JP3548887B2 - 絶縁抵抗測定方法および装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品の絶縁抵抗を測定する方法に関し、特に圧電効果を有する電子部品の特性検査設備で発生している機械的振動によるノイズの影響を除去する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、セラミックコンデンサのような電子部品の絶縁抵抗を測定する場合に、図1に示される電流電圧変換方式による測定回路が用いられている。Rsは被検体である電子部品1の突入電流制限抵抗、Rxは電子部品1の絶縁抵抗であり、RsはRxに比べて十分に小さい。なお、セラミックコンデンサの場合、絶縁抵抗Rxと容量との並列等価回路で表されるが、ここでは絶縁抵抗Rxのみで簡略化した。2はオペアンプであり、帰還抵抗Rfを持つ。オペアンプ2の出力V oから電子部品1に流れる電流iを求め、さらに電源電圧Eと電流iとにより電子部品1の絶縁抵抗Rxを次式により求める。
i=Vo/Rf
Rx=E/i
漏れ電流iは微小であるから、ノイズの影響を受けやすいが、制御がシンプルなことと、応答が速いことが特徴である。
【0003】
また、図2に示すような電荷蓄積方式による絶縁抵抗測定回路も用いられている(例えば実開平5−64782号公報参照)。この測定回路では、高入力インピーダンス増幅器であるオペアンプ2の反転入力端子と出力端子との間にスイッチSWと帰還容量Cfとが並列に接続されている。スイッチSWをONからOFFへ切り替え、t秒後の出力Voを測定する。tの値は、例えば0.1〜10秒程度の所望値に設定される。次式により、出力Voから電子部品1に流れる電流iを求め、電源電圧Eと電流iとにより電子部品1の絶縁抵抗Rxを求める。
i=Cf・Vo/t
Rx=E/i
電荷蓄積回路は積分器の働きがあるので、これ自身で商用電源などのハムノイズの影響を低減できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
誘電体にDC電圧を印加した状態で応力を加えると、圧電効果によって誘電体から応力に応じた電荷が発生する。一般に、電子部品の特性検査装置には、パーツフィーダ、モータ、ホッパー等、駆動によって機械的振動を発生するものが多く使用されており、これらの振動が電子部品に伝播することで、圧電効果によるノイズ電流が発生する。ところが、上記のように電子部品の絶縁抵抗を求めるために測定される漏れ電流iは微小であり、電子部品に機械的振動が加えられることで発生する圧電ノイズ電流が測定電流iに重畳し、測定誤差となるという問題がある。
【0005】
前者の電流電圧変換方式による測定回路ではノイズの影響を除去できないことは勿論、後者の電荷蓄積方式による回路でも、上記のような圧電ノイズ電流による影響は除去できない。
【0006】
そこで、本発明の目的は、電子部品に加わる機械的振動による圧電ノイズの影響を除去し、電子部品の絶縁抵抗を高精度に測定できる絶縁抵抗測定方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、外部から周期的な機械的振動を受ける部位に配置された電子部品に所定の測定電圧を印加し、この電子部品を流れる電流を測定することで、電子部品の絶縁抵抗を求める絶縁抵抗測定方法において、上記電子部品を流れる電流測定値を、上記機械的振動の周期またはその整数倍の時間で積分することを特徴とする絶縁抵抗測定方法を提供する。
請求項2に記載の発明は、外部から周期的な機械的振動を受ける部位に配置された電子部品に所定の測定電圧を印加し、この電子部品を流れる電流を測定することで、電子部品の絶縁抵抗を求める絶縁抵抗測定方法において、上記電子部品を流れる電流測定値を、上記機械的振動の周期及び商用電源の周期の最小公倍数の時間で積分することを特徴とする絶縁抵抗測定方法を提供する。
