JP7328583B2 - 対地電圧測定における測定個人差補正システム - Google Patents
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Description
本発明は、対地電圧測定における測定個人差補正システムに関する。
通信機器、精密機器などの装置は、通常、ケーブルで接続されている。それ故、所定の装置で発生した電磁ノイズがケーブルを伝搬し、当該電磁ノイズが接続先の装置に侵入して通信断や通信速度低下などが発生する場合がある。例えば、電気自動車の急速充電器で発生した電磁ノイズがＡＤＳＬ通信用のケーブルに混入し、通信が途切れる事例が発生している。
電磁ノイズは電気信号の一種であり、目で見ることができない。そのため、電磁ノイズの起因であることが疑われる通信トラブルが発生した際には、保守担当者がオシロスコープなどの測定器を用いて電磁ノイズを測定する保守業務を実施する。その際、電磁ノイズが大地をリターンパスとするループを形成することが多いため、電磁ノイズの対地電圧を測定することが実施される。
対地電圧とは、ケーブルなどの導体と大地又は大地に繋がる導体との間の電圧のことを指す。一般的には、オシロスコープなどの測定器（以下、対地電圧測定装置）の接地を取り、その上で当該対地電圧測定装置のパッシブプローブや容量性電圧プローブ（非特許文献１参照）を測定対象のケーブルに接触又はクランプすることで、当該ケーブルを伝搬している電磁ノイズの対地電圧を測定する。また、対地電圧測定装置の接地を取ることが難しい場合は、接地を取らない状態で電磁ノイズの対地電圧を測定し、対地容量測定装置で測定した対地容量を用いて、接地を取らなかったことによる当該対地電圧の測定誤差を補正することで、正確な対地電圧を得る（非特許文献２参照）。
R. Kobayashi、外５名、"A Novel Non-contact Capacitive Probe for Common-Mode Voltage Measurement"、IEICE TRANS. COMMUN.、vol. E90-B、No. 6、2007年6月、p.1329-p.1337
荒井、外２名、"測定器の簡易的接地に向けた対地静電容量の見積もり手法の提案"、2019年電子情報通信学会総合大会、通信講演論文集1、B-4-44、2019年、p.264
対地電圧の測定作業を簡便にするため、例えば、対地電圧測定装置を片方の靴底内に設置し、対地容量測定装置をもう片方の靴底内に設置する態様が考えられる。当該態様の場合、保守担当者が測定対象のケーブルに触れるだけで、当該測定対象のケーブルを伝搬している電磁ノイズの対地電圧を測定できる。
このとき、対地電圧の測定作業が簡便になる反面、人体がプローブとして機能するので、ケーブルと人体との間の静電容量（Ｃｈ）、人体のインピーダンス（Ｚｈ）、人体と対地電圧測定装置との間の静電容量（Ｃｆ）など、人体を介在させたことに起因するデータ量が対地電圧の測定結果に影響している。このような場合、通常、当該データ量に対応する一般的な一の標準値を予め見積もっておき、対地容量を用いて対地電圧を補正することに加えて、当該標準値を用いて対地電圧を更に補正する処理が実施される。
しかし、上記標準値は、Ｃｈ，Ｚｈ，Ｃｆに関する保守担当者の個人差が考慮されていない。また、非特許文献２は、対地電圧を補正するために必要となる、対地容量を見積もる方法を開示するに留まる。そのため、個人差を無視した電磁ノイズの対地電圧しか測定できないという課題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電磁ノイズの対地電圧を測定する際にプローブとして機能する人体の個人差に関する測定誤差を補正可能な技術を提供することである。
本発明の一態様の対地電圧測定における測定個人差補正システムは、導体であるケーブルと、床上に設置された導体である床パネルと、前記ケーブルと前記床パネルとの間に接続され、信号を出力する発振回路と、離間配置された上部電極と下部電極とを備え、前記上部電極と前記下部電極との間の電圧を測定する対地電圧測定装置と、前記対地電圧測定装置と通信する演算装置と、を備え、前記演算装置は、ユーザが、前記対地電圧測定装置が靴底内に設置された靴を履き、前記床パネルの上に立つことで前記下部電極が前記床パネルに直接接続し、前記ケーブルに接触したときに、前記発振回路から出力された信号の電圧と、前記対地電圧測定装置で測定された前記上部電極と前記下部電極との間の電圧と、を用いて、前記ユーザと前記ケーブルとの間の静電容量と、前記ユーザのインピーダンスと、前記ユーザと前記上部電極との間の静電容量と、の合成インピーダンスを算出する。
