同様に変化し、この変化で可動
電極部が振動して歪みゲージの出力が交流信号となり、
この交流信号に基づいて被測定物の電位出力に対応させ
る回路から出力を得る。
【０００９】
【発明の効果】上述の結果、この発明によれば、被測定
物の電位をその可動電極部の変位として検出できるの
で、被測定物との間は電気的に絶縁状態、つまり高入力
インピーダンスであり、熱雑音にも強く、耐電圧は数１
００Ｖ〜数１０００Ｖ以上と非常に高くでき、また、可
動電極部、梁部および支持部等は半導体で構成できるの
で、小型化される。
物の電位をその可動電極部の変位として検出できるの
で、被測定物との間は電気的に絶縁状態、つまり高入力
インピーダンスであり、熱雑音にも強く、耐電圧は数１
００Ｖ〜数１０００Ｖ以上と非常に高くでき、また、可
動電極部、梁部および支持部等は半導体で構成できるの
で、小型化される。
【００１０】しかも、可動電極部に交流信号を印加する
ことで、歪みゲージの出力が交流となって増幅が容易で
ノイズの少ない信号が得られ、しかも、出力交流電圧の
ピーク・ピークを取出すことで、出力は被測定物の電位
にリニアとなり、被測定物の電位の２乗に比例する出力
直流電圧ではその出力を調整するためにリニアライズ回
路を必要とするが、この交流信号印加の場合では、回路
的に上述のリニアライズ回路が不要となり、回路構成が
簡単化される。
ことで、歪みゲージの出力が交流となって増幅が容易で
ノイズの少ない信号が得られ、しかも、出力交流電圧の
ピーク・ピークを取出すことで、出力は被測定物の電位
にリニアとなり、被測定物の電位の２乗に比例する出力
直流電圧ではその出力を調整するためにリニアライズ回
路を必要とするが、この交流信号印加の場合では、回路
的に上述のリニアライズ回路が不要となり、回路構成が
簡単化される。
【００１１】
【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。
述する。
【００１２】図面は半導体電位センサを示し、図１は半
導体電位センサのセンサチップを示し、該センサチップ
１０は、例えば、３mm角の大きさの半導体基板からな
り、該半導体基板の周囲の支持部１１と、中央の可動電
極部１２と、この可動電極部１２を可動可能に支持部１
１に連結する梁部１３，１３とによって構成し、各梁部
１３にはピエゾ抵抗器からなる歪みゲージ１４，１４を
形成し、該歪みゲージ１４，１４は可動電極部１２の可
動に基づく歪み量に対応してその抵抗値を変化する。
導体電位センサのセンサチップを示し、該センサチップ
１０は、例えば、３mm角の大きさの半導体基板からな
り、該半導体基板の周囲の支持部１１と、中央の可動電
極部１２と、この可動電極部１２を可動可能に支持部１
１に連結する梁部１３，１３とによって構成し、各梁部
１３にはピエゾ抵抗器からなる歪みゲージ１４，１４を
形成し、該歪みゲージ１４，１４は可動電極部１２の可
動に基づく歪み量に対応してその抵抗値を変化する。
【００１３】図２は半導体電位センサの検出回路１５を
示し、この検出回路１５は上述の歪みゲージ１４，１４
とブリッジ構成回路用の抵抗Ｒ１，Ｒ２とによるブリッ
ジ回路で構成し、このブリッジ回路の一方の対向端子１
６，１７に電源１８の電圧を印加し、前述の歪みゲージ
１４，１４の抵抗値が可動電極部１２の可動に基づいて
変化すると、他方の対向端子１９，２０間の電圧が対応
して変化し、この変化が検出信号として出力される。
示し、この検出回路１５は上述の歪みゲージ１４，１４
とブリッジ構成回路用の抵抗Ｒ１，Ｒ２とによるブリッ
ジ回路で構成し、このブリッジ回路の一方の対向端子１
６，１７に電源１８の電圧を印加し、前述の歪みゲージ
１４，１４の抵抗値が可動電極部１２の可動に基づいて
変化すると、他方の対向端子１９，２０間の電圧が対応
して変化し、この変化が検出信号として出力される。
【００１４】図３は半導体電位センサの構成を示し、被
測定物２１にセンサチップ１０の可動電極部１２を近接
対向されて、これをグランドに落すと、被測定物２１と
の間に生じる電位差による静電吸引力で可動電極部１２
が被測定物２１側に吸引され、梁部１３，１３が歪む。
この歪みにより歪みゲージ１４，１４の抵抗値がその吸
引力に対応して変化し、この変化した出力が検出出力と
して出力され、調整・リニアライズ回路２２で出力を調
整・整形し、増幅回路２３で増幅して、リニアな検出出
力を出力する。
測定物２１にセンサチップ１０の可動電極部１２を近接
対向されて、これをグランドに落すと、被測定物２１と
の間に生じる電位差による静電吸引力で可動電極部１２
