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JP5172356B2 - Measuring apparatus, measuring method and program - Google Patents

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JP5172356B2
JP5172356B2 JP2008000358A JP2008000358A JP5172356B2 JP 5172356 B2 JP5172356 B2 JP 5172356B2 JP 2008000358 A JP2008000358 A JP 2008000358A JP 2008000358 A JP2008000358 A JP 2008000358A JP 5172356 B2 JP5172356 B2 JP 5172356B2
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  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Description

本発明は、測定対象体の電圧などの物理量を測定可能に構成された測定装置、測定方法およびプログラムに関するものである。   The present invention relates to a measurement apparatus, a measurement method, and a program configured to be able to measure a physical quantity such as a voltage of a measurement object.

この種の測定装置として、特開平6−242166号公報において開示された電圧測定装置が知られている。   As this type of measuring apparatus, a voltage measuring apparatus disclosed in JP-A-6-242166 is known.

この電圧測定装置(距離補償型表面電位計)は、圧電音叉および検知電極を用いたセンサ部と、音叉駆動回路と、センサ部の検知電極に接続されたプリアンプ回路と、増幅回路と、同期検波回路と、積分回路と、高圧増幅回路とを有して構成されている。この電圧測定装置では、センサ部、プリアンプ回路、増幅回路、同期検波回路、積分回路、高圧増幅回路の一次側、トランスを用いた電源回路の2次側、およびそのシールドを電源からフローティングさせ、かつ高圧増幅回路の発生電圧を少なくともセンサ部のコモングランドに帰還させて、この発生電圧を測定対象体の電圧と等しくなるようにフィードバック制御している。この電圧測定装置によれば、高圧増幅回路の発生電圧を検出することにより、測定対象体の電圧を測定することができる。
特開平6−242166号公報報(第13−15頁、第2図)
This voltage measuring device (distance compensation surface potential meter) includes a sensor unit using a piezoelectric tuning fork and a detection electrode, a tuning fork drive circuit, a preamplifier circuit connected to the detection electrode of the sensor unit, an amplifier circuit, and synchronous detection. The circuit includes an integration circuit and a high-voltage amplifier circuit. In this voltage measuring device, the sensor unit, the preamplifier circuit, the amplifier circuit, the synchronous detection circuit, the integration circuit, the primary side of the high-voltage amplifier circuit, the secondary side of the power supply circuit using the transformer, and its shield are floated from the power source, and The generated voltage of the high-voltage amplifier circuit is fed back to at least the common ground of the sensor unit, and feedback control is performed so that the generated voltage becomes equal to the voltage of the measurement object. According to this voltage measurement device, the voltage of the measurement object can be measured by detecting the voltage generated by the high-voltage amplifier circuit.
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 6-242166 (pages 13-15, Fig. 2)

ところで、この種の測定装置で用いられているフィードバック制御には偏差が発生するという特性があり、さらに、例えば比例制御のときには、この偏差はフィードバックループの利得(ゲイン)によって変化し、利得が大きいときには小さくなり、利得が小さいときには大きくなる。このため、この種の測定装置では、通常は、測定精度などを考慮して許容し得る偏差を決定し、決定した偏差に対応する利得となるようにフィードバックループの利得を設定している。   By the way, the feedback control used in this type of measuring device has a characteristic that a deviation occurs. Further, for example, in the case of proportional control, this deviation varies depending on the gain of the feedback loop, and the gain is large. Sometimes it becomes small, and when the gain is small, it becomes large. For this reason, in this type of measurement apparatus, normally, an allowable deviation is determined in consideration of measurement accuracy and the like, and the gain of the feedback loop is set so as to be a gain corresponding to the determined deviation.

ところが、上記の電圧測定装置のように、測定対象体の電圧を非接触で測定する構成の装置では、測定対象体との間の距離を一定にしたとしても、湿度などの変化によって測定対象体と検知電極との間の静電結合の度合いが変化し、この結果、センサ部の利得が変化してフィードバックループの利得も予め想定した値とは異なる値に変化する。また、この電圧測定装置では、実際のフィードバックループの利得を確認するすべもない。このため、この電圧測定装置のような測定装置には、測定時における実際のフィードバックループの利得が許容し得る偏差を確保できる利得よりも小さい値となったときにも、通常通りに電圧を測定するため、測定の信頼性を確保できないという問題点が存在している。他方、湿度などの変化によってフィードバックループの利得が変化した場合であっても、十分な利得を確保し得るように、最初からフィードバックループの利得を十分に大きな値に設定しておく方法も考えられるが、フィードバックループの利得を大きくし過ぎると、フィードバックループの耐ノイズ特性が低下して、やはり、測定の信頼性を確保できない状況が発生するという問題点もある。   However, in the apparatus configured to measure the voltage of the measurement object in a non-contact manner, such as the voltage measurement apparatus described above, even if the distance to the measurement object is constant, the measurement object is affected by changes in humidity or the like. As a result, the gain of the sensor unit changes and the gain of the feedback loop also changes to a value different from the value assumed in advance. Also, with this voltage measuring device, there is no way to confirm the actual feedback loop gain. For this reason, a measuring device such as this voltage measuring device measures the voltage as usual even when the actual feedback loop gain at the time of measurement becomes smaller than a gain that can ensure an acceptable deviation. Therefore, there is a problem that the reliability of measurement cannot be ensured. On the other hand, even if the gain of the feedback loop changes due to changes in humidity or the like, a method of setting the gain of the feedback loop to a sufficiently large value from the beginning is also conceivable so that a sufficient gain can be secured. However, when the gain of the feedback loop is increased too much, the noise resistance characteristic of the feedback loop is degraded, and there is still a problem that a situation where the reliability of measurement cannot be ensured occurs.

本発明は、上記の問題を解決すべくなされたものであり、測定の信頼性を確保し得る測定装置、測定方法およびプログラムを提供することを主目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and has as its main object to provide a measuring apparatus, a measuring method, and a program that can ensure the reliability of measurement.

上記目的を達成すべく請求項1記載の測定装置は、測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御によって生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を算出する測定装置であって、前記フィードバック制御の利得を変更して当該変更の前後における前記参照物理量を測定し、当該測定した2つの参照物理量の差分を当該2つの参照物理量のうちのいずれか一方で除算した算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、前記変更前の利得に対する前記変更後の利得の倍率と、当該2つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する。 In order to achieve the above object, the measuring apparatus according to claim 1 generates a reference physical quantity corresponding to a physical quantity of a measurement object by feedback control so that a difference from the physical quantity is reduced, and based on the reference physical quantity, a measuring device for calculating the physical quantity of the measured object, the change the gain of the feedback control to measure the reference physical quantity before and after of the changes, the difference between the two reference physical quantity the measurement the two In a state where the gain of the feedback control in which the calculated value obtained by dividing one of the reference physical quantities is less than a predetermined reference value is good, the calculated value and the gain after the change with respect to the gain before the change The physical quantity of the measurement object is calculated based on the gain magnification and the reference physical quantity at the time of high gain among the two reference physical quantities.

また、請求項2記載の測定装置は、測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御によって生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を算出する測定装置であって、前記フィードバック制御の利得を2倍に変更して当該変更の前後における前記参照物理量を測定し、当該測定した2つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量を低利得時の参照物理量で除算した算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、当該高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する。 The measurement apparatus according to claim 2 generates a reference physical quantity corresponding to the physical quantity of the measurement target object by feedback control so that a difference from the physical quantity decreases, and based on the reference physical quantity, a measuring device for calculating the physical quantity, wherein the gain of the feedback control is changed to 2-fold to measure the reference physical quantity before and after of the change, in the high gain of the two reference physical quantity the measurement The calculated value obtained by dividing the reference physical quantity by the reference physical quantity at the time of low gain is less than a predetermined reference value. When the gain of the feedback control is good, the calculated value and the reference physical quantity at the time of high gain are Based on this, the physical quantity of the measurement object is calculated.

また、請求項記載の測定装置は、請求項または記載の測定装置において、前記算出した前記物理量を出力部に出力させる。 A measuring apparatus according to a third aspect is the measuring apparatus according to the first or second aspect , wherein the calculated physical quantity is output to an output unit.

また、請求項4記載の測定方法は、測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御によって生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を算出する測定方法であって、前記フィードバック制御の利得を変更して当該変更の前後における前記参照物理量を測定し、当該測定した2つの参照物理量の差分を当該2つの参照物理量のうちのいずれか一方で除算し、当該除算によって算出された算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、前記変更前の利得に対する前記変更後の利得の倍率と、当該2つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する。 According to a fourth aspect of the present invention, the reference physical quantity corresponding to the physical quantity of the measurement object is generated by feedback control so that the difference from the physical quantity is reduced, and the measurement object is measured based on the reference physical quantity. a measuring method for calculating the physical quantity, by changing the gain of the feedback control to measure the reference physical quantity before and after of the change, among the two reference physical quantity the difference between two reference physical quantity the measurement The calculated value calculated by the division is less than a predetermined reference value. When the gain of the feedback control is good, the calculated value and the gain before the change are Based on the gain scale factor after the change and the reference physical quantity at the time of high gain of the two reference physical quantities, the physical quantity of the measurement object is calculated. Out to.

また、請求項5記載の測定方法は、測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御によって生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を算出する測定方法であって、前記フィードバック制御の利得を2倍に変更して当該変更の前後における前記参照物理量を測定し、当該測定した2つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量を低利得時の参照物理量で除算し、当該除算によって算出された算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、当該高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する。 According to a fifth aspect of the present invention, the reference physical quantity corresponding to the physical quantity of the measurement object is generated by feedback control so that the difference from the physical quantity is reduced, and the measurement object is measured based on the reference physical quantity. a measuring method for calculating the physical quantity, wherein the gain of the feedback control is changed to 2-fold to measure the reference physical quantity before and after of the change, in the high gain of the two reference physical quantity the measurement The reference physical quantity is divided by the reference physical quantity at the time of low gain, and the calculated value calculated by the division becomes less than a predetermined reference value. Based on the reference physical quantity at the time of gain, the physical quantity of the measurement object is calculated.

また、請求項6記載のプログラムは、コンピュータに、測定対象体の物理量に対応する参照物理量を生成すると共に、当該測定対象体の前記物理量と当該参照物理量との差分を検出して、当該差分が減少するように前記参照物理量をフィードバック制御するフィードバック制御部と、前記参照物理量を測定する測定部とを備えた測定装置における前記フィードバック制御部に対してフィードバックループの利得を変更させる手順と、前記測定部によって測定された前記利得の変更の前後における前記参照物理量を取得する手順と、当該取得した2つの前記参照物理量の差分を当該2つの参照物理量のうちのいずれか一方で除算して算出値を算出する手順と、前記算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、前記変更前の利得に対する前記変更後の利得の倍率と、前記2つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する手順とを実行させる。 In addition, the program according to claim 6 generates a reference physical quantity corresponding to the physical quantity of the measurement object, and detects a difference between the physical quantity of the measurement object and the reference physical quantity. a feedback control section for feedback controlling the reference physical quantity as decreasing, the procedure for changing the gain of the feedback loop to the feedback control unit in the measurement apparatus and a measurement unit for measuring the reference physical quantity, wherein A procedure for obtaining the reference physical quantity before and after the change of the gain measured by the measurement unit, and a calculated value obtained by dividing the difference between the two obtained reference physical quantities by one of the two reference physical quantities a step of calculating, said gain of the feedback control in which the calculated value is less than a predetermined reference value In good conditions, and the calculated value, and the magnification of the gain after the change to the gain before the change, on the basis of the reference physical quantity at the time of high gain of the two reference physical quantity, wherein the measured object And a procedure for calculating a physical quantity.

また、請求項7記載のプログラムは、コンピュータに、測定対象体の物理量に対応する参照物理量を生成すると共に、当該測定対象体の前記物理量と当該参照物理量との差分を検出して、当該差分が減少するように前記参照物理量をフィードバック制御するフィードバック制御部と、前記参照物理量を測定する測定部とを備えた測定装置における前記フィードバック制御部に対してフィードバックループの利得を2倍に変更させる手順と、前記測定部によって測定された前記利得の変更の前後における前記参照物理量を取得する手順と、当該取得した2つの前記参照物理量のうちの高利得時の参照物理量を低利得時の参照物理量で除算して算出値を算出する手順と、前記算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、前記高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する手順とを実行させる。 Further, the program according to claim 7 generates a reference physical quantity corresponding to the physical quantity of the measurement object, and detects a difference between the physical quantity of the measurement object and the reference physical quantity. a feedback control section for feedback controlling the reference physical quantity as decrease, the procedure for changing the gain of the feedback loop is doubled with respect to the feedback control unit in the measurement apparatus and a measurement unit for measuring the reference physical quantity A procedure for acquiring the reference physical quantity before and after the change of the gain measured by the measurement unit, and a reference physical quantity at a high gain of the two acquired reference physical quantities is a reference physical quantity at a low gain. a step of calculating a calculated value by dividing, before the feedback control of the calculated value is less than a predetermined reference value Gain in good condition, and the calculated value, based on the reference physical quantity at the time of the high gain, to perform the procedure for calculating the physical quantity of the measured object.

求項記載の測定装置、請求項記載の測定方法および請求項記載のプログラムによれば、フィードバック制御におけるフィードバックループの利得が良好な状態においてこの利得を変更すると共に変更の前後において参照物理量を測定し、測定された2つの参照物理量の差分を2つの参照物理量のうちのいずれか一方で除算し、除算によって算出された算出値と、変更前の利得に対する変更後の利得の倍率と、2つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量とに基づいて、測定対象体の物理量を算出することにより、測定装置による測定対象体の物理量測定についての信頼性(測定精度)を高めることができる。 Measuring device Motomeko 1 wherein, according to claim 4 measuring method and claim 6, wherein the program description, reference before and after the change over the gain of the feedback loop in the feedback control is changed the gain in good condition The physical quantity is measured, the difference between the two measured reference physical quantities is divided by one of the two reference physical quantities, the calculated value calculated by the division, and the gain multiplication factor after the change with respect to the gain before the change, By increasing the physical quantity of the measurement object based on the reference physical quantity at the time of high gain of the two reference physical quantities, the reliability (measurement accuracy) of measuring the physical quantity of the measurement object by the measurement device is increased. Can do.

また、請求項記載の測定装置、請求項記載の測定方法および請求項記載のプログラムによれば、フィードバック制御におけるフィードバックループの利得が良好な状態においてこの利得2倍に変更すると共に変更の前後において参照物理量を測定し、測定された2つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量を低利得時の参照物理量で除算し、除算によって算出された算出値と、高利得時の参照物理量とに基づいて、測定対象体の物理量を算出することにより、測定装置による測定対象体の物理量測定についての信頼性(測定精度)を高めることができる。 Further, according to the measurement apparatus according to claim 2, the measurement method according to claim 5, and the program according to claim 7 , the gain is doubled and changed when the gain of the feedback loop in the feedback control is good. The reference physical quantity is measured before and after the reference physical quantity at the time of high gain of the two measured reference physical quantities is divided by the reference physical quantity at the time of low gain, and the calculated value calculated by the division and the reference at the time of high gain By calculating the physical quantity of the measurement object based on the physical quantity, the reliability (measurement accuracy) of the measurement apparatus for measuring the physical quantity of the measurement object can be increased.

また、請求項記載の測定装置によれば、算出した測定対象体の物理量を表示装置などの出力部に出力することにより、出力部において測定対象体の物理量を確認することができると共に、測定装置に他の出力装置を接続する手間を省くことができる。 In addition, according to the measurement device of claim 3 , by outputting the calculated physical quantity of the measurement object to an output unit such as a display device, the physical quantity of the measurement object can be confirmed in the output unit, and measurement can be performed. The trouble of connecting another output device to the device can be saved.

以下、添付図面を参照して、測定装置、測定方法およびプログラムの最良の形態について、電圧測定装置に適用した例を挙げて説明する。 Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, measurement devices, the best mode of the measuring method, and a program will be described by way of example applied to the voltage measuring device.

最初に、この電圧測定装置1について、図面を参照して説明する。   First, the voltage measuring apparatus 1 will be described with reference to the drawings.

電圧測定装置1は、図1に示すように、プローブユニット2および本体ユニット3を備え、測定対象体4の電圧V1(本発明における物理量の一例)を非接触で測定可能に構成されている。   As shown in FIG. 1, the voltage measuring device 1 includes a probe unit 2 and a main unit 3, and is configured to be able to measure the voltage V <b> 1 (an example of a physical quantity in the present invention) of the measurement object 4 without contact.

プローブユニット2は、図1に示すように、ケース11、検出電極12、可変容量回路19、電流検出器15およびプリアンプ16を備え、本発明におけるセンサ部として機能する。ケース11は、導電性材料(例えば金属材料)を用いて構成されている。検出電極12は、例えば、平板状に形成されると共に、その一方の面側がケース11の外表面に露出し、かつ他方の面側がケース11の内部に露出するようにしてケース11に固定されている。一例として、検出電極12は、ケース11に設けられている孔(図示せず)に、この孔を閉塞し、かつケース11に対して電気的に絶縁された状態で取り付けられている。また、本例では、一例として、ケース11は、その表面が樹脂材などで形成された絶縁被膜で覆われている。この場合、検出電極12は、この絶縁被膜で覆われていてもよいし、絶縁被膜から露出していてもよい。   As shown in FIG. 1, the probe unit 2 includes a case 11, a detection electrode 12, a variable capacitance circuit 19, a current detector 15, and a preamplifier 16, and functions as a sensor unit in the present invention. The case 11 is configured using a conductive material (for example, a metal material). For example, the detection electrode 12 is formed in a flat plate shape, and is fixed to the case 11 so that one surface side thereof is exposed on the outer surface of the case 11 and the other surface side is exposed inside the case 11. Yes. As an example, the detection electrode 12 is attached to a hole (not shown) provided in the case 11 in a state of closing the hole and being electrically insulated from the case 11. In this example, as an example, the case 11 has a surface covered with an insulating film formed of a resin material or the like. In this case, the detection electrode 12 may be covered with this insulating film, or may be exposed from the insulating film.

