JP2947583B2 - 線路特性測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 線路間がもつ容量値及び絶縁抵抗値を測定する線路特
性測定装置に関し、 線路間の容量値及び絶縁抵抗値を単一構成に従い高精
度で測定できるようにすることを目的とし、 直列抵抗と、この直列抵抗を介して測定対象の線路間
に直流の定電圧を供給する電源回路と、この電源回路の
定電圧供給を制御するスイッチとを備える測定回路手段
と、スイッチを閉成することで測定対象の線路間に電源
回路の定電圧を供給したときに、測定対象の線路間の定
常状態の電圧値を検出する第１の検出手段と、第１の検
出手段が定常電圧値を検出するまでの時間の間の測定対
象の線路間の電圧値の積分値を検出する第２の検出手段
と、第１及び第２の検出手段の検出値を用いて、測定対
象の線路間がもつ容量値及び絶縁抵抗値を算出する算出
手段とを備えるよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、電話加入者線路等の２線間や一方が大地と
なる片線といった線路間がもつ容量値及び絶縁抵抗値を
測定する線路特性測定装置に関し、特に、線路間の容量
値及び絶縁抵抗値を単一構成に従い高精度で測定できる
ようにする線路特性測定装置に関する。

電話加入者線路では、通信品質を保証するために線路
間の容量値及び絶縁抵抗値が所定の許容範囲にあるのか
を検出していく必要がある。電話加入者線路に限られず
に、線路間がもつ容量値及び絶縁抵抗値を測定していく
ための測定装置が必要とされることが多い。このような
測定装置は、経年変化の影響を受けないで線路間の容量
値及び絶縁抵抗値を高精度で測定できるようにしていく
必要があるとともに、単一の構成でもって線路間の容量
値及び絶縁抵抗値を測定できるようにしていく必要があ
る。

〔従来の技術〕

従来では、線路がもつ容量値及び絶縁抵抗値を別々の
測定方式により測定する構成を採っていた。第７図に、
線路がもつ絶縁抵抗値の測定方式の従来技術の基本構
成、第８図に、線路がもつ容量値の測定方式の従来技術
の基本構成を示す。

従来では、線路がもつ絶縁抵抗値を測定するために、
第７図に示すように、測定対象の線路（図中のLIN）の
絶縁抵抗R_Xに対して基準抵抗R_Sを介して直流の測定電圧
V_Sを印加し、測定装置１に入力される電圧V_INを電圧測
定回路２で測定して、 の算出式に従って、測定対象の線路の絶縁抵抗R_Xを測定
するという測定方式を採っていた。

また、従来では、線路がもつ容量値を測定するため
に、第８図（ａ）に示す電荷置換方式、第８図（ｂ）に
示す放電電流積分方式、第８図（ｃ）に示す閾値検出方
式という３種類の測定方式のいずれか１つの測定方式が
採られていた。

すなわち、第８図（ａ）に示す電荷置換方式では、最
初に、測定対象の線路がもつ容量C_Xに対して切換スイッ
チ（図中のchg）及び基準抵抗R_Sを介して測定電圧V_Sを
印加することで充電を行い、この充電が完了したら、次
に、切換スイッチを復旧させることで線路の容量C_Xの電
荷を基準コンデンサC_Sに移動させ、十分な移動時間が経
過したら、続いて、この基準コンデンサC_Sの両端電圧V
_INを電圧測定回路２で測定して、 の算出式に従って、測定対象の線路の容量C_Xを測定す
る。

また、第８図（ｂ）に示す放電電流積分方式では、最
初に、測定対象の線路がもつ容量C_Xに対して切換スイッ
チ（図中のchg）及び基準抵抗R_Sを介して測定電圧V_Sを
印加することで充電を行い、この充電が完了したら、次
に、切換スイッチを復旧させることで線路の容量C_Xの電
荷を抵抗R₁,R₂を介して放電させるとともに、この抵抗R
₁を流れる放電電流を基準コンデンサC_Sを備える積分回
路３で積分し、十分な放電時間が経過したら、続いて、
積分回路３の出力電圧V_INを電圧測定回路２で測定し
て、 の算出式に従って、測定対象の線路の容量C_Xを測定す
る。

