JP7146558B2 - Impedance measuring device and adjustment method of negative feedback circuit in impedance measuring device - 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装置における負帰還回路の調整方法に関するものである。 The present invention relates to an impedance measuring device and a method of adjusting a negative feedback circuit in the impedance measuring device.
例えば、この種のインピーダンス測定装置およびこの種のインピーダンス測定装置における帰還ループの安定化方法(負帰還回路の調整方法)に関して、下記の特許文献1において従来の技術として開示された技術が知られている。この帰還ループ安定化方法は、図3に示すインピーダンス測定装置50の帰還ループ(ヌルループ)を構成するヌル増幅手段51に対する調整を行って、この帰還ループを安定化させるものである。まず、このインピーダンス測定装置50について説明する。
For example, there is known a technique disclosed as a prior art in
このインピーダンス測定装置50では、第1信号源10から出力された第1正弦波信号V1(一定の周波数で、かつ一定の振幅の交流電圧信号)が切替器(スイッチ)11を介して保護抵抗12に印加されることにより、第1信号源10から切替器11、保護抵抗12、測定ケーブル6およびHc測定端子2を経由して測定対象91の一方の端子92へ測定電流Iが供給される。また、インピーダンス測定装置50では、帰還ループ(測定ケーブル8、ヌル増幅手段51、電流測定部25、測定ケーブル9および測定対象91の他の端子93から成る帰還ループ)が安定化されている状態において、ヌル増幅手段51が、他方の端子93からLc測定端子5、測定ケーブル9および電流測定部25(具体的には、電流測定部25の検出抵抗25a)を介して測定電流Iをすべて引き込むことで、他方の端子93を仮想接地(内部グランドGに等価的に接続)する負帰還動作を実行する。
In this impedance measuring
この状態において、検出抵抗25aと共に電流測定部25を構成する電圧計25bが検出抵抗25aの両端間の電圧を測定することで、測定電流Iが電流測定部25で測定される。また、測定対象91の一方の端子92の電圧は、Hp測定端子3から測定ケーブル7を介して電圧測定部(電圧計)13で測定される。上記したように、他方の端子93が内部グランドGに接続されることから、電圧測定部13は、測定対象91の両端に印加される電圧(両端間電圧)を測定することになる。したがって、インピーダンス測定装置50では、電圧測定部13での測定値と電流測定部25での測定値の比から測定対象91のインピーダンス測定値を求めることが可能となっている。
In this state, the
次に、ヌル増幅手段51について具体的に説明する。ヌル増幅手段51は、図3,4に示すように、直列接続された入力増幅器61、狭帯域高利得増幅器62および出力増幅器63を備えている。また、ヌル増幅手段51には、同期信号源64、スイッチ65およびベクトル電圧計66が配設されている。同期信号源64は、第1信号源10から出力される第1正弦波信号V1と同一周波数で、かつ同期した一定振幅の第2正弦波信号V2(同期信号)を出力する。スイッチ65は、出力増幅器63の前段に介装されて、狭帯域高利得増幅器62から出力される交流信号Vacおよび同期信号源64から出力される第2正弦波信号V2を切り替えて出力増幅器63に出力する。
Next, the null amplifying
入力増幅器61は、一例として、図4に示すように、非反転入力端子が内部グランドGに接続された演算増幅器を用いて電流電圧変換器として構成されて、Lp測定端子4から測定ケーブル8を介してヌル増幅手段51に流入する電流を電圧Viに変換して出力する。この場合、このようにしてヌル増幅手段51に流入する電流がゼロアンペアのとき(つまり、電圧Viがゼロボルトのとき)には、Lp測定端子4の電圧は内部グランドGの電位になる(つまり、他方の端子93が仮想接地された状態になる)。
As an example, the
狭帯域高利得増幅器62は、図4に示すように、検波器71,72、積分器73,74、変調器75,76、加算器77、移相器78,79、および可変移相器80を備えている。狭帯域高利得増幅器62では、検波器71,72に電圧Viが入力されると共に、検波器71には、第2正弦波信号V2が入力され、また検波器72には、移相器78で90°移相された第2正弦波信号V2が入力される。この構成により、検波器71,72は電圧Viを直交2成分に分けて同期検波する直交検波器として機能して、検波器71は電圧Viについての第2正弦波信号V2と同相の成分(同相成分)を示す第1直流信号を出力し、検波器72は電圧Viについての第2正弦波信号V2と直交する成分(直交成分)を示す第2直流信号を出力する。積分器73は、第1直流信号を積分して、第3直流信号として変調器75に出力し、積分器74は、第2直流信号を積分して、第4直流信号として変調器76に出力する。
Narrow band
