JP4421062B2 - インピーダンス測定方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インピーダンスの測定に関し、特にベクトル比測定器を用いたインピーダンス測定方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インピーダンスを測定する一つの方法として、従来からベクトル比測定器を用いた測定方法が採用されている。図３には、かかるベクトル比測定器を用いて供試インピーダンスＺを測定する測定装置の回路構成例が示されている。ここで、ベクトル比測定器は、振幅と位相情報を含んだ２つの入力信号の比を演算し、出力として入力信号の比を、例えば
（Ａcosθ＋ｊＡsinθ）
あるいは
Ａexp(jθ)
の形で得るものである。尚、Ａは絶対値、θは位相である。
【０００３】
図３を参照して供試インピーダンス２０２のインピーダンスＺを測定する原理及び動作を説明する。交流信号源２０１から電圧Ｖの信号が、供試インピーダンス２０２とインピーダンス値ｒをもつ既知インピーダンス２０４との直列回路に印加され、この直列回路には電流Ｉが流れる。ここで、既知インピーダンス２０４は電流検出用のインピーダンスであり、通常は|Ｚ|>> ｒとされる。
【０００４】
共試インピーダンス２０２と既知インピーダンス２０４の直列回路には、例えば、抵抗Ｒ１とＲ２の直列回路で構成され、伝達係数Ｋ１を有するシグナルコンディショナ２０６が並列に接続されている。これは交流信号源２０１の出力電圧Ｖが、例えば２００Ｖや３００Ｖ等の高電圧であった場合、この電圧をそのままベクトル比測定器に印加したのでは測定レンジをオーバーしてしまうため、ここにシグナルコンディショナが必要となるからである。
【０００５】
供試インピーダンス２０２と既知インピーダンス２０４の直列回路に印加される電圧Ｖは、このシグナルコンディショナ２０６により適切なレベルに調節されてベクトル比測定器２０８の一方の入力端子Ａに入力される。このようにシグナルコンディショナ２０６はベクトル比測定器２０８への入力電圧を適切に調節する電圧調整器として機能する。
【０００６】
一方、既知インピーダンス２０４の両端に発生した電圧は、シグナルコンディショナ２０６と同様な構成で、伝達係数Ｋ２を有するシグナルコンディショナ２０７を通してベクトル比測定器２０８の他方の入力端子Ｂに入力される。
【０００７】
さて、ベクトル比測定器２０８の入力Ａ側の伝達係数をＫ３、入力Ｂ側の伝達係数Ｋ４とすると、入力端子Ａ、Ｂに加わる電圧Ｅa、Ｅbは、それぞれ次式で表わされる。
Ｅa＝Ｖ・Ｋ1・Ｋ3
Ｅb＝ｒ・Ｉ・Ｋ2・Ｋ4
【０００８】
ベクトル比測定器２０８では上記電圧ＥaとＥbの比を求めて出力するが、この比をＡ・exp(jθ)とすると、次式が得られる。
（Ｖ・Ｋ1・Ｋ3 ／ ｒ・Ｉ・Ｋ2・Ｋ4）＝ Ａ・exp(jθ)
ここで、上述のように、Ａはベクトル比測定器の示す振幅値、θは同じく位相値を示す。尚、上式の右辺のＡ・exp(jθ)は、（Ａcosθ＋ｊＡsinθ）と表しても同様である。
【０００９】
今、左辺のＶ／Ｉに注目して上式を変形すると次式が得られる。
Ｖ／Ｉ＝ Ａ・（ｒ・Ｋ2・Ｋ4 ／ Ｋ1・Ｋ3）exp(jθ)
上記電圧と電流の比Ｖ／Ｉはインピーダンス（＝Ｚ＋ｒ）であるから、結局、供試インピーダンスＺは、次式に従って計算される。
Ｚ ＝ Ａ・（ｒ・Ｋ2・Ｋ4／Ｋ1・Ｋ3）exp(jθ) − ｒ
このようにしてベクトル比測定器を用いる事により供試インピーダンスＺを算出できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図３に示すような従来の供試インピーダンス測定装置、方法では、供試インピーダンスＺを求める式中にシグナルコンディショナ２０６、２０７及びベクトル比測定器２０８の伝達係数Ｋ1、Ｋ2、Ｋ3、Ｋ4が入っている。これら伝達係数は、ベクトル測定器２０８の入力が許容範囲レベルを超えたとき、あるいは信号電圧が小さ過ぎるレベルのときに、上記入力信号を分圧（減衰）したり、増幅したりして適切なレベルに調節するためのものである。
【００１１】
このように、供試インピーダンスＺを求める式中にシグナルコンディショナ２０６、２０７の伝達係数Ｋ1、Ｋ2が入っており、これら伝達係数は種々環境で周波数特性に変化があるために問題が生ずる。例えば、シグナルコンディショナが分圧器として機能する場合には、浮遊容量の影響で周波数特性すなわち伝達係数Ｋ１が劣化する。また、シグナルコンディショナ２０７が増幅器として機能する場合には、使用する増幅器の特性により伝達特性Ｋ２が劣化する。
【００１２】
上述の如く、上記２つのシグナルコンディショナの伝達係数には周波数特性等の誤差があるため、２つの入力端子ＡとＢの入力信号の比をとると、その比には誤差が生じる。この誤差は、伝達係数K1については抵抗Ｒ１、Ｒ２それぞれにキャパシタを並列接続することにより分割器の周波数特性は補償できるが、この場合には部品点数や調整工数が増加するという問題点がある。
【００１３】
また、伝達係数K2についても周波数特性が良好な増幅器を用いれば良いが、そのようにするとコストがアップするという問題点が生じる。
【００１４】
更に、同様にベクトル比測定器の振幅及び周波数特性の精度によりその測定精度は決定してしまう。
【００１５】
本発明は、上述のような問題点を解決するために為されたものであり、シグナルコンディショナの周波数特性上の影響とベクトル比測定の影響を取り除き、廉価で安定且つ高精度なインピーダンス測定を可能とするインピーダンス測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明によるインピーダンス測定方法及び装置は、次のような特徴的な構成を採用している。
【００１７】
（１）少なくとも供試インピーダンスを含む回路と、それと直列に接続され前記供試インピーダンスに流れる電流を検出する検出回路との直列回路に対し、信号源から信号を印加して、その印加電圧に対応する印加電圧と前記供試インピーダンスに流れる電流に対応する対応電流とを求め、得られた対応電圧と対応電流のベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を測定するインピーダンス測定方法において、
前記直列回路に予め定められたインピーダンス値をもつ既知インピーダンスを挿入／非挿入することにより、前記供試インピーダンスに流れる電流を変化させ、該電流変化の前後で得られた前記ベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を算出するインピーダンス測定方法。
【００１８】
（２）前記既知インピーダンスの前記直列回路への挿入／非挿入は、前記既知インピーダンスに並列に接続されたスイッチのオン／オフにより行なう上記（１）のインピーダンス測定方法。
【００１９】
（３）少なくとも供試インピーダンスを含む回路と、それと直列に接続され前記供試インピーダンスに流れる電流を検出する検出回路との直列回路に対し、信号源から信号を印加して、その印加電圧に対応する印加電圧と前記供試インピーダンスに流れる電流に対応する対応電流とを求め、得られた対応電圧と対応電流のベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を測定するインピーダンス測定方法において、
