(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界の変動を検出する電界変動検出回路において、
互いのゲート同士が電気的に接続されたＰチャネルＦＥＴ及びＮチャネルＦＥＴを有し、前記ゲート同士を接続した箇所をアンテナとし、前記ＰチャネルＦＥＴのソースと前記ＮチャネルＦＥＴのソースとを接続した箇所を出力端子とした検出部と、
前記ＰチャネルＦＥＴおよび前記ＮチャネルＦＥＴを駆動させる駆動用の直流電源と、
前記検出部の前記出力端子に接続され、コンプリメンタリ接続された増幅素子による増幅部と、を具備する単位検出回路が、３つ設けられており、
各前記単位検出回路における前記増幅部の出力端子が、デルタ結線されており、
該デルタ結線された各辺には、電流方向を検出する電流方向検出部が設けられていることを特徴とする電界変動検出回路。
【請求項２】
各前記電流方向検出部は、
互いのアノードとカソードを接続させて並列になった２つのＬＥＤからなることを特徴とする請求項１記載の電界変動検出回路。
【請求項３】
互いのゲート同士が電気的に接続された前記ＰチャネルＦＥＴ及び前記ＦチャネルＦＥＴは、
インバータＩＣが用いられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電界変動検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界の変動を検出する回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界の変動を検出する装置として、雷の接近を検出するための装置に用いられていることが知られている（例えば特許文献１、特許文献２）。
特許文献１では、雷雲の前駆放電により放出される電界の変動を検出する測定器として金属円盤製電界アンテナとその測定信号を増幅する増幅器とを有することが記載されている。
【０００３】
特許文献２では、電界の変動を検出する構成として、雷電波がアンテナに到達すると、タンク回路で保持し、判定回路によって判定する旨の記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２３５０８２号公報
【特許文献２】特開２００６−１４５４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電界の変動を検出する装置としては、上述したように単にアンテナで受信した信号を増幅しているだけのものに過ぎず、どちらの方向において電界が変動しているのか、その方向性の判断がすることができないという課題がある。
【０００６】
そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、電界が変動している向きを検出可能な電界変動検出回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するため次の構成を備える。すなわち、本発明にかかる電界変動検出回路によれば、電界の変動を検出する電界変動検出回路において、互いのゲート同士が電気的に接続されたＰチャネルＦＥＴ及びＮチャネルＦＥＴを有し、前記ゲート同士を接続した箇所をアンテナとし、前記ＰチャネルＦＥＴのソースと前記ＮチャネルＦＥＴのソースとを接続した箇所を出力端子とした検出部と、前記ＰチャネルＦＥＴおよび前記ＮチャネルＦＥＴを駆動させる駆動用の直流電源と、前記検出部の前記出力端子に接続され、コンプリメンタリ接続された増幅素子による増幅部と、を具備する単位検出回路が、３つ設けられており、各前記単位検出回路における前記増幅部の出力端子が、デルタ結線されており、該デルタ結線された各辺には、電流方向を検出する電流方向検出部が設けられていることを特徴としている。
この構成を採用することによる作用は以下の通りであると考えられる。まず、単位検出回路ごとの動作を考える。例えば、周囲の電界変動によってアンテナに正負いずれかの電荷が生じた場合には、その電荷により、Ｐチャネル又はＮチャネルＦＥＴがオンになり、検出部から出力信号が出力されるか又は検出部へ出力信号が引き込まれる。
