WO2014038027A1

WO2014038027A1 - 電流プローブ、電流測定システム及び電流測定方法

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Publication number: WO2014038027A1
Application number: PCT/JP2012/072672
Authority: WO
Inventors: 中村　聡; 須賀　卓
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2014-03-13
Also published as: JPWO2014038027A1; JP5946918B2

Abstract

ケーブルに流れる電流を測定するための電流プローブを、ケーブルに流れる電流により発生する磁界の強さに応じた電圧を発生する電圧発生回路を含む磁界検出部と、磁界検出部を複数搭載して固定し、前記ケーブルに密着可能な固定具とを備え、電圧発生回路が、ソレノイドコイルを含むよう構成する。これにより、外来ノイズによる影響を受け難くでき、１ＧＨｚ以上の高周波電流を正確に測定することができる。

Description

電流プローブ、電流測定システム及び電流測定方法

本発明は、電気・電子装置などから放射される電磁波を低減するＥＭＣ（ Electro-Magnetic Compatibility：電磁的両立性）技術に関する。特に、ハードディスクドライブ(以後、ＨＤＤ)や光ディスクドライブ(以後、ＯＤＤ)などのユニットと該ユニットを制御するメイン基板とを接続するインターフェースケーブル(以後、Ｉ／Ｆケーブル)に流れるコモンモード電流を測定する電流プローブ、電流測定システム及び電流測定方法に関する。

近年、情報化が進む中で、ストレージ装置や情報処理装置の扱うデータ量が増加し、装置間及びデバイス間のデータ転送速度が、年々高速化している。特にサーバーやＲＡＩＤ（Redundant Arrays of Inexpensive Disks）システムなどのストレージ装置に搭載されるＨＤＤなどを接続するインターフェースであるＳＡＴＡ（Serial Advanced Technology Attachment）およびＳＡＳ（Serial Attached SCSI）のデータ転送速度は、既に６Ｇｂｐｓ（bit per Second）を超えており、また汎用的な外部インターフェースであるＵＳＢ（Universal Serial Bus）のデータ転送速度も３Ｇｂｐｓに迫ってきている。

このようなインターフェースのデータ転送速度の高速化に伴い、Ｉ／Ｆケーブルには、転送信号の高調波の周波数帯（ＧＨｚ帯）のコモンモード電流が流れる。コモンモード電流とは、ケーブルなどの信号配線に電気信号が伝搬されるとき、ケーブル外皮を流れる電流であり、送信端又は受信端などの不連続点で発生するものである。コモンモード電流は、同軸ケーブルにおいてはケーブル外皮を構成するシールドを流れるが、同軸ケーブル以外のケーブルにおいても、その外皮を流れる。

このコモンモード電流が、ストレージ装置や情報処理装置などから放射される電磁雑音の主要雑音源となり問題となりうる。このＩ／Ｆケーブルから放射される電磁雑音のメカニズム解明及び対策には、ケーブルを流れるコモンモード電流の正確な測定が重要であり、小型且つ簡便な電流プローブ及びそれを用いた電流測定方法が鍵となる。

このような背景において、例えば特許文献１に示すような電流測定方法が提案されている。これは、環状の電流プローブの中心に、被測定対象であるケーブルを配置し、ケーブル電流によって発生する磁界を測定するものである。環状の電流プローブとしては、例えばTektronix社のＡＣ電流プローブＣＴ６等を用いることができる。この電流プローブＣＴ６は、磁性コアに巻き付けられた環状ソレノイドコイルで構成される。

図１７を用いて、従来の環状ソレノイド型電流プローブ９００の問題点を詳細に説明する。図１７に示すように、従来型の電流プローブ９００は、磁性コア９０１と環状ソレノイド９２４および固定部９０３そしてコネクタ９２５とから構成されている。そして環状ソレノイド９２４を貫通するように、ケーブル４０が配置されている。ケーブル４０は、信号電流を流す線状導体４３ｂを絶縁体４３ａで包んだケーブル４３や、信号電流を流す線状導体４４ｂを絶縁体４４ａで包んだケーブル４４など、複数のケーブルを内包するように形成されている。４１は、ケーブル４０を流れるコモンモード電流４１であり、ケーブル４０が含む全てのケーブルを流れる電流を合計したものと等価な値を示す、仮想電流である。例えば、ケーブル４０の幅Ｌ１は１ｃｍ程度であり、環状ソレノイド９２４の外径Ｌ２は１０～１２ｃｍ程度である。

図１７に示すように、ケーブル４０に流れるコモンモード電流４１によって発生した磁界９１８は、高い透磁率を有する磁性コア９０１に集まり、この磁界９１８が環状ソレノイド９２４を鎖交することにより、コネクタ９２５の端子間に電圧が誘起される。誘起された電圧は、同軸ケーブル９１４を介して測定部９１１にて測定される。誘起された電圧から磁界９１８の強さを求めることができ、さらに、磁界９１８の強さから、コモンモード電流４１の電流値を求めることができる。

  この従来型電流プローブ９００の課題は、以下の（１）～（２）の２点である。
  (１)自己共振周波数が低いことによる帯域制限
  図１７の構造から分かるとおり、直径１０～１２ｃｍ程度の磁性コア９０１に対してソレノイドを巻くので、環状ソレノイド９２４は、そのインダクタンス成分が数十ｎＨ、その線間容量が数十ｐＦとなる。そのため、環状ソレノイド９２４の自己共振周波数が１ＧＨｚ以下となってしまう。そうすると、測定したい電流の周波数が自己共振周波数よりも大きくなる。これは、後述の本発明の第１実施形態において数式２～数式７で説明するように、電流プローブ自身の周波数帯域が制限されるので好ましくない。すなわち、測定したい電流の周波数と環状ソレノイド９２４に誘起される電圧との関係が非線形となるので、環状ソレノイド９２４に誘起される電圧の測定が困難になる。

(２)外来ノイズに対する感度
図１７の従来型電流プローブ９００の環状ソレノイド外径９２４ａは、これ自身がループアンテナとして振舞う。結果、従来型電流プローブ９００は、直径１２ｃｍ程度のループアンテナが同居していると同じ状態である。そのため、一筆書きである環状ソレノイド構造、つまりケーブル４０を１本の導線で環状に取り囲む環状ソレノイド構造の従来型電流プローブ９００は、外来ノイズに対して弱いという大きな課題がある。

特開２００７－６４７０７公報

背景技術で述べたような従来の電流プローブは、磁性コアに巻き付けられた環状ソレノイドコイルで構成されているため、環状ソレノイドの環状部が磁界に対し高い感度を有する。したがって、外来ノイズに対する感度が高く、システム内での正確な測定が困難である。また、環状ソレノイドのインダクタンスと線間容量により、１ＧＨｚ以上の高周波電流の正確な測定が困難である。
本発明の目的は、外来ノイズに対する感度が低く、また、例えば１ＧＨｚ以上の高周波電流の正確な測定が可能となる電流プローブや、該電流プローブを用いた電流測定方法及び電流測定システムを提供することにある。

