JP5313033B2 - 電圧検出装置および線間電圧検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、検出対象体の検出対象交流電圧を非接触で検出する非接触型の電圧検出装置、およびこの電圧検出装置を備えた線間電圧検出装置に関するものである。

この種の電圧検出装置として、下記の特許文献１に開示された非接触型の電圧測定装置（以下、「電圧検出装置」ともいう）が知られている。この電圧検出装置は、検出対象体（試料）の電位の変化を非接触で読み取る非接触電位測定装置であって、先端が尖った金属針、この金属針を通してフィールドエミッション電流またはトンネル電流を検出してこの電流が一定になるように金属針に電圧を印加するフィードバック回路、および金属針の電圧を読み出す回路を備えている。この電圧検出装置では、金属針を検出対象体に近接させて保持すると、フィードバック回路によりフィールドエミッション電流またはトンネル電流が一定に制御される。したがって、このときの金属針の電圧は、検出対象体の電圧に追従するので、金属針の電圧を読み取ることにより検出対象体の電圧の変化を読み取ることが可能となっている。

また、本願発明者も、他の非接触型の電圧検出装置を既に提案している（特願２００８−１５８７５４）。この電圧検出装置も、検出対象体（測定対象体）に容量結合する検出電極を有するフローティング回路部のガード電極に対して電圧を印加すると共に、この電圧をフィードバック制御によって検出対象体の電圧に追従させることで、検出対象体の電圧を検出する構成を採用している。

特公平７−５８２９７号公報（第２頁、第１図）

ところが、本願発明者は、上記の各電圧検出装置についてさらに検討を行った結果、これらの電圧検出装置ではフィードバック制御方式を採用しているため、これらの電圧検出装置には、検出対象体の電圧が周波数の高い交流電圧（検出対象交流電圧）の場合に、回路素子の性能等に起因して、フィードバック制御によって生成している電圧が検出対象体の電圧に追従しきれずに、検出対象交流電圧を正確に検出するのが困難であるという解決すべき課題が存在していることを発見した。

本発明は、上記の課題を解決すべくなされたものであり、広帯域に亘る検出対象交流電圧を検出し得る非接触型の電圧検出装置を提供することを主目的とする。また、広帯域に亘る電路間の線間電圧を検出し得る線間電圧検出装置を提供することを他の主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の電圧検出装置は、検出対象体に生じている検出対象交流電圧を検出する電圧検出装置であって、前記検出対象体に対向して配設されて当該検出対象体と容量結合する検出電極と、基準電圧部の電圧を基準として生成されたフローティング電源で作動して、前記検出対象交流電圧と当該基準電圧部の前記電圧との間の交流の電位差に応じて振幅が変化する検出信号を出力する検出部と、周波数および振幅が一定の交流信号である参照信号を前記基準電圧部に出力する参照信号出力部と、前記検出信号を入力すると共に電気的に絶縁して絶縁検出信号として出力する絶縁部と、前記電位差が減少するように前記絶縁検出信号を増幅してフィードバック電圧を生成すると共に前記基準電圧部に出力するフィードバック制御部と、前記絶縁検出信号を増幅して増幅検出信号を生成する増幅回路、前記基準電圧部の前記電圧に基づく基準信号と前記増幅検出信号とを加算して出力信号として出力する加算回路、前記出力信号に含まれている前記参照信号と同一周波数の信号成分の振幅を示す検波信号を前記参照信号を用いた同期検波によって検出する同期検波回路、並びに前記加算回路での前記基準信号および前記増幅検出信号の加算によって当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号と同一周波数の信号成分である第１信号成分および当該基準信号に含まれている前記参照信号と同一周波数の信号成分である第２信号成分が相殺されるように、前記検波信号に基づいて前記増幅回路における前記絶縁検出信号の増幅時の利得を制御する制御部を有する信号抽出部とを備えている。

また、請求項２記載の電圧検出装置は、検出対象体に生じている検出対象交流電圧を検出する電圧検出装置であって、前記検出対象体に対向して配設されて当該検出対象体と容量結合する検出電極と、基準電圧部の電圧を基準として生成されたフローティング電源で作動して、前記検出対象交流電圧と当該基準電圧部の前記電圧との間の交流の電位差に応じて振幅が変化する検出信号を出力する検出部と、周波数および振幅が一定の交流信号である参照信号を前記基準電圧部に出力する参照信号出力部と、前記検出信号を入力すると共に電気的に絶縁して絶縁検出信号として出力する絶縁部と、前記電位差が減少するように前記絶縁検出信号を増幅してフィードバック電圧を生成すると共に前記基準電圧部に出力するフィードバック制御部と、前記絶縁検出信号を増幅して増幅検出信号を生成する増幅回路、前記基準電圧部の前記電圧に基づく基準信号と前記増幅検出信号とを減算して出力信号として出力する減算回路、前記出力信号に含まれている前記参照信号と同一周波数の信号成分の振幅を示す検波信号を前記参照信号を用いた同期検波によって検出する同期検波回路、並びに前記減算回路での前記基準信号と前記増幅検出信号との減算によって当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号と同一周波数の信号成分である第１信号成分および当該基準信号に含まれている前記参照信号と同一周波数の信号成分である第２信号成分が相殺されるように、前記検波信号に基づいて前記増幅回路における前記絶縁検出信号の増幅時の利得を制御する制御部を有する信号抽出部とを備えている。

また、請求項３記載の電圧検出装置は、請求項１または２記載の電圧検出装置において、前記出力信号に基づいて前記検出対象交流電圧を検出する処理部を備えている。

また、請求項４記載の電圧検出装置は、請求項３記載の電圧検出装置において、前記処理部は、前記出力信号に基づいて前記検出対象交流電圧の電圧値を算出する。

また、請求項５記載の電圧検出装置は、請求項１から４のいずれかに記載の電圧検出装置において、前記基準信号の振幅を変更して前記信号抽出部に出力する振幅変更部を備え、前記信号抽出部は、前記第１信号成分および前記振幅が変更された前記基準信号に含まれている前記第２信号成分を相殺可能に前記利得を制御する。

また、請求項６記載の線間電圧検出装置は、前記検出対象体としての対応する複数の電路に前記検出電極が対向可能に構成されて当該各電路に生じている交流電圧を前記検出対象交流電圧としてそれぞれ検出可能な複数の請求項１から５のいずれかに記載の電圧検出装置と、前記複数の電圧検出装置のうちの一対の電圧検出装置によって検出された２つの前記電路の前記交流電圧の差分電圧を算出して当該２つの電路間の線間電圧を求める算出部とを備えている。

請求項１，２記載の電圧検出装置では、参照信号出力部が基準電圧部に参照信号を出力し、フローティング電源で作動する検出部が、検出対象交流電圧と基準電圧部の電圧との間の交流の電位差に応じて振幅が変化する検出信号を出力し、絶縁部が検出信号を入力して絶縁検出信号として出力する。また、この絶縁検出信号に基づいて、フィードバック制御部が検出対象交流電圧に追従するようにフィードバック電圧を生成して基準電圧部に出力する。また、信号抽出部が、生成した増幅検出信号に含まれている参照信号の第１信号成分の振幅が基準信号に含まれている参照信号の第２信号成分の振幅となるように、絶縁検出信号の振幅を制御して増幅検出信号として出力すると共に、このように振幅が制御された増幅検出信号と基準信号とを加算または減算し、これにより、参照信号と同一の信号成分が除去された検出対象交流電圧の信号成分を生成して出力信号として出力する。

したがって、この電圧検出装置によれば、フィードバック制御部による検出動作だけでは検出し得なかった高い周波数帯域の検出対象交流電圧を、信号抽出部において生成される増幅検出信号に基づいて検出できるため、広い周波数帯域に亘って検出対象交流電圧を非接触で検出することができる。また、この電圧検出装置によれば、出力信号が検出対象体と検出電極との間の結合容量（静電容量）によって影響を受けない信号として検出できるため、静電容量の算出を行うことなく、検出対象交流電圧を非接触で検出することができる。

