JPS58171676A - インパルス電圧測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電力または信号伝達回路中のインパルス電圧
の振幅を測定する装置に関する。

電力伝達路、あるいは信号伝送路には伝送しようとする
対象の電力あるいは信号のほかに、雑音等の意図しない
電圧がインパルスの形にて入り込む場合がある。このイ
ンパルス電圧は送電線メ落雷や誘導電に起因するものの
ほか、電磁接触器や電磁バルブなど誘導性負荷を電磁Ｉ
Ｉシレーどを用いた駆動回路で動作させる場合に発生す
ることは衆知のとおりであり、とくに、最近はエレクト
ロニクスの普及に伴ない、弱電回路と強電回路とが近接
して設置される場合が増えており、この場合に、強電回
路中の誘導性負荷の０Ｎ１０ＦＦ時に発生するインパル
ス電圧が導体あるいは空間の静電容量を通じ、または電
磁誘導によって弱電回路に入りこみ、これを誤動作させ
ることがある。

このインパルス電圧は１通常数マイクロ秒から数ミＩＪ
秒のパルス幅を持つため、通常の電圧計なでは検知不可
能であり、普通はブラウン管オツシロスコープを対象回
路に接続して、インパルス電圧の存在の検知あるいは計
測を行っている。

コ（７）オツシロスコープによる計測の問題点は、オツ
シロスコープはその形状と重量のため１人間が携行する
には不便であることである。またオツシロスコープはか
なりの正確さでインパルス電圧の振幅を捕えることがで
きるが、一般にはインパルス電圧に対しては、その大き
さの概略値を知ることができれば充分なことが多い。す
なわち、一般的にこの種の電圧を測定するのは、電子回
路の設置に際し電子回路を誤動作させる大きさのインパ
ルス電圧ｔ；発生しているか否かを調べて、発生してい
る場合にその対策を立てるためであり、パルス電圧の精
密な測定は無意味である。

インパルス電圧を計測する。もうひとつの代表的な方法
として、第１図に示すところの、微分回路１と、演算増
幅器を主体として構成したピークホールド回路２と、電
圧指示回路３を組合せて成る回路を用いるものがある。

この回路は、微分回路の出力をピークホールド回路に加
え、ピークホールド回路後端のコンデンサ２２を演算増
幅器２１により急速に充電させ、このコンデンサの電圧
ヲ何らかの表示手段（例えば直流電圧計）により指示さ
せるものであるが、ピークホールド回路用の演算項１１
１１ｉ器２１は極めて高性能なものが要求され、この方
式は一般には高価となる。何故なら、ここに使用される
演算増幅６は高スリューレートを有し、負荷のコンデン
サを急速に充電するとで必要な充分な出力電流をとれる
ものでなければならず、コンデンサの放電を少なくする
ため、入力バイアス電流も極めて少ないもの≠２要求さ
れるからであ６°　　　　　　　　巷 本発明は上記の点にかんがみ、溝帯用劾で安価なインパ
ルス電圧測定装置を提供するものである。

本発明の概念を第２図に示すブロック線図にて説明する
。第２図の回路は電圧分子回路を含む入力（電圧微分）
回路（以後微分回路とぎう）１と。

基準電比発生回路（以後電圧発生回路とどう）４と、こ
れらの電圧の大小を比較するｔｌｆ比較回路（以後比較
回路とざう）５と、比較回路の出力にて駆動されるメモ
１１回路６と、メモリ回路の出力聾 の状樽を表示するだめの表示回路７と、メモリ回路をリ
セットさせるためのリセット回路８と、こ・れらの回路
を動作させるための電源９とをその構成要素としている
。

この回路の動作について説明すると、微分回路１の入力
端子１１と基準端子（図示せず）との間に印加されたイ
ンパルス電圧（振幅ＥＥｊ、　）ｔ−含むに 分圧された結果の電圧＃七ｉを比較回路５に供給し、こ
こで電圧発生回路４の出力電圧Ｅｓと比較験 されて、ｆ１３ｊ、＞Ｅｓの場合に、比較回路５出力が
発生し、後段のメモリ回路６に記憶され、メモ１回路６
の出力変化（記憶内容）を表示回路７にて表示する。リ
セット回路８はメモリ回路６の状態を変化前の状態に復
帰させるために使用される。

