JP2010025918A - Voltage detection device and line voltage detection device - Google Patents

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Koichi Yanagisawa
浩一 柳沢
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect a voltage of a detection object having a high voltage, while avoiding use of a high breakdown voltage electronic component. <P>SOLUTION: This voltage detection device 1 for detecting an AC voltage V1 generated in the detection object 4 includes a detection electrode 22 disposed oppositely to the detection object 4; a current-voltage conversion circuit 23 wherein a noninverting input terminal is regulated at a reference voltage (voltage of a voltage signal V4), for converting into a detection voltage signal V2, a current signal I flowing between itself and a measuring object 4 through the detection electrode 22 with a current value corresponding to an AC potential difference Vdi between an IC voltage V1 and the reference voltage, and outputting the signal; an integration circuit 24 for integrating the detection voltage signal V2, and outputting an integration signal V3 whose amplitude is changed corresponding to the potential difference Vdi; a photocoupler 26 disposed on a subsequent stage of the integration circuit 24, for outputting the input integration signal V3 in the electrically insulated state; and a voltage generation circuit 34 for generating a voltage signal V4 by amplifying a signal based on the integration signal V3 to reduce the potential difference Vdi. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、検出対象体の電圧を検出する電圧検出装置、およびこの電圧検出装置を備えた線間電圧検出装置に関するものである。   The present invention relates to a voltage detection device that detects the voltage of a detection object, and a line voltage detection device that includes the voltage detection device.

この種の電圧検出装置として、特公平7−58297号公報に開示された非接触型電圧測定装置(以下、「電圧検出装置」ともいう)が知られている。この電圧検出装置は、検出対象体(試料)の電位の変化を非接触で読み取る非接触電位測定装置であって、先端が尖った金属針、この金属針を通してフィールドエミッション電流またはトンネル電流を検出してこの電流が一定になるように金属針に電圧を印加するフィードバック回路、および金属針の電圧を読み出す回路を備えている。この電圧検出装置では、金属針を検出対象体に近接させて保持すると、フィードバック回路によりフィールドエミッション電流またはトンネル電流が一定となるように金属針への印加電圧が制御される。したがって、このときの金属針の電圧は、検出対象体の電圧に追従するので、金属針の電圧を読み取ることにより検出対象体の電圧の変化を読み取ることが可能となっている。   As this type of voltage detection device, a non-contact voltage measurement device (hereinafter also referred to as “voltage detection device”) disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-58297 is known. This voltage detection device is a non-contact potential measurement device that reads changes in potential of a detection target (sample) in a non-contact manner, and detects a field emission current or a tunnel current through a metal needle with a sharp tip and this metal needle. A feedback circuit for applying a voltage to the metal needle so that the current of the lever is constant and a circuit for reading the voltage of the metal needle are provided. In this voltage detection device, when the metal needle is held close to the detection object, the voltage applied to the metal needle is controlled by the feedback circuit so that the field emission current or the tunnel current becomes constant. Therefore, since the voltage of the metal needle at this time follows the voltage of the detection object, it is possible to read the change in the voltage of the detection object by reading the voltage of the metal needle.

特公平7−58297号公報(第2頁、第1図)Japanese Patent Publication No. 7-58297 (2nd page, Fig. 1)

ところが、上記の電圧検出装置には、以下のような問題点がある。すなわち、この電圧検出装置では、検出対象体(試料)の電圧に追従して電圧が変化する金属針が、電流電圧変換器の入力端子に直接接続されている。このため、この電圧検出装置には、電圧の高い検出対象体に対して使用可能とするためには、高耐圧の演算増幅器、つまり高耐圧の電子部品を使用して電流電圧変換器を構成しなければならず、装置コストが上昇するという問題点が存在している。   However, the above voltage detection device has the following problems. That is, in this voltage detection apparatus, a metal needle whose voltage changes following the voltage of the detection object (sample) is directly connected to the input terminal of the current-voltage converter. Therefore, in order to make this voltage detection device usable for a detection object having a high voltage, a current-voltage converter is configured using a high-voltage operational amplifier, that is, a high-voltage electronic component. There is a problem that the cost of the apparatus increases.

本発明は、上記の問題を解決すべくなされたものであり、高耐圧の電子部品の使用を回避しつつ、高い電圧の検出対象体についてもその電圧を検出し得る(非接触型)電圧検出装置を提供することを主目的とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and can detect the voltage of a detection object having a high voltage (non-contact type) while avoiding the use of high-voltage electronic components. The main purpose is to provide a device.

上記目的を達成すべく請求項1記載の電圧検出装置は、検出対象体に生じている検出対象交流電圧を検出する電圧検出装置であって、前記検出対象体に対向して配設される検出電極と、第1の入力端子が基準電圧に規定されると共に、第2の入力端子が前記検出電極に直接または間接に接続されて、当該検出電極と当該第2の入力端子に接続された帰還回路とを含む経路において前記検出対象交流電圧と当該基準電圧との間の交流の電位差に応じた電流値で流れる検出電流を検出電圧信号に変換して出力する演算増幅器を有する電流電圧変換回路と、前記検出電圧信号を積分して前記電位差に応じて振幅が変化する積分信号を出力する積分回路と、前記積分回路の前段または後段に配設されて、前記検出電圧信号および前記積分信号のうちの一方を入力すると共に電気的に絶縁して出力する絶縁回路と、前記電位差が減少するように前記積分信号に基づく信号を増幅して前記基準電圧を生成する電圧生成回路とを備えている。   In order to achieve the above object, the voltage detection device according to claim 1 is a voltage detection device that detects a detection target AC voltage generated in a detection target body, and is a detection device disposed opposite to the detection target body. An electrode and a first input terminal are defined as a reference voltage, and a second input terminal is directly or indirectly connected to the detection electrode, and a feedback is connected to the detection electrode and the second input terminal. A current-voltage conversion circuit having an operational amplifier that converts a detection current flowing at a current value corresponding to an AC potential difference between the detection target AC voltage and the reference voltage into a detection voltage signal and outputs the detection voltage signal in a path including the circuit An integration circuit that integrates the detection voltage signal and outputs an integration signal whose amplitude changes in accordance with the potential difference, and is disposed in a front stage or a rear stage of the integration circuit, and includes the detection voltage signal and the integration signal. of It comprises an insulating circuit electrically insulate and outputs and inputs towards, and a voltage generating circuit for amplifying a signal based on the integration signal such that the potential difference is reduced to generate the reference voltage.

また、請求項2記載の電圧検出装置は、検出対象体に生じている検出対象交流電圧を検出する電圧検出装置であって、前記検出対象体に対向して配設される検出電極と、前記検出電極と基準電圧の部位との間に配設されると共に前記検出対象交流電圧と当該基準電圧との間の交流の電位差に応じた電流値で流れる検出電流を電圧信号に変換する検出部、および当該電圧信号をインピーダンス変換して検出電圧信号として出力する増幅器を有する電流電圧変換回路と、前記検出電圧信号を積分して前記電位差に応じて振幅が変化する積分信号を出力する積分回路と、前記積分回路の前段または後段に配設されて、前記検出電圧信号および前記積分信号のうちの一方を入力すると共に電気的に絶縁して出力する絶縁回路と、前記電位差が減少するように前記積分信号に基づく信号を増幅して前記基準電圧を生成する電圧生成回路とを備えている。   The voltage detection device according to claim 2 is a voltage detection device that detects a detection target alternating voltage generated in a detection target body, the detection electrode disposed to face the detection target body, A detector that is disposed between a detection electrode and a reference voltage portion and converts a detection current flowing at a current value corresponding to an AC potential difference between the detection target AC voltage and the reference voltage into a voltage signal; And a current-voltage conversion circuit having an amplifier that impedance-converts the voltage signal and outputs it as a detection voltage signal, an integration circuit that integrates the detection voltage signal and outputs an integration signal whose amplitude changes according to the potential difference, An insulation circuit that is arranged in a preceding stage or a subsequent stage of the integration circuit and inputs one of the detection voltage signal and the integration signal and electrically insulates the output, and the potential difference is reduced. Amplifies the signal based on sea urchin said integration signal and a voltage generation circuit for generating the reference voltage.

また、請求項3記載の電圧検出装置は、検出対象体に生じている検出対象交流電圧を検出する電圧検出装置であって、前記検出対象体に対向して配設される検出電極と、第1の入力端子が基準電圧に規定されると共に、第2の入力端子が前記検出電極に直接または間接に接続されて、当該検出電極と当該第2の入力端子に接続された帰還回路とを含む経路において前記検出対象交流電圧と当該基準電圧との間の交流の電位差に応じた電流値で流れる検出電流を積分することにより、当該電位差に応じて振幅が変化する積分信号を出力する演算増幅器を有する積分回路と、前記積分信号を入力すると共に電気的に絶縁して出力する絶縁回路と、前記電位差が減少するように前記積分信号に基づく信号を増幅して前記基準電圧を生成する電圧生成回路とを備えている。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a voltage detection device for detecting a detection target alternating voltage generated in a detection target body, wherein the detection electrode disposed opposite to the detection target body, The first input terminal is defined as a reference voltage, and the second input terminal is connected directly or indirectly to the detection electrode, and includes a detection circuit and a feedback circuit connected to the second input terminal. An operational amplifier that outputs an integration signal whose amplitude changes according to the potential difference by integrating a detection current flowing at a current value corresponding to the AC potential difference between the detection target AC voltage and the reference voltage in the path. An integration circuit having an integration circuit that receives the integration signal and electrically insulates and outputs the signal; and a voltage generator that amplifies a signal based on the integration signal to reduce the potential difference and generates the reference voltage And a road.

また、請求項4記載の電圧検出装置は、請求項1から3のいずれかに記載の電圧検出装置において、前記絶縁回路は、光絶縁素子および/またはトランスを備えて構成されている。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the voltage detecting device according to any one of the first to third aspects, wherein the insulating circuit includes an optical insulating element and / or a transformer.

また、請求項5記載の電圧検出装置は、請求項1から3のいずれかに記載の電圧検出装置において、前記絶縁回路は、デジタルアイソレータを備えて構成されている。   A voltage detection device according to claim 5 is the voltage detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the insulating circuit includes a digital isolator.

また、請求項6記載の電圧検出装置は、請求項1から5のいずれかに記載の電圧検出装置において、前記基準電圧に規定されたガード電極を備え、前記検出電極の後段の回路から前記絶縁回路の一次側回路までの間が当該ガード電極によって覆われている。   The voltage detection device according to claim 6 is the voltage detection device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a guard electrode defined by the reference voltage, and the insulation from a circuit subsequent to the detection electrode. The space up to the primary circuit of the circuit is covered with the guard electrode.

また、請求項7記載の電圧検出装置は、請求項6記載の電圧検出装置において、前記ガード電極に開口部が形成され、前記検出電極は、前記ガード電極内における前記開口部を臨む位置に、当該開口部から突出しない状態で配置されている。   The voltage detection device according to claim 7 is the voltage detection device according to claim 6, wherein an opening is formed in the guard electrode, and the detection electrode is located at a position facing the opening in the guard electrode. It arrange | positions in the state which does not protrude from the said opening part.

また、請求項8記載の電圧検出装置は、請求項1から7のいずれかに記載の電圧検出装置において、前記検出電極における前記検出対象体と対向する表面全体を覆う絶縁物を備えている。   The voltage detection device according to claim 8 is the voltage detection device according to any one of claims 1 to 7, further comprising an insulator covering the entire surface of the detection electrode facing the detection object.

また、請求項9記載の線間電圧検出装置は、前記検出対象体としての対応する複数の電路に前記検出電極が対向可能に構成されて当該各電路に生じている交流電圧を前記検出対象交流電圧としてそれぞれ検出可能な複数の請求項1から8のいずれかに記載の電圧検出装置と、前記複数の電圧検出装置のうちの一対の電圧検出装置によって検出された2つの前記電路の前記交流電圧の差分電圧を算出して当該2つの電路間の線間電圧を求める算出部とを備えている。   The line voltage detection device according to claim 9 is configured such that the detection electrode can be opposed to a plurality of corresponding electric circuits as the detection object, and an AC voltage generated in each electric circuit is detected as the detection target AC. A plurality of voltage detection devices according to any one of claims 1 to 8, each of which can be detected as a voltage, and the AC voltage of two electric circuits detected by a pair of voltage detection devices of the plurality of voltage detection devices. And a calculation unit for calculating a line voltage between the two electric circuits by calculating a differential voltage of the two.

請求項1記載の電圧検出装置では、検出電極を検出対象体に対向させて配置した状態において、電流電圧変換回路が、検出対象体と検出電極との間に形成されている静電容量および検出電極を介して、検出電極と第2の入力端子に接続された帰還回路とを含む経路において検出対象交流電圧と基準電圧との電位差に応じた電流値で流れる検出電流を検出電圧信号に変換し、積分回路が、この検出電圧信号(具体的には、検出電圧信号と基準電圧との電位差に基づいて流れる電流)を積分して、検出電極の電圧と検出対象体の交流電圧との電位差に応じて振幅が変化する積分信号を生成し、積分回路の前段または後段に配設された絶縁回路が、検出電圧信号および積分信号のうちの一方を入力すると共に電気的に絶縁して出力し、電圧生成回路が、検出対象交流電圧および基準電圧の電位差が減少するように積分信号に基づく信号を増幅していて基準電圧を生成する。   In the voltage detection device according to claim 1, in a state where the detection electrode is arranged to face the detection target body, the current-voltage conversion circuit includes the capacitance and the detection formed between the detection target body and the detection electrode. A detection current that flows at a current value corresponding to a potential difference between the detection target AC voltage and the reference voltage in a path including the detection electrode and the feedback circuit connected to the second input terminal via the electrode is converted into a detection voltage signal. The integration circuit integrates this detection voltage signal (specifically, a current that flows based on the potential difference between the detection voltage signal and the reference voltage) to obtain a potential difference between the voltage of the detection electrode and the AC voltage of the detection object. In response, an integration signal whose amplitude changes is generated, and an insulation circuit disposed in the front stage or the rear stage of the integration circuit inputs one of the detection voltage signal and the integration signal and electrically isolates and outputs it. Voltage generation circuit , The potential difference between the detected AC voltage and the reference voltage have amplifies the signal based on the integrated signal so as to reduce to generate a reference voltage.

