JP6778515B2 - 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 - Google Patents

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。

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。

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。

以下図面を参照して同期検波によるインピーダンス測定を説明する。
図５は、従来の同期検波によるインピーダンス測定装置を説明する図である。
測定交流電流ｉは、定電流源１０から、試料１１（ＤＵＴ：device under testの略）に供給される。なお、ここでは、試料１１は、内部抵抗Ｒｘをもつ電池である。抵抗（Ｒｓ）１２は、測定交流電流ｉの電流値を検出するための電流検出用抵抗であり、定電流源１０、試料１１に直列に挿入されている。符号１５は、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）を増幅する増幅器である。同様に、符号１６は、電流検出用抵抗（Ｒｓ）１２で検出された電圧信号を増幅する増幅器である。増幅器１５で増幅された電圧検出信号ｖ_１は、測定周波数を通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７を通して同期検波器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ｖ_２は増幅器１６で増幅され同期検波器２０に入力される。同期検波器２０は、電圧検出信号ｖ_１を基準信号ｖ_２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（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が演算され、これらの値は、図示し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。

次に図６の波形図を参照して、図５のインピーダンス測定装置での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（ω_１ｔ）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Ｒ_ｘ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ｖ_１＝ｉＲ_ｘとして出力される。また、増幅器１６からは、電流検出抵抗Ｒ_ｓに対応したｖ_２＝ｉＲｓが出力され、同期検波器２０で同期検波される。ここで、ｖ_１、ｖ_２は、
ｖ_１＝Ｖｓｉｎ（ω_１ｔ）＝ＩＲ_ｘｓｉｎ（ω_１ｔ）
ｖ_２＝ｉＲｓ＝ＩＲ_ｓｓｉｎ（ω_１ｔ）＝ｋｓｉｎ（ω_１ｔ）
である。なお、ｋは定数とする（ＩとＲｓは一定であるとする）
同期検波出力は、
ｖ_１×ｖ_２＝ｋＩＲ_ｘｓｉｎ（ω_１ｔ）ｓｉｎ（ω_１ｔ）
＝１／２・ｋＩＲ_ｘ［ｃｏｓ（０）−ｃｏｓ（２ω_１ｔ）］
交流成分をローパスフィルタで遮断すると、アナログデジタルコンバータ２３の入力は、
Ｖ_ＡＤ＝１／２・ｋＩＲ_ｘｃｏｓ（０）＝１／２・ｋＩＲ_ｘ
となり、これにより、試料の抵抗値Ｒｘは、
Ｒ_ｘ＝２／ｋ・（Ｖ_ＡＤ／Ｉ）
により求めることができる。
図６のｖ_１、ｖ_２、ｖ_１×ｖ_２、ｖ_ＡＤの波形がそれぞれ、図５の信号ｖ_１、ｖ_２、ｖ_１×ｖ_２、ｖ_ＡＤの信号波形になる。

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（ｃｏｓ（２ω_１ｔ））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。

特開２００７−１３２８０６号公報

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）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。

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。

ノイズとして測定周波数と同一周波数のノイズが検出信号に入ると、同期検波出力の直流成分に重畳されているため、ローパスフィルタでは除去することはできない。また、測定周波数に近い周波数のノイズであると、ローパスフィルタの特性から、すべてを除去することは難しい。
例えば、測定周波数が１ｋＨｚであり、ノイズの周波数が１．０１ｋＨｚであった場合、直流ではない低い交流成分は、除去できても少しであって、すべてを除くことはできない。また、バンドパスフィルタも測定周波数である中心周波数の近傍の周波数のノイズを除くことはできないから、測定周波数近傍のノイズを除去することは難しい。
例えば、ローパスフィルタは、図７に示すような周波数特性を有しており、高い周波数については十分取り除くことができるが、低い周波数は除去できない部分が残る。

