JP2008261785A - Voltage measuring device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce dispersion of a measured voltage in a feedback voltage. <P>SOLUTION: This device equipped with a variable capacity circuit 19 connected between a detection electrode 12 and a case 11 and constituted to be able to change its capacitance C1, a voltage generation circuit 25 for generating an electric potential (feedback voltage V4 (hereafter referred to as the voltage V4)) of the case 11, and a voltage control part CNT for changing the voltage V4 relative to the voltage generation circuit 25, is constituted to be able to measure the voltage V1 of a measuring object 4. The variable capacity circuit 19 is equipped with a capacity change function body 13 wherein four constitutional units 31-34 including respectively the first electrical element constituted by connecting diodes reversely in series are connected circularly, and a connection point A is connected to the detection electrode 12, and a connection point C is connected to the voltage V4; a driving circuit 14 for applying a driving signal S2 to the interval between connection points B, D, and thereby changing the capacitance C1 of the capacity change function body 13; and a variable resistance circuit 36 for changing the ratio between a resistance component between connection points B, C and a resistance component between connection points C, D. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、測定対象体の電圧を測定し得る電圧測定装置に関するものである。   The present invention relates to a voltage measuring apparatus that can measure the voltage of a measurement object.

この種の電圧測定装置として、特開平4−305171号公報において開示された電圧測定装置が知られている。   As this type of voltage measuring apparatus, a voltage measuring apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-305171 is known.

この電圧測定装置は、特開平4−305171号公報の従来の技術において、測定対象体(帯電体)の両表面の電荷密度を測定するために使用される電圧測定装置(距離補償型電位計)として開示されたものであり、検出電極および振動体を内蔵したプローブユニット、発振器、プリアンプ、増幅器、同期検波器、積分器、高電圧発生器、およびインピーダンス整合回路を備えて構成されている。この電圧測定装置では、検出電極を振動体で振動させながら測定対象体に対向させる。この際に、検出電極と測定対象体との間に形成される静電容量が変化して、測定対象体と検出電極との間の電界強度も変化するため、検出電極には、測定対象体と検出電極との間の電界強度に応じた交流電圧が発生する。高電圧発生器は、この交流電圧に応じた直流電圧を発生して、プローブユニットの電圧にフィードバックする。この場合、測定対象体と検出電極との間の電界強度は、プローブユニットの電圧と帯電体の電圧とが一致したときにゼロになる。したがって、測定対象体と検出電極との間の電界強度がゼロになったとき、つまり、検出電極に発生する交流電圧がゼロボルトになったときに、高電圧発生器がプローブユニットにフィードバックしている直流電圧を検出することにより、測定対象体の電圧が測定される。
特開平4−305171号公報(第2頁、第6図)
This voltage measuring device is a voltage measuring device (distance-compensated electrometer) used for measuring the charge density on both surfaces of a measurement object (charged body) in the prior art disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-305171. The probe unit includes a detection electrode and a vibrating body, an oscillator, a preamplifier, an amplifier, a synchronous detector, an integrator, a high voltage generator, and an impedance matching circuit. In this voltage measurement device, the detection electrode is opposed to the measurement object while being vibrated by the vibration body. At this time, the capacitance formed between the detection electrode and the measurement object changes, and the electric field strength between the measurement object and the detection electrode also changes. An AC voltage corresponding to the electric field strength between the detection electrode and the detection electrode is generated. The high voltage generator generates a DC voltage corresponding to the AC voltage and feeds it back to the voltage of the probe unit. In this case, the electric field strength between the measurement object and the detection electrode becomes zero when the voltage of the probe unit and the voltage of the charged body coincide. Therefore, when the electric field strength between the measurement object and the detection electrode becomes zero, that is, when the AC voltage generated at the detection electrode becomes zero volts, the high voltage generator feeds back to the probe unit. By detecting the DC voltage, the voltage of the measurement object is measured.
Japanese Patent Laid-Open No. 4-305171 (page 2, FIG. 6)

ところが、上記の各電圧測定装置には、以下のような問題点がある。すなわち、特開平4−305171号公報の電圧測定装置では、検出電極を振動体で作動振動させている。したがって、両電圧測定装置には、機械的に可動する構成を有していることに起因して、動作周波数の高速化が困難であると共に、信頼性の向上が困難であるという問題点が存在している。   However, each of the voltage measuring devices has the following problems. That is, in the voltage measuring device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-305171, the detection electrode is vibrated by the vibrating body. Therefore, both voltage measuring devices have a problem that it is difficult to increase the operating frequency and it is difficult to improve the reliability due to the mechanically movable configuration. is doing.

この問題点を解決するため、本願発明者は、図2、図4〜図10に示すような容量変化機能体13,13A〜13Fを備えた可変容量回路19(図12参照)を開発している。この容量変化機能体13,13A〜13F(以下、特に区別しないときには「容量変化機能体13」ともいう)は、ダイオードを互いに逆向きに直列接続して構成された第1電気的要素E11〜E14(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)に対して交流電圧(正弦波電圧)を印加したときに、この第1電気的要素E1の静電容量C1がこの交流電圧の周波数の2倍の周波数で変化することを利用したものであり、これによって、機械的に可動する構成を排除でき、動作周波数の高速化が図られている。   In order to solve this problem, the inventor of the present application has developed a variable capacitance circuit 19 (see FIG. 12) including capacitance change function bodies 13 and 13A to 13F as shown in FIGS. Yes. The capacitance change function bodies 13 and 13A to 13F (hereinafter also referred to as “capacitance change function body 13” unless otherwise specified) have first electric elements E11 to E14 configured by connecting diodes in series in opposite directions. (Hereinafter, when not particularly distinguished, it is also referred to as “first electric element E1”.) When an AC voltage (sinusoidal voltage) is applied to the first electric element E1, the capacitance C1 of the first electric element E1 becomes the AC voltage. Therefore, the mechanically movable configuration can be eliminated, and the operating frequency can be increased.

また、容量変化機能体13は、図2、図4〜図10に示すように、第1の構成単位31(31A)、第2の構成単位32(32A)、第3の構成単位33(33A,33B)、および第4の構成単位34(34A)がこの順に環状に接続されてブリッジ回路として構成されている。また、容量変化機能体13は、図12に示すように、第1の構成単位31(31A)および第4の構成単位34(34A)の接続点Aが検出電極12(測定対象体4に対向して配設される電極)に接続され、かつ第2の構成単位32(32A)および第3の構成単位33(33A,33B)の接続点Cが電流検出器15を介して参照電位(ケース11の電位)に接続されている。また、この可変容量回路19では、駆動回路14におけるトランス14aの一次巻線14bに入力された駆動信号S1(正弦波信号)に起因して二次巻線14cに発生する駆動信号(正弦波信号)S2が、第1の構成単位31(31A)および第2の構成単位32(32A)の接続点Bと、第3の構成単位および第4の構成単位の接続点Dとの間に印加されるが、接続点A,B間および接続点C,D間の各インピーダンスの積と、接続点B,C間および接続点D,A間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、容量変化機能体13は、設計上、ブリッジ回路としての平衡条件を満足するように構成されている。一例として、図2に示す容量変化機能体13では、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、容量変化機能体13は、設計上、ブリッジ回路としての平衡条件を満足するように構成されている。   Further, as shown in FIGS. 2 and 4 to 10, the capacity change function body 13 includes a first structural unit 31 (31 A), a second structural unit 32 (32 A), and a third structural unit 33 (33 A). , 33B) and the fourth structural unit 34 (34A) are annularly connected in this order to form a bridge circuit. In addition, as shown in FIG. 12, the capacitance changing function body 13 has a connection point A between the first structural unit 31 (31A) and the fourth structural unit 34 (34A) facing the detection electrode 12 (measurement object 4). The connection point C of the second structural unit 32 (32A) and the third structural unit 33 (33A, 33B) is connected via the current detector 15 to the reference potential (case). 11 potential). Further, in this variable capacitance circuit 19, a drive signal (sine wave signal) generated in the secondary winding 14c due to the drive signal S1 (sine wave signal) input to the primary winding 14b of the transformer 14a in the drive circuit 14. ) S2 is applied between the connection point B of the first structural unit 31 (31A) and the second structural unit 32 (32A) and the connection point D of the third structural unit and the fourth structural unit. However, the product of the impedances between the connection points A and B and between the connection points C and D and the product of the impedances between the connection points B and C and between the connection points D and A are set to be the same or substantially the same. Thus, the capacity changing function body 13 is configured so as to satisfy the equilibrium condition as a bridge circuit in design. As an example, in the capacitance change function body 13 shown in FIG. 2, the product of the impedances of the first structural unit 31 and the third structural unit 33, and the impedances of the second structural unit 32 and the fourth structural unit 34. The capacitance changing function body 13 is designed to satisfy the equilibrium condition as a bridge circuit by design.

したがって、この可変容量回路19では、容量変化機能体13に流れる電流i、または容量変化機能体13の両端間電圧(接続点A,C間電圧)には、理論上、駆動信号S1の周波数の2倍の周波数成分(容量変化機能体13の容量変化の周波数成分)のみが含まれ、この2倍の周波数成分の振幅は、測定対象体4の電圧V1と参照電位(ケース11の電位、つまりフィードバック電圧V4)との電位差に比例する。このため、電流iに起因して電流検出器15に発生する電圧V2をプリアンプ16で検出信号S3に変換して出力し、この検出信号S3の振幅が減少するようにフィードバック電圧V4(基準電位)を制御することにより、駆動信号S1の周波数成分を分離する処理を省きつつ、測定対象体4の電圧V1を測定することができる。   Therefore, in this variable capacitance circuit 19, the current i flowing through the capacitance change function body 13 or the voltage across the capacitance change function body 13 (voltage between the connection points A and C) theoretically has the frequency of the drive signal S1. Only twice the frequency component (the frequency component of the capacitance change of the capacitance change function body 13) is included, and the amplitude of the double frequency component is the voltage V1 of the measurement object 4 and the reference potential (the potential of the case 11, that is, the potential of the case 11). It is proportional to the potential difference with the feedback voltage V4). For this reason, the voltage V2 generated in the current detector 15 due to the current i is converted to the detection signal S3 by the preamplifier 16 and output, and the feedback voltage V4 (reference potential) so that the amplitude of the detection signal S3 decreases. By controlling this, it is possible to measure the voltage V1 of the measuring object 4 while omitting the process of separating the frequency component of the drive signal S1.

しかしながら、ダイオードなどの電子部品では、電気的仕様の同じ部品間でも、その電気的特性(例えば、ダイオードではオン抵抗や交流損失などの抵抗成分に関する特性)に多少のばらつきが存在するのが一般的である。このため、ブリッジ回路としての平衡条件を完全に満足するように容量変化機能体13を構成するのが困難なため、参照電位(フィードバック電圧V4)が測定対象体4の電圧V1と一致した場合であっても、容量変化機能体13に流れる電流i、または容量変化機能体13の両端間電圧には、駆動信号S2の2倍の周波数成分および駆動信号S2の周波数成分が含まれる。また、この結果、検出信号S3にも、図13に示すように、駆動信号S2の2倍の周波数成分(同図では一例として周波数が4.5MHzの成分)および駆動信号S2の周波数成分(同図では一例として周波数が2.25MHzの成分)が含まれることになる。これにより、参照電位(フィードバック電圧V4)が測定対象体4の電圧V1と一致した場合に振幅が理論上ゼロとなるべき容量変化機能体13に流れる電流i、容量変化機能体13の両端間電圧および検出信号S3の振幅が、駆動信号S2の周波数成分および駆動信号S2の2倍の周波数成分が合成される結果、大きくなる状態が発生する場合がある。このため、測定対象体4の電圧V1を示す測定結果としてのフィードバック電圧V4に生じるばらつきが大きくなるという課題が存在している。   However, in electronic parts such as diodes, there is generally some variation in electrical characteristics (for example, characteristics related to resistance components such as on-resistance and AC loss) between parts with the same electrical specifications. It is. For this reason, since it is difficult to configure the capacitance changing function body 13 so as to completely satisfy the equilibrium condition as a bridge circuit, the reference potential (feedback voltage V4) matches the voltage V1 of the measurement object 4. Even in such a case, the current i flowing through the capacitance change function body 13 or the voltage across the capacitance change function body 13 includes a frequency component twice the drive signal S2 and a frequency component of the drive signal S2. As a result, also in the detection signal S3, as shown in FIG. 13, the frequency component twice as high as the drive signal S2 (in the figure, the component whose frequency is 4.5 MHz as an example) and the frequency component of the drive signal S2 (same as the same) In the figure, as an example, a component having a frequency of 2.25 MHz is included. As a result, when the reference potential (feedback voltage V4) matches the voltage V1 of the measurement object 4, the current i that flows through the capacitance changing function body 13 whose amplitude should theoretically become zero, the voltage across the capacitance changing function body 13 In addition, the amplitude of the detection signal S3 may be increased as a result of combining the frequency component of the drive signal S2 and the frequency component twice the drive signal S2. For this reason, the subject that the dispersion | variation which arises in the feedback voltage V4 as a measurement result which shows the voltage V1 of the measuring object 4 becomes large exists.

