JP2002139528A

JP2002139528A - インピーダンス測定装置

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Publication number: JP2002139528A
Application number: JP2000334299A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Tabuchi; 寿田淵
Original assignee: NF Corp
Current assignee: NF Corp
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】測定系に外乱を与えることなく、廉価で安定且
つ高精度なインピーダンス測定を可能とする。【解決手段】供試インピーダンス２と少なくとも第１の
既知インピーダンス３を含み、供試インピーダンス２が
第１の既知インピーダンス３よりも低い電位側に接続さ
れたインピーダンス直列回路の両端に交流信号源１から
交流信号を印加する。第１の既知インピーダンス３の両
端の電圧信号が電圧測定回路により測定され、測定され
た第１の既知インピーダンス３の一端ｘの電圧信号と他
端ｙの電圧信号が、順次切換スイッチ５を介して、ベク
トル比測定器８の一方の入力端子に入力され、インピー
ダンス直列回路中の供試インピーダンス２の前記第１の
既知インピーダンスとの接続点とは異なる端からの電圧
信号が他方の入力端子に入力される。Ｚ演算部９では、
測定されたベクトル比測定器８のそれぞれの出力値を求
め、これら出力値の比から供試インピーダンスを算出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインピーダンス測定
装置に関し、特にベクトル比測定器を用いたインピーダ
ンス測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インピーダンスを測定する一つの方法と
して、従来からベクトル比測定器を用いた方法が知られ
ている。図７には、かかるベクトル比測定器を用いて供
試インピーダンスＺを測定する測定装置の回路例が示さ
れている。ここで、ベクトル比測定器とは、振幅と位相
情報を含んだ２つの入力信号の比を演算し、出力として
入力信号の比を、例えば（Ａcosθ＋ｊＡsinθ）あるいは、これと等価であるＡ・exp(jθ) の形で得るものである。なお、ここでＡは絶対値、θは
位相である。

【０００３】図７を参照して供試インピーダンス５０２
の値Ｚを測定する原理及び動作を説明する。交流信号源
５０１から電圧Ｖの信号が、供試インピーダンス５０２
とインピーダンス値ｒをもつ既知インピーダンス５０４
との直列回路に印加されると、この直列回路には電流Ｉ
が流れる。ここで、既知インピーダンス５０４は電流検
出用のインピーダンスであり、通常は|Ｚ|>>ｒとする。

【０００４】交流信号源５０１と供試インピーダンス５
０２との接続点には、伝達係数Ｋ１を有するシグナルコ
ンディショナ５０６が接続されている。この出力はベク
トル比測定器５０８の入力端子Ａに接続されている。シ
グナルコンディショナ５０６は、交流信号５０１の出力
電圧Ｖが、例えば２００Ｖや３００Ｖ等の高電圧であっ
た場合、この電圧をそのままベクトル比測定器５０８に
印加したのでは測定レンジをオーバしてしまうため、電
圧分圧器等の電圧を下げる機能が必要となるからであ
る。従って、もし、交流信号原５０１の出力電圧Ｖがベ
クトル比測定器５０８の測定範囲内であればＫ＝１、す
なわち電圧分割器は不要である。他方、それとは逆に、
前記Ｖの大きさが小さい場合には、この電圧を増幅する
ために、増幅器を内蔵したシグナルコンディショナを使
用する必要がある。

【０００５】一方、既知インピーダンス５０４の両端に
発生した電圧は、伝達係数Ｋ２を有するシグナルコンデ
ィショナ５０７を通してベクトル比測定器５０８の他方
の入力端子Ｂに入力される。

【０００６】さて、ベクトル比測定器５０８の入力端子
Ａから出力までの伝達係数をＫ３、同じく入力端子Ｂか
ら出力までの伝達係数をＫ４とする。そして入力端子Ａ
による出力をＥa_、入力端子Ｂによる出力をＥb_とする
と、それぞれの出力は次のように表される。Ｅa_＝Ｖ・Ｋ1・Ｋ3 Ｅb_＝ｒ・Ｉ・Ｋ2・Ｋ4 ベクトル比測定器５０８は、上記電圧Ｅa_、Ｅb_の比を
出力するが、この比をＡ・exp(jθ)とすると、次式が得
られる。｛（Ｖ・Ｋ1・Ｋ3）／（ｒ・Ｉ・Ｋ2・Ｋ4）｝＝Ａ・ex
p(jθ) ここで、上述のように、Ａはベクトル比測定器の示す振
幅値、θは同じく位相値を示す。尚、上式の右辺のＡ・
exp(jθ)は、（Ａcosθ＋jＡsinθ）と表しても同様で
ある。