また、狭帯域高利得増幅器62では、可変移相器80は、入力した第2正弦波信号V2を、予め設定された位相分だけ移相して、搬送波V2aとして出力する。この搬送波V2aは、変調器75,76のうちの一方の変調器75にそのまま入力されると共に、移相器79で90°移相されて搬送波V2bとして他方の変調器76に入力される。この構成により、変調器75,76は直交変調器を構成して、変調器75は、積分器73から出力される第3直流信号で搬送波V2aを振幅変調して、第1交流信号として出力し、変調器76は、積分器74から出力される第4直流信号で搬送波V2bを振幅変調して、第2交流信号として出力する。加算器77は、変調器75,76から出力される第1、第2交流信号を合成して、交流信号Vacとしてスイッチ65に出力する。
In the narrow-band high-
このように、狭帯域高利得増幅器62は、電圧Viを直交同期検波して直流信号に変換して積分し、さらに直交変調して交流信号Vacに戻しているため、狭帯域で高利得での増幅が可能となっている。また、狭帯域高利得増幅器62では、検波器71,72で構成される直交検波器と変調器75,76で構成される直交変調器との間の位相を可変移相器80でずらす(移相する)ことが可能であることから、狭帯域高利得増幅器62は任意の位相差をもつ狭帯域高利得増幅器として機能することが可能となっている。
Thus, the narrow-band high-
また、インピーダンス測定装置50での上記の帰還ループの安定条件は、この帰還ループ(ヌルループ)一巡の利得帯域内に位相の0°が存在しないようにすることである。このインピーダンス測定装置50では、例えば、測定ケーブル8,9が延長された場合のように、帰還ループの位相状態が変わったときであっても、柔軟に対応して帰還ループを安定化し得るように、この安定条件を満たすために可変移相器80に設定すべき必要な移相量(位相補正量)を見つける機能が内蔵されている。以下、この機能を使用してこの必要な移相量を見つける方法、および見つけた移相量を可変移相器80に設定して帰還ループを安定化させる帰還ループ安定化方法(ヌル増幅手段51の調整方法)について説明する。
Moreover, the stability condition of the feedback loop in the impedance measuring
まず、切替器11を接地側に切り換えて、第1信号源10を保護抵抗12から切り離す。また、スイッチ65を同期信号源64側に切り替えて、帰還ループを切断して、第2正弦波信号V2を出力増幅器63に入力する。この状態で、入力増幅器61から出力される電圧Viをベクトル電圧計66で測定する。このようにしてベクトル電圧計66で測定された第2正弦波信号V2に対する電圧Viの位相差が、狭帯域高利得増幅器62を除いた帰還ループの一巡での移相量である。この移相量から、帰還ループの全移相量が180°になる(0°に対して最も余裕のある状態になる)ような移相量を求めて、可変移相器80に設定する。これにより、上記の安定条件を満たすために必要な可変移相器80での移相量を見つけて、可変移相器80に設定する手順が完了するため、その後のインピーダンス測定に備えて、切替器11を第1信号源10側に切り換えると共に、スイッチ65を狭帯域高利得増幅器62側に切り換える。
First, the
このようにして移相量が設定された可変移相器80を有する狭帯域高利得増幅器62を含むヌル増幅手段51は、安定した負帰還動作を実行して、測定対象91の他方の端子93の電位が接地電位(内部グランドGの電圧:ゼロボルト)になるように、狭帯域高利得増幅器62から出力される交流信号Vacの振幅および位相(ひいては、出力増幅器63から出力される交流信号の振幅および位相)を制御することで、検出抵抗25aを経由して引き込む電流の振幅および位相を制御する。これにより、Hp測定端子3から測定ケーブル7を介して電圧測定部13で測定される電圧は、測定対象91の端子92,93間に印加される電圧(両端間電圧)となる。また、この制御により、測定対象91に流れる測定電流Iは、Lp測定端子5から測定ケーブル8側へは流れずに、Lc測定端子5、測定ケーブル9および検出抵抗25aを経由して、ヌル増幅手段51(具体的には、出力増幅器63)にすべて引き込まれる。このため、電流測定部25で測定される電流は、測定電流Iとなる。これにより、インピーダンス測定装置50は、電圧測定部13で測定された両端間電圧と電流測定部25で測定された測定電流Iとに基づいて測定対象91のインピーダンスを正確に測定することが可能となっている。
Null amplifying means 51 including narrow-band high-
ところが、上記特許文献1に開示されているインピーダンス測定装置における狭帯域高利得増幅器62に対する調整方法(負帰還回路の調整方法)には、高価なベクトル電圧計66が必要になるという改善すべき課題が存在している。
However, the adjustment method for the narrow-band high-gain amplifier 62 (negative feedback circuit adjustment method) in the impedance measuring apparatus disclosed in the above-mentioned
本発明は、かかる解決すべき課題に鑑みてなされたものであり、ベクトル電圧計を使用せずに負帰還回路を調整し得るインピーダンス測定装置、およびインピーダンス測定装置における負帰還回路の調整方法を提供することを主目的とする。 The present invention has been made in view of such problems to be solved, and provides an impedance measuring device capable of adjusting a negative feedback circuit without using a vector voltmeter, and a method of adjusting the negative feedback circuit in the impedance measuring device. The main purpose is to