検出部からの出力信号は増幅部によって増幅されてデルタ結線された部位に出力されるか又はデルタ結線された部位から引き込まれる。デルタ結線では、入力された出力信号は、２方向に分かれてデルタ結線内の２辺を流れる。また増幅部に引き込まれる出力信号は、デルタ結線内の２辺から増幅部に引き込まれる。したがって、２つの電流方向検出部によって電流が流れた方向が判明すれば、その２辺の上流側に位置するアンテナで正負いずれかの電荷を検出したことがわかり、電界変動があった方向が当該アンテナの方向であると判断することができる。
【０００８】
また、各前記電流方向検出部は、互いのアノードとカソードを接続させて並列になった２つのＬＥＤからなることを特徴としてもよい。
【０００９】
また、互いのゲート同士が電気的に接続された前記ＰチャネルＦＥＴ及び前記ＦチャネルＦＥＴは、インバータＩＣが用いられていることを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電界変動検出回路によれば、電界変動があった方向を判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る電界変動検出回路の概略構成を示す回路図である。
【図２】電界変動検出回路の具体的構成を示す回路図である。
【図３】１つの単位検出回路で正電荷を検出した場合の動作を示す回路図である。
【図４】１つの単位検出回路で負電荷を検出した場合の動作を示す回路図である。
【図５】２つの単位検出回路で正電荷を検出した場合の動作を示す回路図である。
【図６】２つの単位検出回路で負電荷を検出した場合の動作を示す回路図である。
【図７】２つの単位検出回路でそれぞれ異なる電荷を検出した場合の動作を示す回路    図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る電界変動検出回路の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本実施形態の概略構成を示す回路図である。
電界変動検出回路３０は、３つの単位検出回路３３ａ，３３ｂ，３３ｃと、各単位検出回路３３ａ，３３ｂ，３３ｃの出力端子３９ａ，３９ｂ，３９ｃをデルタ結線しているデルタ結線部５０と、を有している。
【００１３】
また、各単位検出回路３３ａ，３６ｂ，３６ｃは、それぞれ電界変動を検出する検出部２９ａ，２９ｂ，２９ｃと、検出した信号を増幅する増幅部４０ａ，４０ｂ，４０ｃとを有する。
各検出部２９ａ，２９ｂ，２９ｃにはアンテナ３６ａ，３６ｂ，３６ｃが接続されている。アンテナ３６ａ〜３６ｃとしては、線状の金属導体であればよいが、金属導体の周囲に合成樹脂を被覆したものであってもよい。
【００１４】
なお、本実施形態では、各単位検出回路３３ａ，３３ｂ，３３ｃのアンテナ３６ａ，３６ｂ，３６ｃのそれぞれについて、互いに平面視１２０°の角度間隔をあけて配置している。このため、電界変動検出回路３０を平面視した場合に、回路の周囲３６０°についての検出が行える。
【００１５】
次に、図２に基づいて単位検出回路の回路構成の説明をする。ただし、図２では３つの単位検出回路のうちの１つのみの回路構成を図示し、他の２つは省略しているが、３つの単位検出回路はすべて同じ回路構成を採用する。
【００１６】
検出部２９は、ＮチャネルＦＥＴであるＦＥＴ１と、ＰチャネルＦＥＴであるＦＥＴ２と、両ＦＥＴを駆動させる直流電源３４とを有している。ＦＥＴ１とＦＥＴ２はコンプリメンタリ接続されており、ＦＥＴ１のゲートとＦＥＴ２のゲートはアンテナ３６に接続されている。
【００１７】
ＦＥＴ１のドレインは、直流電源３４の正極に接続され、ＦＥＴ２のドレインは、直流電源３４の負極に接続されている。ＦＥＴ１及びＦＥＴ２のソースは後段の増幅部への出力端子として接続されている。
【００１８】