また、この電圧検出装置では、信号抽出部において、増幅回路が絶縁検出信号を所定の利得で増幅して増幅検出信号を生成し、同期検波回路が、増幅検出信号または出力信号に含まれている参照信号についての信号成分の振幅を示す検波信号を参照信号を用いた同期検波によって検出し、この検波信号に基づいて制御回路が増幅回路の利得を制御する。したがって、この電圧検出装置によれば、同期検波によって参照信号の信号成分を正確に検出することができるため、増幅検出信号に含まれている参照信号の信号成分を高い精度で相殺でき、これによって出力信号に含まれる参照信号の信号成分を大幅に低減することができる結果、検出対象交流電圧の検出精度を一層向上させることができる。

また、この電圧検出装置によれば、加算によって第１信号成分と第２信号成分とを相殺して出力信号を出力する加算回路、または減算によって第１信号成分と第２信号成分とを相殺して出力信号を出力する減算回路を備えたことにより、加算回路または減算回路といった回路で簡易に構成することができる回路で、参照信号についての第１信号成分と第２信号成分とを相殺して出力信号を出力することができる。したがって、装置構成の簡略化を図りつつ、出力信号を確実に生成することができる。

また、請求項３記載の電圧検出装置によれば、出力信号に基づいて検出対象交流電圧を検出する処理部を備えたことにより、例えば、処理部に対して一定間隔で検出対象交流電圧を検出させたり、また検出した検出対象交流電圧を表示装置などに波形として表示させることができ、利便性を高めることができる。

また、請求項４記載の電圧検出装置によれば、処理部が出力信号に基づいて検出対象交流電圧の電圧値を算出するため、検出対象交流電圧を正確に検出（測定）することができる。

また、請求項５記載の電圧検出装置によれば、参照信号の振幅を変更して信号抽出部に出力する振幅変更部を備え、信号抽出部は、第１信号成分および振幅が変更された参照信号に含まれている第２信号成分を相殺可能に増幅回路の利得を制御することにより、変更前における参照信号の振幅に対する変更後における参照信号の振幅の倍率をｋとしたときに、検出対象交流電圧の信号成分で構成される出力信号の振幅を１／ｋ倍することにより、検出対象交流電圧を検出することができる。したがって、この倍率ｋを変更することにより、検出対象交流電圧の検出範囲を広げることができる。

また、請求項６記載の線間電圧検出装置によれば、上記の電圧検出装置を使用したことにより、検出対象体である電路とこの電路に対応する検出電極との間の結合容量が未知の場合であっても、電路と検出電極との間の結合容量（静電容量）を算出することなく、広い周波数帯域に亘って線路間の線間電圧を非接触で正確に検出することができる。

電圧検出装置１の構成図である。 図１におけるフローティング回路部２の回路図である。 図１における増幅回路４１の回路図である。 電圧信号Ｓ４の周波数特性図である。 基準信号Ｓｒ１の周波数特性図である。 電圧検出装置１のフローティング回路部２から出力される絶縁検出信号Ｓ２の周波数特性図である。 増幅回路４１で生成される増幅検出信号Ｓ３の周波数特性図である。 出力信号Ｓｏの周波数特性図である。 電圧検出装置１を使用した線間電圧検出装置５１のブロック図である。

以下、添付図面を参照して、電圧検出装置および線間電圧検出装置の実施の形態について説明する。

最初に、電圧検出装置１について、図面を参照して説明する。

電圧検出装置１は、非接触型の電圧検出装置であって、図１に示すように、フローティング回路部２および本体回路部３を備え、グランド電位Ｖｇを基準として検出対象体４に生じている交流電圧Ｖ１（検出対象交流電圧）を非接触で検出可能に構成されている。

フローティング回路部２は、図１に示すように、ガード電極１１、検出電極１２、電源部１３、検出部１４および絶縁部１５を備えている。ガード電極１１は、導電性材料（例えば金属材料）を用いて、フローティング回路部２における基準電圧部として構成されて、その内部に検出電極１２、検出部１４および絶縁部１５が収容されている。なお、後述するように、絶縁部１５は、その一次側回路で入力した信号をその二次側回路から一次側回路と電気的に絶縁した状態で出力する機能を備えたものであるため、ガード電極１１で覆われるべき部位は、少なくとも一次側回路まででよいが、二次側回路についてもガード電極１１で覆われる構成を採用することもできる。また、本例では、一例として、ガード電極１１に開口部（孔）１１ａが形成されている。検出電極１２は、一例として平板状に形成されて、ガード電極１１内における開口部１１ａを臨む位置に、ガード電極１１と非接触な状態で配設されている。また、検出電極１２は、交流電圧Ｖ１の検出に際しては、図１に示すように検出対象体４と容量結合（静電容量Ｃ０）する。

電源部１３は、ガード電極１１の電圧Ｖｒを基準（ゼロボルト）とした種々のフローティング電圧を生成するフローティング電源として構成されている。また、電源部１３は、生成したフローティング電圧をガード電極１１内に配設された各構成要素に対して作動用電圧として供給する。本例では、一例として、電源部１３は、バッテリとＤＣ／ＤＣコンバータ（いずれも図示せず）とを備えて構成されて、ＤＣ／ＤＣコンバータがバッテリから出力される直流電圧に基づいて種々のフローティング電圧（例えば、プラス電圧であるＶｆ＋およびマイナス電圧であるＶｆ−）を作動用電圧として生成する。なお、図示はしないが、バッテリに代えて、ガード電極１１の外部からトランスを介して電気的に絶縁された状態でガード電極１１内に交流電圧を供給し、この交流電圧をガード電極１１内に設けた整流平滑部で直流電圧に変換してＤＣ／ＤＣコンバータに供給する構成を採用することもできる。

検出部１４は、ガード電極１１の電圧Ｖｒを基準として規定されたフローティング電圧Ｖｆ＋，Ｖｆ−の供給を受けて作動して、交流電圧Ｖ１とガード電極１１の電圧Ｖｒとの間の交流の電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に応じた電流値で流れる電流信号Ｉ（検出電流）に基づいて、交流の電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に応じて振幅が変化する検出信号Ｓ１を生成して出力する。この場合、ガード電極１１には、後述する参照信号出力部３１からコンデンサＣ３１ａを介して参照信号Ｓｓが出力（印加）されると共に、後述するフィードバック制御部３７から電圧信号Ｓ４が出力（印加）される。この構成により、電圧Ｖｒは、電圧信号Ｓ４の電圧（フィードバック電圧）Ｖ４と参照信号Ｓｓの電圧Ｖｓとの合成電圧となる。これにより、上記の電流信号Ｉは、参照信号Ｓｓに起因した電流信号成分（以下、「参照電流成分」ともいう）Ｉｓ１と、電圧信号Ｓ４に起因した電流信号成分（以下、「ＦＢ電流成分」ともいう）Ｉｂ１と、検出対象体４の交流電圧Ｖ１に起因した電流信号成分（以下、「対象電流成分」ともいう）Ｉｖ１とで構成され、この電流信号Ｉに基づく検出信号Ｓ１も、参照電流成分Ｉｓ１に基づく電圧信号成分（以下、「参照電圧成分」）Ｖｓ１と、ＦＢ電流成分Ｉｂ１に基づく電圧信号成分（以下、「ＦＢ電圧成分」）Ｖｂ１と、対象電流成分Ｉｖ１に基づく電圧信号成分（以下、「対象電圧成分」）Ｖｖ１とで構成されている。また、検出部１４は参照信号Ｓｓの電圧Ｖｓおよび電圧信号Ｓ４の電圧Ｖ４で変動するガード電極１１の電圧Ｖｒを基準として作動して検出信号Ｓ１を生成するため、検出信号Ｓ１に含まれる参照電圧成分Ｖｓ１は参照信号Ｓｓに対して逆位相の信号となり、検出信号Ｓ１に含まれるＦＢ電圧成分Ｖｂ１も電圧信号Ｓ４に対して逆位相の信号となる。

