JP4500451B2 - 容量測定システムのための測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
この発明はいくつかの電極を有する容量測定システムであって、伝導体の形状及び位置などの特性をその電気伝導体の両端のこれら各対の電極間の容量結合によって決定するシステムに関する。このために、ａｃ電圧が電極のそれぞれに印加され、電極から流れる電流が測定される。それぞれの結合容量は測定電圧及び電極電流の値から計算することができる。
【０００２】
このような測定システムは、たとえば、LU-A-88 828に記載されている。この測定システムは少なくとも一つの伝達電極と、伝導体によって容量結合されている少なくとも一つの受容電極とを有する。この受容電極は解析回路に接続されており、この解析回路が測定された信号を参照信号と比較することによって伝導体に対する伝達アンテナの容量結合を決定する。
【０００３】
アースされた測定器具を使用して容量結合を測定する場合、接地に対する伝導体の容量はエラー源を形成する。特許出願LU 88 828は回路のｄｃ絶縁によってこのエラーを除去することを提案している。ここでは、伝達電極からの信号はシステムの接地から絶縁され、接地と検知される物体との間の寄生容量の影響が低減されている。しかしながら、このタイプの絶縁は比較的高価であるため、辛うじて、半導体技術においてのみ組み込み可能である。
【０００４】
この発明の目的は、このタイプの容量測定システムにおける容量測定方法であって、個々のコンポーネントを接地からｄｃ絶縁することなく実行できる方法を提案することである。
【０００５】
この目的は一つの方法によって達成される。その方法とは、電気伝導体に対する少なくとも二つの電極の容量結合を決定するための方法であって、ａｃ電圧がそれぞれの電極に印加され、それぞれの電極から流れる電流が測定される方法である。この発明によれば、それぞれの電極から流れる電流がｎ回、ｎ≧２、測定され、また、異なるａｃ電圧がそれぞれの測定に対して電極に印加され、さらに、結合容量がｎ回測定において得られたそれぞれの電流及び電圧値を用いてネットワーク解析で計算される。
【０００６】
異なる測定電圧で複数回測定することによって、ネットワーク解析を用いて方程式を与えることが可能となり、その方程式を解くことによって異なる容量（結合容量及び寄生容量）が得られる。異なる測定電圧で二つの測定値をとることによる二つの電極の結合容量は六元連立方程式においてキルヒホッフの法則から求められる。たとえば、その方程式から、関連する結合容量及び寄生容量、また、これらを通って流れる寄生電流が計算できる。これにより、それぞれの結合容量を正確に計算することが可能である。
【０００７】
結果的に、従来の技術と異なり、この方法においては、物体と接地との間の寄生容量を技術的手段又は機器によって排除する必要がない。寄生容量は残存していてもよく、測定される変数に対して複数の測定を行うことによって、それらは関連する結合容量の計算に適宜考慮され、したがって、関連する容量値に含まれることはない。このことは、関連する値が極めて正確に決定されることを意味している。さらに、前記方法に沿って作動する測定装置においては、コンポーネントと接地との間のｄｃ絶縁を形成するのに必要な複雑な技術はもはや不要である。
【０００８】
電圧源及び電流測定の精度を別にすれば、計算値の許容誤差は結合容量、特に、容量の相互の比率に依存する。したがって、測定精度を最適化するためには、（ｉ＋１）番目の測定においてそれぞれの電極に印加されるａｃ電圧がｉ番目の結果に依存し、その場合において、１≦ｉ≦ｎ−１であることが有用である。電極を経て流れる電流に対する二回目の測定のための測定電圧はこの方法によって好ましく設定され、たとえば、二回目の測定の感度が一回目の測定で得られた容量値に対して最適になるように設定される。
【０００９】
結合容量決定の精度をさらに向上させるためには、３回以上、すなわち、ｎ＞２の測定を実施し、加えて、ネットワーク解析から計算された結合容量を解析するために、統計的方法を付加的に使用することが有用である。
この発明の実施の形態が添付の図面を参照して以下に説明される。
【００１０】
図１は測定のベースとなる等価ネットワークを示す図である。決定の対象である容量は測定電極６００，６０１と電界を形成する物体３００との間の結合容量２００，２０１であるとともに、物体３００と接地４００との間の結合容量２０２である。測定電極６００，６０１に印加されるａｃ測定電圧１００，１０１は同一の周波数及び位相を有しており、測定電子部品によって設定された電流５００，５０１が電極へ流される。そのプロセスにおいて、それぞれの電極電流の一部が別の電極へと流れ、残部５０２が結合容量２０２を経て接地４００へと流れる。二つの測定が異なる電圧で実施され、その後、結合容量２００，２０１，２０２がネットワーク解析を用いて計算される。これを可能にするためには、印加される測定電圧は相互にリニアコンビネーションであってはならない。
