JP2000266784A - 同相ノイズ検出用プローブ - Google Patents

同相ノイズ検出用プローブ

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JP2000266784A
JP2000266784A JP11072698A JP7269899A JP2000266784A JP 2000266784 A JP2000266784 A JP 2000266784A JP 11072698 A JP11072698 A JP 11072698A JP 7269899 A JP7269899 A JP 7269899A JP 2000266784 A JP2000266784 A JP 2000266784A
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probes
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Taiko Ko
太好 高
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】簡便な構成で高感度な、電流プローブを実現さ
せることを目的とするものであり、外来ノイズを簡便か
つ効果的に消去しつつ被計測ケーブルの微弱同相(コモ
ンモード)ノイズを高感度で検出できように、同相ノイ
ズ検出プローブを工夫すること。 【解決手段】被測定ケーブルの近傍にループコイルと伝
送路よりなる近磁界プローブ部を配置し、かつこれを被
測定ケーブルの概ね中心線を含む面で仮固定する手段か
らなる同相ノイズ検出用プローブにおいて、近磁界プロ
ーブ部を被測定ケーブルの中心線に対して対称に複数配
置したこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子式複写機、FA
X、印刷機、パソコン等の事務機器、家庭用電気機器、
産業機器等、各種電気電子機器からの電磁ノイズを検知
し、また装置内に内在させるプリント配線基板等からの
ノイズを検知して、その対策を講じるためのEMC規制
対策、電磁障害対策用の検査機器、殊に、対象物に近接
させて近接磁界検出を行い、ノイズ源になる電流を検知
するいわゆる近磁界プローブに関するものであり、外来
ノイズを効果的に消去して微弱な被測定ケーブルの同相
ノイズを高感度で検知できる電流プローブを実現するの
に有効なものである。
【0002】
【従来技術】従来、EMC対策には、法的規制で定めて
いるオープンサイトや電波暗室内で10m、30m等の
遠方での電磁波を定められたアンテナを用いて計測した
結果に基づいて所要の対策を講じるやり方があるが、こ
れとは別に認証サイト等での電磁ノイズ計測の前に、対
象機器にプローブを近接させて漏洩電磁界を検知し、こ
れに基づいて所要の対策を講じるやり方がある。対象機
器に近接させて近磁界を検知するものには、カレントプ
ローブのように被測定ケーブルに巻き付けて使うような
タイプのプローブや、巻き線をループコイルとした比較
的大きな対象へ近接して電流検知を行うプローブがある
(Credence社プローブ:US577397
4)。
【0003】また、磁界測定プローブとしては、特開昭
62−106379号公報に記載されたもの、特開平7
−191058号公報に記載されたもの、特開平8−2
48080号公報に記載されたもの、実開平4−697
71号公報に記載されたもの、特開平10−30715
9号公報に記載されたものなどがあり、特開昭62−1
06379号公報に記載されたものは、対称なループコ
イルとそれに続くシールドボックス内の回路で磁界のみ
により生じた信号を検出する構成となっているものであ
る。また、特開平7−191058号公報に記載された
ものは、フレキシブル基板上にエッチングで形成したセ
ンサーとエルボーになった先に出力コネクターを設けた
「広帯域マイクロ波本来位置テスト装置」であり、ま
た、特開平8−248080に記載されたものは、プリ
ント基板で構成し、シールドを設けた「電磁雑音測定用
磁界プローブ、電磁雑音測定用電界プローブ、及び電磁
雑音測定装置」である。さらに、実開平4−69771