また、第８図（ｃ）に示す閾値検出方式では、切換ス
イッチ（図中のchg）を介して定電流源４により一定電
流Ｉでもって測定対象の線路の容量C_Xを充電させ、閾値
検出回路５によりこの容量C_Xの両端電圧V_INがV_refに達
することを検出すると、充電開始からこのV_refに達する
までの時間Ｔを測定して、 の算出式に従って、測定対象の線路の容量C_Xを測定す
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来技術では、先ず第１
に、線路間がもつ容量値と絶縁抵抗値とを別々の測定方
式により測定しなければならないという問題点があっ
た。すなわち、線路間の容量値と絶縁抵抗値とを測定す
るために、容量測定装置と抵抗測定装置という別々の測
定装置を用意しなければならなかったのである。

そして、電荷置換方式及び放電電流積分方式による線
路間の容量値の測定方式では、基準コンデンサC_Sにより
測定精度が決定されることになる。しかるに、よく知ら
れているように、コンデンサの容量値は抵抗よりも温度
の影響を受け易いとともに経年変化も大きい。これか
ら、線路間の容量値を高精度で測定できないという問題
点があった。しかも、コンデンサの容量値は、所望のも
のを選択することが難しく、これがために線路間の容量
値を高精度で測定できないという問題点もあったのであ
る。

更に、電荷置換方式及び放電電流積分方式による線路
間の容量値の測定方式では、上述のように、線路間の容
量C_Xを一度充電させ、その後この充電された電荷を放電
させるという構成を採ることになる。しかるに、線路間
の絶縁抵抗R_Xが基準抵抗R_Sよりも著しく大きい場合に
は、充電後の電圧V_Oがほぼ測定電圧V_Sに等しくなるため
充電が完了したことを知ることができるが、そうでない
場合には、充電が完了したことを知ることができない。
また、線路間の容量C_Xが非常に大きい場合には、充電に
要する時間が長くなるため、線路間の絶縁抵抗R_Xが基準
抵抗R_Sよりも著しく大きい場合であっても、なかなか充
電後の電圧V_Oが測定電圧V_Sに達しない。

これから、電荷置換方式及び放電電流積分方式による
線路間の容量値の測定方式では、充電後の電圧V_Oが測定
電圧V_Sに達しない理由が、充電時間が足りないことによ
るのか、線路間の絶縁抵抗R_Xが小さいことによるのかが
分からないことから、充電時間を長く設定することで充
電の完了を間接的に確認していく構成を採ることにな
る。同様に、放電時間についても長く設定することにな
る。これから、測定に要する時間が長くなるという問題
点があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
線路間の容量値及び絶縁抵抗値を単一構成に従いつつ高
精度で測定できるようにする新たな線路特性測定装置の
提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理構成図である。

図中、C_Xは測定対象の線路間のもつ容量、R_Xは測定対
象の線路間のもつ絶縁抵抗、10は本発明を具備する線路
特性測定装置である。この線路特性測定装置は、測定回
路手段11と、スイッチ制御手段16と、第１の検出手段17
と、第２の検出手段18と、算出手段19とを備える。

測定回路手段11は、直列抵抗12と、この直列抵抗12を
介して測定対象の線路間に直流の定電圧を供給する電源
回路13と、この電源回路13の定電圧供給を制御するスイ
ッチ14と、スイッチ14の閉成に先立って容量C_Xの電荷を
放電する放電手段15とを備え、更に好ましくは、測定対
象の線路間の電圧を分圧する分圧回路12aを備える。

スイッチ制御手段16は、放電手段15の起動制御とスイ
ッチ14の開閉制御を実行し、第１の検出手段17は、スイ
ッチ14を閉成することで測定対象の線路間に電源回路13
の定電圧を供給したときにおける測定対象の線路間の定
常状態の電圧値を検出し、第２の検出手段18は、第１の
検出手段17が定常電圧値を検出するまでの時間の間の測
定対象の線路間の電圧値の積分値を検出し、算出手段19
は、第１の検出手段17及び第２の検出手段18の検出値を
用いて、測定対象の線路間のもつ容量C_Xの容量値と絶縁
抵抗R_Xの抵抗値とを算出する。ここで、分圧回路12aが
備えられるときには、この第１の検出手段17及び第２の
検出手段18は、分圧回路12aにより分圧された電圧を入
力とする。

