JPH11237424A - Electric potential sensor - Google Patents

Electric potential sensor

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Publication number
JPH11237424A
JPH11237424A JP10039434A JP3943498A JPH11237424A JP H11237424 A JPH11237424 A JP H11237424A JP 10039434 A JP10039434 A JP 10039434A JP 3943498 A JP3943498 A JP 3943498A JP H11237424 A JPH11237424 A JP H11237424A
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JP
Japan
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grid
detection electrode
electrode
potential
detection
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Application number
JP10039434A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Kumada
明 久万田
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive potential sensor which can highly accurately and stably measure an electric potential of an object to be measured. SOLUTION: An electric potential sensor is composed of a detection electrode 2, a modulation device 13, a grid electrode 14 at a position separated by a distance Dg from the detection electrode 2, a grid power source device 15 for supplying a grid voltage Vg to the grid electrode 14, a power source control device 16 for controlling the grid voltage Vg supplied from the grid power source device 15 to the grid electrode 14 so as to make zero an amplitude of an a.c. signal resulting from an object to be measured and induced to the detection electrode 2, and an output circuit 17 for outputting a potential of the object to be measured according to V1=Vg (Ds/Dg) on the basis of the grid voltage Vg when the a.c. signal becomes zero. The modulation device 13 comprises a piezoelectric tuning fork 11 which periodically vibrates the detection electrode 2 to change a distance Ds thereby periodically modulating a capacitance generated between the object 1 to be measured and the detection electrode 2 and a tuning fork-driving circuit 12 for driving the tuning fork.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電位センサに関
し、特に、電子写真複写機の感光体ドラムのような被測
定物の電位を非接触で測定するための電位センサに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a potential sensor and, more particularly, to a potential sensor for measuring a potential of an object to be measured such as a photosensitive drum of an electrophotographic copying machine in a non-contact manner.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

【0003】従来より、この種の電位センサとしては、
パッシブ型と呼ばれるものとアクティブ型と呼ばれるも
のが一般に知られており、パッシブ型はさらにチョッパ
型と振動容量型に分類される。アクティブ型は、フィー
ドバック型とも呼ばれている。いずれの電位センサも、
圧電音叉等の機械的手段を用いて被測定物と検出電極と
の間の静電容量を変化させ、それにより検出電極に誘起
される電荷変動を検出信号として取り出す点は共通して
いる。
Conventionally, as this kind of potential sensor,
What is called a passive type and what is called an active type are generally known, and the passive type is further classified into a chopper type and a vibration capacitance type. The active type is also called a feedback type. Both potential sensors,
The common point is that the capacitance between the object to be measured and the detection electrode is changed by using a mechanical means such as a piezoelectric tuning fork, and the charge fluctuation induced on the detection electrode is extracted as a detection signal.

【0004】従来のパッシブ型の電位センサによる電位
検出の原理を図6に示す。図6からも分かるように、被
測定物1と検出電極2との間に形成される静電容量Cv
を、機械的手段により検出電極2を振動させて周期的に
変化させることで、検出電極2に電荷が誘起され、交流
電流isが発生する。パッシブ型の電位センサは、この
交流電流isが被測定物1の電位V1に比例することを
利用して被測定物1の電位V1を検出するものである。
つまり、交流電流isを抵抗Rgにより出力電圧V2に
変換し、この出力電圧V2に基づいて被測定物1の電位
V1を検出する。
FIG. 6 shows the principle of potential detection by a conventional passive potential sensor. As can be seen from FIG. 6, the capacitance Cv formed between the DUT 1 and the detection electrode 2
Is periodically changed by vibrating the detection electrode 2 by mechanical means, so that electric charges are induced in the detection electrode 2 and an alternating current is is generated. The passive-type potential sensor detects the potential V1 of the DUT 1 by utilizing that the alternating current is proportional to the potential V1 of the DUT 1.
That is, the AC current is is converted into the output voltage V2 by the resistor Rg, and the potential V1 of the device under test 1 is detected based on the output voltage V2.

