JP5198326B2 - Resistance measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、測定対象回路の抵抗値を測定する抵抗測定装置に関するものである。 The present invention relates to a resistance measuring device that measures a resistance value of a circuit to be measured.
この種の抵抗測定装置として、下記の特許文献1に開示された抵抗測定装置が知られている。この抵抗測定装置は、測定回路網の接続導線をクリップして測定回路網(測定対象)に流れる第1周波数の電流と弁別し得る第2周波数の電流を測定回路網に注入する注入用変成器と、測定回路網に流れている上記の2種類の電流を接続導線にクリップして検出する検出用変成器と、検出用変成器の出力のうち第2周波数の成分を取り出す周波数選択増幅回路と、周波数選択増幅回路から出力される信号を整流して増幅する整流増幅回路と、整流増幅回路から出力される信号で駆動される指示計を具備し、さらに、注入用変成器は、発振器の出力電圧が与えられて第2周波数の電流を測定回路網に注入する注入コイル、および帰還コイルを有し、帰還コイルに誘起する電圧が一定値に制御されるように注入コイルに供給される電圧を可変するようにした帰還ループを備えて構成されている。この抵抗測定装置では、帰還コイルに誘起する電圧を測定回路網の接続導線数(クリップされる本数。1本)に対する帰還コイルの巻線数の比で除算して得られる注入電圧についても一定値に制御されるため、検出用変成器に流れる電流に起因してこの検出用変成器に接続された抵抗に発生する電圧を検出することにより、この検出用変成器に接続された抵抗の抵抗値、この抵抗に発生する電圧、帰還コイルに発生する電圧、注入用変成器の巻数および検出用変成器の巻数に基づいて、測定回路網に接続された抵抗素子の値(被測定抵抗)を測定することが可能となっている。
As this type of resistance measuring apparatus, a resistance measuring apparatus disclosed in
ところが、上記の抵抗測定装置には、以下の問題点が存在する。すなわち、この種の抵抗測定装置では、指示計に供給される信号を生成する整流増幅回路は、通常直流増幅回路に構成されて、周波数選択増幅回路から出力される信号(測定回路網の抵抗値に比例した直流成分を含む信号)を直流増幅して指示計に供給する。しかしながら、直流増幅を採用する構成では、ダイナミックリザーブが悪化して、ノイズ耐性が低下するという課題が発生する。また、整流増幅回路を構成するための演算増幅器として、オフセットの小さなものを使用する必要があるが、このような演算増幅器は高価であるため、装置コストの上昇を招来するという課題も発生する。 However, the above resistance measuring apparatus has the following problems. That is, in this type of resistance measuring device, the rectifying and amplifying circuit that generates the signal supplied to the indicator is usually configured as a DC amplifying circuit, and the signal output from the frequency selective amplifier circuit (the resistance value of the measuring circuit network). (A signal containing a DC component proportional to) is DC amplified and supplied to the indicator. However, in the configuration employing DC amplification, there arises a problem that the dynamic reserve is deteriorated and noise resistance is lowered. In addition, it is necessary to use an operational amplifier having a small offset as an operational amplifier for constituting the rectifying and amplifying circuit. However, since such an operational amplifier is expensive, there is a problem that the apparatus cost is increased.
本発明は、かかる問題点を解決すべくなされたものであり、ダイナミックリザーブの悪化および装置コストの上昇を回避し得る抵抗測定装置を提供することを主目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and a main object of the present invention is to provide a resistance measuring device that can avoid deterioration of dynamic reserve and increase in device cost.
上記目的を達成すべく請求項1記載の抵抗測定装置は、注入コイルに交流電圧を印加することによって測定対象回路に検査用交流信号を注入する電圧注入部と、前記検査用交流信号の注入に起因して前記測定対象回路に流れる交流電流を検出コイルで検出して測定する電流測定部と、前記注入された検査用交流信号の電圧値および前記測定された交流電流の電流値に基づいて前記測定対象回路の抵抗値を算出する処理部とを備えた抵抗測定装置であって、前記電圧注入部は、前記交流電圧の印加を間欠的に実行し、当該印加される交流電圧に同期した二値化信号を生成して基準信号として出力する基準信号生成部を備え、前記電流測定部は、前記検査用交流信号の注入に起因して前記検出コイルに流れる電流を電圧信号に変換する電流電圧変換回路、当該電圧信号を前記基準信号を用いて同期検波する同期検波回路、当該同期検波回路から出力される検波出力信号を積分すると共に直流成分を除去して交流成分を出力する直流除去回路、および当該交流成分を増幅する交流増幅回路を備えて前記交流電流の前記電流値を測定する。
In order to achieve the above object, a resistance measuring apparatus according to
また、請求項2記載の抵抗測定装置は、請求項1記載の抵抗測定装置において、前記基準信号生成部は、前記印加される交流電圧に基づいて前記二値化信号を生成するコンパレータを有している。
The resistance measurement device according to
請求項1記載の抵抗測定装置では、電圧注入部が、交流電圧の注入コイルへの印加を間欠的に実行することにより、検査用交流信号を測定対象回路内に生成させる。また、基準信号生成部が、この印加される交流電圧に同期した二値化信号を生成して基準信号として出力する。また、電流測定部では、電流電圧変換回路が、検査用交流信号の注入に起因して検出コイルに流れる電流を電圧信号に変換し、同期検波回路が、この電圧信号を基準信号を用いて同期検波し、直流除去回路が、同期検波回路から出力される検波出力信号に含まれる直流成分を除去して交流成分を出力し、交流増幅回路がこの交流成分を増幅して出力する。 In the resistance measuring device according to the first aspect, the voltage injection unit intermittently executes the application of the AC voltage to the injection coil, thereby generating the AC signal for inspection in the circuit to be measured. Further, the reference signal generation unit generates a binarized signal synchronized with the applied AC voltage and outputs it as a reference signal. In the current measurement unit, the current-voltage conversion circuit converts the current flowing in the detection coil due to the injection of the AC signal for inspection into a voltage signal, and the synchronous detection circuit synchronizes the voltage signal with the reference signal. The DC removal circuit detects the DC component included in the detection output signal output from the synchronous detection circuit and outputs an AC component, and the AC amplifier circuit amplifies and outputs the AC component.