なお、コンプリメンタリ接続したＦＥＴ１とＦＥＴ２としては、インバータＩＣを採用してもよい。例えば、東芝社製のＣＭＯＳデジタル集積回路であるＴＣ７４ＨＣＵ０４シリーズを採用することができる。ＴＣ７４ＨＣＵ０４シリーズは、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴとＮチャネルＭＯＳＦＥＴをコンプリメンタリ接続したインバータを採用しているため、本実施形態の電界検出に用いることができる。
【００１９】
電界変動が生じると、アンテナ３６に正電荷又は負電荷のいずれかが生じる。
アンテナ３６に正電荷が生じると、コンプリメンタリ接続された２つのＦＥＴのうちのＮチャネルのＦＥＴ１がオンになって、ＦＥＴ１のドレイン−ソース間に出力信号が流れて後段に出力される。
アンテナ３６に負電荷が生じると、コンプリメンタリ接続された２つのＦＥＴのうちのＰチャネルのＦＥＴ２がオンになって、ＦＥＴ２のソース−ドレイン間に後段から引き込まれた出力信号が流れる。
【００２０】
コンプリメンタリ接続されたＦＥＴ１及びＦＥＴ２の出力端子の後段には、増幅部４０が設けられている。
増幅部４０は、ダーリントン接続されたバイポーラトランジスタをコンプリメンタリ接続している。
すなわち、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２の出力端子は、分岐してＰＮＰトランジスタＱ１及びＮＰＮトランジスタＱ２のベースに接続されている。また、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２の出力端子は、抵抗Ｒ１を介してトランジスタＱ１のベースに接続され、抵抗Ｒ２を介してトランジスタＱ２のベースに接続されている。
【００２１】
ＰＮＰトランジスタＱ１のエミッタには、直流電源４１の正極が接続されており、コレクタにはＮＰＮトランジスタＱ３のベースが接続されている。
ＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタには、直流電源４１の負極が接続されており、コレクタにはＰＮＰトランジスタＱ４のベースが接続されている。
またＮＰＮトランジスタＱ３のコレクタには、直流電源４５の正極が接続されている。ＰＮＰトランジスタＱ４のコレクタには、直流電源４５の負極が接続されている。
【００２２】
このような増幅部４０においては、検出部２９から出力信号が入力された場合（すなわちアンテナ３６で正電荷を検出したとき）にはトランジスタＱ１とＱ３が動作し、検出部２９へ出力信号が引き込まれた場合（すなわちアンテナ３６で負電荷を検出したとき）にはトランジスタＱ２とＱ４が動作する。
【００２３】
ＮＰＮトランジスタＱ３のエミッタとＰＮＰトランジスタＱ４のエミッタとが接続されて出力端子３９ａとなっている。この増幅部４０の出力端子３９ａは、デルタ結線部５０の３つの頂点のうちのいずれかに接続されている。
【００２４】
次にデルタ結線部５０について説明する。
デルタ結線部５０は、３つの単位検出回路３３ａ，３３ｂ，３３ｃの出力端子３９ａ，３９ｂ，３９ｃをその頂点とし、各辺には電流方向検出部５２ａ，５２ｂ，５２ｃが設けられている。
【００２５】
なお、本実施形態では、電流方向検出部５２ａ〜５２ｃとして、２つのＬＥＤの互いのアノードとカソードを接続させて並列に配置したものを採用している。
このような電流方向検出部５２ａ〜５２ｃにすることによって、各辺に２つのＬＥＤいずれかが点灯することで、当該辺においてどちらの方向に電流が流れたかを判断することができる。
【００２６】
なお、電流方向検出部５２ａ〜５２ｃとしては、この辺に流れる電流方向の向きを検出できるものであればよく、例えば検流計を採用することができる。
アナログの検流計であれば、電流の方向によって針が正負いずれかの方向に振れるので、電流方向を検出することができる。
【００２７】
続いて、電界変動検出回路３０全体の動作について、図３〜図５に基づいて説明する。
まず、アンテナ３６ａに正電荷が生じた場合について、図３に基づいて説明する。
