表面電位傳感器 EFS系列

表面電位傳感器的結(jié)構(gòu)

探頭部位是檢測(cè)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(dòng)板)及驅(qū)動(dòng)其的壓電器件、用于檢測(cè)表面電位的檢測(cè)電極、阻抗轉(zhuǎn)換用前置放大器部位(檢測(cè)電路)構(gòu)成(圖1)。該小型壓電執(zhí)行器控制機(jī)構(gòu)是感應(yīng)的重要部分，其放置在用于屏蔽外來(lái)噪音的小型金屬屏蔽罩中，并安裝在復(fù)印機(jī)內(nèi)部，且開(kāi)設(shè)于檢測(cè)電極面上部的小窗與感光鼓表面對(duì)面相向。

圖1探頭結(jié)構(gòu)

表面電位檢測(cè)的必要性

通常情況下，靜電復(fù)印機(jī)按以下流程進(jìn)行復(fù)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(dǎo)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(zhuǎn)?。焊街诟泄夤纳系奶挤坜D(zhuǎn)印至紙上。

5) 定影：轉(zhuǎn)印至紙上的碳粉通過(guò)熱量溶融并固定。

6) 清掃：轉(zhuǎn)印后，除去感光體上殘留的碳粉，返回初始狀態(tài)。

為始終保持最佳狀態(tài)的畫質(zhì)品位，其重點(diǎn)在于優(yōu)化附著于感光鼓的碳粉量。
為此，在上述流程3）的顯影時(shí)間點(diǎn)，需要始終將感光鼓的帶電狀態(tài)保持在事先設(shè)置的最佳值狀態(tài)。因此，在6)清掃后需要立即準(zhǔn)確檢測(cè)鼓表面電位，并需要帶有控制1)所述帶電(電暈放置)強(qiáng)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(yōu)化控制的概念

表面電位傳感器將檢測(cè)到的表面電位水平作為電壓信號(hào)，通過(guò)處理電路傳遞至CPU(a)，CPU接收到之后對(duì)高電壓發(fā)生器進(jìn)行控制(b)。帶電器對(duì)發(fā)生的電暈放電強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整(c)。也就是說(shuō)，即使感光鼓表面的帶電特性中發(fā)生因環(huán)境導(dǎo)致的變化或老化，感光鼓的帶電狀態(tài)也可通過(guò)這一系列的檢測(cè)及控制流程，保持在優(yōu)化為高品質(zhì)圖像的水平。 當(dāng)然，決定該控制系統(tǒng)的能力與可靠性的因素是表面電位傳感器的檢測(cè)精度以及輸出穩(wěn)定性，但由于需要推進(jìn)提高復(fù)印速度，因此對(duì)其響應(yīng)速度的要求也越來(lái)越高。

EFS系列的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

EFS系列通過(guò)獨(dú)特的高穩(wěn)定輸出電路將檢測(cè)輸出(0?4.5V)的變動(dòng)范圍控制在±0.05V以下，使檢測(cè)響應(yīng)速度達(dá)到符合高速機(jī)要求的11msec.(typ.)。此外，可設(shè)置檢測(cè)距離也擴(kuò)大至1.5?3.5mm。在該范圍內(nèi)，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(fā)揮優(yōu)秀的輸出穩(wěn)定性。

表面電位檢測(cè)機(jī)制

構(gòu)成探頭的執(zhí)行器部位與檢測(cè)電路之間的關(guān)系將通過(guò)圖3所示感光鼓表面帶負(fù)電的模型進(jìn)行說(shuō)明。