【０００７】今、左辺のＶ／Ｉに注目して上式を変形す
ると次式が得られる。Ｖ／Ｉ＝Ａ・｛（ｒ・Ｋ2・Ｋ4）／（Ｋ1・Ｋ3）｝exp
(jθ)

【０００８】上記電圧と電流の比Ｖ／Ｉはインピーダン
ス（＝Ｚ＋ｒ）であるから、結局、供試インピーダンス
Ｚは次式に従って計算される。Ｚ＝[Ａ・｛（ｒ・Ｋ2・Ｋ4）／（Ｋ1・Ｋ3）｝exp(j
θ)]−ｒこのようにして、ベクトル比測定器を用いることによ
り、供試インピーダンスＺを算出できる。

【０００９】ところで図７に示す方式は、Ｚの算出式を
見ても分かる通り、測定系の伝達係数Ｋ１〜Ｋ４の影響
を受けてしまうという問題点がある。この問題を解消す
るための測定装置が、本願と同一出願人の出願になる特
願２０００−１０４３５４号に提案されている。

【００１０】図８には、かかる測定装置の回路図が示さ
れている。図７に示す測定装置との差異は、供試インピ
ーダンスＺと既知インピーダンスｒとの直列回路に既知
インピーダンスＲoが直列に追加されており、このＲoに
は、このインピーダンスＲoを短絡させるためのスイッ
チＳＷが並列に接続されている点である。

【００１１】このスイッチＳＷをオン／オフすることに
より供試インピーダンスＺに流れる電流を変化させ、そ
れに応じたベクトル比測定器６０８の測定値を得て、供
試インピーダンスＺを算出している点に大きな特徴があ
る。

【００１２】今、図８において、供試インピーダンス６
０２、Ｒoなる値を有するインピーダンス６０３、及び
ｒなる値を有するインピーダンス６０４の直列回路を考
えると、電圧Ｖと電流Ｉを用いて次式（１）が得られ
る。Ｖ／Ｉ＝Ｚ＋Ｒo＋ｒ（１）

【００１３】また、入力端子Ａ、Ｂに加わる電圧による
ベクトル比測定器６０８の出力をそれぞれＥa、Ｅbとす
ると、次式（２）、（３）が得られる。Ｅa＝Ｖ・Ｋ1・Ｋ3 （２）Ｅb＝ｒ・Ｉ・Ｋ3・Ｋ4 （３）

【００１４】ベクトル比測定器６０８では、ＥaとＥbの
比を測定し、Ａ・exp(jθ)の形で出力（表示）するの
で、次式が得られる。（尚、右辺は（Ａcosθ＋jＡsin
θ）と表してもよい。）｛（Ｖ・Ｋ1・Ｋ3）／（ｒ・Ｉ・Ｋ2・Ｋ4）｝＝Ａ・exp(jθ) （４）ここで、前述の如く、Ａはベクトル比測定器の示す振幅
値、θは同じく位相値を示す。

【００１５】今、左辺のＶ／Ｉに式（１）を代入する
と、スイッチ６０５のオン、オフに応じて次のような関
係式（５）、（６）が得られる。

【００１６】（a）スイッチ６０５がオフのとき（つま
り、インピーダンス６０３の値がＲoのとき）： (Ｚ+Ｒo+Ｒ)｛Ｋ1・Ｋ3／(ｒ・Ｋ2・Ｋ4)｝＝Ａ1・exp(jθ1) （５）但し、Ａ1、θ１は、この場合のベクトル比測定器の示
す振幅及び位相である。

【００１７】（ｂ）スイッチ６０５がオンのとき（つま
り、インピーダンス６０３の値が零のとき）： (Ｚ+ｒ)｛Ｋ1・Ｋ3／(ｒ・Ｋ2・Ｋ4)｝＝Ａ2・exp(jθ2) （６）但し、Ａ2、θ2は、この場合のベクトル比測定器の示す
振幅及び位相である。

【００１８】次に、このベクトル比測定器６０８の測定
結果である式（５）、式（６）につき、Ｚ演算部６０９
によって、式（５）を式（６）で除すことにより次式
（７）が得られる。 (Ｚ＋ｒ＋Ｒo)／(Ｚ＋ｒ)＝(Ａ1／Ａ2)・exp{j(θ1−θ2)} （７）この式（７）をＺについて解くと、Ｚ＝Ｒo／［(Ａ1／Ａ2)・exp{j(θ1−θ2)}-１］−ｒ（８）が得られる。