したがって、この電圧検出装置によれば、静電容量の容量値が一般的に極めて小さいために、検出対象体と検出電極との間のインピーダンスを十分に大きな値(数MΩ)とすることができる結果、電流電圧変換回路の入力インピーダンスを相対的に小さな値にできることから、電流電圧変換回路に過電圧が印加されにくく、電流電圧変換回路に入力耐圧の低い安価な電子部品(例えば演算増幅器)を使用したとしても、検出対象交流電圧および基準電圧の電位差によって電流電圧変換回路が破壊される可能性を大幅に低減することができる。また、ダイオードなどによる保護回路を追加することにより、このような破壊を確実に回避することができる。   Therefore, according to this voltage detection device, since the capacitance value of the capacitance is generally extremely small, the impedance between the detection object and the detection electrode can be set to a sufficiently large value (several MΩ). As a result, the input impedance of the current-voltage conversion circuit can be made relatively small, so that overvoltage is hard to be applied to the current-voltage conversion circuit, and inexpensive electronic components (for example, operational amplifiers) with low input withstand voltage are used for the current-voltage conversion circuit. Even if it does, possibility that a current-voltage conversion circuit will be destroyed by the potential difference of a detection object alternating voltage and a reference voltage can be reduced significantly. Further, such a destruction can be surely avoided by adding a protection circuit such as a diode.

また、請求項2記載の電圧検出装置によれば、上記の電圧検出装置と同様に電流電圧変換回路の入力インピーダンスを相対的に小さな値にできるため、過電圧が印加されにくく、検出対象交流電圧および基準電圧の電位差によって電流電圧変換回路が破壊される可能性を大幅に低減することができる。   In addition, according to the voltage detection device of the second aspect, since the input impedance of the current-voltage conversion circuit can be made relatively small as in the case of the voltage detection device described above, it is difficult for overvoltage to be applied, and the detection target AC voltage and The possibility that the current-voltage conversion circuit is destroyed by the potential difference of the reference voltage can be greatly reduced.

また、請求項3記載の電圧検出装置によれば、上記の電圧検出装置と同様に電流電圧変換回路の入力インピーダンスを相対的に小さな値にできるため、過電圧が印加されにくく、検出対象交流電圧および基準電圧の電位差によって積分回路が破壊される可能性を大幅に低減することができる。   Further, according to the voltage detection device of the third aspect, since the input impedance of the current-voltage conversion circuit can be made relatively small as in the case of the voltage detection device described above, it is difficult to apply an overvoltage, and the detection target AC voltage and The possibility that the integration circuit is destroyed by the potential difference of the reference voltage can be greatly reduced.

また、請求項4記載の電圧検出装置によれば、絶縁回路を光絶縁素子および/またはトランスを使用して構成したことにより、電流電圧変換回路と、その後段の回路とを任意の部位で簡易に電気的に絶縁する(分離する)ことができる。また、光絶縁素子を使用した場合には、広い周波数範囲に亘って周波数特性が良好なため、広い周波数範囲に亘る検出対象体の交流電圧を精度良く検出することができる。また、トランスを絶縁回路として使用した場合には、一般的にトランスは光絶縁素子よりも高い周波数域で良好な周波数特性を有しているため、交流電圧の周波数が高い周波数に限定されているときには、トランスを使用することで、交流電圧を精度良く検出することができる。また、光絶縁素子およびトランスを並列に接続して絶縁回路を構成した場合には、低周波数域側では光絶縁素子が主として作動し、高周波数域側ではトランスが主として作動することにより、絶縁回路の周波数特性を広帯域化することができる結果、一層広い周波数範囲に亘る検出対象体の交流電圧を精度良く検出することができる。   According to the voltage detection device of the fourth aspect, since the insulating circuit is configured by using the optical insulating element and / or the transformer, the current-voltage conversion circuit and the subsequent circuit can be simplified at an arbitrary portion. Can be electrically insulated (separated). In addition, when an optical insulating element is used, since the frequency characteristics are good over a wide frequency range, it is possible to accurately detect the AC voltage of the detection object over a wide frequency range. In addition, when a transformer is used as an insulating circuit, the transformer generally has good frequency characteristics in a higher frequency range than the optical insulating element, and therefore the frequency of the AC voltage is limited to a high frequency. Sometimes, a transformer can be used to accurately detect an AC voltage. In addition, when an insulation circuit is configured by connecting an optical insulation element and a transformer in parallel, the optical insulation element mainly operates on the low frequency side and the transformer mainly operates on the high frequency side. As a result, it is possible to accurately detect the AC voltage of the detection object over a wider frequency range.

また、請求項5記載の電圧検出装置によれば、絶縁回路をデジタルアイソレータを使用して構成したことにより、電気的に絶縁された信号を伝送する伝送路の温度や経時変化などの影響を受けることなく高精度でこの信号を電圧生成回路に伝達することができるため、検出対象交流電圧の検出精度を一層向上させることができる。   According to the voltage detection device of the fifth aspect, since the insulation circuit is configured using the digital isolator, the insulation circuit is affected by the temperature of the transmission line for transmitting the electrically insulated signal, the change with time, and the like. Since this signal can be transmitted to the voltage generation circuit with high accuracy without any problem, the detection accuracy of the AC voltage to be detected can be further improved.

また、請求項6記載の電圧検出装置によれば、検出電極の後段の回路から絶縁回路の一次側回路までの間をガード電極内に収容して、これらをガード電極で覆う構成としたことにより、外部からの電界の影響をこれら回路が受けにくくすることができる結果、検出対象交流電圧の検出精度を向上させることができる。   According to the voltage detection device of the sixth aspect of the present invention, the space from the circuit behind the detection electrode to the primary circuit of the insulation circuit is accommodated in the guard electrode, and these are covered with the guard electrode. As a result of these circuits being less susceptible to the influence of an external electric field, the detection accuracy of the AC voltage to be detected can be improved.

また、請求項7記載の電圧検出装置によれば、ガード電極内であって、ガード電極に形成された開口部を臨む位置に、開口部から突出しない状態(非突出状態)で検出電極を配置したことにより、外部の電界の影響を検出電極が受けにくくすることができる結果、検出対象交流電圧の検出精度を一層向上させることができる。   According to the voltage detection device of claim 7, the detection electrode is disposed in the guard electrode at a position facing the opening formed in the guard electrode so as not to protrude from the opening (non-projecting state). As a result, the detection electrode can be made less susceptible to the influence of an external electric field, and as a result, the detection accuracy of the detection target AC voltage can be further improved.

また、請求項8記載の電圧検出装置によれば、検出電極における検出対象体と対向する表面全体を絶縁物で覆う構成としたことにより、検出対象体と検出電極との短絡を確実に防止することができる。   In addition, according to the voltage detection device of the eighth aspect, the entire surface of the detection electrode facing the detection target body is covered with the insulator, thereby reliably preventing a short circuit between the detection target body and the detection electrode. be able to.

また、請求項9記載の線間電圧検出装置によれば、上記の電圧検出装置を使用したことにより、各電圧検出装置における電流電圧変換回路に入力耐圧の低い安価な電子部品(例えば演算増幅器)を使用したとしても、検出対象交流電圧および基準電圧の電位差による電流電圧変換回路の破壊を回避することができるため、装置コストの低減を図りつつ、線間電圧を検出することができる。   According to the line voltage detecting device of the ninth aspect, since the voltage detecting device is used, an inexpensive electronic component (for example, an operational amplifier) having a low input withstand voltage is used for the current-voltage conversion circuit in each voltage detecting device. Even if it is used, it is possible to avoid destruction of the current-voltage conversion circuit due to the potential difference between the AC voltage to be detected and the reference voltage, so that the line voltage can be detected while reducing the device cost.

電圧検出装置1の構成図である。1 is a configuration diagram of a voltage detection device 1. FIG. フローティング回路部2の斜視図である。3 is a perspective view of a floating circuit unit 2. FIG. フローティング回路部2の構造を説明するための図2におけるW−W線の断面概念図である。FIG. 3 is a conceptual cross-sectional view taken along the line WW in FIG. 2 for explaining the structure of the floating circuit section 2. 電流電圧変換部CVの他の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the other structure of the current-voltage conversion part CV. 電流電圧変換部CVの他の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the other structure of the current-voltage conversion part CV. 電流電圧変換部CVの他の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the other structure of the current-voltage conversion part CV. 他の電圧検出装置1Aの構成図である。It is a block diagram of other voltage detection apparatuses 1A. 他の電圧検出装置1Bの構成図である。It is a block diagram of the other voltage detection apparatus 1B. 電圧検出装置1を使用した線間電圧検出装置51のブロック図である。It is a block diagram of the line voltage detection apparatus 51 which uses the voltage detection apparatus 1. FIG.

以下、添付図面を参照して、電圧検出装置および線間電圧検出装置の実施の形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of a voltage detection device and a line voltage detection device will be described with reference to the accompanying drawings.

最初に、電圧検出装置1について、図面を参照して説明する。   First, the voltage detection apparatus 1 will be described with reference to the drawings.

電圧検出装置1は、非接触型の電圧検出装置であって、図1に示すように、フローティング回路部2および本体回路部3を備え、検出対象体(測定対象体)4に生じている交流電圧V1(検出対象交流電圧)を非接触で検出(測定)可能に構成されている。   The voltage detection device 1 is a non-contact voltage detection device, and includes a floating circuit portion 2 and a main body circuit portion 3 as shown in FIG. 1, and an alternating current generated in a detection object (measurement object) 4. The voltage V1 (detection target AC voltage) can be detected (measured) in a non-contact manner.

フローティング回路部2は、図1,2,3に示すように、ガード電極21、検出電極22、電流電圧変換部CV、駆動回路25および絶縁回路26を備えている。電流電圧変換部CVは、本例では一例として電流電圧変換回路23および積分回路24を備えている。絶縁回路26は、本例では一例としてフォトカプラ(以下、「フォトカプラ26」ともいう)で構成されている。ガード電極21は、導電性材料(例えば金属材料)を用いて、フローティング回路部2における基準電圧部として構成されて、一例としてその内部に、検出電極22の後段の回路から絶縁回路26までの回路、つまり、電流電圧変換回路23、積分回路24、駆動回路25およびフォトカプラ26が収容されている。これにより、電流電圧変換回路23からフォトカプラ26までがガード電極21に覆われた構成となっている。なお、ガード電極21で覆うべき部位は、検出電極22の後段の回路(検出電極22に接続される回路。本例では電流電圧変換回路23)からフォトカプラ26の一次側回路(後述する発光ダイオード)まででよい。このため、フォトカプラ26の二次側回路(後述するフォトトランジスタ)については、ガード電極21で覆われない構成とすることもできる。一例として、樹脂材料で一次側回路と二次側回路とが1つのパッケージに封止されて構成されたフォトカプラ26のような光絶縁素子の場合には、パッケージにおける一次側回路が含まれる部位(パッケージの発光ダイオード側の半分)がガード電極21の内部に位置し、二次側回路が含まれる部位(パッケージのフォトトランジスタ側の半分)がガード電極21の外部に突出(露出)するように、ガード電極21に対してフォトカプラ26を配置する。また、ガード電極21には開口部(孔)21aが形成されると共に、本例では、さらに、図2,3に示すように、ガード電極21全体が絶縁層(絶縁物の一例)21bで覆われている。検出電極22は、例えば、平板状に形成されて、ガード電極21内における開口部21aを臨む位置に、開口部21aからガード電極21の外側に突出しない状態(つまり、検出電極22の表面をガード電極21の表面から凹ませた非突出状態)で配設されている。このようにガード電極21全体が絶縁層21bで覆われ、かつ検出電極22が開口部21aを臨む位置に配置されている構成のため、絶縁層21bが検出電極22における検出対象体4と対向する表面全体を覆う構成となっている。   As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the floating circuit unit 2 includes a guard electrode 21, a detection electrode 22, a current-voltage conversion unit CV, a drive circuit 25, and an insulation circuit 26. In this example, the current-voltage conversion unit CV includes a current-voltage conversion circuit 23 and an integration circuit 24 as an example. In this example, the insulating circuit 26 is configured by a photocoupler (hereinafter also referred to as “photocoupler 26”). The guard electrode 21 is configured as a reference voltage unit in the floating circuit unit 2 using a conductive material (for example, a metal material), and as an example, a circuit from the circuit subsequent to the detection electrode 22 to the insulating circuit 26 is provided therein. That is, the current-voltage conversion circuit 23, the integration circuit 24, the drive circuit 25, and the photocoupler 26 are accommodated. Thus, the configuration from the current-voltage conversion circuit 23 to the photocoupler 26 is covered with the guard electrode 21. The portion to be covered with the guard electrode 21 is a circuit on the downstream side of the detection electrode 22 (a circuit connected to the detection electrode 22; in this example, a current-voltage conversion circuit 23) to a primary circuit of a photocoupler 26 (a light emitting diode described later). ). For this reason, the secondary circuit (phototransistor described later) of the photocoupler 26 may be configured not to be covered with the guard electrode 21. As an example, in the case of an optical insulating element such as a photocoupler 26 in which a primary side circuit and a secondary side circuit are sealed in one package with a resin material, a portion including the primary side circuit in the package. (Half of the light emitting diode side of the package) is located inside the guard electrode 21, and a portion including the secondary side circuit (half of the phototransistor side of the package) protrudes (exposes) to the outside of the guard electrode 21. The photocoupler 26 is disposed with respect to the guard electrode 21. The guard electrode 21 has an opening (hole) 21a. In this example, as shown in FIGS. 2 and 3, the entire guard electrode 21 is covered with an insulating layer (an example of an insulator) 21b. It has been broken. For example, the detection electrode 22 is formed in a flat plate shape and does not protrude from the opening 21a to the outside of the guard electrode 21 at a position facing the opening 21a in the guard electrode 21 (that is, the surface of the detection electrode 22 is guarded). It is arranged in a non-projecting state in which it is recessed from the surface of the electrode 21. Since the entire guard electrode 21 is thus covered with the insulating layer 21b and the detection electrode 22 is disposed at a position facing the opening 21a, the insulating layer 21b faces the detection target body 4 in the detection electrode 22. The entire surface is covered.