  本願発明の代表的な構成は、以下の通りである。すなわち、
  ケーブルに流れる電流を測定するための電流プローブであって、
  前記ケーブルに流れる電流により発生する磁界の強さに応じた電圧を発生する電圧発生回路を含む磁界検出部と、
  前記磁界検出部を複数搭載して固定し、前記ケーブルに密着可能な固定具とを備え
  前記電圧発生回路は、ソレノイドコイルを含むよう構成されている電流プローブ。

上記の構成によれば、外来ノイズによる影響を抑制でき、例えば、１ＧＨｚ以上の高周波電流を正確に測定することができる。これにより、例えば、複数のケーブルが密集したシステム内でも、周囲ノイズの影響を殆ど受けることなく、特定のケーブルを流れる電流を正確に測定することができ、ＧＨｚ帯での放射電磁雑音メカニズムの早期解明に貢献することができる。

本発明の第１実施形態に係る電流プローブの構成図である。本発明の第１実施形態に係る磁界検出部の上面図である。本発明の第１実施形態に係る磁界検出部の側面図である。本発明の第１実施形態に係る中心固定部の斜視図である。本発明の第１実施形態に係る端部固定部の斜視図である。本発明の第２実施形態に係る電流プローブの構成図である。本発明の第１実施形態に係る電流プローブの構成図である。本発明の第１実施形態に係る電流プローブの詳細を説明するための図である。本発明の第３実施形態に係る電流プローブの構成図である。本発明の第３実施形態に係る電流プローブの詳細を説明するための図である。本発明の第４実施形態に係る磁界検出部の構成図である。本発明の第５実施形態に係る磁界検出部の構成図である。本発明の第６実施形態に係る演算部の構成図である。本発明の第６実施形態に係る磁界検出部の一例である。本発明の第６実施形態に係る磁界検出部の他の例である。本発明の第７実施形態に係る磁界検出部の構成図である。本発明の第８実施形態に係る磁界検出部の構成図である。本発明の第１実施形態に係るソレノイドコイルと測定器側とで構成される等価回路図である。本発明の第１実施形態に係る測定器側の入力電圧の周波数特性を示す図である。本発明の原理を説明するための図である。従来の電流プローブの構成図である。

（本発明の原理）
まず、本発明の原理を説明する。
本発明においては、例えば図１６に示すように、環状ソレノイド９００をｎ個（ｎは２以上）に分割することにより、上記課題を解決するものである。なお、図１６は、本発明の原理を説明するための図であり、本発明の実施形態はこれに限られない。図１６の例では、磁性コア２０１の周囲に、ｎ個のソレノイドコイル２２４ａ～２２４ｇが巻き付けられている。ソレノイドコイル２２４ａ～２２４ｇは、ケーブル４０に流れるコモンモード電流４１によって発生した磁界２１８が鎖交することにより、それぞれ、電圧Ｖｓ１～Ｖｓｎを誘起する。誘起された電圧Ｖｓ１～Ｖｓｎは演算部２１２で合算され、合算された電圧Ｖａｄに基づき計測部２１１でコモンモード電流４１の値が求められる。

この構成により、各コイル２２４ａ～２２４ｇの自己共振周波数は、図１７の環状ソレノイドコイルに比べ、少なくともｎ倍高くなるため、前述(１)の課題を解決できる。更に、環状ソレノイドコイルを分割することにより、前述(２)の課題も解決できる。
なお、磁性コア２０１は磁性材料であり、スネークの限界法則を有する。これは材料の組成上、１ＧＨｚ以上になると透磁率が急激に低下し、且つ磁気抵抗が大きくなるというものである。したがって、本発明においては、磁性コア２０１はあってもなくてもよい。

  以下、図面を参照して、本発明の実施形態とともにその効果について詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものには同一の符号を付け、同じ説明の繰り返しは省略する。
（第１実施形態）
  図１を用いて本発明の第１実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る電流プローブの構成図である。
  図１において、扁平形状のケーブル４０の周囲に、第１実施形態における電流プローブ１００が配置されている。電流プローブ１００は、磁界検出部２０と固定具３０とで構成されている。磁界検出部２０は、ケーブル４０の上側（磁界検出部２０ａ）と下側（磁界検出部２０ｂ）にそれぞれ１つずつ、計２つ配置されている。ケーブル４０を流れるコモンモード電流４１により磁界検出部２０で誘起された電圧は、同軸ケーブル１４を介して増幅部（アンプ）１３に伝搬されて増幅される。次に演算部１２において、上記２つの磁界検出部２０からの電圧が演算され、計測部１１において電流４１の値が求められる。

ケーブル４０は、例えばＳＡＴＡケーブルであり、信号電流を流す線状導体４３ｂを絶縁体４３ａで包んだケーブル４３や、信号電流を流す線状導体４４ｂを絶縁体４４ａで包んだケーブル４４や、信号電流を流す線状導体５３ｂを絶縁体５３ａで包んだケーブル５３や、信号電流を流す線状導体５４ｂを絶縁体５４ａで包んだケーブル５４や、グランド（ＧＮＤ：接地）の線状導体４２，４５，５２，５５など、複数のケーブルを絶縁体４６で内包するように形成されている。４１は、ケーブル４０を流れるコモンモード電流４１を示し、ケーブル４０が含む全てのケーブルを流れる電流の合計値を示す、仮想電流である。コモンモード電流４１は、図１の紙面の表側から裏側へ流れている。コモンモード電流４１により、ケーブル４０の周囲に、コモンモード電流４１の方向に対して時計回り（右回り）方向の磁界１８が発生する。

  磁界検出部２０は、プローブ基板２１とソレノイドコイル２４とコネクタ２２とで構成されている。ソレノイドコイル２４とコネクタ２２は、例えば半田付けによりプローブ基板２１上に実装されている。
  磁界検出部２０の詳細について、図２を用いて説明する。図２は第１実施形態に係る磁界検出部の構成図であり、図２Ａは上から見た平面図であり、図２Ｂは側面図である。なお、図２Ａにおいて、コネクタ２２は図示を省略されている。
  図２Ａ、Ｂに示すように、プリント基板であるプローブ基板２１上に、１つのソレノイドコイル２４と１つのコネクタ２２が、半田付けにより実装される。ソレノイドコイル２４の一端は電極２３であり、他端は電極２５である。電極２３は、信号パターン２７によりパッド２７ｐに接続され、パッド２７ｐは、コネクタ２２の信号端子に半田付けにより接続される。コネクタ２２の信号端子は、同軸ケーブル１４の信号線に接続される。電極２５は、ＧＮＤパターン２６ｆとスルーホール２６ｈを介して、プローブ基板２１の裏面全体に設けられたＧＮＤパターン２６ｅに接続され、ＧＮＤパターン２６ｅは、スルーホール２６ｇを介して、プローブ基板２１の表面のＧＮＤパターン２６ｄに接続される。ＧＮＤパターン２６ｄは、コネクタ２２のＧＮＤ端子に半田付けにより接続される。コネクタ２２のＧＮＤ端子は、同軸ケーブル１４の外皮であるシールド線に接続される。