本発明の一態様の対地電圧測定における測定個人差補正システムは、導体であるケーブルと、床上に設置された対大地面電極と、前記ケーブルと前記対大地面電極との間に接続され、信号を出力する発振回路と、離間配置された上部電極と下部電極とを備え、前記上部電極と前記下部電極との間の電圧を測定する対地電圧測定装置と、対地容量を測定する対地容量測定装置と、前記対地電圧測定装置及び前記対地容量測定装置と通信する演算装置と、を備え、前記演算装置は、ユーザが、前記対地電圧測定装置が片方の靴底内に設置され、前記対地容量測定装置がもう片方の靴底内に設置された靴を履き、前記ケーブルに接触したときに、前記発振回路から出力された信号の電圧と、前記対地電圧測定装置で測定された前記上部電極と前記下部電極との間の電圧と、前記対地容量測定装置で測定された対地容量と、を用いて、前記ユーザと前記ケーブルとの間の静電容量と、前記ユーザのインピーダンスと、前記ユーザと前記上部電極との間の静電容量と、の合成インピーダンスを算出する。
本発明によれば、電磁ノイズの対地電圧を測定する際にプローブとして機能する人体の個人差に関する測定誤差を補正可能な技術を提供できる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付し説明を省略する。
本発明は、保守担当者が対地電圧測定装置の接地作業を意識することなく、ケーブルを伝搬している電磁ノイズの対地電圧を測定する技術に関する発明である。特に、人体をプローブとして用いる対地電圧測定技術において、人体の個人差に関する測定誤差を補正する技術に関する発明である。
［対地電圧測定システムの構成］
図１は、本発明が想定する対地電圧測定システムの構成及び測定イメージを示す図である。２つの装置Ａ１，Ａ２が被覆付きケーブルＷで接続されており、一方の装置Ａ１から他方の装置Ａ２へ電磁ノイズが伝搬していると仮定する。このとき、保守担当者ＵがケーブルＷに触れると、一対の靴底内にそれぞれ設置された対地電圧測定装置１０及び対地容量測定装置２０を用いて電磁ノイズの対地電圧を測定することができる。
図１は、本発明が想定する対地電圧測定システムの構成及び測定イメージを示す図である。２つの装置Ａ１，Ａ２が被覆付きケーブルＷで接続されており、一方の装置Ａ１から他方の装置Ａ２へ電磁ノイズが伝搬していると仮定する。このとき、保守担当者ＵがケーブルＷに触れると、一対の靴底内にそれぞれ設置された対地電圧測定装置１０及び対地容量測定装置２０を用いて電磁ノイズの対地電圧を測定することができる。
具体的には、保守担当者ＵがケーブルＷに触れる又はケーブルＷを掴むと、当該保守担当者Ｕや大地（地面や床面）を介した電気回路が形成される。対地電圧測定装置１０は、図２に例示するように、上部電極１１と、スペーサと、下部電極１２と、スペーサと、の４層構成を備えており、上部電極１１と下部電極１２との間に生じる電圧（正確には、上部電極１１と下部電極１２との間に接続された抵抗体に生じた電圧）を電圧測定回路１３で測定する仕組みを持つ。対地電圧測定装置１０が、上部電極１１と下部電極１２との間の電圧を測定することで、ケーブルＷを伝搬している電磁ノイズの対地電圧を測定することができる。
図１の等価回路を図３に示す。Ｃは、対地電圧測定装置１０の下部電極１２と大地又は大地に繋がる導体との間の静電容量（＝対地容量）である。Ｃｅは、対地電圧測定装置１０の上部電極１１と下部電極１２との間の静電容量である。Ｃｆは、保守担当者Ｕの足裏と対地電圧測定装置１０の上部電極１１との間の静電容量である。Ｚｈは、保守担当者Ｕのインピーダンスである。Ｃｈは、保守担当者Ｕの手と当該保守担当者Ｕの手が掴んでいるケーブルＷとの間の静電容量である。Ｚｎは、電磁ノイズの流れる電気回路パス中のインピーダンスである。Ｖｎは、測定したい電磁ノイズの対地電圧である。Ｖｍは、対地電圧測定装置１０の電圧測定回路１３で測定される電圧である。