電流電圧変換回路23は、一例として、図1に示すように、非反転入力端子(第1の入力端子)が抵抗23aを介してガード電極21に接続されると共に、反転入力端子(第2の入力端子)が検出電極22に接続され、かつ抵抗23bが帰還回路として反転入力端子と出力端子との間に接続された第1演算増幅器23cを備えて構成されている。この電流電圧変換回路23は、第1演算増幅器23cが後述する正電圧Vf+および負電圧Vf−の供給を受けて作動して、検出対象体4の交流電圧V1とガード電極21の電圧(基準電圧)との電位差(交流の電位差。つまり、交流電圧V1の交流成分と基準電圧の交流成分との電位差)Vdiに起因して、この電位差Vdiに応じた電流値で検出対象体4と検出電極22との間(具体的には、検出電極22と抵抗23bとを含む経路)に流れる検出電流(以下、電流信号ともいう)Iを検出電圧信号V2に変換して出力する。この場合、検出電圧信号V2は、その振幅が電流信号Iの振幅に比例して変化する。   As an example, as shown in FIG. 1, the current-voltage conversion circuit 23 has a non-inverting input terminal (first input terminal) connected to the guard electrode 21 via a resistor 23a and an inverting input terminal (second input terminal). Input terminal) is connected to the detection electrode 22, and a resistor 23b is provided as a feedback circuit with a first operational amplifier 23c connected between the inverting input terminal and the output terminal. In the current-voltage conversion circuit 23, the first operational amplifier 23c operates by receiving supply of a positive voltage Vf + and a negative voltage Vf−, which will be described later, and the AC voltage V1 of the detection object 4 and the voltage of the guard electrode 21 (reference voltage). ) And the detection object 4 and the detection electrode 22 at a current value corresponding to the potential difference Vdi due to the potential difference (AC potential difference, that is, the potential difference between the AC component of the AC voltage V1 and the AC component of the reference voltage) Vdi. (Specifically, a path including the detection electrode 22 and the resistor 23b) I is converted into a detection voltage signal V2 and output. In this case, the amplitude of the detection voltage signal V2 changes in proportion to the amplitude of the current signal I.

積分回路24は、一例として、非反転入力端子が抵抗24aを介してガード電極21に接続されると共に、反転入力端子が入力抵抗24bを介して第1演算増幅器23cの出力端子に接続され、かつコンデンサ24cが帰還回路として反転入力端子と出力端子との間に接続された第2演算増幅器24dを備えて構成されている。この積分回路24は、第2演算増幅器24dが正電圧Vf+および負電圧Vf−の供給を受けて作動して、検出電圧信号V2を積分することにより、検出対象体4の交流電圧V1とガード電極21の電圧(基準電圧)との電位差Vdiに比例して電圧値が変化する積分信号V3を生成して出力する。なお、積分回路24は、上記構成に代えて、ローパスフィルタで構成することもできる。   As an example, the integrating circuit 24 has a non-inverting input terminal connected to the guard electrode 21 via the resistor 24a, an inverting input terminal connected to the output terminal of the first operational amplifier 23c via the input resistor 24b, and The capacitor 24c includes a second operational amplifier 24d connected between the inverting input terminal and the output terminal as a feedback circuit. In the integrating circuit 24, the second operational amplifier 24d operates by receiving the supply of the positive voltage Vf + and the negative voltage Vf−, and integrates the detection voltage signal V2, whereby the AC voltage V1 of the detection object 4 and the guard electrode are integrated. The integrated signal V3 whose voltage value changes in proportion to the potential difference Vdi from the voltage 21 (reference voltage) is generated and output. The integrating circuit 24 can be configured by a low-pass filter instead of the above configuration.

駆動回路25は、フォトカプラ26と共に積分回路24の後段、つまり積分回路24と電圧生成回路34との間に配置されている。また、駆動回路25は、一例としてベース端子が入力抵抗25aを介して第2演算増幅器24dの出力端子に接続され、コレクタ端子がフォトカプラ26に接続され、かつエミッタ端子が負電圧Vf−に接続されたトランジスタ(本例では一例としてNPN型のバイポーラトランジスタ)25bで構成されている。フォトカプラ26は、絶縁回路の一例である光絶縁素子に含まれるものであって、その一次側回路としての発光ダイオードは、カソード端子がトランジスタ25bのコレクタ端子に接続され、アノード端子が正電圧Vf+に接続されている。また、フォトカプラ26の二次側回路としてのフォトトランジスタは、配線W1を介して本体回路部3と接続されている。この構成により、フォトカプラ26が駆動回路25で駆動されてリニア領域で作動することにより、積分信号V3の電圧値に応じて(ほぼ比例して)フォトカプラ26におけるフォトトランジスタの抵抗値が変化する。したがって、このフォトカプラ26が、後述する本体回路部3の抵抗33と相俟って、積分回路24から入力したアナログ信号である積分信号V3を、この積分信号V3と電気的に絶縁された新たなアナログ信号である積分信号V3aに変換する。また、フォトカプラ26に代えて、同じ光絶縁素子である光MOS−FETを使用することもできる。この場合、光MOS−FETは、その一次側回路としての発光ダイオードが上記したフォトカプラ26の発光ダイオードと同様にしてトランジスタ25b等に接続され、その二次側回路としてのFET対が配線W1を介して本体回路部3と接続される。   The drive circuit 25 is arranged with the photocoupler 26 at the subsequent stage of the integration circuit 24, that is, between the integration circuit 24 and the voltage generation circuit 34. For example, the drive circuit 25 has a base terminal connected to the output terminal of the second operational amplifier 24d via the input resistor 25a, a collector terminal connected to the photocoupler 26, and an emitter terminal connected to the negative voltage Vf−. Transistor 25b (in this example, an NPN bipolar transistor as an example). The photocoupler 26 is included in an optical isolation element which is an example of an isolation circuit. The light emitting diode as a primary side circuit of the photocoupler 26 has a cathode terminal connected to the collector terminal of the transistor 25b and an anode terminal connected to a positive voltage Vf +. It is connected to the. The phototransistor as the secondary circuit of the photocoupler 26 is connected to the main body circuit unit 3 through the wiring W1. With this configuration, when the photocoupler 26 is driven by the drive circuit 25 and operates in the linear region, the resistance value of the phototransistor in the photocoupler 26 changes according to the voltage value of the integration signal V3 (substantially in proportion). . Therefore, the photocoupler 26 is coupled with a resistor 33 of the main body circuit section 3 to be described later, and an integration signal V3 that is an analog signal input from the integration circuit 24 is newly insulated from the integration signal V3. Is converted into an integrated signal V3a which is a simple analog signal. Further, instead of the photocoupler 26, an optical MOS-FET which is the same optical insulating element can be used. In this case, in the optical MOS-FET, the light emitting diode as its primary circuit is connected to the transistor 25b and the like in the same manner as the light emitting diode of the photocoupler 26, and the FET pair as its secondary circuit connects the wiring W1. And connected to the main body circuit unit 3.

本体回路部3は、図1に示すように、一例として、主電源回路31、DC/DCコンバータ(以下、単に「コンバータ」ともいう)32、電流電圧変換用の抵抗33、電圧生成回路34および電圧計35を備えている。主電源回路31は、例えば、バッテリーを備えて構成されて、本体回路部3の各構成要素32,34を作動させるための正電圧Vddおよび負電圧Vss(グランドG1の電位を基準として生成される絶対値が同じで、互いの極性の異なる直流電圧)をそのバッテリーの直流電圧から生成して出力する。コンバータ32は、一例として互いに電気的に絶縁された一次巻線および二次巻線を有する絶縁型のトランスと、このトランスの一次巻線を駆動する駆動回路と、トランスの二次巻線に誘起される交流電圧を整流平滑する直流変換部(いずれも図示せず)とを備えて、一次側に対して二次側が電気的に絶縁された絶縁型電源として構成されている。このコンバータ32では、入力した正電圧Vddおよび負電圧Vssに基づいて駆動回路が作動して、正電圧Vddが印加された状態にあるトランスの一次巻線を駆動して二次巻線に交流電圧を誘起させる。また、直流変換部が、この交流電圧を整流して平滑する。これにより、内部基準電位(内部グランド)を基準として、上記電圧(正電圧Vf+および負電圧Vf−)がフローティング状態(グランドG1、正電圧Vddおよび負電圧Vssと電気的に分離された状態)で生成される。このようにして生成された正電圧Vf+および負電圧Vf−は、上記の内部グランドがガード電極21に電気的に接続された状態で、フローティング回路部2に供給される。なお、正電圧Vf+および負電圧Vf−は、絶対値がほぼ同一で、極性が互いに異なる直流電圧として生成される。   As shown in FIG. 1, the main body circuit unit 3 includes, as an example, a main power supply circuit 31, a DC / DC converter (hereinafter also simply referred to as “converter”) 32, a resistor 33 for current / voltage conversion, a voltage generation circuit 34, and A voltmeter 35 is provided. The main power supply circuit 31 includes, for example, a battery, and is generated with reference to the positive voltage Vdd and the negative voltage Vss (the potential of the ground G1) for operating the components 32 and 34 of the main body circuit unit 3. DC voltages having the same absolute value but different polarities are generated from the DC voltage of the battery and output. For example, the converter 32 is induced in an isolated transformer having a primary winding and a secondary winding that are electrically insulated from each other, a drive circuit that drives the primary winding of the transformer, and a secondary winding of the transformer. And a DC converter (not shown) that rectifies and smoothes the AC voltage that is applied, and is configured as an insulated power source in which the secondary side is electrically insulated from the primary side. In this converter 32, the drive circuit operates based on the input positive voltage Vdd and negative voltage Vss, and drives the primary winding of the transformer in a state where the positive voltage Vdd is applied to the secondary winding with an AC voltage. Induces. The direct current converter rectifies and smoothes the alternating voltage. As a result, with the internal reference potential (internal ground) as a reference, the voltages (positive voltage Vf + and negative voltage Vf−) are in a floating state (electrically separated from ground G1, positive voltage Vdd and negative voltage Vss). Generated. The positive voltage Vf + and the negative voltage Vf− generated in this way are supplied to the floating circuit unit 2 in a state where the internal ground is electrically connected to the guard electrode 21. The positive voltage Vf + and the negative voltage Vf− are generated as direct current voltages having substantially the same absolute value and different polarities.

抵抗33は、一端が正電圧Vddに接続されると共に、他端がフォトカプラ26におけるフォトトランジスタのコレクタ端子に接続されている。これにより、抵抗33とフォトトランジスタとが正電圧Vddと負電圧Vssとの間に直列に接続された状態となる。このため、フォトトランジスタの抵抗値が積分信号V3の電圧値に応じて変化したときには、正電圧Vddおよび負電圧Vssの電位差(Vdd−Vss)が抵抗33の抵抗値とフォトトランジスタの抵抗値とで分圧されることにより、上記した積分信号V3aがフォトトランジスタのコレクタ端子に発生する。   The resistor 33 has one end connected to the positive voltage Vdd and the other end connected to the collector terminal of the phototransistor in the photocoupler 26. As a result, the resistor 33 and the phototransistor are connected in series between the positive voltage Vdd and the negative voltage Vss. For this reason, when the resistance value of the phototransistor changes according to the voltage value of the integration signal V3, the potential difference (Vdd−Vss) between the positive voltage Vdd and the negative voltage Vss is the resistance value of the resistor 33 and the resistance value of the phototransistor. By dividing the voltage, the integration signal V3a described above is generated at the collector terminal of the phototransistor.

電圧生成回路34は、積分信号V3aを入力して増幅することにより、電圧信号V4(つまり基準電圧)を生成して、ガード電極21に印加する。この場合、電圧生成回路34は、フローティング回路部2のガード電極21、検出電極22、電流電圧変換回路23、積分回路24、駆動回路25およびフォトカプラ26と共にフィードバックループを形成して、電位差Vdiを減少させるように積分信号V3aを増幅する増幅動作を行うことにより、電圧信号V4を生成する。本例では、一例として、電圧生成回路34は、交流増幅回路34a、位相補償回路34bおよび昇圧回路34cを備えて構成されている。ここで、交流増幅回路34aは、積分信号V3aを入力して増幅することにより、電圧信号V4aを生成する。この場合、交流増幅回路34aは、積分信号V3aの電圧値についての絶対値の増加・減少に対応して、電圧値の絶対値が変化する電圧信号V4aを増幅動作によって生成する。位相補償回路34bは、フィードバック制御動作の安定化(発振防止)を図るため、電圧信号V4aを入力してその位相を調整して電圧信号V4bとして出力する。昇圧回路34cは、一例として昇圧トランスを用いて構成されて、電圧信号V4bを所定の倍率で昇圧することにより(極性は変えずに絶対を増加させることにより)、電圧信号V4を生成してガード電極21に印加する。電圧計35は、この電圧信号V4の実効値を検出(測定)して出力する(一例として自らの表示部(不図示)に表示させる)。   The voltage generation circuit 34 receives and amplifies the integration signal V3a to generate a voltage signal V4 (that is, a reference voltage) and applies it to the guard electrode 21. In this case, the voltage generation circuit 34 forms a feedback loop together with the guard electrode 21, the detection electrode 22, the current-voltage conversion circuit 23, the integration circuit 24, the drive circuit 25, and the photocoupler 26 of the floating circuit unit 2, thereby generating the potential difference Vdi. The voltage signal V4 is generated by performing an amplification operation to amplify the integration signal V3a so as to decrease. In this example, as an example, the voltage generation circuit 34 includes an AC amplifier circuit 34a, a phase compensation circuit 34b, and a booster circuit 34c. Here, the AC amplification circuit 34a generates the voltage signal V4a by inputting and amplifying the integration signal V3a. In this case, the AC amplifier circuit 34a generates a voltage signal V4a in which the absolute value of the voltage value changes in accordance with the increase / decrease of the absolute value of the voltage value of the integration signal V3a by an amplification operation. The phase compensation circuit 34b receives the voltage signal V4a, adjusts its phase, and outputs it as the voltage signal V4b in order to stabilize the feedback control operation (prevent oscillation). The booster circuit 34c is configured by using a booster transformer as an example, and generates a voltage signal V4 and guards it by boosting the voltage signal V4b by a predetermined magnification (by increasing the absolute without changing the polarity). Applied to the electrode 21. The voltmeter 35 detects (measures) the effective value of the voltage signal V4 and outputs it (displayed on its own display unit (not shown) as an example).

