JP2011043491A - 電圧検出装置および線間電圧検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出電極と検出対象体との間の静電容量を算出することなく検出対象体の電圧を検出する。
【解決手段】検出対象体４に対向して配設される検出電極１２と、参照信号Ｓｓを出力する参照信号出力部３１と、検出電極１２に接続されると共に参照信号Ｓｓを入力して、交流電圧Ｖ１に基づいて流れる検出対象電流Ｉｖ１および参照信号Ｓｓに基づいて流れる参照電流Ｉｓ１の両電流値に応じて振幅が変化する検出信号Ｓ１を出力する検出部１４Ａと、検出信号Ｓ１を所定の利得で増幅して増幅検出信号Ｓ３を生成しつつ、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分についての振幅が一定となるように利得を制御すると共に、交流電圧Ｖ１の信号成分を増幅検出信号Ｓ３から抽出して出力信号Ｓｏとして出力する信号抽出部３２とを備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、検出対象体の検出対象交流電圧を非接触で検出する非接触型の電圧検出装置、およびこの電圧検出装置を備えた線間電圧検出装置に関するものである。

この種の電圧検出装置として、下記の特許文献１に開示された非接触電圧計測装置（以下、「電圧検出装置」ともいう）が知られている。この電圧検出装置は、電線の絶縁物についての一部の表面を覆うことが可能な検出電極および検出電極を覆うシールド電極を備えた検出プローブと、所定の周波数の信号を出力する発振器とを備え、発振器の信号を検出電極に加えることによって、検出電極と電線の導体との間のインピーダンスを計測し、導体に印加された電圧に起因して検出電極から流出する電流を検出用抵抗器（抵抗値：Ｒ１）を用いて計測し、電流とインピーダンスとから導体に印加された電圧を計測することが可能となっている。

具体的には、この電圧検出装置では、まず、検出プローブを開き、発振器からの信号を検出用抵抗器を介して検出電極に印加している状態において、シールド電極と接地との間の静電容量（以下、説明のため第１静電容量という）の計測を行う。この計測によって得られる第１静電容量は、検出用抵抗器の抵抗値が第１静電容量についてのリアクタンスに比べて無視できる程度に小さいため、発振器から出力される信号電圧、検出用抵抗器の抵抗値、発振器から出力される信号の角周波数、および検出用抵抗の両端電圧から算出される。

次いで、電線を挟んで検出プローブを閉じ、発振器からの信号を検出用抵抗器を介して検出電極に印加している状態での静電容量（以下、説明のため第２静電容量という）の計測を行う。これによって計測される第２静電容量は、上記した第１静電容量と、検出電極および電線間の静電容量（以下、説明のため第３静電容量という）との合成容量となり、検出用抵抗器の抵抗値がこの合成容量についてのリアクタンスに比べて無視できる程度に小さいため、発振器から出力される信号電圧、検出用抵抗器の抵抗値、発振器から出力される信号の角周波数、および検出用抵抗の両端電圧から算出される。また、算出された第２静電容量から上記した第１静電容量を減算することにより、第３静電容量、つまり検出電極と電線の導体との間の静電容量が算出される。

続いて、電線を挟んで検出プローブを閉じ、発振器からの信号を検出用抵抗器を介して検出電極に印加している状態での、導体に印加された電圧に起因する検出用抵抗器の両端電圧を求める。導体の側から見た検出用抵抗器を経由する回路のインピーダンスは、検出用抵抗器の抵抗値と第３静電容量のリアクタンスとの加算値となるが、検出用抵抗器の抵抗値が第３静電容量についてのリアクタンスに比べて無視できる程度に小さいため、第３静電容量についてのリアクタンスとなる。これにより、検出用抵抗器に流れる電流は、導体に印加された電圧をこのリアクタンスで除算した値となるため、検出用抵抗器の両端電圧は、検出用抵抗器に流れる電流に検出用抵抗器の抵抗値を乗算した値となる。この場合、この検出用抵抗器の両端電圧は、導体に印加された電圧の角周波数、検出電極と電線との間の第３静電容量、導体に印加されている電圧、および検出用抵抗器の抵抗値の各パラメータで表される。したがって、電圧検出装置では、導体に印加されている電圧を、検出用抵抗器の両端電圧、導体に印加された電圧の角周波数、検出電極と電線との間の第３静電容量、および検出用抵抗器の抵抗値から算出して、表示部に表示させる。

特許第３１５８０６３号公報（第４−６頁、第３図）

ところが、上記の電圧検出装置には、以下のような問題点がある。すなわち、この電圧検出装置では、シールド電極と接地との間の静電容量（上記の第１静電容量）、および検出電極と電線の導体との間の静電容量（上記の第３静電容量）を個別に算出しなければならないため、導体に印加されている電圧の検出作業に手間や時間がかかるという問題点が存在している。

本発明は、上記の問題を解決すべくなされたものであり、検出電極と検出対象体（上記の例では電線の導体）との間の静電容量を算出することなく、検出対象体の電圧を検出し得る非接触型の電圧検出装置を提供することを主目的とする。また、電路間の線間電圧を検出し得る線間電圧検出装置を提供することを他の主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の電圧検出装置は、検出対象体に生じている検出対象交流電圧を検出する電圧検出装置であって、前記検出対象体に対向して配設されて当該検出対象体と容量結合する検出電極と、参照信号を出力する参照信号出力部と、前記検出電極に接続されると共に前記参照信号を入力して、前記検出対象交流電圧に基づいて流れる検出対象電流および前記参照信号に基づいて流れる参照電流の両電流値に応じて振幅が変化する検出信号を出力する検出部と、前記検出信号を所定の利得で増幅して増幅検出信号を生成しつつ、当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号の信号成分についての振幅が一定となるように前記利得を制御すると共に、前記検出対象交流電圧の信号成分を当該増幅検出信号から抽出して出力信号として出力する信号抽出部とを備えている。

上記目的を達成すべく請求項２記載の電圧検出装置は、検出対象体に生じている検出対象交流電圧を検出する電圧検出装置であって、前記検出対象体に対向して配設されて当該検出対象体と容量結合する検出電極と、基準電圧部の電圧を基準として生成されたフローティング電源で作動して、前記検出対象交流電圧と当該基準電圧部の前記電圧との間の交流の電位差に応じて振幅が変化する検出信号を出力する検出部と、参照信号を前記基準電圧部に出力する参照信号出力部と、前記検出信号を所定の利得で増幅して増幅検出信号を生成しつつ、当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号の信号成分についての振幅が一定となるように前記利得を制御すると共に、前記検出対象交流電圧の信号成分を当該増幅検出信号から抽出して出力信号として出力する信号抽出部とを備えている。

また、請求項３記載の電圧検出装置は、請求項１または２記載の電圧検出装置において、前記信号抽出部は、前記検出信号を前記利得で増幅して前記増幅検出信号を生成する増幅回路と、当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号の信号成分の振幅を示す検波信号を前記参照信号出力部から出力される前記参照信号を用いた同期検波によって検出する同期検波回路と、前記増幅回路の前記利得を前記検波信号に基づいて制御する制御回路とを備えている。

上記目的を達成すべく請求項４記載の電圧検出装置は、検出対象体に生じている検出対象交流電圧を検出する電圧検出装置であって、前記検出対象体に対向して配設されて当該検出対象体と容量結合する検出電極と、基準電圧部の電圧を基準として生成されたフローティング電源で作動して、前記検出対象交流電圧と当該基準電圧部の前記電圧との間の交流の電位差に応じて振幅が変化する検出信号を出力する検出部と、参照信号を前記基準電圧部に出力する参照信号出力部と、前記検出信号を入力すると共に電気的に絶縁して絶縁検出信号として出力する絶縁部と、前記絶縁検出信号を所定の利得で増幅して増幅検出信号を生成しつつ、当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号の信号成分についての振幅が一定となるように前記利得を制御すると共に、前記検出対象交流電圧の信号成分を当該増幅検出信号から抽出して出力信号として出力する信号抽出部とを備えている。

また、請求項５記載の電圧検出装置は、請求項４記載の電圧検出装置において、前記信号抽出部は、前記絶縁検出信号を前記利得で増幅して前記増幅検出信号を生成する増幅回路と、当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号の信号成分の振幅を示す検波信号を前記参照信号出力部から出力される前記参照信号を用いた同期検波によって検出する同期検波回路と、前記増幅回路の前記利得を前記検波信号に基づいて制御する制御回路とを備えている。

また、請求項６記載の電圧検出装置は、請求項２，４または５記載の電圧検出装置において、前記参照信号出力部および前記信号抽出部に供給される正電圧および負電圧のうちの当該正電圧に基づいて前記参照信号の電圧に対して一定の正電圧である第１フローティング電圧を生成する第１シリーズ電源回路、および前記負電圧に基づいて前記参照信号の電圧に対して前記第１フローティング電圧と絶対値が等しい負電圧である第２フローティング電圧を生成する第２シリーズ電源回路を備えた電源部を有し、当該電源部が前記検出部に前記各フローティング電圧を供給する。

また、請求項７記載の電圧検出装置は、請求項６記載の電圧検出装置において、前記第１シリーズ電源回路は、前記正電圧に接続された第１抵抗、当該第１抵抗から電流の供給を受けて作動する第１ツェナーダイオード、および前記正電圧にコレクタ端子が接続されると共にベース端子に前記第１ツェナーダイオードのツェナー電圧が入力されてエミッタ端子に前記第１フローティング電圧を生成する第１トランジスタを備え、前記第２シリーズ電源回路は、前記負電圧に接続された第２抵抗、当該第２抵抗から電流の供給を受けて作動する第２ツェナーダイオード、および前記負電圧にコレクタ端子が接続されると共にベース端子に前記第２ツェナーダイオードのツェナー電圧が入力されてエミッタ端子に前記第２フローティング電圧を生成する第２トランジスタを備えている。

また、請求項８記載の電圧検出装置は、請求項１から７のいずれかに記載の電圧検出装置において、前記信号抽出部は、前記増幅検出信号から前記検出対象交流電圧の前記信号成分を抽出して出力信号として出力するフィルタを備えている。

また、請求項９記載の電圧検出装置は、請求項１から８のいずれかに記載の電圧検出装置において、前記出力信号に基づいて前記検出対象交流電圧を検出する処理部を備えている。

また、請求項１０記載の電圧検出装置は、請求項９記載の電圧検出装置において、前記処理部は、前記出力信号に基づいて前記検出対象交流電圧の電圧値を算出する。

また、請求項１１記載の電圧検出装置は、請求項１から１０のいずれかに記載の電圧検出装置において、前記参照信号出力部は、方形波を生成する方形波生成回路、および当該方形波を積分して積分方形波として出力する積分回路を備え、前記検出部に対して当該積分方形波を前記参照信号として出力すると共に、前記信号抽出部に対して前記方形波を前記参照信号として出力する。

また、請求項１２記載の電圧検出装置は、請求項１から１０のいずれかに記載の電圧検出装置において、前記参照信号出力部は、擬似ノイズを生成する擬似ノイズ生成回路を備え、前記検出部および前記信号抽出部に対して当該擬似ノイズを前記参照信号として出力する。