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問題が生ずる。
本発明は、このような、測定交流電流と同一あるいは近い周波数のノイズ成分から生ずる影響を小さくして、測定誤差を少なくし、安定した測定が可能な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。

本発明の第一の側面は、インピーダンス測定装置であって、測定対象の試料に所定周波数の測定交流信号を供給する交流源と、測定交流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、同期検波部で同期検波された信号の直流成分を抽出して試料のノイズレベルを測定するとともに試料のインピーダンスを測定する演算手段とを備えたインピーダンス測定装置であって、基準信号生成部は、試料に測定交流信号を供給しない状態で、所定周波数であって、位相が異なる二つの基準信号を生成する手段を備え、同期検波部は、通過周波数が異なる複数のバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタの一つを選択する選択手段と、測定交流信号を供給しない状態の試料に現れる検出信号を二つの基準信号でそれぞれ同期検波する手段と、を備え、演算手段は、選択手段で、通過周波数が第一の周波数のバンドパスフィルタを選択し、交流源の測定交流信号を第一の周波数の測定交流信号に設定して、第一の周波数の測定交流信号を試料に供給しない状態の同期検波結果からノイズレベルを測定し、ノイズレベルが所定の許容範囲である場合には、当該第一の周波数の測定交流信号を試料に供給して試料のインピーダンスを測定し、ノイズレベルが所定の許容範囲でない場合には、選択手段で、通過周波数が第二の周波数のバンドパスフィルタを選択し、交流源の測定交流信号の周波数を第二の周波数に設定して、第二の周波数の測定交流信号を試料に供給しない状態の同期検波結果からノイズレベルを測定することを特徴とする。

なお、演算手段は、第一の周波数のノイズレベルが所定の許容範囲でない場合には、所定周波数であって、ノイズレベルが最も低い周波数の測定交流信号を前記試料に供給して、試料のインピーダンス測定を行うことができる。

また、試料は、電池であって、前記交流源は、定電流源であることができる。

本発明の他の側面は、交流源から測定対象の試料に所定周波数の測定交流信号を供給し、試料に現れる検出信号を測定交流信号と同期する位相が異なる二つの基準信号でそれぞれ同期検波し、同期検波された信号の直流成分を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、通過周波数が異なる複数のバンドパスフィルタと複数のバンドパスフィルタの一つを選択する選択手段を備え、選択手段で通過周波数が第一の周波数の前記バンドパスフィルタを選択し、交流源の測定交流信号の周波数を第一の周波数に設定し、試料に測定交流信号を供給しない状態で同期検波を行って、測定交流信号が給されない状態で試料に現れるノイズレベルを測定し、測定したノイズレベルが所定の許容範囲である場合には、当該第一の周波数の測定交流信号を試料に供給して試料のインピーダンスを測定し、第一の周波数のノイズレベルが所定の許容範囲でない場合には、選択手段で通過周波数が第二の周波数のバンドパスフィルタを選択し、交流源の測定交流信号の周波数を第二の周波数に設定し、試料に測定交流信号を供給しない状態で同期検波を行って、試料に現れるノイズレベルを測定することを特徴とする。

なお、第一の周波数のノイズレベルが所定の許容範囲でない場合には、所定周波数であって、ノイズレベルが最も低い周波数の測定交流信号を試料に供給して、試料のインピーダンス測定を行うことができる。

測定交流信号と同一周波数あるいは近い周波数のノイズが混入しても、ノイズ成分を除去することが可能であるため、インピーダンス測定誤差を少なくできる。また、安定した測定をすることができる。

本発明の実施形態で測定周波数ごとにノイズレベルを測定しているときのインピーダンス測定装置の構成を示す図である。 図１の各点に現れる波形を示す図である。 本発明の実施形態で、測定用周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３でノイズレベルを測定し、試料のインピーダンス測定を行う場合の動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態で、測定周波数ｆ１のノイズレベルが規定値外であった場合に試料のインピーダンス測定を行っているときのインピーダンス測定装置の構成を示す図である。 従来の同期検波を用いたインピーダンス測定装置の構成を示す図である。 図５における信号波形を示す図である。 ローパスフィルタの周波数特性例を示す図である。

