JP6739160B2 - Impedance measuring device and impedance measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、インピーダンス測定装置およびインピーダンス測定方法に関する。 The present invention relates to an impedance measuring device and an impedance measuring method.
電気回路を構成する素子がもつ内部インピーダンスを測定する方法として、測定対象である試料に交流信号を与えてその電気応答を測定する交流インピーダンス測定法がある。この方法では、試料がもつ抵抗成分、キャパシタンス成分、インダクタンス成分の大きさを調べることができる。また、それらの成分が試料内でどのような等価回路を構成しているか、あるいは、その等価回路のパラメータを求めることができる。 As a method of measuring the internal impedance of an element forming an electric circuit, there is an AC impedance measuring method in which an AC signal is applied to a sample to be measured to measure its electrical response. With this method, the magnitudes of the resistance component, capacitance component, and inductance component of the sample can be examined. Further, it is possible to obtain what kind of equivalent circuit these components form in the sample, or the parameters of the equivalent circuit.
このようなインピーダンス測定法として、定電流源から試料に正弦波の測定交流電流を供給し、試料に現れる電圧信号を、供給する測定交流電流に同期する同一周波数の基準信号（または参照信号ともいう）で同期検波することで、試料に現れるノイズ成分の影響を小さくする同期検波を用いたインピーダンス測定方法がある。
同期検波によるインピーダンス測定装置については、以下の先行技術文献がある。
As such an impedance measuring method, a sinusoidal measuring alternating current is supplied to a sample from a constant current source, and a voltage signal appearing on the sample is referred to as a reference signal (or a reference signal) of the same frequency synchronized with the supplied measuring alternating current. There is an impedance measurement method using synchronous detection in which the influence of noise components appearing on the sample is reduced by synchronous detection with ).
Regarding the impedance measuring device by the synchronous detection, there are the following prior art documents.
以下同期検波によるインピーダンス測定を説明する。
測定交流電流は、定電流源から、試料（例えば、内部抵抗をもつ電池）に供給される。測定交流電流の電流値を検出するための検出用の抵抗（電流検出用抵抗）は、定電流源、試料に直列に挿入されている。測定交流電流に応じて試料に現れた検出信号（電圧信号）を増幅する第１増幅器と、電流検出用抵抗で検出された電圧信号を増幅する第２増幅器を備え、第１増幅器で増幅された電圧検出信号は、測定周波数を通過させるバンドパスフィルタ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：ＢＰＦ）を通して同期検波器に入力される。また、測定交流電流に同期する基準信号は第２増幅器で増幅され同期検波器に入力される。同期検波器は、電圧検出信号を基準信号で同期検波し、その検波出力は、交流成分を除去するためのローパスフィルタ（Ｌｏｗ−Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：ＬＰＦ）に入力され交流成分が除去されて、アナログデジタルコンバータ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＡＤＣ）に入力される。アナログデジタルコンバータは、同期検波出力をデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号は、演算装置に入力され、試料の交流インピーダンス値、等価回路のパラメメータ等が演算され、これらの値は表示装置等に表示され、あるいはプリントされて出力される。
The impedance measurement by synchronous detection will be described below.
The measured alternating current is supplied to the sample (for example, a battery having an internal resistance) from a constant current source. A detection resistor (current detection resistor) for detecting the current value of the measured alternating current is inserted in series with the constant current source and the sample. A first amplifier that amplifies a detection signal (voltage signal) appearing in the sample according to the measured alternating current and a second amplifier that amplifies the voltage signal detected by the current detection resistor are provided and amplified by the first amplifier. The voltage detection signal is input to the synchronous detector through a band pass filter (BPF) that passes the measurement frequency. The reference signal synchronized with the measured AC current is amplified by the second amplifier and input to the synchronous detector. The synchronous detector synchronously detects a voltage detection signal with a reference signal, and the detection output is input to a low-pass filter (LPF) for removing an AC component, the AC component is removed, and an analog digital signal is obtained. It is input to a converter (Analog to Digital Converter: ADC). The analog-digital converter converts the synchronous detection output into a digital signal. The converted digital signal is input to the arithmetic device, and the AC impedance value of the sample, the parameter of the equivalent circuit, etc. are calculated, and these values are displayed on a display device or the like, or printed and output.