したがって、この抵抗測定装置によれば、測定対象回路に流れる検出電流の測定に際して必要となる電圧信号を交流信号として交流増幅部で交流増幅することにより、直流増幅を採用する構成とは異なり、ダイナミックリザーブの悪化を回避することができると共に、ノイズ耐性の低下についても回避することができる。また、交流増幅部を構成するに際して、直流増幅のように演算増幅器にオフセットの小さな高価なものを使用する必要がないため、電流測定部、ひいては抵抗測定装置のコストを低減することができる。 Therefore, according to this resistance measuring apparatus, unlike the configuration employing DC amplification, the voltage signal necessary for measurement of the detected current flowing in the circuit to be measured is AC-amplified as an AC signal by the AC amplification unit. The deterioration of the reserve can be avoided, and the decrease in noise resistance can also be avoided. Further, when configuring the AC amplifying unit, it is not necessary to use an expensive operational amplifier with a small offset as in the case of DC amplification, so that the cost of the current measuring unit and thus the resistance measuring device can be reduced.
また、請求項2記載の抵抗測定装置によれば、交流電圧に基づいて二値化信号を生成するコンパレータを有して基準信号生成部を構成したことにより、簡易な構成で交流電圧から二値化信号を確実に生成することができる。 Further, according to the resistance measuring apparatus of the second aspect, since the reference signal generating unit is configured by including the comparator that generates the binarized signal based on the AC voltage, the binary value can be obtained from the AC voltage with a simple configuration. Can be generated reliably.
以下、本発明に係る抵抗測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。 Embodiments of a resistance measuring device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
最初に、本発明に係る抵抗測定装置1の構成について、図面を参照して説明する。
First, the configuration of the
図1に示す抵抗測定装置1は、クランプ部2、およびクランプ部2とケーブル3を介して接続された装置本体部4を備え、測定対象回路5の抵抗(ループ抵抗)の抵抗値Rxを測定可能に構成されている。
A
クランプ部2は、図1に示すように、注入クランプ部11、検出クランプ部21およびハウジング31を備えて構成されている。一例として、本例では、注入クランプ部11は、2つに分割された第1環状コア12、および第1環状コア12に巻回された注入コイルとしての第1巻線13(既知のターン数:N1)を有している。また、検出クランプ部21は、2つに分割された第2環状コア22、および第2環状コア22に巻回された第2巻線23(本発明における検出コイル(既知のターン数:N2))を有している。また、注入クランプ部11および検出クランプ部21は、先端が開閉自在なクランプ型の樹脂製のハウジング31に共に収容されて、このハウジング31の開閉動作に伴い、それぞれの第1環状コア12および第2環状コア22が同時に開閉するように構成されている。この構成により、ハウジング31を開状態としてその内側に測定対象回路5の一部を構成する配線5aを導入することで、開状態となった第1環状コア12および第2環状コア22のそれぞれの内側にも配線5aが導入され、この状態においてハウジング31を閉状態とすることで、閉状態となった第1環状コア12および第2環状コア22によって配線5aが同時にクランプされた状態、すなわちクランプ部2によって配線5aがクランプされた状態となる。この場合、配線5aは、第1環状コア12および第2環状コア22において1ターンの巻線として機能する。
As shown in FIG. 1, the
装置本体部4は、図1に示すように、電圧注入部41、電流測定部42、処理部43、出力部44および基準信号生成部45を備えている。電圧注入部41は、三角波生成部51、ローパスフィルタ(以下、「LPF」ともいう)52、電力増幅部53および注入クランプ部11を備えて構成されている。この場合、三角波生成部51は、一例としてD/A変換器を備えて構成されて、処理部43から一定の時間間隔T1を空けて一定時間T2ずつ出力される三角波生成用データDsに基づいて図1に示すように三角波信号Ss(階段波)を間欠的に(他の表現によれば、断続的に)に生成して出力する。LPF52は、三角波信号Ssを入力してその基本周波数成分(周波数f。本例では約100Hz)を主として通過させ、例えば3倍以上の高調波成分についてはレベルを減衰させることにより、図3に示す交流電圧(擬似正弦波信号)Vaに変換して出力する。
