JP5615010B2 - 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電圧計測装置（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、電線の絶縁物についての一部の表面を覆うことが可能な検出電極および検出電極を覆うシールド電極を備えた検出プローブと、所定の周波数の信号を出力する発振器とを備え、発振器の信号を検出電極に加えることによって、検出電極と電線の導体との間のインピーダンスを計測し、導体に印加された電圧に起因して検出電極から流出する電流を検出用抵抗器（抵抗値：Ｒ１）を用いて計測し、電流とインピーダンスとから導体に印加された電圧を計測することが可能となっている。

具体的には、この電圧検出装置では、まず、検出プローブを開き、発振器からの信号を検出用抵抗器を介して検出電極に印加している状態において、シールド電極と接地との間の静電容量（以下、説明のため第１静電容量という）の計測を行う。この計測によって得られる第１静電容量は、検出用抵抗器の抵抗値が第１静電容量についてのリアクタンスに比べて無視できる程度に小さいため、発振器から出力される信号電圧、検出用抵抗器の抵抗値、発振器から出力される信号の角周波数、および検出用抵抗の両端電圧から算出される。

次いで、電線を挟んで検出プローブを閉じ、発振器からの信号を検出用抵抗器を介して検出電極に印加している状態での静電容量（以下、説明のため第２静電容量という）の計測を行う。これによって計測される第２静電容量は、上記した第１静電容量と、検出電極および電線間の静電容量（以下、説明のため第３静電容量という）との合成容量となり、検出用抵抗器の抵抗値がこの合成容量についてのリアクタンスに比べて無視できる程度に小さいため、発振器から出力される信号電圧、検出用抵抗器の抵抗値、発振器から出力される信号の角周波数、および検出用抵抗の両端電圧から算出される。また、算出された第２静電容量から上記した第１静電容量を減算することにより、第３静電容量、つまり検出電極と電線の導体との間の静電容量が算出される。

続いて、電線を挟んで検出プローブを閉じ、発振器からの信号を検出用抵抗器を介して検出電極に印加している状態での、導体に印加された電圧に起因する検出用抵抗器の両端電圧を求める。導体の側から見た検出用抵抗器を経由する回路のインピーダンスは、検出用抵抗器の抵抗値と第３静電容量のリアクタンスとの加算値となるが、検出用抵抗器の抵抗値が第３静電容量についてのリアクタンスに比べて無視できる程度に小さいため、第３静電容量についてのリアクタンスとなる。これにより、検出用抵抗器に流れる電流は、導体に印加された電圧をこのリアクタンスで除算した値となるため、検出用抵抗器の両端電圧は、検出用抵抗器に流れる電流に検出用抵抗器の抵抗値を乗算した値となる。この場合、この検出用抵抗器の両端電圧は、導体に印加された電圧の角周波数、検出電極と電線との間の第３静電容量、導体に印加されている電圧、および検出用抵抗器の抵抗値の各パラメータで表される。したがって、電圧検出装置では、導体に印加されている電圧を、検出用抵抗器の両端電圧、導体に印加された電圧の角周波数、検出電極と電線との間の第３静電容量、および検出用抵抗器の抵抗値から算出して、表示部に表示させる。

特許第３１５８０６３号公報（第４−６頁、第３図）

ところが、上記の電圧検出装置には、以下のような問題点がある。すなわち、この電圧検出装置には、電圧の検出（計測）動作が正常に行われているか否かをチェック（診断）する機能が設けられていないため、検出された電圧に対する信頼性が低いという解決すべき課題が存在している。

本発明は、上記の問題を解決すべくなされたものであり、検出された交流電圧に対する信頼性を向上させ得る電圧検出装置を提供することを主目的とする。

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、参照信号を出力する参照信号出力部と、一端が前記検出電極に接続されると共に他端が前記参照信号出力部に接続されて当該他端に前記参照信号が印加される検出抵抗、および一対の入力端子のうちの１つの入力端子が前記検出抵抗の前記一端に接続されると共に他の１つの入力端子が当該検出抵抗の前記他端に接続されて、前記検出対象交流電圧と前記参照信号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する差動増幅部を有する検出部と、前記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つつ、当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号の信号成分についての振幅が一定となるように前記利得を制御すると共に、前記検出対象交流電圧の信号成分を当該増幅検出信号から抽出して出力信号として出力する信号抽出部とを備え、前記信号抽出部は、前記検出信号を前記利得で増幅して前記増幅検出信号を生成する増幅回路と、当該増幅検出信号および前記出力信号のうちのいずれか１つの信号に含まれている前記参照信号の信号成分の振幅を示す検波信号を前記参照信号出力部から出力される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と、前記増幅回路の前記利得を前記検波信号に基づいて制御する制御回路とを備えて構成され、前記検出信号および前記増幅検出信号のうちのいずれか１つの信号に含まれている前記参照信号の信号成分についてのレベルを検出すると共に、当該検出したレベルが規定レベル以上のときに動作正常と判別する判別処理、および当該検出したレベルが当該規定レベル未満のときに動作異常と判別する判別処理のうちの少なくとも１つの処理を実行する判別部を備えている。

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、参照信号を出力する参照信号出力部と、一端が前記検出電極に接続されると共に他端が前記参照信号出力部に接続されて当該他端に前記参照信号が印加される検出抵抗、および一対の入力端子のうちの１つの入力端子が前記検出抵抗の前記一端に接続されると共に他の１つの入力端子が当該検出抵抗の前記他端に接続されて、前記検出対象交流電圧と前記参照信号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する差動増幅部を有する検出部と、前記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つつ、当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号の信号成分についての振幅が一定となるように前記利得を制御すると共に、前記検出対象交流電圧の信号成分を当該増幅検出信号から抽出して出力信号として出力する信号抽出部とを備え、前記信号抽出部は、前記検出信号を前記利得で増幅して前記増幅検出信号を生成する増幅回路と、当該増幅検出信号および前記出力信号のうちのいずれか１つの信号に含まれている前記参照信号の信号成分の振幅を示す検波信号を前記参照信号出力部から出力される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と、前記増幅回路の前記利得を前記検波信号に基づいて制御する制御回路とを備えて構成され、前記出力信号に含まれている前記参照信号の信号成分についてのレベルおよび前記検波信号のレベルのうちのいずれか１つのレベルを検出すると共に、当該検出したレベルが規定レベル以下のときに動作正常と判別する判別処理、および当該検出したレベルが当該規定レベルを超えるときに動作異常と判別する判別処理のうちの少なくとも１つの処理を実行する判別部を備えている。

また、請求項３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、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つつ、当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号の信号成分についての振幅が一定となるように前記利得を制御すると共に、前記検出対象交流電圧の信号成分を当該増幅検出信号から抽出して出力信号として出力する信号抽出部とを備え、前記信号抽出部は、前記絶縁検出信号を前記利得で増幅して前記増幅検出信号を生成する増幅回路と、当該増幅検出信号および前記出力信号のうちのいずれか１つの信号に含まれている前記参照信号の信号成分の振幅を示す検波信号を前記参照信号出力部から出力される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と、前記増幅回路の前記利得を前記検波信号に基づいて制御する制御回路とを備えて構成され、前記絶縁検出信号および前記増幅検出信号のうちのいずれか１つの信号に含まれている前記参照信号の信号成分についてのレベルを検出すると共に、当該検出したレベルが規定レベル以上のときに動作正常と判別する判別処理、および当該検出したレベルが当該規定レベル未満のときに動作異常と判別する判別処理のうちの少なくとも１つの処理を実行する判別部を備えている。