次いで、電圧検出装置1による検出対象体4の交流電圧V1についての検出動作(測定動作)について説明する。   Next, the detection operation (measurement operation) for the AC voltage V1 of the detection target body 4 by the voltage detection device 1 will be described.

まず、検出電極22が非接触の状態で検出対象体4に対向するように、フローティング回路部2(または電圧検出装置1全体)を検出対象体4の近傍に位置させる。これにより、図1に示すように、検出電極22と検出対象体4との間に静電容量C0が形成された状態となる。この場合、静電容量C0の容量値は、検出電極22と検出対象体4の距離に反比例して変化するが、フローティング回路部2を一旦配設した後は、温度などの環境が一定の条件下においては一定の(変動しない)値となる。また、静電容量C0の容量値が一般的に極めて小さい(例えば数pF〜数十pF程度)ため、交流電圧V1の周波数が数百Hz程度であったとしても、検出対象体4と検出電極22との間のインピーダンスが十分に大きな値(数MΩ)となる。このため、この電圧検出装置1では、検出対象体4の交流電圧V1とガード電極21の電圧(電圧信号V4の電圧)とが大きく異なる場合(電位差Vdiが大きい場合)においても、電流電圧変換回路23を構成する第1演算増幅器23cに入力耐圧の低い安価な製品を使用することができ、この構成においても、電位差Vdiによる第1演算増幅器23cの破壊が回避されている。   First, the floating circuit unit 2 (or the entire voltage detection device 1) is positioned in the vicinity of the detection target body 4 so that the detection electrode 22 faces the detection target body 4 in a non-contact state. Thereby, as shown in FIG. 1, the capacitance C <b> 0 is formed between the detection electrode 22 and the detection target body 4. In this case, the capacitance value of the capacitance C0 changes in inverse proportion to the distance between the detection electrode 22 and the detection object 4. However, once the floating circuit unit 2 is disposed, the environment such as temperature is constant. Below it is a constant (non-fluctuating) value. Further, since the capacitance value of the capacitance C0 is generally extremely small (for example, about several pF to several tens pF), even if the frequency of the AC voltage V1 is about several hundred Hz, the detection object 4 and the detection electrode The impedance between them becomes a sufficiently large value (several MΩ). For this reason, in this voltage detection apparatus 1, even when the AC voltage V1 of the detection object 4 and the voltage of the guard electrode 21 (voltage of the voltage signal V4) are greatly different (when the potential difference Vdi is large), the current-voltage conversion circuit. An inexpensive product with a low input withstand voltage can be used for the first operational amplifier 23c constituting the circuit 23. Also in this configuration, the destruction of the first operational amplifier 23c due to the potential difference Vdi is avoided.

次いで、電圧検出装置1の起動状態において、検出対象体4の交流電圧V1と、ガード電極21の電圧(基準電圧。電圧信号V4の電圧)との電位差Vdiが増加しているとき(例えば、交流電圧V1の上昇に起因して電位差Vdiが増加しているとき)には、検出対象体4から検出電極22を介して電流電圧変換回路23に流れ込む(流入する)電流信号Iの電流量が増加する。この場合、電流電圧変換回路23は、出力している検出電圧信号V2の電圧値を低下させる。積分回路24では、この検出電圧信号V2の低下に起因して、第2演算増幅器24dの出力端子からコンデンサ24cを介して反転入力端子に向けて流れる電流が増加する。このため、積分回路24は、積分信号V3の電圧を上昇させる。また、この積分信号V3の電圧上昇に伴い、駆動回路25のトランジスタ25bが深いオン状態に移行する。これにより、フォトカプラ26では、その発光ダイオードに流れる電流が増加し、フォトトランジスタの抵抗が減少する。したがって、抵抗33の抵抗値とフォトトランジスタの抵抗値とで電位差(Vdd−Vss)が分圧されて生成される積分信号V3aは、その電圧値が低下する。電圧生成回路34は、この積分信号V3aに基づいて、生成している電圧信号V4の電圧値を上昇させる。この電圧検出装置1では、このようにしてフィードバックループを構成する電流電圧変換回路23、積分回路24、駆動回路25、フォトカプラ26および本体回路部3が、検出対象体4の交流電圧V1の上昇を検出して、電圧信号V4の電圧値を上昇させるフィードバック制御動作を実行することにより、ガード電極21の電圧(電圧信号V4の電圧)を交流電圧V1に追従させる。   Next, in the activated state of the voltage detection device 1, when the potential difference Vdi between the AC voltage V1 of the detection object 4 and the voltage of the guard electrode 21 (reference voltage, voltage of the voltage signal V4) increases (for example, AC When the potential difference Vdi is increased due to the rise of the voltage V1, the amount of current of the current signal I flowing (inflowing) from the detection object 4 into the current-voltage conversion circuit 23 via the detection electrode 22 increases. To do. In this case, the current-voltage conversion circuit 23 reduces the voltage value of the output detection voltage signal V2. In the integrating circuit 24, the current flowing from the output terminal of the second operational amplifier 24d to the inverting input terminal via the capacitor 24c increases due to the decrease in the detection voltage signal V2. For this reason, the integration circuit 24 increases the voltage of the integration signal V3. Further, the transistor 25b of the drive circuit 25 shifts to a deep ON state as the voltage of the integration signal V3 increases. Thereby, in the photocoupler 26, the current flowing through the light emitting diode increases, and the resistance of the phototransistor decreases. Therefore, the voltage value of the integrated signal V3a generated by dividing the potential difference (Vdd−Vss) between the resistance value of the resistor 33 and the resistance value of the phototransistor decreases. The voltage generation circuit 34 increases the voltage value of the generated voltage signal V4 based on the integration signal V3a. In this voltage detection apparatus 1, the current-voltage conversion circuit 23, the integration circuit 24, the drive circuit 25, the photocoupler 26, and the main body circuit unit 3 that form the feedback loop in this way are used to increase the AC voltage V <b> 1 of the detection object 4. Is detected and a feedback control operation for increasing the voltage value of the voltage signal V4 is executed, thereby causing the voltage of the guard electrode 21 (the voltage of the voltage signal V4) to follow the AC voltage V1.

また、交流電圧V1の低下に起因して電位差Vdiが増加したときには、検出電極22を介して電流電圧変換回路23から検出対象体4に流れ出る(流出する)電流信号Iの電流量が増加する。この際には、フィードバックループを構成する電流電圧変換回路23等が上記のフィードバック制御動作とは逆の動作を実行して、電圧信号V4の電圧を低下させることにより、ガード電極21の電圧(電圧信号V4の電圧)を交流電圧V1に追従させる。このようにして、電圧検出装置1では、ガード電極21の電圧(電圧信号V4の電圧)を交流電圧V1に追従させるフィードバック制御動作が短時間に実行されて、ガード電極21の電圧(第1演算増幅器23cのバーチャルショートにより、検出電極22の電圧でもある)が交流電圧V1に一致させられる。電圧計35は、電圧信号V4の実効値(基準電圧。ガード電極21の電圧)をリアルタイムで計測(検出)して表示する。したがって、この電圧計35に表示される数値を観測することにより、検出対象体4の交流電圧V1が検出(測定)される。   Further, when the potential difference Vdi increases due to the decrease in the AC voltage V1, the amount of current of the current signal I that flows out (flows out) from the current-voltage conversion circuit 23 to the detection target body 4 through the detection electrode 22 increases. At this time, the current-voltage conversion circuit 23 or the like constituting the feedback loop performs an operation opposite to the above-described feedback control operation, and decreases the voltage of the voltage signal V4, whereby the voltage (voltage) of the guard electrode 21 is reduced. The voltage of the signal V4) is made to follow the AC voltage V1. Thus, in the voltage detection device 1, the feedback control operation for causing the voltage of the guard electrode 21 (the voltage of the voltage signal V4) to follow the AC voltage V1 is executed in a short time, and the voltage of the guard electrode 21 (first calculation). Due to the virtual short-circuit of the amplifier 23c, the voltage of the detection electrode 22) is matched with the AC voltage V1. The voltmeter 35 measures (detects) and displays the effective value (reference voltage, voltage of the guard electrode 21) of the voltage signal V4 in real time. Therefore, by observing the numerical value displayed on the voltmeter 35, the AC voltage V1 of the detection object 4 is detected (measured).

このように、この電圧検出装置1では、検出電極22を検出対象体4に対向させて配置した状態において、検出対象体4と検出電極22との間に形成されている静電容量C0および検出電極22を介して、交流電圧V1および電圧信号V4(基準電圧)の交流の電位差に応じた電流値で検出対象体4と電流電圧変換回路23との間で流れる電流信号Iを電流電圧変換回路23で検出電圧信号V2に変換し、この検出電圧信号V2(具体的には、検出電圧信号V2と基準電圧との電位差に基づいて流れる電流)を積分回路24で積分して、検出電極22の電圧(ガード電極21の電圧)と検出対象体4の交流電圧V1との電位差Vdiに応じて振幅が変化する積分信号V3を生成し、この積分信号V3をフォトカプラ26を用いて電気的に絶縁された積分信号V3aに変換し、この積分信号V3aに基づいて電圧生成回路34が電圧信号V4を生成してガード電極21に印加する。   As described above, in the voltage detection device 1, the capacitance C 0 and the detection formed between the detection target body 4 and the detection electrode 22 in a state where the detection electrode 22 is disposed to face the detection target body 4. Current signal I flowing between detection object 4 and current-voltage conversion circuit 23 at a current value corresponding to the AC potential difference between AC voltage V1 and voltage signal V4 (reference voltage) via electrode 22 is a current-voltage conversion circuit. 23, the detection voltage signal V2 is converted into a detection voltage signal V2 (specifically, a current flowing based on a potential difference between the detection voltage signal V2 and the reference voltage) is integrated by the integration circuit 24, and the detection electrode 22 An integrated signal V3 whose amplitude changes according to the potential difference Vdi between the voltage (voltage of the guard electrode 21) and the AC voltage V1 of the detection object 4 is generated, and the integrated signal V3 is electrically isolated using the photocoupler 26. Was converted to the integrated signal V3a, the voltage generating circuit 34 generates a voltage signal V4 is applied to the guard electrode 21 on the basis of this integrated signal V3a.

したがって、この電圧検出装置1によれば、静電容量C0の容量値が一般的に極めて小さい(例えば数pF〜数十pF程度)ために、検出対象体4と検出電極22との間のインピーダンスを十分に大きな値(数MΩ)とすることができる結果、電流電圧変換回路23の入力インピーダンスを相対的に小さな値にできることから、電流電圧変換回路23に過電圧が印加されにくく、電流電圧変換部CVの電流電圧変換回路23に入力耐圧の低い安価な製品を使用したとしても、具体的には電流電圧変換回路23を構成する第1演算増幅器23cに入力耐圧の低い安価な製品を使用したとしても、電位差Vdiによる第1演算増幅器23cの破壊を回避することができる。   Therefore, according to the voltage detection device 1, since the capacitance value of the capacitance C0 is generally extremely small (for example, about several pF to several tens pF), the impedance between the detection object 4 and the detection electrode 22 is large. Can be set to a sufficiently large value (several MΩ), so that the input impedance of the current-voltage conversion circuit 23 can be set to a relatively small value. Even if an inexpensive product with low input withstand voltage is used for the CV current-voltage conversion circuit 23, specifically, an inexpensive product with low input withstand voltage is used for the first operational amplifier 23c constituting the current-voltage conversion circuit 23. In addition, it is possible to avoid the destruction of the first operational amplifier 23c due to the potential difference Vdi.

また、この電圧検出装置1によれば、絶縁回路としてフォトカプラ26を使用したことにより、電流電圧変換回路23と、その後段の回路とを任意の部位で簡易に電気的に絶縁する(分離する)ことができる。また、広い周波数範囲に亘ってフォトカプラ26の周波数特性が良好なため、広い周波数範囲に亘る検出対象体4の交流電圧V1を精度良く検出(測定)することができる。なお、フォトカプラ26等の光絶縁素子に代えてトランス(例えばパルストランス)を用いて絶縁回路を構成することもできるし、フォトカプラ26とトランスとを並列に接続して絶縁回路を構成することもできる。この構成においては、トランスの一次巻線が絶縁回路の一次側回路として機能し、二次巻線が二次側回路として機能する。この場合、前者の構成では、一般的にトランスがフォトカプラ26よりも高い周波数域で良好な周波数特性を有しているため、交流電圧V1の周波数が高い周波数に限定されているときには、トランスを使用することで、交流電圧V1を精度良く検出(測定)することができる。また、後者の構成では、低周波数域側ではフォトカプラ26が主として作動し、高周波数域側ではトランスが主として作動することにより、絶縁回路の周波数特性を広帯域化することができる結果、一層広い周波数範囲に亘る検出対象体4の交流電圧V1を精度良く検出(測定)することができる。   Further, according to the voltage detection device 1, the use of the photocoupler 26 as the insulation circuit makes it possible to easily electrically insulate (separate) the current-voltage conversion circuit 23 and the subsequent circuit from each other at any part. )be able to. Further, since the frequency characteristics of the photocoupler 26 are good over a wide frequency range, the AC voltage V1 of the detection target body 4 over the wide frequency range can be detected (measured) with high accuracy. Note that an insulating circuit can be configured by using a transformer (for example, a pulse transformer) in place of the optical insulating element such as the photocoupler 26, or the insulating circuit can be configured by connecting the photocoupler 26 and the transformer in parallel. You can also. In this configuration, the primary winding of the transformer functions as a primary circuit of the insulation circuit, and the secondary winding functions as a secondary circuit. In this case, in the former configuration, since the transformer generally has good frequency characteristics in a higher frequency range than the photocoupler 26, when the frequency of the AC voltage V1 is limited to a high frequency, the transformer is By using it, the AC voltage V1 can be detected (measured) with high accuracy. In the latter configuration, the photocoupler 26 mainly operates on the low frequency side and the transformer mainly operates on the high frequency side, so that the frequency characteristics of the insulating circuit can be widened, resulting in a wider frequency range. The AC voltage V1 of the detection object 4 over the range can be detected (measured) with high accuracy.