また、請求項１３記載の線間電圧検出装置は、前記検出対象体としての対応する複数の電路に前記検出電極が対向可能に構成されて当該各電路に生じている交流電圧を前記検出対象交流電圧としてそれぞれ検出可能な複数の請求項１から１０のいずれかに記載の電圧検出装置と、前記複数の電圧検出装置のうちの一対の電圧検出装置によって検出された２つの前記電路の前記交流電圧の差分電圧を算出して当該２つの電路間の線間電圧を求める算出部とを備えている。

請求項１または２記載の電圧検出装置では、検出部が、検出対象体と容量結合する検出電極に接続されると共に参照信号出力部から参照信号を入力して、検出対象体の検出対象交流電圧に基づいて流れる検出対象電流および参照信号に基づいて流れる参照電流の両電流値に応じて振幅が変化する検出信号を出力し、信号抽出部が、検出信号を所定の利得で増幅して増幅検出信号を生成しつつ、増幅検出信号に含まれている参照信号の信号成分についての振幅が一定となるように利得を制御すると共に、検出対象交流電圧の信号成分を増幅検出信号から抽出して出力信号として出力する。この場合、検出対象体と検出電極との間の結合容量（静電容量）を含む１つの電流経路に、参照信号に起因した電流と検出対象交流電圧に起因した電流とが流れ、両電流に基づく電圧成分（参照信号の信号成分および検出対象交流電圧の信号成分）によって検出信号が構成されている。

したがって、これらの電圧検出装置によれば、増幅検出信号に含まれている参照信号の信号成分の振幅が一定となるように、信号処理部が絶縁検出信号に対する利得を制御して増幅検出信号を生成するため、検出対象体と検出電極との間の結合容量が未知の場合であっても（結合容量の容量値に拘わらず）、増幅検出信号に含まれている検出対象交流電圧の信号成分についての感度が一定の感度になるように、つまり、出力信号に含まれている検出対象交流電圧の信号成分の振幅が検出対象交流電圧の振幅に対応した大きさとなるように制御されるため、この検出対象交流電圧の信号成分で構成される出力信号の振幅に基づいて、検出対象交流電圧を正確に検出することができる。したがって、この電圧検出装置によれば、検出対象体と検出電極との間の結合容量（静電容量）を算出する手間を省いて（結合容量の算出を行うことなく）、検出対象交流電圧を非接触で検出することができる。

また、請求項３記載の電圧検出装置では、信号抽出部において、増幅回路が検出信号を所定の利得で増幅して増幅検出信号を生成し、同期検波回路が、増幅検出信号に含まれている参照信号についての信号成分の振幅を示す検波信号を参照信号を用いた同期検波によって検出し、この検波信号に基づいて制御回路が増幅回路の利得を制御する。したがって、この電圧検出装置によれば、同期検波によって参照信号の信号成分を正確に検出することができるため、高い精度で検波信号を検出でき、これによって出力信号に含まれている検出対象交流電圧の信号成分の振幅を高い精度で一定に制御することができるため、検出対象交流電圧の検出精度を一層向上させることができる。

請求項４記載の電圧検出装置では、参照信号出力部が基準電圧部に参照信号を出力し、フローティング電源で作動する検出部が、検出対象交流電圧と基準電圧部の電圧との間の交流の電位差に応じて振幅が変化する検出信号を出力し、絶縁部が検出信号を入力して絶縁検出信号として出力し、信号抽出部が、絶縁検出信号を所定の利得で増幅して増幅検出信号を生成しつつ、増幅検出信号に含まれている参照信号の信号成分についての振幅が一定となるように利得（絶縁検出信号に対する利得）を制御すると共に、検出対象交流電圧の信号成分を増幅検出信号から抽出して出力信号として出力する。

この場合も、検出対象体と検出電極との間の結合容量（静電容量）を含む１つの電流経路に、参照信号に起因した電流と検出対象交流電圧に起因した電流とが流れ、両電流に基づく電圧成分（参照信号の信号成分および検出対象交流電圧の信号成分）によって検出信号が構成されている。したがって、この電圧検出装置によれば、検出信号から生成される増幅検出信号に含まれている参照信号の信号成分の振幅を一定となるように、信号処理部が絶縁検出信号に対する利得を制御して増幅検出信号を生成するため、検出対象体と検出電極との間の結合容量が未知の場合であっても（結合容量の容量値に拘わらず）、増幅検出信号に含まれている検出対象交流電圧の信号成分についての感度が一定の感度になるように、つまり、出力信号に含まれている検出対象交流電圧の信号成分の振幅が検出対象交流電圧の振幅に対応した大きさとなるように制御されるため、この検出対象交流電圧の信号成分で構成される出力信号の振幅に基づいて、検出対象交流電圧を正確に検出することができる。この結果、この電圧検出装置によれば、検出対象体と検出電極との間の結合容量（静電容量）を算出する手間を省いて（結合容量の算出を行うことなく）、検出対象交流電圧を非接触で検出することができる。また、この電圧検出装置によれば、基準電圧部として例えばガード電極を使用することで、このガード電極内に、検出電極、フローティング電源、検出部および絶縁部を収容して、フローティング状態で作動させることができるため、ＣＭＲＲ（Common Mode Rejection Ratio ）を高めることができる。

また、請求項５記載の電圧検出装置では、信号抽出部において、増幅回路が絶縁検出信号を所定の利得で増幅して増幅検出信号を生成し、同期検波回路が、増幅検出信号に含まれている参照信号についての信号成分の振幅を示す検波信号を参照信号を用いた同期検波によって検出し、この検波信号に基づいて制御回路が増幅回路の利得を制御する。したがって、この電圧検出装置によれば、同期検波によって参照信号の信号成分を正確に検出することができるため、高い精度で検波信号を検出でき、これによって出力信号に含まれている検出対象交流電圧の信号成分の振幅を高い精度で一定に制御することができるため、検出対象交流電圧の検出精度を一層向上させることができる。

また、請求項６記載の電圧検出装置によれば、第１シリーズ電源回路および第２シリーズ電源回路が、参照信号出力部および信号抽出部に供給される正電圧および負電圧に基づいて、検出部で使用される参照信号の電圧に対して正電圧である第１フローティング電圧および負電圧である第２フローティング電圧を生成するため、バッテリやトランスなどの高価な部品の使用を回避できる結果、製品コストを大幅に低減することができる。

また、請求項７記載の電圧検出装置によれば、抵抗、ツェナーダイオードおよびトランジスタで第１シリーズ電源回路および第２シリーズ電源回路をそれぞれ構成したことにより、各シリーズ電源回路を少ない部品点数で簡易、かつ安価に構成することができる。

また、請求項８記載の電圧検出装置によれば、フィルタを使用して増幅検出信号から検出対象交流電圧の信号成分を抽出する構成としたことにより、簡易な構成でありながら、低コストで出力信号を生成することができる。

また、請求項９記載の電圧検出装置によれば、出力信号に基づいて検出対象交流電圧を検出する処理部を備えたことにより、例えば、処理部に対して一定間隔で検出対象交流電圧を検出させたり、また検出した検出対象交流電圧を表示装置などに波形として表示させることができ、利便性を高めることができる。

また、請求項１０記載の電圧検出装置によれば、処理部が出力信号に基づいて検出対象交流電圧の電圧値を算出するため、検出対象交流電圧を正確に検出（測定）することができる。

また、請求項１１記載の電圧検出装置によれば、参照信号出力部が、方形波を生成する方形波生成回路、および方形波を積分して積分方形波を出力する積分回路を備え、検出部に対してこの積分方形波を参照信号として出力することにより、方形波生成回路をロジック回路などを使用して簡易に構成することで、参照信号出力部全体の構成を簡易なものとしつつ、参照信号に基づいて流れる参照電流を、参照信号出力部から信号抽出部に対して出力される方形波と同じ方形波とすることができる。これにより、装置構成（具体的には、参照信号出力部全体の構成）を簡易なものとしつつ、信号抽出部において、同期検波によって参照信号の信号成分を正確に検出することができる。このため、高い精度で検波信号を検出でき、これによって出力信号に含まれている検出対象交流電圧の信号成分の振幅を検出対象交流電圧の振幅に一層対応した大きさとなるように制御できる結果、検出対象交流電圧の検出精度を一層向上させることができる。

また、請求項１２記載の電圧検出装置によれば、参照信号出力部が、擬似ノイズを生成する擬似ノイズ生成回路を備え、検出部および信号抽出部に対して擬似ノイズを参照信号として出力することにより、外乱（ノイズ）の影響を受けにくくすることができる。

また、請求項１３記載の線間電圧検出装置によれば、上記の電圧検出装置を使用したことにより、検出対象体である電路とこの電路に対応する検出電極との間の結合容量が未知の場合であっても、電路と検出電極との間の結合容量（静電容量）を算出することなく、線路間の線間電圧を非接触で正確に検出することができる。

電圧検出装置１の構成図である。 図１におけるフローティング回路部２の回路図である。 図１における増幅回路４１の回路図である。 電圧検出装置１Ａの構成図である。 図４における検出部１４Ａの回路図である。 他の参照信号出力部３１Ａのブロック図である。 他の参照信号出力部３１Ｂのブロック図である。 電圧検出装置１を使用した線間電圧検出装置５１のブロック図である。 電圧検出装置１Ａを使用した線間電圧検出装置５１Ａのブロック図である。 他の電源部１３Ａを備えた電圧検出装置１（１Ａ）におけるフローティング回路部２のブロック図である。 他の電源部１３Ａの回路図である。 絶縁部１５を使用しない構成のフローティング回路部２および差動増幅回路６３の回路図である。

以下、添付図面を参照して、電圧検出装置および線間電圧検出装置の実施の形態について説明する。

最初に、電圧検出装置１について、図面を参照して説明する。

電圧検出装置１は、非接触型の電圧検出装置であって、図１に示すように、フローティング回路部２および本体回路部３を備え、グランド電位Ｖｇを基準として検出対象体４に生じている交流電圧Ｖ１（検出対象交流電圧）を非接触で検出可能に構成されている。

フローティング回路部２は、図１に示すように、ガード電極１１、検出電極１２、電源部１３、検出部１４および絶縁部１５を備えている。ガード電極１１は、導電性材料（例えば金属材料）を用いて、フローティング回路部２における基準電圧部として構成されて、その内部に検出電極１２、検出部１４および絶縁部１５が収容されている。なお、後述するように、絶縁部１５は、その一次側回路で入力した信号をその二次側回路から一次側回路と電気的に絶縁した状態で出力する機能を備えたものであるため、ガード電極１１で覆われるべき部位は、少なくとも一次側回路まででよいが、二次側回路についてもガード電極１１で覆われる構成を採用することもできる。また、本例では、一例として、ガード電極１１に開口部（孔）１１ａが形成されている。検出電極１２は、一例として平板状に形成されて、ガード電極１１内における開口部１１ａを臨む位置に、ガード電極１１と非接触な状態で配設されている。また、検出電極１２は、交流電圧Ｖ１の検出に際しては、図１に示すように検出対象体４と容量結合（静電容量Ｃ０を介して結合）する。