本例では、一例として、検出部１４は、図２に示すように、積分回路２１および増幅回路２２を含んで構成されている。積分回路２１は、非反転入力端子がガード電極１１に接続され、反転入力端子が検出電極１２に接続された演算増幅器２１ａ、演算増幅器２１ａの反転入力端子と出力端子との間に接続されたコンデンサ２１ｂ、およびコンデンサ２１ｂに並列に接続された抵抗２１ｃを備えている。この場合、コンデンサ２１ｂは、一例として０．０１μＦ程度のコンデンサで構成され、抵抗２１ｃは、例えば１ＭΩ程度の高い抵抗値の抵抗で構成されている。このため、この積分回路２１では、主としてコンデンサ２１ｂに電流信号Ｉが流れることにより、電流電圧変換動作と同時に積分動作が行われて、検出対象体４の交流電圧Ｖ１とガード電極１１の電圧Ｖｒとの交流の電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に比例して電圧値が変化する電圧信号Ｓ０が生成される。なお、この積分回路２１では、コンデンサ２１ｂのみでは直流付近での帰還量が著しく低下してゲインが極端に大きくなり、バイアス電流によるオフセットで演算増幅器２１ａが飽和する虞があり、この飽和によるダイナミックレンジの低下を抑制するため、抵抗２１ｃを配設している。増幅回路２２は、電圧信号Ｓ０を所定の増幅率で電圧増幅して検出信号Ｓ１として出力する。なお、図示はしないが、積分回路２１を、例えば電流信号Ｉを電圧信号に変換する電流電圧変換回路、およびこの電圧信号を積分して検出信号Ｓ１として出力する積分回路の２つの回路で構成することもできる。

絶縁部１５は、検出信号Ｓ１を入力すると共に電気的に絶縁して絶縁検出信号Ｓ２として出力する。具体的には、絶縁部１５は、一例として光絶縁素子（本例では、一例としてフォトカプラ）を用いて構成されて、その一次側回路としての発光ダイオード（不図示）に入力された検出信号Ｓ１を、その二次側回路としてのフォトトランジスタから絶縁検出信号Ｓ２として出力する。つまり、絶縁部１５は、検出信号Ｓ１と同位相で、かつ検出信号Ｓ１の振幅に比例して振幅が変化する信号を絶縁検出信号Ｓ２として出力する。なお、フォトカプラに代えて、一次側回路が発光ダイオードで構成され、かつ二次側回路がＦＥＴ対で構成された光ＭＯＳ−ＦＥＴを使用して絶縁部１５を構成することもできる。この場合、絶縁部１５では、その一次側回路は、フローティング電圧Ｖｆ＋，Ｖｆ−の供給を受けて作動する。また、検出信号Ｓ１が周波数の高い交流の場合には、トランスを使用して絶縁部１５を構成することもできる。

以上のように構成されたフローティング回路部２は、低い周波数（数Ｈｚ）から高い周波数（数百Ｈｚ）に亘る広い周波数帯域でフラットな周波数特性を有しており、上記したように、電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に応じた電流値で流れる電流信号Ｉ（検出電流）を検出して、この交流の電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に応じて振幅が変化する絶縁検出信号Ｓ２を生成して出力する。

本体回路部３は、図１に示すように、参照信号出力部３１、信号抽出部３２、処理部３３、記憶部３４、出力部３５、振幅変更部３６、およびフィードバック制御部３７を備えている。この場合、参照信号出力部３１は、グランド電位Ｖｇを基準として電圧Ｖｓが所定の周期で変化する振幅が一定の参照信号Ｓｓ（周波数および振幅が一定の交流信号）を生成して、コンデンサ３１ａを介してガード電極１１に出力する。本例では一例として、参照信号Ｓｓの周波数ｆｓは、後述するように、フィードバック制御部３７の応答可能な周波数帯域Ｗ１，２を超える周波数帯域Ｗ３内に規定されている（図４参照）。振幅変更部３６は、ガード電極１１に発生する電圧（電圧Ｖｒ）を電圧信号Ｓｒとして入力すると共に、その振幅を変更（ｋ倍：ｋは正の実数）して電圧信号（以下、基準信号ともいう）Ｓｒ１として出力する。この場合、電圧Ｖｒは、上記したように、電圧信号Ｓ４の電圧Ｖ４と参照信号Ｓｓの電圧Ｖｓとを含むため、基準信号Ｓｒ１は、ｋ倍された各電圧Ｖ４，Ｖｓの合成電圧となる。本例では一例として、振幅変更部３６は、アッテネータ（一例として直列に接続された２本の抵抗３６ａ，３６ｂ）で構成されて、電圧信号Ｓｒを分圧することによって振幅を変更して（本例では低下させて）、基準信号Ｓｒ１として出力する。なお、振幅変更部３６を所定の利得で信号を増幅する増幅器で構成して、電圧信号Ｓｒの振幅よりも基準信号Ｓｒ１の振幅を増大させることもできる。

信号抽出部３２は、一例として、増幅回路４１、加算回路４２、同期検波回路４３および制御回路４４を備え、絶縁検出信号Ｓ２を所定の利得で増幅して増幅検出信号Ｓ３を生成し、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分（以下、第１信号成分ともいう）、および基準信号Ｓｒ１に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分（以下、第２信号成分ともいう）を、増幅検出信号Ｓ３と基準信号Ｓｒ１との加算または減算（本例では一例として加算）によって相殺可能に絶縁検出信号Ｓ２の増幅の際の利得を制御することにより、後述するように交流電圧Ｖ１の信号成分で構成される出力信号Ｓｏを生成して出力する。この場合、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓの第１信号成分とは、参照信号Ｓｓのガード電極１１への出力（印加）に基づいて検出信号Ｓ１に含まれる参照電圧成分Ｖｓ１に起因する信号成分（つまり、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分）である。また、基準信号Ｓｒ１に含まれている参照信号Ｓｓの第２信号成分とは、参照信号Ｓｓのガード電極１１への出力（印加）に基づいて、基準信号Ｓｒ１に含まれる参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分である。

具体的には、増幅回路４１は、絶縁検出信号Ｓ２を入力すると共に、制御回路４４から出力される制御信号（具体的には制御電圧）Ｓｃのレベル（直流電圧レベル）によって規定される増幅率（利得は１以上でも１未満でもよい）で絶縁検出信号Ｓ２を増幅して、増幅検出信号Ｓ３を生成して出力する。一例として、増幅回路４１は、図３に示すように、演算増幅器４１ａ、演算増幅器４１ａの反転入力端子とグランド電位との間に配設された可変抵抗素子（本例では、一例として、Ｊ−ＦＥＴ（Junction Field Effect Transistor：接合型電界効果トランジスタ））４１ｂ、および演算増幅器４１ａの反転入力端子と出力端子との間に配設された抵抗４１ｃを備えて構成されて、全体として非反転増幅回路として構成されている。この場合、可変抵抗素子４１ｂは、入力される制御信号Ｓｃのレベルに応じてその抵抗値が変化する。このため、増幅回路４１は、入力される制御信号Ｓｃのレベルに応じてその増幅率を変化させると共に、絶縁検出信号Ｓ２をこの増幅率で増幅して増幅検出信号Ｓ３として出力する。なお、可変抵抗素子としては、外部から入力される電圧に応じて抵抗値が変化する素子であればよく、Ｊ−ＦＥＴ以外の素子や回路を使用して構成することもできる。本例では、一例として、可変抵抗素子４１ｂは、入力される制御信号Ｓｃのレベルが増加したときにはその抵抗値が減少し、制御信号Ｓｃのレベルが減少したときにはその抵抗値が増加するように構成されている。この構成により、増幅回路４１の増幅率は、制御信号Ｓｃのレベルが増加したときには増加し、制御信号Ｓｃのレベルが減少したときには減少する。