【００１９】式（８）において、Ｒo、ｒ、Ａ１、Ａ2、
θ１、θ２は既知であるので、この式（８）によれば、
供試インピーダンスＺを容易に算出できる。更に、式
（８）中には係数Ｋ1〜Ｋ4が含まれていないため、シグ
ナルコンディショナ６０６、６０７やベクトル比測定器
６０８の誤差は無視できるようになる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上述図８に示す測定装
置は、測定系に含まれているシグナルコンディショナや
ベクトル比測定器のスケーリング誤差をキャンセルでき
るが、測定時にＲoに並列に接続されたスイッチをオン
／オフするため、供試インピーダンスＺに流れる電流が
変化してしまうという問題点があった。

【００２１】本発明は、上述のような問題点を解決する
ために為されたものであり、測定系に外乱を与えること
なく、廉価で安定且つ高精度なインピーダンス測定を可
能とするインピーダンス測定装置を提供することを目的
とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明によるインピーダンス測定装置は、次のよう
な特徴的な構成を採用している。

【００２３】（１）供試インピーダンスと少なくとも第
１の既知インピーダンスを含み、前記供試インピーダン
スが前記第１の既知インピーダンスよりも低い電位側に
接続されたインピーダンス直列回路と、前記インピーダ
ンス直列回路の両端に交流信号を印加する交流信号源
と、前記第１の既知インピーダンスの両端の電圧信号を
測定する電圧測定回路と、前記測定された第１の既知イ
ンピーダンスの一端の電圧信号と、他端の電圧信号が順
次一方の入力端子に接続され、前記インピーダンス直列
回路中の前記供試インピーダンスの前記第１の既知イン
ピーダンスとの接続点とは異なる端からの電圧信号が他
方の入力端子に接続されたベクトル比測定器と、前記測
定された第１の既知インピーダンスの一端の電圧信号
と、前記第１の既知インピーダンスの他端の電圧信号が
順次前記一方の入力端子に接続されたときの前記ベクト
ル比測定器のそれぞれの出力値を求め、これら出力値の
比から供試インピーダンスを算出する演算手段と、を備
えて成るインピーダンス測定装置。

【００２４】（２）前記インピーダンス直列回路の前記
供試インピーダンスの前記第１の既知インピーダンスと
の接続点とは異なる端には第２の既知インピーダンスが
接続されている上記（１）のインピーダンス測定装置。

【００２５】（３）供試インピーダンスに、直列に接続
された第１と第２の既知インピーダンスが並列接続され
た並列回路と、前記並列回路に直列接続された第３の既
知インピーダンスと、前記並列回路と前記第３の既知イ
ンピーダンスとの直列回路の両端に交流信号を印加する
交流信号源と、前記第１の既知インピーダンスの両端の
電圧信号を測定する電圧測定回路と、前記測定された第
１の既知インピーダンスの一端の電圧信号と、他端の電
圧信号が順次一方の入力端子に接続され、前記並列回路
と前記第３の既知インピーダンスとの接続点の電圧信号
が他方の入力端子に接続されたベクトル比測定器と、前
記測定された第１の既知インピーダンスの一端の電圧信
号と、他端の電圧信号が順次一方の入力端子に接続され
たときの前記ベクトル比測定器のそれぞれの出力値を求
め、これら出力値の比から供試インピーダンスを算出す
る演算手段と、を備えて成るインピーダンス測定装置。

【００２６】（４）前記電圧測定回路は、測定対象両端
の電圧信号を切り換え出力する切り換え手段である上記
（１）乃至（３）のいずれかのインピーダンス測定装
置。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるインピーダン
ス測定装置の好適実施形態例を添付図を参照して説明す
る。図１は本発明になるインピーダンス測定装置の第１
の実施形態例を示す回路図である。

【００２８】本実施形態例では、既知インピーダンスＲ
oに接続されているスイッチＳＷをｘ側、ｙ側に切換え
て、それぞれの場合におけるベクトル比測定器の出力値
を得て、この得た出力値の比を取り、これから供試イン
ピーダンスＺの値を算出している。

【００２９】図２は、図１の回路を一般化したものであ
り、図２を参照して本発明になるインピーダンス測定装
置の供試インピーダンスＺ算出の一般式を示す。

【００３０】図２に示すような本発明の第1の実施形態
は、インピーダンス直列回路に交流信号源Ｖが接続され
ている。このインピーダンス直列回路は、インピーダン
ス群のΣZa、既知インピーダンスＲo及び供試インピー
ダンスＺを含むインピーダンス群（Ｚ＋ΣＺｂ）とで構
成されている。そしてＲoには、このＲoの両端電位を測
定するための切換えスイッチＳＷが接続されている。