上記目的を達成すべく請求項1記載のインピーダンス測定装置は、一定周波数で、かつ予め規定された振幅の第1正弦波信号を測定対象の一方の端子に印加する第1信号源と、前記一方の端子に前記第1正弦波信号が印加されている状態において、前記測定対象の他方の端子を基準電位に規定する負帰還回路とを備え、当該負帰還回路によって前記他方の端子が前記基準電位に規定されているときの前記一方の端子の電圧と当該負帰還回路に流れる電流とに基づいて前記測定対象のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置であって、前記負帰還回路は、前記他方の端子に接続されて、当該他方の端子からの流入電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換器と、前記電流電圧変換器から出力される前記電圧を前記基準電位を基準として測定するスカラ電圧計と、前記第1正弦波信号と同一周波数で、かつ設定された振幅の第2正弦波信号を、設定された位相だけ当該第1正弦波信号に対してずらして出力する第2信号源と、前記第2正弦波信号を増幅正弦波信号に増幅して出力端子から前記測定対象の他方の端子に出力する増幅器と、前記他方の端子と前記増幅器の前記出力端子との間に介装されて、当該他方の端子と当該出力端子との間に流れる電流を測定する電流測定部と、前記スカラ電圧計で測定される前記電圧がゼロボルトに近づくように前記第2信号源に対して設定する前記振幅および前記位相を調整する処理部とを備えて構成され、前記処理部は、前記第1正弦波信号を前記一方の端子に印加させている状態において、前記第2信号源に設定する前記振幅を一定にし、かつ設定する前記位相をスイープさせながら、前記スカラ電圧計で測定される前記電圧が最小となる目標位相を検出する位相検出処理と、当該位相検出処理で検出した前記目標位相を前記位相として前記第2信号源に設定した状態において、当該第2信号源に設定する前記振幅を、前記スカラ電圧計で測定される前記電圧がゼロボルトに近づくように調整する振幅調整処理とを実行して、前記他方の端子を前記基準電位に規定する。
In order to achieve the above object, an impedance measuring apparatus according to
また、請求項2記載のインピーダンス測定装置における負帰還回路の調整方法は、一定周波数で、かつ予め規定された振幅の第1正弦波信号を測定対象の一方の端子に印加する第1信号源と、前記測定対象の他方の端子に接続されて、当該他方の端子からの流入電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換器、当該電流電圧変換器から出力される前記電圧を基準電位を基準として測定するスカラ電圧計、前記第1正弦波信号と同一周波数で、かつ設定された振幅の第2正弦波信号を、設定された位相だけ当該第1正弦波信号に対してずらして出力する第2信号源、前記第2正弦波信号を増幅正弦波信号に増幅して出力端子から前記測定対象の他方の端子に出力する増幅器、および前記他方の端子と前記増幅器の前記出力端子との間に介装されて、当該他方の端子と当該出力端子との間に流れる電流を測定する電流測定部を有して構成されて、前記測定対象の他方の端子を前記基準電位に規定する負帰還回路とを備え、当該負帰還回路によって当該他方の端子が当該基準電位に規定されている状態での前記一方の端子の電圧および前記電流測定部で測定される前記電流に基づいて、当該測定対象のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置における前記負帰還回路の調整方法であって、前記第1信号源に対して前記第1正弦波信号を前記一方の端子に印加させ、前記第2信号源に設定する前記振幅を一定にした状態において、当該第2信号源に設定する前記位相をスイープさせながら、前記スカラ電圧計で測定される前記電圧が最小となる目標位相を検出し、前記第2信号源に対して前記目標位相を前記位相として設定した状態において、当該第2信号源に設定する前記振幅を、前記スカラ電圧計で測定される前記電圧がゼロボルトに近づくように調整する。
A method for adjusting a negative feedback circuit in an impedance measuring apparatus according to
請求項1記載のインピーダンス測定装置、および請求項2記載のインピーダンス測定装置における負帰還回路の調整方法によれば、高価なベクトル電圧計を使用せずに安価なスカラ電圧計を使用して、測定対象の他方の端子を等価的に基準電位に規定することができるため、高価なベクトル電圧計を使用する構成と比較して、装置コストや調整コストを低減することができる。
According to the impedance measuring device of
以下、インピーダンス測定装置およびこの装置における負帰還回路の調整方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。 Embodiments of an impedance measuring device and a method of adjusting a negative feedback circuit in this device will be described below with reference to the accompanying drawings.
