JP7009025B2 - Voltage measuring device, voltage measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、測定対象物の電圧を非接触で測定可能な電圧測定装置および電圧測定方法に関する。 The present invention relates to a voltage measuring device and a voltage measuring method capable of measuring the voltage of an object to be measured in a non-contact manner.
特許文献1には、図9に示すような測定対象物404の電圧V1を非接触で測定可能な電圧測定装置400が開示されている。電圧測定装置400は、プローブユニット402の検出電極412が測定対象物404の近傍に非接触な状態で配置されており、検出電極412と測定対象物404との間に静電容量C0が形成されている。
電圧測定装置400では、可変容量素子413を本体403から交流信号S1で駆動すると可変容量素子413の静電容量の変化により交流電流iが流れる。電流iの大きさは測定対象物404の電圧V1とプローブユニット402のシールドケースの電圧V4との電圧差によって決まる。電流iを検出抵抗415で交流電圧V2として測定し、その振幅に応じたシールド電圧V4を電圧生成回路425から発生させる。
In the
この構成により、電圧測定装置400のシールド電圧V4は電流iが0となるように制御され、このときシールド電圧V4は測定対象物404の電圧V1と同電圧になる。このため、シールド電圧V4を電圧計426により測定することで、測定対象物404の電圧V1を計測することができる。
With this configuration, the shield voltage V4 of the
電圧測定装置400では、例えば、数kVの高電圧を測定する場合には、プローブユニット402のシールドケースが高電圧になる。したがって、測定装置の安全性を確保するためにシールドケース周辺の高絶縁設計や破損による感電防止措置等が必要となる。このため電圧測定装置400の高コスト化を招いている。
In the
そこで、本発明は、高コスト化を招くことなく高電圧の非接触測定が可能な電圧測定技術を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a voltage measurement technique capable of non-contact measurement of a high voltage without incurring a high cost.
上記課題を解決するため、本発明の第1の態様である電圧測定装置は、第1周波数の交流電圧を測定する電圧測定装置であって、電極と、前記電極と接続し、第2周波数の交流電圧を出力する可変電圧源と、前記電極と前記可変電圧源との間を流れる電流を検出する電流検出部と、検出された電流から、前記第1周波数成分の大きさと、前記第2周波数成分の大きさとの差分に相当する値を抽出して出力する差分抽出部と、前記差分抽出部の出力が0になるように、前記可変電圧源の出力電圧を変化させる電圧調整部と、前記可変電圧源の出力電圧と前記第1周波数と前記第2周波数とに基づいて、前記第1周波数の交流電圧を算出する演算部と、を備えたことを特徴とする。
本発明の第1の態様である電圧測定装置によれば、測定側は測定対象電圧よりもはるかに低い電圧で測定することができるため、電圧測定装置の構成部品に高価な高耐圧部品が不要となる。また、電圧測定装置内部で高電圧が発生することがないため、高絶縁設計や感電防止措置が不要となる。したがって、従来技術のような高コスト化を防ぐことができ、安価に電圧測定装置を構成することができる。
In order to solve the above problems, the voltage measuring device according to the first aspect of the present invention is a voltage measuring device that measures an AC voltage of a first frequency, and is connected to an electrode and the electrode to have a second frequency. A variable voltage source that outputs an AC voltage, a current detector that detects the current flowing between the electrode and the variable voltage source, and the magnitude of the first frequency component and the second frequency from the detected current. A difference extraction unit that extracts and outputs a value corresponding to the difference from the magnitude of the component, a voltage adjustment unit that changes the output voltage of the variable voltage source so that the output of the difference extraction unit becomes 0, and the above. It is characterized by including a calculation unit for calculating an AC voltage of the first frequency based on the output voltage of the variable voltage source and the first frequency and the second frequency.
According to the voltage measuring device according to the first aspect of the present invention, since the measuring side can measure at a voltage much lower than the voltage to be measured, expensive high withstand voltage components are not required as components of the voltage measuring device. It becomes. In addition, since high voltage is not generated inside the voltage measuring device, high insulation design and electric shock prevention measures are not required. Therefore, it is possible to prevent the cost increase as in the prior art, and it is possible to construct the voltage measuring device at low cost.
ここで、前記演算部は、前記第2周波数と前記第1周波数との比に前記可変電圧源の出力電圧を乗じることにより前記第1周波数の交流電圧を算出することができる。
また、前記電極と前記可変電圧源とがコンデンサを介して接続していてもよい。
Here, the calculation unit can calculate the AC voltage of the first frequency by multiplying the ratio of the second frequency and the first frequency by the output voltage of the variable voltage source.
Further, the electrode and the variable voltage source may be connected via a capacitor.