【0005】一方、アクティブ型の電位センサによる電
位検出の原理を図7に示す。アクティブ型の電位センサ
は、抵抗Rgを通して可変電圧源4から検出電極2に電
圧Vvを印加し、被測定物1の電位V1と可変電圧源4
の電圧Vvが同電位となったときに、出力電圧V2がゼ
ロとなる。すなわち、被測定物1と検出電極2との間の
電位差がゼロとなるのをモニタし、そのときの可変電圧
源4の電圧Vvから被測定物1の電位V1を検出する。
On the other hand, the principle of potential detection by an active potential sensor is shown in FIG. The active-type potential sensor applies a voltage Vv from the variable voltage source 4 to the detection electrode 2 through the resistor Rg, and outputs the potential V1 of the DUT 1 and the variable voltage source 4.
When the voltage Vv becomes the same potential, the output voltage V2 becomes zero. That is, it monitors that the potential difference between the DUT 1 and the detection electrode 2 becomes zero, and detects the potential V1 of the DUT 1 from the voltage Vv of the variable voltage source 4 at that time.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図6に示し
たパッシブ型の電位センサは、検出原理上、出力電圧V
2が被測定物1と検出電極2との間の距離Dsの変化に
依存するという特性を有する。これは、被測定物1と検
出電極2との間に発生する静電容量Cvが距離Dsに依
存するからである。このため、パッシブ型の電位センサ
では、被測定物1の電位V1の検出精度は、検出電極2
を支持している部材の熱膨張や振動による被測定物1と
検出電極2との間の距離Dsの変化によって低下すると
いう問題があった。さらに、静電容量Cvの変化ΔCv
を発生させるための機械的手段の振動の安定性によって
も大きく影響を受ける。
The passive type potential sensor shown in FIG. 6 has an output voltage V
2 has a characteristic that it depends on a change in the distance Ds between the DUT 1 and the detection electrode 2. This is because the capacitance Cv generated between the DUT 1 and the detection electrode 2 depends on the distance Ds. Therefore, in the passive type potential sensor, the detection accuracy of the potential V1 of the DUT 1
There is a problem that the temperature is reduced by a change in the distance Ds between the DUT 1 and the detection electrode 2 due to thermal expansion or vibration of the member supporting the sensor. Further, the change ΔCv of the capacitance Cv
Is also greatly affected by the stability of the vibrations of the mechanical means for generating

【0007】他方、図7に示したアクティブ型の電位セ
ンサは、被測定物1と検出電極2との間の電位差がゼロ
となるのをモニタし、そのときの可変電圧源4の電圧V
vから被測定物1の電位V1を検出しているので、被測
定物1の電位V1の測定値が被測定物1と検出電極2と
の間の距離Dsに依存していない。このため、アクティ
ブ型の電位センサでは、被測定物1の電位V1を安定し
て高い精度で検出することができる。しかし、被測定物
1の電圧V1と等しい高電圧を発生させることができる
高価な可変電圧源4を必要とするので、電位センサのコ
ストが高くなるという問題があった。
On the other hand, the active type potential sensor shown in FIG. 7 monitors that the potential difference between the DUT 1 and the detection electrode 2 becomes zero, and monitors the voltage V of the variable voltage source 4 at that time.
Since the potential V1 of the DUT 1 is detected from v, the measured value of the potential V1 of the DUT 1 does not depend on the distance Ds between the DUT 1 and the detection electrode 2. Therefore, the active-type potential sensor can stably detect the potential V1 of the device under test 1 with high accuracy. However, since an expensive variable voltage source 4 that can generate a high voltage equal to the voltage V1 of the device under test 1 is required, there is a problem that the cost of the potential sensor increases.

