JP2013019853A - 測定装置および測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定の信頼性を確保しつつ、測定対象体の物理量の波形をスムーズな波形として測定する。
【解決手段】フィードバック制御の利得についての評価のために利得をＧとα×Ｇとに交互に切り替えつつ、利得がＧの期間では参照電圧Ｖ４ａに１次加算電圧Ｖ１３を加算し、利得がα×Ｇの期間では参照電圧Ｖ４ｂをそのまま、１次補正参照電圧Ｖ１１として出力する１次補正処理と、１次加算電圧Ｖ１３を１／（α−１）倍して２次加算電圧Ｖ１６を生成して１次補正参照電圧Ｖ１１に加算して交流電圧Ｖ１と等価の等価交流電圧Ｖ１７を生成する物理量生成処理と、１次補正参照電圧Ｖ１１を同期検波して得られる検波電圧Ｖ１４がゼロボルトに近づくように、参照電圧Ｖ４を減衰させて１次加算電圧Ｖ１３を生成する１次加算物理量生成処理とを実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象体の物理量に対応する参照物理量を物理量との差が減少するようにフィードバック制御によって生成すると共に、参照物理量またはこの参照物理量を変換して得られる変換物理量に基づいて測定対象体の物理量を測定する測定装置および測定方法に関するものである。

この種の測定装置として、本願出願人は、下記の特許文献１において開示された測定装置を既に提案している。

この測定装置は、測定対象体の物理量（電圧）に対応する参照物理量（参照電位）を物理量との差が減少するようにフィードバック制御によって生成すると共に、参照物理量に基づいて測定対象体の物理量を算出する測定装置であって、フィードバック制御の増幅率（利得）を変更し、変更の前後における参照物理量を測定し、測定した２つの参照物理量の差分を２つの参照物理量のうちのいずれか一方で除算した算出値が予め決められた基準値以上のときにフィードバック制御が不良であると判別する判別処理、およびこの算出値が基準値未満のときにフィードバック制御が良であると判別する判別処理の少なくとも一方を実行する。

この測定装置では、上記の判別処理を実行することにより、この判別処理での判別結果に基づいて、フィードバック制御が良好であるか否かを確実に認識することができ、これによって、例えば測定された測定対象体の物理量が信頼性のあるものか否かを認識することができるため、測定装置による測定対象体の物理量測定についての信頼性を確保することができる。

特開２００９−１６２６０８号公報（第６，９頁、第１図）

ところが、上記の測定装置には、以下の改善すべき課題が存在している。すなわち、この測定装置では、フィードバックループの増幅率を変更することによってフィードバック制御の良否を判別する構成のため、判別処理を連続して行う構成としたときには、参照物理量が、増幅率を変更する都度、フィードバック制御の偏差内において変動する。したがって、この測定装置には、この参照物理量の変動に起因して、参照物理量の波形を測定対象体の物理量の波形として例えばモニタ装置に表示させたときに、スムーズな波形（増幅率の変更に伴う変動が生じていない波形）として測定（観測）することができないという改善すべき課題が存在している。

本発明は、上記の課題を改善すべくなされたものであり、測定の信頼性を確保しつつ、測定対象体の物理量の波形をスムーズな波形として測定し得る測定装置、および測定方法を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の測定装置は、測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御して生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を測定する測定装置であって、
前記フィードバック制御の利得についての評価のために当該利得をＧとα×Ｇ（αは１を超える正数）とに交互に切り替えつつ、前記利得がＧの期間では前記参照物理量に対して１次加算物理量を加算して１次補正参照物理量として出力し、かつ当該利得がα×Ｇの期間では前記参照物理量をそのまま前記１次補正参照物理量として出力する１次補正処理と、前記１次加算物理量を１／（α−１）倍して２次加算物理量を生成すると共に、当該２次加算物理量を前記１次補正参照物理量に加算して前記物理量と等価の等価物理量を生成する物理量生成処理と、前記利得がＧのときの前記１次補正参照物理量と当該利得がα×Ｇのときの前記１次補正参照物理量との差分を検出すると共に当該検出した差分がゼロに近づくように、前記参照物理量、前記１次補正参照物理量および前記等価物理量のうちのいずれかを減衰させて前記１次加算物理量を生成する１次加算物理量生成処理とを実行する。

また、請求項２記載の測定装置は、測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御して生成すると共に、前記参照物理量を変換して得られる変換物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を測定する測定装置であって、前記フィードバック制御の利得についての評価のために当該利得をＧとα×Ｇ（αは１を超える正数）とに交互に切り替えつつ、前記利得がＧの期間では前記変換物理量に対して１次加算物理量を加算して１次補正変換物理量として出力し、かつ当該利得がα×Ｇの期間では前記変換物理量をそのまま前記１次補正変換物理量として出力する１次補正処理と、前記１次加算物理量を１／（α−１）倍して２次加算物理量を生成すると共に、当該２次加算物理量を前記１次補正変換物理量に加算して前記変換物理量と等価の等価変換物理量を生成する変換物理量生成処理と、前記利得がＧのときの前記１次補正変換物理量と当該利得がα×Ｇのときの前記１次補正変換物理量との差分を検出すると共に当該検出した差分がゼロに近づくように、前記変換物理量、前記１次補正変換物理量および前記等価変換物理量のうちのいずれかを減衰させて前記１次加算物理量を生成する１次加算物理量生成処理と、前記参照物理量から前記変換物理量への変換と逆の変換を前記等価変換物理量に対して実行することにより、前記物理量と等価の等価物理量を生成する物理量生成処理とを実行する。

また、請求項３記載の測定装置は、請求項１または２記載の測定装置において、前記測定対象体の前記物理量が交流信号のときには、当該物理量のゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出処理を実行し、前記検出したゼロクロス点に同期すると共に前記物理量の周期の整数倍の周期で前記利得の切り替えを実行する。

また、請求項４記載の測定方法は、測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御して生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を測定する測定方法であって、前記フィードバック制御の利得についての評価のために当該利得をＧとα×Ｇ（αは１を超える正数）とに交互に切り替えつつ、前記利得がＧの期間では前記参照物理量に対して１次加算物理量を加算して１次補正参照物理量として出力し、かつ当該利得がα×Ｇの期間では前記参照物理量をそのまま前記１次補正参照物理量として出力する１次補正処理と、前記１次加算物理量を１／（α−１）倍して２次加算物理量を生成すると共に、当該２次加算物理量を前記１次補正参照物理量に加算して前記物理量と等価の等価物理量を生成する物理量生成処理と、前記利得がＧのときの前記１次補正参照物理量と当該利得がα×Ｇのときの前記１次補正参照物理量との差分を検出すると共に当該検出した差分がゼロに近づくように、前記参照物理量、前記１次補正参照物理量および前記等価物理量のうちのいずれかを減衰させて前記１次加算物理量を生成する１次加算物理量生成処理とを実行する。

また、請求項５記載の測定方法は、測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御して生成すると共に、前記参照物理量を変換して得られる変換物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を測定する測定方法であって、前記フィードバック制御の利得についての評価のために当該利得をＧとα×Ｇ（αは１を超える正数）とに交互に切り替えつつ、前記利得がＧの期間では前記変換物理量に対して１次加算物理量を加算して１次補正変換物理量として出力し、かつ当該利得がα×Ｇの期間では前記変換物理量をそのまま前記１次補正変換物理量として出力する１次補正処理と、前記１次加算物理量を１／（α−１）倍して２次加算物理量を生成すると共に、当該２次加算物理量を前記１次補正変換物理量に加算して前記変換物理量と等価の等価変換物理量を生成する変換物理量生成処理と、前記利得がＧのときの前記１次補正変換物理量と当該利得がα×Ｇのときの前記１次補正変換物理量との差分を検出すると共に当該検出した差分がゼロに近づくように、前記変換物理量、前記１次補正変換物理量および前記等価変換物理量のうちのいずれかを減衰させて前記１次加算物理量を生成する１次加算物理量生成処理と、前記参照物理量から前記変換物理量への変換と逆の変換を前記等価変換物理量に対して実行することにより、前記物理量と等価の等価物理量を生成する物理量生成処理とを実行する。

また、請求項６記載の測定方法は、請求項４または５記載の測定方法において、前記測定対象体の前記物理量が交流信号のときには、当該物理量のゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出処理を実行し、前記検出したゼロクロス点に同期すると共に前記物理量の周期の整数倍の周期で前記利得の切り替えを実行する。

請求項１記載の測定装置および請求項４記載の測定方法によれば、測定対象体の物理量に対応する参照物理量を物理量との差が減少するようにフィードバック制御して生成すると共に、参照物理量に基づいて測定対象体の物理量を測定する際に、フィードバック制御の利得についての評価のためにこの利得をＧとα×Ｇとに交互に切り替える場合であっても、利得がＧの期間では参照物理量に対して１次加算物理量を加算して１次補正参照物理量として出力し、かつ利得がα×Ｇの期間では参照物理量をそのまま１次補正参照物理量として出力する１次補正処理と、１次加算物理量を１／（α−１）倍して２次加算物理量を生成すると共に、２次加算物理量を１次補正参照物理量に加算して物理量と等価の等価物理量を生成する物理量生成処理と、利得がＧのときの１次補正参照物理量と利得がα×Ｇのときの１次補正参照物理量との差分を検出すると共にこの検出した差分がゼロに近づくように、参照物理量、１次補正参照物理量および等価物理量のうちのいずれかを減衰させて１次加算物理量を生成する１次加算物理量生成処理とを実行することにより、フィードバック制御の利得についての利得評価処理を実行して測定対象体の物理量の測定の信頼性を確保しつつ、この物理量の波形をスムーズな波形（フィードバック制御の利得の切り替えに起因した電圧変動の生じていない波形）として、測定することができる。

また、請求項２記載の測定装置および請求項５記載の測定方法によれば、測定対象体の物理量に対応する参照物理量を物理量との差が減少するようにフィードバック制御して生成すると共に、参照物理量を変換して得られる変換物理量に基づいて測定対象体の物理量を測定する際に、フィードバック制御の利得についての評価のためにこの利得をＧとα×Ｇとに交互に切り替える場合であっても、利得がＧの期間では変換物理量に対して１次加算物理量を加算して１次補正変換物理量として出力し、かつ利得がα×Ｇの期間では変換物理量をそのまま１次補正変換物理量として出力する１次補正処理と、１次加算物理量を１／（α−１）倍して２次加算物理量を生成すると共に、２次加算物理量を１次補正変換物理量に加算して、変換物理量と等価の等価変換物理量を生成する変換物理量生成処理と、利得がＧのときの１次補正変換物理量と利得がα×Ｇのときの１次補正変換物理量との差分を検出すると共に検出した差分がゼロに近づくように、変換物理量、１次補正変換物理量および等価変換物理量のうちのいずれかを減衰させて１次加算物理量を生成する１次加算物理量生成処理と、参照物理量から変換物理量への変換と逆の変換を等価変換物理量に対して実行して、参照物理量を物理量と等価の等価物理量を生成する物理量生成処理とを実行することにより、フィードバック制御の利得についての利得評価処理を実行して測定の信頼性を確保しつつ、測定対象体に流れている物理量の波形をスムーズな波形として、測定することができる。