また、請求項４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、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つつ、当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号の信号成分についての振幅が一定となるように前記利得を制御すると共に、前記検出対象交流電圧の信号成分を当該増幅検出信号から抽出して出力信号として出力する信号抽出部とを備え、前記信号抽出部は、前記絶縁検出信号を前記利得で増幅して前記増幅検出信号を生成する増幅回路と、当該増幅検出信号および前記出力信号のうちのいずれか１つの信号に含まれている前記参照信号の信号成分の振幅を示す検波信号を前記参照信号出力部から出力される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と、前記増幅回路の前記利得を前記検波信号に基づいて制御する制御回路とを備えて構成され、前記出力信号に含まれている前記参照信号の信号成分についてのレベルおよび前記検波信号のレベルのうちのいずれか１つのレベルを検出すると共に、当該検出したレベルが規定レベル以下のときに動作正常と判別する判別処理、および当該検出したレベルが当該規定レベルを超えるときに動作異常と判別する判別処理のうちの少なくとも１つの処理を実行する判別部を備えている。

請求項１記載の電圧検出装置では、検出部が、検出対象体と容量結合する検出電極に接続されると共に参照信号出力部から参照信号を入力して、検出対象交流電圧と参照信号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、信号抽出部が、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つつ、増幅検出信号に含まれている参照信号の信号成分についての振幅が一定となるように利得を制御すると共に、検出対象交流電圧の信号成分を増幅検出信号から抽出して出力信号として出力する。

また、請求項３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し、信号抽出部が、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つつ、増幅検出信号に含まれている参照信号の信号成分についての振幅が一定となるように利得を制御すると共に、検出対象交流電圧の信号成分を増幅検出信号から抽出して出力信号として出力する。

これらの電圧検出装置の場合、検出対象体と検出電極との間の結合容量（静電容量）を含む１つの電流経路に、参照信号に起因した電流と検出対象交流電圧に起因した電流とが流れ、両電流に基づく電圧成分（参照信号の信号成分および検出対象交流電圧の信号成分）によって検出信号や絶縁検出信号（以下、まとめて「検出信号等」ともいう）が構成されている。したがって、これらの電圧検出装置によれば、増幅検出信号に含まれている参照信号の信号成分の振幅が一定となるように、信号抽出部が検出信号等に対する利得を制御して増幅検出信号を生成するため、検出対象体と検出電極との間の結合容量が未知の場合であっても（結合容量の容量値に拘わらず）、増幅検出信号に含まれている検出対象交流電圧の信号成分についての感度が一定の感度になるように、つまり、出力信号に含まれている検出対象交流電圧の信号成分の振幅が検出対象交流電圧の振幅に対応した大きさとなるように制御されるため、この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に基づいて、検出対象交流電圧を正確に検出することができる。この結果、この電圧検出装置によれば、検出対象体と検出電極との間の結合容量（静電容量）を算出する手間を省いて（結合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。さらに、これら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、これらの電圧検出装置では、装置が正常に動作している状態において検出電極と検出対象体とが容量結合したときには、参照信号出力部から出力される参照信号に起因した電流成分が検出対象体と検出部との間に流れ、この電流成分に起因した信号成分が検出信号等および増幅検出信号に常に含まれた状態となっている。これにより、これらの電圧検出装置によれば、一例としてこの正常動作時における検出信号等および増幅検出信号のうちのいずれか１つの信号に含まれている参照信号の信号成分（参照信号に起因した信号成分）のレベルの下限値を規定レベルとして予め算出しておくことにより、検出信号等および増幅検出信号のうちのいずれか１つの信号に含まれている参照信号の信号成分についてのレベルを検出すると共に、この検出したレベルが規定レベル以上のときに動作正常と判別する判別処理、およびこの検出したレベルが規定レベル未満のときに動作異常と判別する判別処理のうちの少なくとも１つの処理を判別部が実行するため、オペレータは、この判別処理の結果に基づいて、電圧検出装置において電圧の検出動作が正常に行われているか否かの診断（判別）を行うことができる。したがって、これらの電圧検出装置によれば、検出された検出対象交流電圧が動作正常時のものであるか、動作異常時のものであるかをオペレータに認識させることができるため、検出された検出対象交流電圧に対する信頼性を高めることができる。

また、請求項２記載の電圧検出装置でも、請求項１記載の電圧検出装置と同様にして、信号抽出部において、増幅回路が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構成となっている。

また、請求項４記載の電圧検出装置では、請求項３記載の電圧検出装置と同様にして、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構成となっている。

したがって、これらの電圧検出装置においても、上記した請求項１，３記載の電圧検出装置と同様にして、信号抽出部が、増幅検出信号に含まれている参照信号の信号成分の振幅が一定となるように検出信号等に対する利得を制御して増幅検出信号を生成するため、検出対象体と検出電極との間の結合容量が未知の場合であっても（結合容量の容量値に拘わらず）、増幅検出信号に含まれている検出対象交流電圧の信号成分についての感度が一定の感度になるように、つまり、出力信号に含まれている検出対象交流電圧の信号成分の振幅が検出対象交流電圧の振幅に対応した大きさとなるように制御される。この結果、この電圧検出装置によっても、請求項１，３記載の電圧検出装置と同様にして、検出対象体と検出電極との間の結合容量（静電容量）を算出する手間を省いて（結合容量の算出を行うことなく）、この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に基づいて、検出対象交流電圧を非接触で検出することができる。さらに、これら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、高い精度で検波信号を検出でき、これによって出力信号に含まれている検出対象交流電圧の信号成分の振幅を高い精度で一定に制御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、これらの電圧検出装置においても、上記した請求項１，３記載の電圧検出装置と同様にして、一例として正常動作時における出力信号に含まれている参照信号の信号成分についてのレベルおよび検波信号のレベルのうちのいずれか１つのレベルの上限値を規定レベルとして予め算出しておくことにより、検波信号のレベルを検出すると共に、この検出したレベルが規定レベル以下のときに動作正常と判別する判別処理、およびこの検出したレベルが規定レベルを超えるときに動作異常と判別する判別処理のうちの少なくとも１つの処理を判別部が実行することで、オペレータは、この判別処理の結果に基づいて、電圧検出装置において電圧の検出動作が正常に行われているか否かの診断（判別）を行うことができる。したがって、これらの電圧検出装置によっても、検出された検出対象交流電圧が動作正常時のものであるか、動作異常時のものであるかをオペレータに認識させることができるため、検出された検出対象交流電圧に対する信頼性を高めることができる。

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。 電圧検出装置１Ａの構成図である。 電圧検出装置１Ｂの構成図である。 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１Ｂ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。 検出部１４Ａの回路図である。

以下、添付図面を参照して、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を介して結合）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、電圧Ｖｒをゼロボルトとしたときに、電圧Ｖｒに対して正電圧である第１フローティング電圧Ｖｆ＋、および電圧Ｖｒに対して第１フローティング電圧Ｖｆ＋と絶対値が等しい負電圧である第２フローティング電圧Ｖｆ−。以下、単にフローティング電圧Ｖｆ＋、フローティング電圧Ｖｆ−ともいう）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、検出電極１２に接続されると共に、参照信号出力部３１から参照信号Ｓｓを入力して（参照信号Ｓｓが印加されて）、交流電圧Ｖ１に基づいて流れる検出対象電流（交流電圧Ｖ１に起因した電流信号成分）Ｉｖ１、および参照信号Ｓｓに基づいて流れる参照電流（参照信号Ｓｓに起因した電流信号成分）Ｉｓ１の両電流値に応じて振幅が変化する検出信号Ｓ１を出力する。具体的には、検出部１４は、ガード電極１１の電圧Ｖｒに対して正電圧であるフローティング電圧Ｖｆ＋および負電圧であるフローティング電圧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から参照信号Ｓｓが出力（印加）される。この構成により、電圧Ｖｒは、参照信号Ｓｓの電圧Ｖｓと一致する。これにより、上記の電流信号Ｉは、参照信号Ｓｓに起因した参照電流Ｉｓ１と、交流電圧Ｖ１に起因した検出対象電流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Ｉｓ１に基づく電圧信号成分（以下、「参照電圧成分」）Ｖｓ１と、検出対象電流Ｉｖ１に基づく電圧信号成分（以下、「検出対象電圧成分」）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で変動するガード電極１１の電圧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の電圧Ｖｓ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。

