JPS6232370A - 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′１Ｒｆｆ！動子を用いた撮動容量型と
称されている表面電位検出装置の改良に関する。

［従来の技術］ 第８図は、従来の表面電位検出装置の一例を示す概略ブ
ロック図である。ここでは、圧電振動子として圧電音叉
１を用いた撮動容量型表面電位検出装置が示されている
。

圧電音叉１は、音叉発振回路２により励振される。また
、圧電音叉１には、振動容量コンデンサ３Ａを構成する
検出電極３が取付けられており、該検出電極３は、圧電
音叉１により加振されると、測定対象表面との間に形成
される容量の変化に応じた信号を出力する。検出電極３
の出力信号は、ＡＣ増幅回路４および出力回路５により
構成される表面電位検出信号処理部に与えられる。すな
わち、検出電極３の出力信号はＡＣ増幅回路４に与えら
れて増幅され、出力回路５より取出される。

第９図は、第８図に示した従来の表面電位検出装置の具
体的な電気回路図である。圧！！音叉１は、オペアンプ
１２より構成される音叉発振回路により励振される。検
出電極３からの出力は、電界効果トランジスタ１３のゲ
ートに与えられるａ電界効果トランジスタ１３は、検出
電極３の出力インピーダンスを変換し低インピーダンス
とする。

電界効果トランジスタ１３のソース出力は、カップリン
グ・コンデンサ１４を介してＡＣ増幅回路４に与えられ
るａＡＣ増幅回路４は、オペアンプ１５を含み、該オペ
アンプ１５の出力は、整流回路を構成するオペアンプ１
６の一方入力端に与えられる。整流回路は、このオペア
ンプ１６およびダイオード１７゜１８等により構成され
ており、入力された交流の信号を、直流に変換する。し
たがって、測定対象表面の表面電位に応じた出力信号は
、直流電位として出力される。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、測定対象表面によっては、表面電位の極性が
刻々と変化するものである。しかしながら、上記した従
来の表面電位検出装置では、表面電位の絶対値しか知る
ことがぐきす、その極性を知ることはできない。

そこで、この発明の目的は、表面電位の絶対値のみなら
ず極性をも判別することが可能な表面電位検出装Ｗｌ庖
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、圧電振動子と、該圧電
振動子を駆動するための発振回路と、圧電振動子に取付
けられた検出電極とを備えろ。また、検出Ｎ８ｉからの
出力信号を処理し、測定対象表面の電位に応じた信号を
出力する表面電位検出信号処理部を備える。ここまでは
、従来の振勅容襲型の表面電位検出装置と同様である。

さらに、この発明の装置では、特徴的構成としで、検出
電極由来の出力信号の位相と、発振回路の出力信号の位
相とを比較し、表面電位の極性を判別する、極性判別手
段が設けられでいる。

［作用］ 振動容量型表面電位検出装置では、検出電極から出力さ
れる、振動容量コンデンサの交流出力の位相は、圧電音
叉を駆動するための発振回路の出力の位相に対して、表
面電位の極性に応じ、同相または逆相となる。そこで、
この発明では、検出電極由来の交流出力信号の位相と、
圧電音叉を駆動するための発振回路の出力信号の位相と
を比較し、それによって表面電位の極性を判別する極性
判別手段を設％−Ｊることにより、表面電位の極性に応
じた出力信号が、表面電位の絶対値に応じた信号と別個
に取出され得る。

［実施例の説明］ 第１図は、この発明の一実施例の表面電位検出装置の概
略ブロック図である。ここでも、従来の表面電位検出装
置と同様に、振動容量コンデンサを構成している検出電
極２３の出力は表面電位検出信号処理部２４に与えられ
る。表面電位検出処理部２４は、ＡＣ増幅回路２５およ
び出力回路２６からなる。また、検出電極２３は、圧電
振動子としての圧電音叉２１に取付けられており、該圧
ＩＩ音叉２１Ｇ、ｔ、音叉発振回路２７により励振され
る。ここまでは、従来の表面電位検出装置と同様の構成
である。

