JPH07104019A - Method and device for measuring surface potential - Google Patents

Method and device for measuring surface potential

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JPH07104019A
JPH07104019A JP24665293A JP24665293A JPH07104019A JP H07104019 A JPH07104019 A JP H07104019A JP 24665293 A JP24665293 A JP 24665293A JP 24665293 A JP24665293 A JP 24665293A JP H07104019 A JPH07104019 A JP H07104019A
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JP
Japan
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surface potential
electrode
measured
measuring
output
Prior art date
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Application number
JP24665293A
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Japanese (ja)
Inventor
Mikio Ohashi
幹夫 大橋
Takashi Kimura
隆 木村
Yutaka Ebi
豊 海老
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To accurately and easily measure the surface potential with a method and a device for measuring surface potential of a material to be measured with a measuring electrode provided contactless by changing the electrostatic capacity between the material to be measured and the measuring electrode, and detecting two or more of output signals having different output value on the basis of the potential of the measuring electrode, and obtaining the measuring distance on the basis of the output signal to lead out the surface potential. CONSTITUTION:An electrically separated measuring electrode 33 is fluctuated between positions L1, L2 at a different distance from a material 12 to be measured, and chopper electrodes 14 are oscillated so as to be opened and closed to change the electrostatic capacity between the material 12 to be measured and the measuring electrode 33, and the potential of the measuring electrode 33, which is excited in response to the surface potential of the material 12 to be measured and changed with a change of the electrostatic capacity, is detected, and at least two or more of output signal V1, V2 having different output values are detected on the basis of the detecting signal to lead out the surface potential of the material 12 to be measured on the basis of the output signals V1, V2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、導電体あるいは絶縁体
等の被測定体の表面電位を非接触に設けられた測定電極
により測定する表面電位測定方法およびその測定装置に
関し、詳しくは、被測定体と測定電極との間の距離から
表面電位を正確に測定する表面電位測定方法およびその
測定装置に関する。例えば、複写機、ファックス、印刷
機、プリンター、プロッター等の感光体あるいは現像ロ
ーラ等の帯電電位の制御およびその装置に適用される。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface potential measuring method and a measuring apparatus for measuring the surface potential of an object to be measured such as an electric conductor or an insulator with a measuring electrode provided in a non-contact manner. The present invention relates to a surface potential measuring method for accurately measuring a surface potential from a distance between a measuring object and a measuring electrode, and a measuring apparatus therefor. For example, it is applied to the control of the charging potential of a photoconductor such as a copying machine, a fax machine, a printing machine, a printer, a plotter, or a developing roller, and its apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、各種の分野において、導電体や絶
縁体等(被測定体)の表面電位を検出し測定する必要性
が多々あり、特に、電子写真複写機等の分野において
は、画質向上のために感光体上の表面電位を正確に検知
して、その表面電位を制御することが重要となってい
る。その表面電位を検知する手段としては、被測定体の
電荷のリークが生じないよう非接触型の表面電位計測手
段(表面電位センサ)が用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in various fields, it is often necessary to detect and measure the surface potential of an electric conductor, an insulator or the like (object to be measured). Particularly, in the field of electrophotographic copying machines, image quality is improved. For improvement, it is important to accurately detect the surface potential on the photoconductor and control the surface potential. As a means for detecting the surface potential, a non-contact type surface potential measuring means (surface potential sensor) is used so as to prevent the leakage of charges from the object to be measured.

【0003】非接触型の表面電位計測手段としては、電
気的な手段と機械的な手段とに大別できるが、電気的な
手段は特殊な機能材料を使用するため高価となり、ま
た、帯電吸着によるセンサ電極表面の汚染や使用する絶
縁物の分極により感度が低下してしまう。一方、機械的
な手段はセンサ電極の汚れによる感度変化が少なく、比
較的安価に作製できるという点で、現在、専ら用いられ
ている。
The non-contact type surface potential measuring means can be roughly classified into an electric means and a mechanical means. However, the electric means is expensive because a special functional material is used, and it is charged and adsorbed. Sensitivity decreases due to contamination of the sensor electrode surface due to the polarization and polarization of the insulator used. On the other hand, mechanical means are currently used exclusively in that the sensitivity change due to contamination of the sensor electrode is small and the mechanical means can be manufactured relatively inexpensively.

【0004】この機械的な手段による表面電位の測定に
は、センサ電極に入射する電気力線を周期的に遮断する
ことによりセンサ電極上に誘起される電荷の量を変化さ
せて交流信号を得るチョッパ型と、センサ電極を被測定
体からの電界方向に周期的に振動させることにより被測
定体とセンサ電極との間の静電容量を周期的に変化させ
その変化に応じて発生する交流信号を取り出す振動容量
型とがある。どちらの方式も比較的小型に作製でき、安
定した出力値が得られるものであるが、いずれの方式も
被測定体とセンサ電極との間の静電容量がその間の測定
距離の逆数に比例するため、得られる出力値が測定距離
に依存して大きく変化してしまう。そのため、例えば複
写機等の感光体ドラムのように動いている被測定体の表
面電位を測定する場合、出力値の変化が測定距離の変動
に因るものなのか、あるいは被測定体の表面電位分布に
因るものなのか判断できないという問題が生じ、被測定
体の表面電位を正確に得ることが困難であるという不具
合があった。
To measure the surface potential by this mechanical means, the line of electric force incident on the sensor electrode is periodically interrupted to change the amount of charge induced on the sensor electrode to obtain an AC signal. A chopper type and alternating current signal generated in response to the change by periodically changing the capacitance between the measured object and the sensor electrode by periodically vibrating the sensor electrode in the direction of the electric field from the measured object. There is a vibration capacitance type that takes out. Both methods can be made relatively small and stable output values can be obtained, but in both methods, the capacitance between the object to be measured and the sensor electrode is proportional to the reciprocal of the measurement distance between them. Therefore, the obtained output value greatly changes depending on the measurement distance. Therefore, for example, when measuring the surface potential of a moving object such as a photoconductor drum of a copying machine, is the output value change due to the variation of the measurement distance, or is the surface potential of the object measured? There is a problem that it is difficult to determine whether it is due to the distribution and it is difficult to accurately obtain the surface potential of the measured object.

【0005】このような不具合を解消するため、現在、
測定距離が変動しても出力変動が極めて少ない測定距離
補正型の表面電位センサが種々考案されており、例えば
米国Trek社製の表面電位センサ(B.T.Williams et
al.:U.S.Patent 3,852,667(1974))が実用化されてい
る。この表面電位センサ(以降、第1従来例という)
は、出力信号を積分型の高圧発生器に入力して出力信号
に応じた高電圧を発生させ、それをセンサプローブのハ
ウジングにフィードバックすることにより、被測定体と
ハウジングとの電位を同電位にしてその間の静電容量を
打ち消して出力値が測定距離に依存しないようになって
いる。
In order to solve such a problem, currently,
Various measurement distance correction type surface potential sensors have been devised, in which the output fluctuation is extremely small even if the measurement distance fluctuates. For example, a surface potential sensor (BTWilliams et.
al.:USPatent 3,852,667 (1974)) has been put to practical use. This surface potential sensor (hereinafter referred to as the first conventional example)
Inputs an output signal to an integral type high voltage generator to generate a high voltage according to the output signal and feeds it back to the sensor probe housing to make the potential of the DUT and the housing the same. The capacitance between them is canceled so that the output value does not depend on the measurement distance.

【0006】また、特開昭62−118267号公報に
は、チョッパ型の表面電位センサに、一定の距離差で固
定された2個以上の測定電極を設け、電極間の交流出力
信号を利用して測定距離の変動を補正することにより、
被測定体の表面電位を正確に測定するもの(以降、第2
従来例という)が開示されている。
Further, in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 62-118267, a chopper type surface potential sensor is provided with two or more measurement electrodes fixed at a constant distance difference, and an AC output signal between the electrodes is used. By correcting the fluctuation of the measurement distance by
What accurately measures the surface potential of the measured object (hereinafter referred to as the second
A conventional example) is disclosed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第1従
来例にあっては、高圧発生器を使用するため装置が非常
に高価となり、また、フィードバック回路を設けるため
装置構成が複雑となってしまう。さらに、センサプロー
ブが高電圧となるため取り扱いに注意を要する等の問題
があった。
However, in the first conventional example, since the high voltage generator is used, the apparatus becomes very expensive, and since the feedback circuit is provided, the apparatus configuration becomes complicated. Further, there is a problem in that the sensor probe has a high voltage and thus requires careful handling.

【0008】また、第2従来例にあっては、センサ電極
の前に入射する電気力線を遮断するためのチョッパ電極
等を設けるとともに、測定距離の補正を行うために測定
電極を2個以上設けるので、装置構成が複雑となり装置
全体の大きさが大型になってしまう。また、部品点数も
多くなるためコストアップの要因となる。さらに、チョ
ッパ型の表面電位センサでは、測定電極が常に静止して
いる状態にあるので、センサを長期間使用していると帯
電吸着等により測定電極上に塵埃が付着堆積し、センサ
電極表面が汚染されるために感度が低下して正確な測定
ができなくなるという問題も生じる。これは、トナー等
を使用する粉塵の多い電子写真複写機の中で使用する場
合に特に問題となる。
Further, in the second conventional example, a chopper electrode or the like is provided in front of the sensor electrode for blocking the incident electric force line, and at least two measuring electrodes are provided for correcting the measuring distance. Since it is provided, the device configuration becomes complicated and the size of the entire device becomes large. In addition, the number of parts increases, which causes a cost increase. Further, in the chopper type surface potential sensor, the measurement electrode is always stationary, so if the sensor is used for a long period of time, dust adheres to and accumulates on the measurement electrode due to electrostatic attraction, etc. There is also a problem that the sensitivity is lowered due to the contamination and accurate measurement cannot be performed. This is a particular problem when used in an electrophotographic copying machine that uses toner or the like and has a lot of dust.

【0009】そこで、請求項1記載の発明は、被測定体
および測定電極の間の静電容量を変化させ測定電極の電
位から出力値の異なる2つ以上の出力信号を検知するこ
とにより、その出力信号から測定距離を求め表面電位を
導出するようにして、正確かつ簡易に表面電位を測定で
きる新規な測定距離補正型の表面電位測定方法を提供す
ることを目的とする。
Therefore, the invention according to claim 1 changes the electrostatic capacitance between the object to be measured and the measuring electrode to detect two or more output signals having different output values from the potential of the measuring electrode. An object of the present invention is to provide a new measuring distance correction type surface potential measuring method capable of accurately and simply measuring a surface potential by obtaining a measurement distance from an output signal and deriving the surface potential.

【0010】請求項2、3記載の発明は、測定電極を変
動させて被測定体および測定電極の間の静電容量を変化
させることにより、測定距離を求めるための出力値の異
なる2つ以上の出力信号を検知するようにして、感度の
経時変化の小さい簡易な表面電位測定方法を提供するこ
とを目的とする。また、請求項4記載の発明は、被測定
体および測定電極の間の静電容量を変化させ測定電極の
電位から出力値の異なる2つ以上の出力信号を検知する
ことにより、その出力信号から測定距離を求め表面電位
を導出するようにして、正確に表面電位を測定できる簡
単な構成の新規な測定距離補正機能を有する安価な表面
電位測定装置を提供することを目的とする。
According to the second and third aspects of the present invention, by changing the measuring electrode to change the electrostatic capacitance between the object to be measured and the measuring electrode, two or more different output values for obtaining the measuring distance are obtained. It is an object of the present invention to provide a simple method of measuring the surface potential, which is capable of detecting the output signal of 1) and having a small change in sensitivity with time. Further, the invention according to claim 4 changes the capacitance between the object to be measured and the measurement electrode to detect two or more output signals having different output values from the potential of the measurement electrode, and An object of the present invention is to provide an inexpensive surface potential measuring device having a novel measuring distance correcting function of a simple structure capable of accurately measuring the surface potential by obtaining the measuring distance and deriving the surface potential.

【0011】請求項5、6記載の発明は、測定電極を変
動させて被測定体および測定電極の間の静電容量を変化
させることにより、測定距離の求めるための出力値の異
なる2つ以上の出力信号を検知するようにして、感度の
経時変化の小さい簡単な構成の表面電位測定装置を提供
することを目的とする。そして、請求項7〜9記載の発
明は、測定電極を圧電材料または電磁コイルに固設する
ことにより、その測定電極を簡単な構成で変動可能にし
て、小型でより安価な表面電位測定装置を提供すること
を目的とする。
According to the fifth and sixth aspects of the present invention, by changing the measurement electrode to change the capacitance between the object to be measured and the measurement electrode, two or more different output values for obtaining the measurement distance are obtained. It is an object of the present invention to provide a surface potential measuring device having a simple structure in which the sensitivity change with time is detected by detecting the output signal of 1. The invention according to claims 7 to 9 provides a compact and cheaper surface potential measuring device by fixing the measuring electrode to the piezoelectric material or the electromagnetic coil so that the measuring electrode can be changed with a simple structure. The purpose is to provide.

