JPS6019464B2 - Impedance change detection circuit - Google Patents

Impedance change detection circuit

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JPS6019464B2
JPS6019464B2 JP8639777A JP8639777A JPS6019464B2 JP S6019464 B2 JPS6019464 B2 JP S6019464B2 JP 8639777 A JP8639777 A JP 8639777A JP 8639777 A JP8639777 A JP 8639777A JP S6019464 B2 JPS6019464 B2 JP S6019464B2
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JP
Japan
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voltage
impedance
integrator
detection circuit
power supply
Prior art date
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JP8639777A
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Japanese (ja)
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JPS5421783A (en
Inventor
敏嗣 植田
平▲てつ▼ 尾土
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Hokushin Electric Corp
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  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、インピーダンスの変化を電圧または電流等の
直流信号に変換するインピーダンス変化検出回路に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an impedance change detection circuit that converts impedance changes into DC signals such as voltage or current.

インピーダンスの変化を検出する場合、従来は被測定イ
ンピーダンスに交流電圧を印加してインピーダンスの変
化を交流信号に変換するとともに、直流信号が必要な場
合には、この交流信号を整流して所望の直流信号を得て
いた。
Conventionally, when detecting changes in impedance, an AC voltage is applied to the impedance being measured to convert the change in impedance into an AC signal, and if a DC signal is required, this AC signal is rectified to generate the desired DC signal. I had a signal.

しかしながら、このような装置では独立した整流回路が
必要となり、回路が複雑となるばかりでなく、安定な直
流信号を得にくいという欠点を有している。本発明は、
上言己のような従来装置の欠点をなくし、インピーダン
ス変化を直接直流信号として検出することができるとと
もに、安定な直流信号を得ることのできるインピーダン
ス変化検出回路を簡単な構成により実現することを目的
としたものである。本発明のインピーダンス変化検出回
路は、被測定インピーダンスに印加される交流電圧に直
流電圧を重畳するとともに、この直流電圧の大きさを制
御して回路を平衡させ、インピーダンス変化に対応した
直流信号を得るようにしたものである。
However, such a device requires an independent rectifier circuit, which not only complicates the circuit, but also has the disadvantage that it is difficult to obtain a stable DC signal. The present invention
The purpose is to eliminate the drawbacks of conventional devices such as those mentioned above, and to realize an impedance change detection circuit with a simple configuration that can detect impedance changes directly as a DC signal and obtain a stable DC signal. That is. The impedance change detection circuit of the present invention superimposes a DC voltage on the AC voltage applied to the impedance to be measured, controls the magnitude of this DC voltage to balance the circuit, and obtains a DC signal corresponding to the impedance change. This is how it was done.

以下、図面を用いて本発明のインピーダンス変化検出回
路を説明する。第1図は本発明のインピーダンス変化検
出回路の一実施例を示す回路図である。
Hereinafter, the impedance change detection circuit of the present invention will be explained using the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the impedance change detection circuit of the present invention.

図において、OSCは交流電源、Z,Zは被測定インピ
ーダンスで、ここでは差動ィンダクタンスを例示してい
る。D,,D2はダイオード,R,,R2は抵抗、C,
,C2はコンデンサ,A,は差動入力の積分器である。
2つの被測定インピーダンスZ,,Zは直列に接続され
るとともに交流電源OSCの出力端子1,1′間に接続
されている。
In the figure, OSC is an AC power supply, Z and Z are impedances to be measured, and differential inductance is illustrated here. D,, D2 are diodes, R,, R2 are resistors, C,
, C2 are capacitors, and A is a differential input integrator.
The two impedances to be measured Z, , Z are connected in series and between the output terminals 1 and 1' of the AC power source OSC.

第1のダイオードD,はそのアノードが交流電源OSC
の一方の出力様子1に接続され、第2のダイオードD2
はそのカソードが交流電源OSCの他方の出力端子1′
に接続されている。2つの抵抗R,,R2は直列に薮続
されるとともに前記した第1および第2のダイオード○
,,D2を介して交流電源OSCの出力端子1.1′間
に接続されている。
The first diode D, whose anode is the AC power supply OSC
The second diode D2 is connected to one output mode 1 of the
whose cathode is the other output terminal 1' of the AC power supply OSC.
It is connected to the. The two resistors R, , R2 are connected in series, and the first and second diodes ○
, , D2 between the output terminals 1 and 1' of the AC power supply OSC.