As shown in FIG. 1, the apparatus body 4 includes a
電力増幅部53は、本例では一例としてD級アンプとして構成されて、この交流電圧Vaを所定の増幅率で増幅して予め規定された電圧値(本例では電圧実効値)の交流電圧V1を生成すると共に、生成した交流電圧V1を注入クランプ部11の第1巻線13に印加する。この場合、三角波信号Ssは上記したように間欠的に生成される信号であるため、電力増幅部53も交流電圧V1を間欠的に生成して、第1巻線13に印加する。
In this example, the power amplifying
また、電力増幅部53は、一例として、一定周波数の鋸歯状信号を生成する信号発生回路と、この鋸歯状信号と交流電圧Vaとを比較して、交流電圧Vaの振幅に比例してパルス幅(デューティ比)が変化する所定周期のパルス信号(PWM信号)を生成するPWM信号生成回路と、このPWM信号を電力増幅するD級電力増幅回路と、D級電力増幅回路からの出力信号に対してフィルタリング処理することで交流電圧V1を生成するローパスフィルタ回路とで構成されている。これにより、注入クランプ部11を介して測定対象回路5に所定の周波数fで、かつ所定の電圧実効値の検査用交流信号Vxが注入される。この場合、上記したように配線5aが第1環状コア12において1ターンの巻線として機能するため、測定対象回路5に注入される検査用交流信号Vxは、その電圧値が交流電圧V1をターン数N1で除算して得られる電圧値(Vx=V1/N1)となる。検出クランプ部21は、第2環状コア22において配線5aが1ターンの巻線として機能するため、測定対象回路5に流れる交流電流Ixを検出して、その第2巻線23に検出電流(本発明における検出コイルに流れる電流)I1(=Ix/N2)を出力する。
For example, the power amplifying
電流測定部42は、検出クランプ部21、第1増幅部61、第1バンドパスフィルタ(以下、「第1BPF」ともいう)62、第1切替部63、第2増幅部64、第2バンドパスフィルタ(以下、「第2BPF」ともいう)65、第2切替部66、第3増幅部67、ローパスフィルタ(以下、「LPF」ともいう)68、ハイパスフィルタ(以下、「HPF」ともいう)69、交流増幅部70およびA/D変換部71を備え、検出クランプ部21で交流電流Ixを検出して、その電流値を測定可能に構成されている。
The
この場合、第1増幅部61は、本発明における電流電圧変換回路として機能して、第2巻線23の一端に接続されて、この一端に発生する検出電流I1を第1電圧信号Vb1に変換して出力する。また、第1増幅部61は、一例として、図2に示すように、第1演算増幅器61a、抵抗61b,61c,61dおよび第1コンデンサ61eを備えて構成されている。この場合、第1演算増幅器61aは、その反転入力端子が第2巻線23の一端に直接接続され、反転入力端子と出力端子との間に抵抗61bが帰還抵抗として接続され、非反転入力端子が抵抗61cを介して接地されて(基準電圧(グランド)が入力される一例)、入力した検出電流I1を電圧信号Vb(振幅が検出電流I1の電流値に比例して変化する信号)に変換して出力する。第1コンデンサ61eは、第1演算増幅器61aの後段に配設されて(本例では、その一端が第1演算増幅器61aの出力端子に直接接続されて)、電圧信号Vbに含まれる直流成分を除去する。また、第1コンデンサ61eは、その他端が抵抗61dを介して接地されている。これにより、第1コンデンサ61eにおいて直流成分が除去された電圧信号Vbは、その直流レベルが接地電位(ゼロボルト)に規定されて、ゼロボルトを中心として変化する交流信号である第1電圧信号Vb1として第1増幅部61から出力される。
In this case, the
第1BPF62は、入力した第1電圧信号Vb1に含まれている交流電圧Vaの高調波成分を除去して(フィルタリング処理して)、第1電圧信号Vb2として出力する。具体的には、第1BPF62は、第1電圧信号Vb1に含まれている交流電圧Vaの基本周波数成分(周波数fの成分。検査用交流信号Vxの基本周波数成分でもある)を選択的に(主として)通過させることで、第1電圧信号Vb2を出力する。第1切替部63は、例えばアナログスイッチで構成されて本発明における同期検波回路として機能して、基準信号生成部45から出力される基準信号Sr(交流電圧Vaに同期し(同位相で)、かつデューティ比が0.5のパルス信号)に同期して、図3に示すように、第1電圧信号Vb2と第2BPF65から出力される後述の第2電圧信号Vc2とを半周期ずつ切り替えて出力する(同期検波動作する)。これにより、第1切替部63は、第1電圧信号Vb2の正側波形および第2電圧信号Vc2の正側波形で構成される脈流信号である正極性信号(同期検波信号)Vdを生成して出力する。
The