〔作用〕

本発明では、スイッチ制御手段16は、最初に放電手段
15を起動することで線路間の容量C_Xの電荷の放電処理を
実行し、続いて、スイッチ14の閉成処理を実行する。こ
のようにして、スイッチ14が閉成されると、直列抵抗12
（以下、この抵抗値をR_Sとする）を介して、測定対象の
線路間の容量C_X及び絶縁抵抗R_Xに対して電源回路13の定
電圧（以下、この電圧値をV_Sとする）が供給されること
になる。

第１図に示すように、測定回路手段11が抵抗R₁と抵抗
R₂との直列接続からなる分圧回路12aを備えて、第１の
検出手段17がこの分圧回路12aの抵抗R₂の両端の電圧値
を検出するものとし、スイッチ14が閉成してからの経過
時間をｔとすると、抵抗R₂の両端電圧値ｖ（ｔ）は、 と表され、第２図に示すように、時間の経過とともに下
式で表される定常電圧値v_stdに上昇していくよう動作す
る。これから、第１の検出手段17は、抵抗R₂の両端電圧
値ｖ（ｔ）を監視していくことで、この両端電圧値ｖ
（ｔ）が定常状態に到達することを検出するとともに、
そのときの定常電圧値v_stdを検出するよう処理する。

そして、この定常電圧値v_stdが検出されると、スイッ
チ制御手段16は、スイッチ14を開成するよう処理する。

この処理にあたって、第２の検出手段18は、第１の検
出手段17が定常電圧値v_stdを検出するまでの時刻（以
下、ｔ＝Ｔとする）の間、抵抗R₂の両端電圧値ｖ（ｔ）
の積分処理を実行することで、 を検出するよう処理する。

一方、線路間の容量C_Xに流れる電流i_c（ｔ）は、 と表されるので、時刻ｔ＝Ｔまでの線路間の容量C_Xに蓄
えられる電荷Ｑは、 と表され、これから、線路間の容量C_Xは、 と表される。

これから、第１の検出手段17から抵抗R₂の両端電圧の
定常電圧値v_stdを受け取り、第２の検出手段18から抵抗
R₂の両端電圧の積分値を受け取ると、算出手段19は、受
け取った定常電圧値v_std から、次式に従って線路間の絶縁抵抗R_Xの絶縁抵抗値 を算出するとともに、受け取った積分値 を上述の に代入することで、線路間の容量C_Xの容量値を算出して
出力する。

なお、第１の検出手段17及び第２の検出手段18が分圧
回路12aに従わないで、測定対象の線路間の電圧を直接
入力する構成を採るときには、以上の説明において、R₁
＝０、R₂＝∞とおくことで説明されることになる。

このように、本発明によれば、測定対象の線路間の容
量値と絶縁抵抗値とを単一構成でもって測定できるよう
になる。しかも、この２つを測定するにあたって、コン
デンサを備える必要がないので、経年変化や周囲温度の
影響を受けることなく高精度でもって測定対象の線路間
の容量値及び絶縁抵抗値を測定できるようになる。更
に、電源回路13による測定電圧の印加（線路間の容量C_X
への充電）は定常電圧値v_stdが検出され次第終了させら
れるので、適当に長く設定するといったようなことが起
こらないために、測定時間の無駄がなくなるとともに測
定を正確に実行できるようになる。そして、電荷置換方
式や放電電流積分方式のようにいったん充電させた電荷
を放電させるという複雑な手順を採るのではなくて、た
だ単純に充電させるだけで実現できることになる。