単位検出回路３３ａのアンテナ３６ａ近傍に電界の変動が生じてアンテナ３６ａに正電荷が生じると、アンテナ３６ａへＦＥＴ１のゲートから負電荷が移動するため、ＦＥＴ１がオンになる。
このため、ＦＥＴ１から増幅部４０ａに出力信号が出力される。出力信号は、増幅部４０ａのトランジスタＱ２をオンとすることで、トランジスタＱ４をオンとする。したがってトランジスタＱ４のエミッタからコレクタ間に出力信号が流れる。
【００２８】
増幅部４０ａの出力端子３９ａへ向けて出力信号が流れるということは、デルタ結線部５０において、電流方向検出部５２ａ及び５２ｂの双方が出力端子３９ａ方向に電流が流れるということである。図３では、カソードが出力端子３９ａに接続されている２つのＬＥＤが点灯しているところを示している。
このように、３本のアンテナのうちいずれか１つのアンテナに正電荷が生じた場合には、該当するアンテナを有する単位検出回路の出力端子に向けて電流が流れることで、いずれの方向で電界変動があったかを判断することができる。
【００２９】
次に、アンテナ３６に負電荷が生じた場合について、図４に基づいて説明する。
単位検出回路３３ａのアンテナ３６ａ近傍に電界の変動が生じてアンテナ３６ａに負電荷が生じると、アンテナ３６ａからＦＥＴ２のゲートへ負電荷が移動するため、ＦＥＴ２がオンになる。
このため、増幅部４０ａからＦＥＴ２のソース−ドレイン間に向けて出力信号が出力される。また、この出力信号は、増幅部４０ａのトランジスタＱ１をオンとし、トランジスタＱ３をオンとする。したがってトランジスタＱ３のコレクタからエミッタ間に出力信号が流れる。
【００３０】
増幅部４０ａの出力端子３９ａから、デルタ結線部５０へ向けて出力信号が流れるということは、デルタ結線部５０において、電流方向検出部５２ａ及び５２ｂの双方が出力端子３９ａから出る方向に電流が流れるということである。図４では、アノードが出力端子３９ｂに接続されているＬＥＤが点灯しているところを示す。
このように、３本のアンテナのうちいずれか１つのアンテナに負電荷が生じた場合には、該当するアンテナを有する単位検出回路の出力端子から電流が流れ出すことで、いずれの方向で電界変動があったかを判断できる。
【００３１】
次に、２つの単位検出回路で電界変動が生じた場合について説明する。
例えば、図５に示すように、アンテナ３６ａとアンテナ３６ｃの双方で正電荷を検出した場合、デルタ結線部５０において、出力端子３９ａ方向に電流が流れ、且つ出力端子３９ｃ方向に電流が流れる。
すなわち、電流方向検出部５２ｂでは出力端子３９ａ方向に電流が流れ、且つ電流方向検出部５２ｃでは出力端子３９ｃ方向に電流が流れる。出力端子３９ａと出力端子３９ｃとを接続している電流方向検出部５２ａにおいては、反対対向に電流が流れようとするため電流方向検出部５２ａでは電流が流れない。
【００３２】
なお、この状態は、アンテナ３６ｂにおいて負電荷が検出された状態と同じである。つまり、アンテナ３６ｂにおいて負電荷が検出されると出力端子３９ｂから電流方向検出部５２ｂと５２ｃに電流が流れるためである。
【００３３】
ただし、アンテナ３６ａにおける正電荷量とアンテナ３６ｃにおける正電荷量が全く同じ電荷量であれば、このように電流方向検出部５２ａでは電流が流れないが、電荷量が異なれば電荷量が多い単位検出回路に向けて電流方向検出部５２ａでは電流が流れる。
【００３４】
図５では、電流方向検出部５２ａでは両方のＬＥＤが点灯せず、電流方向検出部５２ｂではカソードが出力端子３９ａに接続されているＬＥＤが点灯し、電流方向検出部５２ｃではカソードが出力端子３９ｃに接続されているＬＥＤが点灯しているところを示している。
【００３５】
次に、アンテナ３６ａとアンテナ３６ｃの双方で負電荷を検出した場合について図６に基づいて説明する。
例えば、アンテナ３６ａとアンテナ３６ｃの双方で負電荷を検出した場合、デルタ結線部５０において、出力端子３９ａから電流が流れ、且つ出力端子３９ｃから電流が流れる。
すなわち、電流方向検出部５２ｂでは出力端子３９ｂ方向に電流が流れ、且つ電流方向検出部５２ｃでは出力端子３９ｂ方向に電流が流れる。出力端子３９ａと出力端子３９ｃとを接続している電流方向検出部５２ａにおいては、反対対向に電流が流れようとするため電流方向検出部５２ａでは電流が流れない。