第2増幅部64は、本発明における電流電圧変換回路として機能して、第2巻線23の他端に接続されて、この他端に発生する検出電流I1を第2電圧信号Vc1に変換して出力する。また、第2増幅部64は、一例として図2に示すように、第2演算増幅器64a、抵抗64b,64c,64dおよび第2コンデンサ64eを備えて、第1増幅部61と同一に構成されている。この場合、第2演算増幅器64aは、その反転入力端子が第2巻線23の他端に直接接続され、反転入力端子と出力端子との間に抵抗64bが帰還抵抗として接続され、非反転入力端子が抵抗64cを介して接地されて(基準電圧(グランド)が入力される一例)、入力した検出電流I1を電圧信号Vc(振幅が検出電流I1の電流値に比例して変化し、かつ電圧信号Vbと逆極性の信号)に変換して出力する。第2コンデンサ64eは、第2演算増幅器64aの後段に配設されて(本例では、その一端が第2演算増幅器64aの出力端子に直接接続されて)、電圧信号Vcに含まれる直流成分を除去する。また、第2コンデンサ64eは、その他端が抵抗64dを介して接地されている。これにより、第2コンデンサ64eにおいて直流成分が除去された電圧信号Vcは、その直流レベルが接地電位(ゼロボルト)に規定されて、ゼロボルトを中心として変化する交流信号である第2電圧信号Vc1として第2増幅部64から出力される。ここで、第2巻線23の他端に発生する検出電流I1は、一端に発生する検出電流I1と位相が反転したものとなる。このため、第2演算増幅器64aは、入力した検出電流I1を電圧信号Vbと位相が反転した電圧信号Vcに変換して出力する。これにより、第2増幅部64は、ゼロボルトを中心として変化し、かつ第1電圧信号Vb1と位相が反転した交流信号である第2電圧信号Vc1を生成して出力する。
The
第2BPF65は、第1BPF62と同様のバンドパスフィルタに構成されて、入力した第2電圧信号Vc1に含まれている交流電圧Vaの高調波成分を除去して(フィルタリング処理して)、第2電圧信号Vc2として出力する。第2切替部66は、第1切替部63と同一の構成を備えて本発明における同期検波回路として機能して、基準信号Srに同期して、図3に示すように、第1電圧信号Vb2と第2電圧信号Vc2とを半周期ずつ切り替えて出力する(同期検波する)ことにより、第1電圧信号Vb2の負側波形および第2電圧信号Vc2の負側波形で構成される脈流信号である負極性信号(同期検波信号)Veを生成して出力する。
The
第3増幅部67は、各切替部63,66と共に本発明における同期検波回路として機能して、正極性信号Vdおよび負極性信号Veを入力して、これらの信号Vd,Veの差分を最終的な同期検波信号(本発明における検波出力信号)Vfとして出力する。本例では、第3増幅部67は、一例として、図2に示すように、演算増幅器67a、第1切替部63と演算増幅器67aの非反転入力端子との間に接続された抵抗67b、第2切替部66と演算増幅器67aの反転入力端子との間に接続された抵抗67c、演算増幅器67aの反転入力端子と出力端子との間に接続された抵抗67d、および演算増幅器67aの非反転入力端子と基準電圧(この例ではグランド)との間に接続された抵抗67eとを備えて、差動増幅部として構成されている。この構成により、第3増幅部67は、図3に示すように、正極性信号Vdおよび負極性信号Veに同期し、かつ正側波形で構成される脈流信号である差分信号を、信号Vd,Veの差分を演算して生成して、同期検波信号Vfとして出力する。この同期検波信号Vfは、振幅が検出電流I1の電流値にそれぞれ比例する電圧信号Vb,Vcに基づいて上記のように生成されるため、この同期検波信号Vf自体の振幅も検出電流I1の電流値に比例したものとなっている。
The
LPF68は、カットオフ周波数fc1が1/(T1+T2)よりも若干高い周波数に設定されたローパスフィルタで構成されている。本例では一例として、T1,T2ともに0.5sec(秒)に規定されているため、カットオフ周波数fc1は、1Hzよりも若干高い10Hzに規定されている。このため、LPF68は、交流電圧Vaの周波数f(本例では100Hz)の2倍の周波数の同期検波信号Vfに対して積分器として機能して、図3に示すように、同期検波信号Vfの包絡線に近似する電圧信号Vgを生成して出力する。HPF69は、カットオフ周波数fc2が1/(T1+T2)よりも十分に低い周波数に設定されたハイパスフィルタで構成されている。本例では一例として、カットオフ周波数fc2は、1Hzよりも十分に低い0.1Hzに規定されている。このため、HPF69は、図3に示すように、電圧信号Vgに含まれる直流成分を除去して、その交流成分を電圧信号Vhとして出力する。以上の構成により、LPF68およびHPF69は、本発明における直流除去回路として機能して、同期検波信号Vfに対する積分と直流成分除去とを実行する。交流増幅部70は、演算増幅器を備えて本発明における交流増幅回路として構成されて、電圧信号Vhを入力して所定の増幅率で増幅して、電圧信号Viとして出力する。A/D変換部71は、この電圧信号Viをデジタルデータに変換して電流データDiとして出力する。この場合、電流データDiで示される電圧信号Viの振幅(後述するVmax−Vmin)は、検出電流I1の振幅を表すデータとなる。測定対象回路5に流れる交流電流Ixの振幅は、検出電流I1の振幅と検出クランプ部21の仕様とに基づいて一義的に決定される。このため、電流測定部42は、検出電流I1の測定と共に、測定対象回路5に流れる交流電流Ixの測定をも実行するといえる。
The
基準信号生成部45は、コンパレータ81およびD型フリップフロップ(以下、「DFF」ともいう)82を備え、全体として本発明におけるコンパレータとして機能して、交流電圧V1に基づいて基準信号(本発明における二値化信号)Srを生成して出力する。具体的には、コンパレータ81は、比較用電圧値Vrefがゼロボルトに規定されると共に、本例では、一例としてヒステリシス型に構成されている。この構成により、コンパレータ81は、擬似正弦波信号である交流電圧V1と、比較用電圧値Vrefとを比較することにより、交流電圧V1のゼロクロスで極性が反転し、かつデューティ比が0.5のパルス信号を一次二値化信号Sr0(最終的な二値化信号としての基準信号Srの前段で交流電圧V1が二値化されて生成される信号。以下、単に「二値化信号Sr0」ともいう)として生成して出力する。また、コンパレータ81がヒステリシス型のため、交流電圧V1の電圧値が比較用電圧値Vrefを超えたときには、比較用電圧値Vrefがゼロボルトよりも低下することで、交流電圧V1に重畳しているノイズによって二値化信号Sr0の極性の不要な反転を回避することができる結果、ノイズの影響を低減して抵抗値Rxの測定精度がより向上されている。DFF82は、D入力端子に入力される二値化信号Sr0をクロック端子CKに入力される基準クロックCLKに同期させて(二値化信号Sr0の立ち上がりおよび立ち下がりを基準クロックCLKの立ち上がり(または立ち下がり)に一致させて)、最終的な二値化信号としての基準信号Srを出力する。なお、交流電圧V1に対する検出電流I1の位相ずれが少ないときには、基準信号Srに代えて二値化信号Sr0を最終的な二値化信号として各切替部63,66に供給して作動させることもできるため、DFF82を省いた構成を採用してもよい。
