JP2004325212A

JP2004325212A - Noise detection device

Info

Publication number: JP2004325212A
Application number: JP2003119460A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Ito; 秀紀伊藤; Mitsuo Hattori; 光男服部; Mitsumasa Hishiyama; 光正菱山; Ryuichi Kobayashi; 隆一小林; Junji Iijima; 淳司飯島
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Nippon Telegraph and Telephone East Corp; Hioki EE Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Nippon Telegraph and Telephone East Corp; Hioki EE Corp
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2004-11-18

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect a noise signal in a noncontact way at a high level and with high accuracy from a communication cable having a high input/output impedance between apparatuses or a high line impedance. <P>SOLUTION: A capacitive voltage probe 100 equipped with a cylindrical internal electrode 110 having the center part penetrated by the communication cable 11 across an internal layer insulator 130 and with a cylindrical external grounding electrode 120 arranged coaxially around the internal electrode 110 across an external layer insulator 140, is used as a signal detection means for detecting in the noncontact way the noise signal intermingled in the communication cable (cable to be measured) 11. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信ケーブルなどに混入している雑音信号を非接触で検出する雑音検出装置に関し、さらに詳しく言えば、雑音検出レベルを高く、かつ、高精度とする技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通信機器のノイズによるトラブルが近年ますます増加している。その主な原因としては、ＩＳＤＮ（総合デジタル通信網）のバス配線やアナログ電話回線，それにＬＡＮケーブルなどの種々の通信配線や電源ラインを侵入経路として伝搬する妨害波によるものが大半を占めている。
【０００３】
ケーブルを伝わってくる妨害波は、主にコモンモードを伝搬して通信機器に侵入するため、その誤動作解明のためにはコモンモードノイズを検出する必要がある。そのための雑音検出装置として、例えば特許文献１が知られている。
【０００４】
特許文献１による雑音検出装置においては、電磁結合型の電流プローブにより通信ケーブルから非接触で雑音信号を検出し、その検出信号を所定の周波数帯ごとに弁別して直流電圧に変換して演算し、その結果得られた雑音レベルを周波数帯ごとに数値もしくはレベルメータなどにて一括表示する。また、各周波数帯ごとにピーク値を検出したり、各周波数帯ごとに時系列的に蓄積されたデータを印刷し、所定の回線を介して外部機器にデータ転送することもできる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２５７８７９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記雑音検出装置によれば、電磁結合型の電流プローブにより非接触で雑音信号を検出するようにしているため、通信ケーブルの実運用状態での雑音レベルを測定することができる。
【０００７】
また、スペクトルアナライザやオシロスコープなどに比較して、安価であり携帯性にも優れている。さらには、一部の周波数帯の雑音のみではなく、各周波数帯の雑音を同時に検出・表示するようにしているため、発生雑音に対してトータル的なノイズ対策の支援ができる。
【０００８】
しかしながら、信号検出手段として電磁結合型の電流プローブを用いているため、機器間の入出力インピーダンスや、ラインインピーダンスの高い通信ケーブルにおいては、電源ラインなどに比較して流れる電流が少ないため、検出し得る雑音レベルが低くなってしまうことがある。
【０００９】
したがって、本発明の第１の課題は、機器間の入出力インピーダンスや、ラインインピーダンスの高い通信ケーブルから、高レベルかつ高精度で雑音信号を検出できるようにすることにある。また、本発明の第２の課題は、発生雑音に対してトータル的なノイズ対策の支援をより効果的とするため、各周波数帯の雑音レベルを解析しやすい態様で表示することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記第１の課題を解決するため、本発明は、被測定ケーブルから非接触で雑音信号を検出する信号検出手段および測定器本体を備え、上記測定器本体に、上記信号検出手段にて検出された雑音信号を所定の周波数帯ごとに弁別する周波数弁別手段と、上記周波数帯ごとに弁別された雑音信号を時間データとともに記憶する記憶手段と、上記記憶手段から所定の雑音信号を読み出して表示手段に表示させる制御手段とが含まれている雑音検出装置において、上記信号検出手段として、非接触型の容量性電圧プローブを用いることを特徴としている。
【００１１】
容量性電圧プローブによれば、被測定ケーブルのラインインピーダンスやそれによって接続されている機器間の入出力インピーダンスが高い場合でも、被測定ケーブルに含まれている雑音信号を高レベルで検出することができる。
【００１２】
本発明において、上記容量性電圧プローブは、中心部に内層絶縁体を介して上記被測定ケーブルが挿通される円筒状の内部電極と、外層絶縁体を介して上記内部電極の周りに同軸的に配置される円筒状の外部接地電極とを備えていることが好ましく、これによれば、特定の周波数帯ではその周波数に無関係にほぼ一定の感度が得られる。操作性の観点からして、上記容量性電圧プローブには、開閉可能な一対のクランプアームを含むクランプ型プローブが好ましく採用される。
【００１３】
また、上記内層絶縁体は、上記被測定ケーブルの外径とほぼ等しい内径で中心部分に穿設されたケーブル挿通孔と、上記外周面側から上記ケーブル挿通孔にかけて半径方向に形成された開閉可能なスリットとを有する円筒体からなり、上記被測定ケーブルと上記内部電極のいずれに対しても、着脱自在であることが好ましい。
【００１４】