可変容量回路19は、図1に示すように、1つの容量変化機能体13および1つの駆動回路14を備えている。また、可変容量回路19(具体的には容量変化機能体13)は、第1の構成単位31、第2の構成単位32、第3の構成単位33および第4の構成単位34がこの順に環状(ブリッジ状)に接続されて、いわゆるブリッジ回路に構成されている。具体的には、各構成単位31,32,33,34は、図2に示すように、第1電気的要素E11,E12,E13,E14(以下、特に区別しないときには「第1電気的要素E1」ともいう)をそれぞれ1つずつ含んで構成されている。   As illustrated in FIG. 1, the variable capacitance circuit 19 includes one capacitance change function body 13 and one drive circuit 14. The variable capacitance circuit 19 (specifically, the capacitance changing function body 13) includes a first structural unit 31, a second structural unit 32, a third structural unit 33, and a fourth structural unit 34 in this order. They are connected in a (bridge shape) to form a so-called bridge circuit. Specifically, as shown in FIG. 2, each of the structural units 31, 32, 33, and 34 includes first electric elements E11, E12, E13, and E14 (hereinafter referred to as “first electric element E1 unless otherwise specified). Are also included one by one.

この場合、各第1電気的要素E1は、一端が他端に対して高電位のときに抵抗体として機能し、かつ他端が一端に対して高電位のときに容量体としてそれぞれ機能する一対の第1素子41a,41b(以下、特に区別しないときには第1素子41ともいう)をそれぞれ1つずつ含み、各第1素子41が互いに逆向きに直列接続されて構成されている。これにより、各第1電気的要素E1は、直流信号の通過を阻止しつつ印加電圧の絶対値の大きさに応じて容量が変化するように構成されている。本例では、一例として、各第1素子41は、互いに接合されたP型半導体およびN型半導体を有して構成され、具体的には1つのダイオード(一例として可変容量ダイオード。バリキャップやバラクタダイオードともいう。)で構成され、各第1電気的要素E1は、これら2つのダイオードが逆向きに直列接続されて(アノード端子同士が接続されて)構成されている。また、各第1素子41a,41bには同一またはほぼ同一の特性の可変容量ダイオードが使用されて、第1の構成単位31および第3の構成単位33の各インピーダンスの積と、第2の構成単位32および第4の構成単位34の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一(一例として数%程度の範囲内で相違する状態)に設定されている。   In this case, each first electrical element E1 functions as a resistor when one end has a high potential with respect to the other end, and functions as a capacitor when the other end has a high potential with respect to the other end. Each of the first elements 41a and 41b (hereinafter also referred to as the first element 41 unless otherwise distinguished), and the first elements 41 are connected in series in opposite directions. Thereby, each 1st electric element E1 is comprised so that a capacity | capacitance may change according to the magnitude | size of the absolute value of an applied voltage, preventing passage of a DC signal. In this example, as an example, each first element 41 includes a P-type semiconductor and an N-type semiconductor that are joined to each other. Specifically, one first diode (for example, a variable-capacitance diode; a varicap or a varactor). Each first electric element E1 is configured by connecting these two diodes in series in opposite directions (with anode terminals connected to each other). In addition, variable capacitance diodes having the same or substantially the same characteristics are used for the first elements 41a and 41b, and the product of the impedances of the first structural unit 31 and the third structural unit 33 and the second configuration. The product of each impedance of the unit 32 and the fourth structural unit 34 is set to be the same or substantially the same (a state that is different within a range of several percent as an example).

なお、図2に示す容量変化機能体13では、各第1電気的要素E1は、一対の第1素子41a,41bの一端同士を接続して(一対のダイオードのアノード端子同士を接続して)構成されているが、図3に示す容量変化機能体13のように、一対の第1素子41a,41bの他端同士を接続して(一対のダイオードのカソード端子同士を接続して)、各第1電気的要素E1を構成することもできる。また、可変容量ダイオードは、電圧を逆方向に印加したときにダイオードのPN接合における空乏層の厚みが変化することによる静電容量(接合容量)の変化を利用したものであり、この静電容量の変化を大きくしたものをいう。他方、PN接合で構成される一般的なダイオード(シリコンダイオード)においても、可変容量ダイオードと比べて少ないものの、上記した静電容量(接合容量)の変化は発生する。このため、図2,3に示す各容量変化機能体13におけるすべての第1素子41a,41bを、一般的なダイオードで構成された第1素子51a,51b(以下、区別しないときには、第1素子51ともいう)に置き換えた構成(図4,5参照)であっても、容量変化機能体13を構成することができる。また、図示はしないが、ゲート端子をソース端子に接続することによってオフ状態に維持されたMOS−FETも、ドレイン−ソース間に印加される電圧に基づいて容量が変化する可変容量コンデンサとして機能することが知られている。したがって、このようにゲート端子がソース端子に接続された1つのMOS−FETを可変容量ダイオードに代えて使用して容量変化機能体13を構成することもできる。   In the capacitance change function body 13 shown in FIG. 2, each first electrical element E1 connects one ends of the pair of first elements 41a and 41b (connects the anode terminals of the pair of diodes). Although it is configured, like the capacitance changing function body 13 shown in FIG. 3, the other ends of the pair of first elements 41a and 41b are connected (the cathode terminals of the pair of diodes are connected), The first electrical element E1 can also be configured. The variable capacitance diode uses a change in capacitance (junction capacitance) due to a change in the thickness of the depletion layer at the PN junction of the diode when a voltage is applied in the reverse direction. This is the one with a large change. On the other hand, even in a general diode (silicon diode) configured with a PN junction, the above-described change in capacitance (junction capacitance) occurs although it is less than a variable capacitance diode. For this reason, all the first elements 41a and 41b in each capacitance change function body 13 shown in FIGS. 2 and 3 are first elements 51a and 51b formed of general diodes (hereinafter referred to as first elements when not distinguished from each other). 51 (also referred to as 51) (see FIGS. 4 and 5), the capacity changing function body 13 can be configured. Although not shown, the MOS-FET maintained in the off state by connecting the gate terminal to the source terminal also functions as a variable capacitor whose capacitance changes based on the voltage applied between the drain and the source. It is known. Therefore, the capacitance changing function body 13 can be configured by using one MOS-FET having the gate terminal connected to the source terminal in this way instead of the variable capacitance diode.

また、可変容量回路19は、図1に示すように、検出電極12と参照電位Vrとなる部位(本例ではケース11)との間に、容量変化機能体13における第1の構成単位31および第4の構成単位34の接続点Aが検出電極12側に接続されると共に第2の構成単位32および第3の構成単位33の接続点Cがケース11側に接続された状態で配設されている。具体的には、可変容量回路19は、容量変化機能体13の接続点Aが検出電極12に直接接続されると共に、容量変化機能体13の接続点Cが電流検出器15を介してケース11に接続されて検出電極12とケース11との間に配設されている。また、第1の構成単位31および第2の構成単位32の接続点Bと、第3の構成単位33および第4の構成単位34の接続点Dとが駆動回路14に接続されている。また、可変容量回路19は、ケース11の外部に露出しない状態で、ケース11内部に配設されている。   In addition, as shown in FIG. 1, the variable capacitance circuit 19 includes a first structural unit 31 and a capacitance changing function body 13 between the detection electrode 12 and a portion (case 11 in this example) that becomes the reference potential Vr. The connection point A of the fourth structural unit 34 is connected to the detection electrode 12 side, and the connection point C of the second structural unit 32 and the third structural unit 33 is connected to the case 11 side. ing. Specifically, in the variable capacitance circuit 19, the connection point A of the capacitance change function body 13 is directly connected to the detection electrode 12, and the connection point C of the capacitance change function body 13 is connected to the case 11 via the current detector 15. Is connected between the detection electrode 12 and the case 11. A connection point B between the first structural unit 31 and the second structural unit 32 and a connection point D between the third structural unit 33 and the fourth structural unit 34 are connected to the drive circuit 14. The variable capacitance circuit 19 is disposed inside the case 11 without being exposed to the outside of the case 11.

駆動回路14は、例えば、トランスおよびフォトカプラなどの絶縁用電子部品を用いて構成されて、本体ユニット3から入力した駆動信号S1を、この駆動信号S1と電気的に絶縁されると共に駆動信号S1と同一の周波数f1の駆動信号S2に変換して容量変化機能体13に出力(印加)する。本例では、一例として、駆動回路14は、図1に示すように、一次巻線Tr1aおよび二次巻線Tr1bを備えた絶縁型のトランスTr1を用いて構成されている。この場合、二次巻線Tr1bの各端部が容量変化機能体13の接続点B,Dに接続されている。駆動回路14では、入力した駆動信号S1に基づいて一次巻線Tr1aが励磁されることで、トランスTr1が二次巻線Tr1bに駆動信号S2を発生させる。この構成により、駆動回路14は、駆動信号S1を低歪みで駆動信号S2に変換し、この駆動信号S2を容量変化機能体13の各接続点B,D間に印加する。本例では、後述するように一例として駆動信号S1として正弦波信号を用いているため、駆動信号S2も正弦波信号として出力される。また、上記の駆動回路14に代えて、本体ユニット3から駆動信号S1を入力することなく駆動信号S2を単独で出力するフローティング信号源(図示せず)をプローブユニット2内に配設することもできる。   The drive circuit 14 is configured using, for example, insulating electronic components such as a transformer and a photocoupler, and the drive signal S1 input from the main unit 3 is electrically insulated from the drive signal S1 and the drive signal S1. To the drive signal S2 having the same frequency f1 and output (applied) to the capacitance changing function body 13. In this example, as an example, the drive circuit 14 is configured using an insulating transformer Tr1 having a primary winding Tr1a and a secondary winding Tr1b as shown in FIG. In this case, each end of the secondary winding Tr1b is connected to the connection points B and D of the capacitance changing function body 13. In the drive circuit 14, the primary winding Tr1a is excited based on the input drive signal S1, so that the transformer Tr1 generates the drive signal S2 in the secondary winding Tr1b. With this configuration, the drive circuit 14 converts the drive signal S1 into the drive signal S2 with low distortion, and applies the drive signal S2 between the connection points B and D of the capacitance change function body 13. In this example, since a sine wave signal is used as the drive signal S1 as an example as described later, the drive signal S2 is also output as a sine wave signal. Further, instead of the drive circuit 14 described above, a floating signal source (not shown) that outputs the drive signal S2 alone without inputting the drive signal S1 from the main unit 3 may be disposed in the probe unit 2. it can.

電流検出器15は、一例として絶縁型のトランスTr2で構成されて本発明における検出回路として機能する。また、電流検出器15は、トランスTr2の一次巻線Tr2aの一端部が可変容量回路19(具体的には可変容量回路19における容量変化機能体13の接続点C)に接続され、かつ他端部がケース11に接続されて、可変容量回路19とケース11との間に接続されている。これにより、電流検出器15(つまりトランスTr2)は、可変容量回路19と直列に接続された状態で検出電極12とケース11との間に配設されて、可変容量回路19の容量変化機能体13に流れている電流iを検出すると共に、この電流iの電流値(振幅)に比例した振幅の電圧V2を二次巻線Tr2bに誘起(発生)させる。プリアンプ16は、トランスTr2の二次巻線Tr2bに誘起される電圧V2を増幅して、検出信号S3として出力する。この場合、電圧V2は電流iの値に比例して変化するため、この電圧V2を増幅して生成された検出信号S3も電流iの値に比例して変化する。また、上記した電流検出器15およびプリアンプ16は、可変容量回路19と共にケース11内部に配設されている。   The current detector 15 is constituted by an insulating transformer Tr2 as an example and functions as a detection circuit in the present invention. The current detector 15 has one end of the primary winding Tr2a of the transformer Tr2 connected to the variable capacitance circuit 19 (specifically, the connection point C of the capacitance changing function body 13 in the variable capacitance circuit 19) and the other end. Are connected to the case 11 and connected between the variable capacitance circuit 19 and the case 11. As a result, the current detector 15 (that is, the transformer Tr2) is disposed between the detection electrode 12 and the case 11 while being connected in series with the variable capacitance circuit 19, and the capacitance changing function body of the variable capacitance circuit 19 is provided. 13 is detected, and a voltage V2 having an amplitude proportional to the current value (amplitude) of the current i is induced (generated) in the secondary winding Tr2b. The preamplifier 16 amplifies the voltage V2 induced in the secondary winding Tr2b of the transformer Tr2 and outputs it as a detection signal S3. In this case, since the voltage V2 changes in proportion to the value of the current i, the detection signal S3 generated by amplifying the voltage V2 also changes in proportion to the value of the current i. Further, the current detector 15 and the preamplifier 16 described above are disposed inside the case 11 together with the variable capacitance circuit 19.

本体ユニット3は、図1に示すように、制御部3a、電圧生成部3b、処理部3c、電圧計3dおよび出力部3eを備えて構成されている。この場合、制御部3aは、センサ部としてのプローブユニット2、および電圧生成部3bと共に本発明に係るフィードバック制御部FCを構成し、入力した検出信号S3に基づいて後述するアナログ信号S5と極性信号S8とを生成して電圧生成部3bに出力し、電圧生成部3bに対して参照電位Vrの電圧を変化させる。具体的には、制御部3aは、発振回路21、フィルタ回路22、増幅回路23、検波回路24および極性判定回路25を備えている。発振回路21は、一定の周期T1(周波数f1)の駆動信号S1を生成してプローブユニット2に出力する。また、発振回路21は、周期T1の二分の一の周期T2(周波数f2=2×f1)の検波用信号S11を駆動信号S1に同期させて生成して極性判定回路25に出力する。この場合、本例では、発振回路21は、駆動信号S1および検波用信号S11として正弦波信号を生成する。フィルタ回路22は、プローブユニット2から入力した検出信号S3に含まれている容量変化機能体13の容量変調周波数f2と同じ周波数の信号S3aを選択的に通過させる。   As shown in FIG. 1, the main unit 3 includes a control unit 3a, a voltage generation unit 3b, a processing unit 3c, a voltmeter 3d, and an output unit 3e. In this case, the control unit 3a constitutes the feedback control unit FC according to the present invention together with the probe unit 2 as the sensor unit and the voltage generation unit 3b, and an analog signal S5 and a polarity signal to be described later based on the input detection signal S3. S8 is generated and output to the voltage generator 3b, and the voltage of the reference potential Vr is changed with respect to the voltage generator 3b. Specifically, the control unit 3a includes an oscillation circuit 21, a filter circuit 22, an amplification circuit 23, a detection circuit 24, and a polarity determination circuit 25. The oscillation circuit 21 generates a drive signal S1 having a constant period T1 (frequency f1) and outputs it to the probe unit 2. The oscillation circuit 21 generates a detection signal S11 having a period T2 (frequency f2 = 2 × f1) that is a half of the period T1 in synchronization with the drive signal S1 and outputs the detection signal S11 to the polarity determination circuit 25. In this case, in this example, the oscillation circuit 21 generates a sine wave signal as the drive signal S1 and the detection signal S11. The filter circuit 22 selectively allows a signal S3a having the same frequency as the capacitance modulation frequency f2 of the capacitance change function body 13 included in the detection signal S3 input from the probe unit 2 to pass therethrough.

増幅回路23は、フィルタ回路22から入力した信号S3aを増幅して、検出信号S4として出力する。また、増幅回路23は、動作開始直後においては予め設定された初期利得(初期増幅率Ga0)で信号S3aを増幅し、処理部3cから制御信号S12を入力したときには、利得をα倍して利得Ga1(=α×Ga0)に変更する。これにより、電圧測定装置1の後述するフィードバックループの利得もα倍となる。また、本例では、容量変化機能体13の容量変調周波数f2は、駆動信号S2の周波数f1の2倍であるため、容量変化機能体13の静電容量C1の変化によって生じる電流iの周波数も駆動信号S1の周波数f1の2倍となり、プリアンプ16で生成される検出信号S3中には周波数f1,f2の各信号成分が含まれるものの、増幅回路23から出力される検出信号S4の周波数はフィルタ回路22によるフィルタリングによってf2となる。検波回路24は、例えば包絡線検波方式によって検出信号S4を検波することにより、アナログ信号S5を生成する。この場合、アナログ信号S5は、その振幅(電圧値)が可変容量回路19を流れる電流iの電流値に比例して変化する。したがって、検出信号S3も電流iの振幅(電流値)に比例して変化する信号であるため、アナログ信号S5と検出信号S3とは、互いに同期し、かつ比例した信号となる。極性判定回路25は、検波用信号S11および検出信号S4を入力して検波用信号S11に対する検出信号S4の位相を検出する。また、極性判定回路25は、検出した位相に基づいて、測定対象体4およびケース11の各電圧V1,Vrの電位差(V1−Vr)の極性を判定すると共に、この極性を示す極性信号S8を生成して出力する。一例として、本例では、極性判定回路25は、電位差(V1−Vr)の極性と同じ極性で極性信号S8を出力する。   The amplifier circuit 23 amplifies the signal S3a input from the filter circuit 22 and outputs it as a detection signal S4. Further, immediately after the operation starts, the amplifier circuit 23 amplifies the signal S3a with a preset initial gain (initial gain Ga0), and when the control signal S12 is input from the processing unit 3c, the gain is multiplied by α. Change to Ga1 (= α × Ga0). As a result, the gain of a feedback loop, which will be described later, of the voltage measuring apparatus 1 also becomes α times. In this example, since the capacitance modulation frequency f2 of the capacitance change function body 13 is twice the frequency f1 of the drive signal S2, the frequency of the current i generated by the change in the capacitance C1 of the capacitance change function body 13 is also set. The detection signal S3 generated by the preamplifier 16 includes twice the frequency f1 of the drive signal S1, and each of the signal components of the frequencies f1 and f2 is included in the detection signal S3. Filtered by the circuit 22 results in f2. The detection circuit 24 generates the analog signal S5 by detecting the detection signal S4 using, for example, an envelope detection method. In this case, the amplitude (voltage value) of the analog signal S5 changes in proportion to the current value of the current i flowing through the variable capacitance circuit 19. Therefore, since the detection signal S3 is also a signal that changes in proportion to the amplitude (current value) of the current i, the analog signal S5 and the detection signal S3 are synchronized with each other and become proportional signals. The polarity determination circuit 25 receives the detection signal S11 and the detection signal S4 and detects the phase of the detection signal S4 with respect to the detection signal S11. The polarity determination circuit 25 determines the polarity of the potential difference (V1−Vr) between the voltages V1 and Vr of the measurement object 4 and the case 11 based on the detected phase, and outputs a polarity signal S8 indicating this polarity. Generate and output. As an example, in this example, the polarity determination circuit 25 outputs the polarity signal S8 with the same polarity as the polarity of the potential difference (V1-Vr).

