JP2018119944A - 電圧測定装置、電圧測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高コスト化を招くことなく高電圧の非接触測定が可能な電圧測定装置を提供する。【解決手段】第１周波数の交流電圧を測定する電圧測定装置であって、電極と、電極と接続し、第２周波数の交流電圧を出力する可変電圧源と、電極と可変電圧源との間を流れる電流を検出する電流検出部と、検出された電流から、第１周波数成分の大きさと、第２周波数成分の大きさとの差分に相当する値を抽出して出力する差分抽出部と、差分抽出部の出力が０になるように、可変電圧源の出力電圧を変化させる電圧調整部と、可変電圧源の出力電圧と第１周波数と第２周波数とに基づいて、第１周波数の交流電圧を算出する演算部とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、測定対象物の電圧を非接触で測定可能な電圧測定装置および電圧測定方法に関する。

特許文献１には、図９に示すような測定対象物４０４の電圧Ｖ１を非接触で測定可能な電圧測定装置４００が開示されている。電圧測定装置４００は、プローブユニット４０２の検出電極４１２が測定対象物４０４の近傍に非接触な状態で配置されており、検出電極４１２と測定対象物４０４との間に静電容量Ｃ０が形成されている。

電圧測定装置４００では、可変容量素子４１３を本体４０３から交流信号Ｓ１で駆動すると可変容量素子４１３の静電容量の変化により交流電流ｉが流れる。電流ｉの大きさは測定対象物４０４の電圧Ｖ１とプローブユニット４０２のシールドケースの電圧Ｖ４との電圧差によって決まる。電流ｉを検出抵抗４１５で交流電圧Ｖ２として測定し、その振幅に応じたシールド電圧Ｖ４を電圧生成回路４２５から発生させる。

この構成により、電圧測定装置４００のシールド電圧Ｖ４は電流ｉが０となるように制御され、このときシールド電圧Ｖ４は測定対象物４０４の電圧Ｖ１と同電圧になる。このため、シールド電圧Ｖ４を電圧計４２６により測定することで、測定対象物４０４の電圧Ｖ１を計測することができる。

特開２００７−１３２９２６号公報

電圧測定装置４００では、例えば、数ｋＶの高電圧を測定する場合には、プローブユニット４０２のシールドケースが高電圧になる。したがって、測定装置の安全性を確保するためにシールドケース周辺の高絶縁設計や破損による感電防止措置等が必要となる。このため電圧測定装置４００の高コスト化を招いている。

そこで、本発明は、高コスト化を招くことなく高電圧の非接触測定が可能な電圧測定技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様である電圧測定装置は、第１周波数の交流電圧を測定する電圧測定装置であって、電極と、前記電極と接続し、第２周波数の交流電圧を出力する可変電圧源と、前記電極と前記可変電圧源との間を流れる電流を検出する電流検出部と、検出された電流から、前記第１周波数成分の大きさと、前記第２周波数成分の大きさとの差分に相当する値を抽出して出力する差分抽出部と、前記差分抽出部の出力が０になるように、前記可変電圧源の出力電圧を変化させる電圧調整部と、前記可変電圧源の出力電圧と前記第１周波数と前記第２周波数とに基づいて、前記第１周波数の交流電圧を算出する演算部と、を備えたことを特徴とする。
本発明の第１の態様である電圧測定装置によれば、測定側は測定対象電圧よりもはるかに低い電圧で測定することができるため、電圧測定装置の構成部品に高価な高耐圧部品が不要となる。また、電圧測定装置内部で高電圧が発生することがないため、高絶縁設計や感電防止措置が不要となる。したがって、従来技術のような高コスト化を防ぐことができ、安価に電圧測定装置を構成することができる。

ここで、前記演算部は、前記第２周波数と前記第１周波数との比に前記可変電圧源の出力電圧を乗じることにより前記第１周波数の交流電圧を算出することができる。
また、前記電極と前記可変電圧源とがコンデンサを介して接続していてもよい。

