JPS6351270B2 - - Google Patents

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JPS6351270B2
JPS6351270B2 JP15828379A JP15828379A JPS6351270B2 JP S6351270 B2 JPS6351270 B2 JP S6351270B2 JP 15828379 A JP15828379 A JP 15828379A JP 15828379 A JP15828379 A JP 15828379A JP S6351270 B2 JPS6351270 B2 JP S6351270B2
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JP
Japan
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electric field
potential
housing
contact
operational amplifier
Prior art date
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JP15828379A
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Japanese (ja)
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JPS5679959A (en
Inventor
Minoru Aoki
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5679959A publication Critical patent/JPS5679959A/en
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Granted legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は被測定体の表面電位と対応した電界
を、回転セクタ、あるいは音叉等を用いて構成さ
れた電界変調器によつて変調し、その変調された
電界中に置かれた検知電極より得た電束電流を電
流電圧変換器によつて電圧に変換して出力しうる
ように、外部空間から全体を静電遮蔽する筐体
と、前記の筐体の一面に設けられているアパーチ
ヤを通して被測定体から発生される電界を検知す
る検知電極と、この検知電極と前記のアパーチヤ
との間に設けられた電界変調器と、検知電極に接
続された前置増幅器とを備えた非接触交流型電位
計のプローブを、高感度化及び低ノイズ化された
ものとして提供できるようにすることを目的とし
てなされたものである。
Detailed Description of the Invention The present invention modulates an electric field corresponding to the surface potential of an object to be measured using an electric field modulator configured using a rotating sector, a tuning fork, etc. In order to convert the electric flux current obtained from the placed detection electrode into a voltage using a current-voltage converter and output it, a casing that shields the entire body from static electricity from the external space, and a casing on one side of the casing. a sensing electrode that detects an electric field generated from the object to be measured through an aperture provided therein, an electric field modulator provided between the sensing electrode and the aperture, and a preamplifier connected to the sensing electrode; The purpose of this invention is to provide a non-contact AC electrometer probe with high sensitivity and low noise.

非接触交流型電位計のプローブの高感度化や低
ノイズ化は、測定感度の向上ならびに測定精度の
向上の点からみて、従来から各種の手段の適用に
よつてその実現が試みられており、本出願人会社
においても、高感度化された非接触交流型電位計
(例えば特願昭54−38428号明細書参照)や、低ノ
イズ化された非接触交流型電位計(例えば、特願
昭54−59871号明細書参照)などを完成して、良
好な成果を挙げ得ているのであるが、本発明はそ
の後の研究により、高感度化ならびに低ノイズ化
され、かつ、前置増幅器のオフセツト電流電圧に
よつてもノイズの増加が生ぜず、また、経時変化
や環境変化によつてもノイズの増加が生じないよ
うにされた、より一層高性能な非接触交流型電位
計のプローブを提供したものであり、以下、本発
明の非接触交流型電位計のプローブの具体的な内
容を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
Increasing the sensitivity and reducing noise of non-contact AC electrometer probes has been attempted from the viewpoint of improving measurement sensitivity and measurement accuracy by applying various methods. The applicant's company also sells highly sensitive non-contact AC electrometers (see, for example, the specification of Japanese Patent Application No. 54-38428) and low-noise non-contact AC electrometers (see, for example, Japanese Patent Application No. 1983-38428). 54-59871) and achieved good results.However, through subsequent research, the present invention has achieved higher sensitivity and lower noise, and has also improved the offset of the preamplifier. Provides an even higher performance non-contact AC electrometer probe that does not increase noise due to current or voltage, and does not increase noise due to changes over time or environmental changes. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific details of the probe for a non-contact AC electrometer of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

