JP7146558B2 - Impedance measuring device and adjustment method of negative feedback circuit in impedance measuring device - Google Patents

Impedance measuring device and adjustment method of negative feedback circuit in impedance measuring device Download PDF

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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 Patent Document 1 below, regarding this type of impedance measuring device and a feedback loop stabilization method (negative feedback circuit adjustment method) in this type of impedance measuring device. there is This feedback loop stabilization method adjusts the null amplifying means 51 constituting the feedback loop (null loop) of the impedance measuring device 50 shown in FIG. 3 to stabilize this feedback loop. First, this impedance measuring device 50 will be described.

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 device 50 , a first sine wave signal V 1 (AC voltage signal with a constant frequency and constant amplitude) output from a first signal source 10 passes through a switch 11 to a protective resistor 12 . , the measurement current I is supplied from the first signal source 10 to one terminal 92 of the object 91 to be measured via the switch 11 , the protective resistor 12 , the measurement cable 6 and the Hc measurement terminal 2 . Further, in the impedance measuring device 50, when the feedback loop (the feedback loop consisting of the measuring cable 8, the null amplifying means 51, the current measuring section 25, the measuring cable 9, and the other terminal 93 of the measuring object 91) is stabilized, , the null amplifying means 51 draws in all the measured current I from the other terminal 93 via the Lc measuring terminal 5, the measuring cable 9 and the current measuring section 25 (specifically, the detection resistor 25a of the current measuring section 25). , the other terminal 93 is virtual grounded (equivalently connected to the internal ground G) to perform a negative feedback operation.

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 voltmeter 25b, which constitutes the current measuring section 25 together with the detecting resistor 25a, measures the voltage across the detecting resistor 25a, whereby the measured current I is measured by the current measuring section 25. FIG. Also, the voltage at one terminal 92 of the measurement object 91 is measured by the voltage measurement section (voltmeter) 13 from the Hp measurement terminal 3 via the measurement cable 7 . As described above, since the other terminal 93 is connected to the internal ground G, the voltage measuring section 13 measures the voltage applied across the object 91 to be measured (voltage between both ends). Therefore, the impedance measurement device 50 can obtain the impedance measurement value of the measurement object 91 from the ratio of the measurement value of the voltage measurement section 13 and the measurement value of the current measurement section 25 .

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 means 51 will be specifically described. The null amplifying means 51 comprises an input amplifier 61, a narrow band high gain amplifier 62 and an output amplifier 63 connected in series, as shown in FIGS. Further, the null amplifying means 51 is provided with a synchronizing signal source 64, a switch 65 and a vector voltmeter 66. FIG. The synchronizing signal source 64 outputs a second sine wave signal V2 (synchronizing signal) having the same frequency as the first sine wave signal V1 output from the first signal source 10 and synchronizing with it and having a constant amplitude. The switch 65 is interposed in the preceding stage of the output amplifier 63 and switches between the AC signal Vac output from the narrow-band high-gain amplifier 62 and the second sine wave signal V2 output from the synchronization signal source 64 to output to the output amplifier 63. Output.

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 input amplifier 61 is configured as a current-voltage converter using an operational amplifier whose non-inverting input terminal is connected to the internal ground G, as shown in FIG. The current flowing into the null amplifying means 51 through the Via is converted into a voltage Vi and output. In this case, when the current flowing into the null amplifying means 51 in this way is zero amperes (that is, when the voltage Vi is zero volts), the voltage at the Lp measuring terminal 4 becomes the potential of the internal ground G (that is, The other terminal 93 is virtually grounded).