The reference
処理部43は、CPUおよびメモリ(いずれも図示せず)を備えて構成されて、抵抗測定処理を実行する。出力部44は、一例としてモニタ装置などで構成されて、抵抗測定処理の結果を表示する。
The
次に、抵抗測定装置1による抵抗測定処理100について、図4を参照して説明する。
Next, the
この抵抗測定処理100では、処理部43は、まず、所定の周波数fの検査用交流信号Vxを測定対象回路5に注入する注入処理を実行する(ステップ101)。具体的には、この注入処理において、処理部43は、電圧注入部41に対して交流電圧Vaの生成を開始させるため、基準クロックCLKよりも十分に高い内部クロック(基準クロックCLKはこの内部クロックに同期している)に同期して、三角波信号Ss生成用の三角波生成用データDsの電圧注入部41への出力を開始する。これにより、電圧注入部41では、三角波生成部51が、基準クロックCLKに同期した三角波信号Ssの生成、および生成した三角波信号Ssの出力を開始し、LPF52が三角波信号Ssを交流電圧Vaに変換する。電力増幅部53は、D級増幅動作を行って、入力した交流電圧Vaを所定の増幅率で増幅して予め規定された電圧実効値の交流電圧V1を生成すると共に、生成した交流電圧V1を注入クランプ部11の第1巻線13に印加する。これにより、注入クランプ部11から測定対象回路5に検査用交流信号Vx(周波数f)が注入される。このため、測定対象回路5には、検査用交流信号Vxの注入に起因して、周波数fの交流電流Ixが流れる。
In the
また、処理部43は、三角波生成用データDsの電圧注入部41への出力の開始に伴い、基準クロックCLKの基準信号生成部45への出力を開始する。基準信号生成部45では、コンパレータ81が、交流電圧V1と比較用電圧値Vrefとを比較することにより、交流電圧V1のゼロクロスで極性が反転し、かつデューティ比が0.5の二値化信号Sr0の生成を開始する。また、DFF82が、この二値化信号Sr0を基準クロックCLKに同期させて基準信号Srとして出力する処理を開始する。これにより、基準信号生成部45から電流測定部42の各切替部63,66に対して、基準信号Sr(図2参照)の供給が開始される。
Further, the
この周波数fの検査用交流信号Vxが測定対象回路5へ間欠的に注入されている状態において、電流測定部42は、間欠的に発生する交流電流Ixを検出して電流データDiを生成する処理を実行する。具体的には、電流測定部42では、検出クランプ部21が、測定対象回路5に間欠的に流れる交流電流Ixを検出して、その第2巻線23から検出電流I1を出力し、第1および第2増幅部61,64が、この検出電流I1を第1および第2電圧信号Vb1,Vc1に変換して出力する。この場合、この電流測定部42では、従来の構成(検出コイルとしての第2巻線23をシングルエンドで使用し、電流検出のための抵抗を直列に接続する構成)とは異なり、第2巻線23の各端部を演算増幅器61a,64aの反転入力端子に接続する構成としたことにより、ゲインの低下や周波数特性の劣化を招くおそれのある電流検出用の抵抗(シャント抵抗)を不要とすることができ、十分な検出ゲインを維持しつつ良好な周波数特性が確保されている。
In a state where the inspection AC signal Vx having the frequency f is intermittently injected into the
次いで、第1および第2BPF62,65が、対応する電圧信号Vb1,Vc1に含まれている高調波成分を除去して、第1および第2電圧信号Vb2,Vc2として出力し、各切替部63,66が、この第1および第2電圧信号Vb2,Vc2を基準信号Srに同期して切り替えることにより、正極性信号Vdおよび負極性信号Veを生成して出力する。この場合、基準信号Srは、基準信号生成部45のDFF82を介して出力される。このため、交流電圧V1の基準クロックCLKに対する位相が温度や湿度の変化に起因して変化した場合であっても、その変化量が基準クロックCLKの1周期以内であれば、基準信号Srは、その立ち上がりおよび立ち下がりが基準クロックCLKの立ち上がり(または立ち下がり)にDFF82によって強制的に同期させられる。したがって、温度や湿度の変化に起因した基準信号Srの基準クロックCLKに対する位相のずれが大幅に低減される、つまり基準信号Srのデューティ比のゆらぎが大幅に低減される。このため、各切替部63,66がこの基準信号Srに基づいて第1および第2電圧信号Vb2,Vc2を安定して切り替えることができる結果、各切替部63,66による正極性信号Vdおよび負極性信号Veの生成の精度が高められている。また、ノーマルモードノイズが検出電流I1に含まれていたとしても、各切替部63,66による基準信号Srに同期した各信号Vb2,Vc2に対する上記の切替動作により、このノーマルモードノイズが除去される。