処理部3cは、一例としてCPUおよび内部メモリを備えたコンピュータで構成されている。この場合、この処理部3cでは、CPUが内部メモリに記憶されているプログラムに従い、フィードバック制御部FCが実行するフィードバック制御におけるフィードバックループの利得を変更する(本例では変更前の利得をα(>1)倍して変更する)利得変更処理(利得を変更させる手順)と、この利得の変更の前後において電圧計3dで測定された2つの参照電位信号S7の電圧(参照電位Vr。本発明における参照物理量)を取得する電圧取得処理(参照物理量を取得する手順)と、この取得した2つの参照電位Vrの差分ΔVrをいずれか一方の参照電位Vrで除算して参照電位Vrの変化率H(=ΔVr/Vr。本発明における算出値)を算出する変化率算出処理(算出値を算出する手順)と、変化率Hに基づいてフィードバック制御の利得の良否を判別する良否判別処理(判別処理を実行する手順)と、変化率H、倍率αおよび取得した2つの参照電位Vrに基づいて測定対象体4の電圧V1を算出する電圧算出処理(測定対象体の物理量を算出する手順)と、並びに良否判別処理の結果および算出した電圧V1を示すデータD1を出力部3eに出力する出力処理(出力処理を実行する手順)とを実行する。なお、内部メモリには、上記の各処理をCPUに対して実行させる上記のプログラムと、倍率αと、良否判別処理で使用される基準値Drとが予め記憶されている。また、処理部3cは、上記構成に代えて、FPGA、ゲートアレイなどのプログラマブルロジックなどで構成することもできる。   As an example, the processing unit 3c includes a computer having a CPU and an internal memory. In this case, in the processing unit 3c, the CPU changes the gain of the feedback loop in the feedback control executed by the feedback control unit FC according to the program stored in the internal memory (in this example, the gain before the change is changed to α (> 1) Gain change processing (changed by multiplying) (procedure for changing gain), and voltages (reference potential Vr.) Of two reference potential signals S7 measured by the voltmeter 3d before and after the gain change. Voltage acquisition process (procedure for acquiring the reference physical quantity) to acquire the reference physical quantity), and the difference ΔVr between the two acquired reference potentials Vr is divided by one of the reference potentials Vr to change the reference potential Vr change rate H ( = ΔVr / Vr (calculated value in the present invention) and a change rate calculation process (a procedure for calculating the calculated value) and feedback based on the change rate H Voltage calculation for calculating the voltage V1 of the measurement object 4 based on the pass / fail determination process (procedure for executing the determination process) for determining the pass / fail of the gain, the change rate H, the magnification α, and the two acquired reference potentials Vr. The process (procedure for calculating the physical quantity of the measurement object) and the output process (procedure for executing the output process) for outputting the result of the pass / fail judgment process and the data D1 indicating the calculated voltage V1 to the output unit 3e are executed. . The internal memory stores in advance the above-described program that causes the CPU to execute each of the above-described processes, the magnification α, and the reference value Dr that is used in the pass / fail determination process. Further, the processing unit 3c can be configured by a programmable logic such as an FPGA or a gate array instead of the above configuration.

電圧生成部3bは、電圧生成回路27およびトランス(昇圧トランス)Tr3を備えて構成されている。電圧生成回路27は、電圧信号S6を生成して出力する。この場合、電圧生成回路27は、出力している電圧信号S6の電圧を、入力したアナログ信号S5の振幅(電圧値)に比例した量だけ、入力した極性信号S8の極性が「正」のときには増加させ、逆に「負」のときには減少させる。トランスTr3は、絶縁型のトランスであって、一次巻線Tr3a(巻数:n1)および二次巻線Tr3b(巻数:n2>n1)を備えて昇圧トランスとして構成されている。この場合、一次巻線Tr3aおよび二次巻線Tr3bは、それぞれの一端部が接地(グランドに接続)されている。また、一次巻線Tr3aの他端部は電圧生成回路27に、二次巻線Tr3bの他端部はプローブユニット2のケース11にそれぞれ接続されている。この構成により、トランスTr3は、一次巻線Tr3aに入力した電圧信号S6を昇圧して、参照電位信号S7として二次巻線Tr3bの他端部に出力すると共に、プローブユニット2のケース11に印加する。このようにしてケース11は、その電位(参照電位)Vrが参照電位信号S7の電圧に規定される。   The voltage generation unit 3b includes a voltage generation circuit 27 and a transformer (step-up transformer) Tr3. The voltage generation circuit 27 generates and outputs a voltage signal S6. In this case, when the polarity of the input polarity signal S8 is “positive”, the voltage generation circuit 27 outputs the voltage of the output voltage signal S6 by an amount proportional to the amplitude (voltage value) of the input analog signal S5. On the contrary, when it is “negative”, it is decreased. The transformer Tr3 is an insulating transformer, and includes a primary winding Tr3a (turn number: n1) and a secondary winding Tr3b (turn number: n2> n1), and is configured as a step-up transformer. In this case, one end of each of the primary winding Tr3a and the secondary winding Tr3b is grounded (connected to the ground). The other end of the primary winding Tr3a is connected to the voltage generation circuit 27, and the other end of the secondary winding Tr3b is connected to the case 11 of the probe unit 2. With this configuration, the transformer Tr3 boosts the voltage signal S6 input to the primary winding Tr3a, outputs the boosted voltage signal S6 to the other end of the secondary winding Tr3b as a reference potential signal S7, and applies it to the case 11 of the probe unit 2. To do. In this manner, in the case 11, the potential (reference potential) Vr is defined as the voltage of the reference potential signal S7.

電圧計3dは、本発明における測定部であって参照電位信号S7の電圧(参照電位Vr)を繰り返し測定すると共に、測定の都度、測定した参照電位信号S7の電圧値(参照電位Vr)を示すデータD2を処理部3cに出力する。出力部3eは、本例では一例として表示装置で構成されて、処理部3cからのデータD1に基づいて、例えば、現在のフィードバックループの利得が良好なものであるか否かを示す情報、および算出した電圧V1の少なくとも一方を表示する。一例として出力部3eは、フィードバックループの利得が良好であるときには「利得が良好」(または「測定値は有効」)という文字情報(日本語や英語などの言語で使用される文字で表された情報)と共に電圧V1を表示し、良好でない(不良の)ときには、電圧V1は表示せずに「利得が良好でない」(または「測定は無効」)という文字情報を表示する。なお、出力部3eとしては、表示装置以外に、上記情報を印刷する印刷装置を採用することもできるし、現在のフィードバックループの利得が良好なものである旨(または良好なものではない旨)をブザー音、音声およびLEDの表示状態(点灯、消灯、点滅若しくは点灯させる色、またはこれらの組み合わせ)で報知する報知装置や、その旨を示すデータを送信する伝送装置を採用することができる。   The voltmeter 3d is a measuring unit in the present invention, and repeatedly measures the voltage (reference potential Vr) of the reference potential signal S7, and indicates the measured voltage value (reference potential Vr) of the reference potential signal S7 for each measurement. The data D2 is output to the processing unit 3c. In this example, the output unit 3e is configured by a display device as an example, and based on the data D1 from the processing unit 3c, for example, information indicating whether or not the gain of the current feedback loop is good, and At least one of the calculated voltages V1 is displayed. As an example, the output unit 3e is represented by characters used in a language such as Japanese or English when the gain of the feedback loop is good, “gain is good” (or “measurement value is valid”). Voltage V1 is displayed together with (information), and when it is not good (bad), the voltage V1 is not displayed, and character information “Gain is not good” (or “measurement is invalid”) is displayed. As the output unit 3e, in addition to the display device, a printing device that prints the above information can also be adopted, and the current feedback loop gain is good (or not good). It is possible to employ a notification device that notifies the user of a buzzer sound, sound, and LED display state (colors to be turned on, turned off, blinking or turned on, or a combination thereof) and a transmission device that transmits data indicating that.

次いで、電圧測定装置1の測定動作について説明する。なお、発明の理解を容易にするため、一例として、電圧生成回路27は、電圧測定装置1の測定動作開始時(時刻t0)は、ゼロボルトの電圧信号S6を生成し、その後、その電圧を増加または減少させるものとする。したがって、電圧生成部3bは、図7において実線で示すように、参照電位信号S7をゼロボルトから生成し始めるものとする。   Next, the measurement operation of the voltage measuring apparatus 1 will be described. In order to facilitate understanding of the invention, as an example, the voltage generation circuit 27 generates a zero-volt voltage signal S6 at the start of the measurement operation of the voltage measurement apparatus 1 (time t0), and then increases the voltage. Or decrease. Therefore, it is assumed that the voltage generation unit 3b starts to generate the reference potential signal S7 from zero volts as shown by a solid line in FIG.

まず、電圧V1の測定に際して、検出電極12が非接触な状態で測定対象体4に対向するように、プローブユニット2を測定対象体4の近傍に配設する。これにより、図1に示すように、検出電極12と測定対象体4との間に静電容量C0が形成された状態となる。この場合、静電容量C0の容量値は、検出電極12と測定対象体4の距離に反比例して変化するが、プローブユニット2を配設し終えた後は、湿度などの環境条件が一定のもとでは一定となる(変動しない)。ただし、静電容量C0は、湿度等の環境条件が変化したときには変動する。   First, when measuring the voltage V1, the probe unit 2 is arranged in the vicinity of the measurement object 4 so that the detection electrode 12 faces the measurement object 4 in a non-contact state. As a result, as shown in FIG. 1, the capacitance C <b> 0 is formed between the detection electrode 12 and the measurement object 4. In this case, the capacitance value of the capacitance C0 varies in inverse proportion to the distance between the detection electrode 12 and the measurement object 4, but after the probe unit 2 is completely disposed, the environmental conditions such as humidity are constant. Originally constant (does not change). However, the capacitance C0 varies when environmental conditions such as humidity change.

次いで、電圧測定装置1の起動状態において、制御部3aでは、発振回路21が駆動信号S1および検波用信号S11の生成を開始して、駆動信号S1をプローブユニット2に、また検波用信号S11を極性判定回路25に出力する。プローブユニット2では、可変容量回路19の駆動回路14が、入力した駆動信号S1を駆動信号S2に変換して容量変化機能体13の各接続点B,D間に印加(出力)する。容量変化機能体13では、各接続点B,D間に印加された駆動信号S2が分圧されて、第1の構成単位31、第2の構成単位32、第3の構成単位33および第4の構成単位34にそれぞれ印加される。   Next, in the activated state of the voltage measuring device 1, in the control unit 3a, the oscillation circuit 21 starts generating the drive signal S1 and the detection signal S11, and the drive signal S1 is supplied to the probe unit 2 and the detection signal S11 is supplied Output to the polarity determination circuit 25. In the probe unit 2, the drive circuit 14 of the variable capacitance circuit 19 converts the input drive signal S <b> 1 into the drive signal S <b> 2 and applies (outputs) between the connection points B and D of the capacitance change function body 13. In the capacity change function body 13, the drive signal S2 applied between the connection points B and D is divided, and the first structural unit 31, the second structural unit 32, the third structural unit 33, and the fourth structural unit 13 are used. Applied to each of the structural units 34.

この場合、図6に示すように、駆動信号S2の1周期T1のうちの期間Ta(接続点Dを基準として接続点Bの電位が高電位になり、かつ相互間の電位差が徐々に大きくなる期間)では、各第1電気的要素E1における逆電圧が印加されて(逆バイアスされて)コンデンサとして機能する各第1素子41の各静電容量が徐々に減少する。具体的には、各第1電気的要素E11,E14では、逆バイアスされている各第1素子41bの静電容量が、また各第1電気的要素E12,E13では、逆バイアスされている各第1素子41aの静電容量が徐々に減少する。また、駆動信号S2の1周期T1のうちの期間Tb(接続点Dを基準として接続点Bの電位が高電位になり、かつ相互間の電位差が徐々に小さくなる期間)では、逆バイアスされている各第1素子41、具体的には各第1電気的要素E11,E14では各第1素子41b、また各第1電気的要素E12,E13では各第1素子41aの各静電容量が徐々に増加する。   In this case, as shown in FIG. 6, the potential at the connection point B becomes high with respect to the period Ta (the connection point D as a reference) in one cycle T1 of the drive signal S2, and the potential difference between them gradually increases. In the period), the reverse voltage in each first electrical element E1 is applied (reversely biased), and each capacitance of each first element 41 functioning as a capacitor gradually decreases. Specifically, the capacitance of each first element 41b that is reverse-biased in each of the first electric elements E11 and E14, and each of the first electric elements E12 and E13 that are reverse-biased. The capacitance of the first element 41a gradually decreases. Further, during the period Tb of one cycle T1 of the drive signal S2 (period in which the potential at the connection point B becomes high with the connection point D as a reference and the potential difference between the two gradually decreases), the drive signal S2 is reverse-biased. Each of the first elements 41, specifically, each of the first electric elements E11 and E14 has a capacitance of each first element 41b, and each of the first electric elements E12 and E13 has a capacitance of each of the first elements 41a gradually. To increase.

また、駆動信号S2の1周期T1のうちの期間Tc(接続点Dを基準として接続点Bの電位が低電位になり、かつ相互間の電位差が徐々に大きくなる期間)では、逆バイアスされてコンデンサとして機能する各第1素子41、具体的には各第1電気的要素E11,E14では各第1素子41a、また各第1電気的要素E12,E13では各第1素子41bの各静電容量が徐々に減少する。また、駆動信号S2の1周期T1のうちの期間Td(接続点Dを基準として接続点Bの電位が低電位になり、かつ相互間の電位差が徐々に小さくなる期間)では、逆バイアスされている各第1素子、具体的には各第1電気的要素E11,E14では各第1素子41a、また各第1電気的要素E12,E13では各第1素子41bの各静電容量が徐々に増加する。なお、各第1電気的要素E1に含まれている第1素子41a,41bのうちの順電圧が印加されている(順バイアスされている)第1素子41a,41bは等価的に抵抗として機能している。このため、各第1電気的要素E1の静電容量は、駆動信号S2の1周期T1内において、減少および増加を2回繰り返す。   Further, during the period Tc of one cycle T1 of the drive signal S2 (period in which the potential at the connection point B is low with respect to the connection point D and the potential difference between the two gradually increases), the drive signal S2 is reverse-biased. Each first element 41 that functions as a capacitor, specifically, each first element 41a in each first electrical element E11, E14, and each electrostatic element in each first element 41b in each first electrical element E12, E13. Capacity gradually decreases. Further, during the period Td of one cycle T1 of the drive signal S2 (a period in which the potential at the connection point B is low with respect to the connection point D and the potential difference between the two gradually decreases), the drive signal S2 is reverse-biased. Each first element 41a, specifically each first element 41a in each first electric element E11, E14, and each first element 41b in each first electric element E12, E13 is gradually increased in capacitance. To increase. Note that the first elements 41a and 41b to which the forward voltage is applied (forward biased) among the first elements 41a and 41b included in each first electrical element E1 function equivalently as resistors. doing. For this reason, the capacitance of each first electrical element E1 repeats decreasing and increasing twice within one cycle T1 of the drive signal S2.

このようにして、駆動信号S2の1周期T1内において、各構成単位31〜34に含まれている各第1電気的要素E1の静電容量が増加および減少を2回ずつ繰り返すため、これらの静電容量を合成してなる容量変化機能体13の静電容量C1(接続点A,B間の静電容量)も増加および減少を2回繰り返す。つまり、可変容量回路19は、入力した駆動信号S2の周期T1に同期して、かつ周期T1の二分の一の周期T2(周波数f2=2×f1)でその静電容量C1を連続的(本例では周期的)に変化させる動作を実行する。この場合、上記したように、可変容量回路19は電流検出器15を介在させた状態でケース11と検出電極12との間に直列に接続されているため、その静電容量C1と、測定対象体4および検出電極12の間に形成される静電容量C0とは、測定対象体4とケース11との間に直列に接続された状態になっている。このため、静電容量C1が周波数f2(容量変調周波数)で周期的に変化することにより、測定対象体4とケース11との間の静電容量C2(各静電容量C0,C1の直列合成容量)も、図6に示すように、駆動信号S2の周期T1に同期して、かつ周期T1の二分の一の周期T2(周波数f2)で変化する。   Thus, since the capacitance of each first electrical element E1 included in each structural unit 31 to 34 repeats increasing and decreasing twice each in one cycle T1 of the drive signal S2, these The capacitance C1 (capacitance between the connection points A and B) of the capacitance changing function body 13 formed by synthesizing the capacitance is repeatedly increased and decreased twice. In other words, the variable capacitance circuit 19 continuously increases the capacitance C1 in synchronization with the cycle T1 of the input drive signal S2 and at a cycle T2 (frequency f2 = 2 × f1) that is a half of the cycle T1. In the example, an operation that changes periodically is executed. In this case, as described above, the variable capacitance circuit 19 is connected in series between the case 11 and the detection electrode 12 with the current detector 15 interposed therebetween. The capacitance C0 formed between the body 4 and the detection electrode 12 is in a state of being connected in series between the measurement target body 4 and the case 11. For this reason, when the electrostatic capacitance C1 periodically changes at the frequency f2 (capacitance modulation frequency), the electrostatic capacitance C2 between the measurement object 4 and the case 11 (the series combination of the electrostatic capacitances C0 and C1). As shown in FIG. 6, the (capacitance) also changes in synchronization with the cycle T1 of the drive signal S2 and in a cycle T2 (frequency f2) which is a half of the cycle T1.