請求項3に記載の発明は、外部から周期的な機械的振動を受ける部位に配置された電子部品に所定の測定電圧を印加し、この電子部品を流れる電流を測定することで、電子部品の絶縁抵抗を求める絶縁抵抗測定方法であって、上記機械的振動の周期が商用電源の周期の1/2以下であるものにおいて、上記電子部品を流れる電流測定値を上記機械的振動の周期で積分する工程と、上記積分開始点から商用電源の周期の1/2の時間後に、上記電子部品を流れる電流測定値を上記機械的振動の周期で積分する工程と、上記2回の積分結果の平均を取る工程と、を有することを特徴とする絶縁抵抗測定方法を提供する。
請求項4に記載の発明は、外部から周期的な機械的振動を受ける部位に配置された電子部品に所定の測定電圧を印加し、この電子部品を流れる電流を測定することで、電子部品の絶縁抵抗を求める絶縁抵抗測定方法であって、上記商用電源の周期が機械的振動の周期の1/2以下であるものにおいて、上記電子部品を流れる電流測定値を上記商用電源の周期で積分する工程と、上記積分開始点から機械的振動の周期の1/2の時間後に、上記電子部品を流れる電流測定値を上記商用電源の周期で積分する工程と、上記2回の積分結果の平均を取る工程と、を有することを特徴とする絶縁抵抗測定方法を提供する。
請求項5に記載の発明は、外部から周期的な機械的振動を受ける部位に配置され た電子部品の絶縁抵抗を求める絶縁抵抗測定装置において、上記電子部品に所定の測定電圧を印加する直流測定電源と、上記電子部品を流れた電流iが入力される電荷蓄積回路とを備え、上記電荷蓄積回路は入力電流iを上記機械的振動の周期またはその整数倍の時間で積分して電圧出力Voを得るものであり、上記出力Voを測定することで電子部品の絶縁抵抗を求めることを特徴とする絶縁抵抗測定装置を提供する。
さらに、請求項6に記載の発明は、外部から周期的な機械的振動を受ける部位に配置された電子部品の絶縁抵抗を求める絶縁抵抗測定装置において、上記電子部品に所定の測定電圧を印加する直流測定電源と、上記電子部品を流れた電流iが入力される電荷蓄積回路とを備え、上記電荷蓄積回路は入力電流iを上記機械的振動の周期及び商用電源の周期の最小公倍数の時間で積分して電圧出力Voを得るものであり、上記出力Voを測定することで電子部品の絶縁抵抗を求めることを特徴とする絶縁抵抗測定装置を提供する。
【0008】
電子部品に測定電圧を印加し、その電流を測定する。駆動機構などによる振動が電子部品に伝播することによって生じた圧電ノイズ電流は、駆動機構の振動周波数に応じた周期性を持っている。本来測定すべき漏れ電流と圧電ノイズ電流との重畳した電流が測定される。駆動機構の振動周波数を予め測定しておき、電子部品を流れる電流測定値を機械的振動の周期で積分する。これによって、圧電ノイズ電流は相殺され、本来測定すべき漏れ電流だけを取り出すことができる。この電流値から絶縁抵抗を演算すれば、絶縁抵抗を高精度に検出できる。
なお、積分時間は、機械的振動の周期だけでなく、この周期の整数倍の時間で積分しても同様の結果が得られる。
この方法は、圧電ノイズに周期性があれば、ノイズ波形が歪んでいても使用できる。
【0009】
電子部品に加わるノイズが1つの駆動機構による振動のみであれば、その機械的振動の周期で積分すれば、圧電ノイズ信号を効果的に除去できる。一方、複数の駆動機構の振動によるノイズが複合した場合には、それぞれの振動周期の最小公倍数の時間で積分すれば、複数の圧電ノイズ電流が同時に除去され、本来測定すべき漏れ電流だけを取り出すことができる。例えば、第1の駆動機構の振動周波数が120Hz、第2の駆動機構の振動周波数が240Hzである場合、最小公倍数の周期(1/120=8.3msec)で積分すれば、2つの圧電ノイズ電流が同時に除去される。
【0010】
