JPH0799376B2 - 電圧測定装置 - Google Patents

電圧測定装置

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JPH0799376B2
JPH0799376B2 JP62183852A JP18385287A JPH0799376B2 JP H0799376 B2 JPH0799376 B2 JP H0799376B2 JP 62183852 A JP62183852 A JP 62183852A JP 18385287 A JP18385287 A JP 18385287A JP H0799376 B2 JPH0799376 B2 JP H0799376B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は多数の端子に電圧が分布する被測定対象の電圧
を測定する電圧測定装置に関し、 従来のような被測定電圧の読み取り伝送手段の影響によ
る電圧測定値に与える誤差や電圧波形の歪を無くし、高
精度の電圧の測定をすることを可能とする電圧測定装置
の提供を目的とし、 電圧を加えることによって屈折率が変化する電気光学結
晶と、その電気光学結晶の一端面に複数に分割されて設
けられたコンタクト電極と、その電気光学結晶の他端面
に設けられた透明電極から成る電気光学効果プローブ
と、光ビームを発生する光源と、その電気光学効果プロ
ーブの測定したい位置に光ビームを偏向する偏向器と、
その光ビームの光軸を変換する光学手段と、先の電気光
学効果プローブから帰還した光ビームを受光して電気信
号に変換する受光器と、この受光器の出力信号から被測
定対象の電圧を検出する信号処理手段と、偏向器及び光
源の出力を調整する手段とを備えることにより構成す
る。
〔産業上の利用分野〕
本発明は電圧測定装置に関するものであり、更に詳しく
言えば多数の端子に電圧が分布する被測定対象の電圧を
測定する電圧測定装置に関するものである。
〔従来の技術〕
第3図は従来例に係る説明図である。
同図(a)において1は被測定対象、1aはその給電部
分、2は電圧測定装置、3はクロック信号S4や試験信号
S3を出力する測定試験制御系、4,4aは給電部分の電圧変
化を伝送する測定ケーブル、5はコネクタ、5aはテスト
プローブである。
同図(b)は被測定対象1と電圧測定装置2とを接続す
る測定ケーブル4やテストプローブ5aのケーブル4aの等
価回路を示す図であり、rは分布抵抗,lは分布インダク
タンス、cは分布容量を示している。またsはコネク
タ5の給電部分1aの電圧すなわち送電端の電圧であり、
rは電圧測定装置の受電端の電圧である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、従来例による電圧測定装置によれば、被測定
対象1の給電部分1aから電圧測定装置2まで測定ケーブ
ル4やテストプローブのケーブル4aを介して離れた場所
で電圧を測定するため、同図(b)に示すように測定ケ
ーブルの伝送インピーダンスは、被測定対象の電圧測定
値に誤差を生じさせる。
また給電部分1aの電圧波形の周波数がGHzオーダーにな
ると著しく測定ケーブルの分布インダクタンスlや分布
容量cが被測定電圧に作用し、同図(c)に示すベクト
ル図のように送電端の電圧をs、受電端の電圧をr
とした場合、測定ケーブルの伝送インピーダンスによっ
てその電圧の大きさが|s|≠|r|となり、その位相
差が(θだけ遅れ)生じ被測定対象1の電圧波形に歪を
生じさせ、正確な電圧測定ができないという問題があ
る。
本発明はかかる従来の問題に鑑みて創作されたものであ
り、従来のような被測定電圧の読み取り伝送手段による
電圧測定値に与える誤差や、電圧波形に与える歪を無く
し、高精度の電圧の測定を可能とする電圧測定装置の提
供を目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕 本発明の電圧測定装置は、その一実施例を第1,第2図に
示すように、電圧を加えることによって屈折率が変化す
る電気光学結晶と、前記電気光学結晶の一端面に複数に
分割されて設けられたコンタクト電極と、前記電気光学
結晶の他端面に設けられた透明電極から成る電気光学効
果プローブと、光ビームを発生する光源と、前記電気光
学効果プローブの測定したい位置に前記光ビームを偏向
する偏向器と、前記光ビームの光軸を変換する光学手段
と、前記電気光学効果プローブから帰還した光ビームを
受光して電気信号に変換する受光器と、前記受光器の出
力信号から被測定対象の電圧を検出する信号処理手段
と、前記偏向器及び光源の出力を調整する手段とを備え
ていることを特徴とする。
本発明の電圧測定装置において、好ましくは、前記被測
定対象を駆動する電圧の一周期を整数分の1位相づつず
らした光ビームを前記電気光学効果プローブに照射し、
ストロボ法により前記被測定対象の電圧を測定すること
を特徴とし、上記目的を達成する。
〔作用〕
本発明の装置の動作を説明する。まず、被測定対象に電
気光学効果プローブを接触させた状態で、光源から出射
した光ビームを調整手段を介して偏向器により電気光学
効果プローブの測定したい位置に偏向する。電気光学効
果プローブに入射した光ビームは、透明電極を通過して