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のインピーダンス測定装置の構成を示す図であり、測定用周波数ごとにノイズ成分を測定しているときで、測定周波数としてｆ１でのノイズ成分を測定しているときの接続構成を示している。

定電流源１０はスイッチＳＷ１を介して測定対象の試料（ＤＵＴ）１１に接続される。本実施の形態では、試料１１は、電池であり、内部抵抗としてＲ_ｘをもつ。電流検出用抵抗（Ｒ_ｓ）１２は、定電流源１０、スイッチＳＷ１、試料１１の直列回路に挿入されている。スイッチＳＷ２は、定電流源１０とスイッチＳＷ１、試料１１と電流検出用抵抗１２との間に挿入されている。試料１１の検出信号は、増幅器１５を介して複数のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７_１、１７_２、・・１７_ｎに入力される。スイッチＳＷ３は、バンドパスフィルタ１７_１〜１７_ｎのいずれかを選択し、その出力は、同期検波器２０、２１の双方に入力される。電流検出用抵抗１２は、増幅器１６に接続され、増幅器１６の出力は、同期検波器２０に入力されると共に、位相調整器１９を介して同期検波器２１に入力される。位相調整器１９は増幅器１６の出力信号の位相が他方の基準信号に対して９０°の位相となるように位相調整する。同期検波器２０、２１の検波出力は、スイッチＳＷ４に入力され、スイッチＳＷ４の出力は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２に入力され、ローパスフィルタ２２の出力は、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２３に入力される。

次に、本実施の形態によるインピーダンス測定動作を説明する。
本実施の形態では、まず、測定周波数としてｆ１を選択して、試料１１に生ずるノイズレベルを測定し、ノイズレベルが規定値内（許容範囲内）であるときは、ｆ１で試料１１のインピーダンスを測定し、測定周波数ｆ１で、ノイズレベルが規定値内でない場合は、異なる測定周波数のｆ２、ｆ３・・のノイズレベルを測定し、ｆ１，ｆ２，ｆ３・・のうち、ノイズレベルの影響が少ない、すなわち、ノイズレベルがもっとも小さい測定周波数で試料１１のインピーダンスを測定する。

まず、測定周波数ｆ１でのノイズレベルの測定動作を説明する。
スイッチＳＷ１をオフ、スイッチＳＷ２をオンとする。そして、定電流源１０から、測定しようとする周波数ｆ（ｓｉｎ（ω_ｉｔ））としてｆ１を指定して測定交流電流を電流検出用抵抗１２に印加し、試料１１には、測定交流電流を印加しない。電流検出用抵抗１２に現れた電圧信号は、増幅器１６によって増幅され、その出力信号は、分岐されて一方は、そのまま基準信号として同期検波器２０に入力される。分岐された出力の他方の基準信号は、位相調整器１９で、一方の基準信号に比べて位相が９０°異なる基準信号とされて、もうひとつの同期検波器２１に入力される。
測定交流電流が印加されていない状態の試料に現れる検出信号は、増幅器１５で増幅され、通過周波数が異なる複数のバンドパスフィルタ１７_１〜１７_ｎに入力され、スイッチＳＷ３で定電流源１０が入力している測定周波数ｆ１を通過させるバンドパスフィルタ１７₁の出力が選択されその出力が同期検波器２０と２１の双方に入力される。同期検波器２０、２１の出力は、スイッチＳＷ４で順次選択されて、ローパスフィルタ２２に入力される。ローパスフィルタ２２は、スイッチＳＷ４で順次選択された同期検波器２０と２１の出力の交流成分を除去してアナログデジタルコンバータ２３に出力する。