【0012】さらに、請求項10記載の発明は、測定電
極を固設した圧電材料または電磁コイルにその測定電極
を変動および振動させる電圧を重畳して印加することに
より、測定電極を被測定体からの距離の異なる位置に変
動させるようにして、小型で簡単な構成の安価な表面電
位測定装置を提供することを目的とする。請求項11、
12記載の発明は、測定電極を固設した圧電材料または
電磁コイルに大きさまたは周波数の変動する電圧を印加
することにより、測定電極を異なる変動幅で変動させる
ようにして、小型で簡単な構成の安価な表面電位測定装
置を提供することを目的とする。
Further, according to the invention of claim 10, the voltage for varying and vibrating the measuring electrode is superimposed and applied to the piezoelectric material or the electromagnetic coil on which the measuring electrode is fixed, so that the measuring electrode is moved from the object to be measured. It is an object of the present invention to provide an inexpensive surface potential measuring device having a small size and a simple structure by changing the distance to different positions. Claim 11,
According to the invention described in 12, the measuring electrode is varied in different fluctuation widths by applying a voltage whose magnitude or frequency fluctuates to the piezoelectric material or the electromagnetic coil on which the measuring electrode is fixedly mounted, and thus a small and simple configuration is provided. It is an object of the present invention to provide an inexpensive surface potential measuring device.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項1記載の発明は、被測定体から所定間隔を隔てた位
置に配設され該被測定体と電気的に独立した測定電極に
より被測定体の表面電位を測定する表面電位測定方法で
あって、前記被測定体と測定電極との間の静電容量を変
化させ、被測定体の表面電位に対応して誘起され該静電
容量の変化に伴い変化する測定電極の電位を検出し、該
検出信号から少なくとも出力値の異なる2つ以上の出力
信号を検知して該出力信号から被測定体の表面電位を導
き出すことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 uses a measuring electrode which is arranged at a position spaced apart from the object to be measured by a predetermined distance and electrically independent of the object to be measured. A surface potential measuring method for measuring a surface potential of an object to be measured, wherein the electrostatic capacitance between the object to be measured and a measuring electrode is changed, and the electrostatic potential is induced corresponding to the surface potential of the object to be measured. A potential of the measurement electrode that changes with a change in capacitance is detected, two or more output signals having different output values are detected from the detection signal, and the surface potential of the object to be measured is derived from the output signal. To do.

【0014】請求項2記載の発明は、前記検出信号から
少なくとも出力値の異なる2つ以上の出力信号を検知す
る方法として、前記測定電極を被測定体からの距離の異
なる位置の間を変動させて、被測定体と測定電極との間
の静電容量を変化させ、各々の位置での出力信号を検知
することを特徴とするものである。請求項3記載の発明
は、前記検出信号から少なくとも出力値の異なる2つ以
上の出力信号を検知する方法として、前記測定電極を異
なる変動幅で変動させて、被測定体と測定電極との間の
静電容量を変化させ、各々の変動幅での出力信号を検知
することを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, as a method of detecting at least two output signals having different output values from the detection signal, the measurement electrode is moved between positions having different distances from the object to be measured. Then, the capacitance between the object to be measured and the measurement electrode is changed, and the output signal at each position is detected. According to a third aspect of the present invention, as a method of detecting at least two output signals having different output values from the detection signal, the measurement electrode is varied with different variation widths, and the measurement electrode and the measurement electrode are varied. It is characterized in that the electrostatic capacitance of is changed and the output signal in each fluctuation range is detected.

【0015】また、請求項4記載の発明は、被測定体か
ら所定間隔を隔てた位置に該被測定体と電気的に独立し
た測定電極を配設した表面電位測定装置であって、前記
被測定体と測定電極との間の静電容量を変化させる容量
変化手段と、被測定体の表面電位に対応して誘起され静
電容量の変化に伴い変化する測定電極の電位を検出する
電位検出手段と、該検出信号から少なくとも出力値の異
なる2つ以上の出力信号を検知する出力検知手段と、該
出力信号から被測定体の表面電位を導き出す表面電位導
出手段と、を備えたことを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a surface potential measuring device in which a measuring electrode electrically independent of the measured object is arranged at a position spaced apart from the measured object by a predetermined distance. Capacitance changing means for changing the electrostatic capacitance between the measuring body and the measuring electrode, and potential detection for detecting the electric potential of the measuring electrode which is induced corresponding to the surface potential of the measured object and changes with the change of the electrostatic capacitance. Means, output detection means for detecting at least two output signals having different output values from the detection signal, and surface potential deriving means for deriving the surface potential of the object to be measured from the output signal. It is what

【0016】請求項5記載の発明は、前記容量変化手段
に、前記測定電極を被測定体からの距離の異なる位置の
間を変動させる電極変動手段を設け、該電極変動手段に
より測定電極を被測定体からの距離の異なる位置の間を
変動させて被測定体と測定電極との間の静電容量を変化
させ、前記出力検知手段が、測定電極の異なるそれぞれ
の位置での電位検出手段による検出信号から出力値の異
なる2つ以上の出力信号を検知することを特徴とするも
のである。
According to a fifth aspect of the present invention, the capacitance changing means is provided with electrode changing means for changing the measuring electrode between positions having different distances from the object to be measured, and the measuring electrode is covered by the electrode changing means. The capacitance between the object to be measured and the measuring electrode is changed by varying between positions having different distances from the measuring object, and the output detecting means is provided by the potential detecting means at different positions of the measuring electrode. It is characterized in that two or more output signals having different output values are detected from the detection signal.

【0017】請求項6記載の発明は、前記容量変化手段
に、前記測定電極を異なる変動幅で変動させる電極変動
手段を設け、該電極変動手段により測定電極を異なる変
動幅で変動させて被測定体と測定電極との間の静電容量
を変化させ、前記出力検知手段が、測定電極の異なるそ
れぞれの変動幅での電位検出手段による検出信号から出
力値の異なる2つ以上の出力信号を検知することを特徴
とするものである。
According to a sixth aspect of the present invention, the capacitance changing means is provided with electrode changing means for changing the measuring electrode in different changing widths, and the electrode changing means changes the measuring electrode in different changing widths to be measured. By changing the electrostatic capacitance between the body and the measuring electrode, the output detecting means detects two or more output signals having different output values from the detection signals by the potential detecting means in the respective fluctuation widths of the measuring electrode. It is characterized by doing.

【0018】そして、請求項7記載の発明は、前記電極
変動手段に、前記測定電極を固設された圧電材料または
電磁コイルを設け、該圧電材料または電磁コイルを駆動
して測定電極を変動させることを特徴とするものであ
る。請求項8記載の発明は、前記圧電材料または電磁コ
イルの駆動電圧として、直流電圧または周期的に変化す
る電圧を印加することを特徴とするものである。
According to a seventh aspect of the present invention, the electrode changing means is provided with a piezoelectric material or an electromagnetic coil in which the measuring electrode is fixed, and the piezoelectric material or the electromagnetic coil is driven to change the measuring electrode. It is characterized by that. The invention according to claim 8 is characterized in that a direct current voltage or a voltage which periodically changes is applied as a drive voltage for the piezoelectric material or the electromagnetic coil.

【0019】請求項9記載の発明は、前記圧電材料の形
状を板状に形成し、該圧電材料の一端側または両端側を
支持したことを特徴とするものである。さらに、請求項
10記載の発明は、前記圧電材料または電磁コイルの駆
動電圧として、前記測定電極を被測定体からの距離の異
なる位置の間を変動させる電圧と、変動する該測定電極
を振動させる電圧と、を重畳した電圧を印加することを
特徴とするものであり、請求項11記載の発明は、前記
圧電材料または電磁コイルの駆動電圧として、大きさの
変動する電圧を印加して前記測定電極を異なる変動幅で
変動させることを特徴とするものである。
According to a ninth aspect of the present invention, the piezoelectric material is formed in a plate shape, and one end side or both end sides of the piezoelectric material is supported. Further, in the invention according to claim 10, as a driving voltage of the piezoelectric material or the electromagnetic coil, a voltage for varying the measuring electrode between positions at different distances from the object to be measured and the varying measuring electrode are vibrated. The voltage according to claim 11 is applied to the piezoelectric material or the electromagnetic coil, and a voltage of varying magnitude is applied as the driving voltage of the piezoelectric material or the electromagnetic coil. It is characterized in that the electrodes are varied with different variation widths.

【0020】また、請求項12記載の発明は、前記圧電
材料または電磁コイルの駆動電圧として、周波数の変動
する電圧を印加して前記測定電極を異なる変動幅で変動
させることを特徴とするものである。
Further, the invention according to claim 12 is characterized in that a voltage having a varying frequency is applied as a driving voltage for the piezoelectric material or the electromagnetic coil to vary the measuring electrode with a different variation range. is there.

【0021】[0021]

【作用】請求項1記載の発明では、被測定体と測定電極
との間の静電容量が変化され、被測定体の表面電位に対
応して誘起され静電容量の変化に伴い変化する測定電極
の電位が検出されて、その検出信号から少なくとも出力
値の異なる2つ以上の出力信号が検知される。そのた
め、その出力信号から正確な測定距離を求めることがで
き、その測定距離から出力値を補正することによりその
出力値から被測定体の表面電位が導き出される。したが
って、測定電極を増やすことなく、正確な表面電位が導
出される。
According to the first aspect of the present invention, the capacitance between the object to be measured and the measuring electrode is changed, and the capacitance is induced in response to the surface potential of the object to be measured and changes with the change in the capacitance. The potential of the electrode is detected, and two or more output signals having different output values are detected from the detection signal. Therefore, an accurate measurement distance can be obtained from the output signal, and by correcting the output value from the measurement distance, the surface potential of the measured object is derived from the output value. Therefore, an accurate surface potential can be derived without increasing the number of measurement electrodes.

【0022】請求項2記載の発明では、測定電極が被測
定体からの距離の異なる位置の間を変動されることによ
り被測定体と測定電極との間の静電容量が変化され、測
定電極の異なる位置での電位が検出されてその検出信号
から出力値の異なる2つ以上の出力信号が検知される。
したがって、出力値の異なる2つ以上の出力信号が簡易
に検知されるとともに、測定電極の汚染が少なくされ
る。
According to the second aspect of the present invention, the measuring electrode is moved between positions having different distances from the object to be measured, whereby the capacitance between the object to be measured and the measuring electrode is changed, and the measuring electrode is changed. Potentials at different positions are detected, and two or more output signals having different output values are detected from the detection signals.
Therefore, two or more output signals having different output values can be easily detected and contamination of the measurement electrode can be reduced.

【0023】請求項3記載の発明では、測定電極が異な
る変動幅で変動されることにより被測定体と測定電極と
の間の静電容量が変化され、測定電極の異なる変動幅で
の電位が検出されてその検出信号から出力値の異なる2
つ以上の出力信号が検知される。したがって、出力値の
異なる2つ以上の出力信号が簡易に検知されるととも
に、測定電極の汚染が少なくされる。
According to the third aspect of the invention, the capacitance between the object to be measured and the measurement electrode is changed by varying the measurement electrode with different variation widths, and the potential of the measurement electrode with different variation width is changed. 2 which is detected and has different output value from the detected signal
More than one output signal is detected. Therefore, two or more output signals having different output values can be easily detected and contamination of the measurement electrode can be reduced.

【0024】また、請求項4記載の発明では、被測定体
と測定電極との間の静電容量が容量変化手段により変化
され、被測定体の表面電位に対応して誘起され静電容量
の変化に伴い変化する測定電極の電位が電位検出手段に
より検出されて、その検出信号から少なくとも出力値の
異なる2つ以上の出力信号が出力検知手段により検知さ
れる。そのため、その出力信号から正確な測定距離を求
めることができ、その測定距離から出力値を補正するこ
とによって表面電位導出手段によりその出力値から被測
定体の表面電位が導き出される。したがって、測定電極
を増やすことなく、正確な表面電位が導出される。
Further, in the invention of claim 4, the capacitance between the object to be measured and the measuring electrode is changed by the capacitance changing means, and the electrostatic capacitance induced by the surface potential of the object to be measured is changed. The potential of the measuring electrode, which changes with the change, is detected by the potential detecting means, and at least two or more output signals having different output values are detected by the output detecting means from the detection signal. Therefore, an accurate measurement distance can be obtained from the output signal, and by correcting the output value from the measurement distance, the surface potential deriving unit derives the surface potential of the measured object from the output value. Therefore, an accurate surface potential can be derived without increasing the number of measurement electrodes.

【0025】請求項5記載の発明では、容量変化手段に
測定電極を被測定体からの距離の異なる位置の間を変動
させる電極変動手段が設けられ、その電極変動手段によ
り測定電極が異なる位置に変動されて静電容量が変化さ
れ、測定電極の電位が電位検出手段により検出される。
そして、測定電極の異なる位置での電位検出手段による
検出信号から出力値の異なる2つ以上の出力信号が出力
検知手段により検知される。したがって、出力値の異な
る2つ以上の出力信号が簡易に検知されるとともに、測
定電極の汚染が少なくされる。
According to the fifth aspect of the invention, the capacitance changing means is provided with electrode changing means for changing the measuring electrode between positions having different distances from the object to be measured, and the measuring electrode is moved to different positions by the electrode changing means. The capacitance is changed to change the capacitance, and the potential of the measurement electrode is detected by the potential detection means.
Then, the output detection means detects two or more output signals having different output values from the detection signals by the potential detection means at different positions of the measurement electrode. Therefore, two or more output signals having different output values can be easily detected and contamination of the measurement electrode can be reduced.

【0026】請求項6記載の発明では、容量変化手段に
測定電極を異なる変動幅で変動させる電極変動手段が設
けられ、その電極変動手段により測定電極が異なる変動
幅で変動され静電容量が変化され、測定電極の電位が電
位検出手段により検出される。そして、測定電極の異な
るそれぞれの変動幅での電位検出手段による検出信号か
ら出力値の異なる2つ以上の出力信号が出力検知手段に
より検知される。したがって、出力値の異なる2つ以上
の出力信号が簡易に検知されるとともに、測定電極の汚
染が少なくされる。
According to the sixth aspect of the present invention, the capacitance changing means is provided with electrode changing means for changing the measuring electrode by different changing widths, and the electrode changing means changes the measuring electrode by different changing widths to change the electrostatic capacitance. Then, the potential of the measuring electrode is detected by the potential detecting means. Then, the output detection means detects two or more output signals having different output values from the detection signals by the potential detection means in the respective fluctuation widths of the measurement electrodes different from each other. Therefore, two or more output signals having different output values can be easily detected and contamination of the measurement electrode can be reduced.