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 high gain amplifier 62 includes detectors 71 and 72, integrators 73 and 74, modulators 75 and 76, adder 77, phase shifters 78 and 79, and variable phase shifter 80, as shown in FIG. It has In the narrow-band high-gain amplifier 62, the detectors 71 and 72 are supplied with the voltage Vi, the detector 71 is supplied with the second sine wave signal V2, and the detector 72 is supplied with a phase shifter 78. A second sinusoidal signal V2 phase-shifted by 90° is input. With this configuration, the detectors 71 and 72 function as quadrature detectors that divide the voltage Vi into two quadrature components and perform synchronous detection. Detector 72 outputs a second DC signal representing a component (orthogonal component) of voltage Vi which is orthogonal to second sine wave signal V2. The integrator 73 integrates the first DC signal and outputs it to the modulator 75 as a third DC signal, and the integrator 74 integrates the second DC signal and outputs it to the modulator 76 as a fourth DC signal. do.

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-gain amplifier 62, the variable phase shifter 80 phase-shifts the input second sine wave signal V2 by a preset phase, and outputs it as a carrier wave V2a. This carrier wave V2a is input as it is to one of the modulators 75 and 76, and is also input to the other modulator 76 after being phase-shifted by 90° by the phase shifter 79 as the carrier wave V2b. With this configuration, the modulators 75 and 76 form a quadrature modulator, and the modulator 75 amplitude-modulates the carrier wave V2a with the third DC signal output from the integrator 73 and outputs it as the first AC signal. , the modulator 76 amplitude-modulates the carrier wave V2b with the fourth DC signal output from the integrator 74, and outputs it as a second AC signal. Adder 77 combines the first and second AC signals output from modulators 75 and 76 and outputs the result to switch 65 as AC signal Vac.

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-gain amplifier 62 quadrature-synchronously detects the voltage Vi, converts it to a DC signal, integrates it, and quadrature-modulates it back to the AC signal Vac. Amplification is possible. In the narrow-band high-gain amplifier 62, the phase between the quadrature detector composed of the detectors 71 and 72 and the quadrature modulator composed of the modulators 75 and 76 is shifted by the variable phase shifter 80. phase), narrow-band high-gain amplifier 62 can function as a narrow-band high-gain amplifier with an arbitrary phase difference.

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 device 50 is to prevent 0° phase from existing within the gain band of this feedback loop (null loop). This impedance measuring device 50 is designed to flexibly stabilize the feedback loop even when the phase state of the feedback loop changes, such as when the measurement cables 8 and 9 are extended. , a function of finding the necessary phase shift amount (phase correction amount) to be set in the variable phase shifter 80 in order to satisfy this stability condition is incorporated. Hereinafter, a method of finding the necessary phase shift amount using this function, and a feedback loop stabilization method of setting the found phase shift amount in the variable phase shifter 80 to stabilize the feedback loop (null amplifying means 51 adjustment method) will be explained.

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 switch 11 is switched to the ground side to disconnect the first signal source 10 from the protective resistor 12 . Also, the switch 65 is switched to the synchronous signal source 64 side to disconnect the feedback loop and input the second sine wave signal V2 to the output amplifier 63 . In this state, the vector voltmeter 66 measures the voltage Vi output from the input amplifier 61 . The phase difference between the voltage Vi and the second sine wave signal V2 measured by the vector voltmeter 66 in this way is the phase shift amount in one round of the feedback loop excluding the narrow-band high-gain amplifier 62. FIG. Based on this phase shift amount, the phase shift amount that makes the total phase shift amount of the feedback loop 180° (the state with the greatest margin for 0°) is obtained and set in the variable phase shifter 80 . This completes the procedure of finding the phase shift amount in the variable phase shifter 80 necessary to satisfy the above stability condition and setting it in the variable phase shifter 80. Therefore, switching is performed in preparation for subsequent impedance measurement. 11 is switched to the first signal source 10 side, and the switch 65 is switched to the narrow band high gain amplifier 62 side.

