JPH07218566A

JPH07218566A - 無振動交流式非接触表面電位計

Info

Publication number: JPH07218566A
Application number: JP4300394A
Authority: JP
Inventors: Nenko Nozaki; 年功野崎
Original assignee: GENTEC KK
Current assignee: GENTEC KK
Priority date: 1994-02-04
Filing date: 1994-02-04
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】交流式の非接触表面電位測定計において、機械
的振動を使わずに被測定面の表面電位を測定出来るプロ
ーブを製作する事で機械的振動を使わない表面電位計が
製作出来る。【構成】被測定物に対向して貫通した検出孔を持つ導電
性ケースに被測定物からの電気力線の一部を検出し、一
部を貫通させる格子電極と、格子電極を貫通した電気力
線を検出する検出電極を固定して設置したプローブにお
いて、電気的に格子電極をケースと検出電極に連続的且
つ、交互に切り換えることで被測定物の表面電位に比例
した交流電圧を検出し、増幅器や同期検波の信号処理回
路を経てを電圧計もしくは電流計に被測定物の表面電位
として表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物質の表面電位を非接
触で測定する為の物で、静電気等の電位を測定する事に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の表面電位測定は、静止型と呼ばれ
る物と、交流式と称される物がある。静止型の表面電位
測定の動作原理を図１に示す。この検出電極８を帯電し
ている物質４０に近づける時、静電誘導により電圧が誘
起される。但し、誘起された電圧は、検出電極の時定数
３と４により放電される。よって、被測定電圧が直流で
ある場合には、連続してその表面電位を測定する事が出
来ない。この方式に対して交流式の場合は、検出電極と
被測定物間の電気的結合、もしくは、検出電極が受ける
電界強度を変化させることにより検出電極に発生する電
圧を被測定物の表面電位に比例した交流電圧として得る
事が出来る。この検出電極と被測定物間の結合を変化さ
せる手段としては、振動子やスピーカーなどが使われ
る。これらは、機械的に振動するものである。

【０００３】一例として音叉を使用したセクター式の動
作原理を図２、図３に示す。これは、被測定物より放射
される電気力線が入射するための検出孔２を持つ導電性
のケース１と、ケース１内に入って来る電気力線を切る
チョッパー部７と、この電気力線を受けて交流信号を取
り出すための検出電極８とから構成され、またチョッパ
ー部７には、駆動用の圧電セラミック９を接着した音叉
１０を使用しており、音叉１０の先端にあるチョッパー
部７で電気力線が切られる。検出電極８は、基板１１に
固定され、チョッパー部７及び基板１１は、検出孔２を
有するケース１に収納されている。さらに基板１１には
音叉１０の駆動用端子１２、出力端子１３及び接地端子
１４が取付けられ、駆動用端子１２と圧電セラミック９
との間は配線１５が施されている。

【０００４】次に音叉を使用した振動容量式の動作原理
を図４、図５に示す。これは、被測定物より放射される
電気力線が入射するための検出孔２を持つ導電性ののケ
ース１と、被測定物との結合容量を変化させる為の振動
子と、この電気力線を受けて交流信号を取り出すための
検出電極８とから構成され、また振動子には、駆動用の
圧電セラミック９を接着した音叉１０を使用しており、
音叉１０の先端で検出孔に対向した位置に検出電極８が
固定され、振動子及び基板１１は、検出孔２を有するケ
ース１に収納されている。さらに基板１１には音叉１０
の駆動用端子１２、出力端子１３及び接地端子１４が取
付けられ、駆動用端子１２と圧電セラミック９との間は
配線１５が施され、検出電極と出力端子１３との間は配
線１６が施されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のプローブでは、機械的な振動を用いて、電気力線の
変化を作り交流信号を得ていた。これによれば、圧電セ
ラミックや振動容量式の場合の検出電極等を接着する作
業や、音叉の取付けを検出電極に対して正確に固定する
作業等、機械的製作の作業が難しいため均一性の誤差が
大きく、検出できる交流信号に個別の差が発生するため
処理回路に於て個別の調整を行っていた。

【０００６】また、音叉等を使用するために、構造上の
制約が大きかった。

【０００７】本発明は、電気力線を検出し、交流信号に
変換する為の手段として機械的な振動によらない手段に
て、これらの問題点を解決する事を目的とするものであ
る。

【課題を解決するための手段】本発明の表面電位計は、
以下の構成からなる。すなわち、導電性ケースの内部に
検出電極を内蔵し、対向する対向壁面部に検出孔をあ
け、検出孔と検出電極の間に、電気力線の一部を通過さ
せうる格子状、もしくはそれに準じた格子電極を固定
し、電気的に且つ連続的に格子電極をケースと検出電極
に交互に接続する回路を設けたプローブと、交流信号の
処理回路からなる表面電位計である。