2つのコンデンサC,.C2は直列に接続されるととも
に前記した第1および第2のダイオードD,,D2を介
して交流電源OSCの出力端子1,1′間に接続され、
さらにその接点中点は接地されている。積分器A,はそ
の一方の入力端子(一)は抵抗R,,R2の接続中点に
接続され、他方の入力端子(十)は接地されている。ま
た、出力端子は被測定インピーダンスZ,Zの接続中点
に接続されている。以上のように構成された本発明のイ
ンピーダンス変化検出回路において、その動作は次の通
りである。
Two capacitors C, . C2 is connected in series and is connected between the output terminals 1 and 1' of the AC power supply OSC via the first and second diodes D, D2,
Further, the middle point of the contact is grounded. One input terminal (1) of the integrator A is connected to the connection midpoint of the resistors R, , R2, and the other input terminal (10) is grounded. Further, the output terminal is connected to the midpoint between the impedances Z and Z to be measured. The operation of the impedance change detection circuit of the present invention configured as described above is as follows.

ダイオードD,,D2、抵抗R,,R2,コンデンサC
,,C2は交流電源OSCに対してピーク整流回路を構
成しており、コンデンサC,にはダイオードD,のアノ
ードに印加される電圧が充電され、一方コンデンサC2
にはダィオ−ドD2のカソードーこ印加される電圧が充
電される。この時、各充電電圧の適性は図示の通りであ
る。ここで、被測定インピーダンス乙,Zに印加される
交流電圧の周波数をf、波高値をVi(以下、交流電圧
Viという)、積分器A,の出力電圧をVoとし、また
回路定数をC,R,,C2R2》; とすれば、抵抗R,,R2に流れる電流i,,i2は次
式のように表わされる。
Diode D,,D2, Resistor R,,R2, Capacitor C
,,C2 constitute a peak rectifier circuit for the AC power supply OSC, and the capacitor C, is charged with the voltage applied to the anode of the diode D, while the capacitor C2
is charged with the voltage applied to the cathode of diode D2. At this time, the suitability of each charging voltage is as shown in the figure. Here, the frequency of the AC voltage applied to the impedances B and Z to be measured is f, the peak value is Vi (hereinafter referred to as AC voltage Vi), the output voltage of the integrator A is Vo, and the circuit constants are C, R,,C2R2》; Then, the currents i,,i2 flowing through the resistors R,,R2 are expressed as follows.

i.:亨(2.支州V。i. : Toru (2. Branch V.

) ‘1’i2=R字(z羊; vi−V。) '1'i2=R-shape (z sheep; vi-V.

) ‘21次に、抵抗R.,R2の大きさが等しい
とすると、その接続中点に現われる電圧はコンデンサC
.,C2の充電電圧の平均値となり、この電圧が積分器
A,の入力電圧となる。この入力電圧は積分器A.の出
力電圧Voに対して負帰還作用を有しており、積分器ん
はコンデンサC,,C2の充電電圧の大きさが互いに等
しくなり、積分器A,の入力電圧が零となるように自動
平衡動作を行なう。すなわち、積分器A,の出力電圧V
oが増加すると、ダイオードD,を介してコンデンサC
,に充電される電圧は増加し、ダイオードD2を介して
コンデンサC2に充電される電圧は減少する。このため
、抵抗K,,R2の綾続中点に現われる電圧は増加し、
積分器A,の出力電圧Voを減少させるように働く。こ
のように、積分器A,の出力電圧yoは被測定インピー
ダンスZ,Zに生じる電圧降下に直流のバイアスを加え
、コンデンサC,,C2に充蟹される電圧を等しくする
働きを有し、被測定インピーダンス乙,Zが等しくない
場合には、これにより生じるコンデンサC,,C2の充
電電圧の不一致を補償するように変化する。この回路の
平衡時において、抵抗R,,R2を流れる電流i,,i
2は互いに等しくなり、この時の積分器A,の出力電圧
Voは、V。
) '21 Next, resistor R. , R2 are equal in size, the voltage appearing at the midpoint of the connection is equal to that of the capacitor C
.. , C2, and this voltage becomes the input voltage of the integrator A. This input voltage is applied to integrator A. It has a negative feedback effect on the output voltage Vo of the integrator A, and the integrator automatically adjusts the voltage so that the charging voltages of the capacitors C and C2 are equal to each other and the input voltage of the integrator A is zero. Perform a balancing operation. That is, the output voltage V of the integrator A,
As o increases, capacitor C increases through diode D,
, increases, and the voltage charged to capacitor C2 via diode D2 decreases. Therefore, the voltage appearing at the midpoint of the series of resistors K,, R2 increases,
It works to reduce the output voltage Vo of the integrator A. In this way, the output voltage yo of the integrator A has the function of adding a DC bias to the voltage drop occurring in the impedances to be measured Z, and equalizing the voltages charged in the capacitors C, , C2. If the measured impedances B and Z are not equal, they change to compensate for the resulting mismatch in the charging voltages of the capacitors C and C2. When this circuit is in equilibrium, the currents i,,i flowing through the resistors R,,R2
2 are equal to each other, and the output voltage Vo of the integrator A at this time is V.

