JP2008003020A

JP2008003020A - インピーダンス測定装置

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Publication number: JP2008003020A
Application number: JP2006174791A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamazaki; 浩山嵜
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2026-06-26
Also published as: JP4817987B2

Abstract

【課題】測定対象体から検出された電流や電圧に歪みが発生したときに誤測定を回避して正確なインピーダンスを測定し得るインピーダンス測定装置を提供する。
【解決手段】測定対象体１１に交流信号Ｖｓを供給する信号供給部２と、交流信号Ｖｓの供給時における測定対象体１１を流れる電流Ｉ１および電流Ｉ１の供給に起因して測定対象体１１の両端に発生する電圧Ｖ１に基づいて測定対象体１１のインピーダンスを測定する演算制御部６とを備え、信号供給部２は、交流信号Ｖｓを測定対象体１１に供給し、測定部は、電流Ｉ１および電圧Ｖ１の少なくとも一方に含まれている交流信号Ｖｓの歪みを検出すると共に歪みが規定値以上のときに検出信号Ｓ５を出力する歪み検出部５と、歪み検出部５から検出信号Ｓ５が出力されているときに信号供給部２を制御して交流信号Ｖｓの電圧値または電流値を低下させる演算制御部６とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象体のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置に関するものである。

この種のインピーダンス測定装置として、出願人は、特開平１１−２９５３６２号公報に開示されたインピーダンス測定装置を開発している。このインピーダンス測定装置は、測定対象体に電流供給用プローブを介して交流定電流を供給するための交流定電流源と、電圧検出用プローブを介して入力した測定対象体の両端間電圧を差動増幅するための差動増幅回路と、差動増幅回路の出力電圧を交流定電流に同期した同期信号に基づいて同期検波する同期検波回路と、同期検波回路の出力電圧に基づいてインピーダンスを演算するＣＰＵと、差動増幅回路の出力電圧の飽和を検出する差動増幅回路飽和検出手段とを備えている。このインピーダンス測定装置では、差動増幅回路の出力電圧が飽和して歪んだ場合には、差動増幅回路飽和検出手段がこれを検出して出力し、ＣＰＵが、差動増幅回路飽和検出手段のこの検出結果に基づいて、測定対象体のインピーダンスが大きいことに起因して測定対象体の測定が正常に行われていないことを報知したり、測定を停止したりすることにより、誤測定の回避が可能となっている。
特開平１１−２９５３６２号公報（第３−４頁、第１図）

ところが、出願人が既に開発した上記のインピーダンス測定装置には、以下の改善すべき点がある。すなわち、差動増幅回路の出力電圧が飽和して歪む場合としては、上記特許文献１において開示した例以外に、例えばダイオードのような非線形素子を測定対象体として、この測定対象体に対して適正な検査用信号を供給していないとき（具体的には、過大な振幅の交流信号を検査用信号として供給しているとき）が挙げられる。この場合には、測定対象体に供給する検査用信号を適正な電圧に制御することにより、測定対象体についてインピーダンスの測定を続行することができるが、上記のインピーダンス測定装置では、検査用信号の電圧値を制御できないため、インピーダンス測定を続行することができず、この点の改善が望まれている。

本発明は、かかる改善点に鑑みてなされたものであり、測定対象体から検出された電流や電圧に歪みが発生したときに誤測定を回避して正確なインピーダンスを測定し得るインピーダンス測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載のインピーダンス測定装置は、測定対象体に検査用信号を供給する信号供給部と、当該検査用信号の供給時における前記測定対象体を流れる交流電流および当該交流電流の供給に起因して当該測定対象体の両端に発生する両端間電圧に基づいて当該測定対象体のインピーダンスを測定する測定部とを備え、前記信号供給部は、前記検査用信号として交流信号を前記測定対象体に供給し、前記測定部は、前記交流電流および前記両端間電圧の少なくとも一方に含まれている前記検査信号の歪みを検出すると共に当該歪みが規定値以上のときに検出信号を出力する歪み検出部と、当該歪み検出部から前記検出信号が出力されているときに前記信号供給部を制御して前記交流信号の電圧値および電流値のいずれかを低下させる制御部とを備えている。