また、請求項３記載の測定装置および請求項６記載の測定方法によれば、フィードバックループの利得Ｇ，α×Ｇの切替タイミングが等価物理量や等価変換物理量の周期に同期する状態となるため、フィードバックループの利得Ｇ，α×Ｇの切り替えに起因したスイッチングノイズの等価物理量や等価変換物理量への重畳を大幅に軽減することができる。

電圧測定装置１，１Ａの構成図である。 図１の電流電圧変換部ＣＶの回路図である。 電圧生成部３４の構成図である。 電圧測定装置１の動作を説明するための波形図である。 電圧測定装置１の動作を説明するための他の波形図（切替信号Ｓ１が非同期の状態の波形図）である。 電流測定装置５１の構成図である。 図６の電流測定部５２のモデル図である。 電圧測定装置１の動作を説明するための他の波形図である。 電圧測定装置１における一点鎖線で囲まれた各構成要素をソフトウェアで処理する構成を説明するための要部構成図である。

以下、添付図面を参照して、測定装置および測定方法の実施の形態について説明する。

最初に、電圧測定装置を例に挙げて説明する。

電圧測定装置１は、図１に示すように、電圧測定部２および偏差補正部３を備え、測定対象体４の交流電圧Ｖ１（物理量の一例）を非接触で測定可能に構成されている。

電圧測定部２は、図１に示すように、フローティング回路部１１および第１本体回路部１２を備え、測定対象体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（測定）可能な非接触型の電圧測定部として構成されている。

フローティング回路部１１は、図１に示すように、ガード電極２１、検出電極２２、電流電圧変換部ＣＶ、駆動回路２５および絶縁回路２６を備え、一例としてプローブユニットＰＵを構成する。電流電圧変換部ＣＶは、本例では、一例として、図２に示すように、電流電圧変換回路２３および積分回路２４を備えている。絶縁回路２６は、本例では、一例として、フォトカプラ（以下、「フォトカプラ２６」ともいう）で構成されている。

ガード電極２１は、導電性材料（例えば金属材料）を用いて箱状に形成されて、フローティング回路部１１における内部グランドとして構成されている。また、ガード電極２１は、一例として、その内部に、検出電極２２、電流電圧変換回路２３、積分回路２４、駆動回路２５およびフォトカプラ２６が収容されている。これにより、電流電圧変換回路２３からフォトカプラ２６までがガード電極２１に覆われた構成となっている。

また、ガード電極２１には開口部（孔）２１ａが形成されると共に、本例では、さらに、開口部２１ａを含むガード電極２１全体が、合成樹脂材料で形成された絶縁層（不図示）で覆われている。検出電極２２は、例えば、平板状に形成されて、ガード電極２１内における開口部２１ａを臨む位置に配設されている。

電流電圧変換回路２３は、一例として、図２に示すように、非反転入力端子が抵抗２３ａを介してガード電極２１に接続されると共に、反転入力端子が検出電極２２に接続され、かつ抵抗２３ｂが帰還回路として反転入力端子と出力端子との間に接続された第１演算増幅器２３ｃを備えて構成されている。この電流電圧変換回路２３は、第１演算増幅器２３ｃが後述する正電圧Ｖｆ＋および負電圧Ｖｆ−の供給を受けて作動して、測定対象体４の交流電圧Ｖ１とガード電極２１の電圧（後述の参照電圧Ｖ４）との電位差Ｖｄｉに起因して、この電位差Ｖｄｉに応じた電流値で測定対象体４と検出電極２２との間（具体的には、検出電極２２と抵抗２３ｂとを含む経路）に流れる検出電流（以下、電流信号ともいう）Ｉを検出電圧Ｖ２に変換して出力する。この場合、検出電圧Ｖ２は、その振幅が電流信号Ｉの振幅に比例して変化する。

積分回路２４は、一例として、図２に示すように、非反転入力端子が抵抗２４ａを介してガード電極２１に接続されると共に、反転入力端子が入力抵抗２４ｂを介して第１演算増幅器２３ｃの出力端子に接続され、かつコンデンサ２４ｃが帰還回路として反転入力端子と出力端子との間に接続された第２演算増幅器２４ｄを備えて構成されている。この積分回路２４は、第２演算増幅器２４ｄが正電圧Ｖｆ＋および負電圧Ｖｆ−の供給を受けて作動して、検出電圧Ｖ２を積分することにより、測定対象体４の交流電圧Ｖ１とガード電極２１の電圧との電位差Ｖｄｉに比例して電圧値が変化する積分電圧Ｖ３を生成して出力する。

駆動回路２５は、図１に示すように、フォトカプラ２６と共に積分回路２４の後段、つまり電流電圧変換部ＣＶの積分回路２４と、電圧生成部３４との間に配置されている。また、駆動回路２５は、一例としてベース端子が入力抵抗２５ａを介して第２演算増幅器２４ｄの出力端子に接続され、コレクタ端子がフォトカプラ２６に接続され、かつエミッタ端子が負電圧Ｖｆ−に接続されたトランジスタ（本例では、一例として、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ）２５ｂで構成されている。また、フォトカプラ２６の一次側回路としての発光ダイオードは、カソード端子がトランジスタ２５ｂのコレクタ端子に接続され、アノード端子が正電圧Ｖｆ＋に接続されている。また、フォトカプラ２６の二次側回路としてのフォトトランジスタは、配線Ｗ１を介して第１本体回路部１２と接続されている。

この構成により、フォトカプラ２６が駆動回路２５で駆動されてリニア領域で作動することにより、積分電圧Ｖ３の電圧値に応じて（ほぼ比例して）フォトカプラ２６におけるフォトトランジスタの抵抗値が変化する。したがって、このフォトカプラ２６が、第１本体回路部１２の後述する抵抗３３と相俟って、積分回路２４から入力したアナログ信号である積分電圧Ｖ３を、この積分電圧Ｖ３と電気的に絶縁された新たなアナログ信号である積分電圧Ｖ３ａに変換する。

第１本体回路部１２は、図１に示すように、一例として、主電源部３１、ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、単に「コンバータ」ともいう）３２、電流電圧変換用の抵抗３３、電圧生成部３４、利得切替信号生成部３５、処理部３６および表示部１７を備えている。この第１本体回路部１２は、第２本体回路部としての偏差補正部３と共に本体回路部（メインユニット）ＭＵを構成し、上記したように、配線Ｗ１を介してプローブユニットＰＵと接続される。

主電源部３１は、例えば、バッテリーを備えて構成されて、第１本体回路部１２の各構成要素３２，３４，３５，３６，３７、および偏差補正部３の後述する各構成要素を作動させるための正電圧Ｖｄｄおよび負電圧Ｖｓｓ（グランドＧ１の電位を基準として生成される絶対値が同じで、互いの極性の異なる直流電圧）をそのバッテリーの直流電圧から生成して出力する。

コンバータ３２は、一例として、互いに電気的に絶縁された一次巻線および二次巻線を有する絶縁型のトランスと、このトランスの一次巻線を駆動する駆動回路と、トランスの二次巻線に誘起される交流電圧を整流平滑する直流変換部（いずれも図示せず）とを備えて、一次側に対して二次側が電気的に絶縁された絶縁型電源として構成されている。このコンバータ３２では、入力した正電圧Ｖｄｄおよび負電圧Ｖｓｓに基づいて駆動回路が作動して、正電圧Ｖｄｄが印加された状態にあるトランスの一次巻線を駆動して二次巻線に交流電圧を誘起させる。また、直流変換部が、この交流電圧を整流して平滑する。これにより、ガード電極２１の電圧（内部グランドの電圧）を基準として、上記電圧（正電圧Ｖｆ＋および負電圧Ｖｆ−）がフローティング状態（グランドＧ１、正電圧Ｖｄｄおよび負電圧Ｖｓｓと電気的に分離された状態）で生成される。このようにして生成された正電圧Ｖｆ＋および負電圧Ｖｆ−は、上記の内部グランドがガード電極２１に電気的に接続された状態で、フローティング回路部１１に供給される。なお、正電圧Ｖｆ＋および負電圧Ｖｆ−は、絶対値がほぼ同一で、極性が互いに異なる直流電圧として生成される。

抵抗３３は、一端が正電圧Ｖｄｄに接続されると共に、他端がフォトカプラ２６におけるフォトトランジスタのコレクタ端子に接続されている。これにより、抵抗３３とフォトトランジスタとが正電圧Ｖｄｄと負電圧Ｖｓｓとの間に直列に接続された状態となる。このため、フォトトランジスタの抵抗値が積分電圧Ｖ３の電圧値に応じて変化したときには、正電圧Ｖｄｄおよび負電圧Ｖｓｓの電位差（Ｖｄｄ−Ｖｓｓ）が抵抗３３の抵抗値とフォトトランジスタの抵抗値とで分圧されることにより、上記した積分電圧Ｖ３ａがフォトトランジスタのコレクタ端子に発生する。

電圧生成部３４は、図１に示すように、積分電圧Ｖ３ａを入力して増幅することにより、参照電圧Ｖ４（参照物理量の一例）を生成して、ガード電極２１に印加する。この場合、電圧生成部３４は、フローティング回路部１１のガード電極２１、検出電極２２、電流電圧変換部ＣＶ（電流電圧変換回路２３および積分回路２４）、駆動回路２５およびフォトカプラ２６と共にフィードバックループを形成して、電位差Ｖｄｉを減少させるように積分電圧Ｖ３ａを増幅する増幅動作を行うことにより、参照電圧Ｖ４を生成する。

本例では、一例として、電圧生成部３４は、図３に示すように、交流増幅回路３４ａ、位相補償回路３４ｂおよび昇圧回路３４ｃを備えて構成されている。ここで、交流増幅回路３４ａは、積分電圧Ｖ３ａを入力して増幅することにより、第１電圧Ｖａを生成する。この場合、交流増幅回路３４ａは、積分電圧Ｖ３ａの電圧値についての絶対値の増加・減少に対応して、電圧値の絶対値が変化する第１電圧Ｖａを増幅動作によって生成する。位相補償回路３４ｂは、フィードバック制御動作の安定化（発振防止）を図るため、第１電圧Ｖａを入力してその位相を調整して、第２電圧Ｖｂとして出力する。昇圧回路３４ｃは、一例として、昇圧トランスを用いて構成されて、第２電圧Ｖｂを所定の倍率で昇圧することにより（極性は変えずに絶対値を増加させることにより）、フィードバックループの出力としての参照電圧Ｖ４を生成してガード電極２１に印加する。

また、交流増幅回路３４ａは、動作開始直後においては予め設定された初期利得Ｇ０で積分電圧Ｖ３ａを増幅し、利得切替信号生成部３５から後述する切替信号Ｓ１を入力しているとき（切替信号Ｓ１が高レベルのとき）には、利得をα（１を超える正数）倍して利得（α×Ｇ０）に変更して、この変更後の利得（α×Ｇ０）で積分電圧Ｖ３ａを増幅する。また、交流増幅回路３４ａは、利得切替信号生成部３５からの切替信号Ｓ１の入力が停止したとき（切替信号Ｓ１が低レベルのとき）には、利得（α×Ｇ０）を利得Ｇ０に変更して（戻して）、この利得Ｇ０で積分電圧Ｖ３ａを増幅する。これにより、電圧測定装置１の上記したフィードバックループの利得も、利得切替信号生成部３５から切替信号Ｓ１が出力されていないときの利得をＧとしたときに、利得切替信号生成部３５から出力される切替信号Ｓ１のレベルが高レベル、低レベル、高レベル、低レベル・・・、というように切り替えられるタイミングに同期して（つまり、切替信号Ｓ１の半周期に同期して）、α×Ｇ，Ｇ，α×Ｇ，Ｇ，・・・というように切り替えられる。

