JP2007256141A - Voltage detection device and initialization method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a voltage detection device for accurately detecting the voltage of a measured object. <P>SOLUTION: The voltage detection device 1, constituted to detect the voltage V1 between a reference potential (ground) and the measured object 4, comprises a detection electrode 12 opposite to the measured object 4; a variable capacity circuit 19 constituted to vary the electrostatic capacity C1 by being connected to the detection electrode 12; a potential body 28, regulated to the reference potential by potential and opposite to the detection electrode 12; and a connection circuit 51 for electrically connecting the detection electrode 12 to the reference potential. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、測定対象体の電圧を非接触で測定し得る電圧検出装置および初期化方法に関するものである。   The present invention relates to a voltage detection apparatus and an initialization method that can measure the voltage of a measurement object in a non-contact manner.

この種の電圧検出装置として、本願発明者は、特願2005−297171号、特願2005−341388号、特願2005−363283号、および特願2005−365666号において種々の電圧検出装置(具体的には電圧測定装置)を開示している。   As this type of voltage detection device, the inventor of the present application disclosed various voltage detection devices in Japanese Patent Application Nos. 2005-297171, 2005-341388, 2005-363283, and 2005-365666 (specific examples). Discloses a voltage measuring device.

これらの電圧検出装置はいずれも、測定対象体に対向可能な検出電極と、検出電極と参照電位との間に接続されてその静電容量を変化可能に構成された可変容量回路と、参照電位を生成する電圧生成回路と、可変容量回路が静電容量を変化させているときに電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させる制御部とを備えている。これらの電圧検出装置では、可変容量回路が静電容量を変化させているときに、制御部が、可変容量回路を流れる電流(または可変容量回路の両端間電圧)を検出しつつ、電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させ、検出している電流(または両端間電圧)がゼロになったときの参照電位を測定対象体の電圧(基準電位を基準とした電圧、言い換えれば基準電位と測定対象体との間の電圧)として検出(具体的には測定)している。   Each of these voltage detection devices includes a detection electrode that can be opposed to a measurement object, a variable capacitance circuit that is connected between the detection electrode and the reference potential and can change its capacitance, and a reference potential. And a control unit that changes the voltage of the reference potential with respect to the voltage generation circuit when the variable capacitance circuit changes the capacitance. In these voltage detection devices, when the variable capacitance circuit changes the capacitance, the control unit detects the current flowing through the variable capacitance circuit (or the voltage across the variable capacitance circuit), while the voltage generation circuit The reference potential when the detected current (or the voltage between both ends) becomes zero is changed to the voltage of the object to be measured (voltage based on the reference potential, in other words, the reference potential The voltage is measured (specifically, measured) as a voltage between the measurement object and the object to be measured.

これらの電圧検出装置によれば、例えば、特開平4−305171号公報や特開平7−244103号公報に開示されている電圧測定装置とは異なり、可変容量回路と測定対象体との間に検出電極(固定電極)を配設する構成のため、例えば、プローブユニットの外面にこの検出電極を配設することにより、外部に露出しない状態で、プローブユニットの内部に可変容量回路を配設することができる。したがって、この検出電極によってプローブユニット内への異物の誤挿入を防止できるため、装置の信頼性を向上させることができる。また、可変容量回路が電気的に作動する構成要素で構成されているため、容量を可変させるための機構部品を不要にすることができる。したがって、これによっても装置の信頼性を向上させることができる。
特開平4−305171号公報(第2頁、第6図) 特開平7−244103号公報(第2頁、第9図)
According to these voltage detection devices, for example, unlike the voltage measurement devices disclosed in JP-A-4-305171 and JP-A-7-244103, detection is performed between the variable capacitance circuit and the measurement object. Due to the configuration in which the electrode (fixed electrode) is arranged, for example, by arranging this detection electrode on the outer surface of the probe unit, the variable capacitance circuit is arranged inside the probe unit without being exposed to the outside. Can do. Therefore, since the detection electrode can prevent erroneous insertion of foreign matter into the probe unit, the reliability of the apparatus can be improved. Further, since the variable capacitance circuit is composed of components that operate electrically, a mechanical component for changing the capacitance can be eliminated. Therefore, the reliability of the apparatus can be improved also by this.
Japanese Patent Laid-Open No. 4-305171 (page 2, FIG. 6) JP 7-244103 A (2nd page, FIG. 9)

ところが、本願発明者は、本願発明者が開示している上記の各電圧測定装置をさらに検討した結果、これらの電圧測定装置には、以下のような解決すべき課題が存在していることを見出した。すなわち、いずれの電圧測定装置においても、検出電極が帯電していないとき(検出電極の初期電荷がゼロの状態のとき)には、測定対象体の電圧を正確に測定できるものの、検出電極が帯電しているとき(初期電荷がゼロでない状態のとき)には、帯電に起因して、測定した測定対象体の電圧に誤差が生じるという課題が存在している。   However, as a result of further examination of each of the voltage measuring devices disclosed by the present inventor, the present inventors have found that these voltage measuring devices have the following problems to be solved. I found it. That is, in any voltage measuring device, when the detection electrode is not charged (when the initial charge of the detection electrode is zero), the voltage of the measurement object can be accurately measured, but the detection electrode is charged. When the measurement is performed (when the initial charge is not zero), there is a problem that an error occurs in the measured voltage of the measurement object due to charging.

本発明は、上記の課題を解決すべくなされたものであり、測定対象体の電圧を正確に検出し得る電圧検出装置および初期化方法を提供することを主目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and a main object of the present invention is to provide a voltage detection device and an initialization method that can accurately detect the voltage of a measurement object.

上記目的を達成すべく請求項1記載の電圧検出装置は、基準電位と測定対象体との間の電圧を検出可能に構成された電圧検出装置であって、前記測定対象体に対向可能な検出電極と、前記検出電極に接続されてその静電容量を変化可能に構成された可変容量回路と、電位が前記基準電位に規定されると共に前記検出電極に対向可能な電位体と、前記検出電極を前記基準電位に電気的に接続可能な接続回路とを備えている。   In order to achieve the above object, the voltage detection device according to claim 1 is a voltage detection device configured to be able to detect a voltage between a reference potential and a measurement object, and capable of detecting the voltage to the measurement object. An electrode, a variable capacitance circuit configured to be connected to the detection electrode and capable of changing its capacitance, a potential body whose potential is defined by the reference potential and can be opposed to the detection electrode, and the detection electrode And a connection circuit that can be electrically connected to the reference potential.

また、請求項2記載の電圧検出装置は、請求項1記載の電圧検出装置において、前記可変容量回路は、前記検出電極と参照電位との間に接続され、前記参照電位を生成する電圧生成回路と、前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる制御部とを備えている。   The voltage detection device according to claim 2 is the voltage detection device according to claim 1, wherein the variable capacitance circuit is connected between the detection electrode and a reference potential to generate the reference potential. And a control unit that changes the voltage of the reference potential with respect to the voltage generation circuit when the variable capacitance circuit is changing the capacitance.

また、請求項3記載の電圧検出装置は、基準電位と測定対象体との間の電圧を検出可能に構成された電圧検出装置であって、前記測定対象体に対向可能な検出電極と、前記検出電極と参照電位との間に接続されると共にその静電容量を変化可能に構成された可変容量回路と、前記参照電位を生成する電圧生成回路と、前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる制御部と、電位が前記参照電位に規定されると共に前記検出電極に対向可能な電位体と、前記検出電極を前記参照電位に電気的に接続可能な接続回路とを備えている。   The voltage detection device according to claim 3 is a voltage detection device configured to be able to detect a voltage between a reference potential and a measurement object, and the detection electrode capable of facing the measurement object; A variable capacitance circuit connected between the detection electrode and the reference potential and configured to change its capacitance, a voltage generation circuit for generating the reference potential, and the variable capacitance circuit configured to change the capacitance. A control unit that changes the voltage of the reference potential with respect to the voltage generation circuit when the voltage is changed, a potential body that is regulated by the reference potential and can be opposed to the detection electrode, and the detection electrode. A connection circuit electrically connectable to the reference potential.

また、請求項4記載の初期化方法は、測定対象体に対向可能な検出電極と、前記検出電極に接続されてその静電容量を変化可能に構成された可変容量回路とを備え、基準電位と前記測定対象体との間の電圧を検出可能に構成された電圧検出装置に対して、電位が前記基準電位に規定されている電位体に前記検出電極を対向させて配置した状態において、前記検出電極を一時的に前記基準電位に電気的に接続させる。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an initialization method comprising: a detection electrode that can be opposed to a measurement object; and a variable capacitance circuit that is connected to the detection electrode and configured to change its capacitance, With respect to a voltage detection device configured to be able to detect a voltage between the measurement object and the measurement object, in a state where the detection electrode is disposed to face a potential body whose potential is defined by the reference potential, The detection electrode is temporarily electrically connected to the reference potential.

また、請求項5記載の初期化方法は、測定対象体に対向可能な検出電極と、前記検出電極と参照電位との間に接続されると共にその静電容量を変化可能に構成された可変容量回路と、前記参照電位を生成する電圧生成回路と、前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる制御部とを備え、基準電位と前記測定対象体との間の電圧を検出可能に構成された電圧検出装置に対して、電位が前記参照電位に規定されている電位体に前記検出電極を対向させて配置した状態において、前記検出電極を一時的に前記参照電位に電気的に接続させる。   In addition, the initialization method according to claim 5 includes a detection electrode that can be opposed to a measurement object, a variable capacitor that is connected between the detection electrode and a reference potential, and that can change its capacitance. A circuit, a voltage generation circuit that generates the reference potential, and a control unit that changes the voltage of the reference potential with respect to the voltage generation circuit when the variable capacitance circuit changes the capacitance. A state in which the detection electrode is arranged opposite to a potential body whose potential is defined as the reference potential with respect to a voltage detection device configured to be able to detect a voltage between a reference potential and the measurement object The detection electrode is temporarily electrically connected to the reference potential.