まず、このインピーダンス測定装置としてのインピーダンス測定装置1の構成について、図1,2を参照して説明する。
First, the configuration of an
インピーダンス測定装置1は、Hc測定端子2、Hp測定端子3、Lp測定端子4、Lc測定端子5、測定ケーブル6,7,8,9、第1信号源10、保護抵抗12、電圧測定部13、負帰還回路14、および処理部15を備えて、測定対象91のインピーダンスを測定可能に構成されている。
The
第1信号源10は、一定周波数で、かつ予め規定された振幅の第1正弦波信号V1を基準電位(インピーダンス測定装置1の内部グランドGの電位。ゼロボルト)を基準として出力する。この第1正弦波信号V1は、保護抵抗12、測定ケーブル6(同軸ケーブルやシールドケーブルで構成された測定ケーブル6の不図示の芯線)およびHc測定端子2を介して、測定対象91の一方の端子92に印加される。また、第1正弦波信号V1が一方の端子92に印加された状態においては、第1信号源10から測定対象91に正弦波信号である測定電流I1が流れる。また、第1信号源10は、本例では一例として処理部15によって制御されて、第1正弦波信号V1の出力動作を実行する。なお、保護抵抗12を使用しない構成であってもよいのは勿論である。
The
電圧測定部13は、一対の測定端子(図示せず)のうちの一方の測定端子が測定ケーブル7(測定ケーブル6と同種のケーブルの不図示の芯線)を介してHp測定端子3に接続され、他方の測定端子が内部グランドGに接続されている。この構成により、電圧測定部13は、内部グランドGを基準としてHp測定端子3に発生する電圧を測定することにより、負帰還回路14によって後述するように測定対象91の他方の端子93が内部グランドGの電位に規定された状態では、測定対象91の両端子92,93間の電圧(両端間電圧)を測定して、処理部15に出力する。
One measuring terminal of a pair of measuring terminals (not shown) of the
負帰還回路14は、一例として、電流電圧変換器21、スカラ電圧計22、第2信号源23、増幅器24および電流測定部25を備えて構成されている。なお、処理部15も、後述するように、スカラ電圧計22から出力されるスカラ電圧値Vscに基づいて第2信号源23に対して設定する振幅(第2正弦波信号V2の振幅、ひいては増幅正弦波信号V3の振幅)を調整することにより、負帰還回路14の一部を構成している。また、負帰還回路14は、その入力端子14aが測定ケーブル8(測定ケーブル6と同種のケーブルの不図示の芯線)を介してLp測定端子4に接続され、その出力端子14bが測定ケーブル9(測定ケーブル6と同種のケーブルの不図示の芯線)を介してLc測定端子5に接続されている。
The
各測定ケーブル6,7,8,9は、図1に示すように、対応する測定端子2,3,4,5が接続された一方の端部において、それぞれの外部導体(網組線)が配線L1,L2,L3を介して接続され、かつ他方の端部において、それぞれの外部導体(網組線)が内部グランドGに接続されている。
Each measuring
電流電圧変換器21は、一例として、図2に示すように、非反転入力端子が内部グランドGに接続された演算増幅器21a、一端が入力端子14aに接続されると共に他端が演算増幅器21aの反転入力端子に接続された入力抵抗21b、および一端が演算増幅器21aの反転入力端子に接続されると共に他端が演算増幅器21aの出力端子に接続された帰還抵抗21cを備えて構成されている。この構成により、電流電圧変換器21は、測定ケーブル8およびLp測定端子4を介して測定対象91の他方の端子93に接続されているときに、他方の端子93から負帰還回路14への流入電流を電圧Viに変換して出力する。スカラ電圧計22は、電流電圧変換器21から出力される電圧Viについてのスカラ電圧値Vsc(例えば、実効値など)を内部グランドGの電位を基準として測定して処理部15へ出力する。
For example, as shown in FIG. 2, the current-
第2信号源23は、第1正弦波信号V1と同一周波数で、かつ設定された振幅Aの第2正弦波信号V2を、設定された位相φだけ第1正弦波信号V1に対してずらして増幅器24へ出力する。増幅器24は、第2正弦波信号V2を増幅正弦波信号V3に増幅して、その不図示の出力端子から負帰還回路14の出力端子14bに出力する。本例では、電流測定部25が、増幅器24の出力端子と負帰還回路14の出力端子14bとの間に介装されている。このため、増幅正弦波信号V3は、電流測定部25、出力端子14b、測定ケーブル9およびLp測定端子4を介して、測定対象91の他方の端子93に出力される。
The
電流測定部25は、一例として、増幅器24の出力端子と負帰還回路14の出力端子14bとの間に介装された検出抵抗25a、および検出抵抗25aの両端間の電圧(検出抵抗25aに流れる電流I2に比例して変化する電圧)を測定して、処理部15に出力する電圧計25bを備えて構成されている。
As an example, the
処理部15は、CPUおよびメモリなどを備えて構成されて、第1信号源10に対する制御処理、位相検出処理、振幅調整処理およびインピーダンス測定処理を実行する。
The