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、フィルタ３８、処理部３３、記憶部３４および出力部３５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。一例として正弦波信号）を生成して、ガード電極１１に出力する。これにより、ガード電極１１は、その電圧Ｖｒが参照信号Ｓｓの電圧Ｖｓに規定される。つまり、ガード電極１１の電圧Ｖｒは、参照信号Ｓｓの電圧Ｖｓと一致した状態で所定の周期で変化する。本例では、参照信号出力部３１が参照信号Ｓｓをガード電極１１に直接出力する構成を採用しているが、参照信号Ｓｓは交流信号であるため、図示はしないが、参照信号出力部３１がコンデンサを介して参照信号Ｓｓをガード電極１１に出力する構成とすることもできる。また、参照信号出力部３１は、参照信号Ｓｓを信号抽出部３２にも出力する。なお、同図において破線で示されている振幅変更部３６は、本例では本体回路部３には含まれていない。このため、参照信号出力部３１から出力された参照信号Ｓｓは直接、信号抽出部３２に入力される。また、本例では、一例として、参照信号Ｓｓは、その周波数が検出対象体４の交流電圧Ｖ１の周波数よりも高い周波数に規定されている。この場合、参照信号Ｓｓの周波数を検出対象体４の交流電圧Ｖ１の周波数よりも低い周波数に規定することもできる。

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の信号成分および参照信号Ｓｓを、増幅検出信号Ｓ３と参照信号Ｓｓとの加算または減算（本例では加算）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と共に、交流電圧Ｖ１の信号成分を増幅検出信号Ｓ３から抽出（生成）して出力信号Ｓｏとして出力する。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。

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、ガード電極１１に発生する電圧Ｖｒを基準信号Ｓｒとして入力する（本例ではガード電極１１には参照信号Ｓｓのみが印加されているため、基準信号Ｓｒは参照信号Ｓｓとなる）と共に増幅検出信号Ｓ３を入力して、両信号Ｓ３，Ｓｒ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、交流電圧Ｖ１と同位相の検出対象電圧成分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、参照信号Ｓｓ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。したがって、加算回路４２は、両信号Ｓ３，Ｓｒの加算処理を実行することにより、増幅検出信号Ｓ３を構成する参照信号Ｓｓに対する逆位相の信号成分（以下、「逆相信号成分」ともいう）を基準信号Ｓｒ（本例では参照信号Ｓｓ）で相殺（キャンセル）する処理を実行する。つまり、加算回路４２は、相殺回路として機能する。この場合、出力信号Ｓｏに含まれる参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分は、増幅検出信号Ｓ３を構成する逆相信号成分の振幅と基準信号Ｓｒの振幅とが同一のときには完全にキャンセルされて（打ち消されて）除去される。一方、この参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分は、増幅検出信号Ｓ３を構成する逆相信号成分の振幅と基準信号Ｓｒの振幅とが相違するときには出力信号Ｓｏに残存して、増幅検出信号Ｓ３を構成する逆相信号成分の振幅が基準信号Ｓｒの振幅よりも大きいときには参照信号Ｓｓと逆位相となり、増幅検出信号Ｓ３を構成する逆相信号成分の振幅が基準信号Ｓｒの振幅以下のときには参照信号Ｓｓと同位相となる。

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と同一周波数の信号成分）の振幅が一定となるように（本例では加算回路４２に基準信号Ｓｒとして入力される参照信号Ｓｓ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Ｓｒ（本例では参照信号Ｓｓ）の振幅に一致させられる。したがって、加算回路４２は、増幅検出信号Ｓ３および基準信号Ｓｒの加算処理を実行して、増幅検出信号Ｓ３を構成する逆相信号成分を参照信号Ｓｓで相殺（キャンセル）させて、検出対象体４の交流電圧Ｖ１に起因した検出対象電流Ｉｖ１に基づく電圧成分（交流電圧Ｖ１と同一周波数の信号成分）で構成される出力信号Ｓｏを生成して出力する。

この場合、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Ｉｓ１および検出対象電流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および検出対象電圧成分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（参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分）の振幅が基準信号Ｓｒ（本例では参照信号Ｓｓ）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、本例の構成の電圧検出装置１では、出力信号Ｓｏに含まれている検出対象電流Ｉｖ１に基づく電圧成分は、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の振幅に対応した大きさに、理論的には、その振幅が検出対象体４に発生している交流電圧Ｖ１の振幅と一致した状態となる。

フィルタ３８は、参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分を選択的に通過させるフィルタ（一例としてバンドパスフィルタ）であって、図１において破線で示すように、Ａ点において検出された絶縁検出信号Ｓ２を入力すると共に、絶縁検出信号Ｓ２に含まれる参照信号Ｓｓの信号成分Ｓｓ２を抽出して処理部３３に出力する。

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。また、処理部３３は、判別部として機能して、フィルタ３８から出力された信号成分Ｓｓ２の電圧波形をデジタルデータに変換して、そのレベル（この信号成分Ｓｓ２の振幅レベルまたはこの信号成分Ｓｓ２についての整流後の直流電圧レベル（直流電圧の絶対値））を検出し、この検出したレベルＶａ（一例として振幅レベル）と予め規定された規定レベルＶｒｅとを比較することにより、電圧検出装置１における交流電圧Ｖ１の検出動作に対する診断処理を実行する。

この場合、電圧検出装置１では、装置が正常に動作している状態において検出電極１２と検出対象体４とが容量結合したときには、参照信号出力部３１から出力される参照信号Ｓｓに起因した電流信号Ｉ（具体的には、参照電流Ｉｓ１）が検出対象体４とフローティング回路部２との間に流れ、この参照電流Ｉｓ１に起因した信号成分が絶縁検出信号Ｓ２および増幅検出信号Ｓ３に常に含まれた状態となっている。したがって、一例としてこの正常動作時において絶縁検出信号Ｓ２に含まれている参照信号Ｓｓの上記レベルＶａの下限値を規定レベルＶｒｅとして理論的にまたは実験的に予め算出して記憶部３４に記憶しておくことにより、処理部３３は、検出した参照信号Ｓｓの信号成分Ｓｓ２についてのレベルＶａが規定レベルＶｒｅ以上のときには装置の動作が正常である（動作正常）と判別する判別処理、および検出した信号成分Ｓｓ２についてのレベルＶａが規定レベルＶｒｅ未満のときには装置の動作に異常の発生している虞がある（動作異常）と判別する判別処理のうちの少なくとも１つの処理（本例では一例として両判別処理）を上記の診断処理として実行することで、電圧検出装置１の動作が正常である（交流電圧Ｖ１の検出動作が正常に行われている）か、または異常である（交流電圧Ｖ１の検出動作に正常に行われていない）かを診断可能となる。