電子部品に加わるノイズが駆動機構による機械的振動だけでなく、商用電源によるハムノイズが複合した場合には、請求項2のように、機械的振動の周期及び商用電源の周期の最小公倍数の時間で積分すればよい。例えば、商用電源周波数が60Hz、駆動機構の振動周波数が120Hzである場合には、測定器には本来測定すべき漏れ電流の他に、商用電源によるハムノイズ電流と駆動機構による圧電ノイズ電流とが重畳して観測される。この重畳電流を、最小公倍数の周期である商用電源周期(1/60=16.7msec)で積分すれば、ハムノイズ電流と圧電ノイズ電流とが同時に除去され、本来測定すべき漏れ電流だけを取り出すことができる。
この方法は、圧電ノイズおよびハムノイズに周期性があれば、ノイズ波形が歪んでいても使用できる。
【0011】
なお、駆動機構の振動周波数が商用電源周波数の整数倍または整数倍分の1となるように、予め駆動機構を製作しておくのがよい。このようにすれば、振動周期または商用電源の周期のうち、最も長い周期で積分すればよいので、積分時間が長くならずにすむ。
【0012】
上記のように機械的振動の周期及び商用電源の周期の最小公倍数の時間で積分すれば、両者のノイズを同時に除去できるが、積分時間が長くなる欠点がある。そこで、機械的振動の周期が商用電源の周期の1/2以下である場合には、請求項3の方法によってノイズを除去すれば、積分時間を短くできる。すなわち、最初に電流測定値を機械的振動の周期で積分する。その後、積分開始点から商用電源の周期の1/2の時間後に、再び電流測定値を機械的振動の周期で積分する。以上の2回の積分結果の平均を取ることで、本来測定すべき漏れ電流だけを取り出すことができる。
この方法は、振動周波数が商用電源周波数より高い場合に適用可能であり、ハムノイズが歪みのない正常な正弦波である場合に効果を発揮する。
【0013】
請求項3とは逆に、商用電源の周期が機械的振動の周期の1/2以下である場合には、請求項4の方法によってノイズを除去でき、かつ積分時間を短くできる。すなわち、まず最初に電流測定値を商用電源の周期で積分し、その積分開始点から機械的振動の周期の1/2の時間後に、電流測定値を商用電源の周期で再度積分する。そして、2回の積分結果の平均を取ることで、本来測定すべき漏れ電流だけを取り出すことができる。
この方法は、商用電源周波数が振動周波数より高い場合に適用可能であり、圧電ノイズが歪みのない正常な正弦波である場合に効果を発揮する。
【0014】
請求項5に記載の測定装置は、請求項1に記載の測定方法を電荷蓄積方式による回路で実現したものであり、請求項6に記載の測定装置は、請求項2に記載の測定方法を電荷蓄積方式による回路で実現したものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
図3に本発明にかかる絶縁抵抗測定装置の一例を示す。
この絶縁抵抗測定装置は図2と同様な電荷蓄積方式による測定回路であり、1はセラミックコンデンサなどの誘電体を用いた電子部品、2は高入力インピーダンス増幅器であるオペアンプ、Cfはオペアンプ2の反転入力端子と出力端子との間に接続された帰還容量、SWは帰還容量Cfと並列に接続されたスイッチである。上記オペアンプ2と帰還容量Cfとによって電荷蓄積回路を構成しており、電子部品1に流れる電流iを積分して電圧出力Voを得るものである。Eは電源電圧、Rsは電子部品1の突入電流制限抵抗、Rxは電子部品1の絶縁抵抗であり、RsはRxに比べて十分に小さい。
【0016】
上記スイッチSWは制御装置3によってON/OFF制御されており、制御装置3にはオペアンプ2の出力端子がA/Dコンバータ4を介して接続されている。制御装置3はスイッチSWをONからOFFへ切り替え、t秒後の出力Voを測定する。そして、次式のように、出力Voから電子部品1に流れる電流iを求め、電源電圧Eと電流iとにより電子部品1の絶縁抵抗Rxを求める。
i=Cf・Vo/t ・・・(1)