【０００８】

【作用】本発明の作用を図面に基づいて説明すれば、図
６は本発明によるプローブと信号処理回路から成る表面
電位計の動作原理図である。被測定物４０からプローブ
の検出孔２に向かう電気力線の一部は、格子電極１７に
到達し、格子を抜けた電気力線は検出電極１８に到達す
る。ここで、格子電極１７を連続的に且つ交互に検出電
極と導電性ケースに接続する切り換え器２０を作動させ
る時、検出電極には被測定物４０の持つ表面電位に比例
した交流信号が得られる。この交流信号はインピーダン
ス変換回路２４を経て、増幅回路３５にて必要な電圧に
増幅し、同期検波回路３６にて検波をし、平滑回路３８
で直流に変換した後、表示回路３９に表示する事で被測
定物の表面電位が測定出来る。

【０００９】

【実施例】本発明の実施例を図面に基ずいて以下説明す
る。図７は、本発明によるプローブＡの上面図である。
また、図８は、プローブＡの側面から見た断面図であ
る。図９は、プローブＡの等価図である。１は導電性ケ
ースであり、金属により形成されている。このケース１
の形状は、図示した物に限らず、例えば細長いものと
か、円筒状のものでもよい。２は検出孔であり、導電性
ケース１内の対抗壁面部に設けられ、静電気を検出する
ためのものである。１７は格子電極であり、検出孔から
入る電気力線の一部を検出する。１８は検出電極で格子
電極を素通りした電気力線を検出する。１９は絶縁材料
で作られおり、格子電極１７と検出電極１８を固定する
ために設ける。２０は格子電極１７をコモンとした切り
換え回路であり、連続的に検出電極１８と導電性ケース
１に交互に接続する事を行う。２４は高入力インピーダ
ンス、低出力インピーダンスの回路である。２１は検出
した交流信号を取り出す端子である。２２は切り換え回
路を連続的に作動させる電気信号である。２３は導電性
ケースに接続された端子である。

【００１０】図１０と図１１は、この機構によるプロー
ブが表面電位を検出し、交流に変換出来る事を証明する
ための実験装置と等価回酪である。この実験は、静電気
における電気力線の電位分布の測定に使われている。２
５は水を溜めた水槽であり、２６はプローブの導電性ケ
ースに相当する電極板であり、２７は格子電極に相当す
る電極板であり、２８は検出電極に相当する電極板であ
り、２９は被測定物を想定した電極板である。３０は検
出電極の持つ抵抗分に相当する抵抗器を取付け、切り換
えスイッチ３２は手動にて格子電極を検出電極もしくは
導電性ケースに接続されるように配線がされる。３１は
極めて高い入力インピーダンスの電圧計であり、検出電
極の電位を測定する。３３は電圧発生器であり、被測定
物の持つ電位相当の電位を加える。この水槽による実験
では静電気の持つ電気力線の電位分布を電位の等電位線
として測定する事が出来るが、簡単にスイッチ３２を切
り換える事によって電圧計３１の測定値が変化する事を
確認した。図１２はこの実験による測定結果である。

【００１１】図１３は実際の回路を示す。４１は高入力
インピーダンスのＦＥＴでありソースフォロワ回路であ
る。３４と４２はＦＥＴのバイアス回路でありＦＥＴの
動作を安定にする。４６は演算増幅器であり、その増幅
率は抵抗４４と４５で決定され、検出した交流信号を増
幅する。コンデンサ４３はプローブにて検出した交流信
号のみを伝えるために挿入されており、直流成分の排除
を行う。抵抗４７とＦＥＴ４８は同期検波回路であり、
演算増幅器５６はバッファー回路である。抵抗５７とコ
ンデンサ５８は積分回路であり、同期検波を行った後の
脈流信号を平滑する。演算増幅器５９はバッファー回路
である。６１は方形波発振器である。ＦＥＴスイッチ回
路５４と５５は光結合されたものであり、駆動側のＬＥ
Ｄに電流を流すとＦＥＴがＯＮし、ＬＥＤの電流を止め
るとＦＥＴがＯＦＦする機能を持つ。この機能を使い交
互に電流をＬＥＤに流すことによって、格子電極を検出
電極とケースに交互に接続する事が出来る。５１は反転
論理回路でありＦＥＴスイッチ回路５４と５５の制御を
交互に実行する。