【0008】そこで、本発明の目的は、被測定物の電位
を高精度で安定して測定することができる安価な電位セ
ンサを提供することにある。
An object of the present invention is to provide an inexpensive potential sensor capable of measuring the potential of an object to be measured with high accuracy and stability.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る電位センサは、(a)被測定物に対向
する検出電極と、(b)前記検出電極と被測定物との間
に発生する静電容量を機械的に変調する変調装置と、
(c)前記被測定物と検出電極との間に配置されたグリ
ッド電極と、(d)前記グリッド電極にグリッド電圧を
印加するグリッド電源装置と、(e)前記検出電極に誘
起される前記被測定物に起因する信号がゼロとなるよう
に前記グリッド電源装置から出力するグリッド電圧を制
御するグリッド電源制御装置と、(f)前記グリッド電
源制御装置により制御された前記グリッド電圧に基づい
て被測定物の電位の測定値を出力する出力回路と、を備
えたことを特徴とする。
To achieve the above object, a potential sensor according to the present invention comprises: (a) a detection electrode facing an object to be measured; and (b) a detection electrode between the detection electrode and the object to be measured. A modulator that mechanically modulates the capacitance generated in the
(C) a grid electrode arranged between the object to be measured and the detection electrode; (d) a grid power supply for applying a grid voltage to the grid electrode; and (e) a grid electrode induced by the detection electrode. A grid power supply control device for controlling a grid voltage output from the grid power supply device so that a signal due to a measured object becomes zero; and (f) a device to be measured based on the grid voltage controlled by the grid power supply control device. And an output circuit for outputting a measured value of the potential of the object.

【0010】[0010]

【作用】以上の構成により、グリッド電極は、グリッド
電源装置から供給されるグリッド電圧により、検出電極
に向かって入射(被測定物の電位が正のとき)もしくは
検出電極から出射(被測定物の電位が負のとき)する電
界を制御し、検出電極に被測定物に起因する電界が侵入
しない状態を形成する。このときのグリッド電圧は被測
定物の電位に比例しており、その比例係数は被測定物と
検出電極との間の距離とグリッド電極と検出電極との間
の距離との比の値に略等しい。この比の値は、前記グリ
ッド電極が被測定物と検出電極との間にあるので1より
も大きく、グリッド電圧は被測定物の電位よりも低くな
る。
With the above arrangement, the grid electrode is incident on the detection electrode (when the potential of the device under test is positive) or emitted from the detection electrode (when the device under test is in contact with the grid voltage) supplied from the grid power supply device. An electric field generated when the potential is negative) is controlled so that a state in which an electric field due to the measured object does not enter the detection electrode is formed. The grid voltage at this time is proportional to the potential of the device under test, and the proportional coefficient is approximately the value of the ratio of the distance between the device under test and the detection electrode to the distance between the grid electrode and the detection electrode. equal. The value of this ratio is greater than 1 because the grid electrode is between the device under test and the detection electrode, and the grid voltage is lower than the potential of the device under test.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る電位センサ
の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a potential sensor according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0012】本発明に係る電位センサの一つの実施の形
態を図1及び図2に示す。該電位センサは、検出電極
2、変調装置13、被測定物1と検出電極2との間に配
置された網状のグリッド電極14、グリッド電極14に
グリッド電圧Vgを供給するグリッド電源装置15、グ
リッド電源制御装置16、被測定物1の電位V1の測定
値を出力する出力回路17にて構成されている。変調装
置13は、検出電極2を周期的に振動させて被測定物1
との間の距離Dsを変化させ、被測定物1と検出電極2
との間に発生する静電容量を周期的に変調する圧電音叉
11及びそれを駆動する音叉駆動回路12からなる。
One embodiment of a potential sensor according to the present invention is shown in FIGS. The potential sensor includes a detection electrode 2, a modulation device 13, a grid electrode 14 disposed between the DUT 1 and the detection electrode 2, a grid power supply 15 for supplying a grid voltage Vg to the grid electrode 14, and a grid. The power supply control device 16 includes an output circuit 17 that outputs a measured value of the potential V1 of the device under test 1. The modulation device 13 periodically vibrates the detection electrode 2 and
To be measured 1 and the detection electrode 2
And a tuning fork drive circuit 12 for driving the piezoelectric tuning fork 11 for periodically modulating the capacitance generated between the piezoelectric tuning fork 11 and the tuning fork driving circuit 12.