上記課題を解決するため、本発明の第２の態様である電圧測定装置は、第１周波数の交流電圧を測定する電圧測定装置であって、電極と、複数個の測定部と、総合演算部と、を備え、前記測定部は、前記電極と接続し、それぞれ異なる固有の周波数の交流電圧を出力する可変電圧源と、前記電極と前記可変電圧源との間を流れる電流を検出する電流検出部と、検出された電流から、前記第１周波数成分の大きさと、前記固有の周波数成分の大きさとの差分に相当する値を抽出して出力する差分抽出部と、前記差分抽出部の出力が０になるように、前記可変電圧源の出力電圧を変化させる電圧調整部と、前記可変電圧源の出力電圧と前記第１周波数と前記固有の周波数とに基づいて、前記第１周波数の交流電圧を算出する演算部と、を備え、前記総合演算部は、それぞれの測定部毎に算出された前記第１周波数の交流電圧に基づいて、前記第１周波数の交流電圧を算出することを特徴とする。
本発明の第２の態様である電圧測定装置によれば、第１周波数の交流電圧にノイズ成分が含まれる場合に、ある周波数でノイズの影響を受けた測定電圧が得られたとしても、他の周波数では、ノイズの影響を受けていない測定電圧が得られることになる。このため、第１の態様の電圧測定装置の効果に加え、第１周波数の交流電圧に含まれるノイズ成分の影響を軽減することができる。

上記課題を解決するため、本発明の第３の態様である電圧測定装置は、第１周波数の交流電圧を測定する電圧測定装置であって、電極と、前記電極と接続し、切替え可能な第２周波数の交流電圧を出力する可変電圧源と、前記電極と前記可変電圧源との間を流れる電流を検出する電流検出部と、検出された電流から、前記第１周波数成分の大きさと、前記第２周波数成分の大きさとの差分に相当する値を抽出して出力する差分抽出部と、前記差分抽出部の出力が０になるように、前記可変電圧源の出力電圧を変化させる電圧調整部と、切替えられた第２周波数毎に、前記可変電圧源の出力電圧と前記第１周波数と前記第２周波数とに基づいて、前記第１周波数の周波数毎交流電圧を算出する演算部と、算出された前記第１周波数の周波数毎交流電圧に基づいて、前記第１周波数の交流電圧を算出する総合演算部と、を備えたことを特徴とする。
本発明の第３の態様である電圧測定装置によれば、第１周波数の交流電圧にノイズ成分が含まれる場合に、ある周波数でノイズの影響を受けた測定電圧が得られたとしても、他の周波数では、ノイズの影響を受けていない測定電圧が得られることになる。このため、第１の態様の電圧測定装置の効果に加え、第１周波数の交流電圧に含まれるノイズ成分の影響を軽減することができる。

上記課題を解決するため、本発明の第４の態様である電圧測定方法は、第１周波数の交流電圧を測定する電圧測定方法であって、前記第１周波数の交流電圧が印加された測定対象物に、容量を介して第２周波数の交流電圧を印加したときに前記容量を流れる電流について、前記第１周波数成分の大きさと、前記第２周波数成分の大きさとが同じなるように、前記第２周波数の交流電圧を調整し、そのときの前記第２周波数の交流電圧と前記第１周波数と前記第２周波数とに基づいて、前記第１周波数の交流電圧を算出することを特徴とする。
本発明の第４の態様である電圧測定方法によれば、測定側は測定対象電圧よりもはるかに低い電圧で測定することができるため、電圧測定装置の構成部品に高価な高耐圧部品が不要となる。また、電圧測定装置内部で高電圧が発生することがないため、高絶縁設計や感電防止措置が不要となる。したがって、従来技術のような高コスト化を防ぐことができ、安価に電圧測定装置を構成することができる。