加算回路４２は、増幅検出信号Ｓ３および基準信号Ｓｒ１を入力すると共に両信号Ｓ３，Ｓｒ１を加算し、加算によって得られた加算信号を出力信号Ｓｏとして出力する。この場合、上記したように、検出信号Ｓ１は、参照信号Ｓｓに対して逆位相の参照電圧成分Ｖｓ１と、電圧信号Ｓ４に対して逆位相のＦＢ電圧成分Ｖｂ１と、交流電圧Ｖ１と同位相の対象電圧成分Ｖｖ１とで構成されている。このため、検出信号Ｓ１に基づいて生成される絶縁検出信号Ｓ２、および絶縁検出信号Ｓ２を増幅して生成される増幅検出信号Ｓ３もまた、参照信号Ｓｓに対して逆位相の信号成分、電圧信号Ｓ４に対して逆位相の信号成分、および交流電圧Ｖ１と同位相の信号成分で構成される。この場合、増幅検出信号Ｓ３は、自らに含まれている参照信号Ｓｓに対して逆位相となる第１信号成分（以下、「逆相信号成分」ともいう）の振幅が、後述するようにして最終的には、振幅変更部３６から出力される基準信号Ｓｒ１に含まれている参照信号Ｓｓの第２信号成分の振幅（参照信号Ｓｓの振幅をｋ倍した振幅：ｋ×Ｓｓ）と同じ振幅となるように制御される。

一方、電圧信号Ｓｒの電圧Ｖｒは上記したように電圧信号Ｓ４の電圧Ｖ４と参照信号Ｓｓの電圧Ｖｓとの合成電圧であるため、この電圧信号Ｓｒの振幅をｋ倍して生成された基準信号Ｓｒ１は、参照信号Ｓｓに対して同位相の信号成分（参照信号Ｓｓの振幅をｋ倍した信号）、および電圧信号Ｓ４に対して同位相の信号成分（電圧信号Ｓ４の振幅をｋ倍した信号）で構成される。

したがって、加算回路４２による両信号Ｓ３，Ｓｒ１の加算処理により、増幅検出信号Ｓ３を構成する参照信号Ｓｓの逆相信号成分（第１信号成分）と、基準信号Ｓｒ１を構成する参照信号Ｓｓに対して同位相の第２信号成分（以下、「同相信号成分」ともいう）とが相殺（キャンセル）される。このため、出力信号Ｓｏは、電圧信号Ｓ４に対して逆位相の信号成分および交流電圧Ｖ１に対して同位相の信号成分であって増幅検出信号Ｓ３を構成する信号成分と、電圧信号Ｓ４に対して同位相の信号成分であって基準信号Ｓｒ１を構成する信号成分（電圧信号Ｓ４の振幅をｋ倍した信号）とを含んで構成される。

同期検波回路４３は、出力信号Ｓｏおよび参照信号Ｓｓを入力すると共に、参照信号Ｓｓで出力信号Ｓｏを同期検波することにより、検波信号Ｖｄを生成して出力する。具体的には、同期検波回路４３は、同期検波により、出力信号Ｓｏに含まれる参照信号Ｓｓの信号成分（具体的には、参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分）の振幅の増減に応じて電圧の絶対値が増減し、かつ出力信号Ｓｏに含まれる参照信号Ｓｓの信号成分の位相が参照信号Ｓｓの位相と一致しているとき（同位相のとき）と１８０°ずれているとき（逆位相のとき）とで極性の異なる検波信号Ｖｄを生成して出力する。本例では、一例として、同期検波回路４３は、出力信号Ｓｏに含まれている所定の信号成分と参照信号Ｓｓとが同位相のときには正極性（正電圧）となり、逆位相のときには負極性（負電圧）となる検波信号Ｖｄを生成して出力する。

制御回路４４は、入力した検波信号Ｖｄの極性に基づいて電圧が増減する制御信号Ｓｃを生成して、増幅回路４１に出力する。本例では、一例として、制御回路４４は、入力した検波信号Ｖｄが正極性のときには、制御信号Ｓｃの電圧レベルを増加させ、一方、入力した検波信号Ｖｄが負極性のときには、制御信号Ｓｃの電圧レベルを減少させる。以上の構成により、信号抽出部３２では、増幅回路４１の利得（増幅率）に対するフィードバック制御が同期検波回路４３および制御回路４４によって行われて、制御回路４４が、増幅検出信号Ｓ３を構成する逆相信号成分（参照信号Ｓｓと同一周波数で逆位相の第１信号成分）の振幅が一定となるように（本例では加算回路４２に入力される基準信号Ｓｒ１を構成する同相信号成分（参照信号Ｓｓと同一周波数で同位相の第２信号成分）の振幅と同じ振幅となるように）増幅回路４１の増幅率を検波信号Ｖｄに基づいて制御する。これにより、増幅検出信号Ｓ３を構成する逆相信号成分の振幅が、加算回路４２に入力される基準信号Ｓｒ１の同相信号成分の振幅に一致させられる。したがって、加算回路４２は、上記したように、電圧信号Ｓ４に対して逆位相の信号成分、交流電圧Ｖ１に対して同位相の信号成分（以上、増幅検出信号Ｓ３を構成する信号成分）、および電圧信号Ｓ４に対して同位相の信号成分（基準信号Ｓｒ１を構成する信号成分）で構成される出力信号Ｓｏを生成して出力する。

この場合、検出対象体４と検出電極１２との間に形成される静電容量Ｃ０の大きさに応じて、電流信号Ｉに含まれる参照電流成分Ｉｓ１および対象電流成分Ｉｖ１が同じ割合で変動し、検出信号Ｓ１に含まれる参照電圧成分Ｖｓ１および対象電圧成分Ｖｖ１も同じ割合で変動する。したがって、増幅検出信号Ｓ３を構成する逆相信号成分（参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分）および交流電圧Ｖ１と同一周波数の信号成分についても、両成分は同じ割合で変動するが、信号抽出部３２では、上記したフィードバック制御により、増幅検出信号Ｓ３は、この信号Ｓ３を構成する逆相信号成分（第１信号成分）の振幅が基準信号Ｓｒ１を構成する同相信号成分（第２信号成分）の振幅と一致するように増幅回路４１によって生成される。このため、本例の構成では、出力信号Ｓｏに含まれている対象電流成分Ｉｖ１に基づく電圧成分、つまり増幅検出信号Ｓ３を構成する信号成分（電圧信号Ｓ４に対して逆位相の信号成分および交流電圧Ｖ１と同位相の信号成分）は、静電容量Ｃ０の大きさに拘わらず、その振幅が検出対象体４に発生している交流電圧Ｖ１と電圧信号Ｓ４との差分に対応した大きさとなる。また、出力信号Ｓｏに含まれている基準信号Ｓｒ１を構成する電圧信号Ｓ４に対して同位相の信号成分は、そもそも静電容量Ｃ０の大きさとは無関係に発生する信号成分である。したがって、出力信号Ｓｏは、静電容量Ｃ０の大きさに影響を受けない信号となる。

フィードバック制御部（電圧生成回路）３７は、絶縁検出信号Ｓ２を入力して増幅することにより、電圧Ｖ４（フィードバック電圧）の電圧信号Ｓ４を生成して、ガード電極１１に出力（印加）する。この場合、フィードバック制御部３７は、フローティング回路部２のガード電極１１、検出電極１２、検出部１４、および絶縁部１５と共にフィードバックループを形成して、交流電圧Ｖ１とガード電極１１の電圧Ｖｒとの電位差Ｖｄｉを減少させるように絶縁検出信号Ｓ２を増幅する増幅動作を行うことにより、電圧信号Ｓ４を生成する。本例では、一例として、フィードバック制御部３７は、交流増幅回路３７ａ、位相補償回路３７ｂおよび昇圧回路３７ｃを備えて構成されている。ここで、交流増幅回路３７ａは、絶縁検出信号Ｓ２を入力して増幅することにより、電圧信号Ｖ４ａを生成する。この場合、交流増幅回路３７ａは、絶縁検出信号Ｓ２の電圧値についての絶対値の増加・減少に対応して、電圧値の絶対値が変化する電圧信号Ｖ４ａを増幅動作によって生成する。