【0027】そして、請求項7記載の発明では、電極変
動手段に測定電極を固設された圧電材料または電磁コイ
ルが設けられ、その圧電材料または電磁コイルが駆動さ
れて測定電極が変動される。したがって、測定電極が簡
単な構成で変動される。請求項8記載の発明では、圧電
材料または電磁コイルの駆動電圧として、直流電圧また
は周期的に変化する電圧が印加される。したがって、圧
電材料または電磁コイルが簡易な駆動電圧により駆動さ
れ、測定電極が変動される。
In the invention according to claim 7, the electrode varying means is provided with a piezoelectric material or an electromagnetic coil having the measuring electrode fixed thereto, and the piezoelectric material or the electromagnetic coil is driven to vary the measuring electrode. Therefore, the measuring electrode can be changed with a simple structure. In the invention according to claim 8, a DC voltage or a cyclically changing voltage is applied as the driving voltage of the piezoelectric material or the electromagnetic coil. Therefore, the piezoelectric material or the electromagnetic coil is driven by a simple driving voltage, and the measurement electrode is changed.

【0028】請求項9記載の発明では、圧電材料が板状
に形成されてその一端側または両端側が支持される。し
たがって、圧電材料が簡易に形成され、その圧電材料に
より測定電極が変動される。さらに、請求項10記載の
発明では、測定電極を被測定体からの距離の異なる位置
の間を変動させる電圧と、変動する該測定電極を振動さ
せる電圧と、が重畳された電圧が印加され、圧電材料ま
たは電磁コイルが駆動される。したがって、測定電極が
被測定体からの距離の異なる位置の間を変動されるとと
もに振動される。
According to the ninth aspect of the invention, the piezoelectric material is formed into a plate shape and one end side or both end sides thereof are supported. Therefore, the piezoelectric material is easily formed, and the measurement electrode is changed by the piezoelectric material. Further, in the invention according to claim 10, a voltage in which a voltage for varying the measuring electrode between positions at different distances from the object to be measured and a varying voltage for vibrating the measuring electrode are applied is applied, The piezoelectric material or the electromagnetic coil is driven. Therefore, the measurement electrode is moved and vibrated between positions having different distances from the object to be measured.

【0029】請求項11記載の発明では、圧電材料また
は電磁コイルに大きさの変動する電圧が印加され、圧電
材料または電磁コイルが駆動される。したがって、測定
電極が異なる変動幅で変動される。また、請求項12記
載の発明では、圧電材料または電磁コイルに周波数の変
動する電圧が印加され、圧電材料または電磁コイルが駆
動される。したがって、測定電極が異なる変動幅で変動
される。
According to the eleventh aspect of the present invention, a voltage having a varying size is applied to the piezoelectric material or the electromagnetic coil to drive the piezoelectric material or the electromagnetic coil. Therefore, the measuring electrodes are changed with different fluctuation ranges. According to the twelfth aspect of the invention, a voltage having a varying frequency is applied to the piezoelectric material or the electromagnetic coil to drive the piezoelectric material or the electromagnetic coil. Therefore, the measuring electrodes are changed with different fluctuation ranges.

【0030】[0030]

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。ま
ず、非接触型の機械的手段による表面電位の測定原理
を、図23および図24に示す測定電極を固定した従来例か
ら説明する。図23において、11は所謂、チョッパ型の表
面電位センサであり、表面電位センサ11は被測定体12に
所定間隔を隔てて対向し電気的に独立するよう配設され
た測定電極13と、被測定体12と測定電極13との間に介装
されるとともに接地され、被測定体12の表面に対して平
行に振動して互いの間隔を開閉する一対のチョッパ電極
14と、測定電極13の電荷量の変化を検出する信号検出部
15と、その検出信号を増幅する信号増幅部16と、により
構成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. First, the principle of measuring the surface potential by the non-contact type mechanical means will be described from the conventional example shown in FIGS. 23 and 24 in which the measurement electrode is fixed. In FIG. 23, reference numeral 11 is a so-called chopper type surface potential sensor, and the surface potential sensor 11 is a measurement electrode 13 which is arranged so as to face the object to be measured 12 at a predetermined interval and to be electrically independent of each other. A pair of chopper electrodes that are interposed between the measuring body 12 and the measuring electrode 13 and are grounded, and vibrate in parallel with the surface of the measured body 12 to open and close the mutual intervals.
14 and a signal detection unit that detects a change in the charge amount of the measurement electrode 13.
It is composed of 15 and a signal amplification section 16 that amplifies the detection signal.

【0031】表面電位センサ11は、チョッパ電極14を図
に示す矢印方向に振動させることにより、被測定体12か
ら測定電極13に入射する電気力線を周期的に遮断して、
被測定体12と測定電極13との間に生じる静電容量CO
変化させて、その変化に応じて測定電極13上に誘起され
る微小な電荷量の変化を信号検出部15において交流信号
として検出し、その検出信号を信号増幅部16において増
幅することにより、被測定体12の表面電位VS に応じた
出力信号V0 を得て予め既知である表面電位V S と出力
信号V0 との関係からその表面電位VS を導出するよう
になっている。
The surface potential sensor 11 includes a chopper electrode 14
By vibrating in the direction of the arrow shown in
Periodically interrupts the lines of electric force incident on the measurement electrode 13 from
Capacitance C generated between the object to be measured 12 and the measuring electrode 13OTo
And is induced on the measuring electrode 13 in response to the change.
AC change in the signal detector 15
Signal and the detected signal is increased in the signal amplifier 16.
By increasing the width, the surface potential V of the DUT 12SAccording to
Output signal V0Surface potential V which is known in advance SAnd output
Signal V0And its surface potential VSTo derive
It has become.

【0032】ここで、静電容量CO は、測定電極13の実
効面積をS、被測定体12と測定電極13との間の対向距離
をL、空気の誘電率をεair とすると、 CO =εair (S/L) ……(1) のように表され、実効面積Sを変化させてCO の値を変
化させている。そして、チョッパ電極14の周期的な機械
振動により生じる静電容量CO の変化量CC が CC =αO ・CO ・sinωt ……(2) で与えられるとする(但し、tは変化時間、ωは振動の
角周波数、αO は静電容量CO の変化率を表す。)と、
被測定体12のもつ表面電位VS により測定電極13上に誘
起される電荷QC は QC =CC ・VS ……(3) と表される。従って、測定電極13に生じる電流IC
(2)式および(3)式より、 IC =dQC /dt=αO ・ω・CO ・Vs ・cosωt ……(4) と表され、よって測定電極から得られる出力信号V
O は、近似的に、 VO =AO ・αO ・ω・CO ・VS ・cosωt ……(5) と表される。ただし、AO は増幅度に関する定数を表わ
す。
Here, the capacitance C O is C, where S is the effective area of the measuring electrode 13, L is the facing distance between the object to be measured 12 and the measuring electrode 13, and ε air is the dielectric constant of air. O = ε air (S / L) (1), and the value of C O is changed by changing the effective area S. Then, it is assumed that the change amount C C of the electrostatic capacitance C O caused by the periodic mechanical vibration of the chopper electrode 14 is given by C C = α O · C O · sinωt (2) (where t is a change) Time, ω is the angular frequency of vibration, α O is the rate of change of the capacitance C O ),
Charge Q C induced on the measurement electrode 13 by the surface potential V S with the object to be measured 12 is expressed as Q C = C C · V S ...... (3). Therefore, the current I C generated in the measuring electrode 13 is expressed by the following formulas (2) and (3): I C = dQ C / dt = α O · ω · C O · V s · cos ωt (4) , Thus the output signal V obtained from the measuring electrode
O is approximately expressed as V O = A O · α O · ω · C O · V S · cos ωt (5). However, A O represents constants related amplification degree.

【0033】出力信号VO は、(5)式からも判るよう
に被測定体12の表面電位VS および静電容量CO に比例
しているが、静電容量CO は(1)式から判るように被
測定体12と測定電極13との間の対向距離(測定距離)L
の逆数に比例するため、静電容量CO に比例して得られ
る出力信号VO も測定距離Lの変化に依存して大きく変
動する。従って、測定距離Lが変動した場合、その出力
信号VO からは被測定体12の正確な表面電位VS が得ら
れ難いといった問題が生じる。
The output signal V O is proportional to the surface potential V S and the electrostatic capacitance C O of the object to be measured 12 as can be seen from the equation (5), but the electrostatic capacitance C O is expressed by the equation (1). As can be seen, the facing distance (measurement distance) L between the DUT 12 and the measuring electrode 13
Is proportional to the reciprocal, the output signal V O which is obtained in proportion to the capacitance C O, depending on the changes in the measured distance L varies greatly. Therefore, when the measurement distance L fluctuates, there arises a problem that it is difficult to obtain an accurate surface potential V S of the measured object 12 from the output signal V O.

【0034】また、表面電位VS を測定する測定装置と
しては、図24に示す所謂、振動容量型の表面電位センサ
21もあるが、この問題は表面電位センサ21においても生
じてしまう。表面電位センサ21は測定電極33を被測定体
12の表面に対して鉛直方向に周期的に振動させることに
より、被測定体12と測定電極33との間に生じる静電容量
O を周期的に変化させて被測定体12の表面電位VS
応じた出力信号VO を得るようになっていが、静電容量
O を周期的に変化させるという測定原理は共通である
ため、静電容量CO に比例して得られる出力信号VO
測定距離Lの変化に依存して大きく変動し、被測定体12
の正確な表面電位VS が得られ難い。
As the measuring device for measuring the surface potential V S , a so-called vibration capacitance type surface potential sensor shown in FIG. 24 is used.
There is also 21, but this problem also occurs in the surface potential sensor 21. The surface potential sensor 21 includes the measurement electrode 33 and the measurement object 33.
By periodically oscillating in the vertical direction with respect to the surface of 12, the capacitance C O generated between the object to be measured 12 and the measuring electrode 33 is periodically changed, and the surface potential V of the object to be measured 12 is changed. making it to obtain an output signal V O corresponding to the S, but since measurement principle of varying the capacitance C O periodically is common, the output signal V obtained in proportion to the capacitance C O O also fluctuates greatly depending on the change of the measurement distance L, and the measured object 12
It is difficult to obtain an accurate surface potential V S of

【0035】このように固定された測定電極13により出
力信号VO を検知しても正確な表面電位VS を得ること
はできないため、本発明は、何らかの形で出力値の異な
る2つ以上の出力信号を得て、各々の出力信号から
(5)式を利用して被測定体12の表面電位VS に依存せ
ずに被測定体12と測定電極13との間の測定距離Lを逆に
一義的に求め、得られた測定距離Lから、再度、いずれ
か1つの出力信号の値を補正することにより、その出力
値から被測定体12の正確な表面電位VS の導出を可能に
する。
Since it is not possible to obtain an accurate surface potential V S even if the output signal V O is detected by the measurement electrode 13 fixed in this way, the present invention somehow forms two or more different output values. An output signal is obtained, and the measurement distance L between the object to be measured 12 and the measuring electrode 13 is inverted by using the equation (5) from each output signal without depending on the surface potential V S of the object to be measured 12. Uniquely obtained, and by correcting the value of any one output signal again from the obtained measurement distance L, it is possible to derive the accurate surface potential V S of the measured object 12 from the output value. To do.

【0036】次に、図1〜図6は本発明に係る表面電位
測定方法を実施するその測定装置の第1実施例を示す図
であり、本実施例は請求項1、2、4、5、7〜9の何
れかに記載の発明に対応する。なお、本実施例では、上
述した従来例と同様な構成には同一の符号を付してその
説明を省略する。まず、構成を説明する。
Next, FIGS. 1 to 6 are views showing a first embodiment of the measuring apparatus for carrying out the surface potential measuring method according to the present invention. , 7 to 9 described above. In this embodiment, the same components as those of the above-described conventional example are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. First, the configuration will be described.

【0037】図1および図2において、31はチョッパ型
の表面電位センサであり、表面電位センサ31は被測定体
12に所定間隔を隔てて対向し電気的に独立するよう配設
されるとともに被測定体12の表面に対して鉛直方向に周
期的に変動する測定電極33と、振動して互いの間隔を開
閉する一対のチョッパ電極14と、信号検出部15(電位検
出手段)と、信号増幅部16と、信号増幅部16により増幅
された検出信号から出力値の異なる出力信号V1 、V2
を検知するV1 、V2 検知部34a、34b(出力検知手
段)と、V1 、V2 検知部34a、34bにより検知された
出力信号V1 、V 2 から測定距離Lを求め出力信号V1
または出力信号V2 を補正しその出力値から被測定体12
の表面電位VS に対応する出力信号V0 を得る信号補正
部35と、により構成されている。
In FIGS. 1 and 2, 31 is a chopper type.
The surface potential sensor 31 is a surface potential sensor of
Arranged so as to face each other at a predetermined interval and to be electrically independent
And the vertical direction with respect to the surface of the DUT 12.
The measurement electrode 33, which fluctuates over time, vibrates and opens the space between them.
A pair of chopper electrodes 14 to be closed and a signal detector 15 (potential detection
Output means), the signal amplification section 16, and the signal amplification section 16 amplifies
Output signal V having a different output value from the detected signal1, V2
To detect V1, V2Detectors 34a, 34b (output detector
Dan) and V1, V2Detected by the detectors 34a and 34b
Output signal V1, V 2Calculate the measurement distance L from the output signal V1
Or output signal V2Is measured and the output value is
Surface potential VSOutput signal V corresponding to0Signal correction to get
And a part 35.