また、可変容量回路19では、上記したように、容量変化機能体13の各第1素子41には同一またはほぼ同一の特性の可変容量ダイオード(または一般的なダイオード)が使用され、この結果、第1の構成単位31および第3の構成単位33の各インピーダンスの積と、第2の構成単位32および第4の構成単位34の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に設定されている。したがって、ブリッジ回路でもある容量変化機能体13は、ブリッジ回路としての平衡条件を満足しているため、駆動信号S2の電圧成分(駆動信号S1と同じ周波数f1の電圧信号)が各接続点A,C間にほとんど発生しない状態で、その静電容量C1を周期T2で変化させている。また、接続点Aに接続されている各構成単位31,34に含まれている各第1電気的要素E11,E14の組、および接続点Cに接続されている各構成単位32,33に含まれている各第1電気的要素E12,E13の組のうちの少なくとも一方の組に含まれている2つの第1電気的要素E1が共に常時コンデンサとして機能しているため、検出電極12とケース11とは、可変容量回路19を介して交流的に接続されているものの直流的には短絡されない状態に維持されている。   In the variable capacitance circuit 19, as described above, variable capacitance diodes (or general diodes) having the same or substantially the same characteristics are used for the first elements 41 of the capacitance change function body 13, and as a result, The products of the impedances of the first structural unit 31 and the third structural unit 33 and the products of the impedances of the second structural unit 32 and the fourth structural unit 34 are set to be the same or substantially the same. Therefore, since the capacitance changing function body 13 which is also a bridge circuit satisfies the equilibrium condition as the bridge circuit, the voltage component of the drive signal S2 (the voltage signal having the same frequency f1 as the drive signal S1) is connected to each connection point A, The electrostatic capacity C1 is changed with the period T2 in a state where there is almost no generation between C. Also included in each set of first electrical elements E11 and E14 included in each of the structural units 31 and 34 connected to the connection point A and included in each of the structural units 32 and 33 connected to the connection point C. Since the two first electric elements E1 included in at least one of the first electric elements E12 and E13 are always functioning as a capacitor, the detection electrode 12 and the case 11 is connected in an AC manner through the variable capacitance circuit 19 but is maintained in a state where it is not short-circuited in a DC manner.

このため、静電容量C1の周期T2での周期的な変化に基づいて測定対象体4とケース11との間の静電容量C2が周期T2で周期的に変化することにより、可変容量回路19には、測定対象体4およびケース11の各電圧V1,Vrの電位差(V1−Vr)に応じた振幅の電流i(周期T2)が流れる。具体的には、電流iは、電位差(V1−Vr)が大きいときにはその振幅(電流値)が大きくなり、電位差(V1−Vr)が小さいときにはその電流値が小さくなる。   For this reason, the capacitance C2 between the measurement object 4 and the case 11 periodically changes in the cycle T2 based on the periodic change in the capacitance C1 in the cycle T2, thereby changing the variable capacitance circuit 19. , A current i (period T2) having an amplitude corresponding to the potential difference (V1−Vr) between the voltages V1 and Vr of the measurement object 4 and the case 11 flows. Specifically, the current i has a large amplitude (current value) when the potential difference (V1-Vr) is large, and a small current value when the potential difference (V1-Vr) is small.

したがって、図7に示すように、測定対象体4の電圧V1が正の電圧のとき(時刻t0)に、電圧測定装置1が測定動作を開始したときには、電位差(V1−Vr)は正の電圧となり、電流iは、図示はしないが、その周期がT2であって、その振幅が電位差(V1−Vr)に応じて変化する交流信号として流れる。プリアンプ16は、この電流iに起因して電流検出器15を構成するトランスTr2の二次巻線Tr2bに誘起される電圧V2を増幅して、検出信号S3として出力する。この場合、検出信号S3には、電流iの周波数f2と同一の周波数成分が主として含まれると共に、駆動信号S2の周波数f1と同一の周波数成分も含まれている。   Therefore, as shown in FIG. 7, when the voltage measurement device 1 starts the measurement operation when the voltage V1 of the measurement object 4 is a positive voltage (time t0), the potential difference (V1-Vr) is a positive voltage. Although not shown, the current i flows as an AC signal whose period is T2 and whose amplitude changes in accordance with the potential difference (V1-Vr). The preamplifier 16 amplifies the voltage V2 induced in the secondary winding Tr2b of the transformer Tr2 constituting the current detector 15 due to the current i, and outputs it as a detection signal S3. In this case, the detection signal S3 mainly includes the same frequency component as the frequency f2 of the current i, and also includes the same frequency component as the frequency f1 of the drive signal S2.

本体ユニット3の制御部3aでは、フィルタ回路22が、検出信号S3に含まれている周波数f2の信号成分を信号S3aとして選択的に出力し、増幅回路23は、この信号S3aを初期増幅率Ga0で増幅して検出信号S4を生成して検波回路24に出力する。次いで、検波回路24は、入力した検出信号S4を検波してアナログ信号S5を生成して電圧生成部3bに出力する。この場合、アナログ信号S5は、その振幅が電位差(V1−Vr)の値に比例して変化する信号となる。また、極性判定回路25は、検波用信号S11および検出信号S4を入力して検波用信号S11に対する検出信号S4の位相を検出することにより、電位差(V1−Vr)の極性と同じ極性となる極性信号S8を生成して電圧生成部3bに出力する。   In the control unit 3a of the main unit 3, the filter circuit 22 selectively outputs the signal component of the frequency f2 included in the detection signal S3 as the signal S3a, and the amplifier circuit 23 outputs the signal S3a to the initial gain Ga0. To generate a detection signal S4 and output it to the detection circuit 24. Next, the detection circuit 24 detects the input detection signal S4, generates an analog signal S5, and outputs the analog signal S5 to the voltage generation unit 3b. In this case, the analog signal S5 is a signal whose amplitude changes in proportion to the value of the potential difference (V1-Vr). In addition, the polarity determination circuit 25 receives the detection signal S11 and the detection signal S4 and detects the phase of the detection signal S4 with respect to the detection signal S11, so that the polarity becomes the same as the polarity of the potential difference (V1-Vr). A signal S8 is generated and output to the voltage generator 3b.

本体ユニット3の電圧生成部3bでは、電圧生成回路27が、出力している電圧信号S6の電圧を、入力したアナログ信号S5の振幅(電圧値)に比例した量だけ、入力した極性信号S8の極性が「正」のときには増加させ、逆に「負」のときには減少させる。したがって、図7に示すように、測定対象体4の電圧V1が正の電圧のとき(時刻t0)に、電圧測定装置1が測定動作を開始したときには、電圧信号S6は当初ゼロボルトであるため、参照電位信号S7もゼロボルトである。この結果、電位差(V1−Vr)は正の電圧となり、これによって極性信号S8の極性も正となる。このため、電圧生成部3bでは、電圧生成回路27が、入力したアナログ信号S5の振幅に比例した量だけ、電圧値を増加させて電圧信号S6を出力する。次いで、トランスTr3が電圧信号S6を昇圧して参照電位信号S7を出力してケース11に印加する。この結果、電流検出器15、プリアンプ16、フィルタ回路22、増幅回路23、検波回路24および電圧生成部3b(電圧生成回路27とトランスTr3)で構成されるフィードバックループ(本発明におけるセンサ部および電圧生成部を含むフィードバックループの一例)内で、測定対象体4とケース11との間の電位差(V1−Vr:)が徐々に低下(減少)するように負のフィードバックが行われる。   In the voltage generation unit 3b of the main unit 3, the voltage generation circuit 27 outputs the voltage of the output voltage signal S6 by an amount proportional to the amplitude (voltage value) of the input analog signal S5. When the polarity is “positive”, it is increased, and conversely when it is “negative”, it is decreased. Therefore, as shown in FIG. 7, when the voltage V1 of the measurement object 4 is a positive voltage (time t0) and the voltage measurement device 1 starts the measurement operation, the voltage signal S6 is initially zero volts. The reference potential signal S7 is also zero volts. As a result, the potential difference (V1−Vr) becomes a positive voltage, and thus the polarity of the polarity signal S8 also becomes positive. Therefore, in the voltage generation unit 3b, the voltage generation circuit 27 increases the voltage value by an amount proportional to the amplitude of the input analog signal S5 and outputs the voltage signal S6. Next, the transformer Tr3 boosts the voltage signal S6, outputs a reference potential signal S7, and applies it to the case 11. As a result, a feedback loop composed of the current detector 15, the preamplifier 16, the filter circuit 22, the amplifier circuit 23, the detection circuit 24, and the voltage generation unit 3b (the voltage generation circuit 27 and the transformer Tr3) (the sensor unit and the voltage in the present invention). In an example of a feedback loop including a generation unit, negative feedback is performed so that the potential difference (V1−Vr :) between the measurement object 4 and the case 11 gradually decreases (decreases).

したがって、電流iは、電流値(振幅)が徐々に低下(減少)していく。一般的には、電圧測定装置1では、測定対象体4の電圧V1への参照電位Vrの収束が短時間で完了するように、その過渡特性が設定される。このため、参照電位信号S7は、図7に示すように、電圧V1に対して時刻t1において、フィードバックループの現在の利得に対応する偏差内に収束する。なお、収束に際してオーバーシュートが発生して、参照電位Vrが測定対象体4の電圧V1を上回ったときには、電位差(V1−Vr)は負の電圧となり、これによって極性信号S8の極性も負となる。このため、電圧生成部3bでは、電圧生成回路27が、入力したアナログ信号S5の振幅に比例した量だけ、電圧値を減少させて電圧信号S6を出力する。その後は、電圧測定装置1は、上記のフィードバック動作を継続することにより、変化する測定対象体4の電圧V1に対して一定の偏差内に収まるように参照電位信号S7の電圧値(参照電位Vr)を変化させる。この場合、参照電位信号S7(および電圧信号S6)は、測定対象体4の電圧V1に同期して変化する交流信号となる。電圧計3dは、参照電位信号S7の電圧をリアルタイムで計測して、その電圧値(参照電位Vr)を示すデータD2を処理部3cに出力する。   Therefore, the current value (amplitude) of the current i gradually decreases (decreases). Generally, in the voltage measuring device 1, the transient characteristic is set so that the convergence of the reference potential Vr to the voltage V1 of the measurement object 4 is completed in a short time. Therefore, as shown in FIG. 7, the reference potential signal S7 converges within a deviation corresponding to the current gain of the feedback loop at time t1 with respect to the voltage V1. When overshoot occurs during convergence and the reference potential Vr exceeds the voltage V1 of the measurement object 4, the potential difference (V1−Vr) becomes a negative voltage, and thus the polarity of the polarity signal S8 also becomes negative. . Therefore, in the voltage generation unit 3b, the voltage generation circuit 27 decreases the voltage value by an amount proportional to the amplitude of the input analog signal S5 and outputs the voltage signal S6. Thereafter, the voltage measuring apparatus 1 continues the above-described feedback operation, so that the voltage value (reference potential Vr) of the reference potential signal S7 is within a certain deviation with respect to the voltage V1 of the measuring object 4 that changes. ). In this case, the reference potential signal S7 (and the voltage signal S6) is an AC signal that changes in synchronization with the voltage V1 of the measurement object 4. The voltmeter 3d measures the voltage of the reference potential signal S7 in real time, and outputs data D2 indicating the voltage value (reference potential Vr) to the processing unit 3c.

一方、処理部3cは、測定開始(時刻t0)から時間(t1−t0)だけ経過した後に、図8に示す電圧測定処理100を短期間で実行する動作を周期的に繰り返す。本例における短期間とは、測定対象体4の電圧V1についての変動周期と比較して十分に短い期間であり、この期間中における電圧V1がほぼ一定値とみなせる期間をいう。この電圧測定処理100では、処理部3cは、まず、1回目の電圧取得処理を実行する(ステップ101)。この電圧取得処理では、処理部3cは、増幅回路23の増幅率がGa0のときの参照電位信号S7の電圧値(参照電位Vr)を利得変更前の参照電位Vr1として電圧計3dから取得して、内部メモリ(図示せず)に記憶する。   On the other hand, the processing unit 3c periodically repeats the operation of executing the voltage measurement processing 100 shown in FIG. 8 in a short period after a lapse of time (t1-t0) from the measurement start (time t0). The short period in this example is a period that is sufficiently shorter than the fluctuation period of the voltage V1 of the measurement object 4, and refers to a period during which the voltage V1 can be regarded as a substantially constant value. In the voltage measurement process 100, the processing unit 3c first executes a first voltage acquisition process (step 101). In this voltage acquisition process, the processing unit 3c acquires the voltage value (reference potential Vr) of the reference potential signal S7 when the amplification factor of the amplifier circuit 23 is Ga0 as the reference potential Vr1 before gain change from the voltmeter 3d. And stored in an internal memory (not shown).

続いて、処理部3cは、利得変更処理を実行する(ステップ102)。この利得変更処理では、処理部3cは、制御信号S12を増幅回路23に出力する。これにより、増幅回路23は、初期利得Ga0をそのα倍の利得Ga1に変更する。したがって、制御部3aの利得がα倍され、その結果としてフィードバックループの利得も変更前の利得に対してα倍された利得に変更される。なお、制御部3aの利得を変更する構成に代えて、電圧生成部3bやプローブユニット2の利得を変更する構成とすることもできる。一例として、図1において破線で示すように、処理部3cが電圧生成回路27の利得を変更して電圧測定装置1のフィードバックループの利得を変更するように構成してもよい。さらには、図示はしないが、フィードバック制御部FC内に増幅回路23以外の増幅回路を設けてこの増幅回路の利得を変更することで、フィードバックループの利得を変更するようにしてもよい。さらに、可変容量回路19に出力する駆動信号S1の電圧値を変更することもできる。   Subsequently, the processing unit 3c executes a gain changing process (step 102). In the gain changing process, the processing unit 3c outputs the control signal S12 to the amplifier circuit 23. As a result, the amplifier circuit 23 changes the initial gain Ga0 to a gain Ga1 that is α times the initial gain Ga0. Therefore, the gain of the control unit 3a is multiplied by α, and as a result, the gain of the feedback loop is also changed to a gain that is α times the gain before the change. In addition, it can replace with the structure which changes the gain of the control part 3a, and can also be set as the structure which changes the gain of the voltage generation part 3b or the probe unit 2. FIG. As an example, as indicated by a broken line in FIG. 1, the processing unit 3 c may change the gain of the voltage generation circuit 27 to change the gain of the feedback loop of the voltage measurement device 1. Further, although not shown, the gain of the feedback loop may be changed by providing an amplifier circuit other than the amplifier circuit 23 in the feedback controller FC and changing the gain of the amplifier circuit. Furthermore, the voltage value of the drive signal S1 output to the variable capacitance circuit 19 can be changed.

次いで、処理部3cは、2回目の電圧取得処理を実行する(ステップ103)。この電圧取得処理では、処理部3cは、フィードバックループの利得が変更された後の(増幅回路23の増幅率がGa1のときの)参照電位信号S7の電圧値(参照電位Vr)を利得変更後の参照電位(高利得時の参照電位)Vr2として電圧計3dから取得して、内部メモリに記憶する。なお、処理部3cは、2回目の電圧取得処理の完了後、制御信号S12への増幅回路23の出力を停止することにより、フィードバックループの利得を初期利得Ga0に戻す。   Next, the processing unit 3c executes a second voltage acquisition process (step 103). In this voltage acquisition process, the processing unit 3c changes the gain of the voltage value (reference potential Vr) of the reference potential signal S7 after the gain of the feedback loop is changed (when the amplification factor of the amplifier circuit 23 is Ga1). Is obtained from the voltmeter 3d as a reference potential (reference potential at high gain) Vr2 and stored in the internal memory. The processing unit 3c returns the gain of the feedback loop to the initial gain Ga0 by stopping the output of the amplifier circuit 23 to the control signal S12 after the completion of the second voltage acquisition process.

続いて、処理部3cは、変化率算出処理を実行する(ステップ104)。この変化率算出処理では、処理部3cは、内部メモリに記憶されている参照電位Vr2から参照電位(低利得時の参照電位)Vr1を減算することにより、差分ΔVr(=Vr2−Vr1)を算出して内部メモリに記憶する。また、この差分ΔVrを参照電位Vr1,Vr2のうちのいずれか一方(本例では高利得時の参照電位Vr2)で除算することにより、変化率H(=ΔVr/Vr2。)を算出して内部メモリに記憶する。次いで、処理部3cは、良否判別処理を実行する(ステップ105)。この良否判別処理では、処理部3cは、内部メモリに記憶されている変化率Hと基準値Drとを比較して、変化率Hが基準値Dr以上の(または超える)ときには、変更後のフィードバックループの利得が良好でない(利得が十分でない)と判別し、一方、変化率Hが基準値Dr未満の(または以下の)ときには、変更後のフィードバックループの利得が良好である(利得が十分である)と判別する。また、処理部3cは、この判別結果を内部メモリに記憶する。   Subsequently, the processing unit 3c executes a change rate calculation process (step 104). In the change rate calculation process, the processing unit 3c calculates the difference ΔVr (= Vr2−Vr1) by subtracting the reference potential (reference potential at the time of low gain) Vr1 from the reference potential Vr2 stored in the internal memory. And stored in the internal memory. Further, by dividing this difference ΔVr by either one of the reference potentials Vr1 and Vr2 (in this example, the reference potential Vr2 at the time of high gain), the rate of change H (= ΔVr / Vr2) is calculated to be internal. Store in memory. Next, the processing unit 3c executes a quality determination process (step 105). In this pass / fail determination process, the processing unit 3c compares the change rate H stored in the internal memory with the reference value Dr, and when the change rate H is equal to or greater than (or exceeds) the reference value Dr, feedback after the change. When it is determined that the gain of the loop is not good (the gain is not sufficient), and when the change rate H is less than (or less than) the reference value Dr, the gain of the feedback loop after the change is good (the gain is sufficient). Is determined). Further, the processing unit 3c stores this determination result in the internal memory.

