JP2009216618A

JP2009216618A - インピーダンス測定装置

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Publication number: JP2009216618A
Application number: JP2008062074A
Authority: JP
Inventors: Ken Imaizumi; 憲今泉
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2028-03-12
Also published as: JP5037392B2

Abstract

【課題】ノイズの影響を軽減し得るインピーダンス測定装置を提供する。
【解決手段】測定対象回路５に検査用交流電圧Ｖｘを注入する電圧注入部５１と、検査用交流電圧Ｖｘの注入に起因して測定対象回路５に流れる交流電流Ｉｘを測定する電流測定部５２と、注入された検査用交流電圧Ｖｘおよび測定された交流電流Ｉｘに基づいて測定対象回路５の抵抗値Ｒｘを算出する処理部４６とを備えた抵抗測定装置１であって、電圧注入部５１は、周波数ｆ１，ｆ２の検査用交流電圧Ｖｘを測定対象回路５に注入可能に構成され、処理部４６は、検査用交流電圧Ｖｘの周波数ｆ１，ｆ２毎に抵抗値Ｒｘ１，Ｒｘ２を算出し、算出した抵抗値Ｒｘ１，Ｒｘ２のうちの最大の抵抗値（大きい方）を測定対象回路５の抵抗値Ｒｘとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象回路のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置に関するものである。

この種のインピーダンス測定装置として、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回路と、周波数選択回路の出力を表示する表示手段を具備し、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。
特公平２−７０３１号公報（第１−４頁、第２図）

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、この抵抗測定装置では、第１周波数の電流と弁別し得る１つの第２周波数の電流を測定回路網に注入している。しかしながら、この抵抗測定装置には、測定回路網に流れる電流に第２周波数と同じ周波数のノイズが重畳したときには、ノイズの影響を受けて、測定回路網に接続された抵抗素子の値を正確に測定できないという問題点が存在している。

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、ノイズの影響を軽減し得るインピーダンス測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載のインピーダンス測定装置は、測定対象回路に検査用交流電圧を注入する電圧注入部と、前記検査用交流電圧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測定する電流測定部と、前記注入された検査用交流電圧および前記測定された交流電流に基づいて前記測定対象回路のインピーダンスを算出する処理部とを備えたインピーダンス測定装置であって、前記電圧注入部は、周波数の異なる複数の前記検査用交流電圧を前記測定対象回路に注入可能に構成され、前記処理部は、前記検査用交流電圧の前記周波数毎に前記インピーダンスを算出し、当該算出した複数のインピーダンスのうちの最大のインピーダンスを前記測定対象回路のインピーダンスとする。

また、請求項２記載のインピーダンス測定装置は、請求項１記載のインピーダンス測定装置において、前記電流測定部は、前記検査用交流電圧と同一周波数の検波信号を用いた同期検波によって前記交流電流を測定する。

また、請求項３記載のインピーダンス測定装置は、請求項１または２記載のインピーダンス測定装置において、前記処理部は、前記検査用交流電圧の前記周波数毎に前記インピーダンスを複数算出して平均し、当該複数の平均値のうちの最大の平均値を前記測定対象回路のインピーダンスとする。

請求項１記載のインピーダンス測定装置では、周波数の異なる複数の検査用交流電圧を測定対象回路に注入可能に電圧注入部が構成され、処理部が、検査用交流電圧の周波数毎に測定対象回路のインピーダンスを算出し、算出したインピーダンスのうちの最大のインピーダンスを測定対象回路のインピーダンスとして測定する。したがって、この抵抗測定装置によれば、ノイズ（ノイズ電流）が測定対象回路に流れているときであっても、ノイズの影響のより少ない周波数の検査用交流電圧を測定対象回路に注入したときに算出されたインピーダンスを測定対象回路の最終的なインピーダンスとして測定することで、ノイズの影響を軽減することができる結果、インピーダンスの測定精度を十分に向上させることができる。

また、請求項２記載のインピーダンス測定装置によれば、電流測定部が検査用交流電圧と同一周波数の検波信号を用いた同期検波によって交流電流を測定することにより、交流電流の周波数が変更されたときであっても、交流電流を確実に検出することができる。

また、請求項３記載のインピーダンス測定装置によれば、処理部が、検査用交流電圧の周波数毎に測定対象回路のインピーダンスの抵抗の算出に際して、周波数毎にインピーダンスを複数回算出して平均し、複数の平均値（各周波数の平均値）のうちの最大の平均値を測定対象回路のインピーダンスとすることにより、Ａ／Ｄ変換やＤ／Ａ変換などで生じる測定誤差などの影響についても軽減することができる結果、インピーダンスの測定精度をさらに向上させることができる。