請求項２記載のインピーダンス測定装置は、測定対象体に検査用信号を供給する信号供給部と、当該検査用信号の供給時における前記測定対象体を流れる交流電流および当該交流電流の供給に起因して当該測定対象体の両端に発生する両端間電圧に基づいて当該測定対象体のインピーダンスを測定する測定部とを備え、前記信号供給部は、前記検査用信号として直流信号が重畳された交流信号を前記測定対象体に供給し、前記測定部は、前記交流電流および前記両端間電圧の少なくとも一方に含まれている前記検査信号の歪みを検出すると共に当該歪みが規定値以上のときに検出信号を出力する歪み検出部と、当該歪み検出部から前記検出信号が出力されているときに前記信号供給部を制御して前記直流信号の電圧値および電流値のいずれかを増加させる制御部とを備えている。

請求項３記載のインピーダンス測定装置は、請求項１または２記載のインピーダンス測定装置において、前記歪み検出部は、フーリエ変換演算によって前記検査信号の歪みを検出する。

請求項４記載のインピーダンス測定装置は、請求項１または２記載のインピーダンス測定装置において、前記歪み検出部は、バンドエリミネーションフィルタを備えて構成されて、当該バンドエリミネーションフィルタを通過した前記検査信号の高調波成分に基づいて当該検査信号の歪みを検出する。

請求項１のインピーダンス測定装置では、信号供給部が検査用信号として交流信号を測定対象体に供給している状態において、歪み検出部が測定対象体を流れている交流電流およびその両端間電圧の少なくとも一方に含まれている検査信号の歪みを検出すると共にこの歪みが規定値以上のときに検出信号を出力し、制御部が、歪み検出部から検出信号が出力されている間、信号供給部を制御して交流信号の電圧値および電流値のいずれかを低下させる。したがって、このインピーダンス測定装置によれば、測定対象体がダイオードのような非線形素子の場合において交流信号の電圧値が所定値以上となったときであっても、測定対象体を流れる交流電流およびその両端間電圧の各波形に含まれている検査信号の歪みが規定値以下となるまで交流信号の電圧値および電流値のいずれかを自動的に低下させつつ、インピーダンスの測定を続行することができるため、誤測定を回避しつつインピーダンスを正確に測定することができる。

また、請求項２記載のインピーダンス測定装置によれば、信号供給部が検査用信号として交流信号を測定対象体に供給している状態において、歪み検出部が測定対象体を流れている交流電流およびその両端間電圧の少なくとも一方に含まれている検査信号の歪みを検出すると共にこの歪みが規定値以上のときに検出信号を出力し、制御部が、歪み検出部から検出信号が出力されている間、信号供給部を制御して直流電圧の電圧値および電流値のいずれかを増加させる。したがって、このインピーダンス測定装置によれば、測定対象体がダイオードのような非線形素子の場合において交流信号の電圧値が所定値以上となったときであっても、測定対象体を流れる交流電流およびその両端間電圧の各波形に含まれている検査信号の歪みが規定値以下となるまで直流信号の電圧値および電流値のいずれかを自動的に増加させつつ、インピーダンスの測定を続行することができるため、誤測定を回避しつつインピーダンスを正確に測定することができる。

請求項３のインピーダンス測定装置によれば、歪み検出部がフーリエ変換演算によって検査信号の歪みを検出することにより、検査信号の歪みを正確に算出することができる。

請求項４記載のインピーダンス測定装置によれば、歪み検出部がバンドエリミネーションフィルタを通過した検査信号の高調波成分に基づいて検査信号の歪みを検出することにより、この歪みを簡易な構成で算出することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るインピーダンス測定装置の最良の形態について説明する。