フィードバック制御においては、フィードバックループの変更の前後での利得が共に十分であるときには、各利得において測定される参照電位Vr1,Vr2は共に、測定対象体4の電圧V1に近い値となる結果、参照電位Vrの変化率Hは小さくなる。一方、変更の前後のフィードバックループの各利得が共に良好でないときや、変更後のフィードバックループの利得が十分なものであっても、変更前のフィードバックループの利得が十分なものでないときには、参照電位Vrの変化率Hは大きな値となる。このため、例えば、シミュレーションや実験などを行って、予めフィードバックループの利得が良好なときの参照電位Vr1,Vr2を算出すると共に、両者から変化率Hを求め、この求めた値を基準値Drとしておくことにより、この基準値Drと変化率Hとの比較によってフィードバックループの利得が良好なものであるか否かを判別可能となる。   In the feedback control, when both the gains before and after the change of the feedback loop are sufficient, the reference potentials Vr1 and Vr2 measured at each gain are both values close to the voltage V1 of the measuring object 4 as a result. The change rate H of the potential Vr becomes small. On the other hand, when each gain of the feedback loop before and after the change is not good, or when the gain of the feedback loop after the change is not sufficient, the reference potential is not enough. The change rate H of Vr becomes a large value. For this reason, for example, simulations and experiments are performed to calculate the reference potentials Vr1 and Vr2 when the gain of the feedback loop is good, and the rate of change H is obtained from both, and the obtained value is used as the reference value Dr. Thus, it is possible to determine whether or not the gain of the feedback loop is good by comparing the reference value Dr with the change rate H.

続いて、処理部3cは、内部メモリに記憶した良否判別処理の結果を基にして、電圧算出処理を実行するか否かを判別し(ステップ106)、変更後のフィードバックループの利得が良好であると判別したときに電圧算出処理を実行する(ステップ107)。   Subsequently, the processing unit 3c determines whether or not to execute the voltage calculation process based on the result of the quality determination process stored in the internal memory (step 106), and the gain of the feedback loop after the change is good. When it is determined that there is, a voltage calculation process is executed (step 107).

この電圧算出処理では、処理部3cは、まず、内部メモリに記憶されている変化率Hと倍率αとから、下記式(1)に基づいて誤差率eを算出する。
誤差率e=H/(α−1) ・・・・・・・・・・・・・・・・・ (1)
なお、本例では上記したように、変化率算出処理において、差分ΔVrを高利得時の参照電位Vr2で除算することにより、高利得時の変化率H(=ΔVr/Vr2)を算出しているため、誤差率eとして、フィードバックループが高利得時(利得をα倍したとき)の誤差率e2が算出される。
In this voltage calculation process, the processing unit 3c first calculates an error rate e based on the following formula (1) from the change rate H and the magnification α stored in the internal memory.
Error rate e = H / (α-1) (1)
In this example, as described above, in the change rate calculation process, the change rate H (= ΔVr / Vr2) at the time of high gain is calculated by dividing the difference ΔVr by the reference potential Vr2 at the time of high gain. Therefore, the error rate e2 when the feedback loop is at a high gain (when the gain is multiplied by α) is calculated as the error rate e.

ここで、この式(1)について説明する。図1に示す電圧測定装置1は、図9に示すように、電圧V1を入力として、出力である参照電位Vrを双方の差分U(入力に対する出力の誤差でもあるため、以下では「誤差U」ともいう)がゼロに近づくようにフィードバック制御するモデルとみなすことができる。このため、プローブユニット2、制御部3aおよび処理部3cで構成されるフィードバック制御部FC全体の変更前の利得をGとしたときには、下記の式(2),(3)が成り立つ。
U=V1−Vr1 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (2)
Vr1=G×U ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (3)
また、このとき、入力であるV1に対する誤差Uの割合を誤差率e1として考えたときに、この誤差率e1は、下記の式(4)で表される。
誤差率e1=U/V1=1/(1+G) ・・・・・・・・・・・ (4)
Here, the equation (1) will be described. As shown in FIG. 9, the voltage measuring apparatus 1 shown in FIG. 1 takes the voltage V1 as an input, and outputs a reference potential Vr that is an output as a difference U (which is also an output error with respect to the input. It can be regarded as a model that performs feedback control so as to approach zero. For this reason, when the gain before change of the entire feedback control unit FC configured by the probe unit 2, the control unit 3a, and the processing unit 3c is G, the following equations (2) and (3) hold.
U = V1-Vr1 (2)
Vr1 = G × U (3)
At this time, when the ratio of the error U to the input V1 is considered as the error rate e1, the error rate e1 is expressed by the following equation (4).
Error rate e1 = U / V1 = 1 / (1 + G) (4)

一方、利得変更後においては、フィードバック制御部FC全体の変更後の利得はα×Gとなるため、下記の式(5),(6)が成り立つ。
U=V1−Vr2 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (5)
Vr2=α×G×U ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (6)
また、このとき、入力であるV1に対する誤差Uの割合を誤差率e2として考えたときに、この誤差率e2は、下記の式(7)で表される。
誤差率e2=U/V1=1/(1+α×G) ・・・・・・・・・・(7)
On the other hand, since the gain after the change of the entire feedback control unit FC is α × G after the gain change, the following equations (5) and (6) are established.
U = V1-Vr2 (5)
Vr2 = α × G × U (6)
At this time, when the ratio of the error U to the input V1 is considered as the error rate e2, the error rate e2 is expressed by the following equation (7).
Error rate e2 = U / V1 = 1 / (1 + α × G) (7)

次に、両誤差率e1,e2の差をεとすると、εは下記式(8)で表される。
ε=e1−e2
=(V1−Vr1)/V1−(V1−Vr2)/V1
=1/(1+G)−1/(1+α×G)
=(α−1)×G/(1+(α+1)×G+α×G) ・・・・ (8)
なお、εは下記式(9)とも表される。
ε=e1−e2
=(V1−Vr1)/V1−(V1−Vr2)/V1
=(−Vr1+Vr2)/V1
=ΔVr/V1 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (9)
Next, when the difference between the error rates e1 and e2 is ε, ε is expressed by the following equation (8).
ε = e1-e2
= (V1-Vr1) / V1- (V1-Vr2) / V1
= 1 / (1 + G) -1 / (1 + α × G)
= (Α-1) × G / (1+ (α + 1) × G + α × G 2 ) (8)
Note that ε is also expressed by the following formula (9).
ε = e1-e2
= (V1-Vr1) / V1- (V1-Vr2) / V1
= (-Vr1 + Vr2) / V1
= ΔVr / V1 (9)

ところで、利得Gは通常、百数十〜数百程度の値に設定されて数値1よりも十分に大きい(G≫1)。また、倍率αも2〜3程度で良いため、Gはこの倍率αとの関係においても十分に大きな値となっている。したがって、上記式(8)は下記式(10)のように近似することができる。
ε≒(α−1)×(1/(1+α×G)) ・・・・・・・・・・ (10)
また、この式(10)の右式の(1/(1+α×G))は、式(7)より誤差率e2であることから、さらに下記式(11)のように表される。
ε≒(α−1)×e2 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (11)
また、上記のように利得GがG≫1であるときには、各参照電位Vr1,Vr2は電圧V1と完全には一致しないものの、ほぼ電圧V1とみなしてよい程度に電圧V1に接近した値となっているが、利得の変更後(α×G)の参照電位Vr2の方が電圧V1に接近したものとなっていると考えられる。このため、上記式(9)中のV1を参照電位Vr1,Vr2のうちの高利得時の参照電位(本例では参照電位Vr2)とすることにより、εは下記式(12)のように近似することができ、これはステップ104において算出した変化率Hと一致する。
ε≒ΔVr/Vr2(=H) ・・・・・・・・・・・・・・・・ (12)
したがって、上記式(11),(12)に基づいて、誤差率e2、すなわち利得を大きくしたときの誤差率eは上記式(1)で表される。
By the way, the gain G is normally set to a value of about several hundreds to several hundreds and is sufficiently larger than the numerical value 1 (G >> 1). Further, since the magnification α may be about 2 to 3, G is a sufficiently large value in relation to the magnification α. Therefore, the above equation (8) can be approximated as the following equation (10).
ε≈ (α−1) × (1 / (1 + α × G)) (10)
Further, (1 / (1 + α × G)) in the right equation of the equation (10) is an error rate e2 from the equation (7), and is further expressed as the following equation (11).
ε≈ (α-1) × e2 (11)
When the gain G is G >> 1 as described above, the reference potentials Vr1 and Vr2 do not completely coincide with the voltage V1, but are close to the voltage V1 to such an extent that they can be regarded as the voltage V1. However, it is considered that the reference potential Vr2 after the gain change (α × G) is closer to the voltage V1. Therefore, by setting V1 in the above formula (9) to a reference potential at the time of high gain (reference potential Vr2 in this example) of the reference potentials Vr1 and Vr2, ε is approximated as the following formula (12). This is consistent with the rate of change H calculated in step 104.
ε≈ΔVr / Vr2 (= H) (12)
Therefore, based on the above equations (11) and (12), the error rate e2, that is, the error rate e when the gain is increased, is expressed by the above equation (1).

最後に、この電圧算出処理では、処理部3cは、変化率Hと倍率αとに基づいて上記式(1)によって算出した誤差率e(本例ではe2)と、測定した参照電位Vr2を下記式(13)に代入することにより、電圧V1を算出すると共に内部メモリに記憶する。これにより、電圧算出処理が完了する。
V1=Vr2/(1−e2) ・・・・・・・・・・・・・・・・ (13)
ここで、この式(13)は、利得変更後、つまり利得を大きくしたときに成り立つ上記式(5),(7)から導出されたものである。したがって、フィードバック制御部FCの利得を変更する前に測定した参照電位Vr1と、この利得をα倍した後に測定した参照電位Vr2と、この既知の倍率αとに基づいて、変更の前後におけるフィードバック制御部FCの利得が良好なものであるという条件下において、測定対象体4の電圧V1を直接的に算出できることが理解される。
Finally, in this voltage calculation process, the processing unit 3c uses the error rate e (e2 in this example) calculated by the above formula (1) based on the change rate H and the magnification α, and the measured reference potential Vr2 as follows: By substituting into the equation (13), the voltage V1 is calculated and stored in the internal memory. Thereby, the voltage calculation process is completed.
V1 = Vr2 / (1-e2) (13)
Here, this equation (13) is derived from the above equations (5) and (7) that are satisfied after the gain change, that is, when the gain is increased. Therefore, based on the reference potential Vr1 measured before changing the gain of the feedback control unit FC, the reference potential Vr2 measured after multiplying the gain by α, and the known magnification α, feedback control before and after the change is performed. It is understood that the voltage V1 of the measurement object 4 can be directly calculated under the condition that the gain of the part FC is good.

ステップ107での電圧算出処理が完了したとき、およびステップ106での判別において変更後のフィードバックループの利得が良好でないと判別したときには、処理部3cは、出力処理を実行する(ステップ108)。この出力処理では、処理部3cは、電圧算出処理を実行したときには、ステップ105において実行した良否判別処理の結果(変更後のフィードバックループの利得が良好である旨の結果)と共に、電圧算出処理の結果(算出した電圧V1)を示すデータD1を出力部3eに出力する。この場合、出力部3eは、「利得が良好」という文字情報と共に電圧V1を表示する。一方、処理部3cは、電圧算出処理を実行しなかったときには、ステップ105において実行した良否判別処理の結果(変更後のフィードバックループの利得が良好でない旨の結果)を示すデータD1を出力部3eに出力する。この場合、出力部3eは、「利得が良好でない」という文字情報を表示する。これにより、1回の電圧測定処理が完了する。   When the voltage calculation process in step 107 is completed, and when it is determined in step 106 that the gain of the feedback loop after the change is not good, the processing unit 3c executes an output process (step 108). In this output process, when executing the voltage calculation process, the processing unit 3c performs the voltage calculation process together with the result of the pass / fail determination process executed in step 105 (the result indicating that the gain of the feedback loop after the change is good). Data D1 indicating the result (calculated voltage V1) is output to the output unit 3e. In this case, the output unit 3e displays the voltage V1 together with the character information “good gain”. On the other hand, when the voltage calculation process is not executed, the processing unit 3c outputs the data D1 indicating the result of the pass / fail determination process executed in step 105 (the result that the gain of the feedback loop after the change is not good) as the output unit 3e. Output to. In this case, the output unit 3e displays the character information “Gain is not good”. Thereby, one voltage measurement process is completed.

上記したように、処理部3cが電圧測定処理100を短期間で実行する動作を周期的に繰り返すため、フィードバック制御部FCのフィードバックループの利得が良好なときには、出力部3eには、フィードバックループの利得が良好である旨を示す上記の文字情報と共に、測定対象体4の電圧V1が所定の周期で連続的に表示される。これにより、測定対象体4の電圧V1が直流電圧であっても、また周期的に変化する交流電圧や、不規則に変化する電圧であったとしても、電圧V1が出力部3eに表示される。   As described above, since the processing unit 3c periodically repeats the operation of executing the voltage measurement processing 100 in a short period, when the gain of the feedback loop of the feedback control unit FC is good, the output unit 3e Along with the character information indicating that the gain is good, the voltage V1 of the measuring object 4 is continuously displayed in a predetermined cycle. Thereby, even if the voltage V1 of the measurement object 4 is a DC voltage, even if it is an AC voltage that changes periodically or a voltage that changes irregularly, the voltage V1 is displayed on the output unit 3e. .

一方、フィードバック制御部FCのフィードバックループの利得が良好でないときには、その旨を示す上記文字情報のみが出力部3eに継続して表示される。このため、作業者は、フィードバック制御部FCのフィードバックループの利得が好ましくないと判断でき、現在のフィードバックループの利得(つまり測定条件)をより良好なものとすべく(改善すべく)、例えば、プローブユニット2と測定対象体4との位置関係を調整するなどの作業を実施することが可能となる。   On the other hand, when the gain of the feedback loop of the feedback control unit FC is not good, only the character information indicating that is continuously displayed on the output unit 3e. For this reason, the operator can determine that the gain of the feedback loop of the feedback control unit FC is not preferable, and to improve (improve) the current feedback loop gain (that is, the measurement condition), for example, Operations such as adjusting the positional relationship between the probe unit 2 and the measurement object 4 can be performed.

このように、この電圧測定装置1、この電圧測定装置1が実行する測定方法およびこの電圧測定装置1が実行するプログラムによれば、フィードバック制御部FCについてのフィードバックループの利得を変更すると共に、変更の前後において測定された2つの参照電位Vr1,Vr2の差分ΔVrをこの2つの参照電位Vr1,Vr2のうちのいずれか一方(本例では参照電位Vr2)で除算して変化率H(算出値)を求め、この変化率Hが予め決められた基準値Dr以上のときにフィードバック制御(つまり測定条件)が良好でない(不良である)と判別してその旨を出力し、かつ変化率Hが基準値Dr未満のときにフィードバック制御が良好であると判別してその旨を出力する出力処理を実行することにより、換言すれば、2つの参照電位Vr1,Vr2に基づいて電圧測定装置1のフィードバック制御の動作状態の良否を判別してその結果を出力(表示)させることにより、出力される結果に基づいて、フィードバック制御が良好であるか否かを確実に認識することができ、これによって、例えば測定された電圧V1が信頼性のあるものか否かを認識することができる結果、電圧測定装置1による測定対象体4の電圧測定についての信頼性を確保することができる。   Thus, according to the voltage measurement device 1, the measurement method executed by the voltage measurement device 1, and the program executed by the voltage measurement device 1, the gain of the feedback loop for the feedback control unit FC is changed and changed. The difference ΔVr between the two reference potentials Vr1 and Vr2 measured before and after is divided by one of the two reference potentials Vr1 and Vr2 (the reference potential Vr2 in this example), and the change rate H (calculated value) When the change rate H is equal to or greater than a predetermined reference value Dr, it is determined that the feedback control (that is, the measurement condition) is not good (defective), and a message to that effect is output. By executing output processing that determines that the feedback control is good when it is less than the value Dr and outputs that effect, in other words, two references Whether or not the feedback control is good based on the output result by determining whether or not the operation state of the feedback control of the voltage measuring device 1 is good based on the positions Vr1 and Vr2 and outputting (displaying) the result. As a result, for example, it is possible to recognize whether or not the measured voltage V1 is reliable. As a result, the voltage measurement device 1 can measure the voltage of the measurement object 4. Reliability can be ensured.

なお、変化率Hと基準値Drとの比較に基づいて、上記のようにフィードバック制御の良否を判別してその旨を出力する構成に代えて、変化率Hと基準値Drとの比較の結果だけを出力する構成とすることもできる。この構成においても、作業者が、変化率Hが基準値Dr以上である旨の出力に基づいてフィードバック制御(つまり測定条件)が良好でない(不良である)と判別でき、また変化率Hが基準値Dr未満である旨の出力に基づいてフィードバック制御が良好であると判別することができ、これによって電圧測定装置1による測定電圧の信頼性を確保することができる。   As a result of comparison between the change rate H and the reference value Dr, instead of the configuration that determines whether the feedback control is good or not and outputs the result based on the comparison between the change rate H and the reference value Dr. It is also possible to adopt a configuration that outputs only Even in this configuration, the operator can determine that the feedback control (that is, the measurement condition) is not good (defective) based on the output indicating that the change rate H is equal to or greater than the reference value Dr, and the change rate H is the reference. Based on the output indicating that the value is less than the value Dr, it can be determined that the feedback control is good, and thus the reliability of the voltage measured by the voltage measuring device 1 can be ensured.

