JPS6290564A - 表面電位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、圧電振動子を利用した、いわゆる振動容量
型表面電位検出装置の改良に関する。

［従来の技術］ 第３図は、この発明の先行技術となる、表面電位を非接
触で測定するための圧電振動子およびその周辺回路を示
す図である。

測定対象表面１に対向して集電極２が配置される。集電
極２は、圧電音叉３の脚先端に絶縁部材を介して取付け
られており、集電極２は抵抗４を介して接地されるとと
もに、電界効果トランジスタ５のゲートに接続されてい
る。

次に、動作につき説明する。測定対象表面１に高電圧が
印加されると、その高電位の表面１からの電気力線が集
電極２に加わり、電荷が蓄積される。圧電音叉３を駆動
し、集電極２を低動させ、表面１と集電極２の間の距離
、すなわちその間の容量を・変化させると、容量変化に
基づき電荷が充放電される。そして、その充ｔｉＩＩＮ
Ｍ荷に基づく電気信号が電界効果トランジスタ６に加わ
り、該電界効果トランジスタ６から検出電圧が取出され
る。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上記構成の表面電位検出装置では、集電極２
の電位を基準電位とし、この基準電位に対する測定対象
表面の電位が検出される。この基準電位は、従来、第４
図ないし第６図に示すように、接地電位に設定されたり
（第４図の例）、あるいは検出装置内部の回路により得
られる電位（第５図および第６図の例）に設定されてい
る。

他方、第７図に示すように、通常は、検出電極１０は、
測定対象表面からの電気力線を通過させるための開口１
１を有するケース１２内に収められている。このケース
１２の電位についても、開口１１から検出電１ｆ１１０
に入射する電気力線を妨げないような電位、たとえば接
地電位に固定して使用されている。

上述のように、従来の表面電位検出装置では、検出電極
１０およびケース１２の電位は、一定の値に固定されて
いる。

ところで、成る橋の測定対象表面には、直流バイアス電
圧が印加されており、かつその値が変化する場合がある
。このような場合、検出電極１０から取出される出力の
変化は、該直流バイアス電圧の変化分と、測定対象表面
に依存した電位変化分の両者を含むことになり、したが
って直流バイアス電圧の値を別個に検出しなければ、測
定対象表面に依存した電位変化分を検出することはでき
なかった。

それゆえに、この発明の目的は、測定対象表面に直流バ
イアス電圧が印加されている場合であっても、該バイア
ス電位を測定せずとも測定対象表面の電位を確実に測定
し得る、表面電位検出装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ この発明の表面電位検出装置は、いわゆる撮動容量型と
呼ばれているものであり、圧電振動子と、圧７Ｉ１１振
動子を励振させるための発振回路と、圧電１１Ａ！ＩＩ
子により振動され、測定対象表面の電位に応じた信号を
出力する検出電極と、検出電極の出力インピーダンスを
変換するためのインピーダンス変換回路と、該インピー
ダンス変換回路からの出力信号を処理する信号処理回路
と備えるものである。ざらに、この発明の表面電位検出
装置では、特徴的構成として、 インピーダンス変換回路のための電源回路が信号処理回
路のための電源回路と独立に設けられており、 インピーダンス変換回路および電源回路は、信号処理回
路と直流的に分離されている構成を備える。

［作用］ この発明では、検出電極の次段に接続されるインピーダ
ンス変換回路の電源回路が、信号処理回路と独立に設け
られており、さ５らにインピーダンス変換回路が、信号
処理回路と直流的に分離されているので、信号処理回路
の基準電位とは独立に、検出電極に別個に基準電圧を印
加することが可能とされている。

したがって、測定対象表面に直流バイアス電圧が印加さ
れている場合、同時に該バイアス電位を検出電極に与え
ることができ、それによって測定対象表面に印加されて
いる直流バイアス電圧の変化の影響を受けることなく、
測定対象表面の電位を測定することが可能となる。