上記課題を解決するため、本発明の第５の態様である電圧測定方法は、第１周波数の交流電圧を測定する電圧測定方法であって、前記第１周波数の交流電圧が印加された測定対象物に、容量を介して固有の周波数の交流電圧を印加したときに前記容量を流れる電流について、前記第１周波数成分の大きさと、前記固有の周波数成分の大きさとが同じなるように、前記固有の周波数の交流電圧を調整し、そのときの前記固有の周波数の交流電圧と前記第１周波数と前記固有の周波数とに基づいて、前記第１周波数の交流電圧を算出する処理を、前記固有の周波数が異なる状態で複数行ない、算出された固有の周波数毎の前記第１周波数の交流電圧に基づいて、前記第１周波数の交流電圧を算出することを特徴とする。
本発明の第５の態様である電圧測定方法によれば、第１周波数の交流電圧にノイズ成分が含まれる場合に、ある周波数でノイズの影響を受けた測定電圧が得られたとしても、他の周波数では、ノイズの影響を受けていない測定電圧が得られることになる。このため、第５の態様の電圧測定方法の効果に加え、第１周波数の交流電圧に含まれるノイズ成分の影響を軽減することができる。

本発明によれば、高コスト化を招くことなく高電圧の非接触測定が可能な電圧測定技術が提供される。

本発明の電圧測定器の測定原理を説明する図である。 本発明の電圧測定器の第１実施例の構成を示す図である。 本発明の電圧測定器の第２実施例の構成を示す図である。 本発明の電圧測定器の第３実施例の構成を示す図である。 本発明の電圧測定器の第４実施例の構成を示す図である。 本発明の電圧測定器の第５実施例の構成を示す図である。 本発明の電圧測定器の第２実施形態の測定原理を説明する図である。 本発明の電圧測定器の第３実施形態の測定原理を説明する図である。 従来の非接触型電圧測定器を説明する図である。

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の電圧測定器の測定原理を説明する図である。本発明の電圧測定器では、交流電圧を測定対象としており、本図では、周波数ｆｘの交流電圧Ｖｘが測定対象となっている。測定側には周波数ｆｓで出力電圧Ｖｓが可変の可変電圧源１１０が備えられている。周波数ｆｘ、周波数ｆｓとも既知であり、ｆｓ＞＞ｆｘであるとする。測定対象と測定側との間には容量Ｃ１が存在している。容量Ｃ１は未知でもよい。

測定対象の電圧Ｖｘが起因となって容量Ｃ１を流れる周波数ｆｘの電流をＩｘとし、可変電圧源１１０の電圧Ｖｓが起因となって容量Ｃ１を流れる周波数ｆｓの電流をＩｓとする。実際には、電流Ｉｘと電流Ｉｓとを重ね合わせた電流が容量Ｃ１を流れることになる。

測定側には、電流検出部１２０、差分抽出部１３０、電圧調整部１４０、電圧測定部１５０、演算部１６０が備えられている。なお、測定対象と測定側の接地は共通でなくてもよい。

電流検出部１２０は、電流Ｉｘと電流Ｉｓとが重畳した電流を検出する。差分抽出部１３０は、電流検出部１２０の検出結果から、電流Ｉｘの大きさと電流Ｉｓの大きさとの差分に相当する値を抽出して出力する。電圧調整部１４０は、差分抽出部１３０の出力が０になるように、すなわち、電流Ｉｓの大きさが電流Ｉｘの大きさと等しくなるように可変電圧源１１０の出力電圧Ｖｓを変化させる。電圧測定部１５０は、可変電圧源１１０の出力電圧Ｖｓを測定する。演算部１６０は、電圧測定部１５０における電圧Ｖｓの測定結果に基づいて電圧Ｖｘを算出して出力する。

この構成において、電流Ｉｘに対する容量Ｃ１のインピーダンスをＸｃｘとし、電流Ｉｓに対する容量Ｃ１のインピーダンスをＸｃｓとすると、電流Ｉｘ、電流Ｉｓは以下のように表すことができる。

ここで、Ａを定数としてｆｓ＝Ａ×ｆｘとすると、

が成り立つので、［数５］が得られる。

差分抽出部１３０と電圧調整部１４０により、Ｉｘ＝Ｉｓとなるように電圧Ｖｓが調整されるため、［数１］［数２］より、

そして、［数５］［数６］より［数７］が得られる。

したがって、演算部１６０は、電圧測定部１５０の測定結果ＶｓをＡ倍する演算を行なうことで、測定対象電圧Ｖｘを算出し、測定結果として出力することができる。例えば、測定対象電圧の周波数ｆｘを商用電源の５０Ｈｚとすると、測定側の周波数ｆｓが５０ｋＨであれば、電圧Ｖｓを１０００倍した値が測定対象の電圧Ｖｘとなる。すなわち、測定対象電圧が数ｋＶであっても数Ｖの電圧で測定できることになる。