電源部１３は、ガード電極１１の電圧Ｖｒを基準（ゼロボルト）とした種々のフローティング電圧を生成するフローティング電源として構成されている。また、電源部１３は、生成したフローティング電圧をガード電極１１内に配設された各構成要素に対して作動用電圧として供給する。本例では、一例として、電源部１３は、バッテリとＤＣ／ＤＣコンバータ（いずれも図示せず）とを備えて構成されて、ＤＣ／ＤＣコンバータがバッテリから出力される直流電圧に基づいて種々のフローティング電圧（例えば、電圧Ｖｒをゼロボルトとしたときに、電圧Ｖｒに対して正電圧である第１フローティング電圧Ｖｆ＋、および電圧Ｖｒに対して第１フローティング電圧Ｖｆ＋と絶対値が等しい負電圧である第２フローティング電圧Ｖｆ−。以下、単にフローティング電圧Ｖｆ＋、フローティング電圧Ｖｆ−ともいう）を作動用電圧として生成する。なお、図示はしないが、バッテリに代えて、ガード電極１１の外部からトランスを介して電気的に絶縁された状態でガード電極１１内に交流電圧を供給し、この交流電圧をガード電極１１内に設けた整流平滑部で直流電圧に変換してＤＣ／ＤＣコンバータに供給する構成を採用することもできる。

検出部１４は、検出電極１２に接続されると共に、参照信号出力部３１から参照信号Ｓｓを入力して（参照信号Ｓｓが印加されて）、交流電圧Ｖ１に基づいて流れる検出対象電流（交流電圧Ｖ１に起因した電流信号成分）Ｉｖ１、および参照信号Ｓｓに基づいて流れる参照電流（参照信号Ｓｓに起因した電流信号成分）Ｉｓ１の両電流値に応じて振幅が変化する検出信号Ｓ１を出力する。具体的には、検出部１４は、ガード電極１１の電圧Ｖｒに対して正電圧であるフローティング電圧Ｖｆ＋および負電圧であるフローティング電圧Ｖｆ−の供給を受けて作動して、交流電圧Ｖ１とガード電極１１の電圧Ｖｒとの間の交流の電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に応じた電流値で流れる電流信号Ｉ（検出電流）に基づいて、交流の電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に応じて振幅が変化する検出信号Ｓ１を生成して出力する。この場合、ガード電極１１には、後述する参照信号出力部３１から参照信号Ｓｓが出力（印加）される。この構成により、電圧Ｖｒは、参照信号Ｓｓの電圧Ｖｓと一致する。これにより、上記の電流信号Ｉは、参照信号Ｓｓに起因した参照電流Ｉｓ１と、交流電圧Ｖ１に起因した検出対象電流Ｉｖ１とで構成され、この電流信号Ｉに基づく検出信号Ｓ１も、参照電流Ｉｓ１に基づく電圧信号成分（以下、「参照電圧成分」）Ｖｓ１と、検出対象電流Ｉｖ１に基づく電圧信号成分（以下、「検出対象電圧成分」）Ｖｖ１とで構成されている。また、検出部１４は参照信号Ｓｓの電圧Ｖｓで変動するガード電極１１の電圧を基準として作動して検出信号Ｓ１を生成するため、検出信号Ｓ１に含まれる参照電圧成分Ｖｓ１は参照信号Ｓｓの電圧Ｖｓに対して逆位相の信号となる。

本例では、一例として、検出部１４は、図２に示すように、積分回路２１および増幅回路２２を含んで構成されている。積分回路２１は、非反転入力端子がガード電極１１に接続され、反転入力端子が検出電極１２に接続された演算増幅器２１ａ、演算増幅器２１ａの反転入力端子と出力端子との間に接続されたコンデンサ２１ｂ、およびコンデンサ２１ｂに並列に接続された抵抗２１ｃを備えている。この場合、コンデンサ２１ｂは、一例として０．０１μＦ程度のコンデンサで構成され、抵抗２１ｃは、例えば１ＭΩ程度の高い抵抗値の抵抗で構成されている。このため、この積分回路２１では、主としてコンデンサ２１ｂに電流信号Ｉが流れることにより、電流電圧変換動作と同時に積分動作が行われて、検出対象体４の交流電圧Ｖ１とガード電極１１の電圧Ｖｒとの交流の電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に比例して電圧値が変化する電圧信号Ｓ０が生成される。なお、この積分回路２１では、コンデンサ２１ｂのみでは直流付近での帰還量が著しく低下してゲインが極端に大きくなり、バイアス電流によるオフセットで演算増幅器２１ａが飽和する虞があり、この飽和によるダイナミックレンジの低下を抑制するため、抵抗２１ｃを配設している。増幅回路２２は、電圧信号Ｓ０を所定の増幅率で電圧増幅して検出信号Ｓ１として出力する。なお、図示はしないが、積分回路２１を、例えば電流信号Ｉを電圧信号に変換する電流電圧変換回路、およびこの電圧信号を積分して検出信号Ｓ１として出力する積分回路の２つの回路で構成することもできる。

絶縁部１５は、検出信号Ｓ１を入力すると共に電気的に絶縁して絶縁検出信号Ｓ２として出力する。具体的には、絶縁部１５は、一例として光絶縁素子（本例では、一例としてフォトカプラ）を用いて構成されて、その一次側回路としての発光ダイオード（不図示）に入力された検出信号Ｓ１を、その二次側回路としてのフォトトランジスタから絶縁検出信号Ｓ２として出力する。つまり、絶縁部１５は、検出信号Ｓ１と同位相で、かつ検出信号Ｓ１の振幅に比例して振幅が変化する信号を絶縁検出信号Ｓ２として出力する。なお、フォトカプラに代えて、一次側回路が発光ダイオードで構成され、かつ二次側回路がＦＥＴ対で構成された光ＭＯＳ−ＦＥＴを使用して絶縁部１５を構成することもできる。この場合、絶縁部１５では、その一次側回路は、フローティング電圧Ｖｆ＋，Ｖｆ−の供給を受けて作動する。また、検出信号Ｓ１が周波数の高い交流の場合には、トランスを使用して絶縁部１５を構成することもできる。

本体回路部３は、図１に示すように、参照信号出力部３１、信号抽出部３２、処理部３３、記憶部３４および出力部３５を備えている。この場合、参照信号出力部３１は、グランド電位Ｖｇを基準として電圧Ｖｓが所定の周期で変化する振幅が一定の参照信号Ｓｓ（周波数および振幅が一定の交流信号。一例として正弦波信号）を生成して、ガード電極１１に出力する。これにより、ガード電極１１は、その電圧Ｖｒが参照信号Ｓｓの電圧Ｖｓに規定される。つまり、ガード電極１１の電圧Ｖｒは、参照信号Ｓｓの電圧Ｖｓと一致した状態で所定の周期で変化する。本例では、参照信号出力部３１が参照信号Ｓｓをガード電極１１に直接出力する構成を採用しているが、参照信号Ｓｓは交流信号であるため、図示はしないが、参照信号出力部３１がコンデンサを介して参照信号Ｓｓをガード電極１１に出力する構成とすることもできる。また、参照信号出力部３１は、参照信号Ｓｓを信号抽出部３２にも出力する。なお、本例では、一例として、参照信号Ｓｓは、その周波数が検出対象体４の交流電圧Ｖ１の周波数よりも高い周波数に規定されている。この場合、参照信号Ｓｓの周波数を検出対象体４の交流電圧Ｖ１の周波数よりも低い周波数に規定することもできる。

信号抽出部３２は、一例として、増幅回路４１、同期検波回路４３、制御回路４４およびフィルタ４５を備え、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分の振幅が一定の振幅（予め規定された振幅）となるように絶縁検出信号Ｓ２を増幅して増幅検出信号Ｓ３を生成すると共に、この増幅検出信号Ｓ３から参照信号Ｓｓと同一の信号成分を除去して出力信号Ｓｏとして出力する。この場合、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分とは、参照信号Ｓｓのガード電極１１への出力（印加）に基づいて検出信号Ｓ１に含まれる参照電圧成分Ｖｓ１に起因する信号成分（つまり、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分）である。

具体的には、増幅回路４１は、絶縁検出信号Ｓ２を入力すると共に、制御回路４４から出力される制御信号（具体的には制御電圧）Ｓｃのレベル（直流電圧レベル）によって規定される増幅率（利得は１以上でも１未満でもよい）で絶縁検出信号Ｓ２を増幅して、増幅検出信号Ｓ３を生成して出力する。一例として、増幅回路４１は、図３に示すように、演算増幅器４１ａ、演算増幅器４１ａの反転入力端子とグランド電位との間に配設された可変抵抗素子（本例では、一例として、Ｊ−ＦＥＴ（Junction Field Effect Transistor：接合型電界効果トランジスタ））４１ｂ、および演算増幅器４１ａの反転入力端子と出力端子との間に配設された抵抗４１ｃを備えて構成されて、全体として非反転増幅回路として構成されている。この場合、可変抵抗素子４１ｂは、入力される制御信号Ｓｃのレベルに応じてその抵抗値が変化する。このため、増幅回路４１は、入力される制御信号Ｓｃのレベルに応じてその増幅率を変化させると共に、絶縁検出信号Ｓ２をこの増幅率で増幅して増幅検出信号Ｓ３として出力する。なお、可変抵抗素子としては、外部から入力される電圧に応じて抵抗値が変化する素子であればよく、Ｊ−ＦＥＴ以外の素子や回路を使用して構成することもできる。本例では、一例として、可変抵抗素子４１ｂは、入力される制御信号Ｓｃのレベルが増加したときにはその抵抗値が減少し、制御信号Ｓｃのレベルが減少したときにはその抵抗値が増加するように構成されている。この構成により、増幅回路４１の増幅率は、制御信号Ｓｃのレベルが増加したときには増加し、制御信号Ｓｃのレベルが減少したときには減少する。

同期検波回路４３は、増幅回路４１から増幅検出信号Ｓ３を入力すると共に、参照信号出力部３１から参照信号Ｓｓを入力して、この参照信号Ｓｓでこの増幅検出信号Ｓ３を同期検波することにより、検波信号Ｖｄを生成して出力する。具体的には、同期検波回路４３は、同期検波により、増幅検出信号Ｓ３に含まれる参照信号Ｓｓの信号成分（具体的には、参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分）の振幅の増減に応じて電圧の絶対値が増減し、かつ増幅検出信号Ｓ３に含まれる参照信号Ｓｓの信号成分の位相が参照信号Ｓｓの位相と一致しているとき（同位相のとき）と１８０°ずれているとき（逆位相のとき）とで極性の異なる検波信号Ｖｄを生成して出力する。本例では、増幅検出信号Ｓ３に含まれる参照信号Ｓｓの信号成分は、参照信号出力部３１による参照信号Ｓｓのガード電極１１（つまり、検出部１４）への出力（印加）に起因して生じたものであるため、参照信号Ｓｓと、増幅検出信号Ｓ３に含まれる参照信号Ｓｓの信号成分との位相関係は常に一定の関係（同位相か逆位相のいずれか。本例では一例として逆位相）となっている。したがって、本例の同期検波回路４３は、増幅検出信号Ｓ３に含まれる参照信号Ｓｓの信号成分についての振幅の増減に応じて電圧の絶対値が増減する一の極性（本例では一例として正極性）の検波信号Ｖｄを生成して出力する。