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-gain amplifier 62 having variable phase shifter 80 with the phase shift amount set in this manner performs stable negative feedback operation to The amplitude and phase of AC signal Vac output from narrow-band high-gain amplifier 62 (and thus the amplitude of the AC signal output from output amplifier 63) are adjusted so that the potential of is equal to the ground potential (voltage of internal ground G: zero volts). and phase) control the amplitude and phase of the current drawn through the detection resistor 25a. As a result, the voltage measured by the voltage measuring section 13 from the Hp measuring terminal 3 via the measuring cable 7 is the voltage applied between the terminals 92 and 93 of the measuring object 91 (voltage between both ends). In addition, due to this control, the measurement current I flowing through the measurement object 91 does not flow from the Lp measurement terminal 5 to the measurement cable 8 side, but passes through the Lc measurement terminal 5, the measurement cable 9 and the detection resistor 25a and is null-amplified. All are drawn into the means 51 (specifically, the output amplifier 63). Therefore, the current measured by the current measuring unit 25 is the measured current I. Thereby, the impedance measuring device 50 can accurately measure the impedance of the object 91 to be measured based on the voltage across the ends measured by the voltage measuring section 13 and the measured current I measured by the current measuring section 25. It's becoming

特許第3930586号公報(第4-5頁、第2,3,6図)Japanese Patent No. 3930586 (pages 4-5, Figures 2, 3 and 6)

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 Patent Document 1 requires an expensive vector voltmeter 66, which is a problem to be solved. exists.

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 claim 1 comprises: a first signal source for applying a first sine wave signal having a constant frequency and a predetermined amplitude to one terminal of an object to be measured; a negative feedback circuit for prescribing the other terminal of the object to be measured to be a reference potential in a state where the first sine wave signal is applied to the terminal of the negative feedback circuit, wherein the other terminal is set to the reference potential by the negative feedback circuit An impedance measuring device for measuring the impedance of the object to be measured based on the voltage of the one terminal and the current flowing in the negative feedback circuit when specified in and a scalar voltmeter for measuring the voltage output from the current-voltage converter with reference to the reference potential. and 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 with respect to the first sine wave signal; and an amplifier that amplifies the second sine wave signal to an amplified sine wave signal and outputs the signal from an output terminal to the other terminal of the object to be measured, and is interposed between the other terminal and the output terminal of the amplifier. , a current measuring unit that measures a current flowing between the other terminal and the output terminal; and the second signal source that is set so that the voltage measured by the scalar voltmeter approaches zero volts. and a processing unit that adjusts the amplitude and the phase, wherein the processing unit adjusts the amplitude to be set to the second signal source in a state in which the first sine wave signal is applied to the one terminal. and sweeping the set phase, a phase detection process for detecting a target phase that minimizes the voltage measured by the scalar voltmeter; and an amplitude adjustment process of adjusting the amplitude set to the second signal source in a state where the phase is set to the second signal source so that the voltage measured by the scalar voltmeter approaches zero volts. to set the other terminal to the reference potential.

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 claim 2 includes a first signal source that applies a first sine wave signal having a constant frequency and a predetermined amplitude to one terminal of a measurement object; , a current-voltage converter connected to the other terminal of the object to be measured to convert the inflow current from the other terminal into a voltage and output the voltage, the voltage output from the current-voltage converter being referenced to a reference potential; and 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. 2 signal sources, an amplifier for amplifying said second sinusoidal signal to an amplified sinusoidal signal for output from an output terminal to the other terminal of said object to be measured, and between said other terminal and said output terminal of said amplifier. a negative feedback circuit configured to include a current measuring section interposed 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 voltage of the one terminal and the current measured by the current measuring unit in a state where the other terminal is regulated to the reference potential by the negative feedback circuit, A method for adjusting the negative feedback circuit in an impedance measuring device for measuring impedance, wherein the first sinusoidal wave signal is applied to the one terminal of the first signal source and set to the second signal source. While sweeping the phase set in the second signal source with the amplitude kept constant, a target phase that minimizes the voltage measured by the scalar voltmeter is detected, and On the other hand, in a state where the target phase is set as the phase, the amplitude set in the second signal source is adjusted so that the voltage measured by the scalar voltmeter approaches zero volts.