【0013】検出電極2は、図2に示すように、圧電音
叉11の一方の脚部11aに絶縁体18を介して固定さ
れている。圧電音叉11は、プリント基板22上にグリ
ッド電極14とともに固定されている。さらに、プリン
ト基板22上には、圧電音叉11を帰還素子として一つ
の発振回路を構成する増幅回路から構成されてなる音叉
駆動回路12、図2において符号21で示されている、
前記グリッド電源装置15、グリッド電源制御装置16
及び出力回路17が実装されている。図1の電位センサ
は、そのプリント基板22が静電シールド機能を有する
金属製の一つのケース23内に収容されてユニット化さ
れている。
The detection electrode 2 is fixed to one leg 11a of the piezoelectric tuning fork 11 via an insulator 18 as shown in FIG. The piezoelectric tuning fork 11 is fixed together with the grid electrode 14 on a printed circuit board 22. Further, on the printed circuit board 22, a tuning fork driving circuit 12, which is constituted by an amplification circuit constituting one oscillation circuit using the piezoelectric tuning fork 11 as a feedback element, is indicated by reference numeral 21 in FIG.
The grid power supply device 15 and the grid power supply control device 16
And an output circuit 17 are mounted. In the potential sensor shown in FIG. 1, the printed circuit board 22 is housed in one case 23 made of metal having an electrostatic shielding function and is unitized.

【0014】ケース23には被測定物1からの電界入射
用の窓24が設けられている。圧電音叉11はその検出
電極2をグリッド電極14を間にして窓24に臨ませて
プリント基板22に固定されている。検出電極2及びグ
リッド電極14は、ケース23の窓24を通して、被測
定物1に対向している。プリント基板22からは電源供
給用、接地用及び信号導出用のケーブル25が導出され
ている。
The case 23 is provided with a window 24 for inputting an electric field from the device under test 1. The piezoelectric tuning fork 11 is fixed to a printed circuit board 22 with its detection electrode 2 facing a window 24 with a grid electrode 14 therebetween. The detection electrode 2 and the grid electrode 14 face the DUT 1 through the window 24 of the case 23. A cable 25 for power supply, grounding, and signal derivation is led out from the printed circuit board 22.

【0015】音叉駆動回路12は、その出力を圧電音叉
11の一方の脚部11aに固着された圧電振動子26a
に印加して電歪振動を発生させ、この電歪振動によって
圧電音叉11をその固有振動数で振動させている。そし
て、該振動により圧電音叉11の他方の脚部11bに固
着された圧電振動子26bに前記固有振動数に等しい周
波数の圧電信号を発生させ、この圧電信号を音叉駆動回
路12に帰還させることにより、音叉駆動回路12は圧
電音叉11を所定の発振周波数で自励発振させている。
The tuning fork drive circuit 12 outputs the output of the tuning fork driving circuit 12 to a piezoelectric vibrator 26a fixed to one leg 11a of the piezoelectric tuning fork 11.
To generate an electrostrictive vibration, which causes the piezoelectric tuning fork 11 to vibrate at its natural frequency. Then, a piezoelectric signal having a frequency equal to the natural frequency is generated on the piezoelectric vibrator 26 b fixed to the other leg 11 b of the piezoelectric tuning fork 11 by the vibration, and the piezoelectric signal is fed back to the tuning fork driving circuit 12. The tuning fork drive circuit 12 causes the piezoelectric tuning fork 11 to self-oscillate at a predetermined oscillation frequency.