上記課題を解決するため、本発明の第2の態様である電圧測定装置は、第1周波数の交流電圧を測定する電圧測定装置であって、電極と、複数個の測定部と、総合演算部と、を備え、前記測定部は、前記電極と接続し、それぞれ異なる固有の周波数の交流電圧を出力する可変電圧源と、前記電極と前記可変電圧源との間を流れる電流を検出する電流検出部と、検出された電流から、前記第1周波数成分の大きさと、前記固有の周波数成分の大きさとの差分に相当する値を抽出して出力する差分抽出部と、前記差分抽出部の出力が0になるように、前記可変電圧源の出力電圧を変化させる電圧調整部と、前記可変電圧源の出力電圧と前記第1周波数と前記固有の周波数とに基づいて、前記第1周波数の交流電圧を算出する演算部と、を備え、前記総合演算部は、それぞれの測定部毎に算出された前記第1周波数の交流電圧に基づいて、前記第1周波数の交流電圧を算出することを特徴とする。
本発明の第2の態様である電圧測定装置によれば、第1周波数の交流電圧にノイズ成分が含まれる場合に、ある周波数でノイズの影響を受けた測定電圧が得られたとしても、他の周波数では、ノイズの影響を受けていない測定電圧が得られることになる。このため、第1の態様の電圧測定装置の効果に加え、第1周波数の交流電圧に含まれるノイズ成分の影響を軽減することができる。
In order to solve the above problems, the voltage measuring device according to the second aspect of the present invention is a voltage measuring device that measures the AC voltage of the first frequency, and is an electrode, a plurality of measuring units, and a comprehensive calculation unit. The measuring unit is connected to the electrode and outputs a variable voltage source having a different unique frequency, and a current detection that detects a current flowing between the electrode and the variable voltage source. The output of the difference extraction unit and the difference extraction unit that extracts and outputs a value corresponding to the difference between the magnitude of the first frequency component and the magnitude of the unique frequency component from the detected current and the unit. The AC voltage of the first frequency is based on the voltage adjusting unit that changes the output voltage of the variable voltage source so as to be 0, the output voltage of the variable voltage source, the first frequency, and the inherent frequency. The comprehensive calculation unit is characterized by calculating the AC voltage of the first frequency based on the AC voltage of the first frequency calculated for each measurement unit. do.
According to the voltage measuring device according to the second aspect of the present invention, when the AC voltage of the first frequency contains a noise component, even if the measured voltage affected by the noise at a certain frequency is obtained, the other At the frequency of, a measured voltage that is not affected by noise can be obtained. Therefore, in addition to the effect of the voltage measuring device of the first aspect, the influence of the noise component included in the AC voltage of the first frequency can be reduced.
上記課題を解決するため、本発明の第3の態様である電圧測定装置は、第1周波数の交流電圧を測定する電圧測定装置であって、電極と、前記電極と接続し、切替え可能な第2周波数の交流電圧を出力する可変電圧源と、前記電極と前記可変電圧源との間を流れる電流を検出する電流検出部と、検出された電流から、前記第1周波数成分の大きさと、前記第2周波数成分の大きさとの差分に相当する値を抽出して出力する差分抽出部と、前記差分抽出部の出力が0になるように、前記可変電圧源の出力電圧を変化させる電圧調整部と、切替えられた第2周波数毎に、前記可変電圧源の出力電圧と前記第1周波数と前記第2周波数とに基づいて、前記第1周波数の周波数毎交流電圧を算出する演算部と、算出された前記第1周波数の周波数毎交流電圧に基づいて、前記第1周波数の交流電圧を算出する総合演算部と、を備えたことを特徴とする。
本発明の第3の態様である電圧測定装置によれば、第1周波数の交流電圧にノイズ成分が含まれる場合に、ある周波数でノイズの影響を受けた測定電圧が得られたとしても、他の周波数では、ノイズの影響を受けていない測定電圧が得られることになる。このため、第1の態様の電圧測定装置の効果に加え、第1周波数の交流電圧に含まれるノイズ成分の影響を軽減することができる。
In order to solve the above problems, the voltage measuring device according to the third aspect of the present invention is a voltage measuring device that measures an AC voltage of a first frequency, and is a first switchable by connecting an electrode and the electrode. A variable voltage source that outputs an AC voltage of two frequencies, a current detection unit that detects the current flowing between the electrode and the variable voltage source, and the magnitude of the first frequency component and the said from the detected current. A difference extraction unit that extracts and outputs a value corresponding to the difference from the magnitude of the second frequency component, and a voltage adjustment unit that changes the output voltage of the variable voltage source so that the output of the difference extraction unit becomes 0. And a calculation unit that calculates the AC voltage for each frequency of the first frequency based on the output voltage of the variable voltage source, the first frequency, and the second frequency for each switched second frequency. It is characterized by including a comprehensive calculation unit for calculating the AC voltage of the first frequency based on the AC voltage of each frequency of the first frequency.
According to the voltage measuring device according to the third aspect of the present invention, when the AC voltage of the first frequency contains a noise component, even if the measured voltage affected by the noise at a certain frequency is obtained, the other At the frequency of, a measured voltage that is not affected by noise can be obtained. Therefore, in addition to the effect of the voltage measuring device of the first aspect, the influence of the noise component contained in the AC voltage of the first frequency can be reduced.