ここで、試料１１に測定交流電流が印加されていない状態では、試料１１に現れる検出信号は、ノイズ成分であり、この検出信号を測定周波数ｆ１に対応するバンドパスフィルタ１７_１を通して同期検波することにより、測定周波数ノイズレベルを測定することができる。同様に、測定周波数をｆ２、ｆ３に対応するバンドパスフィルタ１７₂、１７₃を選択して、測定周波数ｆ２、ｆ３のノイズレベルを測定することができる。

以下、式を用いて試料１１の両端に生じているノイズレベルの測定を説明する。
定電流源１０で測定周波数を設定して同期検波で参照する基準信号ｖ_２、ｖ_３が生成される。ｖ_３は、位相調整器１９によって、ｖ_２とは位相差として９０°（π／２）が与えられている。
ｖ_２＝ＩＲ_ｓｓｉｎ（ω_Ｎｔ）・・・・・（測定交流電流ｉと同位相 Ｎは１〜ｎ）
ｖ_３＝ＩＲ_ｓｓｉｎ（ω_Ｎｔ＋９０°）・（測定交流電流ｉとの位相差９０°）
試料１１の両端から検出したｖ_１をバンドパスフィルタ１７のうち測定周波数ｓｉｎ（ω_Ｎｔ）を中心周波数とするバンドパスフィルタ１７₁を通した後の信号をｖ１’とする。バンドパスフィルタ１７_１〜１７_ｎでは、スイッチＳＷ３で測定周波数に適したバンドパスフィルタを選択して、ｖ_１を通過させる。

ここで、ｖ_１’は、
ｖ_１’＝Ｇ_ＢＰＦＶ_ｘｃｏｓ（ω_ｘｔ＋θ＋θ_ＢＰＦ）
Ｇ_ＢＰＦは、バンドパスフィルタのゲイン、Ｖｘは、試料（Ｒｘ）によって生ずるノイズの電圧、θは、ノイズの位相角、θ_ＢＰＦは、バンドパスフィルタによって生ずる位相角とする。
同期検波器２０、２１で、ｖ_１’をｖ_２、ｖ_３で同期検波することにより、
同期検波器２０の検波出力ｖ_１’×ｖ_２、同期検波器２１の検波出力ｖ_１’×ｖ_３は、以下のように表される。
ｖ_１’×ｖ_２＝１／２・Ｇ_ＢＰＦｖ_ｘＩＲ_ｓ｛ｃｏｓ（ω_ｘｔ＋θ＋θ_ＢＰＦ−ω_Ｎｔ
）｝−ｃｏｓ（ω_ｘｔ＋θ＋θ_ＢＰＦ＋ω_Ｎｔ）
ｖ_１’×ｖ_３＝１／２・Ｇ_ＢＰＦｖ_ｘＩＲ_ｓ｛ｃｏｓ（ω_ｘｔ＋θ＋θ_ＢＰＦ−ω_Ｎｔ
−９０°）｝−ｃｏｓ（ω_ｘｔ＋θ＋θ_ＢＰＦ＋ω_Ｎｔ＋９０°）
この同期検波されたｖ_１’×ｖ_２、ｖ_１’×ｖ_３をローパスフィルタ２２に通すことにより、測定周波数成分が除去され、ノイズ成分が残る。アナログデジタル変換された結果は、すべてノイズであり、バンドパスフィルタ、ローパスフィルタで除去できない成分となる。
同期検波されたｖ_１’×ｖ_２、ｖ_１’×ｖ_３の二乗和の平方根がノイズレベルとなる。

なお、基準信号を直交する位相として同期検波を行うのは、ノイズの位相は不明であって、ひとつの位相のみで検波を行うと、ノイズの位相によりそのレベルが小さくなるからである。同一の検出信号を直交する位相の基準信号により同期検波を行うことにより、正確なノイズレベルを測定することが可能である。なお、基準信号は、位相が直交する場合に限られず、例えば４５°（π／４）で交差した基準信号を用いてもよい。