最初に、インピーダンス測定装置１の構成について、図面を参照して説明する。

インピーダンス測定装置１は、図１に示すように、信号供給部２、電流検出部３、電圧検出部４、歪み検出部５、演算制御部６および表示部７を備えて構成されて、測定対象体１１のインピーダンスＺを測定する。信号供給部２は、正弦波信号である交流信号Ｖｓを検査用信号として生成する。また信号供給部２は、電流供給プローブ１２（以下、「プローブ１２」ともいう）を介して測定対象体１１の一端側に接続可能に構成されて、生成した交流信号Ｖｓを測定対象体１１に供給する。また、信号供給部２は、交流信号Ｖｓの電圧値（振幅値）を変更する機能を備えている。この場合、信号供給部２は、演算制御部６の制御に従って交流信号Ｖｓの電圧値の変更を実行する。

電流検出部３は、電流／電圧変換器（以下、「Ｉ／Ｖ変換器」ともいう）３１、フィルタ３２およびＡ／Ｄ変換器３３を備え、電圧検出部４、歪み検出部５および演算制御部６と共に本発明における測定部ＭＥを構成する。また、電流検出部３は、電流検出プローブ１３（以下、「プローブ１３」ともいう）を介して測定対象体１１の他端側に接続可能に構成されて、測定対象体１１を流れる交流電流Ｉ１を検出する。具体的には、Ｉ／Ｖ変換器３１が、プローブ１３を介して入力した交流電流Ｉ１（測定対象体１１を流れる電流）を、交流電流Ｉ１の電圧値に比例してその電圧値が変化する電圧信号Ｓ１に電流−電圧変換して出力する。フィルタ３２は、低域通過型フィルタに構成されて、入力した電圧信号Ｓ１に含まれているノイズ成分を除去して電圧信号Ｓ２として出力する。Ａ／Ｄ変換器３３は、入力した電圧信号Ｓ２を所定のサンプリング周期でサンプリングすることにより、電圧信号Ｓ２の電圧値を示すディジタルデータＤｉを出力する。

電圧検出部４は、差動増幅器４１、フィルタ４２およびＡ／Ｄ変換器４３を備えている。また、電圧検出部４は、一対の電圧検出プローブ１４，１５（以下、「プローブ１４，１５」ともいう）を介して測定対象体１１の各端部に接続可能に構成されて、交流電流Ｉ１の供給に起因して測定対象体１１の両端間に発生する電圧（本発明における両端間電圧）Ｖ１を検出する。具体的には、差動増幅器４１が、各プローブ１４，１５を介して検出した電圧Ｖ１を増幅して電圧信号Ｓ３として出力する。フィルタ４２は、低域通過型フィルタに構成されて、入力した電圧信号Ｓ３に含まれているノイズ成分を除去して電圧信号Ｓ４として出力する。Ａ／Ｄ変換器４３は、入力した電圧信号Ｓ４を所定のサンプリング周期でサンプリングすることにより、電圧信号Ｓ４の電圧値を示すディジタルデータＤｖを出力する。

歪み検出部５は、一例としてＤＳＰで構成されて、入力した電圧信号Ｓ２および電圧信号Ｓ４の少なくとも一方の波形に発生している歪みを検出する。また、歪み検出部５は、検出した歪みが予め設定された規定値以上のときに検出信号Ｓ５を出力する。本例では、歪み検出部５は、例えば、電圧信号Ｓ２，Ｓ４についての各波形（交流信号Ｖｓ）の基本波成分に対する高調波成分の比率（本発明における歪みであって、以下、歪み率ともいう）をＦＦＴ（本発明におけるフーリエ変換の一例としての高速フーリエ変換）演算によって算出して、この比率が規定値以上のときに検出信号Ｓ５を出力する。なお、ＦＦＴ演算に代えてＤＦＴ（離散フーリエ変換）演算によって上記の歪み率を算出することもできる。このようにフーリエ変換演算を用いることで歪み率を正確に算出することができる。

