JP3094183B2 - 誘電率測定装置 - Google Patents
誘電率測定装置Info
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
- G01R27/2617—Measuring dielectric properties, e.g. constants
- G01R27/2623—Measuring-systems or electronic circuits
Description
度、時間あるいは周波数に対する依存性を検出する誘電
率測定装置、特に測定されたデータの精度向上に関する
ものである。
誘電率に応じた一定振幅の正弦波電圧を付与し、その際
の試料による電流を検出し、正弦波電圧と電流の相関か
ら試料の複素誘電率を測定できるように構成したものが
ある。
は、測定中の試料の誘電率の変化を考慮せずに一定振幅
の電圧を加えるため、試料の誘電率が上がると電流が増
加し電流検出器のダイナミックレンジをオーバーしてし
まい、又、誘電率が下がると電流が減少し、電流検出器
からの電圧信号が減衰し、波高値測定回路やA/D変換
器の読取り精度が低下してしまうため、いずれも測定精
度の低下をもたらすという欠点があった。
無くすために発明されたもので、その主たる構成要件
は、一定振幅の正弦波を発生する正弦波発生器と、前記
正弦波発生器の出力を振幅信号に比例した振幅にすると
共にその正弦波を電圧電極に与える振幅調節器と、前記
電圧電極と平行にて、試料をはさむように配置された電
流電極と、前記電流電極に誘起された電流をデータ出力
部からの信号により電流検出レンジを選択し、電圧に変
換する電流検出器と、前記電流検出器に接続され交流電
圧の波高値を測定する波高値測定器と、前記波高値測定
器に接続され測定された波高値データをデジタル値に変
換するA/D変換器と、前記A/D変換器に接続され前
記A/D変換器からデジタル値に変換された波高値信号
を読み込むデータ入力部と、前記データ入力部に接続さ
れ入力された波高値が所望の上限値と下限値の間に収ま
るように前記振幅調整器の出力振幅を演算すると共に前
記電流検出回路の電流検出抵抗を選択するための演算を
する演算部と、前記演算部に接続され演算結果を前記振
幅調整器及び前記電流検出器に出力するデータ出力部と
からなっている。
弦波電圧が発生され振幅調整器により所定の電圧に修正
されて電圧電極に与えられる。一方、このとき試料の性
質に応じた電流が電流電極に誘起され、電流検出器で電
圧信号に変換されて波高測定器により電流波高値として
測定される。
された後、演算部に取込まれ、波高値が所望の範囲から
逸脱している場合には、前記振幅調整器により前記電圧
電極へ与える正弦波の振幅を調節し、電流波高値の調節
がなされる。しかし、前記振幅調整器で調節しきれない
場合、前記電流検出器のレジを切り換えて、もう一度電
流波高値の調節を行う。こうして、数回の調節(制御)
サイクルを繰り返した後には、最終的に波高値が所望の
上下限範囲に収まるから、この時点で誘電率の測定を行
う。誘電率測定の時点では、電流波高値は略一定となる
ので、測定精度は試料の誘電率に依存せず、高精度測定
という目的を達する。
き詳細に説明する。図1中の1は正弦波発生器で正弦波
電圧を発生する。前記正弦波発生器で発生した正弦波電
圧は振幅調整器2に入力され、データ出力部11からの
信号に比例した振幅で正弦波電圧を出力し、電圧電極3
に与える。4は電流電極で、ここには試料5の性質に応
じた電流が誘起され、電流検出器6で電圧信号に変換さ
れる。前記電流検出器6から出力された電圧信号は波高
測定器7に入力され電流波高値として測定され、A/D
変換器8でデジタル値に変換される。前記A/D変換器
8でデジタル値に変換された電流波高値はデータ入力部
9に入力される。前記データ入力部9に送られた電流波
高値データは、前記データ入力部9に接続される演算部
10に送られ後述の演算が行われる。
されたデータ出力部11を介してデータ出力部11に接
続された前記振幅調整器2に送られ、前記正弦波発生器
1の正弦波電圧出力の振幅を調整して電圧電極3に与え
る。また、前記振幅調整器2で調整しきれない場合、前
記演算部10で演算し、結果を前記データ出力部11を
介して接続される前記電流検出回路6に送り、レンジ切
り換えを行い、前記振幅調整器2でさらに振幅調整を行
う。
値(このときの値をaとする。)として、正弦波電圧を