位相補償回路３７ｂは、フィードバック制御動作の安定化（発振防止）を図るため、電圧信号Ｖ４ａを入力してその位相を調整して電圧信号Ｖ４ｂとして出力する。昇圧回路３７ｃは、一例として昇圧トランスを用いて構成されて、電圧信号Ｖ４ｂを所定の倍率で昇圧することにより（極性は変えずに絶対を増加させることにより）、電圧信号Ｓ４を生成してガード電極１１に出力する。また、昇圧回路３７ｃは、その出力インピーダンスが高インピーダンスに規定されている。このように構成されたフィードバック制御部３７は、図４に示される周波数特性で振幅が変化する電圧信号Ｓ４を生成して出力する。この周波数特性により、フィードバック制御部３７は、応答可能な周波数帯域Ｗ１，２内における低域側の周波数帯域Ｗ１の周波数の信号（交流電圧Ｖ１）に対しては、良好に追従して、交流電圧Ｖ１と同じ電圧Ｖ４の電圧信号Ｓ４を生成して出力する。また、フィードバック制御部３７は、応答可能な周波数帯域Ｗ１，２内における高域側の周波数帯域Ｗ２に含まれる周波数の信号（交流電圧Ｖ１）に対しては、利得不足に起因して交流電圧Ｖ１に達しない電圧Ｖ４の電圧信号Ｓ４を生成して出力する。また、フィードバック制御部３７は、周波数帯域Ｗ２を超える周波数帯域Ｗ３の信号（参照信号Ｓｓを含む）については、追従し切れずに、電圧Ｖ４がほぼゼロボルトとなる電圧信号Ｓ４を生成して出力する。

処理部３３は、Ａ／Ｄ変換器およびＣＰＵ（いずれも図示せず）を備えて構成されて、出力信号Ｓｏの電圧波形（レベル）を所定周波数のサンプリングクロックでサンプリングしてデジタルデータＤ１に変換して記憶部３４に記憶させる記憶処理、このデジタルデータＤ１に基づいて交流電圧Ｖ１を算出する電圧算出処理、および算出した交流電圧Ｖ１を出力する出力処理を実行する。記憶部３４は、ＲＯＭやＲＡＭなどで構成されて、処理部３３での電圧算出処理において使用される電圧算出用テーブルＴＢが予め記憶されている。この電圧算出用テーブルＴＢの作成手順についてのその概要を説明する。一例として、既知の電圧Ｖｓ（一定）の参照信号Ｓｓをガード電極１１に出力して同期検波回路４３および制御回路４４によるフィードバック制御を行っている状態において、検出対象体４に発生させる交流電圧Ｖ１の振幅を所定の電圧ステップで変化させつつデジタルデータＤ１を取得して、その電圧ステップで変化させた交流電圧Ｖ１に対応付けてデジタルデータＤ１を交流電圧Ｖ１の電圧値と共に記憶させることで、電圧算出用テーブルＴＢを作成する。この構成により、処理部３３は、取得したデジタルデータＤ１に対応する交流電圧Ｖ１の電圧値を電圧算出用テーブルＴＢを参照して取得することにより、検出対象体４の交流電圧Ｖ１を算出することが可能となっている。出力部３５は、本例では、一例としてディスプレイ装置で構成されて、処理部３３での出力処理において、交流電圧Ｖ１の波形や算出した電圧パラメータ（振幅や実効値）を表示させる。

次いで、電圧検出装置１による検出対象体４の交流電圧Ｖ１に対する検出動作について説明する。

まず、検出電極１２が非接触の状態で検出対象体４に対向するように、フローティング回路部２（または電圧検出装置１全体）を検出対象体４の近傍に位置させる。これにより、図１に示すように、検出電極１２と検出対象体４との間に静電容量Ｃ０が形成された状態となる。この場合、静電容量Ｃ０の容量値は、検出電極１２と検出対象体４の距離に反比例して変化するが、フローティング回路部２を一旦配設した後は、温度などの環境が一定の条件下においては一定の（変動しない）値となる。また、静電容量Ｃ０の容量値が一般的に極めて小さい（例えば数ｐＦ〜数十ｐＦ程度）ため、交流電圧Ｖ１の周波数が数百Ｈｚ程度であったとしても、検出対象体４と検出電極１２との間のインピーダンスが十分に大きな値（数ＭΩ）となる。このため、この電圧検出装置１では、検出対象体４の交流電圧Ｖ１とガード電極１１の電圧Ｖｒとが大きく異なる場合（電位差Ｖｄｉが大きい場合）においても、検出部１４を構成する演算増幅器２１ａに入力耐圧の低い安価な製品を使用することができ、この構成においても、電位差Ｖｄｉによる演算増幅器２１ａの破壊が回避されている。

また、検出電極１２と検出対象体４とが静電容量Ｃ０を介して交流的に接続されることにより、グランド電位Ｖｇから、検出対象体４、検出電極１２、検出部１４、ガード電極１１、コンデンサ３１ａ、参照信号出力部３１およびフィードバック制御部３７を介してグランド電位Ｖｇに至る電流経路Ａ（図１中において一点鎖線で示す経路）が形成される。このため、フローティング回路部２および本体回路部３の作動状態においては、この電流経路Ａには、参照信号Ｓｓの電圧Ｖｓに起因した参照電流成分Ｉｓ１と、検出対象体４の交流電圧Ｖ１に起因した対象電流成分Ｉｖ１と、フィードバック制御部３７からガード電極１１に出力される電圧信号Ｓ４の電圧Ｖ４に起因したＦＢ電流成分Ｉｂ１で構成される電流信号Ｉが流れている。

これにより、フローティング回路部２では、図１，２に示すように、検出部１４の積分回路２１が電流信号Ｉを積分して電圧信号Ｓ０を生成し、増幅回路２２がこの電圧信号Ｓ０を増幅して検出信号Ｓ１として出力する。また、絶縁部１５は、この検出信号Ｓ１を入力して、検出信号Ｓ１と電気的に絶縁された絶縁検出信号Ｓ２として出力する。

また、本体回路部３では、フィードバック制御部３７が、この絶縁検出信号Ｓ２に基づいて電圧信号Ｓ４を生成してガード電極１１に出力している。この場合、フィードバック制御部３７は、図４に示される周波数特性で振幅が変化する電圧信号Ｓ４、つまり、低い周波数帯域Ｗ１では交流電圧Ｖ１と同一の振幅となり、高い周波数帯域Ｗ３では振幅がゼロとなり、中間の周波数帯域Ｗ２では、周波数の上昇に伴い交流電圧Ｖ１と同一の状態からゼロに向けて振幅が次第に減少する電圧信号Ｓ４を生成して、ガード電極１１に出力している。振幅変更部３６は、ガード電極１１に発生する電圧Ｖｒ（電圧信号Ｓ４の電圧Ｖ４と参照信号Ｓｓの電圧Ｖｓとの合成電圧）を電圧信号Ｓｒとして入力して、その振幅を変更（ｋ倍）することにより、図５に示す周波数特性の基準信号Ｓｒ１として出力している。