利得切替信号生成部３５は、予め規定された一定の周期で切替信号Ｓ１を生成して、電圧生成部３４、処理部３６および補正偏差部３に出力する。本例では、一例として、利得切替信号生成部３５は、デューティ比が０．５のパルス信号（矩形波信号）を切替信号Ｓ１として出力する。また、本例では、切替信号Ｓ１が高レベルのときには、切替信号Ｓ１の出力状態を示し、切替信号Ｓ１が低レベルのときには、切替信号Ｓ１の停止状態を示すものとする。

処理部３６は、一例として、２つのＡ／Ｄ変換器、ＣＰＵおよびメモリ（いずれも図示せず）を備えている。また、処理部３６は、ＣＰＵがメモリに記憶されているプログラムに従って作動することにより、電圧生成部３４から出力される参照電圧Ｖ４と利得切替信号生成部３５から出力される切替信号Ｓ１とに基づいて、電圧測定部２のフィードバックループについての利得を評価する利得評価処理と、偏差補正部３から出力される後述の等価交流電圧Ｖ１７に基づいて測定対象体４の交流電圧Ｖ１（物理量）を測定する電圧測定処理と、測定した交流電圧Ｖ１の波形を表示部３７に表示させる波形表示処理とを実行する。なお、メモリには、倍率αと、良否判別処理で使用される基準値Ｄｒとが予め記憶されている。

表示部３７は、一例として、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示装置で構成されている。また、表示部３７は、処理部３６による表示処理の実行の際に、良否判定処理の結果などの上記した内容を処理部３６から入力して、画面に表示する。

偏差補正部３は、図１に示すように、一例として、第１加算部４１、第２加算部４２、第１減衰部（アッテネータ）４３、第２減衰部（アッテネータ）４４、ＶＣＡ（電圧制御型増幅器）４５、切替部４６、検波部４７および増幅部４８を備え、第２本体回路部を構成する。この偏差補正部３は、上記した電圧測定部２におけるフィードバックループの利得が切替信号Ｓ１に同期して切り替えられることによって参照物理量としての参照電圧Ｖ４の波形に生じる振幅の変動（切替信号Ｓ１の半周期毎の電圧変動）と、このフィードバックループに存在する制御偏差（交流電圧Ｖ１と参照電圧Ｖ４との差）とを補正して、物理量としての交流電圧Ｖ１と同じ波形の等価物理量としての等価交流電圧Ｖ１７を生成する。

具体的には、第１加算部４１は、電圧生成部３４から出力される参照電圧Ｖ４と切替部４６から出力される後述の１次加算電圧（１次加算物理量）Ｖ１３とを加算して、１次補正参照物理量としての１次補正参照電圧Ｖ１１を出力する。第２加算部４２は、１次補正変換電圧Ｖ１１と第２減衰部４４から出力される後述の２次加算電圧（２次加算物理量）Ｖ１６とを加算して、等価交流電圧Ｖ１７として出力する。

第１減衰部４３は、参照電圧Ｖ４を入力すると共に、その振幅を予め規定された減衰率で減衰させて、減衰電圧Ｖ１２として出力する。ＶＣＡ４５は、減衰電圧Ｖ１２を入力すると共に、増幅部４８から出力される後述の制御電圧Ｖ１５の電圧値に応じた増幅率で減衰電圧Ｖ１２を増幅して１次加算物理量としての１次加算電圧Ｖ１３を出力する。

切替部４６は、１次加算電圧Ｖ１３と利得切替信号生成部３５から出力される切替信号Ｓ１とを入力する。また、切替部４６は、切替信号Ｓ１に同期して、切替信号Ｓ１の半周期毎に、第１加算部４１へ１次加算電圧Ｖ１３を出力する動作と、１次加算電圧Ｖ１３の出力を停止する動作（ゼロボルトを出力する動作）とを切り替えて実行する。本例では、切替部４６は、切替信号Ｓ１が高レベルのとき（上記のフィードバックループの利得がα×Ｇのとき（期間））に１次加算電圧Ｖ１３の出力を停止し、切替信号Ｓ１が低レベルのとき（上記のフィードバックループの利得がＧのとき（期間））に、１次加算電圧Ｖ１３を出力する。

検波部４７は、一例として、乗算器とローパスフィルタ（いずれも図示せず）を備えて構成されている。この検波部４７では、乗算器が１次補正参照電圧Ｖ１１を切替信号Ｓ１に同期して検波（同期検波）して検波電圧（直流電圧）を出力し、ローパスフィルタが、この検波電圧を平均化（積分）して、最終的な検波電圧Ｖ１４として出力する。なお、この検波部４７については、上記の同期検波によって検波電圧を出力する構成に代えて、１次補正参照電圧Ｖ１１を包絡線検波して上記の検波電圧を出力し、ローパスフィルタが、この検波電圧を平均化（積分）して、最終的な検波電圧Ｖ１４として出力する構成を採用することもできる。増幅部４８は、この検波電圧Ｖ１４を予め規定された増幅率で増幅して、制御電圧Ｖ１５として出力する。第２減衰部４４は、１次加算電圧Ｖ１３を１／（α−１）倍して２次加算物理量としての２次加算電圧Ｖ１６を生成して、第２加算部４２に出力する。

次いで、電圧測定装置１による測定対象体４の交流電圧Ｖ１についての測定動作について説明する。

まず、検出電極２２が非接触の状態で測定対象体４に対向するように、フローティング回路部１１（または電圧測定装置１全体）を測定対象体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２２と測定対象体４との間に静電容量Ｃ０が形成された状態となる。この場合、静電容量Ｃ０の容量値は、検出電極２２と測定対象体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１１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値となる。一般的に、この静電容量Ｃ０の容量値は、極めて小さい値（例えば数ｐＦ〜数十ｐＦ程度）となる。

次いで、電圧測定装置１の起動状態において、利得切替信号生成部３５が、電圧生成部３４、処理部３６および偏差補正部３に切替信号Ｓ１を出力する。

電圧測定部２では、フィードバックループを構成する各構成要素が、上記したようにフィードバックループ全体の利得をＧ、α×Ｇ、Ｇ、α×Ｇ、・・・というように切替信号Ｓ１に同期して切り替えつつ、検出電極２２と測定対象体４との間に流れる電流信号Ｉが減少するように参照電圧Ｖ４を上昇または低下させることにより、参照電圧Ｖ４を交流電圧Ｖ１に追従させるフィードバック制御動作を実行する。

具体的には、測定対象体４の交流電圧Ｖ１と、ガード電極２１の電圧（基準電圧。参照電圧Ｖ４の電圧）との電位差Ｖｄｉが増加しているとき（例えば、交流電圧Ｖ１の上昇に起因して電位差Ｖｄｉが増加しているとき）には、測定対象体４から検出電極２２を介して電流電圧変換部ＣＶの電流電圧変換回路２３に流れ込む（流入する）電流信号Ｉの電流量が増加する。この場合、電流電圧変換回路２３は、出力している検出電圧Ｖ２の電圧値を低下させる。積分回路２４では、この検出電圧Ｖ２の低下に起因して、第２演算増幅器２４ｄの出力端子からコンデンサ２４ｃを介して反転入力端子に向けて流れる電流が増加する。このため、積分回路２４は、積分電圧Ｖ３の電圧を上昇させる。

また、この積分電圧Ｖ３の電圧上昇に伴い、駆動回路２５のトランジスタ２５ｂが深いオン状態に移行する。これにより、フォトカプラ２６では、その発光ダイオードに流れる電流が増加し、フォトトランジスタの抵抗が減少する。したがって、抵抗３３の抵抗値とフォトトランジスタの抵抗値とで電位差（Ｖｄｄ−Ｖｓｓ）が分圧されて生成される積分電圧Ｖ３ａは、その電圧値が低下する。電圧生成部３４は、この積分電圧Ｖ３ａに基づいて、生成している参照電圧Ｖ４の電圧値を上昇させる。この電圧測定装置１では、このようにしてフィードバックループを構成する電流電圧変換回路２３、積分回路２４、駆動回路２５、フォトカプラ２６、および第１本体回路部１２の電圧生成部３４が、測定対象体４の交流電圧Ｖ１の上昇を検出して、参照電圧Ｖ４の電圧値を上昇させるフィードバック制御動作を実行することにより、ガード電極２１の電圧（参照電圧Ｖ４の電圧）を交流電圧Ｖ１に追従させる。

一方、交流電圧Ｖ１の低下に起因して電位差Ｖｄｉが増加したときには、検出電極２２を介して電流電圧変換回路２３から測定対象体４に流れ出る（流出する）電流信号Ｉの電流量が増加する。この際には、フィードバックループを構成する電流電圧変換部ＣＶの電流電圧変換回路２３等が上記のフィードバック制御動作とは逆の動作を実行して、参照電圧Ｖ４の電圧を低下させることにより、ガード電極２１の電圧（参照電圧Ｖ４の電圧）を交流電圧Ｖ１に追従させる。

このようにして、電圧測定装置１では、ガード電極２１の電圧（参照電圧Ｖ４の電圧）を交流電圧Ｖ１に追従させるフィードバック制御動作が短時間に実行されて、ガード電極２１の電圧（第１演算増幅器２３ｃのバーチャルショートにより、検出電極２２の電圧でもある）がフィードバックループの各利得Ｇ，α×Ｇに対応する制御偏差内に収束する。具体的には、参照電圧Ｖ４は、フィードバックループの利得がＧのときには、この利得に対応する制御偏差だけ交流電圧Ｖ１から偏差する参照電圧Ｖ４ａに収束し、フィードバックループの利得がα×Ｇのときには、この利得に対応する制御偏差だけ交流電圧Ｖ１から偏差する参照電圧Ｖ４ｂに収束する。この場合、参照電圧Ｖ４ｂは、そのフィードバックループの利得が参照電圧Ｖ４ａの利得よりも高い分だけ、交流電圧Ｖ１により近い値に収束する（つまり、制御偏差がより小さくなる）。

この状態において、処理部３６は、電圧測定部２におけるフィードバックループの利得を評価する利得評価処理を実行する。この利得評価処理では、処理部３６は、まず、１つのＡ／Ｄ変換器で参照電圧Ｖ４をサンプリングしつつ、切替信号Ｓ１に同期して、フィードバックループの利得がＧのときの参照電圧Ｖ４ａ、および利得がα×Ｇのときの参照電圧Ｖ４ｂのそれぞれの電圧波形データを取得して、メモリに記憶する（電圧取得処理）。次いで、処理部３６は、この取得した２つの参照電圧Ｖ４ａ，Ｖ４ｂの差分ΔＶ４（＝Ｖ４ｂ−Ｖ４ａ）を算出すると共に、算出した差分ΔＶ４を２つの参照電圧Ｖ４ａ，Ｖ４ｂのうちのいずれか一方の参照電圧Ｖ４で除算して参照電圧Ｖ４の変化率Ｈ（＝ΔＶ４／Ｖ４）を算出する（変化率算出処理）。