対地電圧測定装置１０は、上記各静電容量（Ｃ，Ｃｅ，Ｃｆ，Ｃｈ）、インピーダンス（Ｚｈ，Ｚｎ）、電圧（Ｖｍ）を以下の式（１）に代入して計算することで、測定したい電磁ノイズの対地電圧（Ｖｎ）を求めることができる。但し、Ｚｎは、一般的に小さいため無視している。また、Ｚｍは、Ｃｈ，Ｚｈ，Ｃｆの合成インピーダンスである。
式（１）において、Ｃｅは、対地電圧測定装置１０の設計者により決定される既知のパラメータ値である。また、Ｃは、対地容量を測定する対地容量測定装置２０を用いて測定できる（非特許文献２参照）。
ここで、対地容量測定装置２０について説明する。対地容量測定装置２０は、図４に示すように、上部電極２１と、２枚組の第１下部電極２２及び第２下部電極２３と、電極間に挿入するスペーサと、発振回路２４と、抵抗体２５と、電圧測定回路２６と、で構成される。第１下部電極２２及び第２下部電極２３は、共に、基準電位となる大地に向かい合うように設置される。
このとき、発振回路２４の出力電圧Ｖと、発振回路２４の出力抵抗Ｒｏｕｔと、抵抗体２５の抵抗Ｒと、上部電極２１と第１下部電極２２との間の静電容量Ｃ４と、上部電極２１と第２下部電極２３との間の静電容量Ｃ５とは、対地容量測定装置２０の設計者により決定される既知のパラメータ値である。また、第１下部電極２２と大地との間の静電容量Ｃ１と、上部電極２１と大地との間の静電容量Ｃ２と、第２下部電極２３と大地との間の静電容量Ｃ３とは、１つの変数で表現可能な値として設計できる。また、対地容量測定装置２０が大地と近づくとＣ１～Ｃ３が増加し、発振回路２４から信号を出力した際に抵抗体２５に生じる電圧が増加する。
そこで、Ｃ１～Ｃ３が１つの変数で表現できることを利用し、抵抗体２５に生じる電圧からキルヒホッフの法則を用いることでＣ１～Ｃ３を見積もることができる。これにより、対地容量測定装置２０は、対地容量を測定することができる。尚、対地容量測定装置２０は、もう片方の靴底内ではなく、据え置き型の装置として設置されていてもよい。また、対地容量測定装置２０は、対地容量を測定可能であれば、図４に示した構成以外の構成でもよい。
式（１）の説明に戻る。式（１）においてＣｅ及びＣは定義可能な値である。一方、Ｚｍは、Ｃｈ，Ｚｈ，Ｃｆの合成インピーダンスであり、個人によって異なる値である。それ故、従来は予め定めた一般的な一の標準値を用いることしかできず、保守担当者Ｕの個人差を考慮できていなかった。
そこで、本発明は、保守担当者ＵであるユーザＵ毎にＣｈ，Ｚｈ，Ｃｆの合成インピーダンス（Ｚｍ）を予め測定しておき、対地電圧の測定時には測定を行う保守担当者ＵのＺｍを式（１）に代入してＶｎを求めることで、保守担当者Ｕの個人差に関する測定誤差の補正を可能にする。
以下、本発明に関する２つの実施形態を説明する。第１実施形態では、据え置き型の測定個人差補正システムを説明する。第２実施形態では、可搬型の測定個人差補正システムを説明する。
［第１実施形態］
［第１実施形態に係る測定個人差補正システムの構成］
図５は、第１実施形態に係る測定個人差補正システムの構成及び測定イメージを示す図である。当該測定個人差補正システムは、把持用ケーブル３０と、床パネル４０と、高さ調整台５０と、発振回路６０と、対地電圧測定装置１０と、演算装置７０と、で構成される。第１実施形態では、対地電圧測定装置１０の下部電極１２が床パネル４０に直接接続する構成をとるため、対地容量を用いる必要がないことから、対地容量測定装置２０は使用しない。
［第１実施形態に係る測定個人差補正システムの構成］
図５は、第１実施形態に係る測定個人差補正システムの構成及び測定イメージを示す図である。当該測定個人差補正システムは、把持用ケーブル３０と、床パネル４０と、高さ調整台５０と、発振回路６０と、対地電圧測定装置１０と、演算装置７０と、で構成される。第１実施形態では、対地電圧測定装置１０の下部電極１２が床パネル４０に直接接続する構成をとるため、対地容量を用いる必要がないことから、対地容量測定装置２０は使用しない。
把持用ケーブル３０は、ユーザＵが把持する導体ケーブルである。
床パネル４０は、床上に設置された導体パネルである。
高さ調整台５０は、床上に設置され、床パネル４０よりも高い高さを有し、床パネル４０と導通し、把持用ケーブル３０及び発振回路６０の高さを調整するための導体台座である。
