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技術情報ACフィードバック表面電位計の測定原理

 TREK社は新技術(ACフィードバック)を用いて高精度、中速応答、距離依存性の無い電位センサーの開発に成功いたしました。
 この新しい特許技術は、従来技術であるプローブボディの電位を被測定面の電位と等しくする、所謂DCフィードバック方式と異なり、比較的小振幅のACレファレンス信号をプローブにフィードバックして測定をいたします。このACフィードバック方式は、特に+/―1,000V以上の電位を、高精度で、且つ経済的に測定するには極めて有効な手段であります。
 例えば、+/―10,000Vの静電電位を測定する場合、従来のDCフィードバック方ではプローブに+/―10,000VのDC電圧をフィードバックする必要がありますが、新しいACフィードバック方式では+/―10,000Vと言うような高電位を測定する場合でも数100Vの振幅を有するACレファレンス信号をプローブにフィードバックするだけで高精度の電位測定ができます。
 この新技術を用いて高精度で、且つ距離依存性の無い電位センサーを従来に比べ低価格で、又外形寸法も驚くほど小さな電位センサーを開発することに成功しました。

ACFB ESVMの動作原理図

 ACFB ESVMの動作原理を図14に示します。プローブ内の電極を振動させ試料表面電位の大きさに応じた変位電流をプローブ内電極に誘起させます。この変位電流を増幅することにより試料表面の電位情報を含んだ交流信号が得られます。ここまでは従来の表面電位計、静電電界計と全く同じです。ACアンプ回路によって変位電流の振幅、及び位相の情報を得、ACアンプは検出された変位電流信号と同一の振幅を持ち、位相が180°異なる交流信号を発生させプローブの電極にフィードバックします。もしこの機器内部で発生した交流電流が変位電流と振幅が同一で、且つ位相が正しく180°異なった信号であればプローブ内電極に誘起される信号はゼロとなり、内部で発生した交流信号は、位相差が既知の変位電流と考えられ、この信号は測定面の表面電位の大きさ、極性等の情報を含んでおります。即ち内部で発生した交流信号を位相検波することにより測定面の表面電位の情報を得ることができます。変位電流の大きさはプローブ内部の電極に誘起される電荷の密度に比例するのでプローブが置かれた点の電位の大きさとプローブの電極の大きさに比例します。ここで、電極の大きさは一定でありますので変位電流の大きさはプローブの置かれた点の電位の大きさのみに依存し、等電位面の傾きが緩やかであればプローブと測定面間の距離が変わっても誘起される変位電流の大きさに大きな変化は無く、従って距離依存性の無い表面電位測定が可能となります。



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