このように本発明は微分回路１を用いて入力電圧よりイ
ンパルス電圧Ｅ１を取り出し、その電圧を比較回路５を
用いて基準電圧Ｅｓと比較し、−瞬の比較回路出力の変
化をメモリ回路６にて記憶し、そのメモリ回路の状ａを
表示回路７にて表示することをその骨子としている。１
１セット回路８と電源９とは本発明においては補助的な
ものである。

第１図の回路を用いると、表示回路７の表示が変化すべ
く入力されたインパルス電圧Ｅ１については、ＢＥｉ、
＞Ｅｓであり、表示回路７の表示が変化しない場合には
、ＡＥｉ≦Ｅｓであるから、例えば基準電圧１１Ｇｓを
変化させ、Ｋｓ、の場合１表示が変化せず、Ｅｓ、とし
たとき表示が変化したとすれば。

ＥＥｓ、≧ｉＥ：Ｌ）Ｅｓ、・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）と
なり、インパルス電圧Ｅ１の存在する電圧区間を知り得
る。基準電圧を固定とし、分圧比８ｔ−可変としても、
同様にＥｌの電圧区間を知り得ることは言うまでもない
。

このように本発明によれば、アナログ的記憶手段である
ところの、演算増幅器を用いたピークホールド回路とア
ナログ−デジタル変換器の組合せによる回路を用いるこ
となく、極めて容易にインパルス電圧の範囲を知り得る
。

本発明の具体的実施例のうち、最も簡単なものを第３図
に示す。第３図において、入力点１１と基準点１２との
間に測定対象回路（線路）が接続される。その対象電圧
中のインパルス電圧はコンデンサー３と抵抗器１４より
なる微分回路　１により微分され、その振幅はほとんど
変らずにパルス成分のみ抵抗器１４０両端に取り出され
る。このインパルス電圧Ｅ１は、必要に応じ抵抗器１４
１゜１４２にて示す分圧回路により分圧されて、つぎの
電圧比較回路５の１万に印加される。ここで、微分回路
１に仕分圧器を必要に応じ使用するとしたのは、一般に
、電子回路にて使用する信号電圧よりインパルス電圧の
方が大きい場合が多いからである。

電圧比較回路５に入力された信号ＢＥＥｉは電圧比較器
５１により電圧発生回路４中の比較用基準電圧Ｅｓとそ
の電圧（振幅）を比較され、この回路では、ＢＫｉ＞Ｅ
Ｅｓの場合、電圧比較器５１の出カポＯＮ（論理レベル
１１１）となり１次段の記に 憶回路６を動作させ、ＲＥｉ≦Ｅｓの場合は、電圧比較
器５１の出力は０ＦＦ（論理レベル１ｏ１）を保つ。

記憶回路６はＤタイプフリップ７０ツブ（以下Ｄ−ＦＦ
という）回路６１により構成され、信号入力端子りは常
時論理レベル＠１１偶に接続され、６１ ている。記憶回路入力信号６２はＤ−ＦＦ回路鯰のクロ
ック入力信号端子Ｃに接続されており、この信号がＯＮ
になると、Ｄ−Ｊ’Ｆ回路６１の出力頁６５がローレベ
ル（論理レベルＩ　ｏ　Ｉ　）となり、ここに接続され
ている表示回路７中の発光ダイオード７１が点灯する。

Ｄ　−Ｆ’　Ｆ回路６１にはリセット信号端子６４があ
り、この端子に接続されている抵抗器８１とはねかえり
式スイッチ８２より構成されるリセット回路８により、
Ｄ−ＦＦ回路６１はインパルス計測前にあらかじめリセ
ットされる。リセットされた状態ではＤ−ＦＦ回路６１
の出力頁６３はＯＮの状態にあるので発光ダイオード７
１は消灯の状態にある。この回路の主要アクティブ素子
は電圧比較器１個とＤ−ＦＦ回路１個であり、＆めて低
電力で動作可能である。