このように、本発明では、測定側は測定対象電圧よりもはるかに低い電圧で測定することができるため、電圧測定器の構成部品に高価な高耐圧部品が不要となる。また、電圧測定器内部で高電圧が発生することがないため、高絶縁設計や感電防止措置が不要となる。したがって、従来技術のような高コスト化を防ぐことができ、安価に電圧測定器を構成することができる。

次に、上記の測定原理を利用した電圧測定器の実施例について説明する。図２は、本発明の電圧測定器１００の第１実施例の構成を示す図である。

本図の例において、測定対象は、周波数ｆｘの電圧Ｖｘの電圧が印加される導体３１０である。導体３１０は、絶縁被覆３２０により被覆されており、被覆電線３００を形成している。

第１実施例の電圧測定器１００は、電極１０１、電流検出部１２０、差分抽出部１３０、電圧出力部１０４、電圧測定部１５０、演算部１６０を備えている。

電極１０１は、被覆電線３００に取り付けられている。このため、導体３１０と電極１０１とは非接触であり、導体３１０と電極１０１との間に寄生容量Ｃ１が存在している。

電流検出部１２０は、抵抗Ｒ１２１と、抵抗Ｒ１２１に生じる電圧を検出する計装アンプ１２２とを備えている。

差分抽出部１３０は、周波数ｆｘの信号を通過させる第１フィルタ部１３１、周波数ｆｓの信号を通過させる第２フィルタ部１３２、第１フィルタ部１３１を通過した周波数ｆｘの信号を平滑化して直流に変換する第１交流−直流変換部１３３、第２フィルタ部１３２を通過した周波数ｆｓの信号を平滑化して直流に変換する第２交流−直流変換部１３４、第１交流−直流変換部１３３が出力する電流Ｉｘの大きさに相当する信号Ｖｒｘと第２交流−直流変換部１３４が出力する電流Ｉｓの大きさに相当する信号Ｖｒｓとの差分を抽出する差動アンプ１３５を備えている。

電圧出力部１０４は、周波数ｆｓの正弦波発振器１１１と可変ゲインアンプ１４１を備えており、電圧出力部１０４が可変電圧源１１０と電圧調整部１４０の機能を担っている。可変ゲインアンプ１４１は、差動アンプ１３５の出力でゲインが制御される。具体的には、Ｖｒｘ＞Ｖｒｓの場合、差動アンプ１３５の出力電圧が増加し、可変ゲインアンプ１４１のゲインを増加させる。これにより、Ｖｓの振幅が増加し、Ｖｒｓが増加する。一方、Ｖｒｘ＜Ｖｒｓの場合、差動アンプ１３５の出力電圧が減少し、可変ゲインアンプ１４１のゲインを減少させる。これにより、Ｖｓの振幅が減少し、Ｖｒｓが減少する。可変ゲインアンプ１４１に換えて乗算器を用いてもよい。

電圧測定部１５０は、可変ゲインアンプ１４１の出力電圧Ｖｓを測定し、演算部１６０は、電圧測定部１５０における電圧Ｖｓの測定結果に基づいて電圧Ｖｘを算出して測定結果として出力する。

第１実施例では、電流検出部１２０に抵抗Ｒ１２１を用いているため、抵抗Ｒ１２１で生じる電流Ｉｘによる電圧降下Ｖｒｘと電流Ｉｓによる電圧降下Ｖｒｓとを考慮して、上記の［数３］［数４］に加え、［数８］［数９］が得られる。