また、フィードバック制御部３７が上記したように作動して、図４に示される周波数特性の電圧信号Ｓ４を生成してガード電極１１に出力しているため、交流電圧Ｖ１とこの電圧信号Ｓ４との電位差Ｖｄｉに基づいて上記のようにしてフローティング回路部２が生成する絶縁検出信号Ｓ２は、交流電圧Ｖ１および電圧信号Ｓ４についての信号成分（交流電圧Ｖ１と同一の周波数成分）に関して、電圧信号Ｓ４の周波数特性（図４参照）と逆の周波数特性（図６参照）で振幅が変化する信号となっている。つまり、フローティング回路部２は、図６に示すように、低い周波数帯域Ｗ１では、電圧信号Ｓ４の電圧Ｖ４が交流電圧Ｖ１と同一電圧にフィードバック制御されることで、電位差Ｖｄｉがゼロになっているため、振幅がゼロとなり、高い周波数帯域Ｗ３では、電圧信号Ｓ４の電圧Ｖ４がほぼゼロになることで、電位差Ｖｄｉが交流電圧Ｖ１となるため、交流電圧Ｖ１に比例した振幅となり、中間の周波数帯域Ｗ２では、周波数の上昇に伴いゼロの状態から周波数帯域Ｗ３での振幅に向けて次第に増加する絶縁検出信号Ｓ２を生成して出力している。

信号抽出部３２では、上記したように、増幅回路４１の利得（増幅率）に対するフィードバック制御が同期検波回路４３および制御回路４４によって行われて、制御回路４４が、増幅検出信号Ｓ３を構成する逆相信号成分（参照信号Ｓｓと同一周波数で逆位相の第１信号成分）の振幅が一定となるように（本例では加算回路４２に入力される基準信号Ｓｒ１を構成する同相信号成分（参照信号Ｓｓと同一周波数で同位相の第２信号成分）の振幅と同じ振幅となるように）、増幅回路４１の増幅率を検波信号Ｖｄに基づいて制御する。これにより、増幅回路４１は、逆相信号成分の振幅が加算回路４２に入力される基準信号Ｓｒ１の同相信号成分の振幅と一致する信号であって、図７に示す周波数特性を有する増幅検出信号Ｓ３を生成して出力する。この場合、同図に示すように、周波数帯域Ｗ３での増幅検出信号Ｓ３の振幅は、交流電圧Ｖ１のｋ倍となって、図５に示すように、周波数帯域Ｗ１での基準信号Ｓｒ１の振幅（交流電圧Ｖ１のｋ倍）と一致した状態となっている。

したがって、加算回路４２は、図８に示すように、上記した図５に示す周波数特性（図８中において一点鎖線で表された特性）の基準信号Ｓｒ１（電圧信号Ｓ４に対して同位相の信号成分で構成される信号）に、上記した図７に示す周波数特性（図８中において細い実線で表された特性）の増幅検出信号Ｓ３（電圧信号Ｓ４に対して逆位相の信号成分および交流電圧Ｖ１に対して同位相の信号成分で構成される信号）を加算することにより、交流電圧Ｖ１に対して同位相の信号成分だけで構成され、かつ低い周波数帯域Ｗ１から高い周波数帯域Ｗ３までの広い周波数帯域に亘ってフラットな周波数特性（図８中において太い実線で表された特性）の出力信号Ｓｏ（広帯域に亘って振幅が交流電圧Ｖ１の振幅のｋ倍となる信号。）を生成して出力する。この場合、増幅検出信号Ｓ３および基準信号Ｓｒ１に含まれている参照信号Ｓｓについての各信号成分は、図８において破線で示すように、互いの振幅が一致した状態であるため相殺される。

次いで、処理部３３が、記憶処理を実行して、出力信号Ｓｏを入力すると共にデジタルデータＤ１に変換して記憶部３４に記憶させる。続いて、処理部３３が、電圧算出処理を実行する。この電圧算出処理では、処理部３３は、記憶部３４に記憶されているデジタルデータＤ１を読み出すと共に、電圧算出用テーブルＴＢを参照して、読み出したデジタルデータＤ１に対応する交流電圧Ｖ１を取得する。また、処理部３３は、この取得した交流電圧Ｖ１に基づいて、例えば交流電圧Ｖ１の実効値や振幅などを算出して記憶部３４に記憶させる。最後に、処理部３３は、出力処理を実行して、記憶部３４に記憶されている交流電圧Ｖ１の実効値や振幅などを、ディスプレイ装置で構成された出力部３５に表示させる。これにより、電圧検出装置１による検出対象体４の交流電圧Ｖ１の検出が完了する。なお、出力処理において、処理部３３が、取得した交流電圧Ｖ１に基づいて、交流電圧Ｖ１の電圧波形を出力部３５に表示させる構成を採用することもできる。

この電圧検出装置１では、参照信号出力部３１がガード電極１１に参照信号Ｓｓを出力し、フローティング電圧（プラス電圧Ｖｆ＋およびマイナス電圧Ｖｆ−）の供給を受けて作動する検出部１４が、検出電極１２を介して検出対象体４とガード電極１１との間に交流電圧Ｖ１とガード電極１１の電圧Ｖｒとの間の交流の電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に応じた電流値で流れる電流信号Ｉに基づいて、交流の電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に応じて振幅が変化する検出信号Ｓ１を出力し、絶縁部１５が検出信号Ｓ１を入力して絶縁検出信号Ｓ２として出力する。また、この絶縁検出信号Ｓ２に基づいて、フィードバック制御部３７が交流電圧Ｖ１に追従するように電圧信号Ｓ４（電圧Ｖ４）を生成してガード電極１１に出力する。また、信号抽出部３２が、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓの第１信号成分の振幅が基準信号Ｓｒ１に含まれている参照信号Ｓｓの第２信号成分の振幅となるように、絶縁検出信号Ｓ２に対する利得を制御して増幅検出信号Ｓ３の振幅を変えて出力すると共に、このように振幅が変更させられた増幅検出信号Ｓ３と基準信号Ｓｒ１とを加算し、これにより、参照信号Ｓｓについての信号成分（参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分）が除去された交流電圧Ｖ１の信号成分を生成して出力信号Ｓｏとして出力し、処理部３３が、この交流電圧Ｖ１の信号成分で構成される出力信号Ｓｏのレベルに基づいて交流電圧Ｖ１を検出および算出する。

したがって、この電圧検出装置１によれば、フィードバック制御部３７による検出動作だけでは検出し得なかった高い周波数帯域の交流電圧Ｖ１を、信号抽出部３２において生成される増幅検出信号Ｓ３に基づいて検出できるため、広い周波数帯域に亘って交流電圧Ｖ１を非接触で検出することができる。また、この電圧検出装置１によれば、出力信号Ｓｏが検出対象体４と検出電極１２との間の結合容量（静電容量Ｃ０）によって影響を受けない信号として検出できるため、静電容量Ｃ０の算出を行うことなく、交流電圧Ｖ１を非接触で検出することができる。

また、この電圧検出装置１では、信号抽出部３２において、同期検波回路４３が、出力信号Ｓｏに含まれている参照信号Ｓｓについての信号成分の振幅を示す検波信号Ｖｄを参照信号Ｓｓを用いた同期検波によって検出し、制御回路４４が、この検波信号Ｖｄに基づいて増幅回路４１の利得を制御する。したがって、この電圧検出装置１によれば、同期検波によって参照信号Ｓｓの信号成分を正確に検出することができ、これにより、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓの第１信号成分についての振幅を、基準信号Ｓｒ１に含まれている参照信号Ｓｓの第２信号成分についての振幅に高い精度で一致させることができる。この結果、第１信号成分および第２信号成分を高い精度で相殺することができ、これにより、出力信号Ｓｏに含まれる参照信号Ｓｓの信号成分を大幅に低減することができるため、交流電圧Ｖ１の検出精度を一層向上させることができる。

また、この電圧検出装置１では、増幅検出信号Ｓ３を構成する参照信号Ｓｓに対する逆位相の第１信号成分（逆相信号成分）を、基準信号Ｓｒ１に含まれている参照信号Ｓｓと同位相の第２信号成分で相殺（キャンセル）する処理を実行する加算回路４２を相殺回路として備えて信号抽出部３２が構成され、制御回路４４は、加算回路４２に入力される増幅検出信号Ｓ３に含まれている第１信号成分を基準信号Ｓｒ１に含まれている第２信号成分で相殺可能に増幅回路４１の利得を制御する。したがって、この電圧検出装置１によれば、加算回路のような簡易な回路で相殺回路を構成することができるため、装置構成の簡略化を図りつつ、出力信号Ｓｏを確実に生成することができる。