続いて、処理部３６は、算出した変化率Ｈとメモリに記憶されている基準値Ｄｒとを比較して、変化率Ｈが基準値Ｄｒ以上の（または超える）ときには、利得α×Ｇが良好でない（利得α×Ｇが十分に大きな値でない）と判別し、一方、変化率Ｈが基準値Ｄｒ未満の（または以下の）ときには、利得α×Ｇが良好である（利得α×Ｇが十分な値である）と判別する（良否判別処理）。また、処理部３６は、この判別結果を内部メモリに記憶すると共に、表示部３７に表示させる。これにより、利得評価処理が完了する。

一方、処理部３６による上記の利得評価処理の実行と並行して、偏差補正部３では、第１減衰部４３が、電圧生成部３４から出力される参照電圧Ｖ４を入力（参照電圧Ｖ４ａ，Ｖ４ｂを交互に入力）すると共に、予め規定された減衰率で減衰させて、減衰電圧Ｖ１２としてＶＣＡ４５に出力する。ＶＣＡ４５は、この減衰電圧Ｖ１２を増幅部４８から出力される制御電圧Ｖ１５に応じて増幅して、１次加算電圧Ｖ１３として切替部４６および第２減衰部４４に出力する。

切替部４６は、切替信号Ｓ１に同期して、切替信号Ｓ１が低レベルのとき（フィードバックループの利得がＧのとき）には、１次加算電圧Ｖ１３を第１加算部４１に出力し、切替信号Ｓ１が高レベルのとき（フィードバックループの利得がα×Ｇのとき）には、１次加算電圧Ｖ１３の第１加算部４１への出力を停止する（ゼロボルトを加算部３１に出力する）動作を実行する。第２減衰部４４は、１次加算電圧Ｖ１３を１／（α−１）倍して２次加算電圧Ｖ１６として第２加算部４２に出力する動作を常時実行する。

この状態において、第１加算部４１は、参照電圧Ｖ４を入力（参照電圧Ｖ４ａ，Ｖ４ｂを交互に入力）すると共に、切替部４６から切替信号Ｓ１に同期して出力される各電圧（１次加算電圧Ｖ１３またはゼロボルト）を参照電圧Ｖ４に交互に加算して、１次補正参照電圧Ｖ１１として出力する（１次補正処理）。具体的には、第１加算部４１は、切替信号Ｓ１が高レベルのときには、電圧生成部３４から出力される参照電圧Ｖ４ｂに、切替部４６から出力されているゼロボルトを加算することにより（すなわち、参照電圧Ｖ４ｂをそのまま）、１次補正参照電圧Ｖ１１として出力する。また、第１加算部４１は、切替信号Ｓ１が低レベルのときには、電圧生成部３４から出力される参照電圧Ｖ４ａに、切替部４６から出力されている１次加算電圧Ｖ１３を加算して、１次補正参照電圧Ｖ１１として出力する。

検波部４７は、このようにして第１加算部４１から出力される１次補正参照電圧Ｖ１１を切替信号Ｓ１に同期して検波して、検波電圧Ｖ１４を出力する。また、増幅部４８は、この検波電圧Ｖ１４を増幅して、制御電圧Ｖ１５としてＶＣＡ４５に出力する。この場合、検波部４７での同期検波のタイミングと、電圧生成部３４から出力される参照電圧Ｖ４ａ，Ｖ４ｂの切り替えタイミングとは、切替信号Ｓ１に共に同期している。このため、検波部４７から出力される検波電圧Ｖ１４は、低利得Ｇ時の１次補正参照電圧Ｖ１１と高利得（α×Ｇ）時の１次補正参照電圧Ｖ１１との差分、つまり、参照電圧Ｖ４ａ（低利得Ｇ時の参照電圧Ｖ４）に１次加算電圧Ｖ１３を加算して得られる電圧と、参照電圧Ｖ４ｂ（高利得（α×Ｇ）時の参照電圧Ｖ４）との差分Ｖｄｉｆ（＝Ｖ４ｂ−（Ｖ４ａ＋Ｖ１３））に応じた電圧値（例えば比例した電圧値）となる。また、この検波電圧Ｖ１４が増幅されることで生成される制御電圧Ｖ１５も同様にして、この差分Ｖｄｉｆに応じた電圧値（例えば比例した電圧値）となる。

これにより、上記の差分Ｖｄｉｆが大きいときには、検波電圧Ｖ１４、ひいては制御電圧Ｖ１５も大きくなり、ＶＣＡ４５から出力される１次加算電圧Ｖ１３も大きくなる。一方、上記の差分Ｖｄｉｆが小さいときには、検波電圧Ｖ１４、ひいては制御電圧Ｖ１５も小さくなり、ＶＣＡ４５から出力される１次加算電圧Ｖ１３も小さくなる。

このようにして、検波部４７、増幅部４８、ＶＣＡ４５および切替部４６が、第１加算部４１に対するフィードバック回路（負帰還路）を構成して、切替信号Ｓ１の低レベル時に第１加算部４１が参照電圧Ｖ４ａに加算する１次加算電圧Ｖ１３（ＶＣＡ４５から出力される１次加算電圧Ｖ１３）の値をフィードバック制御する（１次加算物理量生成処理を実行する）ことにより、切替信号Ｓ１の低レベル時に第１加算部４１から出力される１次補正参照電圧Ｖ１１の値（Ｖ４ａ＋Ｖ１３）と、切替信号Ｓ１の高レベル時に第１加算部４１から出力される１次補正参照電圧Ｖ１１の値（Ｖ４ｂ）との差分をゼロに近づける。言い換えれば、このフィードバック制御により、切替信号Ｓ１の低レベル時に第１加算部４１から出力される１次補正参照電圧Ｖ１１の値（Ｖ４ａ＋Ｖ１３）は、切替信号Ｓ１の高レベル時に第１加算部４１から出力される１次補正参照電圧Ｖ１１の値（Ｖ４ｂ）に収束させられる（ほぼ一致させられる）。つまり、ＶＣＡ４５から出力される１次加算電圧Ｖ１３が、差分ΔＶ４（＝Ｖ４ｂ−Ｖ４ａ）とほぼ一致する状態に制御される。

この状態において、第２減衰部４４は、この１次加算電圧Ｖ１３（差分ΔＶ４とほぼ等しい電圧）を１／（α−１）倍して２次加算電圧Ｖ１６として、第２加算部４２に出力する。第２加算部４２は、第１加算部４１から出力されている１次補正参照電圧Ｖ１１（＝参照電圧Ｖ４ｂ）に、第２減衰部４４から出力されている２次加算電圧Ｖ１６（１次加算電圧Ｖ１３（＝ΔＶ４）を１／（α−１）倍した電圧）を加算して、等価交流電圧Ｖ１７として処理部３６に出力する（物理量生成処理）。

一方、この電圧測定装置１の電圧測定部２のように、フィードバックループの利得をＧ，α×Ｇとの間で周期的に切り替える構成の測定装置では、以下のような関係が成り立っている。

上記したように、電圧測定部２は、交流電圧Ｖ１を入力とし、かつ参照電圧Ｖ４を出力とするフィードバック制御方式の測定装置として構成されている。この構成の電圧測定部２は、交流電圧Ｖ１を入力（目標値）として、出力（制御量）である参照電圧Ｖ４を双方の差分Ｕ（入力に対する出力の誤差（制御偏差）でもあるため、以下では「誤差Ｕ」ともいう）がゼロ（ゼロボルト）に近づくようにフィードバック制御するモデルとみなすことができる。このため、電圧測定部２のフィードバックループの増幅率をＧとしたときには、下記の式（１），（２）が成り立つ。
Ｕ＝Ｖ１−Ｖ４ａ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （１）
Ｖ４ａ＝Ｇ×Ｕ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （２）

また、入力であるＶ１に対する誤差Ｕの割合を誤差率ｅ１として考えたときに、この誤差率ｅ１は、下記の式（３）で表される。
誤差率ｅ１＝Ｕ／Ｖ１＝１／（１＋Ｇ） ・・・・・・・・・・・ （３）

一方、フィードバックループ全体の増幅率がα×Ｇに変更されたときには、下記の式（４），（５）が成り立つ。
Ｕ＝Ｖ１−Ｖ４ｂ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （４）
Ｖ４ｂ＝α×Ｇ×Ｕ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （５）

また、入力であるＶ１に対する誤差Ｕの割合を誤差率ｅ２として考えたときに、この誤差率ｅ２は、下記の式（６）で表される。
誤差率ｅ２＝Ｕ／Ｖ１＝１／（１＋α×Ｇ） ・・・・・・・・・・（６）

次に、両誤差率ｅ１，ｅ２の差をεとすると、εは下記式（７）で表される。
ε＝ｅ１−ｅ２
＝１／（１＋Ｇ）−１／（１＋α×Ｇ）
＝（α−１）×Ｇ／（１＋（α＋１）×Ｇ＋α×Ｇ^２） ・・・・ （７）

なお、εは下記式（８）とも表される。
ε＝ｅ１−ｅ２
＝（Ｖ１−Ｖ４ａ）／Ｖ１−（Ｖ１−Ｖ４ｂ）／Ｖ１
＝（−Ｖ４ａ＋Ｖ４ｂ）／Ｖ１
＝ΔＶ４／Ｖ１ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （８）

また、利得Ｇは、通常、百数十〜数百程度の値に設定されて数値１よりも十分に大きい（Ｇ≫１）。また、倍率αも２〜３程度で良いため、Ｇはこの倍率αとの関係においても十分に大きな値となっている。したがって、上記式（７）は下記式（９）のように近似することができる。
ε≒（α−１）×（１／（１＋α×Ｇ）） ・・・・・・・・・・ （９）

また、この式（９）の右式の（１／（１＋α×Ｇ））は、式（６）より誤差率ｅ２であることから、εは、さらに下記式（１０）のように表される。
ε≒（α−１）×ｅ２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （１０）

また、εは、式（８）とも表されるため、上記式（６）を考慮して整理すると、
Ｕ＝Ｖ１×ｅ２＝ΔＶ４／（α−１） ・・・・・・・・・・・・ （１１）

また、上記式（４），（１０）より、交流電圧Ｖ１は、下記式（１２）のように表される。
Ｖ１＝Ｖ４ｂ＋Ｕ＝Ｖ４ｂ＋ΔＶ４／（α−１） ・・・・・・・ （１２）

この場合、式（１２）の右辺におけるＶ４ｂは、目標値としてのＶ１により近い制御量である高利得（利得（α×Ｇ））時の制御量であることから、目標値と制御量との差分である右辺のΔＶ４／（α−１）は、フィードバックループの制御偏差を示している。

偏差補正部３では、上記したように、第１加算部４１が、電圧生成部３４から参照電圧Ｖ４ａ（＝Ｖ４ｂ−ΔＶ４）が出力されている期間（切替信号Ｓ１の低レベルのとき）には、この参照電圧Ｖ４ａに１次加算電圧Ｖ１３（＝ΔＶ４）を加算し、電圧生成部３４から参照電圧Ｖ４ｂが出力されている期間（切替信号Ｓ１の高レベルのとき）には、この参照電圧Ｖ４ｂにゼロボルトを加算（参照電圧Ｖ４ｂをそのまま出力）して、それぞれ１次補正参照電圧Ｖ１１として出力する。つまり、第１加算部４１は、入力する参照電圧Ｖ４を高利得時の参照電圧Ｖ４ｂに揃えて１次補正参照電圧Ｖ１１として出力する。