号公報に記載されたものは、金属線コイルとコネクター
と抵抗からなるプローブにおいて、測定対象に対して、
概ね開口を広げたコーン型のシールド板を設けた「EM
Iプローブ」であり、さらに、特開平10−30715
9に記載されたものは、電流プローブで通電ケーブルの
同相ノイズを測定し、その測定データより遠方界での放
射電界ノイズを近似演算して推定する「放射評価装置お
よび方法」である。
【0004】さらに公知になっているものではないが、
近磁界プローブについては、特願平9−059267
号、特願平10ー39797号のものがあり、上記特願
平9−059267号のものは、薄膜で、近磁界プロー
ブを作製し、その伝送路にシールドを設け、また、伝送
路をトリプレート構造とすることで、測定上の誤差を低
減させたものであり、また、特願平10ー39797号
のものはコイル部を積層し、その一部を測定位置の位置
決め用センサーとして用いて、位置決めの精度を高めた
ものである。
【0005】さらに、近磁界プローブにアンプを用いた
ものとして特開平7−159378号公報(特許第27
82316号)に記載されているものがあり、このもの
は、検知用プローブが少なくとも一対の個別コイルから
なり、電磁誘導法により漏洩磁束を検知する漏洩磁束検
出装置において、一方の個別コイルが他方の個別コイル
の逆相であるように巻線を施し、かつ個別コイルをそれ
ぞれ引出線によって差動増幅器に接続し、この差動増幅
器により、各個別コイルの漏洩磁束信号成分の加算演算
と、各個別コイルのノイズ成分の差引演算とを同時に行
なった増幅信号を得るように構成したものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来からカレントプロ
ーブの場合には、ケーブルに流れる電流を検知するのが
目的であって、EMC対策を施すために、PCB等に流
れる電流を検知するには、プリント基板上の配線を切断
した上に、余分な引き出し線を新たに設ける等の手段が
必要であり、また、引き回しのための回路上の誤差等の
ため、測定可能な周波数範囲が低く、かつ高密度に実装
した基板には適用不可能である。また、磁界検出用ルー
プコイルを近接する方式のCredence社の磁界お
よび電流プローブでは巻き線でループコイルを構成して
いるものであって、LSIのピンに流れる電流を検知で
きるだけの高分解能はない。同社のUS特許57739
74においてこの磁界プローブのコイル部分について
は、細いケーブル等をそのままで測定できるものではな
い。さらに、被計測ケーブルからの磁界を高精度で計測
するには、被計測ケーブルの外からの磁界による影響を
簡便かつ効果的に消去することが必要であるが、上記従
来技術においてはこの問題も残されている。
【0007】本発明は簡便な構成で高感度な、電流プロ
ーブを実現させることを目的とするものであり、外来ノ
イズを簡便かつ効果的に消去しつつ被計測ケーブルの微
弱同相(コモンモード)ノイズを高感度で検出できよう
に、同相ノイズ検出プローブを工夫することをその課題
とするものである。
【0008】
【課題解決のために講じた手段】上記課題解決のために
講じた手段は、被測定ケーブルの近傍にループコイルと
伝送路よりなる近磁界プローブ部を配置し、かつこれを
被測定ケーブルの概ね中心線を含む面で仮固定する手段
からなる同相ノイズ検出用プローブを前提として、近磁
界プローブ部を被測定ケーブルの中心線に対して対称に
複数配置したことである。
【0009】
【作用】作用を図3を参照しながら説明する。近磁界プ
ロ−ブP1,P2は被測定ケ−ブルCを中心にして対称
に配置される。他方、被測定ケ−ブルCの電流による磁
界M1は被測定ケ−ブルCに対して垂直な平面において
同心円状の磁界である。したがって、近磁界プロ−ブP
1,P2のループコイルは上記磁界M1に対して垂直で
あり、磁界M1は近磁界プロ−ブP1,P2のループコ
イルを互いに反対の方向に通過することになる。また、
外のノイズ源Sから発した外部ノイズ(磁界)M2は、
近磁界プロ−ブP1,P2のループコイル近傍では平行
で、近磁界プロ−ブP1,P2のループコイルを同方向