また、この電圧検出装置１によれば、出力信号Ｓｏに基づいて交流電圧Ｖ１を検出する処理部３３を備えたことにより、処理部３３に対して、交流電圧Ｖ１を一定間隔で検出させたり、また、検出した交流電圧Ｖ１を記憶部３４に記憶させて保存したり、記憶部３４に記憶されている交流電圧Ｖ１に基づいて、交流電圧Ｖ１の電圧波形を出力部３５に表示させることができる。

また、この電圧検出装置１によれば、処理部３３が出力信号Ｓｏに基づいて交流電圧Ｖ１の電圧値を算出するため、交流電圧Ｖ１を検出（測定）することができる。

また、この電圧検出装置１によれば、振幅変更部３６での倍率ｋを変更することにより、測定できる交流電圧Ｖ１の範囲を拡大することができる。例えば、処理部３３での出力信号Ｓｏの入力レベルに規定がある場合（上記のようにＡ／Ｄ変換器を備えた構成では、Ａ／Ｄ変換器の入力定格によって出力信号Ｓｏの入力レベルが所定例ベル以下に制限される）においても、倍率ｋを数値１／１０とすることにより、数値１としたとき（参照信号Ｓｓを加算回路４２に直接入力する構成）と比較して、規定された出力信号Ｓｏの入力レベルを満足させつつ、より高電圧の交流電圧Ｖ１まで検出（測定）することができる。

なお、上記の電圧検出装置１では、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓについての第１信号成分が、基準信号Ｓｒ１に含まれている参照信号Ｓｓについての第２信号成分に対して逆位相になっていることを利用して、相殺回路として加算回路４２を使用して、増幅検出信号Ｓ３に含まれている第１信号成分と基準信号Ｓｒ１に含まれている第２信号成分とを相殺しているが、検出部１４、絶縁部１５および増幅回路４１において、検出信号Ｓ１、絶縁検出信号Ｓ２および増幅検出信号Ｓ３の位相を反転させたり、相殺回路に基準信号Ｓｒ１を反転させて出力することも可能である。この構成においては、加算回路４２に入力される参照信号Ｓｓについての第１および第２信号成分を同位相とすることもできるため、この場合には、相殺回路として減算回路を使用することで、増幅検出信号Ｓ３に含まれている第１信号成分と基準信号Ｓｒ１に含まれている第２信号成分とを相殺することができる。

また、上記の例では、ガード電極１１の電圧Ｖｒを電圧信号Ｓｒとしたときに、この電圧信号Ｓｒの振幅を振幅変更部３６で変更して基準信号Ｓｒ１として相殺回路（上記例では加算回路４２）に入力する構成を採用しているが、振幅変更部３６の配設を省略して、電圧信号Ｓｒを基準信号として相殺回路に入力する構成を採用することもできる。この構成においては、信号抽出部３２では、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓの第１信号成分についての振幅が、基準信号としての電圧信号Ｓｒに含まれている参照信号Ｓｓの第２信号成分についての振幅と一致するようにフィードバック制御される。したがって、この構成では、出力信号Ｓｏに含まれている対象電流成分Ｉｖ１に基づく電圧成分の振幅は等倍の状態（つまり、交流電圧Ｖ１と等しい電圧）で検出される。このため、処理部３３は、この検出された対象電流成分Ｉｖ１に基づく電圧成分から直接的に交流電圧Ｖ１を検出することができる。

また、上記の電圧検出装置１では、例えば、絶縁部１５と増幅回路４１との間、参照信号出力部３１と加算回路４２との間、および参照信号出力部３１と同期検波回路４３との間をそれぞれ直接接続する構成を採用したが、図示はしないが、必要に応じてバッファを介装する構成を採用することもできる。また、参照信号出力部３１から出力される参照信号Ｓｓをそのままのレベルで同期検波回路４３に供給する構成を採用した例について上記したが、図示はしないが、一例として分圧抵抗などで構成されるアッテネータを使用して、参照信号Ｓｓを必要なレベルに低減させて、同期検波回路４３に供給する構成を採用することもできる。

また、図示はしないが、アナログ信号である絶縁検出信号Ｓ２をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部、および参照信号出力部３１から信号抽出部３２に供給されるアナログ信号である参照信号Ｓｓをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部を本体回路部３内に設けることにより、信号抽出部３２での処理をすべてデジタル処理で行う構成を採用することもできる。この場合、処理部３３に信号抽出部３２の機能を持たせる構成を採用することもでき、この構成によれば、回路部品点数を大幅に低減することができる。また、処理部３３の機能と、信号抽出部３２の機能とをソフトウェアで実現してもよいし、ハードウェア（ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やロジックアレイ）で実現することもできる。

次に、上記した電圧検出装置１を複数利用した線間電圧検出装置５１について説明する。

最初に、線間電圧検出装置５１について、図面を参照して説明する。なお、以下では、三相（Ｒ相、Ｓ相およびＴ相）三線式の交流電路（以下、「電路」ともいう）Ｒ，Ｓ，Ｔの線間電圧を検出する例について説明する。

線間電圧検出装置５１は、一例として、図９に示すように、電路Ｒ，Ｓ，Ｔの数と同数（３つ）の電圧検出装置１（以下、各電路Ｒ，Ｓ，Ｔに対応させて電圧検出装置１ｒ，１ｓ，１ｔ（以下、特に区別しないときには「電圧検出装置１」ともいう）、算出部５２、および表示部５３を備え、電路Ｒ，Ｓ間の線間電圧Ｖｒｓ、電路Ｓ，Ｔ間の線間電圧Ｖｓｔ、および電路Ｒ，Ｔ間の線間電圧Ｖｒｔを非接触で検出可能に構成されている。

各電圧検出装置１は、図９に示すように、上記したフローティング回路部２および本体回路部３をそれぞれ備えて同一に構成されて、各電路Ｒ，Ｓ，Ｔを検出対象体としてこれらの交流電圧Ｖｒｐ，Ｖｓｐ，Ｖｔｐ（各々が検出対象交流電圧）の実効値を検出して、実効値を示すデータを検出データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃとして出力する。以下、検出データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃについては、特に区別しないときには「検出データＤｖ」ともいう。本例では、各電圧検出装置１の出力部３５は、データの送信が可能な送信装置で構成されて、処理部３３から入力した検出データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃを算出部５２に送信する機能を備えている。なお、電圧検出装置１における出力部３５を除く他の構成要素については、前述した構成と同一であるため、詳細な説明を省略する。

算出部５２は、ＣＰＵおよびメモリ（いずれも図示せず）を備えて構成されて、各電圧検出装置１から出力された検出データＤｖに基づいて、線間電圧を算出（検出）する線間電圧算出処理を実行する。また、算出部５２は、線間電圧算出処理の結果を表示部５３に表示させる。表示部５３は、本例では、液晶ディスプレイなどのモニタ装置で構成されている。なお、プリンタなどの印字装置で構成することもできる。また、各本体回路部３は、後述するように互いのグランド電位Ｖｇとなる部位（例えば、本体回路部３の筐体）Ｇ１同士が接続される。また、一例として、算出部５２および表示部５３は、３つの本体回路部３のうちのいずれか１つの本体回路部３に含まれている電源回路（不図示）から電圧の供給を受けて作動する。