制御回路４４は、入力した検波信号Ｖｄの電圧および目標電圧Ｖｅ（内部で生成している電圧、または外部から入力している電圧。本例では一例として制御回路４４の外部から入力している電圧）に基づいて制御信号Ｓｃを生成して出力する。具体的には、制御回路４４は、検波信号Ｖｄの電圧が目標電圧Ｖｅよりも低いときには電圧レベルを増加させ、検波信号Ｖｄの電圧が目標電圧Ｖｅよりも高いときには電圧レベルを減少させて、制御信号Ｓｃを出力する。以上の構成により、信号抽出部３２では、増幅回路４１の利得（増幅率）に対するフィードバック制御が同期検波回路４３および制御回路４４によって行われて、制御回路４４が、増幅検出信号Ｓ３を構成する逆相信号成分（参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分）の振幅が一定となるように増幅回路４１の増幅率を検波信号Ｖｄに基づいて制御する。この場合、この予め規定された振幅として、任意の値を採用することができる。また、処理部３３での電圧算出処理において使用される後述の電圧算出用テーブルＴＢの作成に際しては、この採用した値を予め規定された振幅として、同期検波回路４３および制御回路４４が増幅回路４１の増幅率をフィードバック制御している状態において処理部３３によって取得されたデジタルデータＤ１に基づいて作成する。

フィルタ４５は、増幅回路４１から出力された増幅検出信号Ｓ３を入力すると共に、この増幅検出信号Ｓ３から交流電圧Ｖ１の信号成分を抽出して出力信号Ｓｏとして出力する。例えば、フィルタ４５は、バンドパスフィルタやローパスフィルタに構成されたパッシブフィルタ回路やアクティブフィルタ回路で構成されて、参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分の通過を阻止し、かつ検出対象体４の交流電圧Ｖ１に起因した検出対象電流Ｉｖ１に基づく電圧成分（交流電圧Ｖ１と同一周波数の信号成分）を通過させる。この構成により、信号抽出部３２は、検出対象体４の交流電圧Ｖ１に起因した検出対象電流Ｉｖ１に基づく電圧成分で構成される出力信号Ｓｏを生成して出力する。

この電圧検出装置１では、検出対象体４と検出電極１２との間に形成される静電容量Ｃ０の大きさに応じて、電流信号Ｉに含まれる参照電流Ｉｓ１および検出対象電流Ｉｖ１が同じ割合で変動し、検出信号Ｓ１に含まれる参照電圧成分Ｖｓ１および検出対象電圧成分Ｖｖ１も同じ割合で変動する。したがって、増幅検出信号Ｓ３を構成する逆相信号成分（参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分）および交流電圧Ｖ１と同一周波数の信号成分についても、両成分は同じ割合で変動するが、信号抽出部３２では、上記したフィードバック制御により、増幅検出信号Ｓ３は、この信号Ｓ３を構成する逆相信号成分（参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分）の振幅が一定となるように増幅回路４１によって生成される。このため、本例の構成の電圧検出装置１では、出力信号Ｓｏに含まれている検出対象電流Ｉｖ１に基づく電圧成分は、静電容量Ｃ０の大きさに拘わらず、その振幅が検出対象体４に発生している交流電圧Ｖ１の振幅に対応した大きさ（比例した大きさ）となる。したがって、信号抽出部３２から出力される出力信号Ｓｏは、その振幅が検出対象体４の交流電圧Ｖ１の振幅に比例して変化する信号となる。

処理部３３は、Ａ／Ｄ変換器およびＣＰＵ（いずれも図示せず）を備えて構成されて、出力信号Ｓｏの電圧波形（レベル）を所定周波数のサンプリングクロックでサンプリングしてデジタルデータＤ１に変換して記憶部３４に記憶させる記憶処理、このデジタルデータＤ１に基づいて交流電圧Ｖ１を算出する電圧算出処理、および算出した交流電圧Ｖ１を出力する出力処理を実行する。記憶部３４は、ＲＯＭやＲＡＭなどで構成されて、処理部３３での電圧算出処理において使用される電圧算出用テーブルＴＢが予め記憶されている。この電圧算出用テーブルＴＢの作成手順についてのその概要を説明する。一例として、増幅回路４１の利得（増幅率）に対するフィードバック制御が同期検波回路４３および制御回路４４によって行われて、制御回路４４が、増幅検出信号Ｓ３を構成する逆相信号成分（参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分）の振幅が一定（予め規定された振幅）となるように増幅回路４１の増幅率を検波信号Ｖｄに基づいて制御している状態において、検出対象体４に発生させる交流電圧Ｖ１の振幅を所定の電圧ステップで変化させつつデジタルデータＤ１を取得して、その電圧ステップで変化させた交流電圧Ｖ１に対応付けてデジタルデータＤ１を交流電圧Ｖ１の電圧値と共に記憶させることで、電圧算出用テーブルＴＢを作成する。この構成により、処理部３３は、取得したデジタルデータＤ１に対応する交流電圧Ｖ１の電圧値を電圧算出用テーブルＴＢを参照して取得することにより、検出対象体４の交流電圧Ｖ１を算出することが可能となっている。出力部３５は、本例では、一例としてディスプレイ装置で構成されて、処理部３３での出力処理において、交流電圧Ｖ１の波形や算出した電圧パラメータ（振幅や実効値）を表示させる。

次いで、電圧検出装置１による検出対象体４の交流電圧Ｖ１に対する検出動作について説明する。

まず、検出電極１２が非接触の状態で検出対象体４に対向するように、フローティング回路部２（または電圧検出装置１全体）を検出対象体４の近傍に位置させる。これにより、図１に示すように、検出電極１２と検出対象体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と検出対象体４の距離に反比例して変化するが、フローティング回路部２を一旦配設した後は、温度などの環境が一定の条件下においては一定の（変動しない）値となる。また、静電容量Ｃ０の容量値が一般的に極めて小さい（例えば数ｐＦ〜数十ｐＦ程度）ため、交流電圧Ｖ１の周波数が数百Ｈｚ程度であったとしても、検出対象体４と検出電極１２との間のインピーダンスが十分に大きな値（数ＭΩ）となる。このため、この電圧検出装置１では、検出対象体４の交流電圧Ｖ１とガード電極１１の電圧Ｖｒとが大きく異なる場合（電位差Ｖｄｉが大きい場合）においても、検出部１４を構成する演算増幅器２１ａに入力耐圧の低い安価な製品を使用することができ、この構成においても、電位差Ｖｄｉによる演算増幅器２１ａの破壊が回避されている。

また、検出電極１２と検出対象体４とが静電容量Ｃ０を介して交流的に接続されることにより、グランド電位Ｖｇから、検出対象体４、検出電極１２、検出部１４、ガード電極１１および参照信号出力部３１を介してグランド電位Ｖｇに至る電流経路Ａ（図１中において一点鎖線で示す経路）が形成される。このため、この電流経路Ａには、参照信号Ｓｓの電圧Ｖｓに起因した参照電流Ｉｓ１と、検出対象体４の交流電圧Ｖ１に起因した検出対象電流Ｉｖ１とで構成される電流信号Ｉが流れている。

これにより、フローティング回路部２では、図１，２に示すように、検出部１４の積分回路２１が電流信号Ｉを積分して電圧信号Ｓ０を生成し、増幅回路２２がこの電圧信号Ｓ０を増幅して検出信号Ｓ１として出力する。また、絶縁部１５は、この検出信号Ｓ１を入力して、検出信号Ｓ１と電気的に絶縁された絶縁検出信号Ｓ２として出力する。

また、本体回路部３の信号抽出部３２では、図１に示すように、増幅回路４１が、絶縁検出信号Ｓ２を入力すると共に、制御回路４４から出力される制御信号Ｓｃの電圧レベルによって規定される増幅率で絶縁検出信号Ｓ２を増幅して、参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分の振幅が一定となる増幅検出信号Ｓ３を生成して出力する。

一例として、まず、同期検波回路４３が、増幅検出信号Ｓ３および参照信号Ｓｓを入力すると共に、参照信号Ｓｓで増幅検出信号Ｓ３を同期検波することにより、増幅検出信号Ｓ３に含まれる参照信号Ｓｓの信号成分についての振幅の増減に応じて電圧が増減する検波信号Ｖｄを生成して出力する。

次いで、制御回路４４が、入力した検波信号Ｖｄの電圧および目標電圧Ｖｅに基づいて制御信号Ｓｃを生成して出力する。具体的には、制御回路４４は、検波信号Ｖｄの電圧が目標電圧Ｖｅよりも低いときには電圧レベルを増加させ、検波信号Ｖｄの電圧が目標電圧Ｖｅよりも高いときには電圧レベルを減少させて、制御信号Ｓｃを出力する。以上の構成により、信号抽出部３２では、増幅回路４１の利得（増幅率）に対するフィードバック制御が同期検波回路４３および制御回路４４によって行われて、制御回路４４が、増幅検出信号Ｓ３を構成する逆相信号成分（参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分）の振幅が一定（予め規定された振幅。電圧算出用テーブルＴＢの作成の際の振幅）となるように増幅回路４１の増幅率を検波信号Ｖｄに基づいて制御する。これにより、増幅回路４１が、入力した絶縁検出信号Ｓ２を増幅して、参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分の振幅が一定（上記の予め規定された振幅）となる増幅検出信号Ｓ３を生成して出力する。続いて、フィルタ４５が、増幅回路４１から出力された増幅検出信号Ｓ３を入力すると共に、この増幅検出信号Ｓ３から交流電圧Ｖ１の信号成分を抽出して出力信号Ｓｏとして出力する。

次いで、処理部３３が、記憶処理を実行して、出力信号Ｓｏを入力すると共にデジタルデータＤ１に変換して記憶部３４に記憶させる。続いて、処理部３３が、電圧算出処理を実行する。この電圧算出処理では、処理部３３は、記憶部３４に記憶されているデジタルデータＤ１を読み出すと共に、電圧算出用テーブルＴＢを参照して、読み出したデジタルデータＤ１に対応する交流電圧Ｖ１を取得する。また、処理部３３は、この取得した交流電圧Ｖ１に基づいて、例えば交流電圧Ｖ１の実効値や振幅などを算出して記憶部３４に記憶させる。最後に、処理部３３は、出力処理を実行して、記憶部３４に記憶されている交流電圧Ｖ１の実効値や振幅などを、ディスプレイ装置で構成された出力部３５に表示させる。これにより、電圧検出装置１による検出対象体４の交流電圧Ｖ１の検出が完了する。なお、出力処理において、処理部３３が、取得した交流電圧Ｖ１に基づいて、交流電圧Ｖ１の電圧波形を出力部３５に表示させる構成を採用することもできる。