上記課題を解決するため、本発明の第4の態様である電圧測定方法は、第1周波数の交流電圧を測定する電圧測定方法であって、前記第1周波数の交流電圧が印加された測定対象物に、容量を介して第2周波数の交流電圧を印加したときに前記容量を流れる電流について、前記第1周波数成分の大きさと、前記第2周波数成分の大きさとが同じなるように、前記第2周波数の交流電圧を調整し、そのときの前記第2周波数の交流電圧と前記第1周波数と前記第2周波数とに基づいて、前記第1周波数の交流電圧を算出することを特徴とする。
本発明の第4の態様である電圧測定方法によれば、測定側は測定対象電圧よりもはるかに低い電圧で測定することができるため、電圧測定装置の構成部品に高価な高耐圧部品が不要となる。また、電圧測定装置内部で高電圧が発生することがないため、高絶縁設計や感電防止措置が不要となる。したがって、従来技術のような高コスト化を防ぐことができ、安価に電圧測定装置を構成することができる。
In order to solve the above problems, the voltage measuring method according to the fourth aspect of the present invention is a voltage measuring method for measuring an AC voltage of the first frequency, and is a measurement target to which the AC voltage of the first frequency is applied. When an AC voltage of a second frequency is applied to an object via a capacitance, the magnitude of the first frequency component and the magnitude of the second frequency component are the same for the current flowing through the capacitance. It is characterized in that the AC voltage of two frequencies is adjusted, and the AC voltage of the first frequency is calculated based on the AC voltage of the second frequency, the first frequency and the second frequency at that time.
According to the voltage measuring method according to the fourth aspect of the present invention, the measuring side can measure at a voltage much lower than the voltage to be measured, so that no expensive high withstand voltage component is required as a component of the voltage measuring device. It becomes. In addition, since high voltage is not generated inside the voltage measuring device, high insulation design and electric shock prevention measures are not required. Therefore, it is possible to prevent the cost increase as in the prior art, and it is possible to construct the voltage measuring device at low cost.
上記課題を解決するため、本発明の第5の態様である電圧測定方法は、第1周波数の交流電圧を測定する電圧測定方法であって、前記第1周波数の交流電圧が印加された測定対象物に、容量を介して固有の周波数の交流電圧を印加したときに前記容量を流れる電流について、前記第1周波数成分の大きさと、前記固有の周波数成分の大きさとが同じなるように、前記固有の周波数の交流電圧を調整し、そのときの前記固有の周波数の交流電圧と前記第1周波数と前記固有の周波数とに基づいて、前記第1周波数の交流電圧を算出する処理を、前記固有の周波数が異なる状態で複数行ない、算出された固有の周波数毎の前記第1周波数の交流電圧に基づいて、前記第1周波数の交流電圧を算出することを特徴とする。
本発明の第5の態様である電圧測定方法によれば、第1周波数の交流電圧にノイズ成分が含まれる場合に、ある周波数でノイズの影響を受けた測定電圧が得られたとしても、他の周波数では、ノイズの影響を受けていない測定電圧が得られることになる。このため、第5の態様の電圧測定方法の効果に加え、第1周波数の交流電圧に含まれるノイズ成分の影響を軽減することができる。
In order to solve the above problems, the voltage measuring method according to the fifth aspect of the present invention is a voltage measuring method for measuring an AC voltage of the first frequency, and is a measurement target to which the AC voltage of the first frequency is applied. With respect to the current flowing through the capacitance when an AC voltage having a unique frequency is applied to the object via the capacitance, the intrinsic is such that the magnitude of the first frequency component and the magnitude of the intrinsic frequency component are the same. The process of adjusting the AC voltage of the frequency of 1 and calculating the AC voltage of the 1st frequency based on the AC voltage of the specific frequency at that time and the 1st frequency and the specific frequency is the unique process. It is characterized in that a plurality of operations are performed with different frequencies, and the AC voltage of the first frequency is calculated based on the calculated AC voltage of the first frequency for each unique frequency.
According to the voltage measuring method according to the fifth aspect of the present invention, when the AC voltage of the first frequency contains a noise component, even if the measured voltage affected by the noise at a certain frequency is obtained, the other At the frequency of, a measured voltage that is not affected by noise can be obtained. Therefore, in addition to the effect of the voltage measuring method of the fifth aspect, the influence of the noise component contained in the AC voltage of the first frequency can be reduced.
本発明によれば、高コスト化を招くことなく高電圧の非接触測定が可能な電圧測定技術が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, there is provided a voltage measurement technique capable of non-contact measurement of high voltage without incurring cost increase.