本発明は、上記の課題を解決すべくなされたものであり、電圧測定のばらつきを低減し得る電圧測定装置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 has as its main object to provide a voltage measuring apparatus that can reduce variations in voltage measurement.

上記目的を達成すべく請求項1記載の電圧測定装置は、測定対象体に対向可能な検出電極、前記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、前記参照電位を生成する電圧生成回路、および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電圧制御部を備えて前記測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、前記可変容量回路は、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、かつ当該一端が当該他端に対して低電位のときに容量体として機能する2つの第1素子を逆向きに直列接続して構成された第1電気的要素をそれぞれ含む第1の構成単位、第2の構成単位、第3の構成単位および第4の構成単位がこの順に環状に接続されて構成されると共に当該第1の構成単位および当該第4の構成単位の接続点が前記検出電極に接続され、かつ当該第2の構成単位および当該第3の構成単位の接続点が前記参照電位に接続された容量変化機能体と、前記第1の構成単位および前記第2の構成単位の接続点と前記第3の構成単位および前記第4の構成単位の接続点との間に交流電圧を印加して前記容量変化機能体の静電容量を変化させる駆動回路と、前記第1の構成単位および前記第2の構成単位の接続点と当該第2の構成単位および前記第3の構成単位の接続点との間の抵抗成分、並びに当該第2の構成単位および当該第3の構成単位の接続点と当該第3の構成単位および前記第4の構成単位の接続点との間の抵抗成分の比率を変更する可変抵抗回路とを備えて構成されている。   In order to achieve the above object, the voltage measuring device according to claim 1 is configured to be capable of changing its capacitance by being connected between a detection electrode capable of facing a measurement object and the detection electrode and a reference potential. A variable capacitance circuit, a voltage generation circuit that generates the reference potential, and a voltage control unit that changes the voltage of the reference potential relative to the voltage generation circuit when the variable capacitance circuit changes the capacitance. A voltage measuring device configured to measure the voltage of the measurement object, wherein the variable capacitance circuit functions as a resistor when one end is at a higher potential than the other end, and the one end is A first configuration unit and a second configuration each including a first electrical element formed by connecting two first elements functioning as a capacitor body in a reverse direction in series with each other at a low potential with respect to the other end Unit, third structural unit and fourth The structural units are configured to be annularly connected in this order, and the connection points of the first structural unit and the fourth structural unit are connected to the detection electrode, and the second structural unit and the third structural unit are connected. A capacitance change function body having a connection point of a structural unit connected to the reference potential; a connection point of the first structural unit and the second structural unit; a third structural unit; and a fourth structural unit. A drive circuit that changes an electrostatic capacity of the capacitance-changing function body by applying an AC voltage to a connection point; a connection point between the first structural unit and the second structural unit; and the second configuration The resistance component between the unit and the connection point of the third structural unit, and the connection point of the second structural unit and the third structural unit, the third structural unit, and the fourth structural unit. Change the ratio of resistance component to the connection point It is constituted by a variable resistor circuit.

また、請求項2記載の電圧測定装置は、測定対象体に対向可能な検出電極、前記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、前記参照電位を生成する電圧生成回路、および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電圧制御部を備えて前記測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、前記可変容量回路は、第1の構成単位、第2の構成単位、第3の構成単位および第4の構成単位がこの順に環状に接続されて構成され、かつ当該第1の構成単位および当該第4の構成単位が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、かつ当該一端が当該他端に対して低電位のときに容量体として機能する2つの第1素子を逆向きに直列接続して構成された第1電気的要素をそれぞれ含むと共に、当該第2の構成単位および当該第3の構成単位が交流信号の通過を許容する第2電気的要素をそれぞれ含み、かつ当該第1の構成単位および当該第4の構成単位の接続点が前記検出電極に接続されると共に当該第2の構成単位および当該第3の構成単位の接続点が前記参照電位に接続された容量変化機能体と、前記第1の構成単位および前記第2の構成単位の接続点と前記第3の構成単位および前記第4の構成単位の接続点との間に交流電圧を印加して前記容量変化機能体の静電容量を変化させる駆動回路と、前記第1の構成単位および前記第2の構成単位の接続点と当該第2の構成単位および前記第3の構成単位の接続点との間の抵抗成分、並びに当該第2の構成単位および当該第3の構成単位の接続点と当該第3の構成単位および前記第4の構成単位の接続点との間の抵抗成分の比率を変更する可変抵抗回路とを備えて構成されている。   Further, the voltage measuring device according to claim 2 is 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 is configured to change its capacitance. The voltage generation circuit that generates the reference potential, and the voltage 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 voltage measuring device configured to be able to measure a voltage of an object, wherein the variable capacitance circuit includes a first structural unit, a second structural unit, a third structural unit, and a fourth structural unit in this order. The first structural unit and the fourth structural unit function as a resistor when one end is at a high potential relative to the other end, and the one end is connected to the other end. Function as a capacitor at low potential A second electrical unit that includes two first elements that are connected in series in opposite directions and that allows the second structural unit and the third structural unit to pass an AC signal. Each of the electrical components is included, and the connection points of the first structural unit and the fourth structural unit are connected to the detection electrode, and the connection points of the second structural unit and the third structural unit are Between the capacitance changing function body connected to the reference potential, the connection point of the first structural unit and the second structural unit, and the connection point of the third structural unit and the fourth structural unit. A drive circuit for applying an alternating voltage to change the capacitance of the capacitance change function body; a connection point between the first structural unit and the second structural unit; the second structural unit; and the third structural unit. Resistance component between the connection points of the structural units, And a variable resistance circuit that changes a ratio of resistance components between the connection points of the second structural unit and the third structural unit and the connection points of the third structural unit and the fourth structural unit. It is prepared for.

また、請求項3記載の電圧測定装置は、測定対象体に対向可能な検出電極、前記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、前記参照電位を生成する電圧生成回路、および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電圧制御部を備えて前記測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、前記可変容量回路は、第1の構成単位、第2の構成単位、第3の構成単位および第4の構成単位がこの順に環状に接続されて構成され、かつ当該第2の構成単位および当該第3の構成単位が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、かつ当該一端が当該他端に対して低電位のときに容量体として機能する2つの第1素子を逆向きに直列接続して構成された第1電気的要素をそれぞれ含むと共に、当該第1の構成単位および当該第4の構成単位が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電気的要素をそれぞれ含み、かつ当該第1の構成単位および当該第4の構成単位の接続点が前記検出電極に接続されると共に当該第2の構成単位および当該第3の構成単位の接続点が前記参照電位に接続された容量変化機能体と、前記第1の構成単位および前記第2の構成単位の接続点と前記第3の構成単位および前記第4の構成単位の接続点との間に交流電圧を印加して前記容量変化機能体の静電容量を変化させる駆動回路と、前記第1の構成単位および前記第2の構成単位の接続点と当該第2の構成単位および前記第3の構成単位の接続点との間の抵抗成分、並びに当該第2の構成単位および当該第3の構成単位の接続点と当該第3の構成単位および前記第4の構成単位の接続点との間の抵抗成分の比率を変更する可変抵抗回路とを備えて構成されている。   The voltage measuring device according to claim 3 is 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 is configured to change its capacitance. The voltage generation circuit that generates the reference potential, and the voltage 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 voltage measuring device configured to be able to measure a voltage of an object, wherein the variable capacitance circuit includes a first structural unit, a second structural unit, a third structural unit, and a fourth structural unit in this order. The second structural unit and the third structural unit function as a resistor when one end is at a high potential relative to the other end, and the one end is connected to the other end. Function as a capacitor at low potential Each of the first electric elements configured by connecting the two first elements in series in opposite directions, and the first structural unit and the fourth structural unit prevent the passage of a DC signal while alternating current A third electrical element that allows passage of a signal, and a connection point of the first structural unit and the fourth structural unit is connected to the detection electrode, and the second structural unit and the second structural unit A capacitance change function body having a connection point of three structural units connected to the reference potential, a connection point of the first structural unit and the second structural unit, the third structural unit, and the fourth configuration A drive circuit that changes an electrostatic capacity of the capacitance change function body by applying an alternating voltage between the connection points of the units, the connection points of the first structural unit and the second structural unit, and the second Structural unit and the third structural unit A resistance component between the connection point, and a resistance component between the connection point of the second structural unit and the third structural unit and the connection point of the third structural unit and the fourth structural unit. And a variable resistance circuit for changing the ratio.

また、請求項4記載の電圧測定装置は、測定対象体に対向可能な検出電極、前記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、前記参照電位を生成する電圧生成回路、および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電圧制御部を備えて前記測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、前記可変容量回路は、第1の構成単位、第2の構成単位、第3の構成単位および第4の構成単位がこの順に環状に接続されて構成され、かつ当該第1の構成単位と当該第2の構成単位との組、および当該第3の構成単位と当該第4の構成単位との組のうちの一方の組の各構成単位が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、かつ当該一端が当該他端に対して低電位のときに容量体として機能する2つの第1素子を逆向きに直列接続して構成された第1電気的要素をそれぞれ含むと共に、他の組の各構成単位が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電気的要素をそれぞれ含み、かつ当該第1の構成単位および当該第4の構成単位の接続点が前記検出電極に接続されると共に当該第2の構成単位および当該第3の構成単位の接続点が前記参照電位に接続された容量変化機能体と、前記第1の構成単位および前記第2の構成単位の接続点と前記第3の構成単位および前記第4の構成単位の接続点との間に交流電圧を印加して前記容量変化機能体の静電容量を変化させる駆動回路と、前記第1の構成単位および前記第2の構成単位の接続点と当該第2の構成単位および前記第3の構成単位の接続点との間の抵抗成分、並びに当該第2の構成単位および当該第3の構成単位の接続点と当該第3の構成単位および前記第4の構成単位の接続点との間の抵抗成分の比率を変更する可変抵抗回路とを備えて構成されている。   The voltage measuring device according to claim 4 is 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 is configured to change its capacitance. The voltage generation circuit that generates the reference potential, and the voltage 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 voltage measuring device configured to be able to measure a voltage of an object, wherein the variable capacitance circuit includes a first structural unit, a second structural unit, a third structural unit, and a fourth structural unit in this order. One set of the first structural unit and the second structural unit, and the third structural unit and the fourth structural unit. Each structural unit has one end at a high potential relative to the other end. A first electric element configured by connecting two first elements that function as a resistor and that function as a capacitor when one end is at a low potential relative to the other end in series in opposite directions, respectively. Each of the other structural units includes a third electrical element that allows the passage of the AC signal while preventing the passage of the DC signal, and each of the first structural unit and the fourth structural unit. A capacitance changing function body in which a connection point is connected to the detection electrode and a connection point of the second structural unit and the third structural unit is connected to the reference potential, and the first structural unit and the first structural unit A drive circuit for applying an alternating voltage between a connection point of two structural units and a connection point of the third structural unit and the fourth structural unit to change a capacitance of the capacitance change function body; The first structural unit and the second structural unit A resistance component between the connection point of the unit and the connection point of the second structural unit and the third structural unit, and the connection point of the second structural unit and the third structural unit and the third structural unit And a variable resistance circuit that changes the ratio of the resistance component between the structural unit and the connection point of the fourth structural unit.

また、請求項5記載の電圧測定装置は、請求項1から4のいずれかに記載の電圧測定装置において、前記第1素子は、P型半導体およびN型半導体で形成されたダイオードで構成されている。   The voltage measuring device according to claim 5 is the voltage measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein the first element is formed of a diode formed of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor. Yes.