Rx=E/i ・・・(2)
【0017】
絶縁抵抗測定装置は、電子部品1の特性検査装置の一部として設けられており、パーツフィーダ、モータ、ホッパー等の機械的振動を発生する駆動機構の近傍に配置されている。そのため、電子部品1には機械的振動が伝播し、圧電効果によるノイズ電流が発生する。この圧電ノイズ電流が本来測定すべき電流iに重畳し、測定誤差となる。
【0018】
図4の(a)は本来測定すべき電子部品1に流れる漏れ電流i、(b)は圧電ノイズ電流であり、駆動機構の振動周波数に応じた周期性を持っている。(c)は漏れ電流iと圧電ノイズ電流とが重畳したものであり、この信号が観測される。駆動機構の振動周波数を200Hzとした場合、その周期は1/200=5msecとなる。そこで、制御装置3は、スイッチSWをONからOFFへ切り替えて出力Voを測定するまでの時間tを、この周期に合わせて設定する。つまり、電子部品1を流れる電流を機械的振動の周期tc=5msecの時間だけ積分する。
このようにして求めた電流iは図4の(d)のようになり、5msec間隔で求めることができる。これは、図4の(a)の電流iを5msec間隔でサンプリングしたものと同じとなり、圧電ノイズ電流の影響を全く受けない平滑な電流となる。したがって、この電流iを用いて(2)式のように絶縁抵抗Rxを求めれば、絶縁抵抗値を高精度に測定できる。
【0019】
なお、積分時間tを機械的振動の周期tcとしてもよいが、周期tcの整数倍としても同様の結果が得られる。積分時間をできるだけ短くするには、第1実施例のように積分時間=機械的振動の周期とするのが望ましい。
【0020】
図5に本発明にかかる絶縁抵抗測定方法の第2実施例を示す。
この実施例は、電子部品1に加わるノイズが駆動機構による機械的振動だけでなく、商用電源によるハムノイズが複合した場合である。この実施例で使用される測定装置は図3と同様のものである。
【0021】
図5の(a)は本来測定すべき電子部品1に流れる漏れ電流、(b)は第1の駆動機構(例えばパーツフィーダ)による圧電ノイズ電流、(c)は第2の駆動機構(例えばモータ)による圧電ノイズ電流、(d)は商用電源によるハムノイズ電流である。(e)は漏れ電流と圧電ノイズ電流とハムノイズ電流とが重畳したものであり、この信号が観測される。
【0022】
この場合には、スイッチSWをONからOFFへ切り替えて出力Voを測定するまでの時間tを、機械的振動の周期及び商用電源の周期の最小公倍数の時間に設定する。つまり、電子部品1を流れる電流を機械的振動の周期と商用電源の周期の最小公倍数の時間で積分する。
【0023】
例えば、第1の駆動機構の振動周波数が240Hz、第2の駆動機構の振動周波数が120Hz、商用電源の周波数が60Hzである場合には、それぞれの周期の最小勾配数は1/60=16.7msecであるから、スイッチSWをONからOFFへ切り替えてt=16.7msec後に出力Voを測定し、この出力Voから(1)式によって電流iを求める。
【0024】
こうして求めた電流iは図5の(f)のようになり、16.7msec間隔で求めることができる。これは、図5の(a)の電流iを16.7msec間隔でサンプリングしたものと同じとなり、圧電ノイズ電流やハムノイズ電流の影響を全く受けない平滑な電流となる。したがって、この電流iを用いて(2)式のように絶縁抵抗Rxを求めれば、絶縁抵抗値を高精度に測定できる。
【0025】
上記実施例のように、駆動機構の振動周波数が商用電源周波数の整数倍または整数倍分の1となるように、予め駆動機構を製作しておくのがよい。このようにすれば、振動周期または商用電源の周期のうち、最も長い周期で積分すればよいので、積分時間が長くならずにすむ。
【0026】
図6は本発明にかかる絶縁抵抗測定方法の第3実施例を示す。