電気光学結晶に到達する。ここで、被測定対象からの電
圧がコンタクト電極と透明電極との間に加わると、電気
光学結晶を通過した光ビームの屈折率が変化する。この
屈折率が変化した光ビームは電気光学効果プローブから
帰還するが、光学手段によって光軸が変換され、この光
ビームが受光器により受光される。受光器では光ビーム
が電気信号に変換され、これが信号処理手段に出力され
る。これにより、信号処理手段は、受光器の出力信号か
ら被測定対象の電圧を検出する。
このように本発明では、電気光学結晶、コンタクト電極
及び透明電極から成る電気光学効果プローブを用い、測
定点が一又は二以上存在する被測定領域内で、偏向器に
よって測定したい位置に集中して光ビームを偏向するこ
とにより、ピンポイント毎に電圧を測定することができ
る。また、被測定対象の電圧変化を電気光学結晶の複屈
折性を利用して光ビームの光量変化に置換して伝送でき
るので、従来例のような測定ケーブル等の伝送インピー
ダンスによる影響が無くなり、高精度の電圧測定を行う
ことが可能となる。
また本発明によればストロボ法による電圧測定ができる
ので被測定対象のGHz単位の電圧を測定することも可能
となる。
〔実施例〕
次に図を参照しながら本発明の実施例について説明す
る。
第1図は本発明の第1の実施例に係る電圧測定装置を説
明する図である。図において、11は電子処理装置等の特
性試験などで電圧測定される被測定対象、12はその端子
等の給電部分である。
また13はその各給電部分12に接合されるアルミや金など
のコンタクト用電極であり、各給電部分12毎にレーザビ
ーム光lをクロストークすることができる。
14は薄いGaAs結晶(面方位[100]、厚さ200μm程度)
等の電気光学結晶、15はインジュウム,錫,酸化物から
成る透明電極である。
なお、コンタクト用電極13、電気光学結晶14及び透明電
極15は積層して形成され、電気光学効果プローブを構成
する。このプローブは、電極13と15との間に電圧が加わ
ると、ポッケルス効果により電気光学結晶14内に誘電分
極を生じ、軸方位によって屈折率が変化する複屈折性の
機能を有している。
また、16は1/4波長板、17は偏向ビームスプリッタ、18
a,18bはレンズ系であり、光軸変換をする光学系であ
る。
19は被測定対象11の給電部分12にレーザビーム光lを走
査するX−Y偏向器、20はレーザビーム光lを発射する
YAGレーザや半導体レーザ等のレーザ光源、21はX−Y
偏向器19とレーザ光源20とを制御する駆動制御系であ
る。
なお、駆動制御系21は被測定対象11の電圧の周波数に応
じて、レーザビーム光lの発射間隔を被測定電圧の一周
期の整数分の1ずつ位相をずらしたパルス状にすること
ができる。また駆動制御系21は、信号処理系23から駆動
制御信号S2を入力し、偏向器を駆動制御することができ
る。
22はその光量を受光し、光電変換して検出信号S1を出力
する受光器、23は検出信号S1を処理する信号処理系、24
は被測定対象11にクロック信号等の試験信号S3を出力す
る測定試験制御系、25は電圧測定結果である。
このようにして、本発明の電圧測定装置は構成される。
この装置の動作を説明する。まず、被測定対象11にコン
タクト用電極13を接触させた状態で、レーザ光源20から
出射したレーザビーム光1を駆動制御系21を介してXY偏
向器19により電気光学効果プローブの測定したい位置に
偏向する。また、1/4波長板16を介して電気光学効果プ
ローブに入射したレーザビーム光1は、透明電極15を通
過して電気光学結晶14に到達する。ここで、被測定対象
11からの電圧がコンタクト電極13と透明電極15との間に
加わると、電気光学結晶14を通過したレーザビーム光1
の屈折率が変化する。この屈折率が変化したレーザビー
ム光1は電気光学効果プローブから1/4波長板16を介し
て帰還するが、偏光ビームスプリッタ17によって光軸が
変換され、このレーザビーム光1がレンズ系18を通過し
て受光器22により受光される。受光器22では光ビームが
検出信号S1に変換され、これが信号処理系23に出力され
る。これにより、信号処理系23では、受光器23の出力信
号から被測定対象の電圧を検出する。電圧検出結果は測
定試験制御系24を介して出力される。
このように本発明の装置では測定点が一又は二以上存在
する被測定領域内で、XY偏向器19によって測定したい位
置に集中してレーザビーム光1を偏向することにより、
ピンポイント毎に電圧を測定することができる。
第2図は、本発明の第2の実施例に係る電圧測定装置の
ストロボ法による電圧測定を説明する図である。なお、
同図(a)において、第1の実施例と同符号のものは、
同じ機能を示している。また、第1の実施例と異なるの
は、被測定対象11の被測定電圧が、たとえばGHz単位に
変化する場合で、かつ受光検出機能が追従性に乏しい場
合におけるストロボ法による電圧を測定する点である。
図において、被測定対象11の被測定電圧が、たとえば正
弦波電圧v=Em sinωtであり、その周波数fがGHz単
位である場合には、駆動制御系21はレーザビームlの発
射間隔をその電圧一周期の整数分の1だけ位相をずらし
てパルス状に制御する。
また、同図(b)は、給電部分12の被測定電圧によって