前記供試インピーダンスに予め定められたインピーダンス値をもつ既知インピーダンスを並列に挿入／非挿入することにより、前記供試インピーダンスに流れる電流を変化させ、該電流変化の前後で得られた前記ベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を算出するインピーダンス測定方法。
【００２０】
（４）前記供試インピーダンスに対して前記既知インピーダンスを並列に挿入／非挿入する方法は、前記既知インピーダンスに直列に接続されたスイッチのオン／オフにより行なう上記（３）のインピーダンス測定方法。
【００２１】
（５）前記対応電圧及び対応電流は、前記印加電圧及び前記インピーダンスに流れる電流を増幅または減衰させて所定レベルに調節する上記（１）又は上記（３）のインピーダンス測定方法。
【００２２】
（６）前記電流変化に連動して前記印加電圧を変化させて前記信号源の内部インピーダンスに起因する前記対応電圧の変化を補償する上記（１）又は上記（３）のインピーダンス測定方法。
【００２３】
（７）少なくとも供試インピーダンスを含む回路と、それと直列に接続され前記供試インピーダンスに流れる電流を検出する検出回路との直列回路に対し、信号源から信号を印加して、その印加電圧に対応する印加電圧と前記供試インピーダンスに流れる電流に対応する対応電流とを求める手段と、得られた対応電圧と対応電流のベクトル比を求める手段とを有し、得られたベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を算出するインピーダンス測定装置において、前記供試インピーダンスに流れる電流を変化させる手段と、前記電流変化の前後で得られた前記ベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を算出するインピーダンス算出手段とを備え、前記供試インピーダンスに流れる電流を変化させる手段は、予め定められたインピーダンス値をもつ既知インピーダンスを前記直列回路に挿入/ 非挿入する手段であるインピーダンス測定装置。
【００２４】
（８）前記既知インピーダンスに並列に接続されたスイッチを有し、このスイッチのオン/ オフにより前記既知インピーダンスの前記直列回路への挿入／非挿入を行なう上記（７）のインピーダンス測定装置。
【００２５】
（９）少なくとも供試インピーダンスを含む回路と、それと直列に接続され前記供試インピーダンスに流れる電流を検出する検出回路との直列回路に対し、信号源から信号を印加して、その印加電圧に対応する印加電圧と前記供試インピーダンスに流れる電流に対応する対応電流とを求める手段と、得られた対応電圧と対応電流のベクトル比を求める手段とを有し、得られたベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を算出するインピーダンス測定装置において、前記供試インピーダンスに流れる電流を変化させる手段と、前記電流変化の前後で得られた前記ベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を算出するインピーダンス算出手段とを備え、前記供試インピーダンスに流れる電流を変化させる手段は、予め定められたインピーダンス値をもつ既知インピーダンスを前記供試インピーダンスに並列に挿入／非挿入する手段であるインピーダンス測定装置。
【００２６】
（１０）前記既知インピーダンスに直列に接続されたスイッチを有し、このスイッチのオン／オフにより前記供試インピーダンスに対して前記既知インピーダンスを並列に挿入／非挿入する上記（９）のインピーダンス測定装置。
【００２７】
（１１）前記印加電圧及び前記インピーダンスに流れる電流を増幅または減衰させて前記対応電圧及び対応電流を所定レベルに調節するシグナルコンディショナを備える上記（７）又は上記（９）のインピーダンス測定装置。
【００２８】
（１２）前記電流変化に連動して前記印加電圧を変化させて信号源の内部インピーダンスに起因する前記対応電圧の変化を補償する手段を有する上記（７）又は上記（９）のインピーダンス測定装置。
【００２９】
（１３）前記電流検出手段は、抵抗またはカレントトランスである上記（７）又は上記（９）のインピーダンス測定装置。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるインピーダンス測定方法及び装置の好適実施形態例を添付図を参照して説明する。図１は本発明によるインピーダンス測定装置の第１の実施形態例を示す回路図である。
【００３３】
図１において、信号源１からは電圧Ｖが、インピーダンスＺをもつ供試インピーダンス２、既知のインピーダンス値Roを有するインピーダンス３及びインピーダンス値ｒを有するインピーダンス４の直列回路に印加されており、この直列回路には電流Ｉが流れる。また、インピーダンス３には、このインピーダンス３を短絡させるためのスイッチ５が並列に接続されている。
【００３４】
この直列回路の両端電圧Ｖは、図３のシグナルコンディショナ２０６と同様な機能をもつシグナルコンディショナ６により予め定められた電圧レベルに増幅又は減衰機能を介して調整され、ベクトル比測定器８の入力端子Ａに入力される。
【００３５】
一方、インピーダンス３とインピーダンス４の接続点に生じた電圧（＝ｒ・Ｉ）は伝達係数Ｋ２を有するシグナルコンディショナ７を経由してベクトル比測定器８の入力Ｂに印加される。このシグナルコンディショナ７は、上述のように、信号の減衰だけでなく必要に応じて信号を増幅することにより上記接続点に生じた電圧（＝ｒＩ）が小さい場合に、ＳＮ比が悪化するのを防ぐことができる。図３と同様に、このベクトル比測定器８の入力端子Ａ、Ｂ側の伝達係数はそれぞれＫ３、Ｋ４である。
【００３６】
さて、本実施形態では、インピーダンス３と並列にスイッチ５を接続し、このスイッチ５をオン／オフすることにより供試インピーダンスＺに流れる電流を変化させ、それに応じたベクトル比測定器８の測定値を得て供試インピーダンスＺを算出している点に大きな特徴がある。以下、その動作、原理を詳細に説明する。
【００３７】
今、供試インピーダンス２、インピーダンス３及びインピーダンス４の直列回路を考えると、電圧Ｖと電流Ｉを用いて次式（１）が得られる。
Ｖ／Ｉ＝Ｚ＋Ｒｏ＋ｒ （１）
【００３８】
また、入力端子Ａ、Ｂに加わる電圧をそれぞれＥa、Ｅbとすると、次式（２）、（３）が得られる。
Ｅa＝Ｖ・Ｋ1・Ｋ3 （２）
Ｅb＝ｒ・Ｉ・Ｋ2・Ｋ4 （３）
ベクトル比測定器８では、ＥaとＥbの比を測定し、Ａ・exp(jθ)の形で出力（表示）するので、次式が得られる。（尚、右辺は（Ａcosθ＋ｊＡsinθ）と表わしてもよい）
（Ｖ・Ｋ1・Ｋ3 ／ ｒ・Ｉ・Ｋ2・Ｋ4）＝ Ａ・exp(jθ) （４）
ここで、前述の如く、Ａはベクトル比測定器の示す振幅値、θは同じく位相値を示す。
【００３９】
今、左辺のＶ／Ｉに式（１）を代入すると、スイッチ５のオフ、オンに応じて次のような関係式（５）、（６）が得られる。
【００４０】
（ａ）スイッチ５がオフのとき（つまり、インピーダンス３のインピーダンスがＲｏのとき）：
(Ｚ+Ｒo+ｒ)(Ｋ1・Ｋ3／ｒ・Ｋ2・Ｋ4)＝ Ａ1・exp(jθ1) （５）