［実施例の説明］ 第１図は、この発明の一実施例の概略ブロック図である
。まず、第１図を参照して、この発明の詳細な説明する
。

検出電極１０は、インピーダンス変換回路２１に接続さ
れており、検出電極１０の出力インピーダンスが小さく
なるように変換される。

インピーダンス変換回路２１の出力は、カップリング・
コンデンサＣ４を介して信号処理回路２２に与えられる
。

この発明の特徴的構成として、インピーダンス変換回路
２１には、信号処理回路２２とは別個の電源回路２３が
接続されている。したがって、外部可変電圧発生手段２
４により、信号処理回路２２とは別に、検出電極１０に
所望の基準電位を与えることができる。

なお、この実施例では、電源回路２３は、カップリング
・コンデンサＣ２を介して圧電音叉発振回路２５に接続
されている。すなわち、インピーダンス変換回路２１用
の電源は、圧電音叉の発振回路２５より得られる交流信
号を利用して、信号処理回路２２に供給される電源と独
立に確保されている。

なお、圧電振動子としての圧電音叉２６もまた、コンデ
ンサＣ＝、Ｃｓを介して圧Ｎ音叉発振回路２５に接続さ
れている。コンデンサＣ４，ＣＳは、圧電音叉２６の経
時的劣化等に基づく影響の伝搬を防止するために接続さ
れているものである。

上述のように、インピーダンス変換回路２１を、信号処
理回路２２と直流的に分離し、別個の電源回路２３を設
けているので、信号処理回路２２とは別に外部可変電圧
発生手段２４から検出電極１０に基準電位を与えること
ができ、したがって測定対象表面に直流バイアス電圧が
印加されている場合、そのバイアス電圧発生手段を外部
可変電圧発生手段２４と共用すれば、検出電極１０に印
加される基準電圧を測定対象表面の直流バイアス電位と
常に同一にすることが確保される。よって、測定対象表
面の直流バイアス電位の変化に影響されることなく、測
定対象表面の電位を確実に測定することができる。

なお、この実施例では、ケース１２もまた、外部可変電
圧発生手段２４に接続されており、したがって検出電極
１０と同電位とされる。よりて、ケース１２の電位に基
づく影響も除去することが可能とされている。

第２図は、この発明の一実施例の要部の具体的な電気回
路図である。

この実施例のインピーダンス変換回路２１は、電界効果
トランジスタ（ＦＥＴ）３１を含み、検出電極１０は、
このＦＥＴ３１のゲートに接続されている。インピーダ
ンス変換回路２１は、カップリングコンデンサＣ４を介
して図示しないｆｚ号処理回路に接続されている。した
がって、ＦＥＴ３１のソース出力は、直流成分をコンデ
ンサＣＩでカットされで、信号処理回路に与えられる。

他方、インピーダンス変換回路２１には、電源回路２３
が接続されている。電源回路２３は、図示しない圧電音
叉の発振回路とコンデンサＣ２を介して接続されている
。すなわち、圧電音叉の発振回路により得られる交流信
号を利用して、インピーダンス変換回路２１に電源を供
給する。

圧電音叉の発振回路から与えられる交流出力は、コンデ
ンサＣ２を介してダイオードＤ、に与えられ、直流に整
流される。すなわち、ダイオードＤ１と、コンデンサＣ
２との間の接続点と、平滑コンデンサＣ６との間には、
定電圧ダイオードＤ２が接続されており、このコンデン
サＣ２と、ダイオードＤ、と、定電圧ダイオードＤ２と
が、チャージポンプを構成している。同時にダイオード
Ｄ２によりチャージポンプの出力電圧は一定電圧となる
。

なお、平滑コンデンサＣ６は、ダイオードＤ。

で整流された直流信号を平滑化する。

上記チャージポンプおよび平滑コンデンサＣＧを介して
与えられる直流信号は、トランジスタ３２、抵抗Ｒ５お
よびコンデンサＣ５で構成される安定化回路を経てイン
ピーダンス変換回路２１に与えられる。

なお、圧電音叉２６の励振用電極２６ａ、２６ｂは、そ
れぞれ、コンデンサＧ＜、Ｃｓを介して、圧電音叉発振
回路に接続されている。

また、外部可変電圧発生手段２４は、検出電極１０に所
定のバイアス電圧を与えるように接続されている。

次に、動作につき説明する。

圧電音叉発振回路２５より与えられた交流信号は、コン
デンサＣ２で直流成分をカットされ、ダイオードＤ、で
整流されて直流とされる。また、定電圧ダイオードＤ２
で定電圧化され、さらに平滑コンデンサＣ６で平滑化さ
れる。次に、安定化回路２７により、安定化され、イン
ピーダンス変換回路２１のＦＥＴ３１のドレインに電源
電圧を与える。