請求項1,2,3または4記載の電圧測定装置では、容量変化機能体における第1の構成単位および第2の構成単位の接続点と第2の構成単位および第3の構成単位の接続点との間の抵抗成分、並びに第2の構成単位および第3の構成単位の接続点と第3の構成単位および第4の構成単位の接続点との間の抵抗成分の比率を可変抵抗回路によって変更可能となっている。したがって、これらの電圧測定装置によれば、ブリッジ回路として構成された容量変化機能体の抵抗成分についての平衡調整を可変抵抗回路を操作することによって行うことができるため、ダイオードなどの電子部品に存在する電気的特性のばらつきに起因して、容量変化機能体のブリッジ回路としての平衡条件が満足していない状況においても、第1の構成単位および第3の構成単位(可変抵抗回路における第3の構成単位と並列接続となる抵抗成分を含む)の各抵抗成分の積と、第2の構成単位(可変抵抗回路における第2の構成単位と並列接続となる抵抗成分を含む)および第4の構成単位の各抵抗成分の積を同一またはほぼ同一に調整することができる。この結果、これらの電圧測定装置によれば、参照電位が測定対象体の電圧に収束した場合における容量変化機能体に流れる電流、および容量変化機能体の両端間電圧に含まれている交流電圧の周波数成分を低減することができ、この電流およびこの両端間電圧の振幅を低減することができる。これにより、これらの電圧測定装置によれば、測定対象体の電圧を示す測定結果としての参照電位に生じるばらつきを低減することができるため、測定対象体の電圧の測定精度を十分に向上させることができる。   The voltage measuring device according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the connection points of the first structural unit and the second structural unit and the connection points of the second structural unit and the third structural unit in the capacity change function body. And the ratio of the resistance component between the connection point of the second structural unit and the third structural unit and the connection point of the third structural unit and the fourth structural unit by the variable resistance circuit It can be changed. Therefore, according to these voltage measuring devices, since the balance adjustment of the resistance component of the capacitance change function body configured as a bridge circuit can be performed by operating the variable resistance circuit, it exists in an electronic component such as a diode. The first structural unit and the third structural unit (the third resistance unit in the variable resistance circuit) even in a situation where the equilibrium condition as the bridge circuit of the capacitance change function body is not satisfied due to the variation in the electrical characteristics. The product of each resistance component of the structural unit and the resistance component that is connected in parallel), the second structural unit (including the resistance component that is connected in parallel with the second structural unit in the variable resistance circuit), and the fourth configuration The product of each resistance component of the unit can be adjusted to be the same or substantially the same. As a result, according to these voltage measuring devices, the current flowing through the capacitance change function body when the reference potential converges to the voltage of the measurement object, and the AC voltage included in the voltage across the capacitance change function body. The frequency component can be reduced, and the amplitude of the current and the voltage between both ends can be reduced. Thereby, according to these voltage measuring devices, it is possible to reduce the variation in the reference potential as the measurement result indicating the voltage of the measurement object, and thus sufficiently improve the measurement accuracy of the voltage of the measurement object. Can do.

また、これらの電圧測定装置では、可変容量回路が、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、かつ当該一端が当該他端に対して低電位のときに容量体として機能する2つの第1素子を逆向きに直列接続して構成された第1電気的要素を含んで構成され、第1電気的要素に対して交流電圧を印加することによって可変容量回路の静電容量を変化させる駆動回路を備えている。したがって、これらの電圧測定装置によれば、可変容量回路を上記の第1素子として例えば半導体素子で構成することで、容量変化機能体の静電容量を交流電圧の周期の二分の一の周期(交流電圧の周波数の2倍の周波数)で変化させることができ、数百kHz〜数MHzといった高い周波数での容量変化動作が可能(動作周波数(容量変調周波数)の高速化が可能)となる結果、測定対象体の電圧を極めて短時間に測定することができる。また、可変容量回路は機械的に可動する部分がないため、装置の信頼性を向上させることができる。   In these voltage measuring devices, the variable capacitance circuit functions as a resistor when one end is at a high potential with respect to the other end, and as a capacitor when the one end is at a low potential with respect to the other end. The first electric element is formed by connecting two functioning first elements in series in opposite directions, and an electrostatic voltage of the variable capacitance circuit is applied by applying an AC voltage to the first electric element. A drive circuit for changing the capacitance is provided. Therefore, according to these voltage measuring devices, by configuring the variable capacitance circuit as the first element, for example, by a semiconductor element, the capacitance of the capacitance change function body is set to a period of one half of the period of the AC voltage ( As a result, the capacity can be changed at a high frequency of several hundred kHz to several MHz (the operating frequency (capacitance modulation frequency) can be increased). The voltage of the measurement object can be measured in a very short time. In addition, since the variable capacitance circuit has no mechanically movable portion, the reliability of the device can be improved.

また、請求項1記載の電圧測定装置によれば、第1の構成単位、第2の構成単位、第3の構成単位および第4の構成単位の構成を同一にできるため、容量変化機能体の構成を簡易にすることができると共に、大幅に小型化することができる。   According to the voltage measuring device of the first aspect, the configuration of the first structural unit, the second structural unit, the third structural unit, and the fourth structural unit can be made the same. The configuration can be simplified and the size can be greatly reduced.

また、請求項2,3または4記載の電圧測定装置によれば、第2電気的要素または第3電気的要素を例えば1つのコンデンサ等で構成できるため、2つの第1素子を使用する構成と比較して、部品点数を削減でき、その結果として製品コストを低減することができる。また、第2電気的要素または第3電気的要素として共振体を使用することにより、容量変化機能体の容量変調周波数において、共振体で構成された構成単位のインピーダンスを低くすることができる結果、容量変化機能体に十分な電流を流すことができる。このため、電圧検出の精度を十分に高めることができる。   Further, according to the voltage measuring device of claim 2, 3 or 4, since the second electrical element or the third electrical element can be constituted by, for example, one capacitor, etc., the configuration using two first elements and In comparison, the number of parts can be reduced, and as a result, the product cost can be reduced. In addition, by using the resonator as the second electric element or the third electric element, the impedance of the structural unit formed of the resonator can be lowered at the capacity modulation frequency of the capacity change function body. A sufficient current can be passed through the capacity change function body. For this reason, the accuracy of voltage detection can be sufficiently increased.

また、請求項5記載の電圧測定装置によれば、第1素子をダイオードで構成したことにより、可変容量回路、ひいては装置自体を簡易、かつ安価に構成することができる。   According to the voltage measuring device of the fifth aspect, since the first element is formed of a diode, the variable capacitance circuit, and thus the device itself can be configured easily and inexpensively.

以下、添付図面を参照して、本発明に係る電圧測定装置の最良の形態について説明する。   The best mode of a voltage measuring apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

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、一例として、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V1を非接触で測定可能に構成されている。この場合、電圧V1とは、グランド電位(基準電位)に対する電圧をいう。   As an example, the voltage measuring apparatus 1 includes a probe unit 2 and a main body unit 3 as shown in FIG. 1, and is configured to be able to measure the voltage V1 of the measuring object 4 in a non-contact manner. In this case, the voltage V1 refers to a voltage with respect to the ground potential (reference potential).

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およびプリアンプ16を備えている。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。また、本例では、一例として、ケース11は、その表面が樹脂材などで形成された絶縁被膜で覆われている。この場合、検出電極12は、この絶縁被膜で覆われていてもよいし、絶縁被膜から露出していてもよい。   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, and a preamplifier 16. 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. In this example, as an example, the case 11 has a surface covered with an insulating film formed of a resin material or the like. In this case, the detection electrode 12 may be covered with this insulating film, or may be exposed from the insulating film.

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、1つの駆動回路14および1つの可変抵抗回路36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,E12,E13,E14(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。   As shown in FIG. 1, the variable capacitance circuit 19 includes one capacitance change function body 13, one drive circuit 14, and one variable resistance circuit 36. 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. It is configured as a so-called bridge circuit. Specifically, as shown in FIG. 2, each of the structural units 31, 32, 33, and 34 includes first electric elements E11, E12, E13, and E14 (hereinafter referred to as “first electric element E1 unless otherwise specified). Are also included one by one.

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。なお、本明細書において、「直流信号の通過を阻止する」とは、直流信号の通過を完全に阻止する場合と、直流信号に対して例えば100MΩ以上の抵抗値で通過を制限する場合とを含む概念である。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、設計上、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)となるように設定されている。   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. In this specification, “blocking the direct current signal” refers to the case where the direct passage of the direct current signal is completely blocked and the case where the direct current signal is restricted with a resistance value of, for example, 100 MΩ or more. It is a concept that includes. In this example, as an example, each first element 41 includes a P-type semiconductor and an N-type semiconductor that are joined to each other. Specifically, one first diode (for example, a variable-capacitance diode; a varicap or a varactor). Each first electric element E1 is configured 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 product of each impedance of the unit 32 and the fourth structural unit 34 is set so as to be the same or substantially the same in design (a state that is different within a range of several percent as an example).

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、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2に示す各容量変化機能体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構成された第1素子に置き換えた構成であっても、容量変化機能体13を構成することができる。   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 configured, the first electric elements E1 can be configured by connecting the other ends of the pair of first elements 41a and 41b (connecting the cathode terminals of the pair of diodes). 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. Therefore, even if all the first elements 41a and 41b in each capacitance change function body 13 shown in FIG. 2 are replaced with the first elements constituted by general diodes, the capacitance change function body 13 is not changed. Can be configured.

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から入力した駆動信号S1(数百kHz〜数MHzといった高い周波数の信号)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(本発明における交流電圧)に変換して容量変化機能体13に出力(印加)する。本例では、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。なお、この駆動回路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 drives the drive signal S1 (a signal having a high frequency such as several hundred kHz to several MHz) input from the main unit 3. It is electrically insulated from the signal S1 and converted into a drive signal S2 (AC voltage in the present invention) 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, 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. Based on the drive signal S1, the primary winding 14b of the transformer 14a is excited to generate the drive signal S2 in the secondary winding 14c. Instead of the drive circuit 14, a floating signal source (not shown) that outputs the drive signal S2 alone (without receiving the drive signal S1 from the main unit 3) is provided in the probe unit 2. You can also.

可変抵抗回路36は、図1に示すように、一例として、抵抗(固定抵抗)36a、可変抵抗36bおよび抵抗(固定抵抗)36cを備え、これらの3つの抵抗36a,36b,36cがこの順に直列に接続されて構成されて、全体として1つの可変抵抗器として機能する。また、可変抵抗回路36は、一方の端子(本例では抵抗36aの一方の端子であって、可変抵抗36bとの非接続端子)が第1の構成単位31および第2の構成単位32の接続点Bに接続され、可変抵抗器としての他方の端子(本例では一方の端子が可変抵抗36bに接続されている抵抗36cの他方の端子であって、可変抵抗36bとの非接続端子)が第3の構成単位33および第4の構成単位34の接続点Dに接続され、さらに可変抵抗器としての可動端子(可変抵抗36bの可動端子)が第2の構成単位32および第3の構成単位33の接続点Cに接続されている。この構成により、可変抵抗回路36は、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2の構成単位32および第3の構成単位33の接続点Cとの間の抵抗成分(抵抗値)、並びに第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との間の抵抗成分(抵抗値)の比率を変更可能となっている。   As shown in FIG. 1, the variable resistance circuit 36 includes, as an example, a resistor (fixed resistor) 36a, a variable resistor 36b, and a resistor (fixed resistor) 36c, and these three resistors 36a, 36b, and 36c are serially connected in this order. Are connected to each other and function as one variable resistor as a whole. In the variable resistance circuit 36, one terminal (in this example, one terminal of the resistor 36a, which is a non-connection terminal to the variable resistor 36b) is connected to the first structural unit 31 and the second structural unit 32. The other terminal as a variable resistor is connected to the point B (in this example, one terminal is the other terminal of the resistor 36c connected to the variable resistor 36b and is not connected to the variable resistor 36b). The second structural unit 32 and the third structural unit are connected to the connection point D of the third structural unit 33 and the fourth structural unit 34, and the movable terminal (movable terminal of the variable resistor 36b) as a variable resistor is further connected. It is connected to 33 connection points C. With this configuration, the variable resistance circuit 36 has a resistance between the connection point B of the first structural unit 31 and the second structural unit 32 and the connection point C of the second structural unit 32 and the third structural unit 33. Component (resistance value) and a resistance component (resistance) between the connection point C of the second structural unit 32 and the third structural unit 33 and the connection point D of the third structural unit 33 and the fourth structural unit 34 Value) ratio can be changed.

また、各抵抗36a,36cには抵抗値が数kΩから数十kΩの固定抵抗(本例では一例として4kΩの固定抵抗)が使用され、可変抵抗36bには抵抗値が数百Ωから数kΩの可変抵抗(本例では一例として500Ωの可変抵抗)が使用されている。なお、本例では、可変抵抗36bによる容量変化機能体13についての平衡調整の範囲を制限するため、可変抵抗36bの両側に抵抗36a,36cを配設し、かつ抵抗36a,36cの抵抗値を同一に規定したが、制限する範囲によっては、各抵抗36a,36cの抵抗値に対する可変抵抗36bの抵抗値の比率を変えてもよいし、抵抗36a,36cの抵抗値を異なる値にしてもよく、また、抵抗36a,36cのうちの一方または双方の配設を省いてもよい。   Each resistor 36a, 36c is a fixed resistor having a resistance value of several kΩ to several tens of kΩ (in this example, a fixed resistor of 4 kΩ), and the variable resistor 36b has a resistance value of several hundred Ω to several kΩ. Variable resistance (in this example, a variable resistance of 500Ω as an example) is used. In this example, in order to limit the range of the balance adjustment for the capacitance changing function body 13 by the variable resistor 36b, the resistors 36a and 36c are disposed on both sides of the variable resistor 36b, and the resistance values of the resistors 36a and 36c are set. Although defined to be the same, depending on the range to be limited, the ratio of the resistance value of the variable resistor 36b to the resistance value of each resistor 36a, 36c may be changed, or the resistance value of the resistors 36a, 36c may be different. Also, the arrangement of one or both of the resistors 36a and 36c may be omitted.