このように、試料の両端の電圧検出信号を測定交流電流と同位相の基準信号で同期検波し、ローパスフィルタにより交流成分を除去することにより、直流成分のみが抽出されるので、電池など純抵抗以外の成分を含む測定対象の試料の実効インピーダンスを求めることができる。また、同期検波で現れた交流成分はローパスフィルタで除去されるため、交流であるノイズの影響を除去でき、ノイズに埋もれた微小信号を取り出すことが可能である。 In this way, the voltage detection signal at both ends of the sample is synchronously detected with the reference signal in phase with the measured AC current, and the AC component is removed by the low-pass filter, so only the DC component is extracted. The effective impedance of the sample to be measured containing components other than can be obtained. Further, since the AC component appearing in the synchronous detection is removed by the low-pass filter, it is possible to remove the influence of AC noise, and it is possible to take out a minute signal buried in noise.
測定対象となる試料は、電気回路を構成する要素であるため、ノイズが重畳されるものがあり、そのノイズがインピーダンス測定に影響を与える。例えば、ＵＰＳ（無停電電源装置：Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）に装備されているバッテリを測定試料とする場合である。ＵＰＳは、常時稼働している必要があるため、インバータやコンバータが稼働して充電あるいは放電を行っている。このため、インバータやコンバータから生ずるノイズがバッテリに印加されていることが多い。また、負荷が接続されているため、負荷側からもノイズが入り込むことが多い。このように、ＵＰＳのバッテリを試料としてインピーダンス測定しようとすると、測定交流電流が印加された試料からノイズ成分を検出することになる。 Since the sample to be measured is an element that constitutes an electric circuit, some noise is superimposed on the sample, and the noise affects impedance measurement. For example, this is a case where a battery provided in a UPS (Uninterruptible Power Supply) is used as a measurement sample. Since the UPS needs to be constantly operating, an inverter or a converter is operating to charge or discharge the UPS. Therefore, noise generated from the inverter or converter is often applied to the battery. Further, since the load is connected, noise often enters from the load side. As described above, when impedance measurement is performed using a UPS battery as a sample, a noise component is detected from the sample to which the measurement AC current is applied.
しかしながら、測定交流電流と同位相の基準信号を用いて同期検波を行い、ローパスフィルタで交流成分を除去してもノイズを取りきることができない場合がある。 However, even if the synchronous detection is performed using the reference signal having the same phase as the measured AC current and the AC component is removed by the low pass filter, the noise may not be removed completely.
例えば、図５に示すような周波数特性を有するローパスフィルタでは、Ｘ（Ｈｚ）以上の周波数についてはノイズを取り除くことができるが、ＸＨｚ未満の周波数はほとんど除去できない。
このように、ノイズが測定周波数（例えば図５ではＸ（Ｈｚ））に近い周波数のノイズである場合には、その周波数に対する減衰量がほとんどないような減衰特性を有するローパスフィルタでは、すべてのノイズを除去することは難しい。
For example, with a low-pass filter having a frequency characteristic as shown in FIG. 5, noise can be removed at frequencies above X (Hz), but frequencies below X Hz can hardly be removed.
As described above, when the noise has a frequency close to the measurement frequency (for example, X (Hz) in FIG. 5), a low-pass filter having an attenuation characteristic such that there is almost no attenuation with respect to the frequency has all noise. Is difficult to remove.
このため、ノイズが検出信号に入り込むと測定誤差が生じ、また、測定したインピーダンス値もばらつきが生ずるので、測定値が安定しないという問題が生ずる。 Therefore, when noise enters the detection signal, a measurement error occurs, and the measured impedance value also varies, which causes a problem that the measurement value is not stable.
本発明は、ノイズがいかなる周波数成分を有していたとしてもノイズ成分から生ずる影響を抑制して、安定した測定値をより速く取得できるインピーダンス測定装置および測定方法を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide an impedance measuring device and a measuring method capable of suppressing the influence of noise components, whichever frequency components the noise has, and obtaining stable measured values faster.