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 claim 1 and the method of adjusting a negative feedback circuit in the impedance measuring device of claim 2, an inexpensive scalar voltmeter is used instead of an expensive vector voltmeter to perform measurement. Since the other terminal of the target can be equivalently defined as the reference potential, device costs and adjustment costs can be reduced compared to a configuration using an expensive vector voltmeter.

インピーダンス測定装置1の構成を示す構成図である。1 is a configuration diagram showing the configuration of an impedance measuring device 1; FIG. 図1における電流電圧変換器21の構成図である。2 is a configuration diagram of a current-voltage converter 21 in FIG. 1. FIG. 従来のインピーダンス測定装置50の構成を示す構成図である。1 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional impedance measuring device 50; FIG. 図3におけるヌル増幅手段51の構成図である。4 is a configuration diagram of a null amplifying means 51 in FIG. 3; FIG.

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 impedance measuring device 1 as this impedance measuring device will be described with reference to FIGS.

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 impedance measuring device 1 includes an Hc measuring terminal 2, an Hp measuring terminal 3, an Lp measuring terminal 4, an Lc measuring terminal 5, measuring cables 6, 7, 8, 9, a first signal source 10, a protective resistor 12, and a voltage measuring section 13. , a negative feedback circuit 14, and a processing unit 15 so that the impedance of the measurement object 91 can be measured.

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 first signal source 10 outputs a first sine wave signal V1 having a constant frequency and a predetermined amplitude with reference to a reference potential (the potential of the internal ground G of the impedance measuring device 1, zero volts). This first sine wave signal V1 passes through the protective resistor 12, the measuring cable 6 (the core wire of the measuring cable 6 made of a coaxial cable or a shielded cable, not shown), and the Hc measuring terminal 2 to one side of the measuring object 91. Applied to terminal 92 . When the first sine wave signal V 1 is applied to one terminal 92 , a measurement current I 1 that is a sine wave signal flows from the first signal source 10 to the object 91 to be measured. In addition, the first signal source 10 is controlled by the processing unit 15 as an example in this example to perform the output operation of the first sine wave signal V1. Of course, a configuration that does not use the protective resistor 12 may be used.

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 voltage measuring section 13 is connected to the Hp measuring terminal 3 via a measuring cable 7 (core wire not shown of the same cable as the measuring cable 6). , the other measuring terminal is connected to the internal ground G. With this configuration, the voltage measurement unit 13 measures the voltage generated at the Hp measurement terminal 3 with the internal ground G as a reference, and the negative feedback circuit 14 causes the other terminal 93 of the measurement object 91 to be connected to the internal ground as will be described later. In the state defined by the potential of G, the voltage between both terminals 92 and 93 of the object 91 to be measured (voltage between both ends) is measured and output to the processing section 15 .

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 negative feedback circuit 14 includes, for example, a current-voltage converter 21 , a scalar voltmeter 22 , a second signal source 23 , an amplifier 24 and a current measuring section 25 . As will be described later, the processing unit 15 also controls the amplitude set for the second signal source 23 based on the scalar voltage value Vsc output from the scalar voltmeter 22 (the amplitude of the second sine wave signal V2, which in turn is amplified). Amplitude of the sine wave signal V3) is adjusted to constitute a part of the negative feedback circuit 14. FIG. The input terminal 14a of the negative feedback circuit 14 is connected to the Lp measurement terminal 4 via the measurement cable 8 (the core wire of the same cable as the measurement cable 6, not shown), and the output terminal 14b is connected to the measurement cable 9 ( It is connected to the Lc measurement terminal 5 via a core wire (not shown) of the same type of cable as the measurement cable 6 .

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 cable 6, 7, 8, 9 has an outer conductor (braided wire) at one end to which the corresponding measuring terminals 2, 3, 4, 5 are connected, They are connected via wirings L1, L2, and L3, and their outer conductors (braided wires) are connected to the internal ground G at the other end.