に通過する。近磁界プロ−ブの感度は極性を有するが、
対向する一対の近磁界プロ−ブP1,P2を逆極性とす
ることで、外部ノイズ(磁界)M2による近磁界プロ−
ブP1とP2の信号だけが相殺され、被測定ケ−ブルC
の電流による磁界M1による信号は相殺されない。仮
に、外部ノイズ(磁界)M2による近磁界プロ−ブP1
とP2の信号が、外のノイズ源Sからの上記両ループコ
イルの若干の距離の違い等のために完全には相殺されな
いとしても、その違いは無視し得る。
【0010】
【実施態様1】上記解決手段において、対称に配置した
対の近磁界プローブを複数組配置する際に、被測定ケー
ブルの周囲に均等に配置すること。
【作用】対をなす2つの近磁界プローブが一体となって
一つのセンサ−として機能するから、これを2対、3対
と複数対にすることによって、被測定ケ−ブルからの電
磁ノイズの検知感度を向上させることができ、特に微弱
な同相ノイズでも極めて高感度で検知することができ
る。
【0011】
【実施態様2】上記解決手段または上記実施態様1にお
いて、被計測ケーブルを中心にして対称配置した近磁界
プローブによってノイズを検知して得られた信号を差動
増幅回路で差動増幅したこと。
【作用】対をなす2つのそれぞれの近磁界プローブをそ
の電圧位相が逆位相になるように接続し、両近磁界プロ
ーブで検知したノイズ信号を作動増幅器で増幅すること
により、被測定ケーブルの外からのノイズを相殺して効
果的に消去し、一層高感度で同相ノイズを検知すること
ができる。なお、差動増幅回路で差動増幅することに換
えてバラン等の差動機能を有するパッシブ素子で各々出
力を合成するようにすることも、本実施態様2の範囲内
のことである。
【0012】
【実施態様3】上記解決手段、実施態様1または実施態
様2のループコイルと伝送路よりなる近磁界プローブに
おいて、伝送線路に続いてパッド部を設け、その接続部
にコネクターを設け、同軸ケーブルを接続し、信号を積
分する回路部にその同軸ケーブルを接続し、回路部から
の出力をさらに同軸ケーブルで出力する近磁界プローブ
システム。
【作用】上記解決手段、実施態様1または実施態様2の
近磁界プローブを用いて、オシロスコープ等の計測器に
接続できる実時間波形計測可能な同相信号検出用プロー
ブシステムが、簡単に構成される。
【0013】
【実施態様4】実施態様3における上記回路部を信号処
理部としたこと。
【作用】信号を積分する上記回路部を信号処理部とした
ことによって、実施態様3による実時間波形計測可能な
同相信号検出用プローブシステムの構成の一層の単純化
が図られる。
【0014】
【実施態様5】解決手段または実施態様1乃至実施態様
3の近磁界プローブ部を仮固定する手段を、被測定ケー
ブルの径に関わらず常に該ケーブルの中心軸に対して近
磁界プローブの配置面を固定できる機構を有する仮固定
部材としたこと。
【作用】上記の「仮固定する手段」によって、被測定ケ
ーブルの径に関わらず常に該ケーブルの中心軸に対して
近磁界プローブの配置面が固定されるから、取り付け誤
差のために検知精度が低下することは確実に回避され
る。
【0015】
【実施態様6】実施態様5の仮固定部材を、被測定ケー
ブルに仮固定されるリング状部材の外周に対の近磁界プ
ローブを半径方向外方に突出させて構成したこと。
【作用】一対の近磁界プローブは上記リング状部材の中
心に対して正確に対称に配置され、上記リング状部材が
被測定ケーブルに対して同心円状に取り付けられるの
で、一対の近磁界プローブは簡単、かつ正確に被測定ケ
ーブルに対して対称に取り付けられる。
【0016】
【実施例】実施例1 本発明の実施例1は図4乃至図6に示されている。実施
例1の近磁界プローブPの作製方法の一例としては、ま
ずプローブ先端部のループコイル、伝送線路、パッド部
を導電性金属箔1により作製すればよい。この実施例の
プローブでは平行線路3が伝送線路部である。ループコ
イル4、伝送線路部3及びパッド接続部5の作製は一枚
のシートを目的の形に切断し、その後、グラスエポキシ
基板等の絶縁性基板に接着して行われる。この例では支
持部材も兼ねて絶縁シート2と導電性金属箔を貼り合わ
したものを加工している。その後、さらにパッドの接続