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によると、測定対象の試料に所定周波数の測定信号を供給する交流供給部と、測定信号に同期する基準信号を生成する基準信号生成部と、試料に現れる検出信号を基準信号で同期検波する同期検波部と、同期検波部の出力に並列に接続された応答速度および減衰量が異なる複数のローパスフィルタと、複数のローパスフィルタのうちのいずれか一つを選択する選択手段と、選択手段の出力により測定値を算出する演算手段とを備え、選択手段は、応答速度が速く減衰量が小さい前記ローパスフィルタから順に選択し、演算手段は、選択したローパスフィルタの出力による測定値が安定していない場合は、次のローパスフィルタに切り替え、測定値が安定している場合は、測定を終了させる手段を備えることを特徴とするインピーダンス測定装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to a first aspect of the present invention, an AC supply unit that supplies a measurement signal of a predetermined frequency to a sample to be measured, and a reference signal generation unit that generates a reference signal synchronized with the measurement signal. , A synchronous detection unit for synchronously detecting the detection signal appearing on the sample with the reference signal, a plurality of low-pass filters connected in parallel to the output of the synchronous detection unit and having different response speeds and attenuations, and a plurality of low-pass filters It comprises a selecting means for selecting any one and a calculating means for calculating a measurement value by the output of the selecting means , the selecting means selects in order from the low-pass filter having a fast response speed and a small attenuation amount, and the calculating means is An impedance measuring device comprising means for switching to the next low-pass filter when the measured value by the output of the selected low-pass filter is not stable and for ending the measurement when the measured value is stable. Will be provided.
本発明の他の観点によると、測定対象の試料に所定周波数の測定信号を供給し、試料に現れる検出信号を同期検波部で測定信号に同期する基準信号で同期検波し、同期検波された信号の直流成分をローパスフィルタによって抽出して試料の交流インピーダンスを測定するインピーダンス測定方法であって、測定対象の試料に所定周波数の測定信号を供給するステップと、測定信号に同期する基準信号を生成するステップと、試料に現れる検出信号を基準信号で同期検波するステップと、同期検波された信号を並列に接続された応答速度および減衰量が異なる複数のローパスフィルタを通過させるステップと、複数のローパスフィルタのうちのいずれか一つを選択するステップと、選択するステップにより選択されたローパスフィルタの出力により測定値を算出する演算ステップとを有し、選択ステップは、応答速度が速く減衰量が小さいローパスフィルタから順に選択し、演算ステップは、選択したローパスフィルタの出力による測定値が安定していない場合は、次のローパスフィルタに切り替え、測定値が安定している場合は、測定を終了させることを特徴とするインピーダンス測定方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a measurement signal of a predetermined frequency is supplied to a sample to be measured, a detection signal appearing on the sample is synchronously detected by a reference signal which is synchronized with the measurement signal in a synchronous detection unit, and the synchronously detected signal is detected. Is an impedance measuring method for extracting a DC component of a sample by a low-pass filter to measure an AC impedance of a sample, and supplying a measurement signal of a predetermined frequency to a sample to be measured, and generating a reference signal synchronized with the measurement signal. a step, a step of synchronous detection by the reference signal detection signal appearing on the sample, and step response speed and attenuation connected to synchronization detected signal in parallel to pass different low-pass filters, a plurality of low-pass It has a step of selecting one of the filters and a calculation step of calculating a measurement value from the output of the low-pass filter selected in the selecting step, and the selecting step has a fast response speed and a small amount of attenuation. Select from the low-pass filter in order, and in the calculation step, switch to the next low-pass filter if the measured value by the output of the selected low-pass filter is not stable, and terminate the measurement if the measured value is stable. An impedance measuring method is provided.
ノイズがいかなる周波数成分を有していたとしてもノイズ成分から生ずる影響を抑制して、安定した測定値をより速く取得することができる。 No matter what frequency component the noise has, it is possible to suppress the influence caused by the noise component and obtain a stable measurement value faster.