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、本例では、一例として差動型の演算増幅器で構成されて、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 into the capacitance changing function body 13 of the variable capacitance circuit 19. While detecting the current i, 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). Further, in this example, the preamplifier 16 is configured by a differential operational amplifier as an example, and amplifies the voltage V2 input through the capacitor by an amplifier circuit, and the amplified voltage is amplified by an insulating electronic component. Is converted into a detection signal S3 that is electrically insulated and output. 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.

本体ユニット3は、図1に示すように、発振回路21、A/D変換回路22、CPU23、D/A変換回路24、電圧生成回路25および電圧計26を備えて構成されている。この場合、発振回路21は、一定の周期T1(周波数f1。本例では一例として2.25MHz)の駆動信号S1を生成してプローブユニット2に出力する。本例では、発振回路21は、駆動信号S1として正弦波信号を生成する。A/D変換回路22は、CPU23およびD/A変換回路24と共に、本発明における電圧制御部CNTを構成し、アナログ信号としての検出信号S3をディジタルデータD1に変換してCPU23に出力する。   As shown in FIG. 1, the main unit 3 includes an oscillation circuit 21, an A / D conversion circuit 22, a CPU 23, a D / A conversion circuit 24, a voltage generation circuit 25, and a voltmeter 26. In this case, the oscillation circuit 21 generates a drive signal S1 having a constant period T1 (frequency f1, in this example, 2.25 MHz as an example) and outputs the drive signal S1 to the probe unit 2. In this example, the oscillation circuit 21 generates a sine wave signal as the drive signal S1. The A / D conversion circuit 22, together with the CPU 23 and the D / A conversion circuit 24, constitutes a voltage control unit CNT in the present invention, converts the detection signal S3 as an analog signal into digital data D1, and outputs it to the CPU 23.

CPU23は、入力したディジタルデータD1から例えば駆動信号S1の周波数f1の2倍の周波数f2を含む所定の周波数帯域の成分についてのデータを抽出する検波処理(フィルタリング処理)と、この検波処理によって抽出されたデータを積分する積分処理とを実行する。また、CPU23は、この積分処理によって得られた積分データD2をD/A変換回路24に出力する。   The CPU 23 extracts from the input digital data D1 a detection process (filtering process) for extracting data on a component in a predetermined frequency band including, for example, a frequency f2 that is twice the frequency f1 of the drive signal S1, and this detection process. Integration processing for integrating the acquired data. Further, the CPU 23 outputs the integration data D2 obtained by this integration processing to the D / A conversion circuit 24.

D/A変換回路24は、積分データD2をアナログ信号としての直流電圧V3に変換して電圧生成回路25に出力する。電圧生成回路25は、電圧制御部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。電圧計26は、基準電位(接続端子CPの電位。グランド電位)を基準として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。なお、電圧計26は、測定したフィードバック電圧V4の電圧値をディジタルデータに変換して外部に出力する構成を採用してもよい。   The D / A conversion circuit 24 converts the integration data D2 into a DC voltage V3 as an analog signal and outputs it to 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 voltage 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. The voltmeter 26 measures the feedback voltage V4 with reference to the reference potential (the potential of the connection terminal CP, the ground potential), and displays the voltage value. The voltmeter 26 may adopt a configuration in which the measured voltage value of the feedback voltage V4 is converted into digital data and output to the outside.

次いで、電圧測定装置1を使用した測定対象体4の電圧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。   Next, the measuring operation of the voltage measuring device 1 will be described together with the measuring method of the voltage V1 of the measuring object 4 using the voltage measuring device 1.

最初に、電圧V1の測定前に、電圧測定装置1を校正する。具体的には、まず、電圧が一定の基準対象体(不図示)に対して、検出電極12を非接触な状態で対向させ、次いで、電圧測定装置1を起動させる。電圧測定装置1では、起動状態において、後述するように、電流検出器15、プリアンプ16、A/D変換回路22、CPU23、D/A変換回路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において、測定対象体4とケース11との間の電位差が徐々に低下(減少)するように負のフィードバックが行われる。この結果、起動から所定時間が経過した時点で、フィードバック電圧V4が基準対象体の電圧と一致した状態となる。電圧測定装置1に対する校正は、この状態において、プローブユニット2から出力される検出信号S3の波形をオシロスコープなどで観測しつつ、可変抵抗回路36の可変抵抗36bの可動端子を操作して、検出信号S3の振幅が最小になるように調整することにより行われる。   First, the voltage measuring device 1 is calibrated before measuring the voltage V1. Specifically, first, the detection electrode 12 is opposed to a reference object (not shown) having a constant voltage in a non-contact state, and then the voltage measuring device 1 is activated. In the voltage measurement device 1, in a startup state, as described later, in a feedback loop composed of a current detector 15, a preamplifier 16, an A / D conversion circuit 22, a CPU 23, a D / A conversion circuit 24, and a voltage generation circuit 25. Negative feedback is performed so that the potential difference between the measurement object 4 and the case 11 gradually decreases (decreases). As a result, when a predetermined time has elapsed from the start-up, the feedback voltage V4 matches the voltage of the reference object. In this state, the voltage measuring device 1 is calibrated by operating the movable terminal of the variable resistor 36b of the variable resistor circuit 36 while observing the waveform of the detection signal S3 output from the probe unit 2 with an oscilloscope or the like. This is done by adjusting so that the amplitude of S3 is minimized.

この校正について具体的に説明すると、上記したように、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するように設計上は構成されてはいるものの、各構成単位31〜34に含まれるダイオード等の構成要素の特性のばらつきに起因して、フィードバック電圧V4が基準対象体の電圧に一致した場合であっても、容量変化機能体13に流れる電流iおよび容量変化機能体13の両端間電圧(接続点A,C間電圧)に、駆動信号S2の2倍の周波数成分および駆動信号S2の周波数成分が含まれる結果、検出信号S3の振幅が図13に示すように大きくなることがある。しかしながら、この電圧測定装置1では、このような場合においても、可変抵抗回路36の可変抵抗36bを操作することにより、容量変化機能体13の接続点B,C間の抵抗成分(抵抗値)、および接続点C,D間の抵抗成分(抵抗値)の比率を変更することができ、これによってブリッジ回路として構成された容量変化機能体13の抵抗成分についての平衡調整を行うことができる。つまり、ダイオードなどの電子部品に存在する電気的特性(抵抗成分についての特性)のばらつきに起因して、容量変化機能体13のブリッジ回路としての平衡条件(抵抗成分に関する平衡条件)が満足していない状況においても、容量変化機能体13の接続点B,C間の抵抗成分、および接続点C,D間の抵抗成分の比率を変更することにより、接続点A,B間および接続点C,D間の各抵抗成分(抵抗値)の積と、接続点B,C間および接続点D,A間の各抵抗成分(抵抗値)の積とを同一またはほぼ同一に調整することができる。したがって、図11に示すように、上記した2種の周波数成分のうちの、抵抗成分についての平衡条件が崩れたときに電流iおよび容量変化機能体13の両端間電圧(接続点A,C間電圧)に発生する駆動信号S2の周波数成分を低減させることができ、検出信号S3全体の振幅についても低減させることができる(図13に示す振幅に対して、図11では約3〜4割程度低減されている)。   This calibration will be described in detail. As described above, the capacitance changing function body 13 is included in each of the structural units 31 to 34 although it is configured in design so as to satisfy the equilibrium condition as a bridge circuit. Even if the feedback voltage V4 coincides with the voltage of the reference object due to variations in characteristics of components such as diodes, the current i flowing through the capacitance change function body 13 and between both ends of the capacitance change function body 13 As a result of the voltage (voltage between connection points A and C) including the frequency component twice the drive signal S2 and the frequency component of the drive signal S2, the amplitude of the detection signal S3 may increase as shown in FIG. . However, in this voltage measuring apparatus 1, even in such a case, by operating the variable resistor 36 b of the variable resistor circuit 36, the resistance component (resistance value) between the connection points B and C of the capacitance changing function body 13, In addition, the ratio of the resistance component (resistance value) between the connection points C and D can be changed, whereby the balance adjustment of the resistance component of the capacitance change function body 13 configured as a bridge circuit can be performed. In other words, due to variations in electrical characteristics (characteristics regarding the resistance component) existing in electronic components such as diodes, the equilibrium condition (equilibrium condition regarding the resistance component) as the bridge circuit of the capacitance change function body 13 is satisfied. Even in such a situation, by changing the ratio of the resistance component between the connection points B and C of the capacitance changing function body 13 and the resistance component between the connection points C and D, the connection between the connection points A and B and the connection point C, The product of each resistance component (resistance value) between D and the product of each resistance component (resistance value) between the connection points B and C and between the connection points D and A can be adjusted to be the same or substantially the same. Therefore, as shown in FIG. 11, when the equilibrium condition for the resistance component of the two types of frequency components described above breaks down, the current i and the voltage across the capacitance change function body 13 (between the connection points A and C). The frequency component of the drive signal S2 generated in the voltage) can be reduced, and the amplitude of the entire detection signal S3 can also be reduced (about 30 to 40% in FIG. 11 with respect to the amplitude shown in FIG. 13). Reduced).

この校正完了後、電圧V1の測定のため、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を配設し終えた後は、湿度などの環境条件が一定のもとでは一定となる(変動しない)。ただし、静電容量C0は、湿度等の環境条件が変化したときには変動する。   After this calibration is completed, the probe unit 2 is disposed in the vicinity of the measurement object 4 so that the detection electrode 12 faces the measurement object 4 in a non-contact state for measuring the voltage V1. 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 varies in inverse proportion to the distance between the detection electrode 12 and the measurement object 4, but after the probe unit 2 is completely disposed, the environmental conditions such as humidity are constant. Originally constant (does not change). However, the capacitance C0 varies when environmental conditions such as humidity change.

起動状態の電圧測定装置1において、本体ユニット3では、発振回路21が駆動信号S1の生成を開始して、駆動信号S1をプローブユニット2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。この際に、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。   In the voltage measurement device 1 in the activated state, in the main unit 3, the oscillation circuit 21 starts generating the drive signal S 1 and outputs the drive signal S 1 to the probe unit 2. 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. At this time, in the capacity change function body 13, the drive signal S2 applied between the connection points B and D is divided, and the first structural unit 31, the second structural unit 32, and the third structural unit are divided. 33 and the fourth structural unit 34, respectively.

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 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 electric elements E11 and E14, and each of the first electric 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 is 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 electrical element E11, E14, and each electrostatic element in each first element 41b in each first electrical element E12, E13. Capacity gradually decreases. Further, 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. Each first element 41a, specifically each first element 41a in each first electric element E11, E14, and each first element 41b in each first electric element E12, E13 is gradually increased in capacitance. 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 electrical 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が電流検出器15を介在させた状態でケース11と検出電極12との間に直列に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。   Thus, 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, since the variable capacitance circuit 19 is connected in series between the case 11 and the detection electrode 12 with the current detector 15 interposed, the capacitance C1 and the measurement object The capacitance C0 formed between the body 4 and the detection electrode 12 is in a state of being connected in series between the measurement target body 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、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。   Further, in the variable capacitance circuit 19, each set connected to the connection point C and each set of the first electrical elements E 11 and E 14 included in each of the structural units 31 and 34 connected to the connection point A. Since the two first electric elements E1 included in at least one of the groups of the first electric elements E12 and E13 included in the units 32 and 33 both function as capacitors at all times. Although the detection electrode 12 and the case 11 are connected in an AC manner via the variable capacitance circuit 19, they are maintained in a state where they are not short-circuited in terms of DC.

また、電圧測定装置1の動作開始直後においては、本体ユニット3のCPU23による積分処理も開始された直後であるため、CPU23から出力される積分データD2はほぼゼロであり、これにより、D/A変換回路24から出力される直流電圧V3もほぼゼロである。したがって、電圧生成回路25は、ほぼゼロボルトの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。このため、電圧測定装置1におけるプローブユニット2のケース11と測定対象体4との間には電位差(V1−V4)が生じた状態になっている。   In addition, immediately after the operation of the voltage measuring apparatus 1 is started, the integration process by the CPU 23 of the main body unit 3 is also started, so that the integration data D2 output from the CPU 23 is almost zero. The DC voltage V3 output from the conversion circuit 24 is also almost zero. Therefore, the voltage generation circuit 25 generates a feedback voltage V4 of approximately zero volts and applies it to the case 11 of the probe unit 2. For this reason, a potential difference (V1−V4) is generated between the case 11 of the probe unit 2 and the measurement object 4 in the voltage measuring apparatus 1.

