JP2011053201A - Voltage detection device and line voltage detection device - Google Patents

Voltage detection device and line voltage detection device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the voltage of a detection object without calculating the capacitance between a detecting electrode and the detection object. <P>SOLUTION: The voltage detector includes: a detecting electrode 12 arranged in opposition to a detection object 4; a detecting section 14A that is connected with the detecting electrode 12 to use the reference signal Ss as an input for outputting a detection signal S1 changing its amplitude in accordance with both current values of a detection object current Iv1 flowing according to the AC voltage V1 and a reference current Is1 flowing according to the reference signal Ss; and a signal extraction section 32 for extracting a signal component of the AC voltage V1 from an amplified detection signal S3 and outputting the signal component as an output signal So while generating the amplified detection signal S3 by amplifying an isolated detection signal S2 of a detection signal S1 at a given gain and controlling the gain so as to cancel the reference signal Ss and a signal component of the reference signal Ss included in the amplified detection signal S3 by addition or subtraction of the reference signal Sr (reference signal Ss output from a reference signal output section 31) and the amplified detection signal S3. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

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。   The present invention relates to a non-contact type voltage detection device that detects a detection target AC voltage of a detection target body in a non-contact manner, and a line voltage detection device including the voltage detection device.

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。   As this type of voltage detection device, a non-contact voltage measurement device (hereinafter also referred to as “voltage detection device”) disclosed in Patent Document 1 below is known. This voltage detection device includes a detection probe including a detection electrode capable of covering a part of the surface of an insulator of a wire and a shield electrode covering the detection electrode, and an oscillator that outputs a signal of a predetermined frequency. , By applying an oscillator signal to the detection electrode, measure the impedance between the detection electrode and the conductor of the wire, and detect the current flowing out of the detection electrode due to the voltage applied to the conductor (resistor It is possible to measure the voltage applied to the conductor from the current and impedance by using the value: R1).

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。   Specifically, in this voltage detection device, first, the detection probe is opened, and a signal from the oscillator is applied to the detection electrode via the detection resistor. Capacitance (hereinafter referred to as first capacitance for explanation) is measured. Since the first capacitance obtained by this measurement is so small that the resistance value of the detection resistor is negligible compared to the reactance of the first capacitance, the signal voltage output from the oscillator, the detection resistor , The angular frequency of the signal output from the oscillator, and the voltage across the detection resistor.

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。   Next, the detection probe is closed with the electric wire sandwiched, and the capacitance (hereinafter referred to as a second capacitance for explanation) in a state where the signal from the oscillator is applied to the detection electrode via the detection resistor. Take measurements. The second capacitance measured by this is a combined capacitance of the first capacitance described above and the capacitance between the detection electrode and the electric wire (hereinafter referred to as a third capacitance for explanation), and is detected. Because the resistance value of the resistor for use is negligibly small compared to the reactance for this combined capacitance, the signal voltage output from the oscillator, the resistance value of the detection resistor, the angular frequency of the signal output from the oscillator, and It is calculated from the voltage across the detection resistor. Further, the third capacitance, that is, the capacitance between the detection electrode and the conductor of the electric wire is calculated by subtracting the first capacitance from the calculated second capacitance.

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。   Subsequently, the detection probe is closed with the electric wire interposed therebetween, and both ends of the detection resistor caused by the voltage applied to the conductor in a state where the signal from the oscillator is applied to the detection electrode via the detection resistor. Find the voltage. The impedance of the circuit passing through the detection resistor as viewed from the conductor side is the sum of the resistance value of the detection resistor and the reactance of the third capacitance, but the resistance value of the detection resistor is the first value. The reactance for the third capacitance is smaller than the reactance for the third capacitance, which is negligible. As a result, the current flowing through the detection resistor has a value obtained by dividing the voltage applied to the conductor by this reactance, so the voltage across the detection resistor is equal to the current flowing through the detection resistor. It is a value obtained by multiplying the resistance value of. In this case, the voltage across the detection resistor includes the angular frequency of the voltage applied to the conductor, the third capacitance between the detection electrode and the wire, the voltage applied to the conductor, and the detection resistor. It is represented by each parameter of the resistance value. Therefore, in the voltage detection device, the voltage applied to the conductor includes the voltage across the detection resistor, the angular frequency of the voltage applied to the conductor, the third capacitance between the detection electrode and the electric wire, and the detection. It is calculated from the resistance value of the resistor and is displayed on the display unit.

特許第3158063号公報(第4−6頁、第3図)Japanese Patent No. 3158063 (page 4-6, Fig. 3)

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。   However, the above voltage detection device has the following problems. That is, in this voltage detection device, the capacitance between the shield electrode and the ground (the first capacitance described above), and the capacitance between the detection electrode and the conductor of the electric wire (the third capacitance described above). (Capacitance) must be calculated individually, and there is a problem that it takes time and effort to detect the voltage applied to the conductor.

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。   The present invention has been made to solve the above problem, and without detecting the capacitance between the detection electrode and the detection object (conductor of the electric wire in the above example), the voltage of the detection object. It is a main object of the present invention to provide a non-contact type voltage detection device capable of detecting the above. Another main object is to provide a line voltage detecting device capable of detecting a line voltage between electric circuits.

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、前記参照信号出力部から出力される前記参照信号と当該増幅検出信号との加算または減算によって当該参照信号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とを相殺可能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。   In order to achieve the above object, a voltage detection device according to claim 1 is a voltage detection device for detecting a detection target AC voltage generated in a detection target body, and is disposed to face the detection target body. A detection electrode that is capacitively coupled to the detection target, a reference signal output unit that outputs a reference signal, and a detection target current that is connected to the detection electrode and that receives the reference signal and flows based on the detection target AC voltage And a detection unit that outputs a detection signal whose amplitude changes according to both current values of a reference current that flows based on the reference signal, and amplifying the detection signal with a predetermined gain to generate an amplified detection signal, The reference signal and the signal component of the reference signal included in the amplified detection signal can be canceled by adding or subtracting the reference signal output from the reference signal output unit and the amplified detection signal. Controls the obtained and a signal component of the detected AC voltage and a signal extraction unit for outputting as the extraction and output signals from the amplified detection signal.

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、前記参照信号出力部から出力される前記参照信号と当該増幅検出信号との加算または減算によって当該参照信号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とを相殺可能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。   In order to achieve the above object, the voltage detection device according to claim 2 is a voltage detection device that detects a detection target alternating voltage generated in a detection target body, and is disposed to face the detection target body. A detection electrode that is capacitively coupled to the detection object and a floating power source that is generated based on the voltage of the reference voltage unit are operated to generate an AC potential difference between the detection target AC voltage and the voltage of the reference voltage unit. A detection unit that outputs a detection signal whose amplitude changes in response, a reference signal output unit that outputs a reference signal to the reference voltage unit, and amplifying the detection signal with a predetermined gain to generate an amplified detection signal, The gain that can cancel out the reference signal and the signal component of the reference signal included in the amplified detection signal by adding or subtracting the reference signal output from the reference signal output unit and the amplified detection signal Controls, and a signal component of the detected AC voltage and a signal extraction unit for outputting as the extraction and output signals from the amplified detection signal.

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、当該増幅検出信号または前記出力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。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the voltage detection device according to the first or second aspect, wherein the signal extraction unit is configured to amplify the detection signal with the gain to generate the amplified detection signal. A synchronous detection circuit for detecting a detection signal indicating an amplitude of a signal component of the reference signal included in the amplification detection signal or the output signal by synchronous detection using the reference signal output from the reference signal output unit And a control circuit for controlling the gain of the amplifier circuit based on the detection signal.

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、前記参照信号出力部から出力される前記参照信号と当該増幅検出信号との加算または減算によって当該参照信号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とを相殺可能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。   In order to achieve the above object, the voltage detection device according to claim 4 is a voltage detection device for detecting a detection target AC voltage generated in a detection target body, and is disposed to face the detection target body. A detection electrode that is capacitively coupled to the detection object and a floating power source that is generated based on the voltage of the reference voltage unit are operated to generate an AC potential difference between the detection target AC voltage and the voltage of the reference voltage unit. A detection unit that outputs a detection signal whose amplitude changes in response, a reference signal output unit that outputs a reference signal to the reference voltage unit, and the detection signal that is input and electrically insulated and output as an insulation detection signal An amplification unit generates an amplification detection signal by amplifying the insulation detection signal with a predetermined gain, and adds or subtracts the reference signal output from the reference signal output unit and the amplification detection signal. The gain is controlled so that the reference signal and the signal component of the reference signal included in the amplified detection signal can be canceled, and the signal component of the detection target AC voltage is extracted from the amplified detection signal as an output signal. And an output signal extraction unit.

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、当該増幅検出信号または前記出力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。   The voltage detection device according to claim 5 is the voltage detection device according to claim 4, wherein the signal extraction unit amplifies the insulation detection signal with the gain and generates the amplified detection signal; A synchronous detection circuit for detecting a detection signal indicating an amplitude of a signal component of the reference signal included in the amplification detection signal or the output signal by synchronous detection using the reference signal output from the reference signal output unit; And a control circuit for controlling the gain of the amplifier circuit based on the detection signal.

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。   The voltage detection device according to claim 6 is the voltage detection device according to claim 2, 4 or 5, wherein the positive voltage and the negative voltage supplied to the reference signal output unit and the signal extraction unit are positive. A first series power supply circuit that generates a first floating voltage that is a constant positive voltage with respect to the voltage of the reference signal based on the voltage; and the first floating circuit with respect to the voltage of the reference signal based on the negative voltage. The power supply unit includes a second series power supply circuit that generates a second floating voltage that is a negative voltage whose absolute value is equal to the voltage, and the power supply unit supplies each floating voltage to the detection unit.

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。   The voltage detection device according to claim 7 is the voltage detection device according to claim 6, wherein the first series power supply circuit supplies a current from the first resistor connected to the positive voltage and the first resistor. And a first transistor having a collector terminal connected to the positive voltage and receiving a Zener voltage of the first Zener diode at a base terminal to generate the first floating voltage at an emitter terminal. The second series power supply circuit includes a second resistor connected to the negative voltage, a second Zener diode that operates upon receiving a current from the second resistor, and a collector terminal connected to the negative voltage. And the Zener voltage of the second Zener diode is input to the base terminal to generate the second floating voltage at the emitter terminal. And a second transistor for.

また、請求項8記載の電圧検出装置は、請求項1から6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、前記参照信号出力部から出力される前記参照信号と前記参照信号の前記信号成分とを前記加算によって相殺して前記出力信号を出力する加算回路、または前記参照信号出力部から出力される前記参照信号と前記参照信号の前記信号成分とを前記減算によって相殺して前記出力信号を出力する減算回路を備えている。   The voltage detection device according to claim 8 is the voltage detection device according to any one of claims 1 to 6, wherein the signal extraction unit is configured to output the reference signal and the reference signal output from the reference signal output unit. An addition circuit that cancels the signal component of the reference signal by the addition and outputs the output signal, or cancels the reference signal output from the reference signal output unit and the signal component of the reference signal by the subtraction. A subtracting circuit for outputting the output signal is provided.

また、請求項9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、前記参照信号出力部から出力される前記参照信号の振幅を変更して前記信号抽出部に出力する振幅変更部を備え、前記信号抽出部は、前記振幅変更部によって前記振幅が変更された前記参照信号および前記参照信号の前記信号成分を相殺可能に前記利得を制御する。   The voltage detection device according to claim 9 is the voltage detection device according to any one of claims 1 to 7, wherein the signal extraction unit is configured to change an amplitude of the reference signal output from the reference signal output unit. The signal extracting unit controls the gain so that the reference signal whose amplitude has been changed by the amplitude changing unit and the signal component of the reference signal can be canceled out.

また、請求項10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。   A voltage detection device according to a tenth aspect is the voltage detection device according to any one of the first to eighth aspects, further including a processing unit that detects the detection target AC voltage based on the output signal.

また、請求項11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。   The voltage detection device according to claim 11 is the voltage detection device according to claim 9, wherein the processing unit calculates a voltage value of the detection target AC voltage based on the output signal.

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、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。   The voltage detection device according to claim 12 is the voltage detection device according to any one of claims 1 to 10, wherein the reference signal output unit includes a square wave generation circuit that generates a square wave, and the square wave. An integration circuit that integrates and outputs an integrated square wave is output, and the integrated square wave is output as the reference signal to the detection unit, and the square wave is output as the reference signal to the signal extraction unit. .

また、請求項13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。   The voltage detection device according to claim 13 is the voltage detection device according to any one of claims 1 to 10, wherein the reference signal output unit includes a pseudo noise generation circuit that generates pseudo noise, and the detection unit. The pseudo noise is output as the reference signal to the signal extraction unit.

また、請求項14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。   Further, the line voltage detection device according to claim 14 is configured such that the detection electrodes can be opposed to a plurality of corresponding electric circuits as the detection object, and an AC voltage generated in each electric circuit is detected as the detection target AC. A plurality of voltage detection devices according to any one of claims 1 to 10, each of which can be detected as a voltage, and the AC voltage of two electric circuits detected by a pair of voltage detection devices of the plurality of voltage detection devices. And a calculating unit for calculating a line voltage between the two electric circuits.