記憶部３４は、ＲＯＭやＲＡＭなどで構成されている。この場合、記憶部３４には、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で、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。また、記憶部３４には、上記した規定レベルＶｒｅが予め記憶されている。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および参照信号出力部３１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、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Ｉｓ１と、検出対象体４の交流電圧Ｖ１に起因した検出対象電流Ｉｖ１と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の信号抽出部３２では、図１に示すように、増幅回路４１が、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Ｓｃの電圧レベルで規定される増幅率で絶縁検出信号Ｓ２を増幅して、増幅検出信号Ｓ３として出力する。次いで、加算回路４２が、増幅検出信号Ｓ３および基準信号Ｓｒを入力すると共に、両信号Ｓ３，Ｓｒを互いに加算する加算処理を実行して、出力信号Ｓｏとして出力する。この場合、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、増幅回路４１からの増幅検出信号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）の振幅が基準信号Ｓｒ（本例では参照信号Ｓｓ）の振幅に一致させられる。このため、加算回路４２での加算処理により、増幅検出信号Ｓ３を構成する逆相信号成分が基準信号Ｓｒで相殺（キャンセル）されて、つまり、増幅検出信号Ｓ３を構成する逆相信号成分が除去されて、検出対象体４の交流電圧Ｖ１に起因した検出対象電流Ｉｖ１に基づく電圧成分（交流電圧Ｖ１と同一周波数の信号成分）で構成される出力信号Ｓｏが出力される。

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。

また、フィルタ３８は、絶縁検出信号Ｓ２を入力すると共に絶縁検出信号Ｓ２に含まれる参照信号Ｓｓの信号成分Ｓｓ２を抽出して処理部３３に出力する動作を連続して実行しており、処理部３３は、上記の記憶処理および電圧算出処理と並行して、フィルタ３８から出力される信号成分Ｓｓ２を用いた診断処理を実行している。この診断処理では、処理部３３は、まず、入力した信号成分Ｓｓ２の電圧波形をデジタルデータに変換して、信号成分Ｓｓ２のレベルＶａ（本例では信号成分Ｓｓ２の振幅レベル）を検出し、この検出したレベルＶａと記憶部３４から読み出した規定レベルＶｒｅとを比較する。次いで、処理部３３は、この比較の結果、レベルＶａが規定レベルＶｒｅ以上のときには装置の動作が正常である（動作正常）と判別し、レベルＶａが規定レベルＶｒｅ未満のときには装置の動作に異常がある（動作異常）と判別して、この判別結果を記憶部３４に記憶させる。これにより、診断処理が完了する。

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診断処理での判別結果と共に、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が診断処理での判別結果が動作正常と判別したときには交流電圧Ｖ１の実効値や振幅などを出力部３５に表示させ、診断処理での判別結果が動作異常と判別したときには、診断処理での判別結果のみを出力部３５に表示させて、交流電圧Ｖ１の実効値や振幅などについては出力部３５に表示させない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Ｖｆ＋，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として出力し、信号抽出部３２が絶縁検出信号Ｓ２に含まれている参照信号Ｓｓと同一の信号成分の振幅が予め規定された振幅（参照信号Ｓｓとの加算または減算によって増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓと同一の信号成分を相殺可能な振幅）となるように、つまり一定となるように絶縁検出信号Ｓ２の振幅を制御して増幅検出信号Ｓ３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Ｓ３と参照信号出力部３１から出力される参照信号Ｓｓとの加算または減算によって増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓと同一の信号成分を除去して出力信号Ｓｏとして出力し、処理部３３が検出対象電流Ｉｖ１（検出対象体４の交流電圧Ｖ１に起因して発生する電流成分）に基づいて発生する電圧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を算出する。

したがって、この電圧検出装置１によれば、信号抽出部３２が参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分の振幅が一定となるように増幅検出信号Ｓ３の振幅を制御し、この増幅検出信号Ｓ３と参照信号Ｓｓとの加算または減算によって増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓと同一の信号成分を除去して出力信号Ｓｏとして出力することにより、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）が未知の場合であっても（静電容量Ｃ０の値に拘わらず）、交流電圧Ｖ１についての感度が一定の感度になるように制御されるため、つまり、出力信号Ｓｏに含まれている検出対象電流Ｉｖ１に基づく電圧成分の振幅が交流電圧Ｖ１の振幅に対応した大きさとなるように制御されるため、出力信号Ｓｏに含まれているこの電圧成分を検出することで、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によれば、処理部３３が、絶縁検出信号Ｓ２に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分Ｓｓ２についてのレベルＶａ（信号成分Ｓｓ２の振幅レベル）を検出すると共に規定レベルＶｒｅと比較して、電圧検出装置１の動作が正常であるか、または異常であるかを判別する判別処理を実行するため、オペレータは、この判別処理の結果に基づいて、電圧検出装置１において電圧の検出動作が正常に行われているか否かの診断（判別）を行うことができる。したがって、この電圧検出装置１によれば、検出された交流電圧Ｖ１が動作正常時のものであるか、動作異常時のものであるかをオペレータに認識させることができるため、検出された交流電圧Ｖ１に対する信頼性を高めることができる。

なお、Ａ点において検出された絶縁検出信号Ｓ２に基づいて処理部３３が電圧検出装置１の診断を実行する構成を採用した例を挙げて説明したが、上記したように参照電流Ｉｓ１に起因した信号成分は、絶縁検出信号Ｓ２だけではなく、増幅検出信号Ｓ３にも含まれている。このため、Ｂ点において検出された増幅検出信号Ｓ３に基づいて処理部３３が診断処理を実行する構成を採用することもできる。この構成では、フィルタ３８は、図１において破線で示すように、Ｂ点から増幅検出信号Ｓ３を入力すると共に増幅検出信号Ｓ３に含まれる参照信号Ｓｓの信号成分を抽出して、信号成分Ｓｓ２として処理部３３に出力する。処理部３３は、Ａ点において検出された絶縁検出信号Ｓ２に基づいて電圧検出装置１の診断を実行する場合と同様にして、フィルタ３８から出力される信号成分Ｓｓ２を用いた診断処理を実行して、信号成分Ｓｓ２のレベルＶａが規定レベルＶｒｅ以上のときには装置の動作が正常である（動作正常）と判別し、レベルＶａが規定レベルＶｒｅ未満のときには装置の動作に異常がある（動作異常）と判別して、この判別結果を記憶部３４に記憶させる。この場合の規定レベルＶｒｅとしては、電圧検出装置１の正常動作時において増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓの上記レベルＶａの下限値を予め算出して使用する。

また、電圧検出装置１では、正常動作時には、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、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）の振幅が、加算回路４２に基準信号Ｓｒとして入力される参照信号Ｓｓの振幅と同じ振幅に制御され、これにより、加算回路４２において増幅検出信号Ｓ３を構成する逆相信号成分が参照信号Ｓｓで相殺（キャンセル）される。つまり、出力信号Ｓｏに含まれる基準信号Ｓｒ（本例では参照信号Ｓｓ）の信号成分についてのレベル（例えば振幅レベル）、ひいては同期検波回路４３から出力される検波信号Ｖｄのレベル（直流電圧レベル）が低レベルとなっている。一方、例えば、フローティング回路部２や、増幅回路４１の利得（増幅率）に対するフィードバック制御動作に異常が発生しているとき（電圧検出装置１の動作が異常のとき）には、出力信号Ｓｏに含まれる基準信号Ｓｒの信号成分についてのレベルが高レベルとなり、ひいては同期検波回路４３から出力される検波信号Ｖｄのレベル（直流電圧レベル）が高レベルとなる。