ｆｓ＝Ａ×ｆｘであるから、

となる。

ここで、差分抽出部１３０と電圧出力部１０４により、Ｉｘ＝Ｉｓとなるように電圧Ｖｓが調整されるため、ＶｒｘとＶｒｓとが等しくなり、これをＶｒとすると、

が得られる。−Ｖｒ^２は小さいので無視すると、

となる。さらに、抵抗Ｒ１２１が容量Ｃ１と周波数ｆｓとで決まるリアクタンスよりも十分小さければ、Ｖｒ^２を無視することができる。このため、電流検出用の抵抗Ｒ１２１を小さい値とすることで、Ｖｘ＝Ａ×Ｖｓが得られることになる。したがって、演算部１６０は、電圧測定部１５０の測定結果ＶｓをＡ倍する演算を行なうことで、測定対象電圧Ｖｘを算出し、出力することができる。もちろん、Ｖｒ（ＶｒｓあるいはＶｒｘ）を別途測定し、［数１２］にしたがって、測定対象電圧Ｖｘを算出し、出力してもよい。

なお、電流検出部１２０は、抵抗Ｒ１２１と計装アンプ１２２とで構成していたが、この構成に限られず、電流に応じた信号を取得可能な種々の方式を採用することができる。例えば、ホールセンサやカレントトランス回路等を利用して電流による磁界を検出し、電流に比例した電圧を出力してもよい。また、抵抗Ｒ１２１に換えてコンデンサやコイル、またはこれらの組み合わせを用いてもよい。

また、第１フィルタ部１３１、第２フィルタ部１３２としては、アクティブバンドパスフィルタのＶＣＶＳ（サレン・キー）型、多重帰還型、状態変数型、パッシブバンドパスフィルタのＬＣバンドパスフィルタ、ＲＬＣバンドパスフィルタ等種々の方式を用いることができる。

また、第１交流−直流変換部１３３、第２交流−直流変換部１３４としては、ＲＭＳ−ＤＣコンバーター（実効値検波）、全波平均あるいは半波平均の平均値検波、ピークホールド回路等の種々の方式を用いることができる。

また、正弦波発振器１１１としては、水晶発振器とローパスフィルタ、マルチバイブレータとローパスフィルタ、ウィーンブリッジ型正弦波発振器、ＬＣ型正弦波発振器、２位相型正弦波発振器、ＣＲ移相型正弦波発振器、ディジタル直接合成発振器（ＤＤＳ）等を用いることができる。

次に、本発明の電圧測定器１００の第２実施例について図３を参照して説明する。第２実施例では、差分抽出部１３０を、同期検波回路を用いて構成している。同期検波回路は、入力信号のうち、参照信号と同じ周波数成分の信号について、その大きさを直流電圧に変換して出力する回路である。

本図の例では、電流検出部１２０の出力信号から第１同期検波部１３６を用いて周波数ｆｘの信号の大きさに相当する直流電圧Ｖｒｘを得て、第２同期検波部１３７を用いて周波数ｆｓの信号の大きさに相当する直流電圧Ｖｒｓを得ている。第２実施例の電圧測定器１００は、第１同期検波部１３６の参照信号のために、周波数ｆｘの正弦波発振器１３８を備えている。第２同期検波部１３７の参照信号は、周波数ｆｓの正弦波発振器１１１の出力信号を用いている。

次に、本発明の電圧測定器１００の第３実施例について図４を参照して説明する。第３実施例では、ディジタル信号処理部１７０を備えており、抵抗Ｒ１２１と計装アンプ１２２で構成した電流検出部１２０以外の処理をディジタル信号処理で行なう。

このため、電流検出部１２０の出力信号をディジタルデータに変換するためのＡ／Ｄ変換部１７７と、ディジタル信号処理部１７０の出力信号を周波数ｆｓ、電圧値Ｖｓのアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部１７８を備えている。Ａ／Ｄ変換部１７７は、フラッシュ型、逐次比較型、積分型、デルタシグマ型等種々の方式を用いることができる。Ｄ／Ａ変換部１７８はラダー型、容量アレイ型、電流出力型等種々の方式を用いることができる。

ディジタル信号処理部１７０は、周波数ｆｘの信号を分離してＶｒｘを抽出する周波数分離器（ｆｘ）１７１と、周波数ｆｓの信号を分離してＶｒｓを抽出する周波数分離器（ｆｓ）１７２と、ＶｒｘとＶｒｓとを比較し、比較結果に基づいてレベル制御値を変化させるレベル比較部１７３と、周波数ｆｓの正弦波をディジタル信号で出力するディジタル直接合成発振器（ＤＤＳ）１７４と、ＤＤＳ１７４の出力とレベル制御値とを乗算する乗算部１７５と、乗算部１７５の出力に周波数ｆｓと周波数ｆｘとの比をかける演算を行なうことで測定対象電圧Ｖｘを算出し、出力する演算部１７６を備えている。周波数分離器１７１、１７２は、ディジタルフィルタや同期検波回路を用いて構成することができる。