このように、第１実施形態の２つの磁界検出部は、それぞれ、プローブ基板２１上に実装された１つの電圧発生回路から構成されている。この電圧発生回路は、ケーブル４０に流れる電流４１により発生する磁界の強さに応じた電圧を発生するものである。そして、それぞれの電圧発生回路は、１つのソレノイドコイルと、該ソレノイドコイルで発生した誘起電圧を計測部１１へ伝送するためのコネクタ２２とから構成されている。本明細書においては、１つ又は複数のソレノイドコイルと、該ソレノイドコイルで発生した誘起電圧を計測部１１へ伝送するためのコネクタとを備える回路を、電圧発生回路と称する。複数のソレノイドコイルを備える電圧発生回路については、後述の第４実施形態等で説明する。

図１に示すように、固定具３０は、中心固定部３１と固定バンド３２と端部固定部３３とで構成されており、磁界検出部２０を搭載する。磁界検出部２０は、例えば接着剤により固定バンド３２上に固定される。磁界検出部２０は、樹脂によるモールドで固定バンド３２上に固定してもよい。固定バンド３２は、ゴムやフィルム等の柔軟な材料により構成するのが好ましく、このように構成すると、ケーブル４０に密着させて取り付けることができる。また、中心固定部３１および端部固定部３３は、固定バンド３２上で移動でき、結果として磁界検出部２０を、ケーブル４０上の任意の位置に移動させることができる。これにより、様々な寸法・形状のケーブル４０に対して、磁界検出部２０の位置を自由に制御可能となる。

ここで、固定具３０の構成を、図３Ａと図３Ｂを用いて説明する。図３Ａは、第１実施形態に係る中心固定部の斜視図である。図３Ｂは、第１実施形態に係る端部固定部の斜視図である。
図３Ａに示すように、中心固定部３１は、帯状（薄い直方体形状）の固定バンド３２を貫通させるための穴３１ｈと３１ｇを備えている。穴３１ｈを貫通した固定バンド３２は、図３Ａの上方からバンド固定ネジ３１ｃで締め付けられることにより、中心固定部３１に対する位置が固定される。同様に、穴３１ｇを貫通した固定バンド３２は、図３Ａの下方からバンド固定ネジ３１ｃと同様のバンド固定ネジ（不図示）で締め付けられることにより、中心固定部３１に対する位置が固定される。

図３Ｂに示すように、端部固定部３３は、上側端部固定部３３ａと下側端部固定部３３ｂとから構成されている。上側端部固定部３３ａと下側端部固定部３３ｂは、それぞれ、固定バンド３２を貫通させるための穴３３ｈと３３ｇを備えている。穴３３ｈを貫通した固定バンド３２は、図３Ｂの上方からバンド固定ネジ３３ｃで締め付けられることにより、上側端部固定部３３ａに対する位置が固定される。同様に、穴３３ｇを貫通した固定バンド３２は、図３Ｂの下方からバンド固定ネジ３３ｃと同様のバンド固定ネジ（不図示）で締め付けられることにより、下側端部固定部３３ｂに対する位置が固定される。
上側端部固定部３３ａと下側端部固定部３３ｂは、両者を結合する結合ネジ（不図示）で締め付けられることにより、結合されて一体となる。

図１に示すように、中心固定部３１は、凹部３１ａを備えている。凹部３１ａは、ケーブル４０に対する固定位置を決めるためのもので、例えば、ＳＡＴＡケーブルのように扁平もしくは断面が楕円形状のケーブル４０の凸部４０ａに噛み合うように配置されて使用される。凹部３１ａと凸部４０ａを噛み合うように配置することにより、固定バンド３２に固定された磁界検出部２０の位置を常に一定とすることができる。このように中心固定部３１は、扁平もしくは楕円形状のケーブル４０に対して電流プローブ１００をクランプする場合に、電流プローブ１００の中心を決める、すなわち、コモンモード電流４１に対する磁界検出部２０ａと磁界検出部２０ｂの位置を決めるために使用されるものである。これにより、電流プローブ１００をケーブル４０から取り外した後、再びケーブル４０に取り付けてコモンモード電流４１を測定する場合において、測定値の再現性を向上することができる。

図１に示すように、ＳＡＴＡケーブルに流れるコモンモード電流４１によって発生する磁界１８がソレノイドコイル２４に鎖交することで、ソレノイドコイル２４に電圧が誘起される。こうして誘起された電圧が、上述したように、コネクタ２２及び同軸ケーブル１４を介して、増幅部１３に伝播されて増幅される。次に演算部１２において、上記２つの磁界検出部２０からの電圧がアナログ演算される。次に、演算部１２で演算されたアナログ電圧が、計測部１１のスペクトラムアナライザやサンプリングオシロスコープ等によりデジタル電圧データとして取得され、該取得されたデジタル電圧データに基づき電流４１の値が求められる。

計測部１１で求められた電流４１の値は、例えば計測部１１に表示又は計測部１１に接続された表示部（不図示）に表示され、あるいは計測部１１に接続されたパーソナルコンピュータ（不図示）のメモリに記憶される。なお、演算部１２、増幅部１３は、計測部１１に含め、計測部１１として一体的に構成することも可能である。また、増幅部１３は、場合により省略することも可能である。

ここで、演算部１２は、加算器もしくは減算器であり、図１の上部ソレノイドコイル２４ａと下部ソレノイドコイル２４ｂの各々に誘起した電圧を加算もしくは減算する。結果的に、上部ソレノイドコイル２４ａからの第１の電圧の絶対値と、下部ソレノイドコイル２４ｂからの第２の電圧の絶対値とが加算される。これにより、外部ノイズの除去処理を行うとともに、磁界１８成分もしくは電界成分を抽出する。なお、加算器もしくは減算器は、２入力の和と差を算出する１８０度ハイブリッドバランで構成することができる。１８０度ハイブリッドバランを用いる構成は、後述の第６実施形態で説明する。

次に、ソレノイドコイル２４に誘起される電圧に基づきコモンモード電流４１の値を求める方法について説明する。
開口断面積Ｓ、巻き数Ｎの空芯ソレノイドコイル２４に、周波数ｆの磁界１８が鎖交することによって誘起される電圧ｖ_０は以下の式で表される。Ｈは、磁界１８の強さである。

（数式１）

ここで、μ_０は真空中の透磁率である。仮に、芯に磁性材料を使ったコイルを使用する場合は、これに更に比透磁率を掛ければ良い。
このソレノイドコイル２４にて誘起された電圧ｖ_０は、図１４に示すような等価回路にて、演算部１２もしくは計測部１１の入力段の電圧ｖ_１として検出され、数式２のように求められる。図１４は、第１実施形態に係るソレノイドコイルと測定器側とで構成される等価回路図である。ここで、Ｚ_ｃｏｉｌは、ソレノイドコイル２４のインピーダンスである。Ｚ_Ｌは、測定器側の入力インピーダンス、図１の例では増幅部１３の入力インピーダンスであり、通常Ｚ_Ｌ＝５０Ωである。

（数式２）

ソレノイドコイル２４のインダクタンスをＬ、線間容量をＣとすると、ソレノイドコイル２４のインピーダンスＺ_ｃｏｉｌは、数式３にて表され、このインピーダンスの自己共振周波数ｆ_０は、数式４にて定義される。自己共振周波数ｆ_０は、ソレノイドコイル２４のインダクタンスＬと、ソレノイドコイル２４の線間容量Ｃとで決まり、インダクタンスＬおよび線間容量Ｃが小さいほど大きくなる。