但し、Ａ1、θ1は、この場合のベクトル比測定器の示す振幅及び位相である。
【００４１】
（ｂ）スイッチ５がオンのとき（つまり、インピーダンス３のインピーダンスが０のとき）：
(Ｚ＋ｒ)(Ｋ1・Ｋ3／ｒ・Ｋ2・Ｋ4）＝ Ａ2・exp(jθ2) （６）
但し、Ａ2、θ2はこの場合のベクトル比測定器の示す振幅及び位相である。
式（５）を式（６）で除すことにより次式（７）が得られる。
(Ｚ＋r+Ro)／(Ｚ＋ｒ)＝（Ａ1／Ａ２）・exp(ｊ(θ1−θ2)) （７）
この式（７）をＺについて解くと、
Ｚ＝Ｒo／｛(Ａ1／Ａ2) ・exp(ｊ(θ1−θ2))−１｝−ｒ （８）
が得られる。
【００４２】
式（８）において、Ｒo、ｒ、Ａ1、Ａ2、θ1、θ2は既知であるので、この式（８）によれば、供試インピーダンスＺを容易に算出できる。更に、式（８）中には係数Ｋ1〜Ｋ4が含まれていないため、シグナルコンディショナ６や７及びベクトル比測定器８の測定レンジ間の誤差や、測定周波数を変更した場合の誤差は無視できるようになる。
【００４３】
また、本発明は既知インピーダンス値を切り換えて測定するが、この既知インピーダンス値は小さい値が用いられているので、測定電圧、電流の変化分は小さいので測定電圧、電流のレンジ切り換えの必要がない。従って同一レンジ内で測定を行えるため測定器のレンジ間誤差が発生しないというメリットもある。
【００４４】
上述実施形態において、本発明は種々の変更、拡張が考えられる。例えば、供試インピーダンスＺに流れる電流を変化させるためにスイッチ５を用いたが、インピーダンス３を取付け／取外し、または直列回路への挿入/短絡を可能とする手段であれば、スイッチに限らず他の任意の手段を用いることができることは明らかである。また、インピーダンスの挿入、非挿入等に限らず、供試インピーダンスを含む直列回路に流れる電流を変化させることができる手段であれば、任意の手段が用いることができ、その手段は限定されないことも当業者であれば明らかである。
【００４５】
図２は本発明によるインピーダンス測定装置の第２の実施形態例を示す回路図である。
【００４６】
図１に示す第１の実施形態例は、図３に示す従来例の供試インピーダンス測定装置・方法に比べて測定系（シグナルコンディショナ等）の伝達特性の影響をキャンセルでき廉価で安定且つ高精度なインピーダンス測定が可能となるが、これを実現するためには図１中の既知インピーダンスＲｏの値は供試インピーダンスＺに比べて充分小さくする必要がある。このため、供試インピーダンスＺが１オーム程度以下の場合には既知インピーダンスＲｏはその百分の１程度、即ち１０ミリオーム程度以下にする必要がある。ところが、このような低いインピーダンス値を有する抵抗器を直列に挿入／非挿入することは線材のインピーダンス等の影響を考えると現実的には困難である。また、測定周波数が高くなると抵抗器自体の持つインダクタンス成分も問題となり、測定に誤差を生じるようになる。
【００４７】
そこで、以下で述べる第２の実施形態例では供試インピーダンスが１オーム以下の低いインピーダンス値であっても安定且つ高精度なインピーダンス測定が可能となるインピーダンス測定方法及び装置を示す。
【００４８】
図２において、インピーダンスＺをもつ供試インピーダンス１０２（Ｒｏなる値を有する既知インピーダンス１０３とスイッチ１０５の直列回路が並列に接続されている）とインピーダンス値ｒを有するインピーダンス１０４の直列回路に信号源１０１から電圧Vsが印加されており、この回路には図示したような電流Ｉが流れる。供試インピーダンス１０２はスイッチ１０５をオンすることにより既知インピーダンス１０３と並列に接続される。
【００４９】
供試インピーダンス１０２の両端電圧Vsは、図３のシグナルコンディショナ２０６と同様な機能をもつシグナルコンディショナ１０６により予め定められた電圧レベルに増幅又は減衰機能を介して調整され、ベクトル比測定器８の入力端子Ａに入力される。説明の都合上、このシグナルコンディショナ１０６のインピーダンス値は、供試インピーダンス１０２のインピーダンス値に比べて非常に大きい値とする。尚、このシグナルコンディショナ１０６は、供試インピーダンス１０２のインピーダンス値が小さい場合は、そこに発生する電圧も低いので実質的には必要ない。
【００５０】
一方、インピーダンス１０４の両端に生じた電圧（＝ｒ・Ｉ）は伝達係数Ｋ２を有するシグナルコンディショナ７を経由してベクトル比測定器１０８の入力Ｂに印加される。このシグナルコンディショナ１０７は上述のように、信号の減衰だけでなく必要に応じて信号を増幅することにより上記接続点に生じた電圧（＝ｒ・Ｉ）が小さい場合に、ＳＮ比が悪化するのを防ぐことができる。図３と同様に、このベクトル比測定器１０８の入力端子Ａ、Ｂ側の伝達係数はそれぞれＫ３、Ｋ４である。
【００５１】
さて、本実施形態では、インピーダンス１０３と直列にスイッチ１０５を接続し、このスイッチ１０５をオン／オフすることにより供試インピーダンスＺに流れる電流を変化させ、それに応じたベクトル比測定器１０８の測定値を得て供試インピーダンスＺを算出している点に大きな特徴がある。以下、その動作、原理を詳細に説明する。
【００５２】
（イ）スイッチ１０５がオンの場合：
今、スイッチ１０５をオンした場合を考える。前述したように、シグナルコンディショナ１０６の値は供試インピーダンス１０２に比べて非常に大きいと仮定している。このため、供試インピーダンス１０２と既知インピーダンス１０３の並列回路にインピーダンス１０４が直列に接続された回路となるので、電圧Ｖsと電流Ｉを用いて次式（１１）が得られる。
Ｖs／Ｉ＝１／｛（１／Ｚ）＋（１／Ｒｏ）｝ （１１）
ここで入力端子Ａ、Ｂに加わる電圧をそれぞれＥa、Ｅbとすると、次式（１２）、（１３）が得られる。
Ｅa＝Ｖs・Ｋ1・Ｋ3 （１２）
Ｅb＝ｒ・Ｉ・Ｋ2・Ｋ4 （１３）
【００５３】
ベクトル比測定器１０８では、ＥaとＥbの比（＝Ｅa／Ｅb）を測定し、それをベクトルの形Ａ・exp(ｊθ)で出力（表示）するので、次式が得られる。
ここで、Ａはベクトル比測定器の示す振幅値、θは同じく位相値を示す。（尚、右辺は（Ａcosθ＋ｊＡsinθ）と表わしてもよい）
【００５４】
（ロ）スイッチ１０５がオフの場合：
次に、スイッチ１０５をオフすると次のような式（１５）が得られる。
式（１４）を式（１５）で除すことにより次式（１６）が得られる。
１／｛１＋（Ｚ／Ｒo）｝＝(A1/A2)・expｊ(θ2−θ1) （１６）
この式（１６）をＺについて解くと、
Ｚ＝［｛１−(A1/A2)expｊ(θ1−θ2)｝/
（A1/A2）expｊ(θ1−θ2)］・Ｒo （１７）
が得られる。
【００５５】
式（１７）において、Ａ1、Ａ2、θ1、θ2、Ｒoは既知であるので、この式（１７）によれば、供試インピーダンスＺを容易に算出できる。また、式（１７）中には係数Ｋ1〜Ｋ4が含まれていないため、シグナルコンディショナ１０６や１０７及びベクトル比測定器１０８の測定レンジ間の誤差や、測定周波数を変更した場合の誤差は無視できるようになる。更に、式（１７）中には電流検出のためのインピーダンスｒは現れてこない。このため、ｒ自体に周波数特性や位相特性の変化があったとしても測定結果に悪影響を及ぼさないという利点がある。
【００５６】