請求項1記載の電圧検出装置および請求項4記載の初期化方法によれば、電位が基準電位に規定されている電位体に検出電極を対向させて配置した状態において、接続回路によって検出電極を一時的に基準電位に電気的に接続させることにより、検出電極に帯電している電荷を放電させることができる。この場合、検出電極が正または負に帯電しているときには、検出電極が基準電位と同電位の電位体と対向しているため、検出電極に帯電している正電荷および負電荷のうちの電荷量の多い一方の電荷は、電位体の斥力によって遠ざけられる結果、他方の電荷量と等しくなるまで基準電位に流出する。このため、検出電極は、正電荷と負電荷とがバランスした状態(等価的に電荷がゼロの状態)になる。したがって、この電圧測定装置および初期化方法によれば、単に検出電極を基準電位に接続させる構成と比較して、検出電極の電荷を確実にゼロ(正および負の電荷がバランスした状態)に初期化することができる。この結果、この電圧測定装置によれば、検出電極の初期電荷がゼロの状態(検出電極が帯電していない状態)から、測定対象体についての電圧の測定処理を常に開始することができるため、検出電極の帯電に起因する影響を回避することができ、これにより、測定対象体の電圧を常に正確に検出(測定)することができる。   According to the voltage detection device of claim 1 and the initialization method of claim 4, in the state where the detection electrode is arranged to face the potential body whose potential is defined as the reference potential, the detection electrode is connected by the connection circuit. By temporarily electrically connecting to the reference potential, the charge charged on the detection electrode can be discharged. In this case, when the detection electrode is positively or negatively charged, since the detection electrode faces a potential body having the same potential as the reference potential, the charge of the positive charge and the negative charge charged on the detection electrode One charge having a large amount is moved away by the repulsive force of the potential body, and as a result, flows out to the reference potential until it becomes equal to the other charge amount. For this reason, the detection electrode is in a state where the positive charge and the negative charge are balanced (equivalently, the charge is zero). Therefore, according to the voltage measuring device and the initialization method, the charge of the detection electrode is surely initialized to zero (a state where positive and negative charges are balanced) as compared with a configuration in which the detection electrode is simply connected to the reference potential. Can be As a result, according to this voltage measuring apparatus, since the initial charge of the detection electrode can be zero (the detection electrode is not charged), the voltage measurement process for the measurement object can always be started. The influence caused by the charging of the detection electrode can be avoided, and thereby the voltage of the measurement object can always be detected (measured) accurately.

また、請求項2記載の電圧検出装置によれば、検出電極と参照電位との間に可変容量回路を接続し、かつ、参照電位を生成する電圧生成回路と、可変容量回路が静電容量を変化させているときに電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させる制御部とを備えたことにより、可変容量回路の容量変化時において可変容量回路に発生する(流れる)電流(または可変容量回路の両端間電圧)を検出しつつ、この電流(または両端間電圧)がゼロアンペア(またはゼロボルト)となったときの参照電位の電圧を測定対象体の電圧として測定することで、測定対象体の電圧を高い精度で測定することができる。   According to the voltage detection device of the second aspect, the variable capacitance circuit is connected between the detection electrode and the reference potential, and the voltage generation circuit for generating the reference potential and the variable capacitance circuit have the capacitance. By providing a control unit that changes the voltage of the reference potential with respect to the voltage generation circuit when the voltage is changed, a current (or variable capacitance) generated (flowing) in the variable capacitance circuit when the capacitance of the variable capacitance circuit changes The voltage of the reference potential when this current (or the voltage across the terminal) becomes zero ampere (or zero volts) while detecting the voltage across the circuit) Can be measured with high accuracy.

請求項3記載の電圧検出装置および請求項5記載の初期化方法によれば、電位が参照電位に規定されている電位体に検出電極を対向させて配置した状態において、接続回路によって検出電極を一時的に参照電位に電気的に接続させることにより、検出電極に帯電している電荷を放電させることができる。この場合、検出電極が正または負に帯電しているときには、検出電極が参照電位と同電位の電位体と対向しているため、検出電極に帯電している正電荷および負電荷のうちの電荷量の多い一方の電荷は、電位体の斥力によって遠ざけられる結果、他方の電荷量と等しくなるまで参照電位に流出する。このため、検出電極は、正電荷と負電荷とがバランスした状態(等価的に電荷がゼロの状態)になる。したがって、この電圧測定装置および初期化方法によれば、単に検出電極を参照電位に接続させる構成と比較して、検出電極の電荷を確実にゼロ(正および負の電荷がバランスした状態)に初期化することができる。この結果、この電圧測定装置によれば、検出電極の初期電荷がゼロの状態(検出電極が帯電していない状態)から、測定対象体についての電圧の測定処理を常に開始することができるため、検出電極の帯電に起因する影響を回避することができ、これにより、測定対象体の電圧を常に正確に検出(測定)することができる。   According to the voltage detection device of claim 3 and the initialization method of claim 5, in a state where the detection electrode is arranged to face the potential body whose potential is defined as the reference potential, the detection electrode is connected by the connection circuit. By temporarily electrically connecting to the reference potential, the charge charged on the detection electrode can be discharged. In this case, when the detection electrode is positively or negatively charged, since the detection electrode is opposed to a potential body having the same potential as the reference potential, the charge of the positive charge and the negative charge charged to the detection electrode One charge having a large amount is moved away by the repulsive force of the potential body, and as a result, flows out to the reference potential until it becomes equal to the other charge amount. For this reason, the detection electrode is in a state where the positive charge and the negative charge are balanced (equivalently, the charge is zero). Therefore, according to the voltage measuring apparatus and the initialization method, the charge of the detection electrode is surely initialized to zero (a state where positive and negative charges are balanced) as compared with a configuration in which the detection electrode is simply connected to the reference potential. Can be As a result, according to this voltage measuring apparatus, since the initial charge of the detection electrode can be zero (the detection electrode is not charged), the voltage measurement process for the measurement object can always be started. The influence caused by the charging of the detection electrode can be avoided, and thereby the voltage of the measurement object can always be detected (measured) accurately.

以下、添付図面を参照して、本発明に係る電圧検出装置の最良の形態について説明する。なお、電圧検出装置の一例として、測定対象体の電圧を測定する電圧測定装置を例に挙げて説明する。   The best mode of a voltage detection apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. As an example of the voltage detection device, a voltage measurement device that measures the voltage of the measurement object will be described as an example.

最初に、本発明に係る電圧測定装置1について、図面を参照して説明する。   First, a voltage measuring apparatus 1 according to the present invention will be described with reference to the drawings.

電圧測定装置1は、図1に示すように、プローブユニット2および本体ユニット3を備え、測定対象体4の電圧(交流電圧)V1を非接触で測定可能に構成されている。   As shown in FIG. 1, the voltage measuring device 1 includes a probe unit 2 and a main body unit 3, and is configured to be able to measure the voltage (alternating voltage) V <b> 1 of the measurement object 4 without contact.

プローブユニット2は、図1に示すように、ケース11、検出電極12、可変容量回路19、電流検出器15、プリアンプ16およびスイッチ51を備え、可撓性を有するケーブル52を介して本体ユニット3に接続されている。ケース11は、導電性材料(例えば金属材料)を用いて構成されている。検出電極12は、例えば、平板状に形成されると共に、その一方の面側がケース11の外表面に露出し、かつ他方の面側がケース11の内部に露出するようにしてケース11に固定されている。一例として、検出電極12は、ケース11に設けられている孔(図示せず)に、この孔を閉塞し、かつケース11に対して電気的に絶縁された状態で取り付けられている。   As shown in FIG. 1, the probe unit 2 includes a case 11, a detection electrode 12, a variable capacitance circuit 19, a current detector 15, a preamplifier 16, and a switch 51, and the main unit 3 via a flexible cable 52. It is connected to the. The case 11 is configured using a conductive material (for example, a metal material). For example, the detection electrode 12 is formed in a flat plate shape, and is fixed to the case 11 so that one surface side thereof is exposed on the outer surface of the case 11 and the other surface side is exposed inside the case 11. Yes. As an example, the detection electrode 12 is attached to a hole (not shown) provided in the case 11 in a state of closing the hole and being electrically insulated from the case 11.

可変容量回路19は、図1に示すように、1つの容量変化機能体13および1つの駆動回路14を備えている。また、可変容量回路19(具体的には容量変化機能体13)は、第1の構成単位31、第2の構成単位32、第3の構成単位33および第4の構成単位34がこの順に環状に接続されて、いわゆるブリッジ回路(環状回路)に構成されている。具体的には、各構成単位31,32,33,34は、図2に示すように、第1電気的要素E11,12,13,14(以下、特に区別しないときには「第1電気的要素E1」ともいう)をそれぞれ1つずつ含んで構成されている。この場合、各第1電気的要素E1は、一端が他端に対して高電位のときに抵抗体として機能し、かつ他端が一端に対して高電位のときに容量体としてそれぞれ機能する一対の第1素子41a,41b(以下、特に区別しないときには第1素子41ともいう)をそれぞれ1つずつ含み、各第1素子41が互いに逆向きに直列接続されて構成されている。これにより、各第1電気的要素E1は、直流信号の通過を阻止しつつ印加電圧の絶対値の大きさに応じて容量が変化するように構成されている。   As illustrated in FIG. 1, the variable capacitance circuit 19 includes one capacitance change function body 13 and one drive circuit 14. The variable capacitance circuit 19 (specifically, the capacitance changing function body 13) includes a first structural unit 31, a second structural unit 32, a third structural unit 33, and a fourth structural unit 34 in this order. And is configured as a so-called bridge circuit (annular circuit). Specifically, as shown in FIG. 2, each of the structural units 31, 32, 33, and 34 includes first electrical elements E11, 12, 13, and 14 (hereinafter referred to as “first electrical element E1 unless otherwise distinguished”). Are also included one by one. In this case, each first electrical element E1 functions as a resistor when one end has a high potential with respect to the other end, and functions as a capacitor when the other end has a high potential with respect to the other end. Each of the first elements 41a and 41b (hereinafter also referred to as the first element 41 unless otherwise distinguished), and the first elements 41 are connected in series in opposite directions. Thereby, each 1st electric element E1 is comprised so that a capacity | capacitance may change according to the magnitude | size of the absolute value of an applied voltage, preventing passage of a DC signal.

本例では、一例として、各第1素子41は、互いに接合されたP型半導体およびN型半導体を有して構成され、具体的には1つのダイオード(一例として可変容量ダイオード。バリキャップやバラクタダイオードともいう。)で構成され、各第1電気的要素E1は、これら2つのダイオードが逆向きに直列接続されて(アノード端子同士が接続されて)構成されている。また、各第1素子41a,41bには同一またはほぼ同一の特性の可変容量ダイオードが使用されて、第1の構成単位31および第3の構成単位33の各インピーダンスの積と、第2の構成単位32および第4の構成単位34の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一(一例として数%程度の範囲内で相違する状態)に設定されている。   In this example, as an example, each first element 41 is configured to include a P-type semiconductor and an N-type semiconductor that are joined to each other, and more specifically, one diode (for example, a variable capacitance diode; a varicap or a varactor). Each first electric element E1 is formed by connecting these two diodes in series in opposite directions (with anode terminals connected to each other). In addition, variable capacitance diodes having the same or substantially the same characteristics are used for the first elements 41a and 41b, and the product of the impedances of the first structural unit 31 and the third structural unit 33 and the second configuration. The impedance product of the unit 32 and the fourth structural unit 34 is set to be the same or substantially the same (for example, a state that is different within a range of about several percent).