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る同期検波によるインピーダンス測定装置の構成を示す図である。インピーダンス測定装置１は、定電流源１０、増幅器１５，１６、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７、同期検波器２０、複数のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−１，２２−２，・・・２２−ｎ、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２３を備えて構成されている。なお、定電流源１０は請求項１の交流供給部に相当し、同期検波器２０は請求項１の同期検波部に相当する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an impedance measuring device by synchronous detection according to an embodiment of the present invention. The
定電流源１０は一対の出力端子（図示せず）を介して測定対象の試料（ＤＵＴ）１１に接続されている。本実施の形態では、試料１１は、電池であり、内部抵抗としてＲｘをもつ。定電流源１０と試料１１の間には電流検出用抵抗Ｒｓが挿入（接続）され、試料１１の検出信号は、増幅器１５を介して測定周波数を通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７に入力される。なお、電流検出用抵抗Ｒｓは請求項１の基準信号生成部に相当する。
The constant
増幅器１５は定電流源１０から供給される測定交流電流ｉに応じて試料１１に現れた検出信号（電圧信号）を増幅し、増幅器１６は電流検出用抵抗Ｒｓで検出された電圧信号を増幅する。増幅器１５で増幅された電圧検出信号ｖ１は、測定周波数を通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７を介して同期検波器２０に入力される。また、測定交流電流ｉに同期する基準信号ｖ２は増幅器１６で増幅され同期検波器２０に入力される。
The
バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７の出力部は、同期検波器２０の入力部に接続され、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７の出力は同期検波器２０に入力される。電流検出用抵抗Ｒｓは、増幅器１６に接続され、増幅器１６の出力部は、同期検波器２０の入力部に接続され、増幅器１６の出力は同期検波器２０に入力される。
The output section of the bandpass filter (BPF) 17 is connected to the input section of the
同期検波器２０の出力部はローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−１，２２−２，・・・２２−ｎの入力部に接続される。同期検波器２０は、電圧検出信号ｖ１を基準信号ｖ２で同期検波し、その検波出力は、交流成分を除去するためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−１，２２−２，・・・２２−ｎに入力される。
The output part of the
ローパスフィルタ２２−１，２２−２，・・・２２−ｎの出力部は、ＳＷ１を介してアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２３に接続され、ローパスフィルタ２２−１，２２−２，・・・２２−ｎの出力ＶＡＤ１，ＶＡＤ２，・・・ＶＡＤｎは、ＳＷ１を介してアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２３に入力される。なお、ローパスフィルタ２２−１，２２−２，・・・２２−ｎは互いに並列に接続されている。なお、ＳＷ１は請求項１の選択手段に相当する。
The output parts of the low-pass filters 22-1, 22-2,... 22-n are connected to the analog-digital converter (ADC) 23 via SW1, and the low-pass filters 22-1, 22-2,. The outputs V AD1 , V AD2 ,... V ADn of −n are input to the analog-digital converter (ADC) 23 via SW1. The low-pass filters 22-1, 22-2,... 22-n are connected in parallel with each other. SW1 corresponds to the selecting means in
各ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−１，２２−２，・・・２２−ｎにおいてフィルタ処理（交流成分除去）は並列で行われ、その出力は後述する所定のルールに基づいて選択出力され、選択された出力はアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２３に入力される。アナログデジタルコンバータ２３は、同期検波出力をデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号は、図示されない演算装置に入力され、試料１１の交流インピーダンス値、等価回路のパラメータ等が演算され、これらの値は、図示されない表示装置等に表示され、あるいはプリントされて出力される。
Filter processing (AC component removal) is performed in parallel in each low-pass filter (LPF) 22-1, 22-2,... 22-n, and its output is selectively output based on a predetermined rule described later, and selected. The generated output is input to the analog-digital converter (ADC) 23. The analog-
ここで、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−１，２２−２，・・・２２−ｎは、それぞれ応答特性、減衰特性が異なっている。応答特性とはローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−１，２２−２，・・・２２−ｎに入力を与えた場合，その時間的変化に応じ，指針の振れなどの出力が時間的に変化する性質をいう。例えば応答特性がよいとは、出力が１００％になるまでの応答時間が短い場合をいう。減衰特性とはカットオフ周波数よりも低い周波数を通し、それより高い周波数を通さないという性質をいう。後述する図３の示すように減衰傾度が減衰特性を表す。 Here, the low-pass filters (LPF) 22-1, 22-2,..., 22-n have different response characteristics and attenuation characteristics. What is the response characteristic? When an input is given to the low pass filter (LPF) 22-1, 22-2,... Say. For example, “good response characteristics” means that the response time until the output reaches 100% is short. The attenuation characteristic is a property that a frequency lower than the cutoff frequency is passed and a frequency higher than the cutoff frequency is not passed. As shown in FIG. 3, which will be described later, the damping gradient represents the damping characteristic.