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、参照信号出力部から出力される参照信号と増幅検出信号との加算または減算によって参照信号と増幅検出信号に含まれている参照信号の信号成分とを相殺可能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。   3. The voltage detection apparatus according to claim 1, wherein the detection unit is connected to a detection electrode that is capacitively coupled to the detection target body and receives a reference signal from the reference signal output unit to detect the detection target AC voltage of the detection target body. A detection signal whose amplitude changes in accordance with both current values of the detection target current flowing based on the reference signal and the reference current flowing based on the reference signal is output, and the signal extraction unit amplifies the detection signal by a predetermined gain to detect amplification While generating the signal, the gain is controlled so that the reference signal and the signal component of the reference signal contained in the amplified detection signal can be canceled by adding or subtracting the reference signal output from the reference signal output unit and the amplified detection signal. At the same time, the signal component of the AC voltage to be detected is extracted from the amplified detection signal and output as an output signal. In this case, the current caused by the reference signal and the current caused by the detection target AC voltage flow through one current path including the coupling capacitance (capacitance) between the detection target body and the detection electrode. The detection signal is constituted by the voltage components based on it (the signal component of the reference signal and the signal component of the AC voltage to be detected).

したがって、これら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が未知の場合であっても、検出対象交流電圧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、出力信号に含まれているこの電圧成分を検出することにより、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。   Therefore, according to these voltage detection devices, even when the coupling capacitance between the detection target body and the detection electrode is unknown, the sensitivity with respect to the detection target AC voltage is controlled to be constant. Therefore, since the amplitude of the signal component of the detection target AC voltage included in the output signal is controlled so as to correspond to the amplitude of the detection target AC voltage, this voltage component included in the output signal By detecting this, it is possible to detect the AC voltage to be detected in a non-contact manner without calculating the coupling capacitance.

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、増幅検出信号または出力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、増幅検出信号に含まれている参照信号の信号成分を高い精度で相殺でき、これによって出力信号に含まれる参照信号の信号成分を大幅に低減することができる結果、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。   In the voltage detection device according to claim 3, in the signal extraction unit, the amplification circuit amplifies the detection signal with a predetermined gain to generate an amplification detection signal, and the synchronous detection circuit is included in the amplification detection signal or the output signal. A detection signal indicating the amplitude of the signal component of the reference signal is detected by synchronous detection using the reference signal, and the control circuit controls the gain of the amplifier circuit based on the detection signal. Therefore, according to this voltage detection device, since the signal component of the reference signal can be accurately detected by synchronous detection, the signal component of the reference signal included in the amplified detection signal can be canceled with high accuracy. As a result of significantly reducing the signal component of the reference signal included in the output signal, the detection accuracy of the detection target AC voltage can be further improved.

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、参照信号出力部から出力される参照信号と増幅検出信号との加算または減算によって参照信号と増幅検出信号に含まれている参照信号の信号成分とを相殺可能に利得(絶縁検出信号に対する利得)を制御すると共に、検出対象交流電圧に起因した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。   In the voltage detection device according to claim 4, the reference signal output unit outputs a reference signal to the reference voltage unit, and the detection unit operated by the floating power source is configured to detect an alternating current between the detection target AC voltage and the voltage of the reference voltage unit. A detection signal whose amplitude changes according to the potential difference is output, the insulation unit inputs the detection signal and outputs it as an insulation detection signal, and the signal extraction unit amplifies the insulation detection signal with a predetermined gain to generate an amplified detection signal. A gain (insulation detection signal) that can cancel the reference signal and the signal component of the reference signal included in the amplification detection signal by adding or subtracting the reference signal output from the reference signal output unit and the amplification detection signal while generating The signal component resulting from the detection target AC voltage is extracted from the amplified detection signal and output as an output signal.

この場合においても、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と参照信号とが相殺されるように、つまり参照信号の信号成分の振幅が参照信号の振幅と一致するように、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。   Even in this case, the current caused by the reference signal and the current caused by the detection target AC voltage flow through one current path including the coupling capacitance (capacitance) between the detection target and the detection electrode. The detection signal is composed of voltage components based on the current (the signal component of the reference signal and the signal component of the AC voltage to be detected). Therefore, according to this voltage detection apparatus, the signal component of the reference signal and the reference signal included in the amplified detection signal generated from the detection signal are canceled, that is, the amplitude of the signal component of the reference signal is referred to Even if the coupling capacitance between the detection object and the detection electrode is unknown, the signal processing unit generates the amplified detection signal by controlling the gain for the insulation detection signal so as to match the amplitude of the signal. The detection target AC included in the output signal so that the sensitivity of the signal component of the detection target AC voltage included in the amplified detection signal is constant (regardless of the capacitance value of the coupling capacitor). Since the amplitude of the signal component of the voltage is controlled so as to correspond to the amplitude of the AC voltage to be detected, the detection target AC is based on the amplitude of the output signal composed of the signal component of this detection target AC voltage. It is possible to detect the pressure accurately. As a result, according to the voltage detection device, the detection target AC voltage is saved without calculating the coupling capacitance (capacitance) between the detection target body and the detection electrode (without calculating the coupling capacitance). Can be detected in a non-contact manner. In addition, according to this voltage detection device, for example, a guard electrode is used as the reference voltage unit, and thus the detection electrode, the floating power source, the detection unit, and the insulation unit are accommodated in the guard electrode and operated in a floating state. Therefore, CMRR (Common Mode Rejection Ratio) can be increased.

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、増幅検出信号または出力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、増幅検出信号に含まれている参照信号の信号成分を高い精度で相殺でき、これによって出力信号に含まれる参照信号の信号成分を大幅に低減することができる結果、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。   In the voltage detection device according to claim 5, in the signal extraction unit, the amplification circuit amplifies the insulation detection signal with a predetermined gain to generate an amplification detection signal, and the synchronous detection circuit converts the amplification detection signal or the output signal into A detection signal indicating the amplitude of the signal component of the included reference signal is detected by synchronous detection using the reference signal, and the control circuit controls the gain of the amplifier circuit based on the detection signal. Therefore, according to this voltage detection device, since the signal component of the reference signal can be accurately detected by synchronous detection, the signal component of the reference signal included in the amplified detection signal can be canceled with high accuracy. As a result of significantly reducing the signal component of the reference signal included in the output signal, the detection accuracy of the detection target AC voltage can be further improved.

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。   According to the voltage detection device of the sixth aspect, the first series power supply circuit and the second series power supply circuit have the detection unit based on the positive voltage and the negative voltage supplied to the reference signal output unit and the signal extraction unit. Since the first floating voltage that is positive and the second floating voltage that is negative are generated with respect to the voltage of the reference signal used in the circuit, the use of expensive parts such as a battery and a transformer can be avoided, resulting in a product cost. Can be greatly reduced.

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。   According to the voltage detection device of claim 7, since the first series power supply circuit and the second series power supply circuit are respectively configured by the resistor, the Zener diode, and the transistor, each series power supply circuit can be simplified with a small number of parts. And it can be configured at low cost.

また、請求項8記載の電圧検出装置によれば、加算によって参照信号の信号成分と参照信号とを相殺して出力信号を出力する加算回路、または減算によって参照信号の信号成分と参照信号とを相殺して出力信号を出力する減算回路を備えたことにより、加算回路または減算回路といった回路で簡易に構成することができる回路で、参照信号の信号成分と参照信号とを相殺して出力信号を出力することができる。したがって、装置構成の簡略化を図りつつ、出力信号を確実に出力することができる。   According to the voltage detecting device of the eighth aspect, the addition circuit that outputs the output signal by canceling the signal component of the reference signal and the reference signal by addition, or the signal component of the reference signal and the reference signal by subtraction. By providing a subtracting circuit that cancels and outputs an output signal, a circuit that can be simply configured by a circuit such as an adding circuit or a subtracting circuit, cancels the signal component of the reference signal and the reference signal, and outputs the output signal. Can be output. Therefore, it is possible to reliably output an output signal while simplifying the device configuration.

また、請求項9記載の電圧検出装置によれば、参照信号の振幅を変更して信号抽出部に出力する振幅変更部を備え、信号抽出部は、参照信号の信号成分および振幅が変更された参照信号を相殺可能に増幅回路の利得を制御することにより、変更前における参照信号の振幅に対する変更後における参照信号の振幅の倍率をkとしたときに、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を1/k倍することにより、検出対象交流電圧を検出することができる。したがって、この倍率kを変更することにより、検出対象交流電圧の検出範囲を広げることができる。   According to the voltage detection device of the ninth aspect, the amplitude detecting unit that changes the amplitude of the reference signal and outputs the changed signal to the signal extracting unit is provided, and the signal extracting unit has the signal component and the amplitude of the reference signal changed. By controlling the gain of the amplifier circuit so that the reference signal can be canceled out, it is composed of the signal component of the AC voltage to be detected when the magnification of the reference signal amplitude after the change relative to the amplitude of the reference signal before the change is k. The detection target AC voltage can be detected by multiplying the amplitude of the output signal by 1 / k. Therefore, the detection range of the detection target AC voltage can be expanded by changing the magnification k.

また、請求項10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。   In addition, according to the voltage detection device of the tenth aspect, by including the processing unit that detects the detection target AC voltage based on the output signal, for example, the detection target AC voltage is detected at regular intervals with respect to the processing unit. In addition, the detected AC voltage to be detected can be displayed as a waveform on a display device or the like, and convenience can be improved.

また、請求項11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。   According to the voltage detection device of the eleventh aspect, since the processing unit calculates the voltage value of the detection target AC voltage based on the output signal, the detection target AC voltage can be accurately detected (measured).

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、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、参照信号と増幅検出信号に含まれている参照信号の信号成分とを確実に相殺(キャンセル)することができ、検出対象交流電圧の信号成分を増幅検出信号から確実に抽出して出力信号として出力することができる。   According to the voltage detection device of the twelfth aspect, the reference signal output unit includes a square wave generation circuit that generates a square wave, and an integration circuit that integrates the square wave and outputs an integral square wave. In contrast, by outputting this integrated square wave as a reference signal, the square wave generation circuit can be simply configured using a logic circuit, etc., thereby simplifying the overall configuration of the reference signal output unit. The reference current that flows based on the signal can be the same square wave that is output from the reference signal output unit to the signal extraction unit. Thus, while simplifying the device configuration (specifically, the entire configuration of the reference signal output unit), the signal extraction unit ensures the reference signal and the signal component of the reference signal included in the amplified detection signal. The signal component of the detection target AC voltage can be reliably extracted from the amplified detection signal and output as an output signal.

また、請求項13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。   According to the voltage detection device of the thirteenth aspect, the reference signal output unit includes a pseudo noise generation circuit that generates pseudo noise, and outputs the pseudo noise as a reference signal to the detection unit and the signal extraction unit. Thus, it is possible to make it less susceptible to disturbance (noise).

また、請求項14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。   Further, according to the line voltage detection device of the fourteenth aspect, since the voltage detection device is used, the coupling capacitance between the electric circuit as the detection object and the detection electrode corresponding to the electric circuit is unknown. Even in this case, it is possible to accurately detect the line voltage between the lines without calculating the coupling capacitance (capacitance) between the electric circuit and the detection electrode.

電圧検出装置1の構成図である。1 is a configuration diagram of a voltage detection device 1. FIG. 図1におけるフローティング回路部2の回路図である。It is a circuit diagram of the floating circuit part 2 in FIG. 図1における増幅回路41の回路図である。It is a circuit diagram of the amplifier circuit 41 in FIG. 電圧検出装置1Aの構成図である。It is a block diagram of voltage detection apparatus 1A. 図4における検出部14Aの回路図である。It is a circuit diagram of the detection part 14A in FIG. 他の参照信号出力部31Aのブロック図である。It is a block diagram of 31 A of other reference signal output parts. 他の参照信号出力部31Bのブロック図である。It is a block diagram of the other reference signal output part 31B. 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。It is a block diagram of the line voltage detection apparatus 51 which uses the voltage detection apparatus 1. FIG. 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。It is a block diagram of the line voltage detection apparatus 51A using the voltage detection apparatus 1A. 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。It is a block diagram of the floating circuit part 2 in the voltage detection apparatus 1 (1A) provided with the other power supply part 13A. 他の電源部13Aの回路図である。It is a circuit diagram of other power supplies 13A. 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。3 is a circuit diagram of a floating circuit unit 2 and a differential amplifier circuit 63 that are configured not to use an insulating unit 15. FIG.

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。   Hereinafter, embodiments of a voltage detection device and a line voltage detection device will be described with reference to the accompanying drawings.

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。   First, the voltage detection apparatus 1 will be described with reference to the drawings.

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。   The voltage detection device 1 is a non-contact type voltage detection device and includes a floating circuit portion 2 and a main body circuit portion 3 as shown in FIG. 1 and is generated in the detection target body 4 with the ground potential Vg as a reference. The AC voltage V <b> 1 (AC voltage to be detected) can be detected without contact.