なお、図2に示す容量変化機能体13では、各第1電気的要素E1は、一対の第1素子41a,41bの一端同士を接続して(一対のダイオードのアノード端子同士を接続して)構成されているが、図示はしないが、一対の第1素子41a,41bの他端同士を接続して(一対のダイオードのカソード端子同士を接続して)、各第1電気的要素E1を構成することもできる。また、可変容量ダイオードは、電圧を逆方向に印加したときにダイオードのPN接合における空乏層の厚みが変化することによる静電容量(接合容量)の変化を利用したものであり、この静電容量の変化を大きくしたものをいう。他方、PN接合で構成される一般的なダイオード(シリコンダイオード)においても、可変容量ダイオードと比べて少ないものの、上記した静電容量(接合容量)の変化は発生する。このため、図示はしないが、上記した容量変化機能体13におけるすべての第1素子41a,41bを、一般的なダイオードで置き換えて容量変化機能体を構成することもできる。   In the capacitance change function body 13 shown in FIG. 2, each first electrical element E1 connects one ends of the pair of first elements 41a and 41b (connects the anode terminals of the pair of diodes). Although it is configured, although not shown in the drawing, the first electric elements E1 are configured by connecting the other ends of the pair of first elements 41a and 41b (connecting the cathode terminals of the pair of diodes). You can also The variable capacitance diode uses a change in capacitance (junction capacitance) due to a change in the thickness of the depletion layer at the PN junction of the diode when a voltage is applied in the reverse direction. This is the one with a large change. On the other hand, even in a general diode (silicon diode) configured with a PN junction, the above-described change in capacitance (junction capacitance) occurs although it is less than a variable capacitance diode. For this reason, although not shown in the figure, it is also possible to configure a capacitance change function body by replacing all of the first elements 41a and 41b in the capacitance change function body 13 with general diodes.

また、可変容量回路19は、検出電極12と参照電位となる部位(本例ではケース11)との間に、容量変化機能体13における第1の構成単位31および第4の構成単位34の接続点Aが検出電極12側に位置すると共に第2の構成単位32および第3の構成単位33の接続点Cがケース11側に位置するように配設されている。具体的には、可変容量回路19は、図1に示すように、容量変化機能体13の接続点Aが検出電極12に接続されると共に、容量変化機能体13の接続点Cが電流検出器15を介してケース11に接続されている。また、第1の構成単位31および第2の構成単位32の接続点Bと、第3の構成単位33および第4の構成単位34の接続点Dとが駆動回路14に接続されている。また、可変容量回路19は、ケース11の外部に露出しない状態で、ケース11内部に配設されている。   In addition, the variable capacitance circuit 19 is connected to the first structural unit 31 and the fourth structural unit 34 in the capacitance change function body 13 between the detection electrode 12 and a portion (case 11 in this example) that serves as a reference potential. The point A is disposed on the detection electrode 12 side, and the connection point C of the second structural unit 32 and the third structural unit 33 is disposed on the case 11 side. Specifically, as shown in FIG. 1, the variable capacitance circuit 19 has a connection point A of the capacitance change function body 13 connected to the detection electrode 12 and a connection point C of the capacitance change function body 13 connected to the current detector. 15 is connected to the case 11. A connection point B between the first structural unit 31 and the second structural unit 32 and a connection point D between the third structural unit 33 and the fourth structural unit 34 are connected to the drive circuit 14. The variable capacitance circuit 19 is disposed inside the case 11 without being exposed to the outside of the case 11.

駆動回路14は、例えば、トランスおよびフォトカプラなどの絶縁用電子部品を用いて構成されて、本体ユニット3からケーブル52を介して入力した駆動信号S1を、この駆動信号S1と電気的に絶縁されると共に駆動信号S1と同一の周波数f1の駆動信号S2に変換して容量変化機能体13に出力(印加)する。本例では、電圧V1の周波数と比較して、駆動信号S1の周波数f1は極めて高く設定されている。また、一例として、駆動回路14は、図1に示すように、二次巻線14cの各端部が容量変化機能体13の接続点B,Dに接続されたトランス14aを備え、入力した駆動信号S1に基づいてトランス14aの一次巻線14bを励磁して、二次巻線14cに駆動信号S2を発生させる。この構成により、駆動回路14は、駆動信号S1を低歪みで駆動信号S2に変換し、この駆動信号S2を容量変化機能体13の各接続点B,D間に印加する。本例では、後述するように一例として駆動信号S1として正弦波信号を用いているため、駆動信号S2も正弦波信号として出力される。なお、上記の駆動回路14に代えて、単独で(本体ユニット3から駆動信号S1を入力せずに)駆動信号S2を出力するフローティング信号源(図示せず)をプローブユニット2内に配設することもできる。   The drive circuit 14 is configured using, for example, insulating electronic components such as a transformer and a photocoupler, and the drive signal S1 input from the main unit 3 via the cable 52 is electrically insulated from the drive signal S1. At the same time, it is converted into a drive signal S2 having the same frequency f1 as that of the drive signal S1 and output (applied) to the capacitance changing function body 13. In this example, the frequency f1 of the drive signal S1 is set extremely high compared to the frequency of the voltage V1. As an example, the drive circuit 14 includes a transformer 14a in which each end of the secondary winding 14c is connected to the connection points B and D of the capacitance change function body 13 as shown in FIG. The primary winding 14b of the transformer 14a is excited based on the signal S1, and the drive signal S2 is generated in the secondary winding 14c. With this configuration, the drive circuit 14 converts the drive signal S1 into the drive signal S2 with low distortion, and applies the drive signal S2 between the connection points B and D of the capacitance change function body 13. In this example, since a sine wave signal is used as the drive signal S1 as an example as described later, the drive signal S2 is also output as a sine wave signal. Instead of the drive circuit 14, a floating signal source (not shown) that outputs the drive signal S2 alone (without inputting the drive signal S1 from the main unit 3) is provided in the probe unit 2. You can also

電流検出器15は、一例として抵抗で構成されて、可変容量回路19(具体的には可変容量回路19の容量変化機能体13)とケース11との間に接続されている。これにより、電流検出器15は、可変容量回路19と直列に接続された状態で検出電極12とケース11との間に配設されて、可変容量回路19の容量変化機能体13に流れている電流i(物理量)を検出すると共に、この電流iの電流値に比例した値で、かつ電流iの向きに対応した極性の電圧V2をその両端間に発生させる。プリアンプ16は、不図示の直流遮断用の一対のコンデンサ、不図示の増幅回路(演算増幅器など)、および不図示の絶縁用電子部品(トランスおよびフォトカプラなど)を備えて構成されている。また、プリアンプ16は、コンデンサを介して入力した電圧V2を増幅回路で増幅すると共に、増幅した電圧を絶縁用電子部品によって増幅回路に対して電気的に絶縁された検出信号S3に変換して出力する。この場合、電圧V2は電流iの値に比例して変化するため、この電圧V2を増幅して生成された検出信号S3も電流iの値に比例して変化する。また、上記した電流検出器15およびプリアンプ16は、可変容量回路19と共にケース11内部に配設されている。   The current detector 15 is configured by a resistor as an example, and is connected between the variable capacitance circuit 19 (specifically, the capacitance changing function body 13 of the variable capacitance circuit 19) and the case 11. Thus, the current detector 15 is disposed between the detection electrode 12 and the case 11 while being connected in series with the variable capacitance circuit 19, and flows to the capacitance changing function body 13 of the variable capacitance circuit 19. A current i (physical quantity) is detected, and a voltage V2 having a value proportional to the current value of the current i and having a polarity corresponding to the direction of the current i is generated between both ends thereof. The preamplifier 16 includes a pair of DC blocking capacitors (not shown), an amplifier circuit (not shown) (not shown), and insulating electronic parts (not shown) (transformers and photocouplers). The preamplifier 16 amplifies the voltage V2 input through the capacitor by the amplifier circuit, converts the amplified voltage into a detection signal S3 electrically insulated from the amplifier circuit by the insulating electronic component, and outputs the detection signal S3. To do. In this case, since the voltage V2 changes in proportion to the value of the current i, the detection signal S3 generated by amplifying the voltage V2 also changes in proportion to the value of the current i. Further, the current detector 15 and the preamplifier 16 described above are disposed inside the case 11 together with the variable capacitance circuit 19.

スイッチ51は、本発明における接続回路を構成し、検出電極12(本例では容量変化機能体13の接続点A)と参照電位(ケース11)との間に接続されている。本例では、スイッチ51は、一例としてモーメンタリ式の押しボタンスイッチで構成されて、プローブユニット2の外部から操作可能に配設されている。この場合、ケース11は、図1に示す電圧生成回路25におけるフィードバック電圧V4の供給ライン(ケーブル52内の少なくとも1つの導線(図示せず))と電圧生成回路25とを介して、本発明における基準電位としてのグランドに接続されている。ここで、フィードバック電圧V4を出力する電圧生成回路25は、グランドを基準として所定のインピーダンス(出力インピーダンスZ1)でフィードバック電圧V4を出力する。このため、プローブユニット2の接続点Aは、スイッチ51、ケーブル52および電圧生成回路25の出力インピーダンスZ1の直列回路を介してグランド(基準電位)に接続されている。したがって、スイッチ51がオフ状態からオン状態に移行したときには、接続点Aはスイッチ51等を介して基準電位に接続される。   The switch 51 forms a connection circuit according to the present invention, and is connected between the detection electrode 12 (in this example, the connection point A of the capacitance change function body 13) and the reference potential (case 11). In this example, the switch 51 is constituted by a momentary push button switch as an example, and is arranged to be operable from the outside of the probe unit 2. In this case, the case 11 is connected to the feedback voltage V4 supply line (at least one conductor (not shown) in the cable 52) and the voltage generation circuit 25 in the voltage generation circuit 25 shown in FIG. It is connected to the ground as a reference potential. Here, the voltage generation circuit 25 that outputs the feedback voltage V4 outputs the feedback voltage V4 with a predetermined impedance (output impedance Z1) with reference to the ground. For this reason, the connection point A of the probe unit 2 is connected to the ground (reference potential) through a series circuit of the switch 51, the cable 52, and the output impedance Z1 of the voltage generation circuit 25. Therefore, when the switch 51 shifts from the off state to the on state, the connection point A is connected to the reference potential via the switch 51 and the like.