また、本発明は供試インピーダンス１０２に対して既知インピーダンス１０３をスイッチ１０５を用いて並列に挿入／非挿入して測定するが、この既知インピーダンス値は供試インピーダンス値に対して充分大きい値が用いられている。このため、スイッチ１０５のオン／オフによる供試インピーダンス両端電圧の変化分は小さいので測定電圧、電流のレンジ切り換えの必要がない。従って同一レンジ内で測定を行えるため、測定器のレンジを切り換える必要がないため、測定時にレンジ間誤差が発生しないというメリットもある。
【００５７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、種々の変更、拡張が考えられる。
【００５８】
例えば、第１の実施形態と同様に、供試インピーダンスＺに流れる電流を変化させるためにスイッチ１０５を用いたが、インピーダンス１０３の取付け／取外し、または並列回路への挿入/短絡を可能とする手段であれば、スイッチに限らず他の任意の手段を用いることができることは明らかである。また、インピーダンスの挿入、非挿入等に限らず、供試インピーダンスを含む回路に流れる電流を変化させることができる手段であれば、任意の手段が用いることができ、その手段は限定されないことも当業者であれば明らかである。
【００５９】
また、上記の実施形態例では、電流検出用にインピーダンス値ｒをもつインピーダンスを用いているが、これはＣＴ（カレントトランス）等の電流検出手段を用いてもよいことは勿論である。
【００６０】
更に、本発明では次のような特徴的な構成も採用されている。すなわち、図１に示す実施形態では、スイッチ５をオン／オフした場合、信号源１の内部インピーダンスに起因して供試インピーダンス２、インピーダンス３及び４の直列回路の両端電圧（＝信号源の端子電圧）が変動するため、測定レンジの上限または下限の近傍で測定している場合には、測定レンジを切り換える必要が生じる。
【００６１】
そこで、本発明では、スイッチ５のオン／オフに連動して信号源１の出力を変化させるように構成することができる。或いは、より一般的ではあるが、スイッチ５のオン／オフに連動して上記直列回路の両端電圧の変化を補償する手段を設けることもできる。すなわち、供試インピーダンスＺに流れる電流を変化させるタイミングに応じて、信号源１の出力を変化させたり、上記直列回路の両端電圧の変化の補償手段を設けるようにすることもできることは当然である。
【００６２】
尚、この事は図２の第２の実施例に対しても同様に適用できることは当然である。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるインピーダンス測定方法及び装置は、供試インピーダンスに流れる電流を変化させるため、例えば、既知インピーダンスをスイッチでオン／オフして挿入/非挿入させたとき、あるいはそれと等価であるが既知インピーダンスを挿入／非挿入したときのベクトル比を測定し、演算により供試インピーダンス値を測定しているため、ベクトル比測定器への入力レベルを適切に調節するためのシグナルコンディショナの伝達係数が浮遊容量の影響で変化したり、増幅機能時の伝達特性の劣化がなくなり、廉価で安定且つ高精度なインピーダンス測定が可能となる。
【００６４】
より具体的には、第１の実施形態例では、既知インピーダンスの値は通常小さいために測定時の測定値変化を小さい範囲に抑制できる。更に、インピーダンス測定時にレンジを切り換えないで済むのでシグナルコンディショナ及び測定器の誤差を無視できるようになる。
【００６５】
また、第２の実施形態例では、既知インピーダンスの値は通常充分大きいために測定時の測定値変化を小さい範囲に抑制できる。更に、インピーダンス測定時にレンジを切り換えないで済むのでシグナルコンディショナ及び測定器の誤差を無視できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインピーダンス測定方法・装置の第１の実施形態例を示す回路図である。
【図２】本発明によるインピーダンス測定方法・装置の第２の実施形態例を示す回路図である。
【図３】従来のインピーダンス測定装置の回路図である。
【符号の説明】
１、１０１、２０１ 信号源
２、１０２、２０２ 供試インピーダンス
３、１０３、２０３ 既知インピーダンス
４、１０４、２０４ インピーダンス
５、１０５、２０５ スイッチ
６、７ シグナルコンディショナ
１０６、１０７ シグナルコンディショナ
２０６、２０７ シグナルコンディショナ
８、１０８、２０８ ベクトル比測定器
【発明の属する技術分野】
本発明は、インピーダンスの測定に関し、特にベクトル比測定器を用いたインピーダンス測定方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インピーダンスを測定する一つの方法として、従来からベクトル比測定器を用いた測定方法が採用されている。図３には、かかるベクトル比測定器を用いて供試インピーダンスＺを測定する測定装置の回路構成例が示されている。ここで、ベクトル比測定器は、振幅と位相情報を含んだ２つの入力信号の比を演算し、出力として入力信号の比を、例えば
（Ａcosθ＋ｊＡsinθ）
あるいは
Ａexp(jθ)
の形で得るものである。尚、Ａは絶対値、θは位相である。
【０００３】
図３を参照して供試インピーダンス２０２のインピーダンスＺを測定する原理及び動作を説明する。交流信号源２０１から電圧Ｖの信号が、供試インピーダンス２０２とインピーダンス値ｒをもつ既知インピーダンス２０４との直列回路に印加され、この直列回路には電流Ｉが流れる。ここで、既知インピーダンス２０４は電流検出用のインピーダンスであり、通常は|Ｚ|>> ｒとされる。
【０００４】
共試インピーダンス２０２と既知インピーダンス２０４の直列回路には、例えば、抵抗Ｒ１とＲ２の直列回路で構成され、伝達係数Ｋ１を有するシグナルコンディショナ２０６が並列に接続されている。これは交流信号源２０１の出力電圧Ｖが、例えば２００Ｖや３００Ｖ等の高電圧であった場合、この電圧をそのままベクトル比測定器に印加したのでは測定レンジをオーバーしてしまうため、ここにシグナルコンディショナが必要となるからである。
【０００５】
供試インピーダンス２０２と既知インピーダンス２０４の直列回路に印加される電圧Ｖは、このシグナルコンディショナ２０６により適切なレベルに調節されてベクトル比測定器２０８の一方の入力端子Ａに入力される。このようにシグナルコンディショナ２０６はベクトル比測定器２０８への入力電圧を適切に調節する電圧調整器として機能する。
【０００６】
一方、既知インピーダンス２０４の両端に発生した電圧は、シグナルコンディショナ２０６と同様な構成で、伝達係数Ｋ２を有するシグナルコンディショナ２０７を通してベクトル比測定器２０８の他方の入力端子Ｂに入力される。
【０００７】
さて、ベクトル比測定器２０８の入力Ａ側の伝達係数をＫ３、入力Ｂ側の伝達係数Ｋ４とすると、入力端子Ａ、Ｂに加わる電圧Ｅa、Ｅbは、それぞれ次式で表わされる。
Ｅa＝Ｖ・Ｋ1・Ｋ3
Ｅb＝ｒ・Ｉ・Ｋ2・Ｋ4
【０００８】
ベクトル比測定器２０８では上記電圧ＥaとＥbの比を求めて出力するが、この比をＡ・exp(jθ)とすると、次式が得られる。
（Ｖ・Ｋ1・Ｋ3 ／ ｒ・Ｉ・Ｋ2・Ｋ4）＝ Ａ・exp(jθ)
ここで、上述のように、Ａはベクトル比測定器の示す振幅値、θは同じく位相値を示す。尚、上式の右辺のＡ・exp(jθ)は、（Ａcosθ＋ｊＡsinθ）と表しても同様である。