第1図及び第2図はそれぞれ本発明の非接触交
流型電位計のプローブの各異なる実施態様のもの
の回路図であつて、各図において、互いに対応す
る構成部分には同一の図面符号が付されている。
第1図及び第2図において、1は被測定体、2は
筐体であり、その筐体2の一面には被測定体1で
発生された電界を筐体2の内部に設けられた検知
電極4に与えるためのアパーチヤ3が穿設されて
いる(実施に当つては、アパーチヤ3を穿設した
アパーチヤ板を筐体2に取付けた構成のものとし
てもよいのであり、このようにアパーチヤ板を用
いた場合も、アパーチヤ3は筐体2の一面に設け
られている、というように表現される)。前記の
筐体2はその内部を外部空間から静電遮蔽しうる
ような機能を有するものとなされている。
FIGS. 1 and 2 are circuit diagrams of different embodiments of the non-contact AC electrometer probe of the present invention, and in each figure, corresponding components are designated by the same drawing reference numerals. has been done.
In Figs. 1 and 2, 1 is an object to be measured, 2 is a housing, and on one side of the casing 2 there is a detector installed inside the casing 2 that detects the electric field generated by the object to be measured 1. An aperture 3 is provided to feed the electrode 4 (in practice, an aperture plate with an aperture 3 provided therein may be attached to the housing 2; , the aperture 3 is also expressed as being provided on one surface of the housing 2). The casing 2 has a function of electrostatically shielding its interior from external space.

前記したアパーチヤ3と検知電極4との間に
は、音叉、または回転セクタを用いて構成された
電界変調器5が設けられているが、この電界変調
器5は筐体2に対して直流結合(導電的な結合状
態での結合)されている。検知電極4は演算増幅
器OPAの非反転入力端子に対してコンデンサCN2
を介して接続されており、また、前記の検知電極
4と演算増幅器OPAの非反転入力端子との間の
信号伝送路には静電遮蔽6が施こされて、この静
電遮蔽6は筐体2に接続されている。
An electric field modulator 5 configured using a tuning fork or a rotating sector is provided between the aperture 3 and the sensing electrode 4 described above. (bonded in a conductive bonded state). Detection electrode 4 is connected to the non-inverting input terminal of operational amplifier OPA by capacitor C N2 .
Furthermore, an electrostatic shield 6 is provided on the signal transmission path between the sensing electrode 4 and the non-inverting input terminal of the operational amplifier OPA, and this electrostatic shield 6 is connected to the case. connected to body 2.

非反転増幅器OPAの非反転入力端子と接地と
の間には、抵抗R1と抵抗R2との直列回路が構成
されており、前記した抵抗R1と抵抗R2との接続
点と演算増幅器OPAの出力側との間には、コン
デンサC1と抵抗R5との直列接続回路が構成され
ており、この演算増幅器OPAの入、出力は略々
同位相、同レベルの関係となされている。
A series circuit of a resistor R 1 and a resistor R 2 is configured between the non-inverting input terminal of the non-inverting amplifier OPA and the ground, and a series circuit of a resistor R 1 and a resistor R 2 is connected to the operational amplifier. A series connection circuit of a capacitor C 1 and a resistor R 5 is constructed between the output side of OPA, and the input and output of this operational amplifier OPA are approximately in phase and at the same level. .

演算増幅器OPAの出力側は出力端子7に接続
されると共に、抵抗R4を介して演算増幅器OPA
の反転入力端子に接続され、また、コンデンサ
CN1を介して筐体2に接続されている。電源V+、
V−と演算増幅器OPAの電源端子8,9との間
に構成されているトランジスタQ1,Q2
FETQ3,Q4、ツエナダイオードZD1,ZD2及び発
振防止用の抵抗R3、ならびにコンデンサC2,C3
などからなる回路は、演算増幅器OPAの動作用
の正負の直流電圧に演算増幅器OPAの交流出力
電圧を重畳させて、演算増幅器OPAの動作用の
正負の直流電圧の電圧変動分を交流的に入力信号
と同位相同レベルのものとして、検知電極4と電
源回路との間に形成される浮遊容量による入力信
号の減少を防止する(電源V+、V−と演算増幅
器OPAの電源端子8,9との間に構成されてい
る上記の回路配置の具体的な内容は特願昭54−
38428号明細書を参照されるとよい)。
The output side of the operational amplifier OPA is connected to the output terminal 7 and connected to the operational amplifier OPA via a resistor R4 .
is also connected to the inverting input terminal of the capacitor
It is connected to the housing 2 via C N1 . Power supply V+,
Transistors Q 1 , Q 2 , which are configured between V− and the power supply terminals 8 and 9 of the operational amplifier OPA,
FETQ 3 , Q 4 , Zener diode ZD 1 , ZD 2 , oscillation prevention resistor R 3 , and capacitor C 2 , C 3
A circuit consisting of the following circuits superimposes the AC output voltage of the operational amplifier OPA on the positive and negative DC voltages used for the operation of the operational amplifier OPA, and inputs voltage fluctuations of the positive and negative DC voltages used for the operation of the operational amplifier OPA in an AC manner. As the signal is in the same phase and level, the input signal is prevented from decreasing due to stray capacitance formed between the detection electrode 4 and the power supply circuit (the connection between the power supplies V+, V- and the power supply terminals 8, 9 of the operational amplifier OPA) is The specific details of the above circuit layout constructed between
38428).