【００１２】この回路では、検出した交流信号の位相を
同期検波を行う事でその極性を検出しているが、極性の
表示が必要なければ単純に整流を行い電圧を表示する事
も出来る

【００１３】また、検出電極に電圧のフィードバックを
行い検出電圧が常に零電位を示すように回路を構成する
ことで、フィードバック電圧は被測定物の電位に等しく
なる。よって、このフィードバック電圧を測定して表示
する事で被測定物の表面電位を測定する事も出来る。こ
の場合フィードバック量が充分に大きいなら、被測定物
とプローブの距離に依存しない表面電位計が製作出来
る。

【００１４】

【発明の効果】本発明は、上述の通り、被測定物の表面
電位を測定する時、機械的な振動を使わずに非接触でそ
の表面電位を測定出来る事から、プローブの生産性が高
く、また形状が自由に製作出来るため、目的に合った形
と大きさの物が製作出来る。また機械的振動を使用して
いないので信頼性の高いものが製作できるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】静止型表面電位計の動作原理図である。

【図２】従来のセクター式プローブの横断面図である。

【図３】従来のセクター式プローブの縦断面図である。

【図４】従来の振動容量式プローブの横断面図である。

【図５】従来の振動容量式プローブの縦断面図である。

【図６】本発明による表面電位計の動作原理図である。

【図７】本発明によるプローブＡの上面図である。

【図８】本発明によるプローブＡの側画から見た断面図
である。

【図９】本発明によるプローブＡの等価回路図である。

【図１０】本発明によるプローブが被測定物の表面電位
を測定出来る事を証明するための水槽による等電位線の
測定装置を示す図である。

【図１１】本発明によるプローブが被測定物の表面電位
を測定出来る事を証明するための水槽による等電位線の
測定装置の等価回路図である。

【図１２】本発明によるプローブが被測定物の表面電位
を測定出来る事を証明するための水槽による等電位線の
測定装置による実験結果である。

【図１３】プローブＡの実際の回路例を示す。

【符号の説明】

１は導電性ケース、２は検出孔、３は入力抵抗、４は入
力容量、５はＦＥＴ、６はバイアス抵抗、７はチョッパ
部、８は検出電極、９は圧電セラミック、１０は音叉、
１１は基板、１２は駆動用端子、１３は出力端子、１４
は接地端子、１５は配線、１６は配線、１７は格子電
極、１８は検出電極、１９は絶縁材、２０は切り換え回
路、２１は出力端子、２２は駆動用端子、２３は接地端
子、２４はインピーダンス変換回路、２５は水を溜めた
水槽、２６は導電性ケース相当の電極板、２７は格子電
極相当の電極板、２９は被測定物相当の電極板、３０は
入力抵抗相当の抵抗器、３１は電圧計、３２は切り換え
回路、３３は電圧発生器、３４は入力抵抗、３５は増幅
器、３６は同期検波回路、３７は信号発生回路、３８は
平滑回路、３９は表示回路４０か被測定物、４１はＦＥ
Ｔ、４２は抵抗器、４３はコンデンサ、４４は抵抗器、
４５は抵抗器、４６は演算増幅器、４７は抵抗器、４８
はＦＥＴ、４９は保護ダイオード、５０は抵抗器、５１
は論理反転回路、５２は電流制限用抵抗器、５３は電流
制限用抵抗器、５４はＬＥＤ−ＦＥＴフォトカップラ、
５５はＬＥＤ−ＦＥＴフォトカップラ、５６は演算増幅
器、５７は平滑用抵抗器、５８は平滑用コンデンサー、
５９は演算増幅器、６０は電圧計、６１は発振器、６２
は異常発振防止用コンデンサー、６３と６４と６５は発
振周波数決定の為のコンデンサーと抵抗器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検出電極の前面に電気力線の通過をさせ
うる格子状もしくは、これに類似した電極を固定し、対
向する被測定面からの電気力線の一部が格子電極に、ま
た一部が格子を抜けて検出電極に達するように構成され
た表面電位プローブに於て格子電極を周期的且つ交互に
検出電極と接地電位に接続する切り換え回路を設ける事
により表面電位プローブに入力される電気力線を交流化
する事によって、被測定面の表面電位を測定する非接触
型表面電位計。