測定周波数を変えてノイズレベルを測定した例を図２に示す。図２の（ａ）は、測定周波数をｆ１とした場合であり、ローパスフィルタの出力のうち基準信号ｖ_２で同期検波した出力をＶ_{ＡＤ＿ｖ１’×ｖ２}、基準信号ｖ_３で同期検波した出力を Ｖ_{ＡＤ＿ｖ１’×ｖ２}とする。
図２（ａ）は、ノイズの周波数が測定周波数ｆ_１と等しい場合であり、ローパスフィルタの出力には、直流成分のノイズが出力されている例である。図２（ｂ）は、ノイズの周波数が測定周波数ｆ_２に近い場合で、ローパスフィルタの出力には、交流成分も現れている。図２（ｃ）は、ノイズの周波数が測定周波数ｆ_３と相当に離れている場合であり、ローパスフィルタの出力は、ほぼゼロレベルである。

このように、定電流源１０からの測定周波数を変え、対応するバンドパスフィルタ１７_１〜１７_ｎを切り替えれば、それぞれの測定周波数でのノイズレベルが測定できる。
ここで、バンドパスフィルタの切替については、定電流源１０の測定周波数の切替に対応するバンドパスフィルタを切り替えるときに、設定された複数の周波数に対応して順次手動で切り替えることも、順次自動で切り替えることも可能である。
また、図１では図示されていないが、インピーダンス測定装置として、アナログデジタルコンバータ２３の出力が入力される演算部、記憶部、操作部、表示部を備えており、演算部は、ＣＰＵを具備して、ノイズレベルの演算、判定、インピーダンスの演算、測定、表示の制御を行っている。

次に、本発明実施の形態として、最初に測定周波数ｆ１のノイズ成分を測定し、そのときのノイズレベルが許容範囲として設定した規定値以下の場合には、測定周波数ｆ１の測定交流電流を与えて、試料１１のインピーダンスを測定し、測定周波数ｆ１のノイズレベルが設定した規定値を超えている場合には、他の測定周波数ｆ２、ｆ３のノイズ成分を測定して、測定周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３のうち、ノイズレベルの最も小さい測定周波数を選択して、測定交流電流を与えて試料１１のインピーダンスを測定する例を説明する。

一般的に電池の内部抵抗Ｒ_xは、測定周波数が１ｋＨｚ付近で測定されている場合が多い、このとき、１ｋＨｚ付近で、測定周波数として１０００Ｈｚ、９５０Ｈｚ、１０５０Ｈｚのうち、ノイズレベルの小さい測定周波数を選択する場合であって、測定周波数１０００Ｈｚのノイズレベルが小さくて、それが許容範囲である場合には、他の測定周波数のノイズレベルを測定することなく、インピーダンス測定すれば他の測定周波数のノイズレベルを測定する必要はなくなる。仮に、他の測定周波数のノイズレベルを測定して、ノイズレベルの小さい測定周波数を選択した場合、１０００Ｈｚ以外の周波数のノイズレベルが小さければ、測定したい１０００Ｈｚ以外の周波数で測定してしまうことになる。また、測定環境によってＬ成分やＣ成分も変化するので、できるだけ基準となっている目標の測定周波数で測定することが好ましい。

図３のフローチャートを参照して、測定周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３でノイズレベルを測定し、試料のインピーダンス測定を行う場合の動作を説明する。このインピーダンス測定では、ｆ１が１０００Ｈｚ、ｆ２が９５０Ｈｚ、ｆ３が１０５０Ｈｚの測定周波数であってノイズレベルを測定するものとする。