なお、抵抗R4は非反転入力端子と反転入力端
子とにおけるそれぞれの入力インピーダンスを等
しくするためのものであり、また抵抗R5はそれ
とコンデンサC1とによつて正帰還をかけ、前置
増幅器の入力インピーダンスを高めるために用い
られる。
The resistor R4 is used to equalize the input impedance of the non-inverting input terminal and the inverting input terminal, and the resistor R5 is used to apply positive feedback to the preamplifier by using it and the capacitor C1. Used to increase input impedance.

また、演算増幅器OPAの出力側に対してコン
デンサCN1を介して接続されている筐体2や電界
変調器5及び静電遮蔽6などの電位は、演算増幅
器OPAの交流出力と略々同位相、同レベルの変
動、すなわち、検知電極4から演算増幅器OPA
の非反転入力端子に与えられている交流入力と
略々同位相、同レベルの変動を行なつているか
ら、検知電極4及び検知電極4と演算増幅器
OPAの非反転入力端子間の信号伝送路と、その
他の部分との間の浮遊容量による入力信号レベル
の減少が最小限に抑えられ、したがつて第1図及
び第2図示の非接触交流型電位計のプローブは高
感度化されているものとなつていることは明らか
である。
Furthermore, the potentials of the casing 2, electric field modulator 5, electrostatic shield 6, etc. connected to the output side of the operational amplifier OPA via the capacitor C N1 are approximately in phase with the AC output of the operational amplifier OPA. , the same level of variation, i.e. from the sensing electrode 4 to the operational amplifier OPA
Since the change is made at approximately the same phase and level as the AC input given to the non-inverting input terminal of the sensing electrode 4, the sensing electrode 4 and the operational amplifier
The decrease in the input signal level due to stray capacitance between the signal transmission path between the non-inverting input terminals of the OPA and other parts is minimized, and therefore the non-contact AC type shown in Figures 1 and 2 It is clear that electrometer probes are becoming more sensitive.

次に、第1図示の回路配置においては、検知電
極4が抵抗RN2を介して接地され、また、筐体2
が抵抗RN1を介して可変抵抗器VRの摺動子に接
続されており、他方、第2図示の回路配置におい
ては、筐体2が抵抗RN2を介して接地され、ま
た、検知電極4が抵抗RN1を介して可変抵抗器
VRの摺動子に接続されているが、このように、
前記した抵抗RN2の一端を固定の電位点に接続
し、また、前記した抵抗RN1の一端を可変な直流
電位点に接続した構成は、回路中に存在する接触
電位差などによつて生じるノイズを低減化するた
めのものである。
Next, in the circuit arrangement shown in the first diagram, the sensing electrode 4 is grounded via the resistor R N2 , and the housing 2
is connected to the slider of the variable resistor VR via a resistor R N1 , while in the circuit arrangement shown in the second diagram, the housing 2 is grounded via a resistor R N2 , and the sensing electrode 4 is a variable resistor through resistor R N1
It is connected to the slider of VR, like this,
The configuration in which one end of the resistor R N2 described above is connected to a fixed potential point and one end of the resistor R N1 described above is connected to a variable DC potential point eliminates noise caused by contact potential differences that exist in the circuit. This is to reduce the