また、この電圧検出装置1によれば、少なくとも検出電極22の後段の回路から絶縁回路(フォトカプラ26)の一次側回路までの間の回路、本例では電流電圧変換回路23、積分回路24、駆動回路25およびフォトカプラ26をガード電極21内に収容して、これらをガード電極21で覆う構成としたことにより、外部からの電界の影響をこれら回路が受けにくくすることができる結果、交流電圧V1の検出精度(測定精度)を向上させることができる。   Further, according to the voltage detection device 1, at least a circuit between the circuit subsequent to the detection electrode 22 and the primary side circuit of the insulation circuit (photocoupler 26), in this example, a current-voltage conversion circuit 23, an integration circuit 24, Since the drive circuit 25 and the photocoupler 26 are accommodated in the guard electrode 21 and covered with the guard electrode 21, the influence of the electric field from the outside can be made less susceptible to the circuit. The detection accuracy (measurement accuracy) of V1 can be improved.

また、この電圧検出装置1によれば、ガード電極21内であって、ガード電極21に形成された開口部21aを臨む位置に、開口部21aから突出しない状態(非突出状態)で検出電極22を配置したことにより、外部の電界の影響を検出電極22が受けにくくすることができる結果、交流電圧V1の検出精度(測定精度)を一層向上させることができる。   Further, according to the voltage detection device 1, the detection electrode 22 is in the guard electrode 21 so as not to protrude from the opening 21 a (non-projecting state) at a position facing the opening 21 a formed in the guard electrode 21. Since the detection electrode 22 can be made less susceptible to the influence of an external electric field, the detection accuracy (measurement accuracy) of the AC voltage V1 can be further improved.

また、この電圧検出装置1によれば、検出電極22における検出対象体4と対向する表面全体を絶縁物としての絶縁層21bで覆う構成としたことにより、検出対象体4と検出電極22との短絡を確実に防止することができる。   In addition, according to the voltage detection device 1, the entire surface of the detection electrode 22 facing the detection target body 4 is covered with the insulating layer 21 b as an insulator, so that the detection target body 4 and the detection electrode 22 are covered. A short circuit can be reliably prevented.

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。上記の電圧検出装置1では、ガード電極21内であって、ガード電極21に形成された開口部21aを臨む位置に、開口部21aから突出しない状態(ガード電極21の表面から凹ませた状態)で検出電極22を配置する構成を採用したが、外部からの電界の影響が少ない場合には、検出電極22を開口部21a内にガード電極21とほぼ面一の状態または一部が突出する状態で取り付ける構成や、検出電極22をガード電極21の外表面に開口部21aを覆うようにして取り付ける構成を採用することもできる。なお、いずれの構成においても、検出電極22とガード電極21とを電気的に絶縁するのは勿論である。また、ガード電極21全体を絶縁層21bで覆う構成について上記したが、検出対象体4との接触の可能性の高い検出電極22だけを絶縁層21bで覆い、他の部位を覆わない構成を採用することもできる。   In addition, this invention is not limited to said structure. In the voltage detection device 1 described above, a state in the guard electrode 21 that does not protrude from the opening 21a at a position facing the opening 21a formed in the guard electrode 21 (a state in which it is recessed from the surface of the guard electrode 21). However, when the influence of the electric field from the outside is small, the detection electrode 22 is almost flush with the guard electrode 21 or partially protrudes into the opening 21a. It is also possible to adopt a configuration in which the detection electrode 22 is attached to the outer surface of the guard electrode 21 so as to cover the opening 21a. In any configuration, it goes without saying that the detection electrode 22 and the guard electrode 21 are electrically insulated. Further, the configuration in which the entire guard electrode 21 is covered with the insulating layer 21b has been described above, but the configuration in which only the detection electrode 22 that is highly likely to contact the detection target body 4 is covered with the insulating layer 21b and the other portions are not covered is adopted. You can also

また、主電源回路31が外部から交流電圧の供給を受けて正電圧Vddおよび負電圧Vssを生成する構成の場合には、コンバータ32は、正電圧Vddおよび負電圧Vssの供給を受けて正電圧Vf+および負電圧Vf−を生成する構成(DCからDCを生成する構成)に代えて、主電源回路31と同様に外部から交流電圧の供給を受けて正電圧Vf+および負電圧Vf−を生成する構成とすることもできる。なお、この構成(ACからDCを生成する構成)においても、コンバータ32は、上記した例と同様にトランスを使用することにより、一次側に対して二次側が電気的に絶縁された絶縁型電源として構成する。   In the case where main power supply circuit 31 is configured to generate positive voltage Vdd and negative voltage Vss by receiving supply of AC voltage from the outside, converter 32 receives positive voltage Vdd and negative voltage Vss and receives positive voltage Vss. Instead of a configuration for generating Vf + and negative voltage Vf− (a configuration for generating DC from DC), a positive voltage Vf + and a negative voltage Vf− are generated by receiving an AC voltage from the outside in the same manner as the main power supply circuit 31. It can also be configured. Even in this configuration (a configuration in which DC is generated from AC), the converter 32 uses an transformer in the same manner as in the above-described example, so that the secondary side is electrically insulated from the primary side. Configure as.

また、例えば、フォトカプラ26をその駆動回路25と共に積分回路24の後段に配置して、積分信号V3をこの積分信号V3と電気的に絶縁された積分信号V3aに変換する構成を採用した例について上記したが、フォトカプラ26をその駆動回路25と共に積分回路24の前段、すなわち、電流電圧変換回路23と積分回路24との間に配置して、検出電圧信号V2をこの検出電圧信号V2と電気的に絶縁された新たな検出電圧信号に変換して積分回路24に出力する構成を採用することもできる。また、本体回路部3と電圧生成回路34との間に、駆動回路25、フォトカプラ26、および積分回路24以外の回路を適宜追加する構成を採用することもできるが、この構成を採用したときには、絶縁回路(光絶縁素子やトランス)は、電流電圧変換回路23と電圧生成回路34との間に存在するいずれかの回路において生成された信号を入力し、この入力した信号を電気的に絶縁しつつ出力するように、この信号の経路に介装される。また、前述したようにガード電極21で覆うべき部位は、検出電極22の後段の回路(本例では電流電圧変換回路23)からフォトカプラ26の一次側回路、つまり絶縁回路の一次側回路までの回路となる。このため、絶縁回路の位置を上記のように変更した場合には、絶縁回路の配置に応じてガード電極21で覆うべき回路が変わることになる。例えば、絶縁回路であるフォトカプラ26をその駆動回路25と共に積分回路24の前段に配置する構成では、電流電圧変換回路23、駆動回路25およびフォトカプラ26の一次側回路をガード電極21で覆う構成とする。また、電圧信号V4の実効値を電圧計35で検出(測定)して出力する構成と共に、またはこの構成に代えて、例えば電圧信号V4をサンプリングして、その波形を表示部に表示させるDSP(デジタル信号処理部)を備える構成を採用することもできる。   Further, for example, an example is adopted in which a photocoupler 26 is disposed in the subsequent stage of the integration circuit 24 together with the drive circuit 25 and the integration signal V3 is converted into an integration signal V3a that is electrically insulated from the integration signal V3. As described above, the photocoupler 26 and the drive circuit 25 are disposed in the previous stage of the integration circuit 24, that is, between the current-voltage conversion circuit 23 and the integration circuit 24, and the detection voltage signal V2 is electrically connected to the detection voltage signal V2. It is also possible to adopt a configuration that converts the detected voltage signal into a new insulated detection voltage signal and outputs it to the integrating circuit 24. In addition, a configuration in which circuits other than the drive circuit 25, the photocoupler 26, and the integration circuit 24 are appropriately added between the main body circuit unit 3 and the voltage generation circuit 34 may be employed. However, when this configuration is employed, The isolation circuit (optical isolation element or transformer) inputs a signal generated in any circuit existing between the current-voltage conversion circuit 23 and the voltage generation circuit 34, and electrically isolates the input signal. However, it is inserted in the path of this signal so as to output it. Further, as described above, the portion to be covered by the guard electrode 21 is from the circuit after the detection electrode 22 (current / voltage conversion circuit 23 in this example) to the primary circuit of the photocoupler 26, that is, the primary circuit of the insulation circuit. It becomes a circuit. For this reason, when the position of the insulation circuit is changed as described above, the circuit to be covered with the guard electrode 21 changes according to the arrangement of the insulation circuit. For example, in the configuration in which the photocoupler 26 that is an insulating circuit is disposed in front of the integration circuit 24 together with the drive circuit 25, the primary side circuit of the current-voltage conversion circuit 23, the drive circuit 25, and the photocoupler 26 is covered with the guard electrode 21. And In addition to the configuration in which the effective value of the voltage signal V4 is detected (measured) by the voltmeter 35 and output, or instead of this configuration, for example, a DSP (samples the voltage signal V4 and displays the waveform on the display unit). A configuration including a digital signal processing unit) can also be employed.

また、電流電圧変換部CVは上記の構成に代えて、図4や図5に示す構成を採用して実現することもできる。具体的には、図4に示す電流電圧変換部CVでは、電流電圧変換回路23は、ボルテージフォロアに構成された第1演算増幅器23c、および第1演算増幅器23cの非反転入力端子とガード電極21(基準電圧部)との間に配置された抵抗23dで構成されている。これにより、この抵抗23dで電流信号Iを電圧V5に変換することができ、この電圧V5(抵抗23dの両端間に発生する電圧)をバッファ(倍率が1倍の増幅器)として機能する第1演算増幅器23c(増幅器)が検出電圧信号V2として出力する。また、図5に示す電流電圧変換部CVでは、電流電圧変換回路23は、第1演算増幅器23c、第1演算増幅器23cの非反転入力端子とガード電極21(基準電圧部)との間に配置された抵抗23d、第1演算増幅器23cの反転入力端子とガード電極21との間に配置された抵抗23e、および第1演算増幅器23cの出力端子と反転入力端子との間に帰還回路として配置された抵抗23bで構成されている。これにより、抵抗23dで電流信号Iを電圧V5に変換することができ、この電圧V5(抵抗23dの両端間に発生する電圧)を非反転増幅器として機能する第1演算増幅器23c(増幅器)が検出電圧信号V2として出力する。したがって、図4,5に示す構成の電流電圧変換部CVを採用した電圧検出装置1においても、図1に示す構成の電流電圧変換部CVを採用した電圧検出装置1と同様の作用効果を奏することができる。   Further, the current-voltage conversion unit CV can be realized by adopting the configuration shown in FIG. 4 or 5 instead of the above configuration. Specifically, in the current-voltage conversion unit CV shown in FIG. 4, the current-voltage conversion circuit 23 includes a first operational amplifier 23c configured as a voltage follower, and a non-inverting input terminal and the guard electrode 21 of the first operational amplifier 23c. It is composed of a resistor 23d disposed between (reference voltage section). As a result, the current signal I can be converted into the voltage V5 by the resistor 23d, and the voltage V5 (voltage generated across the resistor 23d) is used as a buffer (amplifier with a magnification of 1). The amplifier 23c (amplifier) outputs it as the detection voltage signal V2. In the current-voltage conversion unit CV shown in FIG. 5, the current-voltage conversion circuit 23 is arranged between the first operational amplifier 23c, the non-inverting input terminal of the first operational amplifier 23c, and the guard electrode 21 (reference voltage unit). The resistor 23d, the resistor 23e disposed between the inverting input terminal of the first operational amplifier 23c and the guard electrode 21, and the feedback circuit disposed between the output terminal and the inverting input terminal of the first operational amplifier 23c. It comprises a resistor 23b. Thus, the current signal I can be converted into the voltage V5 by the resistor 23d, and this voltage V5 (voltage generated across the resistor 23d) is detected by the first operational amplifier 23c (amplifier) that functions as a non-inverting amplifier. Output as voltage signal V2. Therefore, the voltage detection device 1 that employs the current-voltage conversion unit CV having the configuration shown in FIGS. 4 and 5 also has the same operational effects as the voltage detection device 1 that employs the current-voltage conversion unit CV that has the configuration shown in FIG. be able to.