本体ユニット3は、図1に示すように、発振回路21、増幅回路22、同期検波回路23、積分器24、電圧生成回路25、電圧計26、フィルタ回路27および電位体28を備えて構成されている。発振回路21は、一定の周期T1(周波数f1)の駆動信号S1を生成してプローブユニット2にケーブル52を介して出力すると共に、周期T1の二分の一の周期T2(周波数(2×f1))の検波用信号S11を駆動信号S1に同期させて生成して同期検波回路23に出力する。この場合、本例では、発振回路21は、駆動信号S1および検波用信号S11として正弦波信号を生成する。フィルタ回路27は、プローブユニット2からケーブル52を介して入力した検出信号S3に含まれている容量変化機能体13の容量変調周波数と同じ周波数の信号S3aを選択的に通過させる。   As shown in FIG. 1, the main unit 3 includes an oscillation circuit 21, an amplification circuit 22, a synchronous detection circuit 23, an integrator 24, a voltage generation circuit 25, a voltmeter 26, a filter circuit 27, and a potential body 28. ing. The oscillation circuit 21 generates a drive signal S1 having a constant period T1 (frequency f1) and outputs the drive signal S1 to the probe unit 2 via the cable 52, and also has a half period T2 (frequency (2 × f1) of the period T1. ) Is generated in synchronization with the drive signal S1 and output to the synchronous detection circuit 23. In this case, in this example, the oscillation circuit 21 generates a sine wave signal as the drive signal S1 and the detection signal S11. The filter circuit 27 selectively allows a signal S3a having the same frequency as the capacitance modulation frequency of the capacitance change function body 13 included in the detection signal S3 input from the probe unit 2 via the cable 52 to pass therethrough.

増幅回路22は、フィルタ回路27から入力した信号S3aを予め設定された電圧レベルまで増幅して、検出信号S4として出力する。本例では、容量変化機能体13の容量変調周波数は、駆動信号S2の周波数f1の2倍の周波数f2になる。このため、この静電容量C1の変化によって生じる電流iの周波数も駆動信号S1の周波数f1の2倍の周波数f2となり、プリアンプ16で生成される検出信号S3中には周波数f1,f2の各信号成分が含まれるものの、増幅回路22から出力される検出信号S4の周波数はフィルタ回路27によるフィルタリングによってf2となる。同期検波回路23は、検出信号S4を検波用信号S11で同期検波することにより、パルス信号S5を生成するように構成されている。この場合、パルス信号S5は、その振幅が可変容量回路19を流れる電流iの値に比例して変化し、かつその極性が可変容量回路19を流れる電流iの向きに応じて変化する。   The amplifier circuit 22 amplifies the signal S3a input from the filter circuit 27 to a preset voltage level and outputs the amplified signal as a detection signal S4. In this example, the capacity modulation frequency of the capacity changing function body 13 is a frequency f2 that is twice the frequency f1 of the drive signal S2. For this reason, the frequency of the current i generated by the change in the capacitance C1 is also a frequency f2 that is twice the frequency f1 of the drive signal S1. Although the component is included, the frequency of the detection signal S4 output from the amplifier circuit 22 becomes f2 by filtering by the filter circuit 27. The synchronous detection circuit 23 is configured to generate the pulse signal S5 by synchronously detecting the detection signal S4 with the detection signal S11. In this case, the amplitude of the pulse signal S5 changes in proportion to the value of the current i flowing through the variable capacitance circuit 19, and the polarity changes according to the direction of the current i flowing through the variable capacitance circuit 19.

積分器24は、パルス信号S5を連続的に積分することで直流電圧V3を生成して、電圧生成回路25に出力する。本例では、一例として、積分器24は、積分動作を開始した後に、最初のパルス信号S5が入力されるまでの間、ゼロボルトの直流電圧V3を出力するように設定されている。これらのフィルタ回路27、増幅回路22、同期検波回路23および積分器24は、制御部CNTを構成して、電圧生成回路25を制御する。電圧生成回路25は、制御部CNTの制御下で、フィードバック電圧V4を生成してプローブユニット2のケース11に印加する。具体的には、電圧生成回路25は、入力した直流電圧V3を増幅することにより、フィードバック電圧V4を生成する。これにより、参照電位であるケース11の電圧は、フィードバック電圧V4と等しく維持される。   The integrator 24 continuously integrates the pulse signal S5 to generate a DC voltage V3 and outputs it to the voltage generation circuit 25. In this example, as an example, the integrator 24 is set to output a DC voltage V3 of zero volts until the first pulse signal S5 is input after the integration operation is started. These filter circuit 27, amplifier circuit 22, synchronous detection circuit 23, and integrator 24 constitute a control unit CNT to control the voltage generation circuit 25. The voltage generation circuit 25 generates a feedback voltage V4 and applies it to the case 11 of the probe unit 2 under the control of the control unit CNT. Specifically, the voltage generation circuit 25 generates the feedback voltage V4 by amplifying the input DC voltage V3. Thereby, the voltage of case 11 which is a reference potential is maintained equal to the feedback voltage V4.

電圧計26は、フィードバック電圧V4を測定して、その電圧値を表示する。電位体28は、例えば、平板状に形成されて本体ユニット3の外表面に配設(固定)されている。また、電位体28は、本体ユニット3の内部において基準電位としてのグランドに接続されている。   The voltmeter 26 measures the feedback voltage V4 and displays the voltage value. The potential body 28 is formed, for example, in a flat plate shape and disposed (fixed) on the outer surface of the main unit 3. The potential body 28 is connected to the ground as a reference potential inside the main unit 3.

次いで、電圧測定装置1を使用した測定対象体4の電圧(交流電圧)V1の測定方法と共に、電圧測定装置1の測定動作について説明する。なお、発明の理解を容易にするため、一例として、電圧V1が正の電圧期間にあるとして説明するが、電圧V1が負の電圧期間にあるときにも、対応する信号や電圧の極性が逆になる以外は、正の電圧期間のときと同様にして測定される。   Next, the measuring operation of the voltage measuring device 1 will be described together with the measuring method of the voltage (AC voltage) V1 of the measuring object 4 using the voltage measuring device 1. In order to facilitate understanding of the invention, the voltage V1 is described as being in the positive voltage period as an example. However, when the voltage V1 is in the negative voltage period, the polarity of the corresponding signal or voltage is reversed. The measurement is performed in the same manner as in the positive voltage period except that.

まず、電圧V1の測定に先立って、検出電極12に帯電している電荷を放電させる初期化(リセット)処理を実行する。この初期化処理では、まず、プローブユニット2を本体ユニット3の近傍に移動させて、本体ユニット3の電位体28に対して検出電極12を非接触状態で対向させる。次いで、プローブユニット2のスイッチ51を操作して、スイッチ51をオフ状態からオン状態に一時的に移行させる。これにより、検出電極12(プローブユニット2の接続点A)が、オン状態のスイッチ51、ケース11、ケーブル52および電圧生成回路25の出力インピーダンスZ1の直列回路を介してグランド(基準電位)に接続される。この場合、検出電極12が正または負に帯電しているときには、検出電極12がグランドと同電位の電位体28と対向しているため、検出電極12に帯電している正電荷および負電荷のうちの電荷量の多い一方の電荷は、電位体28の斥力によって遠ざけられる結果、スイッチ51を含む上記の直列回路を介してグランドに他方の電荷量と等しくなるまで流出する。したがって、検出電極12、つまり検出電極12と容量変化機能体13との間の部位は、正電荷と負電荷とがバランスした状態(等価的に電荷がゼロの状態)になる。これにより、初期化処理が完了する。   First, prior to the measurement of the voltage V1, an initialization (reset) process for discharging the charge charged on the detection electrode 12 is executed. In this initialization process, first, the probe unit 2 is moved to the vicinity of the main unit 3 so that the detection electrode 12 is opposed to the potential body 28 of the main unit 3 in a non-contact state. Next, the switch 51 of the probe unit 2 is operated to temporarily shift the switch 51 from the off state to the on state. As a result, the detection electrode 12 (connection point A of the probe unit 2) is connected to the ground (reference potential) via the switch 51, the case 11, the cable 52, and the output impedance Z1 of the voltage generation circuit 25 in the ON state. Is done. In this case, when the detection electrode 12 is positively or negatively charged, since the detection electrode 12 faces the potential body 28 having the same potential as the ground, the positive and negative charges charged in the detection electrode 12 are charged. One of the charges having a large charge amount is moved away by the repulsive force of the potential body 28, and flows out to the ground through the series circuit including the switch 51 until it becomes equal to the other charge amount. Therefore, the detection electrode 12, that is, the portion between the detection electrode 12 and the capacitance changing function body 13 is in a state where the positive charge and the negative charge are balanced (equivalently, the charge is zero). Thereby, the initialization process is completed.

続いて、電圧V1の測定処理を実行する。この測定処理では、まず、検出電極12が非接触な状態で測定対象体4に対向するように、プローブユニット2を測定対象体4の近傍に配設する。これにより、図1に示すように、検出電極12と測定対象体4との間に静電容量C0が形成された状態となる。この場合、静電容量C0の容量値は、検出電極12と測定対象体4の距離に反比例して変化するが、プローブユニット2を一旦配設した後は、一定の(変動しない)値となる。また、上記の初期化処理により、検出電極12(プローブユニット2の接続点A)の初期電荷はゼロの状態になっている。   Subsequently, a measurement process of the voltage V1 is executed. In this measurement process, first, the probe unit 2 is arranged in the vicinity of the measurement object 4 so that the detection electrode 12 faces the measurement object 4 in a non-contact state. As a result, as shown in FIG. 1, the capacitance C <b> 0 is formed between the detection electrode 12 and the measurement object 4. In this case, the capacitance value of the capacitance C0 changes in inverse proportion to the distance between the detection electrode 12 and the measuring object 4, but once the probe unit 2 is disposed, the capacitance value is constant (does not vary). . Moreover, the initial charge of the detection electrode 12 (the connection point A of the probe unit 2) is in a zero state by the initialization process.

次いで、電圧測定装置1の起動状態において、本体ユニット3では、発振回路21が駆動信号S1および検波用信号S11の生成を開始して、駆動信号S1をプローブユニット2に、また検波用信号S11を同期検波回路23に出力する。プローブユニット2では、可変容量回路19の駆動回路14が、入力した駆動信号S1を駆動信号S2に変換して容量変化機能体13の各接続点B,D間に印加(出力)する。   Next, in the activated state of the voltage measuring apparatus 1, in the main unit 3, the oscillation circuit 21 starts generating the drive signal S1 and the detection signal S11, and the drive signal S1 is sent to the probe unit 2 and the detection signal S11 is sent. Output to the synchronous detection circuit 23. In the probe unit 2, the drive circuit 14 of the variable capacitance circuit 19 converts the input drive signal S <b> 1 into the drive signal S <b> 2 and applies (outputs) between the connection points B and D of the capacitance change function body 13.