第1図及び第2図示の回路配置においては、そ
れらの何れのものにおいても、静置増幅器の部分
(演算増幅器OPAを含んで構成された回路部分)
と、検知電極4とはコンデンサCN2によつて直流
的に切離されており、また前置増幅器の部分と筐
体2とはコンデンサCN2によつて直流的に切離さ
れているから、演算増幅器OPAにおけるオフセ
ツト電流がオフセツト電圧などが検知電極4や筐
体2の直流電位を変動させることは起こらず、し
たがつて、筐体2と電界変調器5との接触電位差
を打消しうるような補償電圧を、可変抵抗器VR
の摺動子の調節によつて筐体2と検知電極4との
間に設定してノイズを低減させた場合には、経時
変化や環境変化によつて演算増幅器OPAにおけ
るオフセツト電流やオフセツト電圧が変動して
も、それによつてノイズが増加するようなことは
起こらないのである。なお、実施に当つては抵抗
RN2の接続される固体の直流電位は接地電位以外
の適当な電圧値であつてもよいのである。
In the circuit layouts shown in FIGS. 1 and 2, the static amplifier portion (the circuit portion including the operational amplifier OPA)
and the sensing electrode 4 are separated by a capacitor C N2 , and the preamplifier part and the housing 2 are separated by a capacitor C N2 . The offset current and offset voltage in the operational amplifier OPA do not cause the DC potential of the sensing electrode 4 or the housing 2 to fluctuate, so that the contact potential difference between the housing 2 and the electric field modulator 5 can be canceled. compensation voltage, variable resistor VR
If the noise is reduced by adjusting the slider between the housing 2 and the sensing electrode 4, the offset current and offset voltage in the operational amplifier OPA will decrease due to changes in the environment and over time. Even if it fluctuates, it does not cause any increase in noise. Please note that there may be resistance to implementation.
The DC potential of the solid body to which R N2 is connected may be any suitable voltage value other than the ground potential.

このように、第1図及び第2図示の非接触交流
型電位計のプローブにおいては、コンデンサC1
を含む回路によりブートストラツプ回路を構成し
て、高入力インピーダンスで利得が略々1の非反
転増幅器の動作を行なつている演算増幅器OPA
の出力が、コンデンサCN1を介して筐体2に与え
られていて、筐体2の電位を演算増幅器OPAの
出力と略々同相同レベルで交流的に変動させてい
るから、筐体2と直流的に接続されている電界変
調器5及び、静電遮蔽6の電位も、演算増幅器
OPAの非反転入力端子の入力、すなわち検知電
極4の電位変動と同相同レベルで変動することに
なり、したがつて浮遊容量による入力インピーダ
ンスの低下、や感度の低下が生じないのであり、
また、被測定体1の電位に応じて発生される電界
が、筐体2のアパーチヤ3を通り、電界変調器5
によつて変調されて検知電極4に到達し、電界変
調器5における変調周波数に対応した周波数を有
する電束電流として検知電極4に流入するとい
う、被測定体1の電位に基づく電界によつて生じ
る正規の電束電流の他に、筐体2と電界変調器5
との構成物質の差などに基づいて生じる接触電位
差による電界が、電界変調器5によつて変調され
ることにより電界変調器5における変調周波数に
対応した周波数を有する電束電流として検知電極
4に流入するノイズ成分は、前記したノイズ成分
を発生させる原因となる接触電位差による電界が
電界変調器5と検知電極4との間に生じないよう
に、電界変調器5と直流的に接続されている筐体
2と、検知電極4との電位差を0とすべく筐体2
と検知電極4との一方のものには高内部インピー
ダンスを有する直流電源から固定の直流電位を与
え、また前記の他方のものには高内部インピーダ
ンスを有する直流電源から直流電位を可変調節し
て与えることにより、ノイズを減少させることが
できたのである。
In this way, in the non-contact AC electrometer probe shown in FIGS. 1 and 2, the capacitor C 1
The operational amplifier OPA operates as a non-inverting amplifier with a high input impedance and a gain of approximately 1 by configuring a bootstrap circuit with a circuit including
The output of is given to the case 2 via the capacitor C N1 , and the potential of the case 2 is changed in an alternating current manner at approximately the same phase and the same level as the output of the operational amplifier OPA. The potential of the electric field modulator 5 and the electrostatic shield 6, which are connected in a DC manner, is also controlled by the operational amplifier.
The input of the non-inverting input terminal of the OPA, that is, the potential changes in the same phase and the same level as the potential fluctuation of the sensing electrode 4, therefore, there is no reduction in input impedance or sensitivity due to stray capacitance.
Further, an electric field generated according to the potential of the object to be measured 1 passes through the aperture 3 of the housing 2 and passes through the electric field modulator 5.
By the electric field based on the potential of the object to be measured 1, which is modulated by In addition to the normal flux current generated, the housing 2 and the electric field modulator 5
The electric field due to the contact potential difference generated due to the difference in the constituent materials between the The inflowing noise component is connected to the electric field modulator 5 in a direct current manner so that an electric field due to a contact potential difference that causes the above-mentioned noise component is not generated between the electric field modulator 5 and the detection electrode 4. In order to make the potential difference between the housing 2 and the detection electrode 4 zero, the housing 2
A fixed DC potential is applied to one of the and sensing electrodes 4 from a DC power supply having a high internal impedance, and a variably adjusted DC potential is applied to the other one from a DC power supply having a high internal impedance. This made it possible to reduce noise.

