表面電位傳感器 EFS系列

表面電位傳感器的結構

探頭部位是檢測感光鼓表面電位的"眼睛"，其由帶有電力線屏蔽翼的斬波器(音叉型振動板)及驅動其的壓電器件、用于檢測表面電位的檢測電極、阻抗轉換用前置放大器部位(檢測電路)構成(圖1)。該小型壓電執行器控制機構是感應的重要部分，其放置在用于屏蔽外來噪音的小型金屬屏蔽罩中，并安裝在復印機內部，且開設于檢測電極面上部的小窗與感光鼓表面對面相向。

圖1探頭結構

表面電位檢測的必要性

通常情況下，靜電復印機按以下流程進行復印。

1) 帶電：帶電器的電暈放電使感光鼓表面整體均勻帶電。

2) 曝光：曝光部分呈導電性，表面的電荷逃離并消失。

3) 顯影：帶電的碳粉附著于潛像上，得到可視圖像。

4) 轉印：附著于感光鼓上的碳粉轉印至紙上。

5) 定影：轉印至紙上的碳粉通過熱量溶融并固定。

6) 清掃：轉印后，除去感光體上殘留的碳粉，返回初始狀態。

為始終保持最佳狀態的畫質品位，其重點在于優化附著于感光鼓的碳粉量。
為此，在上述流程3）的顯影時間點，需要始終將感光鼓的帶電狀態保持在事先設置的最佳值狀態。因此，在6)清掃后需要立即準確檢測鼓表面電位，并需要帶有控制1)所述帶電(電暈放置)強度的功能。其功能與控制的概要如圖2所示。

圖2表面電位優化控制的概念

表面電位傳感器將檢測到的表面電位水平作為電壓信號，通過處理電路傳遞至CPU(a)，CPU接收到之后對高電壓發生器進行控制(b)。帶電器對發生的電暈放電強度進行調整(c)。也就是說，即使感光鼓表面的帶電特性中發生因環境導致的變化或老化，感光鼓的帶電狀態也可通過這一系列的檢測及控制流程，保持在優化為高品質圖像的水平。 當然，決定該控制系統的能力與可靠性的因素是表面電位傳感器的檢測精度以及輸出穩定性，但由于需要推進提高復印速度，因此對其響應速度的要求也越來越高。

EFS系列的優勢與應用優點

EFS系列通過獨特的高穩定輸出電路將檢測輸出(0?4.5V)的變動范圍控制在±0.05V以下，使檢測響應速度達到符合高速機要求的11msec.(typ.)。此外，可設置檢測距離也擴大至1.5?3.5mm。在該范圍內，輸出電壓的變化較小，即使在周圍溫度變化的情況下，也能發揮優秀的輸出穩定性。

表面電位檢測機制

構成探頭的執行器部位與檢測電路之間的關系將通過圖3所示感光鼓表面帶負電的模型進行說明。

圖3探頭的檢測電路模型

距離感光鼓表面數毫米距離位置，并且與其相向的探頭內檢測電極面中，通過以空氣為媒介的靜電耦合(圖中以紅色標識的電力線)，使其產生于感光鼓表面所帶負電荷(被小窗與電力線屏蔽翼切割出來的面積部分的電荷)等效的正電荷。
在此狀態下，對連接于斬波器底部的壓電器件附加驅動電壓后，該圖中，壓電器件將沿縱向伸縮，而頂端部的電力線屏蔽翼將會因附加于斬波器上的彎曲應力而進行周期性開關。
通過該屏蔽翼的規則性開關運動，通過探頭屏蔽罩上所開小窗的電力線量，即檢測電極面上產生的電荷量也會發生周期性增減，因此從電路方面來看，可將其等效視為容量發生周期性增減的可變電容器。以下將對該變化情況進行更為詳細的說明。

檢測部的工作模型

電力線屏蔽翼工作的模型如圖4所示。電力線屏蔽翼反復進行中點→開max.→中點→關min.→中點的周期性開關運動，連接感光鼓被測定面與檢測電極間的電力線數量也會根據該周期進行增減。

圖4電力線屏蔽翼的開關運動與耦合容量的變化

斬波器驅動周期與耦合容量的變化

通過前述(圖3)"探頭的檢測電流模型"來觀察該一系列的變化可見，通過電力線屏蔽翼開關而在檢測電極面上產生的周期性電位變化將通過阻抗轉換用前置放大器內部的輸入容量Ci與輸入電阻Ri的合成阻抗，在與電線層基準電位之間產生電荷出入。
最終可得知，前置放大器的交流輸出Vo與感光鼓被測定面的對地電位Ve成正比。 同時，此時在斬波器振幅與前置放大器交流輸出之間會形成以下關系，即：

1) 當感光鼓的對地電位Ve一定時，前置放大器的交流輸出與斬波器振幅呈正比；

2) 當斬波器振幅一定時，前置放大器的交流輸出與感光鼓的對地電位Ve呈正比。

而斬波器的振幅穩定性將左右感應精度。

反饋電路形成的穩定輸出

為此，為解決這一基本課題，通過應用獨有的反饋電路，使非檢測電極的探頭構成元件電位與檢測電位保持相同，從而確保穩定的檢測精度。該概念將通過如圖5所示的電路方框圖流程的進行說明。

圖5探頭＋基板部方框圖

該方式是將探頭電壓從地線層上分離，從阻抗轉換用前置放大器上作為交流電壓提取的檢測信號通過交流放大→同步檢波→積分電路，并通過絕緣變壓器進行高壓放大，從而反饋至探頭基準電位。
通過該負反饋，檢測信號將被無限控制于零點，同時反饋電壓將與被測定電壓相等。即，通過應用該獨有電路，即使在斬波器振幅或檢測距離中發生變動時，也可以得到不受這些因素影響的高可靠性被測定電位（反饋電位）。
同時，通過該反饋操作被調整為與探頭相同值的高壓輸出，會在最終段的分壓電路中被處理為1/200的電壓值（0-4.5V)后通過緩沖部位從傳感器輸出，但其變動幅度被抑制在±0.05V以下。
此外，通過應用該高穩定化電路，可以解決以往模擬輸出型依賴輸出電壓檢測距離以及依賴周圍溫度等無法避免的問題，并達到了世界頂級水平的高穩定檢測性能，其中，感光鼓表面-探頭檢測電極間距離在1.5-3.5mm、周圍溫度變化在0～+50°C范圍中的輸出電壓變化率僅為1%以下。并且還實現了11ms的超高相應性能。