また、第２加算部４２が、この１次補正参照電圧Ｖ１１（＝参照電圧Ｖ４ｂ）に対して、第２減衰部４４において１／（α−１）倍された１次加算電圧Ｖ１３（＝ΔＶ４）である２次加算電圧Ｖ１６を加算して等価交流電圧Ｖ１７を出力する。このため、この等価交流電圧Ｖ１７は、Ｖ４ｂ＋ΔＶ４／（α−１）で表される。これは、上記式（１２）の右辺の式と同一となる。

したがって、電圧生成部３４から交互に出力される参照電圧Ｖ４ａ，Ｖ４ｂを入力しつつ、これらの参照電圧Ｖ４ａ，Ｖ４ｂに基づいて、交流電圧Ｖ１と等価（波形が同等）の等価交流電圧Ｖ１７、つまり、切替信号Ｓ１に同期した電圧変動（切替信号Ｓ１の半周期毎の電圧変動）と制御偏差とが解消された等価交流電圧Ｖ１７を生成して出力する。

また、本例では、切替信号Ｓ１は、測定対象体４の交流電圧Ｖ１とは非同期な信号であるため、その周期が図４に示すように交流電圧Ｖ１の周期以下となる場合や、図５に示すように交流電圧Ｖ１の周期を超える場合もある。しかしながら、いずれの場合であっても、偏差補正部３が上記したように動作することにより、図４，５に示すように、切替信号Ｓ１に同期した電圧変動（切替信号Ｓ１の半周期毎の電圧変動）と制御偏差とが解消されたスムーズな波形の等価交流電圧Ｖ１７（細実線で示される波形）が生成される。なお、各図４，５中の利得Ｇ，α×Ｇ（図中では「αＧ」と表記している）などの各パラメータについては、既に説明しているため、個別的な説明を省略する。

処理部３６は、偏差補正部３の第２加算部４２から出力される等価交流電圧Ｖ１７を入力すると共に、この等価交流電圧Ｖ１７をもう一つのＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換して、その電圧波形データを取得して、メモリに記憶する。また、処理部３６は、メモリに記憶されている電圧波形データに基づいて、電圧測定処理および波形表示処理を実行する。

まず、電圧測定処理では、処理部３６は、等価交流電圧Ｖ１７の電圧波形データに基づいて、等価交流電圧Ｖ１７の実効電圧値、振幅および周期（または周波数）などの電気的特性値を算出（測定）して、メモリに記憶すると共に表示部３７に表示させる。次に、波形表示処理では、処理部３６は、上記の電圧波形データに基づいて、等価交流電圧Ｖ１７の波形（電圧波形）を表示部３７に表示させる。この場合、処理部３６によって測定された等価交流電圧Ｖ１７は、上記したように交流電圧Ｖ１と等価な電圧として偏差補正部３から出力される電圧である。このため、上記した等価交流電圧Ｖ１７に対する電圧測定処理および波形表示処理の完了により、交流電圧Ｖ１に対する電圧測定処理および波形表示処理が完了する。

このように、この電圧測定装置１、およびこの電圧測定装置１が実行する測定方法によれば、電圧測定部２におけるフィードバック制御の利得（フィードバックループの利得）についての評価のためにこの利得をＧとα×Ｇとに交互に切り替える場合であっても、利得がＧの期間では参照電圧Ｖ４ａに対して１次加算電圧Ｖ１３（＝ΔＶ４）を加算して１次補正参照電圧Ｖ１１（＝参照電圧Ｖ４ｂ）として出力し、かつ利得がα×Ｇの期間では参照電圧Ｖ４ｂをそのまま１次補正参照電圧Ｖ１１として出力する１次補正処理と、１次加算電圧Ｖ１３を１／（α−１）倍して２次加算電圧Ｖ１６を生成すると共に、２次加算電圧Ｖ１６を１次補正参照電圧Ｖ１１に加算して交流電圧Ｖ１と等価の等価交流電圧Ｖ１７を生成する物理量生成処理と、利得Ｇ，α×Ｇの切替タイミング（切替周期。切替信号Ｓ１の半周期）に同期して１次補正参照電圧Ｖ１１を同期検波して得られる検波電圧Ｖ１４がゼロボルトに近づくように（言い換えれば、利得がＧのときの１次補正参照電圧Ｖ１１と利得がα×Ｇのときの１次補正参照電圧Ｖ１１との差分に応じた電圧を検出すると共に検出した電圧がゼロボルトに近づくように）、参照電圧Ｖ４を減衰させて１次加算電圧Ｖ１３を生成する１次加算物理量生成処理とを実行することにより、フィードバック制御の利得についての利得評価処理を実行して交流電圧Ｖ１の測定の信頼性を確保しつつ、交流電圧Ｖ１の波形をスムーズな波形（フィードバック制御の利得の切り替えに起因した電圧変動の生じていない波形）として、表示部３７に表示させて測定することができる。

次に、電流測定装置を例に挙げて説明する。

電流測定装置５１は、図６に示すように、電流測定部５２および偏差補正部３を備え、測定対象体としての電線５４に流れる物理量としての電流Ｉ１を測定可能に構成されている。なお、上述した電圧測定装置１と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。

電流測定部５２は、磁気コア６１、磁電変換素子６２、電流生成部６３、負帰還コイル６４、電流電圧変換部６５、利得切替信号生成部３５、処理部６６および表示部３７を有し、ゼロフラックス法によって電流Ｉ１を測定し得るように構成されている。磁気コア６１は、一例として、開閉可能な分割型コアを用いて、内部に電線５４を活線状態で挿入可能に構成されている。

磁電変換素子６２（図６中において斜線を付した要素）は、ホール素子またはフラックスゲートで構成されている。本例では、一例として、磁電変換素子６２は、ホール素子を用いて構成されて、合成磁束φ０（電線５４に流れる電流Ｉ１に起因して磁気コア６１内に発生する磁束φ１と、負帰還コイル６４に流れる後述の参照電流Ｉ２に起因して磁気コア６１内に発生する磁束φ２の合成磁束）を検出すると共に、この合成磁束φ０に比例した検出電圧Ｖ５１を生成して、電流生成部６３に出力する。

電流生成部６３は、一例として、出力電流を制御可能な電流源で構成されて、磁電変換素子６２から出力される検出電圧Ｖ５１の電圧値に比例した電流値の参照電流Ｉ２を参照物理量（電流Ｉ１に対応する物理量）として生成すると共に、生成した参照電流Ｉ２を負帰還コイル６４にその一端部６４ａから供給する。また、電流生成部６３は、利得切替信号生成部３５から出力される切替信号Ｓ１のタイミングに同期して、検出電圧Ｖ５１から参照電流Ｉ２を生成する際の利得を切替信号Ｓ１の半周期毎に切り替えることで、磁電変換素子６２、電流生成部６３および負帰還コイル６４で構成されるフィードバックループの利得を利得Ｇと利得（α×Ｇ）に交互に切り替える。

具体的には、電流生成部６３は、一例として、切替信号Ｓ１が低レベルのときには、フィードバックループの利得を利得Ｇに切り替えて参照電流Ｉ２ａを出力し、切替信号Ｓ１が高レベルのときには、フィードバックループの利得を利得（α×Ｇ）に切り替えて参照電流Ｉ２ｂを出力する。なお、特に区別しないときには、参照電流Ｉ２ａ，Ｉ２ｂをまとめて参照電流Ｉ２ともいう。

負帰還コイル６４は、磁気コア６１に巻回されると共に、その巻回数（ターン数）はｎ回（ｎは１以上の数）に規定されている。また、負帰還コイル６４は、参照電流Ｉ２が流れたときに磁気コア６１内に磁束φ２を発生させることにより、電流Ｉ１に起因して磁気コア６１内に発生する磁束φ１を打ち消す機能を有している。

電流電圧変換部６５は、本例では、一例として、抵抗６５ａおよびアンプ６５ｂを備えて構成されている。抵抗６５ａは、負帰還コイル６４の他端部６４ｂと基準電位（グランド電位）との間に接続されて、負帰還コイル６４に供給されている参照電流Ｉ２を電圧Ｖ５２に変換する。アンプ６５ｂは、電圧Ｖ５２を一定の利得で増幅して、変換電圧（変換物理量の一例）Ｖｉとして出力する。本例では、一例として、電流電圧変換部６５が、参照電流Ｉ２を変換電圧Ｖｉに変換する際の利得はβ（＝Ｖｉ／Ｉ２）に規定されている。

この構成により、電流電圧変換部６５は、参照物理量としての参照電流Ｉ２ａ，Ｉ２ｂに利得βを乗算することによって変換物理量としての変換電圧Ｖｉａ，Ｖｉｂに変換して、処理部６６および偏差補正部３に出力する。つまり、変換電圧Ｖｉａは、Ｉ２ａ×βとして出力され、変換電圧Ｖｉｂは、Ｉ２ｂ×βとして出力される。なお、この電流電圧変換部６５では、抵抗６５ａを用いて参照電流Ｉ２を電圧に変換しているが、図示はしないが、演算増幅器（オペアンプ）を用いた公知の電流電圧変換器を採用して、変換電圧Ｖｉに変換することもできる。

処理部６６は、一例として、２つのＡ／Ｄ変換器、ＣＰＵおよびメモリ（いずれも図示せず）を備えている。また、処理部６６は、ＣＰＵがメモリに記憶されているプログラムに従って作動することにより、電流電圧変換部６５から出力される変換電圧Ｖｉと利得切替信号生成部３５から出力される切替信号Ｓ１とに基づいて、電流測定部５２のフィードバックループについての利得を評価する利得評価処理と、偏差補正部３から出力される後述の等価変換電圧Ｖ２７（等価変換物理量）に基づいて電線５４に流れる電流Ｉ１（物理量）を測定する電流測定処理と、測定した電流Ｉ１の波形を表示部３７に表示させる波形表示処理とを実行する。なお、メモリには、倍率αと、良否判別処理で使用される基準値Ｄｒとが予め記憶されている。

偏差補正部３は、上記した電圧測定装置１における偏差補正部３と同じ構成、すなわち、図６に示すように、第１加算部４１、第２加算部４２、第１減衰部４３、第２減衰部４４、ＶＣＡ４５、切替部４６、検波部４７および増幅部４８を備えた構成であり、参照電圧Ｖ４ａ，Ｖ４ｂに代えて変換電圧Ｖｉａ，Ｖｉｂが入力され、等価交流電圧Ｖ１７に代えて等価変換電圧Ｖ２７を生成して出力する点において相違している。

したがって、本例での偏差補正部３の構成要素毎の詳細な動作については省略し、概要動作について説明する。この偏差補正部３は、各構成要素が変換電圧Ｖｉａ，Ｖｉｂに基づいて電圧測定装置１の偏差補正部３と同様に動作することにより、上記した電流測定部５２におけるフィードバックループの利得が切替信号Ｓ１に同期して切り替えられることによって変換電圧Ｖｉの波形に生じる振幅の変動（切替信号Ｓ１の半周期毎の電圧変動。つまり、変換電圧Ｖｉａ，Ｖｉｂの差分）と、このフィードバックループに存在する制御偏差（電流Ｉ１と参照電流Ｉ２との差）に対応して変換電圧Ｖｉに生じる偏差（電流Ｉ１に利得βを乗算して得られる物理量（電圧）と変換電圧Ｖｉとの差）とを補正して、電流Ｉ１に利得βを乗算して得られる変換電圧Ｖｉ（変換物理量）と同じ波形の等価変換物理量としての等価変換電圧Ｖ２７を生成する。