この実施例は、電子部品1に加わるノイズが駆動機構による機械的振動と商用電源によるハムノイズとが複合し、かつ機械的振動の周期が商用電源の周期の1/2以下である場合である。
【0027】
図6の(a)は本来測定すべき電子部品1に流れる漏れ電流、(b)は駆動機構による圧電ノイズ電流、(c)は商用電源によるハムノイズ電流である。(d)は漏れ電流と圧電ノイズ電流とハムノイズ電流とが重畳したものであり、この信号が観測される。
第2実施例のように、機械的振動の周期と商用電源の周期の最小公倍数の時間で積分してもよいが、これでは積分時間が長くなる。例えば、商用電源周波数を60Hz、機械的振動周波数を200Hzとすると、積分時間は83.5msecになる。
これに対し、この実施例では、最初に電流測定値を短い方の周期(機械的振動の周期)で積分する。その後、積分開始点から長い方の周期(商用電源の周期)の1/2の時間後に、再び電流測定値を短い方の周期(機械的振動の周期)で積分する。以上の2回の積分結果の平均を取ることで、本来測定すべき漏れ電流だけを取り出す。
【0028】
例えば、商用電源周波数を60Hz、機械的振動周波数を200Hzとすると、最初に電流測定値を機械的振動の周期(1/200=5msec)で積分し、1回目の積分開始から商用電源の周期の1/2の時間(1/60×2=8.3msec)後に、再度機械的振動の周期(1/200=5msec)で積分する。これら2回の積分結果の平均をとれば、ノイズ成分が相殺されて0となるので、図6の(e)のように測定すべき漏れ電流だけを5+8.3=13.3(mse c)おきに検出できる。つまり、図6の(a)の電流を13.3msec間隔でサンプリングしたものと同じとなる。
この方法であれば、積分時間が13.3msecで済み、最小公倍数の時間(83.5msec)に比べて大幅に短縮できる。
【0029】
第3実施例は、電子部品1に加わるノイズが駆動機構による機械的振動と商用電源によるハムノイズとが複合し、かつ機械的振動の周期が商用電源の周期の1/2以下である場合であるが、これとは逆に、商用電源の周期が機械的振動の周期の1/2以下である場合には、上記と逆の測定を行なえばよい。
すなわち、最初に電流測定値を商用電源の周期で積分し、その後、積分開始点から機械的振動の周期の1/2の時間後に、再び電流測定値を商用電源の周期で積分する。以上の2回の積分結果の平均を取ることで、本来測定すべき漏れ電流だけを取り出す。
【0030】
本発明が適用可能な電子部品としては、セラミックコンデンサに限るものではなく、圧電効果を有する電子部品であれば、適用可能である。
【0031】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項1に記載の発明によれば、電子部品を流れる電流測定値を機械的振動の周期またはその整数倍で積分し、機械的振動が電子部品に伝播することによって発生する圧電ノイズの影響を低減するようにしたので、絶縁抵抗を高精度に求めることができる。
また、電子部品に機械的振動による圧電ノイズと商用電源によるハムノイズとが複合して加わった場合には、請求項2のように、機械的振動の周期及び商用電源の周期の最小公倍数の時間で積分することで、これらノイズの影響を低減し、絶縁抵抗を高精度に求めることができる。
さらに、機械的振動による圧電ノイズと商用電源によるハムノイズとが複合して加わった場合であって、機械的振動の周期が商用電源の周期の1/2以下である場合には、請求項3のように、電流を機械的振動の周期で積分し、積分開始点から商用電源の周期の1/2の時間後に電流を機械的振動の周期で再度積分し、これら2回の積分結果の平均を取ればよい。逆に、商用電源の周期が機械的振動の周期の1/2以下である場合には、請求項4のように、電流を商用電源の周期で積分し、積分開始点から機械的振動の周期の1/2の時間後に電流を商用電源の周期で再度積分し、これら2回の積分結果の平均を取ればよい。これにより、ノイズの影響を低減し、絶縁抵抗を高精度に求めることができるとともに、積分時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の絶縁抵抗測定装置の一例の回路図である。