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-voltage converter 21 includes an operational amplifier 21a having a non-inverting input terminal connected to the internal ground G, one end connected to the input terminal 14a and the other end connected to the operational amplifier 21a. It comprises an input resistor 21b connected to the inverting input terminal, and a feedback resistor 21c having one end connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 21a and the other end connected to the output terminal of the operational amplifier 21a. With this configuration, when the current-voltage converter 21 is connected to the other terminal 93 of the measurement object 91 via the measurement cable 8 and the Lp measurement terminal 4, the inflow from the other terminal 93 to the negative feedback circuit 14 It converts the current into a voltage Vi and outputs it. The scalar voltmeter 22 measures a scalar voltage value Vsc (for example, effective value) of the voltage Vi output from the current-voltage converter 21 with reference to the potential of the internal ground G, and outputs it to the processing unit 15 .

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 second signal source 23 shifts the second sine wave signal V2 having the same frequency as the first sine wave signal V1 and the set amplitude A by the set phase φ with respect to the first sine wave signal V1. Output to amplifier 24 . The amplifier 24 amplifies the second sine wave signal V2 to an amplified sine wave signal V3 and outputs the amplified sine wave signal V3 to the output terminal 14b of the negative feedback circuit 14 from its output terminal (not shown). In this example, the current measuring section 25 is interposed between the output terminal of the amplifier 24 and the output terminal 14b of the negative feedback circuit 14. FIG. Therefore, the amplified sine wave signal V3 is output to the other terminal 93 of the object 91 to be measured via the current measuring section 25, the output terminal 14b, the measuring cable 9 and the Lp measuring terminal 4.

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 current measurement unit 25 includes a detection resistor 25a interposed between the output terminal of the amplifier 24 and the output terminal 14b of the negative feedback circuit 14, and a voltage across the detection resistor 25a (flowing through the detection resistor 25a). A voltage that varies in proportion to the current I2) is measured and output to the processing unit 15 by a voltmeter 25b.

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 processing unit 15 includes a CPU, a memory, and the like, and executes control processing, phase detection processing, amplitude adjustment processing, and impedance measurement processing for the first signal source 10 .

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 processing unit 15 connects the Hc measurement terminal 2 and the Hp measurement terminal 3 to one terminal 92 of the measurement object 91, and connects the other terminal 93 to the Lp measurement terminal. 4 and Lc measurement terminals 5 are connected (that is, the impedance measurement device 1 is connected to the measurement object 91), the first sinusoidal signal V1 from the first signal source 10 is applied to one terminal 92, and the amplifier 24 is applied to the other terminal 93, the amplitude A set in the second signal source 23 is kept constant (that is, the second sine wave signal V2, and thus the amplified sine wave while keeping the amplitude of the signal V3 constant), sweeping the phase φ set in the second signal source 23 (eg increasing from 0° to 180° or vice versa from 180° to 0° in predefined steps). ) to detect the target phase φt that minimizes the scalar voltage value Vsc measured by the scalar voltmeter 22 . Further, the processing unit 15 sets the detected target phase φt to the second signal source 23 as the phase φ. As a result, the phase of the amplified sine wave signal V3 propagating to the other terminal 93 is shifted from the phase of the first sine wave signal V1 propagating to the other terminal 93 by 180°. In this phase detection process, the processing unit 15 can directly detect the target phase φt at which the scalar voltage value Vsc is the minimum, or detect the phase at which the scalar voltage value Vsc is the maximum, and detect the detected phase. By subtracting 180° from , it is possible to indirectly detect the target phase φt that minimizes the scalar voltage value Vsc. Further, if the amplitude of the first sine wave signal V1 output by the first signal source 10 is constant, it can be set to any amplitude.