【００３１】このスイッチＳＷの出力は、伝達係数Ｋ1
を持つシグナルコンディショナ（図示せず）を通してベ
クトル比測定器の入力端子Ａに接続されている。また、
インピーダンス直列回路中の図示しない１点（電位はＥ
z）から伝達係数Ｋ2を持つシグナルコンディショナ（図
示せず）を通してベクトル比測定器の入力端子Ｂに接続
されている。このシグナルコンディショナの入力インピ
ーダンスは大きく、シグナルコンディショナを接続した
ことによる影響は無視できるものとする。また、ベクト
ル比測定器は、入力端子Ａから出力についてはＫ2、入
力端子Ｂから出力についてはＫ３という伝達係数をそれ
ぞれ有している。

【００３２】このような回路において、スイッチをｘ、
ｙに切換え、それぞれの場合のベクトル比測定器出力を
求め、さらにこれらの出力値を供試インピーダンスの算
出式に代入して、供試インピーダンス値を算出してい
る。

【００３３】まず、スイッチをx側に設定したときのベ
クトル比測定器の入力端子Ａ、Ｂそれぞれに対する出力
をＥax、Ｅbxとすると、Ｅax＝｛（Ｒo＋Ｚ+ΣＺb）／(ΣＺa＋Ｒo＋Ｚ＋ΣＺb)｝・Ｖ・(Ｋ1Ｋ3) Ｅbx＝Ｅz・Ｋ2Ｋ4 となる。ベクトル比測定器出力はＥax／Ｅbxであり、こ
れは振幅Ａ1と位相θ1の形、すなわちＡ1・exp(ｊθ1)で
表すこともできるから次のようになる。Ｅax／Ｅbx＝｛（Ｒo＋Ｚ+ΣＺb）／(ΣＺa＋Ｒo＋Ｚ＋ΣＺb)｝・(Ｖ／Ｅz)・（Ｋ1Ｋ3／Ｋ2Ｋ4）＝Ａ1・exp(ｊθ1) （９）

【００３４】次に、スイッチをｙ側に設定したときのベ
クトル比測定器の入力端子Ａ、Ｂそれぞれに対する出力
をＥay、Ｅbyとすると、Ｅay＝｛（Ｚ+ΣＺb）／(ΣＺa＋Ｒo＋Ｚ＋ΣＺb)｝・Ｖ・(Ｋ1Ｋ3) Ｅby＝Ｅz・Ｋ2Ｋ4 となる。ベクトル比測定器出力はＥay／Ｅbyであり、こ
れは振幅Ａ2と位相θ2の形、すなわちＡ2・exp(ｊθ2)で
表すこともできるから次のようになる。Ｅay／Ｅby＝｛（Ｚ+ΣＺb）／(ΣＺa＋Ｒo＋Ｚ＋ΣＺb)｝・(Ｖ／Ｅz)・（Ｋ1Ｋ3／Ｋ2Ｋ4）＝Ａ2・exp(ｊθ2) （１０）

【００３５】更に、上記式（９）を式（１０）で除すと
シグナルコンディショナとＥzに関する項がキャンセル
されて次の式（１１）が得られる。（Ｒo＋Ｚ+ΣＺb）／（Ｚ+ΣＺb）＝(Ａ1／Ａ2)exp｛ｊ(θ1―θ2)｝（１１）この式（１１）から供試インピーダンスZを計算すると
次のようになる。Ｚ＝[Ｒo／{(Ａ1/Ａ2)exp(j(θ1−θ2))−１}]−ΣＺb （１２）これが供試インピーダンスＺを算出する一般式である。

【００３６】このように本発明の第１の実施形態では、
供試インピーダンス測定に際し、既知インピーダンスＲ
oの両端の電位を測定し、そして供試インピーダンスは
このＲoよりも低い電位の箇所に接続されているという
構成上の特徴を有する。

【００３７】このような構成をとることにより、既知イ
ンピーダンスＲoよりも高い電位に接続されているイン
ピーダンス（ΣＺa）は供試インピーダンスの計算には
関係しなくなるという特徴が出てくる。