【0038】表面電位センサ31の測定電極33は、図3に
示すように、板状に形成された例えば、PZT等からな
る圧電材料36の中央付近に固設されており、この圧電材
料36は両端側を固定部材37に固定して両持ち梁状に支持
されている。圧電材料36は図示していない電圧供給手段
により電圧を印加することによって駆動し、測定電極33
を被測定体12の表面に対して近接および離隔する鉛直方
向に移動させ被測定体12からL1 離隔した位置(図1に
実線で示している)とL2 (L1 +d)離隔した位置
(図1に一点鎖線で示している)の間を変動させるよう
になっている。すなわち、圧電材料36は電極変動手段を
構成している。
As shown in FIG. 3, the measuring electrode 33 of the surface potential sensor 31 is fixed near the center of a piezoelectric material 36 made of, for example, PZT, which is formed in a plate shape. Both ends are fixed to a fixing member 37 and supported in a doubly supported beam shape. The piezoelectric material 36 is driven by applying a voltage by a voltage supply means (not shown), and the measurement electrode 33
Is moved in the vertical direction to move toward and away from the surface of the object to be measured 12 and a position separated from the object to be measured 12 by L 1 (shown by a solid line in FIG. 1) and a position separated by L 2 (L 1 + d). (Shown by the one-dot chain line in FIG. 1). That is, the piezoelectric material 36 constitutes electrode changing means.

【0039】この表面電位センサ31は、チョッパ電極14
を正弦波状に振動させるとともに圧電材料36を駆動して
測定電極33を被測定体12からL1 およびL2 離隔した位
置に変動させて測定電極33と被測定体12との間の静電容
量を変化させることによって、測定電極33のそれぞれの
位置で信号検出部15により検出され信号増幅部16により
増幅された検出信号からV1 検知部34aが被測定体12か
らの距離L1 における出力信号V1 を、またV2 検知部
34bが被測定体12からの距離L2 における出力信号V2
を、上述した表面電位の測定原理(チョッパ型)と同様
の処理を行なって検知する。この出力信号V1 、V2
出力値は、測定距離に依存して変動するため図4に示す
ように、測定電極33の位置によりそれぞれ異なり、測定
距離をL 1 とL2 との間(間隔d)で周期的あるいは非
周期的に変動させることにより、図5に示すように正弦
波状に変動した異なる出力値を有する信号が得られる。
すなわち、チョッパ電極14および圧電材料36は容量変化
手段を構成している。なお、チョッパ電極14の振動は正
弦波状に限らず、矩形波状、台形波状、三角波状、鋸波
状、またはパルス波状等の周期的、あるいは非周期的な
振動を用いても表面電位の検出は可能である。
The surface potential sensor 31 includes a chopper electrode 14
Oscillates sinusoidally and drives the piezoelectric material 36
Set the measuring electrode 33 from the measured object 12 to L1And L2Distance
The capacitance between the measuring electrode 33 and the object to be measured 12
By varying the amount of each of the measuring electrodes 33
Detected by the signal detector 15 at the position and by the signal amplifier 16
V from amplified detection signal1Whether the detection unit 34a is the object to be measured 12
Distance L1Output signal V at1Again V2Detector
34b is the distance L from the object to be measured 12.2Output signal V at2
The same as the above-mentioned principle of measuring the surface potential (chopper type).
The processing is performed to detect. This output signal V1, V2of
The output value fluctuates depending on the measurement distance, so it is shown in Fig. 4.
As shown in the figure, it depends on the position of the measuring electrode 33.
Distance to L 1And L2Between (interval d) and
By periodically changing the sine wave, as shown in FIG.
Signals having different output values that are wavy are obtained.
That is, the chopper electrode 14 and the piezoelectric material 36 change in capacitance.
Constitutes a means. The vibration of the chopper electrode 14 is positive.
Not limited to chordal waves, rectangular waves, trapezoidal waves, triangular waves, sawtooth waves
Periodic or aperiodic, such as wavy or pulsed
The surface potential can be detected by using vibration.

【0040】そして、信号補正部35は得られた出力信号
1 、V2 を用いて被測定体12の表面電位VS に依存せ
ずに測定距離L1 を一義的に求め、その測定距離L1
予め既知である測定距離に対する出力信号の出力値およ
び表面電位との関係から出力信号V1 または出力信号V
2 の出力値を補正してその出力値から被測定体12の表面
電位VS に対応する出力信号V0 を導出するようになっ
ている。すなわち、信号補正部35は出力信号から被測定
体の表面電位を導き出す表面電位導出手段を構成してい
る。
Then, the signal correction unit 35 uniquely obtains the measurement distance L 1 by using the obtained output signals V 1 and V 2 without depending on the surface potential V S of the object to be measured 12, and the measurement distance is obtained. The output signal V 1 or the output signal V 1 is calculated from the relationship between L 1 and the output value of the output signal and the surface potential with respect to the known measurement distance.
The output value of 2 is corrected and the output signal V 0 corresponding to the surface potential V S of the measured object 12 is derived from the output value. That is, the signal correction unit 35 constitutes a surface potential deriving unit that derives the surface potential of the measured object from the output signal.

【0041】次に、本実施例の表面電位測定方法および
作用を信号補正部35における処理を中心に説明する。ま
ず、チョッパ電極14を振動させるとともに測定電極33を
被測定体12からL1およびL2 離隔した位置に変動させ
て測定電極33と被測定体12との間の静電容量CO を変化
させ、信号検出部15が検出する検出信号を信号増幅部16
が増幅してその検出信号からV1 検知部34aが被測定体
12からの距離L1 における出力信号V 1 を、V2 検知部
34bが被測定体12からの距離L2 における出力信号V2
を検知する。
Next, the surface potential measuring method of this embodiment and
The operation will be described focusing on the processing in the signal correction unit 35. Well
Without vibrating the chopper electrode 14 and the measurement electrode 33.
DUT 12 to L1And L2Move it to a remote location
C between the measuring electrode 33 and the object to be measured 12OChange
Then, the detection signal detected by the signal detection unit 15 is sent to the signal amplification unit 16
Is amplified and V is detected from the detected signal.1The detection unit 34a is the object to be measured.
Distance L from 121Output signal V at 1To V2Detector
34b is the distance L from the object to be measured 12.2Output signal V at2
To detect.

【0042】ここで、チョッパ型の場合、測定電極33の
実効面積の変化分をΔSとすると、静電容量CO の変化
率αO は、 αO =ΔS/S ……(6) と表され、測定電極33が被測定体12からL1 の距離にあ
る時の静電容量をC1 、L2 の距離にある時の静電容量
をC2 とすると、各出力信号V1 、V2 の出力式は、
(1)、(5)、(6)式を用いて、 V1 =AO ・αO ・ω・C1 ・VS ・cosωt =AO ・ω・εair ・(ΔS/L1 )・VS ・cosωt ……(7) V2 =AO ・αO ・ω・C2 ・VS ・cosωt =AO ・ω・εair ・(ΔS/L2 )・VS ・cosωt ……(8) と表される。
[0042] Here, the case of the chopper type, when the variation of the effective area of the measuring electrode 33 and [Delta] S, the rate of change alpha O of the capacitance C O is, α O = ΔS / S ...... (6) Table If the electrostatic capacitance when the measuring electrode 33 is at the distance L 1 from the object to be measured 12 is C 1 and the electrostatic capacitance when it is at the distance L 2 is C 2 , the output signals V 1 , V The output formula of 2 is
Using equations (1), (5), and (6), V 1 = A O · α O · ω · C 1 · V S · cosωt = A O · ω · ε air · (ΔS / L 1 ) · V S · cos ωt (7) V 2 = A O · α O · ω · C 2 · V S · cos ωt = A O · ω · ε air · (ΔS / L 2 ) · V S · cos ωt …… ( 8) is represented.

【0043】また、L2 はL2 =L1 +dなので
(7)、(8)式より、測定距離L1 について逆に求め
ることができ、表面電位VS に依存せずにL1 を一義的
に求めるには、(7)、(8)式よりV1 、V2 の出力
比を求めればよい。例えば、出力比をV2 /V1 とした
場合、V2 /V1 は、 V2 /V1 =L1 /L2 =L1 /(L1 +d)=F(L1 ) ……(9) となり、L1 に関しての一次関数F(L1 )で表され
る。この時、L1 とV2 /V1 との関係は図6(a)の
ような関係曲線で表され、出力比V2 /V1 を求めれ
ば、表面電位VS に依存せずにL1 を一義的に求めるこ
とが可能となる。
Further, since L 2 is L 2 = L 1 + d, the measurement distance L 1 can be inversely obtained from the equations (7) and (8), and L 1 is uniquely determined without depending on the surface potential V S. The output ratio of V 1 and V 2 may be obtained from the equations (7) and (8) to obtain the output ratio. For example, when the output ratio is V 2 / V 1 , V 2 / V 1 is V 2 / V 1 = L 1 / L 2 = L 1 / (L 1 + d) = F (L 1 ) ... ( 9), and it is expressed by a linear function F with respect to L 1 (L 1). At this time, the relationship between L 1 and V 2 / V 1 is represented by a relationship curve as shown in FIG. 6A, and if the output ratio V 2 / V 1 is obtained, L 1 does not depend on the surface potential V S. It is possible to uniquely determine 1 .

【0044】あるいは、出力比をV1 /V2 とすればV
1 /V2 は、 V1 /V2 =L2 /L1 =(L1 +d)/L1 =F(L1 )’ ……(10) となり、同様にL1 に関しての一次関数F(L1 )’で
表され、この時、L1 とV1 /V2 との関係は図6
(b)のような関係曲線で表され、これも同様に出力比
1 /V2 を求めれば、表面電位VS に依存せずにL1
を一義的に求めることが可能となる。
Alternatively, if the output ratio is V 1 / V 2 , then V
1 / V 2 is, V 1 / V 2 = L 2 / L 1 = (L 1 + d) / L 1 = F (L 1) '...... (10) , and the likewise linear function with respect to L 1 F ( L 1 ) ′, and at this time, the relationship between L 1 and V 1 / V 2 is shown in FIG.
It is represented by a relational curve as shown in (b). Similarly, if the output ratio V 1 / V 2 is obtained, L 1 does not depend on the surface potential V S.
It is possible to uniquely obtain

【0045】このようにして信号補正部35は、出力信号
1 、V2 から一義的に測定距離L 1 を求めてそのL1
と予め既知である測定距離に対する出力信号の出力値と
の関係から出力信号V1 または出力信号V2 の出力値を
補正し、被測定体12の表面電位VS に対応した出力値の
出力信号V0 を得る。そして、この出力信号V0 を、さ
らに予め既知である出力信号の出力値に対する表面電位
との関係から出力信号V0 の出力値に対応する表面電位
S を求め、被測定体12の表面電位VS を正確に導出す
ることができる。
In this way, the signal correction section 35 outputs the output signal
V1, V2Uniquely measured distance L 1Seeking L1
And the output value of the output signal for the known measurement distance and
Output signal V1Or output signal V2Output value of
Corrected and the surface potential V of the DUT 12SOf the output value corresponding to
Output signal V0To get And this output signal V0Is
Known in advance to the output value of the output signal
Output signal V0Surface potential corresponding to the output value of
VSSurface potential V of the object to be measured 12SDerive exactly
You can

【0046】また、得られた測定距離L1 を出力信号V
1 あるいは出力信号V2 の出力式である(7)あるいは
(8)式に代入し、VS について求めることにより、被
測定体12の表面電位VS を一義的に求めるようにしても
よい。このように本実施例によれば、チョッパ電極14を
開閉するよう振動させるとともに圧電材料36の駆動によ
って測定電極33を被測定体からの測定距離L1 、L2
間を変動させることによって、被測定体12と測定電極33
との間の静電容量C0を変化させ、被測定体12の表面電
位VS に対応して誘起され静電容量C0 の変化に伴い変
化する測定電極33の測定距離L1 、L2 に位置するとき
の電位から出力値の異なる出力信号V1 、V2 を検知す
ることができ、その出力信号V1 、V2から測定距離L
1 、あるいはL2 を求め、その測定距離L1 あるいはL
2 から出力信号V1 あるいはV2 の出力値を補正してそ
の出力値から被測定体12の正確な表面電位VS を導出す
ることができる。したがって、測定電極33を増やすこと
なく異なる出力値の出力信号V1 、V2 を簡易に検知す
ることができ、正確な表面電位VS を導出することがで
きる。また、測定電極33を変動させるので、粉塵等の付
着を抑えて汚染を少なくすることができる。
Further, the obtained measured distance L 1 is output signal V
Which is an output type 1 or the output signal V 2 (7) or (8) are substituted into equation by determining the V S, may be obtained uniquely the surface potential V S of the object to be measured 12. As described above, according to the present embodiment, the chopper electrode 14 is vibrated so as to be opened and closed, and the measurement electrode 33 is moved by the driving of the piezoelectric material 36 between the measurement distances L 1 and L 2 from the object to be measured. DUT 12 and measuring electrode 33
Varying the capacitance C 0 between the measured distance L 1, L 2 of the measuring electrode 33 which varies with the change of the induced capacitance C 0 corresponding to the surface potential V S of the object to be measured 12 It is possible to detect the output signals V 1 and V 2 having different output values from the potential when they are located at the position, and measure the measurement distance L from the output signals V 1 and V 2.
1 or L 2 is obtained, and the measured distance L 1 or L
It is possible to correct the output value of the output signal V 1 or V 2 from 2 and derive the accurate surface potential V S of the measured object 12 from the output value. Therefore, the output signals V 1 and V 2 having different output values can be easily detected without increasing the number of measurement electrodes 33, and the accurate surface potential V S can be derived. Further, since the measuring electrode 33 is changed, it is possible to suppress the adhesion of dust and the like and reduce the pollution.