=季‐要三髪・Vi ‘31となる。= Ki - Kaname Sanhair / Vi '31.

すなわち、交流電圧Viの大きさを一定とすれば、積分
器A,の出力電圧Voは被測定インピーダンスZ,Z2
の和(Z,十Z)と差(Z,一Z2)の比に比例するこ
とになり、本発明のインピーダンス変化検出回路におい
ては、インピーダンス変化を直接直流電圧に変換するこ
とができる。また、この出力電圧Voは積分器の出力電
圧であること、および抵抗R,,R2,コンデンサC.
,C2より定まる時定数(C,R,,C2R2)を大き
く選ぶことができることから、安定した直流信号となる
That is, if the magnitude of the alternating current voltage Vi is constant, the output voltage Vo of the integrator A is equal to the impedance to be measured Z, Z2.
In the impedance change detection circuit of the present invention, the impedance change can be directly converted into a DC voltage. Further, this output voltage Vo is the output voltage of an integrator, and the resistors R, , R2, and the capacitor C.
, C2, the time constant (C, R, , C2R2) can be selected to be large, resulting in a stable DC signal.

さらに、本回路においては、ダイオードD,,D2に流
れる電流は誤差の原因となってしまうが、ダイオードD
,,D2に接続される回路の時定数(C,R,,C2R
2)が大きいので、回路の平衡時にはダイオードD,,
D2には電流がほとんど流れないと考えることができる
ので事実上問題とならない。第2図は本発明のインピー
ダンス変化検出回路の他の実施例を示す回路図である。
Furthermore, in this circuit, the current flowing through the diodes D, D2 causes errors;
, , the time constant of the circuit connected to D2 (C, R, , C2R
2) is large, so when the circuit is balanced, the diodes D,...
Since it can be considered that almost no current flows through D2, there is virtually no problem. FIG. 2 is a circuit diagram showing another embodiment of the impedance change detection circuit of the present invention.

図において、第1図と同様のものは同一符号を付して示
す。んは交流電源OSCの出力電圧制御用の増幅器、E
sは基準電圧である。増幅器んの一方の入力端子(十)
には基準電圧Esが印加され、また他方の入力端子(一
)にはコンデンサC,の充電電圧が印加されている。前
述のように、回路の平衡時においてコンデンサC,には
常に1/2Viなる電圧が充電されており、増幅器〜は
この充電電圧と基準電圧Esとを比較し、これらが等し
くなるように交流電源OSCの出力電圧の振幅Viを制
御している。このため、交流電圧Viの振幅は常に一定
の値となり、積分器A,の出力電圧Voは被測定インピ
ーダンスZ,Zの変化に正確に比例したものとなる。な
お、上記の説明においては、被測定インピーダンスZ,
Zの(交流電源OSC)の端子電圧をピーク整流する整
流素子としてダイオードD,,D2を例示したが、これ
はダイオードD,,D2に限られるものではなく、整流
作用を有するものであれば、例えば、第3図に示す如く
、トランジスタTr,,Tr2を利用しても同様な動作
を行なわせることができる。
In the figure, parts similar to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. E is an amplifier for controlling the output voltage of the AC power supply OSC.
s is a reference voltage. One input terminal of the amplifier (10)
The reference voltage Es is applied to the input terminal (1), and the charging voltage of the capacitor C is applied to the other input terminal (1). As mentioned above, when the circuit is balanced, the capacitor C is always charged with a voltage of 1/2 Vi, and the amplifier ~ compares this charging voltage with the reference voltage Es, and adjusts the AC power supply so that they are equal. The amplitude Vi of the output voltage of the OSC is controlled. Therefore, the amplitude of the alternating current voltage Vi is always a constant value, and the output voltage Vo of the integrator A is exactly proportional to the change in the impedances Z to be measured. In addition, in the above explanation, the impedance to be measured Z,
Although the diodes D, D2 are illustrated as rectifying elements that peak-rectify the terminal voltage of the Z (AC power source OSC), this is not limited to the diodes D, D2, and any device having a rectifying effect may be used. For example, as shown in FIG. 3, the same operation can be performed using transistors Tr, Tr2.