部5にコネクター6を半田などで接続し、同軸ケーブル
を接続する。同一のものを2個用意して、被測定ケーブ
ルC(図6参照)の中心に対して対称に配置する。な
お、先端コイル部のループコイル4以外の部分を導電性
箔などで覆うことが望ましい。同相ノイズ電流によっ
て、被測定ケーブルCの周りに同心円状に磁界M1(図
3参照)が発生するので、この磁界M1によりループコ
イル4に発生する電圧が互いに強め合う(重畳し合う)
ように同ループコイルからの伝送線路(平行線路)3を
接続し、これをスペクトラムアナライザーに接続する。
図1はフェライトコアを用いた従来の電流プローブであ
って、大きさが大きいことと高周波電流計測には不向き
であるという欠点を有する。また、図2のように近磁界
プローブをそのまま被測定ケーブルに当てて測定するこ
とも可能であるが、これでは同相ノイズ電流は微弱であ
るので、感度よくこれを検出することができない場合が
多い。本発明によれば、外来ノイズ(被測定ケーブルの
外からのノイズ)は、対をなす2つのループコイルが被
計測ケ−ブルに対して対称な配置になっているので、当
該2つのループコイルが拾った外来ノイズは電圧位相が
逆で、ほぼ等値であるから、互いにキャンセルされる。
したがって、被測定ケーブルからの同相ノイズが高感度
で検出される。
【0017】実施例2 実施例2は図7に示されている。本実施例は、実施例1
における近磁界プローブを被測定ケーブルの周りに複2
対配置したものである。これにより、実施例1と同様の
効果の外に、機器内で評価する場合などの、隣接するケ
ーブル等の影響をさらに精緻に除去することができる。
実施例2は対の近磁界プローブP1,P2の2組を被測
定ケーブルCを中心にして等間隔で配置したものである
が、対の数をさらに増やせば電磁ノイズの検知感度は一
層向上するので、測定対象に合わせて、近磁界プローブ
P1,P2の対の数を適宜選択することにより、最適な
高感度の電流プローブを実現することができる。
【0018】実施例3 実施例3は図8に示されている。本実施例は、実施例2
における各対の近磁界プローブ部P1,P2の検出電圧
の位相を逆位相とし、その信号を差動増幅回路9,9に
順次送信するものである。具体的には検知の極性が同じ
になるようにコイル部と伝送線路部を配置し、これらの
検知信号を差動増幅回路に接続する。これにより、外部
ノイズ源からのノイズ分による電圧をvとし、被測定ケ
ーブルからの同相ノイズ信号による検出電圧をVとし、
対の近磁界プローブP1,P2のそれぞれの検出電圧を
V1,V2とすると、V1=−V+v,V2=V+vと
なる。そして、差動増幅により、その差分の電圧V3
は、V3=V1−V2であるから、V3=2Vとなり、
同相ノイズ信号による検出電圧Vに対する感度が向上
し、外部ノイズ源からのノイズ分の電圧vが消去された
ものとなる。そして、図8におけるもう一組の近磁界プ
ローブ部の極性を逆にすることにより、差動増幅電圧V
4は、V4=−2V相当の電圧になる。このように、各
対の差動増幅電圧をさらに差動増幅することにより、ノ
イズ分を除去しつつ、V3−V4=4Vとして、検知感
度を向上させることができる。以上のように、外部ノイ
ズを除去し、かつ、被測定ケーブルCからの信号を増幅
できるので、より高感度な電流プローブが実現される。
なお、差動増幅回路以外にも、外部ノイズを除去できる
バランに接続することや、高周波差動トランスなどの差
動機能をもつパッシブ素子を用いても同様の効果が得ら
れる。差動機能を有する手段を測定対象に合わせて適宜
選択することによって最適な感度のプローブを実現する
ことができる。
【0019】実施例4 実施例4は図9、図10に示されている。実施例1の近
磁界プローブ部と同様に、一枚のシートを目的の形に切
断し、その後、グラスエポキシ基板等の絶縁性基板上に
接着して、ループコイル、伝送線路部及びパッド部が作
製される。この例でも実施例1と同様に支持部材も兼ね
て絶縁シートと導電性金属を貼り合わしたものを加工し
ている。パッド接続部にコネクター6を半田などで接続
し、同軸ケーブル7を接続する。積分回路部10を同一
のグラスエポキシ基板上に設け、その入力コネクター部