発振回路６０は、把持用ケーブル３０と高さ調整台５０との間に接続され、所定周波数の信号を出力する回路である。発振回路６０は、図６に示すように、抵抗体６１と発振器６２とを直列接続した構成を持つ。
対地電圧測定装置１０は、図２に示したように、離間配置された上部電極１１と下部電極１２とを備え、上部電極１１と下部電極１２との間の電圧を電圧測定回路１３で測定し、測定した測定電圧を有線又は無線で演算装置７０へ送信する装置である。対地電圧測定装置１０は、ユーザＵの片方の靴底内に設置される。
また、対地電圧測定装置１０は、演算装置７０において算出された各ユーザＵの合成インピーダンス（Ｚｍ）を記憶しておき、保守担当者（＝所定ユーザ）Ｕが測定対象のケーブルＷを伝搬する電磁ノイズの対地電圧を測定する場合、当該保守担当者ＵのＺｍを用いて、当該測定の時に測定された上部電極１１と下部電極１２との間の電圧（Ｖｍ）を変更することにより、電磁ノイズの対地電圧（Ｖｎ）を算出する装置である。
演算装置７０は、対地電圧測定装置１０と通信を行う装置である。また、演算装置７０は、ユーザＵが、対地電圧測定装置１０が靴底内に設置された靴を履き、床パネル４０の上に立つことで下部電極１２が床パネル４０に直接接続し、把持用ケーブル３０に接触したときに、発振回路６０から出力された信号の電圧（Ｖ）と、対地電圧測定装置１０で測定された上部電極１１と下部電極１２との間の電圧（Ｖｍ）と、を用いて、ユーザＵの手と把持用ケーブル３０との間の静電容量（Ｃｈ）と、ユーザＵのインピーダンス（Ｚｈ）と、ユーザＵの足裏と上部電極１１との間の静電容量（Ｃｆ）と、の合成インピーダンス（Ｚｍ）を算出する装置である。
［第１実施形態で行う合成インピーダンスの算出方法］
ユーザＵは、靴状に実装された対地電圧測定装置１０を装着した状態で床パネル４０の上に立ち、把持用ケーブル３０を掴む。このとき、床パネル４０は、高さ調整台５０と導通状態である。把持用ケーブル３０の一方は、発振回路６０の出力側に接続され、把持用ケーブル３０の他方は、どこにも導通させない開放状態である。発振回路６０のグラウンド側は、高さ調整台５０に接続されている。ユーザＵが装着している対地電圧測定装置１０の下部電極１２は、床パネル４０に物理的に直接接続されている。尚、床パネル４０及び高さ調整台５０は、導体製（例えば、アルミニウム製）である。
ユーザＵは、靴状に実装された対地電圧測定装置１０を装着した状態で床パネル４０の上に立ち、把持用ケーブル３０を掴む。このとき、床パネル４０は、高さ調整台５０と導通状態である。把持用ケーブル３０の一方は、発振回路６０の出力側に接続され、把持用ケーブル３０の他方は、どこにも導通させない開放状態である。発振回路６０のグラウンド側は、高さ調整台５０に接続されている。ユーザＵが装着している対地電圧測定装置１０の下部電極１２は、床パネル４０に物理的に直接接続されている。尚、床パネル４０及び高さ調整台５０は、導体製（例えば、アルミニウム製）である。
この状態を表現した等価回路を図７に示す。対地電圧測定装置１０で測定される上部電極１１と下部電極１２との間の電圧（Ｖｍ）は、以下の式（２）のように表現できる。
Ｚｍは、ユーザＵの手と把持用ケーブル３０との間の静電容量（Ｃｈ）と、ユーザＵのインピーダンス（Ｚｈ）と、ユーザＵの足裏と上部電極１１との間の静電容量（Ｃｆ）と、の合成インピーダンスである。Ｖは、発振回路６０の発振器６２の出力電圧である。Ｒは、発振回路６０の抵抗体６１の出力抵抗値である。Ｃｅは、対地電圧測定装置１０の上部電極１１と下部電極１２との間の静電容量である。式（２）で表現された各変数の関係性を利用することで、Ｚｍは以下の式（３）のように求めることができる。
式（３）を計算するために演算装置７０を用いる。演算装置７０は、発振回路６０と対地電圧測定装置１０とに有線又は無線で通信可能に接続されており、発振回路６０から出力された信号の出力電圧（Ｖ）と、対地電圧測定装置１０で測定された測定電圧（Ｖｍ）と、を用いて、式（３）の計算を行う。また、演算装置７０は、発振回路６０での発振周波数をスイープすることで単一周波数での合成インピーダンス（Ｚｍ）だけでなく、合成インピーダンスの周波数特性を測定する。