これによれば、ケーブル挿通孔の内径の大きさが異なる複数種類の内層絶縁体を用意しておき、その中から被測定ケーブルの外径に合うものを選択することにより、常に被測定ケーブルを容量性電圧プローブの中心に位置させることができる。
【００１５】
検出感度を高めるうえで、上記内層絶縁体には高誘電率の誘電材を用い、また、被測定ケーブルに対する形状的な適合性の観点からすれば、上記内層絶縁体はゴムなどの弾性材からなることが好ましい。
【００１６】
上記容量性電圧プローブの出力段には、高入力インピーダンスの例えばＪ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）−ＦＥＴオペアンプもしくはＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなる上記測定器本体に対する入力回路が接続されるが、本発明の好ましい態様によると、隣接する例えば商用電源ラインからのノイズによる影響を排除するため、上記入力回路の入力側に少なくとも商用周波数帯域のノイズをカットし得るハイパスフィルタが設けられる。この場合、上記ハイパスフィルタとしては、パッシブ型の高耐圧素子が好ましく採用される。
【００１７】
上記第２の課題を解決するため、本発明において、上記制御手段は、上記表示手段に上記雑音信号のレベルを上記周波数帯ごとに所定の指定周期で時系列的に表示させる記録データ確認表示モードを備えていることを特徴としている。
【００１８】
また、別の特徴として、上記制御手段は、上記表示手段に全測定期間にわたっての上記雑音信号のピーク値を上記周波数帯ごとに表示させるピーク値表示モードを備えている。このピーク値表示モードにおいて、上記表示手段には上記ピーク値の時間情報が併せて表示されることが好ましい。
【００１９】
【発明の実施形態】
次に、図面を参照して、本発明のいくつかの実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２０】
まず、図１に本発明による雑音検出装置の全体的なイメージを示す。この雑音検出装置は、信号検出手段としての非接触型の容量性電圧プローブ（以下、単に電圧プローブという。）１００と、その検出信号を所定に処理して雑音信号のレベルを表示する測定器本体２００とを備えている。
【００２１】
この例において、被測定ケーブルは通信機器１０に接続されている通信ケーブル１１である。測定器本体２００は携帯可能な大きさであり、例えばパソコン２１，オシロスコープ２２および検出雑音を可聴するためのイヤホン２３などの外部機器が接続可能である。
【００２２】
次に、図２により測定器本体２００の構成について説明する。測定器本体２００は、その入力段に電圧プローブ１００からの微弱な雑音信号を所定のレベルにまで増幅する増幅器２１０を備えており、その出力側には周波数弁別手段としての複数の帯域フィルタ２２０が並列的に接続されている。
【００２３】
各帯域フィルタ２２０には、それぞれ異なる通過帯域周波数ｆ_１〜ｆ_ｎが割り当てられている。この通過帯域周波数ｆ_１〜ｆ_ｎは任意に決められてよい。また、各帯域フィルタ２２０は、パッシブ型フィルタ，アクティブ型フィルタのいずれであってもよい。
【００２４】
各帯域フィルタ２２０には、フィルタ出力信号を整流して直流電圧に変換する直流電圧変換部２２１と、この直流電圧変換部２２１から順次出力される直流電圧の前回値と今回値とを比較して大きな方を保持するピークホールド部２２２とがそれぞれ接続されている。
【００２５】
各ピークホールド部２２２は、所定の周期（例えば１秒間隔）で繰り返し動作し、その周期内のピーク値を制御手段としての演算制御部２３０に出力する。演算制御部２３０は、そのピーク値を各周波数帯ごとに識別し、それらの各ピーク値に測定時刻を付して記憶部２４０に格納する。測定時刻は、測定が行われた現実の日，時，分，秒の単位であってもよいし、測定開始時点からの通算時間のいずれであってもよい。
【００２６】
演算制御部２３０は、図示しない例えばキーボードなどの操作部からの指示に基づいて、記憶部２４０から各周波数帯ごとのピーク値を読み出して、そのピーク値データを例えば液晶パネルからなる表示部２５０に表示し、あるいはデータ転送部２６０から上記パソコン２１などの外部機器に出力したり、プリンタ２７０からプリントアウトする。
【００２７】
次に、図３の外観図と図４の等価回路により、電圧プローブ１００の構成について説明する。本発明で用いる電圧プローブ１００は、円筒状の内部電極１１０と、この内部電極１１０の周りに同軸的に配置される円筒状の外部接地電極１２０とを備えている。
【００２８】
内部電極１１０の内周面側には、円筒状の内層絶縁体１３０が設けられており、内層絶縁体１３０の中心に被測定ケーブルとしての通信ケーブル１１が挿通される。また、内部電極１１０と外部接地電極１２０との間にも、円筒状の外層絶縁体１４０が介装されている。
【００２９】
図４の等価回路を参照して、通信ケーブル１１と内部電極１１０との結合容量をＣ_１，内部電極１１０と外部接地電極１２０との結合容量をＣ_２とすると、これらの結合容量Ｃ_１，Ｃ_２はきわめて小さいため、電圧プローブ１００の出力段には、高入力インピーダンスの例えばＪ−ＦＥＴオペアンプのボルテージフォロワ回路からなるの入力回路２０１が接続され、この入力回路２０１から測定器本体２００の増幅器２１０に出力電圧Ｖ_ＯＵＴが与えられる。なお、入力回路２０１は電圧プローブ１００，測定器本体２００のいずれに含まれてもよい。
【００３０】
入力回路２０１の入力容量をＣ_ＩＮ，入力抵抗をＲ_ＩＮとすると、通信ケーブル１１の混入雑音電圧Ｖ_ＩＮと出力電圧Ｖ_ＯＵＴの関係は、次式（１）によって表される。
Ｖ_ＯＵＴ＝ｊωＣ_１Ｒ_ＩＮＶ_ＩＮ／｛１＋ｊωＲ_ＩＮ（Ｃ_１＋Ｃ_２＋Ｃ_ＩＮ）｝…（１）
ここで、ωＲ_ＩＮ（Ｃ_１＋Ｃ_２＋Ｃ_ＩＮ）≫１である周波数範囲においては、次式（２）
Ｖ_ＯＵＴ＝Ｃ_１Ｖ_ＩＮ／（Ｃ_１＋Ｃ_２＋Ｃ_ＩＮ）…（２）
となり、周波数に無関係に一定の感度が得られる。
【００３１】
したがって、この電圧プローブ１００を用いることにより、通信ケーブル１１のラインインピーダンスやそれによって接続されている機器間の入出力インピーダンスが高い場合でも、通信ケーブル１１に含まれている雑音信号を高レベルで検出することができ、雑音を解析して雑音対策を講ずるうえで役立つ。
【００３２】
ところで、被測定通信ケーブル１１に隣接して例えば商用電源ラインなどが存在すると、その電源ラインから強いノイズが発生されることと、入力回路２０１の入力インピーダンスがきわめて大きいため、その商用周波数ノイズにより入力回路２０１が飽和してしまい、目的とする通信ケーブル１１の雑音信号を検出できない場合がある。この商用周波数ノイズ対策の一つとして、回路の電源電圧を高圧にする方法が知られているが、携帯用には適さない。
【００３３】
そこで、本発明においては、図５に示すように、入力回路２０１の入力側に抵抗ＲとコンデンサＣとからなるパッシブ型のハイパスフィルタを設けて、商用周波数ノイズをカットするようにしている。そのカットオフ周波数は次のようにして求められる。
【００３４】
図６の等価回路を参照して、Ｃ，Ｃ_２およびＣ_ＩＮの合成容量をＣ_Ｐ、ＲとＲ_ＩＮの合成抵抗をＲ_Ｐとすると、通信ケーブル１１の混入雑音電圧Ｖ_ＩＮと出力電圧Ｖ_ＯＵＴの関係は、上記の式（１）と同じく次式（３）によって表される。式（３）の右辺の分母と分子をそれぞれｊωＣ_１Ｒ_Ｐで割って中間式（３ａ）とし、さらに中間式（３ｂ），（３ｃ）を経ることにより、Ｖ_ＯＵＴ／Ｖ_ＩＮの関係を示す次式（４）が導かれる。
【数１】