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の電圧測定器の測定原理を説明する図である。本発明の電圧測定器では、交流電圧を測定対象としており、本図では、周波数fxの交流電圧Vxが測定対象となっている。測定側には周波数fsで出力電圧Vsが可変の可変電圧源110が備えられている。周波数fx、周波数fsとも既知であり、fs>>fxであるとする。測定対象と測定側との間には容量C1が存在している。容量C1は未知でもよい。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a measurement principle of the voltage measuring instrument of the present invention. In the voltage measuring instrument of the present invention, an AC voltage is a measurement target, and in this figure, an AC voltage Vx having a frequency fx is a measurement target. A
測定対象の電圧Vxが起因となって容量C1を流れる周波数fxの電流をIxとし、可変電圧源110の電圧Vsが起因となって容量C1を流れる周波数fsの電流をIsとする。実際には、電流Ixと電流Isとを重ね合わせた電流が容量C1を流れることになる。
The current of the frequency fx flowing through the capacitance C1 due to the voltage Vx to be measured is defined as Ix, and the current of the frequency fs flowing through the capacitance C1 due to the voltage Vs of the
測定側には、電流検出部120、差分抽出部130、電圧調整部140、電圧測定部150、演算部160が備えられている。なお、測定対象と測定側の接地は共通でなくてもよい。
The measurement side is provided with a
電流検出部120は、電流Ixと電流Isとが重畳した電流を検出する。差分抽出部130は、電流検出部120の検出結果から、電流Ixの大きさと電流Isの大きさとの差分に相当する値を抽出して出力する。電圧調整部140は、差分抽出部130の出力が0になるように、すなわち、電流Isの大きさが電流Ixの大きさと等しくなるように可変電圧源110の出力電圧Vsを変化させる。電圧測定部150は、可変電圧源110の出力電圧Vsを測定する。演算部160は、電圧測定部150における電圧Vsの測定結果に基づいて電圧Vxを算出して出力する。
The
この構成において、電流Ixに対する容量C1のインピーダンスをXcxとし、電流Isに対する容量C1のインピーダンスをXcsとすると、電流Ix、電流Isは以下のように表すことができる。
このように、本発明では、測定側は測定対象電圧よりもはるかに低い電圧で測定することができるため、電圧測定器の構成部品に高価な高耐圧部品が不要となる。また、電圧測定器内部で高電圧が発生することがないため、高絶縁設計や感電防止措置が不要となる。したがって、従来技術のような高コスト化を防ぐことができ、安価に電圧測定器を構成することができる。 As described above, in the present invention, since the measurement side can measure at a voltage much lower than the voltage to be measured, expensive high withstand voltage components are not required for the components of the voltage measuring instrument. In addition, since high voltage is not generated inside the voltage measuring instrument, high insulation design and electric shock prevention measures are not required. Therefore, it is possible to prevent the cost increase as in the prior art, and it is possible to construct the voltage measuring instrument at low cost.
次に、上記の測定原理を利用した電圧測定器の実施例について説明する。図2は、本発明の電圧測定器100の第1実施例の構成を示す図である。
Next, an example of a voltage measuring instrument using the above measurement principle will be described. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the first embodiment of the
本図の例において、測定対象は、周波数fxの電圧Vxの電圧が印加される導体310である。導体310は、絶縁被覆320により被覆されており、被覆電線300を形成している。
In the example of this figure, the measurement target is a
第1実施例の電圧測定器100は、電極101、電流検出部120、差分抽出部130、電圧出力部104、電圧測定部150、演算部160を備えている。
The
電極101は、被覆電線300に取り付けられている。このため、導体310と電極101とは非接触であり、導体310と電極101との間に寄生容量C1が存在している。
The
電流検出部120は、抵抗R121と、抵抗R121に生じる電圧を検出する計装アンプ122とを備えている。
The
差分抽出部130は、周波数fxの信号を通過させる第1フィルタ部131、周波数fsの信号を通過させる第2フィルタ部132、第1フィルタ部131を通過した周波数fxの信号を平滑化して直流に変換する第1交流-直流変換部133、第2フィルタ部132を通過した周波数fsの信号を平滑化して直流に変換する第2交流-直流変換部134、第1交流-直流変換部133が出力する電流Ixの大きさに相当する信号Vrxと第2交流-直流変換部134が出力する電流Isの大きさに相当する信号Vrsとの差分を抽出する差動アンプ135を備えている。