また、電流電圧変換回路23と積分回路24とで電流電圧変換部CVを構成する例について上記したが、図6に示すように、電流電圧変換部CVを1つの積分回路27で構成することもできる。積分回路27は、電流電圧変換回路の機能と積分回路の機能とを有し,一例として、図1に示す電流電圧変換回路23の構成を基本構成として、その抵抗23bにコンデンサ27aを並列接続して構成されている。この場合、コンデンサ27aは、一例として0.01μF程度のコンデンサで構成され、抵抗23bは、例えば1MΩ程度の高い抵抗値の抵抗で構成されている。このため、この積分回路27では、主としてコンデンサ27aに電流信号Iが流れることにより、電流電圧変換動作と同時に積分動作が行われて、検出対象体4の交流電圧V1とガード電極21の電圧(基準電圧)との電位差Vdiに比例して電圧値が変化する積分信号V3が生成される。したがって、図6に示す構成の電流電圧変換部CVを採用した電圧検出装置1においても、図1に示す構成の電流電圧変換部CVを採用した電圧検出装置1と同様の作用効果を奏することができる。なお、この積分回路27では、コンデンサ27aのみでは直流付近での帰還量が著しく低下してゲインが極端に大きくなり、バイアス電流によるオフセットで第1演算増幅器23cが飽和する虞があるため、抵抗23bはダイナミックレンジの低下を抑制するものとして機能している。また、第1演算増幅器23cの非反転入力端子とガード電極21とを抵抗23aを介して接続しているが、直接接続する構成を採用することもできる。   Further, the example in which the current-voltage conversion circuit 23 and the integration circuit 24 configure the current-voltage conversion unit CV has been described above, but the current-voltage conversion unit CV may be configured by one integration circuit 27 as shown in FIG. it can. The integration circuit 27 has a function of a current-voltage conversion circuit and a function of an integration circuit. For example, the integration circuit 27 has a configuration of the current-voltage conversion circuit 23 shown in FIG. 1 as a basic configuration, and a capacitor 27a is connected in parallel to the resistor 23b. Configured. In this case, as an example, the capacitor 27a is composed of a capacitor of about 0.01 μF, and the resistor 23b is composed of a resistor having a high resistance value of about 1 MΩ, for example. For this reason, in this integration circuit 27, the current signal I mainly flows through the capacitor 27a, whereby the integration operation is performed simultaneously with the current-voltage conversion operation, and the AC voltage V1 of the detection object 4 and the voltage of the guard electrode 21 (reference). An integrated signal V3 whose voltage value changes in proportion to the potential difference Vdi from the voltage is generated. Therefore, even in the voltage detection device 1 that employs the current-voltage conversion unit CV having the configuration shown in FIG. 6, the same effects as the voltage detection device 1 that employs the current-voltage conversion unit CV that has the configuration shown in FIG. 1 can be achieved. it can. In this integrating circuit 27, the amount of feedback in the vicinity of the direct current is remarkably reduced only by the capacitor 27a, the gain becomes extremely large, and the first operational amplifier 23c may be saturated by the offset due to the bias current. Functions as a suppressor of a decrease in dynamic range. In addition, although the non-inverting input terminal of the first operational amplifier 23c and the guard electrode 21 are connected via the resistor 23a, a configuration in which they are directly connected can also be employed.

また、フローティング回路部2において生成されたアナログ信号である積分信号V3を、積分信号V3と電気的に絶縁されたアナログ信号である積分信号V3aとして本体回路部3に出力する構成を採用した電圧検出装置1について上記したが、積分信号V3をデジタル信号に変換して本体回路部3に出力する構成を採用することもできる。以下、図7,8を参照して、この構成を採用した電圧検出装置1A,1Bについて説明する。なお、上記した電圧検出装置1と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。   Further, voltage detection adopting a configuration in which the integration signal V3 that is an analog signal generated in the floating circuit portion 2 is output to the main body circuit portion 3 as an integration signal V3a that is an analog signal electrically insulated from the integration signal V3. Although the apparatus 1 has been described above, a configuration in which the integration signal V3 is converted into a digital signal and output to the main body circuit unit 3 may be employed. Hereinafter, voltage detection devices 1A and 1B employing this configuration will be described with reference to FIGS. In addition, about the same structure as the voltage detection apparatus 1 mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.

最初に、電圧検出装置1Aについて説明する。電圧検出装置1Aは、図7に示すように、フローティング回路部2Aおよび本体回路部3Aを備え、検出対象体4に生じている交流電圧V1を非接触で検出可能(測定可能)に構成されている。フローティング回路部2Aは、同図に示すように、ガード電極21、検出電極22、電流電圧変換部CV、バッファアンプ28、A/D変換回路29および絶縁回路26Aを備えている。電流電圧変換部CVは、図1、図4、図5および図6に示されているいずれの回路で構成してもよいが、本例では一例として図6に示す積分回路27を採用して構成されている。バッファアンプ28は、高入力インピーダンス、かつ低出力インピーダンスのアンプで構成されて、積分回路27から出力される積分信号V3を入力して低インピーダンスで出力する。A/D変換回路29は、A/Dコンバータで構成されて、積分信号V3を所定のサンプリング周期(交流電圧V1の周期に対して十分に短い周期)でサンプリングして、積分信号V3の電圧波形を示すデジタルデータD1に変換して出力する。絶縁回路26Aは、デジタルアイソレータ(以下、「デジタルアイソレータ26A」ともいう)を使用して構成されている。デジタルアイソレータ26Aは、デジタル信号を入出力間で電気的に絶縁して伝達するデバイスであって、例えば、フォトトランジスタやフォトカプラといった光絶縁式アイソレータを用いて構成されたものや、磁気結合式アイソレータを用いて構成されたものが存在する。本例では、デジタルアイソレータ26Aは、A/D変換回路29から出力されるデジタルデータD1を電気的に絶縁されたデジタルデータD1aに変換して、配線W1を介して本体回路部3Aに出力する。   First, the voltage detection apparatus 1A will be described. As shown in FIG. 7, the voltage detection device 1A includes a floating circuit portion 2A and a main body circuit portion 3A, and is configured to be capable of detecting (measurable) the AC voltage V1 generated in the detection target body 4 without contact. Yes. As shown in the figure, the floating circuit unit 2A includes a guard electrode 21, a detection electrode 22, a current-voltage conversion unit CV, a buffer amplifier 28, an A / D conversion circuit 29, and an insulation circuit 26A. The current-voltage conversion unit CV may be configured by any of the circuits shown in FIGS. 1, 4, 5, and 6, but in this example, the integration circuit 27 shown in FIG. 6 is adopted as an example. It is configured. The buffer amplifier 28 is composed of an amplifier having a high input impedance and a low output impedance, and receives the integration signal V3 output from the integration circuit 27 and outputs it with a low impedance. The A / D conversion circuit 29 is composed of an A / D converter, samples the integration signal V3 at a predetermined sampling period (a period sufficiently short with respect to the period of the AC voltage V1), and generates a voltage waveform of the integration signal V3. Is converted to digital data D1 and output. The insulating circuit 26A is configured using a digital isolator (hereinafter also referred to as “digital isolator 26A”). The digital isolator 26A is a device that electrically insulates and transmits a digital signal between input and output. For example, the digital isolator 26A is configured using an optically isolated isolator such as a phototransistor or a photocoupler, or a magnetically coupled isolator. There is something constructed using. In this example, the digital isolator 26A converts the digital data D1 output from the A / D conversion circuit 29 into electrically isolated digital data D1a and outputs the digital data D1a to the main body circuit unit 3A via the wiring W1.

本体回路部3Aは、図7に示すように、一例として、主電源回路31、DC/DCコンバータ32、電圧生成回路34Aおよび電圧計35を備えている。電圧生成回路34Aは、処理部34d、D/A変換回路34eおよび昇圧回路34cを備えている。処理部34dは、CPUやDSP(デジタル信号処理部)で構成されて、上記した電圧検出装置1の交流増幅回路34aおよび位相補償回路34bにおいて実施されていた増幅処理および位相の調整処理などを、入力したデジタルデータD1aに対してデジタル処理にて実行して、新たなデジタルデータD2として出力する。D/A変換回路34eは、このデジタルデータD2を入力してアナログ信号に変換することにより、位相補償回路34bで生成していた電圧信号V4bと同じ信号を生成して出力する。昇圧回路34cは、この電圧信号V4bを所定の倍率で昇圧することにより、電圧信号V4を生成してガード電極21に印加する。   As shown in FIG. 7, the main body circuit unit 3A includes a main power supply circuit 31, a DC / DC converter 32, a voltage generation circuit 34A, and a voltmeter 35 as an example. The voltage generation circuit 34A includes a processing unit 34d, a D / A conversion circuit 34e, and a booster circuit 34c. The processing unit 34d is composed of a CPU and a DSP (digital signal processing unit), and performs the amplification processing and the phase adjustment processing that are performed in the AC amplification circuit 34a and the phase compensation circuit 34b of the voltage detection device 1 described above. The input digital data D1a is executed by digital processing and output as new digital data D2. The D / A conversion circuit 34e receives the digital data D2 and converts it into an analog signal, thereby generating and outputting the same signal as the voltage signal V4b generated by the phase compensation circuit 34b. The booster circuit 34c boosts the voltage signal V4b at a predetermined magnification to generate the voltage signal V4 and apply it to the guard electrode 21.

したがって、この電圧検出装置1Aによっても、電圧検出装置1と同様にして、容量値の一般的に極めて小さい静電容量C0を介して検出対象体4の交流電圧V1を検出(測定)することができるため、電流電圧変換部CVの電流電圧変換回路23を構成する第1演算増幅器23cに入力耐圧の低い安価な製品を使用したとしても、電位差Vdiによる第1演算増幅器23cの破壊を回避することができる。また、この電圧検出装置1Aでは、絶縁回路としてデジタルアイソレータ26Aを使用して、積分回路27から出力される積分信号V3をデジタルデータD1に変換すると共に、このデジタルデータD1を電気的に絶縁してデジタルデータD1aとして本体回路部3Aに出力するため、アナログ信号として積分信号V3を出力する構成と比較して、積分信号V3についての情報(電圧波形)を伝送路(配線W1)の温度や経時変化などの影響を受けることなく高精度で本体回路部3Aに伝達することができる結果、交流電圧V1の検出精度(測定精度)を向上させることができる。   Therefore, the voltage detection device 1A can detect (measure) the AC voltage V1 of the detection target body 4 via the electrostatic capacitance C0 having a generally extremely small capacitance value, similarly to the voltage detection device 1. Therefore, even if an inexpensive product with a low input withstand voltage is used for the first operational amplifier 23c constituting the current-voltage conversion circuit 23 of the current-voltage conversion unit CV, destruction of the first operational amplifier 23c due to the potential difference Vdi is avoided. Can do. In the voltage detection device 1A, the digital isolator 26A is used as an insulation circuit to convert the integration signal V3 output from the integration circuit 27 into digital data D1, and the digital data D1 is electrically insulated. Since the digital data D1a is output to the main body circuit unit 3A, the information (voltage waveform) about the integration signal V3 is changed with respect to the temperature of the transmission line (wiring W1) and changes over time as compared with the configuration in which the integration signal V3 is output as an analog signal. As a result, the detection accuracy (measurement accuracy) of the AC voltage V1 can be improved.

なお、図示はしないが、電圧生成回路を、D/A変換回路34e、および電圧検出装置1の電圧生成回路34の構成要素(交流増幅回路34a、位相補償回路34bおよび昇圧回路34c)で構成して、D/A変換回路34eがデジタルデータD1aを直接入力すると共にアナログ信号に変換し、このアナログ信号に対して、交流増幅回路34a、位相補償回路34bおよび昇圧回路34cが電圧検出装置1と同様に動作して、電圧信号V4を生成する構成を採用することもできる。   Although not shown, the voltage generation circuit is configured by a D / A conversion circuit 34e and components of the voltage generation circuit 34 of the voltage detection device 1 (an AC amplification circuit 34a, a phase compensation circuit 34b, and a booster circuit 34c). Then, the D / A conversion circuit 34e directly inputs the digital data D1a and converts it into an analog signal, and the AC amplification circuit 34a, the phase compensation circuit 34b, and the booster circuit 34c are similar to the voltage detection device 1 for this analog signal. It is also possible to adopt a configuration that operates to generate the voltage signal V4.

次に、電圧検出装置1Bについて説明する。なお、電圧検出装置1,1Aと同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。   Next, the voltage detection apparatus 1B will be described. In addition, about the same structure as the voltage detection apparatuses 1 and 1A, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.

電圧検出装置1Bは、図8に示すように、フローティング回路部2Bおよび本体回路部3Bを備え、検出対象体4に生じている交流電圧V1を非接触で検出可能(測定可能)に構成されている。フローティング回路部2Bは、同図に示すように、ガード電極21、検出電極22、電流電圧変換部CV、バッファアンプ28、PWM信号生成回路29Aおよび絶縁回路26A(デジタルアイソレータ26A)を備えている。電流電圧変換部CVは、電圧検出装置1Aと同様にして、一例として図6に示す積分回路27を採用して構成されている。バッファアンプ28は、積分信号V3を入力して低インピーダンスで出力する。PWM信号生成回路29Aは、入力した積分信号V3をパルス幅変調(Pulse Width Modulation)することにより、積分信号V3の電圧値に応じてパルス幅が変化するパルス信号(二値化信号。HighレベルおよびLowレベルが所定の電圧値に規定された信号)Spを生成して出力する。PWM信号生成回路29Aは、本例では一例として、一定の周期の三角波を生成する三角波生成回路、およびこの三角波と入力した積分信号V3とを比較してパルス信号Spを生成するコンパレータ(いずれも図示せず)を備えて構成されている。本例では一例として、PWM信号生成回路29Aは、積分信号V3の電圧値が上昇したときにはパルス幅が減少し、積分信号V3の電圧値が低下したときにはパルス幅が増加するパルス信号Spを三角波と同一周期で生成する。デジタルアイソレータ26Aは、このパルス信号Spを電気的に絶縁されたパルス信号Spaに変換して、配線W1を介して本体回路部3Bに出力する。   As shown in FIG. 8, the voltage detection device 1B includes a floating circuit portion 2B and a main body circuit portion 3B, and is configured to be able to detect (measure) the AC voltage V1 generated in the detection target body 4 without contact. Yes. As shown in the figure, the floating circuit unit 2B includes a guard electrode 21, a detection electrode 22, a current-voltage conversion unit CV, a buffer amplifier 28, a PWM signal generation circuit 29A, and an insulation circuit 26A (digital isolator 26A). The current-voltage conversion unit CV is configured by using the integration circuit 27 shown in FIG. 6 as an example, similarly to the voltage detection device 1A. The buffer amplifier 28 receives the integration signal V3 and outputs it with a low impedance. The PWM signal generation circuit 29A performs pulse width modulation on the input integration signal V3, thereby changing the pulse width according to the voltage value of the integration signal V3 (binary signal, high level and high level). A signal Sp having a Low level defined at a predetermined voltage value is generated and output. As an example in this example, the PWM signal generation circuit 29A includes a triangular wave generation circuit that generates a triangular wave having a constant period, and a comparator that generates a pulse signal Sp by comparing the triangular wave and the input integration signal V3 (both shown in FIG. (Not shown). In this example, as an example, the PWM signal generation circuit 29A converts the pulse signal Sp, which has a pulse width that decreases when the voltage value of the integration signal V3 increases, and increases when the voltage value of the integration signal V3 decreases, into a triangular wave. Generate in the same cycle. The digital isolator 26A converts the pulse signal Sp into an electrically isolated pulse signal Spa and outputs the pulse signal Spa to the main body circuit unit 3B via the wiring W1.