上記実施例では、記憶回路入力信号６２をＤ−ＦＦ回路
梓のクロック入力信号端子Ｃに接続されているが、これ
には次の利点がある。通常この櫨のＦＦ’回路のクロッ
ク入力端子には第４図（３）に示されるような１定周期
ｔのクロックパルスＣＰが印加され、信号入力端子Ｄｖ
ｃはＦ’Ｆ内に記憶すべき入力信号が印加される。そし
て、クロックパルスＣＰが入力されたタイミングでの端
子りに印加されている入力信号がＦＦ内に記憶され、同
時に出力端子Ｑにその記憶内容が出力される（端子互か
らは端子Ｑの信号の反転信号が出力される）。

今仮に、インパルス電圧Ｅ１とクロックパルスＣＰの発
生タイミングが第４図の状態とする。同図（１Ｘ３）を
みるとインパルス電圧−ＲＥｉが基準電圧ＥＳｔ−越え
るタイミングではクロックパルスｃｐＩ５：発生してい
ない。従って実際には基準電圧を越えるインパルス電圧
が発生しているにもかかわらず。

Ｄ−ＦＦ回路にはその旨を記憶することができないこと
になる。本実施例では前記のように構成されているので
、比較回路５の出力信号（記憶回路の入力信号６２）が
クロックパルスの役目をしてト シリ、インパルス電圧ＲＥｉが基準電圧を越えた（比較
回路から論理レベル＠１″信号が発生した）タイミング
で入力端子りの信号を記憶し、同時に出力端予電に低レ
ベル（論理レベル１０１）信号を発生する。従って、イ
ンパルス電圧が基準電圧を越えるタイミングに係わりな
く、正確に即座にインパルス電圧のレベルを表示するこ
とができ。

信頼性を損うことがない。

また、上記比較回路を介さずに直接クロック入力端子Ｃ
にインパＩレス等の雑音が入力されたときも、この旨を
表示することができる。

第３図に示す回路は、インパルス電圧Ｅ１を電圧Ｅｓ／
！！　と、１点のみについて行なうものであるが、イン
パルス電圧Ｅｉが、繰り返し入力される場合には、例え
ばＫＳを順次変えて行き、その都度表示回路の出力を見
るなどの方法を採用することにより、インパルス電圧の
振幅を知ることができる。

第５図に本発明の他の実施例を示す。この図は第３図に
示す回路の電圧比較器とＤ−ＦＦ回路とを複数個Ｃ本例
でｌｄ４個）設けたもので、電圧比較器の比較用基準電
圧−８ｓはそれぞれ違えてあり、ここでは１ｇｓ、　−
ｇ、　、　ＥＥＳ、〜２Ｅ、　、　ＥＳ、　−３Ｅ、　
、　Ｅｓ、−４Ｅ、となるように与えている。これらの
基準電圧は、実際には電圧比較器入力抵抗より充分低い
抵抗器群による分圧回路により供給可能である。

第５図に示す回路は、上述の説明から明かなよ（２）発
光ダイオード７１１のみ点灯で発光ダイオード７１２〜
７１４不点灯ならｂｅ＜甘Ｅｉ≦２Ｅ、、 （３）発光ダイオード７１１，７１２点灯で発光ダイオ
ルドア１３．フ１４不点灯なら２Ｅ、＜歇Ｅ１≦３Ｅ、
、 （４）発行ダイオード７１１〜７１３点灯でに 発行ダイオード７１４不点灯なら３１Ｄ、（ＪＥｉ≦４
Ｅ。

（５）全部の発行ダイオード点灯ならａ　Ｅ、　（曾Ｅ
ｊ：と、インパルス電圧Ｅ１の範囲を５区分することが
できる。これから判るように、一般に電圧比較器とＤ−
ＦＦ回路との組合せをＮ個使用すれば、インパルス電圧
の値′ｔ−Ｎ千１区分の詳しさで知ることが可能である
。この実施例では、ある表示回路が駆動されたとき、そ
れ以丁の電圧で駆動されるべき表示回路が全て駆動され
るので、インパルス電圧を表示器（発光ダイオード）で
直線状に表示することができ、見易くなる。なお、第５
図ではリセット回路の図示を略しである。

最近の集積回路製作技術によれば、極めて低電力で動作
する高集積の電圧比較器とＤ−ＦＦ回路を入手すること
ができるので、上述のＮを実用的な４白星１６程度とす
る回路を作成しても、その回路はトランジスタラジオ用
程度の電池で動作させることが可能である。