The
電圧出力部104は、周波数fsの正弦波発振器111と可変ゲインアンプ141を備えており、電圧出力部104が可変電圧源110と電圧調整部140の機能を担っている。可変ゲインアンプ141は、差動アンプ135の出力でゲインが制御される。具体的には、Vrx>Vrsの場合、差動アンプ135の出力電圧が増加し、可変ゲインアンプ141のゲインを増加させる。これにより、Vsの振幅が増加し、Vrsが増加する。一方、Vrx<Vrsの場合、差動アンプ135の出力電圧が減少し、可変ゲインアンプ141のゲインを減少させる。これにより、Vsの振幅が減少し、Vrsが減少する。可変ゲインアンプ141に換えて乗算器を用いてもよい。
The
電圧測定部150は、可変ゲインアンプ141の出力電圧Vsを測定し、演算部160は、電圧測定部150における電圧Vsの測定結果に基づいて電圧Vxを算出して測定結果として出力する。
The
第1実施例では、電流検出部120に抵抗R121を用いているため、抵抗R121で生じる電流Ixによる電圧降下Vrxと電流Isによる電圧降下Vrsとを考慮して、上記の[数3][数4]に加え、[数8][数9]が得られる。
ここで、差分抽出部130と電圧出力部104により、Ix=Isとなるように電圧Vsが調整されるため、VrxとVrsとが等しくなり、これをVrとすると、
なお、電流検出部120は、抵抗R121と計装アンプ122とで構成していたが、この構成に限られず、電流に応じた信号を取得可能な種々の方式を採用することができる。例えば、ホールセンサやカレントトランス回路等を利用して電流による磁界を検出し、電流に比例した電圧を出力してもよい。また、抵抗R121に換えてコンデンサやコイル、またはこれらの組み合わせを用いてもよい。
The
また、第1フィルタ部131、第2フィルタ部132としては、アクティブバンドパスフィルタのVCVS(サレン・キー)型、多重帰還型、状態変数型、パッシブバンドパスフィルタのLCバンドパスフィルタ、RLCバンドパスフィルタ等種々の方式を用いることができる。
Further, as the
また、第1交流-直流変換部133、第2交流-直流変換部134としては、RMS-DCコンバーター(実効値検波)、全波平均あるいは半波平均の平均値検波、ピークホールド回路等の種々の方式を用いることができる。
Further, as the first AC-
また、正弦波発振器111としては、水晶発振器とローパスフィルタ、マルチバイブレータとローパスフィルタ、ウィーンブリッジ型正弦波発振器、LC型正弦波発振器、2位相型正弦波発振器、CR移相型正弦波発振器、ディジタル直接合成発振器(DDS)等を用いることができる。
The
次に、本発明の電圧測定器100の第2実施例について図3を参照して説明する。第2実施例では、差分抽出部130を、同期検波回路を用いて構成している。同期検波回路は、入力信号のうち、参照信号と同じ周波数成分の信号について、その大きさを直流電圧に変換して出力する回路である。
Next, a second embodiment of the
本図の例では、電流検出部120の出力信号から第1同期検波部136を用いて周波数fxの信号の大きさに相当する直流電圧Vrxを得て、第2同期検波部137を用いて周波数fsの信号の大きさに相当する直流電圧Vrsを得ている。第2実施例の電圧測定器100は、第1同期検波部136の参照信号のために、周波数fxの正弦波発振器138を備えている。第2同期検波部137の参照信号は、周波数fsの正弦波発振器111の出力信号を用いている。
In the example of this figure, the DC voltage Vrx corresponding to the magnitude of the signal of the frequency fx is obtained from the output signal of the
次に、本発明の電圧測定器100の第3実施例について図4を参照して説明する。第3実施例では、ディジタル信号処理部170を備えており、抵抗R121と計装アンプ122で構成した電流検出部120以外の処理をディジタル信号処理で行なう。
Next, a third embodiment of the
このため、電流検出部120の出力信号をディジタルデータに変換するためのA/D変換部177と、ディジタル信号処理部170の出力信号を周波数fs、電圧値Vsのアナログ信号に変換するD/A変換部178を備えている。A/D変換部177は、フラッシュ型、逐次比較型、積分型、デルタシグマ型等種々の方式を用いることができる。D/A変換部178はラダー型、容量アレイ型、電流出力型等種々の方式を用いることができる。
Therefore, the A /
ディジタル信号処理部170は、周波数fxの信号を分離してVrxを抽出する周波数分離器(fx)171と、周波数fsの信号を分離してVrsを抽出する周波数分離器(fs)172と、VrxとVrsとを比較し、比較結果に基づいてレベル制御値を変化させるレベル比較部173と、周波数fsの正弦波をディジタル信号で出力するディジタル直接合成発振器(DDS)174と、DDS174の出力とレベル制御値とを乗算する乗算部175と、乗算部175の出力に周波数fsと周波数fxとの比をかける演算を行なうことで測定対象電圧Vxを算出し、出力する演算部176を備えている。周波数分離器171、172は、ディジタルフィルタや同期検波回路を用いて構成することができる。
The digital
次に、本発明の電圧測定器100の第4実施例について図5を参照して説明する。第4実施例は、測定対象の正確な周波数が分からない場合にも適用可能な構成である。第1実施例の構成を基に説明するが、他の実施例に適用してもよい。
Next, a fourth embodiment of the
第4実施例では、周波数測定部180を用いて、第1フィルタ部131を通過した信号の周波数を測定して、測定対象の正確な周波数fxとする。演算部では、電圧測定部150の測定結果に対して、周波数fsと周波数fxとの比をかけることにより測定対象電圧Vxを算出する。なお、第1フィルタ部131部は、測定対象のおおよその周波数を通過帯域に含むフィルタを用いるものとする。
In the fourth embodiment, the
周波数測定部180は、種々の方式を用いることができる。例えば、一定の測定時間における入力信号と基準電圧とが交差する回数を計測する方法、入力信号と基準電圧とが交差する時間(周期)を計測する方法等を用いることができる。