他方、検出電極１０による出力は、ＦＥＴ３１を含むイ
ンピーダンス変換回路２１でインピーダンス変換され、
コンデンサＣ１て直流成分をカッ１−されて、信号処理
回路に与えられる。このとき、外部可変電圧発生手段２
４は、測定対象表面に直流バイアス電圧を与えるものと
共用されるので、検出電極１ｏには、常に、測定対象表
面に印加される直流バイアス電圧と同一電位の基準電圧
が与えられる。よって、Ｐ　Ｅ　Ｔ　３１のソース出力
は、測定対象表面の表面電位に応じた出力のみを信号処
理回路に与える。したがって、別個に測定対象表面に加
えられる直流バイアス電圧を測定せずとも、測定対象表
面の電位のみを正確に検出することができる。

また、圧電音叉２６は、コンデンサＣ４およびＣ５を介
して、圧電音叉発振回路に接続されているので、たとえ
圧電音叉２６が経時的に劣化したとしでも、該劣化によ
る影響は圧電音叉発振回路２５には与えられない。

上記実施例は、圧電音叉２６【はり検出電極１０を振動
させるようにしているが、本発明によれば、検出電極１
０は固定しておき、測定対象面と検出電極１０との間に
圧電振動子で振動するチョッパを配置することにより、
測定対象面と検出電極１０との間の容量を振動させるよ
うにしてもよい。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、インピーダンス変換
回路のための電源回路が信号処理回路の電源回路から独
立に設けられており、かつインピーダンス変換回路およ
び電源回路は、信号処理回路と直流的に分離されている
ので、検出電極に信号処理回路とは別個に任意の値の基
準電圧を印加することができる。よって、たとえ測定対
象表面に直流バイアス電圧が加えられている場合であっ
ても、該直流バイアス電圧を検出電極に印加すれば、測
定対象表面の直流バイアス電位の変化にかかわらず、’
ａｍ定対象表面の表面電位を正確に検出することが可能
となる。

したがって、従来のように別個に、測定対象表面の直流
バイアス電位変化分を測定する必要もなく、のみならず
、該直流バイアス電位の絶対値を知る必要もない。

４、図面簡単な説明 第１図は、この発明の一実施例の概略ブロック図である
。第２図は、この発明の一実施例の要部の具体的な電気
回路図である。第３図は、この発明の先行技術となる表
面電位検出装置の検出部分を示す概略構成図である。第
４図ないし第６図は、従来の表面電位検出装置における
検出電極の基準電位設定方法を示寸各回路図である。第
７図は、従来の表面電位検出装置において、ケースの電
位を固定する方法を説明するための回路図である。

図において、１０は検出電極、２１はインピーダンス変
換回路、２２は信号処理回路、２３は電源回路、２５は
圧電振動子として圧電音叉を用いた場合の発賑回路、２
６は圧電振動子としての圧電音叉を示す。

第３図 第４図　　　　　　　　　第５肥 ＋■ 糖６図 ＋■ 第７関

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電振動子と、 前記圧電振動子を励振させるための発振回路と、前記圧
   電振動子により測定対象面との間の容量を振動させて、
   測定対象面の電位に応じた信号を出力する検出電極と、 前記検出電極の出力インピーダンスを変換するためのイ
   ンピーダンス変換回路と、 前記インピーダンス変換回路からの出力信号を処理する
   信号処理回路とを備える、振動容量型表面電位検出装置
   において、 前記インピーダンス変換回路のための電源回路が、前記
   信号処理回路の電源回路から独立に設けられており、か
   つ 前記インピーダンス変換回路および該回路用電源回路は
   、前記信号処理回路とは直流的に分離されていることを
   特徴とする、表面電位検出装置。
2. （２）前記インピーダンス変換回路のための電源回路は
   、前記発振回路に直流的に分離されて接続されている、
   特許請求の範囲第１項記載の表面電位検出装置。