以下、本発明に係るインピーダンス測定装置の最良の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、本発明に係るインピーダンス測定装置の一例である抵抗測定装置１の構成について、図面を参照して説明する。

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のインピーダンス（本例では一例として抵抗（ループ抵抗）の抵抗値Ｒｘ）を測定可能に構成されている。

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（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。

装置本体部４は、図１に示すように、Ｄ／Ａ変換部４１、電力増幅部４２、電流検出部４３、検波部４４、Ａ／Ｄ変換部４５、処理部４６および出力部４７を備えている。この場合、Ｄ／Ａ変換部４１、電力増幅部４２および注入クランプ部１１によって本発明における電圧注入部５１が構成され、検出クランプ部２１、電流検出部４３、検波部４４およびＡ／Ｄ変換部４５によって本発明における電流測定部５２が構成される。

Ｄ／Ａ変換部４１は、処理部４６から出力された交流波形データＤｖを所定の変換レートで交流電圧Ｖａに変換して出力する。電力増幅部４２は、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振幅の交流電圧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を介して測定対象回路５に検査用交流電圧Ｖｘが注入される。この場合、測定対象回路５に注入される検査用交流電圧Ｖｘは、本例では配線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、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Ｉ１（＝Ｉｘ／Ｎ２）を出力する。電流検出部４３は、検出電流Ｉ１を交流電圧Ｖｂに変換して出力する。検波部４４は、処理部４６から出力される検波信号Ｓｄ（交流電圧Ｖａに同期したクロック信号）を用いて交流電圧Ｖｂを同期検波して、交流電圧Ｖａと周波数が同一の交流電圧Ｖｃを出力し、Ａ／Ｄ変換部４５が、この交流電圧Ｖｃ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。したがって、Ａ／Ｄ変換部４５から出力される電流データＤｉは、検出電流Ｉ１を表すデータとなる。

処理部４６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、インピーダンス測定処理（本例では抵抗測定処理）を実行する。出力部４７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。

次に、抵抗測定装置１による抵抗測定処理１００について、図２を参照して説明する。

この抵抗測定処理１００では、処理部４６は、まず、周波数ｆ１の検査用交流電圧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４６は、周波数ｆ１の交流電圧Ｖａを生成させるための交流波形データＤｖの電圧注入部５１への出力を開始する。これにより、電圧注入部５１では、Ｄ／Ａ変換部４１が、この交流波形データＤｖを交流電圧（アナログ信号）Ｖａに変換して出力し、電力増幅部４２が、この交流電圧Ｖａを交流電圧Ｖ１に増幅して注入クランプ部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に検査用交流電圧Ｖｘ（周波数ｆ１）が注入される。このため、測定対象回路５には、検査用交流電圧Ｖｘの注入に起因して、周波数ｆ１の交流電流Ｉｘが流れる。また、処理部４６は、交流波形データＤｖの出力開始と同時に、周波数がｆ１に規定された検波信号Ｓｄの検波部４４への出力も開始する。

この周波数ｆ１の検査用交流電圧Ｖｘが測定対象回路５へ注入されている状態において、電流測定部５２は、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５２では、検出クランプ部２１が、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から検出電流Ｉ１を出力し、電流検出部４３が、この検出電流Ｉ１を交流電圧Ｖｂに変換して出力する。また、検波部４４が、検波信号Ｓｄを用いて交流電圧Ｖｂを同期検波して、交流電圧Ｖａと同一の周波数成分（周波数ｆ１の成分）で構成される交流電圧Ｖｃを出力し（つまり、周波数ｆ１の成分を通過させるフィルタとして機能し）、Ａ／Ｄ変換部４５が、この交流電圧Ｖｃ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４６に出力する。

次いで、処理部４６は、周波数がｆ１のときの測定対象回路５の抵抗値Ｒｘ１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４６は、交流電圧Ｖ１の振幅および第１巻線１３のターン数（Ｎ１）に基づいて検査用交流電圧Ｖｘを算出すると共に、電流データＤｉで特定される検出電流Ｉ１および第２巻線２３のターン数（Ｎ２）に基づいて交流電流Ｉｘを算出する。また、処理部４６は、算出した検査用交流電圧Ｖｘと交流電流Ｉｘとに基づいて、交流電圧Ｖｘの周波数がｆ１のときの測定対象回路５の抵抗値Ｒｘ１を算出すると共に、算出した抵抗値Ｒｘ１を周波数ｆ１に対応させてメモリに記憶する。この抵抗値Ｒｘ１の算出に際して、処理部４６は、抵抗値Ｒｘ１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Ｒｘ１とする。