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、電圧測定装置1のプローブユニット2では、測定対象体4とケース11との間の電位差(V1−V4)に応じた振幅の電流i(周期T2)が流れる。この場合、容量変化機能体13に流れる電流iは、電位差(V1−V4)が大きいときにはその振幅(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。すなわち、容量変化機能体13に流れる電流iは、図示はしないが、その周期がT2であって、その振幅が電位差(V1−V4)に応じて変化する交流信号として流れる。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、検出信号S3として本体ユニット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ると共に、駆動信号S2の周波数f1と同一の周波数成分も含まれている。   Therefore, as described above, in the probe unit 2 of the voltage measuring device 1, the potential difference (V1−V4) between the measurement object 4 and the case 11 is based on the periodic change of the capacitance C1 in the cycle T2. ) Current i (cycle T2) having an amplitude corresponding to In this case, the amplitude (current value) of the current i flowing through the capacitance change function body 13 increases when the potential difference (V1-V4) is large, and the current value decreases when the potential difference (V1-V4) is small. That is, although not shown, the current i flowing through the capacitance changing function body 13 flows as an AC signal whose period is T2 and whose amplitude changes according to the potential difference (V1-V4). The preamplifier 16 amplifies the voltage V2 generated at both ends of the current detector 15 due to the current i, and outputs it to the main unit 3 as a detection signal S3. In this case, the detection signal S3 mainly includes the same frequency component as the frequency f2 of the current i, and also includes the same frequency component as the frequency f1 of the drive signal S2.

本体ユニット3の電圧制御部CNTでは、A/D変換回路22が検出信号S3をディジタルデータD1に変換してCPU23に出力する。CPU23は、入力したディジタルデータD1に対して検波処理を実行して周波数f2を含む所定の周波数帯域の成分についてのデータを抽出し、さらに積分処理を実行してこの抽出されたデータを積分して積分データD2を生成して出力する。D/A変換回路24は、積分データD2をアナログ信号としての直流電圧V3に変換して電圧生成回路25に出し、電圧生成回路25はこの直流電圧V3を増幅することにより、フィードバック電圧V4を生成して、プローブユニット2のケース11に印加する。また、電圧計26は、フィードバック電圧V4の電圧値を表示する。このように、電流検出器15、プリアンプ16、A/D変換回路22、CPU23、D/A変換回路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において、各構成要素が上記のように作動することにより、フィードバック電圧V4が測定対象体4の電圧V1に急速に収束して、電位差(V1−V4)が短時間でほぼゼロになり、プローブユニット2の容量変化機能体13に流れる電流iもほぼゼロになる。   In the voltage control unit CNT of the main unit 3, the A / D conversion circuit 22 converts the detection signal S 3 into digital data D 1 and outputs it to the CPU 23. The CPU 23 performs a detection process on the input digital data D1 to extract data about a component in a predetermined frequency band including the frequency f2, and further executes an integration process to integrate the extracted data. Integration data D2 is generated and output. The D / A conversion circuit 24 converts the integration data D2 into a DC voltage V3 as an analog signal and outputs it to the voltage generation circuit 25. The voltage generation circuit 25 amplifies the DC voltage V3 to generate a feedback voltage V4. Then, it is applied to the case 11 of the probe unit 2. The voltmeter 26 displays the voltage value of the feedback voltage V4. In this way, in the feedback loop including the current detector 15, the preamplifier 16, the A / D conversion circuit 22, the CPU 23, the D / A conversion circuit 24, and the voltage generation circuit 25, each component operates as described above. As a result, the feedback voltage V4 rapidly converges to the voltage V1 of the measurement object 4, the potential difference (V1-V4) becomes almost zero in a short time, and the current i flowing through the capacitance changing function body 13 of the probe unit 2 is also Nearly zero.

また、フィードバック電圧V4は、測定対象体4の電圧V1に一旦収束した後は、フィードバックループを構成する各構成要素が上記のように動作することにより、測定対象体4の電圧V1の変動に追従する。したがって、測定対象体4の電圧V1の変化に応じて、その電圧V1が電圧計26に連続して表示される。この際に、前述した校正により、プローブユニット2から出力される検出信号S3全体の振幅が低減されているため、電圧計26には、電圧V1がばらつきの少ない状態で表示される。   Further, once the feedback voltage V4 converges to the voltage V1 of the measurement object 4, the components constituting the feedback loop operate as described above, thereby following the fluctuation of the voltage V1 of the measurement object 4. To do. Accordingly, the voltage V1 is continuously displayed on the voltmeter 26 in accordance with the change in the voltage V1 of the measurement object 4. At this time, since the amplitude of the entire detection signal S3 output from the probe unit 2 is reduced by the calibration described above, the voltage V1 is displayed on the voltmeter 26 with little variation.

このように、この電圧測定装置1では、容量変化機能体13における接続点B,C間の抵抗成分、および接続点C,D間の抵抗成分の比率を可変抵抗回路36によって変更可能となっている。したがって、この電圧測定装置1によれば、ブリッジ回路として構成された容量変化機能体13の抵抗成分についての平衡調整を可変抵抗回路36を操作することによって行うことができるため、ダイオードなどの電子部品に存在する電気的特性のばらつきに起因して、容量変化機能体13のブリッジ回路としての平衡条件が満足していない状況においても、第1の構成単位31および第3の構成単位33(可変抵抗回路36における第3の構成単位33と並列接続となる抵抗成分を含む)の各抵抗成分の積と、第2の構成単位32(可変抵抗回路36における第2の構成単位32と並列接続となる抵抗成分を含む)および第4の構成単位34の各抵抗成分の積を同一またはほぼ同一に調整することができる。この結果、フィードバック電圧V4が測定対象体4の電圧V1に収束した(フィードバック電圧V4が測定対象体4の電圧V1と致した)場合における容量変化機能体13に流れる電流i、および容量変化機能体13の両端間電圧に含まれている駆動信号S2の周波数成分を低減することができ、この電流iおよびこの両端間電圧の振幅を低減することができる。これにより、この電圧測定装置1によれば、測定対象体4の電圧V1を示す測定結果としてのフィードバック電圧V4に生じるばらつきを低減することができるため、測定対象体4の電圧V1の測定精度を十分に向上させることができる。   As described above, in the voltage measuring device 1, the variable resistance circuit 36 can change the resistance component between the connection points B and C and the ratio of the resistance component between the connection points C and D in the capacitance changing function body 13. Yes. Therefore, according to the voltage measuring apparatus 1, since the balance adjustment of the resistance component of the capacitance change function body 13 configured as a bridge circuit can be performed by operating the variable resistance circuit 36, an electronic component such as a diode is provided. The first structural unit 31 and the third structural unit 33 (variable resistor 33) even in a situation where the balance condition as the bridge circuit of the capacitance change function body 13 is not satisfied due to variations in the electrical characteristics existing in The product of each resistance component of the circuit 36 including the resistance component that is in parallel connection with the third structural unit 33 and the second structural unit 32 (in parallel connection with the second structural unit 32 in the variable resistance circuit 36). The product of each resistance component of the fourth structural unit 34 can be adjusted to be the same or substantially the same. As a result, when the feedback voltage V4 converges to the voltage V1 of the measurement object 4 (the feedback voltage V4 is the voltage V1 of the measurement object 4), the current i flowing through the capacitance change function body 13 and the capacitance change function body The frequency component of the drive signal S2 included in the voltage across both ends 13 can be reduced, and the amplitude of the current i and the voltage across the ends can be reduced. Thereby, according to this voltage measuring apparatus 1, since the dispersion | variation which arises in the feedback voltage V4 as a measurement result which shows the voltage V1 of the measuring object 4 can be reduced, the measurement accuracy of the voltage V1 of the measuring object 4 is improved. It can be improved sufficiently.

また、この電圧測定装置1では、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を逆向きに直列接続して構成された第1電気的要素E11,E12,E13,E14を含んで可変容量回路19が構成され、駆動回路14が第1電気的要素E11〜E14に対して駆動信号S2を印加することによって可変容量回路19の静電容量C1を変化させる。したがって、この電圧測定装置1によれば、可変容量回路19を第1素子41a,41bとしての半導体素子(この例ではダイオード)で構成したことで、容量変化機能体13の静電容量C1を駆動信号S2の周期の二分の一の周期(駆動信号S2の周波数の2倍の周波数)で変化させることができ、数百kHz〜数MHzといった高い周波数での容量変化動作が可能(動作周波数の高速化が可能)となる結果、測定対象体4の電圧V1を極めて短時間に測定することができる。また、電圧測定装置1によれば、可変容量回路19は機械的に可動する部分がないため、装置の信頼性を向上させることができる。   The voltage measuring apparatus 1 also 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. A variable capacitance circuit 19 is configured including first electrical elements E11, E12, E13, and E14 configured by connecting elements 41a and 41b in series in opposite directions, and the drive circuit 14 includes first electrical elements E11 to E14. The capacitance C1 of the variable capacitance circuit 19 is changed by applying the drive signal S2 to the variable capacitance circuit 19. Therefore, according to the voltage measuring apparatus 1, the variable capacitance circuit 19 is configured by semiconductor elements (diodes in this example) as the first elements 41a and 41b, thereby driving the capacitance C1 of the capacitance changing function body 13. Capacitance change operation at a high frequency such as several hundred kHz to several MHz is possible (can be performed at a high frequency of several hundred kHz to several MHz). As a result, the voltage V1 of the measurement object 4 can be measured in a very short time. Moreover, according to the voltage measuring apparatus 1, since the variable capacitance circuit 19 has no mechanically movable part, the reliability of the apparatus can be improved.

さらに、この電圧測定装置1では、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が共に第1電気的要素E1を含んで構成されている。したがって、この電圧測定装置1によれば、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の構成を同一にできるため、容量変化機能体13の構成を簡易にすることができると共に、大幅に小型化することができる。また、第1素子41a,41bとしてダイオードを使用したことにより、可変容量回路19、ひいては電圧測定装置1を簡易、かつ安価に構成することができる。   Furthermore, in the voltage measuring apparatus 1, the first structural unit 31, the second structural unit 32, the third structural unit 33, and the fourth structural unit 34 are all configured to include the first electrical element E1. Yes. Therefore, according to the voltage measuring apparatus 1, the configuration of the first structural unit 31, the second structural unit 32, the third structural unit 33, and the fourth structural unit 34 can be made the same. The configuration of 13 can be simplified and the size can be greatly reduced. In addition, by using diodes as the first elements 41a and 41b, the variable capacitance circuit 19, and thus the voltage measuring device 1, can be configured easily and inexpensively.

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E1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2の構成単位32および第3の構成単位33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4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。なお、コンデンサ62,63に代えて、電気的特性(インダクタンス値)の同じ一対のコイル62a,63aを使用してもよいし、電気的特性(抵抗値)の同じ一対の抵抗62b,63bを使用してもよいし、または電気的特性(周波数−インピーダンス特性)の同じ一対の共振体62c,63cを使用してもよい。この場合、共振体62c,63cについては、駆動信号S2の周波数f1の2倍の周波数(容量変調周波数)f2のときにインピーダンスが最小となり、かつそれ以外の周波数のときに十分に高いインピーダンスとなる電気的特性の共振体を使用する。具体的には、セラミック共振器、水晶振動子、およびコイルとコンデンサとで構成されたLC共振回路(直列共振回路)などの各種共振体を用いることができる。また、この共振体62c,63cについては、直流電流の通過を許容する構成でもよい。   In addition, this invention is not limited to said structure. For example, in the capacitance change function body 13 of the variable capacitance circuit 19 described above, as shown in FIG. 2, all the structural units 31 to 34 are configured so as to include the first electrical element E1, respectively. In the capacity change function body 13 shown in the figure, the second structural unit 32 and the third structural unit 33 included in the first to fourth structural units 31 to 34 are included. One electric element can be replaced with a second electric element that allows passage of an AC signal, and the capacitance changing function body can be configured. 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. 4 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. Instead of the capacitors 62 and 63, a pair of coils 62a and 63a having the same electrical characteristic (inductance value) may be used, or a pair of resistors 62b and 63b having the same electrical characteristic (resistance value) may be used. Alternatively, a pair of resonators 62c and 63c having the same electrical characteristics (frequency-impedance characteristics) may be used. In this case, the resonators 62c and 63c have a minimum impedance at a frequency (capacitance modulation frequency) f2 that is twice the frequency f1 of the drive signal S2, and a sufficiently high impedance at other frequencies. Use a resonator with electrical characteristics. Specifically, various resonators such as a ceramic resonator, a crystal resonator, and an LC resonance circuit (series resonance circuit) including a coil and a capacitor can be used. Further, the resonators 62c and 63c may be configured to allow a direct current to pass therethrough.