したがって、Ｃ点において検出された出力信号ＳｏおよびＤ点において検出された検波信号Ｖｄの少なくとも一方の信号に基づいて、処理部３３が電圧検出装置１の診断を実行する構成を採用することもできる。この場合、出力信号Ｓｏに基づいて診断を実行する構成では、フィルタ３８は、図１において破線で示すように、Ｃ点から出力信号Ｓｏを入力すると共に出力信号Ｓｏに含まれる参照信号Ｓｓの信号成分を抽出して、信号成分Ｓｓ２として処理部３３に出力する。処理部３３は、Ｃ点において検出された出力信号Ｓｏに基づく診断処理では、Ａ点において検出された絶縁検出信号Ｓ２に基づく診断処理のときとは逆に、信号成分Ｓｓ２のレベルＶａが規定レベルＶｒｅ以下のときには装置の動作が正常である（動作正常）と判別し、レベルＶａが規定レベルＶｒｅを超えるときには装置の動作に異常がある（動作異常）と判別して、この判別結果を記憶部３４に記憶させる。この場合の規定レベルＶｒｅとしては、電圧検出装置１の正常動作時において出力信号Ｓｏに含まれている参照信号Ｓｓの上記レベルＶａの上限値を予め算出して使用する。

また、検波信号Ｖｄに基づいて診断を実行する構成では、処理部３３は、図１において破線で示すように、Ｄ点から検波信号Ｖｄを入力すると共に、Ｃ点において検出された出力信号Ｓｏに基づく診断処理と同様にして、検波信号Ｖｄのレベル（このレベルについてもレベルＶａとして説明する）Ｖａが規定レベルＶｒｅ以下のときには装置の動作が正常である（動作正常）と判別し、レベルＶａが規定レベルＶｒｅを超えるときには装置の動作に異常がある（動作異常）と判別して、この判別結果を記憶部３４に記憶させる。この場合の規定レベルＶｒｅとしては、電圧検出装置１の正常動作時における検波信号Ｖｄの上記レベルＶａの上限値を予め算出して使用する。

また、上記の例では、相殺回路（上記例では加算回路４２）に基準信号Ｓｒとして参照信号Ｓｓを直接入力する構成を採用しているが、図１において破線で示すように、参照信号出力部３１と加算回路４２との間に振幅変更部３６を配設して、参照信号出力部３１から出力される参照信号Ｓｓの振幅を振幅変更部３６において、ｋ倍（ｋは正の実数）に変更して加算回路４２に基準信号Ｓｒ１として出力する構成を採用することもできる。この振幅変更部３６は、例えば、分圧抵抗などで構成されるアッテネータで簡易に構成することができる。また、振幅変更部３６を所定の利得（ｋ倍）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。これらの構成においては、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の信号成分についての振幅が、ｋ倍された参照信号Ｓｓの振幅（基準信号Ｓｒ１の振幅）と一致するようにフィードバック制御される。この場合、増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分とｋ倍された基準信号Ｓｒ１とが加算回路４２において相殺された状態において、出力信号Ｓｏに含まれている交流電圧Ｖ１に起因した検出対象電流Ｉｖ１に基づく電圧成分の振幅についてもｋ倍された状態で検出される。このため、この検出された検出対象電流Ｉｖ１に基づく電圧成分を１／ｋ倍することによって、交流電圧Ｖ１を検出することができる。

したがって、この構成によれば、振幅変更部３６での倍率ｋを変更することにより、検出（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（基準信号Ｓｒとして参照信号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。

また、上記の電圧検出装置１では、制御回路４４が増幅回路４１の増幅率を制御することにより、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の振幅を基準信号Ｓｒ（本例では参照信号Ｓｓ）の振幅と一致させ、増幅検出信号Ｓ３と基準信号Ｓｒ（Ｓｒ１）とを加算回路４２において加算して、出力信号Ｓｏに含まれる参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分を除去しているが、図４に示す電圧検出装置１Ａのように、フィルタ４５を使用して、出力信号Ｓｏに含まれる参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分を除去する構成を採用することもできる。以下、電圧検出装置１Ａについて説明する。なお、電圧検出装置１と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。

電圧検出装置１Ａは、図４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３Ａを備え、検出対象体４に生じている交流電圧Ｖ１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４に示すように、電圧検出装置１と同一に構成されて、検出電極１２が検出対象体４と容量結合された状態において、絶縁検出信号Ｓ２を出力する。

本体回路部３Ａは、図４に示すように、参照信号出力部３１、信号抽出部３２Ａ、フィルタ３８、処理部３３、記憶部３４および出力部３５を備えている。本例の信号抽出部３２Ａは、一例として、増幅回路４１、同期検波回路４３Ａ、制御回路４４Ａおよびフィルタ４５を備え、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の振幅が一定の振幅（予め規定された振幅）となるように絶縁検出信号Ｓ２を増幅して増幅検出信号Ｓ３を生成すると共に、この増幅検出信号Ｓ３から参照信号Ｓｓと同一の信号成分を除去して出力信号Ｓｏとして出力する。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。

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から入力される制御信号（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、まず、同期検波回路４３Ａが、増幅回路４１から増幅検出信号Ｓ３を入力すると共に、参照信号出力部３１から参照信号Ｓｓを入力して、この参照信号Ｓｓでこの増幅検出信号Ｓ３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４３Ａは、同期検波により、増幅検出信号Ｓ３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、かつ増幅検出信号Ｓ３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、増幅検出信号Ｓ３に含まれる参照信号Ｓｓの信号成分は、参照信号出力部３１による参照信号Ｓｓのガード電極１１（つまり、検出部１４）への出力（印加）に起因して生じたものであるため、参照信号Ｓｓと、増幅検出信号Ｓ３に含まれる参照信号Ｓｓの信号成分との位相関係は常に一定の関係（同位相か逆位相のいずれか。本例では一例として逆位相）となっている。したがって、本例の同期検波回路４３Ａは、増幅検出信号Ｓ３に含まれる参照信号Ｓｓの信号成分についての振幅の増減に応じて電圧の絶対値が増減する一の極性（本例では一例として正極性）の検波信号Ｖｄを生成して出力する。

次いで、制御回路４４Ａは、入力した検波信号Ｖｄの電圧および目標電圧Ｖｅ（内部で生成している電圧、または外部から入力している電圧。本例では一例として制御回路４４Ａの外部から入力している電圧）に基づいて制御信号Ｓｃを生成して出力する。具体的には、制御回路４４Ａは、検波信号Ｖｄの電圧が目標電圧Ｖｅよりも低いときには電圧レベルを増加させ、検波信号Ｖｄの電圧が目標電圧Ｖｅよりも高いときには電圧レベルを減少させて、制御信号Ｓｃを出力する。以上の構成により、信号抽出部３２Ａ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４３Ａおよび制御回路４４Ａによって行われて、制御回路４４Ａが、増幅検出信号Ｓ３を構成する逆相信号成分（参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分）の振幅が一定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。この場合、この予め規定された振幅として、任意の値を採用することができる。また、処理部３３での電圧算出処理において使用される後述の電圧算出用テーブルＴＢの作成に際しては、この採用した値を予め規定された振幅として、同期検波回路４３Ａおよび制御回路４４Ａが増幅回路４１の増幅率をフィードバック制御している状態において処理部３３によって取得されたデジタルデータＤ１に基づいて作成する。