次いで、電流検出装置１による電線５４に流れる電流Ｉ１についての測定動作について説明する。なお、発明の理解を容易にするため、負帰還コイル６４の巻回数は１回（ｎ＝１）であり、電線５４に流れる電流Ｉ１と負帰還コイル６４に流れる参照電流Ｉ２とが等しいときに、各磁束φ１，φ２の強さが等しくなって、合成磁束φ０がゼロになるものとする。

この電流測定部５２では、活電状態の電線５４が磁気コア６１の内部に挿入された状態において、磁気コア６１内には、電線５４に流れている電流Ｉ１に起因して、磁束φ１が発生している。また、磁気コア６１内には、電流生成部６３から出力されている参照電流Ｉ２が負帰還コイル６４に流れることに起因して、磁束φ２が磁束φ１と逆向きに発生している。磁電変換素子６２は、各磁束φ１，φ２の合成磁束φ０を検出して、この合成磁束φ０に比例した検出電圧Ｖ５１を電流生成部６３に出力し、電流生成部６３が、この検出電圧Ｖ５１がゼロボルトに近づくように（つまり、合成磁束φ０がゼロに近づくように）、参照電流Ｉ２の電流値を制御する。

すなわち、電流測定部５２は、図７に示すように、磁束φ１を入力（目標値）とし、かつ参照電流Ｉ２を出力（制御量）とするフィードバック制御方式の測定装置を構成するため、短時間のうちに、合成磁束φ０をフィードバックループの制御偏差内に収束させる。これにより、電流Ｉ１と参照電流Ｉ２との差分も電流についての制御偏差内に収束させられる。

なお、上記したように、電流測定部５２では、フィードバックループ全体の利得が切替信号Ｓ１に同期して、Ｇ、α×Ｇ、Ｇ、α×Ｇ、・・・というように切替信号Ｓ１の半周期毎に切り替えられているが、利得Ｇ，α×Ｇのいずれも参照電流Ｉ２をある程度の範囲（制御偏差）内に収束させ得る値に予め規定されているため、利得がＧのときの参照電流Ｉ２ａ、および利得がα×Ｇのときの参照電流Ｉ２ｂは、それぞれ値は相違するものの、電流Ｉ１に近い値に収束させられる。

この状態において、処理部６６は、電流測定部５２におけるフィードバックループの利得を評価する利得評価処理を実行する。この利得評価処理では、処理部６６は、まず、１つのＡ／Ｄ変換器で変換電圧Ｖｉをサンプリングしつつ、切替信号Ｓ１に同期して、フィードバックループの利得がＧのときの変換電圧Ｖｉａ、および利得がα×Ｇのときの変換電圧Ｖｉｂのそれぞれの電圧波形データを取得して、メモリに記憶する。次いで、処理部６６は、この取得した２つの電圧波形データを電流電圧変換部６５の利得βでそれぞれ除算することにより、フィードバックループの利得がＧのときの参照電流Ｉ２ａ、および利得がα×Ｇのときの参照電流Ｉ２ｂを取得（算出）して、メモリに記憶する（電流取得処理）。

次いで、処理部６６は、この取得した２つの参照電流Ｉ２ａ，Ｉ２ｂの差分ΔＩ２（＝Ｉ２ｂ−Ｉ２ａ）を算出すると共に、算出した差分ΔＩ２を２つの参照電流Ｉ２ａ，Ｉ２ｂのうちのいずれか一方の参照電流Ｉ２で除算して参照電流Ｉ２の変化率Ｈ（＝ΔＩ２／Ｉ２）を算出する（変化率算出処理）。

続いて、処理部６６は、算出した変化率Ｈとメモリに記憶されている基準値Ｄｒとを比較して、変化率Ｈが基準値Ｄｒ以上の（または超える）ときには、利得α×Ｇが良好でない（利得α×Ｇが十分に大きな値でない）と判別し、一方、変化率Ｈが基準値Ｄｒ未満の（または以下の）ときには、利得α×Ｇが良好である（利得α×Ｇが十分な値である）と判別する（良否判別処理）。また、処理部６６は、この判別結果を内部メモリに記憶すると共に、表示部３７に表示させる。これにより、利得評価処理が完了する。

なお、この利得評価処理については、参照電流Ｉ２に代えて、変換電圧Ｖｉを用いることもできる。この場合、上記した電流取得処理では、処理部６６は、フィードバックループ全体の利得がＧのときの変換電圧Ｖｉａ、および利得がα×Ｇのときの変換電圧Ｖｉｂを各利得のときの参照電流Ｉ２を示すデータとして取得して、メモリに記憶する。また、上記した変化率算出処理では、処理部６６は、各変換電圧Ｖｉａ，Ｖｉｂの差分ΔＶｉ（＝Ｖｉｂ−Ｖｉａ）を算出すると共に、算出した差分ΔＶｉを２つの変換電圧Ｖｉａ，Ｖｉｂのうちのいずれか一方の変換電圧Ｖｉで除算して変換電圧Ｖｉの変化率Ｈ（＝ΔＶｉ／Ｖｉ）を算出する。この場合、上記したように、Ｖｉａ＝β×Ｉ２ａであり、Ｖｉｂ＝β×Ｉ２ｂであるため、変換電圧Ｖｉの変化率Ｈは、参照電流Ｉ２の変化率Ｈと同一となる。このため、上記した良否判別処理では、処理部６６は、参照電流Ｉ２の変化率Ｈのときと同様にして、変換電圧Ｖｉの変化率Ｈを用いて、利得α×Ｇの良否を判別する。

一方、処理部６６による上記の利得評価処理の実行と並行して、偏差補正部３は、２つの変換電圧Ｖｉａ，Ｖｉｂに基づいて第１加算部４１等の各構成要素が前述した電圧測定装置１における偏差補正部３の各構成要素と同じ動作を実行することにより、電流Ｉ１に利得βを乗算して得られる変換電圧Ｖｉ（変換物理量）と同じ波形の等価変換物理量としての等価変換電圧Ｖ２７を生成する。

具体的には、第１減衰部４３が、電流測定部５２から出力される変換電圧Ｖｉを入力（変換電圧Ｖｉａ，Ｖｉｂを交互に入力）すると共に、予め規定された減衰率で減衰させて、減衰電圧Ｖ１２としてＶＣＡ４５に出力する。また、第１加算部４１は、変換電圧Ｖｉを入力（変換電圧Ｖｉａ，Ｖｉｂを交互に入力）すると共に、切替部４６から切替信号Ｓ１に同期して出力される各電圧（１次加算電圧Ｖ１３またはゼロボルト）を変換電圧Ｖｉに交互に加算して、１次補正変換電圧Ｖ１１Ａとして出力する。

この状態において、偏差補正部３の他の構成要素としてのＶＣＡ４５、切替部４６、検波部４７および増幅部４８が、電圧測定装置１における偏差補正部３の各構成要素と同じ動作を実行して、ＶＣＡ４５から出力される１次加算電圧Ｖ１３を差分ΔＶｉ（＝Ｖｉｂ−Ｖｉａ）とほぼ一致する状態に収束させる（１次加算物理量生成処理を実行する）。

これにより、第１加算部４１は、切替信号Ｓ１が低レベルのとき（フィードバックループの利得がＧのとき）には、変換電圧Ｖｉｂ（変換物理量）に１次加算電圧Ｖ１３（＝ΔＶｉ）を加算して、一方、切替信号Ｓ１が高レベルのとき（フィードバックループの利得がα×Ｇのとき）には、変換電圧Ｖｉｂ（変換物理量）にゼロボルトを加算して（つまり、変換電圧Ｖｉｂをそのまま）、それぞれ１次補正変換電圧Ｖ１１Ａとして出力する（１次補正処理）。また、第２減衰部４４は、この１次加算電圧Ｖ１３（＝ΔＶｉ）を１／（α−１）倍して、２次加算電圧Ｖ１６として出力する。また、第２加算部４２は、第１加算部４１から出力されている１次補正変換電圧Ｖ１１Ａ（＝変換電圧Ｖｉｂ）に、第２減衰部４４から出力されている２次加算電圧Ｖ１６（＝ΔＶｉ／（α−１））を加算して、等価変換電圧Ｖ２７（＝Ｖｉｂ＋ΔＶｉ／（α−１））を生成して、処理部６６に出力する（変換物理量生成処理）。

処理部６６は、偏差補正部３の第２加算部４２から出力される等価変換電圧Ｖ２７を入力すると共に、この等価変換電圧Ｖ２７をもう一つのＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換して、その電圧波形データを取得し、かつ取得した電圧波形データに対して、参照電流Ｉ２から変換電圧Ｖｉへの変換と逆の変換、つまり電流電圧変換部６５での利得βで除算する変換を実行することにより、この電流測定装置５１での物理量である電流Ｉ１と等価の等価電流Ｉ３の電流波形データに変換する（物理量生成処理）。また、処理部６６は、この電流波形データをメモリに記憶する。この場合、等価電流Ｉ３は、Ｖ２７／β＝［Ｖｉｂ＋ΔＶｉ／（α−１）］／β）として表される。

この電流測定装置５１の電流測定部５２のように、フィードバックループの利得をＧ，α×Ｇとの間で周期的に切り替える構成の測定装置では、以下のような関係が成り立っている。

上記したように、電圧測定部２は、磁束φ１を入力（目標値）とし、かつ参照電流Ｉ２を出力（制御量）とするフィードバック制御方式の測定装置として構成され、かつこの参照電流Ｉ２を電流電圧変換部６５において利得βで変換電圧Ｖｉに変換して出力する。この場合、磁束φ１は電線５４を流れる電流Ｉ１に比例する。また、磁束φ２は負帰還コイル６４を流れる参照電流Ｉ２に負帰還コイル６４の巻回数ｎを乗算した電流に比例する。本例では、一例としてｎは１であるため（つまり、負帰還コイル６４での利得が１であるため）、磁束φ２は参照電流Ｉ２そのものに比例する。

これにより、電流測定部５２における電流電圧変換部６５の前段までのフィードバックループを構成する各構成要素は、電流Ｉ１を入力とし、かつ参照電流Ｉ２を出力として、双方の差分（制御偏差）としての誤差Ｕ（＝Ｉ１−Ｉ２）がゼロ（ゼロアンペア）に近づくようにフィードバック制御するモデルとみなすことができる。このため、電流測定部５２のフィードバックループの増幅率をＧとしたときには、下記の式（５１），（５２）が成り立つ。
Ｕ＝Ｉ１−Ｉ２ａ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （５１）
Ｉ２ａ＝Ｇ×Ｕ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （５２）

また、このとき、入力であるＩ１に対する誤差Ｕの割合を誤差率ｅ１として考えたときに、この誤差率ｅ１は、下記の式（５３）で表される。
誤差率ｅ１＝Ｕ／Ｉ１＝１／（１＋Ｇ） ・・・・・・・・・・・ （５３）