【００３６】
なお、この状態は、アンテナ３６ｂにおいて正電荷が検出された状態と同じである。つまり、アンテナ３６ｂにおいて正電荷が検出されると出力端子３９ｂに向けて電流方向検出部５２ｂ及び５２ｃに電流が流れるためである。
【００３７】
ただし、アンテナ３６ａにおける負電荷量とアンテナ３６ｃにおける負電荷量が全く同じ電荷量であれば、このように電流方向検出部５２ａでは電流が流れないが、電荷量が異なれば電荷量が多い単位検出回路から少ない単位検出回路方向に向けて電流方向検出部５２ａでは電流が流れる。
【００３８】
図６では、電流方向検出部５２ａでは両方のＬＥＤが点灯せず、電流方向検出部５２ｂではアノードが出力端子３９ａに接続されているＬＥＤが点灯し、電流方向検出部５２ｃではアノードが出力端子３９ｃに接続されているＬＥＤが点灯しているところを示している。
【００３９】
次に、アンテナ３６ａとアンテナ３６ｃの双方で正負が異なる電荷を検出した場合について、図７に基づいて説明する。
例えば、アンテナ３６ａで正電荷が検出され、アンテナ３６ｃで負電荷が検出された場合、デルタ結線部５０においては、出力端子３９ａに向けて電流が流れ、且つ出力端子３９ｃから電流が流れる。
すなわち、電流方向検出部５２ｂでは出力端子３９ａ方向に電流が流れ、且つ電流方向検出部５２ｃでは出力端子３９ｂ方向に電流が流れる。出力端子３９ａと出力端子３９ｃとを接続している電流方向検出部５２ａにおいては、電流の方向が一致し、出力端子３９ａに向けて電流が流れる。
【００４０】
図７では、電流方向検出部５２ａではアノードが出力端子３９ｃに接続されているＬＥＤが点灯し、電流方向検出部５２ｂではカソードが出力端子３９ａに接続されているＬＥＤが点灯し、電流方向検出部５２ｃではアノードが出力端子３９ｃに接続されているＬＥＤが点灯しているところを示している。
【００４１】
このように、２方向で電界変動が検出された場合、２方向で同一極性且つ同一電荷量が検出されたときには、各電流方向検出部の検出結果が１方向で違う極性の電荷を検出した場合と同じ検出結果となる。
しかしながら、２方向で完全に同一電荷量となるケースは少ないと考えられるため、２方向で同一極性の電荷が検出された場合であってもその方向を検出することができる。
【００４２】
本発明における電界変動検出器は、例えば畑に設置して害獣の接近方向を検出したり、あるいは雷の接近方向を検出する場合等に用いることができる。
【００４３】
以上、本発明につき好適な実施形態を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。
【符号の説明】
【００４４】
２９ａ，２９ｂ，２９ｃ        検出部
３０  電界変動検出回路
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ        単位検出回路
３４  直流電源
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ        アンテナ
３９ａ，３９ｂ，３９ｃ        出力端子
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ        増幅部
４１  直流電源
４５  直流電源
５０  デルタ結線部
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ        電流方向検出部
【図１】
0006755717.tif 000002
【図２】
0006755717.tif 000003
【図３】
0006755717.tif 000004
【図４】
0006755717.tif 000005
【図５】
0006755717.tif 000006
【図６】
0006755717.tif 000007
【図７】
0006755717.tif 000008