【００３５】
ここで、感度（ｄＢ）が１／√２、すなわち−３ｄＢとなるカットオフ周波数をｆｃとすると、その角速度ωｃは、ωｃ＝２πｆｃであるから、上記式（４）の右辺中の大括弧内は次式（５）となる。同式（５）の分母同士では次式（５ａ）の関係となり、これを整理して次式（５ｂ）によりωｃを求める。したがって、カットオフ周波数ｆｃは次式（６）により１／２π（Ｃ_１＋Ｃ_Ｐ）Ｒ_Ｐとして表される。
【数２】

【００３６】
図７に、入力回路２０１にカットオフ周波数ｆｃを設定した場合の周波数−検出感度グラフを示す。このように、入力回路２０１の入力段に、コンデンサＣと抵抗Ｒとを追加的に接続することにより、カットオフ周波数ｆｃが任意に設定可能となり、検出したい周波数帯においては感度を一定とし、商用周波数はカットすることにより、入力回路２０１の飽和現象を改善することができる。
【００３７】
次に、電圧プローブ１００により通信ケーブル１１から非接触でその雑音電圧を検出する場合、内部電極１１０内で通信ケーブル１１がその中心位置からずれると、通信ケーブル１１と内部電極１１０との間の結合容量が変化するため、感度が変わってしまうことがある。特に、通信ケーブル１１の外径が小さくなるほど、位置ずれが生じやすい。
【００３８】
これを防止するため、図８に示すように、本発明では内層絶縁体１３０を通信ケーブル１１に対する固定治具として用いる。すなわち、内層絶縁体１３０は円筒状の独立した部品として形成され、中心部に通信ケーブル１１の外径とほぼ等しい内径のケーブル挿通孔１３１を備え、その外周面側からケーブル挿通孔１３１にかけての半径方向に沿ってスリット１３２が形成されている。
【００３９】
この例において、内層絶縁体１３０はゴム弾性体からなり、スリット１３２より開閉可能であり、通信ケーブル１１に対して簡単に取り付けることができる。そして、その外周面に内部電極１１０を被せることにより、通信ケーブル１１が電圧プローブ１００の中心に位置することになり、通信ケーブル１１の位置ずれによる感度変化が防止される。
【００４０】
これによれば、ケーブル挿通孔１３１の内径の大きさが異なる複数種類の内層絶縁体１３０を用意しておき、その中から測定しようとする通信ケーブル１１の外径に合うものを選択することにより、常に通信ケーブル１１を電圧プローブ１００の中心に位置させることができる。
【００４１】
また、電圧プローブ１００については、図９に示すように、ノブ１５１を操作することによって開閉される一対のクランプアーム１５２，１５３を備えたクランプ型プローブとすることが操作性の観点から好ましい。なお、ノブ１５１によるアーム開閉機構には、公知のものをそのまま採用することができる。
【００４２】
この場合には、図３に示す内部電極１１０，外部電極１２０および外層絶縁体１４０を直径方向に２分割として、各クランプアーム１５２，１５３内に収納する。これによれば、通信ケーブル１１に取り付けられている内層絶縁体１３０を各クランプアーム１５１，１５２にて挟むだけでよく、その作業性が大幅に改善される。
【００４３】
なお、検出感度を高めるうえで、内層絶縁体１３０には高誘電率の誘電材を用いることが好ましい。また、内層絶縁体１３０を硬質材にて形成する場合には、その硬質円筒体を直径方向に２分割とし、例えば一方の端部にヒンジを設けて開閉可能とするとよい。
【００４４】
次に、図１０および図１１を参照して、本発明が特徴としている表示モードについて説明する。測定中に雑音レベルを測定器本体２００の表示部２５０に実時間表示させることもできるが、本発明では測定終了後において、記録データを確認するための記録データ確認表示モードと、ピーク値を一括して表示するピーク値表示モードとを備えている。
【００４５】
その前提として、上記したように各ピークホールド部２２２は、所定の周期（この例ではインターバル１秒）で繰り返し動作し、その各周期内の雑音レベルのもっとも大きなピーク値を保持する。演算制御部２３０は、各周波数帯（ｆ_１〜ｆ_ｎ）ごとのピーク値を測定時刻とともに記憶部２４０に格納する。
【００４６】
測定終了後に、図示しない例えばキーボードなどの操作部にて記録データ確認表示モードが選択されると、図１０に示すように、測定開始時点から測定終了時点まで、この例では１秒間隔で表示部２５０の画面が切り替わり、その各画面に各周波数帯（ｆ_１〜ｆ_ｎ）ごとに雑音レベルがバーグラフ状に表示される。
【００４７】
また、各画面には付帯的情報として、記録間隔（ピークホールド部２２２の動作周期），測定日および測定時刻が表示される。この表示例によると、記録間隔（Ｉｎｔｅｒｖａｌ）が１秒であり、測定日が２００３年１月２８日で、測定開始時刻が１０時００分００秒，測定終了時刻は１０時３０分００秒で、その間の雑音レベルが１秒ごとに時系列的に表示される。
【００４８】
これに対して、ピーク値表示モードが選択されると、図１１（ａ）に示すように、各周波数帯（ｆ_１〜ｆ_ｎ）の全測定期間を通してのピーク値のみが一括して表示される。このピーク値表示モードにおいては、画面の上部に例えば逆三角形のカーソルＣが現れる。
【００４９】
この例において、カーソルＣはデフォルトで周波数帯ｆ_１の上部に現れ、付帯的情報として、その周波数帯ｆ_１のピーク値が発生した時刻（この表示例では、１０時７分１８秒）が併せて表示される。カーソルＣを図示しないカーソルキーにて図１１（ｂ）に示すように、例えば周波数帯ｆ_３の上に移動させると、その周波数帯ｆ_３におけるピーク値の発生時刻（この表示例では、１０時２１分４秒）が表示される。
【００５０】
なお、周波数帯（ｆ_１〜ｆ_ｎ）の数が多く、１画面内で一括して表示しきれない場合には、周波数帯を例えば下位と上位の２つのグループに分けて表示させればよい。また、不要なデータがあった場合やデータが不要となった場合には、その場で削除して別の測定に移ることができる。
【００５１】
表示については、バークラフ表示に代えて、例えば図１２（ａ）に示すような多チャンネルグラフ表示、もしくは図１２（ｂ）に示すような表形式としてもよい。測定器本体２００から外部機器としての例えばパソコン２１にデータを転送する場合、パソコン２１が備えている大画面であれば、図１２（ａ）（ｂ）に示す表示形態を容易に採用することができる。
【００５２】
いずれにしても、長期にわたる無人監視が可能であり、例えばなにかの通信トラブルが生じた場合には、各周波数帯の雑音レベルを時系列に表示させ、その時間を照らし合わせることにより、その原因を突き止めることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、信号検出手段として非接触型の容量性電圧プローブを用いることにより、機器間の入出力インピーダンスや、ラインインピーダンスの高い被測定ケーブルから、高レベルかつ高精度で雑音信号を検出することができる。
【００５４】
また、上記容量性電圧プローブを、中心部に内層絶縁体を介して被測定ケーブルが挿通される円筒状の内部電極と、外層絶縁体を介して内部電極の周りに同軸的に配置される円筒状の外部接地電極とを備えた構成とすることにより、特定の周波数帯ではその周波数に無関係にほぼ一定の感度を得ることができる。
【００５５】
上記容量性電圧プローブをクランプ式とすることにより、非接触測定の作業性が大幅に改善される。また、上記内層絶縁体を、被測定ケーブルの外径とほぼ等しい内径で中心部分に穿設されたケーブル挿通孔と、その外周面側からケーブル挿通孔にかけて半径方向に形成された開閉可能なスリットとを有する円筒体からなるケーブル固定治具として用いることにより、常に被測定ケーブルを容量性電圧プローブの中心に位置させることができる。
【００５６】
また、測定器本体に対する高入力インピーダンスの入力回路に、商用周波数帯域のノイズをカットし得る抵抗とコンデンサとからなるハイパスフィルタを設けることにより、被測定ケーブルに隣接して電源ラインが配線されている場合における入力回路の飽和現象を避けることができる。
【００５７】
さらに、雑音レベルの表示モードとして、雑音信号のレベルを周波数帯ごとに所定の指定周期で時系列的に表示させる記録データ確認表示モードと、全測定期間にわたっての雑音信号のピーク値を周波数帯ごとに表示させるピーク値表示モードとを備えていることにより、発生雑音に対してトータル的なノイズ対策の支援をより効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による雑音検出装置の全体的なイメージを示す模式図。
【図２】上記雑音検出装置が備える測定器本体の構成を示す概略的なブロック図。
【図３】上記雑音検出装置が備える電圧プローブを模式的に示す外観斜視図。
【図４】図３に示す電圧プローブの等価回路図。
【図５】上記電圧プローブに測定器本体のハイパスフィルタを有する入力回路を接続した状態を示す模式図。
【図６】図５の電圧プローブと入力回路とを含む等価回路図。
【図７】上記ハイパスフィルタにより設定されるカットオフ周波数と検出感度との関係を示すグラフ。
【図８】上記電圧プローブの内層絶縁体をケーブル固定治具として兼用する実施形態を示す斜視図。
【図９】上記電圧プローブをクランプ型プローブとした実施形態を示す正面図。
【図１０】本発明が備える記録データ確認表示モードを説明するための画面図。
【図１１】本発明が備えるピーク値表示モードを説明するための画面図。
【図１２】本発明が備える別の表示モードを示す画面図。
【符号の説明】
１０通信機器
１１通信ケーブル（被測定ケーブル）
１００電圧プローブ
１１０内部電極
１２０外部接地電極
１３０内層絶縁体
１３１ケーブル挿通孔
１３２スリット
１４０外層絶縁体
１５１ノブ
１５２，１５３クランプアーム
２００測定器本体
２０１入力回路
２２０帯域フィルタ２２０
２２１直流電圧変換部
２２２ピークホールド部
２３０演算制御部
２４０記憶部
２５０表示部
２６０データ転送部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a noise detection device for detecting a noise signal mixed in a communication cable or the like in a non-contact manner, and more particularly to a technique for increasing a noise detection level and achieving high accuracy.