容量変化機能体13では、各接続点B,D間に印加された駆動信号S2が分圧されて、第1の構成単位31、第2の構成単位32、第3の構成単位33および第4の構成単位34にそれぞれ印加される。この場合、図3に示すように、駆動信号S2の1周期T1のうちの期間Ta(接続点Dを基準として接続点Bの電位が高電位になり、かつ相互間の電位差が徐々に大きくなる期間)では、各第1電気的要素E1における逆電圧が印加されて(逆バイアスされて)コンデンサとして機能する各第1素子41の各静電容量が徐々に減少する。具体的には、各第1電気的要素E11,E14では、逆バイアスされている各第1素子41bの静電容量が、また各第1電気的要素E12,E13では、逆バイアスされている各第1素子41aの静電容量が徐々に減少する。また、駆動信号S2の1周期T1のうちの期間Tb(接続点Dを基準として接続点Bの電位が高電位になり、かつ相互間の電位差が徐々に小さくなる期間)では、逆バイアスされている各第1素子41、具体的には各第1電気的要素E11,E14では各第1素子41b、また各第1電気的要素E12,E13では各第1素子41aの各静電容量が徐々に増加する。   In the capacity change function body 13, the drive signal S <b> 2 applied between the connection points B and D is divided, and the first structural unit 31, the second structural unit 32, the third structural unit 33 and the fourth structural unit 13. Applied to each of the structural units 34. In this case, as shown in FIG. 3, the potential at the connection point B becomes high with respect to the period Ta (the connection point D as a reference) in one cycle T1 of the drive signal S2, and the potential difference between them gradually increases. In the period), the reverse voltage in each first electrical element E1 is applied (reversely biased), and each capacitance of each first element 41 functioning as a capacitor gradually decreases. Specifically, the capacitance of each first element 41b that is reverse-biased in each of the first electrical elements E11 and E14, and each of the first electrical elements E12 and E13 that are reverse-biased. The capacitance of the first element 41a gradually decreases. Further, during the period Tb of one cycle T1 of the drive signal S2 (period in which the potential at the connection point B becomes high with the connection point D as a reference and the potential difference between the two gradually decreases), the drive signal S2 is reverse-biased. Each of the first elements 41, specifically, each of the first electric elements E11 and E14 has a capacitance of each first element 41b, and each of the first electric elements E12 and E13 has a capacitance of each of the first elements 41a gradually. To increase.

また、駆動信号S2の1周期T1のうちの期間Tc(接続点Dを基準として接続点Bの電位が低電位になり、かつ相互間の電位差が徐々に大きくなる期間)では、逆バイアスされてコンデンサとして機能する各第1素子41、具体的には各第1電気的要素E11,E14では各第1素子41a、また各第1電気的要素E12,E13では各第1素子41bの各静電容量が徐々に減少する。また、駆動信号S2の1周期T1のうちの期間Td(接続点Dを基準として接続点Bの電位が低電位になり、かつ相互間の電位差が徐々に小さくなる期間)では、逆バイアスされている各第1素子、具体的には各第1電気的要素E11,E14では各第1素子41a、また各第1電気的要素E12,E13では各第1素子41bの各静電容量が徐々に増加する。なお、各第1電気的要素E1に含まれている第1素子41a,41bのうちの順電圧が印加されている(順バイアスされている)第1素子41a,41bは等価的に抵抗として機能している。このため、各第1電気的要素E1の静電容量は、駆動信号S2の1周期T1内において、減少および増加を2回繰り返す。   Further, during the period Tc of one cycle T1 of the drive signal S2 (period in which the potential at the connection point B becomes low with respect to the connection point D and the potential difference between the two gradually increases), the drive signal S2 is reverse-biased. Each first element 41 that functions as a capacitor, specifically, each first element 41a in each first electric element E11, E14, and each electrostatic element in each first element 41b in each first electric element E12, E13. The capacity gradually decreases. In addition, during the period Td of one cycle T1 of the drive signal S2 (a period in which the potential at the connection point B is low with respect to the connection point D and the potential difference between the two gradually decreases), the drive signal S2 is reverse-biased. In each of the first elements, specifically, in each of the first electric elements E11 and E14, each of the first elements 41a, and in each of the first electric elements E12 and E13, each electrostatic capacity of each of the first elements 41b gradually increases. To increase. Note that the first elements 41a and 41b to which the forward voltage is applied (forward biased) among the first elements 41a and 41b included in each first electrical element E1 function equivalently as resistors. is doing. For this reason, the capacitance of each first electric element E1 repeats decreasing and increasing twice within one cycle T1 of the drive signal S2.

このようにして、駆動信号S2の1周期T1内において、各構成単位31〜34に含まれている各第1電気的要素E1の静電容量が増加および減少を2回ずつ繰り返すため、これらの静電容量を合成してなる容量変化機能体13の静電容量C1(接続点A,B間の静電容量)も増加および減少を2回繰り返す。つまり、可変容量回路19は、入力した駆動信号S2の周期T1に同期して、かつ周期T1の二分の一の周期T2(周波数f2=2×f1)でその静電容量C1を連続的(本例では周期的)に変化させる動作を実行する。この場合、上記したように、可変容量回路19は、電流検出器15と直列に接続された状態でケース11と検出電極12との間に配設(接続)されているため、その静電容量C1と、測定対象体4および検出電極12の間に形成される静電容量C0とは、測定対象体4とケース11との間に直列に接続された状態になっている。このため、静電容量C1が周波数f2(容量変調周波数)で周期的に変化することにより、測定対象体4とケース11との間の静電容量C2(各静電容量C0,C1の直列合成容量)も、図3に示すように、駆動信号S2の周期T1に同期して、かつ周期T1の二分の一の周期T2(周波数f2)で変化する。   In this way, since the capacitance of each first electrical element E1 included in each structural unit 31 to 34 repeats increasing and decreasing twice each in one cycle T1 of the drive signal S2, these The capacitance C1 (capacitance between the connection points A and B) of the capacitance changing function body 13 formed by synthesizing the capacitance is repeatedly increased and decreased twice. In other words, the variable capacitance circuit 19 continuously increases the capacitance C1 in synchronization with the cycle T1 of the input drive signal S2 and at a cycle T2 (frequency f2 = 2 × f1) that is a half of the cycle T1. In the example, an operation that changes periodically is executed. In this case, as described above, the variable capacitance circuit 19 is disposed (connected) between the case 11 and the detection electrode 12 in a state of being connected in series with the current detector 15, so that the capacitance thereof C1 and the capacitance C0 formed between the measurement object 4 and the detection electrode 12 are connected in series between the measurement object 4 and the case 11. For this reason, when the electrostatic capacitance C1 periodically changes at the frequency f2 (capacitance modulation frequency), the electrostatic capacitance C2 between the measurement object 4 and the case 11 (the series combination of the electrostatic capacitances C0 and C1). As shown in FIG. 3, the (capacitance) also changes in synchronization with the cycle T1 of the drive signal S2 and in a cycle T2 (frequency f2) which is a half of the cycle T1.

また、可変容量回路19では、上記したように、容量変化機能体13の各第1素子41には同一またはほぼ同一の特性の可変容量ダイオード(または一般的なダイオード)が使用され、この結果、第1の構成単位31および第3の構成単位33の各インピーダンスの積と、第2の構成単位32および第4の構成単位34の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に設定されている。したがって、ブリッジ回路でもある容量変化機能体13は、ブリッジ回路としての平衡条件を満足しているため、駆動信号S2の電圧成分(駆動信号S1と同じ周波数f1の電圧信号)が各接続点A,C間にほとんど発生しない状態で、その静電容量C1を周期T2で変化させている。また、接続点Aに接続されている各構成単位31,34に含まれている各第1電気的要素E11,E14の組、および接続点Cに接続されている各構成単位32,33に含まれている各第1電気的要素E12,E13の組のうちの少なくとも一方の組に含まれている2つの第1電気的要素E1が共に常時コンデンサとして機能しているため、検出電極12とケース11とは、可変容量回路19を介して交流的に接続されているものの直流的には短絡されない状態に維持されている。   In the variable capacitance circuit 19, as described above, variable capacitance diodes (or general diodes) having the same or substantially the same characteristics are used for the first elements 41 of the capacitance change function body 13, and as a result, The products of the impedances of the first structural unit 31 and the third structural unit 33 and the products of the impedances of the second structural unit 32 and the fourth structural unit 34 are set to be the same or substantially the same. Therefore, since the capacitance changing function body 13 which is also a bridge circuit satisfies the equilibrium condition as the bridge circuit, the voltage component of the drive signal S2 (the voltage signal having the same frequency f1 as the drive signal S1) is connected to each connection point A, The electrostatic capacity C1 is changed with the period T2 in a state where there is almost no generation between C. Also included in each set of first electrical elements E11 and E14 included in each of the structural units 31 and 34 connected to the connection point A and included in each of the structural units 32 and 33 connected to the connection point C. Since the two first electric elements E1 included in at least one of the first electric elements E12 and E13 are always functioning as a capacitor, the detection electrode 12 and the case 11 is connected in an AC manner through the variable capacitance circuit 19 but is maintained in a state where it is not short-circuited in a DC manner.

また、本体ユニット3の積分器24は、電圧測定装置1の動作開始直後において、ゼロボルトの直流電圧V3を出力するため、電圧生成回路25は、所定電圧のフィードバック電圧V4(一例として、電圧V1よりも低電圧であって、ほぼゼロボルトとする)を生成してプローブユニット2のケース11に印加する。このため、測定対象体4とケース11との間には電位差(V1−V4)が生じた状態になっている。したがって、上記したように、静電容量C1の周期T2での周期的な変化に基づいて測定対象体4とケース11との間の静電容量C2が周期T2で周期的に変化することにより、可変容量回路19には、電流値を周期T2で変化させつつ電流iが流れる。この場合、電流iは、電位差(V1−V4)が大きいときにはその電流値が大きくなり、電位差(V1−V4)が小さいときにはその電流値が小さくなる。また、電流iは、電位差(V1−V4)の極性が正のときには検出電極12から電流検出器15に向かって流れ、電位差(V1−V4)の極性が負のときには逆向きに流れる。   Further, since the integrator 24 of the main unit 3 outputs a DC voltage V3 of zero volts immediately after the operation of the voltage measuring device 1, the voltage generation circuit 25 is configured to output a feedback voltage V4 of a predetermined voltage (for example, from the voltage V1). Is also a low voltage, which is approximately zero volts) and applied to the case 11 of the probe unit 2. For this reason, a potential difference (V1−V4) is generated between the measurement object 4 and the case 11. Therefore, as described above, the capacitance C2 between the measurement object 4 and the case 11 periodically changes in the cycle T2 based on the periodic change in the cycle C2 of the capacitance C1. A current i flows through the variable capacitance circuit 19 while changing the current value at the period T2. In this case, the current i has a large current value when the potential difference (V1-V4) is large, and a small current value when the potential difference (V1-V4) is small. The current i flows from the detection electrode 12 toward the current detector 15 when the polarity of the potential difference (V1-V4) is positive, and flows in the reverse direction when the polarity of the potential difference (V1-V4) is negative.