この電圧検出装置１では、参照信号出力部３１がガード電極１１に参照信号Ｓｓを出力し、フローティング電圧Ｖｆ＋，Ｖｆ−の供給を受けて作動する検出部１４が、検出電極１２を介して検出対象体４とガード電極１１との間に交流電圧Ｖ１とガード電極１１の電圧Ｖｒとの間の交流の電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に応じた電流値で流れる電流信号Ｉに基づいて、交流の電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に応じて振幅が変化する検出信号Ｓ１を出力し、絶縁部１５が検出信号Ｓ１を入力して絶縁検出信号Ｓ２として出力し、信号抽出部３２が絶縁検出信号Ｓ２に含まれている参照信号Ｓｓと同一の信号成分の振幅が予め規定された振幅となるように、つまり一定となるように絶縁検出信号Ｓ２の振幅を制御して増幅検出信号Ｓ３として出力すると共に、このように振幅が制御された増幅検出信号Ｓ３と参照信号出力部３１から出力される参照信号Ｓｓとの加算または減算によって増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓと同一の信号成分を除去して出力信号Ｓｏとして出力する。

したがって、この電圧検出装置１によれば、信号抽出部３２が参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分の振幅が一定となるように増幅検出信号Ｓ３の振幅を制御することにより、検出対象体４と検出電極１２との間の結合容量（静電容量Ｃ０）が未知の場合であっても（静電容量Ｃ０の値に拘わらず）、交流電圧Ｖ１についての感度が一定の感度になるように制御されるため、つまり、出力信号Ｓｏに含まれている検出対象電流Ｉｖ１に基づく電圧成分の振幅が交流電圧Ｖ１の振幅に対応した大きさとなるように制御されるため、出力信号Ｓｏに含まれているこの電圧成分を検出することにより、静電容量Ｃ０の算出を行うことなく、交流電圧Ｖ１を非接触で検出することができる。

また、この電圧検出装置１では、信号抽出部３２において、同期検波回路４３が、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓについての信号成分の振幅を示す検波信号Ｖｄを参照信号Ｓｓを用いた同期検波によって検出し、制御回路４４が、この検波信号Ｖｄに基づいて増幅回路４１の利得を制御する。したがって、この電圧検出装置１によれば、同期検波によって参照信号Ｓｓの信号成分を正確に検出することができ、この結果、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分の振幅を高い精度で一定に制御することができるため、交流電圧Ｖ１の検出精度を一層向上させることができる。

また、増幅検出信号Ｓ３から交流電圧Ｖ１の信号成分を抽出して出力信号Ｓｏを生成する手法として、処理部３３において、増幅検出信号Ｓ３をデジタル信号処理する手法も採用できるが、この電圧検出装置１によれば、上記した特性を有する既知のフィルタ回路で構成し得るフィルタ４５を使用して、交流電圧Ｖ１を抽出する構成としたことにより、簡易な構成でありながら、検出対象電流Ｉｖ１に基づいて発生する電圧成分で構成される出力信号Ｓｏを低コストで生成することができる。また、この電圧検出装置１によれば、目標電圧Ｖｅを変更することにより、検出し得る交流電圧Ｖ１の範囲を変更することができる。

また、この電圧検出装置１によれば、出力信号Ｓｏに基づいて交流電圧Ｖ１を検出する処理部３３を備えたことにより、処理部３３に対して、交流電圧Ｖ１を一定間隔で検出させたり、また、検出した交流電圧Ｖ１を記憶部３４に記憶させて保存したり、記憶部３４に記憶されている交流電圧Ｖ１に基づいて、交流電圧Ｖ１の電圧波形を出力部３５に表示させることができる。

また、この電圧検出装置１では、処理部３３が、出力信号Ｓｏに基づいて交流電圧Ｖ１の電圧値を算出する。一例として、処理部３３は、検出対象電流Ｉｖ１に基づいて発生する電圧成分（つまり交流電圧Ｖ１の周波数と同一周波数の電圧成分）で構成される出力信号Ｓｏを入力して、そのデジタルデータＤ１を取得し、取得したデジタルデータＤ１に対応する交流電圧Ｖ１の電圧値を電圧算出用テーブルＴＢを参照して取得することにより、検出対象体４の交流電圧Ｖ１を算出する。したがって、この電圧検出装置１によれば、交流電圧Ｖ１の電圧値自体を検出することができる。

なお、上記の電圧検出装置１では、検出電極１２、電源部１３、検出部１４および絶縁部１５をガード電極１１内に収容することにより、本体回路部３とは別体に、フローティング回路部２を構成して、ＣＭＲＲ（Common Mode Rejection Ratio ）を高めると共に、高圧な交流電圧Ｖ１の検出を可能とする構成を採用しているが、検出部１４をフローティング状態で作動させる必要のない場合（例えば、交流電圧Ｖ１が比較的低圧であったり、高いＣＭＲＲが要求されない場合）には、図４に示す電圧検出装置１Ａのように、ガード電極１１、電源部１３および絶縁部１５を使用しない構成を採用することもできる。以下、電圧検出装置１Ａについて説明する。

電圧検出装置１Ａは、図４に示すように、電圧検出装置１でのフローティング回路部２に代えて、検出電極１２および検出部１４Ａを備えている。したがって、電圧検出装置１Ａは、検出電極１２、検出部１４Ａおよび本体回路部３を備え、検出対象体４に生じている交流電圧Ｖ１を非接触で検出可能に構成されている。なお、検出電極１２および本体回路部３については、電圧検出装置１と同一に構成されているため、同一の符号を付して重複する説明を省略し、電圧検出装置１と相違する検出部１４Ａについて主として説明する。

検出部１４Ａは、本体回路部３を構成する各構成要素（参照信号出力部３１、信号抽出部３２および処理部３３など）と同じ不図示の電源から作動用電圧（グランド電位Ｖｇを基準として生成される正電圧Ｖｃｃ＋および負電圧Ｖｃｃ−）の供給を受けて作動する。また、検出部１４Ａは、図４に示すように、検出電極１２に接続されると共に参照信号Ｓｓを入力して（参照信号Ｓｓが印加されて）、交流電圧Ｖ１の存在に起因して検出電極１２と検出対象体４との間に流れる検出対象電流Ｉｖ１、および参照信号Ｓｓの電圧Ｖｓの入力に起因して検出電極１２と検出対象体４との間に流れる参照電流Ｉｓ１で構成される電流信号Ｉ（＝Ｉｖ１＋Ｉｓ１）を検出すると共に、電流信号Ｉの電流値に応じて振幅が変化する検出信号Ｓ１を出力する。なお、この電流信号Ｉは、交流電圧Ｖ１とガード電極１１の電圧Ｖｒ（＝電圧Ｖｓ）との間の交流の電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に応じてその振幅が変化する、つまりこの電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に応じた電流値で流れる電流信号であるともいえる。

検出部１４Ａは、本例では一例として図５に示すように、検出抵抗６１および差動増幅部６２を備えている。検出抵抗６１は、一端側が検出電極１２に接続されると共に、他端側が参照信号出力部３１に接続されている。差動増幅部６２は、３つの演算増幅器ＡＰ１〜ＡＰ３、および７つの抵抗Ｒ１〜Ｒ７を備えた公知のインスツルメンテーションアンプで構成されている。また、この差動増幅部６２では、各抵抗Ｒ６，Ｒ７にコンデンサＣ１，Ｃ２がそれぞれ並列に接続されて、演算増幅器ＡＰ３を含む出力段が積分機能を有するように構成されている。また、この差動増幅部６２では、各抵抗Ｒ１〜Ｒ７のうちの対称の位置にある抵抗同士はバランスが取られており（つまり、Ｒ２とＲ３、Ｒ４とＲ５、およびＲ６とＲ７が、それぞれ同一の抵抗値に規定され）、かつコンデンサＣ１，Ｃ２についてもバランスが取られている（Ｃ１，Ｃ２が同一の容量値に規定されている）ものとする。また、差動増幅部６２では、差動増幅部６２における１つの入力端子として機能する演算増幅器ＡＰ１の非反転入力端子が検出抵抗６１の一端に接続され、差動増幅部６２における他の１つの入力端子として機能する演算増幅器ＡＰ２の非反転入力端子が参照信号出力部３１に接続されている。この差動増幅部６２では、各入力端子に入力される電圧をＶｉｎ１，Ｖｉｎ２としたときに、検出信号Ｓ１は以下の式で表される。
Ｓ１＝（Ｖｉｎ２−Ｖｉｎ１）×（１＋２×Ｒ２／Ｒ１）×Ｒ６／Ｒ４
この場合、上記のＳ１の式における（Ｖｉｎ２−Ｖｉｎ１）は、電流信号Ｉ（＝Ｉｖ１＋Ｉｓ１）が流れることによって検出抵抗６１の両端間に発生する電圧を表している。したがって、検出部１４Ａは、上記したように、電流信号Ｉ（＝Ｉｖ１＋Ｉｓ１）の電流値に応じて振幅が変化する検出信号Ｓ１を出力する。

本体回路部３では、信号抽出部３２が、検出信号Ｓ１を増幅して増幅検出信号Ｓ３を生成しつつ、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分が一定となるように検出信号Ｓ１の増幅の際の利得を制御すると共に、交流電圧Ｖ１の信号成分を増幅検出信号Ｓ３から抽出（生成）して出力信号Ｓｏとして出力する。この場合、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分とは、検出信号Ｓ１に含まれる参照電圧成分Ｖｓ１（つまり、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分）である。

次いで、処理部３３が、電圧検出装置１と同様にして、記憶処理、電圧算出処理および出力処理を実行することにより、交流電圧Ｖ１の実効値や振幅などを算出して、ディスプレイ装置で構成された出力部３５に表示させる。これにより、電圧検出装置１による検出対象体４の交流電圧Ｖ１の検出が完了する

したがって、この電圧検出装置１Ａにおいても、電圧検出装置１と同様にして、信号抽出部３２が参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分の振幅が一定となるように増幅検出信号Ｓ３の振幅を制御することにより、検出対象体４と検出電極１２との間の結合容量（静電容量Ｃ０）が未知の場合であっても（静電容量Ｃ０の値に拘わらず）、交流電圧Ｖ１についての感度が一定の感度になるように制御されるため、つまり、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分の振幅が一定の大きさとなるように制御されるため、この増幅検出信号Ｓ３から検出対象電流Ｉｖ１に基づく電圧成分を抽出して得られる出力信号Ｓｏを検出することにより、静電容量Ｃ０の算出を行うことなく、交流電圧Ｖ１を非接触で検出することができる。

また、この電圧検出装置１Ａにおいても、電圧検出装置１と同様にして、信号抽出部３２において、同期検波回路４３が、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓについての信号成分の振幅を示す検波信号Ｖｄを参照信号Ｓｓを用いた同期検波によって検出し、制御回路４４が、この検波信号Ｖｄに基づいて増幅回路４１の利得を制御する。したがって、この電圧検出装置１によれば、同期検波によって参照信号Ｓｓの信号成分を正確に検出することができ、この結果、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分の振幅を高い精度で一定に制御することができるため、交流電圧Ｖ１の検出精度を一層向上させることができる。