その後、演算装置７０は、測定結果である各ユーザの合成インピーダンス（Ｚｍ）の周波数特性データを対地電圧測定装置１０へ送信する。対地電圧測定装置１０は、各ユーザＵのＺｍをユーザＩＤに関連付けて記憶しておき、図１に示した対地電圧測定システムにおいて、保守担当者ＵがケーブルＷを伝搬する電磁ノイズの対地電圧を測定する際に、当該保守担当者ＵのＺｍを式（１）に代入して電磁ノイズの対地電圧（Ｖｎ）を求めることで、人体の個人差に関する測定誤差の補正を可能とする。
以下、合成インピーダンス（Ｚｍ）の測定動作の流れを説明する。図８は、第１実施形態に係る測定個人差補正システムの処理フローを示す図である。当該処理フローの処理はユーザ毎に実施される。
ステップＳ１０１；
まず、発振回路６０は、１つ目の周波数の信号を出力する。
まず、発振回路６０は、１つ目の周波数の信号を出力する。
ステップＳ１０２；
次に、演算装置７０は、発振回路６０から出力された信号の出力電圧（Ｖ）と、対地電圧測定装置１０で測定された測定電圧（Ｖｍ）と、を式（３）に代入するとともに、規定値である、対地電圧測定装置１０の上部電極１１と下部電極１２との間の静電容量（Ｃｅ）と、発振回路６０の抵抗体６１の出力抵抗値（Ｒ）と、を式（３）に代入して、ユーザＵの手と把持用ケーブル３０との間の静電容量（Ｃｈ）と、ユーザＵのインピーダンス（Ｚｈ）と、ユーザＵの足裏と上部電極１１との間の静電容量（Ｃｆ）と、の合成インピーダンス（Ｚｍ）を計算する。
次に、演算装置７０は、発振回路６０から出力された信号の出力電圧（Ｖ）と、対地電圧測定装置１０で測定された測定電圧（Ｖｍ）と、を式（３）に代入するとともに、規定値である、対地電圧測定装置１０の上部電極１１と下部電極１２との間の静電容量（Ｃｅ）と、発振回路６０の抵抗体６１の出力抵抗値（Ｒ）と、を式（３）に代入して、ユーザＵの手と把持用ケーブル３０との間の静電容量（Ｃｈ）と、ユーザＵのインピーダンス（Ｚｈ）と、ユーザＵの足裏と上部電極１１との間の静電容量（Ｃｆ）と、の合成インピーダンス（Ｚｍ）を計算する。
ステップＳ１０３；
次に、演算装置７０は、予め定めた複数の周波数の中で未測定の周波数があるか否かを判定する。未測定の周波数がある場合、ステップＳ１０４へ進む。未測定の周波数がない場合、ステップＳ１０６へ進む。
次に、演算装置７０は、予め定めた複数の周波数の中で未測定の周波数があるか否かを判定する。未測定の周波数がある場合、ステップＳ１０４へ進む。未測定の周波数がない場合、ステップＳ１０６へ進む。
ステップＳ１０４；
未測定の周波数がある場合、演算装置７０は、次の周波数の信号を出力することを発振回路６０へ指示する。
未測定の周波数がある場合、演算装置７０は、次の周波数の信号を出力することを発振回路６０へ指示する。
ステップＳ１０５；
その後、発振回路６０は、演算装置７０からの信号出力の指示に基づき次の周波数の信号を出力してステップＳ１０２へ戻る。
その後、発振回路６０は、演算装置７０からの信号出力の指示に基づき次の周波数の信号を出力してステップＳ１０２へ戻る。
ステップＳ１０６；
未測定の周波数がない場合、演算装置７０は、測定した各周波数の合成インピーダンス（Ｚｍ）を対地電圧測定装置１０へ送信して処理を終了する。
未測定の周波数がない場合、演算装置７０は、測定した各周波数の合成インピーダンス（Ｚｍ）を対地電圧測定装置１０へ送信して処理を終了する。
その後、対地電圧測定装置１０は、演算装置７０から送信された各ユーザの合成インピーダンス（Ｚｍ）の周波数特性をユーザＵのＩＤに関連付けて記憶しておく。対地電圧測定装置１０は、保守担当者Ｕが電磁ノイズの対地電圧を測定する場合、当該保守担当者Ｕの合成インピーダンス（Ｚｍ）を式（１）に代入し、当該測定の時に測定された上部電極１１と下部電極１２との間の測定電圧（Ｖｍ）を変更することにより、人体の個人差に関する測定誤差が補正された電磁ノイズの対地電圧（Ｖｎ）を求める。
［第１実施形態の変形例］
ここまで、高さ調整台５０を用いる場合を例に説明したが、把持用ケーブル３０及び発振回路６０の高さを調整する必要がない場合、図９に示すように、発振回路６０を床パネル４０に直接接続してもよい。
ここまで、高さ調整台５０を用いる場合を例に説明したが、把持用ケーブル３０及び発振回路６０の高さを調整する必要がない場合、図９に示すように、発振回路６０を床パネル４０に直接接続してもよい。
［第１実施形態の効果］