第６図は本発明に使用される微分回路に使用される分圧
回路にブＩＪツジ整流回路１４３を組み込み、インパル
ス電圧の計測を、正負両極性電圧に対し、可能としたも
のである。第３図および第５図に述べた実施例では正極
性のインパルス電圧のみしか計測できず、実際にはイン
パルス［圧は正負いずれの極性で発生するか不明であり
、また計測値の極性も問題としないことが多いので、こ
の第６図に示すブリッジ回路付の分圧回路を持つ微分回
路は極めて実用的であると言える。

前記実施例は、急激な立上りを持つインパルス電圧を測
定することを目的としたものであるが、第７図に示すよ
うに、微分回路を構成するコンデンサ１３を通さずに対
象電圧を抵抗器１４に印加する端子１５をも併設すると
、一般の直流、交流電圧のピーク値や、極めて緩慢に変
化し微分回路にて検出不可能なサージ電圧ピーク値をも
測定できる機能をも併せ持つことになる。なお、第８図
に示すように入力端子１６を１個のみ設け、切換スイッ
チ１７により、対象電圧を抵抗器１４に直接印加、ある
いはコンデンサ１３を通じて印加のいずれかを選択でき
るようにしてもこの機能は変らない。この場合被測定線
路のバイアス電圧が高い場合、コンデンサ１３ｔ−介し
た方が安全である。

以上の実施例では記憶回路としてＤ−ＦＦ回路を用いた
ものを示したが、この記憶回路Ｄ−ＦＦ回路に限る必要
はなく、例えば第９図および第１０図に示すようにＮ　
Ａ　Ｄゲート１０１〜１０４やＮ６Ｒゲ一ト９１〜９４
′ｆｔ組合せたラッチ回路を用いても本発明の王旨は失
なわれない。第９図は第５図と同じく電圧比較器出力の
正方向の立上りを記憶する記憶回路を含む例であ６．ｇ
ｔｏ図￥ｉｇｓ図とは逆に電圧比較器出力の負方向への
変化を記憶する実施例である。すなわち、インパルス電
圧の入力端が第９図では比較器のマイナス入力端で第１
０図では比較器のプラス入力端となっている。

上記ラッチ回路の場合は、クロックパルスを用いないた
め、比較回路の出力信号の発生タイミングで記憶回路に
記憶されるため、比較器の出力を正確に記憶できる。

第１１図にＤ−ＦＦを記憶回路として用いたときの具体
的な回路図を示す。これは測定電圧を８段階のレベルに
分けて表示し得るように構成したものであり、スイッチ
Ｓ、によって抵抗１４２の半分を短絡することによって
最大５２０ＤＶまで測定できる。Ｃ，−Ｃ，＝　０．０
２２μＦ　、　Ｒ，〜Ｒ，＝Ｉ　ＫΩ。

Ｒ１５代、−４，７にΩに設定されており、比較器５１
〜５８、インバータＮＩＮＮ、およびＤ−ＦＦ６１〜６
８はＩＣで構成される。発光ダイオードつ、８〜Ｄ８．
はアレー状に構成されたものを用いている。

入力回路１内の微分回路を構成するコンデンサ１３は１
０００ＰＦ、抵抗１４１は１００にΩ、抵抗１４２は２
０旧に設定されている。Ｒｏは基準電圧調整用の可変抵
抗である。

上記構成において、比較器５１〜５８はインパルス電圧
をそれのマイナス端子に印加されているが、各比較器の
出力を対応するインバータＮｌ〜Ｎ、によって反転して
いるので、記憶回路は比較回路５の出力の正方向への変
化を記憶することになる。゛また、０２１〜０２８は予
備のためであり必ずしも取付ける必要はない。スイッチ
Ｓ、が投入されると電源用ＩＣ１７８０５から電力が供
給される。次いでスイッチＳ５を押すと記憶回路はリセ
ット状態に設定され、インパルス電圧が測定可能となる
。この測定結果によりインパルス電圧が電子装置を誤動
作させる値である場合には、電子装置の設置に際し、設
置場所を変えるとかノイズフィルタ等を新たに設置る等
の対策が必要となる―第１２図に第２の具体回路例を示
す。第１１図と同一部分には同一符号を付して示す。こ
の例は第９図・１ｓ１０図示すと同様にラッチ回路を記
憶回路として用いたものである。久方回路１には保護用
のツェナーダイオードＺＤが挿入される。記憶回路９１
〜９８（工Ｃ）のエネーブル端子Ｅには電源のプラス側
が印加され、またＳ端子にはリセット入力信号が印加さ
れ、Ｒ入力端に比較回路の出力信号が印加されるように
構成されている。