Next, the first and second BPFs 62 and 65 remove the harmonic components contained in the corresponding voltage signals Vb1 and Vc1, and output them as the first and second voltage signals Vb2 and Vc2, respectively. 66 generates and outputs a positive polarity signal Vd and a negative polarity signal Ve by switching the first and second voltage signals Vb2 and Vc2 in synchronization with the reference signal Sr. In this case, the reference signal Sr is output via the
続いて、第3増幅部67が、この正極性信号Vdおよび負極性信号Veの差分を演算して同期検波信号Vfを生成し、LPF68が同期検波信号Vfを積分して電圧信号Vgを出力し、さらにHPF69が電圧信号Vgから直流成分を除去して電圧信号Vhとして出力する。この場合、第2巻線23の各端部に接続された第1増幅部61と第2増幅部64とが、それぞれが接続された第2巻線23の端部に発生する検出電流I1に基づいて、互いの位相が反転する第1電圧信号Vb1と第2電圧信号Vc1とを出力し、第3増幅部67が、これらの信号Vb1,Vc1(本例では各BPF62,65でフィルタリング処理された信号Vb2,Vc2)に基づいて各切替部63,66で生成される正極性信号Vdおよび負極性信号Veの差分を演算して同期検波信号Vfを生成する。このため、検出電流I1にコモンモードノイズが重畳していたとしても、第3増幅部67が差分演算を行うことにより、このノイズがキャンセルされる。
Subsequently, the
次いで、交流増幅部70がこの電圧信号VhをA/D変換部71の入力定格に見合う振幅まで増幅して、電圧信号Viとして出力する。この場合、電圧信号Viの生成に際して、電圧信号Vhを交流信号とし、かつ交流増幅部70で交流増幅する構成としたことにより、直流増幅を採用する構成とは異なり、ダイナミックリザーブの悪化が回避され、またノイズ耐性の低下も回避されている。さらに、直流増幅のように演算増幅器にオフセットの小さな高価なものを使用する必要がないため、電流測定部42、ひいては抵抗測定装置1のコストの上昇が回避されている。続いて、A/D変換部71が、電圧信号Viをデジタルデータに変換して電流データDiとして処理部43に出力する。
Next, the
次いで、処理部43は、周波数がfのときの測定対象回路5の抵抗値Rxを算出する算出処理を実行する(ステップ102)。具体的には、この算出処理において、処理部43は、まず、電流データDiに基づいて検出電流I1の振幅を算出する。この場合、電流データDiは図3における電圧信号Viの波形データであるため、処理部43は、この電流データDiの最小値Vminをゼロレベルとして認識して、波形データの最大値Vmaxと最小値Vminとの差分(Vmax−Vmin)が検出電流I1の振幅に相当する値であるとして、検出電流I1の振幅を算出する。また、処理部43は、算出したこの振幅と、注入クランプ部11の第1巻線13に印加された交流電圧V1が擬似正弦波信号であるということとから、検出電流I1の電流実効値を算出する。次いで、交流電圧V1の電圧実効値および第1巻線13のターン数(N1)に基づいて検査用交流信号Vxの電圧実効値を算出すると共に、算出した検出電流I1の電流実効値および第2巻線23のターン数(N2)に基づいて交流電流Ixの電流値(本例では電流実効値)を算出する。続いて、処理部43は、算出した検査用交流信号Vxおよび交流電流Ixの各実効値に基づいて、検査用交流信号Vxの周波数がfのときの測定対象回路5の抵抗値Rxを算出すると共に、算出した抵抗値Rxを周波数fに対応させてメモリに記憶する。本例では一例として、処理部43は、この抵抗値Rxの算出に際して、抵抗値Rxを複数回算出すると共に、これらの平均(一例として移動平均)を算出して、最終的な抵抗値Rxとする。これにより、抵抗値Rxの算出処理が完了する。最後に、処理部43は、算出した抵抗値Rxを出力部44に出力させる(ステップ103)。これにより、抵抗測定処理が完了する。
Next, the
このように、この抵抗測定装置1では、電圧注入部41が、交流電圧V1の第1巻線13への印加を間欠的に実行することにより、検査用交流信号Vxを測定対象回路5内に生成させる。また、コンパレータ81を含む基準信号生成部45が交流電圧V1に同期した二値化信号を生成して基準信号Srとして出力する。また、電流測定部42が、検査用交流信号Vxの注入に起因して第2巻線23に流れる検出電流I1を各電圧信号Vb2,Vc2に変換すると共に各電圧信号Vb2,Vc2を基準信号Srを用いて同期検波して同期検波信号Vfを生成し、この同期検波信号Vfを積分すると共に直流成分を除去して交流成分である電圧信号Vhを出力し、さらにこの電圧信号Vhを増幅することにより、検出電流I1(すなわち、検出電流I1に比例する交流電流Ix)を測定する。
As described above, in the
したがって、この抵抗測定装置1によれば、検出電流I1の測定(すなわち、交流電流Ixの測定)に際して必要となる電圧信号Vhを交流信号として交流増幅部70で交流増幅することにより、直流増幅を採用する構成とは異なり、ダイナミックリザーブの悪化を回避することができると共に、ノイズ耐性の低下についても回避することができる。また、交流増幅部70を構成するに際して、直流増幅のように演算増幅器にオフセットの小さな高価なものを使用する必要がないため、電流測定部42、ひいては抵抗測定装置1のコストを低減することができる。
Therefore, according to this