一方、フィードバックループ全体の増幅率がα×Ｇに変更されたときには、下記の式（５４），（５５）が成り立つ。
Ｕ＝Ｉ１−Ｉ２ｂ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （５４）
Ｉ２ｂ＝α×Ｇ×Ｕ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （５５）

また、このとき、入力であるＶ１に対する誤差Ｕの割合を誤差率ｅ２として考えたときに、この誤差率ｅ２は、下記の式（５６）で表される。
誤差率ｅ２＝Ｕ／Ｉ１＝１／（１＋α×Ｇ） ・・・・・・・・・・（５６）

次に、両誤差率ｅ１，ｅ２の差をεとすると、εは下記式（５７）で表される。
ε＝ｅ１−ｅ２
＝１／（１＋Ｇ）−１／（１＋α×Ｇ）
＝（α−１）×Ｇ／（１＋（α＋１）×Ｇ＋α×Ｇ^２） ・・・・ （５７）

なお、εは下記式（５８）とも表される。
ε＝ｅ１−ｅ２
＝（Ｉ１−Ｉ２ａ）／Ｉ１−（Ｉ１−Ｉ２ｂ）／Ｉ１
＝（−Ｉ２ａ＋Ｉ２ｂ）／Ｉ１
＝ΔＩ２／Ｉ１ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （５８）

また、利得Ｇは数値１よりも十分に大きく（Ｇ≫１）、倍率αも２〜３程度で良いため、Ｇはこの倍率αとの関係においても十分に大きな値となっている。したがって、上記式（５７）は下記式（５９）のように近似することができる。
ε≒（α−１）×（１／（１＋α×Ｇ）） ・・・・・・・・・・ （５９）

また、この式（５９）の右式の（１／（１＋α×Ｇ））は、式（５６）より誤差率ｅ２であることから、さらに下記式（６０）のように表される。
ε≒（α−１）×ｅ２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （６０）

εは、式（５８）と表されるため、上記式（５６）を考慮して整理すると、
Ｕ＝Ｉ１×ｅ２＝ΔＩ２／（α−１） ・・・・・・・・・・・・ （６１）

上記式（５４），（６０）より、電流Ｉ１は、下記式（６２）のように表される。
Ｉ１＝Ｉ２ｂ＋Ｕ＝Ｉ２ｂ＋ΔＩ２／（α−１） ・・・・・・・ （６２）

この場合、式（６２）の右辺におけるＩ２ｂは、目標値としてのＩ１により近い制御量である高利得（利得（α×Ｇ））時の制御量であることから、目標値と制御量との差分である右辺のΔＩ２／（α−１）は、フィードバックループの制御偏差を示している。

一方、電流測定部５２から出力される変換電圧Ｖｉａ，Ｖｉｂは、電流電圧変換部６５が参照電流Ｉ２ａ，Ｉ２ｂをそれぞれβ倍したものである。このため、この関係を上記式（６２）に適用することにより、電流Ｉ１は、変換電圧Ｖｉａ，Ｖｉｂを用いて、下記式（６３）のように表される。
Ｉ１＝Ｖｉｂ／β＋（Ｖｉｂ／β−Ｖｉａ／β）／（α−１）
＝［Ｖｉｂ＋ΔＶｉ／（α−１）］／β ・・・・・・・（６３）
ここで、ΔＶｉ＝Ｖｉｂ−Ｖｉａである。

したがって、処理部６６が偏差補正部３からの等価変換電圧Ｖ２７に対して上記したようにβで除算する変換を行って等価電流Ｉ３（＝Ｖ２７／β＝［Ｖｉｂ＋ΔＶｉ／（α−１）］／β）を算出することにより、処理部６６は、電流Ｉ１と等価な物理量を測定（算出）することが可能となっている。

なお、本例では、切替信号Ｓ１は電流Ｉ１とは非同期な信号である。このため、電流Ｉ１が交流電流の場合には、切替信号Ｓ１の周期は、電流Ｉ１の周期以下となる場合や、電流Ｉ１の周期を超える場合もある。しかしながら、いずれの場合であっても、偏差補正部３が上記したように動作することにより、上記した電圧測定装置１のときと同様にして、切替信号Ｓ１に同期した電圧変動（切替信号Ｓ１の半周期毎の電圧変動）と制御偏差とが解消された等価変換電圧Ｖ２７が偏差補正部３から出力され、切替信号Ｓ１に同期した電圧変動（切替信号Ｓ１の半周期毎の電圧変動）と制御偏差とが解消された等価電流Ｉ３が処理部６６によって算出される。

次いで、処理部６６は、メモリに記憶されているこの等価電流Ｉ３の電流波形データに基づいて、電流測定処理および波形表示処理を実行する。

まず、電流測定処理では、処理部６６は、等価電流Ｉ３の電流波形データに基づいて、等価電流Ｉ３の実効電圧値、振幅および周期（または周波数）などの電気的特性値を算出（測定）して、メモリに記憶すると共に表示部３７に表示させる。次に、波形表示処理では、処理部６６は、等価電流Ｉ３の電流波形データに基づいて、等価電流Ｉ３の波形（電流波形）を表示部３７に表示させる。この場合、処理部６６によって測定された等価電流Ｉ３は、上記したように電流Ｉ１と等価な電流であるため、上記した等価電流Ｉ３に対する電圧測定処理および波形表示処理の完了により、電流Ｉ１に対する電圧測定処理および波形表示処理が完了する。

このように、この電流測定装置５１、およびこの電流測定装置５１が実行する測定方法によれば、電流測定部５２におけるフィードバック制御の利得（フィードバックループの利得）についての評価のためにこの利得をＧとα×Ｇとに交互に切り替える場合であっても、利得がＧの期間では変換電圧Ｖｉａに対して１次加算電圧Ｖ１３（＝ΔＶｉ）を加算して１次補正変換電圧Ｖ１１Ａ（＝変換電圧Ｖｉｂ）として出力し、かつ利得がα×Ｇの期間では変換電圧Ｖｉｂをそのまま１次補正変換電圧Ｖ１１Ａとして出力する１次補正処理と、１次加算電圧Ｖ１３を１／（α−１）倍して２次加算電圧Ｖ１６を生成すると共に、２次加算電圧Ｖ１６を１次補正変換電圧Ｖ１１Ａに加算して、変換電圧Ｖｉと等価の等価変換電圧Ｖ２７を生成する変換物理量生成処理と、利得Ｇ，α×Ｇの切替タイミング（切替信号Ｓ１の半周期）に同期して１次補正変換電圧Ｖ１１Ａを同期検波して得られる検波電圧Ｖ１４がゼロボルトに近づくように（言い換えれば、利得がＧのときの１次補正変換電圧Ｖ１１Ａと利得がα×Ｇのときの１次補正変換電圧Ｖ１１Ａとの差分に応じた電圧を検出すると共に検出した電圧がゼロボルトに近づくように）、変換電圧Ｖｉを減衰させて１次加算電圧Ｖ１３を生成する１次加算物理量生成処理と、参照電流Ｉ２から変換電圧Ｖｉへの変換と逆の変換（βで除算する変換）を等価変換電圧Ｖ２７に対して実行して、電流Ｉ１と等価の等価電流Ｉ３を生成する物理量生成処理とを実行することにより、フィードバック制御の利得についての利得評価処理を実行して測定の信頼性を確保しつつ、電線５４に流れている電流Ｉ１の波形をスムーズな波形（フィードバック制御の利得の切り替えに起因した電圧変動の生じていない波形）として、表示部３７に表示させて測定することができる。

なお、上記の電圧測定装置１および電流測定装置５１では、利得切替信号生成部３５は、交流電圧Ｖ１や電流Ｉ１（交流電流の場合）とは非同期で切替信号Ｓ１を生成する構成を採用しているが、交流電圧Ｖ１や電流Ｉ１が交流電流である場合（測定対象体の物理量が交流信号の場合）であって、電圧測定部２や電流測定部５２におけるフィードバックループの利得Ｇ，α×Ｇの切替タイミング（切替周期。切替信号Ｓ１の半周期）が、交流電圧Ｖ１や交流電流である電流Ｉ１の周期よりも長い場合には、図８に示すように、フィードバックループの利得Ｇ，α×Ｇの切替タイミングを交流電圧Ｖ１や電流Ｉ１のゼロクロス点に同期させる構成を採用することもできる。

以下、この構成を採用した電圧測定装置１Ａについて、図１を参照して説明する。なお、電圧測定装置１と基本構成は同一であるため、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。

この電圧測定装置１Ａは、利得切替信号生成部３５に代えて、利得切替信号生成部３５Ａを有する点と、処理部３６が、上記した各処理に加えて、等価交流電圧Ｖ１７のゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出処理と、利得切替信号生成部３５Ａに対する制御処理とを実行する点においてのみ相違する。この構成する構成についてのみ説明する。

利得切替信号生成部３５Ａは、一例として、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路を用いて構成されて、デューティ比が０．５の切替信号Ｓ１の周波数および位相を制御可能に構成されている。処理部３６は、ゼロクロス点検出処理では、等価交流電圧Ｖ１７のゼロクロス点（一例として立ち上がり時のゼロクロス点）を検出する。また、処理部３６は、利得切替信号生成部３５Ａに対する制御処理では、検出した等価交流電圧Ｖ１７のゼロクロス点と、切替信号Ｓ１の立ち上がりまたは立ち下がりのタイミング（本例では、等価交流電圧Ｖ１７のゼロクロス点が立ち上がり時のゼロクロス点であるため、立ち上がりのタイミング）との位相差を検出し、利得切替信号生成部３５Ａに対して制御信号Ｓ２を出力することにより、この位相差が減少するように切替信号Ｓ１の位相差および周波数を制御する。

この電流測定装置１Ａでは、上記したように利得切替信号生成部３５Ａが構成され、かつ処理部３６が上記したようにゼロクロス点検出処理および利得切替信号生成部３５Ａに対する制御処理を実行することにより、切替信号Ｓ１の立ち上がりが、等価交流電圧Ｖ１７のゼロクロス点に同期し、かつ切替信号Ｓ１の周期が等価交流電圧Ｖ１７の周期の整数倍の周期に規定される。また、上記したように切替信号Ｓ１のデューティ比が０．５であるため、切替信号Ｓ１の立ち下がりも、等価交流電圧Ｖ１７のゼロクロス点に同期する。したがって、この電流測定装置１Ａによれば、フィードバックループの利得Ｇ，α×Ｇの切替タイミングが等価交流電圧Ｖ１７の周期に同期する状態となるため、フィードバックループの利得Ｇ，α×Ｇの切り替えに起因したスイッチングノイズの等価交流電圧Ｖ１７への重畳を大幅に軽減することができる。

また、上記の偏差補正部３は、第１加算部４１、第２加算部４２、第１減衰部４３、第２減衰部４４、ＶＣＡ４５、切替部４６、検波部４７および増幅部４８の複数の要素で構成されているが、これらのうちの複数の要素を１つのＤＳＰ（Digital Signal Processor）で構成することもできる。また、偏差補正部３への入力信号および出力信号をＡ／Ｄ変換することにより、偏差補正部３を構成する上記各要素のうちの複数個の機能を処理部３６（電流測定装置５１では処理部６６）に持たせる構成を採用することもできる。