この場合、トランジスタTr,,Tr2の電流増幅作用
により、交流電源OSC側から見た抵抗R,.R2側の
等価インピーダンスが大きくなるので、交流電源OSC
の出力インピーダンスの影響を受けにくい回路とすると
ができる。また、抵抗R,,R2は等しいものとして説
明したが、可変抵抗などを用いて抵抗R,またはR2の
大きさを変化させるようにすれば、平衡時の出力電圧V
oを変化させることができ、零点調整などが可能となる
。同様に、被測定インピーダンスZ,,Zについても差
動のィンダクタンスに限られるものではなく、片方のイ
ンダクタンスのみが変化するものであっても良い。さら
に、上記の説明では、本発明のインピーダンス変化検出
回路を差動ィンダクタンスの検出に応用した場合を例示
したが、これ以外にも差動容量の検出等にも応用するこ
とができる。以上説明したように、本発明のインピーダ
ンス変イリ険出回路では、被測定インピーダンスに印加
される交流電圧に直流電圧を重畳するとともに、この直
流電圧の大きさを制御して回路を平衡させるようにして
いるので、インピーダンス変化を直後安定な直流信号に
変換することのできるインピーダンス変化検出回路を簡
単な構成により実現することができる。
In this case, due to the current amplification effect of the transistors Tr, Tr2, the resistors R, . Since the equivalent impedance on the R2 side increases, the AC power supply OSC
It is possible to create a circuit that is not easily affected by the output impedance of the circuit. In addition, although the explanation has been made assuming that the resistors R and R2 are equal, if the magnitude of the resistor R or R2 is changed using a variable resistor etc., the output voltage at equilibrium can be
o can be changed, making it possible to adjust the zero point, etc. Similarly, the impedances to be measured Z, , Z are not limited to differential inductances, and only one of the inductances may change. Further, in the above description, the impedance change detection circuit of the present invention is applied to detecting differential inductance, but it can also be applied to detecting differential capacitance, etc. As explained above, in the variable impedance circuit of the present invention, a DC voltage is superimposed on the AC voltage applied to the impedance to be measured, and the magnitude of this DC voltage is controlled to balance the circuit. Therefore, an impedance change detection circuit that can immediately convert an impedance change into a stable DC signal can be realized with a simple configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図〜第3図は本発明のインピーダンス変化検出回路
の実施例を示す回路図である。 OSC・・・・・・交流電源、A.・・・・・・積分器
、A2・…・・増幅器。 第1図 第2図 第3図
1 to 3 are circuit diagrams showing embodiments of the impedance change detection circuit of the present invention. OSC... AC power supply, A. ...Integrator, A2...Amplifier. Figure 1 Figure 2 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 交流電源と、少なくとも1つの被測定インピーダン
スを含み前記交流電源の出力端子間に直列に接続された
2つのインピーダンスと、異なる整流方向を有し前記交
流電源の出力端子にそれぞれ接続されるとともに出力端
が抵抗を介して共通に接続された2つのピーク整流回路
と、一方の入力端子が接地された差動入力端子を有し他
方の入力端子に前記2つのピーク整流回路の共通出力端
が接続されるとともに出力端子が前記2つのインピーダ
ンスの接続中点に接続された積分器とを具備してなるイ
ンピーダンス変化検出回路。 2 交流電源は前記2つのピーク整流回路のうちのどち
らか一方の出力電圧が一定の値となるようにその振幅が
制御されてなる特許請求の範囲第1項記載のインピーダ
ンス変化検出回路。
[Scope of Claims] 1. An AC power supply, two impedances including at least one impedance to be measured and connected in series between the output terminals of the AC power supply, and having different rectification directions and connected to the output terminals of the AC power supply. two peak rectifier circuits connected to each other and whose output ends are commonly connected via a resistor; and a differential input terminal with one input terminal grounded, and the other input terminal connected to the two peak rectifier circuits. an integrator to which a common output terminal of the two impedances is connected, and an integrator whose output terminal is connected to a midpoint between the two impedances. 2. The impedance change detection circuit according to claim 1, wherein the amplitude of the AC power source is controlled so that the output voltage of one of the two peak rectifier circuits is a constant value.
JP8639777A 1977-07-19 1977-07-19 Impedance change detection circuit Expired JPS6019464B2 (en)

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JPS5421783A JPS5421783A (en) 1979-02-19
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