JP2889263B2 - インピーダンス測定装置 - Google Patents

インピーダンス測定装置

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【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は片側接地電位でのインピーダンスを測定す
るインピーダンス測定装置に関する。
「従来の技術」 第2図に従来技術を示す。方形波発生器11からの0゜
方形波は低域通過波器12により正弦波とされ、その正
弦波は増幅器13、減衰器14を通じてトランス15へ供給さ
れる。トランス15の2次側の一端はケーブル16の一端に
接続され、ケーブル16の他端はケーブル17の一端に接続
されると共にスイッチ18を通じて被測定物19の一端に接
続される。被測定物19の他端は接地されると共にケーブ
ル21を通じて差動増幅器22の一方の入力側に接続され
る。差動増幅器22の他方の入力側にケーブル17の他端が
接続される。増幅器13の出力はレベル調整器23を通じて
増幅器24へ供給される。増幅器24の出力側はコンデンサ
25を通じてトランス15の2次側の他端に接続されると共
に合成回路26に接続される。差動増幅器22、合成回路26
の出力側がスイッチ27で切替えられて同期検波器28,29
に接続される。同期検波器28,29はそれぞれ方形波発生
器11からの0゜方形波、90゜方形波により制御される。
同期検波器28,29の出力はそれぞれスイッチ31,32を通じ
て積分器33,34へ供給される。積分器33,34の出力はスイ
ッチ35で切替えられてAD変換器36へ供給される。AD変換
器36の出力は演算処理部37で演算処理されて表示部38に
表示される。方形波発生器11からの0゜方形波がタイミ
ング制御部39へ供給され、タイミング制御部39はスイッ
チ27,31,32,35、積分器33,34のリセットスイッチ41,42
を制御する。
スイッチ18をオフとし、レベル調整器23を調整して、
増幅器24の出力電流Iccが、ケーブル16,17の静電容量電
流Ic1,Ic2をキャンセルするようにする。被測定物19を
流れる電流IDが合成回路26で電圧に変換され、被測定物
19の両端電圧が差動増幅器22より得られる。これら電圧
がスイッチ27で切替えられて同期検波器28,29へ供給さ
れ、積分器33,34から測定出力の実部Re,虚部Imがそれぞ
れ得られる。これら測定された電流ベクトルと電圧ベク
トルとの比が演算処理部37で演算されてインピーダンス
又はアドミッタンス情報として表示部38に表示される。
「発明が解決しようとする課題」 この第2図に示した従来技術においては検波が同期方
式であるため、被測定物に流れる以外のグランド電流に
入り込むシステムクロックノイズが測定信号に同期し、
測定誤差となる。
同軸ケーブルの静電容量を流れる電流Ic1及びIc2はケ
ーブル遅延や抵抗成分電流を含むため、コンデンサ25を
流れる電流IccではIc1+Ic2をキャンセルできない。
被測定物印加電圧ベクトルと検波ベクトルとが固定さ
れるため、ケーブル長により電圧ベクトルが回転し、イ
ンピーダンス、アドミッタンス演算においてベクトル座
標回転を伴う。従って測定出力の実部Re,虚部Imの微少
利得変動がベクトル回転誤差(tanδ)として観測され
る。
「課題を解決するための手段」 この発明によるインピーダンス測定装置は、第1直接
周波数合成形信号発生器と、第2直接周波数合成形信号
発生器と、上記第1直接周波数合成形信号発生器の出力
を被測定物へ供給すると共にその被測定物を流れる電流
を導くトランスと、そのトランスにより導かれた電流と
上記第2直接周波数合成形信号発生器よりの電流とを合
成する合成回路と、上記被測定物の両端間の電圧を検出
する差動増幅器と、上記合成回路の出力と上記差動増幅
器の出力とを切替えて取り出す切替スイッチと、その切
替スイッチの出力に、正弦波、余弦波をそれぞれ乗算す
るベクトル検波器と、上記第1直接周波数合成形信号発
生器の出力位相を制御する第1位相調整手段と、上記第
2直接周波数合成形信号発生器の出力位相を制御する第
2位相調整手段と、上記第2直接周波数合成形信号発生
器の出力振幅を調整するレベル調整器と、上記トランス
の2次側の一端と上記被測定物とを接続するスイッチ
と、具備し、 上記スイッチをオフとした状態で、上記ベクトル検波
器の出力がゼロになるように、上記第2位相調整手段と
上記レベル調整器とを調整する手段と、上記スイッチを
オンとし、上記切替スイッチを上記合成回路側に接続し
た状態で、上記被測定物を流れる電流を上記ベクトル検
波器で測定する手段と、上記スイッチをオンとし、上記
切替スイッチを上記差動増幅器側に接続した状態で、上
記被測定物の両端間に発生する電圧を上記ベクトル検波
器で測定する手段と、を有する。
「実施例] 第1図はこの発明の実施例を示す。フェーズアキュム