次に、本発明の電圧測定器１００の第４実施例について図５を参照して説明する。第４実施例は、測定対象の正確な周波数が分からない場合にも適用可能な構成である。第１実施例の構成を基に説明するが、他の実施例に適用してもよい。

第４実施例では、周波数測定部１８０を用いて、第１フィルタ部１３１を通過した信号の周波数を測定して、測定対象の正確な周波数ｆｘとする。演算部では、電圧測定部１５０の測定結果に対して、周波数ｆｓと周波数ｆｘとの比をかけることにより測定対象電圧Ｖｘを算出する。なお、第１フィルタ部１３１部は、測定対象のおおよその周波数を通過帯域に含むフィルタを用いるものとする。

周波数測定部１８０は、種々の方式を用いることができる。例えば、一定の測定時間における入力信号と基準電圧とが交差する回数を計測する方法、入力信号と基準電圧とが交差する時間（周期）を計測する方法等を用いることができる。

次に、本発明の電圧測定器１００の第５実施例について図６を参照して説明する。第５実施例は、測定対象に非接触のみならず、接触状態でも電圧を測定することができる構成である。第１実施例の構成を基に説明するが、他の実施例に適用してもよい。

第５実施例の電圧測定器１００は、電極１０１と電流検出部１２０との間に、実際のコンデンサ１０２が接続されている。このため、電極１０１を導線３３０に接触させた状態でも、コンデンサ１０２が容量Ｃ１の役割を担うため、測定対象電圧Ｖｘを測定することができる。また、被覆電線３００を測定する場合は、寄生容量とコンデンサ１０２の合成容量が容量Ｃ１の役割を担うため、測定対象電圧Ｖｘを測定することができる。すなわち、非接触でも接触でも測定対象電圧Ｖｘを測定することができる。

ところで、測定対象の電圧Ｖｘには、その基本周波数ｆｘ成分の他に、インバータノイズ等の特定周波数にピークを持つノイズが含まれる場合がある。仮に、このノイズの周波数と可変電圧源１１０の周波数ｆｓとが一致したとすると、電流検出部１２０で検出される電流Ｉｓに、ノイズに起因する電流が含まれることになる。これにより、可変電圧源１１０の電圧Ｖｓがノイズの影響を受け、結果として、測定電圧に誤差が生じるおそれがある。

この誤差を防ぐために、可変電圧源１１０の周波数ｆｓとして、異なる複数の値を用いて測定を行ない、得られた周波数毎の測定電圧Ｖｘに基づいて、測定対象電圧Ｖｘを総合的に算出することが考えられる。これにより、ある周波数でノイズの影響を受けた測定電圧が得られたとしても、他の周波数では、ノイズの影響を受けていない測定電圧が得られることになる。このため、周波数毎の測定電圧の加算平均や、中央値を抽出する等の演算を行なうことで、ノイズに起因する誤差を防ぐことができる。

そこで、ノイズに起因する誤差を防ぐことができる本発明の第２実施形態の電圧測定器の測定原理について図７を参照して説明する。本図に示すように、第２実施形態の電圧測定器は、可変電圧源１１０、電流検出部１２０、差分抽出部１３０、電圧調整部１４０、電圧測定部１５０、演算部１６０を有する測定部２００を複数個（２００ａ、２００ｂ、…）並列に接続し、それぞれの演算部（１６０ａ、１６０ｂ、…）の出力を総合演算部１６１に入力する構成となっている。なお、それぞれの演算部（１６０ａ、１６０ｂ、…）を総合演算部１６１に含めて構成してもよい。

各測定部２００に含まれる可変電圧源１１０、電流検出部１２０、差分抽出部１３０、電圧調整部１４０、電圧測定部１５０、演算部１６０は、上述の実施形態と同様とすることができる。