【０００９】
今、左辺のＶ／Ｉに注目して上式を変形すると次式が得られる。
Ｖ／Ｉ＝ Ａ・（ｒ・Ｋ2・Ｋ4 ／ Ｋ1・Ｋ3）exp(jθ)
上記電圧と電流の比Ｖ／Ｉはインピーダンス（＝Ｚ＋ｒ）であるから、結局、供試インピーダンスＺは、次式に従って計算される。
Ｚ ＝ Ａ・（ｒ・Ｋ2・Ｋ4／Ｋ1・Ｋ3）exp(jθ) − ｒ
このようにしてベクトル比測定器を用いる事により供試インピーダンスＺを算出できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図３に示すような従来の供試インピーダンス測定装置、方法では、供試インピーダンスＺを求める式中にシグナルコンディショナ２０６、２０７及びベクトル比測定器２０８の伝達係数Ｋ1、Ｋ2、Ｋ3、Ｋ4が入っている。これら伝達係数は、ベクトル測定器２０８の入力が許容範囲レベルを超えたとき、あるいは信号電圧が小さ過ぎるレベルのときに、上記入力信号を分圧（減衰）したり、増幅したりして適切なレベルに調節するためのものである。
【００１１】
このように、供試インピーダンスＺを求める式中にシグナルコンディショナ２０６、２０７の伝達係数Ｋ1、Ｋ2が入っており、これら伝達係数は種々環境で周波数特性に変化があるために問題が生ずる。例えば、シグナルコンディショナが分圧器として機能する場合には、浮遊容量の影響で周波数特性すなわち伝達係数Ｋ１が劣化する。また、シグナルコンディショナ２０７が増幅器として機能する場合には、使用する増幅器の特性により伝達特性Ｋ２が劣化する。
【００１２】
上述の如く、上記２つのシグナルコンディショナの伝達係数には周波数特性等の誤差があるため、２つの入力端子ＡとＢの入力信号の比をとると、その比には誤差が生じる。この誤差は、伝達係数K1については抵抗Ｒ１、Ｒ２それぞれにキャパシタを並列接続することにより分割器の周波数特性は補償できるが、この場合には部品点数や調整工数が増加するという問題点がある。
【００１３】
また、伝達係数K2についても周波数特性が良好な増幅器を用いれば良いが、そのようにするとコストがアップするという問題点が生じる。
【００１４】
更に、同様にベクトル比測定器の振幅及び周波数特性の精度によりその測定精度は決定してしまう。
【００１５】
本発明は、上述のような問題点を解決するために為されたものであり、シグナルコンディショナの周波数特性上の影響とベクトル比測定の影響を取り除き、廉価で安定且つ高精度なインピーダンス測定を可能とするインピーダンス測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明によるインピーダンス測定方法及び装置は、次のような特徴的な構成を採用している。
【００１７】
（１）少なくとも供試インピーダンスを含む回路と、それと直列に接続され前記供試インピーダンスに流れる電流を検出する検出回路との直列回路に対し、信号源から信号を印加して、その印加電圧に対応する印加電圧と前記供試インピーダンスに流れる電流に対応する対応電流とを求め、得られた対応電圧と対応電流のベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を測定するインピーダンス測定方法において、
前記直列回路に予め定められたインピーダンス値をもつ既知インピーダンスを挿入／非挿入することにより、前記供試インピーダンスに流れる電流を変化させ、該電流変化の前後で得られた前記ベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を算出するインピーダンス測定方法。
【００１８】
（２）前記既知インピーダンスの前記直列回路への挿入／非挿入は、前記既知インピーダンスに並列に接続されたスイッチのオン／オフにより行なう上記（１）のインピーダンス測定方法。
【００１９】
（３）少なくとも供試インピーダンスを含む回路と、それと直列に接続され前記供試インピーダンスに流れる電流を検出する検出回路との直列回路に対し、信号源から信号を印加して、その印加電圧に対応する印加電圧と前記供試インピーダンスに流れる電流に対応する対応電流とを求め、得られた対応電圧と対応電流のベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を測定するインピーダンス測定方法において、
前記供試インピーダンスに予め定められたインピーダンス値をもつ既知インピーダンスを並列に挿入／非挿入することにより、前記供試インピーダンスに流れる電流を変化させ、該電流変化の前後で得られた前記ベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を算出するインピーダンス測定方法。
【００２０】
（４）前記供試インピーダンスに対して前記既知インピーダンスを並列に挿入／非挿入する方法は、前記既知インピーダンスに直列に接続されたスイッチのオン／オフにより行なう上記（３）のインピーダンス測定方法。
【００２１】
（５）前記対応電圧及び対応電流は、前記印加電圧及び前記インピーダンスに流れる電流を増幅または減衰させて所定レベルに調節する上記（１）又は上記（３）のインピーダンス測定方法。
【００２２】
（６）前記電流変化に連動して前記印加電圧を変化させて前記信号源の内部インピーダンスに起因する前記対応電圧の変化を補償する上記（１）又は上記（３）のインピーダンス測定方法。
【００２３】
（７）少なくとも供試インピーダンスを含む回路と、それと直列に接続され前記供試インピーダンスに流れる電流を検出する検出回路との直列回路に対し、信号源から信号を印加して、その印加電圧に対応する印加電圧と前記供試インピーダンスに流れる電流に対応する対応電流とを求める手段と、得られた対応電圧と対応電流のベクトル比を求める手段とを有し、得られたベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を算出するインピーダンス測定装置において、前記供試インピーダンスに流れる電流を変化させる手段と、前記電流変化の前後で得られた前記ベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を算出するインピーダンス算出手段とを備え、前記供試インピーダンスに流れる電流を変化させる手段は、予め定められたインピーダンス値をもつ既知インピーダンスを前記直列回路に挿入/ 非挿入する手段であるインピーダンス測定装置。
【００２４】
（８）前記既知インピーダンスに並列に接続されたスイッチを有し、このスイッチのオン/ オフにより前記既知インピーダンスの前記直列回路への挿入／非挿入を行なう上記（７）のインピーダンス測定装置。
【００２５】
（９）少なくとも供試インピーダンスを含む回路と、それと直列に接続され前記供試インピーダンスに流れる電流を検出する検出回路との直列回路に対し、信号源から信号を印加して、その印加電圧に対応する印加電圧と前記供試インピーダンスに流れる電流に対応する対応電流とを求める手段と、得られた対応電圧と対応電流のベクトル比を求める手段とを有し、得られたベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を算出するインピーダンス測定装置において、前記供試インピーダンスに流れる電流を変化させる手段と、前記電流変化の前後で得られた前記ベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を算出するインピーダンス算出手段とを備え、前記供試インピーダンスに流れる電流を変化させる手段は、予め定められたインピーダンス値をもつ既知インピーダンスを前記供試インピーダンスに並列に挿入／非挿入する手段であるインピーダンス測定装置。