まず、ノイズレベルを判定（測定）したい周波数を設定する（ステップＳ１）。設定する周波数として、インピーダンス測定をしたい周波数ｆ１を選択し、図１に示したように、ＳＷ１をオフ、ＳＷ２をオン、ＳＷ３でバンドパスフィルタ１７−１を選択して、測定周波数ｆ１を設定する。この測定周波数ｆ１を試料１１に与えない状況の出力を同期検波器２０、２１で同期検波する（ステップＳ２）。この同期検波出力をＳＷ４で選択して、ローパスフィルタ２２を通してアナログデジタルコンバータ２３でアナログデジタル変換する。この出力であるｖ_１’×ｖ_２、ｖ_１’×ｖ_３の二乗和の平方根をとってノイズレベルを算出する（ステップＳ３）。ノイズレベルとして、位相が９０°異なる基準信号で同期検波した値の２乗の和の平方根を演算する。
ここで、最初の目標測定周波数の測定周波数ｆ１か否かを判断し（ステップＳ４）、測定周波数ｆ１の場合には、ノイズレベルが規定値以内か否かを判定する（ステップＳ５）。規定値以内である場合には、測定周波数ｆ１の測定交流電流を与えてインピーダンス測定を行う動作になり、ＳＷ１をオン、ＳＷ２をオフにして、測定交流電流として測定周波数ｆ１の測定交流電流を定電流源１０から試料１１に与えて、試料１１のインピーダンスを測定する（ステップＳ６）。ノイズレベルが規定値以内でない場合には、他の測定周波数ｆ２、ｆ３でのノイズレベルの測定を行う（ステップＳ１からステップＳ４）。この場合には、ｆ２、ｆ３のすべてについて、ノイズレベルを測定する。そして、ｆ１、ｆ２、ｆ３のノイズレベルを比較して、ノイズレベルの最小の測定周波数で試料１１のインピーダンスを測定する。（Ｓ７）。

このように、測定したい（目標）測定周波数ｆ１でのノイズレベルが、許容される規定値内である場合には、測定周波数ｆ１でインピーダンスを測定し、規定値を超えている場合には、他の測定周波数ｆ２、ｆ３でのノイズレベルの影響の小さい方の周波数で、試料１１に測定交流電流を与えて、試料１１のインピーダンスを測定する。このときは、ノイズ成分測定で求めたノイズの影響の最も小さい測定周波数を選び、図４に示されるように、スイッチＳＷ１をオン、スイッチＳＷ２をオフ、スイッチＳＷ３は、バンドパスフィルタ１７_１〜１７_ｎのうち、測定周波数を通過させるバンドパスフィルタを選択し、定電流源１０から試料１１に測定交流電流を供給して、従来方法と同一に試料のインピーダンスを測定する。

以上のように、まず、試料１１に現れるノイズレベルを目標測定周波数で測定し、ノイズレベルが規定値の範囲内である場合には、インピーダンス測定を行い、ノイズレベルが規定値の範囲内でない場合には、周辺の他の測定周波数でのノイズレベルを測定して、ノイズレベルの小さい、すなわち、ノイズの影響の小さい測定周波数により試料のインピーダンスを測定することが可能となる。

（本発明による効果）
ノイズレベルが許容範囲である場合、複数の周波数からどれがノイズの影響を受けにくいか選択しないことで、インピーダンス測定を目標周波数で行うことができる。これにより周波数変更に伴うＬ成分やＣ成分による影響を受けることなくインピーダンス測定を行うことができる。目標周波数で許容できないノイズが存在していた場合は最も影響が小さい測定周波数を選択することで安定した測定値を得ることができる。また、測定周波数が目標周波数と異なる時のみノイズが存在することを表示するため測定環境が悪いかどうかを判断することもできる。

上記の実施の形態は、定電流源１１から試料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、定電圧交流によるインピーダンス測定でもよい。

１０ 定電流源
１１ 試料（ＤＵＴ）
１２ 電流検出用抵抗（Ｒｓ）
１５、１６ 増幅器
１７、１７_１〜１７_Ｎ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
１９ 位相調整器
２０、２１ 同期検波器
２２ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２３ アナログデジタルコンバータ
ＳＷ１〜ＳＷ４ スイッチ