【図2】従来の絶縁抵抗測定装置の他の例の回路図である。
【図3】本発明の絶縁抵抗測定装置の一例の回路図である。
【図4】本発明にかかる絶縁抵抗測定方法の第1実施例を示す電流波形図である。
【図5】本発明にかかる絶縁抵抗測定方法の第2実施例を示す電流波形図である。
【図6】本発明にかかる絶縁抵抗測定方法の第3実施例を示す電流波形図である。
【符号の説明】
1 被測定電子部品
2 高入力インピーダンス増幅器
3 制御装置
Cf 帰還容量
SW スイッチ
E 直流電源
Claims (6)
- 外部から周期的な機械的振動を受ける部位に配置された電子部品に所定の測定電圧を印加し、この電子部品を流れる電流を測定することで、電子部品の絶縁抵抗を求める絶縁抵抗測定方法において、
上記電子部品を流れる電流測定値を、上記機械的振動の周期またはその整数倍の時間で積分することを特徴とする絶縁抵抗測定方法。 - 外部から周期的な機械的振動を受ける部位に配置された電子部品に所定の測定電圧を印加し、この電子部品を流れる電流を測定することで、電子部品の絶縁抵抗を求める絶縁抵抗測定方法において、
上記電子部品を流れる電流測定値を、上記機械的振動の周期及び商用電源の周期の最小公倍数の時間で積分することを特徴とする絶縁抵抗測定方法。 - 外部から周期的な機械的振動を受ける部位に配置された電子部品に所定の測定電圧を印加し、この電子部品を流れる電流を測定することで、電子部品の絶縁抵抗を求める絶縁抵抗測定方法であって、上記機械的振動の周期が商用電源の周期の1/2以下であるものにおいて、
上記電子部品を流れる電流測定値を上記機械的振動の周期で積分する工程と、
上記積分開始点から商用電源の周期の1/2の時間後に、上記電子部品を流れる電流測定値を上記機械的振動の周期で積分する工程と、
上記2回の積分結果の平均を取る工程と、を有することを特徴とする絶縁抵抗測定方法。 - 外部から周期的な機械的振動を受ける部位に配置された電子部品に所定の測定電圧を印加し、この電子部品を流れる電流を測定することで、電子部品の絶縁抵抗を求める絶縁抵抗測定方法であって、上記商用電源の周期が機械的振動の周期の1/2以下であるものにおいて、
上記電子部品を流れる電流測定値を上記商用電源の周期で積分する工程と、
上記積分開始点から機械的振動の周期の1/2の時間後に、上記電子部品を流れる電流測定値を上記商用電源の周期で積分する工程と、
上記2回の積分結果の平均を取る工程と、を有することを特徴とする絶縁抵抗測定方法。 - 外部から周期的な機械的振動を受ける部位に配置された電子部品の絶縁抵抗を求める絶縁抵抗測定装置において、
上記電子部品に所定の測定電圧を印加する直流測定電源と、上記電子部品を流れた電流iが入力される電荷蓄積回路とを備え、
上記電荷蓄積回路は入力電流iを上記機械的振動の周期またはその整数倍の時間で積分して電圧出力Voを得るものであり、
上記出力Voを測定することで電子部品の絶縁抵抗を求めることを特徴とする絶縁抵抗測定装置。 - 外部から周期的な機械的振動を受ける部位に配置された電子部品の絶縁抵抗を求める絶縁抵抗測定装置において、
上記電子部品に所定の測定電圧を印加する直流測定電源と、上記電子部品を流れた電流iが入力される電荷蓄積回路とを備え、
上記電荷蓄積回路は入力電流iを上記機械的振動の周期及び商用電源の周期の最小公倍数の時間で積分して電圧出力Voを得るものであり、
上記出力Voを測定することで電子部品の絶縁抵抗を求めることを特徴とする絶縁抵抗測定装置。
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