次に図１のインピーダンス測定装置におけるインピーダンス測定動作を説明する。定電流源１０からは、測定交流電流として、ｉ＝Ｉｓｉｎ（ω１ｔ）の正弦波が試料１１に印加される。試料１１の両端には、電池の内部抵抗Ｒｘに対応した電圧が発生し、その電圧は増幅器１５で増幅されてｖ１＝ｉＲｘとして出力される。また、増幅器１６からは、電流検出用抵抗Ｒｓに対応したｖ２＝ｉＲｓが出力され、同期検波器２０で同期検波される。ここで、ｖ１、ｖ２は、
ｖ１＝Ｖｓｉｎ（ω１ｔ）＝ＩＲｘｓｉｎ（ω１ｔ）
ｖ２＝ｉＲｓ＝ＩＲｓｓｉｎ（ω１ｔ）＝ｋｓｉｎ（ω１ｔ）
である。なお、ｋは定数とする（ＩとＲｓは一定であるとする）
Next, the impedance measuring operation in the impedance measuring device of FIG. 1 will be described. From the constant
v 1 =Vsin(ω 1 t)=IR x sin(ω 1 t)
v 2 =iRs=IR s sin(ω 1 t)=k sin(ω 1 t)
Is. Note that k is a constant (I and Rs are constant).
同期検波出力は、
ｖ１×ｖ２＝ｋＩＲｘｓｉｎ（ω１ｔ）ｓｉｎ（ω１ｔ）
＝１／２・ｋＩＲｘ［ｃｏｓ（０）−ｃｏｓ（２ω１ｔ）］
となる。
Synchronous detection output is
v 1 ×v 2 =kIR x sin(ω 1 t) sin(ω 1 t)
= 1/2·kIR x [cos(0)-cos(2ω 1 t)]
Becomes
この同期検波出力は、減衰特性（カットオフ周波数、減衰量）、応答特性（応答時間）の異なるローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−１，２２−２，・・・２２−ｎに入力される。最初は、スイッチＳＷ１によってローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−１が選択される。即ち、スイッチＳＷ１でローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−１の出力ＶＡＤ１が選択され、所定の交流成分が遮断された出力がアナログデジタルコンバータ２３に入力される。
This synchronous detection output is input to low-pass filters (LPF) 22-1, 22-2,... 22-n having different attenuation characteristics (cutoff frequency, attenuation amount) and response characteristics (response time). Initially, the switch SW1 selects the low-pass filter (LPF) 22-1. That is, the output V AD1 of the low pass filter (LPF) 22-1 is selected by the switch SW1, and the output from which the predetermined AC component is cut off is input to the analog-
アナログデジタルコンバータ２３の入力は、
ＶＡＤ＝１／２・ｋＩＲｘｃｏｓ（０）＝１／２・ｋＩＲｘ
となり、これにより、測定値である試料の内部抵抗の抵抗値Ｒｘは、
Ｒｘ＝２／ｋ・（ＶＡＤ／Ｉ）
により求めることができる。
The input of the analog-
V AD =1/2·kIR x cos(0)=1/2·kIR x
Therefore, the resistance value Rx of the internal resistance of the sample, which is the measured value, is
R x =2/k·(V AD /I)
Can be obtained by
ここで、求めた測定値がノイズの影響で安定しない場合には、スイッチＳＷ１でローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−２に切り換える。それでもノイズの影響で測定値が安定しない場合には、スイッチＳＷ１でローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−３に切り換える。このように測定値が安定するまでスイッチＳＷ１でローパスフィルタ（ＬＰＦ）を順に切り換える。そして、順次、定電流源１０からの測定周波数を変え、上記した処理を繰り返す。
If the obtained measured value is not stable due to noise, the switch SW1 is used to switch to the low-pass filter (LPF) 22-2. If the measured value is still unstable due to the influence of noise, the switch SW1 is used to switch to the low-pass filter (LPF) 22-3. In this way, the switch SW1 sequentially switches the low-pass filter (LPF) until the measured value becomes stable. Then, the measurement frequency from the constant
次に、図２及び図３を参照してローパスフィルタ（ＬＰＦ）の切り換え動作について詳細に説明する。測定値の算出において、測定値の出力が安定し、しかも測定時間を短くするために上記したローパスフィルタ（ＬＰＦ）の選択（切り換え）をどのように行うのかについて図２及び図３を参照して具体的に説明する。図２は３種類のローパスフィルタ（ＬＰＦ）の応答特性を示した図である。図３は３種類のローパスフィルタ（ＬＰＦ）の減衰特性を示した図である。 Next, the switching operation of the low pass filter (LPF) will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3. With reference to FIGS. 2 and 3, how to select (switch) the above-mentioned low-pass filter (LPF) in order to stabilize the output of the measurement value and shorten the measurement time in the calculation of the measurement value. This will be specifically described. FIG. 2 is a diagram showing the response characteristics of three types of low-pass filters (LPF). FIG. 3 is a diagram showing the attenuation characteristics of three types of low-pass filters (LPF).