上記した電圧測定装置１，１Ａおよび電流測定装置５１のうちの電圧測定装置１を例に挙げて説明する。この場合、図９に示すように、電圧測定部２と偏差補正部３の各構成要素のうちの一点鎖線で囲まれた構成要素の各機能をコンピュータ（ＣＰＵ）で実行する構成とする。具体的には、電圧測定部２では、電圧生成部３４を構成する交流増幅回路３４ａおよび位相補償回路３４ｂ、利得切替信号生成部３５、並びに処理部３６の各機能をソフトウェアで実行する構成とする。また、偏差補正部３では、２つの加算部４１，４２を除くすべての構成要素の機能をソフトウェアで実行する構成とする。

このため、切替信号Ｓ１については、例えば、利得切替信号生成部３５の機能を実行するカウントプログラムが、切替信号Ｓ１の半周期の時間をカウントして、この半周期毎に切替信号Ｓ１を示す切替信号データＤＳ１の値を「０」，「１」，「０」，「１」，・・・というように変更することで生成される。

また、積分電圧Ｖ３ａについては、Ａ／Ｄ変換器７１で積分電圧データＤＶ３ａに変換されて、交流増幅回路３４ａおよび位相補償回路３４ｂの各機能を実行する第１処理プログラムで処理される。この第１処理プログラムは、入力した積分電圧データＤＶ３ａを切替信号Ｓ１の半周期毎に、Ｇ倍，α×Ｇ倍，Ｇ倍，α×Ｇ倍，・・・というように交互に増幅し、さらに増幅したデータＤＶａに対して、フィードバック制御動作の安定化（発振防止）を図るため、位相を調整して、第２電圧データＤＶｂとして出力する。この第２電圧データＤＶｂについては、Ｄ／Ａ変換器７６で第２電圧Ｖｂに変換して昇圧回路３４ｃに出力する。

また、参照電圧Ｖ４については、Ａ／Ｄ変換器７２で参照電圧データＤＶ４に変換されて、処理部３６、第１減衰部４３およびＶＣＡ４５の各機能を実行する第２処理プログラムで処理される。この第２処理プログラムのうちの処理部３６の機能を実行するプログラムでは、処理部３６が実行する上記した処理と同じ処理を実行し、第１減衰部４３およびＶＣＡ４５の機能を実行するプログラムでは、入力した参照電圧データＤＶ４を予め規定された減衰率で一旦減衰させ、この減衰後のデータＤＶ１２を、検波部４７および増幅部４８の各機能を実行する後述の第３プログラムで算出される制御電圧データＤＶ１５で示される増幅率で増幅して、１次加算電圧データＤＶ１３を算出する。

また、１次補正参照電圧Ｖ１１については、Ａ／Ｄ変換器７４で１次補正参照電圧データＤＶ１１に変換されて、検波部４７および増幅部４８の各機能を実行する第３処理プログラムで処理される。この第３理プログラムは、１次補正参照電圧データＤＶ１１を切替信号Ｓ１に同期して検波して検波電圧データＤＶ１４として出力する。増幅部４８は、この検波電圧データＤＶ１４を予め規定された増幅率で増幅して、制御電圧データＤＶ１５として出力する。

上記のようにして算出された１次加算電圧データＤＶ１３は、切替部４６の機能を実行する第４プログラムで処理されて、切替信号Ｓ１が高レベル（切替信号データＤＳ１が「１」）のときにＤ／Ａ変換器７３によって１次加算電圧Ｖ１３に変換されて第１加算部４１に出力される。なお、切替信号Ｓ１が低レベル（切替信号データＤＳ１が「０」）のときには、ゼロボルトが１次加算電圧Ｖ１３として出力される。

また、この１次加算電圧データＤＶ１３は、第２減衰部４４の機能を実行する第５プログラムで処理されて、１／（α−１）倍されて、２次加算電圧データＤＶ１６に変換され、さらにＤ／Ａ変換器７５によって２次加算電圧Ｖ１６に変換されて第２加算部４２に出力される。また、第２加算部４２から出力される等価交流電圧Ｖ１７は、Ａ／Ｄ変換器７６によって等価交流電圧データＤＶ１７に変換されて、第２処理プログラムのうちの処理部３６の機能を実行するプログラムによって処理される。

このように、電圧測定部２と偏差補正部３の各構成要素のうちの一点鎖線で囲まれた上記の各構成要素の各機能をコンピュータ（ＣＰＵ）によってソフトウェアで実行する構成とすることにより、フィードバックループの利得を決定するαを自由に設定することができる。

また、上記した測定装置の各例では、第１減衰部４３およびＶＣＡ４５が、電圧測定部２から出力される参照電圧Ｖ４や、電流測定部５２から出力される変換電圧Ｖｉに基づいて、１次加算電圧Ｖ１３を出力する構成を採用しているが、フィードバックループの利得を切り替えたときに電圧測定部２から出力される参照電圧Ｖ４に生じる差分ΔＶ４、電流測定部５２から出力される変換電圧Ｖｉに生じる差分ΔＶｉ、およびフィードバックループの制御偏差を補正するために偏差補正部３で用いられている１次加算電圧（１次加算物理量）Ｖ１３は、参照電圧Ｖ４や変換電圧Ｖｉと比較すると小さな値である。このため、１次補正参照電圧Ｖ１１および等価交流電圧Ｖ１７は、参照電圧Ｖ４にほぼ等しい値となり、１次補正参照電圧Ｖ１１および等価変換電圧Ｖ２７は、変換電圧Ｖｉにほぼ等しい値となることから、電圧測定部２では、第１減衰部４３およびＶＣＡ４５が、参照電圧Ｖ４に代えて、１次補正参照電圧Ｖ１１または等価交流電圧Ｖ１７を入力する構成を採用することもできるし、また電流測定部５２では、第１減衰部４３およびＶＣＡ４５が、変換電圧Ｖｉに代えて、１次補正参照電圧Ｖ１１または等価変換電圧Ｖ２７を入力する構成を採用することもできる。

１ 電圧測定装置
２ 電圧測定部
３ 偏差補正部
４ 測定対象体
５１ 電流測定装置
５２ 電流測定部
Ｖ１ 交流電圧
Ｖ４ 参照電圧
Ｖ１１ １次補正参照電圧
Ｖ１３ １次加算電圧
Ｖ１４ 検波電圧
Ｖ１６ ２次加算電圧
Ｖ１７ 等価交流電圧

Claims (6)

1. 測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御して生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を測定する測定装置であって、
   前記フィードバック制御の利得についての評価のために当該利得をＧとα×Ｇ（αは１を超える正数）とに交互に切り替えつつ、
   前記利得がＧの期間では前記参照物理量に対して１次加算物理量を加算して１次補正参照物理量として出力し、かつ当該利得がα×Ｇの期間では前記参照物理量をそのまま前記１次補正参照物理量として出力する１次補正処理と、
   前記１次加算物理量を１／（α−１）倍して２次加算物理量を生成すると共に、当該２次加算物理量を前記１次補正参照物理量に加算して前記物理量と等価の等価物理量を生成する物理量生成処理と、
   前記利得がＧのときの前記１次補正参照物理量と当該利得がα×Ｇのときの前記１次補正参照物理量との差分を検出すると共に当該検出した差分がゼロに近づくように、前記参照物理量、前記１次補正参照物理量および前記等価物理量のうちのいずれかを減衰させて前記１次加算物理量を生成する１次加算物理量生成処理とを実行する測定装置。
2. 測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御して生成すると共に、前記参照物理量を変換して得られる変換物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を測定する測定装置であって、
   前記フィードバック制御の利得についての評価のために当該利得をＧとα×Ｇ（αは１を超える正数）とに交互に切り替えつつ、
   前記利得がＧの期間では前記変換物理量に対して１次加算物理量を加算して１次補正変換物理量として出力し、かつ当該利得がα×Ｇの期間では前記変換物理量をそのまま前記１次補正変換物理量として出力する１次補正処理と、
   前記１次加算物理量を１／（α−１）倍して２次加算物理量を生成すると共に、当該２次加算物理量を前記１次補正変換物理量に加算して前記変換物理量と等価の等価変換物理量を生成する変換物理量生成処理と、
   前記利得がＧのときの前記１次補正変換物理量と当該利得がα×Ｇのときの前記１次補正変換物理量との差分を検出すると共に当該検出した差分がゼロに近づくように、前記変換物理量、前記１次補正変換物理量および前記等価変換物理量のうちのいずれかを減衰させて前記１次加算物理量を生成する１次加算物理量生成処理と、
   前記参照物理量から前記変換物理量への変換と逆の変換を前記等価変換物理量に対して実行することにより、前記物理量と等価の等価物理量を生成する物理量生成処理とを実行する測定装置。
3. 前記測定対象体の前記物理量が交流信号のときには、当該物理量のゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出処理を実行し、
   前記検出したゼロクロス点に同期すると共に前記物理量の周期の整数倍の周期で前記利得の切り替えを実行する請求項１または２記載の測定装置。
4. 測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御して生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を測定する測定方法であって、
   前記フィードバック制御の利得についての評価のために当該利得をＧとα×Ｇ（αは１を超える正数）とに交互に切り替えつつ、
   前記利得がＧの期間では前記参照物理量に対して１次加算物理量を加算して１次補正参照物理量として出力し、かつ当該利得がα×Ｇの期間では前記参照物理量をそのまま前記１次補正参照物理量として出力する１次補正処理と、
   前記１次加算物理量を１／（α−１）倍して２次加算物理量を生成すると共に、当該２次加算物理量を前記１次補正参照物理量に加算して前記物理量と等価の等価物理量を生成する物理量生成処理と、
   前記利得がＧのときの前記１次補正参照物理量と当該利得がα×Ｇのときの前記１次補正参照物理量との差分を検出すると共に当該検出した差分がゼロに近づくように、前記参照物理量、前記１次補正参照物理量および前記等価物理量のうちのいずれかを減衰させて前記１次加算物理量を生成する１次加算物理量生成処理とを実行する測定方法。
5. 測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御して生成すると共に、前記参照物理量を変換して得られる変換物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を測定する測定方法であって、
   前記フィードバック制御の利得についての評価のために当該利得をＧとα×Ｇ（αは１を超える正数）とに交互に切り替えつつ、
   前記利得がＧの期間では前記変換物理量に対して１次加算物理量を加算して１次補正変換物理量として出力し、かつ当該利得がα×Ｇの期間では前記変換物理量をそのまま前記１次補正変換物理量として出力する１次補正処理と、
   前記１次加算物理量を１／（α−１）倍して２次加算物理量を生成すると共に、当該２次加算物理量を前記１次補正変換物理量に加算して前記変換物理量と等価の等価変換物理量を生成する変換物理量生成処理と、
   前記利得がＧのときの前記１次補正変換物理量と当該利得がα×Ｇのときの前記１次補正変換物理量との差分を検出すると共に当該検出した差分がゼロに近づくように、前記変換物理量、前記１次補正変換物理量および前記等価変換物理量のうちのいずれかを減衰させて前記１次加算物理量を生成する１次加算物理量生成処理と、
   前記参照物理量から前記変換物理量への変換と逆の変換を前記等価変換物理量に対して実行することにより、前記物理量と等価の等価物理量を生成する物理量生成処理とを実行する測定方法。
6. 前記測定対象体の前記物理量が交流信号のときには、当該物理量のゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出処理を実行し、
   前記検出したゼロクロス点に同期すると共に前記物理量の周期の整数倍の周期で前記利得の切り替えを実行する請求項４または５記載の測定方法。

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