続いて、フィルタ４５が、増幅回路４１から出力された増幅検出信号Ｓ３を入力すると共に、この増幅検出信号Ｓ３から交流電圧Ｖ１の信号成分を抽出して出力信号Ｓｏとして出力する。例えば、フィルタ４５は、バンドパスフィルタやローパスフィルタに構成されたパッシブフィルタ回路やアクティブフィルタ回路で構成されて、参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分の通過を阻止し、かつ検出対象体４の交流電圧Ｖ１に起因した検出対象電流Ｉｖ１に基づく電圧成分（交流電圧Ｖ１と同一周波数の信号成分）を通過させる。この構成により、信号抽出部３２Ａは、検出対象体４の交流電圧Ｖ１に起因した検出対象電流Ｉｖ１に基づく電圧成分で構成される出力信号Ｓｏを生成して出力する。

この電圧検出装置１Ａでは、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Ｉｓ１および検出対象電流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および検出対象電圧成分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３２Ａ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（参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分）の振幅が一定となるように増幅回路４１によって生成される。このため、本例の構成の電圧検出装置１Ａでは、出力信号Ｓｏに含まれている検出対象電流Ｉｖ１に基づく電圧成分は、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の振幅に対応した大きさ（比例した大きさ）となる。この結果、信号抽出部３２から出力される出力信号Ｓｏは、その振幅が検出対象体４の交流電圧Ｖ１の振幅に比例して変化する信号となる。

したがって、この電圧検出装置１Ａにおいても、電圧検出装置１と同様にして、信号抽出部３２Ａが参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分の振幅が一定となるように増幅検出信号Ｓ３の振幅を制御することにより、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）が未知の場合であっても、処理部３３が、検出対象電流Ｉｖ１に基づいて発生する電圧成分、つまり交流電圧Ｖ１の周波数と同一周波数の電圧成分で構成される出力信号Ｓｏを入力して、そのデジタルデータＤ１を取得することができる。このため、例えば、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４３Ａおよび制御回路４４Ａによって行われて、制御回路４４Ａが、増幅検出信号Ｓ３を構成する逆相信号成分（参照信号Ｓｓと同一周波数の信号成分）の振幅が一定（予め規定された振幅）となるように増幅回路４１の増幅率を検波信号Ｖｄに基づいて制御し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を予め作成しておくことにより、処理部３３が、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で、検出対象体４の交流電圧Ｖ１を算出することができる。これにより、この電圧検出装置１Ａによれば、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）を算出する手間を省いて、検出対象体４の交流電圧Ｖ１を非接触で正確に検出することができるなどの電圧検出装置１と同様の効果を奏することができる。

また、電圧検出装置１の場合と同様にして、フィルタ３８は、絶縁検出信号Ｓ２を入力すると共に絶縁検出信号Ｓ２に含まれる参照信号Ｓｓの信号成分Ｓｓ２を抽出して処理部３３に出力する動作を連続して実行し、処理部３３はフィルタ３８から出力される信号成分Ｓｓ２を用いた診断処理を実行している。このため、この電圧検出装置１Ａにおいても、オペレータは、診断処理において行われる判別処理の結果に基づいて、電圧検出装置１Ａにおいて電圧の検出動作が正常に行われているか否かの診断（判別）を行うことができる。したがって、この電圧検出装置１Ａによっても、検出された交流電圧Ｖ１が動作正常時のものであるか、動作異常時のものであるかをオペレータに認識させることができるため、検出された交流電圧Ｖ１に対する信頼性を高めることができる。

また、電圧検出装置１Ａにおいても、上記した電圧検出装置１の場合と同様にして、図４中において破線で示すように、処理部３３が、Ａ点において検出される絶縁検出信号Ｓ２に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分Ｓｓ２についてのレベルＶａに代えて、Ｂ点において検出される増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分についてのレベルＶａや、Ｃ点において検出される出力信号Ｓｏに含まれている参照信号Ｓｓの信号成分についてのレベルＶａや、Ｄ点において検出される検波信号ＶｄについてのレベルＶａを使用して、診断処理を実行する構成を採用してもよいのは勿論であり、いずれのレベルＶａに基づいても、電圧検出装置１Ａにおいて電圧の検出動作が正常に行われているか否かの診断（判別）を行うことができる。

また、増幅検出信号Ｓ３から交流電圧Ｖ１の信号成分を抽出して出力信号Ｓｏを生成する手法として、処理部３３において、増幅検出信号Ｓ３をデジタル信号処理する手法も採用できるが、この電圧検出装置１Ａによれば、上記した特性を有する既知のフィルタ回路で構成し得るフィルタ４５を使用して、交流電圧Ｖ１を抽出する構成としたことにより、簡易な構成でありながら、検出対象電流Ｉｖ１に基づいて発生する電圧成分で構成される出力信号Ｓｏを低コストで生成することができる。また、この電圧検出装置１Ａによれば、目標電圧Ｖｅを変更することにより、検出し得る交流電圧Ｖ１の範囲を変更することができる。

また、上記の電圧検出装置１（１Ａ）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（４３Ａ）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（４３Ａ）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（４３Ａ）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（または３２Ａ）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（または３Ａ）内に設けることにより、信号抽出部３２（または３２Ａ）での処理のすべて若しくは一部を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（または３２Ａ）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（または３２Ａ）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。

また、図５に示す電圧検出装置１Ｂのように、絶縁検出信号Ｓ２に基づいて電圧信号Ｓ４を生成すると共にガード電極１１に出力（印加）し、かつこの電圧信号Ｓ４の電圧Ｖ４が交流電圧Ｖ１に近づくようにフィードバック制御する構成を電圧検出装置１の基本構成と併用する構成を採用しても、検出対象体４の交流電圧Ｖ１を非接触で検出することができ、この電圧検出装置１Ｂにおいても、電圧検出装置１と同様にして、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ点において検出される各信号のいずれかに基づいて、処理部３３が電圧検出装置１Ｂに対する診断処理を実行することができる。

以下、この電圧検出装置１Ｂについて、図５〜図１０を参照して説明する。なお、電圧検出装置１と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。

電圧検出装置１Ｂは、非接触型の電圧検出装置であって、図５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３Ｂ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５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、電圧検出装置１，１Ａと同様に構成されている。このフローティング回路部２では、検出部１４は、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に起因した参照電流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に起因した検出対象電流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Ｉｓ１に基づく参照電圧成分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、検出対象電流Ｉｖ１に基づく検出対象電圧成分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。

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。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３Ｂは、図５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、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６参照）。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、ガード電極１１の電圧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）して基準信号Ｓｒ１として出力する。

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。

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と同位相の検出対象電圧成分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。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。

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Ｉｓ１および検出対象電流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および検出対象電圧成分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に含まれている検出対象電流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６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、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、算出した交流電圧Ｖ１を出力する出力処理、およびフィルタ３８からの信号成分Ｓｓ２のレベルＶａに基づく診断処理を実行する。記憶部３４には、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、および診断処理において使用される規定レベルＶｒｅが予め記憶されている。

次いで、電圧検出装置１Ｂ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１Ｂ全体）を検出対象体４の近傍に位置させる。これにより、図５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１Ｂ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５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Ｉｓ１と、検出対象体４の交流電圧Ｖ１に起因した検出対象電流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５，２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６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７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６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６参照）と逆の周波数特性（図８参照）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８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９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７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１０に示すように、上記した図７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９に示す周波数特性（図１０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１０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１０において太い破線で示すように、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。また、処理部３３は、電圧検出装置１Ｂにおける交流電圧Ｖ１の検出動作に対する診断処理についても実行して、電圧検出装置１Ｂが正常に動作しているか否かの判別結果を記憶部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、および診断処理での判別結果などを出力部３５に表示させる。これにより、電圧検出装置１Ｂによる検出対象体４の交流電圧Ｖ１の検出が完了する。