また、バンドエリミネーションフィルタを備えて歪み検出部５を構成することもできる。この構成では、歪み検出部５は、バンドエリミネーションフィルタを通過した電圧信号Ｓ２，Ｓ４の高調波成分に基づいて、この電圧信号Ｓ２，Ｓ４の歪み率を検出する。具体的には、歪み検出部５は、電圧信号Ｓ２，Ｓ４についての各波形（交流信号Ｖｓ）の高調波成分をバンドエリミネーションフィルタを通過させ、電圧信号Ｓ２，Ｓ４についての各波形（交流信号Ｖｓ）の基本波成分に対する通過させた高調波成分の比率を算出して、この歪み率が規定値以上のときに検出信号Ｓ５を出力する。このようにバンドエリミネーションフィルタを用いて構成することで、歪み率を簡易な構成で算出することができる。また、前述した従来例と同様にして、信号の波形が飽和しているか否かを検出して、飽和しているときに検出信号Ｓ５を出力する構成を採用することもできる。

演算制御部６は、ＣＰＵおよび内部メモリ（いずれも図示せず）を備え、本発明における制御部として構成されて、ディジタルデータＤｉおよびディジタルデータＤｖに基づくインピーダンス演算処理、および算出したインピーダンスなどを表示部７に表示させる表示処理を実行する。また、演算制御部６は、検出信号Ｓ５を入力したときには、制御信号Ｓ６を出力して信号供給部２の動作制御を実行する。表示部７は、ＬＣＤなどで構成されて、演算制御部６の制御下で、算出されたインピーダンスＺなどを表示する。

次に、このインピーダンス測定装置１の測定動作について説明する。なお、測定対象体１１として、ダイオードのインピーダンスを測定する例について説明する。

まず、測定対象体１１に各プローブ１２，１３，１４，１５を接続する。次いで、その状態でインピーダンス測定装置１による測定を開始させる。この際には、信号供給部２、電流検出部３、電圧検出部４、歪み検出部５および演算制御部６がそれぞれの動作を開始する。信号供給部２は、予め設定された初期電圧値で交流信号Ｖｓを生成して出力する。これにより、プローブ１２を介して交流信号Ｖｓが測定対象体１１に供給されるため、測定対象体１１には交流電流Ｉ１が流れ始める。

この状態において、電流検出部３では、Ｉ／Ｖ変換器３１がプローブ１３を介して入力した交流電流Ｉ１を電圧信号Ｓ１に変換して出力し、フィルタ３２が電圧信号Ｓ１に含まれているノイズ成分を除去して電圧信号Ｓ２として出力し、Ａ／Ｄ変換器３３が電圧信号Ｓ２をディジタルデータＤｉに変換して出力する。また、電圧検出部４では、差動増幅器４１が各プローブ１４，１５を介して検出した電圧Ｖ１を増幅して電圧信号Ｓ３として出力し、フィルタ４２が電圧信号Ｓ３に含まれているノイズ成分を除去して電圧信号Ｓ４として出力し、Ａ／Ｄ変換器４３が電圧信号Ｓ４をディジタルデータＤｖに変換して出力する。また、歪み検出部５は、電圧信号Ｓ２，Ｓ４について、それぞれの波形の歪みを検出すると共に、検出した歪み率が規定値以上であるか否かを検出する。また、演算制御部６は、ディジタルデータＤｉおよびディジタルデータＤｖに基づいてインピーダンス演算処理を実行してインピーダンスＺを算出し、表示処理を実行して、算出したインピーダンスＺを表示部７に表示させる。