〔実施例〕

以下、実施例に従って本発明を詳細に説明する。

第３図に、本発明の一実施例を図示する。図中、第１
図で説明したものと同じものについては同一の記号で示
してある。R_Xは測定対象の線路（図中のLIN）のA,B線間
の絶縁抵抗、C_Xは線路のA,B線間の容量、R_XAは線路のＡ
線と大地との間の絶縁抵抗、C_XAは線路のＡ線と大地と
の間の容量、R_XBは線路のＢ線と大地との間の絶縁抵
抗、C_XBは線路のＢ線と大地との間の容量、SW1は線路の
Ａ線かＢ線のいずれか一方を選択するスイッチ、SW2は
線路のＢ線か大地のいずれか一方を選択するスイッチで
ある。

R₁/2とR₂/2は抵抗であり、この抵抗R₁/2と抵抗R₂/2と
の直列接続の２組が更に直列接続されて測定対象の線路
のA,B線に並列接続される構成が採られるとともに、こ
の２つの抵抗R₂/2の接続点は後述する増幅器20等の駆動
電源のグランドに接続される構成が採られる。そして、
電源回路13とスイッチ14と抵抗R_Sとが直列接続される構
成が採られるとともに、この直列接続が測定対象の線路
のA,B線に並列接続される構成が採られる。このように
して、この実施例では、抵抗R₁/2と抵抗R₂/2との直列接
続の２組の直列接続により第１図で説明したところの分
圧回路12aが構成されることになる。そして、放電手段1
5は、測定対象の線路間に並列接続されるスイッチSW3と
抵抗Ｒとの直列接続により構成される。

20,21は増幅器であって、抵抗R₂/2に発生する電圧を
増幅するもの、22は差動増幅器であって、増幅器20,21
の出力電圧を差動増幅することで２つの抵抗R₂/2から合
成される抵抗（以下抵抗R₂と称する）の両端電圧に対応
する電圧値を得るもの、23はA/D変換器であって、差動
増幅器22の出力電圧をアナログ信号からディジタル信号
に変換するもの、24はディジタル信号処理用プロセッサ
等により構成される線路特性演算回路であって、A/D変
換器23の出力電圧値を用いて測定対象の線路の絶縁抵抗
R_X,R_XA,R_XBと容量C_X,C_XA,C_XBとを測定するもの、25はス
イッチ制御回路であって、スイッチSW1、スイッチSW2、
スイッチSW3及びスイッチ14の開閉制御を実行するもの
である。

ここで、電源回路13や増幅器20等に用いる駆動電源と
して入出力間完全分離型電源を使用して大地系グランド
Ｇと分離させる構成を採ることで、電流の回り込み等に
よる測定精度の悪化を防げることになる。

第４図に、線路特性演算回路24が実行するフローチャ
ートを図示する。次に、この第４図のフローチャートに
従って本発明の測定処理について詳細に説明する。

測定対象の線路の絶縁抵抗値及び容量値を測定しよう
とするオペレータは、先ず最初に、スイッチ制御回路25
に対して、測定対象の線路のA,B線間の絶縁抵抗値及び
容量値を測定するのか、あるいは、線路のＡ線と大地と
の間の絶縁抵抗値及び容量値を測定するのか、あるい
は、線路のＢ線と大地との間の絶縁抵抗値及び容量値を
測定するのか指示する。この指示を受け取ると、スイッ
チ制御回路25は、A,B線間の絶縁抵抗値及び容量値の測
定指示を受け取るときには、スイッチSW1がＡ線側に接
続されるようセットするとともに、SW2がＢ線側に接続
されるようセットし、また、Ａ線と大地との間の絶縁抵
抗値及び容量値の測定指示を受け取るときには、スイッ
チSW1がＡ線側に接続されるようセットするとともに、S
W2が大地側に接続されるようセットし、また、Ｂ線と大
地との間の絶縁抵抗値及び容量値の測定指示を受け取る
ときには、スイッチSW1がＢ線側に接続されるようセッ
トするとともに、SW2が大地側に接続されるようセット
する。ここでは、説明の便宜上、オペレータがA,B線間
の絶縁抵抗値及び容量値の測定指示、すなわち、第１図
で説明したものと同じものの測定指示を行ったことを想
定することにする。