[0002]
[Prior art]
Troubles due to noise in communication equipment have been increasing in recent years. The main cause is caused by interference waves that propagate as an intrusion route through various kinds of communication wiring and power supply lines such as ISDN (integrated digital communication network) bus wiring, analog telephone lines, and LAN cables. .
[0003]
Since the interfering wave transmitted through the cable mainly propagates in the common mode and enters the communication device, it is necessary to detect the common mode noise in order to elucidate the malfunction. For example, Patent Document 1 is known as a noise detection device for that purpose.
[0004]
In the noise detection device according to Patent Literature 1, a noise signal is detected from a communication cable in a non-contact manner by an electromagnetic coupling type current probe, the detected signal is discriminated for each predetermined frequency band, converted into a DC voltage, and calculated. The resulting noise level is displayed collectively by a numerical value or a level meter for each frequency band. It is also possible to detect a peak value for each frequency band, print data accumulated in time series for each frequency band, and transfer the data to an external device via a predetermined line.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-257879
[Problems to be solved by the invention]
According to the noise detection device, since the noise signal is detected in a non-contact manner by the electromagnetic coupling type current probe, the noise level in the actual operation state of the communication cable can be measured.
[0007]
In addition, they are inexpensive and excellent in portability as compared with a spectrum analyzer or an oscilloscope. Furthermore, since not only noise in some frequency bands but also noise in each frequency band is detected and displayed at the same time, total noise countermeasures against generated noise can be supported.
[0008]
However, since an electromagnetic coupling type current probe is used as the signal detection means, the current flowing through the communication cable with high input / output impedance between devices and high line impedance is smaller than that of the power supply line. The obtained noise level may be low.
[0009]
Therefore, a first object of the present invention is to make it possible to detect a noise signal with high level and high accuracy from a communication cable having a high input / output impedance between devices and a high line impedance. A second object of the present invention is to display the noise level of each frequency band in an easy-to-analyze manner in order to more effectively support total noise measures against generated noise.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the first problem, the present invention includes a signal detecting means for detecting a noise signal from a cable to be measured in a non-contact manner and a measuring instrument main body, and the measuring instrument main body detects the noise signal by the signal detecting means. Frequency discriminating means for discriminating the noise signal for each predetermined frequency band, storage means for storing the noise signal discriminated for each frequency band together with time data, and reading and displaying a predetermined noise signal from the storage means. And a control means for displaying the non-contact type capacitive voltage probe as the signal detecting means.
[0011]
Capacitive voltage probes can detect high-level noise signals contained in a cable under test even if the cable under test has a high line impedance and the input and output impedance between the connected devices is high. it can.
[0012]
In the present invention, the capacitive voltage probe has a cylindrical inner electrode through which the cable to be measured is inserted through an inner insulator at the center, and a coaxial shape around the inner electrode through an outer insulator. It is preferable to provide a cylindrical external ground electrode to be disposed, whereby a substantially constant sensitivity can be obtained in a specific frequency band regardless of the frequency. From the viewpoint of operability, a clamp-type probe including a pair of clamp arms that can be opened and closed is preferably used as the capacitive voltage probe.
[0013]