本体回路部3Bは、図8に示すように、一例として、主電源回路31、DC/DCコンバータ32、電圧生成回路34B、および電圧計35を備えている。電圧生成回路34Bは、本例では一例として、同図に示すように、パルス信号Spaによってオン・オフ制御されるスイッチング素子を備えて構成された駆動回路34f、一次巻線および二次巻線を有すると共に一次巻線が駆動回路34fによって駆動される昇圧トランス34g、およびこの昇圧トランス34gの二次巻線に誘起される交流電圧を整流平滑することで電圧信号V4を生成する直流変換回路34hを備え、昇圧回路として構成されている。この構成により、電圧生成回路34Bは、パルス信号Spaのパルス幅が減少したときにはスイッチング素子のオン期間が短く制御されることで、電圧信号V4を低下させ、パルス信号Spaのパルス幅が増加したときにはスイッチング素子のオン期間が長く制御されることで、電圧信号V4を上昇させる。また、電圧生成回路34Bは、この電圧信号V4をガード電極21に印加する。   As shown in FIG. 8, the main body circuit unit 3B includes a main power supply circuit 31, a DC / DC converter 32, a voltage generation circuit 34B, and a voltmeter 35 as an example. As an example in this example, the voltage generation circuit 34B includes a drive circuit 34f, a primary winding, and a secondary winding, each of which includes a switching element that is controlled to be turned on and off by a pulse signal Spa, as shown in FIG. A step-up transformer 34g having a primary winding driven by a drive circuit 34f, and a DC conversion circuit 34h that generates a voltage signal V4 by rectifying and smoothing an AC voltage induced in the secondary winding of the step-up transformer 34g. And is configured as a booster circuit. With this configuration, when the pulse width of the pulse signal Spa decreases, the voltage generation circuit 34B controls the switching element to have a short ON period, thereby lowering the voltage signal V4 and increasing the pulse width of the pulse signal Spa. The voltage signal V4 is raised by controlling the ON period of the switching element to be long. The voltage generation circuit 34B applies the voltage signal V4 to the guard electrode 21.

したがって、この電圧検出装置1Bによっても、電圧検出装置1,1Aと同様にして、容量値の一般的に極めて小さい静電容量C0を介して検出対象体4の交流電圧V1を検出(測定)することができるため、電流電圧変換部CVの積分回路27を構成する第1演算増幅器23cに入力耐圧の低い安価な製品を使用したとしても、電位差Vdiによる第1演算増幅器23cの破壊を回避することができる。また、この電圧検出装置1Bでは、電圧検出装置1Aと同様にして、絶縁回路としてデジタルアイソレータ26Aを使用して、積分回路27から出力される積分信号V3を二値化信号であるパルス信号Spに変換すると共に、このパルス信号Spを電気的に絶縁してパルス信号Spaとして本体回路部3Bに出力するため、アナログ信号として積分信号V3を出力する構成と比較して、積分信号V3についての情報(電圧波形)を伝送路(配線W1)の温度や経時変化などの影響を受けることなく高精度で本体回路部3Bに伝達することができる結果、交流電圧V1の検出精度(測定精度)を向上させることができる。   Therefore, this voltage detection device 1B also detects (measures) the AC voltage V1 of the detection object 4 via the electrostatic capacitance C0, which is generally extremely small in capacitance value, in the same manner as the voltage detection devices 1 and 1A. Therefore, even if an inexpensive product with a low input withstand voltage is used for the first operational amplifier 23c constituting the integrating circuit 27 of the current-voltage converter CV, the destruction of the first operational amplifier 23c due to the potential difference Vdi is avoided. Can do. In the voltage detection device 1B, similarly to the voltage detection device 1A, the digital isolator 26A is used as an insulation circuit, and the integration signal V3 output from the integration circuit 27 is converted into a pulse signal Sp that is a binarized signal. In addition to the conversion, the pulse signal Sp is electrically insulated and output to the main body circuit unit 3B as the pulse signal Spa. Therefore, the information about the integration signal V3 (as compared with the configuration in which the integration signal V3 is output as an analog signal ( Voltage waveform) can be transmitted to the main body circuit unit 3B with high accuracy without being affected by the temperature of the transmission line (wiring W1) or changes over time, and as a result, the detection accuracy (measurement accuracy) of the AC voltage V1 is improved. be able to.

次に、上記した電圧検出装置1、電圧検出装置1Aまたは電圧検出装置1Bを複数利用した線間電圧検出装置51について説明する。なお、線間電圧検出装置51は、電圧検出装置1のみ、または電圧検出装置1Aのみ、または電圧検出装置1Bのみで構成することもできるし、電圧検出装置1、電圧検出装置1Aおよび電圧検出装置1Bから選択された2種類の装置、さらに全種類の装置を混ぜて構成することもできるが、以下では、一例として電圧検出装置1のみで構成する例を挙げて説明する。   Next, a line voltage detection device 51 using a plurality of the voltage detection device 1, the voltage detection device 1A, or the voltage detection device 1B will be described. Note that the line voltage detection device 51 can be configured by only the voltage detection device 1, only the voltage detection device 1A, or only the voltage detection device 1B, or the voltage detection device 1, the voltage detection device 1A, and the voltage detection device. Although two types of devices selected from 1B and all types of devices can be mixed, an example in which only the voltage detection device 1 is configured will be described below as an example.

最初に、線間電圧検出装置51について、図面を参照して説明する。なお、以下では、三相(R相、S相およびT相)三線式の交流電路(以下、「電路」ともいう)R,S,Tの線間電圧を検出(測定)する例について説明する。   First, the line voltage detection device 51 will be described with reference to the drawings. In the following, an example of detecting (measuring) line voltages of three-phase (R-phase, S-phase, and T-phase) three-wire AC circuits (hereinafter also referred to as “electric circuits”) R, S, and T will be described. .

線間電圧検出装置51は、一例として、図9に示すように、電路R,S,Tの数と同数(3つ)の電圧検出装置1(以下、各電路R,S,Tに対応させて電圧検出装置1r,1s,1t(以下、特に区別しないときには「電圧検出装置1」ともいう)、算出部52、および表示部53を備え、電路R,S間の線間電圧Vrs、電路S,T間の線間電圧Vst、および電路R,T間の線間電圧Vrtを非接触で検出可能(測定可能)に構成されている。   For example, as shown in FIG. 9, the line voltage detecting device 51 corresponds to the same number (three) of the electric circuits R, S, T as the number of the electric circuits R, S, T (hereinafter referred to as the electric circuits R, S, T). Voltage detectors 1r, 1s, and 1t (hereinafter also referred to as “voltage detector 1” unless otherwise specified), a calculation unit 52, and a display unit 53, and a line voltage Vrs between electric circuits R and S, electric circuit S , T and the line voltage Vrt between the electric circuits R, T can be detected (measured) in a non-contact manner.

各電圧検出装置1は、図9に示すように、上記したフローティング回路部2および本体回路部3をそれぞれ備えて同一に構成されて、各電路R,S,Tを検出対象体としてこれらの交流電圧Vr,Vs,Vt(検出対象交流電圧)に自らの電圧信号V4をフィードバック制御動作を実行して一致させる。また、本例の各電圧検出装置1r,1s,1tでは、電圧計35が、検出(測定)した電圧信号V4の波形を示す電圧データDva,Dvb,Dvcを出力する。以下、電圧データDva,Dvb,Dvcについては、特に区別しないときには「電圧データDv」ともいう。   As shown in FIG. 9, each voltage detection device 1 includes the floating circuit unit 2 and the main body circuit unit 3 and is configured in the same manner, and each AC circuit R, S, T is used as a detection target, and the alternating currents are detected. The voltage signal V4 is made to coincide with the voltages Vr, Vs, and Vt (detection target AC voltage) by performing a feedback control operation. In each of the voltage detection devices 1r, 1s, and 1t of this example, the voltmeter 35 outputs voltage data Dva, Dvb, and Dvc indicating the waveform of the detected (measured) voltage signal V4. Hereinafter, the voltage data Dva, Dvb, and Dvc are also referred to as “voltage data Dv” unless particularly distinguished.

算出部52は、CPUおよびメモリ(いずれも図示せず)を備えた算出回路で構成されて、各電圧検出装置1から出力された電圧データDvに基づいて、線間電圧を求める(算出)する線間電圧算出処理を実行する。また、算出部52は、線間電圧算出処理の結果を表示部53に表示させる。表示部53は、本例では、液晶ディスプレイなどのモニタ装置で構成されている。なお、プリンタなどの印字装置で構成することもできる。また、各本体回路部3は、後述するように互いのグランドG1同士が接続される。また、算出部52および表示部53は、3つの本体回路部3のうちのいずれか1つの本体回路部3に含まれている主電源回路31から正電圧Vddおよび負電圧Vssの供給を受けて作動する。この構成により、各フローティング回路部2、各本体回路部3、算出部52および表示部53は、大地からフローティングされた状態となっている。   The calculation unit 52 includes a calculation circuit including a CPU and a memory (both not shown), and calculates (calculates) a line voltage based on the voltage data Dv output from each voltage detection device 1. A line voltage calculation process is executed. The calculation unit 52 causes the display unit 53 to display the result of the line voltage calculation process. In this example, the display unit 53 is configured by a monitor device such as a liquid crystal display. In addition, it can also be comprised with printing apparatuses, such as a printer. In addition, the main body circuit units 3 are connected to each other's grounds G1 as described later. In addition, the calculation unit 52 and the display unit 53 are supplied with the positive voltage Vdd and the negative voltage Vss from the main power supply circuit 31 included in any one of the three main body circuit units 3. Operate. With this configuration, each floating circuit unit 2, each main circuit unit 3, calculation unit 52, and display unit 53 are in a state of floating from the ground.

次いで、線間電圧検出装置51の検出動作(測定動作)について説明する。   Next, the detection operation (measurement operation) of the line voltage detection device 51 will be described.

まず、検出(測定)に際して、図9に示すように、電圧検出装置1rで電路Rの交流電圧Vrを検出(測定)するため、そのフローティング回路部2を電路Rに近づけると共に、その検出電極22を対応する電路Rに対向させる。同様にして、他の電圧検出装置1s,1tについても、電路S,Tの交流電圧Vs,Vtを検出(測定)するため、各フローティング回路部2の検出電極22を対応する電路S,Tにそれぞれ対向させる。これにより、各検出電極22と各電路R,S,Tとの間に静電容量C0(図1参照)がそれぞれ形成された状態となる。この場合、各静電容量C0の容量値は、各検出電極22と電路R,S,Tの芯線の距離に反比例して変化するが、フローティング回路部2を配設し終えた後は、湿度などの環境条件が一定のもとでは一定となる(変動しない)。また、静電容量C0の容量値が一般的に極めて小さい(例えば数pF〜数十pF程度)ために、電路R,S,Tと各検出電極22との間のインピーダンスが十分に大きな値(数MΩ)となる。これにより、線間電圧検出装置51においても、各電路R,S,Tと、対応する各検出電極22との間の電位差Vdiが大きい場合であっても、電路R,S,Tの交流電圧Vr,Vs,Vtによって、各電圧検出装置1の第1演算増幅器23cが破壊される事態が防止されている。また、各電圧検出装置1のグランドG1同士を接続(短絡)することにより、各電圧検出装置1のグランドG1の電位を共通化する。   First, at the time of detection (measurement), as shown in FIG. 9, in order to detect (measure) the AC voltage Vr of the electric circuit R by the voltage detection device 1r, the floating circuit portion 2 is brought close to the electric circuit R and the detection electrode 22 thereof. To the corresponding electric circuit R. Similarly, with respect to the other voltage detection devices 1s and 1t, in order to detect (measure) the AC voltages Vs and Vt of the electric circuits S and T, the detection electrodes 22 of the respective floating circuit portions 2 are connected to the corresponding electric circuits S and T. Make them face each other. As a result, a capacitance C0 (see FIG. 1) is formed between each detection electrode 22 and each of the electric paths R, S, and T. In this case, the capacitance value of each electrostatic capacitance C0 changes in inverse proportion to the distance between each detection electrode 22 and the core wire of the electric circuits R, S, T. It becomes constant (does not change) under certain environmental conditions. Further, since the capacitance value of the capacitance C0 is generally extremely small (for example, about several pF to several tens of pF), the impedance between the electric circuits R, S, T and each detection electrode 22 is a sufficiently large value ( Several MΩ). Thereby, also in the line voltage detection apparatus 51, even if the electric potential difference Vdi between each electric circuit R, S, T and each corresponding detection electrode 22 is large, the alternating voltage of electric circuit R, S, T The situation where the first operational amplifier 23c of each voltage detection device 1 is destroyed is prevented by Vr, Vs, and Vt. Further, by connecting (short-circuiting) the grounds G1 of the respective voltage detection devices 1, the potential of the ground G1 of each voltage detection device 1 is made common.