続いて、処理部４６は、周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２の検査用交流電圧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１０３）。具体的には、この注入処理において、処理部４６は、周波数ｆ２の交流電圧Ｖａを生成させるための交流波形データＤｖのＤ／Ａ変換部４１への出力を開始する。これにより、電圧注入部５１は、周波数がｆ１のときと同様にして、測定対象回路５に検査用交流電圧Ｖｘ（周波数ｆ２）を注入する。このため、測定対象回路５には、検査用交流電圧Ｖｘの注入に起因して、周波数ｆ２の交流電流Ｉｘが流れる。また、処理部４６は、交流波形データＤｖの出力開始と同時に、周波数がｆ２に規定された検波信号Ｓｄの出力も開始する。

この周波数ｆ２の検査用交流電圧Ｖｘが測定対象回路５に注入されている状態において、電流測定部５２は、周波数がｆ１のときと同様にして、測定対象回路５に流れる交流電流Ｉｘ（周波数ｆ２）を検出すると共に、電流データＤｉを生成して処理部４６に出力する。

続いて、処理部４６は、周波数がｆ２のときの測定対象回路５の抵抗値Ｒｘ２を算出する算出処理を実行する（ステップ１０４）。具体的には、この算出処理において、処理部４６は、交流電圧Ｖ１の振幅および第１巻線１３のターン数（Ｎ１）に基づいて検査用交流電圧Ｖｘを算出すると共に、電流データＤｉで特定される検出電流Ｉ１および第２巻線２３のターン数（Ｎ２）に基づいて交流電流Ｉｘを算出する。また、処理部４６は、算出した検査用交流電圧Ｖｘと交流電流Ｉｘとに基づいて、交流電圧Ｖｘの周波数がｆ２のときの測定対象回路５の抵抗値Ｒｘ２を算出すると共に、算出した抵抗値Ｒｘ２を周波数ｆ２に対応させてメモリに記憶する。この抵抗値Ｒｘ２の算出に際しても、処理部４６は、抵抗値Ｒｘ２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Ｒｘ２とする。

次いで、処理部４６は、抵抗値Ｒｘの特定処理を実行する（ステップ１０５）。この特定処理では、処理部４６は、メモリに記憶されている各周波数ｆ１，ｆ２のときの抵抗値Ｒｘ１，Ｒｘ２を読み出すと共に両抵抗値Ｒｘ１，Ｒｘ２の値を比較して、値の大きな方（最大の抵抗値）を測定対象回路５の最終的な抵抗値Ｒｘであると特定してメモりに記憶する。この場合、周波数ｆ１，ｆ２のうちの一方の周波数と同じ周波数のノイズ（ノイズ電流）が測定対象回路５に流れているときには、このノイズに起因して、この一方の周波数の検査用交流電圧Ｖｘを印加したときに測定される抵抗値Ｒｘの測定精度が大きく低下する。しかしながら、この一方の周波数の検査用交流電圧Ｖｘを印加したときに算出（測定）される抵抗値Ｒｘは、他方の周波数（ノイズ成分の周波数とは異なる周波数）の検査用交流電圧Ｖｘを印加したときに算出（測定）される抵抗値Ｒｘよりも必ず小さい値として算出される。これは、ノイズが重畳している分だけ、検出クランプ部２１から出力される検出電流Ｉ１が大きくなり、この結果、測定対象回路５の抵抗値Ｒｘが実際の値よりも小さい値として算出されるからである。したがって、値の大きな抵抗値Ｒｘを測定対象回路５の抵抗値Ｒｘであると特定することにより、ノイズの影響のより少ない周波数のときの抵抗値Ｒｘを測定対象回路５の抵抗値Ｒｘとして特定することができる。最後に、処理部４６は、特定した抵抗値Ｒｘを出力部４７に出力させる（ステップ１０６）。これにより、抵抗測定処理が完了する。