続いて、オペレータは、線路特性演算回路24に対して
絶縁抵抗値及び容量値の測定の実行を指示する。このオ
ペレータからの起動要求を受け取ると、線路特性演算回
路24は、第４図のフローチャートのステップ１で示すよ
うに、先ず最初に、スイッチSW3を一瞬閉成することで
線路間の容量C_Xの電荷の放電処理を実行する。次に、ス
テップ２で、スイッチ14を閉成する。このスイッチ14の
閉成処理に従い、電源回路13の定電圧V_Sが供給されるこ
とで、 と表される抵抗R₂の両端電圧値ｖ（ｔ）は、第５図に示
すように、時間の経過とともに定常電圧値v_stdに上昇し
ていくよう動作する。

これから、線路特性演算回路24は、続くステップ３
で、両端電圧値ｖ（ｔ）の積分値を格納するＳレジスタ
をクリアするとともに、ステップ４で、両端電圧値ｖ
（ｔ）の積分単位番号を指定するｉレジスタに初期値
“1"を格納する。続いて、ステップ５で、ｉレジスタの
レジスタ値により指定される両端電圧値ｖ（ｔ）の積分
値S₁の積分演算を実行する。ここで、この積分値S₁は、
第５図に示すように、スイッチ14がONしてからｌ時間経
過するまでの抵抗R₂の両端電圧値ｖ（ｔ）の積分値、す
なわち、 を示すものである。

このステップ５で実行される積分値S₁の積分演算は、
時間（ｉ−１）ｌから時間ilまでの間の抵抗R₂の両端電
圧値ｖ（ｔ）の積分演算の一態様として行われるもので
あって、例えば、第６図に示すように、時間幅ｌを分割
する微小時間ｋを単位にしてA/D変換器23の出力値（図
中のa,b）を順次読み取り、 の式に従って、各サンプリング時点と前回のサンプリン
グ時点との間の積分値を算出するとともに、これらの積
分値を累積加算することで実行されることになる。

両端電圧値ｖ（ｔ）の積分値S₁が求まると、次のステ
ップ６で、Ｓレジスタのレジスタ値と積分値S₁を加算し
てＳレジスタに格納する処理を行い、続くステップ７
で、ｉレジスタのレジスタ値が“1"であることを検出す
ると、ステップ９に進んで、ｉレジスタのレジスタ値を
１つ歩進させることで“2"に設定してステップ５に戻る
よう処理する。そしてステップ５で、今度は、ｉレジス
タのレジスタ値“2"により指定される両端電圧値ｖ
（ｔ）の積分値S₂（第５図に示すように、ｌ時間から2l
時間の間の抵抗R₂の両端電圧値ｖ（ｔ）の積分値であ
る） の積分演算を実行する。続いて、ステップ６で、Ｓレジ
スタのレジスタ値と積分値S₂を加算してＳレジスタに格
納する処理を行う。

続くステップ７では、前回の処理と異なり、ｉレジス
タのレジスタ値が“2"となるので、ステップ８に進ん
で、求められた積分値S₂と積分値S₁との差分値が所定の
判断値εより大きいか否かを判断して、大きいと判断す
るときには、抵抗R₂の両端電圧値ｖ（ｔ）が定常電圧値
v_stdまで上昇していないと判断し、ステップ９に進ん
で、ｉレジスタのレジスタ値を１つ歩進させることで
“3"に設定してステップ５に戻るよう処理する。

以下同様の処理を繰り返していくことで、Ｓレジスタ
に、それまでの時間における抵抗R₂の両端電圧値ｖ
（ｔ）の積分値S_iの総和を格納していくよう処理すると
ともに、ステップ８で、両端電圧値ｖ（ｔ）の積分値S_i
と積分値S_i-1との差分値が判断値εより小さくなるか否
かを判断することで、抵抗R₂の両端電圧値ｖ（ｔ）が定
常電圧値v_stdまで上昇することを検出するよう処理す
る。ここで、説明の便宜上、第５図に示すように、ｉレ
ジスタのレジスタ値が“n"のときに抵抗R₂の両端電圧値
ｖ（ｔ）が定常電圧値v_stdまで上昇したものとすること
にする。すなわち、 ということを仮定する。