レータ43はクロックが入力されるごとにフェーズインク
リメントデータを累積加算し、その累積加算値を出力す
ると共に加算回路の桁上げごとにサイクル信号を出力す
る。フェーズアキュムレータ43の累積加算値は加算器44
でセレクタ45の出力データと加算され、その加算値によ
り正弦波メモリ46が読み出される。基準発振器47からの
基準信号が分周器48でm分の1に分周され、分周器48の
出力はフリップフロップ49で2分の1に分周される。フ
リップフロップ49のQ出力はフェーズアキュムレータ43
にクロックとして供給される。フリップフロップ49の
出力により正弦波メモリ46の出力がラッチ回路51にラッ
チされ、ラッチ回路51の出力はフリップフロップ49のQ
出力によりラッチ回路52にラッチされる。ラッチ回路52
の出力はDA変換器53でアナログ信号に変換され、そのア
ナログ信号が低域通過波器54へ供給されて正弦波出力
が得られる。
正弦波メモリ46の出力はフリップフロップ49のQ出力
によりラッチ回路55にラッチされ、ラッチ回路55の出力
はDA変換器56によりアナログ信号に変換され、そのアナ
ログ信号は低域通過波器57へ供給されて正弦波出力が
得られる。フェーズアキュムレータ43、正弦波メモリ4
6、ラッチ回路51,52、DA変換器53、低域通過波器54は
第1直接周波数合成形信号発生器を構成し、フェーズア
キュムレータ43、正弦波メモリ46、ラッチ回路55、DA変
換器56、低域通過波器57は第2直接周波数合成形信号
発生器を構成している。フリップフロップ49のQ出力が
セレクタ45に制御信号として供給され、位相調整データ
A又は位相調整データBが選択される。フェーズアキュ
ムレータ43の累積加算値に位相調整データAを加算する
手段が第1位相調整手段を構成し、フェーズアキュムレ
ータ43の累積加算値に位相調整データBを加算する手段
が第2位相調整手段を構成する。
低域通過波器54の出力はバッファ増幅器58、減衰器
59、端子61を通じてケーブル62の一端へ供給される。低
域通過波器57の出力はバッファ増幅器63、レベル調整
器64を通じて電流を電圧に変換する機能をもつ合成回路
65へ供給される。合成回路65の入力端子66にケーブル67
の一端が接続される。ケーブル62の他端はトランス68の
一次側に接続され、トランク68の二次側の一端はケーブ
ル69の一端に接続され、他端はケーブル67の他端に接続
される。ケーブル69の他端はスイッチ71を通じて被測定
物72の一端に接続され、被測定物72の他端は接地される
と共にケーブル73の一端に接続される。ケーブル69の他
端はスイッチ74を介して基準インピーダンス素子75の一
端に接続され、基準インピーダンス素子75の他端はケー
ブル73の一端に接続される。ケーブル69の他端はケーブ
ル76の一端に接続され、ケーブル76の他端はバッファ増
幅器77を通じてケーブル78の一端に接続され、ケーブル
73の他端はケーブル79の一端に接続される。ケーブル6
2,67,78,79が0m、ケーブル69,73,76が1m以下の場合はバ
ッファ増幅器77を省略して点線で示すようにケーブル7
6,78を直接接続してよい。
ケーブル78,79の各他端はそれぞれ端子81,82、バッフ
ァ増幅器83,84を通じて差動増幅器85の両入力側に接続
される。
フェーズアキュムレータ43の累積加算値は移相回路86
を通じて正弦波メモリ87にアドレスとして供給される。
移相回路86はフリップフロップ49のQ出力により制御さ
れ、Q出力が“1"で0゜移相、Q出力が“0"で90゜移相
が行われる。正弦波メモリ87の出力はフリップフロップ
49の出力によりラッチ回路88にラッチされ、ラッチ回
路88の出力はフリップフロップ49のQ出力によりラッチ
回路89にラッチされる。正弦波メモリ87の出力はフリッ
プフロップ49のQ出力によりラッチ回路91にラッチされ
る。ラッチ回路89の出力がデジタル正弦波の時、ラッチ
回路91の出力はデジタル余弦波となる。
ラッチ回路89の出力は乗算型DA変換器92へ供給され、
ラッチ回路91の出力は乗算型DA変換器93へ供給される。
合成回路65の出力と差動増幅器85の出力とがスイッチ94
により切替えられて乗算型DA変換器92,93の両者へ供給
される。スイッチ94の出力とラッチ回路89,91の出力正
弦波、出力余弦波とがそれぞれ乗算されると共にアナロ
グ信号に変換される。乗算型DA変換器92,93の各出力は
スイッチ95,96をそれぞれ通じて積分器97,98へ供給され
る。積分器97,98の各出力はフリップフロップ49のQ出
力によりサンプルホールド回路99,101にサンプルホール
ドされる。サンプルホールド回路99,101の各出力はスイ
ッチ102で切替えられてAD変換器103へ供給されてデジタ
ル信号に変換される。AD変換器103の出力は演算処理部1
04で演算処理されて表示部105に表示される。フェーズ