In addition, the inner layer insulator has a cable insertion hole drilled at the center with an inner diameter substantially equal to the outer diameter of the cable to be measured, and an openable / closable formed radially from the outer peripheral surface side to the cable insertion hole. It is preferable that the cable comprises a cylindrical body having a slit and is detachable from both the cable to be measured and the internal electrode.
[0014]
According to this, a plurality of types of inner layer insulators having different inner diameters of the cable insertion holes are prepared, and a cable that matches the outer diameter of the cable to be measured is selected from among them, so that the cable to be measured is always used. It can be located at the center of the capacitive voltage probe.
[0015]
In order to enhance the detection sensitivity, a dielectric material having a high dielectric constant is used for the inner layer insulator, and from the viewpoint of conformability to the cable to be measured, the inner layer insulator is made of an elastic material such as rubber. Preferably.
[0016]
The output stage of the capacitive voltage probe is connected to an input circuit for the measuring device main body composed of a high input impedance, for example, a J (Junction) -FET operational amplifier or an FET (field effect transistor). According to the method, a high-pass filter capable of cutting at least noise in the commercial frequency band is provided on the input side of the input circuit in order to eliminate the influence of noise from an adjacent commercial power supply line. In this case, a passive high withstand voltage element is preferably employed as the high-pass filter.
[0017]
In order to solve the second problem, in the present invention, the control means includes a recording data confirmation display mode in which the display means displays the level of the noise signal in a time-series manner at a predetermined designated cycle for each of the frequency bands. It is characterized by having.
[0018]
Further, as another feature, the control means includes a peak value display mode in which the display means displays a peak value of the noise signal over the entire measurement period for each of the frequency bands. In the peak value display mode, it is preferable that time information of the peak value is also displayed on the display means.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
[0020]
First, FIG. 1 shows an overall image of a noise detection device according to the present invention. This noise detection device includes a non-contact type capacitive voltage probe (hereinafter, simply referred to as a voltage probe) 100 as a signal detection unit, and a measuring device main body that processes a detection signal thereof and displays a level of the noise signal. 200.
[0021]
In this example, the cable under test is the communication cable 11 connected to the communication device 10. The measuring device main body 200 has a portable size, and can be connected to external devices such as a personal computer 21, an oscilloscope 22, and an earphone 23 for audible detection noise.
[0022]
Next, the configuration of the measuring instrument main body 200 will be described with reference to FIG. The measuring device main body 200 includes an amplifier 210 at its input stage for amplifying a weak noise signal from the voltage probe 100 to a predetermined level, and a plurality of bandpass filters 220 as frequency discriminating means at its output side. They are connected in parallel.
[0023]
Each bandpass filter 220 is assigned a different passband frequencies _f 1 ~f _n respectively. The passband frequency _f 1 ~f _n may be arbitrarily determined. Further, each band filter 220 may be either a passive type filter or an active type filter.
[0024]
Each bandpass filter 220 has a DC voltage converter 221 that rectifies the filter output signal and converts it to a DC voltage, and compares the previous value and the current value of the DC voltage sequentially output from the DC voltage converter 221 with each other. The peak hold unit 222 that holds the larger one is connected to each other.
[0025]
Each peak hold section 222 repeatedly operates at a predetermined cycle (for example, at one-second intervals), and outputs a peak value within the cycle to the arithmetic control section 230 as control means. The arithmetic control unit 230 identifies the peak value for each frequency band, attaches a measurement time to each peak value, and stores the peak value in the storage unit 240. The measurement time may be a unit of the actual day, hour, minute, and second at which the measurement was performed, or may be any of the total time from the start of the measurement.