この位相検出処理では、処理部15は、図1に示すように、測定対象91の一方の端子92にHc測定端子2およびHp測定端子3が接続されると共に、他方の端子93にLp測定端子4およびLc測定端子5が接続され(つまり、インピーダンス測定装置1が測定対象91に接続され)、第1信号源10からの第1正弦波信号V1が一方の端子92に印加され、かつ増幅器24からの増幅正弦波信号V3が他方の端子93に印加されている状態において、第2信号源23に設定する振幅Aを一定に維持しつつ(つまり、第2正弦波信号V2、ひいては増幅正弦波信号V3の振幅を一定に維持しつつ)、第2信号源23に設定する位相φをスイープ(例えば、予め規定されたステップで、0°から180°まで増加、または逆に180°から0°まで減少)させて、スカラ電圧計22で測定されるスカラ電圧値Vscが最小となる目標位相φtを検出する。また、処理部15は、この検出した目標位相φtを上記の位相φとして第2信号源23に対して設定する。これにより、他方の端子93に伝搬する第1正弦波信号V1の位相に対して、他方の端子93に伝搬する増幅正弦波信号V3の位相が180°ずれた状態に設定される。この位相検出処理では、処理部15は、スカラ電圧値Vscが最小となる目標位相φtを直接的に検出することもできるし、スカラ電圧値Vscが最大となる位相を検出し、この検出した位相から180°を減算することで、スカラ電圧値Vscが最小となる目標位相φtを間接的に検出することもできる。また、第1信号源10が出力する第1正弦波信号V1の振幅は一定であれば、任意の振幅とすることができる。
In this phase detection process, as shown in FIG. 1, the
また、振幅調整処理では、処理部15は、第1信号源10が正規の振幅(インピーダンス測定処理を実行するときの振幅)で第1正弦波信号V1を出力している状態において、スカラ電圧計22で測定されるスカラ電圧値Vscがゼロボルトに近づくように、第2信号源23に対して設定する第2正弦波信号V2の振幅Aを調整する。上記の位相検出処理において、測定対象91の他方の端子93での第1正弦波信号V1の位相と増幅正弦波信号V3の位相が180°ずれた状態になる目標位相φtが第2信号源23に位相φとして設定されていることから、他方の端子93での第1正弦波信号V1の振幅(第1信号源10から出力された時点の振幅から減衰した振幅)と増幅正弦波信号V3の振幅(増幅器24から出力された時点の振幅から減衰した振幅)とが一致した時点で、スカラ電圧値Vscはゼロボルトになる。処理部15は、スカラ電圧値Vscがゼロボルトになった後も、振幅調整処理を継続して実行することにより、スカラ電圧値Vscがゼロボルトに維持されるように、第2正弦波信号V2の振幅Aを調整する。
In the amplitude adjustment process, the
また、インピーダンス測定処理では、処理部15は、振幅調整処理の実行によってスカラ電圧値Vscがゼロボルトに維持されている状態において、電圧測定部13で測定される測定対象91の両端子92,93間の両端間電圧と、電流測定部25で測定される電流I2とに基づいて、測定対象91のインピーダンスを算出する。スカラ電圧値Vscがゼロボルトに維持されている状態では、電流電圧変換器21に流入する電流、つまり、Lp測定端子4から測定ケーブル8を介して負帰還回路14に流入する電流はゼロアンペアであることから、第1信号源10から測定対象91に流れる測定電流I1は、すべて電流I2として電流測定部25に流れる。したがって、電流測定部25は、測定対象91に流れる測定電流I1を電流I2として測定して処理部15に出力する。これにより、処理部15は、測定対象91のインピーダンスを正確に測定(算出)する。また、処理部15は、インピーダンス測定処理において、測定したインピーダンスを不図示の出力部(例えば、LCDなどの表示装置など)に出力する。
Further, in the impedance measurement process, the
次に、インピーダンス測定装置1の動作について、インピーダンス測定装置1における負帰還回路14の調整動作(調整方法)と併せて、図面を参照して説明する。なお、インピーダンス測定装置1は、測定対象91に正常に接続されているものとする。
Next, the operation of the
この状態において、インピーダンス測定装置1では、処理部15が、まず、第1信号源10に対する制御処理を実行して、一定周波数で、かつ一定振幅の第1正弦波信号V1を出力させる。
In this state, in the
次いで、処理部15は、上記の位相検出処理を実行する。この位相検出処理では、処理部15は、第2信号源23に設定する振幅Aを一定に維持しつつ(つまり、増幅正弦波信号V3の振幅を一定に維持しつつ)、第2信号源23に設定する位相φをスイープさせて、スカラ電圧計22で測定されるスカラ電圧値Vscが最小となる目標位相φtを検出する。また、処理部15は、この検出した目標位相φtを第2信号源23に対して位相φとして設定する。これにより、他方の端子93に伝搬する第1正弦波信号V1の位相に対して、他方の端子93に伝搬する増幅正弦波信号V3の位相が180°ずれた状態に設定(調整)される。
Next, the
続いて、処理部15は、上記の振幅調整処理を実行する。この振幅調整処理では、処理部15は、まず、第1信号源10に対する制御処理を実行して、第1正弦波信号V1の振幅をインピーダンス測定処理を実行するときの振幅に設定する。なお、位相検出処理の実行時における第1正弦波信号V1の振幅がインピーダンス測定処理を実行するときの振幅に設定されているときには、この第1信号源10に対する制御処理については省くことができる。次いで、処理部15は、第1正弦波信号V1の振幅がインピーダンス測定処理を実行するときの振幅に設定されている状態において、スカラ電圧計22で測定されるスカラ電圧値Vscがゼロボルトに近づくように、第2信号源23に対して設定する第2正弦波信号V2の振幅Aを調整する。また、処理部15は、第2正弦波信号V2の振幅Aを調整した結果、スカラ電圧値Vscがゼロボルトになった以降についても、この振幅調整処理を継続して実行することにより、スカラ電圧値Vscがゼロボルトに維持されるように、第2正弦波信号V2の振幅Aを調整する。
Subsequently, the