アキュムレータ43よりのサイクル信号がタイミング制御
部106へ供給され、タイミング制御部106はスイッチ94,1
02の切替え制御を行い、スイッチ95,96を制御して測定
信号周期の整数倍の期間積分を行い、積分器97,98のリ
セットスイッチ107,108を制御する。
スイッチ71,74を共にオフとし、スイッチ94を合成回
路65に接続して位相調整データBと、レベル調整器64と
を調整してレベル調整器64の出力電流で、ケーブル69,7
6の静電容量を流れる電流ベクトルをキャンセルしてサ
ンプルホールド回路99,101の出力がゼロになるようにす
る。
次にスイッチ71をオフとしたままスイッチ74をオンと
して標準インピーダンス素子(この例ではキャパシタン
ス素子)75を流れる電流ベクトルを測定し、位相調整デ
ータA,Bを同一量変化させて電流検波ベクトルの実部R
e、つまりサンプルホールド回路99の出力がゼロとなる
ように調整する。この時の電流検波ベクトルの虚部
Im、つまりサンプルホールド回路101の出力をIm1とす
る。スイッチ94を差動増幅器85側に接続して標準インピ
ーダンス素子75に印加される電圧ベクトルを測定す
る。その時のサンプルホールド回路99,101の各出力をR
e2,Im2とする。測定信号角周波数をω、電圧補正ベクト
ルを、標準インピーダンス素子75のキャパシタンスを
CRとすると、標準インピーダンス素子75のアドミッタン
となる。従って電圧補正ベクトルは となる。次にスイッチ71をオンとし、スイッチ74をオフ
とし、スイッチ94を切替えて被測定物72を流れる電流ベ
クトルRe3+jIm3と被測定物72に印加される電圧ベクト
ルRe4+jIm4とを測定する。これらより被測定物72のア
ドミッタンス、インピーダンスはそれぞれ次よ
うに求まる。
ここで電圧ベクトルは被測定物72のインピーダンスに
対して比較的安定なための分母はほとんど常に実数
値β=・(Re4+jIm4)を取る。従ってベクトル座標
回転するこなくアドミッタンス、インピーダンスが測定
される。
「発明の効果」 この発明によれば検波方式がフーリエ積分方式である
ため、つまり測定信号と同一交流信号で同期検波してい
るため、グランド電流に入り込んで来るシステムクロッ
クノイズが測定信号に同期しないため測定誤差とならな
い。
同軸ケーブル静電容量を流れる電流ベクトルを位相に
かかわりなく相殺することができ、しかも被測定物の近
くに測定アダプタを置くことでケーブル69,76が短かく
でき、温度、振動による静電容量変化に関する電流変化
分を少なくし、測定変動を減少させることができる。
被測定物印加電圧ベクトルと検波ベクトルとが一致
し、ケーブル長にかかわりなくベクトル座標回転演算を
行うことなく、被測定物のインピーダンス、アドミッタ
ンスが算出できるため、測定出力Re,Imの微少利得変動
がベクトル量の回転誤差(tanδ)として観測されな
い。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例を示す回路図、第2図は従来
のインピーダンス測定装置を示す回路図である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1直接周波数合成形信号発生器と、 第2直接周波数合成形信号発生器と、 上記第1直接周波数合成形信号発生器の出力を被測定物
    へ供給すると共にその被測定物を流れる電流を導くトラ
    ンスと、 そのトランスにより導かれた電流と上記第2直接周波数
    合成形信号発生器よりの電流とを合成する合成回路と、 上記被測定物の両端間の電圧を検出する差動増幅器と、 上記合成回路の出力と上記差動増幅器の出力とを切替え
    て取り出す切替スイッチと、 その切替スイッチの出力に、正弦波、余弦波をそれぞれ
    乗算するベクトル検波器と、 上記第1直接周波数合成形信号発生器の出力位相を制御
    する第1位相調整手段と、 上記第2直接周波数合成形信号発生器の出力位相を制御
    する第2位相調整手段と、 上記第2直接周波数合成形信号発生器の出力振幅を調整
    するレベル調整器と、 上記トランスの2次側の一端と上記被測定物とを接続す
    るスイッチと、 を具備し、 上記スイッチをオフとした状態で、上記ベクトル検波器
    の出力がゼロになるように、上記第2位相調整手段と上
    記レベル調整器とを調整する手段と、 上記スイッチをオンとし、上記切替スイッチを上記合成
    回路側に接続した状態で、上記被測定物を流れる電流を
    上記ベクトル検波器で測定する手段と、 上記スイッチをオンとし、上記切替スイッチを上記差動
    増幅器側に接続した状態で、上記被測定物の両端間に発
    生する電圧を上記ベクトル検波器で測定する手段と、 を有することを特徴とするインピーダンス測定装置。
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