[0026]
The arithmetic control unit 230 reads a peak value for each frequency band from the storage unit 240 based on an instruction from an operation unit such as a keyboard (not shown), and transmits the peak value data to the display unit 250 including, for example, a liquid crystal panel. It is displayed, output from the data transfer unit 260 to an external device such as the personal computer 21, or printed out from the printer 270.
[0027]
Next, the configuration of the voltage probe 100 will be described with reference to the external view of FIG. 3 and the equivalent circuit of FIG. The voltage probe 100 used in the present invention includes a cylindrical internal electrode 110 and a cylindrical external ground electrode 120 coaxially arranged around the internal electrode 110.
[0028]
A cylindrical inner layer insulator 130 is provided on the inner peripheral surface side of the internal electrode 110, and the communication cable 11 as a cable to be measured is inserted through the center of the inner layer insulator 130. In addition, a cylindrical outer layer insulator 140 is interposed between the internal electrode 110 and the external ground electrode 120.
[0029]
Referring to the equivalent circuit of FIG. 4, assuming that the coupling capacitance between the communication cable 11 and the internal electrode 110 is C ₁ and the coupling capacitance between the internal electrode 110 and the external ground electrode 120 is C ₂ , these coupling capacitances C ₁ , Since C ₂ is extremely small, an input circuit 201 having a high input impedance, for example, a voltage follower circuit of a J-FET operational amplifier is connected to the output stage of the voltage probe 100. The output voltage V _OUT is applied to 210. The input circuit 201 may be included in either the voltage probe 100 or the measuring device main body 200.
[0030]
Assuming that the input capacitance of the input circuit 201 is C _IN and the input resistance is R _IN , the relationship between the mixed noise voltage V _IN of the communication cable 11 and the output voltage V _OUT is represented by the following equation (1).
_{_{_{V OUT = jωC 1 R IN V}}} IN / {1 + jωR IN (C 1 + C 2 + C IN)} ... (1)
Here, in a frequency range where ωR _IN (C ₁ + C ₂ + C _IN ) ≫1, the following equation (2) is obtained.
V _OUT = C ₁ V _IN / (C ₁ + C ₂ + C _IN ) (2)
, And a constant sensitivity is obtained irrespective of the frequency.
[0031]
Therefore, by using the voltage probe 100, even when the line impedance of the communication cable 11 and the input / output impedance between the connected devices are high, the noise signal included in the communication cable 11 can be detected at a high level. It is useful for analyzing noise and taking noise countermeasures.
[0032]
When a commercial power supply line, for example, is present adjacent to the communication cable 11 to be measured, strong noise is generated from the power supply line and the input impedance of the input circuit 201 is extremely large. There is a case where the circuit 201 is saturated and a target noise signal of the communication cable 11 cannot be detected. As one of countermeasures against this commercial frequency noise, a method of increasing the power supply voltage of a circuit is known, but it is not suitable for portable use.
[0033]
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 5, a passive high-pass filter including a resistor R and a capacitor C is provided on the input side of the input circuit 201 to cut off commercial frequency noise. The cutoff frequency is obtained as follows.
[0034]
Referring to the equivalent circuit of FIG. 6, assuming that the combined capacitance of C, C ₂ and C _IN is C _P and the combined resistance of R and R _IN is R _P , the mixed noise voltage V _IN and the output voltage V The relationship of _OUT is expressed by the following equation (3), similar to the above equation (1). An intermediate formula (3a) divided by the right side denominator j [omega] C ₁ and molecule each R _P of the formula (3), further intermediate formula (3b), by going through the _(3c) shows a relationship between V OUT _{/ V IN} The following equation (4) is derived.
(Equation 1)