本例では、電圧V1は正の電圧期間にあり、フィードバック電圧V4が電圧V1よりも低い状態(一例としてゼロボルト)からスタートするため、電位差(V1−V4)は常にゼロボルト以上の電圧となる。したがって、電流iは、本例では、常に検出電極12から電流検出器15に向かって、その電流値を周期T2で変化させつつ流れる。なお、電圧V1が交流電圧であるため、電流iは、この電圧V1の変化に起因してもその電流値を変化させるが、電圧V1の周波数よりも駆動信号S1の周波数f1が極めて高く、容量変化機能体13の容量変調周波数f2も電圧V1の周波数よりも極めて高いため、短い期間で見たときには、電圧V1の変化に起因する変化分は無視できる。   In this example, the voltage V1 is in a positive voltage period and starts from a state where the feedback voltage V4 is lower than the voltage V1 (for example, zero volts), so that the potential difference (V1-V4) is always a voltage of zero volts or more. Therefore, in this example, the current i always flows from the detection electrode 12 toward the current detector 15 while changing the current value at the period T2. Since the voltage V1 is an AC voltage, the current i changes its current value even if the voltage V1 changes, but the frequency f1 of the drive signal S1 is extremely higher than the frequency of the voltage V1, and the capacitance Since the capacity modulation frequency f2 of the change function body 13 is also extremely higher than the frequency of the voltage V1, the change due to the change of the voltage V1 can be ignored when viewed in a short period.

プリアンプ16は、この電流iに起因して電流検出器15の両端に発生する電圧V2を増幅することにより、正極性の検出信号S3を本体ユニット3に出力する。この場合、検出信号S3には、電流iの周波数f2と同一の周波数成分が主として含まれている。   The preamplifier 16 outputs a positive polarity detection signal S3 to the main unit 3 by amplifying the voltage V2 generated across the current detector 15 due to the current i. In this case, the detection signal S3 mainly includes the same frequency component as the frequency f2 of the current i.

本体ユニット3の制御部CNTでは、フィルタ回路27が、検出信号S3に含まれている周波数f2の信号成分を信号S3aとして選択的に出力し、増幅回路22は、この信号S3aを増幅して検出信号S4を生成して同期検波回路23に出力する。次いで、同期検波回路23は、入力した検出信号S4を検波用信号S11で同期検波することにより、パルス信号S5を生成して、積分器24に出力する。続いて、積分器24は、パルス信号S5を連続的に積分することで直流電圧V3を生成して、電圧生成回路25に出力する。この場合、上記したように、本例では、検出信号S3が常に正極性の信号となり、同様にして検出信号S4も正極性の信号となるため、パルス信号S5は、常に正極性のパルス信号となる。この結果、積分器24、つまり制御部CNTから出力される直流電圧V3は徐々にその電圧値が上昇する。したがって、電圧生成回路25で生成されるフィードバック電圧V4も、図4に示すように、その電圧値が電圧V1に向けて徐々に上昇する。この結果、電流検出器15、プリアンプ16、フィルタ回路27、増幅回路22、同期検波回路23、積分器24および電圧生成回路25で構成されるフィードバックループ内で、測定対象体4とケース11との間の電位差(V1−V4)が徐々に低下(減少)するように負のフィードバックが行われる。したがって、電流iは、電流値が徐々に低下(減少)していく。   In the control unit CNT of the main unit 3, the filter circuit 27 selectively outputs the signal component of the frequency f2 included in the detection signal S3 as the signal S3a, and the amplifier circuit 22 amplifies and detects the signal S3a. A signal S4 is generated and output to the synchronous detection circuit 23. Next, the synchronous detection circuit 23 generates a pulse signal S5 by synchronously detecting the input detection signal S4 with the detection signal S11 and outputs the pulse signal S5 to the integrator 24. Subsequently, the integrator 24 continuously integrates the pulse signal S <b> 5 to generate a DC voltage V <b> 3 and outputs it to the voltage generation circuit 25. In this case, as described above, in this example, since the detection signal S3 is always a positive signal, and similarly, the detection signal S4 is also a positive signal, the pulse signal S5 is always a positive pulse signal. Become. As a result, the voltage value of the DC voltage V3 output from the integrator 24, that is, the control unit CNT, gradually increases. Therefore, the feedback voltage V4 generated by the voltage generation circuit 25 also gradually increases toward the voltage V1, as shown in FIG. As a result, in the feedback loop composed of the current detector 15, preamplifier 16, filter circuit 27, amplifier circuit 22, synchronous detection circuit 23, integrator 24 and voltage generation circuit 25, the measurement object 4 and the case 11 Negative feedback is performed so that the potential difference (V1-V4) decreases gradually (decreases). Therefore, the current value of the current i gradually decreases (decreases).

その後、フィードバック電圧V4が電圧V1に達したときには、電位差(V1−V4)がゼロボルトになる。この状態では、測定対象体4とケース11との間の静電容量C2が周期的に変化していたとしても、電流iが流れない。また、電流iが流れないため、電流検出器15において電圧V2が発生しない(電圧V2がゼロボルトになる)結果、プリアンプ16から検出信号S3が出力されなくなる。また、検出信号S3が出力されないため、増幅回路22からも検出信号S4が出力されない状態となり、同期検波回路23からのパルス信号S5の出力も停止し、この結果、積分器24から出力される直流電圧V3の上昇も停止し、電圧生成回路25から出力されるフィードバック電圧V4の上昇が停止する結果、図4に示すように、フィードバック電圧V4が電圧V1で維持される。このようにして、フィードバック電圧V4が電圧V1に追従する。したがって、電圧計26で表示されている電圧値(フィードバック電圧V4)を観察することにより、測定対象体4の電圧(グランドと測定対象体4との間の電圧)V1が測定される。   Thereafter, when the feedback voltage V4 reaches the voltage V1, the potential difference (V1-V4) becomes zero volts. In this state, even if the capacitance C2 between the measurement object 4 and the case 11 changes periodically, the current i does not flow. Further, since the current i does not flow, the voltage V2 is not generated in the current detector 15 (the voltage V2 becomes zero volts). As a result, the detection signal S3 is not output from the preamplifier 16. Further, since the detection signal S3 is not output, the detection signal S4 is not output from the amplifier circuit 22, and the output of the pulse signal S5 from the synchronous detection circuit 23 is also stopped. As a result, the direct current output from the integrator 24 is stopped. As a result of stopping the increase of the voltage V3 and stopping the increase of the feedback voltage V4 output from the voltage generation circuit 25, the feedback voltage V4 is maintained at the voltage V1, as shown in FIG. In this way, the feedback voltage V4 follows the voltage V1. Therefore, by observing the voltage value (feedback voltage V4) displayed on the voltmeter 26, the voltage (voltage between the ground and the measurement object 4) V1 of the measurement object 4 is measured.

このように、この電圧測定装置1および電圧測定装置1の初期化方法では、電位が基準電位(グランド)に規定されている電位体28に検出電極12を対向させて配置した状態において、スイッチ51を操作して検出電極12を一時的に基準電位に電気的に接続させることによって検出電極12に帯電している電荷を放電させる。この場合、検出電極12が正または負に帯電しているときには、検出電極12がグランド(基準電位)と同電位の電位体28と対向しているため、検出電極12に帯電している正電荷および負電荷のうちの電荷量の多い一方の電荷は、電位体28の斥力によって遠ざけられる結果、他方の電荷量と等しくなるまでグランドに流出する。このため、検出電極12は、正電荷と負電荷とがバランスした状態(等価的に電荷がゼロの状態)になる。したがって、この電圧測定装置1および電圧測定装置1の初期化方法によれば、単に検出電極12を基準電位に接続させる構成と比較して、検出電極12(プローブユニット2の接続点A)の電荷を確実にゼロ(正および負の電荷がバランスした状態)に初期化することができる。また、この電圧測定装置1によれば、検出電極12の初期電荷がゼロの状態(検出電極12が帯電していない状態)から、電圧V1の測定処理を常に開始することができるため、検出電極12の帯電に起因する影響を回避することができ、これにより、測定対象体4の電圧V1を常に正確に測定することができる。   As described above, in the voltage measuring device 1 and the initialization method of the voltage measuring device 1, the switch 51 is placed in a state where the detection electrode 12 is disposed opposite to the potential body 28 whose potential is defined as the reference potential (ground). To electrically connect the detection electrode 12 to the reference potential temporarily, thereby discharging the charge charged in the detection electrode 12. In this case, when the detection electrode 12 is positively or negatively charged, since the detection electrode 12 faces the potential body 28 having the same potential as the ground (reference potential), the positive charge charged in the detection electrode 12 One of the negative charges having a large charge amount is moved away by the repulsive force of the potential body 28 and flows out to the ground until it becomes equal to the other charge amount. Therefore, the detection electrode 12 is in a state where the positive charge and the negative charge are balanced (equivalently, the charge is zero). Therefore, according to the voltage measurement device 1 and the initialization method of the voltage measurement device 1, the charge of the detection electrode 12 (the connection point A of the probe unit 2) is compared with a configuration in which the detection electrode 12 is simply connected to the reference potential. Can be reliably initialized to zero (a state where positive and negative charges are balanced). Further, according to this voltage measuring apparatus 1, since the measurement process of the voltage V1 can always be started from the state where the initial charge of the detection electrode 12 is zero (the detection electrode 12 is not charged), the detection electrode 12 can be avoided, and the voltage V1 of the measurement object 4 can always be accurately measured.