【００３８】また、ベクトル比測定器の入力端子Ｂに接
続されている信号Ｅzは、式（９）÷式（１０）なる計
算の結果、キャンセルされるため、供試インピーダンス
値の算出には影響を及ぼさないことも上述した通りであ
る。

【００３９】以上の結果を踏まえて、図１に示す第1の
実施形態について説明する。図１において、交流信号源
１から電圧Ｖが、３の既知インピーダンスＲoと、２の
供試インピーダンスＺと、４の既知インピーダンスｒと
の直列回路に印加されている。この直列回路には電流Ｉ
が流れている。そして、スイッチ５はインピーダンス値
Ｒoを有する既知インピーダンス３のそれぞれの端子の
電圧を測定するためのものである。このスイッチ５の出
力は、伝達係数Ｋ1を有するシグナルコンディショナ６
を経由してベクトル比測定器８の入力端子Ａに印加され
ている。

【００４０】インピーダンス値ｒを有する既知インピー
ダンス４の両端電圧は、伝達係数Ｋ２を有するシグナル
コンディショナ７を経由してベクトル比測定器８の入力
端子Ｂに印加されている。ベクトル比測定器の入出力間
の伝達係数は、入力端子Ａに関してはＫ３、入力端子Ｂ
についてはＫ４である。また、シグナルコンディショナ
６、７の入力インピーダンスは大きく、これを接続した
ことによる影響は無視できるものとする。従って、Ｖ、
Ｒo、Ｚ、ｒから成る回路に影響を及ぼさないものとす
る。

【００４１】このベクトル比測定器８は、入力端子Ａと
入力端子Ｂとのベクトル比（Ｅa／Ｅb）を出力する機能
を有している。スイッチ５をｘ側、ｙ側それぞれに切換
えたとき、各々の場合におけるベクトル比の測定結果が
出力されるが、これを次段のＺ演算部９に加え、以下に
示された計算式を用いて供試インピーダンスＺの値を算
出している。

【００４２】供試インピーダンスＺの算出式は、前述の
一般式である式（１２）においてΣＺb＝ｒとすれば良
いので次のようになる。Ｚ=[Ｒo／{(Ａ1/Ａ2)exp(j(θ1−θ2))−１}]−ｒ（１３）

【００４３】式（１３）において、Ｒo、ｒ、Ａ１、Ａ
2、θ１、θ２は既知であるので、この式（１３）によ
れば、供試インピーダンスＺを容易に算出できる。更
に、式（１３）中には係数Ｋ1〜Ｋ4が含まれていないた
め、シグナルコンディショナ６、７やベクトル比測定器
８の誤差は無視できるようになる。

【００４４】この算出された供試インピーダンスZは、
複素数で表されているので、これをＺ=Ｒ+jＸの形で表
せば、Ｚの抵抗成分Ｒとリアクタンス成分Ｘが求まる。

【００４５】上述したように、本実施形態のインピーダ
ンス測定装置によれば、インピーダンス測定は切換スイ
ッチ５をｘ側、ｙ側に切換えて行う。シグナルコンディ
ショナ６は一般的には電圧分圧器で構成するが、この入
力インピーダンスを大きくすることは通常容易である。
従って、この切換動作によっては、Ｒo、Ｚ、ｒそして
交流信号源Ｖから成る回路は一切影響を受けない。した
がって、供試インピーダンスＺに加わる条件は変化しな
いため高精度な測定が可能になる。

【００４６】尚、本実施形態は既知インピーダンスＲo
の両端子の電位を切換えて測定するが、この既知インピ
ーダンス値は通常小さい値が用いられており、そのため
両端子の電位はあまり変化しないので測定電圧を適切に
選べば測定電圧のレンジ切換えの必要がない。従って、
同一レンジ内で測定を行うことができるため、複数の測
定レンジを使用する必要がなく、測定器のレンジ切換え
に伴う誤差が発生しないというメリットもある。

【００４７】また以上の説明では、交流信号源１は定電
圧源であるが、これは定電流源に置きかえることも可能
である。すなわち、定電流源は定電圧源に抵抗を直列に
接続したものと等価であるから、この実施形態では交流
信号源とＲoなる既知インピーダンス３との間に抵抗を
入れれば良い。このようにしても式（１３）のＺなる供
試インピーダンス２の算出式には変化は生じない。これ
は供試インピーダンス２の算出一般式である式（１２）
において、供試インピーダンスＲ0よりも高電位側にあ
るインピーダンスは供試インピーダンスの値には関係し
ないことからも明らかである。