電圧電極3に与える。このとき電流電極4には試料5に
応じた電流が誘起され、その電流を電流検出器6で電圧
信号に変換される。前記電流検出器6の出力は波高値測
定器7に送られ、試料5の電流波高値アナログ信号とし
て得られ、A/D変換器8によりデジタル値に変換さ
れ、データ入力部9を介して演算部10に取り込まれ
る。
測定が精度よく行われるための上限値と下限値が設定さ
れ、この設定値に対し電流波高値の測定値が設定された
上下限条件を満たすものであるかどうかの判定を行い、
条件を満足しない場合には、振幅調整器2の出力である
正弦波電圧の振幅を変更するための演算を行う。より詳
しくは、既述したように振幅調整器2の初期入力値がa
であったとし、演算部10の演算式を
II は波高値設定下限値、Ippは波高値測定値、a′は
演算結果(振幅調整器2の新しい入力値)である。〔数
2〕の意味するところは、波高値条件設定における中央
値((II +Iu )/2)を目標とし、電流波高値が大
きすぎる場合には測定値が小さくなるように、又、電流
波高値が大きすぎる場合には、測定値が小さくなるよう
に試料5に付与する正弦波電圧を調節(正確には、比例
制御)することである。また、試料5に付与する正弦波
電圧を最小又は最大にしても、波高値条件を満足できな
い場合には、前記演算部10では、データ出力部11を
介して接続された電流検出器6に送るレンジ信号を変化
させてレンジ切り換えを行い、さらに〔数2〕を満足で
きるように前記振幅調整器2への信号を調節する。
囲内になる場合には、直ちに演算部10の演算結果
(a′)や電流波高値測定値(Ipp)や電流検出回路6
へのレンジ信号の値等を用いて誘電率の計算を行う。従
って、本発明に基づく装置では、試料の誘電率に依ら
ず、誘電率が測定される時点においては電流波高値略一
定である。
ある。
測定値に応じて電圧振幅と電流検出のレンジを時間に関
して離散的に制御し、誘電率測定時に電流波高値が略一
定となるように構成したから、電流波高値の測定精度は
試料の誘電率に依らず、ほぼ一定であり、しかも、連続
制御の必要がないため、回路系が単純であり、高速動作
は要求されない。又、前述の電流波高値の電圧振幅制御
において、電流波高値の設定を適切に行うことにより、
電流波高値測定回路における最も特性の優れた範囲で行
うことが可能となり、一種の自動利得制御系として測定
精度を稼ぐことができるという効果を有する。
る。
Claims (1)
- 【請求項1】 一定振幅の正弦波を発生する正弦波発生
器と、前記正弦波発生器の出力を参照信号に比例した振
幅にすると共にその正弦波を電圧電極に与える振幅調節
器と、前記電圧電極と平行に配置された電流電極と、前
記電流電極に誘起された電流をデータ出力部からの信号
により、測定レンジを決定し、電圧に変換する電流検出
器と、前記電流検出器に接続され交流電圧の波高値を測
定する波高値測定器と、前記波高値測定器に接続され測
定された波高値データをデジタル値に変換するA/D変
換器と、前記A/D変換器に接続され前記A/D変換器
からデジタル値に変換された波高値信号を読み込むデー
タ入力部と、前記データ入力部に接続され入力された波
高値が所望の上限値と下限値の間に収まるように前記振
幅調整器の出力振幅を演算すると共に前記電流検出器の
電流検出レンジを選択するための演算をする演算部と、
前記演算部に接続され演算結果を前記振幅調整器及び前
記電流検出器に出力するデータ出力部とを備え、 前記演算部において出力振幅を演算する際の演算式が 【数1】 なる式で与えられ、出力振幅が前記振幅調整器の回路構
成において上限又は下限を越えた場合、前記電流検出器
中の電流検出抵抗を切り換えてもう一度演算をやり直す
ことを特徴とする誘電率測定装置。
Priority Applications (2)
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1992
- 1992-05-11 JP JP04117782A patent/JP3094183B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1993
- 1993-05-11 US US08/059,392 patent/US5345183A/en not_active Expired - Lifetime
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