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。   As shown in FIG. 1, the floating circuit unit 2 includes a guard electrode 11, a detection electrode 12, a power supply unit 13, a detection unit 14, and an insulating unit 15. The guard electrode 11 is configured as a reference voltage unit in the floating circuit unit 2 using a conductive material (for example, a metal material), and the detection electrode 12, the detection unit 14, and the insulating unit 15 are accommodated therein. As will be described later, the insulating unit 15 has a function of outputting a signal input from the primary side circuit in a state of being electrically insulated from the secondary side circuit from the primary side circuit. The part to be covered with the electrode 11 may be at least the primary side circuit, but the secondary side circuit may be covered with the guard electrode 11 as well. In this example, as an example, an opening (hole) 11 a is formed in the guard electrode 11. The detection electrode 12 is formed in a flat plate shape as an example, and is disposed in a non-contact state with the guard electrode 11 at a position facing the opening 11 a in the guard electrode 11. Further, when detecting the AC voltage V1, the detection electrode 12 is capacitively coupled (coupled via the capacitance C0) to the detection object 4 as shown in FIG.

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。   The power supply unit 13 is configured as a floating power supply that generates various floating voltages using the voltage Vr of the guard electrode 11 as a reference (zero volts). Further, the power supply unit 13 supplies the generated floating voltage as an operating voltage to each component arranged in the guard electrode 11. In this example, as an example, the power supply unit 13 is configured to include a battery and a DC / DC converter (both not shown), and the DC / DC converter performs various operations based on the DC voltage output from the battery. Floating voltage (for example, when the voltage Vr is set to zero volts, the first floating voltage Vf + that is positive with respect to the voltage Vr, and the first voltage that is negative with the absolute value equal to the first floating voltage Vf + with respect to the voltage Vr. 2 Floating voltage Vf− (hereinafter, also simply referred to as floating voltage Vf + and floating voltage Vf−) is generated as an operating voltage. Although not shown, instead of the battery, an AC voltage is supplied into the guard electrode 11 while being electrically insulated from the outside of the guard electrode 11 via a transformer, and this AC voltage is supplied to the guard electrode 11. It is also possible to adopt a configuration in which the rectifying / smoothing unit provided is converted to a DC voltage and supplied to the DC / DC converter.

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。   The detection unit 14 is connected to the detection electrode 12 and receives the reference signal Ss from the reference signal output unit 31 (the reference signal Ss is applied), and the detection target current (AC voltage) that flows based on the AC voltage V1. The detection signal S1 whose amplitude changes according to both current values of the current signal component (Iv1 caused by V1) and the reference current (current signal component caused by the reference signal Ss) Is1 flowing based on the reference signal Ss is output. Specifically, the detection unit 14 operates by receiving supply of a floating voltage Vf + that is a positive voltage and a floating voltage Vf− that is a negative voltage with respect to the voltage Vr of the guard electrode 11, and the AC voltage V1 and the guard electrode 11 is detected based on a current signal I (detection current) flowing at a current value corresponding to an AC potential difference (V1−Vr) with respect to the 11 voltage Vr, with the amplitude changing according to the AC potential difference (V1−Vr). A signal S1 is generated and output. In this case, a reference signal Ss is output (applied) to the guard electrode 11 from a reference signal output unit 31 described later. With this configuration, the voltage Vr matches the voltage Vs of the reference signal Ss. As a result, the current signal I includes the reference current Is1 caused by the reference signal Ss and the detection target current Iv1 caused by the AC voltage V1, and the detection signal S1 based on the current signal I is also the reference current Is1. Voltage signal component (hereinafter referred to as “reference voltage component”) Vs1 and voltage signal component based on detection target current Iv1 (hereinafter referred to as “detection target voltage component”) Vv1. Further, since the detection unit 14 operates based on the voltage of the guard electrode 11 that varies with the voltage Vs of the reference signal Ss to generate the detection signal S1, the reference voltage component Vs1 included in the detection signal S1 is the voltage of the reference signal Ss. The signal is in reverse phase with respect to Vs.

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。   In this example, as an example, the detection unit 14 includes an integration circuit 21 and an amplification circuit 22 as shown in FIG. The integrating circuit 21 has an operational amplifier 21a having a non-inverting input terminal connected to the guard electrode 11 and an inverting input terminal connected to the detection electrode 12, and a capacitor connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 21a. 21b and a resistor 21c connected in parallel to the capacitor 21b. In this case, the capacitor 21b is constituted by a capacitor of about 0.01 μF, for example, and the resistor 21c is constituted by a resistor having a high resistance value of about 1 MΩ, for example. For this reason, in the integrating circuit 21, the current signal I mainly flows through the capacitor 21 b, whereby the integrating operation is performed simultaneously with the current-voltage conversion operation, and the AC voltage V 1 of the detection target body 4 and the voltage Vr of the guard electrode 11 are A voltage signal S0 whose voltage value changes in proportion to the AC potential difference (V1-Vr) is generated. In the integrating circuit 21, the feedback amount in the vicinity of DC is remarkably reduced only by the capacitor 21b, the gain becomes extremely large, and the operational amplifier 21a may be saturated by the offset due to the bias current. In order to suppress the decrease in the resistance 21c, a resistor 21c is provided. The amplifier circuit 22 amplifies the voltage signal S0 with a predetermined amplification factor and outputs it as a detection signal S1. Although not shown, the integration circuit 21 is configured by two circuits, for example, a current-voltage conversion circuit that converts the current signal I into a voltage signal, and an integration circuit that integrates the voltage signal and outputs it as a detection signal S1. You can also

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。   The insulating unit 15 receives the detection signal S1 and electrically insulates it and outputs it as an insulation detection signal S2. Specifically, the insulating unit 15 is configured using an optical isolation element (in this example, a photocoupler as an example) as an example, and a detection signal input to a light emitting diode (not shown) as a primary side circuit thereof. S1 is output as an insulation detection signal S2 from the phototransistor as the secondary side circuit. That is, the insulating unit 15 outputs a signal having the same phase as the detection signal S1 and having an amplitude that is proportional to the amplitude of the detection signal S1, as the insulation detection signal S2. Instead of the photocoupler, the insulating unit 15 can be configured using an optical MOS-FET in which the primary side circuit is configured by a light emitting diode and the secondary side circuit is configured by an FET pair. In this case, in the insulating unit 15, the primary side circuit operates by receiving supply of the floating voltages Vf + and Vf−. In addition, when the detection signal S1 is an alternating current with a high frequency, the insulating unit 15 can be configured using a transformer.

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、同図において破線で示されている振幅変更部36は、本例では本体回路部3には含まれていない。このため、参照信号出力部31から出力された参照信号Ssは直接、信号抽出部32に入力される。また、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。   As shown in FIG. 1, the main body circuit unit 3 includes a reference signal output unit 31, a signal extraction unit 32, a processing unit 33, a storage unit 34, and an output unit 35. In this case, the reference signal output unit 31 generates a reference signal Ss having a constant amplitude (an AC signal having a constant frequency and amplitude. For example, a sine wave signal) in which the voltage Vs changes in a predetermined cycle with the ground potential Vg as a reference. And output to the guard electrode 11. As a result, the voltage Vr of the guard electrode 11 is regulated to the voltage Vs of the reference signal Ss. That is, the voltage Vr of the guard electrode 11 changes at a predetermined cycle in a state where the voltage Vr matches the voltage Vs of the reference signal Ss. In this example, the reference signal output unit 31 directly outputs the reference signal Ss to the guard electrode 11. However, since the reference signal Ss is an AC signal, the reference signal output unit 31 is not shown in the figure. The reference signal Ss may be output to the guard electrode 11 through a capacitor. The reference signal output unit 31 also outputs the reference signal Ss to the signal extraction unit 32. In addition, the amplitude change part 36 shown with the broken line in the figure is not contained in the main body circuit part 3 in this example. For this reason, the reference signal Ss output from the reference signal output unit 31 is directly input to the signal extraction unit 32. Further, in this example, as an example, the reference signal Ss is defined to have a frequency that is higher than the frequency of the AC voltage V <b> 1 of the detection object 4. In this case, the frequency of the reference signal Ss can be defined to be lower than the frequency of the AC voltage V1 of the detection target body 4.

信号抽出部32は、一例として、増幅回路41、加算回路42、同期検波回路43および制御回路44を備え、絶縁検出信号S2を所定の利得で増幅して増幅検出信号S3を生成し、増幅検出信号S3に含まれている参照信号Ssの信号成分および参照信号Ssを、増幅検出信号S3と参照信号Ssとの加算または減算(本例では加算)によって相殺可能に絶縁検出信号S2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、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。   For example, the signal extraction unit 32 includes an amplifier circuit 41, an adder circuit 42, a synchronous detection circuit 43, and a control circuit 44. The signal extraction unit 32 amplifies the insulation detection signal S2 with a predetermined gain to generate an amplification detection signal S3, and performs amplification detection. When the insulation detection signal S2 is amplified so that the signal component of the reference signal Ss and the reference signal Ss included in the signal S3 can be canceled by addition or subtraction (addition in this example) of the amplification detection signal S3 and the reference signal Ss. And the signal component of the AC voltage V1 is extracted (generated) from the amplified detection signal S3 and output as the output signal So. In this case, the signal component of the reference signal Ss included in the amplified detection signal S3 is caused by the reference voltage component Vs1 included in the detection signal S1 based on the output (application) of the reference signal Ss to the guard electrode 11. This is a signal component (that is, a signal component having the same frequency as that of the reference signal Ss included in the amplified detection signal S3).

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。   Specifically, the amplification circuit 41 receives the insulation detection signal S2 and also has an amplification factor defined by the level (DC voltage level) of the control signal (specifically, control voltage) Sc output from the control circuit 44. The insulation detection signal S2 is amplified with a gain of 1 or more (less than 1), and an amplified detection signal S3 is generated and output. As an example, as shown in FIG. 3, the amplifier circuit 41 includes an operational amplifier 41a, a variable resistance element disposed between the inverting input terminal of the operational amplifier 41a and the ground potential (in this example, J− An FET (Junction Field Effect Transistor) 41b and a resistor 41c disposed between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 41a are configured as a non-inverting amplifier circuit as a whole. It is configured as. In this case, the resistance value of the variable resistance element 41b changes according to the level of the input control signal Sc. Therefore, the amplifier circuit 41 changes the amplification factor according to the level of the input control signal Sc, and amplifies the insulation detection signal S2 with this amplification factor and outputs the amplified detection signal S3. The variable resistance element only needs to be an element whose resistance value changes according to an externally input voltage, and can be configured using an element or circuit other than the J-FET. In this example, as an example, the variable resistance element 41b is configured such that its resistance value decreases when the level of the input control signal Sc increases, and its resistance value increases when the level of the control signal Sc decreases. Has been. With this configuration, the amplification factor of the amplifier circuit 41 increases when the level of the control signal Sc increases, and decreases when the level of the control signal Sc decreases.

加算回路42は、ガード電極11に発生する電圧Vrを基準信号Srとして入力する(本例ではガード電極11には参照信号Ssのみが印加されているため、基準信号Srは参照信号Ssとなる)と共に増幅検出信号S3を入力して、両信号S3,Srを加算し、加算によって得られた加算信号を出力信号Soとして出力する。この場合、上記したように、検出信号S1は、参照信号Ssに対して逆位相の参照電圧成分Vs1と、交流電圧V1と同位相の検出対象電圧成分Vv1とで構成されている。このため、検出信号S1に基づいて生成される絶縁検出信号S2、および絶縁検出信号S2を増幅して生成される増幅検出信号S3も、参照信号Ssに対して逆位相の信号成分、および交流電圧V1と同位相の信号成分で構成される。したがって、加算回路42は、両信号S3,Srの加算処理を実行することにより、増幅検出信号S3を構成する参照信号Ssに対する逆位相の信号成分(以下、「逆相信号成分」ともいう)を基準信号Sr(本例では参照信号Ss)で相殺(キャンセル)する処理を実行する。つまり、加算回路42は、相殺回路として機能する。この場合、出力信号Soに含まれる参照信号Ssと同一周波数の信号成分は、増幅検出信号S3を構成する逆相信号成分の振幅と基準信号Srの振幅とが同一のときには完全にキャンセルされて(打ち消されて)除去される。一方、この参照信号Ssと同一周波数の信号成分は、増幅検出信号S3を構成する逆相信号成分の振幅と基準信号Srの振幅とが相違するときには出力信号Soに残存して、増幅検出信号S3を構成する逆相信号成分の振幅が基準信号Srの振幅よりも大きいときには参照信号Ssと逆位相となり、増幅検出信号S3を構成する逆相信号成分の振幅が基準信号Srの振幅以下のときには参照信号Ssと同位相となる。   The adder circuit 42 inputs the voltage Vr generated at the guard electrode 11 as the reference signal Sr (in this example, since only the reference signal Ss is applied to the guard electrode 11, the reference signal Sr becomes the reference signal Ss). At the same time, the amplified detection signal S3 is input, both the signals S3 and Sr are added, and an addition signal obtained by the addition is output as the output signal So. In this case, as described above, the detection signal S1 includes the reference voltage component Vs1 having a phase opposite to that of the reference signal Ss and the detection target voltage component Vv1 having the same phase as the AC voltage V1. For this reason, the insulation detection signal S2 generated based on the detection signal S1 and the amplified detection signal S3 generated by amplifying the insulation detection signal S2 are also a signal component having an opposite phase to the reference signal Ss, and an AC voltage. It is composed of signal components in phase with V1. Therefore, the adder circuit 42 performs an addition process of both signals S3 and Sr, thereby obtaining a signal component having an antiphase with respect to the reference signal Ss constituting the amplification detection signal S3 (hereinafter also referred to as “an antiphase signal component”). A process of canceling (cancelling) with the reference signal Sr (reference signal Ss in this example) is executed. That is, the addition circuit 42 functions as a cancellation circuit. In this case, the signal component having the same frequency as that of the reference signal Ss included in the output signal So is completely canceled when the amplitude of the antiphase signal component constituting the amplification detection signal S3 is the same as the amplitude of the reference signal Sr ( It is canceled out). On the other hand, the signal component having the same frequency as that of the reference signal Ss remains in the output signal So when the amplitude of the antiphase signal component constituting the amplification detection signal S3 is different from the amplitude of the reference signal Sr, and the amplification detection signal S3. When the amplitude of the anti-phase signal component constituting the reference signal Sr is larger than the amplitude of the reference signal Sr, the phase becomes opposite to that of the reference signal Ss. It has the same phase as the signal Ss.