（数式３）

（数式４）

ここで、数式１にて開口面積がＳ＝１ｍ^２、巻き数がＮ＝１回のソレノイドコイル２４に、Ｈ＝１Ａ／ｍの磁界１８が鎖交すると仮定した場合に、ソレノイドコイル２４のインダクタンスをＬ＝２ｎＨと固定して、線間容量をＣ＝０．５ｐＦと５ｐＦの２つの条件に変えたときの電圧ｖ_１を図１５に示す。図１５は、第１実施形態に係る測定器側の入力電圧ｖ_１の周波数特性を示す図である。ここで、線間容量Ｃ＝０．５ｐＦの条件時の自己共振周波数ｆ_０は５ＧＨｚ、線間容量Ｃ＝５ｐＦとした条件時の自己共振周波数ｆ_０は１．６ＧＨｚである。図１５より、両条件において自己共振周波数ｆ_０より低い周波数では、ｖ_１はｖ_０と同じく測定周波数ｆの１乗に比例した特性だが、自己共振周波数ｆ_０付近から特性が劣化する。このため、ソレノイドコイルのインダクタンスＬもしくは線間容量Ｃは極力小さくして自己共振周波数ｆ_０を高い周波数に設定するのが望ましい。

更に、この数式２で表されるｖ_１は、測定周波数ｆが自己共振周波数ｆ_０より低い場合は、ほぼＺ_ｃｏｉｌ＝ｊωＬとなるので、数式５ａで表すことができる。また、測定周波数ｆが自己共振周波数ｆ_０より高い場合は、ほぼＺ_ｃｏｉｌ＝１／ｊωＣとなるので、数式６ａで表すことができる。

（数式５）

（数式６）

数式５ａにおいて、カットオフ周波数ｆ_ＣＬより低い周波数では、数式５ｃに示すように、ｖ_１は、ｖ_１＝ｖ_０となり周波数ｆの１乗に比例する。ｆ_ＣＬより高い周波数では、数式５ｄに示すように、ｖ_１は飽和しており帯域制限が掛かっている。カットオフ周波数ｆ_ＣＬは、数式５ｂで表わされる。
一方、数式６ａにおいては、カットオフ周波数ｆ_ＣＣ以下では、数式６ｃに示すように、ｖ_１は、測定周波数ｆの２乗に比例し、ｆ_ＣＣより高い周波数では、数式６ｄに示すように、測定周波数ｆの１条に比例している。カットオフ周波数ｆ_ＣＣは、数式６ｂで表わされる。

また、このカットオフ周波数ｆ_ＣＬとｆ_ＣＣの間に、必ず自己共振周波数ｆ_０が存在しており、ｆ_ＣＬ及びｆ_ＣＣの両者が、ｆ_０より低い周波数もしくは高い周波数に存在する事はない。更に付け加えると、本発明のプローブを設計する上で、ｆ_ＣＣとｆ_ＣＬ及びｆ_０が同じになる条件、もしくは、ｆ_ＣＣがｆ_ＣＬより低い周波数となるような条件で設計するのが望ましい。なぜなら、ｆ_ＣＬがｆ_ＣＣより低い場合、ｆ_ＣＬからｆ_０までの周波数帯にて数式５ｄで前述したような飽和による帯域制限の領域が発生するためである。よって、数式７に示す条件を守ることで、ｆ_ＣＣ＜ｆ_ＣＬを満たすことが可能となる。以上を纏めると、数式７を満たす範囲で、数式４で決まる自己共振周波数ｆ_０が一定と成る条件においてソレノイドコイルのインダクタＬは極力小さく、線間容量Ｃは極力大きくすれば良い。

（数式７）

例えば、ＳＡＴＡの６Ｇｂｐｓ（つまり、クロック周波数３ＧＨｚ）のコモンモード電流を測定するのであれば、自己共振周波数を、クロック周波数３ＧＨｚの３倍以上となる１０ＧＨｚ以上に設定するのが望ましく、例えば、Ｌ＝０．８ｎＨ、Ｃ≧０．３ｐＦとすれば望ましい設計となる。

こうして、ソレノイドコイル２４両端の電圧ｖ_０を測定することにより、数式１を用いて、磁界の強さＨを求めることができる。更に、下記の数式８を用いて、磁界１８を発生させた電流Ｉを求めることができる。ｒは、電流Ｉと磁界１８との間の距離、つまり、コモンモード電流４１とソレノイドコイル２４の中心との間の距離である。

（数式８）

第１実施形態においては、ケーブル４０の表面（おもてめん）と裏面に同数（１つずつ）のソレノイドコイルを配置する。つまり、２つのソレノイドコイルが、ケーブル４０の表面（ひょうめん）において互いに逆側に配置される。ここで、ケーブル４０を流れるコモンモード電流４１により発生する磁界１８の方向（磁束の方向）は、ケーブル４０の表面と裏面において互いに逆向きである。つまり、ソレノイドコイル２４ａを貫通する磁界１８の方向は、ソレノイドコイル２４ｂを貫通する磁界１８の方向と逆向きである。一方、外来ノイズにより発生する磁界の方向は、ソレノイドコイル２４ａとソレノイドコイル２４ｂに対して、同一方向となる。したがって、ソレノイドコイル２４ａとソレノイドコイル２４ｂにおいて、外来ノイズにより誘起される電圧は相殺されるので、外来ノイズの影響を低減できる。

  図５Ａと図５Ｂを用いて本発明の第１実施形態の電流プローブを詳しく説明する。図５Ａは、本発明の第１実施形態に係る電流プローブの構成図である。図５Ｂは、第１実施形態に係る電流プローブの詳細を説明するための図である。
  第１実施形態の電流プローブにおいては、コモンモード電流４１に対する磁界検出部２０の配置が点対称となっている。すなわち、第１実施形態においては、上側のソレノイドコイル２４ａと下側のソレノイドコイル２４ｂは、ケーブル４０に対して点対称、詳しくはコモンモード電流４１に対して点対称の位置関係(コモンモード電流４１に対して回転対称な関係)にある。
  なお、本明細書においてソレノイドコイルの点対称の位置関係とは、厳密に点対称でなくてもよく、上側のソレノイドコイル２４ａと下側のソレノイドコイル２４ｂが、それぞれケーブル４０の表面（一方の半外周面）と裏面（他方の半外周面）において、ソレノイドコイルの接地端子が逆方向を向くように配置されるものを含む。

図５Ｂに示すように、上側のソレノイドコイル２４ａにおける誘起電圧ｖ_１の向きは、信号端子（Ｓｉｇｎａｌ端子、つまり電極２３ａ）から接地端子（ＧＮＤ端子、つまり電極２５ａ）へ向かう方向であり、下側のソレノイドコイル２４ｂにおける誘起電圧ｖ_２の向きは、信号端子（Ｓｉｇｎａｌ端子、つまり電極２３ｂ）から接地端子（ＧＮＤ端子、つまり電極２５ｂ）へ向かう方向である。すなわち、第１実施形態においては、ソレノイドコイル２４の信号端子から接地端子への向きと磁界１８の向きとの関係が上下のソレノイドコイルで同じなので、誘起電圧ｖ_１と誘起電圧ｖ_２は、いずれも信号端子から接地端子へ向かう方向、つまり同相となる。そのため、これらのソレノイドコイル２４ａ、２４ｂの出力を受ける演算部１２としては加算器が必要となる。