第１実施形態によれば、導体である把持用ケーブル３０と、床上に設置された導体である床パネル４０と、床上に設置され、床パネル４０よりも高い高さを有し、床パネル４０と導通し、導体である高さ調整台５０と、把持用ケーブル３０と高さ調整台５０との間に接続され、所定周波数の信号を出力する発振回路６０と、離間配置された上部電極１１と下部電極１２とを備え、上部電極１１と下部電極１２との間の電圧を測定する対地電圧測定装置１０と、対地電圧測定装置１０と通信する演算装置７０と、を備え、演算装置７０は、ユーザＵが、対地電圧測定装置１０が靴底内に設置された靴を履き、床パネル４０の上に立つことで下部電極１２が床パネル４０に物理的に直接接続し、把持用ケーブル３０に接触したときに、発振回路６０から出力された信号の電圧（Ｖ）と、対地電圧測定装置１０で測定された上部電極１１と下部電極１２との間の電圧（Ｖｍ）と、を用いて、ユーザＵの手と把持用ケーブル３０との間の静電容量（Ｃｈ）と、ユーザＵのインピーダンス（Ｚｈ）と、ユーザＵの足裏と上部電極１１との間の静電容量（Ｃｆ）と、の合成インピーダンス（Ｚｍ）を算出するので、電磁ノイズの対地電圧を測定する際にプローブとして機能する人体の個人差に関する測定誤差を補正可能な技術を提供できる。これにより、電磁ノイズの対地電圧をより精度よく測定できる。
第１実施形態によれば、導体である把持用ケーブル３０と、床上に設置された導体である床パネル４０と、床上に設置され、床パネル４０よりも高い高さを有し、床パネル４０と導通し、導体である高さ調整台５０と、把持用ケーブル３０と高さ調整台５０との間に接続され、所定周波数の信号を出力する発振回路６０と、離間配置された上部電極１１と下部電極１２とを備え、上部電極１１と下部電極１２との間の電圧を測定する対地電圧測定装置１０と、対地電圧測定装置１０と通信する演算装置７０と、を備え、演算装置７０は、ユーザＵが、対地電圧測定装置１０が靴底内に設置された靴を履き、床パネル４０の上に立つことで下部電極１２が床パネル４０に物理的に直接接続し、把持用ケーブル３０に接触したときに、発振回路６０から出力された信号の電圧（Ｖ）と、対地電圧測定装置１０で測定された上部電極１１と下部電極１２との間の電圧（Ｖｍ）と、を用いて、ユーザＵの手と把持用ケーブル３０との間の静電容量（Ｃｈ）と、ユーザＵのインピーダンス（Ｚｈ）と、ユーザＵの足裏と上部電極１１との間の静電容量（Ｃｆ）と、の合成インピーダンス（Ｚｍ）を算出するので、電磁ノイズの対地電圧を測定する際にプローブとして機能する人体の個人差に関する測定誤差を補正可能な技術を提供できる。これにより、電磁ノイズの対地電圧をより精度よく測定できる。
［第２実施形態］
第２実施形態では、第１実施形態では据え置き型だった測定個人差補正システムを可搬型とする。可搬型とする場合に最も大きな問題は、床パネル４０を使用できず、対地電圧測定装置１０の下部電極１２を床パネル４０に物理的に直接接続させる構成をとれないことにある。そこで、第２実施形態では、当該問題を、対地容量を測定する対地容量測定装置２０を用いて解決する。
第２実施形態では、第１実施形態では据え置き型だった測定個人差補正システムを可搬型とする。可搬型とする場合に最も大きな問題は、床パネル４０を使用できず、対地電圧測定装置１０の下部電極１２を床パネル４０に物理的に直接接続させる構成をとれないことにある。そこで、第２実施形態では、当該問題を、対地容量を測定する対地容量測定装置２０を用いて解決する。
［第２実施形態に係る測定個人差補正システムの構成］
図１０は、第２実施形態に係る測定個人差補正システムの構成及び測定イメージを示す図である。当該測定個人差補正システムは、把持用ケーブル３０と、発振回路６０と、台座８０と、机９０と、対大地面電極１００と、対地電圧測定装置１０と、対地容量測定装置２０と、演算装置７０と、で構成される。
図１０は、第２実施形態に係る測定個人差補正システムの構成及び測定イメージを示す図である。当該測定個人差補正システムは、把持用ケーブル３０と、発振回路６０と、台座８０と、机９０と、対大地面電極１００と、対地電圧測定装置１０と、対地容量測定装置２０と、演算装置７０と、で構成される。
把持用ケーブル３０は、ユーザＵが把持する導体ケーブルである。
発振回路６０は、把持用ケーブル３０と対大地面電極１００との間に接続され、所定周波数の信号を出力する回路である。発振回路６０は、図６に示したように、抵抗体６１と発振器６２とを直列接続した構成を持つ。