同期検波回路43は、出力信号Soおよび参照信号Ssを入力すると共に、参照信号Ssで出力信号So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、出力信号So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、かつ出力信号So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、一例として、同期検波回路43は、出力信号Soに含まれている所定の信号成分と参照信号Ssとが同位相のときには正極性(正電圧)となり、逆位相のときには負極性(負電圧)となる検波信号Vdを生成して出力する。   The synchronous detection circuit 43 receives the output signal So and the reference signal Ss, and generates and outputs a detection signal Vd by synchronously detecting the output signal So with the reference signal Ss. Specifically, the synchronous detection circuit 43 responds to the increase or decrease of the amplitude of the signal component of the reference signal Ss included in the output signal So (specifically, the signal component having the same frequency as the reference signal Ss) by synchronous detection. When the absolute value of the voltage increases and decreases, and the phase of the signal component of the reference signal Ss included in the output signal So coincides with the phase of the reference signal Ss (when it is the same phase), and when it is shifted by 180 ° (inversely) A detection signal Vd having a different polarity in phase) is generated and output. In this example, as an example, the synchronous detection circuit 43 has a positive polarity (positive voltage) when a predetermined signal component included in the output signal So and the reference signal Ss are in phase, and a negative polarity ( A detection signal Vd having a negative voltage is generated and output.

制御回路44は、入力した検波信号Vdの極性に基づいて電圧が増減する制御信号Scを生成して、増幅回路41に出力する。本例では、一例として、制御回路44は、入力した検波信号Vdが正極性のときには、制御信号Scの電圧レベルを増加させ、一方、入力した検波信号Vdが負極性のときには、制御信号Scの電圧レベルを減少させる。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(本例では加算回路42に基準信号Srとして入力される参照信号Ssの振幅と同じ振幅となるように)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、増幅検出信号S3を構成する逆相信号成分の振幅が、加算回路42に入力される基準信号Sr(本例では参照信号Ss)の振幅に一致させられる。したがって、加算回路42は、増幅検出信号S3および基準信号Srの加算処理を実行して、増幅検出信号S3を構成する逆相信号成分を参照信号Ssで相殺(キャンセル)させて、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)で構成される出力信号Soを生成して出力する。   The control circuit 44 generates a control signal Sc whose voltage increases or decreases based on the polarity of the input detection signal Vd, and outputs the control signal Sc to the amplifier circuit 41. In this example, as an example, the control circuit 44 increases the voltage level of the control signal Sc when the input detection signal Vd is positive, while the control signal Sc of the control signal Sc when the input detection signal Vd is negative. Reduce the voltage level. With the above configuration, in the signal extraction unit 32, feedback control on the gain (amplification factor) of the amplifier circuit 41 is performed by the synchronous detection circuit 43 and the control circuit 44, and the control circuit 44 is the inverse of the amplification detection signal S3. The amplitude of the phase signal component (the signal component having the same frequency as the reference signal Ss) is constant (in this example, the amplitude is the same as the amplitude of the reference signal Ss input as the reference signal Sr to the adder circuit 42). The amplification factor of the amplifier circuit 41 is controlled based on the detection signal Vd. Thereby, the amplitude of the anti-phase signal component constituting the amplification detection signal S3 is made to coincide with the amplitude of the reference signal Sr (reference signal Ss in this example) input to the adder circuit. Therefore, the addition circuit 42 executes the addition process of the amplified detection signal S3 and the reference signal Sr, cancels (cancels) the reverse phase signal component constituting the amplified detection signal S3 with the reference signal Ss, and detects the detection object 4 An output signal So composed of a voltage component (a signal component having the same frequency as the AC voltage V1) based on the detection target current Iv1 caused by the AC voltage V1 is generated and output.

この場合、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)の振幅が基準信号Sr(本例では参照信号Ss)の振幅と一致するように増幅回路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に、理論的には、その振幅が検出対象体4に発生している交流電圧V1の振幅と一致した状態となる。   In this case, the reference current Is1 and the detection target current Iv1 included in the current signal I fluctuate at the same rate according to the magnitude of the capacitance C0 formed between the detection target body 4 and the detection electrode 12. The reference voltage component Vs1 and the detection target voltage component Vv1 included in the detection signal S1 also vary at the same rate. Therefore, both of the anti-phase signal component (the signal component having the same frequency as that of the reference signal Ss) and the signal component having the same frequency as that of the AC voltage V1 constituting the amplification detection signal S3 vary at the same rate, but the signal extraction unit. In 32, the amplitude of the anti-phase signal component (the signal component having the same frequency as that of the reference signal Ss) constituting the signal S3 is the reference signal Sr (reference signal Ss in this example) by the feedback control described above. Is generated by the amplifying circuit 41 so as to coincide with the amplitude of. For this reason, in the voltage detection device 1 having the configuration of this example, the voltage component based on the detection target current Iv1 included in the output signal So has an amplitude of the detection target 4 regardless of the magnitude of the capacitance C0. Theoretically, the amplitude corresponds to the amplitude of the AC voltage V1 generated at the same time, and the amplitude thereof coincides with the amplitude of the AC voltage V1 generated at the detection object 4.

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、既知の電圧Vs(一定)の参照信号Ssをガード電極11に出力して同期検波回路43および制御回路44によるフィードバック制御を行っ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。   The processing unit 33 includes an A / D converter and a CPU (both not shown), samples the voltage waveform (level) of the output signal So with a sampling clock having a predetermined frequency, and converts it into digital data D1. Then, a storage process to be stored in the storage unit 34, a voltage calculation process for calculating the AC voltage V1 based on the digital data D1, and an output process for outputting the calculated AC voltage V1 are executed. The storage unit 34 includes a ROM, a RAM, and the like, and stores a voltage calculation table TB used in the voltage calculation process in the processing unit 33 in advance. An outline of the procedure for creating the voltage calculation table TB will be described. As an example, in a state where a reference signal Ss of a known voltage Vs (constant) is output to the guard electrode 11 and feedback control is performed by the synchronous detection circuit 43 and the control circuit 44, the AC voltage V1 generated in the detection target 4 The digital data D1 is acquired while changing the amplitude of the AC voltage at a predetermined voltage step, and the digital data D1 is stored together with the voltage value of the AC voltage V1 in association with the AC voltage V1 changed at the voltage step. A calculation table TB is created. With this configuration, the processing unit 33 calculates the AC voltage V1 of the detection target body 4 by acquiring the voltage value of the AC voltage V1 corresponding to the acquired digital data D1 with reference to the voltage calculation table TB. Is possible. In this example, the output unit 35 is configured by a display device as an example, and displays the waveform of the AC voltage V1 and the calculated voltage parameter (amplitude and effective value) in the output process of the processing unit 33.

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。   Next, the detection operation for the AC voltage V1 of the detection object 4 by the voltage detection device 1 will be described.

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。   First, the floating circuit unit 2 (or the entire voltage detection device 1) is positioned in the vicinity of the detection target body 4 so that the detection electrode 12 faces the detection target body 4 in a non-contact state. Thereby, as shown in FIG. 1, the capacitance C0 is formed between the detection electrode 12 and the detection target body 4. In this case, the capacitance value of the capacitance C0 changes in inverse proportion to the distance between the detection electrode 12 and the detection object 4. However, once the floating circuit unit 2 is disposed, the environment such as temperature is constant. Below it is a constant (non-fluctuating) value. Further, since the capacitance value of the capacitance C0 is generally extremely small (for example, about several pF to several tens pF), even if the frequency of the AC voltage V1 is about several hundred Hz, the detection object 4 and the detection electrode The impedance between 12 becomes a sufficiently large value (several MΩ). For this reason, in this voltage detection apparatus 1, even when the AC voltage V1 of the detection object 4 and the voltage Vr of the guard electrode 11 are significantly different (when the potential difference Vdi is large), the operational amplifier 21a that constitutes the detection unit 14 An inexpensive product with a low input withstand voltage can be used, and even in this configuration, destruction of the operational amplifier 21a due to the potential difference Vdi is avoided.

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。   In addition, the detection electrode 12 and the detection target body 4 are connected in an AC manner via the capacitance C0, so that the detection target body 4, the detection electrode 12, the detection unit 14, the guard electrode 11 and the ground potential Vg A current path A (path indicated by a one-dot chain line in FIG. 1) reaching the ground potential Vg through the reference signal output unit 31 is formed. Therefore, a current signal I composed of a reference current Is1 caused by the voltage Vs of the reference signal Ss and a detection target current Iv1 caused by the AC voltage V1 of the detection target body 4 flows through the current path A. Yes.

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。   Thereby, in the floating circuit unit 2, as shown in FIGS. 1 and 2, the integrating circuit 21 of the detecting unit 14 integrates the current signal I to generate the voltage signal S0, and the amplifying circuit 22 amplifies the voltage signal S0. And output as a detection signal S1. The insulating unit 15 receives the detection signal S1 and outputs it as an insulation detection signal S2 that is electrically insulated from the detection signal S1.

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の電圧レベルで規定される増幅率で絶縁検出信号S2を増幅して、増幅検出信号S3として出力する。次いで、加算回路42が、増幅検出信号S3および基準信号Srを入力すると共に、両信号S3,Srを互いに加算する加算処理を実行して、出力信号Soとして出力する。この場合、上記したように、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、増幅回路41からの増幅検出信号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)の振幅が基準信号Sr(本例では参照信号Ss)の振幅に一致させられる。このため、加算回路42での加算処理により、増幅検出信号S3を構成する逆相信号成分が基準信号Srで相殺(キャンセル)されて、つまり、増幅検出信号S3を構成する逆相信号成分が除去されて、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)で構成される出力信号Soが出力される。   In the signal extraction unit 32 of the main body circuit unit 3, as shown in FIG. 1, the amplification circuit 41 receives the insulation detection signal S <b> 2 and is specified by the voltage level of the control signal Sc output from the control circuit 44. The insulation detection signal S2 is amplified with the amplification factor to be output as an amplification detection signal S3. Next, the adder circuit 42 receives the amplification detection signal S3 and the reference signal Sr, executes addition processing for adding both signals S3 and Sr to each other, and outputs the result as an output signal So. In this case, as described above, feedback control on the gain (amplification factor) of the amplifier circuit 41 is performed by the synchronous detection circuit 43 and the control circuit 44, and the anti-phase signal component constituting the amplification detection signal S3 from the amplifier circuit 41 is obtained. The amplitude of (a signal component having the same frequency as the reference signal Ss) is made to coincide with the amplitude of the reference signal Sr (reference signal Ss in this example). For this reason, the addition processing in the addition circuit 42 cancels (cancels) the reverse phase signal component constituting the amplification detection signal S3 with the reference signal Sr, that is, removes the reverse phase signal component constituting the amplification detection signal S3. Thus, an output signal So composed of a voltage component (a signal component having the same frequency as the AC voltage V1) based on the detection target current Iv1 caused by the AC voltage V1 of the detection target body 4 is output.

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。   Next, the processing unit 33 executes a storage process, inputs the output signal So, converts it into digital data D1, and stores it in the storage unit 34. Subsequently, the processing unit 33 executes a voltage calculation process. In this voltage calculation process, the processing unit 33 reads the digital data D1 stored in the storage unit 34 and refers to the voltage calculation table TB to acquire the AC voltage V1 corresponding to the read digital data D1. . Further, the processing unit 33 calculates, for example, an effective value or amplitude of the AC voltage V1 based on the acquired AC voltage V1, and stores it in the storage unit 34. Finally, the processing unit 33 executes output processing, and displays the effective value, amplitude, and the like of the AC voltage V1 stored in the storage unit 34 on the output unit 35 configured by a display device. Thereby, the detection of the alternating voltage V1 of the detection target body 4 by the voltage detection apparatus 1 is completed. In the output process, a configuration in which the processing unit 33 displays the voltage waveform of the AC voltage V1 on the output unit 35 based on the acquired AC voltage V1 may be employed.