電気光学結晶14により複屈折されたレーザビーム光lの
偏向状態を示す図である。図において、l11,l21は1/4波
長板通過後の電気光学結晶内のレーザビーム光を示し、
l12は被測定電圧v≠0のときの電気光学結晶往復後の
楕円偏向されたレーザ反射ビーム光を示し、l13は同v
≠0のときの1/4波長板通過後のレーザ反射ビーム光を
示し、l14は同v≠0のときの偏向ビームスプリッタ17
通過後のレーザ反射ビーム光を示している。なお、レー
ザ反射ビーム光l14の光量を光電変換したものが被測定
電圧となる。
また、l22は被測定電圧v=0のときの電気光学結晶往
復後、l23は同v=0のときの1/4波長通過後の直線偏光
のレーザビーム光を示し、この場合はレーザビーム光l
24は強度がl14と異なる。
次に同図(c1)〜(c6)は、被測定電圧v=Em sinωt
の電圧波形(f=GHz)単位)の測定に係る図であり、
図において同図(c1)は被測定電圧v=Em sinωtを示
し、縦軸に電圧v,その最大値Em,横軸に角度ωt(角速
度ω)を示している。また同図(c2)〜(c5)は、駆動
制御系21によりレーザビームlの発射間隔を被測定電圧
の一周期の1/nづつ位相をずらしたパルス状とし、複屈
折されたレーザビーム光l14を受光器により受光した光
量と基準光量l24との差を示す図であり、縦軸に光量差
φを、横軸に発射時間tを示している。
同図(c6)はその光量差φ12…φを光電変換
して信号処理することにより得られる被測定電圧v=Em
sinωtの電圧波形を示している。
このようにして、被測定対象11の位置または二以上の給
電部分12にレーザビーム光lを走査して、その電圧変化
を電気光学結晶14の複屈折性を利用してレーザビームl
の光量変化に置換して伝送することができ、給電部分12
の電圧波形を直接信号処理をすることができる。このた
め従来のように測定ケーブルの伝送インピーダンスによ
る電圧測定値に与える影響を無くすることが可能とな
り、高精度の電圧測定をすることが可能となる。
また被測定対象11の被測定電圧の周波数が、受光検出処
理系(22,23)の処理性能を越える場合でも、ストロボ
法により電圧を測定することができる。このため、周期
的かつ過渡的に変化する立ち上がり波形等の電圧測定に
本発明の電圧測定装置を利用することが可能となる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の電圧測定装置では、電気
光学結晶、コンタクト電極及び透明電極から成る電気光
学効果プローブを用い、測定点が一又は二以上存在する
被測定領域内で、偏向器によって測定したい位置に集中
して光ビームを偏向することにより、ピンポイント毎に
電圧を測定することができる。また、被測定対象の電圧
変化を電気光学結晶の複屈折性を利用して光ビームの光
量変化に置換して伝送できるので、従来のような測定ケ
ーブル等の波形の歪や測定誤差を測定系から無くするこ
とが可能となり、このため被測定対象である電気処理装
置等の真の特性試験を高精度にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例に係る電圧測定装置を説
明する図、 第2図は本発明の第2の実施例に係る電圧測定装置のス
トロボ法による電圧の測定を説明する図、 第3図は従来例に係る説明図である。 (符号の説明) 1,11……被測定対象、 2……電圧測定装置、 3,25……測定試験制御系、 4,4a……測定ケーブル、 5……コネクタ、 5a……テストプローブ、 1a,12……給電部分、 13……コンタクト用電極、 14……電気光学結晶、 15……透明電極、 16……1/4波長板、 17……偏光ビームスプリッタ、 18a,18b……レンズ系、 19……XY偏向器、 20……レーザ光源、 21……駆動制御系、 22……受光器、 23……信号処理系、 24……測定試験制御系、 25……測定結果。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電圧を加えることによって屈折率が変化す
    る電気光学結晶と、前記電気光学結晶の一端面に複数に
    分割されて設けられたコンタクト電極と、前記電気光学
    結晶の他端面に設けられた透明電極から成る電気光学効
    果プローブと、 光ビームを発生する光源と、 前記電気光学効果プローブの測定したい位置に前記光ビ
    ームを偏向する偏向器と、 前記光ビームの光軸を変換する光学手段と、 前記電気光学効果プローブから帰還した光ビームを受光
    して電気信号に変換する受光器と、 前記受光器の出力信号から被測定対象の電圧を検出する
    信号処理手段と、 前記偏向器及び光源の出力を調整する手段とを備えてい
    ることを特徴とする電圧測定装置。
  2. 【請求項2】前記被測定対象を駆動する電圧の一周期を
    整数分の1位相づつずらした光ビームを前記電気光学効
    果プローブに照射し、ストロボ法により前記被測定対象
    の電圧を測定することを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の電圧測定装置。
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