この容量変化機能体13Aを備えた電圧測定装置1においても、可変抵抗回路36を配設して、ブリッジ回路としての平衡条件(抵抗成分に関する平衡条件)が満足していない状況下において、容量変化機能体13Aの接続点B,C間の抵抗成分、および接続点C,D間の抵抗成分の比率を変更することにより、接続点A,B間および接続点C,D間の各抵抗成分の積と、接続点B,C間および接続点D,A間の各抵抗成分の積とを同一またはほぼ同一に調整することができるため、容量変化機能体13と同様にして、測定対象体4の電圧V1を示す測定結果としてのフィードバック電圧V4に生じるばらつきを低減できる結果、測定対象体4の電圧V1の測定精度を向上させることができる。また、機械的に可動する構成が存在していないため、高い周波数での容量変化動作が可能で、しかも信頼性の高い可変容量回路を実現することができる。また、容量変化機能体13Aでも、容量変化機能体13と同様にして、少なくとも隣接する一対の構成単位が第1電気的要素E1を含むため、各接続点B,D間に駆動信号S2が印加されたときに、各接続点A,C間の静電容量C1が駆動信号S2の周波数f1の2倍の周波数f2で変化する。このため、この容量変化機能体13Aを使用した電圧測定装置1(図1参照)でも、容量変化機能体13を使用した電圧測定装置1と同様にして、装置自体の信頼性を十分に向上させつつ、フィードバック電圧V4に対して数百kHz〜数MHzといった高い周波数での制御が可能(動作周波数の高速化が可能)になる結果、短時間で測定対象体4の電圧V1を測定することができる。また、この容量変化機能体13Aにおいても、接続点Aに接続されている各構成単位31,34が第1電気的要素(常時コンデンサとして機能する電気的要素)を含んで構成されている。このため、検出電極12とケース11とを、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することができる。また、上記した電気的特性の共振体62c,63cを使用することにより、容量変化機能体13Aの容量変調周波数(周波数f2)において、各共振体62c,63c(つまり共振体62c,63cで構成された各構成単位32A,33A)のインピーダンスを低くすることができる結果、容量変化機能体13Aに十分な交流電流(電流i)を流すことができる。このため、容量変化機能体13Aを使用した電圧測定装置1における電圧検出の精度を十分に高めることができる。   Also in the voltage measuring apparatus 1 provided with the capacitance change function body 13A, the variable resistance circuit 36 is provided, and the capacitance change is performed under the situation where the equilibrium condition (balance condition regarding the resistance component) as the bridge circuit is not satisfied. By changing the ratio of the resistance component between the connection points B and C of the functional body 13A and the resistance component between the connection points C and D, each resistance component between the connection points A and B and between the connection points C and D is changed. Since the product and the product of each resistance component between the connection points B and C and between the connection points D and A can be adjusted to be the same or substantially the same, the measurement object 4 is measured in the same manner as the capacitance changing function body 13. As a result of reducing the variation in the feedback voltage V4 as the measurement result indicating the voltage V1, the measurement accuracy of the voltage V1 of the measurement object 4 can be improved. In addition, since there is no mechanically movable configuration, a capacitance changing operation at a high frequency is possible, and a highly reliable variable capacitance circuit can be realized. Further, in the capacity change function body 13A, similarly to the capacity change function body 13, since at least a pair of adjacent structural units includes the first electrical element E1, the drive signal S2 is applied between the connection points B and D. When this is done, the capacitance C1 between the connection points A and C changes at a frequency f2 that is twice the frequency f1 of the drive signal S2. For this reason, the voltage measuring device 1 (see FIG. 1) using the capacitance changing function body 13A also sufficiently improves the reliability of the device itself in the same manner as the voltage measuring device 1 using the capacity changing function body 13. However, the feedback voltage V4 can be controlled at a high frequency such as several hundred kHz to several MHz (the operating frequency can be increased), so that the voltage V1 of the measurement object 4 can be measured in a short time. it can. Also in the capacity changing function body 13A, each of the structural units 31 and 34 connected to the connection point A includes the first electrical element (an electrical element that always functions as a capacitor). For this reason, although the detection electrode 12 and the case 11 are connected in an AC manner via the variable capacitance circuit 19, they can be maintained in a state where they are not short-circuited in terms of DC. Further, by using the resonators 62c and 63c having the electrical characteristics described above, the resonators 62c and 63c (that is, the resonators 62c and 63c) are formed at the capacitance modulation frequency (frequency f2) of the capacitance changing function body 13A. As a result, the impedance of each of the structural units 32A and 33A) can be lowered, so that a sufficient alternating current (current i) can be passed through the capacity change function body 13A. For this reason, the accuracy of voltage detection in the voltage measuring apparatus 1 using the capacity change function body 13A can be sufficiently increased.

また、図2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および第4の構成単位34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5に示す容量変化機能体13A−1は、図2に示す容量変化機能体13における第1の構成単位31および第4の構成単位34の各第1電気的要素E11,E14を第3電気的要素E31,E34(一例として電気的特性の同じコンデンサ61,64)でそれぞれ置き換えて構成された第1の構成単位31Aおよび第4の構成単位34Aを含んで構成されている。なお、コンデンサ61,64に代えて、電気的特性(周波数−インピーダンス特性)の同じ一対の共振体61a,64aを使用してもよい。この場合、共振体61a,64aについては、駆動信号S2の周波数f1の2倍の周波数(容量変調周波数)f2のときにインピーダンスが最小となり、かつそれ以外の周波数のときに十分に高いインピーダンスとなる電気的特性の共振体を使用する。具体的には、セラミック共振器、水晶振動子、およびコイルとコンデンサとで構成されたLC共振回路(直列共振回路)などの各種共振体を用いることができる。また、この共振体61a,64aについては、直流電流の通過を阻止する構成とする。   In the capacity change function body 13 shown in FIG. 2, the first electrical element included in the first structural unit 31 and the fourth structural unit 34 among the first to fourth structural units 31 to 34. The capacitance changing function body can be configured by replacing E1 with a third electrical element that allows passage of an AC signal while preventing passage of a DC signal. 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 13A-1 illustrated in FIG. 5 includes the first electrical elements E11 and E14 of the first structural unit 31 and the fourth structural unit 34 in the capacity change function body 13 illustrated in FIG. It is configured to include a first structural unit 31A and a fourth structural unit 34A that are respectively replaced by third electrical elements E31 and E34 (capacitors 61 and 64 having the same electrical characteristics as an example). Instead of the capacitors 61 and 64, a pair of resonators 61a and 64a having the same electrical characteristics (frequency-impedance characteristics) may be used. In this case, the resonators 61a and 64a have a minimum impedance at a frequency (capacitance modulation frequency) f2 that is twice the frequency f1 of the drive signal S2, and a sufficiently high impedance at other frequencies. Use a resonator with electrical characteristics. Specifically, various resonators such as a ceramic resonator, a crystal resonator, and an LC resonance circuit (series resonance circuit) including a coil and a capacitor can be used. The resonators 61a and 64a are configured to block the passage of direct current.

また、図2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。なお、コンデンサ63,64に代えて、電気的特性(周波数−インピーダンス特性)の同じ一対の共振体63d,64aを使用してもよい。この場合、共振体63d,64aについては、駆動信号S2の周波数f1の2倍の周波数(容量変調周波数)f2のときにインピーダンスが最小となり、かつそれ以外の周波数のときに十分に高いインピーダンスとなる電気的特性の共振体を使用する。具体的には、セラミック共振器、水晶振動子、およびコイルとコンデンサとで構成されたLC共振回路(直列共振回路)などの各種共振体を用いることができる。また、この共振体63d,64aについては、直流電流の通過を阻止する構成とする。   In the capacity change function body 13 shown in FIG. 2, the set of the first structural unit 31 and the second structural unit 32 among the first to fourth structural units 31 to 34, and the third structural unit. The first electrical element E1 included in each of the structural units of one set of the group 33 and the fourth structural unit 34 is allowed to pass the AC signal while blocking the passage of the DC signal. The capacitance changing function body can be configured by replacing with three electrical elements. 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). Instead of the capacitors 63 and 64, a pair of resonators 63d and 64a having the same electrical characteristics (frequency-impedance characteristics) may be used. In this case, the resonators 63d and 64a have a minimum impedance at a frequency (capacitance modulation frequency) f2 that is twice the frequency f1 of the drive signal S2, and a sufficiently high impedance at other frequencies. Use a resonator with electrical characteristics. Specifically, various resonators such as a ceramic resonator, a crystal resonator, and an LC resonance circuit (series resonance circuit) including a coil and a capacitor can be used. The resonators 63d and 64a are configured to block the passage of direct current.

この容量変化機能体13A−1または容量変化機能体13Bを備えた電圧測定装置1においても、可変抵抗回路36を配設して、容量変化機能体13A−1または容量変化機能体13Bがブリッジ回路としての平衡条件(抵抗成分に関する平衡条件)が満足していない状況下において、各容量変化機能体13A−1,13Bの接続点B,C間の抵抗成分、および接続点C,D間の抵抗成分の比率を変更することにより、接続点A,B間および接続点C,D間の各抵抗成分の積と、接続点B,C間および接続点D,A間の各抵抗成分の積とを同一またはほぼ同一に調整することができる。このため、容量変化機能体13を備えた構成と同様にして、測定対象体4の電圧V1を示す測定結果としてのフィードバック電圧V4に生じるばらつきを低減できる結果、測定対象体4の電圧V1の測定精度を向上させることができる。また、機械的に可動する構成が存在していないため、高い周波数での容量変化動作が可能で、しかも信頼性の高い可変容量回路を実現することができる。また、容量変化機能体13A−1または容量変化機能体13Bを使用した構成においても、容量変化機能体13を使用した構成と同様にして、少なくとも隣接する一対の構成単位が第1電気的要素E1を含むため、各接続点B,D間に駆動信号S2が印加されたときに、各接続点A,C間の静電容量C1が駆動信号S2の周波数f1の2倍の周波数f2で変化する。このため、この容量変化機能体13A−1または容量変化機能体13Bを使用した電圧測定装置1(図1参照)でも、容量変化機能体13を使用した電圧測定装置1と同様にして、装置自体の信頼性を十分に向上させつつ、フィードバック電圧V4に対して数百kHz〜数MHzといった高い周波数での制御が可能(動作周波数の高速化が可能)になる結果、短時間で測定対象体4の電圧V1を測定することができる。   Also in the voltage measuring device 1 including the capacitance change function body 13A-1 or the capacitance change function body 13B, the variable resistance circuit 36 is provided so that the capacitance change function body 13A-1 or the capacity change function body 13B is a bridge circuit. As a result, the resistance component between the connection points B and C of the capacitance change function bodies 13A-1 and 13B and the resistance between the connection points C and D are not satisfied. By changing the ratio of the components, the product of each resistance component between the connection points A and B and between the connection points C and D, and the product of each resistance component between the connection points B and C and between the connection points D and A Can be adjusted to be the same or substantially the same. For this reason, in the same manner as the configuration including the capacitance changing function body 13, the variation occurring in the feedback voltage V4 as the measurement result indicating the voltage V1 of the measurement object 4 can be reduced. As a result, the measurement of the voltage V1 of the measurement object 4 Accuracy can be improved. In addition, since there is no mechanically movable configuration, a capacitance changing operation at a high frequency is possible, and a highly reliable variable capacitance circuit can be realized. Further, in the configuration using the capacity change function body 13A-1 or the capacity change function body 13B, as in the configuration using the capacity change function body 13, at least a pair of adjacent structural units is the first electrical element E1. Therefore, when the drive signal S2 is applied between the connection points B and D, the capacitance C1 between the connection points A and C changes at a frequency f2 that is twice the frequency f1 of the drive signal S2. . Therefore, the voltage measuring device 1 (see FIG. 1) using the capacitance changing function body 13A-1 or the capacity changing function body 13B is similar to the voltage measuring device 1 using the capacity changing function body 13, and the device itself. As a result, the feedback voltage V4 can be controlled at a high frequency such as several hundred kHz to several MHz (the operating frequency can be increased). Can be measured.

また、容量変化機能体13A−1または容量変化機能体13Bにおいて、上記した電気的特性の共振体61a,63d,64aを使用することにより、容量変化機能体13A−1または容量変化機能体13Bの容量変調周波数(周波数f2)において、各共振体61a,63d,64a(つまり共振体61a,63d,64aで構成された各構成単位31A,33B,34A)のインピーダンスを低くすることができる結果、容量変化機能体13A−1または容量変化機能体13Bに十分な交流電流(電流i)を流すことができる。このため、容量変化機能体13A−1または容量変化機能体13Bを使用した電圧測定装置1における電圧検出の精度を十分に高めることができる。   Further, in the capacity change function body 13A-1 or the capacity change function body 13B, by using the resonators 61a, 63d, and 64a having the electrical characteristics described above, the capacity change function body 13A-1 or the capacity change function body 13B can be used. As a result, the impedance of each of the resonators 61a, 63d, and 64a (that is, the structural units 31A, 33B, and 34A configured by the resonators 61a, 63d, and 64a) can be reduced at the capacitance modulation frequency (frequency f2). A sufficient alternating current (current i) can be passed through the change function body 13A-1 or the capacity change function body 13B. For this reason, the accuracy of the voltage detection in the voltage measuring device 1 using the capacity change function body 13A-1 or the capacity change function body 13B can be sufficiently increased.