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(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相殺可能な振幅)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として出力し、処理部33が検出対象電流Iv1(検出対象体4の交流電圧V1に起因して発生する電流成分)に基づいて発生する電圧成分で構成される出力信号Soのレベルに基づいて交流電圧V1を算出する。   In this voltage detection device 1, the reference signal output unit 31 outputs the reference signal Ss to the guard electrode 11, and the detection unit 14 that operates by receiving the supply of the floating voltages Vf + and Vf− is detected via the detection electrode 12. Based on the current signal I flowing between the body 4 and the guard electrode 11 at a current value corresponding to the AC potential difference (V1−Vr) between the AC voltage V1 and the voltage Vr of the guard electrode 11, an AC potential difference ( V1-Vr) outputs a detection signal S1 whose amplitude changes according to V1-Vr), the insulation unit 15 inputs the detection signal S1 and outputs it as an insulation detection signal S2, and the signal extraction unit 32 is included in the insulation detection signal S2 The amplitude of the same signal component as the reference signal Ss is predetermined amplitude (the same signal component as the reference signal Ss included in the amplified detection signal S3 can be canceled by addition or subtraction with the reference signal Ss) Width), that is, the amplitude of the insulation detection signal S2 is controlled so as to be constant and output as the amplification detection signal S3, and the amplification detection signal S3 and the reference signal output unit 31 thus controlled in amplitude. The signal component same as the reference signal Ss included in the amplified detection signal S3 is removed by addition or subtraction with the reference signal Ss output from the signal, and output as the output signal So, and the processing unit 33 detects the detection target current Iv1 ( The AC voltage V1 is calculated based on the level of the output signal So composed of voltage components generated based on the AC component V1 generated due to the AC voltage V1 of the detection object 4.

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の振幅を制御し、この増幅検出信号S3と参照信号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。   Therefore, according to the voltage detection apparatus 1, the signal extraction unit 32 controls the amplitude of the amplified detection signal S3 so that the amplitude of the signal component having the same frequency as that of the reference signal Ss is constant, and the amplified detection signal S3 and the reference are referred to. By removing or adding the same signal component as the reference signal Ss included in the amplified detection signal S3 by addition or subtraction with the signal Ss and outputting it as the output signal So, the detection object 4 and the detection electrode 12 are Even when the coupling capacitance (capacitance C0) is unknown (regardless of the value of the capacitance C0), the sensitivity with respect to the AC voltage V1 is controlled to be a constant sensitivity, that is, the output Since the amplitude of the voltage component based on the detection target current Iv1 included in the signal So is controlled so as to correspond to the amplitude of the AC voltage V1, this voltage component included in the output signal So. By detecting, without performing calculation of the electrostatic capacitance C0, it is possible to detect the AC voltage V1 in a non-contact manner.

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または出力信号So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の信号成分を高い精度で相殺でき、これによって出力信号Soに含まれる参照信号Ssの信号成分を大幅に低減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。   In this voltage detection apparatus 1, in the signal extraction unit 32, the synchronous detection circuit 43 refers to the detection signal Vd indicating the amplitude of the signal component for the reference signal Ss included in the amplification detection signal S3 or the output signal So. The detection is performed by synchronous detection using the signal Ss, and the control circuit 44 controls the gain of the amplifier circuit 41 based on the detection signal Vd. Therefore, according to the voltage detection device 1, the signal component of the reference signal Ss can be accurately detected by synchronous detection. As a result, the signal component of the reference signal Ss included in the amplified detection signal S3 can be detected with high accuracy. Since the signal component of the reference signal Ss included in the output signal So can be greatly reduced, the detection accuracy of the AC voltage V1 can be further improved.

また、この電圧検出装置1では、増幅検出信号S3を構成する参照信号Ssに対する逆位相の信号成分(逆相信号成分)を基準信号Sr(本例では参照信号Ss)で相殺(キャンセル)する処理を実行する加算回路42を相殺回路として備えて信号抽出部32が構成され、制御回路44は、加算回路42に入力される増幅検出信号S3に含まれている逆相信号成分(参照信号Ssの信号成分)を基準信号Srで相殺可能に増幅回路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、加算回路のような簡易な回路で相殺回路を構成することができるため、装置構成の簡略化を図りつつ、出力信号Soを確実に生成することができる。   Further, in this voltage detection device 1, a process of canceling (cancelling) a signal component (anti-phase signal component) having an antiphase with respect to the reference signal Ss constituting the amplification detection signal S3 with the reference signal Sr (reference signal Ss in this example). The signal extraction unit 32 is configured by including an addition circuit 42 that executes the above as a cancellation circuit, and the control circuit 44 includes a negative-phase signal component (of the reference signal Ss) included in the amplification detection signal S3 input to the addition circuit 42. The gain of the amplifier circuit 41 is controlled so that the signal component) can be canceled by the reference signal Sr. Therefore, according to the voltage detection device 1, since the cancellation circuit can be configured with a simple circuit such as an addition circuit, the output signal So can be reliably generated while simplifying the device configuration. .

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。   Moreover, according to this voltage detection apparatus 1, by providing the processing unit 33 that detects the AC voltage V1 based on the output signal So, the processing unit 33 can detect the AC voltage V1 at regular intervals, Further, the detected AC voltage V1 can be stored and stored in the storage unit 34, or the voltage waveform of the AC voltage V1 can be displayed on the output unit 35 based on the AC voltage V1 stored in the storage unit 34. .

また、この電圧検出装置1によれば、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ため、交流電圧V1を検出(測定)することができる。   Moreover, according to this voltage detection apparatus 1, since the process part 33 calculates the voltage value of the alternating voltage V1 based on the output signal So, the alternating voltage V1 can be detected (measured).

なお、上記の電圧検出装置1では、増幅検出信号S3に含まれている参照信号Ssの信号成分が基準信号Sr(本例では参照信号Ss)に対して逆位相になっていることを利用して、相殺回路として加算回路42を使用して、増幅検出信号S3に含まれている参照信号Ssの信号成分と参照信号Ssとを相殺しているが、検出部14、絶縁部15および増幅回路41において、検出信号S1、絶縁検出信号S2および増幅検出信号S3の位相を反転させたり、相殺回路に基準信号Srを反転させて出力することも可能である。この構成においては、増幅検出信号S3に含まれている参照信号Ssの信号成分と参照信号Ssとを同位相とすることもできるため、この場合には、相殺回路として減算回路を使用することで、増幅検出信号S3に含まれている参照信号Ssの信号成分と参照信号Ssとを相殺することができる。   Note that the voltage detection device 1 described above utilizes the fact that the signal component of the reference signal Ss included in the amplification detection signal S3 is in reverse phase with respect to the reference signal Sr (reference signal Ss in this example). Thus, the adder circuit 42 is used as a canceling circuit to cancel the signal component of the reference signal Ss and the reference signal Ss included in the amplified detection signal S3. However, the detection unit 14, the insulating unit 15, and the amplification circuit In 41, it is also possible to invert the phases of the detection signal S1, the insulation detection signal S2, and the amplified detection signal S3, or to invert the reference signal Sr to the cancellation circuit and output it. In this configuration, the signal component of the reference signal Ss included in the amplification detection signal S3 and the reference signal Ss can be in phase, and in this case, a subtraction circuit is used as the cancellation circuit. The signal component of the reference signal Ss included in the amplification detection signal S3 and the reference signal Ss can be canceled out.

また、上記の例では、相殺回路(上記例では加算回路42)に基準信号Srとして参照信号Ssを直接入力する構成を採用しているが、図1において破線で示すように、参照信号出力部31と加算回路42との間に振幅変更部36を配設して、参照信号出力部31から出力される参照信号Ssの振幅を振幅変更部36において、k倍(kは正の実数)に変更して加算回路42に基準信号Sr1として出力する構成を採用することもできる。この振幅変更部36は、例えば、分圧抵抗などで構成されるアッテネータで簡易に構成することができる。また、振幅変更部36を所定の利得(k倍)で信号を増幅する増幅器で構成して、電圧信号Srの振幅よりも基準信号Sr1の振幅を増大させることもできる。これらの構成においては、信号抽出部32では、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、k倍された参照信号Ssの振幅(基準信号Sr1の振幅)と一致するようにフィードバック制御される。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k倍された基準信号Sr1とが加算回路42において相殺された状態において、出力信号Soに含まれている交流電圧V1に起因した検出対象電流Iv1に基づく電圧成分の振幅についてもk倍された状態で検出される。このため、この検出された検出対象電流Iv1に基づく電圧成分を1/k倍することによって、交流電圧V1を検出することができる。   In the above example, a configuration is adopted in which the reference signal Ss is directly input as the reference signal Sr to the cancellation circuit (in the above example, the addition circuit 42). However, as shown by a broken line in FIG. 31 and an adder circuit 42, an amplitude changing unit 36 is provided, and the amplitude of the reference signal Ss output from the reference signal output unit 31 is multiplied by k (k is a positive real number) in the amplitude changing unit 36. It is also possible to adopt a configuration in which it is changed and output to the adder circuit 42 as the reference signal Sr1. The amplitude changing unit 36 can be simply configured with an attenuator configured with, for example, a voltage dividing resistor. In addition, the amplitude changing unit 36 may be configured by an amplifier that amplifies a signal with a predetermined gain (k times), so that the amplitude of the reference signal Sr1 can be increased more than the amplitude of the voltage signal Sr. In these configurations, the signal extraction unit 32 matches the amplitude of the signal component of the reference signal Ss included in the amplified detection signal S3 with the amplitude of the reference signal Ss multiplied by k (the amplitude of the reference signal Sr1). Feedback control is performed. In this case, in a state where the signal component of the reference signal Ss included in the amplification detection signal S3 and the reference signal Sr1 multiplied by k are canceled by the adder circuit 42, the AC voltage V1 included in the output signal So is obtained. The amplitude of the voltage component based on the detected current to be detected Iv1 is also detected in a state multiplied by k. For this reason, the AC voltage V1 can be detected by multiplying the voltage component based on the detected current to be detected Iv1 by 1 / k.

したがって、この構成によれば、振幅変更部36での倍率kを変更することにより、検出(測定)できる交流電圧V1の範囲を拡大することができる。例えば、処理部33での出力信号Soの入力レベルに規定がある場合(上記のようにA/D変換器を備えた構成では、A/D変換器の入力定格によって出力信号Soの入力レベルが制限される)においても、倍率kを数値1/10とすることにより、数値1としたとき(基準信号Srとして参照信号Ssを加算回路42に直接入力する構成)と比較して、規定された出力信号Soの入力レベルを満足させつつ、より高電圧の交流電圧V1まで検出(測定)することができる。   Therefore, according to this configuration, the range of the AC voltage V1 that can be detected (measured) can be expanded by changing the magnification k in the amplitude changing unit 36. For example, when the input level of the output signal So in the processing unit 33 is stipulated (in the configuration including the A / D converter as described above, the input level of the output signal So depends on the input rating of the A / D converter. Even if the magnification k is a numerical value 1/10, it is defined in comparison with the case where the numerical value 1 is set to 1 (a configuration in which the reference signal Ss is directly input to the adding circuit 42 as the reference signal Sr). While satisfying the input level of the output signal So, even higher AC voltage V1 can be detected (measured).

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。   In the voltage detection device 1 described above, the detection electrode 12, the power supply unit 13, the detection unit 14, and the insulating unit 15 are accommodated in the guard electrode 11, so that the floating circuit unit 2 is separated from the main body circuit unit 3. In order to increase the CMRR (Common Mode Rejection Ratio) and to detect the high-voltage AC voltage V1, the detection unit 14 is not required to be operated in a floating state (for example, In the case where the AC voltage V1 is relatively low or a high CMRR is not required), a configuration in which the guard electrode 11, the power supply unit 13, and the insulating unit 15 are not used as in the voltage detection device 1A shown in FIG. It can also be adopted. Hereinafter, the voltage detection apparatus 1A will be described.

電圧検出装置1Aは、図4に示すように、電圧検出装置1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。   As illustrated in FIG. 4, the voltage detection device 1 </ b> A includes a detection electrode 12 and a detection unit 14 </ b> A instead of the floating circuit unit 2 of the voltage detection device 1. Therefore, the voltage detection device 1A includes the detection electrode 12, the detection unit 14A, and the main body circuit unit 3, and is configured to be able to detect the AC voltage V1 generated in the detection target body 4 without contact. Since the detection electrode 12 and the main body circuit unit 3 are configured in the same manner as the voltage detection device 1, the same reference numerals are assigned and the redundant description is omitted, and the detection unit 14 </ b> A that is different from the voltage detection device 1 is omitted. Will be mainly described.

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。   The detection unit 14A generates an operating voltage (based on the ground potential Vg) from a power source (not shown) that is the same as each component (the reference signal output unit 31, the signal extraction unit 32, the processing unit 33, and the like) constituting the main body circuit unit 3. Are supplied with a positive voltage Vcc + and a negative voltage Vcc−). Further, as shown in FIG. 4, the detection unit 14A is connected to the detection electrode 12 and receives the reference signal Ss (the reference signal Ss is applied), and the detection electrode is caused by the presence of the AC voltage V1. 12 and a detection current Iv1 that flows between the detection target body 4 and a reference current Is1 that flows between the detection electrode 12 and the detection target body 4 due to the input of the voltage Vs of the reference signal Ss. A signal I (= Iv1 + Is1) is detected, and a detection signal S1 whose amplitude changes according to the current value of the current signal I is output. Note that the amplitude of the current signal I changes according to the AC potential difference (V1−Vr) between the AC voltage V1 and the voltage Vr (= voltage Vs) of the guard electrode 11, that is, the potential difference (V1−V1). It can be said that the current signal flows at a current value corresponding to Vr).