【0016】グリッド電源制御装置16は、検出電極2
に誘起される交流信号の振幅が最小となる(理想的には
ゼロとなる)ように、グリッド電源装置15からグリッ
ド電極14に供給されるグリッド電圧Vgを制御する。
グリッド電源制御装置16は、図1に示すように、イン
ピーダンス変換回路31、交流増幅回路32,位相検波
回路33及びゼロ出力検出回路34からなる。インピー
ダンス変換回路31は、検出電極2に発生した検出信号
をインピーダンス変換して交流増幅回路32に供給する
ための回路であり、その構成の一例を図3に示す。該イ
ンピーダンス変換回路31は、電界効果トランジスタ
(FET)35及び抵抗Rsにより構成されるソースフ
ォロワ回路からなるものである。電界効果トランジスタ
35は、そのソースとグランドとの間には抵抗Rsが接
続され、そのゲートは検出電極2に接続され、そのドレ
インは電源Vccに接続されている。検出電極2とグラ
ンドとの間には、検出電極2に誘起される電荷の変化に
よる電流isを電圧に変換するための抵抗Rgが接続さ
れている。
The grid power supply control device 16 includes the detection electrode 2
The grid voltage Vg supplied from the grid power supply device 15 to the grid electrode 14 is controlled so that the amplitude of the AC signal induced in the grid electrode becomes minimum (ideally zero).
As shown in FIG. 1, the grid power supply control device 16 includes an impedance conversion circuit 31, an AC amplification circuit 32, a phase detection circuit 33, and a zero output detection circuit. The impedance conversion circuit 31 is a circuit for impedance-converting the detection signal generated at the detection electrode 2 and supplying the converted signal to the AC amplification circuit 32. An example of the configuration is shown in FIG. The impedance conversion circuit 31 includes a source follower circuit including a field effect transistor (FET) 35 and a resistor Rs. The field effect transistor 35 has a resistor Rs connected between the source and the ground, a gate connected to the detection electrode 2, and a drain connected to the power supply Vcc. Between the detection electrode 2 and the ground, a resistor Rg for converting a current is due to a change in charge induced in the detection electrode 2 into a voltage is connected.

【0017】交流増幅回路32は、インピーダンス変換
回路31の電界効果トランジスタ35から出力された信
号を以後の処理に適したレベルまで交流増幅し、位相検
波回路33に供給する。位相検波回路33は、音叉駆動
回路12から供給されるタイミング信号に同期して直流
増幅回路32の出力を位相検波し、直流信号に変換す
る。位相検波回路33から出力される直流信号は、ゼロ
出力検出回路34に入力される。ゼロ出力検出回路34
は反転入力端子及び非反転入力端子を有する差動増幅器
から構成されており、反転入力端子に入力される位相検
波回路33の出力信号と接地されてグランド電位にある
非反転入力端子の電位との差を増幅する。
The AC amplifier circuit 32 amplifies the signal output from the field effect transistor 35 of the impedance conversion circuit 31 to a level suitable for the subsequent processing, and supplies the signal to the phase detection circuit 33. The phase detection circuit 33 performs phase detection on the output of the DC amplification circuit 32 in synchronization with the timing signal supplied from the tuning fork drive circuit 12, and converts the output into a DC signal. The DC signal output from the phase detection circuit 33 is input to the zero output detection circuit 34. Zero output detection circuit 34
Is composed of a differential amplifier having an inverting input terminal and a non-inverting input terminal. The output signal of the phase detection circuit 33 input to the inverting input terminal and the potential of the non-inverting input terminal which is grounded and is at the ground potential. Amplify the difference.

【0018】ゼロ出力検出回路34の出力はグリッド電
源装置15に入力される。グリッド電源装置15は、ゼ
ロ出力検出回路34の出力に応じて、グリッド電極14
に印加されるグリッド電圧Vgを変化させる。
The output of the zero output detection circuit 34 is input to the grid power supply 15. The grid power supply 15 responds to the output of the zero output detection circuit 34 by
Is changed.