台座８０は、机９０の上に設置され、把持用ケーブル３０及び発振回路６０の高さを調整するための台座である。台座８０は、導体であってもよいし、不導体であってもよい。
机９０は、床上に設置され、把持用ケーブル３０及び発振回路６０の高さを調整するための机である。机９０は、導体であってもよいし、不導体であってもよい。
対大地面電極１００は、床上に設置された電極である。対大地面電極１００は、導体ケーブルにより発振回路６０に接続されている。台座８０及び机９０が導体である場合、対大地面電極１００を机９０に接続してもよい。
対地電圧測定装置１０は、図２に示したように、離間配置された上部電極１１と下部電極１２とを備え、上部電極１１と下部電極１２との間の電圧を電圧測定回路１３で測定し、測定した測定電圧を有線又は無線で演算装置７０へ送信する装置である。対地電圧測定装置１０は、ユーザＵの片方の靴底内に設置される。
また、対地電圧測定装置１０は、演算装置７０において算出された各ユーザＵの合成インピーダンス（Ｚｍ）を記憶しておき、保守担当者（＝所定ユーザ）Ｕが測定対象のケーブルＷを伝搬する電磁ノイズの対地電圧を測定する場合、当該保守担当者ＵのＺｍを用いて、当該測定の時に測定された上部電極１１と下部電極１２との間の電圧（Ｖｍ）を変更することにより、電磁ノイズの対地電圧（Ｖｎ）を算出する装置である。
対地容量測定装置２０は、図４に示したように、上部電極２１と、２枚組の第１下部電極２２及び第２下部電極２３と、電極間に挿入するスペーサと、発振回路２４と、抵抗体２５と、電圧測定回路２６と、を備え、第１下部電極２２と大地との間の静電容量Ｃ１と、上部電極２１と大地との間の静電容量Ｃ２と、第２下部電極２３と大地との間の静電容量Ｃ３と、の全静電容量に対応する一の対地容量を測定し、測定した対地容量を有線又は無線で演算装置７０へ送信する装置である。対地電圧測定装置１０は、ユーザＵのもう片方の靴底内に設置される。
演算装置７０は、対地電圧測定装置１０及び対地容量測定装置２０と通信を行う装置である。また、演算装置７０は、ユーザＵが、対地電圧測定装置１０が片方の靴底内に設置され、対地容量測定装置２０がもう片方の靴底内に設置された靴を履き、把持用ケーブル３０に接触したときに、発振回路６０から出力された信号の電圧（Ｖ）と、対地電圧測定装置１０で測定された上部電極１１と下部電極１２との間の電圧（Ｖｍ）と、対地容量測定装置２０で測定された対地容量と、を用いて、ユーザＵの手と把持用ケーブル３０との間の静電容量（Ｃｈ）と、ユーザＵのインピーダンス（Ｚｈ）と、ユーザＵの足裏と上部電極１１との間の静電容量（Ｃｆ）と、の合成インピーダンス（Ｚｍ）を算出する装置である。
［第２実施形態で行う合成インピーダンスの算出方法］
ユーザＵは、靴状に実装された対地電圧測定装置１０を装着した状態で把持用ケーブル３０を掴む。このとき、把持用ケーブル３０及び発振回路６０は、ユーザＵが掴みやすいように、適当な大きさの台座８０及び机９０の上に設置される。第２実施形態では、第１実施形態と同様に把持用ケーブル３０及び発振回路６０を用いるが、床パネル４０及び高さ調整台５０は用いない。また、第１実施形態では用いていなかった対大地面電極１００を発振回路６０のグラウンド側に接続する。また、机９０などの上に置けるよう台座８０を持つ。対大地面電極１００は、大地面に水平になるように設置される。
ユーザＵは、靴状に実装された対地電圧測定装置１０を装着した状態で把持用ケーブル３０を掴む。このとき、把持用ケーブル３０及び発振回路６０は、ユーザＵが掴みやすいように、適当な大きさの台座８０及び机９０の上に設置される。第２実施形態では、第１実施形態と同様に把持用ケーブル３０及び発振回路６０を用いるが、床パネル４０及び高さ調整台５０は用いない。また、第１実施形態では用いていなかった対大地面電極１００を発振回路６０のグラウンド側に接続する。また、机９０などの上に置けるよう台座８０を持つ。対大地面電極１００は、大地面に水平になるように設置される。
この状態を表現した等価回路を図１１に示す。対地電圧測定装置１０で測定される上部電極１１と下部電極１２との間の測定電圧（Ｖｍ）は、以下の式（４）のように表現できる。