ローパスフィルタ（１），（２），（３）の応答特性については、図２に示すようにローパスフィルタ（１）の応答時間が一番速く、ローパスフィルタ（３）の応答時間が一番遅い。ローパスフィルタ（１），（２），（３）の減衰特性については、図３に示すようにローパスフィルタ（１）の減衰量が一番小さく、ローパスフィルタ（３）の減衰量が一番大きい。本実施の形態では、このような特性を有するローパスフィルタを３種類用意した。 Regarding the response characteristics of the low pass filters (1), (2) and (3), the response time of the low pass filter (1) is the fastest and the response time of the low pass filter (3) is the slowest as shown in FIG. .. Regarding the attenuation characteristics of the low-pass filters (1), (2), and (3), the attenuation amount of the low-pass filter (1) is the smallest and the attenuation amount of the low-pass filter (3) is the largest, as shown in FIG. .. In the present embodiment, three types of low pass filters having such characteristics are prepared.
最初に所定の測定周波数を選び、スイッチＳＷ１でローパスフィルタ（１）を選択する。ローパスフィルタ（１）は図２及び図３に示すように応答速度が最も速く、減衰量が最も小さいローパスフィルタである。そして得られた測定値が安定していた場合にはここでその測定周波数におけるインピーダンス測定は終了する。 First, a predetermined measurement frequency is selected, and the switch SW1 selects the low-pass filter (1). The low-pass filter (1) is a low-pass filter having the fastest response speed and the smallest attenuation as shown in FIGS. 2 and 3. When the obtained measured value is stable, the impedance measurement at that measuring frequency is finished here.
しかし、得られた測定値が安定していない場合には、スイッチＳＷ１でローパスフィルタ（２）を選択（切り換え）する。ローパスフィルタ（２）は図２及び図３に示すように応答速度がローパスフィルタ（１）よりも遅く、減衰量もローパスフィルタ（１）よりも大きい。そして得られた測定値が安定していた場合にはここでその測定周波数におけるインピーダンス測定は終了する。
しかし、得られた測定値が安定していない場合には、スイッチＳＷ１でローパスフィルタ（３）を選択（切り換え）する。ローパスフィルタ（３）は図２及び図３に示すように応答速度がローパスフィルタ（２）よりも遅く、減衰量もローパスフィルタ（２）よりも大きい。そして得られた測定値が安定していた場合にはここでその測定周波数におけるインピーダンス測定は終了する。
However, when the obtained measured value is not stable, the switch SW1 selects (switches) the low-pass filter (2). As shown in FIGS. 2 and 3, the low-pass filter (2) has a response speed slower than that of the low-pass filter (1) and has a larger attenuation amount than the low-pass filter (1). When the obtained measured value is stable, the impedance measurement at that measuring frequency is finished here.
However, when the obtained measured value is not stable, the switch SW1 selects (switches) the low-pass filter (3). As shown in FIGS. 2 and 3, the low-pass filter (3) has a slower response speed than the low-pass filter (2) and has a larger attenuation amount than the low-pass filter (2). When the obtained measured value is stable, the impedance measurement at that measuring frequency is finished here.