【0019】以上に説明した検出電極2、インピーダン
ス変換回路31、交流増幅回路32、位相検波回路3
3、ゼロ出力検出回路34、グリッド電源装置15から
グリッド電極14に至るループは一つの負帰還ループを
形成している。これにより位相検波回路33の出力が最
小(理想的にはゼロ)、即ち、検出電極2の電位が最小
(理想的にはゼロ)となるようにグリッド電圧Vgが制
御される。そして、理想的には、検出電極2には、被測
定物1とグリッド電極14に起因する電界のみが入射す
る。しかし、実際には、検出電極2には、これ以外にも
プリント基板等に起因する電界が入射しており、従っ
て、グリッド電圧Vgの作用によって被測定物1に起因
する電界が検出電極2に入射しない状態となっても、検
出電極2の電位はゼロとはならない。このときのグリッ
ド電圧Vgに基づいて出力回路17から被測定物1の電
位V1の検出出力が出力される。
The above-described detection electrode 2, impedance conversion circuit 31, AC amplification circuit 32, phase detection circuit 3
3. The loop from the zero output detection circuit 34 and the grid power supply 15 to the grid electrode 14 forms one negative feedback loop. Thus, the grid voltage Vg is controlled so that the output of the phase detection circuit 33 is minimized (ideally zero), that is, the potential of the detection electrode 2 is minimized (ideally zero). Ideally, only the electric field caused by the DUT 1 and the grid electrode 14 is incident on the detection electrode 2. However, actually, an electric field due to a printed circuit board or the like is incident on the detection electrode 2 in addition to the above. Therefore, an electric field due to the DUT 1 is applied to the detection electrode 2 by the action of the grid voltage Vg. Even when the light does not enter, the potential of the detection electrode 2 does not become zero. A detection output of the potential V1 of the DUT 1 is output from the output circuit 17 based on the grid voltage Vg at this time.

【0020】このような構成において、被測定物1が例
えば正(プラス)の電位V1を有しており、図1に示し
た電位センサの負帰還ループにより、検出電極2の電位
がゼロに制御されているとする。このとき、グリッド電
源装置15は、被測定物1の電位をゼロとするために、
グリッド電極14に負(マイナス)のグリッド電圧gを
印加する。これにより、図3に示すように、被測定物1
と検出電極2との間には電界Esが生じ、検出電極2と
グリッド電極14との間には電界Egが生じる。
In such a configuration, the DUT 1 has, for example, a positive (plus) potential V1, and the potential of the detection electrode 2 is controlled to zero by the negative feedback loop of the potential sensor shown in FIG. It is assumed that it is. At this time, the grid power supply device 15 sets the potential of the device under test 1 to zero,
A negative (minus) grid voltage g is applied to the grid electrode 14. Thereby, as shown in FIG.
An electric field Es is generated between the detection electrode 2 and the detection electrode 2, and an electric field Eg is generated between the detection electrode 2 and the grid electrode 14.

【0021】被測定物1と検出電極2との間の距離をD
s、検出電極2とグリッド電極14との間の距離をDg
とし、被測定物1の電位をV1、検出電極2の電位がゼ
ロのときのグリッド電極14のグリッド電圧をVgとす
ると、電界Es及び電界Egは、以下の式(1),
(2)で表示される。 Es=V1/Ds …(1) Eg=Vg/Dg …(2)
The distance between DUT 1 and detection electrode 2 is D
s, the distance between the detection electrode 2 and the grid electrode 14 is Dg
Assuming that the potential of the DUT 1 is V1 and the grid voltage of the grid electrode 14 when the potential of the detection electrode 2 is zero is Vg, the electric field Es and the electric field Eg are expressed by the following equations (1) and (2).
It is displayed in (2). Es = V1 / Ds (1) Eg = Vg / Dg (2)

【0022】そして、検出電極2の電位がゼロに制御さ
れているときは、検出電極2とグリッド電極14との間
では、電界Esと電界Egとが相殺している(Es=E
g)。従って、式(1),(2)より,以下の式(3)
が得られる。なお、被測定物1が負(マイナス)の場合
も、全く同様である。 V1/Ds=Vg/Dg V1=Vg(Ds/Dg) …(3)
When the potential of the detection electrode 2 is controlled to be zero, the electric field Es and the electric field Eg cancel each other between the detection electrode 2 and the grid electrode 14 (Es = E).
g). Therefore, from the equations (1) and (2), the following equation (3)
Is obtained. The same applies to the case where the DUT 1 is negative (minus). V1 / Ds = Vg / Dg V1 = Vg (Ds / Dg) (3)