The
次に、本発明の電圧測定器100の第5実施例について図6を参照して説明する。第5実施例は、測定対象に非接触のみならず、接触状態でも電圧を測定することができる構成である。第1実施例の構成を基に説明するが、他の実施例に適用してもよい。
Next, a fifth embodiment of the
第5実施例の電圧測定器100は、電極101と電流検出部120との間に、実際のコンデンサ102が接続されている。このため、電極101を導線330に接触させた状態でも、コンデンサ102が容量C1の役割を担うため、測定対象電圧Vxを測定することができる。また、被覆電線300を測定する場合は、寄生容量とコンデンサ102の合成容量が容量C1の役割を担うため、測定対象電圧Vxを測定することができる。すなわち、非接触でも接触でも測定対象電圧Vxを測定することができる。
In the
ところで、測定対象の電圧Vxには、その基本周波数fx成分の他に、インバータノイズ等の特定周波数にピークを持つノイズが含まれる場合がある。仮に、このノイズの周波数と可変電圧源110の周波数fsとが一致したとすると、電流検出部120で検出される電流Isに、ノイズに起因する電流が含まれることになる。これにより、可変電圧源110の電圧Vsがノイズの影響を受け、結果として、測定電圧に誤差が生じるおそれがある。
By the way, the voltage Vx to be measured may include noise having a peak at a specific frequency such as inverter noise in addition to the fundamental frequency fx component. Assuming that the frequency of this noise and the frequency fs of the
この誤差を防ぐために、可変電圧源110の周波数fsとして、異なる複数の値を用いて測定を行ない、得られた周波数毎の測定電圧Vxに基づいて、測定対象電圧Vxを総合的に算出することが考えられる。これにより、ある周波数でノイズの影響を受けた測定電圧が得られたとしても、他の周波数では、ノイズの影響を受けていない測定電圧が得られることになる。このため、周波数毎の測定電圧の加算平均や、中央値を抽出する等の演算を行なうことで、ノイズに起因する誤差を防ぐことができる。
In order to prevent this error, measurement is performed using a plurality of different values as the frequency fs of the
そこで、ノイズに起因する誤差を防ぐことができる本発明の第2実施形態の電圧測定器の測定原理について図7を参照して説明する。本図に示すように、第2実施形態の電圧測定器は、可変電圧源110、電流検出部120、差分抽出部130、電圧調整部140、電圧測定部150、演算部160を有する測定部200を複数個(200a、200b、…)並列に接続し、それぞれの演算部(160a、160b、…)の出力を総合演算部161に入力する構成となっている。なお、それぞれの演算部(160a、160b、…)を総合演算部161に含めて構成してもよい。
Therefore, the measurement principle of the voltage measuring instrument according to the second embodiment of the present invention, which can prevent an error due to noise, will be described with reference to FIG. 7. As shown in this figure, the voltage measuring instrument of the second embodiment has a
各測定部200に含まれる可変電圧源110、電流検出部120、差分抽出部130、電圧調整部140、電圧測定部150、演算部160は、上述の実施形態と同様とすることができる。
The
ただし、第2実施形態の電圧測定器において、それぞれの測定部(200a、200b、…)の可変電圧源(110a、110b、…)は、それぞれ異なる固有の周波数(fsa、fsb、…)の交流電圧を出力する。固有の周波数は、いずれも、周波数fxよりも十分大きいものとする。そして、それぞれの測定部(200a、200b、…)の演算部(160a、160b、…)が個別に測定電圧(Vxa、Vxb、…)を算出する。測定電圧(Vxa、Vxb、…)の算出原理は、上述の実施形態と同様である。 However, in the voltage measuring instrument of the second embodiment, the variable voltage sources (110a, 110b, ...) Of each measuring unit (200a, 200b, ...) Have different unique frequencies (fsa, fsb, ...) AC. Output voltage. It is assumed that the inherent frequencies are sufficiently larger than the frequency fx. Then, the calculation unit (160a, 160b, ...) Of each measurement unit (200a, 200b, ...) Individually calculates the measurement voltage (Vxa, Vxb, ...). The calculation principle of the measured voltage (Vxa, Vxb, ...) Is the same as that of the above-described embodiment.
なお、個別の測定電圧(Vxa、Vxb、…)の測定は、各測定部(200a、200b、…)で同時に行なってもよいし、順次行なうようにしてもよい。 The individual measurement voltages (Vxa, Vxb, ...) May be measured simultaneously by each measuring unit (200a, 200b, ...) Or may be sequentially performed.