  第１実施形態によれば、次の（１）～（７）の効果を奏する。
  （１）従来例のような環状ソレノイドコイルでなく、より小型のソレノイドコイルを用いるので、ソレノイドコイルのインダクタンスＬと線間容量Ｃを小さくできる。したがって、ソレノイドコイルの自己共振周波数を高くできるので、１ＧＨｚ以上の高周波電流を測定することができる。
  （２）被測定ケーブルの一方の半外周面と他方の半外周面に同数のソレノイドコイルを配置するので、外来磁界ノイズの影響を低減できる。
  （３）複数のソレノイドコイルを配置するので、誘起される電圧を検出する感度が向上する。
  （４）ソレノイドコイルを固定した固定バンドを、被測定ケーブルの外周に密着させるので、コモンモード電流とソレノイドコイルとの間の距離を小さくすることができる。したがって、ソレノイドコイルを貫通する磁界を強くできるので、測定感度、つまりソレノイドコイルに誘起される電圧を検出する感度が向上する。
  （５）固定具の中心固定部により、扁平もしくは楕円形状の被測定ケーブルに対しても、コモンモード電流とソレノイドコイルとの間の距離を一定にした状態で、ソレノイドコイルを再現性よく取り付けることができる。
  （６）固定具の中心固定部と端部固定部により、様々な寸法・形状の被測定ケーブルに対して、ソレノイドコイルの位置を自由に設定可能となる。
  （７）磁界検出部を、プリント基板に実装したソレノイドコイルとコネクタで構成するので、その製造及び取り扱いが容易となり、また、固定バンドへの取り付けも容易となる。

（第２実施形態）
図４を用いて本発明の第２実施形態を説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る電流プローブの構成図である。
第２実施形態の電流プローブが第１実施形態の電流プローブと異なる点は、固定バンド３２への磁界検出部２０の取り付け方であり、この点以外は、第１実施形態と同様である。すなわち、図４に示すように、ソレノイドコイル２４は、プローブ基板２１よりもケーブル４０側に近くなるように配置され、接着剤や樹脂によるモールド等により固定バンド３２に固定される。あるいは、プローブ基板２１に複数の支柱を設け、該複数の支柱を固定バンド３２に固定するようにしてもよい。

第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏し、更に、第２実施形態によれば、ケーブル４０とソレノイドコイル２４との間の距離を第１実施形態よりも短くできるので、測定感度が向上する。

（第３実施形態）
  図６Ａと図６Ｂを用いて本発明の第３実施形態を説明する。図６Ａは、第３実施形態に係る電流プローブの構成図である。図６Ｂは、第３実施形態に係る電流プローブの詳細を説明するための図である。
  第３実施形態の電流プローブが第１実施形態の電流プローブと異なる点は、コモンモード電流４１に対する磁界検出部２０の配置であり、この点以外は、第１実施形態と同様である。すなわち、第３実施形態においては、上側のソレノイドコイル２４ａと下側のソレノイドコイル２４ｂは、ケーブル４０に対して線対称、詳しくは、両者の間を図６Ｂの横方向に延びる直線６１に対して線対称の位置関係にある。
  なお、本明細書においてソレノイドコイルの線対称の位置関係とは、厳密に線対称でなくてもよく、上側のソレノイドコイル２４ａと下側のソレノイドコイル２４ｂが、それぞれケーブル４０の表面（一方の半外周面）と裏面（他方の半外周面）において、対向するように配置され、ソレノイドコイルの接地端子が同方向を向くものを含む。

図６Ｂに示すように、上側のソレノイドコイル２４ａにおける誘起電圧ｖ_１の向きは、信号端子（Ｓｉｇｎａｌ端子、つまり電極２３ａ）から接地端子（ＧＮＤ端子、つまり電極２５ａ）へ向かう方向であり、下側のソレノイドコイル２４ｂにおける誘起電圧ｖ_２の向きは、接地端子（ＧＮＤ端子、つまり電極２５ｂ）から信号端子（Ｓｉｇｎａｌ端子、つまり電極２３ｂ）へ向かう方向である。すなわち、第３実施形態においては、ソレノイドコイル２４の信号端子から接地端子への向きと磁界１８の向きとの関係が上下のソレノイドコイルで逆なので、誘起電圧ｖ_１と誘起電圧ｖ_２は、逆相となる。そのため、これらのソレノイドコイル２４ａ、２４ｂの出力を受ける演算部１２としては減算器が必要となる。

なお、第１実施形態で説明したように、他のケーブルとの電界結合等に起因する外来電界ノイズの影響により上側のソレノイドコイル２４ａと下側のソレノイドコイル２４ｂに誘起される電界成分は、接地端子に対して誘起されるので、同相電圧となる。第３実施形態においては、上述したようにソレノイドコイル２４ａとソレノイドコイル２４ｂの出力を減算するので、外来電界ノイズの影響により誘起される電界成分を除去することができる。
また、第３実施形態においても、第１実施形態の（１）～（７）の効果を奏する。

（第４実施形態）
  図７を用いて本発明の第４実施形態を説明する。図７は、第４実施形態に係る磁界検出部の構成図であり、上から見た平面図である。
  第４実施形態の磁界検出部が第１実施形態の磁界検出部と異なる点は、磁界検出部２０がソレノイドコイル２４を２つ実装している点であり、この点以外は、第１実施形態の磁界検出部２０と同様である。
  このように、第４実施形態の磁界検出部は、プローブ基板２１ｃ上に実装された１つの電圧発生回路から構成されており、その電圧発生回路は、２つのソレノイドコイル２４から構成されている。また、２つのソレノイドコイル２４は、並列に配置され、各々が磁界１８の方向に沿うように配置されている。第４実施形態の磁界検出部は、第１～第３実施形態の磁界検出部として用いることが可能である。

図７においては、第１実施形態の図２Ａと同様に、コネクタ２２は図示を省略されている。図７においても、図２と同様に、プリント基板であるプローブ基板２１ｃ上に、ソレノイドコイル２４ｃとソレノイドコイル２４ｄとコネクタ２２（不図示）が、半田付けにより実装される。ソレノイドコイル２４ｃの一端は電極２３ｃであり、他端は電極２５ｃである。電極２３ｃは、信号パターン２７によりパッド２７ｐに接続され、パッド２７ｐは、コネクタ２２の信号端子に半田付けにより接続される。コネクタ２２の信号端子は、同軸ケーブル１４（不図示）の信号線に接続される。電極２５ｃは、電極２５ｃに隣接する電極２５ｄに接続される。