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。
In this example, the detection unit 14A includes a detection resistor 61 and a differential amplification unit 62 as illustrated in FIG. The detection resistor 61 has one end connected to the detection electrode 12 and the other end connected to the reference signal output unit 31. The differential amplifying unit 62 includes a known instrumentation amplifier including three operational amplifiers AP1 to AP3 and seven resistors R1 to R7. In the differential amplifier 62, capacitors C1 and C2 are connected in parallel to the resistors R6 and R7, respectively, and the output stage including the operational amplifier AP3 has an integration function. In the differential amplifying unit 62, the resistors at symmetrical positions among the resistors R1 to R7 are balanced (that is, R2 and R3, R4 and R5, and R6 and R7 are respectively It is assumed that capacitors C1 and C2 are balanced (C1 and C2 are defined to have the same capacitance value). In the differential amplifier 62, the non-inverting input terminal of the operational amplifier AP1 that functions as one input terminal in the differential amplifier 62 is connected to one end of the detection resistor 61, and the other one in the differential amplifier 62 is connected. A non-inverting input terminal of the operational amplifier AP2 functioning as an input terminal is connected to the reference signal output unit 31. In the differential amplifier 62, when the voltages input to the input terminals are Vin1 and Vin2, the detection signal S1 is expressed by the following equation.
S1 = (Vin2-Vin1) × (1 + 2 × R2 / R1) × R6 / R4
In this case, (Vin2−Vin1) in the equation of S1 represents a voltage generated between both ends of the detection resistor 61 when the current signal I (= Iv1 + Is1) flows. Therefore, as described above, the detection unit 14A outputs the detection signal S1 whose amplitude changes according to the current value of the current signal I (= Iv1 + Is1).

本体回路部3では、信号抽出部32が、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、増幅検出信号S3に含まれている参照信号Ssの信号成分を、増幅検出信号S3と参照信号Ssとの加算または減算によって相殺可能に検出信号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。   In the main body circuit unit 3, the signal extraction unit 32 amplifies the detection signal S1 with a predetermined gain to generate an amplification detection signal S3, and amplifies and detects the signal component of the reference signal Ss included in the amplification detection signal S3. The gain at the time of amplification of the detection signal S1 is controlled so that it can be canceled by adding or subtracting the signal S3 and the reference signal Ss, and the signal component of the AC voltage V1 is extracted (generated) from the amplified detection signal S3 and output signal So. Output as. In this case, the signal component of the reference signal Ss included in the amplified detection signal S3 is the reference voltage component Vs1 included in the detection signal S1 (that is, having the same frequency as the reference signal Ss included in the amplified detection signal S3). Signal component).

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   Next, the processing unit 33 performs the storage process, the voltage calculation process, and the output process in the same manner as the voltage detection apparatus 1, thereby calculating the effective value, the amplitude, and the like of the AC voltage V1, and configured by the display device. Displayed on the output unit 35. Thereby, the detection of the alternating voltage V1 of the detection target body 4 by the voltage detection apparatus 1 is completed.

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となるように増幅検出信号S3の振幅を制御し、この増幅検出信号S3と参照信号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。   Therefore, also in this voltage detection device 1A, as in the voltage detection device 1, the signal extraction unit 32 makes the amplitude of the signal component having the same frequency as the reference signal Ss included in the amplified detection signal S3 constant. The amplitude of the amplified detection signal S3 is controlled, and by adding or subtracting the amplified detection signal S3 and the reference signal Ss, the same signal component as that of the reference signal Ss included in the amplified detection signal S3 is removed to obtain an output signal So. By outputting, even when the coupling capacitance (capacitance C0) between the detection object 4 and the detection electrode 12 is unknown (regardless of the value of the capacitance C0), the AC voltage V1 Since the sensitivity is controlled to be a constant sensitivity, that is, the amplitude of the voltage component based on the detection target current Iv1 included in the output signal So is a magnitude corresponding to the amplitude of the AC voltage V1. To be controlled so as, by detecting the voltage component contained in the output signal So., without performing the calculation of the electrostatic capacitance C0, it is possible to detect the AC voltage V1 in a non-contact manner.

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または出力信号So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の信号成分を高い精度で相殺でき、これによって出力信号Soに含まれる参照信号Ssの信号成分を大幅に低減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。   Also in the voltage detection device 1A, in the same manner as the voltage detection device 1, in the signal extraction unit 32, the synchronous detection circuit 43 performs a signal on the reference signal Ss included in the amplified detection signal S3 or the output signal So. A detection signal Vd indicating the amplitude of the component is detected by synchronous detection using the reference signal Ss, and the control circuit 44 controls the gain of the amplifier circuit 41 based on the detection signal Vd. Therefore, according to the voltage detection device 1, the signal component of the reference signal Ss can be accurately detected by synchronous detection. As a result, the signal component of the reference signal Ss included in the amplified detection signal S3 can be detected with high accuracy. Since the signal component of the reference signal Ss included in the output signal So can be greatly reduced, the detection accuracy of the AC voltage V1 can be further improved.

また、この電圧検出装置1Aにおいても、増幅検出信号S3を構成する参照信号Ssに対する逆位相の信号成分(逆相信号成分)を基準信号Sr(本例では参照信号Ss)で相殺(キャンセル)する処理を実行する加算回路42を相殺回路として備えて信号抽出部32が構成され、制御回路44は、加算回路42に入力される増幅検出信号S3に含まれている逆相信号成分(参照信号Ssの信号成分)を基準信号Srで相殺可能に増幅回路41の利得を制御する。したがって、この電圧検出装置1Aによっても、加算回路のような簡易な回路で相殺回路を構成することができるため、装置構成の簡略化を図りつつ、出力信号Soを確実に生成することができる。   Also in this voltage detection apparatus 1A, a signal component (anti-phase signal component) having a phase opposite to that of the reference signal Ss constituting the amplification detection signal S3 is canceled (cancelled) by the reference signal Sr (reference signal Ss in this example). The signal extraction unit 32 is configured by including an addition circuit 42 that performs processing as a cancellation circuit, and the control circuit 44 includes a negative-phase signal component (reference signal Ss) included in the amplified detection signal S3 input to the addition circuit 42. The gain of the amplifying circuit 41 is controlled so that the signal component can be canceled by the reference signal Sr. Therefore, also with this voltage detection device 1A, the canceling circuit can be configured with a simple circuit such as an adding circuit, so that the output signal So can be reliably generated while simplifying the device configuration.

なお、上記の電圧検出装置1Aでも、増幅検出信号S3に含まれている参照信号Ssの信号成分が基準信号Sr(本例では参照信号Ss)に対して逆位相になっていることを利用して、相殺回路として加算回路42を使用して、増幅検出信号S3に含まれている参照信号Ssの信号成分と参照信号Ssとを相殺しているが、検出部14Aや増幅回路41において、検出信号S1や増幅検出信号S3の位相を反転させたり、相殺回路に基準信号Srを反転させて出力することも可能である。この構成においては、増幅検出信号S3に含まれている参照信号Ssの信号成分と参照信号Ssとを同位相とすることもできるため、この構成によれば、相殺回路として減算回路を使用することで、増幅検出信号S3に含まれている参照信号Ssの信号成分と参照信号Ssとを相殺することができる。   Note that the voltage detection apparatus 1A also uses the fact that the signal component of the reference signal Ss included in the amplified detection signal S3 is in reverse phase with respect to the reference signal Sr (reference signal Ss in this example). Thus, the adder circuit 42 is used as a canceling circuit to cancel the signal component of the reference signal Ss and the reference signal Ss contained in the amplified detection signal S3. It is also possible to invert the phase of the signal S1 and the amplification detection signal S3, or to invert the reference signal Sr to the cancellation circuit and output it. In this configuration, since the signal component of the reference signal Ss and the reference signal Ss included in the amplification detection signal S3 can be in phase, the subtraction circuit is used as the cancellation circuit according to this configuration. Thus, the signal component of the reference signal Ss and the reference signal Ss included in the amplification detection signal S3 can be canceled.

また、上記の例では、相殺回路(上記例では加算回路42)に基準信号Srとして参照信号Ssを直接入力する構成を採用しているが、図4において破線で示すように、参照信号出力部31と加算回路42との間に振幅変更部36を配設して、参照信号出力部31から出力される参照信号Ssの振幅を振幅変更部36において、k倍(kは正の実数)に変更して加算回路42に基準信号Sr1として出力する構成を採用することもできる。この構成によれば、電圧検出装置1と同様にして、振幅変更部36での倍率kを変更することにより、検出(測定)できる交流電圧V1の範囲を拡大することができる。   In the above example, a configuration is adopted in which the reference signal Ss is directly input to the cancellation circuit (in the above example, the addition circuit 42) as the reference signal Sr. However, as indicated by a broken line in FIG. 31 and an adder circuit 42, an amplitude changing unit 36 is disposed, and the amplitude of the reference signal Ss output from the reference signal output unit 31 is multiplied by k (k is a positive real number) in the amplitude changing unit 36. It is also possible to adopt a configuration in which it is changed and output to the adder circuit 42 as the reference signal Sr1. According to this configuration, the range of the AC voltage V1 that can be detected (measured) can be expanded by changing the magnification k in the amplitude changing unit 36 in the same manner as the voltage detecting device 1.

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、参照信号出力部31と加算回路42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、参照信号出力部31と加算回路42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。   In the voltage detection device 1 described above, for example, between the insulating unit 15 and the amplifier circuit 41, between the reference signal output unit 31 and the addition circuit 42, and between the reference signal output unit 31 and the synchronous detection circuit 43. In the voltage detection device 1A, for example, between the detection unit 14A and the amplification circuit 41, between the reference signal output unit 31 and the addition circuit 42, and reference signal output Although a configuration in which the unit 31 and the synchronous detection circuit 43 are directly connected to each other is employed, a configuration in which a buffer is interposed may be employed as necessary, although not illustrated. Further, although an example in which the reference signal Ss output from the reference signal output unit 31 is supplied to the synchronous detection circuit 43 at the same level as described above has been described, although not illustrated, the reference signal Ss is configured by a voltage dividing resistor or the like as an example. It is also possible to employ a configuration in which the reference signal Ss is reduced to a required level and supplied to the synchronous detection circuit 43 using an attenuator.

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。   Although not shown, an A / D conversion unit that converts the insulation detection signal S2 that is an analog signal into digital data, and a reference signal Ss that is an analog signal supplied from the reference signal output unit 31 to the signal extraction unit 32. By providing an A / D conversion unit for converting into digital data in the main body circuit unit 3, it is possible to adopt a configuration in which all or part of the processing in the signal extraction unit 32 is performed by digital processing. In this case, it is possible to employ a configuration in which the processing unit 33 has the function of the signal extraction unit 32. According to this configuration, the number of circuit components can be significantly reduced. Further, the function of the processing unit 33 and the function of the signal extraction unit 32 may be realized by software, or may be realized by hardware (DSP (Digital Signal Processor) or logic array).

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に出力すると共に、この方形波信号を基準信号Srとして信号抽出部32の加算回路42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。   Moreover, although the reference signal output unit 31 has been described above with respect to the example in which the AC signal (for example, a sine wave signal) having a constant frequency and amplitude is output as the reference signal Ss, as in the reference signal output unit 31A illustrated in FIG. Instead of the sine wave signal, a configuration in which a square wave signal is output as the reference signal Ss may be employed. Specifically, the reference signal output unit 31A integrates a square wave generation circuit 31a that generates a square wave (square wave signal), and a square wave (square wave signal) as an integrated square wave (integrated square wave signal). An integrating circuit 31b for outputting is provided. The reference signal output unit 31A outputs the square wave signal generated by the square wave generation circuit 31a as a reference signal Ss to the synchronous detection circuit 43 of the signal extraction unit 32, and also extracts the square wave signal as a reference signal Sr. The data is output to the adder circuit 42 of the unit 32. Further, the reference signal output unit 31A outputs the integrated square wave signal output from the integration circuit 31b to the detection unit 14 (detection unit 14A in the voltage detection device 1A) as the reference signal Ss. In this case, since the detection unit 14 (14A) is connected in series with the capacitance C0 via the detection electrode 12, the reference current Is1 flowing through the circuit including the detection unit 14 (14A) and the capacitance C0 is , A signal obtained by differentiating the reference signal Ss.

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、加算回路42が、増幅検出信号S3を構成する参照信号Ssに対する逆相信号成分を基準信号Sr(本例では参照信号Ss)で確実に相殺(キャンセル)することができ、交流電圧V1の信号成分を増幅検出信号S3から確実に抽出して出力信号Soとして出力することができると共に、同期検波回路43が、参照信号Ssで出力信号Soを確実に同期検波することができる。   Therefore, by integrating the reference signal Ss output from the reference signal output unit 31A to the detection unit 14 (14A) in advance by the integration circuit 31b, the square wave generation circuit 31a can be easily used using a logic circuit or the like. By configuring the reference signal output unit 31A, the reference current Is1 flowing through the circuit including the detection unit 14 (14A) and the capacitance C0 is extracted from the reference signal output unit 31A while the configuration of the entire reference signal output unit 31A is simplified. The square wave signal can be the same as the square wave signal output to 32. Thereby, while simplifying the device configuration (specifically, the entire configuration of the reference signal output unit 31A), in the signal extraction unit 32, the adder circuit 42 reverses the reference signal Ss constituting the amplification detection signal S3. The phase signal component can be reliably canceled (cancelled) by the reference signal Sr (reference signal Ss in this example), and the signal component of the AC voltage V1 is reliably extracted from the amplified detection signal S3 and output as the output signal So. In addition, the synchronous detection circuit 43 can surely synchronously detect the output signal So with the reference signal Ss.