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 processing unit 15 controls the scalar voltmeter while the first signal source 10 is outputting the first sine wave signal V1 with a normal amplitude (amplitude when performing the impedance measurement process). The amplitude A of the second sinusoidal signal V2 set to the second signal source 23 is adjusted so that the scalar voltage value Vsc measured at 22 approaches zero volts. In the above phase detection process, the target phase φt at which the phase of the first sine wave signal V1 and the amplified sine wave signal V3 at the other terminal 93 of the measurement object 91 are shifted by 180° is set by the second signal source 23 is set as the phase φ, the amplitude of the first sine wave signal V1 at the other terminal 93 (amplitude attenuated from the amplitude when output from the first signal source 10) and the amplitude of the amplified sine wave signal V3 The scalar voltage value Vsc becomes zero volts when the amplitude (amplitude attenuated from the amplitude when output from the amplifier 24) matches. Even after the scalar voltage value Vsc becomes zero volts, the processing unit 15 continues to execute the amplitude adjustment process, thereby adjusting the amplitude of the second sine wave signal V2 so that the scalar voltage value Vsc is maintained at zero volts. Adjust A.

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 processing unit 15 causes the voltage between both terminals 92 and 93 of the measurement object 91 measured by the voltage measurement unit 13 to be measured by the voltage measurement unit 13 in a state where the scalar voltage value Vsc is maintained at zero volts by executing the amplitude adjustment process. and the current I2 measured by the current measuring unit 25, the impedance of the measurement object 91 is calculated. When the scalar voltage value Vsc is maintained at zero volts, the current flowing into the current-voltage converter 21, that is, the current flowing from the Lp measurement terminal 4 to the negative feedback circuit 14 via the measurement cable 8 is zero amperes. Therefore, the measurement current I1 flowing from the first signal source 10 to the measurement object 91 all flows to the current measuring section 25 as the current I2. Therefore, the current measurement unit 25 measures the measurement current I1 flowing through the measurement target 91 as the current I2 and outputs the current I2 to the processing unit 15 . Thereby, the processing unit 15 accurately measures (calculates) the impedance of the measurement object 91 . In the impedance measurement process, the processing unit 15 also outputs the measured impedance to an output unit (not shown) (for example, a display device such as an LCD).

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 impedance measuring device 1 will be described together with the adjusting operation (adjusting method) of the negative feedback circuit 14 in the impedance measuring device 1 with reference to the drawings. It is assumed that the impedance measuring device 1 is normally connected to the object 91 to be measured.

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 impedance measuring device 1, the processing unit 15 first executes control processing for the first signal source 10 to output the first sine wave signal V1 having a constant frequency and a constant amplitude.

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 processing unit 15 executes the phase detection process described above. In this phase detection process, the processing unit 15 maintains the amplitude A set in the second signal source 23 constant (that is, while maintaining the amplitude of the amplified sine wave signal V3 constant), the second signal source 23 is swept to detect the target phase φt that minimizes the scalar voltage value Vsc measured by the scalar voltmeter 22 . The processing unit 15 also sets the detected target phase φt as the phase φ for the second signal source 23 . As a result, the phase of the amplified sine wave signal V3 propagating to the other terminal 93 is set (adjusted) to be 180° out of phase with respect to the phase of the first sine wave signal V1 propagating to the other terminal 93 .

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 processing unit 15 executes the above amplitude adjustment processing. In this amplitude adjustment process, the processing unit 15 first executes a control process for the first signal source 10 to set the amplitude of the first sine wave signal V1 to the amplitude used when performing the impedance measurement process. When the amplitude of the first sine wave signal V1 when executing the phase detection process is set to the amplitude when executing the impedance measurement process, the control process for the first signal source 10 can be omitted. Next, the processing unit 15 controls the scalar voltage value Vsc measured by the scalar voltmeter 22 to approach zero volts in a state in which the amplitude of the first sine wave signal V1 is set to the amplitude used when performing the impedance measurement process. Then, the amplitude A of the second sine wave signal V2 set for the second signal source 23 is adjusted. Further, even after the scalar voltage value Vsc becomes zero volt as a result of adjusting the amplitude A of the second sine wave signal V2, the processing unit 15 continues to execute this amplitude adjustment process, so that the scalar voltage value Adjust the amplitude A of the second sinusoidal signal V2 so that Vsc is maintained at zero volts.