が被測定物２１側に吸引され、梁部１３，１３が歪む。
この歪みにより歪みゲージ１４，１４の抵抗値がその吸
引力に対応して変化し、この変化した出力が検出出力と
して出力され、調整・リニアライズ回路２２で出力を調
整・整形し、増幅回路２３で増幅して、リニアな検出出
力を出力する。
【００１５】前述の被測定物２１の静電吸引力Ｆは、 Ｆ＝ε0 ・Ｓ・Ｖp 2 ／２Ｈ2 ここで、ε0 は誘電率 Ｓは受け側の面積 Ｖp 被測定物の電位 Ｈは被測定物と可動電極部１２との距離 で表されることから、前述の検出回路１５の出力Ｖout
は Ｖout ＝αＶp 2 ここで、αは微分時の係数 のようになって、上述の出力Ｖout が被測定物の電位の
２乗に比例（放物線状）となるので、これを図４に示す
ように直線状に整形するために、前述の調整・リニアラ
イズ回路２２が設けられている。
は Ｖout ＝αＶp 2 ここで、αは微分時の係数 のようになって、上述の出力Ｖout が被測定物の電位の
２乗に比例（放物線状）となるので、これを図４に示す
ように直線状に整形するために、前述の調整・リニアラ
イズ回路２２が設けられている。
【００１６】上述のように半導体電位センサを構成する
と、被測定物２１の電位をその可動電極部１２の変位と
して検出できるので、被測定物２１との間は電気的に絶
縁状態、つまり高入力インピーダンスであり、熱雑音に
も強く、耐電圧は数１００Ｖ〜数１０００Ｖ以上と非常
に高くでき、また、可動電極部１２、梁部１３，１３お
よび支持部１１等のセンサチップ１０は半導体で形成で
きるので、小型化される。
と、被測定物２１の電位をその可動電極部１２の変位と
して検出できるので、被測定物２１との間は電気的に絶
縁状態、つまり高入力インピーダンスであり、熱雑音に
も強く、耐電圧は数１００Ｖ〜数１０００Ｖ以上と非常
に高くでき、また、可動電極部１２、梁部１３，１３お
よび支持部１１等のセンサチップ１０は半導体で形成で
きるので、小型化される。
【００１７】図５は他の実施例を示し、前述の第１の実
施例のセンサチップ１０、検出回路１５、増幅回路２３
の構成はこの第２の実施例と同一であるので、同一の符
号を付してその詳細な説明を省略する。
施例のセンサチップ１０、検出回路１５、増幅回路２３
の構成はこの第２の実施例と同一であるので、同一の符
号を付してその詳細な説明を省略する。
【００１８】前述の第１の実施例では可動電極部１２を
グランドに落していたが、この第２の実施例の場合は、
可動電極部１２に交流電源２４の交流電圧を印加する。
このように交流電圧を印加すると、被測定物２１との間
で電位差が変化し、それに伴う静電吸引力の変化で可動
電極部１２が振動し、検出回路１５の検出出力が交流信
号となる。
グランドに落していたが、この第２の実施例の場合は、
可動電極部１２に交流電源２４の交流電圧を印加する。
このように交流電圧を印加すると、被測定物２１との間
で電位差が変化し、それに伴う静電吸引力の変化で可動
電極部１２が振動し、検出回路１５の検出出力が交流信
号となる。
【００１９】そこで、減算回路２５で、直流分を取除い
た後、増幅回路２３で増幅して出力する。
た後、増幅回路２３で増幅して出力する。
【００２０】この第２の実施例の場合、可動電極部１２
に交流信号を印加することで、検出回路１５の出力が交
流となって増幅回路２３の増幅が容易でノイズの少ない
信号が得られ、しかも、出力交流電圧のピーク・ピーク
を取出すことで、出力は被測定物の電位にリニアとな
り、その結果、前述の第１の実施例で示した調整・リニ
アライズ回路２２が、この第２の実施例の場合では不要
となり、回路構成が簡単化される。
に交流信号を印加することで、検出回路１５の出力が交
流となって増幅回路２３の増幅が容易でノイズの少ない
信号が得られ、しかも、出力交流電圧のピーク・ピーク
を取出すことで、出力は被測定物の電位にリニアとな
り、その結果、前述の第１の実施例で示した調整・リニ
アライズ回路２２が、この第２の実施例の場合では不要
となり、回路構成が簡単化される。
【図１】センサチップの一部切欠き断面斜視図。
【図２】検出回路図。
【図３】半導体電位センサの構成図。
【図４】半導体電位センサの出力説明図。
【図５】他の実施例を示す半導体電位センサの構成図。
１０…センサチップ １１…支持部 １２…可動電極部 １３…梁部 １４…歪みゲージ １５…検出回路 ２１…被測定物 ２２…調整・リニアライズ回路 ２３…増幅回路 ２４…交流電源
Claims (2)
- 【請求項１】半導体基板をエッチングして支持部と該支
持部に梁部を介して可動可能に連設した可動電極部を形
成し、上記梁部に可動電極部の可動に基づいて該梁部の
