JPH07134152A - 電位センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 オフセット出力のなく、簡単な構造の電位セ
ンサを得る。 【構成】 被測定物から放射される電気力線１８を導入
するための測定穴１９を有するケース５と、該ケース５
内に入ってくる電気力線１８を受ける検出電極２と一体
となった屈曲振動子１と、前記検出電極２の後方に配置
された補助電極２２と、前記屈曲振動子１および前記補
助電極２を保持する配線基板４と、前記第２の金属板２
０上に前記屈曲振動子１の駆動および振動信号抽出のた
めに接着された少なくとも２つの圧電セラミックス７と
を含む。また、前記配線基板４はベース６に保持され、
さらに、前記配線基板４は前記ケース５に収容される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、帯電体の表面電位を検
出する電位センサに関し、特に、機械的振動子により交
流信号への変換機能を持った電位センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電位センサは、図３（ａ）及び図
３（ｂ）に示すように、被測定物から放射される電気力
線１１８を導入するために開口された測定穴１１９を有
するケース１１５と、このケース１１５内に入ってくる
電気力線１１８を一定周期で切るチョッパ部１２３を持
つ音叉振動子１２１と、切られた電気力線１１８を受け
て交流信号を取り出すための検出電極１１２とから構成
されている。

【０００３】音叉振動子１２１には、駆動及び振動信号
抽出用の圧電セラミック１１７が接着されている。ま
た、音叉振動子１２１及び検出電極１１２は、基板１１
６に固定され、さらに、この基板１１６は、ケース１１
５に収容されている。圧電セラミックス１１７には、圧
電セラミックス用配線１３２を介し、かつ基板１１６の
外にのびている入出力用端子１６２が接続されている。
音叉振動子１２１には、接地端子１７２が接続されてい
る。検出電極１１２には基板１１６の外にのびている出
力用端子１５２が接続されている。

【０００４】上述した電位センサでは、駆動及び信号抽
出用の圧電セラミック１１７に電圧信号が加えられてい
るため、この信号がセンサ内の空間を介して検出電極１
１２に誘導雑音を与える。検出電極１１２は、微小信号
を増幅するために高インピーダンスに保たれており、圧
電セラミック１１７からの雑音を受けやすい。この雑音
が電気力線のない場合、即ち、被測定物の帯電電位が０
Ｖ（ボルト）のときでも、ある程度の交流出力として検
出され、オフセット出力となる。

【０００５】したがって、従来の電位センサは、オフセ
ット出力が電位センサ出力の測定誤差となり、被測定物
の帯電電位の測定が不正確になるという欠点がある。こ
れを克服するため、音叉振動子１２１の駆動信号を利用
し、オフセット出力を打ち消すために、図４に示すよう
な、電位センサが特開平３−１００４７４号公報におい
て提案されている。この電位センサを図３（ａ）及び図
３（ｂ）の電位センサを用いて同じ部材には同じ符号を
付して説明の一部を省略する。

【０００６】この電位センサは、被測定物から放射され
る電気力線を一定の周期断続的に遮断するチョッパ部１
２３と、チョッパ部１２３を通過した電気力線１１８を
受ける検出電極１１２と、検出電極１１２からの信号を
増幅するプリアンプ２１１と、チョッパ部１２３と検出
電極１１２とプリアンプ２１１とを搭載する基板１１６
と、電気力線１１９を導入するための測定穴１１９とを
有している。

【０００７】さらに、電位センサは、ケース１１５と、
チョッパ部１２３を駆動する音叉駆動回路２１２と、駆
動信号を減衰させるアッテネータ２１３と、アッテネー
タ２１３からの信号の振幅と位相とを変える可変増幅回
路２１４と、プリアンプ２１１からの信号と、可変増幅
回路２１４からの信号とを加え合わせる加算回路２１５
とを有している。

【０００８】音叉振動子１２１の先端のチョッパ部１２
３では、電気力線１１９が所定周期で切られる。音叉振
動子１２１は、音叉駆動回路２１２によって励振され、
固有周期で振動する。このとき、圧電セラミックス１１
７に加わる電圧、電流により駆動周波数に等しいノイズ
が検出電極上に発生する。この信号はプリアンプ２１１
により増幅及びインピーダンス変換され、さらにフィル
タ２１６で波形を正弦波にする。