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-voltage converter 21, that is, the current flowing from the Lp measurement terminal 4 to the negative feedback circuit 14 via the measurement cable 8 is is zero amperes, the measurement current I1 flowing from the first signal source 10 to the measurement object 91 all flows to the current measuring section 25 as the current I2. Therefore, the current measurement unit 25 measures the current I2, which is the measurement current I1 flowing through the measurement target 91, and outputs the current I2 to the processing unit 15. FIG. Also, since the scalar voltage value Vsc is maintained at zero volts, the other terminal 93 of the measurement target 91 is equivalently connected to the internal ground G. Therefore, the voltage measurement unit 13 measures the voltage generated at the Hp measurement terminal 3 with reference to the internal ground G, thereby measuring the voltage (the voltage across the terminals) between the terminals 92 and 93 of the object 91 to be measured. Output to the processing unit 15 .

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 processing unit 15 executes impedance measurement processing in this state, and the voltage across the terminals 92 and 93 of the measurement object 91 measured by the voltage measurement unit 13 and the voltage across the terminals 92 and 93 measured by the current measurement unit 25 are measured. The impedance of the object 91 to be measured is accurately calculated based on the current I2 that is applied. Also, the calculated impedance is output to the output section.

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 impedance measuring device 1, the processing section 15 causes the first signal source 10 to output the first sine wave signal V1 and the second signal source 23 to output the second sine wave signal V2. A phase detection process is performed based on the scalar voltage value Vsc measured by the scalar voltmeter 22 in the state (where the amplifier 24 is outputting the amplified sine wave signal V3), and the phase A target phase φt to be set as φ is detected, and in a state where the target phase φt is set as the phase φ for the second signal source 23, amplitude adjustment processing is executed based on the scalar voltage value Vsc to obtain a scalar voltage value The amplitude A of the second sine wave signal V2 output from the second signal source 23 is adjusted (set) so that Vsc is maintained at zero volts. Further, in the adjustment method of the negative feedback circuit 14 in this impedance measuring device 1, the first sine wave signal V1 is applied to one terminal 92 of the first signal source 10, and the amplitude set in the second signal source 23 is In a constant state, while sweeping the phase φ set in the second signal source 23, the target phase φt that minimizes the scalar voltage value Vsc measured by the scalar voltmeter 22 is detected. On the other hand, with the target phase φt set as the phase φ, the amplitude A set in the second signal source 23 is adjusted so that the scalar voltage value Vsc measured by the scalar voltmeter 22 approaches zero volts.

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 impedance measuring device 1 and the adjustment method of the negative feedback circuit 14 in the impedance measuring device 1, the low-cost scalar voltmeter 22 is used instead of the high-priced vector voltmeter. Since the other terminal 93 can be equivalently connected to the internal ground G (the potential of the other terminal 93 can be defined equivalently to the potential of the internal ground G), the configuration using an expensive vector voltmeter can be avoided. In comparison, equipment costs and adjustment costs can be reduced. Moreover, according to this impedance measuring apparatus 1, compared with a configuration using an expensive vector voltmeter, the narrow-band high-gain amplifier 62 having a complicated circuit configuration can be eliminated, and the first signal source 10 Since the switch 11 on the side can also be eliminated, the device cost can be further reduced.

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 impedance measuring device 10 first signal source 14 negative feedback circuit 21 current-voltage converter 22 scalar voltmeter 23 second signal source 24 amplifier 25 current measuring section 91 measurement object 92 one terminal 93 the other terminal
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)

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. .
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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