第2実施形態では、個別に算出された測定電圧(Vxa、Vxb、…)に基づいて、測定対象電圧Vxを総合的に算出する。具体的には、総合演算部161が、個別に算出された測定電圧(Vxa、Vxb、…)の加算平均や、中央値を抽出する等の演算を行なうことにより測定対象電圧Vxを算出する。
In the second embodiment, the measurement target voltage Vx is comprehensively calculated based on the individually calculated measured voltages (Vxa, Vxb, ...). Specifically, the
次に、第2実施形態と同様にノイズに起因する誤差を防ぐことができる本発明の第3実施形態の電圧測定器について、図8を参照して説明する。第3実施形態の電圧測定器は、図1に示した電圧測定器において、周波数が固定された可変電圧源110に換えて、時分割で周波数を切替え可能な可変電圧源190を用いている。また、周波数毎の演算部160の出力を記憶し、加算平均や、中央値を抽出する等の演算を行なう総合演算部162を備えている。
Next, a voltage measuring instrument according to a third embodiment of the present invention, which can prevent an error due to noise as in the second embodiment, will be described with reference to FIG. In the voltage measuring instrument shown in FIG. 1, the voltage measuring instrument of the third embodiment uses a
第3実施形態の電圧測定器では、可変電圧源190の周波数fsを時分割で切換えて複数回の測定を行なう。周波数fsの切替えは、例えば、総合演算部162の制御に基づいて行なうことができる。それぞれの測定において、演算部160は上述の実施形態と同様に測定電圧の演算を行ない、総合演算部162に出力する。切換える周波数fsは、いずれも、周波数fxよりも十分大きいものとする。
In the voltage measuring instrument of the third embodiment, the frequency fs of the
総合演算部162は、それぞれの周波数における演算部160の演算結果を記憶し、記憶した各測定電圧の加算平均や、中央値を抽出する等の演算を行なうことにより測定対象電圧Vxを算出する。これにより、ノイズに起因する誤差を防ぐことができる。
The
なお、第2実施形態、第3実施形態とも、具体的な回路構成は上述の第1実施例~第5実施例のいずれを適用してもよい。 In both the second embodiment and the third embodiment, any of the above-mentioned first to fifth embodiments may be applied to the specific circuit configuration.
100 電圧測定器
101 電極
102 コンデンサ
104 電圧出力部
110 可変電圧源
111 正弦波発振器
120 電流検出部
121 抵抗R
122 計装アンプ
130 差分抽出部
131 第1フィルタ部
132 第2フィルタ部
133 第1交流-直流変換部
134 第2交流-直流変換部
135 差動アンプ
136 第1同期検波部
137 第2同期検波部
138 正弦波発振器
140 電圧調整部
141 可変ゲインアンプ
150 電圧測定部
160 演算部
161 総合演算部
162 総合演算部
170 ディジタル信号処理部
171 周波数分離器
173 レベル比較部
175 乗算部
176 演算部
177 A/D変換部
178 D/A変換部
180 周波数測定部
190 可変電圧源
300 被覆電線
310 導体
320 絶縁被覆
330 導線
100
122
Claims (7)
前記導体に容量を介して取り付けられる電極と、
前記電極と接続し、第2周波数の交流電圧を出力する可変電圧源と、
前記電極と前記可変電圧源との間を流れる電流を検出する電流検出部と、
検出された電流から、前記第1周波数成分の大きさと、前記第2周波数成分の大きさとの差分に相当する値を抽出して出力する差分抽出部と、
前記差分抽出部の出力が0になるように、前記可変電圧源の出力電圧を変化させる電圧調整部と、
前記可変電圧源の出力電圧と前記第1周波数と前記第2周波数とに基づいて、前記第1周波数の交流電圧を算出する演算部と、
を備えたことを特徴とする電圧測定装置。 A voltage measuring device that measures the AC voltage of the first frequency applied to the conductor .
An electrode attached to the conductor via a capacitance and
A variable voltage source that is connected to the electrode and outputs an AC voltage of the second frequency,
A current detection unit that detects the current flowing between the electrode and the variable voltage source, and
A difference extraction unit that extracts and outputs a value corresponding to the difference between the magnitude of the first frequency component and the magnitude of the second frequency component from the detected current, and a difference extraction unit.
A voltage adjusting unit that changes the output voltage of the variable voltage source so that the output of the difference extraction unit becomes 0.
An arithmetic unit that calculates the AC voltage of the first frequency based on the output voltage of the variable voltage source, the first frequency, and the second frequency.
A voltage measuring device characterized by being equipped with.
前記導体に容量を介して取り付けられる電極と、
複数個の測定部と、
総合演算部と、を備え、
前記測定部は、
前記電極と接続し、測定部毎にそれぞれ異なる固有の周波数の交流電圧を出力する可変電圧源と、
前記電極と前記可変電圧源との間を流れる電流を検出する電流検出部と、
検出された電流から、前記第1周波数成分の大きさと、前記固有の周波数成分の大きさとの差分に相当する値を抽出して出力する差分抽出部と、
前記差分抽出部の出力が0になるように、前記可変電圧源の出力電圧を変化させる電圧調整部と、
前記可変電圧源の出力電圧と前記第1周波数と前記固有の周波数とに基づいて、前記第1周波数の交流電圧を算出する演算部と、を備え、
前記総合演算部は、
それぞれの測定部毎に算出された前記第1周波数の交流電圧に基づいて、前記第1周波数の交流電圧を算出することを特徴とする電圧測定装置。 A voltage measuring device that measures the AC voltage of the first frequency applied to the conductor .