【0023】この式(3)に基づいて、検出電極2の電
位がゼロに制御されているときのグリッド電圧Vgを知
れば、被測定物1の電位V1を検出することができる。
このとき、検出電極2とグリッド電極との間の距離Dg
が小さいほど、Ds/Dgの値が大きくなるので、グリ
ッド電極14に印加するグリッド電圧Vgを低くするこ
とができる。図5に、Ds/Dg=2(実線41参
照)、Ds/Dg=2.5(実線42参照)、Ds/D
g=3(実線43参照)、Ds/Dg=3.5(実線4
4参照)、Ds/Dg=4(実線45参照)、Ds/D
g=4.5(実線46参照)及びDs/Dg=5(実線
47参照)としたときの、被測定物1の電位V1に対す
るグリッド電極14のグリッド電圧Vgの実測値を示
す。
If the grid voltage Vg when the potential of the detection electrode 2 is controlled to zero based on the equation (3) is known, the potential V1 of the DUT 1 can be detected.
At this time, the distance Dg between the detection electrode 2 and the grid electrode
Is smaller, the value of Ds / Dg increases, so that the grid voltage Vg applied to the grid electrode 14 can be lowered. In FIG. 5, Ds / Dg = 2 (see solid line 41), Ds / Dg = 2.5 (see solid line 42), Ds / D
g = 3 (see solid line 43), Ds / Dg = 3.5 (solid line 4)
4), Ds / Dg = 4 (see solid line 45), Ds / D
The graph shows the measured value of the grid voltage Vg of the grid electrode 14 with respect to the potential V1 of the DUT 1 when g = 4.5 (see the solid line 46) and Ds / Dg = 5 (see the solid line 47).

【0024】これにより、グリッド電源装置15とし
て、発生電圧の低い安価なものを使用することができ
る。また、被測定物1の電位V1の検出を、一定位置に
固定されているグリッド電極14の電位Vgを検出する
ことにより行っているので、被測定物1の電位Vgを安
定して高い精度で検出することができる。
Thus, an inexpensive grid power supply 15 having a low generated voltage can be used. Further, since the detection of the potential V1 of the DUT 1 is performed by detecting the potential Vg of the grid electrode 14 fixed at a fixed position, the potential Vg of the DUT 1 can be stably and highly accurately detected. Can be detected.

【0025】以上では本発明の基本的な実施の形態につ
いて説明したが、本発明に係る電位センサは前記実施形
態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に
変更することができる。例えば、変調装置13としては
圧電音叉11を用いたいわゆる振動容量型のものに代え
て、検出電極2の実効面積を変化させるいわゆるチョッ
パ型のものを使用することができる。
Although the basic embodiment of the present invention has been described above, the potential sensor according to the present invention is not limited to the above embodiment, but can be variously modified within the scope of the gist. For example, instead of the so-called vibration capacitance type using the piezoelectric tuning fork 11 as the modulation device 13, a so-called chopper type that changes the effective area of the detection electrode 2 can be used.

【0026】また、グリッド電極14も網状のものに代
えて、縦桟状、横桟状のもの等を使用することもでき
る。さらに、グリッド電極14の網目を小さくして電極
の開口面積を少なくすることによっても、グリッド電極
14に印加するグリッド電圧Vgを低くすることができ
る。
The grid electrode 14 may be of a vertical bar shape, a horizontal bar shape, or the like instead of the mesh electrode. Furthermore, the grid voltage Vg applied to the grid electrode 14 can also be reduced by reducing the mesh size of the grid electrode 14 to reduce the opening area of the electrode.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、被測定物と検出電極との間にグリッド電極を
配置し、このグリッド電極にグリッド電圧を印加して検
出電極からの出力電圧がゼロとなるように制御すること
により、グリッド電圧を印加するグリッド電源装置とし
て、発生電圧の低い安価なものを使用することができ
る。この結果、電位センサのコストを大幅に引き下げる
ことができる。また、一定位置に固定されているグリッ
ド電極の電位を検出することにより被測定物の電位を検
出しているので、被測定物の電位を安定して高い精度で
検出することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, a grid electrode is disposed between an object to be measured and a detection electrode, and a grid voltage is applied to the grid electrode to generate a voltage from the detection electrode. By controlling the output voltage to be zero, it is possible to use an inexpensive grid power supply that generates a low voltage as the grid power supply that applies the grid voltage. As a result, the cost of the potential sensor can be significantly reduced. Further, since the potential of the device under test is detected by detecting the potential of the grid electrode fixed at a fixed position, the potential of the device under test can be stably detected with high accuracy.