ただし、第２実施形態の電圧測定器において、それぞれの測定部（２００ａ、２００ｂ、…）の可変電圧源（１１０ａ、１１０ｂ、…）は、それぞれ異なる固有の周波数（ｆｓａ、ｆｓｂ、…）の交流電圧を出力する。固有の周波数は、いずれも、周波数ｆｘよりも十分大きいものとする。そして、それぞれの測定部（２００ａ、２００ｂ、…）の演算部（１６０ａ、１６０ｂ、…）が個別に測定電圧（Ｖｘａ、Ｖｘｂ、…）を算出する。測定電圧（Ｖｘａ、Ｖｘｂ、…）の算出原理は、上述の実施形態と同様である。

なお、個別の測定電圧（Ｖｘａ、Ｖｘｂ、…）の測定は、各測定部（２００ａ、２００ｂ、…）で同時に行なってもよいし、順次行なうようにしてもよい。

第２実施形態では、個別に算出された測定電圧（Ｖｘａ、Ｖｘｂ、…）に基づいて、測定対象電圧Ｖｘを総合的に算出する。具体的には、総合演算部１６１が、個別に算出された測定電圧（Ｖｘａ、Ｖｘｂ、…）の加算平均や、中央値を抽出する等の演算を行なうことにより測定対象電圧Ｖｘを算出する。

次に、第２実施形態と同様にノイズに起因する誤差を防ぐことができる本発明の第３実施形態の電圧測定器について、図８を参照して説明する。第３実施形態の電圧測定器は、図１に示した電圧測定器において、周波数が固定された可変電圧源１１０に換えて、時分割で周波数を切替え可能な可変電圧源１９０を用いている。また、周波数毎の演算部１６０の出力を記憶し、加算平均や、中央値を抽出する等の演算を行なう総合演算部１６２を備えている。

第３実施形態の電圧測定器では、可変電圧源１９０の周波数ｆｓを時分割で切換えて複数回の測定を行なう。周波数ｆｓの切替えは、例えば、総合演算部１６２の制御に基づいて行なうことができる。それぞれの測定において、演算部１６０は上述の実施形態と同様に測定電圧の演算を行ない、総合演算部１６２に出力する。切換える周波数ｆｓは、いずれも、周波数ｆｘよりも十分大きいものとする。

総合演算部１６２は、それぞれの周波数における演算部１６０の演算結果を記憶し、記憶した各測定電圧の加算平均や、中央値を抽出する等の演算を行なうことにより測定対象電圧Ｖｘを算出する。これにより、ノイズに起因する誤差を防ぐことができる。

なお、第２実施形態、第３実施形態とも、具体的な回路構成は上述の第１実施例〜第５実施例のいずれを適用してもよい。

１００ 電圧測定器
１０１ 電極
１０２ コンデンサ
１０４ 電圧出力部
１１０ 可変電圧源
１１１ 正弦波発振器
１２０ 電流検出部
１２１ 抵抗Ｒ
１２２ 計装アンプ
１３０ 差分抽出部
１３１ 第１フィルタ部
１３２ 第２フィルタ部
１３３ 第１交流−直流変換部
１３４ 第２交流−直流変換部
１３５ 差動アンプ
１３６ 第１同期検波部
１３７ 第２同期検波部
１３８ 正弦波発振器
１４０ 電圧調整部
１４１ 可変ゲインアンプ
１５０ 電圧測定部
１６０ 演算部
１６１ 総合演算部
１６２ 総合演算部
１７０ ディジタル信号処理部
１７１ 周波数分離器
１７３ レベル比較部
１７５ 乗算部
１７６ 演算部
１７７ Ａ／Ｄ変換部
１７８ Ｄ／Ａ変換部
１８０ 周波数測定部
１９０ 可変電圧源
３００ 被覆電線
３１０ 導体
３２０ 絶縁被覆
３３０ 導線

Claims (7)