【0047】また、簡易に形成可能な板状の圧電材料36
を支持してその圧電材料36を駆動させるのみで測定電極
33を変動させるので、測定電極33を容易に作製可能な簡
単な構成で変動させることができ、簡単な駆動電圧を印
加するのみで変動させることができる。また、本実施例
の他の態様としては、詳述はしないが、図7に示すよう
に固定部材37に一端側を固定された片持ち梁状の圧電材
料36aの他端側に測定電極33を固設して電圧供給手段に
より電圧を印加することによって駆動し、測定電極33を
測定距離L1 、L2 の位置の間を変動させることができ
る。また、図8に示すように圧電材料36に替え測定電極
33を電磁コイル36bの磁石部分に取り付けて、コイルに
時間的に変化する電流を流すことによりコイル中の磁石
を変動させ、その変動に伴い測定電極33を測定距離
1 、L2 の位置の間を変動させることができる。ま
た、図示はしないが、音叉または振動片等の先端部分に
測定電極を取り付け、また、それらに板状の圧電材料を
張り付けて圧電材料に電圧を印加することにより圧電材
料を変動させ、その変動に伴い音叉または振動片等を変
動させて測定電極を変動させるようにしてもよい。
In addition, a plate-shaped piezoelectric material 36 that can be easily formed
The measurement electrode is supported only by supporting the piezoelectric element 36 and driving the piezoelectric material 36.
Since 33 is changed, the measurement electrode 33 can be changed with a simple structure that can be easily manufactured, and can be changed only by applying a simple drive voltage. Although not described in detail as another aspect of the present embodiment, as shown in FIG. 7, the measuring electrode 33 is provided on the other end side of the cantilever piezoelectric material 36a whose one end side is fixed to the fixing member 37. It is possible to drive the measurement electrode 33 by fixing it and applying a voltage from the voltage supply means to move the measurement electrode 33 between the positions of the measurement distances L 1 and L 2 . Further, as shown in FIG. 8, the measurement electrode is replaced with the piezoelectric material 36.
33 is attached to the magnet portion of the electromagnetic coil 36b, and the time-varying current is passed through the coil to change the magnet in the coil. With the change, the measurement electrode 33 is moved to the positions of the measurement distances L 1 and L 2 . It can vary. Although not shown, the measurement electrode is attached to the tip of the tuning fork or the vibrating piece, and the plate-shaped piezoelectric material is attached to them to apply a voltage to the piezoelectric material to change the piezoelectric material. Accordingly, the tuning fork or the vibrating piece may be changed to change the measuring electrode.

【0048】また、本実施例では、測定電極33を正弦波
状(図5に示している)に測定距離L1 、L2 との間
(間隔d)で周期的あるいは非周期的に変動させること
により異なる出力値の出力信号V1 、V2 を得ている
が、正弦波状に限らず、矩形波状(図9)、三角波状
(図10)、鋸波状(図11)、あるいは台形波状(図12)
等に変動した異なる出力値を有する信号から得るように
してもよい。
Further, in this embodiment, the measuring electrode 33 is varied in a sinusoidal manner (shown in FIG. 5) between the measuring distances L 1 and L 2 (interval d) periodically or aperiodically. Output signals V 1 and V 2 having different output values are obtained, but the waveforms are not limited to sinusoidal waves, but rectangular waves (FIG. 9), triangular waves (FIG. 10), sawtooth waves (FIG. 11), or trapezoidal waves (FIG. 12)
Alternatively, it may be obtained from signals having different output values that fluctuate.

【0049】なお、本実施例では、1つの測定電極から
出力値の異なる2つの出力信号を検知しているが、1つ
の測定電極から2つの出力信号とは限らず、測定精度を
高める必要がある場合には、1つの測定電極から2つ以
上の出力信号を得るようにして被測定体の表面電位を求
めるようにしてもよい。また、信頼性を高めるために、
測定電極を2つ以上設けてもよい。
In this embodiment, two output signals having different output values are detected from one measuring electrode, but the number of output signals from one measuring electrode is not limited to two, and it is necessary to improve the measurement accuracy. In some cases, the surface potential of the object to be measured may be obtained by obtaining two or more output signals from one measuring electrode. In addition, to increase reliability,
You may provide two or more measurement electrodes.

【0050】次に、図13〜図17は本発明に係る表面電位
測定方法を実施するその測定装置の第2実施例を示す図
であり、本実施例は請求項1、2、4、5、7〜10の
何れかに記載の発明に対応する。なお、本実施例では、
上述実施例と同様な構成には同一の符号を付してその説
明を省略する。まず、構成を説明する。図13において、
41は振動容量型の表面電位センサであり、表面電位セン
サ41は被測定体12の表面に対向して所定面積で開口する
開口部42aを有し電気的に遮蔽されたシールドケース42
内に、シールドケース42の開口部42aを介して被測定体
12に所定間隔Lを隔てて対向し電気的に独立するよう配
設された測定電極43と、固定部材37に一端側を片持ち梁
状に固定され他端側に測定電極43を固設されて電圧供給
手段により電圧を印加されて駆動し、測定電極43を被測
定体12の表面に対して鉛直方向に周期的に振動しつつ測
定距離L1 、L2 の位置の間を変動させる圧電材料46
(電極変動手段)と、信号検出部15と、を設けられてお
り、また図示していないが信号増幅部16、V1 、V2
知部34a、34b、および信号補正部35と、を備えてい
る。
Next, FIGS. 13 to 17 are views showing a second embodiment of the measuring apparatus for carrying out the surface potential measuring method according to the present invention. , 7 to 10 of the invention. In this example,
The same components as those in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. First, the configuration will be described. In FIG.
Reference numeral 41 denotes an oscillating capacitance type surface potential sensor, and the surface potential sensor 41 has an electrically shielded shield case 42 having an opening 42a facing the surface of the object to be measured 12 and opening in a predetermined area.
Through the opening 42a of the shield case 42,
A measuring electrode 43 is provided at 12 facing each other at a predetermined interval L so as to be electrically independent, and one end side is fixed to the fixing member 37 in a cantilever shape and the measuring electrode 43 is fixedly provided at the other end side. A piezoelectric element that is driven by being applied with a voltage by a voltage supply means and that fluctuates between the measurement distances L 1 and L 2 while periodically vibrating the measurement electrode 43 in the vertical direction with respect to the surface of the object to be measured 12. Material 46
An (electrode changing means) and a signal detecting section 15 are provided, and a signal amplifying section 16, V 1 , V 2 detecting sections 34 a and 34 b, and a signal correcting section 35 (not shown) are provided. ing.

【0051】表面電位センサ41は、前記電圧供給手段に
よって正弦波状の図14(a)および図14(b)に示すよ
うな電圧を重畳させた図14(c)に示す駆動電圧波形を
圧電材料46に印加して駆動させることにより図15に示す
ように、測定電極43を被測定体12の表面に対して鉛直方
向に周期的に振幅ΔLで振動させつつ測定距離L1 、L
2 の位置の間を変動させて測定電極43と被測定体12との
間の静電容量を変化させる。そして、測定電極43の測定
距離L1 、L2 のそれぞれの位置で信号検出部15により
検出され信号増幅部16により増幅された検出信号からV
1 、V2 検知部34bが出力値の異なる出力信号V1 、V
2 を上述した表面電位の測定原理(振動容量型)と同様
の処理を行なって検知する。すなわち、圧電材料46は容
量変化手段を構成している。
The surface potential sensor 41 has a piezoelectric material having a drive voltage waveform shown in FIG. 14 (c) in which a voltage as shown in FIGS. 14 (a) and 14 (b) is superimposed by the voltage supply means. As shown in FIG. 15, the measurement electrodes 43 are oscillated periodically in the vertical direction with respect to the surface of the object to be measured 12 with an amplitude ΔL by driving the electrodes 46 to measure the measurement distances L 1 , L 2.
The capacitance between the measurement electrode 43 and the object to be measured 12 is changed by changing between the two positions. Then, V is detected from the detection signals detected by the signal detection unit 15 and amplified by the signal amplification unit 16 at the respective measurement distances L 1 and L 2 of the measurement electrode 43.
1 , V 2 detector 34b outputs different output signals V 1 , V
2 is detected by performing the same processing as the above-mentioned principle of measuring the surface potential (vibration capacitance type). That is, the piezoelectric material 46 constitutes capacitance changing means.

【0052】次に、本実施例の表面電位測定方法および
作用を信号補正部35における処理を中心に説明する。ま
ず、圧電材料46に前記駆動電圧波形を印加してΔLで振
動させるとともに測定電極43を被測定体12からL1 およ
びL2 離隔した位置に変動させて測定電極43と被測定体
12との間の静電容量CO を変化させ、信号検出部15が検
出する検出信号を信号増幅部16が増幅してその検出信号
からV1 検知部34aが被測定体12からの距離L1 におけ
る出力信号V1 を、またV2 検知部34bが被測定体12か
らの距離L2 における出力信号V2 を検知する。このV
1 、V2 検知部34a、34bが検知する出力信号V1 、V
2 の出力値は、測定距離に依存して変動するため上述第
1実施例で得られた図4に示すV1 、V2 に対応するよ
うな出力値の異なる各々の信号が得られる。
Next, the surface potential measuring method and operation of this embodiment will be described focusing on the processing in the signal correcting section 35. First, the drive voltage waveform is applied to the piezoelectric material 46 to vibrate at ΔL and the measurement electrode 43 is moved to a position separated from the object to be measured 12 by L 1 and L 2 to measure the measurement electrode 43 and the object to be measured.
The capacitance C o between the sensor 12 and 12 is changed, the detection signal detected by the signal detection unit 15 is amplified by the signal amplification unit 16, and the V 1 detection unit 34a detects the distance L from the measured object 12 from the detection signal. the output signal V 1 at 1 and V 2 detection section 34b detects the output signal V 2 at a distance L 2 from the measured object 12. This V
1 , V 2 output signals V 1 and V detected by the detection units 34a and 34b
Since the output value of 2 varies depending on the measurement distance, signals having different output values corresponding to V 1 and V 2 shown in FIG. 4 obtained in the first embodiment can be obtained.

【0053】次いで、振動容量型の場合、被測定体12と
測定電極46との間の静電容量CO の変化率αO は、測定
距離L1 、L2 に対し、 α1 =ΔL/(L1 −ΔL) ……(11) α2 =ΔL/(L2 −ΔL) ……(12) と表される。ここで、測定電極46が被測定体12からL1
の距離にある時の静電容量をC1 、L2 の距離にある時
の静電容量をC2 とすると、各出力信号V1 、V 2 の出
力式は、(1)、(5)、(11)、(12)式を用いて、 V1 =AO ・α1 ・ω・C1 ・VS ・cosωt =AO ・ΔL/(L1 −ΔL)・ω・εair ・(S/L1 ) ・VS ・cosωt ……(13) V2 =AO ・α2 ・ω・C2 ・VS ・cosωt =AO ・ΔL/(L2 −ΔL)・ω・εair ・(S/L2 ) ・VS ・cosωt ……(14) と表される。
Next, in the case of the vibration capacitance type,
Capacitance C between measuring electrode 46ORate of change αOIs the measurement
Distance L1, L2Against α1= ΔL / (L1-ΔL) (11) α2= ΔL / (L2-ΔL) ... (12) Here, the measuring electrode 46 is L from the device under test 121
C when the distance is1, L2When in the distance
The capacitance of C2Then, each output signal V1, V 2Out of
For the force formula, use the formulas (1), (5), (11) and (12)1= AO・ Α1・ Ω ・ C1・ VS・ Cosωt = AO・ ΔL / (L1-ΔL) ・ ω ・ εair・ (S / L1) ・ VS・ Cosωt (13) V2= AO・ Α2・ Ω ・ C2・ VS・ Cosωt = AO・ ΔL / (L2-ΔL) ・ ω ・ εair・ (S / L2) ・ VS・ Cosωt ・ ・ ・ (14)

【0054】また、L2 はL2 =L1 +dなので(1
3)、(14)式より、測定距離L1 について逆に求める
ことができ、表面電位VS に依存せずにL1 を一義的に
求めるには、(13)、(14)式よりV1 、V2 の出力比
を求めればよい。例えば、出力比をV2 /V1 とした場
合、V2 /V1 は、 V2 /V1 =L1 ・(L1 −ΔL)/〔L2 ・(L2 −ΔL)〕 =L1 ・(L1 −ΔL)/〔(L1 +d)・(L1 +d−ΔL)〕 =F(L1 2) ……(15) となり、L1 に関しての二次関数F(L1 2)で表され
る。この時、L1 とV2 /V1 との関係は上述第1実施
例と同様に図6(a)のような関係曲線で表され、出力
比V2 /V1 を求めれば、表面電位VS に依存せずにL
1 を一義的に求めることが可能となる。
Since L 2 is L 2 = L 1 + d, (1
3) and (14), the measurement distance L 1 can be obtained in reverse. To obtain L 1 uniquely without depending on the surface potential V S , V can be obtained from equations (13) and (14). The output ratio of 1 and V 2 may be obtained. For example, when the output ratio is V 2 / V 1 , V 2 / V 1 is V 2 / V 1 = L 1 · (L 1 −ΔL) / [L 2 · (L 2 −ΔL)] = L 1 · (L 1 -ΔL) / [(L 1 + d) · ( L 1 + d-ΔL) ] = F (L 1 2) ...... (15) , and the quadratic function with respect to L 1 F (L 1 2 ). At this time, the relationship between L 1 and V 2 / V 1 is represented by the relationship curve as shown in FIG. 6A as in the first embodiment, and the surface potential can be calculated by calculating the output ratio V 2 / V 1. L independent of V S
It is possible to uniquely determine 1 .