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

【図1】本発明に係る電位センサの一つの実施形態の構
成を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of one embodiment of a potential sensor according to the present invention.

【図2】図1に示した電位センサの具体的な構成を示す
構成図。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a specific configuration of the potential sensor shown in FIG.

【図3】図1に示した電位センサの動作原理を説明する
ための説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the operation principle of the potential sensor shown in FIG. 1;

【図4】検出電極からの距離に対するグリッド電極の電
位及び被測定物の電位の関係を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a potential of a grid electrode and a potential of an object to be measured with respect to a distance from a detection electrode.

【図5】被測定物電位とグリッド電圧の関係を示すグラ
フ。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a measured object potential and a grid voltage.

【図6】従来の電位センサの動作原理を説明するための
説明図。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the operation principle of a conventional potential sensor.

【図7】従来の別の電位センサの動作原理を説明するた
めの説明図。
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the operation principle of another conventional potential sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…被測定物 2…検出電極 11…圧電音叉 12…音叉駆動回路 13…変調装置 14…グリッド電極 15…グリッド電源装置 16…グリッド電源制御装置 17…出力回路 31…インピーダンス変換回路 32…交流増幅回路 33…位相検波回路 34…ゼロ出力検出回路 Rg…抵抗 Vg…グリッド電圧 V1…被測定物の電位 Ds…検出電極と被測定物との間の距離 Dg…検出電極とグリッド電極との間の距離 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Measurement object 2 ... Detection electrode 11 ... Piezoelectric tuning fork 12 ... Tuning fork drive circuit 13 ... Modulation device 14 ... Grid electrode 15 ... Grid power supply device 16 ... Grid power supply control device 17 ... Output circuit 31 ... Impedance conversion circuit 32 ... AC amplification Circuit 33: Phase detection circuit 34: Zero output detection circuit Rg: Resistance Vg: Grid voltage V1: Potential of DUT Ds: Distance between detection electrode and DUT Dg: Distance between detection electrode and grid electrode distance

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定物に対向する検出電極と、 前記検出電極と被測定物との間に発生する静電容量を機
械的に変調する変調装置と、 前記被測定物と検出電極との間に配置されたグリッド電
極と、 前記グリッド電極にグリッド電圧を印加するグリッド電
源装置と、 前記検出電極に誘起される前記被測定物に起因する信号
がゼロとなるように前記グリッド電源装置から出力する
グリッド電圧を制御するグリッド電源制御装置と、 前記グリッド電源制御装置により制御された前記グリッ
ド電圧に基づいて被測定物の電位の測定値を出力する出
力回路と、 を備えたことを特徴とする電位センサ。
1. A detection electrode facing a device under test, a modulation device that mechanically modulates a capacitance generated between the detection electrode and the device under test, A grid electrode disposed between the grid electrode, a grid power supply for applying a grid voltage to the grid electrode, and an output from the grid power supply such that a signal caused by the device under test induced on the detection electrode becomes zero. A grid power supply control device that controls a grid voltage to be applied; and an output circuit that outputs a measured value of the potential of the device under test based on the grid voltage controlled by the grid power supply control device. Potential sensor.
JP10039434A 1998-02-20 1998-02-20 Electric potential sensor Pending JPH11237424A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002318255A (en) * 2001-04-24 2002-10-31 Tdk Corp Surface potential detector

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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