ソレノイドコイル２４ｄの一端は電極２３ｄであり、他端は電極２５ｄである。電極２３ｄは、プローブ基板２１ｃの表面のＧＮＤパターン２６ｋを介してＧＮＤパターン２６ｊに接続される。ＧＮＤパターン２６ｊは、コネクタ２２のＧＮＤ端子に半田付けにより接続される。コネクタ２２のＧＮＤ端子は、同軸ケーブル１４の外皮であるシールド線に接続される。
このように、ソレノイドコイル２４ｃとソレノイドコイル２４ｄは、電気的には直列に接続されている。

図７に示すように、第４実施形態においては、プローブ基板２１ｃへ実装された２個のソレノイドコイル２４ｃとソレノイドコイル２４ｄの巻線の方向が異なっている。すなわち、ソレノイドコイル２４ｃの巻線の方向は、磁界１８の方向に対して反時計回り（左回り）であるのに対し、ソレノイドコイル２４ｄの巻線の方向は、磁界１８の方向に対して時計回り（右回り）である。

したがって、ソレノイドコイル２４ｃに誘起される電圧Ｖｃとソレノイドコイル２４ｄに誘起される電圧Ｖｄの極性は逆相となるため、隣接する電極同士を接続、この場合は電極２５ｃと電極２５ｄを接続すれば、２つのソレノイドコイルに誘起される電圧を加算した電圧（Ｖｃ＋Ｖｄ）を得ることができる。これは、３個以上のソレノイドコイル２４を配置する場合にも適用でき、隣接するソレノイドコイルの巻線方向が異なれば、隣接するソレノイドコイル２４の隣接する電極同士を接続すればよい。

  第４実施形態によれば、次の（１）～（２）の効果を奏する。
  （１）１枚のプローブ基板２１上に、ソレノイドコイル２４を複数配置しているので、図２に示す磁界検出部よりも、測定感度が向上する。
  （２）磁界の方向に対して、複数のソレノイドコイル２４を並列に配置しているので、プローブ基板２１の横方向（磁界方向）の長さを短くできる。その結果、プローブ基板２１を被測定ケーブルに密着させ易くなる。

なお、第４実施形態では、磁界の方向に対して複数のソレノイドコイル２４を並列に配置したが、磁界の方向に対して直列に実装する構成も可能である。このような構成でも、図２に示す磁界検出部よりも、測定感度が向上する。

（第５実施形態）
  図８を用いて本発明の第５実施形態を説明する。図８は、第５実施形態に係る磁界検出部の構成図であり、上から見た平面図である。
  第５実施形態の磁界検出部が第４実施形態（図７）の磁界検出部と異なる点は、２つのソレノイドコイル２４ｅとソレノイドコイル２４ｆの巻線の方向が同じである点と、これに伴い、ソレノイドコイル２４ｅとソレノイドコイル２４ｆの接続方法を変えている点である。これらの点以外は、第４実施形態の磁界検出部と同様である。
  このように、第５実施形態の磁界検出部は、プローブ基板２１ｅ上に実装された１つの電圧発生回路から構成されており、その電圧発生回路は、２つのソレノイドコイル２４から構成されている。また、２つのソレノイドコイル２４は、並列に配置され、各々が磁界１８の方向に沿うように配置されている。
  第５実施形態の磁界検出部は、第１～第３実施形態の磁界検出部として用いることが可能である。

図８においても、図７と同様に、コネクタ２２は図示を省略されている。また、図７と同様に、プリント基板であるプローブ基板２１ｅ上に、ソレノイドコイル２４ｅとソレノイドコイル２４ｆとコネクタ２２（不図示）が、半田付けにより実装される。ソレノイドコイル２４ｅの一端は電極２３ｅであり、他端は電極２５ｅである。電極２３ｅは、信号パターン２７によりパッド２７ｐに接続され、パッド２７ｐは、コネクタ２２の信号端子に半田付けにより接続される。コネクタ２２の信号端子は、同軸ケーブル１４（不図示）の信号線に接続される。電極２５ｅは、後述する電極２３ｆに接続される。

ソレノイドコイル２４ｆの一端は電極２３ｆであり、他端は電極２５ｆである。電極２５ｆは、スルーホール２６ｈとスルーホール２６ｇを介してＧＮＤパターン２６ｊに接続される。スルーホール２６ｈとスルーホール２６ｇは、プローブ基板２１ｅの裏面で接続されている。ＧＮＤパターン２６ｊは、コネクタ２２のＧＮＤ端子に半田付けにより接続される。コネクタ２２のＧＮＤ端子は、同軸ケーブル１４の外皮であるシールド線に接続される。
このように、ソレノイドコイル２４ｅとソレノイドコイル２４ｆは、電気的には直列に接続されている。

図８に示すように、第５実施形態においては、プローブ基板２１ｅへ実装された２個のソレノイドコイル２４ｅとソレノイドコイル２４ｆの巻線の方向が同じであり、磁界１８の方向に対して反時計回り（左回り）である。

したがって、ソレノイドコイル２４ｅに誘起される電圧Ｖｅとソレノイドコイル２４ｆに誘起される電圧Ｖｆの極性は同相となるため、反対側の電極同士を接続、この場合は電極２５ｅと電極２３ｆを接続すれば、２つのソレノイドコイルに誘起される電圧を加算した電圧（Ｖｅ＋Ｖｆ）を得ることができる。これは、３個以上のソレノイドコイル２４を配置する場合にも適用でき、隣接するソレノイドコイルの巻線方向が同じであれば、隣接するソレノイドコイル２４の反対側の電極同士を接続すればよい。
第５実施形態によれば、第４実施形態と同様の効果を奏する。

（第６実施形態）
  図９～図１１を用いて、演算部に１８０°ハイブリッドバランを使用する第６実施形態を説明する。図９は、第６実施形態に係る演算部の構成図である。図１０は、第６実施形態に係る磁界検出部の一例であり、図１１は、第６実施形態に係る磁界検出部の他の例である。
  図９において、演算部１２は、複数の１８０°ハイブリッドバラン６１ａ～６１ｎと、複数のセレクタ６２ａ～６２ｎと、加算器６３とを備える。１８０°ハイブリッドバラン６１ａ～６１ｎを、１８０°ハイブリッドバラン６１と総称する。セレクタ６２ａ～６２ｎを、セレクタ６２と総称する。
  １８０°ハイブリッドバラン６１は、２入力／２出力の４端子デバイスであり、２入力（Ｐ１端子、Ｐ２端子）の和をＳｕｍ端子へ出力し、２入力の差をＳｕｂ端子へ出力する。セレクタ６２は、２入力（Ｓ１端子、Ｓ２端子）のうち一方を選択してＳ３端子へ出力する。加算器６３は、複数の入力Ｋ１～Ｋｎを加算して、加算結果をＫｏ端子へ出力する。

図９に示すように、プローブ基板２１からの出力が、１８０°ハイブリッドバラン６１の入力Ｐ１、Ｐ２に接続され、１８０°ハイブリッドバラン６１の出力Ｓｕｂ、Ｓｕｍが、それぞれセレクタ６２の入力Ｓ１、Ｓ２に接続され、複数のセレクタ６２の出力Ｓ３が、それぞれ加算器６３の入力Ｋ１～Ｋｎに接続され、加算器６３の出力Ｋｏが、計測部１１に接続されている。