また、この抵抗測定装置1によれば、コンパレータ81を含んで基準信号生成部45を構成したことにより、簡易な構成で交流電圧から二値化信号を確実に生成することができる。
Moreover, according to this
なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、上記の構成では、各演算増幅器61a,64aの後段にコンデンサ61e,64eをそれぞれ配設しているが、各演算増幅器61a,64aのオフセット電圧が極めて少ないときには、コンデンサ61e,64eを配設しない構成とすることもできる。この構成では、各抵抗61d,64dについても不要とすることができる。また、抵抗値Rxの測定精度の向上のために第1および第2PF62,65を使用する構成について上記したが、必要とされる測定精度が確保できるときには、第1および第2BPF62,65を配設しない構成を採用することもできる。また、電力増幅部53をD級アンプに代えて、A級やAB級のアンプで構成することもできる。また、基準信号生成部45において、二値化信号Sr0の基準クロックCLKへの同期に際してDFF82を使用しているが、DFF以外の各種デジタル回路を用いて同期させることもできる。また、ヒステリシス型のコンパレータ81を用いているが、ヒステリシスを有しないコンパレータを用いることもできる。
In addition, this invention is not limited to said structure. For example, in the above configuration, the
また、第1電圧信号Vb2および第2電圧信号Vc2を基準信号Srでそれぞれ同期検波する構成の一例として、各切替部63,66を使用した構成について上記したが、乗算器を使用して同期検波する構成を採用することもできる。また、検査用交流信号Vxの電圧値としての電圧実効値と交流電流Ixの電流値としての電流実効値とに基づいて抵抗値Rxを算出する例について上記したが、電圧値は電圧実効値に限定されるものではなく、また電流値も電流実効値に限定されるものではない。具体的には、検査用交流信号Vxの電圧値としての電圧平均値と交流電流Ixの電流値としての電流平均値とに基づいて抵抗値Rxを算出する構成や、検査用交流信号Vxの電圧値としてのピークtoピーク値(電圧振幅)と交流電流Ixの電流値としてのピークtoピーク値(電流振幅)とに基づいて抵抗値Rxを算出する構成や、検査用交流信号Vxの電圧値としての電圧ピーク値と交流電流Ixの電流値としての電流ピーク値とに基づいて抵抗値Rxを算出する構成を採用することもできる。
Further, as an example of the configuration in which the first voltage signal Vb2 and the second voltage signal Vc2 are synchronously detected by the reference signal Sr, the configuration using the switching
また、電力増幅部53から出力される交流電圧V1に基づき、コンパレータ81とDFF82とを有する基準信号生成部45で基準信号Srを生成する構成について上記したが、三角波生成部51から出力される三角波信号SsおよびLPF52から出力される交流電圧(擬似正弦波信号)Vaのうちのいずれかに基づき、基準信号生成部45が基準信号Srを生成する構成を採用することもできる。また、基準信号Srを生成する基準信号生成部45をコンパレータ81を用いて構成することにより、簡易な構成で交流電圧V1から二値化信号Sr0を確実に生成し得るようにした例について上記したが、入力値(交流電圧v1の電圧値)をしきい値(比較用電圧値Vref)と比較して、その比較結果(二値化信号Sr0)を出力するものであれば、コンパレータ81に限定されず、種々の回路を採用することができる。また、DFF72に代えて、JKフリップフロップや、RSフリップフロップなどを使用する構成を採用することもできる。
In addition, the configuration in which the reference
また、一例としてD/A変換器を備えて三角波生成部51を構成し、処理部43から一定の時間間隔T1を空けて一定時間T2ずつ出力される三角波生成用データDsに基づいて図1に示すように三角波信号Ssを間欠的に(つまり、断続的に)生成して出力する構成について上記したが、D/A変換器と共に、基準クロックCLKに同期してカウンタ値をカウントアップさせるカウンタを備えて三角波生成部51を構成し、このカウンタを間欠的に作動させてそのカウンタ値をD/A変換器がアナログ信号に変換することで、三角波信号Ssを生成する構成を採用することもできる。さらに、三角波生成部51にDDS(Direct Digital Synthesizer。図示せず)を使用して、三角波信号Ssを生成する構成を採用することもできる。
In addition, as an example, a triangular
また、処理部43とは別個に、三角波生成部51および基準信号生成部45を設ける構成について上記したが、CPU、A/DコンバータおよびD/Aコンバータを少なくとも含むDSP(Digital Signal Processor)で処理部43を構成することにより、三角波生成部51および基準信号生成部45の少なくとも1つの生成部を処理部43に含める構成を採用することもできる。この構成において、CPUに対して、基準クロックCLKに同期したアップカウント動作、ダウンカウント動作、およびアップダウンカウント動作のいずれかのカウント動作を繰り返させ、そのカウント値をD/Aコンバータに出力させることにより、三角波生成部51を構成することができる。また、DSP内または外部に設けたメモリに波形用データを記憶させて、この波形用データをCPUが読み出してD/Aコンバータに出力することによっても構成することができる。また、基準信号生成部45については、CPUが、上記のカウント動作におけるスタート値とエンド値との中間値を基準として、この中間値をカウント値が横切るタイミングを検出し、検出されたタイミングに同期して立ち上がりと立ち下がりとが交互に繰り返す信号を、基準信号Srとして生成することにより構成することができる。