このようにして、スカラ電圧値Vscがゼロボルトに維持されている状態では、電流電圧変換器21に流入する電流、つまり、Lp測定端子4から測定ケーブル8を介して負帰還回路14に流入する電流はゼロアンペアであることから、第1信号源10から測定対象91に流れる測定電流I1は、すべて電流I2として電流測定部25に流れる。したがって、電流測定部25は、測定対象91に流れる測定電流I1である電流I2を測定して処理部15に出力している。また、スカラ電圧値Vscがゼロボルトに維持されていることから、測定対象91の他方の端子93は等価的に内部グランドGに接続された状態になっている。したがって、電圧測定部13は、内部グランドGを基準としてHp測定端子3に発生する電圧を測定することにより、測定対象91の両端子92,93間の電圧(両端間電圧)を測定して、処理部15に出力する。
In this way, when the scalar voltage value Vsc is maintained at zero volts, the current flowing into the current-
次いで、処理部15は、この状態において、インピーダンス測定処理を実行して、電圧測定部13で測定される測定対象91の両端子92,93間の両端間電圧と、電流測定部25で測定される電流I2とに基づいて、測定対象91のインピーダンスを正確に算出する。また、算出したインピーダンスを出力部に出力する。
Next, the
このように、このインピーダンス測定装置1では、処理部15は、第1信号源10が第1正弦波信号V1を出力し、かつ第2信号源23が第2正弦波信号V2を出力している(増幅器24が増幅正弦波信号V3を出力している)状態において、スカラ電圧計22で測定されたスカラ電圧値Vscに基づいて位相検出処理を実行して、第2信号源23に対して位相φとして設定する目標位相φtを検出し、また第2信号源23に対して位相φとしてこの目標位相φtを設定した状態においてスカラ電圧値Vscに基づいて振幅調整処理を実行して、スカラ電圧値Vscがゼロボルトに維持されるように、第2信号源23から出力される第2正弦波信号V2の振幅Aを調整(設定)する。また、このインピーダンス測定装置1における負帰還回路14の調整方法では、第1信号源10に対して第1正弦波信号V1を一方の端子92に印加させ、第2信号源23に設定する振幅を一定にした状態において、第2信号源23に設定する位相φをスイープさせながら、スカラ電圧計22で測定されるスカラ電圧値Vscが最小となる目標位相φtを検出し、第2信号源23に対してこの目標位相φtを位相φとして設定した状態において、第2信号源23に設定する振幅Aを、スカラ電圧計22で測定されるスカラ電圧値Vscがゼロボルトに近づくように調整する。
Thus, in the
したがって、このインピーダンス測定装置1、およびインピーダンス測定装置1における負帰還回路14の調整方法によれば、高価なベクトル電圧計を使用せずに安価なスカラ電圧計22を使用して、測定対象91の他方の端子93を内部グランドGに等価的に接続すること(他方の端子93の電位を内部グランドGの電位に等価的に規定すること)ができるため、高価なベクトル電圧計を使用する構成と比較して、装置コストや調整コストを低減することができる。また、このインピーダンス測定装置1によれば、高価なベクトル電圧計を使用する構成と比較して、回路構成の複雑な狭帯域高利得増幅器62を不要にすることができ、また第1信号源10側での切替器11も不要にすることができることから、装置コストを一層低減することができる。
Therefore, according to the
1 インピーダンス測定装置
10 第1信号源
14 負帰還回路
21 電流電圧変換器
22 スカラ電圧計
23 第2信号源
24 増幅器
25 電流測定部
91 測定対象
92 一方の端子
93 他方の端子
A 振幅
G 内部グランド
V1 第1正弦波信号
V2 第2正弦波信号
V3 増幅正弦波信号
Vi 電圧
φ 位相
1
A amplitude
G Internal ground V1 First sine wave signal V2 Second sine wave signal V3 Amplified sine wave signal Vi Voltage
φ phase
Claims (2)
前記一方の端子に前記第1正弦波信号が印加されている状態において、前記測定対象の他方の端子を基準電位に規定する負帰還回路とを備え、当該負帰還回路によって前記他方の端子が前記基準電位に規定されているときの前記一方の端子の電圧と当該負帰還回路に流れる電流とに基づいて前記測定対象のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置であって、
前記負帰還回路は、
前記他方の端子に接続されて、当該他方の端子からの流入電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換器と、
前記電流電圧変換器から出力される前記電圧を前記基準電位を基準として測定するスカラ電圧計と、
前記第1正弦波信号と同一周波数で、かつ設定された振幅の第2正弦波信号を、設定された位相だけ当該第1正弦波信号に対してずらして出力する第2信号源と、
前記第2正弦波信号を増幅正弦波信号に増幅して出力端子から前記測定対象の他方の端子に出力する増幅器と、
前記他方の端子と前記増幅器の前記出力端子との間に介装されて、当該他方の端子と当該出力端子との間に流れる電流を測定する電流測定部と、
前記スカラ電圧計で測定される前記電圧がゼロボルトに近づくように前記第2信号源に対して設定する前記振幅および前記位相を調整する処理部とを備えて構成され、