次いで、線間電圧検出装置５１の検出動作について説明する。

まず、検出に際して、図９に示すように、電圧検出装置１ｒで電路Ｒの交流電圧Ｖｒｐを検出するため、そのフローティング回路部２を電路Ｒに近づけると共に、その検出電極１２を対応する電路Ｒに対向させる。同様にして、他の電圧検出装置１ｓ，１ｔについても、電路Ｓ，Ｔの交流電圧Ｖｓｐ，Ｖｔｐを検出するため、各フローティング回路部２の検出電極１２を対応する電路Ｓ，Ｔにそれぞれ対向させる。これにより、各検出電極１２と各電路Ｒ，Ｓ，Ｔとの間に静電容量Ｃ０（図１参照）がそれぞれ形成された状態となり、各電圧検出装置１ｒ，１ｓ，１ｔにおいて、対応する電路Ｒ，Ｓ，Ｔの交流電圧Ｖｒｐ，Ｖｓｐ，Ｖｔｐの検出が開始される。この場合、上記したように、各電圧検出装置１ｒ，１ｓ，１ｔでは、静電容量Ｃ０の容量値の如何に拘わらず、処理部３３によって交流電圧Ｖｒｐ，Ｖｓｐ，Ｖｔｐが正確に検出される。

また、各電圧検出装置１ｒ，１ｓ，１ｔでは、出力部３５が、処理部３３によって算出された各電路Ｒ，Ｓ，Ｔの交流電圧Ｖｒｐ，Ｖｓｐ，Ｖｔｐについての実効値を、それぞれ検出データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃとして出力する。

算出部５２は、各電圧検出装置１から出力された各検出データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃを入力してメモリに記憶する。次いで、算出部５２は、線間電圧算出処理を実行する。具体的には、算出部５２は、各検出データＤｖａ，Ｄｖｂで示される交流電圧Ｖｒｐ，Ｖｓｐの各実効値の差分電圧を算出することにより、各電路Ｒ，Ｓ間の線間電圧Ｖｒｓを求める（検出する）。また、算出部５２は、同様にして、各検出データＤｖｂ，Ｄｖｃで示される交流電圧Ｖｓｐ，Ｖｔｐの各実効値の差分電圧を算出することにより、各電路Ｓ，Ｔ間の線間電圧Ｖｓｔを求め（検出し）、各電圧データＤｖａ，Ｄｖｃで示される交流電圧Ｖｒｐ，Ｖｔｐの各実効値の差分電圧を算出することにより、各電路Ｒ，Ｔ間の線間電圧Ｖｒｔを求める（検出する）。また、算出部５２は、算出した線間電圧Ｖｒｓ，Ｖｓｔ，Ｖｒｔを表示部５３に表示させる。

このように、この線間電圧検出装置５１によれば、電圧検出装置１を使用したことにより、各電圧検出装置１における検出電極１２と、各電圧検出装置１の検出対象体としての各電路Ｒ，Ｓ，Ｔとの間の結合容量（静電容量Ｃ０）が未知の状態であっても、これらの結合容量を算出することなく、広い周波数帯域に亘って線間電圧Ｖｒｓ，Ｖｓｔ，Ｖｒｔを非接触で正確に検出することができる。

１，１ｒ，１ｓ，１ｔ 電圧検出装置
２ フローティング回路部
３ 本体回路部
４ 検出対象体
１１ ガード電極
１１ａ 開口部
１２ 検出電極
１４ 検出部路
１５ 絶縁部
３１ 参照信号出力部
３２ 信号抽出部
３３ 処理部
３６ 振幅変更部
３７ フィードバック制御部
４１ 増幅回路
４２ 加算回路
４３ 同期検波回路
４４ 制御回路
５１ 線間電圧検出装置
５２ 算出部
Ｉ 電流信号
Ｒ，Ｓ，Ｔ 電路
Ｓ１ 検出信号
Ｓ２ 絶縁検出信号
Ｓ３ 増幅検出信号
Ｓｏ 出力信号
Ｓｓ 参照信号
Ｖ１，Ｖｒｐ，Ｖｓｐ，Ｖｔｐ 交流電圧
Ｖｄｉ 電位差
Ｖｒｓ，Ｖｒｔ，Ｖｓｔ 線間電圧

Claims (6)

1. 検出対象体に生じている検出対象交流電圧を検出する電圧検出装置であって、
   前記検出対象体に対向して配設されて当該検出対象体と容量結合する検出電極と、
   基準電圧部の電圧を基準として生成されたフローティング電源で作動して、前記検出対象交流電圧と当該基準電圧部の前記電圧との間の交流の電位差に応じて振幅が変化する検出信号を出力する検出部と、
   周波数および振幅が一定の交流信号である参照信号を前記基準電圧部に出力する参照信号出力部と、
   前記検出信号を入力すると共に電気的に絶縁して絶縁検出信号として出力する絶縁部と、
   前記電位差が減少するように前記絶縁検出信号を増幅してフィードバック電圧を生成すると共に前記基準電圧部に出力するフィードバック制御部と、
   前記絶縁検出信号を増幅して増幅検出信号を生成する増幅回路、前記基準電圧部の前記電圧に基づく基準信号と前記増幅検出信号とを加算して出力信号として出力する加算回路、前記出力信号に含まれている前記参照信号と同一周波数の信号成分の振幅を示す検波信号を前記参照信号を用いた同期検波によって検出する同期検波回路、並びに前記加算回路での前記基準信号および前記増幅検出信号の加算によって当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号と同一周波数の信号成分である第１信号成分および当該基準信号に含まれている前記参照信号と同一周波数の信号成分である第２信号成分が相殺されるように、前記検波信号に基づいて前記増幅回路における前記絶縁検出信号の増幅時の利得を制御する制御部を有する信号抽出部とを備えている電圧検出装置。
2. 検出対象体に生じている検出対象交流電圧を検出する電圧検出装置であって、
   前記検出対象体に対向して配設されて当該検出対象体と容量結合する検出電極と、
   基準電圧部の電圧を基準として生成されたフローティング電源で作動して、前記検出対象交流電圧と当該基準電圧部の前記電圧との間の交流の電位差に応じて振幅が変化する検出信号を出力する検出部と、
   周波数および振幅が一定の交流信号である参照信号を前記基準電圧部に出力する参照信号出力部と、
   前記検出信号を入力すると共に電気的に絶縁して絶縁検出信号として出力する絶縁部と、
   前記電位差が減少するように前記絶縁検出信号を増幅してフィードバック電圧を生成すると共に前記基準電圧部に出力するフィードバック制御部と、
   前記絶縁検出信号を増幅して増幅検出信号を生成する増幅回路、前記基準電圧部の前記電圧に基づく基準信号と前記増幅検出信号とを減算して出力信号として出力する減算回路、前記出力信号に含まれている前記参照信号と同一周波数の信号成分の振幅を示す検波信号を前記参照信号を用いた同期検波によって検出する同期検波回路、並びに前記減算回路での前記基準信号と前記増幅検出信号との減算によって当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号と同一周波数の信号成分である第１信号成分および当該基準信号に含まれている前記参照信号と同一周波数の信号成分である第２信号成分が相殺されるように、前記検波信号に基づいて前記増幅回路における前記絶縁検出信号の増幅時の利得を制御する制御部を有する信号抽出部とを備えている電圧検出装置。
3. 前記出力信号に基づいて前記検出対象交流電圧を検出する処理部を備えている請求項１または２記載の電圧検出装置。
4. 前記処理部は、前記出力信号に基づいて前記検出対象交流電圧の電圧値を算出する請求項３記載の電圧検出装置。
5. 前記基準信号の振幅を変更して前記信号抽出部に出力する振幅変更部を備え、
   前記信号抽出部は、前記第１信号成分および前記振幅が変更された前記基準信号に含まれている前記第２信号成分を相殺可能に前記利得を制御する請求項１から４のいずれかに記載の電圧検出装置。
6. 前記検出対象体としての対応する複数の電路に前記検出電極が対向可能に構成されて当該各電路に生じている交流電圧を前記検出対象交流電圧としてそれぞれ検出可能な複数の請求項１から５のいずれかに記載の電圧検出装置と、
   前記複数の電圧検出装置のうちの一対の電圧検出装置によって検出された２つの前記電路の前記交流電圧の差分電圧を算出して当該２つの電路間の線間電圧を求める算出部とを備えている線間電圧検出装置。

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