【００２６】
（１０）前記既知インピーダンスに直列に接続されたスイッチを有し、このスイッチのオン／オフにより前記供試インピーダンスに対して前記既知インピーダンスを並列に挿入／非挿入する上記（９）のインピーダンス測定装置。
【００２７】
（１１）前記印加電圧及び前記インピーダンスに流れる電流を増幅または減衰させて前記対応電圧及び対応電流を所定レベルに調節するシグナルコンディショナを備える上記（７）又は上記（９）のインピーダンス測定装置。
【００２８】
（１２）前記電流変化に連動して前記印加電圧を変化させて信号源の内部インピーダンスに起因する前記対応電圧の変化を補償する手段を有する上記（７）又は上記（９）のインピーダンス測定装置。
【００２９】
（１３）前記電流検出手段は、抵抗またはカレントトランスである上記（７）又は上記（９）のインピーダンス測定装置。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるインピーダンス測定方法及び装置の好適実施形態例を添付図を参照して説明する。図１は本発明によるインピーダンス測定装置の第１の実施形態例を示す回路図である。
【００３３】
図１において、信号源１からは電圧Ｖが、インピーダンスＺをもつ供試インピーダンス２、既知のインピーダンス値Roを有するインピーダンス３及びインピーダンス値ｒを有するインピーダンス４の直列回路に印加されており、この直列回路には電流Ｉが流れる。また、インピーダンス３には、このインピーダンス３を短絡させるためのスイッチ５が並列に接続されている。
【００３４】
この直列回路の両端電圧Ｖは、図３のシグナルコンディショナ２０６と同様な機能をもつシグナルコンディショナ６により予め定められた電圧レベルに増幅又は減衰機能を介して調整され、ベクトル比測定器８の入力端子Ａに入力される。
【００３５】
一方、インピーダンス３とインピーダンス４の接続点に生じた電圧（＝ｒ・Ｉ）は伝達係数Ｋ２を有するシグナルコンディショナ７を経由してベクトル比測定器８の入力Ｂに印加される。このシグナルコンディショナ７は、上述のように、信号の減衰だけでなく必要に応じて信号を増幅することにより上記接続点に生じた電圧（＝ｒＩ）が小さい場合に、ＳＮ比が悪化するのを防ぐことができる。図３と同様に、このベクトル比測定器８の入力端子Ａ、Ｂ側の伝達係数はそれぞれＫ３、Ｋ４である。
【００３６】
さて、本実施形態では、インピーダンス３と並列にスイッチ５を接続し、このスイッチ５をオン／オフすることにより供試インピーダンスＺに流れる電流を変化させ、それに応じたベクトル比測定器８の測定値を得て供試インピーダンスＺを算出している点に大きな特徴がある。以下、その動作、原理を詳細に説明する。
【００３７】
今、供試インピーダンス２、インピーダンス３及びインピーダンス４の直列回路を考えると、電圧Ｖと電流Ｉを用いて次式（１）が得られる。
Ｖ／Ｉ＝Ｚ＋Ｒｏ＋ｒ （１）
【００３８】
また、入力端子Ａ、Ｂに加わる電圧をそれぞれＥa、Ｅbとすると、次式（２）、（３）が得られる。
Ｅa＝Ｖ・Ｋ1・Ｋ3 （２）
Ｅb＝ｒ・Ｉ・Ｋ2・Ｋ4 （３）
ベクトル比測定器８では、ＥaとＥbの比を測定し、Ａ・exp(jθ)の形で出力（表示）するので、次式が得られる。（尚、右辺は（Ａcosθ＋ｊＡsinθ）と表わしてもよい）
（Ｖ・Ｋ1・Ｋ3 ／ ｒ・Ｉ・Ｋ2・Ｋ4）＝ Ａ・exp(jθ) （４）
ここで、前述の如く、Ａはベクトル比測定器の示す振幅値、θは同じく位相値を示す。
【００３９】
今、左辺のＶ／Ｉに式（１）を代入すると、スイッチ５のオフ、オンに応じて次のような関係式（５）、（６）が得られる。
【００４０】
（ａ）スイッチ５がオフのとき（つまり、インピーダンス３のインピーダンスがＲｏのとき）：
(Ｚ+Ｒo+ｒ)(Ｋ1・Ｋ3／ｒ・Ｋ2・Ｋ4)＝ Ａ1・exp(jθ1) （５）
但し、Ａ1、θ1は、この場合のベクトル比測定器の示す振幅及び位相である。
【００４１】
（ｂ）スイッチ５がオンのとき（つまり、インピーダンス３のインピーダンスが０のとき）：
(Ｚ＋ｒ)(Ｋ1・Ｋ3／ｒ・Ｋ2・Ｋ4）＝ Ａ2・exp(jθ2) （６）
但し、Ａ2、θ2はこの場合のベクトル比測定器の示す振幅及び位相である。
式（５）を式（６）で除すことにより次式（７）が得られる。
(Ｚ＋r+Ro)／(Ｚ＋ｒ)＝（Ａ1／Ａ２）・exp(ｊ(θ1−θ2)) （７）
この式（７）をＺについて解くと、
Ｚ＝Ｒo／｛(Ａ1／Ａ2) ・exp(ｊ(θ1−θ2))−１｝−ｒ （８）
が得られる。
【００４２】
式（８）において、Ｒo、ｒ、Ａ1、Ａ2、θ1、θ2は既知であるので、この式（８）によれば、供試インピーダンスＺを容易に算出できる。更に、式（８）中には係数Ｋ1〜Ｋ4が含まれていないため、シグナルコンディショナ６や７及びベクトル比測定器８の測定レンジ間の誤差や、測定周波数を変更した場合の誤差は無視できるようになる。
【００４３】
また、本発明は既知インピーダンス値を切り換えて測定するが、この既知インピーダンス値は小さい値が用いられているので、測定電圧、電流の変化分は小さいので測定電圧、電流のレンジ切り換えの必要がない。従って同一レンジ内で測定を行えるため測定器のレンジ間誤差が発生しないというメリットもある。
【００４４】
上述実施形態において、本発明は種々の変更、拡張が考えられる。例えば、供試インピーダンスＺに流れる電流を変化させるためにスイッチ５を用いたが、インピーダンス３を取付け／取外し、または直列回路への挿入/短絡を可能とする手段であれば、スイッチに限らず他の任意の手段を用いることができることは明らかである。また、インピーダンスの挿入、非挿入等に限らず、供試インピーダンスを含む直列回路に流れる電流を変化させることができる手段であれば、任意の手段が用いることができ、その手段は限定されないことも当業者であれば明らかである。
【００４５】
図２は本発明によるインピーダンス測定装置の第２の実施形態例を示す回路図である。
【００４６】
図１に示す第１の実施形態例は、図３に示す従来例の供試インピーダンス測定装置・方法に比べて測定系（シグナルコンディショナ等）の伝達特性の影響をキャンセルでき廉価で安定且つ高精度なインピーダンス測定が可能となるが、これを実現するためには図１中の既知インピーダンスＲｏの値は供試インピーダンスＺに比べて充分小さくする必要がある。このため、供試インピーダンスＺが１オーム程度以下の場合には既知インピーダンスＲｏはその百分の１程度、即ち１０ミリオーム程度以下にする必要がある。ところが、このような低いインピーダンス値を有する抵抗器を直列に挿入／非挿入することは線材のインピーダンス等の影響を考えると現実的には困難である。また、測定周波数が高くなると抵抗器自体の持つインダクタンス成分も問題となり、測定に誤差を生じるようになる。
【００４７】