ところで、本例では、測定対象体１１が非線形素子のダイオードであるため、適正な電圧値（振幅値）の交流信号Ｖｓが信号供給部２から測定対象体１１に対して供給されていないときには、交流電流Ｉ１および電圧Ｖ１の少なくとも一方の波形に規定値以上の歪みが発生して、正しいインピーダンスＺの測定が行えないことがある。この場合、歪み検出部５は、検出した波形の歪み率が規定値以上であることを検出して検出信号Ｓ５を出力する。演算制御部６は、この検出信号Ｓ５を入力したときには、検出信号Ｓ５を入力している間（検出信号Ｓ５の入力が停止するまで）、表示処理において表示部７に誤測定の可能性のある旨を表示させると共に、制御信号Ｓ６を出力して信号供給部２を制御することにより、交流信号Ｖｓの電圧値を徐々に低下させる。この場合、制御信号Ｓ６を出力して信号供給部２を制御することにより、交流信号Ｖｓの電流値を徐々に低下させてもよい。

この場合、測定対象体１１としてのダイオードは、供給される交流信号Ｖｓの電圧値が所定の電圧値以下（ダイオードによって異なるが、例えば６００ｍＶ以下）となったときには、直流的には順方向および逆方向のいずれについても非導通状態となる一方で、交流的には双方向で導通状態となり、交流信号Ｖｓに対して電流がほぼ線形に変化する線形特性を示すようになる。このため、この状態では、交流電流Ｉ１および電圧Ｖ１の波形歪みが減少して、電圧信号Ｓ２，Ｓ４の各波形歪み率も規定値未満となる結果、歪み検出部５は検出信号Ｓ５の出力を停止する。したがって、演算制御部６は、表示処理において、算出したインピーダンスＺの表示を続行しつつ、誤測定の可能性のある旨の表示については停止する。

このように、このインピーダンス測定装置１では、信号供給部２が検査用信号として交流信号Ｖｓを測定対象体１１に供給している状態において、歪み検出部５が測定対象体１１を流れている交流電流Ｉ１およびその両端間の電圧Ｖ１の各波形に含まれている交流信号Ｓｓの歪みを検出すると共に歪み率が規定値以上のときに検出信号Ｓ５を出力し、演算制御部６は、歪み検出部５から検出信号Ｓ５が出力されている間、信号供給部２を制御して交流信号Ｖｓの電圧値および電流値のいずれかを低下させる。したがって、このインピーダンス測定装置１によれば、測定対象体１１がダイオードのような非線形素子の場合において交流信号Ｖｓの電圧値が所定値以上となったときであっても、測定対象体１１を流れる交流電流Ｉ１およびその両端間の電圧Ｖ１の各波形に含まれている交流信号Ｓｓの歪み率が規定値以下となるまで交流信号Ｖｓの電圧値および電流値のいずれかを自動的に低下させつつ、誤測定の可能性のある旨を表示部７に表示させると共にインピーダンスＺの測定を続行することができるため、誤測定を回避しつつインピーダンスＺを正確に測定することができる。

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、信号供給部２が検査用信号として交流信号Ｖｓを出力する例について上記したが、検査用信号として直流電圧Ｖｄが重畳された交流信号Ｖｓを測定対象体１１に供給する構成を採用することもできる。また、この構成を採用したインピーダンス測定装置１では、演算制御部６は、歪み検出部５が検出信号Ｓ５を出力している間、算出したインピーダンスＺと共に誤測定の可能性のある旨を表示部７に表示させつつ、信号供給部２を制御して直流電圧Ｖｄの電圧値および電流値のいずれかを増加させる。測定対象体１１であるダイオードは、順方向電圧が所定値以上（例えば０．７ボルト以上）のときには、電圧−電流特性がほぼ線形となる。したがって、この構成を採用したインピーダンス測定装置１においても、測定対象体１１がダイオードのような非線形素子の場合において、測定対象体１１を流れる交流電流Ｉ１およびその両端間の電圧Ｖ１の各波形に含まれている交流信号Ｓｓの歪み率が規定値以下となるまで直流電圧Ｖｄの電圧値および電流値のいずれかを自動的に増加させつつ、誤測定の可能性のある旨を表示部７に表示させると共にインピーダンスＺの測定を続行することができるため、誤測定を回避しつつ正しいインピーダンスＺを測定することができる。