An electrode attached to the conductor via a capacitance and
With multiple measuring units
Equipped with a comprehensive calculation unit,
The measuring unit
A variable voltage source that is connected to the electrodes and outputs an AC voltage with a unique frequency that is different for each measuring unit .
A current detection unit that detects the current flowing between the electrode and the variable voltage source, and
A difference extraction unit that extracts and outputs a value corresponding to the difference between the magnitude of the first frequency component and the magnitude of the unique frequency component from the detected current, and a difference extraction unit.
A voltage adjusting unit that changes the output voltage of the variable voltage source so that the output of the difference extraction unit becomes 0.
A calculation unit that calculates an AC voltage of the first frequency based on the output voltage of the variable voltage source and the first frequency and the inherent frequency is provided.
The general calculation unit is
A voltage measuring device characterized in that the AC voltage of the first frequency is calculated based on the AC voltage of the first frequency calculated for each measuring unit.
前記導体に容量を介して取り付けられる電極と、
前記電極と接続し、切替え可能な第2周波数の交流電圧を出力する可変電圧源と、
前記電極と前記可変電圧源との間を流れる電流を検出する電流検出部と、
検出された電流から、前記第1周波数成分の大きさと、前記第2周波数成分の大きさとの差分に相当する値を抽出して出力する差分抽出部と、
前記差分抽出部の出力が0になるように、前記可変電圧源の出力電圧を変化させる電圧調整部と、
切替えられた第2周波数毎に、前記可変電圧源の出力電圧と前記第1周波数と前記第2周波数とに基づいて、前記第1周波数の交流電圧を算出する演算部と、
第2周波数毎に算出された前記第1周波数の交流電圧に基づいて、前記第1周波数の交流電圧を算出する総合演算部と、
を備えたことを特徴とする電圧測定装置。 A voltage measuring device that measures the AC voltage of the first frequency applied to the conductor .
An electrode attached to the conductor via a capacitance and
A variable voltage source that is connected to the electrode and outputs a switchable second frequency AC voltage,
A current detection unit that detects the current flowing between the electrode and the variable voltage source, and
A difference extraction unit that extracts and outputs a value corresponding to the difference between the magnitude of the first frequency component and the magnitude of the second frequency component from the detected current, and a difference extraction unit.
A voltage adjusting unit that changes the output voltage of the variable voltage source so that the output of the difference extraction unit becomes 0.
A calculation unit that calculates the AC voltage of the first frequency based on the output voltage of the variable voltage source, the first frequency, and the second frequency for each of the switched second frequencies.
A general calculation unit that calculates the AC voltage of the first frequency based on the AC voltage of the first frequency calculated for each second frequency , and
A voltage measuring device characterized by being equipped with.
前記第1周波数の交流電圧が印加された測定対象物に、容量を介して取り付けられた電極から第2周波数の交流電圧を印加したときに前記容量を流れる電流について、
前記第1周波数成分の大きさと、前記第2周波数成分の大きさとが同じになるように、前記第2周波数の交流電圧の大きさを調整し、
そのときの前記第2周波数の交流電圧と前記第1周波数と前記第2周波数とに基づいて、前記第1周波数の交流電圧を算出することを特徴とする電圧測定方法。 It is a voltage measuring method for measuring the AC voltage of the first frequency.
Regarding the current flowing through the capacitance when the second frequency AC voltage is applied from the electrodes attached via the capacitance to the measurement object to which the first frequency AC voltage is applied.
The magnitude of the AC voltage of the second frequency is adjusted so that the magnitude of the first frequency component and the magnitude of the second frequency component are the same .
A voltage measuring method characterized in that an AC voltage of the first frequency is calculated based on the AC voltage of the second frequency, the first frequency, and the second frequency at that time.
前記第1周波数の交流電圧が印加された測定対象物に、容量を介して取り付けられた電極から切り替え可能な第2周波数の交流電圧を印加したときに前記容量を流れる電流について、
切替えられた第2周波数毎に、前記第1周波数成分の大きさと、前記第2周波数成分の大きさとが同じになるように、前記第2周波数の交流電圧の大きさを調整し、そのときの前記第2周波数の交流電圧と前記第1周波数と前記第2周波数とに基づいて、前記第1周波数の交流電圧を算出し、
算出された第2周波数毎の前記第1周波数の交流電圧に基づいて、前記第1周波数の交流電圧を算出することを特徴とする電圧測定方法。 It is a voltage measuring method for measuring the AC voltage of the first frequency.
Regarding the current flowing through the capacitance when the AC voltage of the second frequency, which can be switched from the electrodes attached via the capacitance, is applied to the measurement object to which the AC voltage of the first frequency is applied.
The magnitude of the AC voltage of the second frequency is adjusted so that the magnitude of the first frequency component and the magnitude of the second frequency component are the same for each of the switched second frequencies . The AC voltage of the first frequency is calculated based on the AC voltage of the second frequency, the first frequency, and the second frequency.
A voltage measuring method comprising calculating the AC voltage of the first frequency based on the calculated AC voltage of the first frequency for each second frequency.
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