また、この電圧検出装置１Ａにおいても、増幅検出信号Ｓ３から交流電圧Ｖ１の信号成分を抽出して出力信号Ｓｏを生成する手法としてフィルタ４５を使用したことにより、簡易な構成でありながら、検出対象電流Ｉｖ１に基づいて発生する電圧成分で構成される出力信号Ｓｏを低コストで生成することができる。

また、この電圧検出装置１Ａにおいても、出力信号Ｓｏに基づいて交流電圧Ｖ１を検出する処理部３３を備えたことにより、処理部３３に対して、交流電圧Ｖ１を一定間隔で検出させたり、また、検出した交流電圧Ｖ１を記憶部３４に記憶させて保存したり、記憶部３４に記憶されている交流電圧Ｖ１に基づいて、交流電圧Ｖ１の電圧波形を出力部３５に表示させることができる。また、処理部３３が、出力信号Ｓｏに基づいて交流電圧Ｖ１の電圧値を算出する（一例として、検出対象電流Ｉｖ１に基づいて発生する電圧成分で構成される出力信号Ｓｏを入力して、そのデジタルデータＤ１を取得し、電圧算出用テーブルＴＢを参照することで、このデジタルデータＤ１に対応する検出対象体４の交流電圧Ｖ１を（電圧算出用テーブルＴＢを参照することで、検出対象体４の交流電圧Ｖ１を）算出する。したがって、この電圧検出装置１Ａにおいても、交流電圧Ｖ１の電圧値自体を検出することができる。

また、上記の電圧検出装置１では、例えば、絶縁部１５と増幅回路４１との間、および参照信号出力部３１と同期検波回路４３との間をそれぞれ直接接続する構成を採用し、また、上記の電圧検出装置１Ａでは、例えば、検出部１４Ａと増幅回路４１との間、および参照信号出力部３１と同期検波回路４３との間をそれぞれ直接接続する構成を採用したが、図示はしないが、必要に応じてバッファを介装する構成を採用することもできる。また、参照信号出力部３１から出力される参照信号Ｓｓをそのままのレベルで同期検波回路４３に供給する構成を採用した例について上記したが、図示はしないが、一例として分圧抵抗などで構成されるアッテネータを使用して、参照信号Ｓｓを必要なレベルに低減させて、同期検波回路４３に供給する構成を採用することもできる。

また、図示はしないが、アナログ信号である絶縁検出信号Ｓ２をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部、および参照信号出力部３１から信号抽出部３２に供給されるアナログ信号である参照信号Ｓｓをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部を本体回路部３内に設けることにより、信号抽出部３２での処理のすべて若しくは一部をデジタル処理で行う構成を採用することもできる。この場合、処理部３３に信号抽出部３２の機能を持たせる構成を採用することもでき、この構成によれば、回路部品点数を大幅に低減することができる。また、処理部３３の機能と、信号抽出部３２の機能とをソフトウェアで実現してもよいし、ハードウェア（ＤＳＰ（Digital Signal Processor）やロジックアレイ）で実現することもできる。

また、参照信号出力部３１が、周波数および振幅が一定の交流信号（一例として正弦波信号）を参照信号Ｓｓとして出力する例について上記したが、図６に示す参照信号出力部３１Ａのように、正弦波信号に代えて、方形波信号を参照信号Ｓｓとして出力する構成を採用することもできる。具体的には、参照信号出力部３１Ａは、方形波（方形波信号）を生成する方形波生成回路３１ａ、および方形波（方形波信号）を積分して積分方形波（積分方形波信号）として出力する積分回路３１ｂを備えている。この参照信号出力部３１Ａは、方形波生成回路３１ａによって生成された方形波信号を参照信号Ｓｓとして信号抽出部３２の同期検波回路４３に出力する。また、参照信号出力部３１Ａは、積分回路３１ｂから出力される積分方形波信号を検出部１４（電圧検出装置１Ａでは検出部１４Ａ）に対して参照信号Ｓｓとして出力する。この場合、検出部１４（１４Ａ）は検出電極１２を介して静電容量Ｃ０と直列に接続されているため、この検出部１４（１４Ａ）および静電容量Ｃ０を含む回路に流れる参照電流Ｉｓ１は、参照信号Ｓｓを微分した信号となる。

したがって、参照信号出力部３１Ａから検出部１４（１４Ａ）に対して出力する参照信号Ｓｓを予め積分回路３１ｂで積分しておくことにより、方形波生成回路３１ａをロジック回路などを使用して簡易に構成することで、参照信号出力部３１Ａ全体の構成を簡易なものとしつつ、検出部１４（１４Ａ）および静電容量Ｃ０を含む回路に流れる参照電流Ｉｓ１を、参照信号出力部３１Ａから信号抽出部３２に対して出力される方形波信号と同じ方形波信号とすることができる。これにより、装置構成（具体的には、参照信号出力部３１Ａ全体の構成）を簡易なものとしつつ、信号抽出部３２において、同期検波回路４３が、参照信号Ｓｓで増幅検出信号Ｓ３を確実に同期検波することができる。

また、図７に示す参照信号出力部３１Ｂのように、擬似ノイズ生成回路３１ｃを備えて構成して、参照信号Ｓｓとして擬似ノイズ信号を出力する構成を採用することもできる。この場合、参照信号出力部３１Ｂは、擬似ノイズ生成回路３１ｃによって生成された擬似ノイズ信号を参照信号Ｓｓとして検出部１４（１４Ａ）および信号抽出部３２の同期検波回路４３に出力する。また、擬似ノイズ生成回路３１ｃは、一例としてＭ系列などの線形帰還シフトレジスタなどの公知の種々のシフトレジスタを用いて構成したり、ソフトウェア処理によって擬似ノイズ信号を生成するマイコンを用いて構成することができる。このように構成された参照信号出力部３１Ｂを使用することにより、外乱（ノイズ）の影響を受けにくい電圧検出装置１（１Ａ）を実現することができる。

次に、上記した電圧検出装置１を複数利用した線間電圧検出装置５１について説明する。

最初に、線間電圧検出装置５１の構成について、図面を参照して説明する。なお、以下では、三相（Ｒ相、Ｓ相およびＴ相）三線式の交流電路（以下、「電路」ともいう）Ｒ，Ｓ，Ｔの線間電圧を検出する例について説明する。

線間電圧検出装置５１は、一例として、図８に示すように、電路Ｒ，Ｓ，Ｔの数と同数（３つ）の電圧検出装置１（以下、各電路Ｒ，Ｓ，Ｔに対応させて電圧検出装置１ｒ，１ｓ，１ｔ（以下、特に区別しないときには「電圧検出装置１」ともいう）、算出部５２、および表示部５３を備え、電路Ｒ，Ｓ間の線間電圧Ｖｒｓ、電路Ｓ，Ｔ間の線間電圧Ｖｓｔ、および電路Ｒ，Ｔ間の線間電圧Ｖｒｔを非接触で検出可能に構成されている。

各電圧検出装置１は、図８に示すように、上記したフローティング回路部２および本体回路部３をそれぞれ備えて同一に構成されて、各電路Ｒ，Ｓ，Ｔを検出対象体としてこれらの交流電圧Ｖｒｐ，Ｖｓｐ，Ｖｔｐ（各々が検出対象交流電圧）の実効値を検出して、実効値を示すデータを検出データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃとして出力する。以下、検出データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃについては、特に区別しないときには「検出データＤｖ」ともいう。本例では、各電圧検出装置１の出力部３５は、データの送信が可能な送信装置で構成されて、処理部３３から入力した検出データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃを算出部５２に送信する機能を備えている。なお、電圧検出装置１における出力部３５を除く他の構成要素については、前述した構成と同一であるため、詳細な説明を省略する。

算出部５２は、ＣＰＵおよびメモリ（いずれも図示せず）を備えて構成されて、各電圧検出装置１から出力された検出データＤｖに基づいて、線間電圧を算出（検出）する線間電圧算出処理を実行する。また、算出部５２は、線間電圧算出処理の結果を表示部５３に表示させる。表示部５３は、本例では、液晶ディスプレイなどのモニタ装置で構成されている。なお、プリンタなどの印字装置で構成することもできる。また、各本体回路部３は、後述するように互いのグランド電位Ｖｇとなる部位（例えば、本体回路部３の筐体）Ｇ１同士が接続される。また、一例として、算出部５２および表示部５３は、３つの本体回路部３のうちのいずれか１つの本体回路部３に含まれている電源回路（不図示）から電圧の供給を受けて作動する。

次いで、線間電圧検出装置５１の検出動作について説明する。

まず、検出に際して、図８に示すように、電圧検出装置１ｒで電路Ｒの交流電圧Ｖｒｐを検出するため、そのフローティング回路部２を電路Ｒに近づけると共に、その検出電極１２を対応する電路Ｒに対向させる。同様にして、他の電圧検出装置１ｓ，１ｔについても、電路Ｓ，Ｔの交流電圧Ｖｓｐ，Ｖｔｐを検出するため、各フローティング回路部２の検出電極１２を対応する電路Ｓ，Ｔにそれぞれ対向させる。これにより、各検出電極１２と各電路Ｒ，Ｓ，Ｔとの間に静電容量Ｃ０（図１参照）がそれぞれ形成された状態となり、各電圧検出装置１ｒ，１ｓ，１ｔにおいて、対応する電路Ｒ，Ｓ，Ｔの交流電圧Ｖｒｐ，Ｖｓｐ，Ｖｔｐの検出が開始される。この場合、上記したように、各電圧検出装置１ｒ，１ｓ，１ｔでは、静電容量Ｃ０の容量値の如何に拘わらず、処理部３３によって交流電圧Ｖｒｐ，Ｖｓｐ，Ｖｔｐが正確に検出される。

また、各電圧検出装置１ｒ，１ｓ，１ｔでは、出力部３５が、処理部３３によって算出された各電路Ｒ，Ｓ，Ｔの交流電圧Ｖｒｐ，Ｖｓｐ，Ｖｔｐについての実効値を、それぞれ検出データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃとして出力する。

算出部５２は、各電圧検出装置１から出力された各検出データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃを入力してメモリに記憶する。次いで、算出部５２は、線間電圧算出処理を実行する。具体的には、算出部５２は、各検出データＤｖａ，Ｄｖｂで示される交流電圧Ｖｒｐ，Ｖｓｐの各実効値の差分電圧を算出することにより、各電路Ｒ，Ｓ間の線間電圧Ｖｒｓを求める（検出する）。また、算出部５２は、同様にして、各検出データＤｖｂ，Ｄｖｃで示される交流電圧Ｖｓｐ，Ｖｔｐの各実効値の差分電圧を算出することにより、各電路Ｓ，Ｔ間の線間電圧Ｖｓｔを求め（検出し）、各検出データＤｖａ，Ｄｖｃで示される交流電圧Ｖｒｐ，Ｖｔｐの各実効値のの差分電圧を算出することにより、各電路Ｒ，Ｔ間の線間電圧Ｖｒｔを求める（検出する）。また、算出部５２は、算出した線間電圧Ｖｒｓ，Ｖｓｔ，Ｖｒｔを表示部５３に表示させる。