【0055】あるいは、出力比をV1 /V2 とすればV
1 /V2 は、 V1 /V2 =L2 ・(L2 −ΔL)/〔L1 ・(L1 −ΔL)〕 =(L1 +d)・(L1 +d−ΔL)/〔L1 ・(L1 −ΔL)〕 =F(L1 2)’ ……(16) となり、同様にL1 に関しての二次関数F(L1 2)’で
表され、この時、L1 とV1 /V2 との関係は上述第1
実施例と同様に図6(b)のような関係曲線で表され、
これも同様に出力比V1 /V2 を求めれば、表面電位V
S に依存せずにL 1 を一義的に求めることが可能とな
る。
Alternatively, the output ratio is V1/ V2Then V
1/ V2Is V1/ V2= L2・ (L2-ΔL) / [L1・ (L1−ΔL)] = (L1+ D) ・ (L1+ D-ΔL) / [L1・ (L1−ΔL)] = F (L1 2) '... (16) and similarly L1A quadratic function F (L1 2)'so
Represented at this time, L1And V1/ V2The relationship with
Similar to the embodiment, it is represented by a relationship curve as shown in FIG.
This is also the output ratio V1/ V2Then, the surface potential V
SL independent of 1Can be uniquely requested
It

【0056】このようにして信号補正部35は、出力信号
1 、V2 から一義的に測定距離L 1 を求めてそのL1
と予め既知である測定距離に対する出力信号の出力値と
の関係から出力信号V1 または出力信号V2 の出力値を
補正し、被測定体12の表面電位VS に対応した出力値の
出力信号V0 を得る。そして、この出力信号V0 を、さ
らに予め既知である出力信号の出力値に対する表面電位
との関係から出力信号V0 の出力値に対応する表面電位
S を求め、被測定体12の表面電位VS を正確に導出す
ることができる。
In this way, the signal correction section 35 outputs the output signal
V1, V2Uniquely measured distance L 1Seeking L1
And the output value of the output signal for the known measurement distance and
Output signal V1Or output signal V2Output value of
Corrected and the surface potential V of the DUT 12SOf the output value corresponding to
Output signal V0To get And this output signal V0Is
Known in advance to the output value of the output signal
Output signal V0Surface potential corresponding to the output value of
VSSurface potential V of the object to be measured 12SDerive exactly
You can

【0057】また、得られた測定距離L1 を出力信号V
1 あるいは出力信号V2 の出力式である(13)あるいは
(14)式に代入し、VS について求めることにより、被
測定体12の表面電位VS を一義的に求めるようにしても
よい。このように本実施例によれば、圧電材料46に前記
駆動電圧波形を印加して測定電極43を被測定体12からL
1 およびL2 離隔した位置に振動させつつ変動させるこ
とによって、上述実施例の作用効果を得ることができ
る。
In addition, the obtained measurement distance L 1 is output signal V
Which is an output type 1 or the output signal V 2 (13) or (14) substituted into equation by determining the V S, may be obtained uniquely the surface potential V S of the object to be measured 12. As described above, according to this embodiment, the drive voltage waveform is applied to the piezoelectric material 46 so that the measurement electrode 43 is moved from the measured object 12 to L
It is possible to obtain the operation and effect of the above-described embodiment by vibrating and changing the position between 1 and L 2 apart.

【0058】また、本実施例の他の態様としては、詳述
はしないが、上述第1実施例の図3に示した圧電材料36
や図8に示した電磁コイル36bに前記駆動電圧波形を印
加して測定電極43を振動させつつ被測定体12からL1
よびL2 離隔した位置に変動させてもよい。また、図16
〜図18で(a)〜(f)に示すように測定電極43を固定
部材47に両持ち梁状あるいは片持ち梁状に支持された圧
電材料44a〜44fの中央あるいは一端側に固設し、その
圧電材料44a〜44fを電磁コイル46a、46bまたは固定
部材37に両持ち梁状あるいは片持ち梁状に支持された圧
電材料46c〜46fに取り付けて、図14(a)または図14
(b)に示す一方の電圧を圧電材料44a〜44fに印加す
るとともに、他方の電圧を電磁コイル46a、46bまたは
圧電材料46c〜46fに印加することにより測定電極43を
振動させつつ測定距離L1 、L2の位置の間を変動させ
るようにしてもよい。また、前記板状の圧電材料を張り
付けた音叉または振動片を使用してもよい。
Although not described in detail as another aspect of the present embodiment, the piezoelectric material 36 shown in FIG. 3 of the first embodiment described above.
Alternatively, the drive voltage waveform may be applied to the electromagnetic coil 36b shown in FIG. 8 to cause the measurement electrode 43 to vibrate and be moved to a position separated from the object to be measured 12 by L 1 and L 2 . Also, in FIG.
As shown in FIGS. 18 (a) to 18 (f), the measuring electrode 43 is fixed to the fixing member 47 at the center or one end of the piezoelectric materials 44a to 44f supported in a cantilever or cantilever shape. 14, the piezoelectric materials 44a to 44f are attached to the piezoelectric materials 46c to 46f supported by the electromagnetic coils 46a and 46b or the fixing member 37 in a cantilevered beam shape or a cantilevered beam shape, as shown in FIG.
By applying one voltage shown in (b) to the piezoelectric materials 44a to 44f and applying the other voltage to the electromagnetic coils 46a and 46b or the piezoelectric materials 46c to 46f, the measurement electrode 43 is vibrated and the measurement distance L 1 , L 2 may be varied. A tuning fork or a vibrating piece to which the plate-shaped piezoelectric material is attached may be used.

【0059】なお、本実施例では、測定電極43を前述し
たように矩形波状、三角波状、鋸波状、あるいは台形波
状等に振動および変動させるようにしてもよく、また1
つの測定電極から2つ以上の出力信号を得るようにした
り、測定電極を2つ以上設けてもよいことはいうまでも
ない。次に、図19〜図22は本発明に係る表面電位測定方
法を実施するその測定装置の第3実施例を示す図であ
り、本実施例は請求項1、3、4、6〜9、11、12
の何れかに記載の発明に対応している。なお、本実施例
では、上述実施例と同様な構成には同一の符号を付して
その説明を省略する。
In this embodiment, the measuring electrode 43 may be oscillated and changed in a rectangular wave shape, a triangular wave shape, a sawtooth wave shape, a trapezoidal wave shape, or the like as described above.
It goes without saying that two or more output signals may be obtained from one measurement electrode, or two or more measurement electrodes may be provided. Next, FIG. 19 to FIG. 22 are views showing a third embodiment of the measuring apparatus for carrying out the surface potential measuring method according to the present invention. This embodiment is defined in claims 1, 3, 4, 6 to 9, 11, 12
The invention corresponds to any one of the above. In this embodiment, the same components as those in the above-mentioned embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0060】まず、構成を説明する。図19において、51
は振動容量型の表面電位センサであり、表面電位センサ
51はシールドケース42内に、シールドケース42の開口部
42aを介して被測定体12に所定間隔Lを隔てて対向し電
気的に独立するよう配設された測定電極53と、電圧供給
手段により電圧を印加されて駆動し、測定電極53を被測
定体12の表面に対して鉛直方向に異なる変動幅ΔL1
よび変動幅ΔL2 で周期的に変動させる圧電材料56(電
極変動手段)と、信号検出部15と、を設けられており、
また図示していないが信号増幅部16、V1 、V2 検知部
34a、34b、および信号補正部35と、を備えている。
First, the structure will be described. In FIG. 19, 51
Is a vibration capacitance type surface potential sensor.
51 is the inside of the shield case 42, the opening of the shield case 42
A measurement electrode 53, which is arranged so as to face the object to be measured 12 via a predetermined distance L via 42a and is electrically independent, and is driven by being applied with a voltage by a voltage supply means to measure the measurement electrode 53. A piezoelectric material 56 (electrode changing means) that periodically changes with a different fluctuation width ΔL 1 and fluctuation width ΔL 2 in the vertical direction with respect to the surface of the body 12, and a signal detection unit 15 are provided.
Although not shown, the signal amplifying unit 16, V 1 and V 2 detecting unit
34a, 34b, and a signal correction unit 35.

【0061】表面電位センサ51は、前記電圧供給手段に
よって正弦波状の図20(a)に示すような周期的に変動
する駆動電圧波形を圧電材料56に印加して駆動させるこ
とにより図21に示すように、測定電極53を被測定体12の
表面に対して鉛直方向に異なる変動幅ΔL1 および変動
幅ΔL2 で周期的に変動させて測定電極53と被測定体12
との間の静電容量を変化させる。そして、測定電極53の
各々の変動幅ΔL1 、ΔL2 で信号検出部15により検出
され信号増幅部16により増幅された検出信号からV1
2 検知部34bが出力値の異なる出力信号V1 、V2
上述した表面電位の測定原理(振動容量型)と同様の処
理を行なって検知する。すなわち、圧電材料56は容量変
化手段を構成している。なお、図20(b)に示すような
周波数が周期的に変動する電圧を圧電材料56に印加して
駆動させることによって測定電極53を異なる変動幅ΔL
1 および変動幅ΔL2 で変動させてもよい。
The surface potential sensor 51 is shown in FIG. 21 by driving the piezoelectric material 56 by applying a cyclically varying drive voltage waveform as shown in FIG. As described above, the measurement electrode 53 and the object to be measured 12 are cyclically changed in the vertical direction with respect to the surface of the object to be measured 12 with different fluctuation widths ΔL 1 and ΔL 2.
Change the capacitance between and. Then, from the detection signals detected by the signal detection unit 15 and amplified by the signal amplification unit 16 with the fluctuation widths ΔL 1 and ΔL 2 of the measurement electrodes 53, V 1 ,
The V 2 detecting unit 34b detects the output signals V 1 and V 2 having different output values by performing the same processing as the above-described principle of measuring the surface potential (vibration capacitance type). That is, the piezoelectric material 56 constitutes capacitance changing means. It should be noted that by applying to the piezoelectric material 56 a voltage whose frequency fluctuates periodically as shown in FIG.
It may be varied by 1 and the variation width ΔL 2 .

【0062】次に、本実施例の表面電位測定方法および
作用を信号補正部35における処理を中心に説明する。ま
ず、圧電材料56に前記駆動電圧波形を印加して測定電極
53を異なる変動幅ΔL1 および変動幅ΔL2で変動させ
て測定電極53と被測定体12との間の静電容量CO を変化
させ、信号検出部15が検出する検出信号を信号増幅部16
が増幅してその検出信号からV1 検知部34aが変動幅Δ
1 における出力信号V1 を、またV 2 検知部34bが変
動幅ΔL2 における出力信号V2 を検知する。この
1 、V2検知部34a、34bが検知する出力信号V1
2 の出力値は、測定電極53の変動の変化幅ΔL1 、Δ
2 にほぼ比例するため上述第1実施例で得られた図4
に示すV1 、V2 に対応するような出力値の異なる各々
の信号が得られる。
Next, the surface potential measuring method of this embodiment and
The operation will be described focusing on the processing in the signal correction unit 35. Well
Without applying the drive voltage waveform to the piezoelectric material 56.
53 different fluctuation range ΔL1And fluctuation range ΔL2Fluctuate with
The capacitance C between the measuring electrode 53 and the object to be measured 12OChange
Then, the detection signal detected by the signal detection unit 15 is sent to the signal amplification unit 16
Is amplified and V is detected from the detected signal.1The detection unit 34a has a fluctuation range Δ
L1Output signal V at1Again V 2The detector 34b is changed
Width ΔL2Output signal V at2To detect. this
V1, V2Output signal V detected by the detectors 34a and 34b1,
V2Is the variation width ΔL of the fluctuation of the measuring electrode 53.1, Δ
L24 which is obtained in the above-mentioned first embodiment because it is almost proportional to
V shown in1, V2Different output values corresponding to
Signal is obtained.