に同軸ケーブル7を接続し、さらに積分回路部10から
出力コネクター部に同軸ケーブル11を接続して、近磁
界プローブ部は完成する。これにより、オシロスコープ
等の計測器に接続できる実時間波形計測可能な同相信号
検出用プローブシステムが構成される(ただし、図面に
おいては積分回路用DC電源の表記は省賂している)。
なお、プローブ先端部のループコイル、伝送線路及びパ
ッド接続部に関しては通常のプリント基板作製プロセス
と同様の工程でもできる。また、近磁界プローブ部全体
を積分回路部を含めて、モノリシック化することもでき
る。
【0020】実施例5 実施例5は図11、図12に示されている。本実施例は
被測定ケーブルCを中心にしてこれに一対の近磁界プロ
ーブP1,P2を対称に配置して保持させる仮固定部材
Aの一例であり、この仮固定部材Aは近磁界プローブが
固定されているリング状支持部材30、取付ブラケット
31,上下一対の挟持板32、33、弾性部材34から
なるものである。リング状支持部材30の外周に、一対
の近磁界プローブP1,P2をその半径方向外方に突設
してあり、近磁界プローブP1,P2はリング状支持部
材30の中心に対して対称に配置されている。また、リ
ング状支持部材30の内周面に一対の取付ブラケット3
3を半径方向内方に突設してあり、この取付ブラケット
31の上下両面はリング状支持部材30の中心軸線と平
行である。さらに、上記取付ブラケット31の上下両面
に弾性ゴム、バネ等の弾性部材34を固着している。上
下の挟持板32、33の上面あるいは下面にその長手方
向中心にV溝32a、33aをそれぞれ設けてあり、ま
た、同面に取付ブラケット31の端面に当てて挟持板3
2、33のリング状支持部材30に対する位置決めを行
う左右一対の位置決め突起32b,33bが突設されて
いる。なお、挟持板32、33の左右に設けた孔32
c,33cは締付ボルトを挿入するボルト孔である。上
下の押え板32,33の左右の位置決め突起32b,3
3bを左右の取付ブラケット31にそれぞれ付き当てて
上下の押え板32,33をリング状支持部材30に対し
て位置めし、その後、被測定ケーブルCを上下の押え板
32,33のV溝32a、33aに嵌めた状態で左右の
ボルト孔32c、33cに締付ボルトを挿入して上下の
押え板32,33を締め付けると、被測定ケーブルCが
上記V溝32a、33aに強く押し付けられるので、上
下の押え板32,33は被測定ケーブルCに対して調心
され、この調心位置で固定される。これと同時に上下の
押え板32,33の左右両側端が取付ブラケット31、
32の上下の弾性部材34に強く圧接され、取付ブラケ
ット31、32に固定される。これによって、リング状
支持部材30は被測定ケ−ブルCに対して正確に同心状
に取り付けられ、したがって、一対の近磁界プローブP
1,P2が被測定ケ−ブルCを中心にして左右対称に配
置される。取付ブラケットの上下両面はリング状支持部
材30の中心軸線と平行であり、また、挟持板32、3
3の表面とも平行になり、かつ挟持板32、33の表面
は被測定ケ−ブルCの軸方向と平行になるので、リング
状支持部材30は被測定ケ−ブルCの軸方向と平行にな
り、したがって、左右の近磁界プローブP1,P2は被
測定ケ−ブルCの軸方向と平行な平面にしっかりと固定
される。取付ブラケット31の上下両面に弾性部材34
を固定して、取付ブラケット31と上下両挟持板32、
33との圧接面に弾性部材34を介在させたことによ
り、被測定ケーブルCの線径の大小に拘らず、上下の挟
持板32、33によって被測定ケーブルC及び左右の取
付ブラケット31を同時にしっかりと挟持することがで
きる。
【0021】なお、挟持板32、33が硬質プラスチッ
ク材などの弾性部材である場合、あるいは、被測定部材
の線径が一定ないしはほぼ一定の場合は、上記の弾性部
材は必ずしも必要ない。また、仮固定部材Aの重量、近
磁界プローブの重量のために、挟持板32、33の両側
が下方に撓み、このために近磁界プローブのループコイ
ルが被測定ケ−ブルの中心に対する対称性が若干崩れる
傾向があるが、上下の弾性部材34の弾性を適宜選択す
ることによってこの撓みによるずれを補償することがで
きる。