この実施例の特黴は、＊性判別手段３１が設けられてい
ることにある。、極性判別手段３１は、ＡＣ増幅回路２
５に接続された移相回路３２と、移相回路３２からの出
力波形を整形する波形整形回路３３と、ｈ叉発振回路２
７の出力信号を波形整形づ“る波形整形回路３４と、両
波形整形回路３３゜３４の出力信号の位相を比較する論
理回路３５とを備える。

第１図に示した表面電位検出装置では、検出電極２３由
来の交流信号が、ＡＣ増幅回路２５から取出され、移（
Ｊ回路３２において移相され、波形整形回路３３にて波
形整形され、論理回路３５に与えられる。他方、音叉発
振回路２７の出力は、も′）一方の波形整形回路３４に
おいて波形整形されＣ論理回路３５に与えられる。論理
回路３５は、両波形整形回路３３．３４から与えられる
信号の位相を仕較し、表面電位の極性を判別する。

振動８最コンデンサの交流出力の位相は、圧電音叉２１
の駆動入力の位相に対し、表面電位の惨性に応じ、同相
または逆相となるため、上述のように論理回路３５によ
り検出電極２３由来の交流信号の位相と、音叉発振回路
２７の出力信号の位相を比較することにより、表面電位
の極性を知ることができるのである。

第２図は、第１図に示した表面電位検出装置の具体的電
気回路の一例を示す図である。ここでは、撮動容量コン
デンサ２３Ａを構成する検出電極２３は、インピーダン
ス変換回路を構成する電界効果トランジスタ４１のゲー
トに接続されている。

電界効果トランジスタ４１は、検出電極２３のかなり高
い出力インピーダンスを低下させる。電界効果トランジ
スタ４１のソース出力は、カップリング・コンデンサ４
２を介してオペアンプ４３を含むＡＣ増幅回路２５に与
えられる。このＡＣ増幅回路２５は、第９図に示した従
来の表面電位検出装置におけるＡＣ増幅回路４と同様に
構成されている。

ＡＣ増幅回路２５を構成するオペアンプ４３の出力は、
オペアンプ４４およびダイオード４５゜４６等で構成さ
れる整流回路に与えられ、直流信号にされ、出力回路を
構成するオペアンプ４６より、表面電位の絶対値に応じ
た直流電位信号が取出される。ここまでは、第９図に示
した従来の表面電位検出装置と同林の構成である。

この実１１＆例では、さらに、ＡＣ増幅回路２５を構成
しているオペアンプ４３の出力が、すなわち検出電極２
３由来の交流信号が、移相回路にも与えられる。移相回
路３２は微分回路と、比較器４７とから構成され、与え
られた交流信号の位相をずらせる。比較器４７の出力は
、さらに波形整形回路に与えられる。波形整形回路は、
抵抗４８とツェナーダイオード４９とバッフｒｒｃ５０
とからなり、ツェナーダイオードを通過した信号は、イ
ンピーダンス調整と波形整形のためのバッフ？ＴＣ５０
に与えられ、該バッファＩＣ５０の出力は、論理回路を
構成するアンドゲート５１の一方入力端に与えられる。

他方、圧電音叉２１の発振回路を構成しているオペアン
プ５３の出力信号は、もう一方の波形整形回路に与えら
れる。この波形整形回路は抵抗５４、ツェナーダイオー
ド５５およびバッファＩＣ５６からなり、ツェナーダイ
オード５５を通過した信号は、インピーダンス調整と波
形整形のためのバッフｒｒｃ５６に与えられ、該バッフ
ァＩＣ５６の出力は、論理回路を構成するアンドゲート
５１の他方入力端に与えられる。

次に、動作につき説明する。検出電極２３の出力信号は
、インピーダンス変換回路でインピーダンス変換され、
さらにＡＣ増幅回路を構成するオペアンプ４３において
増幅される。このオペアンプ４３の出力信号の波形は、
表面電位が＋１００ｏｖあるいは−１０００Ｖの場合を
例にとると、表面電位が正の場合には第３図（ａ　）と
なり、負の場合には第３図（ｂ）となる。すなわち、表
面電位の極性に応じ、ＡＣ増幅回路２５の出力波形は逆
転するのである。