【００４８】更に、本実施形態ではｒなるインピーダン
ス４の端子電圧を、ベクトル比測定器８の入力端子Ｂで
測定している。ところで、この端子電圧をインピーダン
ス値ｒで割れば、即ち、供試インピーダンス２に流れる
電流を知ることができるので、電流変化に対するインピ
ーダンス値を測定する場合などに便利である。

【００４９】尚、上記の説明では、シグナルコンデショ
ナの入力インピーダンスは非常に大きく、これを接続し
たことによる影響は無視したが、入力インピーダンスの
値が無視できない場合には、これを考慮した供試インピ
ーダンス算出式を計算し、それを用いることもできる。

【００５０】図３は本発明の第２の実施形態を示す回路
図である。この実施形態では供試インピーダンス１０２
に、既知インピーダンス１０３aと１０３ｂの直列回路
が並列に接続されており、スイッチ１０５でインピーダ
ンス１０３aの両端子の電位を切換えて測定している。
他の回路構成要素は第１の実施形態と同じであるので説
明を省略する。

【００５１】この実施形態でも、第１の実施形態と同じ
ように、スイッチ１０５をｘ側、ｙ側にそれぞれ切換え
たとき、各々の場合におけるベクトル比の測定結果を得
て、これを次段のZ演算部１０９に与え、計算により供
試インピーダンスZの値を算出している。以下、その動
作、原理を詳細に説明する。

【００５２】既知インピーダンスＲo1、Ｒo2に流れる電
流をＩ2とすると、Ｉ2＝Ｖ｛Ｚ/（Ｚ＋ｒ）｝／｛(Ｒo1+Ｒo2+ｒ)−(ｒ・ｒ
/(Ｚ+ｒ))｝（１４）のようになる。

【００５３】（イ）スイッチ１０５をｘ側に設定したと
き：この場合、ベクトル比測定器１０８の入力端子Ａの
電圧をＥa、入力端子Ｂの電圧をＥbxとするとＥax＝Ｖ・Ｋ1・Ｋ3 Ｅbx＝ｒ・Ｉ・Ｋ2・Ｋ4 ベクトル比測定器１０８の出力は（Ｅax／Ｅbx）である
から次のようになる。但し、Ａ1、θ１は、この場合のベクトル比測定器１０
８の示す振幅及び位相である。

【００５４】（ロ）スイッチ１０５をｙ側に設定したと
き：この場合、ベクトル比測定器１０８の入力端子Ａの
電圧をＥay、入力端子Ｂの電圧をＥbyとすると次のよう
になる。ここでＩ2は式（１４）の通りである。Ｅay＝(Ｖ−Ｉ2・Ｒo1)・Ｋ1・Ｋ3 ＝Ｖ・[{Ｚ(Ｒo2+ｒ)+r(Ｒo1+Ｒo2)}／{Ｚ(Ｒo1+Ｒo2+ｒ) +r(Ｒo1+Ｒo2)}]・Ｋ1Ｋ3 Ｅby＝ｒ・Ｉ・Ｋ2・Ｋ4 ベクトル比測定器１０８の出力は（Ｅay／Ｅby）である
から次のようになる。Ｅay/Ｅby＝(Ｖ/rＩ) [{Ｚ(Ｒo2+ｒ)+ｒ(Ｒo1+Ｒo2)}／{Ｚ(Ｒo1 +Ｒo2+ｒ)+ｒ(Ｒo1+Ｒo2)}](Ｋ1Ｋ3/Ｋ2Ｋ4) ＝Ａ2・exp(jθ2) （１６）但し、Ａ２、θ２は、この場合のベクトル比測定器１０
８の示す振幅及び位相である。

【００５５】以上で、スイッチ１０５をｘ側、ｙ側にそ
れぞれ設定したときのベクトル比測定器１０８の各々の
出力（式（１５）、（１６））が求まる。この測定結果
を用いて供試インピーダンス１０２の値を求める。これ
はＺ演算部１０９で行われ、具体的には式（１５）を式
（１６）で除して次式（１７）を得る。式(１５)／式(１６)＝１／[{Ｚ(Ｒo2+r)+ｒ(Ｒo1+Ｒo2)}/{Ｚ(Ｒo1+Ｒo2+ｒ) +ｒ(Ｒo1+Ｒo2)}] ＝(Ａ1／Ａ2)・exp{ｊ(θ1−θ2)} （１７）式（１７）を変形してＺを算出すると式（１８）のよう
になる。Ｚ=ｒ(Ｒo1+Ｒo2)／[Ｒo1・{(1/((Ａ1/Ａ2)exp(j(θ1−θ2))−1))− ((Ｒo2+ｒ)/Ｒo1)}] （１８）