また、この電圧測定装置1によれば、フィードバック制御の良否結果を表示装置などの出力部3eに出力することにより、出力部3eにおいてフィードバック制御の良否結果、つまり電圧測定装置1による測定電圧の信頼性を確認することができると共に、電圧測定装置1に他の出力装置を接続する手間を省くことができる。   Further, according to the voltage measuring apparatus 1, by outputting the pass / fail result of the feedback control to the output unit 3e such as a display device, the output unit 3e outputs the pass / fail result of the feedback control, that is, the reliability of the voltage measured by the voltage measuring apparatus 1. Therefore, it is possible to save the trouble of connecting another output device to the voltage measuring device 1.

また、この電圧測定装置1、この電圧測定装置1が実行する測定方法およびこの電圧測定装置1が実行するプログラムによれば、変化率Hと、変更前の利得に対する変更後の利得の倍率αと、2つの参照電位Vr1,Vr2のうちの高利得時の参照物理量とに基づいて、測定対象体4の電圧V1を算出することにより、電圧測定装置1による測定対象体4の電圧測定についての信頼性(測定精度)を高めることができる。   Further, according to the voltage measurement device 1, the measurement method executed by the voltage measurement device 1, and the program executed by the voltage measurement device 1, the rate of change H and the gain ratio α after change with respect to the gain before change are obtained. By calculating the voltage V1 of the measurement object 4 based on the reference physical quantity at the time of high gain of the two reference potentials Vr1 and Vr2, the reliability of the voltage measurement device 1 for measuring the voltage of the measurement object 4 is calculated. (Measurement accuracy) can be improved.

さらに、この電圧測定装置1では、測定対象体4の電圧V1に対応する参照電位Vrを生成する電圧生成部3bと、測定対象体4の電圧V1と参照電位Vrとの間の電位差(差分U)に応じて振幅が変化する検出信号S3を出力するプローブユニット2と、検出信号S3の振幅が減少するように電圧生成部3bに対して参照電位Vrを変化させる制御部3aとを備えてフィードバック制御部FCが構成され、処理部3cによって制御部3a、電圧生成部3bおよびプローブユニット2のうちの少なくとも1つの利得が制御されてフィードバック制御部FCのフィードバックループの利得が変更させられる。したがって、この電圧測定装置1によれば、フィードバック制御部FCのフィードバックループの利得を自動的にしかも短時間で変更できるため、測定対象体4の電圧V1が変動する場合においても、電圧測定装置1による測定対象体4の電圧測定についての信頼性を確保しつつ電圧V1をリアルタイムで測定することができる。   Furthermore, in this voltage measuring apparatus 1, a voltage generator 3b that generates a reference potential Vr corresponding to the voltage V1 of the measurement object 4 and a potential difference (difference U) between the voltage V1 of the measurement object 4 and the reference potential Vr. ) And a control unit 3a that changes the reference potential Vr with respect to the voltage generation unit 3b so that the amplitude of the detection signal S3 is decreased. The control unit FC is configured, and the gain of the feedback loop of the feedback control unit FC is changed by controlling the gain of at least one of the control unit 3a, the voltage generation unit 3b, and the probe unit 2 by the processing unit 3c. Therefore, according to the voltage measuring device 1, the gain of the feedback loop of the feedback control unit FC can be changed automatically and in a short time, so that the voltage measuring device 1 can be used even when the voltage V1 of the measuring object 4 varies. The voltage V1 can be measured in real time while ensuring the reliability of the voltage measurement of the measurement object 4 by the above.

また、この電圧測定装置1では、測定対象体4に対向可能な検出電極12と、検出電極12に接続されてその静電容量C1を変化可能に構成された可変容量回路19と、電流検出器15とを備えてプローブユニット2がセンサ部として構成されている。したがって、この電圧測定装置1によれば、検出電極12をプローブユニット2の表面に配設し、かつ可変容量回路19および電流検出器15をプローブユニット2の内部に配設した状態で測定対象体4の電圧V1を測定することができるため、可変容量回路19を測定対象体4と直接対向させるための孔を設けることなくプローブユニット2を構成することができる。したがって、この電圧測定装置1によれば、この孔を介して異物がプローブユニット2内に誤って挿入される事態、およびこの誤挿入に起因したプローブユニット2内の部品の破損を確実に回避することができるため、電圧測定装置1による測定対象体4の電圧測定についての信頼性を確保しつつ装置全体としての信頼性を向上させることができる。   Further, in this voltage measuring apparatus 1, a detection electrode 12 that can be opposed to the measurement object 4, a variable capacitance circuit 19 that is connected to the detection electrode 12 and configured to change its capacitance C1, and a current detector The probe unit 2 is configured as a sensor unit. Therefore, according to the voltage measuring apparatus 1, the detection object 12 is disposed on the surface of the probe unit 2, and the measurement object is disposed in the state where the variable capacitance circuit 19 and the current detector 15 are disposed inside the probe unit 2. 4 can be measured, and thus the probe unit 2 can be configured without providing a hole for directly facing the variable capacitance circuit 19 to the measurement object 4. Therefore, according to the voltage measuring apparatus 1, a situation in which foreign matter is erroneously inserted into the probe unit 2 through the hole and damage to parts in the probe unit 2 due to the erroneous insertion are reliably avoided. Therefore, it is possible to improve the reliability of the entire apparatus while ensuring the reliability of the voltage measurement of the measurement object 4 by the voltage measuring apparatus 1.

また、この電圧測定装置1によれば、直流信号の通過を阻止しつつ印加電圧の絶対値の大きさに応じて容量が変化する第1電気的要素E1を含んで可変容量回路19を構成したことにより、駆動信号S2の周波数f1の2倍の周波数f2で静電容量C1を変化させることができ、ひいては測定対象体4とケース11との間の静電容量C2を周波数f2で変化させることができる。したがって、電圧測定装置1によれば、電流検出器15〜電圧生成部3b(電圧生成回路27とトランスTr3)のフィードバックループの応答速度を高速化できるため、参照電位信号S7(参照電位Vr)を電圧V1に正確に追従させることができ、これにより、測定対象体4の電圧V1を正確に測定することができる結果、電圧測定装置1による測定対象体4の電圧測定についての信頼性を十分に確保することができる。   In addition, according to the voltage measuring apparatus 1, the variable capacitance circuit 19 is configured including the first electrical element E1 whose capacitance changes according to the magnitude of the absolute value of the applied voltage while preventing the passage of a DC signal. As a result, the capacitance C1 can be changed at a frequency f2 that is twice the frequency f1 of the drive signal S2, and as a result, the capacitance C2 between the measurement object 4 and the case 11 can be changed at the frequency f2. Can do. Therefore, according to the voltage measuring apparatus 1, since the response speed of the feedback loop of the current detector 15 to the voltage generator 3b (the voltage generator circuit 27 and the transformer Tr3) can be increased, the reference potential signal S7 (reference potential Vr) is generated. The voltage V1 can be accurately followed, and as a result, the voltage V1 of the measurement object 4 can be accurately measured. As a result, the voltage measurement device 1 can sufficiently measure the voltage of the measurement object 4 with sufficient reliability. Can be secured.

また、この電圧測定装置1によれば、ブリッジ状に接続された4つの第1電気的要素E1を備えて可変容量回路19を構成し、かつ可変容量回路19がブリッジ回路としての平衡条件を満足するように各第1電気的要素E1の各インピーダンスを設定したことにより、可変容量回路19は、その各接続点B,D間に駆動信号S2が印加されているときに、駆動信号S2の電圧成分(駆動信号S2と同じ周波数f1の電圧信号)が各接続点A,C間にほとんど発生しない状態(発生したとしても、非常にレベルの小さい電圧信号が発生している状態)で、その静電容量C1を周期T2で変化させることができる。したがって、この可変容量回路19を用いた電圧測定装置1によれば、静電容量変化時において可変容量回路19に発生する電流iへの駆動信号S2の影響を排除できるため、この電流iをプローブユニット2においてより正確に検出することができ、これにより、測定対象体4の電圧V1をより正確に測定することができる結果、電圧測定装置1による測定対象体4の電圧測定についての信頼性を十分に確保することができる。   Further, according to the voltage measuring apparatus 1, the variable capacitance circuit 19 is configured by including the four first electric elements E1 connected in a bridge shape, and the variable capacitance circuit 19 satisfies the equilibrium condition as the bridge circuit. By setting each impedance of each first electrical element E1 so that the variable capacitance circuit 19 is applied with the drive signal S2 between its connection points B and D, the voltage of the drive signal S2 In a state where a component (a voltage signal having the same frequency f1 as that of the drive signal S2) is hardly generated between the connection points A and C (a state where a voltage signal having a very low level is generated even if it occurs), The capacitance C1 can be changed at the period T2. Therefore, according to the voltage measuring apparatus 1 using the variable capacitance circuit 19, the influence of the drive signal S2 on the current i generated in the variable capacitance circuit 19 when the capacitance changes can be eliminated. As a result of being able to detect more accurately in the unit 2 and thereby measuring the voltage V1 of the measurement object 4 more accurately, the reliability of the voltage measurement of the measurement object 4 by the voltage measurement device 1 is improved. It can be secured sufficiently.

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、上記した電圧測定装置1において、倍率αを「2」としたときには、上記の誤差率e2(すなわち高利得時の誤差率e)は上記式(1)から下記式(14)のように表される。
e2=(Vr2−Vr1)/Vr2 ・・・・・・・・・・・・・ (14)
また、これにより、電圧V1を算出するための上記式(13)は、下記式(15)のように表される。
V1=Vr2/(1−(Vr2−Vr1)/Vr2)
=Vr2×(Vr2/Vr1) ・・・・・・・・・・・・ (15)
In addition, this invention is not limited to said structure. For example, in the voltage measuring apparatus 1 described above, when the magnification α is “2”, the error rate e2 (that is, the error rate e at the time of high gain) is changed from the above equation (1) to the following equation (14). expressed.
e2 = (Vr2-Vr1) / Vr2 (14)
Accordingly, the above equation (13) for calculating the voltage V1 is expressed as the following equation (15).
V1 = Vr2 / (1- (Vr2-Vr1) / Vr2)
= Vr2 × (Vr2 / Vr1) (15)

一方、上記式(15)は、参照電位Vr1,Vr2のうちの参照電位Vr2で差分ΔVr(=Vr2−Vr1)を除算して求めた変化率Hを使用したものであるが、差分ΔVrを参照電位Vr1で除算した変化率H(=ΔVr/Vr1)を使用することもできる。この場合には、上記の誤差率e2は下記式(16)のように表され、これにより、電圧V1を算出するための上記式(13)は、下記式(17)のように表される。
e2=(Vr2−Vr1)/Vr1 ・・・・・・・・・・・・・ (16)
V1=Vr2/(1−(Vr2−Vr1)/Vr1)
=Vr2/(1−(Vr2/Vr1−1))
ここで、(Vr2/Vr1−1)≪1となるため、電圧V1は下記式のように近似される。
V1≒Vr2×(1+(Vr2/Vr1−1))
=Vr2×(Vr2/Vr1) ・・・・・・・・・・・・・ (17)
On the other hand, the above equation (15) uses the rate of change H obtained by dividing the difference ΔVr (= Vr2−Vr1) by the reference potential Vr2 of the reference potentials Vr1 and Vr2, but see the difference ΔVr. It is also possible to use a rate of change H (= ΔVr / Vr1) divided by the potential Vr1. In this case, the error rate e2 is expressed as the following formula (16), and thus the formula (13) for calculating the voltage V1 is expressed as the following formula (17). .
e2 = (Vr2-Vr1) / Vr1 (16)
V1 = Vr2 / (1- (Vr2-Vr1) / Vr1)
= Vr2 / (1- (Vr2 / Vr1-1))
Here, since (Vr2 / Vr1-1) << 1, the voltage V1 is approximated by the following equation.
V1≈Vr2 × (1+ (Vr2 / Vr1-1))
= Vr2 × (Vr2 / Vr1) (17)

このように上記の各式(15),(17)から明らかなように、倍率αが「2」のときには、電圧V1は、(Vr2/Vr1)にVr2を乗算することで算出することができる。したがって、上記の電圧測定装置1において、測定した2つの参照物理量Vr1,Vr2のうちの高利得時の参照物理量Vr2を低利得時の参照物理量Vr1で除算し、この除算によって算出された算出値(Vr2/Vr1)と、高利得時の参照物理量Vr2とに基づいて電圧V1を算出する構成を採用することもできる。   Thus, as is clear from the above equations (15) and (17), when the magnification α is “2”, the voltage V1 can be calculated by multiplying (Vr2 / Vr1) by Vr2. . Therefore, in the voltage measuring apparatus 1 described above, the reference physical quantity Vr2 at the time of high gain of the two measured reference physical quantities Vr1 and Vr2 is divided by the reference physical quantity Vr1 at the time of low gain, and a calculated value ( A configuration in which the voltage V1 is calculated based on Vr2 / Vr1) and the reference physical quantity Vr2 at the time of high gain can also be adopted.

また、例えば、上記した電圧測定装置1では、フィードバックループの利得を変化させる方式として、電圧測定装置1のフィードバックループ内の信号(アナログ信号S5や電圧信号S6など)に対する増幅率を変化させる方式を採用しているが、検出電極12の測定対象体4に対する有効面積を変化させたり、検出電極12の測定対象体4に対する結合距離を変化させる方式を採用することもできる。この場合、検出電極12の測定対象体4に対する有効面積を変化させる構成としては、検出電極12を複数の電極で構成してこの電極の数を変化させる構成や、検出電極12の表面に遮蔽部材を配置してこの遮蔽部材によって覆われる検出電極12の面積(遮蔽面積)を変化させる構成を採用することができる。また、検出電極12の測定対象体4に対する結合距離を変化させる構成としては、検出電極12をボールねじなどで駆動する構成を採用することができる。また、上記した電圧測定装置1では、処理部3cがフィードバックループの利得を自動的に変化させる構成を採用しているが、作業者がフィードバックループの利得を手動で変更する構成とすることもできる。   Further, for example, in the voltage measuring device 1 described above, as a method of changing the gain of the feedback loop, a method of changing the amplification factor for a signal (analog signal S5, voltage signal S6, etc.) in the feedback loop of the voltage measuring device 1 is used. Although employed, a method of changing the effective area of the detection electrode 12 with respect to the measurement object 4 or changing the coupling distance of the detection electrode 12 with respect to the measurement object 4 can also be adopted. In this case, as a configuration for changing the effective area of the detection electrode 12 with respect to the measurement object 4, a configuration in which the detection electrode 12 is configured by a plurality of electrodes and the number of the electrodes is changed, or a shielding member is provided on the surface of the detection electrode 12. It is possible to adopt a configuration in which the area (shielding area) of the detection electrode 12 covered with the shielding member is changed by arranging the above. Further, as a configuration for changing the coupling distance of the detection electrode 12 to the measurement object 4, a configuration in which the detection electrode 12 is driven by a ball screw or the like can be employed. Further, in the voltage measuring apparatus 1 described above, the processing unit 3c employs a configuration in which the gain of the feedback loop is automatically changed. However, the operator may manually change the gain of the feedback loop. .

また、上記した電圧測定装置1では、図2〜図5に示すように、第1電気的要素E11〜E14のみをそれぞれ含むようにしてすべての構成単位31〜34を構成しているが、これに限定されるものではなく、同各図に示す容量変化機能体13において、第1〜第4の構成単位31〜34のうちの第1の構成単位31と第4の構成単位34との組、および第2の構成単位32と第3の構成単位33との組のうちの一方の組の各構成単位に含まれている第1電気的要素を、交流信号の通過を許容する第2電気的要素で置き換えて、容量変化機能体を構成することもできる。この場合、第2電気的要素は、コンデンサ、コイル、抵抗および共振体のうちの少なくとも1つを含んで構成される。一例として、図10に示す容量変化機能体13Aは、図2に示す容量変化機能体13における第2の構成単位32および第3の構成単位33の各第1電気的要素E12,E13を第2電気的要素E22,E23(電気的特性の同じコンデンサ62,63)でそれぞれ置き換えて構成された第2の構成単位32Aおよび第3の構成単位33Aを含んで構成されている。なお、コンデンサ62,63に代えて、電気的特性(インダクタンス値)の同じ一対のコイル62a,63aを使用してもよいし、電気的特性(抵抗値)の同じ一対の抵抗62b,63bを使用してもよいし、または電気的特性(周波数−インピーダンス特性)の同じ一対の共振体62c,63cを使用してもよい。この場合、共振体62c,63cについては、駆動信号S2の周波数f1の2倍の周波数(容量変調周波数)f2のときにインピーダンスが最小となり、かつそれ以外の周波数のときに十分に高いインピーダンスとなる電気的特性の共振体を使用する。具体的には、セラミック共振器、水晶振動子、およびコイルとコンデンサとで構成されたLC共振回路(直列共振回路)などの各種共振体を用いることができる。また、この共振体62c,63cについては、直流電流の通過を許容する構成でもよい。   Moreover, in the voltage measuring apparatus 1 described above, as shown in FIGS. 2 to 5, all the structural units 31 to 34 are configured so as to include only the first electrical elements E11 to E14, respectively, but the present invention is not limited thereto. In the capacity change function body 13 shown in each drawing, the set of the first structural unit 31 and the fourth structural unit 34 among the first to fourth structural units 31 to 34, and A second electrical element that allows passage of an AC signal as the first electrical element included in each of the constituent units of one set of the second constituent unit 32 and the third constituent unit 33 It is also possible to configure a capacity change function body by replacing with. In this case, the second electrical element includes at least one of a capacitor, a coil, a resistor, and a resonator. As an example, the capacity change function body 13A shown in FIG. 10 uses the second electrical unit E12, E13 of the second structural unit 32 and the third structural unit 33 in the capacity change function body 13 shown in FIG. The second structural unit 32A and the third structural unit 33A are configured to be replaced by electrical elements E22 and E23 (capacitors 62 and 63 having the same electrical characteristics), respectively. Instead of the capacitors 62 and 63, a pair of coils 62a and 63a having the same electrical characteristic (inductance value) may be used, or a pair of resistors 62b and 63b having the same electrical characteristic (resistance value) may be used. Alternatively, a pair of resonators 62c and 63c having the same electrical characteristics (frequency-impedance characteristics) may be used. In this case, the resonators 62c and 63c have a minimum impedance at a frequency (capacitance modulation frequency) f2 that is twice the frequency f1 of the drive signal S2, and a sufficiently high impedance at other frequencies. Use a resonator with electrical characteristics. Specifically, various resonators such as a ceramic resonator, a crystal resonator, and an LC resonance circuit (series resonance circuit) including a coil and a capacitor can be used. Further, the resonators 62c and 63c may be configured to allow a direct current to pass therethrough.