圖3探頭的檢測(cè)電路模型

距離感光鼓表面數(shù)毫米距離位置，并且與其相向的探頭內(nèi)檢測(cè)電極面中，通過(guò)以空氣為媒介的靜電耦合(圖中以紅色標(biāo)識(shí)的電力線)，使其產(chǎn)生于感光鼓表面所帶負(fù)電荷(被小窗與電力線屏蔽翼切割出來(lái)的面積部分的電荷)等效的正電荷。
在此狀態(tài)下，對(duì)連接于斬波器底部的壓電器件附加驅(qū)動(dòng)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(huì)因附加于斬波器上的彎曲應(yīng)力而進(jìn)行周期性開(kāi)關(guān)。
通過(guò)該屏蔽翼的規(guī)則性開(kāi)關(guān)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)探頭屏蔽罩上所開(kāi)小窗的電力線量，即檢測(cè)電極面上產(chǎn)生的電荷量也會(huì)發(fā)生周期性增減，因此從電路方面來(lái)看，可將其等效視為容量發(fā)生周期性增減的可變電容器。以下將對(duì)該變化情況進(jìn)行更為詳細(xì)的說(shuō)明。

檢測(cè)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(fù)進(jìn)行中點(diǎn)→開(kāi)max.→中點(diǎn)→關(guān)min.→中點(diǎn)的周期性開(kāi)關(guān)運(yùn)動(dòng)，連接感光鼓被測(cè)定面與檢測(cè)電極間的電力線數(shù)量也會(huì)根據(jù)該周期進(jìn)行增減。

圖4電力線屏蔽翼的開(kāi)關(guān)運(yùn)動(dòng)與耦合容量的變化

斬波器驅(qū)動(dòng)周期與耦合容量的變化

通過(guò)前述(圖3)"探頭的檢測(cè)電流模型"來(lái)觀察該一系列的變化可見(jiàn)，通過(guò)電力線屏蔽翼開(kāi)關(guān)而在檢測(cè)電極面上產(chǎn)生的周期性電位變化將通過(guò)阻抗轉(zhuǎn)換用前置放大器內(nèi)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(zhǔn)電位之間產(chǎn)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(cè)定面的對(duì)地電位Ve成正比。 同時(shí)，此時(shí)在斬波器振幅與前置放大器交流輸出之間會(huì)形成以下關(guān)系，即：

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

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

而斬波器的振幅穩(wěn)定性將左右感應(yīng)精度。

反饋電路形成的穩(wěn)定輸出

為此，為解決這一基本課題，通過(guò)應(yīng)用獨(dú)有的反饋電路，使非檢測(cè)電極的探頭構(gòu)成元件電位與檢測(cè)電位保持相同，從而確保穩(wěn)定的檢測(cè)精度。該概念將通過(guò)如圖5所示的電路方框圖流程的進(jìn)行說(shuō)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(zhuǎn)換用前置放大器上作為交流電壓提取的檢測(cè)信號(hào)通過(guò)交流放大→同步檢波→積分電路，并通過(guò)絕緣變壓器進(jìn)行高壓放大，從而反饋至探頭基準(zhǔn)電位。
通過(guò)該負(fù)反饋，檢測(cè)信號(hào)將被無(wú)限控制于零點(diǎn)，同時(shí)反饋電壓將與被測(cè)定電壓相等。即，通過(guò)應(yīng)用該獨(dú)有電路，即使在斬波器振幅或檢測(cè)距離中發(fā)生變動(dòng)時(shí)，也可以得到不受這些因素影響的高可靠性被測(cè)定電位（反饋電位）。
同時(shí)，通過(guò)該反饋操作被調(diào)整為與探頭相同值的高壓輸出，會(huì)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(guò)緩沖部位從傳感器輸出，但其變動(dòng)幅度被抑制在±0.05V以下。
此外，通過(guò)應(yīng)用該高穩(wěn)定化電路，可以解決以往模擬輸出型依賴輸出電壓檢測(cè)距離以及依賴周圍溫度等無(wú)法避免的問(wèn)題，并達(dá)到了世界頂級(jí)水平的高穩(wěn)定檢測(cè)性能，其中，感光鼓表面-探頭檢測(cè)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(shí)現(xiàn)了11ms的超高相應(yīng)性能。