前記処理部は、前記第1正弦波信号を前記一方の端子に印加させている状態において、前記第2信号源に設定する前記振幅を一定にし、かつ設定する前記位相をスイープさせながら、前記スカラ電圧計で測定される前記電圧が最小となる目標位相を検出する位相検出処理と、当該位相検出処理で検出した前記目標位相を前記位相として前記第2信号源に設定した状態において、当該第2信号源に設定する前記振幅を、前記スカラ電圧計で測定される前記電圧がゼロボルトに近づくように調整する振幅調整処理とを実行して、前記他方の端子を前記基準電位に規定するインピーダンス測定装置。 a first signal source that applies a first sinusoidal signal of constant frequency and predefined amplitude to one terminal of the measurement object;
a negative feedback circuit that defines the other terminal of the object to be measured as a reference potential in a state where the first sine wave signal is applied to the one terminal, wherein the negative feedback circuit causes the other terminal to An impedance measuring device for measuring the impedance of the object to be measured based on the voltage of the one terminal when defined as a reference potential and the current flowing in the negative feedback circuit,
The negative feedback circuit is
a current-voltage converter connected to the other terminal and configured to convert the inflow current from the other terminal into a voltage and output the voltage;
a scalar voltmeter for measuring the voltage output from the current-voltage converter with reference to the reference potential;
a second signal source that outputs a second sine wave signal having the same frequency as that of the first sine wave signal and having a set amplitude with a set phase shifted from the first sine wave signal;
an amplifier that amplifies the second sine wave signal to an amplified sine wave signal and outputs the amplified sine wave signal from an output terminal to the other terminal of the object to be measured;
a current measuring unit interposed between the other terminal and the output terminal of the amplifier and measuring a current flowing between the other terminal and the output terminal;
a processing unit that adjusts the amplitude and the phase set for the second signal source so that the voltage measured by the scalar voltmeter approaches zero volts,
In a state in which the first sine wave signal is applied to the one terminal, the processing unit keeps the amplitude set to the second signal source constant and sweeps the set phase, while the scalar Phase detection processing for detecting a target phase that minimizes the voltage measured by a voltmeter; and an impedance measuring device that adjusts the amplitude set in the signal source so that the voltage measured by the scalar voltmeter approaches zero volts, thereby prescribing the other terminal at the reference potential. .