In addition, the configuration in which the triangular
1 抵抗測定装置
5 測定対象回路
13 第1巻線(注入コイル)
23 第2巻線(検出コイル)
41 電圧注入部
42 電流測定部
43 処理部
45 基準信号生成部
61 第1増幅部
63 第1切替部
64 第2増幅部
66 第2切替部
67 第3増幅部
68 LPF
69 HPF
70 交流増幅部
81 コンパレータ
82 DFF
I1 検出電流
Ix 交流電流
Rx 抵抗
Sr 基準信号
Sr0 二値化信号
Ss 三角波信号
V1 交流電圧
Vx 検査用交流信号
DESCRIPTION OF
23 Second winding (detection coil)
41
69 HPF
70
I1 Detection current Ix AC current Rx Resistance Sr Reference signal Sr0 Binary signal Ss Triangular wave signal V1 AC voltage Vx Inspection AC signal
Claims (2)
前記電圧注入部は、前記交流電圧の印加を間欠的に実行し、
当該印加される交流電圧に同期した二値化信号を生成して基準信号として出力する基準信号生成部を備え、
前記電流測定部は、前記検査用交流信号の注入に起因して前記検出コイルに流れる電流を電圧信号に変換する電流電圧変換回路、当該電圧信号を前記基準信号を用いて同期検波する同期検波回路、当該同期検波回路から出力される検波出力信号を積分すると共に直流成分を除去して交流成分を出力する直流除去回路、および当該交流成分を増幅する交流増幅回路を備えて前記交流電流の前記電流値を測定する抵抗測定装置。 A voltage injection unit that injects an inspection AC signal into the measurement target circuit by applying an AC voltage to the injection coil, and an AC current that flows through the measurement target circuit due to the injection of the inspection AC signal is detected by the detection coil A current measuring unit that measures the current value of the circuit to be measured and a processing unit that calculates a resistance value of the circuit to be measured based on the voltage value of the injected alternating current signal for inspection and the measured current value of the alternating current A measuring device,
The voltage injection unit intermittently executes the application of the AC voltage,
A reference signal generating unit that generates a binarized signal synchronized with the applied AC voltage and outputs it as a reference signal,
The current measurement unit includes a current-voltage conversion circuit that converts a current flowing in the detection coil due to injection of the inspection AC signal into a voltage signal, and a synchronous detection circuit that synchronously detects the voltage signal using the reference signal A DC removal circuit that integrates the detection output signal output from the synchronous detection circuit and removes the direct current component to output an alternating current component, and an alternating current amplification circuit that amplifies the alternating current component, and the current of the alternating current A resistance measuring device that measures values.
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