各実施例のように構成された測定装置は単体として、他
の電子装置の保守点検時に携帯してインパルス電圧の有
無を調べることができる。また。

この測定装置は小形かつ安価に形成できるので。

他の電子装置（例えばシーケンスコントロー′ｙ）に組
込むことができる。この場合、毎日定期的にあるいは、
電子装置の周囲の環境（他の電機の動作状況からみて最
もインパルス電圧の発生し易い時期に臨時に測定するこ
とｄ？でき、電子装置の動作信頼性を向上させることが
できる。

郷土の説明から明らかなように本発明によれば、任意の
線路あるいは回路中に含まれるインパルス電圧の概略ｆ
ｉ１１ｒ簡単な手段により極めて容易に計測することが
できるので１強電回路と共に弱電回路を設置するに際し
、適切な対策を対てることができ、その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例のブロック構成図、第２図は本発明の概
略を示すブロック構成図、第３図は第２図を具体的に示
す第１実施例のブロック線図、第４図は第３図番部の信
号波形図、第５図は同じく第２実施例のブロック線図、
第６図は久方回路の変形例を示す回路図、第７図は同じ
く他の変形例を示す回路図、第８図は第７図の変形例を
示す回路図、第９図はｆＪｇ３実施例の回路構成図、第
１０図は第４実施例の回路構成図、第１１図は実際の回
路例を示す＃！５実施例の回路構成図、第１２図は同じ
く第６実施例の回路構成図である。 １：入力回路、４：基準電圧測定回路、５：比較回路、
６：記憶回路、７：表示回路、Ｄロクロックパルス印加
端子、１３，１４：微分回路、１Ｚ：切換回路％１４６
：電流回路。 図面の浄書（内容に変更なし） 第　１　図 ）＄　２図 沸　３　図 浄５図 第６図 第７凹 第９　図 亮ＩＱ　　口 手続補正書（方式） ・１１件の表示 昭和５７年特許願第　ｊ３８２５　　号発明の名称 インパルス電圧測定装置 抽１１：、をする者゛ ”　５１　Ｑ印、式会月　１１　　立　製　作　折代　
表　ｎ　　　　′、［１勝　　茂 代　　　理　　　人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔ　外部信号を受けてこの信号を降圧処理する゛入力回
   路、基準電圧を発生する基準電圧発生回路。 上記入力回路からの出力信号と上記基準電圧とを比較す
   る比較回路、上記比較回路の出力信号を受けて比較結果
   を記憶する記憶回路、上記記憶回路の出力に基づいてそ
   の記憶内容を表示する表示回路を備え、上記比較回路の
   出力信号がこの出力信号の発生タイミングで上記記憶回
   路に記憶されてなるインパルス電圧測定装置。 ２、上記基準電圧発生回路は複数種の電圧を発生するよ
   うに構成され、上記比較回路は複数の基準電圧にそれぞ
   れ設定された複数個からなり、上記記憶回路は各比較器
   の出力を記憶すべく各比較器に対応して複数個配置され
   てなる特許請求の範囲第１項記載のインパルス電圧測定
   装置。 １　上記記憶回路はクロックパルスの印加タイミングで
   記憶する記憶素子からなり、上記比較回路の出力信号−
   ｌに、上記記憶回路のクロックパルス印加端子に供給さ
   れるように出力巌を接続してなる特許請求の範囲第１項
   、または第２項記載のインパルス電圧測定装置。 ４、上記入力回路は微分回路を含み、外部信号の交流成
   分のみ上記比較器に供給するように構成されてなる特許
   請求の範囲第１項、または第２項または第６項記載のイ
   ンパルス電圧測定装置。 ５、上記入力回路は、外部信号の直流成分と交流成分の
   いづれか一方を取込む切換スイッチを有してなる特許請
   求の範囲第１項、または第２項または第６項、または第
   ４項記載のインパルス電圧測定装置。 ＆　上記入力回路は外部信号を整流する整流回路を有し
   てなる特許請求の範囲第１項、または第２