また、この電圧測定装置1によれば、検出電極12と参照電位(ケース11)との間に可変容量回路19を接続し、かつ、参照電位(フィードバック電圧V4)を生成する電圧生成回路25と、可変容量回路19(具体的には容量変化機能体13)が静電容量C1を変化させているときに電圧生成回路25に対してフィードバック電圧V4を変化させる制御部CNTとを備えたことにより、可変容量回路19の容量変化時において可変容量回路19に発生する(流れる)電流iを検出しつつ、この電流iがゼロアンペアとなったときのフィードバック電圧V4の電圧を測定対象体4の電圧V1として測定することで、測定対象体4の電圧V1を高い精度で測定することができる。   Further, according to the voltage measuring apparatus 1, the variable capacitance circuit 19 is connected between the detection electrode 12 and the reference potential (case 11), and the voltage generation circuit 25 that generates the reference potential (feedback voltage V4) is provided. The variable capacitance circuit 19 (specifically, the capacitance change function body 13) includes a control unit CNT that changes the feedback voltage V4 with respect to the voltage generation circuit 25 when the capacitance C1 is changed. While detecting the current i generated (flowing) in the variable capacitance circuit 19 when the capacitance of the variable capacitance circuit 19 is changed, the voltage of the feedback voltage V4 when the current i becomes zero ampere is the voltage of the measurement object 4. By measuring as V1, the voltage V1 of the measuring object 4 can be measured with high accuracy.

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、上記した電圧測定装置1における可変容量回路19の容量変化機能体13では、図2に示すように、第1電気的要素E11〜E14をそれぞれ含むようにしてすべての構成単位31〜34を構成しているが、これに限定されるものではなく、同図に示す容量変化機能体13において、第1〜第4の構成単位31〜34のうちの第1の構成単位31と第4の構成単位34との組、および第2の構成単位32と第3の構成単位33との組のうちの一方の組の各構成単位に含まれている第1電気的要素を、交流信号の通過を許容する第2電気的要素で置き換えて、容量変化機能体を構成することもできる。この場合、第2電気的要素は、コンデンサ、コイル、抵抗および共振体のうちの少なくとも1つを含んで構成される。一例として、図5に示す容量変化機能体13Aは、図2に示す容量変化機能体13における第2の構成単位32および第3の構成単位33の各第1電気的要素E12,E13を第2電気的要素E22,E23(電気的特性の同じコンデンサ62,63)でそれぞれ置き換えて構成された第2の構成単位32Aおよび第3の構成単位33Aを含んで構成されている。   In addition, this invention is not limited to said structure. For example, in the capacitance changing function body 13 of the variable capacitance circuit 19 in the voltage measuring device 1 described above, as shown in FIG. 2, all the structural units 31 to 34 are configured to include the first electrical elements E11 to E14, respectively. However, the present invention is not limited to this, and in the capacity change function body 13 shown in the figure, the first structural unit 31 and the fourth structural unit among the first to fourth structural units 31 to 34 are included. 34 and the first electrical element included in each structural unit of one of the second structural unit 32 and the third structural unit 33 are allowed to pass an AC signal. The capacitance changing function body can be configured by replacing the second electric element. In this case, the second electrical element includes at least one of a capacitor, a coil, a resistor, and a resonator. As an example, the capacity change function body 13A shown in FIG. 5 uses the second electrical units E12 and E13 of the second structural unit 32 and the third structural unit 33 in the capacity change function body 13 shown in FIG. The second structural unit 32A and the third structural unit 33A are configured to be replaced by electrical elements E22 and E23 (capacitors 62 and 63 having the same electrical characteristics), respectively.

また、図2に示す電圧測定装置1の容量変化機能体13において、第1〜第4の構成単位31〜34のうちの第1の構成単位31と第2の構成単位32との組、および第3の構成単位33と第4の構成単位34との組のうちの一方の組の各構成単位に含まれている第1電気的要素E1を、直流信号の通過を阻止しつつ交流信号の通過を許容する第3電気的要素で置き換えて、容量変化機能体を構成することもできる。この場合、第3電気的要素は、コンデンサおよび共振体のうちの少なくとも1つを含んで構成される。一例として、図6に示す容量変化機能体13Bは、図2に示す容量変化機能体13における第3の構成単位33および第4の構成単位34の各第1電気的要素E13,E14を第3電気的要素E33,E34(一例として電気的特性の同じコンデンサ63,64)でそれぞれ置き換えて構成された第3の構成単位33Bおよび第4の構成単位34Aを含んで構成されている。   Moreover, in the capacity | capacitance change function body 13 of the voltage measuring device 1 shown in FIG. 2, the group of the 1st structural unit 31 of the 1st-4th structural units 31-34, and the 2nd structural unit 32, and The first electrical element E1 included in each structural unit of one set of the third structural unit 33 and the fourth structural unit 34 is configured to prevent the passage of the direct current signal while preventing the passage of the direct current signal. The capacitance changing function body can be configured by replacing with a third electrical element that allows passage. In this case, the third electrical element includes at least one of a capacitor and a resonator. As an example, the capacity change function body 13B shown in FIG. 6 uses a third structural unit 33 and a fourth structure unit 34 in the capacity change function body 13 shown in FIG. The third structural unit 33B and the fourth structural unit 34A are configured to be replaced by electrical elements E33 and E34 (capacitors 63 and 64 having the same electrical characteristics as an example).

上記の各容量変化機能体13A,13Bを採用した構成においても、上記したように電位体28とスイッチ51とを備えることにより、検出電極12の初期電荷がゼロの状態(検出電極12が帯電していない状態)から、電圧V1の測定処理を常に実行することができるため、測定対象体4の電圧V1を常に正確に測定することができる。   Even in the configuration employing each of the capacitance changing functional bodies 13A and 13B described above, by providing the potential body 28 and the switch 51 as described above, the initial charge of the detection electrode 12 is zero (the detection electrode 12 is charged). Since the measurement process of the voltage V1 can always be executed from the state (not in the state), the voltage V1 of the measurement object 4 can always be measured accurately.

また、図1に示す電圧測定装置1では、電流検出器15を配設して、プリアンプ16が、電流iに起因して電流検出器15の両端に発生する電圧V2を検出信号S3に変換して出力する構成を採用しているが、プリアンプ16が、可変容量回路19(具体的には容量変化機能体13)の両端間電圧を検出して検出信号S3に変換して出力する構成を採用することもできる。この構成においても、上記の電圧測定装置1と同様にして、電位体28とスイッチ51とを配設することにより、検出電極12の初期電荷がゼロの状態(検出電極12が帯電していない状態)から、電圧V1の測定処理を常に実行することができるため、測定対象体4の電圧V1を常に正確に測定することができる。   Further, in the voltage measuring apparatus 1 shown in FIG. 1, the current detector 15 is provided, and the preamplifier 16 converts the voltage V2 generated at both ends of the current detector 15 due to the current i into the detection signal S3. The preamplifier 16 detects the voltage across the variable capacitance circuit 19 (specifically, the capacitance changing function body 13), converts it into the detection signal S3, and outputs the detection signal S3. You can also Also in this configuration, the potential body 28 and the switch 51 are provided in the same manner as the voltage measuring device 1 described above, so that the initial charge of the detection electrode 12 is zero (the detection electrode 12 is not charged). Since the measurement process of the voltage V1 can always be executed, the voltage V1 of the measurement object 4 can always be accurately measured.

また、電圧測定装置1では、可変容量回路19が静電容量C1を変化させているときに、制御部CNTが電圧生成回路25に対して参照電位となる部位(本例ではケース11)の電圧(フィードバック電圧V4)を変化させるフィードバック制御方式を採用し、フィードバック電圧V4が測定対象体4の電圧V1と一致したときに、可変容量回路19に流れる電流i、または可変容量回路19の両端間電圧がほぼゼロになることを利用して、測定対象体4の電圧V1を測定しているが、測定対象体4の電圧V1の存在範囲が予め判明しているときには、フィードバック制御方式に代えて、オープン制御方式を採用して本体ユニットを構成することもできる。具体的には、可変容量回路19が静電容量C1を変化させているときに、制御部が電圧生成回路に対してその出力電圧を、この電圧V1の存在範囲の下限値から上限値まで(または上限値から下限値まで)変化(スキャン)させつつ、可変容量回路19に流れる電流i、または可変容量回路19の両端間電圧がほぼゼロになったときの電圧生成回路の出力電圧を検出し、この出力電圧を測定対象体4の電圧V1として特定するように本体ユニットを構成することもできる。   Further, in the voltage measuring apparatus 1, when the variable capacitance circuit 19 changes the capacitance C1, the voltage of the part (case 11 in this example) where the control unit CNT becomes a reference potential with respect to the voltage generation circuit 25. (Feedback voltage V4) is adopted, and when the feedback voltage V4 coincides with the voltage V1 of the measurement object 4, the current i flowing through the variable capacitance circuit 19 or the voltage across the variable capacitance circuit 19 is obtained. Is used to measure the voltage V1 of the measurement object 4, but when the existence range of the voltage V1 of the measurement object 4 is known in advance, instead of the feedback control method, The main unit can also be configured using an open control system. Specifically, when the variable capacitance circuit 19 is changing the capacitance C1, the control unit outputs the output voltage to the voltage generation circuit from the lower limit value to the upper limit value of the existence range of the voltage V1 ( Or from the upper limit value to the lower limit value), the current i flowing through the variable capacitance circuit 19 or the output voltage of the voltage generation circuit when the voltage across the variable capacitance circuit 19 becomes almost zero is detected. The main body unit can also be configured to specify this output voltage as the voltage V1 of the measurement object 4.

また、可変容量回路19を測定対象体4の電圧を測定する電圧測定装置1に適用した例について上記したが、測定対象体4と参照電位となる部位(本例ではケース11)との間に電位差が生じているときには、可変容量回路19が静電容量C1を変化させているときに、可変容量回路19に必ず電流iが流れ、また可変容量回路19の両端間電圧がゼロになっていないことを利用することにより、可変容量回路19を電圧検出装置の一例としての検電器に適用することもできる。この場合においても、電位体28とスイッチ51とを配設することにより、検出電極12の初期電荷がゼロの状態(検出電極12が帯電していない状態)から、電圧V1の測定処理を常に実行することができるため、測定対象体4の電圧が基準電位とは異なる電圧か否かを常に正確に検出することができる。   Further, the example in which the variable capacitance circuit 19 is applied to the voltage measurement apparatus 1 that measures the voltage of the measurement object 4 has been described above. However, the variable capacitance circuit 19 is interposed between the measurement object 4 and a portion that serves as a reference potential (case 11 in this example). When there is a potential difference, the current i always flows through the variable capacitance circuit 19 when the variable capacitance circuit 19 changes the capacitance C1, and the voltage across the variable capacitance circuit 19 is not zero. By utilizing this, the variable capacitance circuit 19 can be applied to a voltage detector as an example of a voltage detection device. Even in this case, by arranging the potential body 28 and the switch 51, the measurement process of the voltage V1 is always executed from the state where the initial charge of the detection electrode 12 is zero (the detection electrode 12 is not charged). Therefore, it is always possible to accurately detect whether or not the voltage of the measurement object 4 is different from the reference potential.