【００１１】
容量Ｃ０，Ｃ１及びＣＭを決定するために、異なる測定電圧における二つの測定が実施されなくてはならない（図２）。第１の測定は電圧Ｖ００及びＶ１０で実施される。この場合、電流Ｉ００及びＩ０１が測定される。センサー電圧Ｖ０１及びＶ１１での第２の測定においては、センサー電流Ｉ０１及びＩ１１が得られる。第１に、キルヒホッフの電圧電流法則を用いて方程式が与えられる。式中、ｆは測定周波数である。
【００１２】
【数１】
【００１３】
次に、この方程式がＣ０、Ｃ１及びＣＭについて解かれ、結合容量が求められる。
【００１４】
【数２】
【００１５】
電圧源及び電流測定の精度を別にすれば、計算値の許容誤差は結合容量、特に、容量の相互の比率に依存する。したがって、測定精度を最適化するためには、一回目の測定の結果に依存する二回目の測定の測定電圧を得ることが有用である。結合容量のために決定された値に対する許容誤差をさらに減少させるために、測定は三回以上の測定電圧構成で実施され、また、計算された結合容量値をバックアップするために統計法が採用されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 測定のベースとなる等価ネットワークを示す図である。
【図２】 二つの連続測定の略図である。
【符号の説明】
３００ 物体
４００ 接地
６００，６０１ 測定電極
この発明はいくつかの電極を有する容量測定システムであって、伝導体の形状及び位置などの特性をその電気伝導体の両端のこれら各対の電極間の容量結合によって決定するシステムに関する。このために、ａｃ電圧が電極のそれぞれに印加され、電極から流れる電流が測定される。それぞれの結合容量は測定電圧及び電極電流の値から計算することができる。
【０００２】
このような測定システムは、たとえば、LU-A-88 828に記載されている。この測定システムは少なくとも一つの伝達電極と、伝導体によって容量結合されている少なくとも一つの受容電極とを有する。この受容電極は解析回路に接続されており、この解析回路が測定された信号を参照信号と比較することによって伝導体に対する伝達アンテナの容量結合を決定する。
【０００３】
アースされた測定器具を使用して容量結合を測定する場合、接地に対する伝導体の容量はエラー源を形成する。特許出願LU 88 828は回路のｄｃ絶縁によってこのエラーを除去することを提案している。ここでは、伝達電極からの信号はシステムの接地から絶縁され、接地と検知される物体との間の寄生容量の影響が低減されている。しかしながら、このタイプの絶縁は比較的高価であるため、辛うじて、半導体技術においてのみ組み込み可能である。
【０００４】
この発明の目的は、このタイプの容量測定システムにおける容量測定方法であって、個々のコンポーネントを接地からｄｃ絶縁することなく実行できる方法を提案することである。
【０００５】
この目的は一つの方法によって達成される。その方法とは、電気伝導体に対する少なくとも二つの電極の容量結合を決定するための方法であって、ａｃ電圧がそれぞれの電極に印加され、それぞれの電極から流れる電流が測定される方法である。この発明によれば、それぞれの電極から流れる電流がｎ回、ｎ≧２、測定され、また、異なるａｃ電圧がそれぞれの測定に対して電極に印加され、さらに、結合容量がｎ回測定において得られたそれぞれの電流及び電圧値を用いてネットワーク解析で計算される。
【０００６】
異なる測定電圧で複数回測定することによって、ネットワーク解析を用いて方程式を与えることが可能となり、その方程式を解くことによって異なる容量（結合容量及び寄生容量）が得られる。異なる測定電圧で二つの測定値をとることによる二つの電極の結合容量は六元連立方程式においてキルヒホッフの法則から求められる。たとえば、その方程式から、関連する結合容量及び寄生容量、また、これらを通って流れる寄生電流が計算できる。これにより、それぞれの結合容量を正確に計算することが可能である。
【０００７】
結果的に、従来の技術と異なり、この方法においては、物体と接地との間の寄生容量を技術的手段又は機器によって排除する必要がない。寄生容量は残存していてもよく、測定される変数に対して複数の測定を行うことによって、それらは関連する結合容量の計算に適宜考慮され、したがって、関連する容量値に含まれることはない。このことは、関連する値が極めて正確に決定されることを意味している。さらに、前記方法に沿って作動する測定装置においては、コンポーネントと接地との間のｄｃ絶縁を形成するのに必要な複雑な技術はもはや不要である。