歪み量を検出する歪みゲージを設け、上記可動電極部を
被測定物に近接して、該可動電極部が静電吸引力で可動
したとき歪みゲージの出力を被測定物の電位出力に対応
させる回路を設けた半導体電位センサ。 - 【請求項２】半導体基板をエッチングして支持部と該支
持部に梁部を介して可動可能に連設した可動電極部を形
成し、上記梁部に可動電極部の可動に基づいて該梁部の
歪み量を検出する歪みゲージを設け、上記可動電極部に
交流信号を印加して被測定物に近接し、該可動電極部が
静電吸引力で可動したとき歪みゲージの出力を被測定物
の電位出力に対応させる回路を設けた半導体電位セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8469592A JPH05249165A (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | 半導体電位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8469592A JPH05249165A (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | 半導体電位センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05249165A true JPH05249165A (ja) | 1993-09-28 |
Family
ID=13837806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8469592A Pending JPH05249165A (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | 半導体電位センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05249165A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013104829A (ja) * | 2011-11-15 | 2013-05-30 | Omron Corp | 表面電位センサ及び複写機 |
| JP2014186018A (ja) * | 2013-02-25 | 2014-10-02 | Ricoh Co Ltd | 電位検出装置及び画像形成装置 |
| JP2015158413A (ja) * | 2014-02-24 | 2015-09-03 | 株式会社リコー | 電位検出装置、及び画像形成装置 |
| CN108828291A (zh) * | 2018-06-04 | 2018-11-16 | 西安交通大学 | 一种用于高压静电电压直接测量的mems微镜传感器 |
-
1992
- 1992-03-06 JP JP8469592A patent/JPH05249165A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013104829A (ja) * | 2011-11-15 | 2013-05-30 | Omron Corp | 表面電位センサ及び複写機 |
| CN103907029A (zh) * | 2011-11-15 | 2014-07-02 | 欧姆龙株式会社 | 表面电位传感器以及复印机 |
| US10073127B2 (en) | 2011-11-15 | 2018-09-11 | Omron Corporation | Surface potential sensor and copying machine |
| JP2014186018A (ja) * | 2013-02-25 | 2014-10-02 | Ricoh Co Ltd | 電位検出装置及び画像形成装置 |
| JP2015158413A (ja) * | 2014-02-24 | 2015-09-03 | 株式会社リコー | 電位検出装置、及び画像形成装置 |
| CN108828291A (zh) * | 2018-06-04 | 2018-11-16 | 西安交通大学 | 一种用于高压静电电压直接测量的mems微镜传感器 |
| CN108828291B (zh) * | 2018-06-04 | 2021-07-13 | 西安交通大学 | 一种用于高压静电电压直接测量的mems微镜传感器 |
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