また、電位体28を本体ユニット3に配設した例について上記したが、本体ユニット3と別体にする構成を採用することもできる。また、本願発明は、上記した各容量変化機能体13を備えた電圧測定装置1に限定されず、検出電極12および他の構成の容量変化機能体を備えたプローブユニット2を含むすべての電圧検出装置に適用できるのは勿論である。   Further, although the example in which the potential body 28 is disposed in the main body unit 3 has been described above, a configuration in which the potential body 28 is separated from the main body unit 3 may be employed. In addition, the present invention is not limited to the voltage measuring device 1 provided with each capacitance change function body 13 described above, and all voltage detections including the detection electrode 12 and the probe unit 2 provided with the capacity change function body having other configurations. Of course, it can be applied to the apparatus.

また、上記の各電圧検出装置では、電位を基準電位とした電位体28を使用しているが、図7に示す電圧測定装置1Aのように、電位を参照電位とした電位体28Aを使用することもできる。この電圧測定装置1Aでは、一例として、配線材53を介して電位体28Aをケース11に接続することにより、電位体28Aの電位を参照電位としている。なお、電圧測定装置1と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。   Further, in each of the voltage detection devices described above, the potential body 28 having the potential as the reference potential is used. However, like the voltage measurement device 1A illustrated in FIG. 7, the potential body 28A having the potential as the reference potential is used. You can also. In this voltage measuring device 1A, as an example, the potential body 28A is connected to the case 11 via the wiring member 53, whereby the potential of the potential body 28A is set as the reference potential. In addition, about the structure same as the voltage measurement apparatus 1, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.

この電圧測定装置1Aにおいても、電圧V1の測定に先立って、以下の初期化方法を実行することにより、検出電極12と容量変化機能体13との間の部位を、正電荷と負電荷とがバランスした状態(等価的に電荷がゼロの状態)に初期化することができる。具体的には、電位体28Aを移動させて検出電極12に非接触な状態で対向させ、この状態においてプローブユニット2のスイッチ51を操作してスイッチ51を一時的にオン状態に移行させる。これにより、検出電極12は、オン状態のスイッチ51を介して、対向している電位体28Aと同電位のケース11(参照電位)に接続される。したがって、検出電極12が正または負に帯電しているときには、検出電極12に帯電している正電荷および負電荷のうちの電荷量の多い一方の電荷は、電位体28Aの斥力によって遠ざけられる結果、スイッチ51を介して参照電位に他方の電荷量と等しくなるまで流出する。したがって、検出電極12、つまり検出電極12と容量変化機能体13との間の部位が、正電荷と負電荷とがバランスした状態(等価的に電荷がゼロの状態)に初期化される。   Also in the voltage measuring apparatus 1A, by executing the following initialization method prior to the measurement of the voltage V1, the portion between the detection electrode 12 and the capacitance changing function body 13 is charged with a positive charge and a negative charge. It can be initialized to a balanced state (equivalently a state where the charge is zero). Specifically, the potential body 28A is moved to face the detection electrode 12 in a non-contact state, and in this state, the switch 51 of the probe unit 2 is operated to temporarily switch the switch 51 to the on state. Thus, the detection electrode 12 is connected to the case 11 (reference potential) having the same potential as the opposing potential body 28A via the switch 51 in the on state. Therefore, when the detection electrode 12 is positively or negatively charged, one of the positive charge and the negative charge charged to the detection electrode 12 with a large charge amount is moved away by the repulsive force of the potential body 28A. Then, it flows out to the reference potential through the switch 51 until it becomes equal to the other charge amount. Therefore, the detection electrode 12, that is, the portion between the detection electrode 12 and the capacitance changing function body 13 is initialized to a state where the positive charge and the negative charge are balanced (equivalently, the charge is zero).

したがって、この電圧測定装置1Aおよび電圧測定装置1Aの初期化方法によれば、電圧測定装置1およびその初期化方法と同様にして、検出電極12の初期電荷がゼロの状態(検出電極12が帯電していない状態)から、電圧V1の測定処理を常に開始することができるため、検出電極12の帯電に起因する影響を回避することができ、これにより、測定対象体4の電圧V1を常に正確に測定することができる。   Therefore, according to the voltage measurement device 1A and the initialization method of the voltage measurement device 1A, the initial charge of the detection electrode 12 is zero (the detection electrode 12 is charged) in the same manner as the voltage measurement device 1 and the initialization method. The measurement process of the voltage V1 can always be started from the state where the voltage V1 is not measured), so that the influence due to the charging of the detection electrode 12 can be avoided. Can be measured.

電圧測定装置1のブロック図である。1 is a block diagram of a voltage measuring device 1. FIG. 電圧測定装置1の容量変化機能体13の回路図である。3 is a circuit diagram of a capacity change function body 13 of the voltage measuring device 1. FIG. 容量変化機能体13の動作を説明するための駆動信号S2と静電容量C2との関係図である。6 is a relationship diagram between a drive signal S2 and a capacitance C2 for explaining the operation of the capacitance change function body 13. FIG. フィードバック電圧V4の時間変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the time change of the feedback voltage V4. 容量変化機能体13Aの回路図である。It is a circuit diagram of capacity change functional body 13A. 容量変化機能体13Bの回路図である。It is a circuit diagram of capacity change function body 13B. 電圧測定装置1Aのブロック図である。It is a block diagram of voltage measuring device 1A.

符号の説明Explanation of symbols

1,1A 電圧測定装置
3 本体ユニット
4 測定対象体
11 ケース
12 検出電極
13,13A,13B 容量変化機能体
19 可変容量回路
25 電圧生成回路
28,28A 電位体
51 スイッチ
C1 静電容量
CNT 制御部
V1 測定対象体の電圧
V4 フィードバック電圧(参照電位)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A Voltage measuring device 3 Main body unit 4 Measurement object 11 Case 12 Detection electrode 13, 13A, 13B Capacitance change function body 19 Variable capacity circuit 25 Voltage generation circuit 28, 28A Potential body 51 Switch C1 Capacitance CNT control part V1 Voltage of measurement object V4 Feedback voltage (reference potential)

Claims (5)

基準電位と測定対象体との間の電圧を検出可能に構成された電圧検出装置であって、
前記測定対象体に対向可能な検出電極と、
前記検出電極に接続されてその静電容量を変化可能に構成された可変容量回路と、
電位が前記基準電位に規定されると共に前記検出電極に対向可能な電位体と、
前記検出電極を前記基準電位に電気的に接続可能な接続回路とを備えている電圧検出装置。
A voltage detection device configured to be able to detect a voltage between a reference potential and a measurement object,
A detection electrode capable of facing the measurement object;
A variable capacitance circuit connected to the detection electrode and configured to change its capacitance;
A potential body whose potential is defined by the reference potential and capable of facing the detection electrode;
A voltage detection apparatus comprising: a connection circuit capable of electrically connecting the detection electrode to the reference potential.
前記可変容量回路は、前記検出電極と参照電位との間に接続され、
前記参照電位を生成する電圧生成回路と、
前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる制御部とを備えている請求項1記載の電圧検出回路。
The variable capacitance circuit is connected between the detection electrode and a reference potential;
A voltage generation circuit for generating the reference potential;
The voltage detection circuit according to claim 1, further comprising: a control unit that changes a voltage of the reference potential with respect to the voltage generation circuit when the variable capacitance circuit changes the capacitance.
基準電位と測定対象体との間の電圧を検出可能に構成された電圧検出装置であって、
前記測定対象体に対向可能な検出電極と、
前記検出電極と参照電位との間に接続されると共にその静電容量を変化可能に構成された可変容量回路と、
前記参照電位を生成する電圧生成回路と、
前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる制御部と、
電位が前記参照電位に規定されると共に前記検出電極に対向可能な電位体と、
前記検出電極を前記参照電位に電気的に接続可能な接続回路とを備えている電圧検出回路。
A voltage detection device configured to be able to detect a voltage between a reference potential and a measurement object,
A detection electrode capable of facing the measurement object;
A variable capacitance circuit connected between the detection electrode and a reference potential and configured to change its capacitance;
A voltage generation circuit for generating the reference potential;
A control unit that changes the voltage of the reference potential with respect to the voltage generation circuit when the variable capacitance circuit is changing the capacitance;
A potential body whose potential is defined by the reference potential and capable of facing the detection electrode;
A voltage detection circuit comprising: a connection circuit capable of electrically connecting the detection electrode to the reference potential.
測定対象体に対向可能な検出電極と、前記検出電極に接続されてその静電容量を変化可能に構成された可変容量回路とを備え、基準電位と前記測定対象体との間の電圧を検出可能に構成された電圧検出装置に対して、
電位が前記基準電位に規定されている電位体に前記検出電極を対向させて配置した状態において、前記検出電極を一時的に前記基準電位に電気的に接続させる初期化方法。
Detecting a voltage between a reference potential and the measurement object, comprising a detection electrode capable of facing the measurement object and a variable capacitance circuit connected to the detection electrode and configured to change its capacitance For the voltage detector configured to be possible,
An initialization method in which the detection electrode is temporarily electrically connected to the reference potential in a state where the detection electrode is disposed to face a potential body whose potential is defined by the reference potential.
測定対象体に対向可能な検出電極と、前記検出電極と参照電位との間に接続されると共にその静電容量を変化可能に構成された可変容量回路と、前記参照電位を生成する電圧生成回路と、前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる制御部とを備え、基準電位と前記測定対象体との間の電圧を検出可能に構成された電圧検出装置に対して、
電位が前記参照電位に規定されている電位体に前記検出電極を対向させて配置した状態において、前記検出電極を一時的に前記参照電位に電気的に接続させる初期化方法。
A detection electrode that can be opposed to a measurement object, a variable capacitance circuit that is connected between the detection electrode and a reference potential and that can change its capacitance, and a voltage generation circuit that generates the reference potential And a control unit that changes the voltage of the reference potential with respect to the voltage generation circuit when the variable capacitance circuit is changing the capacitance, and between the reference potential and the measurement object. For the voltage detection device configured to detect the voltage,
An initialization method in which the detection electrode is temporarily electrically connected to the reference potential in a state where the detection electrode is arranged to face a potential body whose potential is defined by the reference potential.
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