前記測定対象の他方の端子に接続されて、当該他方の端子からの流入電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換器、当該電流電圧変換器から出力される前記電圧を基準電位を基準として測定するスカラ電圧計、前記第1正弦波信号と同一周波数で、かつ設定された振幅の第2正弦波信号を、設定された位相だけ当該第1正弦波信号に対してずらして出力する第2信号源、前記第2正弦波信号を増幅正弦波信号に増幅して出力端子から前記測定対象の他方の端子に出力する増幅器、および前記他方の端子と前記増幅器の前記出力端子との間に介装されて、当該他方の端子と当該出力端子との間に流れる電流を測定する電流測定部を有して構成されて、前記測定対象の他方の端子を前記基準電位に規定する負帰還回路とを備え、当該負帰還回路によって当該他方の端子が当該基準電位に規定されている状態での前記一方の端子の電圧および前記電流測定部で測定される前記電流に基づいて、当該測定対象のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置における前記負帰還回路の調整方法であって、
前記第1信号源に対して前記第1正弦波信号を前記一方の端子に印加させ、
前記第2信号源に設定する前記振幅を一定にした状態において、当該第2信号源に設定する前記位相をスイープさせながら、前記スカラ電圧計で測定される前記電圧が最小となる目標位相を検出し、
前記第2信号源に対して前記目標位相を前記位相として設定した状態において、当該第2信号源に設定する前記振幅を、前記スカラ電圧計で測定される前記電圧がゼロボルトに近づくように調整するインピーダンス測定装置における負帰還回路の調整方法。 a first signal source that applies a first sinusoidal signal of constant frequency and predefined amplitude to one terminal of the measurement object;
a current-voltage converter that is connected to the other terminal of the object to be measured and converts the inflow current from the other terminal into a voltage and outputs the voltage; A second scalar voltmeter to be measured, which outputs a second sine wave signal having the same frequency as the first sine wave signal and having a set amplitude, shifted by a set phase with respect to the first sine wave signal a signal source, an amplifier for amplifying the second sine wave signal to an amplified sine wave signal for output from an output terminal to the other terminal of the object to be measured, and an interface between the other terminal and the output terminal of the amplifier. a negative feedback circuit configured to include a current measuring unit configured to measure a current flowing between the other terminal and the output terminal, and prescribing the other terminal to be measured at the reference potential; and based on the current measured by the current measuring unit and the voltage of the one terminal in a state where the other terminal is regulated to the reference potential by the negative feedback circuit, the impedance of the object to be measured A method for adjusting the negative feedback circuit in an impedance measuring device that measures
causing the first signal source to apply the first sine wave signal to the one terminal;
Detecting a target phase that minimizes the voltage measured by the scalar voltmeter while sweeping the phase set to the second signal source while the amplitude set to the second signal source is kept constant. death,
With the target phase set as the phase for the second signal source, the amplitude set for the second signal source is adjusted so that the voltage measured by the scalar voltmeter approaches zero volts. A method for adjusting a negative feedback circuit in an impedance measuring device.
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