上記した例では３種類のローパスフィルタを用いた例であるが、さらに異なる特性をもつローパスフィルタを用意して行えば、３種類の場合に比較してより安定した測定値をできる限り速く算出することができる。なお、ローパスフィルタの数は、安定性と測定時間のバランスを考慮して決定するのが好ましい。 In the above example, three types of low-pass filters are used, but if low-pass filters having different characteristics are prepared, more stable measurement values can be calculated as quickly as possible compared to the case of three types. be able to. The number of low pass filters is preferably determined in consideration of the balance between stability and measurement time.
また、ローパスフィルタの選択（切り換え）については、上記した実施の形態ではローパスフィルタ（１），（２），（３）の順に切り替えたが、図示されない演算装置内のメモリに記憶された順番にしたがって行うこともできるし、図示されない表示装置に表示された測定値に応じて手動で切り換えるようにしてもよい。 Regarding the selection (switching) of the low-pass filters, the low-pass filters (1), (2), and (3) were switched in the order in the above-described embodiment, but in the order stored in the memory in the arithmetic unit (not shown). Therefore, it may be performed, or may be manually switched according to the measurement value displayed on the display device (not shown).
（本発明による効果）
本発明では、複数の異なる特性（応答特性、減衰特性）を有するローパスフィルタを並列に動作させた上で、ローパスフィルタの切り換えを、ノイズの影響が最も受けにくく、かつ応答速度が最も速いローパスフィルタが見つかるまで行っているので、最もノイズの影響のない安定した測定値が速くに得られる。例えば、負荷電流や充電電流が流れていない電池のようにノイズの影響が少ないような場合には、上記した図２及び図３の例でいうとローパスフィルタ（１）が選択され測定後に実施した測定周波数におけるインピーダンス測定は終了する。
(Effects of the present invention)
In the present invention, a low-pass filter having a plurality of different characteristics (response characteristic, attenuation characteristic) is operated in parallel, and switching of the low-pass filter is the least affected by noise and has the fastest response speed. Since it is performed until is found, a stable measurement value with the least noise influence can be quickly obtained. For example, in the case where the influence of noise is small as in a battery in which a load current or a charging current does not flow, the low-pass filter (1) is selected in the examples of FIGS. The impedance measurement at the measurement frequency ends.
つまり、ノイズの影響の少ない試料であってもノイズの影響の大きい試料、例えばＵＰＳのバッテリなど、検出信号にノイズが重畳しているような試料における測定であっても、最も早い応答速度で、かつ減衰量の最も少ないローパスフィルタが選択されるので、ノイズの影響の少ない安定的なインピーダンスの測定値がより速く求められる。 That is, even in the case of a sample having a small influence of noise or a sample having a great influence of noise, for example, a sample in which noise is superimposed on a detection signal, such as a UPS battery, at the fastest response speed, Moreover, since the low-pass filter with the smallest amount of attenuation is selected, a stable impedance measurement value with less influence of noise can be obtained faster.
また、図４を参照して本発明による他の効果について述べる。所定の測定周波数が例えばＹ（Ｈｚ）であって図４に示すようなノイズが現れており、Ｙ（Ｈｚ）の測定周波数でインピーダンス測定をする場合に、ノイズの影響を受ける範囲はその測定周波数から左右ａ（Ｈｚ）までの範囲である。この場合左右ａ（Ｈｚ）までの範囲にあるノイズは上記した選択（切り換え）処理によって減衰するので、ノイズに影響されない範囲を広げることができる（ノイズに影響されない範囲が広がる）。 Further, another effect of the present invention will be described with reference to FIG. The predetermined measurement frequency is, for example, Y (Hz), and noise as shown in FIG. 4 appears, and when impedance measurement is performed at the measurement frequency of Y (Hz), the range affected by noise is the measurement frequency. To left and right a (Hz). In this case, noise in the range up to the left and right a (Hz) is attenuated by the selection (switching) process described above, so that the range not affected by noise can be expanded (the range not affected by noise is expanded).