1. 第１周波数の交流電圧を測定する電圧測定装置であって、
   電極と、
   前記電極と接続し、第２周波数の交流電圧を出力する可変電圧源と、
   前記電極と前記可変電圧源との間を流れる電流を検出する電流検出部と、
   検出された電流から、前記第１周波数成分の大きさと、前記第２周波数成分の大きさとの差分に相当する値を抽出して出力する差分抽出部と、
   前記差分抽出部の出力が０になるように、前記可変電圧源の出力電圧を変化させる電圧調整部と、
   前記可変電圧源の出力電圧と前記第１周波数と前記第２周波数とに基づいて、前記第１周波数の交流電圧を算出する演算部と、
   を備えたことを特徴とする電圧測定装置。
2. 前記演算部は、前記第２周波数と前記第１周波数との比に前記可変電圧源の出力電圧を乗じることにより前記第１周波数の交流電圧を算出することを特徴とする請求項１に記載の電圧測定装置。
3. 前記電極と前記可変電圧源とがコンデンサを介して接続していることを特徴とする請求項１または２に記載の電圧測定装置。
4. 第１周波数の交流電圧を測定する電圧測定装置であって、
   電極と、
   複数個の測定部と、
   総合演算部と、を備え、
   前記測定部は、
   前記電極と接続し、それぞれ異なる固有の周波数の交流電圧を出力する可変電圧源と、
   前記電極と前記可変電圧源との間を流れる電流を検出する電流検出部と、
   検出された電流から、前記第１周波数成分の大きさと、前記固有の周波数成分の大きさとの差分に相当する値を抽出して出力する差分抽出部と、
   前記差分抽出部の出力が０になるように、前記可変電圧源の出力電圧を変化させる電圧調整部と、
   前記可変電圧源の出力電圧と前記第１周波数と前記固有の周波数とに基づいて、前記第１周波数の交流電圧を算出する演算部と、を備え、
   前記総合演算部は、
   それぞれの測定部毎に算出された前記第１周波数の交流電圧に基づいて、前記第１周波数の交流電圧を算出することを特徴とする電圧測定装置。
5. 第１周波数の交流電圧を測定する電圧測定装置であって、
   電極と、
   前記電極と接続し、切替え可能な第２周波数の交流電圧を出力する可変電圧源と、
   前記電極と前記可変電圧源との間を流れる電流を検出する電流検出部と、
   検出された電流から、前記第１周波数成分の大きさと、前記第２周波数成分の大きさとの差分に相当する値を抽出して出力する差分抽出部と、
   前記差分抽出部の出力が０になるように、前記可変電圧源の出力電圧を変化させる電圧調整部と、
   切替えられた第２周波数毎に、前記可変電圧源の出力電圧と前記第１周波数と前記第２周波数とに基づいて、前記第１周波数の周波数毎交流電圧を算出する演算部と、
   算出された前記第１周波数の周波数毎交流電圧に基づいて、前記第１周波数の交流電圧を算出する総合演算部と、
   を備えたことを特徴とする電圧測定装置。
6. 第１周波数の交流電圧を測定する電圧測定方法であって、
   前記第１周波数の交流電圧が印加された測定対象物に、容量を介して第２周波数の交流電圧を印加したときに前記容量を流れる電流について、
   前記第１周波数成分の大きさと、前記第２周波数成分の大きさとが同じなるように、前記第２周波数の交流電圧を調整し、
   そのときの前記第２周波数の交流電圧と前記第１周波数と前記第２周波数とに基づいて、前記第１周波数の交流電圧を算出することを特徴とする電圧測定方法。
7. 第１周波数の交流電圧を測定する電圧測定方法であって、
   前記第１周波数の交流電圧が印加された測定対象物に、容量を介して固有の周波数の交流電圧を印加したときに前記容量を流れる電流について、
   前記第１周波数成分の大きさと、前記固有の周波数成分の大きさとが同じなるように、前記固有の周波数の交流電圧を調整し、
   そのときの前記固有の周波数の交流電圧と前記第１周波数と前記固有の周波数とに基づいて、前記第１周波数の交流電圧を算出する処理を、前記固有の周波数が異なる状態で複数行ない、
   算出された固有の周波数毎の前記第１周波数の交流電圧に基づいて、前記第１周波数の交流電圧を算出することを特徴とする電圧測定方法。

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