【０００９】一方、音叉振動子１２１の駆動信号は、ア
ッテネータ２１３によって減衰され、さらに、可変増幅
回路２１４で振幅と位相とが調節され、加算回路２１５
に送られる。このとき、フィルタ２１６からの出力信号
Ｂと可変増幅回路２１４からの出力信号Ｄとが、位相が
１８０度、異なり振幅が等しくなるように可変抵抗器２
１７で調整することにより加算回路２１５からの出力を
０Ｖする。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述の提案による電位
センサでは、音叉振動子１２１の駆動信号がオフセット
出力と周波数が同じで一定電圧であることを利用し、オ
フセット出力と位相とが１８０度、異なり振幅が等しい
信号を作り、電位センサの出力に加算することにより、
オフセット出力を打ち消そうとするものである。

【００１１】しかしながら、オフセットを打ち消すため
の信号を加える加算回路２１５を必要とするため、信号
処理回路が複雑になるという欠点がある。

【００１２】それ故に、本発明の課題は、簡単な構成に
より、オフセット出力を打ち消すことができる電位セン
サを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、被測定
物から放射される電気力線を導入するための測定穴を有
するケースと、該ケース内に入ってくる電気力線を受け
る検出電極を有する屈曲振動子と、該屈曲振動子を保持
した配線基板と、該配線基板を保持するベースとを含む
電位センサにおいて、前記測定穴から見て、前記検出電
極の後方に補助電極を設けたことを特徴とする電位セン
サが得られる。

【００１４】また、本発明によれば、前記屈曲振動子
は、第１の金属板である前記検出電極と、第２の金属板
とからなり、前記第１及び第２の金属板を一平面上に配
置されるように接続するための絶縁板と、前記第２の金
属板上に前記屈曲振動子の駆動および振動信号抽出のた
めに接着された少なくとも２つの圧電セラミックスとを
有していることを特徴とする電位センサが得られる。

【００１５】

【作用】本発明によると、電気力線を受ける第１の金属
板である検出電極と、第２の金属板と、これらを一表面
上に配置されるように接続するための絶縁板とを含む屈
曲振動子を電気力線と同一の方向に振動させ、さらに、
検出電極部の後方に設けられた補助電極に所定の直流電
圧を加えることによりオフセット出力のない電位センサ
を実現する。

【００１６】

【実施例】次に本発明の電位センサについて図１
（ａ）、図１（ｂ）及び図２に基づき説明する。

【００１７】図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、電
位センサは、第１の金属板である検出電極２と、この検
出電極２と第２の金属板２０である屈曲振動子１と、検
出電極２と屈曲振動子１とを互いに接続した絶縁板３
と、屈曲振動子１と検出電極２とを第１の支持部９及び
第２の支持部１０を介して保持した配線基板４と、検出
電極２の後方に設けた補助電極２２と、配線基板４を保
持したベース６と、ケース５とを有している。

【００１８】補助電極２２は、配線基板４上に設けられ
ており、検出電極２に対向している。検出電極２、屈曲
振動子１、補助電極２２、及び配線基板４は、ベース６
とケース５によって囲まれた内部に収納されている。ケ
ース５には、被測定物から放射される電気力線１８を検
出電極２に導入するための測定穴１９が形成されてい
る。

【００１９】屈曲振動子１は、ケース５内に入ってくる
電気力線１８を受ける検出電極２と一体となっている。
補助電極２２は、測定穴１９から見て、検出電極部２の
後方に位置している。検出電極２と第２の金属板２０と
は、屈曲振動子１を絶縁板３により一平面上に配置され
るように接続している。第２の金属板２０上には、屈曲
振動子１の駆動および振動信号抽出のために接着された
少なくとも２つの圧電セラミックス７が備えられてい
る。

【００２０】また、ベース６とケース５とで囲まれた内
部には、ケーブル８が引き込まれており、このケーブル
８の出力用配線１１、接地用配線１２、１４が配線基板
４の導電パターンに接続されている。圧電セラミックス
用配線１３は、配線基板４の導電パターンに接続されて
いる。