セレクタ６２は、１８０°ハイブリッドバラン６１の和出力Ｓｕｍと差出力Ｓｕｂのどちらを後段の加算器６３へ送るかを選択する。ここで、差出力Ｓｕｂは、コモンモード電流４１が電磁誘導により発生する磁界によってプローブ基板２１に誘起した電圧、和出力Ｓｕｍは、ケーブル４０が静電誘導により発生する電界によってプローブ基板２１に誘起した電圧となる。これは、磁界によってソレノイドコイル２４の両端に誘起する電圧は、プローブ基板２１のＧＮＤに対して逆相であり、電界によってソレノイドコイル２４両端に誘起する電圧は、プローブ基板２１のＧＮＤに対して同相であるためである。

この１８０°ハイブリッドバラン６１を使った演算部１２を用いて、磁界と電界とを分離して測定するには、プローブ基板２１は、図１０や図１１のようにソレノイドコイル２４の両端の電圧を個別に引き出す構造である必要がある。図１０や図１１において、ソレノイドコイル２４の両端の電圧が信号線２７ａと２７ｂに引き出され、これらが１８０°ハイブリッドバラン６１の２入力（Ｐ１端子、Ｐ２端子）に接続される。これは、図７や図８で示したような、プローブ基板２１においてソレノイドコイル２４の端子の片側をプローブ基板２１のＧＮＤに接続していた構造とは異なる。
第６実施形態によれば、１８０度ハイブリッドバランを用いるので、電磁誘導により発生した磁界と静電誘導により発生した電界とを分離して測定することができる。したがって、静電誘導の影響を除去し磁界によって誘起した電圧のみを測定することにより、コモンモード電流をより正確に測定することができる。

（第７実施形態）
ＧＨｚ帯では、コモンモード電流は、ケーブル４０上に複数方向もしくは分布的に流れうる。複数方向に流れるとは、例えばケーブル４０の長辺方向や短辺方向にコモンモード電流が流れることである。長辺方向とはケーブル４０の長さ方向であり、短辺方向とはケーブル４０の幅方向である。分布的に流れるとは、ケーブル４０上の位置により電流の強弱があるということである。このようなコモンモード電流を広範囲に測定する方法を、第７実施形態と第８実施形態により説明する。第７実施形態では、ケーブル４０の長辺方向に流れるコモンモード電流を測定する。第８実施形態では、ケーブル４０の短辺方向に流れるコモンモード電流を測定する。

まず、図１２を用いて本発明の第７実施形態を説明する。図１２は、第７実施形態に係る磁界検出部の構成図であり、上から見た平面図である。図１２に示すように、ケーブル４０の長辺方向にコモンモード電流４１が流れ、短辺方向に磁界１８が形成されている。
第７実施形態の磁界検出部は、プリント基板であるプローブ基板２１ｆ上に、第５実施形態（図８）の電圧発生回路と同様の構成を、縦方向及び横方向にそれぞれ複数配置したものである。つまり、複数の電圧発生回路を、並列及び直列に実装したものである。なお、複数の電圧発生回路を、並列又は直列に実装する構成とすることも可能である。プローブ基板２１ｆには、柔軟性のあるフレキシブル基板を用いるのが好ましい。第７実施形態の磁界検出部は、第１～第３実施形態の磁界検出部として用いることが可能である。

図１２においても、図８と同様に、コネクタ２２は図示を省略されている。また、図８と同様に、プローブ基板２１ｆ上に、ソレノイドコイル２４ｅとソレノイドコイル２４ｆとコネクタ２２（不図示）が、半田付けにより実装される。ソレノイドコイル２４ｅとソレノイドコイル２４ｆは、電気的に直列に接続されている。図８と同様に、ソレノイドコイル２４ｅの一端の電極２３ｅは、信号パターン２７とコネクタ２２の信号端子を介して、同軸ケーブル１４（不図示）の信号線に接続される。ソレノイドコイル２４ｆの他端の電極２５ｆは、コネクタ２２のＧＮＤ端子を介して、同軸ケーブル１４の外皮であるシールド線に接続される。

このようにして、プローブ基板２１ｆ上の複数の電圧発生回路から出力される複数の電圧が、それぞれコネクタ２２や同軸ケーブル１４を介して、図１の増幅部１３へ伝搬される。増幅部１３で増幅された複数の電圧は、演算部１２で加算や２乗平均等の演算がなされる。演算結果は、例えば計測部１１にて表示される。
あるいは、プローブ基板２１ｆ上に同軸スイッチ等のスイッチを設けておき、プローブ基板２１ｆ上の複数の電圧発生回路から出力される複数の電圧を、同軸スイッチにより切り換えて、１本の同軸ケーブル１４を介して、増幅部１３へ伝搬するように構成することもできる。あるいは、同軸ケーブル１４を直接、計測部１１に接続して、複数の電圧を表示するように構成してもよい。

  第７実施形態によれば、次の（１）～（２）の効果を奏する。
  （１）１枚のプローブ基板２１上に、電圧発生回路を複数配置しているので、ケーブルの各部位に流れる電流を広範囲に測定することができる。特に、ケーブルの長辺方向に流れるコモンモード電流を広範囲に測定することができる。
  （２）プローブ基板２１として柔軟性のある基板を用いているので、プローブ基板２１を被測定ケーブルに密着させ易くなり、測定の再現性が向上し、測定感度も向上する。

（第８実施形態）
次に、図１３を用いて本発明の第８実施形態を説明する。図１３は、第８実施形態に係る磁界検出部の構成図であり、上から見た平面図である。図１３に示すように、ケーブル４０の短辺方向にコモンモード電流４１が流れ、長辺方向に磁界１８が形成されている。
第８実施形態の磁界検出部が第７実施形態（図１２）の磁界検出部と異なる点は、ソレノイドコイル２４ｅとソレノイドコイル２４ｆの方向である。他は、第７実施形態の磁界検出部と同様である。第８実施形態の磁界検出部は、第１～第３実施形態の磁界検出部として用いることが可能である。

図１３においても、図１２と同様に、コネクタ２２は図示を省略されている。また、図１２と同様に、プローブ基板２１ｇ上に、ソレノイドコイル２４ｅとソレノイドコイル２４ｆとコネクタ２２（不図示）が、半田付けにより実装される。ソレノイドコイル２４ｅとソレノイドコイル２４ｆは、電気的に直列に接続されている。図１２と同様に、ソレノイドコイル２４ｅの一端の電極２３ｅは、信号パターン２７とコネクタ２２の信号端子を介して、同軸ケーブル１４（不図示）の信号線に接続される。ソレノイドコイル２４ｆの他端の電極２５ｆは、コネクタ２２のＧＮＤ端子を介して、同軸ケーブル１４の外皮であるシールド線に接続される。

このようにして、プローブ基板２１ｇ上の複数の電圧発生回路から出力される複数の電圧が、第７実施形態と同様に、それぞれコネクタ２２や同軸ケーブル１４を介して、あるいは同軸スイッチにより切り換えられた後に同軸ケーブル１４を介して、増幅部１３、あるいは、計測部１１に伝搬される。
第８実施形態によれば、ケーブルの短辺方向に流れるコモンモード電流を広範囲に測定することができる。