したがって、この電圧検出装置１Ｂにおいても、処理部３３が、絶縁検出信号Ｓ２に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分Ｓｓ２についてのレベルＶａを検出すると共に規定レベルＶｒｅと比較して、電圧検出装置１Ｂの動作が正常であるか、または異常であるかを判別する判別処理を実行するため、オペレータは、この判別処理の結果に基づいて、電圧検出装置１Ｂにおいて電圧の検出動作が正常に行われているか否かの診断（判別）を行うことができる。この結果、この電圧検出装置１Ｂによれば、検出された交流電圧Ｖ１が動作正常時のものであるか、動作異常時のものであるかをオペレータに認識させることができるため、検出された交流電圧Ｖ１に対する信頼性を高めることができる。

また、この電圧検出装置１Ｂ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１Ｂによっても、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、電圧検出装置１Ｂにおいても、上記した電圧検出装置１と同様にして、図５中において破線で示すように、処理部３３が、Ａ点において検出される絶縁検出信号Ｓ２に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分Ｓｓ２についてのレベルＶａに代えて、Ｂ点において検出される増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分についてのレベルＶａ、Ｃ点において検出される出力信号Ｓｏに含まれている参照信号Ｓｓの信号成分についてのレベルＶａ、またはＤ点において検出される検波信号ＶｄについてのレベルＶａを使用して、診断処理を実行する構成を採用してもよいのは勿論であり、いずれのレベルＶａに基づいても、電圧検出装置１Ｂにおいて電圧の検出動作が正常に行われているか否かの診断（判別）を行うことができる。

なお、上記の電圧検出装置１，１Ａでは、検出電極１２、電源部１３、検出部１４および絶縁部１５をガード電極１１内に収容することにより、本体回路部３，３Ａとは別体に、フローティング回路部２を構成して、ＣＭＲＲ（Common Mode Rejection Ratio ）を高めると共に、高圧な交流電圧Ｖ１の検出を可能とする構成を採用しているが、検出部１４をフローティング状態で作動させる必要のない場合（例えば、交流電圧Ｖ１が比較的低圧であったり、高いＣＭＲＲが要求されない場合）には、検出部１４に代えて、図１１に示す検出部１４Ａ（ガード電極１１、電源部１３および絶縁部１５を使用しない検出部）を採用することもできる。以下、この検出部１４Ａについて説明する。なお、上記の電圧検出装置１，１Ａでは、検出部１４に代えて検出部１４Ａを使用した場合においても、他の構成要素については同一であるため、この他の構成要素については説明を省略する。

検出部１４Ａは、本体回路部３を構成する各構成要素（参照信号出力部３１、信号抽出部３２および処理部３３など）と同じ不図示の電源から作動用電圧（グランド電位Ｖｇを基準として生成される正電圧Ｖｃｃ＋および負電圧Ｖｃｃ−）の供給を受けて作動する。また、検出部１４Ａは、図１１に示すように、検出電極１２に接続されると共に参照信号Ｓｓを入力して（参照信号Ｓｓが印加されて）、交流電圧Ｖ１の存在に起因して検出電極１２と検出対象体４との間に流れる検出対象電流Ｉｖ１、および参照信号Ｓｓの電圧Ｖｓの入力に起因して検出電極１２と検出対象体４との間に流れる参照電流Ｉｓ１で構成される電流信号Ｉ（＝Ｉｖ１＋Ｉｓ１）を検出すると共に、電流信号Ｉの電流値に応じて振幅が変化する検出信号Ｓ１を出力する。なお、この電流信号Ｉは、交流電圧Ｖ１とガード電極１１の電圧Ｖｒ（＝電圧Ｖｓ）との間の交流の電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に応じてその振幅が変化する、つまりこの電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に応じた電流値で流れる電流信号であるともいえる。

検出部１４Ａは、本例では、一例として図１１に示すように、検出抵抗６１および差動増幅部６２を備えている。検出抵抗６１は、一端側が検出電極１２に接続されると共に、他端側が参照信号出力部３１に接続されている。差動増幅部６２は、３つの演算増幅器ＡＰ１〜ＡＰ３、および７つの抵抗Ｒ１〜Ｒ７を備えた公知のインスツルメンテーションアンプで構成されている。また、この差動増幅部６２では、各抵抗Ｒ６，Ｒ７にコンデンサＣ１，Ｃ２がそれぞれ並列に接続されて、演算増幅器ＡＰ３を含む出力段が積分機能を有するように構成されている。また、この差動増幅部６２では、各抵抗Ｒ１〜Ｒ７のうちの対称の位置にある抵抗同士はバランスが取られており（つまり、Ｒ２とＲ３、Ｒ４とＲ５、およびＲ６とＲ７が、それぞれ同一の抵抗値に規定され）、かつコンデンサＣ１，Ｃ２についてもバランスが取られている（Ｃ１，Ｃ２が同一の容量値に規定されている）ものとする。また、差動増幅部６２では、差動増幅部６２における１つの入力端子として機能する演算増幅器ＡＰ１の非反転入力端子が検出抵抗６１の一端に接続され、差動増幅部６２における他の１つの入力端子として機能する演算増幅器ＡＰ２の非反転入力端子が参照信号出力部３１に接続されている。この差動増幅部６２では、各入力端子に入力される電圧をＶｉｎ１，Ｖｉｎ２としたときに、検出信号Ｓ１は以下の式で表される。
Ｓ１＝（Ｖｉｎ２−Ｖｉｎ１）×（１＋２×Ｒ２／Ｒ１）×Ｒ６／Ｒ４
この場合、上記のＳ１の式における（Ｖｉｎ２−Ｖｉｎ１）は、電流信号Ｉ（＝Ｉｖ１＋Ｉｓ１）が流れることによって検出抵抗６１の両端間に発生する電圧を表している。したがって、検出部１４Ａは、上記したように、電流信号Ｉ（＝Ｉｖ１＋Ｉｓ１）の電流値に応じて振幅が変化する検出信号Ｓ１を出力する。

本体回路部３，３Ａは、上記した絶縁検出信号Ｓ２に代えて、この検出信号Ｓ１を直接入力して、絶縁検出信号Ｓ２と同様に処理する。したがって、この検出部１４Ａを採用した電圧検出装置１，１Ａにおいても、検出部１４を有するフローティング回路部２を採用した上記の電圧検出装置１，１Ａと同様にして、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、この検出部１４Ａを採用した電圧検出装置１，１Ａにおいても、処理部３３が、絶縁検出信号Ｓ２に代えて入力する検出信号Ｓ１に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分Ｓｓ２についてのレベルＶａ（信号成分Ｓｓ２の振幅レベル）を検出すると共に規定レベルＶｒｅと比較して、電圧検出装置１，１Ａの動作が正常であるか、または異常であるかを判別する判別処理を実行するため、オペレータは、この判別処理の結果に基づいて、電圧検出装置１，１Ａにおいて電圧の検出動作が正常に行われているか否かの診断（判別）を行うことができる。したがって、この検出部１４Ａを採用した電圧検出装置１，１Ａによっても、検出された交流電圧Ｖ１が動作正常時のものであるか、動作異常時のものであるかをオペレータに認識させることができるため、検出された交流電圧Ｖ１に対する信頼性を高めることができる。