このように、この線間電圧検出装置５１によれば、電圧検出装置１を使用したことにより、各電圧検出装置１における検出電極１２と、各電圧検出装置１の検出対象体としての各電路Ｒ，Ｓ，Ｔとの間の結合容量（静電容量Ｃ０）が未知の状態であっても、これらの結合容量を算出することなく、線間電圧Ｖｒｓ，Ｖｓｔ，Ｖｒｔを非接触で正確に検出することができる。

続いて、上記した電圧検出装置１Ａを複数利用した線間電圧検出装置５１Ａについて説明する。

最初に、線間電圧検出装置５１Ａの構成について、図面を参照して説明する。なお、線間電圧検出装置５１と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下では、三相三線式の電路Ｒ，Ｓ，Ｔの線間電圧を検出する例について説明する。

線間電圧検出装置５１Ａは、一例として、図９に示すように、電路Ｒ，Ｓ，Ｔの数と同数（３つ）の電圧検出装置１Ａ（以下、各電路Ｒ，Ｓ，Ｔに対応させて電圧検出装置１Ａｒ，１Ａｓ，１Ａｔ（以下、特に区別しないときには「電圧検出装置１Ａ」ともいう）、算出部５２、および表示部５３を備え、電路Ｒ，Ｓ間の線間電圧Ｖｒｓ、電路Ｓ，Ｔ間の線間電圧Ｖｓｔ、および電路Ｒ，Ｔ間の線間電圧Ｖｒｔを非接触で検出可能に構成されている。

各電圧検出装置１Ａは、図９に示すように、上記した検出電極１２、検出部１４Ａおよび本体回路部３をそれぞれ備えて同一に構成されて、各電路Ｒ，Ｓ，Ｔを検出対象体としてこれらの交流電圧Ｖｒｐ，Ｖｓｐ，Ｖｔｐ（各々が検出対象交流電圧）の実効値を検出して、実効値を示すデータを検出データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃとして出力する。本例では、各電圧検出装置１の出力部３５は、データの送信が可能な送信装置で構成されて、処理部３３から入力した検出データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃを算出部５２に送信する機能を備えている。なお、電圧検出装置１Ａにおける出力部３５を除く他の構成要素については、前述した構成と同一であるため、詳細な説明を省略する。また、算出部５２および表示部５３についても、前述した線間電圧検出装置５１と同一であるため、詳細な説明を省略する。

次いで、線間電圧検出装置５１Ａの検出動作について説明する。

まず、検出に際して、図９に示すように、電圧検出装置１Ａｒで電路Ｒの交流電圧Ｖｒｐを検出するため、その検出電極１２を電路Ｒに近づけて対向させる。同様にして、他の電圧検出装置１Ａｓ，１Ａｔについても、電路Ｓ，Ｔの交流電圧Ｖｓｐ，Ｖｔｐを検出するため、各検出電極１２を対応する電路Ｓ，Ｔにそれぞれ対向させる。これにより、各検出電極１２と各電路Ｒ，Ｓ，Ｔとの間に静電容量Ｃ０（図４参照）がそれぞれ形成された状態となり、各電圧検出装置１Ａｒ，１Ａｓ，１Ａｔにおいて、対応する電路Ｒ，Ｓ，Ｔの交流電圧Ｖｒｐ，Ｖｓｐ，Ｖｔｐの検出が開始される。この場合、上記したように、各電圧検出装置１Ａｒ，１Ａｓ，１Ａｔでは、静電容量Ｃ０の容量値の如何に拘わらず、処理部３３によって交流電圧Ｖｒｐ，Ｖｓｐ，Ｖｔｐが正確に検出される。

また、各電圧検出装置１Ａｒ，１Ａｓ，１Ａｔでは、出力部３５が、処理部３３によって算出された各電路Ｒ，Ｓ，Ｔの交流電圧Ｖｒｐ，Ｖｓｐ，Ｖｔｐについての実効値を、それぞれ検出データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃとして出力する。

算出部５２は、各電圧検出装置１から出力された各検出データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃを入力してメモリに記憶する。次いで、算出部５２は、線間電圧算出処理を実行して、各検出データＤｖａ，Ｄｖｂで示される交流電圧Ｖｒｐ，Ｖｓｐの各実効値の差分電圧を算出することにより、各電路Ｒ，Ｓ間の線間電圧Ｖｒｓを求め、また各検出データＤｖｂ，Ｄｖｃで示される交流電圧Ｖｓｐ，Ｖｔｐの各実効値の差分電圧を算出することにより、各電路Ｓ，Ｔ間の線間電圧Ｖｓｔを求め、また各検出データＤｖａ，Ｄｖｃで示される交流電圧Ｖｒｐ，Ｖｔｐの各実効値のの差分電圧を算出することにより、各電路Ｒ，Ｔ間の線間電圧Ｖｒｔを求める。また、算出部５２は、算出した線間電圧Ｖｒｓ，Ｖｓｔ，Ｖｒｔを表示部５３に表示させる。

このように、この線間電圧検出装置５１Ａによれば、電圧検出装置１Ａを使用したことにより、各電圧検出装置１Ａにおける検出電極１２と、各電圧検出装置１Ａの検出対象体としての各電路Ｒ，Ｓ，Ｔとの間の結合容量（静電容量Ｃ０）が未知の状態であっても、これらの結合容量を算出することなく、線間電圧Ｖｒｓ，Ｖｓｔ，Ｖｒｔを非接触で正確に検出することができる。

なお、電圧検出装置１において使用されるフローティング電圧Ｖｆ＋，Ｖｆ−を生成する電源部１３として、バッテリとＤＣ／ＤＣコンバータ（いずれも図示せず）とを備えた構成と、バッテリに代えて、ガード電極１１の外部からトランスを介して電気的に絶縁された状態でガード電極１１内に交流電圧を供給し、この交流電圧をガード電極１１内に設けた整流平滑部で直流電圧に変換してＤＣ／ＤＣコンバータに供給する構成とについて上記したが、図１０に示すように、本体回路部３を構成する各構成要素（参照信号出力部３１、信号抽出部３２および処理部３３など）に対して不図示の電源から供給される作動用電圧（グランド電位Ｖｇを基準として生成される正電圧Ｖｃｃ＋および負電圧Ｖｃｃ−）に基づいて、ガード電極１１の電圧Ｖｒ、つまり参照信号Ｓｓの電圧Ｖｓを基準（ゼロボルト）とした上記のフローティング電圧Ｖｆ＋，Ｖｆ−を生成する電源部１３Ａを使用する構成を採用することもできる。

この電源部１３Ａは、図１１に示すように、ガード電極１１の電圧Ｖｒをゼロボルトとしたときに、正電圧Ｖｃｃ＋に基づいてガード電極１１の電圧Ｖｒに対して一定の正電圧であるフローティング電圧Ｖｆ＋を生成する第１シリーズ電源回路６１と、負電圧Ｖｃｃ−に基づいてガード電極１１の電圧Ｖｒに対してフローティング電圧Ｖｆ＋と絶対値が等しい負電圧であるフローティング電圧Ｖｆ−（電圧Ｖｒとの差分の絶対値が、フローティング電圧Ｖｆ＋と電圧Ｖｒとの差分の絶対値と等しくなる電圧）を生成する第２シリーズ電源回路６２とを備えている。具体的には、第１シリーズ電源回路６１は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ６１ａ（以下、「第１トランジスタ６１ａ」ともいう）、第１抵抗６１ｂ、第１ツェナーダイオード６１ｃ（ツェナー電圧Ｖｚ）および第１コンデンサ６１ｄを備えている。この場合、第１トランジスタ６１ａは、コレクタ端子が正電圧Ｖｃｃ＋の供給ラインに接続され、エミッタ端子がフローティング電圧Ｖｆ＋の出力ラインに接続され、ベース端子がツェナーダイオード６１ｃのカソード端子に接続されている。また、第１ツェナーダイオード６１ｃは、アノード端子が電圧Ｖｒの供給ラインに接続されている。第１抵抗６１ｂは、一端が第１トランジスタ６１ａのコレクタ端子に接続されると共に、他端がベース端子に接続されている。第１コンデンサ６１ｄは、一端が第１トランジスタ６１ａのエミッタ端子に接続されると共に、他端が電圧Ｖｒの供給ラインに接続されている。

第２シリーズ電源回路６２は、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ６２ａ（以下、「第２トランジスタ６２ａ」ともいう）、第２抵抗６２ｂ、第２ツェナーダイオード６２ｃ（第１ツェナーダイオード６１ｃと同一のツェナー電圧Ｖｚ）および第２コンデンサ６２ｄを備えている。この場合、第２トランジスタ６２ａは、ベース・エミッタ端子間電圧Ｖｂｅが第１トランジスタ６１ａと同一に規定されると共に、コレクタ端子が負電圧Ｖｃｃ−の供給ラインに接続され、エミッタ端子がフローティング電圧Ｖｆ−の出力ラインに接続され、ベース端子が第２ツェナーダイオード６２ｃのアノード端子に接続されている。また、第２ツェナーダイオード６２ｃは、カソード端子が電圧Ｖｒの供給ラインに接続されている。第２抵抗６２ｂは、一端が第２トランジスタ６２ａのコレクタ端子に接続されると共に、他端がベース端子に接続されている。第２コンデンサ６２ｄは、一端が第２トランジスタ６２ａのエミッタ端子に接続されると共に、他端が電圧Ｖｒの供給ラインに接続されている。

以上の構成により、電源部１３Ａでは、第１シリーズ電源回路６１が、正電圧Ｖｃｃ＋からフローティング電圧Ｖｆ＋（＝Ｖｒ＋Ｖｚ−Ｖｂｅ）を生成して出力すると共に、第２シリーズ電源回路６２が、負電圧Ｖｃｃ−からフローティング電圧Ｖｆ−（＝Ｖｒ−Ｖｚ＋Ｖｂｅ）を生成して出力する。具体的には、第１シリーズ電源回路６１では、第１ツェナーダイオード６１ｃが第１抵抗６１ｂから電流の供給を受けてカソード端子にツェナー電圧Ｖｚを発生させ、ベース端子がツェナー電圧Ｖｚに規定された第１トランジスタ６１ａが、エミッタ端子に第１ツェナーダイオード６１ｃのアノード端子を基準として、電圧（Ｖｚ−Ｖｂｅ）を生成する。したがって、第１シリーズ電源回路６１は、グランド電位Ｖｇを基準としたときの電圧が（Ｖｒ＋Ｖｚ−Ｖｂｅ）となるフローティング電圧Ｖｆ＋を生成して出力する。また、第２シリーズ電源回路６２では、第２ツェナーダイオード６２ｃが第２抵抗６２ｂから電流の供給を受けてアノード端子にツェナー電圧Ｖｚを発生させ、ベース端子がツェナー電圧Ｖｚに規定された第２トランジスタ６２ａが、エミッタ端子に第２ツェナーダイオード６２ｃのアノード端子を基準として、電圧（−Ｖｚ＋Ｖｂｅ）を生成する。したがって、第２シリーズ電源回路６２は、グランド電位Ｖｇを基準としたときの電圧が（Ｖｒ−Ｖｚ＋Ｖｂｅ）となるフローティング電圧Ｖｆ−を生成して出力する。