次いで、線間電圧検出装置51の起動状態において、電圧検出装置1rでは、フィードバックループを構成する電流電圧変換回路23、積分回路24、駆動回路25、フォトカプラ26および本体回路部3が、電路Rの交流電圧Vrの変化に対応させて、電圧信号V4の電圧値を変化させるフィードバック制御動作を実行することにより、ガード電極21の電圧(電圧信号V4の電圧および検出電極22の電圧でもある)を交流電圧Vrに追従させる。また、他の電圧検出装置1s,1tでも、フィードバックループを構成する電流電圧変換回路23、積分回路24、駆動回路25、フォトカプラ26および本体回路部3が、電路S,Tの交流電圧Vs,Vtの変化に対応させて、電圧信号V4の電圧値を変化させるフィードバック制御動作を実行することにより、それぞれのガード電極21の電圧(電圧信号V4の電圧および検出電極22の電圧でもある)を交流電圧Vs,Vtに追従させる。また、各電圧検出装置1の電圧計35は、検出(測定)した電圧信号V4の電圧、すなわち各電路R,S,Tの交流電圧Vr,Vs,Vtの波形を示す電圧データDva,Dvb,Dvcを連続して出力する。   Next, in the activated state of the line voltage detection device 51, in the voltage detection device 1r, the current-voltage conversion circuit 23, the integration circuit 24, the drive circuit 25, the photocoupler 26, and the main body circuit unit 3 constituting the feedback loop are connected to the electric circuit R. The voltage of the guard electrode 21 (which is also the voltage of the voltage signal V4 and the voltage of the detection electrode 22) is obtained by executing a feedback control operation that changes the voltage value of the voltage signal V4 in accordance with the change in the AC voltage Vr. Follows the AC voltage Vr. Also in the other voltage detection devices 1s and 1t, the current-voltage conversion circuit 23, the integration circuit 24, the drive circuit 25, the photocoupler 26, and the main circuit unit 3 constituting the feedback loop are connected to the AC voltage Vs of the electric circuits S and T, By executing a feedback control operation that changes the voltage value of the voltage signal V4 in accordance with the change in Vt, the voltage of each guard electrode 21 (which is also the voltage of the voltage signal V4 and the voltage of the detection electrode 22) is AC. Follow the voltages Vs and Vt. In addition, the voltmeter 35 of each voltage detection device 1 is voltage data Dva, Dvb, voltage indicating the voltage of the detected (measured) voltage signal V4, that is, the waveform of the AC voltage Vr, Vs, Vt of each electric circuit R, S, T. Dvc is output continuously.

算出部52は、各電圧検出装置1から出力された各電圧データDva,Dvb,Dvcを入力してメモリに記憶する。次いで、算出部52は、線間電圧算出処理を実行する。具体的には、算出部52は、各電圧データDva,Dvbの差分電圧を算出することにより、各電路R,S間の線間電圧Vrsを求める(算出する)。また、算出部52は、同様にして、各電圧データDvb,Dvcの差分電圧を算出することにより、各電路S,T間の線間電圧Vstを求め(算出し)、各電圧データDva,Dvcの差分電圧を算出することにより、各電路R,T間の線間電圧Vrtを求める(検出する)。この場合、前述したように、各電圧検出装置1は共通化されたグランドG1を基準として各電路R,S,Tの交流電圧Vr,Vs,Vtを検出(測定)するため、基準電位がどのような電位であったとしても、各交流電圧Vr,Vs,Vtの差分電圧を算出することにより、各線間電圧Vrs,Vst,Vrtが正確に求められる(算出)される。また、算出部52は、算出した線間電圧Vrs,Vst,Vrtを表示部53に表示させる。   The calculation unit 52 inputs each voltage data Dva, Dvb, Dvc output from each voltage detection device 1 and stores it in the memory. Next, the calculation unit 52 executes a line voltage calculation process. Specifically, the calculation unit 52 obtains (calculates) a line voltage Vrs between the electric circuits R and S by calculating a differential voltage between the voltage data Dva and Dvb. Similarly, the calculation unit 52 calculates (calculates) the line voltage Vst between the electric circuits S and T by calculating the differential voltage between the voltage data Dvb and Dvc, and the voltage data Dva and Dvc. Is obtained (detected) by calculating the line voltage Vrt between the electric circuits R and T. In this case, as described above, each voltage detection device 1 detects (measures) the AC voltages Vr, Vs, and Vt of the electric circuits R, S, and T with the common ground G1 as a reference. Even if it is such a potential, the line voltages Vrs, Vst, Vrt are accurately obtained (calculated) by calculating the differential voltage of the AC voltages Vr, Vs, Vt. The calculation unit 52 causes the display unit 53 to display the calculated line voltages Vrs, Vst, Vrt.

このように、この線間電圧検出装置51によれば、電圧検出装置1を使用したことにより、各電圧検出装置1における電流電圧変換回路23を構成する第1演算増幅器23cに入力耐圧の低い安価な製品を使用したとしても、電位差Vdiによる第1演算増幅器23cの破壊を回避することができるため、装置コストの低減を図りつつ、線間電圧Vrs,Vst,Vrtを検出(測定)することができる。   As described above, according to the line voltage detection device 51, the use of the voltage detection device 1 allows the first operational amplifier 23c constituting the current-voltage conversion circuit 23 in each voltage detection device 1 to have a low input withstand voltage and is inexpensive. Even if a simple product is used, the destruction of the first operational amplifier 23c due to the potential difference Vdi can be avoided, so that the line voltages Vrs, Vst, Vrt can be detected (measured) while reducing the device cost. it can.

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、主電源回路31およびコンバータ32をそれぞれ備えた同一構成の電圧検出装置1を複数使用した例について上記したが、複数の電圧検出装置1のうちの1つに主電源回路31およびコンバータ32を配置し、この電圧検出装置1から残りの電圧検出装置1に対して正電圧Vdd、負電圧Vss、正電圧Vf+および負電圧Vf−を供給する構成を採用することもできる。   In addition, this invention is not limited to said structure. For example, the example in which a plurality of the voltage detection devices 1 having the same configuration each including the main power supply circuit 31 and the converter 32 is used has been described above. It is also possible to employ a configuration in which the positive voltage Vdd, the negative voltage Vss, the positive voltage Vf +, and the negative voltage Vf− are supplied from the voltage detection device 1 to the remaining voltage detection devices 1.

1,1A,1B,1r,1s,1t 電圧検出装置
2,2A,2B フローティング回路部
3,3A,3B 本体回路部
4 検出対象体
21 ガード電極
21a 開口部
21b 絶縁層
22 検出電極
23 電流電圧変換回路
23c 第1演算増幅器
23d 抵抗
24 積分回路
26 フォトカプラ
26A デジタルアイソレータ
34,34A,34B 電圧生成回路
51 線間電圧検出装置
52 算出部
CV 電流電圧変換部
I 電流信号
R,S,T 電路
V1,Vr,Vs,Vt 交流電圧
V2 検出電圧信号
V3,V3a 積分信号
Vdi 電位差
Vrs,Vrt,Vst 線間電圧
1, 1A, 1B, 1r, 1s, 1t Voltage detection device 2, 2A, 2B Floating circuit section 3, 3A, 3B Body circuit section 4 Object to be detected 21 Guard electrode 21a Opening 21b Insulating layer 22 Detection electrode 23 Current-voltage conversion Circuit 23c First operational amplifier 23d Resistance 24 Integration circuit 26 Photocoupler 26A Digital isolator 34, 34A, 34B Voltage generation circuit 51 Line voltage detection device 52 Calculation unit CV Current voltage conversion unit I Current signal R, S, T Electric circuit V1, Vr, Vs, Vt AC voltage V2 Detection voltage signal V3, V3a Integration signal Vdi Potential difference Vrs, Vrt, Vst Line voltage

Claims (9)

検出対象体に生じている検出対象交流電圧を検出する電圧検出装置であって、
前記検出対象体に対向して配設される検出電極と、
第1の入力端子が基準電圧に規定されると共に、第2の入力端子が前記検出電極に直接または間接に接続されて、当該検出電極と当該第2の入力端子に接続された帰還回路とを含む経路において前記検出対象交流電圧と当該基準電圧との間の交流の電位差に応じた電流値で流れる検出電流を検出電圧信号に変換して出力する演算増幅器を有する電流電圧変換回路と、
前記検出電圧信号を積分して前記電位差に応じて振幅が変化する積分信号を出力する積分回路と、
前記積分回路の前段または後段に配設されて、前記検出電圧信号および前記積分信号のうちの一方を入力すると共に電気的に絶縁して出力する絶縁回路と、
前記電位差が減少するように前記積分信号に基づく信号を増幅して前記基準電圧を生成する電圧生成回路とを備えている電圧検出装置。
A voltage detection device for detecting a detection target alternating voltage generated in a detection target body,
A detection electrode disposed to face the detection object;
A first input terminal defined by a reference voltage, a second input terminal connected directly or indirectly to the detection electrode, and a feedback circuit connected to the detection electrode and the second input terminal. A current-voltage conversion circuit having an operational amplifier for converting a detection current flowing at a current value corresponding to an AC potential difference between the detection target AC voltage and the reference voltage into a detection voltage signal and outputting the detection voltage signal in a path including
An integration circuit that integrates the detection voltage signal and outputs an integration signal whose amplitude changes according to the potential difference;
An isolation circuit that is disposed in a preceding stage or a subsequent stage of the integration circuit, and inputs and electrically insulates and outputs one of the detection voltage signal and the integration signal;
A voltage detection device comprising: a voltage generation circuit that amplifies a signal based on the integration signal so as to reduce the potential difference and generates the reference voltage.
検出対象体に生じている検出対象交流電圧を検出する電圧検出装置であって、
前記検出対象体に対向して配設される検出電極と、
前記検出電極と基準電圧の部位との間に配設されると共に前記検出対象交流電圧と当該基準電圧との間の交流の電位差に応じた電流値で流れる検出電流を電圧信号に変換する検出部、および当該電圧信号をインピーダンス変換して検出電圧信号として出力する増幅器を有する電流電圧変換回路と、
前記検出電圧信号を積分して前記電位差に応じて振幅が変化する積分信号を出力する積分回路と、
前記積分回路の前段または後段に配設されて、前記検出電圧信号および前記積分信号のうちの一方を入力すると共に電気的に絶縁して出力する絶縁回路と、
前記電位差が減少するように前記積分信号に基づく信号を増幅して前記基準電圧を生成する電圧生成回路とを備えている電圧検出装置。
A voltage detection device for detecting a detection target alternating voltage generated in a detection target body,
A detection electrode disposed to face the detection object;
A detection unit that is disposed between the detection electrode and a reference voltage portion and converts a detection current flowing at a current value corresponding to an AC potential difference between the detection target AC voltage and the reference voltage into a voltage signal. And a current-voltage conversion circuit having an amplifier that impedance-converts the voltage signal and outputs it as a detection voltage signal;
An integration circuit that integrates the detection voltage signal and outputs an integration signal whose amplitude changes according to the potential difference;
An isolation circuit that is disposed in a preceding stage or a subsequent stage of the integration circuit, and inputs and electrically insulates and outputs one of the detection voltage signal and the integration signal;
A voltage detection device comprising: a voltage generation circuit that amplifies a signal based on the integration signal so as to reduce the potential difference and generates the reference voltage.
検出対象体に生じている検出対象交流電圧を検出する電圧検出装置であって、
前記検出対象体に対向して配設される検出電極と、
第1の入力端子が基準電圧に規定されると共に、第2の入力端子が前記検出電極に直接または間接に接続されて、当該検出電極と当該第2の入力端子に接続された帰還回路とを含む経路において前記検出対象交流電圧と当該基準電圧との間の交流の電位差に応じた電流値で流れる検出電流を積分することにより、当該電位差に応じて振幅が変化する積分信号を出力する演算増幅器を有する積分回路と、
前記積分信号を入力すると共に電気的に絶縁して出力する絶縁回路と、
前記電位差が減少するように前記積分信号に基づく信号を増幅して前記基準電圧を生成する電圧生成回路とを備えている電圧検出装置。
A voltage detection device for detecting a detection target alternating voltage generated in a detection target body,
A detection electrode disposed to face the detection object;
A first input terminal is defined as a reference voltage, a second input terminal is connected directly or indirectly to the detection electrode, and the detection electrode and a feedback circuit connected to the second input terminal are provided. An operational amplifier that integrates a detection current flowing at a current value corresponding to an AC potential difference between the detection target AC voltage and the reference voltage in a path including the output, and outputs an integration signal whose amplitude changes according to the potential difference An integrating circuit having
An insulating circuit that inputs the integration signal and electrically insulates and outputs the integrated signal;
A voltage detection device comprising: a voltage generation circuit that amplifies a signal based on the integration signal so as to reduce the potential difference and generates the reference voltage.
前記絶縁回路は、光絶縁素子および/またはトランスを備えて構成されている請求項1から3のいずれかに記載の電圧検出装置。   The voltage detection device according to claim 1, wherein the insulation circuit includes an optical insulation element and / or a transformer. 前記絶縁回路は、デジタルアイソレータを備えて構成されている請求項1から3のいずれかに記載の電圧検出装置。   The voltage detection device according to claim 1, wherein the insulation circuit includes a digital isolator. 前記基準電圧に規定されたガード電極を備え、前記検出電極の後段の回路から前記絶縁回路の一次側回路までの間が当該ガード電極によって覆われている請求項1から5のいずれかに記載の電圧検出装置。   6. The device according to claim 1, further comprising a guard electrode defined by the reference voltage, wherein a space from a circuit subsequent to the detection electrode to a primary circuit of the insulating circuit is covered by the guard electrode. Voltage detection device. 前記ガード電極に開口部が形成され、
前記検出電極は、前記ガード電極内における前記開口部を臨む位置に、当該開口部から突出しない状態で配置されている請求項6記載の電圧検出装置。
An opening is formed in the guard electrode;
The voltage detection device according to claim 6, wherein the detection electrode is disposed at a position facing the opening in the guard electrode so as not to protrude from the opening.
前記検出電極における前記検出対象体と対向する表面全体を覆う絶縁物を備えている請求項1から7のいずれかに記載の電圧検出装置。   The voltage detection apparatus according to claim 1, further comprising an insulator that covers an entire surface of the detection electrode that faces the detection target body. 前記検出対象体としての対応する複数の電路に前記検出電極が対向可能に構成されて当該各電路に生じている交流電圧を前記検出対象交流電圧としてそれぞれ検出可能な複数の請求項1から8のいずれかに記載の電圧検出装置と、
前記複数の電圧検出装置のうちの一対の電圧検出装置によって検出された2つの前記電路の前記交流電圧の差分電圧を算出して当該2つの電路間の線間電圧を求める算出部とを備えている線間電圧検出装置。
The plurality of corresponding electric circuits as the detection object are configured so that the detection electrodes can face each other, and an AC voltage generated in each electric circuit can be detected as the detection object AC voltage, respectively. A voltage detection device according to any one of the above,
A calculating unit that calculates a differential voltage between the AC voltages of two electric circuits detected by a pair of voltage detecting devices out of the plurality of voltage detecting devices, and obtains a line voltage between the two electric circuits; Line voltage detection device.
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