また、この検出部１４Ａを採用した電圧検出装置１においても、上記した検出部１４を採用した電圧検出装置１の場合と同様にして、図１中において破線で示すように、処理部３３が、Ａ点において検出される検出信号Ｓ１（同図において絶縁部１５から出力される絶縁検出信号Ｓ２に代えて、図１１の検出部１４Ａから出力される検出信号）に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分Ｓｓ２についてのレベルＶａに代えて、Ｂ点において検出される増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分についてのレベルＶａや、Ｃ点において検出される出力信号Ｓｏに含まれている参照信号Ｓｓの信号成分についてのレベルＶａや、Ｄ点において検出される検波信号ＶｄについてのレベルＶａを使用して、診断処理を実行する構成を採用してもよいのは勿論であり、いずれのレベルＶａに基づいても、電圧検出装置１において電圧の検出動作が正常に行われているか否かの診断（判別）を行うことができる。

また、この検出部１４Ａを採用した電圧検出装置１Ａにおいても、上記した検出部１４を採用した電圧検出装置１Ａの場合と同様にして、図４中において破線で示すように、処理部３３が、Ａ点において検出される検出信号Ｓ１（同図において絶縁部１５から出力される絶縁検出信号Ｓ２に代えて、図１１の検出部１４Ａから出力される検出信号）に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分Ｓｓ２についてのレベルＶａに代えて、Ｂ点において検出される増幅検出信号Ｓ３に含まれている参照信号Ｓｓの信号成分についてのレベルＶａや、Ｄ点において検出される検波信号ＶｄについてのレベルＶａを使用して、診断処理を実行する構成を採用してもよいのは勿論であり、いずれのレベルＶａに基づいても、電圧検出装置１Ａにおいて電圧の検出動作が正常に行われているか否かの診断（判別）を行うことができる。

１，１Ａ，１Ｂ 電圧検出装置
２ フローティング回路部
３，３Ａ，３Ｂ 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
１４，１４Ａ 検出部
１５ 絶縁部
３１ 参照信号出力部
３２，３２Ａ 信号抽出部
３３ 処理部
３６ 振幅変更部
４１ 増幅回路
４２ 加算回路
４３，４３Ａ 同期検波回路
４４，４４Ａ 制御回路
Ｉ 電流信号
Ｓ１ 検出信号
Ｓ２ 絶縁検出信号
Ｓ３ 増幅検出信号
Ｓｏ 出力信号
Ｓｒ 参照信号
Ｖ１ 交流電圧
Ｖｄｉ 電位差

Claims (4)

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、
   参照信号を出力する参照信号出力部と、
   一端が前記検出電極に接続されると共に他端が前記参照信号出力部に接続されて当該他端に前記参照信号が印加される検出抵抗、および一対の入力端子のうちの１つの入力端子が前記検出抵抗の前記一端に接続されると共に他の１つの入力端子が当該検出抵抗の前記他端に接続されて、前記検出対象交流電圧と前記参照信号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する差動増幅部を有する検出部と、
   前記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つつ、当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号の信号成分についての振幅が一定となるように前記利得を制御すると共に、前記検出対象交流電圧の信号成分を当該増幅検出信号から抽出して出力信号として出力する信号抽出部とを備え、
   前記信号抽出部は、前記検出信号を前記利得で増幅して前記増幅検出信号を生成する増幅回路と、当該増幅検出信号および前記出力信号のうちのいずれか１つの信号に含まれている前記参照信号の信号成分の振幅を示す検波信号を前記参照信号出力部から出力される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と、前記増幅回路の前記利得を前記検波信号に基づいて制御する制御回路とを備えて構成され、
   前記検出信号および前記増幅検出信号のうちのいずれか１つの信号に含まれている前記参照信号の信号成分についてのレベルを検出すると共に、当該検出したレベルが規定レベル以上のときに動作正常と判別する判別処理、および当該検出したレベルが当該規定レベル未満のときに動作異常と判別する判別処理のうちの少なくとも１つの処理を実行する判別部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、
   参照信号を出力する参照信号出力部と、
   一端が前記検出電極に接続されると共に他端が前記参照信号出力部に接続されて当該他端に前記参照信号が印加される検出抵抗、および一対の入力端子のうちの１つの入力端子が前記検出抵抗の前記一端に接続されると共に他の１つの入力端子が当該検出抵抗の前記他端に接続されて、前記検出対象交流電圧と前記参照信号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する差動増幅部を有する検出部と、
   前記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つつ、当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号の信号成分についての振幅が一定となるように前記利得を制御すると共に、前記検出対象交流電圧の信号成分を当該増幅検出信号から抽出して出力信号として出力する信号抽出部とを備え、
   前記信号抽出部は、前記検出信号を前記利得で増幅して前記増幅検出信号を生成する増幅回路と、当該増幅検出信号および前記出力信号のうちのいずれか１つの信号に含まれている前記参照信号の信号成分の振幅を示す検波信号を前記参照信号出力部から出力される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と、前記増幅回路の前記利得を前記検波信号に基づいて制御する制御回路とを備えて構成され、
   前記出力信号に含まれている前記参照信号の信号成分についてのレベルおよび前記検波信号のレベルのうちのいずれか１つのレベルを検出すると共に、当該検出したレベルが規定レベル以下のときに動作正常と判別する判別処理、および当該検出したレベルが当該規定レベルを超えるときに動作異常と判別する判別処理のうちの少なくとも１つの処理を実行する判別部を備えている電圧検出装置。
3. 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、
   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つつ、当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号の信号成分についての振幅が一定となるように前記利得を制御すると共に、前記検出対象交流電圧の信号成分を当該増幅検出信号から抽出して出力信号として出力する信号抽出部とを備え、
   前記信号抽出部は、前記絶縁検出信号を前記利得で増幅して前記増幅検出信号を生成する増幅回路と、当該増幅検出信号および前記出力信号のうちのいずれか１つの信号に含まれている前記参照信号の信号成分の振幅を示す検波信号を前記参照信号出力部から出力される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と、前記増幅回路の前記利得を前記検波信号に基づいて制御する制御回路とを備えて構成され、
   前記絶縁検出信号および前記増幅検出信号のうちのいずれか１つの信号に含まれている前記参照信号の信号成分についてのレベルを検出すると共に、当該検出したレベルが規定レベル以上のときに動作正常と判別する判別処理、および当該検出したレベルが当該規定レベル未満のときに動作異常と判別する判別処理のうちの少なくとも１つの処理を実行する判別部を備えている電圧検出装置。
4. 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、
   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つつ、当該増幅検出信号に含まれている前記参照信号の信号成分についての振幅が一定となるように前記利得を制御すると共に、前記検出対象交流電圧の信号成分を当該増幅検出信号から抽出して出力信号として出力する信号抽出部とを備え、
   前記信号抽出部は、前記絶縁検出信号を前記利得で増幅して前記増幅検出信号を生成する増幅回路と、当該増幅検出信号および前記出力信号のうちのいずれか１つの信号に含まれている前記参照信号の信号成分の振幅を示す検波信号を前記参照信号出力部から出力される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と、前記増幅回路の前記利得を前記検波信号に基づいて制御する制御回路とを備えて構成され、
   前記出力信号に含まれている前記参照信号の信号成分についてのレベルおよび前記検波信号のレベルのうちのいずれか１つのレベルを検出すると共に、当該検出したレベルが規定レベル以下のときに動作正常と判別する判別処理、および当該検出したレベルが当該規定レベルを超えるときに動作異常と判別する判別処理のうちの少なくとも１つの処理を実行する判別部を備えている電圧検出装置。

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