【０００８】
電圧源及び電流測定の精度を別にすれば、計算値の許容誤差は結合容量、特に、容量の相互の比率に依存する。したがって、測定精度を最適化するためには、（ｉ＋１）番目の測定においてそれぞれの電極に印加されるａｃ電圧がｉ番目の結果に依存し、その場合において、１≦ｉ≦ｎ−１であることが有用である。電極を経て流れる電流に対する二回目の測定のための測定電圧はこの方法によって好ましく設定され、たとえば、二回目の測定の感度が一回目の測定で得られた容量値に対して最適になるように設定される。
【０００９】
結合容量決定の精度をさらに向上させるためには、３回以上、すなわち、ｎ＞２の測定を実施し、加えて、ネットワーク解析から計算された結合容量を解析するために、統計的方法を付加的に使用することが有用である。
この発明の実施の形態が添付の図面を参照して以下に説明される。
【００１０】
図１は測定のベースとなる等価ネットワークを示す図である。決定の対象である容量は測定電極６００，６０１と電界を形成する物体３００との間の結合容量２００，２０１であるとともに、物体３００と接地４００との間の結合容量２０２である。測定電極６００，６０１に印加されるａｃ測定電圧１００，１０１は同一の周波数及び位相を有しており、測定電子部品によって設定された電流５００，５０１が電極へ流される。そのプロセスにおいて、それぞれの電極電流の一部が別の電極へと流れ、残部５０２が結合容量２０２を経て接地４００へと流れる。二つの測定が異なる電圧で実施され、その後、結合容量２００，２０１，２０２がネットワーク解析を用いて計算される。これを可能にするためには、印加される測定電圧は相互にリニアコンビネーションであってはならない。
【００１１】
容量Ｃ０，Ｃ１及びＣＭを決定するために、異なる測定電圧における二つの測定が実施されなくてはならない（図２）。第１の測定は電圧Ｖ００及びＶ１０で実施される。この場合、電流Ｉ００及びＩ０１が測定される。センサー電圧Ｖ０１及びＶ１１での第２の測定においては、センサー電流Ｉ０１及びＩ１１が得られる。第１に、キルヒホッフの電圧電流法則を用いて方程式が与えられる。式中、ｆは測定周波数である。
【００１２】
【数１】
次に、この方程式がＣ０、Ｃ１及びＣＭについて解かれ、結合容量が求められる。
【００１４】
【数２】
電圧源及び電流測定の精度を別にすれば、計算値の許容誤差は結合容量、特に、容量の相互の比率に依存する。したがって、測定精度を最適化するためには、一回目の測定の結果に依存する二回目の測定の測定電圧を得ることが有用である。結合容量のために決定された値に対する許容誤差をさらに減少させるために、測定は三回以上の測定電圧構成で実施され、また、計算された結合容量値をバックアップするために統計法が採用されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 測定のベースとなる等価ネットワークを示す図である。
【図２】 二つの連続測定の略図である。
【符号の説明】
３００ 物体
４００ 接地
６００，６０１ 測定電極
Claims (5)
- 電気伝導体に対する少なくとも二つの電極の容量結合を決定するための方法であって、
ａｃ電圧がそれぞれの電極に印加され、それぞれの電極から流れる電流が測定され、
それぞれの電極から流れる電流がｎ回、ｎ≧２、測定され、異なるａｃ電圧がそれぞれの測定に対して電極に印加され、また、結合容量がｎ回測定において得られたそれぞれの電流及び電圧値を用いてネットワーク解析で計算される方法。 - （ｉ＋１）番目の測定においてそれぞれの電極に印加されるａｃ電圧がｉ番目の結果に依存し、その場合において、１≦ｉ≦ｎ−１である請求項１に記載の方法。
- ｎ＞２であり、ネットワーク解析から計算された結合容量を解析するために、統計的方法が使用される請求項１又は請求項２に記載の方法。
- 請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法の使用であって、
伝導体の形状及び／又は位置を決定するための使用。 - 請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法の使用であって、
車両内における乗員の位置を容量測定システムによって決定するための使用。
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|---|---|---|---|
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