オペアンプ４３の出力は、一方では、整流回路および出
力回路２６を経て表面電位の絶対値に応じた直流の電位
信号として取出される。これは、従来の表面電位検出装
置の場合と同様である。

他方、オペアンプ４３の出力波形は第３図に示したよう
に、正負両極に振れるため、微分回路および比較器４７
で構成される移相回路により位相をずらされ、かつ抵抗
４８およびツェナーダイオード４９で構成される波形整
形回路により整形される。したがって、アンドゲート５
１の一方入力端に入力される信号波形は、表面電位が正
の場合には第５図（ａ　）となり、表面電位が負の場合
には第５図（ｂ）に示すとおりとされる。

これに対して、圧電音叉２１を励振するために用いられ
ている音叉発振回路２７の出力波形は第４図に示すとお
りであり、こちらの出力信号は波形整形回路３４におい
て波形整形され、その結果アンドゲート５１の他方入力
端には、第６図に示す波形の信号が入力される。

そこで、アンドゲート５１は、表面電位が正の場合には
、第７図（ａ　）の論理信号がアンドゲート５１より出
力され、逆に負の場合には第７図（ｂ）に示す論理信号
が得られる。

なお、上記実施例では、圧電振動子として圧電音叉を用
いた場合につき説明したが、他の形状の圧電振動子を用
いることも可能であることは言うまでもない。

［発明の効果］ この発明では、検出電極由来の出力信号の位相と、圧電
振動子の駆動に用いられる発振回路の出力信号の位相と
を比較し、表面電位の極性を判別する、極性判別手段が
設けられているので、測定対象表面の電位の絶対値のみ
ならず、極性をも併せて測定することが可能となる。

よって、よりａｉｒｘな情報を供給することが可能な表
面電位検出装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の概略ブロック図、第２
図は第１図に示した実施例の具体的電気回路の一例を示
す図である。第３図は、ＡＣ増幅回路の出力波形を示す
図であり、第３図（ａ　）が表面電位が正の場合、（ｂ
）が負の場合を示す。 第４図は、圧電音叉発振回路の出力波形を示す図ある。 第５図は、移相回路および波形整形回路を通過した後の
出力波形を示ず図であり、第５（ａ）が表面電位が正の
場合を、第５図（ｂ）が角の場合を示す。第６図は、波
形整形回路を通過した漫の圧７Ｍ音叉発振回路の出力波
形を示す図である。 第７図は、極性判別手段の出力波形を示す図であり、第
７図（ａ　）は表面電位が正の場合、第７図（ｂ）は負
の場合を示す。第８図および第９図は、従来の表面電位
検出装置の一例を示す概略ブロック図および具体的な電
気回路図である。 図において、２１は圧電振動子としＣの圧ｆｆ１ｌ叉、
２３は検出Ｎ極、２４は表面電位検出信号処理部、２７
は発振回路、３１は極性判別手段、３２は移相回路、３
３．３４は波形整形回路、３５は論理回路を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電振動子と、圧電振動子を駆動するための発振
   回路と、圧電振動子に取付けられた検出電極と、検出電
   極からの出力信号を処理し、測定対象表面の電位に応じ
   た信号を出力する表面電位検出信号処理部とを備える、
   振動容量型表面電位検出装置において、 前記検出電極由来の出力信号の位相と、発振回路の出力
   信号の位相とを比較し、測定対象表面の電位の極性を判
   別する、極性判別手段がさらに設けられていることを特
   徴とする、表面電位検出装置。
2. （２）前記極性判別手段は、検出信号由来の出力信号の
   位相を移す移相回路と、 前記移相回路の出力信号と、前記発振回路の出力信号の
   位相とを比較する論理回路とを含む、特許請求の範囲第
   １項記載の表面電位検出装置。