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に出力すると共に、この方形波信号を基準信号Srとして信号抽出部32の加算回路42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。   Moreover, it is also possible to employ a configuration in which a pseudo noise generation circuit 31c is provided and a pseudo noise signal is output as the reference signal Ss as in the reference signal output unit 31B illustrated in FIG. In this case, the reference signal output unit 31B outputs the pseudo noise signal generated by the pseudo noise generation circuit 31c to the detection unit 14 (14A) and the synchronous detection circuit 43 of the signal extraction unit 32 as a reference signal Ss, and this square shape. The wave signal is output as a reference signal Sr to the addition circuit 42 of the signal extraction unit 32. Further, the pseudo noise generation circuit 31c is configured by using various known shift registers such as a linear feedback shift register such as an M series as an example, or by using a microcomputer that generates a pseudo noise signal by software processing. Can do. By using the reference signal output unit 31B configured as described above, it is possible to realize the voltage detection device 1 (1A) that is not easily affected by disturbance (noise).

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。   Next, a line voltage detection device 51 using a plurality of the voltage detection devices 1 described above will be described.

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。   First, the configuration of the line voltage detection device 51 will be described with reference to the drawings. In the following, an example will be described in which line voltages of three-phase (R-phase, S-phase, and T-phase) three-wire AC circuits (hereinafter also referred to as “electric circuits”) R, S, and T are detected.

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。   As an example, the line voltage detection device 51 corresponds to the same number (three) of the electric circuits R, S, T as the number of electric circuits R, S, T (hereinafter referred to as each electric circuit R, S, T). Voltage detectors 1r, 1s, and 1t (hereinafter also referred to as “voltage detector 1” unless otherwise specified), a calculation unit 52, and a display unit 53, and a line voltage Vrs between electric circuits R and S, electric circuit S , T and the line voltage Vrt between the electric circuits R, T can be detected in a non-contact manner.

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。   As shown in FIG. 8, each voltage detection device 1 includes the above-described floating circuit unit 2 and main body circuit unit 3 and is configured in the same manner, and each AC circuit R, S, and T is used as a detection target body. The effective values of the voltages Vrp, Vsp, and Vtp (each AC voltage to be detected) are detected, and data indicating the effective values are output as detection data Dva, Dvb, and Dvc. Hereinafter, the detection data Dva, Dvb, and Dvc are also referred to as “detection data Dv” unless particularly distinguished. In this example, the output unit 35 of each voltage detection device 1 is configured by a transmission device capable of transmitting data, and has a function of transmitting the detection data Dva, Dvb, Dvc input from the processing unit 33 to the calculation unit 52. I have. In addition, since it is the same as the structure mentioned above about the other components except the output part 35 in the voltage detection apparatus 1, detailed description is abbreviate | omitted.

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。   The calculation unit 52 includes a CPU and a memory (both not shown), and calculates (detects) a line voltage based on the detection data Dv output from each voltage detection device 1. Execute the calculation process. The calculation unit 52 causes the display unit 53 to display the result of the line voltage calculation process. In this example, the display unit 53 is configured by a monitor device such as a liquid crystal display. In addition, it can also be comprised with printing apparatuses, such as a printer. Further, as will be described later, each body circuit unit 3 is connected to a portion (for example, a housing of the body circuit unit 3) G1 having a mutual ground potential Vg. As an example, the calculation unit 52 and the display unit 53 operate by receiving a voltage supply from a power supply circuit (not shown) included in any one of the three main body circuit units 3. To do.

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。   Next, the detection operation of the line voltage detection device 51 will be described.

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。   First, at the time of detection, as shown in FIG. 8, in order to detect the AC voltage Vrp of the electric circuit R by the voltage detection device 1r, the floating circuit portion 2 is brought close to the electric circuit R and the detection electrode 12 is moved to the corresponding electric circuit R. Make them face each other. Similarly, with respect to the other voltage detection devices 1s and 1t, the detection electrodes 12 of the floating circuit portions 2 are made to face the corresponding electric circuits S and T in order to detect the AC voltages Vsp and Vtp of the electric circuits S and T. . As a result, a capacitance C0 (see FIG. 1) is formed between each of the detection electrodes 12 and each of the electric circuits R, S, T, and the corresponding electric circuit in each of the voltage detection devices 1r, 1s, 1t. Detection of AC voltages Vrp, Vsp, Vtp of R, S, T is started. In this case, as described above, in each of the voltage detection devices 1r, 1s, and 1t, the AC voltages Vrp, Vsp, and Vtp are accurately detected by the processing unit 33 regardless of the capacitance value of the capacitance C0.

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。   Moreover, in each voltage detection apparatus 1r, 1s, and 1t, the output part 35 makes the effective value about AC voltage Vrp, Vsp, and Vtp of each electric circuit R, S, T calculated by the process part 33, detection data Dva, respectively. , Dvb, Dvc.

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。   The calculation unit 52 inputs each detection data Dva, Dvb, Dvc output from each voltage detection device 1 and stores it in the memory. Next, the calculation unit 52 executes a line voltage calculation process. Specifically, the calculation unit 52 obtains the line voltage Vrs between the electric circuits R and S by calculating the differential voltage between the effective values of the AC voltages Vrp and Vsp indicated by the detection data Dva and Dvb. (To detect). Similarly, the calculation unit 52 calculates the differential voltage between the effective values of the AC voltages Vsp and Vtp indicated by the detection data Dvb and Dvc, thereby calculating the line voltage Vst between the electric circuits S and T. The line voltage Vrt between the electric circuits R and T is obtained (detected) by calculating (detecting) and calculating the differential voltage between the effective values of the AC voltages Vrp and Vtp indicated by the detection data Dva and Dvc. ). The calculation unit 52 causes the display unit 53 to display the calculated line voltages Vrs, Vst, Vrt.

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。   Thus, according to this line voltage detection device 51, by using the voltage detection device 1, the detection electrode 12 in each voltage detection device 1 and each electric circuit R as a detection object of each voltage detection device 1 are used. , S, and T, even if the coupling capacitance (capacitance C0) is unknown, the line voltages Vrs, Vst, and Vrt are accurately detected without contact without calculating the coupling capacitance. can do.

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。   Next, a line voltage detection device 51A using a plurality of the voltage detection devices 1A described above will be described.

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。   First, the configuration of the line voltage detection device 51A will be described with reference to the drawings. In addition, about the structure same as the line voltage detection apparatus 51, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted. Moreover, below, the example which detects the line voltage of the electric circuit R, S, T of a three-phase three-wire system is demonstrated.

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。   As an example, as shown in FIG. 9, the line voltage detection device 51A corresponds to the same number (three) of the electric circuits R, S, T as the number of electric circuits R, S, T (hereinafter referred to as each electric circuit R, S, T). Voltage detectors 1Ar, 1As, 1At (hereinafter also referred to as “voltage detector 1A” unless otherwise specified), a calculation unit 52, and a display unit 53, and a line voltage Vrs between electric circuits R and S, electric circuit S , T and the line voltage Vrt between the electric circuits R, T can be detected in a non-contact manner.

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。   As shown in FIG. 9, each voltage detection device 1 </ b> A includes the above-described detection electrode 12, detection unit 14 </ b> A, and main body circuit unit 3, and is configured in the same way, with each electric circuit R, S, T as a detection target. The effective values of these AC voltages Vrp, Vsp, and Vtp (each AC voltage to be detected) are detected, and data indicating the effective values are output as detection data Dva, Dvb, and Dvc. In this example, the output unit 35 of each voltage detection device 1 is configured by a transmission device capable of transmitting data, and has a function of transmitting the detection data Dva, Dvb, Dvc input from the processing unit 33 to the calculation unit 52. I have. In addition, since it is the same as the structure mentioned above about the other components except the output part 35 in 1 A of voltage detection apparatuses, detailed description is abbreviate | omitted. Moreover, since the calculation part 52 and the display part 53 are also the same as the line voltage detection apparatus 51 mentioned above, detailed description is abbreviate | omitted.

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。   Next, the detection operation of the line voltage detection device 51A will be described.

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。   First, at the time of detection, as shown in FIG. 9, in order to detect the AC voltage Vrp of the electric circuit R with the voltage detection device 1Ar, the detection electrode 12 is brought close to the electric circuit R so as to face each other. Similarly, with respect to the other voltage detection devices 1As and 1At, in order to detect the AC voltages Vsp and Vtp of the electric circuits S and T, the detection electrodes 12 are made to face the corresponding electric circuits S and T, respectively. As a result, a capacitance C0 (see FIG. 4) is formed between each of the detection electrodes 12 and each of the electric circuits R, S, and T, and the corresponding electric circuit in each of the voltage detection devices 1Ar, 1As, and 1At. Detection of AC voltages Vrp, Vsp, Vtp of R, S, T is started. In this case, as described above, in each of the voltage detection devices 1Ar, 1As, and 1At, the AC voltage Vrp, Vsp, and Vtp are accurately detected by the processing unit 33 regardless of the capacitance value of the capacitance C0.

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。   Further, in each voltage detection device 1Ar, 1As, 1At, the output unit 35 calculates the effective value for the AC voltages Vrp, Vsp, Vtp of the electric circuits R, S, T calculated by the processing unit 33, respectively, as the detection data Dva. , Dvb, Dvc.

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。   The calculation unit 52 inputs each detection data Dva, Dvb, Dvc output from each voltage detection device 1 and stores it in the memory. Next, the calculation unit 52 executes a line voltage calculation process, and calculates a differential voltage between the effective values of the AC voltages Vrp and Vsp indicated by the detection data Dva and Dvb, whereby the electric circuits R and S are connected. The line voltage Vrs between the electric circuits S and T is obtained by calculating the differential voltage between the effective values of the AC voltages Vsp and Vtp indicated by the detection data Dvb and Dvc. Moreover, the line voltage Vrt between each electric circuit R and T is calculated | required by calculating the differential voltage of each effective value of AC voltage Vrp and Vtp shown by each detection data Dva and Dvc. The calculation unit 52 causes the display unit 53 to display the calculated line voltages Vrs, Vst, Vrt.

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。   Thus, according to this line voltage detection device 51A, by using the voltage detection device 1A, the detection electrode 12 in each voltage detection device 1A and each electric circuit R as a detection object of each voltage detection device 1A. , S, and T, even if the coupling capacitance (capacitance C0) is unknown, the line voltages Vrs, Vst, and Vrt are accurately detected without contact without calculating the coupling capacitance. can do.

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。   The power supply unit 13 that generates the floating voltages Vf + and Vf− used in the voltage detection device 1 includes a battery and a DC / DC converter (both not shown), and a guard instead of the battery. An AC voltage is supplied into the guard electrode 11 in a state of being electrically insulated from the outside of the electrode 11 through a transformer, and this AC voltage is converted into a DC voltage by a rectifying / smoothing unit provided in the guard electrode 11. As described above with reference to the configuration for supplying to the DC / DC converter, as shown in FIG. Based on the operating voltage (positive voltage Vcc + and negative voltage Vcc− generated with reference to the ground potential Vg) supplied from a power source (not shown), Pressure Vr, i.e. above the floating voltage relative to the voltage Vs (zero volt) of the reference signal Ss Vf +, it is also possible to employ a configuration that uses the power unit 13A for generating a Vf-.

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。   As shown in FIG. 11, when the voltage Vr of the guard electrode 11 is zero volts, the power supply unit 13A has a floating voltage Vf + that is a constant positive voltage with respect to the voltage Vr of the guard electrode 11 based on the positive voltage Vcc +. And the first series power supply circuit 61 that generates a difference between the floating voltage Vf− (the difference between the voltage Vr− and the floating voltage Vf−), which is a negative voltage whose absolute value is equal to the voltage Vr of the guard electrode 11 based on the negative voltage Vcc−. And a second series power supply circuit 62 that generates a voltage whose absolute value is equal to the absolute value of the difference between the floating voltage Vf + and the voltage Vr. Specifically, the first series power supply circuit 61 includes an NPN-type bipolar transistor 61a (hereinafter also referred to as “first transistor 61a”), a first resistor 61b, a first Zener diode 61c (zener voltage Vz), and a first capacitor. 61d. In this case, the first transistor 61a has a collector terminal connected to the supply line of the positive voltage Vcc +, an emitter terminal connected to the output line of the floating voltage Vf +, and a base terminal connected to the cathode terminal of the Zener diode 61c. The first Zener diode 61c has an anode terminal connected to the supply line of the voltage Vr. The first resistor 61b has one end connected to the collector terminal of the first transistor 61a and the other end connected to the base terminal. The first capacitor 61d has one end connected to the emitter terminal of the first transistor 61a and the other end connected to a supply line for the voltage Vr.