つまり、電源部１３Ａは、電圧（Ｖｒ＋Ｖｚ−Ｖｂｅ）が正電圧Ｖｃｃ＋に達せず、かつ電圧（Ｖｒ−Ｖｚ＋Ｖｂｅ）が負電圧Ｖｃｃ−に達しない状態で電圧Ｖｒが変動している限りにおいて、この電圧Ｖｒの変動に追従しつつ、電圧Ｖｒに対して絶対値｜Ｖｚ−Ｖｂｅ｜の等しい正電圧であるフローティング電圧Ｖｆ＋と、負電圧であるフローティング電圧Ｖｆ−とを生成して出力する。このため、フローティング回路部２内の各回路はこの各フローティング電圧Ｖｆ＋，Ｖｆ−の供給を受けて正常に作動する結果、フローティング回路部２から絶縁検出信号Ｓ２が正常に出力される。したがって、この電源部１３Ａを使用することにより、バッテリやトランスなどの高価な部品の使用を回避できる結果、電圧検出装置１の製品コストを大幅に低減することができる。なお、図示はしないが、各シリーズ電源回路６１，６２に公知の過電流保護回路や公知の過電圧保護回路を付加することもできる。

また、フローティング回路部２に絶縁部１５を配置して、検出部１４で検出した検出信号Ｓ１を、この検出信号Ｓ１と電気的に絶縁された絶縁検出信号Ｓ２に変換して出力する構成について上記したが、図１２に示すように、フローティング回路部２に絶縁部１５を配置しない構成を採用することもできる。この構成では、フローティング回路部２から検出信号Ｓ１と電圧Ｖｒを示す信号とを対にして本体回路部３へ出力し、この検出信号Ｓ１および電圧Ｖｒを本体回路部３に配置した差動増幅回路６３が入力すると共に、検出信号Ｓ１および電圧Ｖｒの差分を示す検出信号Ｓ２ａを絶縁検出信号Ｓ２に代えて増幅回路４１に出力する構成を採用することもできる。

この差動増幅回路６３は、一例として図１２に示すように、演算増幅器６３ａ、演算増幅器６３ａの反転入力端子とフローティング回路部２の増幅回路２２との間に配設された入力抵抗６３ｂ、演算増幅器６３ａの非反転入力端子とフローティング回路部２のガード電極１１との間に配設された入力抵抗６３ｃ、演算増幅器６３ａ用の帰還抵抗６３ｄ、および演算増幅器６３ａの非反転入力端子とグランド電位Ｖｇとの間に配設された抵抗６３ｅを用いて構成することができる。また、この図１２に示す構成においてフローティング回路部２の各構成要素に各フローティング電圧Ｖｆ＋，Ｖｆ−を供給する電源としては、上記した電源部１３，１３Ａのいずれかを使用することができる。

また、参照信号出力部３１については、図１１に示すように、参照信号出力部１３にボルテージフォロア回路に構成された演算増幅器ＡＰ４を追加して、全体として新たな参照信号出力部として機能させることにより、参照信号出力部１３で生成された参照信号Ｓｓをより低インピーダンスで出力する構成を採用することもできる。

１，１Ａ，１ｒ，１ｓ，１ｔ，１Ａｒ，１Ａｓ，１Ａｔ 電圧検出装置
２ フローティング回路部
３ 本体回路部
４ 検出対象体
１１ ガード電極
１１ａ 開口部
１２ 検出電極
１３，１３Ａ 電源部
１４，１４Ａ 検出部
１５ 絶縁部
３１，３１Ａ，３１Ｂ 参照信号出力部
３２ 信号抽出部
３３ 処理部
３６ 振幅変更部
４１ 増幅回路
４２ 加算回路
４３ 同期検波回路
４４ 制御回路
４５ フィルタ
５１，５１Ａ 線間電圧検出装置
５２ 算出部
Ｉ 電流信号
Ｒ，Ｓ，Ｔ 電路
Ｓ１ 検出信号
Ｓ２ 絶縁検出信号
Ｓ３ 増幅検出信号
Ｓｏ 出力信号
Ｓｓ 参照信号
Ｖ１，Ｖｒｐ，Ｖｓｐ，Ｖｔｐ 交流電圧
Ｖｄｉ 電位差
Ｖｒｓ，Ｖｒｔ，Ｖｓｔ 線間電圧

Claims (13)

1. 検出対象体に生じている検出対象交流電圧を検出する電圧検出装置であって、
   前記検出対象体に対向して配設されて当該検出対象体と容量結合する検出電極と、
   参照信号を出力する参照信号出力部と、
   前記検出電極に接続されると共に前記参照信号を入力して、前記検出対象交流電圧に基づいて流れる検出対象電流および前記参照信号に基づいて流れる参照電流の両電流値に応じて振幅が変化する検出信号を出力する検出部と、
   前記検出信号を所定の利得で増幅して増幅検出信号を生成しつつ、当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号の信号成分についての振幅が一定となるように前記利得を制御すると共に、前記検出対象交流電圧の信号成分を当該増幅検出信号から抽出して出力信号として出力する信号抽出部とを備えている電圧検出装置。
2. 検出対象体に生じている検出対象交流電圧を検出する電圧検出装置であって、
   前記検出対象体に対向して配設されて当該検出対象体と容量結合する検出電極と、
   基準電圧部の電圧を基準として生成されたフローティング電源で作動して、前記検出対象交流電圧と当該基準電圧部の前記電圧との間の交流の電位差に応じて振幅が変化する検出信号を出力する検出部と、
   参照信号を前記基準電圧部に出力する参照信号出力部と、
   前記検出信号を所定の利得で増幅して増幅検出信号を生成しつつ、当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号の信号成分についての振幅が一定となるように前記利得を制御すると共に、前記検出対象交流電圧の信号成分を当該増幅検出信号から抽出して出力信号として出力する信号抽出部とを備えている電圧検出装置。
3. 前記信号抽出部は、前記検出信号を前記利得で増幅して前記増幅検出信号を生成する増幅回路と、当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号の信号成分の振幅を示す検波信号を前記参照信号出力部から出力される前記参照信号を用いた同期検波によって検出する同期検波回路と、前記増幅回路の前記利得を前記検波信号に基づいて制御する制御回路とを備えている請求項１または２記載の電圧検出装置。
4. 検出対象体に生じている検出対象交流電圧を検出する電圧検出装置であって、
   前記検出対象体に対向して配設されて当該検出対象体と容量結合する検出電極と、
   基準電圧部の電圧を基準として生成されたフローティング電源で作動して、前記検出対象交流電圧と当該基準電圧部の前記電圧との間の交流の電位差に応じて振幅が変化する検出信号を出力する検出部と、
   参照信号を前記基準電圧部に出力する参照信号出力部と、
   前記検出信号を入力すると共に電気的に絶縁して絶縁検出信号として出力する絶縁部と、
   前記絶縁検出信号を所定の利得で増幅して増幅検出信号を生成しつつ、当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号の信号成分についての振幅が一定となるように前記利得を制御すると共に、前記検出対象交流電圧の信号成分を当該増幅検出信号から抽出して出力信号として出力する信号抽出部とを備えている電圧検出装置。
5. 前記信号抽出部は、前記絶縁検出信号を前記利得で増幅して前記増幅検出信号を生成する増幅回路と、当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号の信号成分の振幅を示す検波信号を前記参照信号出力部から出力される前記参照信号を用いた同期検波によって検出する同期検波回路と、前記増幅回路の前記利得を前記検波信号に基づいて制御する制御回路とを備えている請求項４記載の電圧検出装置。
6. 前記参照信号出力部および前記信号抽出部に供給される正電圧および負電圧のうちの当該正電圧に基づいて前記参照信号の電圧に対して一定の正電圧である第１フローティング電圧を生成する第１シリーズ電源回路、および前記負電圧に基づいて前記参照信号の電圧に対して前記第１フローティング電圧と絶対値が等しい負電圧である第２フローティング電圧を生成する第２シリーズ電源回路を備えた電源部を有し、当該電源部が前記検出部に前記各フローティング電圧を供給する請求項２，４または５記載の電圧検出装置。
7. 前記第１シリーズ電源回路は、前記正電圧に接続された第１抵抗、当該第１抵抗から電流の供給を受けて作動する第１ツェナーダイオード、および前記正電圧にコレクタ端子が接続されると共にベース端子に前記第１ツェナーダイオードのツェナー電圧が入力されてエミッタ端子に前記第１フローティング電圧を生成する第１トランジスタを備え、
   前記第２シリーズ電源回路は、前記負電圧に接続された第２抵抗、当該第２抵抗から電流の供給を受けて作動する第２ツェナーダイオード、および前記負電圧にコレクタ端子が接続されると共にベース端子に前記第２ツェナーダイオードのツェナー電圧が入力されてエミッタ端子に前記第２フローティング電圧を生成する第２トランジスタを備えている請求項６記載の電圧検出装置。
8. 前記信号抽出部は、前記増幅検出信号から前記検出対象交流電圧の前記信号成分を抽出して出力信号として出力するフィルタを備えている請求項１から７のいずれかに記載の電圧検出装置。
9. 前記出力信号に基づいて前記検出対象交流電圧を検出する処理部を備えている請求項１から８のいずれかに記載の電圧検出装置。
10. 前記処理部は、前記出力信号に基づいて前記検出対象交流電圧の電圧値を算出する請求項９記載の電圧検出装置。
11. 前記参照信号出力部は、方形波を生成する方形波生成回路、および当該方形波を積分して積分方形波として出力する積分回路を備え、前記検出部に対して当該積分方形波を前記参照信号として出力すると共に、前記信号抽出部に対して前記方形波を前記参照信号として出力する請求項１から１０のいずれかに記載の電圧検出装置。
12. 前記参照信号出力部は、擬似ノイズを生成する擬似ノイズ生成回路を備え、前記検出部および前記信号抽出部に対して当該擬似ノイズを前記参照信号として出力する請求項１から１０のいずれかに記載の電圧検出装置。
13. 前記検出対象体としての対応する複数の電路に前記検出電極が対向可能に構成されて当該各電路に生じている交流電圧を前記検出対象交流電圧としてそれぞれ検出可能な複数の請求項１から１２のいずれかに記載の電圧検出装置と、
    前記複数の電圧検出装置のうちの一対の電圧検出装置によって検出された２つの前記電路の前記交流電圧の差分電圧を算出して当該２つの電路間の線間電圧を求める算出部とを備えている線間電圧検出装置。

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