【0063】次いで、振動容量型の場合、被測定体12と
測定電極56との間の静電容量CO の変化率αO は、測定
距離L1 、L2 に対し、 β1 =ΔL1 /(L−ΔL1 ) ……(17) β2 =ΔL2 /(L−ΔL2 ) ……(18) と表される。従って、各出力信号V1 、V2 の出力式
は、(1)、(5)、(17)、(18)式を用いて、 V1 =AO ・β1 ・ω・CO ・VS ・cosωt =AO ・ΔL1 /(L−ΔL1 )・ω・εair ・(S/L)・VS ・cosωt ……(19) V2 =AO ・β2 ・ω・CO ・VS ・cosωt =AO ・ΔL2 /(L−ΔL2 )・ω・εair ・(S/L)・VS ・cosωt ……(20) と表される。表面電位VS に依存せずにLを逆に一義的
に求めるには、(19)、(20)式よりV1 、V2 の出力
比を求めればよい。例えば、出力比をV2 /V1とした
場合、V2 /V1 は、 V2 /V1 =ΔL2 ・(L−ΔL1 )/〔ΔL1 ・(L−ΔL2 )〕 =F(L) ……(21) となり、Lに関しての一次関数F(L)で表される。こ
の時、LとV2 /V1 との関係は図22(a)のような関
係曲線で表され、出力比V2 /V1 を求めれば、表面電
位VS に依存せずにLを一義的に求めることが可能とな
る。
Next, in the case of the vibration capacitance type, the rate of change α O of the electrostatic capacitance C O between the object to be measured 12 and the measurement electrode 56 is β 1 = ΔL 1 with respect to the measurement distances L 1 and L 2. / (L-ΔL 1 ) (17) β 2 = ΔL 2 / (L-ΔL 2 ) (18) Therefore, the output formulas of the output signals V 1 and V 2 are as follows using the formulas (1), (5), (17) and (18): V 1 = A O · β 1 · ω · C O · V S・ cosωt = A O・ ΔL 1 / (L-ΔL 1 ) ・ ω ・ ε air・ (S / L) ・ V S・ cosωt …… (19) V 2 = A O・ β 2・ ω ・ C O · V S · cosωt = a O · ΔL 2 / (L-ΔL 2) · ω · ε air · (S / L) is represented as · V S · cosωt ...... (20 ). In order to find L uniquely without depending on the surface potential V S , the output ratio of V 1 and V 2 may be found from the equations (19) and (20). For example, when the output ratio is V 2 / V 1 , V 2 / V 1 is V 2 / V 1 = ΔL 2 · (L-ΔL 1 ) / [ΔL 1 · (L-ΔL 2 )] = F (L) becomes (21) and is represented by a linear function F (L) with respect to L. At this time, the relationship between L and V 2 / V 1 is represented by a relationship curve as shown in FIG. 22 (a), and if the output ratio V 2 / V 1 is obtained, L is not dependent on the surface potential V S. It is possible to obtain a unique request.

【0064】あるいは、出力比をV1 /V2 とすればV
1 /V2 は、 V1 /V2 =ΔL1 ・(L−ΔL2 )/〔ΔL2 ・(L−ΔL1 )〕 =F(L)’ ……(22) となり、同様にLに関しての一次関数F(L)’で表さ
れ、LとV1 /V2 との関係は図22(b)のような関係
曲線で表される。従って、これも同様に出力比V 1 /V
2 を求めれば、表面電位VS に依存せずにLを一義的に
求めることが可能となる。
Alternatively, set the output ratio to V1/ V2Then V
1/ V2Is V1/ V2= ΔL1・ (L-ΔL2) / [ΔL2・ (L-ΔL1)] = F (L) '... (22), which is similarly expressed by a linear function F (L)' with respect to L.
L and V1/ V2The relationship with is as shown in Figure 22 (b)
It is represented by a curve. Therefore, this is also the output ratio V 1/ V
2Then, the surface potential VSUniquely L without depending on
It becomes possible to ask.

【0065】このようにして信号補正部35は、出力信号
1 、V2 から一義的に測定距離L 1 を求めてそのL1
と予め既知である測定距離に対する出力信号の出力値と
の関係から出力信号V1 または出力信号V2 の出力値を
補正し、被測定体12の表面電位VS に対応した出力値の
出力信号V0 を得る。そして、この出力信号V0 を、さ
らに予め既知である出力信号の出力値に対する表面電位
との関係から出力信号V0 の出力値に対応する表面電位
S を求め、被測定体12の表面電位VS を正確に導出す
ることができる。
In this way, the signal correction section 35 outputs the output signal
V1, V2Uniquely measured distance L 1Seeking L1
And the output value of the output signal for the known measurement distance and
Output signal V1Or output signal V2Output value of
Corrected and the surface potential V of the DUT 12SOf the output value corresponding to
Output signal V0To get And this output signal V0Is
Known in advance to the output value of the output signal
Output signal V0Surface potential corresponding to the output value of
VSSurface potential V of the object to be measured 12SDerive exactly
You can

【0066】また、得られた測定距離L1 を出力信号V
1 あるいは出力信号V2 の出力式である(19)あるいは
(20)式に代入し、VS について求めることにより、被
測定体12の表面電位VS を一義的に求めるようにしても
よい。このように本実施例によれば、圧電材料56に前記
駆動電圧波形を印加して測定電極53を異なる変動幅ΔL
1 および変動幅ΔL2 で変動させることによって、上述
実施例の作用効果を得ることができる。
The obtained measurement distance L 1 is output signal V
Which is an output type 1 or the output signal V 2 (19) or (20) substituted into equation by determining the V S, may be obtained uniquely the surface potential V S of the object to be measured 12. As described above, according to the present embodiment, the drive voltage waveform is applied to the piezoelectric material 56 so that the measurement electrode 53 has a different fluctuation width ΔL.
By varying with 1 and the variation width ΔL 2 , it is possible to obtain the operational effects of the above-described embodiment.

【0067】また、本実施例の他の態様としては、詳述
はしないが、上述第1実施例の図3に示した圧電材料36
や図8に示した電磁コイル36bに前記駆動電圧波形を印
加して測定電極を異なる変動幅ΔL1 および変動幅ΔL
2 で変動させてもよい。また、電圧の大きさおよび周波
数を同時に変動させた駆動電圧波形を印加して振動幅を
変動させるようにしてもよく、非周期的に変動幅を変動
させてもよい。また、板状の圧電材料を張り付けた音叉
または振動片を使用してもよい。
Although not described in detail as another aspect of the present embodiment, the piezoelectric material 36 shown in FIG. 3 of the first embodiment described above is used.
Or the variation width ΔL 1 and the variation width ΔL of the measurement electrode by applying the drive voltage waveform to the electromagnetic coil 36b shown in FIG.
It may be changed by 2 . The vibration width may be changed by applying a drive voltage waveform in which the magnitude and frequency of the voltage are changed at the same time, or the fluctuation width may be changed aperiodically. Alternatively, a tuning fork or a vibrating piece to which a plate-shaped piezoelectric material is attached may be used.

【0068】なお、本実施例では、測定電極53を前述し
たように矩形波状、三角波状、鋸波状、あるいは台形波
状等に振動および変動させるようにしてもよく、また1
つの測定電極から2つ以上の出力信号を得るようにした
り、測定電極を2つ以上設けてもよいことはいうまでも
ない。
In this embodiment, the measuring electrode 53 may be oscillated and varied in a rectangular wave shape, a triangular wave shape, a sawtooth wave shape, a trapezoidal wave shape, or the like as described above.
It goes without saying that two or more output signals may be obtained from one measurement electrode, or two or more measurement electrodes may be provided.

【0069】[0069]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、被測定体
と測定電極との間の静電容量を変化させ、静電容量の変
化に伴い変化する測定電極の電位から少なくとも出力値
の異なる2つ以上の出力信号を検知するので、1つの測
定電極から測定距離の変化に依存しない正確な表面電位
を導出することができる。その結果、正確かつ簡易な表
面電位測定方法を提供することができる。
According to the first aspect of the invention, the capacitance between the object to be measured and the measurement electrode is changed, and at least the output value is changed from the potential of the measurement electrode which changes with the change in the capacitance. Since two or more different output signals are detected, it is possible to derive an accurate surface potential that does not depend on changes in the measurement distance from one measurement electrode. As a result, it is possible to provide an accurate and simple surface potential measuring method.

【0070】請求項2記載の発明によれば、測定電極を
被測定体からの距離の異なる位置の間を変動させること
によりその間の静電容量を変化させて、測定電極の異な
る位置での各々の電位から出力信号を検知するので、出
力値の異なる2つ以上の出力信号を容易に検知すること
ができる。また、測定電極の汚染を少なくすることがで
き、感度の経時変化を小さくすることができる。
According to the second aspect of the present invention, the capacitance between the measuring electrodes is changed by varying the measuring electrodes between the positions having different distances from the object to be measured, and the measuring electrodes are respectively moved at different positions. Since the output signal is detected from the potential of, it is possible to easily detect two or more output signals having different output values. Further, it is possible to reduce the contamination of the measurement electrode and reduce the change in sensitivity with time.

【0071】請求項3記載の発明によれば、測定電極を
異なる変動幅で変動させることにより被測定体と測定電
極との間の静電容量を変化させて、測定電極の異なる変
動幅での各々の電位から出力信号を検知するので、出力
値の異なる2つ以上の出力信号を容易に検知することこ
とができる。また、測定電極の汚染を少なくすることが
でき、感度の経時変化を小さくすることができる。
According to the third aspect of the invention, the capacitance between the object to be measured and the measurement electrode is changed by varying the measurement electrode with different variation widths, and the measurement electrode with different variation widths is changed. Since the output signal is detected from each potential, it is possible to easily detect two or more output signals having different output values. Further, it is possible to reduce the contamination of the measurement electrode and reduce the change in sensitivity with time.

【0072】また、請求項4記載の発明によれば、被測
定体と測定電極との間の静電容量を変化させ、静電容量
の変化に伴い変化する測定電極の電位から少なくとも出
力値の異なる2つ以上の出力信号を検知するので、測定
電極を増やすことなく、測定距離に依存しない正確な表
面電位を導出することができる。その結果、正確に表面
電位を測定可能な簡単な構成で安価な表面電位測定装置
を提供することができる。
According to the fourth aspect of the invention, the capacitance between the object to be measured and the measurement electrode is changed, and at least the output value is changed from the potential of the measurement electrode which changes with the change in the capacitance. Since two or more different output signals are detected, it is possible to derive an accurate surface potential independent of the measurement distance without increasing the number of measurement electrodes. As a result, it is possible to provide an inexpensive surface potential measuring device with a simple configuration capable of accurately measuring the surface potential.

【0073】請求項5記載の発明によれば、測定電極を
被測定体からの距離の異なる位置の間を変動させること
によりその間の静電容量を変化させて、測定電極の異な
る位置での各々の電位から出力信号を検知するので、出
力値の異なる2つ以上の出力信号を簡易な構成で検知す
ることができる。また、測定電極の汚染を少なくするこ
とができ、感度の経時変化を小さくすることができる。
According to the fifth aspect of the present invention, the capacitance between the measuring electrodes is varied by varying the measuring electrodes between the positions having different distances from the object to be measured, and the measuring electrodes are respectively varied at different positions. Since the output signal is detected from the potential of, the two or more output signals having different output values can be detected with a simple configuration. Further, it is possible to reduce the contamination of the measurement electrode and reduce the change in sensitivity with time.

【0074】請求項6記載の発明によれば、測定電極を
異なる変動幅で変動させることにより被測定体と測定電
極との間の静電容量を変化させて、測定電極の異なる変
動幅での各々の電位から出力信号を検知するので、出力
値の異なる2つ以上の出力信号を簡易な構成で検知する
ことができる。また、測定電極の汚染を少なくすること
ができ、感度の経時変化を小さくすることができる。
According to the sixth aspect of the invention, the capacitance between the object to be measured and the measurement electrode is changed by varying the measurement electrode with different variation widths, and the measurement electrode with different variation widths is changed. Since the output signal is detected from each potential, two or more output signals having different output values can be detected with a simple configuration. Further, it is possible to reduce the contamination of the measurement electrode and reduce the change in sensitivity with time.

【0075】そして、請求項7〜9記載の発明によれ
ば、圧電材料または電磁コイルに測定電極を固設してそ
の圧電材料または電磁コイルを駆動させるので、測定電
極を簡単な構成で変動させることができ、直流電圧また
は周期的に変化する電圧を印加することにより簡易な駆
動電圧により測定電極を変動させることができる。ま
た、圧電材料を板状に形成することにより構成をより簡
易にすることができる。したがって、小型にすることが
できるとともにより安価にすることができる。
According to the invention of claims 7 to 9, the measuring electrode is fixed to the piezoelectric material or the electromagnetic coil and the piezoelectric material or the electromagnetic coil is driven. Therefore, the measuring electrode is changed with a simple structure. It is possible to change the measurement electrode with a simple driving voltage by applying a DC voltage or a voltage that changes periodically. Moreover, the structure can be further simplified by forming the piezoelectric material in a plate shape. Therefore, the size can be reduced and the cost can be reduced.

【0076】さらに、請求項10記載の発明によれば、
測定電極を固設した圧電材料または電磁コイルにその測
定電極を変動および振動させる電圧を重畳して印加して
圧電材料または電磁コイルを駆動させるので、簡易に測
定電極を被測定体からの距離の異なる位置の間で変動さ
せるとともに振動させることができる。したがって、よ
り小型で簡単な構成にすることができる。
Further, according to the invention of claim 10,
Since the piezoelectric material or the electromagnetic coil is driven by applying a voltage that fluctuates and oscillates the piezoelectric material or the electromagnetic coil on which the measuring electrode is fixed to drive the piezoelectric material or the electromagnetic coil, it is possible to easily measure the distance from the measured object. It can be varied and vibrated between different positions. Therefore, a smaller and simpler configuration can be achieved.

【0077】また、請求項11、12記載の発明によれ
ば、測定電極を固設した圧電材料または電磁コイルに大
きさまたは周波数の変動する電圧を印加して駆動させる
ので、簡易に測定電極を異なる変動幅で変動させること
ができる。そのため、小型で簡単な構成にすることがで
きる。
According to the eleventh and twelfth aspects of the present invention, a voltage varying in size or frequency is applied to the piezoelectric material or the electromagnetic coil on which the measuring electrode is fixed to drive the measuring electrode. It can be changed in different fluctuation ranges. Therefore, a compact and simple structure can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る表面電位測定方法を実施するその
測定装置の第1実施例を示す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a first embodiment of a measuring apparatus for carrying out a surface potential measuring method according to the present invention.

【図2】その全体構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an overall configuration thereof.

【図3】その要部を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a main part thereof.

【図4】その測定電極の検出信号の異なる位置での各々
の出力値を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing respective output values at different positions of the detection signal of the measurement electrode.