[0035]
Here, assuming that the cutoff frequency at which the sensitivity (dB) is 1 / √2, that is, −3 dB, is fc, the angular velocity ωc is ωc = 2πfc. Is given by the following equation (5). The denominator of the equation (5) has the relationship of the following equation (5a), which is rearranged to obtain ωc by the following equation (5b). Accordingly, the cutoff frequency fc is expressed by the following equation (6) as _{_{1 / 2π (C 1 + C}} P) R P.
(Equation 2)

[0036]
FIG. 7 shows a frequency-detection sensitivity graph when the cutoff frequency fc is set in the input circuit 201. In this way, by additionally connecting the capacitor C and the resistor R to the input stage of the input circuit 201, the cutoff frequency fc can be set arbitrarily, and the sensitivity is kept constant in the frequency band to be detected. By cutting the frequency, the saturation phenomenon of the input circuit 201 can be improved.
[0037]
Next, when the noise voltage is detected from the communication cable 11 by the voltage probe 100 in a non-contact manner, when the communication cable 11 is displaced from the center position in the internal electrode 110, the coupling between the communication cable 11 and the internal electrode 110 is caused. Because the capacitance changes, the sensitivity may change. In particular, the smaller the outer diameter of the communication cable 11 is, the more easily the position shift occurs.
[0038]
In order to prevent this, as shown in FIG. 8, in the present invention, the inner layer insulator 130 is used as a fixing jig for the communication cable 11. That is, the inner-layer insulator 130 is formed as a cylindrical independent part, has a cable insertion hole 131 having an inner diameter substantially equal to the outer diameter of the communication cable 11 at the center, and has a radius from the outer peripheral surface side to the cable insertion hole 131. A slit 132 is formed along the direction.
[0039]
In this example, the inner layer insulator 130 is made of a rubber elastic body, can be opened and closed through the slit 132, and can be easily attached to the communication cable 11. By covering the outer surface with the internal electrode 110, the communication cable 11 is located at the center of the voltage probe 100, and a change in sensitivity due to a displacement of the communication cable 11 is prevented.
[0040]
According to this, a plurality of types of inner layer insulators 130 having different inner diameters of the cable insertion holes 131 are prepared, and a material that matches the outer diameter of the communication cable 11 to be measured is selected from among them. The communication cable 11 can always be positioned at the center of the voltage probe 100.
[0041]
Further, as shown in FIG. 9, the voltage probe 100 is preferably a clamp-type probe including a pair of