【0022】
【発明の効果】本発明は、外部ノイズをほぼ完全に消去
しながら、被測定ケーブルの電流による同相ノイズを高
感度で検知することができるので、当該同相ノイズ、電
流を高感度、高精度で計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】は電流プロ−ブを用いた従来例の斜視図であ
る。
【図2】は近磁界プロ−ブを用いた従来例の斜視図であ
る。
【図3】は本発明の作用の説明図である。
【図4】(a)は実施例1における近磁界プローブの製
作手順1の斜視図であり、(b)は同近磁界プローブの
製作手順2の平面図である。
【図5】(a)は実施例1における近磁界プローブの製
作手順3の平面図であり、(b)は同近磁界プローブの
製作手順4の正面図であり、(c)は製作手順4の平面
図である。
【図6】は実施例1における製作手順5の平面図であ
る。
【図7】は実施例2の正面図である。
【図8】は実施例3の模式図である。
【図9】(a)は実施例4における近磁界プローブの正
面図であり(b)は同平面図である。
【図10】は実施例4の積分回路部の等価回路図であ
る。
【図11】(a)は実施例5の正面図であり、(b)は
実施例5の平面図である。
【図12】は図11(a)の要部拡大図である。
【符号の説明】
A:仮固定部材 C:被測定ケーブル P1,P2:近磁界プローブ M1:被測定ケーブルの電流による磁界 M2:外部ノイズによる磁界 S:外部ノイズ源 9:作動増幅回路 11:同軸ケーブル 30:リング状支持部材 31:取付ブラケット 32,33:挟持板 32a,33a:V溝 34:弾性部材

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定ケーブルの近傍にループコイルと伝
    送路よりなる近磁界プローブ部を配置し、これを上記ケ
    ーブルの概ね中心線を含む面で仮固定する手段からなる
    同相ノイズ検出用プローブにおいて、近磁界プローブ部
    を上記ケーブルの中心線に対して対称に複数配置したこ
    とを特長とする同相ノイズ検出用プローブ。
  2. 【請求項2】対称に配置した一対の近磁界プローブ部
    を、上記被測定ケーブルの周囲に均等に複数組配置した
    ことを特長とする請求項1の同相ノイズ検出用プロー
    ブ。
  3. 【請求項3】被測定ケーブルを中心として対称配置した
    近磁界プローブによってノイズを検知して得られた信号
    を差動増幅回路で差動増幅するようにしたことを特徴と
    する請求項1または請求項2の同相ノイズ検出用プロー
    ブ。
  4. 【請求項4】ループコイルと伝送線路を有する上記近磁
    界プローブの伝送線路に続いてパッド部を設け、その接
    続部にコネクターを設け、同軸ケーブルを接続し、信号
    を積分する回路部にその同軸ケーブルを接続し、上記回
    路部からの出力をさらに同軸ケーブルで出力するように
    した請求項1乃至請求項2の同相ノイズ検出用プローブ
    の近磁界プローブシステム。
  5. 【請求項5】上記の信号を積分する回路部を信号処理部
    とした請求項4の近磁界プローブシステム。
  6. 【請求項6】近磁界プローブ部を仮固定する手段を、被
    測定ケーブルの径によらず常に被測定ケーブルの中心軸
    に対して近磁界プローブの配置面が固定できる機構を有
    する仮固定部材とした請求項1乃至請求項3の同相ノイ
    ズ検出用プローブ。
  7. 【請求項7】被測定ケーブルに仮固定されるリング状部
    材の外周に対の近磁界プローブを半径方向外方に突出さ
    せ、上記リング状部材を被測定ケーブルに同心円状に固
    定した請求項1乃至請求項3の同相ノイズ検出用プロー
    ブ。
  8. 【請求項8】被測定ケーブルに対する位置決め用のV溝
    を有する上下一対の挟持板を用いて上記リング状部材を
    被測定ケーブルに同心円状に固定した請求項6の同相ノ
    イズ検出用プローブ。
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