また、図2〜図5に示す容量変化機能体13において、第1〜第4の構成単位31〜34のうちの第1の構成単位31と第2の構成単位32との組、および第3の構成単位33と第4の構成単位34との組のうちの一方の組の各構成単位に含まれている第1電気的要素E1を、直流信号の通過を阻止しつつ交流信号の通過を許容する第3電気的要素で置き換えて、容量変化機能体を構成することもできる。この場合、第3電気的要素は、コンデンサおよび共振体のうちの少なくとも1つを含んで構成される。一例として、図11に示す容量変化機能体13Bは、図2に示す容量変化機能体13における第3の構成単位33および第4の構成単位34の各第1電気的要素E13,E14を第3電気的要素E33,E34(一例として電気的特性の同じコンデンサ63,64)でそれぞれ置き換えて構成された第3の構成単位33Bおよび第4の構成単位34Aを含んで構成されている。なお、コンデンサ63,64に代えて、電気的特性(周波数−インピーダンス特性)の同じ一対の共振体63d,64aを使用してもよい。この場合、共振体63d,64aについては、駆動信号S2の周波数f1の2倍の周波数(容量変調周波数)f2のときにインピーダンスが最小となり、かつそれ以外の周波数のときに十分に高いインピーダンスとなる電気的特性の共振体を使用する。具体的には、セラミック共振器、水晶振動子、およびコイルとコンデンサとで構成されたLC共振回路(直列共振回路)などの各種共振体を用いることができる。また、この共振体63d,64aについては、直流電流の通過を阻止する構成とする。   Moreover, in the capacity | capacitance change function body 13 shown in FIGS. 2-5, the group of the 1st structural unit 31 of the 1st-4th structural units 31-34, and the 2nd structural unit 32, and 3rd The first electrical element E1 included in each structural unit of one set of the structural unit 33 and the fourth structural unit 34 is allowed to pass an AC signal while preventing the DC signal from passing therethrough. It is also possible to configure a capacity change function body by replacing with a third electric element to be allowed. In this case, the third electrical element includes at least one of a capacitor and a resonator. As an example, the capacity change function body 13B shown in FIG. 11 uses the third electrical unit E13, E14 of the third structural unit 33 and the fourth structural unit 34 in the capacity change function body 13 shown in FIG. The third structural unit 33B and the fourth structural unit 34A are configured to be replaced by electrical elements E33 and E34 (capacitors 63 and 64 having the same electrical characteristics as an example). Instead of the capacitors 63 and 64, a pair of resonators 63d and 64a having the same electrical characteristics (frequency-impedance characteristics) may be used. In this case, the resonators 63d and 64a have a minimum impedance at a frequency (capacitance modulation frequency) f2 that is twice the frequency f1 of the drive signal S2, and a sufficiently high impedance at other frequencies. Use a resonator with electrical characteristics. Specifically, various resonators such as a ceramic resonator, a crystal resonator, and an LC resonance circuit (series resonance circuit) including a coil and a capacitor can be used. The resonators 63d and 64a are configured to block the passage of direct current.

なお、図10,11に示す容量変化機能体13A,13Bについては、上記の構成に限定されるものではなく、図示はしないが、例えば、第1電気的要素E11,E12,E14を可変容量ダイオードに代えて、一般的なダイオード(シリコンダイオード)で構成してもよいし、またカソード端子同士が接続されて直列接続された一対のダイオード(可変容量ダイオードやシリコンダイオード)で構成することもできる。   10 and 11 are not limited to the above-described configuration, and are not shown in the figure. For example, the first electric elements E11, E12, and E14 are variable capacitance diodes. Instead, it may be configured by a general diode (silicon diode), or may be configured by a pair of diodes (variable capacitance diode or silicon diode) in which the cathode terminals are connected and connected in series.

また、図4に示す容量変化機能体13では、各構成単位31〜34を一対の第1素子51(具体的には一般的なダイオード)でそれぞれ構成しているが、各構成単位31〜34を構成する一対のダイオードは、アノード端子同士が接続されることにより、互いに逆向きに直列接続されている。すなわち、各構成単位31〜34は、P型半導体とN型半導体とが、N−P−P−Nというように配列されて構成されている。このため、図4に示す容量変化機能体13において各構成単位31〜34を構成する一対の第1素子51(ダイオード)を1つのNPN型バイポーラトランジスタTR1〜TR4で置き換えることにより、各構成単位31〜34に含まれている各第1電気的要素E11〜E14を1つのトランジスタでそれぞれ構成して、図12に示す容量変化機能体13Cを構成することもできる。この容量変化機能体13Cでは、各トランジスタTR1〜TR4が、各々の入力端子(コレクタ端子およびエミッタ端子の一方)および出力端子(コレクタ端子およびエミッタ端子の他方)がそれぞれ接続されて(それぞれ接続点となって)、各構成単位31〜34で構成される環状経路内に配設されている。なお、各トランジスタTR1〜TR4の制御端子(ベース端子)は未接続となる(接続点とはならない)。   Further, in the capacitance change function body 13 shown in FIG. 4, each of the structural units 31 to 34 is configured by a pair of first elements 51 (specifically, general diodes), but each of the structural units 31 to 34 is configured. Are connected in series in opposite directions by connecting the anode terminals to each other. That is, each of the structural units 31 to 34 is configured by arranging a P-type semiconductor and an N-type semiconductor in the form of N-P-P-N. Therefore, by replacing the pair of first elements 51 (diodes) constituting each of the structural units 31 to 34 with one NPN type bipolar transistor TR1 to TR4 in the capacitance changing function body 13 shown in FIG. Each of the first electric elements E11 to E14 included in .about.34 can be configured by one transistor to form the capacitance changing function body 13C shown in FIG. In this capacitance change function body 13C, each of the transistors TR1 to TR4 has its input terminal (one of the collector terminal and the emitter terminal) and its output terminal (the other of the collector terminal and the emitter terminal) connected to each other (respectively connected to the connection point). It is arranged in an annular path composed of the respective structural units 31 to 34. Note that the control terminals (base terminals) of the transistors TR1 to TR4 are not connected (does not become connection points).

また、図4に示す容量変化機能体13では、各接続点A,B,C,Dを挟んで、構成単位31,34、構成単位31,32、構成単位32,33、および構成単位33,34の各第1電気的要素E1に含まれている1つのダイオード同士が互いに隣接している(具体的には、各ダイオード同士が互いに逆向きに直列接続されている)。このように、逆向きに直列接続された一対のダイオードで第1電気的要素E1が構成され、かつ少なくとも2つの隣接する構成単位がこの第1電気的要素E1を含んでいる容量変化機能体13では、この2つの構成単位間の接続点を挟んで、各第1電気的要素E1に含まれている1つのダイオード同士が互いに逆向きに直列接続された構成となる。このため、図13に示すように、破線で囲んだ一対のダイオードを1つのPNP型バイポーラトランジスタTR5〜TR8で置き換えることにより、容量変化機能体13Dを構成することもできる。この場合、各第1電気的要素E1は、1つのトランジスタの一部と、他の1つのトランジスタの一部とで構成されることになる。この容量変化機能体13Dでも、容量変化機能体13Cと同様にして、各トランジスタTR5〜TR8が、各々の入力端子(コレクタ端子およびエミッタ端子の一方)および出力端子(コレクタ端子およびエミッタ端子の他方)がそれぞれ接続されて(それぞれ接続点となって)、各構成単位31〜34で構成される環状経路内に配設されている。他方、各トランジスタTR5〜TR8の制御端子(ベース端子)は、容量変化機能体13Cとは異なり、接続点A,B,C,Dとして使用される。   Further, in the capacity change function body 13 shown in FIG. 4, the structural units 31 and 34, the structural units 31 and 32, the structural units 32 and 33, and the structural units 33 and 33 are sandwiched between the connection points A, B, C, and D. One diode included in each of the first electric elements E1 of 34 is adjacent to each other (specifically, the diodes are connected in series in opposite directions to each other). In this way, the first electric element E1 is constituted by a pair of diodes connected in series in opposite directions, and the capacitance changing function body 13 in which at least two adjacent structural units include the first electric element E1. Then, one diode included in each first electrical element E1 is connected in series in opposite directions with a connection point between the two structural units interposed therebetween. Therefore, as shown in FIG. 13, the capacitance changing function body 13D can be configured by replacing a pair of diodes surrounded by a broken line with one PNP-type bipolar transistor TR5 to TR8. In this case, each first electrical element E1 is composed of a part of one transistor and a part of the other one transistor. In the capacitance change function body 13D, each of the transistors TR5 to TR8 has an input terminal (one of the collector terminal and the emitter terminal) and an output terminal (the other of the collector terminal and the emitter terminal) in the same manner as the capacitance change function body 13C. Are connected to each other (each as a connection point) and arranged in an annular path constituted by the respective structural units 31 to 34. On the other hand, the control terminals (base terminals) of the transistors TR5 to TR8 are used as connection points A, B, C, and D, unlike the capacitance change function body 13C.

また、カソード端子同士が接続されて互いに直列に接続された一対のダイオードで各構成単位31〜34の各第1電気的要素E11〜E14が構成されている図5に示す容量変化機能体13についても、図4に示す容量変化機能体13と同様にして、各第1電気的要素E11〜E14を構成する一対のダイオードをPNP型バイポーラトランジスタTR5〜TR8で置き換えることにより、図14に示す容量変化機能体13Eを構成することができ、また、上記した各ダイオードの組(各接続点A,B,C,Dを挟んで隣接する一対のダイオードでそれぞれ構成される4つの組)をNPN型バイポーラトランジスタTR1〜TR4で置き換えることにより、図15に示す容量変化機能体13Fを構成することができる。また、トランジスタとして、バイポーラトランジスタを使用する例について説明しているが、NPN型バイポーラトランジスタに代えて同型のMOSFET(電界効果型トランジスタ)を使用してもよいし、またはPNP型バイポーラトランジスタに代えて同型のMOSFET(電界効果型トランジスタ)を使用してもよいのは勿論である。この場合、MOSFETについては、その入力端子はドレイン端子およびソース端子の一方となり、出力端子はドレイン端子およびソース端子の他方となる。また、図13,15に示す構成においては、制御端子としてのゲート端子が接続点A,B,C,Dとして使用される。このようにトランジスタTR1〜TR4(またはTR5〜TR8)を用いて第1電気的要素E1を構成することにより、より少ない部品点数で、簡易、かつ安価に容量変化機能体13C〜13Fを構成することができる。   Moreover, about the capacity | capacitance change functional body 13 shown in FIG. 5 by which each 1st electrical element E11-E14 of each structural unit 31-34 is comprised with a pair of diodes which cathode terminals were connected and connected mutually in series. Similarly to the capacitance changing function body 13 shown in FIG. 4, the capacitance change shown in FIG. 14 is obtained by replacing the pair of diodes constituting the first electric elements E11 to E14 with PNP bipolar transistors TR5 to TR8. The functional body 13E can be configured, and each pair of diodes described above (four pairs each composed of a pair of diodes adjacent to each other with the connection points A, B, C, and D interposed therebetween) is an NPN bipolar. By replacing the transistors TR1 to TR4, the capacitance changing function body 13F shown in FIG. 15 can be configured. Moreover, although the example which uses a bipolar transistor as a transistor is demonstrated, it replaces with an NPN type bipolar transistor, may use the same type MOSFET (field effect type transistor), or replace with a PNP type bipolar transistor. Of course, the same type of MOSFET (field effect transistor) may be used. In this case, the input terminal of the MOSFET is one of the drain terminal and the source terminal, and the output terminal is the other of the drain terminal and the source terminal. 13 and 15, gate terminals as control terminals are used as connection points A, B, C, and D. In this way, by configuring the first electrical element E1 using the transistors TR1 to TR4 (or TR5 to TR8), the capacitance changing functional units 13C to 13F can be configured easily and inexpensively with a smaller number of parts. Can do.

また、図16に示す電圧測定装置1Aのように、電流検出器15を配設せずに、容量変化機能体13,13A,・・,13F(特に区別しないときには、これらを容量変化機能体13ともいう)の両端間電圧V3をプリアンプ16で検出して検出信号S3としてプローブユニット2A(センサ部)を採用することもできる。ここで、容量変化機能体13の両端間電圧V3とは、容量変化機能体13における検出電極12側の端部(接続点A)と、容量変化機能体13におけるケース11側の端部(接続点C)との間に発生する電圧をいう。この場合、プリアンプ16における一対の入力端子のうちの一方の入力端子は、同図に示すように、コンデンサ17を介して容量変化機能体13における検出電極12側の端部に接続され、他方の入力端子は、容量変化機能体13におけるケース11側の端部に接続されている。なお、この構成以外の構成については、電圧測定装置1Aは電圧測定装置1と同一のため、同図では、電圧測定装置1の各構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。この電圧測定装置1Aにおいても、可変容量回路19の両端間電圧V3への駆動信号S2の影響が排除されるため、この両端間電圧V3に基づいて本体ユニット3が測定対象体4の電圧V1に参照電位信号S7を正確に追従させることができる結果、測定対象体4の電圧V1を正確に測定することができる。   In addition, unlike the voltage measuring device 1A shown in FIG. 16, the capacity change function bodies 13, 13A,..., 13F (if not particularly distinguished from each other) are not provided with the current detector 15. The probe unit 2A (sensor unit) can also be employed as the detection signal S3 by detecting the voltage V3 between the two terminals V). Here, the voltage V3 between both ends of the capacitance change function body 13 is the end portion (connection point A) on the detection electrode 12 side in the capacitance change function body 13 and the end portion (connection) on the case 11 side in the capacitance change function body 13. This is the voltage generated between the point C). In this case, one input terminal of the pair of input terminals in the preamplifier 16 is connected to the end of the capacitance changing function body 13 on the detection electrode 12 side via the capacitor 17 as shown in FIG. The input terminal is connected to the end of the capacitance changing function body 13 on the case 11 side. Since the voltage measuring device 1A is the same as the voltage measuring device 1 except for this configuration, the same components as those of the voltage measuring device 1 are denoted by the same reference numerals in FIG. A duplicate description is omitted. Also in this voltage measuring device 1A, the influence of the drive signal S2 on the voltage V3 across the variable capacitance circuit 19 is eliminated, so that the main unit 3 is set to the voltage V1 of the measurement object 4 based on the voltage V3 across the voltage. As a result of being able to accurately follow the reference potential signal S7, the voltage V1 of the measurement object 4 can be accurately measured.

また、電圧測定装置1では、可変容量回路19とケース11との間に電流検出器15を配設しているが、検出電極12と可変容量回路19との間に電流検出器15を配設することもできる。また、電圧測定装置1,1Aでは、フィルタ回路22、増幅回路23および検波回路24についてはアナログ信号で作動する回路構成としているが、フィルタ回路22、増幅回路23、検波回路24、極性判定回路25および処理部3cを1つまたは複数のDSP(Digital Signal Processor)で構成することもできる。   In the voltage measuring apparatus 1, the current detector 15 is disposed between the variable capacitance circuit 19 and the case 11, but the current detector 15 is disposed between the detection electrode 12 and the variable capacitance circuit 19. You can also In the voltage measuring devices 1 and 1A, the filter circuit 22, the amplifier circuit 23, and the detection circuit 24 are configured to operate with analog signals. However, the filter circuit 22, the amplifier circuit 23, the detection circuit 24, and the polarity determination circuit 25 are used. Further, the processing unit 3c may be configured by one or a plurality of DSPs (Digital Signal Processors).

また、上記した各容量変化機能体13の各構成単位については、図2〜図5、および図10〜図15に示すように、第1電気的要素E1(一例として互いに逆向きに直列接続された2つのダイオード(図12〜図15の場合には等価的に2つのダイオード))、第2電気的要素E22,E23、および第3電気的要素E33,E34のいずれかで構成した例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図2に示す第1の構成単位31を例に挙げて、第1電気的要素E11を含む構成単位に関して説明すると、1つの第1電気的要素E11と共にこの第1電気的要素E11以外の構成要素を含んで第1の構成単位31を構成することもできる。具体的には、接続点Aと第1素子41aとの間、接続点Bと第1素子41bとの間の少なくとも1つに、抵抗、コンデンサ、コイルおよび他のダイオードの少なくとも1つを配設することもできる。また、各第1素子41a,41b以外の構成要素を含んで第1電気的要素E1を構成することもできる。具体的には、各第1素子41a,41b間に、抵抗、コンデンサおよびコイルの少なくとも1つを配設して、第1電気的要素E1を構成することもできる。また、第1素子41a,41bの各々、および第1素子41a,41b全体の少なくとも1つに対してコンデンサを並列に接続することもできる。   As shown in FIGS. 2 to 5 and FIGS. 10 to 15, each structural unit of each capacitance changing function body 13 is connected in series in the first electrical element E1 (as an example, opposite to each other). A description will be given of an example constituted by two diodes (equivalently two diodes in the case of FIGS. 12 to 15), the second electrical elements E22 and E23, and the third electrical elements E33 and E34. However, the present invention is not limited to this. For example, taking the first structural unit 31 shown in FIG. 2 as an example and describing the structural unit including the first electrical element E11, other than the first electrical element E11 together with one first electrical element E11. The 1st structural unit 31 can also be comprised including a component. Specifically, at least one of a resistor, a capacitor, a coil, and another diode is disposed between at least one of the connection point A and the first element 41a and between the connection point B and the first element 41b. You can also In addition, the first electrical element E1 can be configured to include components other than the first elements 41a and 41b. Specifically, at least one of a resistor, a capacitor, and a coil may be disposed between the first elements 41a and 41b to constitute the first electrical element E1. Further, a capacitor can be connected in parallel to each of the first elements 41a and 41b and at least one of the first elements 41a and 41b as a whole.