また、歪み検出部５および演算制御部６を別体に構成した例について上記したが、演算制御部６が、入力したディジタルデータＤｉとディジタルデータＤｖとに基づいて、交流電流Ｉ１および電圧Ｖ１の各波形に規定以上の歪みが発生しているか否かを検出する構成、つまり演算制御部６が歪み検出部５としても機能する構成を採用することもできる。また、検出信号Ｓ５を入力している間、算出したインピーダンスＺと共に誤測定の可能性のある旨をＬＣＤで構成された表示部７に表示させる例について上記したが、検出信号Ｓ５を入力している間だけ、表示部としてのＬＥＤやランプなどを点灯させる構成を採用することもできる。また、測定対象体１１としてのダイオードのインピーダンスＺを測定（算出）する例について上記したが、非線形な電圧−電流特性を示す電子部品であれば、ダイオード以外のものインピーダンスＺをインピーダンス測定装置１で測定できるのは勿論である。

また、上記した交流信号Ｖｓの電圧値を低下させる機能、および直流電圧Ｖｄを交流信号Ｖｓに重畳させると共に直流電圧Ｖｄの電圧値を増加させる機能の双方を備えて信号供給部２を構成することもできる。この構成によれば、演算制御部６が交流信号Ｖｓの電圧値の低下および直流電圧Ｖｄの電圧値の増加のいずれかを自動的に切り替えることで、上記した２種類のインピーダンスＺ（直流電圧Ｖｄの印加によってダイオードがオン状態となっている作動領域とオン状態となっていない作動領域でのインピーダンス）を自動的に測定することができる。

インピーダンス測定装置１の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１インピーダンス測定装置
２信号供給部
５歪み検出部
６演算制御部
１１測定対象体
Ｉ１電流
ＭＥ測定部
Ｖｓ交流信号
Ｚインピーダンス

Claims

測定対象体に検査用信号を供給する信号供給部と、当該検査用信号の供給時における前記測定対象体を流れる交流電流および当該交流電流の供給に起因して当該測定対象体の両端に発生する両端間電圧に基づいて当該測定対象体のインピーダンスを測定する測定部とを備え、
前記信号供給部は、前記検査用信号として交流信号を前記測定対象体に供給し、
前記測定部は、前記交流電流および前記両端間電圧の少なくとも一方に含まれている前記検査信号の歪みを検出すると共に当該歪みが規定値以上のときに検出信号を出力する歪み検出部と、当該歪み検出部から前記検出信号が出力されているときに前記信号供給部を制御して前記交流信号の電圧値および電流値のいずれかを低下させる制御部とを備えているインピーダンス測定装置。
測定対象体に検査用信号を供給する信号供給部と、当該検査用信号の供給時における前記測定対象体を流れる交流電流および当該交流電流の供給に起因して当該測定対象体の両端に発生する両端間電圧に基づいて当該測定対象体のインピーダンスを測定する測定部とを備え、
前記信号供給部は、前記検査用信号として直流信号が重畳された交流信号を前記測定対象体に供給し、
前記測定部は、前記交流電流および前記両端間電圧の少なくとも一方に含まれている前記検査信号の歪みを検出すると共に当該歪みが規定値以上のときに検出信号を出力する歪み検出部と、当該歪み検出部から前記検出信号が出力されているときに前記信号供給部を制御して前記直流信号の電圧値および電流値のいずれかを増加させる制御部とを備えているインピーダンス測定装置。
前記歪み検出部は、フーリエ変換演算によって前記検査信号の歪みを検出する請求項１または２記載のインピーダンス測定装置。
前記歪み検出部は、バンドエリミネーションフィルタを備えて構成されて、当該バンドエリミネーションフィルタを通過した前記検査信号の高調波成分に基づいて当該検査信号の歪みを検出する請求項１または２記載のインピーダンス測定装置。