このステップ８の判断で、抵抗R₂の両端電圧値ｖ
（ｔ）が定常電圧値v_stdまで上昇したことを検出する
と、ステップ10に進んでスイッチ14を開成する。そし
て、次のステップ11で、積分値S_nを時間幅ｌで除算する
ことで抵抗R₂の両端電圧値ｖ（ｔ）の定常電圧値v_stdを
特定（時刻Ｔ＝nlにおけるA/D変換器23の出力値により
特定することも可能である）し、続くステップ12おい
て、第１図で説明した の式に求められた定常電圧値v_stdを代入することで、測
定対象の線路の線路のA,B線間の絶縁抵抗R_Xの絶縁抵抗
値を求め、続くステップ13において、第１図で説明した の式に求められたＳレジスタのレジスタ値を代入するこ
とで、測定対象の線路の線路のA,B線間の容量C_Xの容量
値を求めて処理を終了する。

このようにして、本発明では、測定対象の線路間の容
量値と絶縁抵抗値とを単一構成の機能に従って測定でき
るようになる。

図示実施例について説明したが、本発明はこれに限定
されるものではない。例えば、抵抗R₂の両端電圧値ｖ
（ｔ）の定常電圧値v_stdへの到達の検出処理は、両端電
圧値ｖ（ｔ）の積分値を用いるものに限られることな
く、両端電圧値ｖ（ｔ）の瞬時値を用いるようにしても
よい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、測定対象の線
路間の容量値と絶縁抵抗値とを単一構成でもって測定で
きるようになる。しかも、この２つを測定するにあたっ
て、コンデンサを備える必要がないので、経年変化や周
囲温度の影響を受けることなく高精度でもって測定対象
の線路間の容量値及び絶縁抵抗値を測定できるようにな
る。更に、線路間の容量値及び絶縁抵抗値が測定可能と
なる状態になり次第測定を行うよう処理することから、
測定時間に無駄がないとともに測定を正確に実行できる
ようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、 第２図は第１及び第２の検出手段に入力される電圧値の
説明図、 第３図は本発明の一実施例、 第４図は線路特性演算回路が実行するフローチャート、 第５図は抵抗R₂の両端電圧値の動作説明図、 第６図は積分値S_iを求めるための演算方式の説明図、 第７図及び第８図は従来技術の説明図である。 図中、10は線路特性測定装置、11は測定回路手段、12は
直列抵抗、12aは分圧回路、13は電源回路、14はスイッ
チ、15は放電手段、16はスイッチ制御手段、17は第１の
検出手段、18は第２の検出手段、19は算出手段、20及び
21は増幅器、22は差動増幅器、23はA/D変換器、24は線
路特性演算回路、25はスイッチ制御回路である。

フロントページの続き (72)発明者 内場 誠 福岡県福岡市博多区博多駅前１丁目５番 １号 富士通九州通信システム株式会社 内

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】線路間のもつ容量値と絶縁抵抗値とを測定
   する線路特性測定装置であって、 直列抵抗（12）と、該直列抵抗（12）を介して測定対象
   の線路間に直流の定電圧を供給する電源回路（13）と、
   該電源回路（13）の定電圧供給を制御するスイッチ（1
   4）とを備える測定回路手段（11）と、 上記スイッチ（14）を閉成することで測定対象の線路間
   に上記電源回路（13）の定電圧を供給したときに、測定
   対象の線路間の定常状態の電圧値を検出する第１の検出
   手段（17）と、 該第１の検出手段（17）が定常電圧値を検出するまでの
   時間の間の測定対象の線路間の電圧値の積分値を検出す
   る第２の検出手段（18）と、 上記第１及び第２の検出手段（17,18）の検出値を用い
   て、測定対象の線路間がもつ容量値及び絶縁抵抗値を算
   出する算出手段（19）とを備えることを、 特徴とする線路特性測定装置。
2. 【請求項２】請求項（１）記載の線路特性測定装置にお
   いて、測定回路手段（11）は、スイッチ（14）の閉成に
   先立って測定対象の線路間がもつ容量の電荷を放電する
   ための放電手段（15）を備えることを、 特徴とする線路特性測定装置。