上記した実施の形態は、定電流源１０から試料１１に交流定電流を供給してインピーダンスを測定する例で説明したが、電圧によるインピーダンス測定も可能である。たとえば、電圧源から試料に交流定電圧を供給して同期検波によりインピーダンスを測定するものでもよい。測定対象が電池の場合には、定電流によりインピーダンス測定を行うことが好ましいが、例えば、電気回路に組み込まれてノイズが現れる可能性のあるコンデンサの場合には、交流定電圧によるインピーダンス測定でもよい。
Although the above embodiment has been described with reference to the example in which the constant
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されることはなく、これ以外にも種々変形可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
１０ 定電流源
１１ 試料（ＤＵＴ）
１５、１６ 増幅器
１７ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２０ 同期検波器
２２-１、２２−２、・・・・、２２−ｎ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２３ アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）
Ｒｓ 電流検出用抵抗
ＳＷ１ スイッチ
10 constant current source
11 samples (DUT)
15, 16
20 Synchronous detector 22-1, 22-2,..., 22-n low-pass filter (LPF)
23 Analog-to-digital converter (ADC)
Rs current detection resistor SW1 switch
Claims (2)
前記測定信号に同期する基準信号を生成する基準信号生成部と、
前記試料に現れる検出信号を前記基準信号で同期検波する同期検波部と、
前記同期検波部の出力に並列に接続された応答速度および減衰量が異なる複数のローパスフィルタと、
前記複数のローパスフィルタのうちのいずれか一つを選択する選択手段と、
前記選択手段の出力により測定値を算出する演算手段と
を備え、
前記選択手段は、応答速度が速く減衰量が小さい前記ローパスフィルタから順に選択し、
前記演算手段は、選択した前記ローパスフィルタの出力による測定値が安定していない場合は、次の前記ローパスフィルタに切り替え、測定値が安定している場合は、測定を終了させる手段を備える
ことを特徴とするインピーダンス測定装置。 An AC supply unit that supplies a measurement signal of a predetermined frequency to the sample to be measured,
A reference signal generation unit that generates a reference signal that is synchronized with the measurement signal;
A synchronous detection unit for synchronously detecting the detection signal appearing on the sample with the reference signal,
A plurality of low-pass filters different in response speed and attenuation amount connected in parallel to the output of the synchronous detection unit ,
Selecting means for selecting any one of the plurality of low-pass filters;
Comprising a calculation means for calculating a measurement value by the output of the selection means ,
The selecting means selects in order from the low-pass filter having a high response speed and a small attenuation amount,
If the measured value by the output of the selected low-pass filter is not stable, the calculating means is provided with means for switching to the next low-pass filter, and if the measured value is stable, terminating the measurement. Characteristic impedance measuring device.
測定対象の試料に所定周波数の測定信号を供給するステップと、
前記測定信号に同期する基準信号を生成するステップと、
前記試料に現れる検出信号を前記基準信号で同期検波するステップと、
前記同期検波された信号を並列に接続された応答速度および減衰量が異なる複数のローパスフィルタを通過させるステップと、
前記複数のローパスフィルタのうちのいずれか一つを選択するステップと、
前記選択するステップにより選択された前記ローパスフィルタの出力により測定値を算出する演算ステップと
を有し、
前記選択ステップは、応答速度が速く減衰量が小さい前記ローパスフィルタから順に選択し、
前記演算ステップは、選択した前記ローパスフィルタの出力による測定値が安定していない場合は、次の前記ローパスフィルタに切り替え、測定値が安定している場合は、測定を終了させる
ことを特徴とするインピーダンス測定方法。 A measurement signal of a predetermined frequency is supplied to a sample to be measured, a detection signal appearing on the sample is synchronously detected by a reference signal which is synchronized with the measurement signal by a synchronous detection unit, and a DC component of the synchronously detected signal is processed by a low-pass filter. An impedance measuring method for extracting and measuring the AC impedance of the sample,
Supplying a measurement signal of a predetermined frequency to the sample to be measured,
Generating a reference signal synchronized with the measurement signal;
Synchronously detecting the detection signal appearing on the sample with the reference signal ,
A step of pre-Symbol response speed synchronous detection signal are connected in parallel and attenuation to pass different low-pass filters,
Selecting any one of the plurality of low pass filters;
A calculation step of calculating a measurement value from the output of the low-pass filter selected by the selecting step,
In the selecting step, the response speed is fast and the attenuation is small, and the low-pass filter is selected in order,
In the calculation step, if the measured value by the output of the selected low-pass filter is not stable, the measurement is switched to the next low-pass filter, and if the measured value is stable, the measurement is terminated. Impedance measurement method.
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