【００５６】式（１８）において、Ｒo1、Ｒo2、ｒ、Ａ
１、Ａ2、θ１、θ２は既知であるので、この式（１
８）によれば、供試インピーダンスZを容易に算出でき
る。更に、式（１８）中には係数Ｋ1〜Ｋ4が含まれてい
ないため、シグナルコンディショナ１０６、１０７やベ
クトル比測定器１０８の誤差は無視できるようになる。

【００５７】この算出された供試インピーダンスＺは、
複素数で表されているので、これをＺ=Ｒ+ｊＸの形で表
せば、Ｚの抵抗成分Ｒとリアクタンス成分Ｘが求まる。

【００５８】この第２の実施形態でも、シグナルコンデ
ィショナ１０６の入力インピーダンスの値は大きいと仮
定しているので、スイッチ１０５を切換えても供試イン
ピーダンス１０２に流れる電流は影響を受けない。従っ
て、供試インピーダンス１０２を高精度に測定できる。

【００５９】以下では、第３の実施形態〜第５の実施形
態を図４〜図６を参照しながら説明する。これらの実施
形態は、第１の実施形態の変形例である。

【００６０】図４は本発明の第３の実施形態を示す回路
図である。上述した式（１２）の供試インピーダンス算
出の一般式の説明からも明らかなように、Ｒa、ｒは既
知である必要はない。他の構成要素は第1の実施形態と
同じであるので説明は省略する。この場合の供試インピ
ーダンスＺの値は、式（12）の一般式においてΣＺb＝
０として次のようになる。Ｚ＝Ｒo／［{(Ａ1/Ａ2)exp(j(θ1−θ2))−１}］（１９）

【００６１】式（１９）において、Ｒa、ｒの項は入っ
ておらず、他のＲo、Ａ1、Ａ2、θ１、θ２は既知なの
で供試インピーダンスＺを算出できる。この場合も、ス
イッチ２０５を切換えても供試インピーダンス２０２に
何ら影響を及ぼさないので、供試インピーダンス２０２
を高精度に測定できる。

【００６２】図５は本発明の第４の実施形態を示す回路
図である。ここでＲｄ、ｒは既知インピーダンスであ
る。他の構成要素は第1の実施形態と同じである。この
場合の供試インピーダンスＺの値は、式（１２）の一般
式においてΣＺb＝Ｒd＋ｒであるので次のようになる。Ｚ＝Ｒo／{(Ａ1/Ａ2)exp(j(θ1−θ2))−１}］−（Ｒd＋ｒ）（２０）

【００６３】式（２０）において、Ｒo、Ｒd、ｒ、Ａ
1、Ａ2、θ１、θ２は既知なので供試インピーダンスＺ
を算出できる。この場合も、スイッチ３０５を切換えて
も供試インピーダンス３０２に何ら影響を及ぼさないの
で、供試インピーダンス３０２を高精度に測定できるこ
とは前述の実施形態と同様である。

【００６４】図６は本発明の第５の実施形態を示す回路
図である。この実施形態の構成要素は第1の実施形態と
同じである。この場合の供試インピーダンスＺの値は、
式（１２）の一般式においてΣＺb＝ｒであるので次の
ようになる。Ｚ＝Ｒo・[１／｛(Ａ1/Ａ2)exp(j(θ1−θ2))−１｝]−ｒ（２１）

【００６５】式（２１）において、Ｒo、ｒ、Ａ1、Ａ
2、θ１、θ２は既知なので供試インピーダンスＺを算
出できる。この場合の特徴も上記の実施形態と同じであ
る。

【００６６】また、この実施形態の変形として、既知イ
ンピーダンスｒを取り去ることも可能であり、この場合
の供試インピーダンスは式（２１）においてｒを零にす
ればよい。

【００６７】以上、本発明の各種の実施形態について説
明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるもので
はなく、種々の変更、拡張が考えられる。

【００６８】例えば、既知インピーダンスＲoの両端電
位を測定することが可能となる手段であれば、スイッチ
で切り換えて測定する手段に限らず、他の任意の手段を
用いることができることは明らかである。