Claims (5)

1. 測定対象の試料に所定周波数の測定交流信号を供給する交流源と、
   前記測定交流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、
   前記同期検波部で同期検波された信号の直流成分を抽出して前記試料のノイズレベルを測定するとともに前記試料のインピーダンスを測定する演算手段と
   を備えたインピーダンス測定装置であって、
   前記基準信号生成部は、
   前記試料に測定交流信号を供給しない状態で、前記所定周波数であって、位相が異なる二つの基準信号を生成する手段を備え、
   前記同期検波部は、
   通過周波数が異なる複数のバンドパスフィルタと、
   前記バンドパスフィルタの一つを選択する選択手段と、
   測定交流信号を供給しない状態の試料に現れる検出信号を前記二つの基準信号でそれぞれ同期検波する手段と、
   を備え、
   前記演算手段は、
   前記選択手段で、通過周波数が第一の周波数の前記バンドパスフィルタを選択し、前記交流源の測定交流信号を第一の周波数の測定交流信号に設定して、前記第一の周波数の測定交流信号を前記試料に供給しない状態の同期検波結果からノイズレベルを測定し、ノイズレベルが所定の許容範囲である場合には、当該第一の周波数の測定交流信号を前記試料に供給して前記試料のインピーダンスを測定し、
   前記ノイズレベルが所定の許容範囲でない場合には、前記選択手段で、通過周波数が第二の周波数の前記バンドパスフィルタを選択し、前記交流源の前記測定交流信号の周波数を第二の周波数に設定して、前記第二の周波数の測定交流信号を前記試料に供給しない状態の同期検波結果からノイズレベルを測定する
   ことを特徴とするインピーダンス測定装置。
2. 請求項１記載のインピーダンス測定装置であって、
   前記演算手段は、前記第一の周波数のノイズレベルが所定の許容範囲でない場合には、前記所定周波数であって、ノイズレベルが最も低い周波数の測定交流信号を前記試料に供給して、前記試料のインピーダンス測定を行う
   ことを特徴とするインピーダンス測定装置。
3. 請求項１または２に記載のインピーダンス測定装置であって、
   前記試料は、電池であって、前記交流源は、定電流源である
   ことを特徴とするインピーダンス測定装置。
4. 測定対象の試料に交流源から所定周波数の測定交流信号を供給し、前記試料に現れる検出信号を前記測定交流信号と同期する位相が異なる二つの基準信号でそれぞれ同期検波し、同期検波された信号の直流成分を抽出して前記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、
   通過周波数が異なる複数のバンドパスフィルタと前記複数のバンドパスフィルタの一つを選択する選択手段を備え、
   前記選択手段で通過周波数が第一の周波数の前記バンドパスフィルタを選択し、前記交流源の測定交流信号の周波数を前記第一の周波数に設定し、前記試料に前記測定交流信号を供給しない状態で同期検波を行って、測定交流信号が給されない状態で前記試料に現れるノイズレベルを測定し、測定したノイズレベルが所定の許容範囲である場合には、当該第一の周波数の測定交流信号を前記試料に供給して前記試料のインピーダンスを測定し、
   前記第一の周波数のノイズレベルが所定の許容範囲でない場合には、前記選択手段で通過周波数が第二の周波数の前記バンドパスフィルタを選択し、前記交流源の測定交流信号の周波数を第二の周波数に設定し、前記試料に測定交流信号を供給しない状態で同期検波を行って、前記試料に現れるノイズレベルを測定する
   ことを特徴とするインピーダンス測定方法。
5. 請求項４に記載のインピーダンス測定方法であって、
   前記第一の周波数のノイズレベルが所定の許容範囲でない場合には、前記所定周波数であって、ノイズレベルが最も低い周波数の測定交流信号を前記試料に供給して、前記試料のインピーダンス測定を行う
   ことを特徴とするインピーダンス測定方法。

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