また、この容量変化機能体13A−1は、接続点Aに接続されている各構成単位31A,34Aが共に、第3電気的要素(常時コンデンサとして機能して、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電気的要素)を含んでいる。このため、この容量変化機能体13A−1を備えた電圧測定装置1では、検出電極12とケース11とを、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することができる。また、容量変化機能体13Bにおいては、接続点Aに接続されている各構成単位31,34Aの一方が第1電気的要素(常時コンデンサとして機能する電気的要素)を含むと共に、他方がコンデンサまたは直流電流の通過阻止機能を有する共振体を含んで構成され、また接続点Cに接続されている各構成単位32,33の一方が第1電気的要素(常時コンデンサとして機能する電気的要素)を含むと共に、他方がコンデンサまたは直流電流の通過阻止機能を有する共振体を含んで構成されている。このため、検出電極12とケース11とを、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することができる。   In addition, in the capacitance changing function body 13A-1, each of the structural units 31A and 34A connected to the connection point A is a third electrical element (always functioning as a capacitor and prevents the passage of a DC signal). Electrical elements that allow the passage of AC signals). For this reason, in the voltage measuring apparatus 1 provided with this capacity change function body 13A-1, although the detection electrode 12 and the case 11 are connected in alternating current through the variable capacitance circuit 19, they are not short-circuited in direct current. Can be maintained in a state. In the capacity change function body 13B, one of the structural units 31 and 34A connected to the connection point A includes a first electrical element (an electrical element that always functions as a capacitor), and the other is a capacitor or One of the structural units 32 and 33 each including a resonator having a direct current passage blocking function and connected to the connection point C serves as a first electrical element (an electrical element that always functions as a capacitor). And the other includes a capacitor or a resonator having a function of preventing the passage of direct current. For this reason, although the detection electrode 12 and the case 11 are connected in an AC manner via the variable capacitance circuit 19, they can be maintained in a state where they are not short-circuited in terms of DC.

なお、図4〜6に示す容量変化機能体13A,13A−1,13Bについては、上記の構成に限定されるものではなく、図示はしないが、例えば、第1電気的要素E11,E12,E13,E14を可変容量ダイオードに代えて、一般的なダイオード(シリコンダイオード)で構成してもよいし、またカソード端子同士が接続されて直列接続された一対のダイオード(可変容量ダイオードやシリコンダイオード)で構成することもできる。   The capacity change function bodies 13A, 13A-1, and 13B shown in FIGS. 4 to 6 are not limited to the above-described configuration, and are not illustrated. For example, the first electrical elements E11, E12, and E13 , E14 may be configured by a general diode (silicon diode) instead of the variable capacitance diode, or by a pair of diodes (variable capacitance diode or silicon diode) connected in series with the cathode terminals connected to each other. It can also be configured.

また、図2に示す容量変化機能体13では、各構成単位31〜34を一対の第1素子41a,41b(具体的には一般的な可変容量ダイオード)でそれぞれ構成しているが、各構成単位31〜34を構成する一対の可変容量ダイオードは、アノード端子同士が接続されることにより、互いに逆向きに直列接続されている。すなわち、各構成単位31〜34は、P型半導体とN型半導体とが、N−P−P−Nというように配列されて構成されている。このため、図2に示す容量変化機能体13において各構成単位31〜34を構成する一対の第1素子41a,41b(ダイオード)を1つのNPN型バイポーラトランジスタTR1〜TR4で置き換えることにより、各構成単位31〜34に含まれている各第1電気的要素E1を1つのトランジスタでそれぞれ構成して、図7に示す容量変化機能体13Cを構成することもできる。この容量変化機能体13Cでは、各トランジスタTR1〜TR4が、各々の入力端子(コレクタ端子およびエミッタ端子の一方)および出力端子(コレクタ端子およびエミッタ端子の他方)がそれぞれ接続されて(それぞれ接続点となって)、各構成単位31〜34で構成される環状経路内に配設されている。なお、各トランジスタTR1〜TR4の制御端子(ベース端子)は未接続となる(接続点とはならない)。   Further, in the capacitance change function body 13 shown in FIG. 2, each of the structural units 31 to 34 is configured by a pair of first elements 41a and 41b (specifically, general variable capacitance diodes). The pair of variable capacitance diodes constituting the units 31 to 34 are connected in series in opposite directions by connecting the anode terminals to each other. That is, each of the structural units 31 to 34 is configured by arranging a P-type semiconductor and an N-type semiconductor in the form of N-P-P-N. Therefore, by replacing the pair of first elements 41a and 41b (diodes) constituting each of the structural units 31 to 34 with one NPN bipolar transistor TR1 to TR4 in the capacitance change function body 13 shown in FIG. Each of the first electric elements E1 included in the units 31 to 34 can be configured by one transistor to form the capacitance changing function body 13C shown in FIG. In this capacitance change function body 13C, each of the transistors TR1 to TR4 has its input terminal (one of the collector terminal and the emitter terminal) and its output terminal (the other of the collector terminal and the emitter terminal) connected to each other (respectively connected to the connection point). It is arranged in an annular path composed of the respective structural units 31 to 34. Note that the control terminals (base terminals) of the transistors TR1 to TR4 are not connected (does not become connection points).

また、図2に示す容量変化機能体13では、各接続点A,B,C,Dを挟んで、構成単位31,34、構成単位31,32、構成単位32,33、および構成単位33,34の各第1電気的要素E1に含まれている1つのダイオード同士が互いに隣接している(具体的には、各ダイオード同士が互いに逆向きに直列接続されている)。このように、逆向きに直列接続された一対のダイオードで第1電気的要素E1が構成され、かつ少なくとも2つの隣接する構成単位がこの第1電気的要素E1を含んでいる容量変化機能体13では、この2つの構成単位間の接続点を挟んで、各第1電気的要素E1に含まれている1つのダイオード同士が互いに逆向きに直列接続された構成となる。このため、この容量変化機能体13では、この接続点を介して、各ダイオードを構成する2つのP型半導体と2つのN型半導体とがP−N−N−Pという順序で配列されている。具体的には、図2の容量変化機能体13では、第4の構成単位34の第1素子41bと第1の構成単位31の第1素子41aとの組、第1の構成単位31の第1素子41bと第2の構成単位32の第1素子41aとの組、第2の構成単位32の第1素子41bと第3の構成単位33の第1素子41aとの組、および第3の構成単位33の第1素子41bと第4の構成単位34の第1素子41aとの組において、各第1素子41a,41bを構成する2つのダイオードが互いに逆向きに直列接続される結果、各接続点A,B,C,Dを挟んで2つのP型半導体と2つのN型半導体とが、P−N−N−Pという順序で配列されている。このため、各組の2つのダイオードを1つのPNP型バイポーラトランジスタTR5〜TR8で置き換えることにより、図8に示す容量変化機能体13Dを構成することもできる。この場合、各第1電気的要素E1は、1つのトランジスタの一部と、他の1つのトランジスタの一部とで構成されることになる。この容量変化機能体13Dでも、容量変化機能体13Cと同様にして、各トランジスタTR5〜TR8が、各々の入力端子(コレクタ端子およびエミッタ端子の一方)および出力端子(コレクタ端子およびエミッタ端子の他方)がそれぞれ接続されて(それぞれ接続点となって)、各構成単位31〜34で構成される環状経路内に配設されている。他方、各トランジスタTR5〜TR8の制御端子(ベース端子)は、容量変化機能体13Cとは異なり、接続点A,B,C,Dとして使用される。   Further, in the capacity change function body 13 shown in FIG. 2, the structural units 31 and 34, the structural units 31 and 32, the structural units 32 and 33, and the structural units 33 and 33 are sandwiched between the connection points A, B, C, and D. One diode included in each of the first electric elements E1 of 34 is adjacent to each other (specifically, the diodes are connected in series in opposite directions to each other). In this way, the first electric element E1 is constituted by a pair of diodes connected in series in opposite directions, and the capacitance changing function body 13 in which at least two adjacent structural units include the first electric element E1. Then, one diode included in each first electrical element E1 is connected in series in opposite directions with a connection point between the two structural units interposed therebetween. For this reason, in this capacitance change function body 13, two P-type semiconductors and two N-type semiconductors constituting each diode are arranged in the order of PNNP via this connection point. . Specifically, in the capacitance change function body 13 of FIG. 2, a set of the first element 41 b of the fourth structural unit 34 and the first element 41 a of the first structural unit 31, and the first of the first structural unit 31. A set of one element 41b and the first element 41a of the second structural unit 32, a set of the first element 41b of the second structural unit 32 and the first element 41a of the third structural unit 33, and a third In the set of the first element 41b of the structural unit 33 and the first element 41a of the fourth structural unit 34, the two diodes constituting each of the first elements 41a and 41b are connected in series in opposite directions. Two P-type semiconductors and two N-type semiconductors are arranged in the order of P—N—N—P across the connection points A, B, C, D. Therefore, the capacitance changing function body 13D shown in FIG. 8 can be configured by replacing two diodes in each group with one PNP-type bipolar transistor TR5 to TR8. In this case, each first electrical element E1 is composed of a part of one transistor and a part of the other one transistor. In the capacitance change function body 13D, each of the transistors TR5 to TR8 has an input terminal (one of the collector terminal and the emitter terminal) and an output terminal (the other of the collector terminal and the emitter terminal) in the same manner as the capacitance change function body 13C. Are connected to each other (each as a connection point) and arranged in an annular path constituted by the respective structural units 31 to 34. On the other hand, the control terminals (base terminals) of the transistors TR5 to TR8 are used as connection points A, B, C, and D, unlike the capacitance change function body 13C.

また、図2に示す容量変化機能体13における各可変容量ダイオードを逆向きにして、カソード端子同士が接続されて互いに直列に接続された一対のダイオードで各構成単位31〜34の各第1電気的要素E1が構成された容量変化機能体(図示せず)についても、図9に示す容量変化機能体13Eのように、PNP型バイポーラトランジスタTR5〜TR8で置き換えることができるし、また図10に示す容量変化機能体13Fのように、NPN型バイポーラトランジスタTR1〜TR4で置き換えることができる。このようにトランジスタTR1〜TR4(またはTR5〜TR8)を用いて第1電気的要素E1を構成することにより、より少ない部品点数で、簡易、かつ安価に容量変化機能体13C〜13Fを構成することができる。   Further, each variable capacitance diode 13 in the capacitance change function body 13 shown in FIG. 2 is turned in the reverse direction, and each first electric unit of each of the structural units 31 to 34 is composed of a pair of diodes connected in series with the cathode terminals connected to each other. The capacity change function body (not shown) in which the target element E1 is configured can be replaced with PNP-type bipolar transistors TR5 to TR8 as in the capacity change function body 13E shown in FIG. It can be replaced by NPN bipolar transistors TR1 to TR4 as shown in the capacitance changing function body 13F shown. In this way, by configuring the first electrical element E1 using the transistors TR1 to TR4 (or TR5 to TR8), the capacitance changing functional units 13C to 13F can be configured easily and inexpensively with a smaller number of parts. Can do.

また、上記した電圧測定装置1では、抵抗を用いて電流検出器15を構成しているが、インピーダンス素子であれば、抵抗に限らず、コンデンサやコイルで構成することもできるし、これらを組み合わせて構成することもできる。このようにインピーダンス素子を用いることにより、インピーダンス素子のインピーダンス値を変えることにより、電流iが流れたときに発生する電圧V2の電圧値を任意に変更することができる。このため、測定対象体4の電圧V1の高低に応じて電流検出器15に発生する電圧V2を適切な値に設定できる結果、低電圧から高電圧までの広い電圧範囲に亘って測定対象体4の電圧V1を正確に測定することができる。また、容量変化機能体13に流れる電流iと同様にして、容量変化機能体13の両端間電圧も、測定対象体4の電圧V1と参照電位(ケース11の電位、つまりフィードバック電圧V4)との電位差に比例して変化する。このため、図示はしないが、電流検出器15を配設せずに、容量変化機能体13,13A,・・,13Fの両端間電圧をプリアンプ16で検出して検出信号S3として出力する構成を採用することもできる。   Moreover, in the voltage measuring apparatus 1 described above, the current detector 15 is configured using a resistor. However, as long as it is an impedance element, the current detector 15 can be configured not only by a resistor but also by a capacitor or a coil, or a combination thereof. It can also be configured. By using the impedance element in this way, the voltage value of the voltage V2 generated when the current i flows can be arbitrarily changed by changing the impedance value of the impedance element. For this reason, as a result that the voltage V2 generated in the current detector 15 can be set to an appropriate value according to the level of the voltage V1 of the measurement object 4, the measurement object 4 can be set over a wide voltage range from a low voltage to a high voltage. Can be accurately measured. Similarly to the current i flowing through the capacitance change function body 13, the voltage across the capacitance change function body 13 is also the voltage V1 of the measurement object 4 and the reference potential (the potential of the case 11, that is, the feedback voltage V4). It changes in proportion to the potential difference. For this reason, although not shown, a configuration in which the voltage between both ends of the capacitance change function bodies 13, 13A,..., 13F is detected by the preamplifier 16 and output as the detection signal S3 without providing the current detector 15 is provided. It can also be adopted.