そこで、以下で述べる第２の実施形態例では供試インピーダンスが１オーム以下の低いインピーダンス値であっても安定且つ高精度なインピーダンス測定が可能となるインピーダンス測定方法及び装置を示す。
【００４８】
図２において、インピーダンスＺをもつ供試インピーダンス１０２（Ｒｏなる値を有する既知インピーダンス１０３とスイッチ１０５の直列回路が並列に接続されている）とインピーダンス値ｒを有するインピーダンス１０４の直列回路に信号源１０１から電圧Vsが印加されており、この回路には図示したような電流Ｉが流れる。供試インピーダンス１０２はスイッチ１０５をオンすることにより既知インピーダンス１０３と並列に接続される。
【００４９】
供試インピーダンス１０２の両端電圧Vsは、図３のシグナルコンディショナ２０６と同様な機能をもつシグナルコンディショナ１０６により予め定められた電圧レベルに増幅又は減衰機能を介して調整され、ベクトル比測定器８の入力端子Ａに入力される。説明の都合上、このシグナルコンディショナ１０６のインピーダンス値は、供試インピーダンス１０２のインピーダンス値に比べて非常に大きい値とする。尚、このシグナルコンディショナ１０６は、供試インピーダンス１０２のインピーダンス値が小さい場合は、そこに発生する電圧も低いので実質的には必要ない。
【００５０】
一方、インピーダンス１０４の両端に生じた電圧（＝ｒ・Ｉ）は伝達係数Ｋ２を有するシグナルコンディショナ７を経由してベクトル比測定器１０８の入力Ｂに印加される。このシグナルコンディショナ１０７は上述のように、信号の減衰だけでなく必要に応じて信号を増幅することにより上記接続点に生じた電圧（＝ｒ・Ｉ）が小さい場合に、ＳＮ比が悪化するのを防ぐことができる。図３と同様に、このベクトル比測定器１０８の入力端子Ａ、Ｂ側の伝達係数はそれぞれＫ３、Ｋ４である。
【００５１】
さて、本実施形態では、インピーダンス１０３と直列にスイッチ１０５を接続し、このスイッチ１０５をオン／オフすることにより供試インピーダンスＺに流れる電流を変化させ、それに応じたベクトル比測定器１０８の測定値を得て供試インピーダンスＺを算出している点に大きな特徴がある。以下、その動作、原理を詳細に説明する。
【００５２】
（イ）スイッチ１０５がオンの場合：
今、スイッチ１０５をオンした場合を考える。前述したように、シグナルコンディショナ１０６の値は供試インピーダンス１０２に比べて非常に大きいと仮定している。このため、供試インピーダンス１０２と既知インピーダンス１０３の並列回路にインピーダンス１０４が直列に接続された回路となるので、電圧Ｖsと電流Ｉを用いて次式（１１）が得られる。
Ｖs／Ｉ＝１／｛（１／Ｚ）＋（１／Ｒｏ）｝ （１１）
ここで入力端子Ａ、Ｂに加わる電圧をそれぞれＥa、Ｅbとすると、次式（１２）、（１３）が得られる。
Ｅa＝Ｖs・Ｋ1・Ｋ3 （１２）
Ｅb＝ｒ・Ｉ・Ｋ2・Ｋ4 （１３）
【００５３】
ベクトル比測定器１０８では、ＥaとＥbの比（＝Ｅa／Ｅb）を測定し、それをベクトルの形Ａ・exp(ｊθ)で出力（表示）するので、次式が得られる。
ここで、Ａはベクトル比測定器の示す振幅値、θは同じく位相値を示す。（尚、右辺は（Ａcosθ＋ｊＡsinθ）と表わしてもよい）
（ロ）スイッチ１０５がオフの場合：
次に、スイッチ１０５をオフすると次のような式（１５）が得られる。
１／｛１＋（Ｚ／Ｒo）｝＝(A1/A2)・expｊ(θ2−θ1) （１６）
この式（１６）をＺについて解くと、
Ｚ＝［｛１−(A1/A2)expｊ(θ1−θ2)｝/
（A1/A2）expｊ(θ1−θ2)］・Ｒo （１７）
が得られる。
【００５５】
式（１７）において、Ａ1、Ａ2、θ1、θ2、Ｒoは既知であるので、この式（１７）によれば、供試インピーダンスＺを容易に算出できる。また、式（１７）中には係数Ｋ1〜Ｋ4が含まれていないため、シグナルコンディショナ１０６や１０７及びベクトル比測定器１０８の測定レンジ間の誤差や、測定周波数を変更した場合の誤差は無視できるようになる。更に、式（１７）中には電流検出のためのインピーダンスｒは現れてこない。このため、ｒ自体に周波数特性や位相特性の変化があったとしても測定結果に悪影響を及ぼさないという利点がある。
【００５６】
また、本発明は供試インピーダンス１０２に対して既知インピーダンス１０３をスイッチ１０５を用いて並列に挿入／非挿入して測定するが、この既知インピーダンス値は供試インピーダンス値に対して充分大きい値が用いられている。このため、スイッチ１０５のオン／オフによる供試インピーダンス両端電圧の変化分は小さいので測定電圧、電流のレンジ切り換えの必要がない。従って同一レンジ内で測定を行えるため、測定器のレンジを切り換える必要がないため、測定時にレンジ間誤差が発生しないというメリットもある。
【００５７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、種々の変更、拡張が考えられる。
【００５８】
例えば、第１の実施形態と同様に、供試インピーダンスＺに流れる電流を変化させるためにスイッチ１０５を用いたが、インピーダンス１０３の取付け／取外し、または並列回路への挿入/短絡を可能とする手段であれば、スイッチに限らず他の任意の手段を用いることができることは明らかである。また、インピーダンスの挿入、非挿入等に限らず、供試インピーダンスを含む回路に流れる電流を変化させることができる手段であれば、任意の手段が用いることができ、その手段は限定されないことも当業者であれば明らかである。
【００５９】
また、上記の実施形態例では、電流検出用にインピーダンス値ｒをもつインピーダンスを用いているが、これはＣＴ（カレントトランス）等の電流検出手段を用いてもよいことは勿論である。
【００６０】
更に、本発明では次のような特徴的な構成も採用されている。すなわち、図１に示す実施形態では、スイッチ５をオン／オフした場合、信号源１の内部インピーダンスに起因して供試インピーダンス２、インピーダンス３及び４の直列回路の両端電圧（＝信号源の端子電圧）が変動するため、測定レンジの上限または下限の近傍で測定している場合には、測定レンジを切り換える必要が生じる。
【００６１】
そこで、本発明では、スイッチ５のオン／オフに連動して信号源１の出力を変化させるように構成することができる。或いは、より一般的ではあるが、スイッチ５のオン／オフに連動して上記直列回路の両端電圧の変化を補償する手段を設けることもできる。すなわち、供試インピーダンスＺに流れる電流を変化させるタイミングに応じて、信号源１の出力を変化させたり、上記直列回路の両端電圧の変化の補償手段を設けるようにすることもできることは当然である。
【００６２】
尚、この事は図２の第２の実施例に対しても同様に適用できることは当然である。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるインピーダンス測定方法及び装置は、供試インピーダンスに流れる電流を変化させるため、例えば、既知インピーダンスをスイッチでオン／オフして挿入/非挿入させたとき、あるいはそれと等価であるが既知インピーダンスを挿入／非挿入したときのベクトル比を測定し、演算により供試インピーダンス値を測定しているため、ベクトル比測定器への入力レベルを適切に調節するためのシグナルコンディショナの伝達係数が浮遊容量の影響で変化したり、増幅機能時の伝達特性の劣化がなくなり、廉価で安定且つ高精度なインピーダンス測定が可能となる。