以上のとおりであつて、本発明の非接触交流型
電位計のプローブにおいては簡単な構成により高
感度化と低ノイズ化とを達成し得たのであり、従
来及び既提案の非接触交流型電位計に比べて高性
能なものを容易に提供することができる。
As described above, the non-contact AC electrometer probe of the present invention has achieved high sensitivity and low noise with a simple configuration, and is superior to conventional and previously proposed non-contact AC electrometer probes. It is possible to easily provide products with higher performance compared to conventional meters.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図及び第2図は本発明の非接触交流型電位
計のプローブの各異なる実施態様のものの接続図
である。 1……被測定体、2……筐体、3……アパーチ
ヤ、4……検知電極、5……電界変調器、6……
静電遮蔽、7……出力端子、OPA……演算増幅
器、R1〜R5,RN1,RN2……抵抗、C1〜C3,CN1
CN2……コンデンサ、Q1,Q2……トランジスタ、
Q3,Q4……FET、ZD1,ZD2……ツエナダイオー
ド。
1 and 2 are connection diagrams of different embodiments of the probe of the non-contact AC electrometer of the present invention. 1... Object to be measured, 2... Housing, 3... Aperture, 4... Sensing electrode, 5... Electric field modulator, 6...
Electrostatic shielding, 7... Output terminal, OPA... Operational amplifier, R1 to R5 , R N1 , R N2 ... Resistance, C1 to C3 , C N1 ,
C N2 ... Capacitor, Q 1 , Q 2 ... Transistor,
Q 3 , Q 4 ...FET, ZD 1 , ZD 2 ... Zener diode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 外部空間から全体を静電遮蔽する筐体と、前
記の筐体の一面に設けられているアパーチヤを通
して被測定体から発生される電界を検知する検知
電極と、この検知電極と前記のアパーチヤとの間
に設けられた電界変調器と、検知電極に接続され
た前置増幅器とを備えた非接触交流型電位計のプ
ローブであつて、検知電極と前置増幅器の入力部
とをコンデンサを介して接続し、また、導電的な
結合態様となされている前記の電界変調器と前記
の筐体とからなる部分と、前記の前置増幅器の出
力部とをコンデンサで接続し、さらに、導電的な
結合態様となされている電界変調器と筐体とから
なる前記の部分と、検知電極との一方のものに
は、高内部インピーダンスを有する直流電源から
固定の直流電位を与え、前記他方のものには高内
部インピーダンスを有する直流電源から直流電位
を可変調節して与えるようにしてなる非接触交流
型電位計のプローブ。
1 A casing that electrostatically shields the entire body from external space, a detection electrode that detects an electric field generated from the object to be measured through an aperture provided on one side of the casing, and a combination of the detection electrode and the aperture. A non-contact AC electrometer probe comprising an electric field modulator provided between the two and a preamplifier connected to the sensing electrode, the sensing electrode and the input part of the preamplifier being connected through a capacitor. Further, a part consisting of the electric field modulator and the housing, which are electrically coupled in a conductive manner, and the output section of the preamplifier are connected by a capacitor, and A fixed DC potential is applied from a DC power supply having a high internal impedance to one of the above-mentioned parts, which are made up of the electric field modulator and the housing, which are coupled in a certain manner, and the detection electrode, and the other part is connected to the detection electrode. This is a non-contact AC electrometer probe that provides a variably adjusted DC potential from a DC power source with high internal impedance.
JP15828379A 1979-12-05 1979-12-05 Probe of noncontact alternating current type electrometer Granted JPS5679959A (en)

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