また、例えば、図10に示す構成単位32Aを例に挙げて、第2電気的要素E22(E23)を含む構成単位に関して説明すると、接続点Bと第2電気的要素E22との間、および接続点Cと第2電気的要素E22との間の少なくとも1つに、抵抗、コンデンサ、およびコイルのうちの少なくとも1つを配設することもできる。また、第2電気的要素E22に対してコンデンサを並列に接続することもできる。また、例えば、図11に示す構成単位33Bを例に挙げて、第3電気的要素E33(E34)を含む構成単位に関して説明すると、接続点Cと第3電気的要素E33との間、および接続点Dと第3電気的要素E33との間の少なくとも1つに、抵抗、コンデンサ、およびコイルの少なくとも1つを配設することもできる。また、第3電気的要素E33に対して他のコンデンサを並列に接続することもできる。   Further, for example, the structural unit including the second electrical element E22 (E23) will be described by taking the structural unit 32A shown in FIG. 10 as an example, and the connection between the connection point B and the second electrical element E22 and the connection. At least one of a resistor, a capacitor, and a coil may be disposed at least one between the point C and the second electrical element E22. In addition, a capacitor can be connected in parallel to the second electrical element E22. Further, for example, taking the structural unit 33B shown in FIG. 11 as an example, the structural unit including the third electrical element E33 (E34) will be described. Between the connection point C and the third electrical element E33, and the connection At least one of a resistor, a capacitor, and a coil may be disposed at least one between the point D and the third electrical element E33. Also, another capacitor can be connected in parallel to the third electrical element E33.

また、可変容量ダイオードも一般的なダイオードも基本的な構成が同じであるため、例えば図2に示す容量変化機能体13において、各第1電気的要素E1を構成する第1素子41a,41bとしての可変容量ダイオードのうちの一方を一般的なダイオードを使用して構成するなど、可変容量ダイオードと一般的なダイオードとを混在して使用することもできる。ただし、可変容量ダイオードと一般的なダイオードとは、逆バイアスが印加されたときの静電容量が異なるため、ブリッジ回路の平衡条件を満足し、かつ接続点A,Cを基準としてその両側に配設されている各構成単位31,32と各構成単位34,33とが線対称となるか、または接続点B,Dを基準としてその両側に配設されている各構成単位31,34と各構成単位32,33とが線対称となるように構成する必要がある。   Further, since the basic configuration of both the variable capacitance diode and the general diode is the same, for example, in the capacitance change function body 13 shown in FIG. 2, as the first elements 41a and 41b constituting each first electrical element E1. A variable capacitance diode and a general diode can be mixed and used, for example, one of the variable capacitance diodes is configured using a general diode. However, a variable capacitance diode and a general diode have different electrostatic capacities when a reverse bias is applied, so that they satisfy the equilibrium condition of the bridge circuit and are arranged on both sides of the connection points A and C as a reference. The respective structural units 31, 32 and the respective structural units 34, 33 that are provided are line-symmetric or each of the structural units 31, 34, 34 and 33 that are disposed on both sides with respect to the connection points B, D. It is necessary to configure so that the structural units 32 and 33 are line-symmetric.

また、上記した電圧測定装置1,1A等では、電流検出器15としてトランスTr2を使用しているが、抵抗や共振体を使用し、これらの両端間電圧を電圧V2としてプリアンプ16に入力する構成を採用することもできる。   In the voltage measuring devices 1, 1A and the like described above, the transformer Tr2 is used as the current detector 15. However, a resistor or a resonator is used, and the voltage between both ends is input to the preamplifier 16 as the voltage V2. Can also be adopted.

また、本発明における可変容量回路は、上記のようにダイオードなどを使用した構成に限定されるものではなく、例えば、従来例として説明した特開平6−242166号公報に開示されている構成、すなわち、圧電音叉と検知電極(本願の検出電極12に相当する電極)を利用した機械式の構成を採用することもできる。さらには、特開平4−305171号公報に開示されている構成、すなわち、検出電極および振動体を備えた構成(図示せず)を利用して構成することもできる。この構成の可変容量回路(可変容量機構)では、振動体によって検出電極(検出電極12とは別の電極)が検出電極12に対して接離動されることにより、その静電容量C1、つまり検出電極と検出電極12との間の静電容量C1が変化する。また、可変容量回路は、特開平7−244103号公報に開示されている構成、すなわち、導体セクターおよび検出電極(検出電極12とは別の電極)を備えた構成(図示せず)を利用して構成することもできる。この構成の可変容量回路(可変容量機構)では、検出電極を検出電極12に対向させて配設すると共にこの両電極間に導体セクターを配置して、この状態において導体セクターが検出電極12から検出電極に達する電気力線に対して遮蔽と開放とを繰り返すことにより、その静電容量C1、つまり検出電極12と検出電極との間の静電容量C1が変化する。さらに、特開平8−181038号公報や特開平9−153436号公報にそれぞれ開示されている可変容量コンデンサ、すなわち、近接して配設した一対の電極の少なくとも一方を弾性変形させることによって両電極間の距離を変化させて静電容量C1を変化させる可変容量コンデンサ(いずれも図示せず)を可変容量回路として用いることもできる。   The variable capacitance circuit according to the present invention is not limited to the configuration using a diode or the like as described above. For example, the configuration disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-242166 described as a conventional example, Also, a mechanical configuration using a piezoelectric tuning fork and a detection electrode (an electrode corresponding to the detection electrode 12 of the present application) can be employed. Furthermore, the configuration disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-305171, that is, a configuration including a detection electrode and a vibrating body (not shown) may be used. In the variable capacitance circuit (variable capacitance mechanism) with this configuration, the detection electrode (an electrode different from the detection electrode 12) is brought into contact with and separated from the detection electrode 12 by the vibrating body, so that the capacitance C1, that is, The capacitance C1 between the detection electrode and the detection electrode 12 changes. The variable capacitance circuit uses the configuration disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-244103, that is, a configuration (not shown) including a conductor sector and a detection electrode (an electrode different from the detection electrode 12). It can also be configured. In the variable capacitance circuit (variable capacitance mechanism) having this configuration, the detection electrode is arranged to face the detection electrode 12 and a conductor sector is arranged between the two electrodes. In this state, the conductor sector is detected from the detection electrode 12. By repeatedly shielding and opening the lines of electric force reaching the electrodes, the capacitance C1, that is, the capacitance C1 between the detection electrode 12 and the detection electrode changes. Furthermore, the variable capacitors disclosed in JP-A-8-181038 and JP-A-9-153436, that is, between the two electrodes by elastically deforming at least one of a pair of electrodes arranged in proximity to each other. A variable capacitor (none of which is shown) that changes the capacitance C1 by changing the distance can be used as the variable capacitance circuit.

また、上記した電圧測定装置1,1A等は、電圧測定装置単体として構成しても良いし、電流測定装置への適用や、公知の電流測定装置と組み合わせた電力測定装置への適用など、各種の測定装置への適用が可能である。   In addition, the voltage measuring devices 1 and 1A described above may be configured as a voltage measuring device alone, applied to a current measuring device, and applied to a power measuring device combined with a known current measuring device. Can be applied to the measuring device.

電圧測定装置1のブロック図である。1 is a block diagram of a voltage measuring device 1. FIG. 図1の容量変化機能体13の回路図である。It is a circuit diagram of the capacity | capacitance change functional body 13 of FIG. 図1の容量変化機能体13の他の回路図である。It is another circuit diagram of the capacity | capacitance change function body 13 of FIG. 図1の容量変化機能体13の他の回路図である。It is another circuit diagram of the capacity | capacitance change function body 13 of FIG. 図1の容量変化機能体13の他の回路図である。It is another circuit diagram of the capacity | capacitance change function body 13 of FIG. 容量変化機能体13の動作を説明するための駆動信号S2と静電容量C2との関係図である。6 is a relationship diagram between a drive signal S2 and a capacitance C2 for explaining the operation of the capacitance change function body 13. FIG. 電圧V1および参照電位信号S7の関係を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the relationship between the voltage V1 and reference potential signal S7. 電圧測定処理100のフローチャートである。3 is a flowchart of a voltage measurement process 100. 電圧測定装置1のモデル図である。1 is a model diagram of a voltage measuring device 1. FIG. 容量変化機能体13Aの回路図である。It is a circuit diagram of capacity change functional body 13A. 容量変化機能体13Bの回路図である。It is a circuit diagram of capacity change function body 13B. 容量変化機能体13Cの回路図である。It is a circuit diagram of capacity change functional body 13C. 容量変化機能体13Dの回路図である。It is a circuit diagram of capacity change functional body 13D. 容量変化機能体13Eの回路図である。It is a circuit diagram of capacity change function body 13E. 容量変化機能体13Fの回路図である。It is a circuit diagram of capacity change function body 13F. 電圧測定装置1Aのブロック図である。It is a block diagram of voltage measuring device 1A.

符号の説明Explanation of symbols

1,1A 電圧測定装置
2 プローブユニット(センサ部)
3 本体ユニット
3a 制御部
3b 電圧生成部
3c 処理部
3d 電圧計
3e 出力部
4 測定対象体
11 ケース
12 検出電極
14 駆動回路
15 電流検出器
19 可変容量回路
100 利得設定処理
E11〜E14 第1電気的要素
E22,E23 第2電気的要素
E33,E34 第3電気的要素
Tr3 トランス
S3 検出信号
V1 測定対象体の電圧
Vr 参照電位
1,1A Voltage measurement device 2 Probe unit (sensor unit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Main body unit 3a Control part 3b Voltage generation part 3c Processing part 3d Voltmeter 3e Output part 4 Measurement object 11 Case 12 Detection electrode 14 Drive circuit 15 Current detector 19 Variable capacity circuit 100 Gain setting process E11-E14 1st electrical Element E22, E23 Second electrical element E33, E34 Third electrical element Tr3 Transformer S3 Detection signal V1 Voltage of measurement object Vr Reference potential

Claims (7)

測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御によって生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を算出する測定装置であって、
前記フィードバック制御の利得を変更して当該変更の前後における前記参照物理量を測定し、当該測定した2つの参照物理量の差分を当該2つの参照物理量のうちのいずれか一方で除算した算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、前記変更前の利得に対する前記変更後の利得の倍率と、当該2つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する測定装置。
A reference physical quantity corresponding to a physical quantity of a measurement object is generated by feedback control so that a difference from the physical quantity is reduced, and the measurement apparatus calculates the physical quantity of the measurement object based on the reference physical quantity,
By changing the gain of the feedback control to measure the reference physical quantity before and after of the change in the calculated value obtained by dividing the either one of the measured two reference physical quantity of the difference of the two reference physical quantity in advance In a state where the gain of the feedback control that is less than a determined reference value is in a good state, the calculated value, the gain ratio after the change with respect to the gain before the change, and the high gain of the two reference physical quantities A measurement device that calculates the physical quantity of the measurement object based on a reference physical quantity at the time.
測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御によって生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を算出する測定装置であって、
前記フィードバック制御の利得を2倍に変更して当該変更の前後における前記参照物理量を測定し、当該測定した2つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量を低利得時の参照物理量で除算した算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、当該高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する測定装置。
A reference physical quantity corresponding to a physical quantity of a measurement object is generated by feedback control so that a difference from the physical quantity is reduced, and the measurement apparatus calculates the physical quantity of the measurement object based on the reference physical quantity,
By changing the gain of the feedback control twice to measure the reference physical quantity before and after of the change, divides the reference physical quantity at the time of high gain of the two reference physical quantity the measurement with the reference physical quantity at the time of low gain In the state where the calculated gain is less than a predetermined reference value and the gain of the feedback control is good , based on the calculated value and the reference physical quantity at the time of the high gain, the physical quantity of the measurement object is calculated. Measuring device to calculate.
前記算出した前記物理量を出力部に出力させる請求項1または2記載の測定装置。   The measurement apparatus according to claim 1, wherein the calculated physical quantity is output to an output unit. 測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御によって生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を算出する測定方法であって、
前記フィードバック制御の利得を変更して当該変更の前後における前記参照物理量を測定し、当該測定した2つの参照物理量の差分を当該2つの参照物理量のうちのいずれか一方で除算し、当該除算によって算出された算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、前記変更前の利得に対する前記変更後の利得の倍率と、当該2つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する測定方法。
A reference physical quantity corresponding to a physical quantity of a measurement object is generated by feedback control so that a difference from the physical quantity is reduced, and a measurement method for calculating the physical quantity of the measurement object based on the reference physical quantity,
Wherein by changing the gain of the feedback control to measure the reference physical quantity before and after of the changes, the difference between the two reference physical quantity the measurement is divided by either one of the two reference physical quantity, by the division In a state where the calculated control value is less than a predetermined reference value and the gain of the feedback control is good, the calculated value, the multiplication factor of the gain after the change with respect to the gain before the change, and the two A measurement method for calculating the physical quantity of the measurement object based on a reference physical quantity at the time of high gain among the reference physical quantities.
測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御によって生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を算出する測定方法であって、
前記フィードバック制御の利得を2倍に変更して当該変更の前後における前記参照物理量を測定し、当該測定した2つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量を低利得時の参照物理量で除算し、当該除算によって算出された算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、当該高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する測定方法。
A reference physical quantity corresponding to a physical quantity of a measurement object is generated by feedback control so that a difference from the physical quantity is reduced, and a measurement method for calculating the physical quantity of the measurement object based on the reference physical quantity,
By changing the gain of the feedback control twice to measure the reference physical quantity before and after of the change, divides the reference physical quantity at the time of high gain of the two reference physical quantity the measurement with the reference physical quantity at the time of low gain Then, in a state where the gain of the feedback control in which the calculated value calculated by the division is less than a predetermined reference value is good , based on the calculated value and the reference physical quantity at the time of the high gain, A measurement method for calculating the physical quantity of a measurement object.
コンピュータに、
測定対象体の物理量に対応する参照物理量を生成すると共に、当該測定対象体の前記物理量と当該参照物理量との差分を検出して、当該差分が減少するように前記参照物理量をフィードバック制御するフィードバック制御部と、前記参照物理量を測定する測定部とを備えた測定装置における前記フィードバック制御部に対してフィードバックループの利得を変更させる手順と、
前記測定部によって測定された前記利得の変更の前後における前記参照物理量を取得する手順と、
当該取得した2つの前記参照物理量の差分を当該2つの参照物理量のうちのいずれか一方で除算して算出値を算出する手順と、
前記算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、前記変更前の利得に対する前記変更後の利得の倍率と、前記2つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する手順とを実行させるためのプログラム。
On the computer,
Feedback control that generates a reference physical quantity corresponding to the physical quantity of the measurement object, detects a difference between the physical quantity of the measurement object and the reference physical quantity, and feedback-controls the reference physical quantity so that the difference decreases. and parts, the procedure for changing the gain of the feedback loop to the feedback control unit in the measurement apparatus and a measurement unit for measuring the reference physical quantity,
A procedure for obtaining the reference physical quantity before and after the change of the gain measured by the measurement unit;
A procedure for calculating a calculated value by dividing the difference between the two acquired reference physical quantities with one of the two reference physical quantities;
In a state where the gain of the feedback control in which the calculated value is less than a predetermined reference value is good, the calculated value, a ratio of the gain after the change to the gain before the change, and the two reference physical quantities A program for executing a procedure for calculating the physical quantity of the measurement object based on a reference physical quantity at high gain.
コンピュータに、
測定対象体の物理量に対応する参照物理量を生成すると共に、当該測定対象体の前記物理量と当該参照物理量との差分を検出して、当該差分が減少するように前記参照物理量をフィードバック制御するフィードバック制御部と、前記参照物理量を測定する測定部とを備えた測定装置における前記フィードバック制御部に対してフィードバックループの利得を2倍に変更させる手順と、
前記測定部によって測定された前記利得の変更の前後における前記参照物理量を取得する手順と、
当該取得した2つの前記参照物理量のうちの高利得時の参照物理量を低利得時の参照物理量で除算して算出値を算出する手順と、
前記算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、前記高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する手順とを実行させるためのプログラム。
On the computer,
Feedback control that generates a reference physical quantity corresponding to the physical quantity of the measurement object, detects a difference between the physical quantity of the measurement object and the reference physical quantity, and feedback-controls the reference physical quantity so that the difference decreases. and parts, the procedure for changing the gain of the feedback loop is doubled with respect to the feedback control unit in the measuring unit and the measuring device having a measuring said reference physical quantity,
A procedure for obtaining the reference physical quantity before and after the change of the gain measured by the measurement unit;
A procedure of calculating a calculated value by dividing a reference physical quantity at a high gain of the two acquired reference physical quantities by a reference physical quantity at a low gain;
In a state where the gain of the feedback control in which the calculated value is less than a predetermined reference value is good, the physical quantity of the measurement object is calculated based on the calculated value and the reference physical quantity at the time of the high gain. A program for executing the calculation procedure.
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