【００２１】次に、図２をも用いて電位センサの動作に
ついて説明する。屈曲振動子１に接着されている駆動及
び振動信号抽出用の２つの圧電セラミックス７は、駆動
回路２５に接続されている。このため、屈曲振動子１は
駆動回路２５によって屈曲振動する。この振動により検
出電極２が図１（ｂ）において矢印Ａに示すように上下
に振動するため、検出電極２に発生する電位も周期的に
変動する。

【００２２】したがって、検出電極２及び接地間には、
屈曲振動子１の振動と周波数が同じで、振幅に応じた大
きさの交流信号が発生する。この交流信号は、検出電極
部２に接続されている第１の支持部９を介して配線基板
４上の配線に接続している。また、この交流信号の電圧
は、微小なため取扱いの容易な信号に変換するには、入
力インピーダンスの高いプリアンプ２６で増幅され、プ
リアンプ２６から出力される。

【００２３】次に、検出電極２の後方に位置している補
助電極２２に直流電圧Ｖを加えると、検出電極２には、
この直流電圧Ｖの極性が被測定物の帯電電圧の極性と同
じ場合に被測定物によって発生する交流信号とは位相の
１８０度異なった周波数の同じ交流信号が発生する。逆
に、補助電極２２に印加する電圧と被測定物の帯電電圧
の極性が異なる（一方がプラス、他方がマイナス）とき
には、それぞれの電圧によって検出電極２に発生する交
流信号の位相は一致する。

【００２４】一方、雑音として発生するオフセット出力
も検出電極２に発生する交流信号と周波数が同じで、位
相差が０度または、１８０度となっている．このため、
補助電極２２に加える電圧Ｖの極性と大きさを調節する
ことにより、オフセット出力と位相が１８０度異なる大
きさの同じ交流信号を発生させ、オフセット電圧を打ち
消すことが可能となる。

【００２５】したがって、オフセット出力のない電位セ
ンサが実現できる。また、可変抵抗器２７やプリアンプ
２６は、電位センサ内の配線基板４上に設けることも可
能である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、補助電極
へ直流電圧を印加するための簡単な回路の付加によりオ
フセット出力のなく、構造が簡単で、正確に測定できる
電位センサが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電位センサの一実施例を示し、（ａ）
は平面断面図、（ｂ）は正面断面図である。

【図２】本発明の電位センサの動作を示したブロック図
である。

【図３】従来の電位センサの一例を示し、（ａ）は平面
断面図、（ｂ）は正面断面図である。

【図４】従来の電位センサの他の例を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１ 屈曲振動子 ２，１１２ 検出電極 ３ 絶縁板 ４ 配線基板 ５，１１５ ケース ６ ベース ７，１１７ 圧電セラミック １８，１１８ 電気力線 １９，１１９ 測定穴 ２０ 第２の金属板 ２２ 補助電極 ２３，１２３ チョッパ部 ２５ 駆動回路 ２６ プリアンプ ２７ 可変抵抗器 １２１ 音叉振動子 ２１２ 音叉駆動回路 ２１３ アッテネータ ２１４ 可変増幅回路 ２１５ 加算回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物から放射される電気力線を導入
   するための測定穴を有するケースと、該ケース内に入っ
   てくる前記電気力線を受ける検出電極を有する屈曲振動
   子と、該屈曲振動子を保持した配線基板と、該配線基板
   を保持するベースとを含む電位センサにおいて、前記測
   定穴から見て、前記検出電極の後方に補助電極を設けた
   ことを特徴とする電位センサ。
2. 【請求項２】 前記屈曲振動子は、第１の金属板である
   前記検出電極と、第２の金属板とからなり、前記第１及
   び第２の金属板を一平面上に配置されるように接続する
   ための絶縁板と、前記第２の金属板上に前記屈曲振動子
   の駆動および振動信号抽出のために接着された少なくと
   も２つの圧電セラミックスとを有していることを特徴と
   する請求項１記載の電位センサ。