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。   The second series power supply circuit 62 includes a PNP bipolar transistor 62a (hereinafter also referred to as “second transistor 62a”), a second resistor 62b, a second Zener diode 62c (the same Zener voltage Vz as the first Zener diode 61c), and A second capacitor 62d is provided. In this case, in the second transistor 62a, the base-emitter terminal voltage Vbe is defined to be the same as that of the first transistor 61a, the collector terminal is connected to the supply line of the negative voltage Vcc−, and the emitter terminal is connected to the floating voltage Vf−. The base terminal is connected to the anode terminal of the second Zener diode 62c. The second Zener diode 62c has a cathode terminal connected to the supply line of the voltage Vr. The second resistor 62b has one end connected to the collector terminal of the second transistor 62a and the other end connected to the base terminal. The second capacitor 62d has one end connected to the emitter terminal of the second transistor 62a and the other end connected to a supply line for the voltage Vr.

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。   With the above configuration, in the power supply unit 13A, the first series power supply circuit 61 generates and outputs the floating voltage Vf + (= Vr + Vz−Vbe) from the positive voltage Vcc +, and the second series power supply circuit 62 outputs the negative voltage Vcc. A floating voltage Vf − (= Vr−Vz + Vbe) is generated from − and output. Specifically, in the first series power supply circuit 61, the first Zener diode 61c is supplied with current from the first resistor 61b to generate the Zener voltage Vz at the cathode terminal, and the base terminal is regulated to the Zener voltage Vz. The first transistor 61a generates a voltage (Vz−Vbe) with respect to the anode terminal of the first Zener diode 61c as the emitter terminal. Therefore, the first series power supply circuit 61 generates and outputs a floating voltage Vf + whose voltage is (Vr + Vz−Vbe) with respect to the ground potential Vg. In the second series power supply circuit 62, the second Zener diode 62c is supplied with current from the second resistor 62b to generate the Zener voltage Vz at the anode terminal, and the second transistor has the base terminal defined by the Zener voltage Vz. 62a generates a voltage (−Vz + Vbe) with respect to the anode terminal of the second Zener diode 62c as an emitter terminal. Therefore, the second series power supply circuit 62 generates and outputs the floating voltage Vf− in which the voltage with respect to the ground potential Vg is (Vr−Vz + Vbe).

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。   That is, as long as the voltage Vr fluctuates while the voltage (Vr + Vz−Vbe) does not reach the positive voltage Vcc + and the voltage (Vr−Vz + Vbe) does not reach the negative voltage Vcc−, the power supply unit 13A While following the variation of Vr, a floating voltage Vf + that is a positive voltage having an absolute value | Vz−Vbe | equal to the voltage Vr and a floating voltage Vf− that is a negative voltage are generated and output. Therefore, each circuit in the floating circuit section 2 operates normally upon receiving the supply of the floating voltages Vf + and Vf−, and as a result, the insulation detection signal S2 is normally output from the floating circuit section 2. Therefore, by using this power supply unit 13A, it is possible to avoid the use of expensive parts such as a battery and a transformer. As a result, the product cost of the voltage detection device 1 can be significantly reduced. Although not shown, a known overcurrent protection circuit or a known overvoltage protection circuit can be added to each of the series power supply circuits 61 and 62.

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。   In addition, the configuration in which the insulating unit 15 is disposed in the floating circuit unit 2 and the detection signal S1 detected by the detection unit 14 is converted into the insulation detection signal S2 electrically insulated from the detection signal S1 and output is described above. However, as shown in FIG. 12, a configuration in which the insulating portion 15 is not disposed in the floating circuit portion 2 may be employed. In this configuration, a detection signal S1 and a signal indicating the voltage Vr are output from the floating circuit unit 2 to the main body circuit unit 3 as a pair, and the detection signal S1 and the voltage Vr are arranged in the main circuit unit 3. It is also possible to adopt a configuration in which 63 is input and the detection signal S2a indicating the difference between the detection signal S1 and the voltage Vr is output to the amplifier circuit 41 instead of the insulation detection signal S2.

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。   As shown in FIG. 12 as an example, the differential amplifier circuit 63 includes an operational amplifier 63a, an input resistor 63b disposed between the inverting input terminal of the operational amplifier 63a and the amplifier circuit 22 of the floating circuit unit 2, an arithmetic circuit 63 An input resistor 63c disposed between the non-inverting input terminal of the amplifier 63a and the guard electrode 11 of the floating circuit section 2, a feedback resistor 63d for the operational amplifier 63a, and a non-inverting input terminal of the operational amplifier 63a and the ground potential Vg. The resistor 63e disposed between the two can be used. In addition, in the configuration shown in FIG. 12, any of the power supply units 13 and 13A described above can be used as a power supply for supplying the respective floating voltages Vf + and Vf− to the respective components of the floating circuit unit 2.

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。   Further, as shown in FIG. 11, the reference signal output unit 31 is made to function as a new reference signal output unit as a whole by adding an operational amplifier AP4 configured in a voltage follower circuit to the reference signal output unit 13. Therefore, it is possible to adopt a configuration in which the reference signal Ss generated by the reference signal output unit 13 is output with lower impedance.

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
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
1, 1A, 1r, 1s, 1t, 1Ar, 1As, 1At Voltage detection device 2 Floating circuit part 3 Main body circuit part 4 Detection object 11 Guard electrode 11a Opening part 12 Detection electrode 13, 13A Power supply part 14, 14A Detection part 15 Insulating section 31, 31A, 31B Reference signal output section 32 Signal extraction section 33 Processing section 36 Amplitude changing section 41 Amplifying circuit 42 Adder circuit 43 Synchronous detection circuit 44 Control circuit 51, 51A Line voltage detection device 52 Calculation section I Current signal R , S, T circuit S1 detection signal S2 insulation detection signal S3 amplification detection signal So output signal Ss reference signal V1, Vrp, Vsp, Vtp AC voltage Vdi potential difference Vrs, Vrt, Vst line voltage

Claims (14)

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、前記参照信号出力部から出力される前記参照信号と当該増幅検出信号との加算または減算によって当該参照信号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とを相殺可能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。
A voltage detection device for detecting a detection target alternating voltage generated in a detection target body,
A detection electrode disposed opposite to the detection object and capacitively coupled to the detection object;
A reference signal output unit for outputting a reference signal;
Detection in which amplitude is changed according to both current values of a detection target current flowing based on the detection target AC voltage and a reference current flowing based on the reference signal by being connected to the detection electrode and inputting the reference signal A detector for outputting a signal;
While amplifying the detection signal with a predetermined gain to generate an amplified detection signal, the reference signal and the amplified detection signal are added or subtracted between the reference signal output from the reference signal output unit and the amplified detection signal. A signal extractor that controls the gain so as to cancel out the signal component of the reference signal included in the signal, and extracts the signal component of the detection target AC voltage from the amplified detection signal and outputs the signal as an output signal. Equipped with a voltage detection device.
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、前記参照信号出力部から出力される前記参照信号と当該増幅検出信号との加算または減算によって当該参照信号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とを相殺可能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。
A voltage detection device for detecting a detection target alternating voltage generated in a detection target body,
A detection electrode disposed opposite to the detection object and capacitively coupled to the detection object;
It operates with a floating power source generated with reference to the voltage of the reference voltage unit, and outputs a detection signal whose amplitude changes in accordance with the AC potential difference between the detection target AC voltage and the voltage of the reference voltage unit. A detection unit;
A reference signal output unit that outputs a reference signal to the reference voltage unit;
While amplifying the detection signal with a predetermined gain to generate an amplified detection signal, the reference signal and the amplified detection signal are added or subtracted between the reference signal output from the reference signal output unit and the amplified detection signal. A signal extractor that controls the gain so as to cancel out the signal component of the reference signal included in the signal, and extracts the signal component of the detection target AC voltage from the amplified detection signal and outputs the signal as an output signal. Equipped with a voltage detection device.
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、当該増幅検出信号または前記出力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。   The signal extraction unit indicates an amplification circuit that amplifies the detection signal with the gain to generate the amplified detection signal, and indicates an amplitude of the signal component of the reference signal included in the amplified detection signal or the output signal A synchronous detection circuit that detects a detection signal by synchronous detection using the reference signal output from the reference signal output unit; and a control circuit that controls the gain of the amplifier circuit based on the detection signal. The voltage detection apparatus according to claim 1 or 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、前記参照信号出力部から出力される前記参照信号と当該増幅検出信号との加算または減算によって当該参照信号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とを相殺可能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。
A voltage detection device for detecting a detection target alternating voltage generated in a detection target body,
A detection electrode disposed opposite to the detection object and capacitively coupled to the detection object;
It operates with a floating power source generated with reference to the voltage of the reference voltage unit, and outputs a detection signal whose amplitude changes in accordance with the AC potential difference between the detection target AC voltage and the voltage of the reference voltage unit. A detection unit;
A reference signal output unit that outputs a reference signal to the reference voltage unit;
An insulating part that inputs the detection signal and electrically insulates and outputs an insulation detection signal;
While amplifying the insulation detection signal with a predetermined gain to generate an amplification detection signal, the reference signal and the amplification detection are added or subtracted between the reference signal output from the reference signal output unit and the amplification detection signal. A signal extraction unit that controls the gain so as to cancel out the signal component of the reference signal included in the signal, and extracts the signal component of the detection target AC voltage from the amplified detection signal and outputs the signal as an output signal; A voltage detection device comprising:
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、当該増幅検出信号または前記出力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。   The signal extraction unit amplifies the insulation detection signal with the gain to generate the amplification detection signal, and an amplitude of the signal component of the reference signal included in the amplification detection signal or the output signal. A synchronous detection circuit that detects a detected detection signal by synchronous detection using the reference signal output from the reference signal output unit, and a control circuit that controls the gain of the amplifier circuit based on the detection signal. The voltage detection device according to claim 4. 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。   A first floating voltage that is a constant positive voltage with respect to the voltage of the reference signal is generated based on the positive voltage of the positive voltage and the negative voltage supplied to the reference signal output unit and the signal extraction unit. A power supply comprising: a first series power supply circuit; and a second series power supply circuit that generates a second floating voltage having a negative voltage equal in absolute value to the first floating voltage with respect to the voltage of the reference signal based on the negative voltage 6. The voltage detection device according to claim 2, wherein the power supply unit supplies the floating voltages to the detection unit. 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。
The first series power supply circuit includes a first resistor connected to the positive voltage, a first Zener diode that operates upon receiving a current from the first resistor, and a collector terminal connected to the positive voltage. A first transistor that receives a Zener voltage of the first Zener diode at a terminal and generates the first floating voltage at an emitter terminal;
The second series power supply circuit includes a second resistor connected to the negative voltage, a second Zener diode that operates upon receiving a current from the second resistor, and a collector terminal connected to the negative voltage. The voltage detection device according to claim 6, further comprising a second transistor that receives the Zener voltage of the second Zener diode at a terminal and generates the second floating voltage at an emitter terminal.
前記信号抽出部は、前記参照信号出力部から出力される前記参照信号と前記参照信号の前記信号成分とを前記加算によって相殺して前記出力信号を出力する加算回路、または前記参照信号出力部から出力される前記参照信号と前記参照信号の前記信号成分とを前記減算によって相殺して前記出力信号を出力する減算回路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。   The signal extraction unit cancels the reference signal output from the reference signal output unit and the signal component of the reference signal by the addition and outputs the output signal, or from the reference signal output unit 8. The voltage detection device according to claim 1, further comprising a subtraction circuit that cancels the output reference signal and the signal component of the reference signal by the subtraction and outputs the output signal. 9. 前記参照信号出力部から出力される前記参照信号の振幅を変更して前記信号抽出部に出力する振幅変更部を備え、
前記信号抽出部は、前記振幅変更部によって前記振幅が変更された前記参照信号および前記参照信号の前記信号成分を相殺可能に前記利得を制御する請求項1から8のいずれかに記載の電圧検出装置。
An amplitude changing unit that changes the amplitude of the reference signal output from the reference signal output unit and outputs it to the signal extraction unit,
9. The voltage detection according to claim 1, wherein the signal extraction unit controls the gain so that the reference signal having the amplitude changed by the amplitude changing unit and the signal component of the reference signal can be canceled out. 10. apparatus.
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9のいずれかに記載の電圧検出装置。   The voltage detection apparatus in any one of Claim 1 to 9 provided with the process part which detects the said detection object alternating voltage based on the said output signal. 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10記載の電圧検出装置。   The voltage detection device according to claim 10, wherein the processing unit calculates a voltage value of the detection target AC voltage based on the output signal. 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11のいずれかに記載の電圧検出装置。   The reference signal output unit includes a square wave generation circuit that generates a square wave, and an integration circuit that integrates the square wave and outputs the integrated square wave, and outputs the integration square wave to the detection unit as the reference signal. The voltage detection device according to claim 1, wherein the square wave is output as the reference signal to the signal extraction unit. 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11のいずれかに記載の電圧検出装置。   12. The reference signal output unit includes a pseudo noise generation circuit that generates pseudo noise, and outputs the pseudo noise as the reference signal to the detection unit and the signal extraction unit. Voltage detection device. 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13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。
The plurality of corresponding electric circuits as the detection object are configured such that the detection electrodes can face each other, and an AC voltage generated in each electric circuit can be detected as the detection object AC voltage, respectively. Any one of the voltage detection devices;
A calculating unit that calculates a differential voltage between the AC voltages of two electric circuits detected by a pair of voltage detecting devices out of the plurality of voltage detecting devices, and obtains a line voltage between the two electric circuits; Line voltage detection device.
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