このように、この抵抗測定装置１では、異なる周波数ｆ１，ｆ２の検査用交流電圧Ｖｘを測定対象回路５に注入可能に電圧注入部５１が構成され、処理部４６が、周波数ｆ１，ｆ２毎に測定対象回路５の抵抗値Ｒｘ１，Ｒｘ２を算出し、算出した抵抗値Ｒｘ１，Ｒｘ２のうちの大きい方を測定対象回路５の最終的な抵抗値Ｒｘとして測定する。したがって、この抵抗測定装置１によれば、ノイズ（ノイズ電流）が測定対象回路５に流れているときであっても、ノイズの影響のより少ない周波数の検査用交流電圧Ｖｘを測定対象回路５に注入したときに算出された抵抗値Ｒｘ（Ｒｘ１，Ｒｘ２の一方）を測定対象回路５の最終的な抵抗値Ｒｘとして測定することで、ノイズの影響を軽減することができる結果、抵抗値Ｒｘの測定精度を十分に向上させることができる。

また、この抵抗測定装置１によれば、検波部４４が検査用交流電圧Ｖｘと同一周波数の検波信号Ｓｄを用いた同期検波によって交流電流Ｉｘを示す交流電圧Ｖｃを検出（測定）することにより、交流電流Ｉｘの周波数が変更されたときであっても、交流電流Ｉｘを示す交流電圧Ｖｃを確実に検出することができる。

また、この抵抗測定装置１によれば、各周波数ｆ１，ｆ２での測定対象回路５の抵抗値Ｒｘ１，Ｒｘ２の抵抗の算出に際して、周波数ｆ１，ｆ２毎に抵抗値Ｒｘを複数回算出して平均して算出することにより、Ａ／Ｄ変換やＤ／Ａ変換などで生じる測定誤差などの影響についても軽減することができる結果、抵抗値Ｒｘの測定精度をさらに向上させることができる。

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、検査用交流電圧Ｖｘの周波数ｆ１，ｆ２毎に抵抗値Ｒｘ１，Ｒｘ２を複数算出して平均し、その複数の平均値のうちの最大の平均値を測定対象回路５の抵抗値Ｒｘとしているが、周波数ｆ１，ｆ２毎に抵抗値Ｒｘ１，Ｒｘ２を１回算出して、その抵抗値Ｒｘ１，Ｒｘ２の大きい方を測定対象回路５の抵抗値Ｒｘとすることもできる。また、互いに周波数の異なる３種類以上の検査用交流電圧Ｖｘを測定対象回路５に注入すると共に、各周波数での抵抗値Ｒｘを測定してそれらのうちの最大のものを最終的な測定対象回路５の抵抗値Ｒｘとして測定する構成を採用することもできる。この構成によれば、測定対象回路５に流れているノイズの周波数と検査用交流電圧Ｖｘの周波数とを異ならせる確率を高めることができるため、ノイズの影響をさらに軽減することができる結果、抵抗値Ｒｘの測定精度を一層向上させることができる。また、インピーダンス測定処理の一例として抵抗測定処理を実行する例を挙げて説明したが、測定対象回路５のインピーダンスを測定する構成においても本発明を適用できるのは勿論である。

抵抗測定装置１の構成を示す構成図である。抵抗測定装置１による抵抗測定処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１抵抗測定装置
５測定対象回路
４４検波部
４６処理部
５１電圧注入部
５２電流測定部
Ｉｘ交流電流
Ｒｘ抵抗
Ｖｘ検査用交流電圧

Claims

測定対象回路に検査用交流電圧を注入する電圧注入部と、前記検査用交流電圧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測定する電流測定部と、前記注入された検査用交流電圧および前記測定された交流電流に基づいて前記測定対象回路のインピーダンスを算出する処理部とを備えたインピーダンス測定装置であって、
前記電圧注入部は、周波数の異なる複数の前記検査用交流電圧を前記測定対象回路に注入可能に構成され、
前記処理部は、前記検査用交流電圧の前記周波数毎に前記インピーダンスを算出し、当該算出した複数のインピーダンスのうちの最大のインピーダンスを前記測定対象回路のインピーダンスとするインピーダンス測定装置。
前記電流測定部は、前記検査用交流電圧と同一周波数の検波信号を用いた同期検波によって前記交流電流を測定する請求項１記載のインピーダンス測定装置。
前記処理部は、前記検査用交流電圧の前記周波数毎に前記インピーダンスを複数算出して平均し、当該複数の平均値のうちの最大の平均値を前記測定対象回路のインピーダンスとする請求項１または２記載のインピーダンス測定装置。