【図5】その正弦波状に変動した異なる出力値を有する
検出信号を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing detection signals having different output values which are changed in a sine wave shape.

【図6】その測定距離と出力比との関係を示す図であ
り、(a)および(b)は出力比の取り方を変えたとき
の図である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the measured distance and the output ratio, and FIGS. 6A and 6B are diagrams when the way of taking the output ratio is changed.

【図7】その他の態様の要部を示す構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram showing a main part of another aspect.

【図8】図7と異なる他の態様の要部を示す構成図であ
る。
FIG. 8 is a configuration diagram showing a main part of another aspect different from FIG. 7.

【図9】図5と異なる矩形波状に変動させた場合の検出
信号を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a detection signal in the case of being changed into a rectangular wave shape different from that of FIG.

【図10】図5と異なる三角波状に変動させた場合の検出
信号を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a detection signal in the case of being changed in a triangular wave shape different from that of FIG. 5.

【図11】図5と異なる鋸波状に変動させた場合の検出信
号を示す図である。
11 is a diagram showing a detection signal in the case of being changed in a sawtooth shape different from that in FIG.

【図12】図5と異なる台形波状に変動させた場合の検出
信号を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a detection signal in the case of being changed into a trapezoidal wave shape different from that in FIG. 5.

【図13】本発明に係る表面電位測定方法を実施するその
測定装置の第2実施例を示す全体構成図である。
FIG. 13 is an overall configuration diagram showing a second embodiment of the measuring apparatus for carrying out the surface potential measuring method according to the present invention.

【図14】その圧電材料に印加する駆動電圧波形を示す図
であり、(a)は測定電極を変動させるための電圧波
形、(b)は測定電極を変動させるための電圧波形、
(c)は(a)および(b)に示す電圧を重畳させた電
圧波形を示す図である。
14A and 14B are diagrams showing drive voltage waveforms applied to the piezoelectric material, where FIG. 14A is a voltage waveform for varying the measurement electrode, and FIG. 14B is a voltage waveform for varying the measurement electrode.
(C) is a figure which shows the voltage waveform which superimposed the voltage shown to (a) and (b).

【図15】その測定電極の変動を説明する説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating a variation of the measurement electrode.

【図16】その他の態様を示す図であり、(a)および
(b)は圧電材料と電磁コイルとの組み合せた場合の一
例である。
16A and 16B are diagrams showing another aspect, and FIGS. 16A and 16B are examples of a combination of a piezoelectric material and an electromagnetic coil.

【図17】その他の態様を示す図であり、(c)および
(d)は圧電材料を組み合せ支持方法を変えた場合の一
例である。
17A and 17B are views showing another embodiment, and FIGS. 17C and 17D are examples in which piezoelectric materials are combined and the supporting method is changed.

【図18】図17と異なるその他の態様を示す図であり、
(e)および(f)は圧電材料を組み合せ支持方法を変
えた場合の一例である。
18 is a diagram showing another aspect different from FIG. 17,
(E) and (f) are examples of combinations of piezoelectric materials and different support methods.

【図19】本発明に係る表面電位測定方法を実施するその
測定装置の第3実施例を示す全体構成図である。
FIG. 19 is an overall configuration diagram showing a third embodiment of the measuring apparatus for implementing the surface potential measuring method according to the present invention.

【図20】その圧電材料に印加する駆動電圧波形を示す図
であり、(a)は電圧の大きさを変動させた場合の電圧
波形、(b)は周波数を変動させた場合の電圧波形を示
す図である。
FIG. 20 is a diagram showing a drive voltage waveform applied to the piezoelectric material, where (a) shows a voltage waveform when the magnitude of the voltage is changed, and (b) shows a voltage waveform when the frequency is changed. FIG.

【図21】その測定電極の変動を説明する説明図である。FIG. 21 is an explanatory diagram illustrating a variation of the measurement electrode.

【図22】その測定距離と出力比との関係を示す図であ
り、(a)および(b)は出力比の取り方を変えたとき
の図である。
FIG. 22 is a diagram showing the relationship between the measured distance and the output ratio, and (a) and (b) are diagrams when the way of taking the output ratio is changed.

【図23】従来例のチョッパ型の表面電位の測定原理を説
明するチョッパ型表面電位センサの全体構成の概念図で
ある。
FIG. 23 is a conceptual diagram of an overall configuration of a chopper type surface potential sensor for explaining a principle of measuring a chopper type surface potential of a conventional example.

【図24】従来例の振動型の表面電位の測定原理を説明す
る振動型表面電位センサの全体構成の概念図である。
FIG. 24 is a conceptual diagram of the overall configuration of a vibrating surface potential sensor for explaining the principle of measuring a vibrating surface potential of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 被測定体 14 チョッパ電極(容量変化手段) 15 信号検出部(電位検出手段) 16 信号増幅部 31、41、51 表面電位センサ 33、43、53 測定電極 34a V1 検知部(出力検知手段) 34b V2 検知部(出力検知手段) 35 信号補正部(表面電位導出手段) 36、36a、44a〜44f、46、46c〜46f、56 圧電材
料(電極変動手段、容量変化手段) 36b、46a、46b 電磁コイル(電極変動手段、容量
変化手段) V0 、V1 、V2 出力信号 L、L1 、L2 測定距離 ΔL1 、ΔL2 変動幅
12 object to be measured 14 chopper electrode (capacitance changing means) 15 signal detecting section (potential detecting section) 16 signal amplifying section 31, 41, 51 surface potential sensor 33, 43, 53 measuring electrode 34a V 1 detecting section (output detecting section) 34b V 2 detecting section (output detecting means) 35 Signal correcting section (surface potential deriving means) 36, 36a, 44a to 44f, 46, 46c to 46f, 56 Piezoelectric material (electrode changing means, capacity changing means) 36b, 46a, 46b Electromagnetic coil (electrode changing means, capacity changing means) V 0 , V 1 , V 2 output signals L, L 1 , L 2 measurement distance ΔL 1 , ΔL 2 fluctuation range

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被測定体から所定間隔を隔てた位置に配設
され該被測定体と電気的に独立した測定電極により被測
定体の表面電位を測定する表面電位測定方法であって、 前記被測定体と測定電極との間の静電容量を変化させ、
被測定体の表面電位に対応して誘起され該静電容量の変
化に伴い変化する測定電極の電位を検出し、該検出信号
から少なくとも出力値の異なる2つ以上の出力信号を検
知して該出力信号から被測定体の表面電位を導き出すこ
とを特徴とする表面電位測定方法。
1. A surface potential measuring method for measuring a surface potential of an object to be measured by a measuring electrode which is arranged at a position spaced apart from the object to be measured and is electrically independent of the object to be measured, said method comprising: By changing the capacitance between the object to be measured and the measurement electrode,
The potential of the measurement electrode that is induced in response to the surface potential of the object to be measured and that changes with a change in the capacitance is detected, and at least two or more output signals having different output values are detected from the detection signal to detect the potential. A surface potential measuring method, which comprises deriving a surface potential of an object to be measured from an output signal.
【請求項2】前記検出信号から少なくとも出力値の異な
る2つ以上の出力信号を検知する方法として、前記測定
電極を被測定体からの距離の異なる位置の間を変動させ
て、被測定体と測定電極との間の静電容量を変化させ、
各々の位置での出力信号を検知することを特徴とする請
求項1記載の表面電位測定方法。
2. A method of detecting at least two output signals having different output values from the detection signal, by varying the measurement electrode between positions having different distances from the object to be measured. Change the capacitance between the measurement electrode,
The surface potential measuring method according to claim 1, wherein an output signal at each position is detected.
【請求項3】前記検出信号から少なくとも出力値の異な
る2つ以上の出力信号を検知する方法として、前記測定
電極を異なる変動幅で変動させて、被測定体と測定電極
との間の静電容量を変化させ、各々の変動幅での出力信
号を検知することを特徴とする請求項1記載の表面電位
測定方法。
3. A method of detecting two or more output signals having different output values from the detection signal, by varying the measuring electrode with different fluctuation widths to measure electrostatic capacitance between the object to be measured and the measuring electrode. 2. The surface potential measuring method according to claim 1, wherein the capacitance is changed and the output signal in each fluctuation range is detected.
【請求項4】被測定体から所定間隔を隔てた位置に該被
測定体と電気的に独立した測定電極を配設した表面電位
測定装置であって、 前記被測定体と測定電極との間の静電容量を変化させる
容量変化手段と、被測定体の表面電位に対応して誘起さ
れ静電容量の変化に伴い変化する測定電極の電位を検出
する電位検出手段と、該検出信号から少なくとも出力値
の異なる2つ以上の出力信号を検知する出力検知手段
と、該出力信号から被測定体の表面電位を導き出す表面
電位導出手段と、を備えたことを特徴とする表面電位測
定装置。
4. A surface potential measuring device in which a measuring electrode electrically independent of the object to be measured is arranged at a position spaced apart from the object to be measured by a predetermined distance, and between the object to be measured and the measuring electrode. Capacitance changing means for changing the electrostatic capacitance of the measuring object, potential detecting means for detecting the potential of the measuring electrode induced corresponding to the surface potential of the object to be measured and changing with the change of the electrostatic capacitance, and at least the detection signal from the detection signal. A surface potential measuring device comprising: output detecting means for detecting two or more output signals having different output values; and surface potential deriving means for deriving the surface potential of the object to be measured from the output signals.
【請求項5】前記容量変化手段に、前記測定電極を被測
定体からの距離の異なる位置の間を変動させる電極変動
手段を設け、 該電極変動手段により測定電極を被測定体からの距離の
異なる位置の間を変動させて被測定体と測定電極との間
の静電容量を変化させ、 前記出力検知手段が、測定電極の異なるそれぞれの位置
での電位検出手段による検出信号から出力値の異なる2
つ以上の出力信号を検知することを特徴とする請求項4
記載の表面電位測定装置。
5. The capacitance changing means is provided with electrode changing means for changing the measuring electrode between positions having different distances from the object to be measured, and the electrode changing means changes the distance of the measuring electrode from the object to be measured. By varying between different positions to change the capacitance between the object to be measured and the measurement electrode, the output detection means, the output value from the detection signal by the potential detection means at each different position of the measurement electrode Different 2
5. Detecting more than one output signal.
The surface potential measuring device described.
【請求項6】前記容量変化手段に、前記測定電極を異な
る変動幅で変動させる電極変動手段を設け、 該電極変動手段により測定電極を異なる変動幅で変動さ
せて被測定体と測定電極との間の静電容量を変化させ、 前記出力検知手段が、測定電極の異なるそれぞれの変動
幅での電位検出手段による検出信号から出力値の異なる
2つ以上の出力信号を検知することを特徴とする請求項
4記載の表面電位測定装置。
6. The capacitance changing means is provided with electrode changing means for changing the measuring electrode in different changing widths, and the measuring electrode is changed in different changing widths by the electrode changing means so that the measured object and the measuring electrode are changed. The capacitance between the output electrodes is changed, and the output detection means detects two or more output signals having different output values from the detection signals by the potential detection means in the different fluctuation widths of the measurement electrodes. The surface potential measuring device according to claim 4.
【請求項7】前記電極変動手段に、前記測定電極を固設
された圧電材料または電磁コイルを設け、 該圧電材料または電磁コイルを駆動して測定電極を変動
させることを特徴とする請求項5または6に記載の表面
電位測定装置。
7. The electrode changing means is provided with a piezoelectric material or an electromagnetic coil on which the measuring electrode is fixed, and the piezoelectric material or the electromagnetic coil is driven to change the measuring electrode. Alternatively, the surface potential measuring device according to item 6.
【請求項8】前記圧電材料または電磁コイルの駆動電圧
として、直流電圧または周期的に変化する電圧を印加す
ることを特徴とする請求項7記載の表面電位測定装置。
8. The surface potential measuring device according to claim 7, wherein a DC voltage or a voltage which changes periodically is applied as a driving voltage for the piezoelectric material or the electromagnetic coil.
【請求項9】前記圧電材料の形状を板状に形成し、 該圧電材料の一端側または両端側を支持したことを特徴
とする請求項7記載の表面電位測定装置。
9. The surface potential measuring device according to claim 7, wherein the piezoelectric material is formed in a plate shape, and one end side or both end sides of the piezoelectric material are supported.
【請求項10】前記圧電材料または電磁コイルの駆動電
圧として、前記測定電極を被測定体からの距離の異なる
位置の間を変動させる電圧と、変動する該測定電極を振
動させる電圧と、を重畳した電圧を印加することを特徴
とする請求項7記載の表面電位測定装置。
10. A driving voltage for the piezoelectric material or the electromagnetic coil, wherein a voltage for varying the measuring electrode between positions at different distances from the object to be measured and a varying voltage for vibrating the measuring electrode are superimposed. The surface potential measuring device according to claim 7, wherein the applied voltage is applied.
【請求項11】前記圧電材料または電磁コイルの駆動電
圧として、大きさの変動する電圧を印加して前記測定電
極を異なる変動幅で変動させることを特徴とする請求項
7記載の表面電位測定装置。
11. The surface potential measuring device according to claim 7, wherein a voltage of varying magnitude is applied as a driving voltage of the piezoelectric material or the electromagnetic coil to vary the measuring electrode in different varying widths. .
【請求項12】前記圧電材料または電磁コイルの駆動電
圧として、周波数の変動する電圧を印加して前記測定電
極を異なる変動幅で変動させることを特徴とする請求項
7記載の表面電位測定装置。
12. The surface potential measuring device according to claim 7, wherein a voltage having a varying frequency is applied as a driving voltage for the piezoelectric material or the electromagnetic coil to vary the measuring electrode with a different variation range.
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