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. 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. 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. 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13A−1の回路図である。It is a circuit diagram of capacity change functional body 13A-1. 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. 容量変化機能体13Cの回路図である。It is a circuit diagram of capacity change functional body 13C. 容量変化機能体13Dの回路図である。It is a circuit diagram of capacity change functional body 13D. 容量変化機能体13Eの回路図である。It is a circuit diagram of capacity change function body 13E. 容量変化機能体13Fの回路図である。It is a circuit diagram of capacity change function body 13F. 検出信号S3の校正後の波形図である。It is a wave form diagram after calibration of detection signal S3. 本願発明者が既に開発している可変容量回路19およびその周辺回路のブロック図である。2 is a block diagram of a variable capacitance circuit 19 and its peripheral circuits that have already been developed by the inventor of the present application. FIG. 図12に示す検出信号S3の波形図である。FIG. 13 is a waveform diagram of a detection signal S3 shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 電圧測定装置
2 プローブユニット
3 本体ユニット
4 測定対象体
11 ケース
12 検出電極
13,13A,13A−1,13B〜13G 容量変化機能体
14 駆動回路
15 電流検出器
19 可変容量回路
25 電圧生成回路
31,32,32A,33,33A,33B,34,34A 構成単位
71,71A 調整回路
CNT 電圧制御部
E11〜E14 第1電気的要素
E22,E23 第2電気的要素
E33,E34 第3電気的要素
i 電流
V1 測定対象体4の電圧
V4 フィードバック電圧(参照電位)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Voltage measuring apparatus 2 Probe unit 3 Main body unit 4 Measurement object 11 Case 12 Detection electrode 13, 13A, 13A-1, 13B-13G Capacitance change functional body 14 Drive circuit 15 Current detector 19 Variable capacity circuit 25 Voltage generation circuit 31 , 32, 32A, 33, 33A, 33B, 34, 34A Structural unit 71, 71A Adjustment circuit CNT Voltage controller E11 to E14 First electrical element E22, E23 Second electrical element E33, E34 Third electrical element i Current V1 Voltage of measurement object 4 V4 Feedback voltage (reference potential)

Claims (5)

測定対象体に対向可能な検出電極、前記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、前記参照電位を生成する電圧生成回路、および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電圧制御部を備えて前記測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、
前記可変容量回路は、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、かつ当該一端が当該他端に対して低電位のときに容量体として機能する2つの第1素子を逆向きに直列接続して構成された第1電気的要素をそれぞれ含む第1の構成単位、第2の構成単位、第3の構成単位および第4の構成単位がこの順に環状に接続されて構成されると共に当該第1の構成単位および当該第4の構成単位の接続点が前記検出電極に接続され、かつ当該第2の構成単位および当該第3の構成単位の接続点が前記参照電位に接続された容量変化機能体と、前記第1の構成単位および前記第2の構成単位の接続点と前記第3の構成単位および前記第4の構成単位の接続点との間に交流電圧を印加して前記容量変化機能体の静電容量を変化させる駆動回路と、前記第1の構成単位および前記第2の構成単位の接続点と当該第2の構成単位および前記第3の構成単位の接続点との間の抵抗成分、並びに当該第2の構成単位および当該第3の構成単位の接続点と当該第3の構成単位および前記第4の構成単位の接続点との間の抵抗成分の比率を変更する可変抵抗回路とを備えて構成されている電圧測定装置。
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 is configured to change its capacitance, a voltage generation circuit that generates the reference potential, and the A voltage configured to include a voltage 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, so that the voltage of the measurement object can be measured. A measuring device,
The variable capacitance circuit includes two first elements that function as a resistor when one end is at a high potential with respect to the other end, and that function as a capacitor when the one end is at a low potential with respect to the other end. A first structural unit, a second structural unit, a third structural unit, and a fourth structural unit each including a first electrical element configured in series connection in the opposite direction are connected in a ring shape in this order. The connection point of the first structural unit and the fourth structural unit is connected to the detection electrode, and the connection point of the second structural unit and the third structural unit is connected to the reference potential. An alternating voltage is applied between the capacitance changing functional unit, the connection point of the first structural unit and the second structural unit, and the connection point of the third structural unit and the fourth structural unit. Drive operation to change the capacitance of the capacitance change function body. A resistance component between a connection point of the first structural unit and the second structural unit and a connection point of the second structural unit and the third structural unit, and the second structural unit and Voltage measurement configured to include a variable resistance circuit that changes a ratio of resistance components between the connection point of the third structural unit and the connection points of the third structural unit and the fourth structural unit. apparatus.
測定対象体に対向可能な検出電極、前記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、前記参照電位を生成する電圧生成回路、および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電圧制御部を備えて前記測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、
前記可変容量回路は、第1の構成単位、第2の構成単位、第3の構成単位および第4の構成単位がこの順に環状に接続されて構成され、かつ当該第1の構成単位および当該第4の構成単位が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、かつ当該一端が当該他端に対して低電位のときに容量体として機能する2つの第1素子を逆向きに直列接続して構成された第1電気的要素をそれぞれ含むと共に、当該第2の構成単位および当該第3の構成単位が交流信号の通過を許容する第2電気的要素をそれぞれ含み、かつ当該第1の構成単位および当該第4の構成単位の接続点が前記検出電極に接続されると共に当該第2の構成単位および当該第3の構成単位の接続点が前記参照電位に接続された容量変化機能体と、前記第1の構成単位および前記第2の構成単位の接続点と前記第3の構成単位および前記第4の構成単位の接続点との間に交流電圧を印加して前記容量変化機能体の静電容量を変化させる駆動回路と、前記第1の構成単位および前記第2の構成単位の接続点と当該第2の構成単位および前記第3の構成単位の接続点との間の抵抗成分、並びに当該第2の構成単位および当該第3の構成単位の接続点と当該第3の構成単位および前記第4の構成単位の接続点との間の抵抗成分の比率を変更する可変抵抗回路とを備えて構成されている電圧測定装置。
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 is configured to change its capacitance, a voltage generation circuit that generates the reference potential, and the A voltage configured to include a voltage 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, so that the voltage of the measurement object can be measured. A measuring device,
The variable capacitance circuit includes a first structural unit, a second structural unit, a third structural unit, and a fourth structural unit that are annularly connected in this order, and the first structural unit and the first structural unit. The four constituent elements 4 function as a resistor when one end is at a high potential with respect to the other end, and the two first elements that function as a capacitor when the one end is at a low potential with respect to the other end are reversed. Each including a first electrical element configured in series connection in a direction, each of the second structural unit and the third structural unit including a second electrical element that allows passage of an AC signal; and A capacitor in which a connection point of the first structural unit and the fourth structural unit is connected to the detection electrode, and a connection point of the second structural unit and the third structural unit is connected to the reference potential A change function body and the first structural unit And driving to change the capacitance of the capacitance change function body by applying an AC voltage between the connection point of the second structural unit and the connection point of the third structural unit and the fourth structural unit. A circuit, a resistance component between a connection point of the first structural unit and the second structural unit and a connection point of the second structural unit and the third structural unit, and the second structural unit And a variable resistance circuit that changes the ratio of the resistance component between the connection point of the third structural unit and the connection point of the third structural unit and the fourth structural unit. measuring device.
測定対象体に対向可能な検出電極、前記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、前記参照電位を生成する電圧生成回路、および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電圧制御部を備えて前記測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、
前記可変容量回路は、第1の構成単位、第2の構成単位、第3の構成単位および第4の構成単位がこの順に環状に接続されて構成され、かつ当該第2の構成単位および当該第3の構成単位が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、かつ当該一端が当該他端に対して低電位のときに容量体として機能する2つの第1素子を逆向きに直列接続して構成された第1電気的要素をそれぞれ含むと共に、当該第1の構成単位および当該第4の構成単位が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電気的要素をそれぞれ含み、かつ当該第1の構成単位および当該第4の構成単位の接続点が前記検出電極に接続されると共に当該第2の構成単位および当該第3の構成単位の接続点が前記参照電位に接続された容量変化機能体と、前記第1の構成単位および前記第2の構成単位の接続点と前記第3の構成単位および前記第4の構成単位の接続点との間に交流電圧を印加して前記容量変化機能体の静電容量を変化させる駆動回路と、前記第1の構成単位および前記第2の構成単位の接続点と当該第2の構成単位および前記第3の構成単位の接続点との間の抵抗成分、並びに当該第2の構成単位および当該第3の構成単位の接続点と当該第3の構成単位および前記第4の構成単位の接続点との間の抵抗成分の比率を変更する可変抵抗回路とを備えて構成されている電圧測定装置。
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 is configured to change its capacitance, a voltage generation circuit that generates the reference potential, and the A voltage configured to include a voltage 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, so that the voltage of the measurement object can be measured. A measuring device,
The variable capacitance circuit includes a first structural unit, a second structural unit, a third structural unit, and a fourth structural unit that are annularly connected in this order, and the second structural unit and the second structural unit. The two first elements that function as a resistor when one end of the three structural units has a high potential with respect to the other end and that function as a capacitor when the one end has a lower potential with respect to the other end are reversed. A third electrical element that includes first electrical elements that are connected in series in a direction, and that allows the first structural unit and the fourth structural unit to pass an AC signal while preventing the passage of a DC signal. Each of the electrical components is included, and the connection points of the first structural unit and the fourth structural unit are connected to the detection electrode, and the connection points of the second structural unit and the third structural unit are Capacitance changing function connected to the reference potential And applying the alternating voltage between the connection point of the first structural unit and the second structural unit and the connection point of the third structural unit and the fourth structural unit, the capacitance changing function body And a resistance component between a connection point of the first structural unit and the second structural unit and a connection point of the second structural unit and the third structural unit And a variable resistance circuit for changing a ratio of resistance components between the connection point of the second structural unit and the third structural unit and the connection point of the third structural unit and the fourth structural unit A voltage measuring device comprising:
測定対象体に対向可能な検出電極、前記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、前記参照電位を生成する電圧生成回路、および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電圧制御部を備えて前記測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、
前記可変容量回路は、第1の構成単位、第2の構成単位、第3の構成単位および第4の構成単位がこの順に環状に接続されて構成され、かつ当該第1の構成単位と当該第2の構成単位との組、および当該第3の構成単位と当該第4の構成単位との組のうちの一方の組の各構成単位が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、かつ当該一端が当該他端に対して低電位のときに容量体として機能する2つの第1素子を逆向きに直列接続して構成された第1電気的要素をそれぞれ含むと共に、他の組の各構成単位が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電気的要素をそれぞれ含み、かつ当該第1の構成単位および当該第4の構成単位の接続点が前記検出電極に接続されると共に当該第2の構成単位および当該第3の構成単位の接続点が前記参照電位に接続された容量変化機能体と、前記第1の構成単位および前記第2の構成単位の接続点と前記第3の構成単位および前記第4の構成単位の接続点との間に交流電圧を印加して前記容量変化機能体の静電容量を変化させる駆動回路と、前記第1の構成単位および前記第2の構成単位の接続点と当該第2の構成単位および前記第3の構成単位の接続点との間の抵抗成分、並びに当該第2の構成単位および当該第3の構成単位の接続点と当該第3の構成単位および前記第4の構成単位の接続点との間の抵抗成分の比率を変更する可変抵抗回路とを備えて構成されている電圧測定装置。
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 is configured to change its capacitance, a voltage generation circuit that generates the reference potential, and the A voltage configured to include a voltage 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, so that the voltage of the measurement object can be measured. A measuring device,
The variable capacitance circuit includes a first structural unit, a second structural unit, a third structural unit, and a fourth structural unit that are annularly connected in this order, and the first structural unit and the first structural unit A resistor when one end of each set of the set of 2 set units and the set of the set 3 set units and the set 4 set units is at a higher potential than the other end Each of which includes a first electrical element configured by connecting two first elements that function as a capacitor when the one end is at a low potential relative to the other end in series in a reverse direction, Each of the other structural units includes a third electrical element that allows the passage of the alternating current signal while preventing the passage of the direct current signal, and the connection point between the first structural unit and the fourth structural unit is The second structural unit and the second unit are connected to the detection electrode A capacitance change function body in which the connection point of the structural unit is connected to the reference potential, the connection point of the first structural unit and the second structural unit, the third structural unit, and the fourth structural unit A driving circuit that changes an electrostatic capacity of the capacitance change function body by applying an AC voltage between the first structural unit and the second structural unit, and the second structural unit. The resistance component between the structural unit and the connection point of the third structural unit, and the connection point of the second structural unit and the third structural unit, the third structural unit, and the fourth structural unit And a variable resistance circuit that changes a ratio of a resistance component between the connection point and the voltage measuring device.
前記第1素子は、P型半導体およびN型半導体で形成されたダイオードで構成されている請求項1から4のいずれかに記載の電圧測定装置。   5. The voltage measuring apparatus according to claim 1, wherein the first element includes a diode formed of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor.
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