clamp arms

152 and 153 which are opened and closed by operating a knob 151 from the viewpoint of operability. A known mechanism can be used as the arm opening / closing mechanism by the knob 151 as it is.
[0042]
In this case, the inner electrode 110, the outer electrode 120, and the outer insulator 140 shown in FIG. 3 are divided into two in the diameter direction and housed in each of the

clamp arms

152, 153. According to this, it is only necessary to sandwich the inner layer insulator 130 attached to the communication cable 11 between the clamp arms 151 and 152, and the workability is greatly improved.
[0043]
In order to enhance the detection sensitivity, it is preferable to use a dielectric material having a high dielectric constant for the inner insulator 130. When the inner insulator 130 is formed of a hard material, the hard cylinder may be divided into two in the diameter direction, and a hinge may be provided at one end, for example, so that the hard cylinder can be opened and closed.
[0044]
Next, a display mode which is a feature of the present invention will be described with reference to FIGS. While the noise level can be displayed in real time on the display unit 250 of the measuring instrument main body 200 during the measurement, in the present invention, after the measurement is completed, a recording data confirmation display mode for confirming the recording data and a peak value are collectively displayed. And a peak value display mode for displaying.
[0045]
As a premise, as described above, each peak hold section 222 repeatedly operates at a predetermined cycle (in this example, an interval of 1 second), and holds the largest peak value of the noise level in each cycle. The arithmetic control unit 230 stores the peak value for each frequency band (f _{1 to} f _n ) in the storage unit 240 together with the measurement time.
[0046]
After the measurement is completed, when the recording data confirmation display mode is selected by an operation unit such as a keyboard (not shown), as shown in FIG. switches 250 screen, each frequency band _(f 1 _~f _n) noise level for each is displayed on the bar graph form on their respective screens.
[0047]
In addition, recording intervals (operation cycle of the peak hold unit 222), measurement dates, and measurement times are displayed as incidental information on each screen. According to this display example, the recording interval (Interval) is 1 second, the measurement date is January 28, 2003, the measurement start time is 10:00:00, and the measurement end time is 10:30:30. , The noise level during that time is displayed in chronological order every second.
[0048]
On the other hand, when the peak value display mode is selected, as shown in FIG. 11A, only the peak values over the entire measurement period of each frequency band (f _{1 to} f _n ) are collectively displayed. You. In the peak value display mode, for example, an inverted triangular cursor C appears at the top of the screen.
[0049]
In this example, the cursor C will appear in the upper part of the frequency band f ₁ by default, as supplementary information (in this display example, 7 minutes and 18 seconds at 10) time which the peak value occurs in the frequency band f ₁ is combined Is displayed. As shown in FIG. 11 (b) in the cursor key (not shown) the cursor C, for example, is moved over the frequency band f _3, the time of occurrence of the peak value at the frequency band f ₃ (in this display example, at 10 21 minutes and 4 seconds) is displayed.
[0050]
If the number of frequency bands (f _{1 to} f _n ) is large and cannot be displayed collectively in one screen, the frequency bands may be divided into, for example, two lower and upper groups. . When unnecessary data is found or when data becomes unnecessary, the data can be deleted on the spot and another measurement can be started.
[0051]
The display may be, for example, a multi-channel graph display as shown in FIG. 12A or a table format as shown in FIG. When data is transferred from the measuring instrument main body 200 to, for example, a personal computer 21 as an external device, if the personal computer 21 has a large screen, the display forms shown in FIGS. 12A and 12B can be easily adopted. it can.
[0052]
In any case, long-term unattended monitoring is possible.For example, if any communication trouble occurs, the noise level of each frequency band is displayed in chronological order, and the time is compared to determine the cause. Can be located.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by using a non-contact capacitive voltage probe as a signal detecting means, the input / output impedance between devices and the measured cable having a high line impedance can be changed to a high level and a high level. A noise signal can be detected with high accuracy.
[0054]
Further, the above-mentioned capacitive voltage probe is formed such that a cylindrical internal electrode into which a cable to be measured is inserted through an inner insulator at the center and a cylindrical coaxially arranged around the inner electrode via an outer insulator. With the configuration including the external ground electrode having a shape like this, a substantially constant sensitivity can be obtained in a specific frequency band regardless of the frequency.
[0055]
By making the capacitive voltage probe a clamp type, the workability of non-contact measurement is greatly improved. In addition, the inner layer insulator is provided with a cable insertion hole formed in the center portion with an inner diameter substantially equal to the outer diameter of the cable to be measured, and an openable / closable slit formed in a radial direction from the outer peripheral surface side to the cable insertion hole. The cable to be measured can always be positioned at the center of the capacitive voltage probe by using the cable fixing jig made of a cylindrical body having the following.
[0056]
Further, a power supply line is wired adjacent to the cable to be measured by providing a high-pass filter including a resistor and a capacitor capable of cutting noise in a commercial frequency band in an input circuit having a high input impedance to the measuring instrument main body. In this case, the saturation phenomenon of the input circuit can be avoided.
[0057]
Furthermore, as a noise level display mode, a recorded data confirmation display mode in which the level of the noise signal is displayed in time series at a predetermined designated cycle for each frequency band, and a peak value of the noise signal over the entire measurement period for each frequency band. And a peak value display mode in which the noise is displayed on the display device, it is possible to more effectively support a total noise countermeasure against generated noise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall image of a noise detection device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic block diagram showing a configuration of a measuring instrument main body provided in the noise detection device.
FIG. 3 is an external perspective view schematically showing a voltage probe included in the noise detection device.
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the voltage probe shown in FIG.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which an input circuit having a high-pass filter of a measuring instrument body is connected to the voltage probe.
6 is an equivalent circuit diagram including the voltage probe of FIG. 5 and an input circuit.
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a cutoff frequency set by the high-pass filter and detection sensitivity.
FIG. 8 is a perspective view showing an embodiment in which the inner insulator of the voltage probe is also used as a cable fixing jig.
FIG. 9 is a front view showing an embodiment in which the voltage probe is a clamp-type probe.
FIG. 10 is a screen diagram for explaining a print data confirmation display mode provided in the present invention.
FIG. 11 is a screen diagram for explaining a peak value display mode provided in the present invention.
FIG. 12 is a screen view showing another display mode provided in the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Communication equipment 11 Communication cable (cable to be measured)
REFERENCE SIGNS LIST 100 Voltage probe 110 Internal electrode 120 External ground electrode 130 Inner insulator 131 Cable insertion hole 132 Slit 140 Outer insulator 151

Knob

152, 153 Clamp arm 200 Measuring instrument main body 201 Input circuit 220 Bandpass filter 220
221 DC voltage conversion unit 222 Peak hold unit 230 Operation control unit 240 Storage unit 250 Display unit 260 Data transfer unit

Claims

A signal detecting means for detecting a noise signal in a non-contact manner from the cable to be measured; and a measuring instrument main body, wherein the measuring instrument main body has a frequency discrimination for discriminating the noise signal detected by the signal detecting means for each predetermined frequency band. A noise detecting device including: a memory means for storing a noise signal discriminated for each frequency band together with time data; and a control means for reading a predetermined noise signal from the memory means and displaying the same on a display means. At
A noise detection device, wherein a non-contact capacitive voltage probe is used as the signal detection means.

The capacitive voltage probe has a cylindrical inner electrode through which the cable to be measured is inserted at the center via an inner insulator, and a cylinder coaxially arranged around the inner electrode via an outer insulator. The noise detection device according to claim 1, further comprising an external ground electrode having a shape of a circle.

3. The noise detection device according to claim 1, wherein the capacitive voltage probe is a clamp type including a pair of clamp arms that can be opened and closed.

The inner insulator is a cable insertion hole formed in the center with an inner diameter substantially equal to the outer diameter of the cable to be measured, and an openable / closable slit formed in a radial direction from the outer peripheral surface side to the cable insertion hole. The noise detection device according to claim 2, wherein the noise detection device is formed of a cylindrical body having:

5. The noise detection device according to claim 2, wherein the inner insulator is made of a dielectric material having a high dielectric constant.

6. The noise detection device according to claim 2, wherein the inner layer insulator is made of an elastic material.

An output circuit of the capacitive voltage probe is connected to an input circuit having a high input impedance to the measuring instrument main body, and an input side of the input circuit is provided with a high-pass filter capable of cutting at least noise in a commercial frequency band. The noise detection device according to any one of claims 1 to 6, wherein

The noise detection device according to claim 7, wherein the high-pass filter is formed of a passive high withstand voltage element.

9. A recording data confirmation display mode in which the control means displays the level of the noise signal on the display means in a time series at a specified cycle for each of the frequency bands. The noise detection device according to any one of the above.

10. The apparatus according to claim 1, wherein the control means includes a peak value display mode for displaying the peak value of the noise signal over the entire measurement period on the display means for each of the frequency bands. The noise detection device according to Item.

11. The noise detection device according to claim 10, wherein in the peak value display mode, the display unit also displays time information of the peak value.