【００６４】
より具体的には、第１の実施形態例では、既知インピーダンスの値は通常小さいために測定時の測定値変化を小さい範囲に抑制できる。更に、インピーダンス測定時にレンジを切り換えないで済むのでシグナルコンディショナ及び測定器の誤差を無視できるようになる。
【００６５】
また、第２の実施形態例では、既知インピーダンスの値は通常充分大きいために測定時の測定値変化を小さい範囲に抑制できる。更に、インピーダンス測定時にレンジを切り換えないで済むのでシグナルコンディショナ及び測定器の誤差を無視できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインピーダンス測定方法・装置の第１の実施形態例を示す回路図である。
【図２】本発明によるインピーダンス測定方法・装置の第２の実施形態例を示す回路図である。
【図３】従来のインピーダンス測定装置の回路図である。
【符号の説明】
１、１０１、２０１ 信号源
２、１０２、２０２ 供試インピーダンス
３、１０３、２０３ 既知インピーダンス
４、１０４、２０４ インピーダンス
５、１０５、２０５ スイッチ
６、７ シグナルコンディショナ
１０６、１０７ シグナルコンディショナ
２０６、２０７ シグナルコンディショナ
８、１０８、２０８ ベクトル比測定器
Claims (13)
- 少なくとも供試インピーダンスを含む回路と、それと直列に接続され前記供試インピーダンスに流れる電流を検出する検出回路との直列回路に対し、信号源から信号を印加して、その印加電圧に対応する印加電圧と前記供試インピーダンスに流れる電流に対応する対応電流とを求め、得られた対応電圧と対応電流のベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を測定するインピーダンス測定方法において、
前記直列回路に予め定められたインピーダンス値をもつ既知インピーダンスを挿入／非挿入することにより、前記供試インピーダンスに流れる電流を変化させ、該電流変化の前後で得られた前記ベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を算出することを特徴とするインピーダンス測定方法。 - 前記既知インピーダンスの前記直列回路への挿入／非挿入は、前記既知インピーダンスに並列に接続されたスイッチのオン／オフにより行なうことを特徴とする請求項１に記載のインピーダンス測定方法。
- 少なくとも供試インピーダンスを含む回路と、それと直列に接続され前記供試インピーダンスに流れる電流を検出する検出回路との直列回路に対し、信号源から信号を印加して、その印加電圧に対応する印加電圧と前記供試インピーダンスに流れる電流に対応する対応電流とを求め、得られた対応電圧と対応電流のベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を測定するインピーダンス測定方法において、
前記供試インピーダンスに予め定められたインピーダンス値をもつ既知インピーダンスを並列に挿入／非挿入することにより、前記供試インピーダンスに流れる電流を変化させ、該電流変化の前後で得られた前記ベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を算出することを特徴とするインピーダンス測定方法。 - 前記供試インピーダンスに対して前記既知インピーダンスを並列に挿入／非挿入する方法は、前記既知インピーダンスに直列に接続されたスイッチのオン／オフにより行なうことを特徴とする請求項３に記載のインピーダンス測定方法。
- 前記対応電圧及び対応電流は、前記印加電圧及び前記インピーダンスに流れる電流を増幅または減衰させて所定レベルに調節することを特徴とする請求項１又は３のいずれかに記載のインピーダンス測定方法。
- 前記電流変化に連動して前記印加電圧を変化させて前記信号源の内部インピーダンスに起因する前記対応電圧の変化を補償することを特徴とする請求項１又は３のいずれかに記載のインピーダンス測定方法。
- 少なくとも供試インピーダンスを含む回路と、それと直列に接続され前記供試インピーダンスに流れる電流を検出する検出回路との直列回路に対し、信号源から信号を印加して、その印加電圧に対応する印加電圧と前記供試インピーダンスに流れる電流に対応する対応電流とを求める手段と、得られた対応電圧と対応電流のベクトル比を求める手段とを有し、得られたベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を算出するインピーダンス測定装置において、
前記供試インピーダンスに流れる電流を変化させる手段と、前記電流変化の前後で得られた前記ベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を算出するインピーダンス算出手段とを備え、
前記供試インピーダンスに流れる電流を変化させる手段は、予め定められたインピーダンス値をもつ既知インピーダンスを前記直列回路に挿入/ 非挿入する手段であることを特徴とするインピーダンス測定装置。 - 前記既知インピーダンスに並列に接続されたスイッチを有し、このスイッチのオン/ オフにより前記既知インピーダンスの前記直列回路への挿入／非挿入を行なうことを特徴とする請求項７に記載のインピーダンス測定装置。
- 少なくとも供試インピーダンスを含む回路と、それと直列に接続され前記供試インピーダンスに流れる電流を検出する検出回路との直列回路に対し、信号源から信号を印加して、その印加電圧に対応する印加電圧と前記供試インピーダンスに流れる電流に対応する対応電流とを求める手段と、得られた対応電圧と対応電流のベクトル比を求める手段とを有し、得られたベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を算出するインピーダンス測定装置において、
前記供試インピーダンスに流れる電流を変化させる手段と、前記電流変化の前後で得られた前記ベクトル比に基づいて前記供試インピーダンスの値を算出するインピーダンス算出手段とを備え、
前記供試インピーダンスに流れる電流を変化させる手段は、予め定められたインピーダンス値をもつ既知インピーダンスを前記供試インピーダンスに並列に挿入／非挿入する手段であることを特徴とするインピーダンス測定装置。 - 前記既知インピーダンスに直列に接続されたスイッチを有し、このスイッチのオン／オフにより前記供試インピーダンスに対して前記既知インピーダンスを並列に挿入／非挿入することを特徴とする請求項９に記載のインピーダンス測定装置。
- 前記印加電圧及び前記インピーダンスに流れる電流を増幅または減衰させて前記対応電圧及び対応電流を所定レベルに調節するシグナルコンディショナを備えることを特徴とする請求項７又は９のいずれかに記載のインピーダンス測定装置。
- 前記電流変化に連動して前記印加電圧を変化させて信号源の内部インピーダンスに起因する前記対応電圧の変化を補償する手段を有することを特徴とする請求項７又は９のいずれかに記載のインピーダンス測定装置。
- 前記電流検出手段は、抵抗またはカレントトランスであることを特徴とする請求項７又は９のいずれかに記載のインピーダンス測定装置。
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