  なお、コモンモード電流の流れる方向が、長辺方向及び短辺方向のどちらも想定される場合は、図１２と図１３に記載した電圧発生回路をプローブ基板２１上に混載させれば良い。
  第７実施形態や第８実施形態により、ケーブル４０の各部位の電流もしくは電界／磁界、更には電磁エネルギーの計測や、ケーブル４０全体としての電流もしくは電界／磁界、更には電磁エネルギーの計測が可能となる。
  こうして、以上説明した実施形態により、測定対象であるケーブルに流れる電流によって発生する電界もしくは磁界を、特定の点もしくは広い範囲の分布にて測定することが可能となる。

  なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
  例えば、磁界検出部を構成するプローブ基板２１の材質は、エポキシ等の硬いプリント基板でも、柔軟性のあるフレキシブル基板でもどちらであってもよい。
  また、固定バンドは、ゴムやフィルムなどの柔軟性のある材質が好ましいが、これに限られるものではない。

  また、前記各実施形態では、固定バンドに複数の磁界検出部を搭載したが、固定バンドに搭載する磁界検出部を１つとするように電流プローブを構成することもできる。このように構成しても、第１実施形態における効果のうち、（１）及び（４）～（７）の効果を奏する。
  また、前記各実施形態では、自己共振周波数が１ＧＨｚ以上の場合を説明したが、自己共振周波数が１ＧＨｚ未満の電流プローブを構成することもできる。このように構成しても、第１実施形態における効果のうち、（２）～（７）の効果を奏する。
  また、前記各実施形態では、磁界検出部で検出した電圧を電気信号により演算部側へ伝搬したが、磁界検出部で検出した電圧を光信号に変換して演算部側へ伝搬し、演算部側で光信号を電気信号に変換するよう構成することもできる。この場合、電気信号を光信号に変換する電気-光変換素子をプローブ基板に搭載し、光信号を電気信号に変換する光-電気変換素子を演算部側に搭載する。

１１…計測部、１２…演算部、１３…増幅部、１４…同軸ケーブル、１８…磁界、２０…磁界検出部、２１…プローブ基板、２２…コネクタ、２３…電極、２４…ソレノイドコイル、２５…電極、２６…ＧＮＤパターン、２６ｈ…スルーホール、２６ｇ…スルーホール、２７…信号パターン、３０…固定具、３１…中心固定部、３２…固定バンド、３３…端部固定部、４０…信号ケーブル、４１…コモンモード電流、４２…ＧＮＤ線、４３ａ…絶縁体、４３ｂ…信号線、４４ａ…絶縁体、４４ｂ…信号線、４５…ＧＮＤ線、４６…絶縁体、５２…ＧＮＤ線、５３ａ…絶縁体、５３ｂ…信号線、５４ａ…絶縁体、５４ｂ…信号線、５５…ＧＮＤ線、６１…１８０°ハイブリッドバラン、６２…セレクタ、６３…加算器、１００…電流プローブ。

Claims

  ケーブルに流れる電流を測定するための電流プローブであって、
  前記ケーブルに流れる電流により発生する磁界の強さに応じた電圧を発生する電圧発生回路を含む磁界検出部と、
  前記磁界検出部を複数搭載して固定し、前記ケーブルに密着可能な固定具とを備え
  前記電圧発生回路は、ソレノイドコイルを含むよう構成されている電流プローブ。
  請求項１に記載された電流プローブであって、
  前記磁界検出部は、前記電圧発生回路が１つ以上実装された基板で構成され、
  前記基板が、前記固定具に２つ以上固定されている電流プローブ。
請求項２に記載された電流プローブであって、
前記電圧発生回路には、前記ソレノイドコイルが複数、直列接続されて実装されている電流プローブ。
請求項３に記載された電流プローブであって、
前記電圧発生回路には、前記ソレノイドコイルが複数、直列接続されるとともに並列に配置されている電流プローブ。
請求項４に記載された電流プローブであって、
前記ソレノイドコイルの信号端子と接地端子とを結ぶ方向が、前記ケーブルに流れる電流により発生する磁束の方向と同方向である電流プローブ。
請求項３に記載された電流プローブであって、
前記基板には、前記電圧発生回路が複数、並列、又は直列、もしくは並列及び直列に配置されている電流プローブ。
請求項６に記載された電流プローブであって、
前記ソレノイドコイルの信号端子と接地端子とを結ぶ方向が、前記ケーブルに流れる電流により発生する磁束の方向と同方向である電流プローブ。
請求項１に記載された電流プローブであって、
前記ソレノイドコイルは、自己共振周波数が１ＧＨｚ以上となるよう構成されている電流プローブ。
  請求項１に記載された電流プローブであって、
  前記固定具は、柔軟性のある固定バンドと、前記ケーブルに対して前記固定バンドを固定するための固定部とを備え、
  前記磁界検出部は、前記固定バンド上を移動可能に取り付けられている電流プローブ。
  請求項９に記載された電流プローブであって、
  前記固定部は、中心固定部を備え、
  前記中心固定部は、前記ケーブルに対する固定位置を決めるための凹部を有する電流プローブ。
  請求項１に記載された電流プローブであって、
  前記固定具には、前記磁界検出部が２つ搭載され、
  前記２つの磁界検出部は、前記ケーブルに対して点対称又は線対称となる位置に配置されている電流プローブ。
  電流を流すケーブルを準備するステップと、
  前記ケーブルを流れる電流により発生される磁界の強さに応じた電圧を発生するソレノイドコイルを含む第１及び第２の磁界検出部を準備するステップと、
  前記第１の磁界検出部を前記ケーブルの第１の面に取り付けるステップと、
  前記第２の磁界検出部を前記ケーブルの第２の面に取り付けるステップと、
  前記ケーブルに電流を流すステップと、
  前記第１の磁界検出部において前記ケーブルを流れる電流により発生される第１の電圧を検出するステップと、
  前記第２の磁界検出部において前記ケーブルを流れる電流により発生される第２の電圧を検出するステップと、
  前記検出された第１の電圧と第２の電圧に基づき前記ケーブルを流れる電流を算出する電流算出ステップとを備える電流測定方法。
請求項１２に記載された電流測定方法であって、
前記ケーブルの第１の面と第２の面は、前記ケーブルの表面において互いに逆側に位置するよう構成される電流測定方法。
請求項１３に記載された電流測定方法であって、
前記電流算出ステップにおいて、前記第１の電圧と前記第２の電圧とが、１８０度ハイブリッドバランに入力され、該１８０度ハイブリッドバランの和出力と差出力のどちらかが選択されて、前記ケーブルを流れる電流が算出される電流測定方法。
ケーブルに装着される電流プローブと、前記電流プローブからの出力に基づき前記ケーブルに流れる電流を計測する計測部とを備える電流測定システムであって、
前記電流プローブは、前記ケーブルに流れる電流により発生する磁界の強さに応じた電圧を発生するソレノイドコイルを含む磁界検出部と、前記磁界検出部を複数搭載して固定し、前記ケーブルに密着可能な固定具とを備える電流測定システム。