【００６９】また、上記の実施形態中、図１や図３で
は、既知インピーダンスｒの端子電圧をシグナルコンデ
ィショナＫ2を介してベクトル比測定器の入力端子Ｂに
印加しており、等価的に供試インピーダンス２に流れる
電流値を測定している。すなわち、ｒなる既知インピー
ダンスは電流検出の働きをしている。従って、このｒの
代わりにＣＴ（電流トランス）等の電流検出手段を用い
ても良いことは勿論である。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるイン
ピーダンス測定装置によれば、ベクトル比測定器への入
力レベルを適切に調節するためのシグナルコンディショ
ナの伝達係数の劣化や、ベクトル比測定器それ自体の持
つ伝達係数の影響を受けることなく、廉価で安定且つ高
精度なインピーダンス測定が可能となる。

【００７１】また、既知インピーダンスRoの値は通常小
さいために測定時の測定値変化が小さく、測定レンジを
切換えないで済むのでシグナルコンディショナ及び測定
器の誤差を無視できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインピーダンス測定装置の第１の
実施形態を示す回路図である。

【図２】本発明によるインピーダンス測定装置の第１の
実施形態における供試インピーダンス算出用の説明図で
ある。

【図３】本発明によるインピーダンス測定装置の第２の
実施形態を示す回路図である。

【図４】本発明によるインピーダンス測定装置の第３の
実施形態を示す回路図である。

【図５】本発明によるインピーダンス測定装置の第４の
実施形態を示す回路図である。

【図６】本発明によるインピーダンス測定装置の第５の
実施形態を示す回路図である。

【図７】従来のインピーダンス測定装置の回路図であ
る。

【図８】従来のインピーダンス測定装置の他の回路図で
ある。

【符号の説明】

１、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１
交流信号源２、１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２
供試インピーダンス３、１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３
インピーダンス４、１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４
インピーダンス５、１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５
スイッチ６、１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６
シグナルコンディショナ７、１０７、２０７、３０７、４０７、５０７、６０７
シグナルコンディショナ８、１０８、２０８、３０８、４０８、５０８、６０８
ベクトル比測定器９、１０９、２０９、３０９、４０９、５０９、６０９
Z演算部２１０インピーダンス３１０インピーダンス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】供試インピーダンスと少なくとも第１の既
知インピーダンスを含み、前記供試インピーダンスが前
記第１の既知インピーダンスよりも低い電位側に接続さ
れたインピーダンス直列回路と、前記インピーダンス直列回路の両端に交流信号を印加す
る交流信号源と、前記第１の既知インピーダンスの両端の電圧信号を測定
する電圧測定回路と、前記測定された第１の既知インピーダンスの一端の電圧
信号と、他端の電圧信号が順次一方の入力端子に接続さ
れ、前記インピーダンス直列回路中の前記供試インピー
ダンスの前記第１の既知インピーダンスとの接続点とは
異なる端からの電圧信号が他方の入力端子に接続された
ベクトル比測定器と、前記測定された第１の既知インピーダンスの一端の電圧
信号と、前記第１の既知インピーダンスの他端の電圧信
号が順次前記一方の入力端子に接続されたときの前記ベ
クトル比測定器のそれぞれの出力値を求め、これら出力
値の比から供試インピーダンスを算出する演算手段と、
を備えて成ることを特徴とするインピーダンス測定装
置。
【請求項２】前記インピーダンス直列回路の前記供試イ
ンピーダンスの前記第１の既知インピーダンスとの接続
点とは異なる端には第２の既知インピーダンスが接続さ
れていることを特徴とする請求項１に記載のインピーダ
ンス測定装置。
【請求項３】供試インピーダンスに、直列に接続された
第１と第２の既知インピーダンスが並列接続された並列
回路と、前記並列回路に直列接続された第３の既知インピーダン
スと、前記並列回路と前記第３の既知インピーダンスとの直列
回路の両端に交流信号を印加する交流信号源と、前記第１の既知インピーダンスの両端の電圧信号を測定
する電圧測定回路と、前記測定された第１の既知インピーダンスの一端の電圧
信号と、他端の電圧信号が順次一方の入力端子に接続さ
れ、前記並列回路と前記第３の既知インピーダンスとの
接続点の電圧信号が他方の入力端子に接続されたベクト
ル比測定器と、前記測定された第１の既知インピーダンスの一端の電圧
信号と、他端の電圧信号が順次一方の入力端子に接続さ
れたときの前記ベクトル比測定器のそれぞれの出力値を
求め、これら出力値の比から供試インピーダンスを算出
する演算手段と、を備えて成ることを特徴とするインピ
ーダンス測定装置。
【請求項４】前記電圧測定回路は、測定対象両端の電圧
信号を切り換え出力する切り換え手段であることを特徴
とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインピーダン
ス測定装置。