Ｚｍは、ユーザＵの手と把持用ケーブル３０との間の静電容量（Ｃｈ）と、ユーザＵのインピーダンス（Ｚｈ）と、ユーザＵの足裏と上部電極１１との間の静電容量（Ｃｆ）と、の合成インピーダンスである。Ｖは、発振回路６０の発振器６２の出力電圧である。Ｒは、発振回路６０の抵抗体６１の出力抵抗値である。Ｃｅは、対地電圧測定装置１０の上部電極１１と下部電極１２との間の静電容量である。Ｃは、大地又は大地に繋がる導体と対地電圧測定装置１０の下部電極１２との間の静電容量（＝対地容量）である。Ｃａは、大地又は大地に繋がる導体と対大地面電極１００との間の静電容量（＝対地容量）である。Ｃ及びＣａは、対地容量測定装置２０を用いて測定可能である。式（４）で表現された各変数の関係性を利用することで、Ｚｍは以下の式（５）のように求めることができる。
式（５）を計算するために演算装置７０を利用する。演算装置７０は、発振回路６０と対地電圧測定装置１０と対地容量測定装置２０とに有線又は無線で通信可能に接続されており、発振回路から出力された信号の出力電圧（Ｖ）と、対地電圧測定装置１０で測定された測定電圧（Ｖｍ）と、対地容量測定装置２０で測定された対地容量（＝静電容量Ｃ及びＣａ）と、を用いて、式（５）の計算を行う。また、演算装置７０は、発振回路６０での発振周波数をスイープすることで単一周波数での合成インピーダンスだけでなく、合成インピーダンスの周波数特性を測定する。
その後、演算装置７０は、測定結果である各ユーザの合成インピーダンス（Ｚｍ）の周波数特性データを対地電圧測定装置１０へ送信する。対地電圧測定装置１０は、各ユーザＵのＺｍをユーザＩＤに関連付けて記憶しておき、図１に示した対地電圧測定システムにおいて、保守担当者ＵがケーブルＷを伝搬する電磁ノイズの対地電圧を測定する際に、当該保守担当者ＵのＺｍを式（１）に代入して電磁ノイズの対地電圧（Ｖｎ）を求めることで、人体の個人差に関する測定誤差の補正を可能とする。
以下、合成インピーダンス（Ｚｍ）の測定動作の流れを説明する。図１２は、第２実施形態に係る測定個人差補正システムの処理フローを示す図である。当該処理フローの処理はユーザ毎に実施される。
ステップＳ２０１；
まず、演算装置７０は、対地容量測定装置２０で測定された対地容量を受信し、当該対地容量を、大地又は大地に繋がる導体と対地電圧測定装置１０の下部電極１２との間の静電容量（Ｃ）とし、大地又は大地に繋がる導体と対大地面電極１００との間の静電容量（Ｃａ）とする。このとき、演算装置７０は、対地容量測定装置２０で測定された対地容量に対して所定値を乗算などして調整した値を静電容量（Ｃ及びＣａ）としてもよい。
まず、演算装置７０は、対地容量測定装置２０で測定された対地容量を受信し、当該対地容量を、大地又は大地に繋がる導体と対地電圧測定装置１０の下部電極１２との間の静電容量（Ｃ）とし、大地又は大地に繋がる導体と対大地面電極１００との間の静電容量（Ｃａ）とする。このとき、演算装置７０は、対地容量測定装置２０で測定された対地容量に対して所定値を乗算などして調整した値を静電容量（Ｃ及びＣａ）としてもよい。
ステップＳ２０２；
次に、発振回路６０は、１つ目の周波数の信号を出力する。
次に、発振回路６０は、１つ目の周波数の信号を出力する。
ステップＳ２０３；
次に、演算装置７０は、発振回路６０から出力された信号の出力電圧（Ｖ）と、対地電圧測定装置１０で測定された測定電圧（Ｖｍ）と、ステップＳ２０１で求めた静電容量（Ｃ及びＣａ）と、を式（５）に代入するとともに、規定値である、対地電圧測定装置１０の上部電極１１と下部電極１２との間の静電容量（Ｃｅ）と、発振回路６０の抵抗体６１の出力抵抗値（Ｒ）と、を式（５）に代入して、ユーザＵの手と把持用ケーブル３０との間の静電容量（Ｃｈ）と、ユーザＵのインピーダンス（Ｚｈ）と、ユーザＵの足裏と上部電極１１との間の静電容量（Ｃｆ）と、の合成インピーダンス（Ｚｍ）を計算する。
次に、演算装置７０は、発振回路６０から出力された信号の出力電圧（Ｖ）と、対地電圧測定装置１０で測定された測定電圧（Ｖｍ）と、ステップＳ２０１で求めた静電容量（Ｃ及びＣａ）と、を式（５）に代入するとともに、規定値である、対地電圧測定装置１０の上部電極１１と下部電極１２との間の静電容量（Ｃｅ）と、発振回路６０の抵抗体６１の出力抵抗値（Ｒ）と、を式（５）に代入して、ユーザＵの手と把持用ケーブル３０との間の静電容量（Ｃｈ）と、ユーザＵのインピーダンス（Ｚｈ）と、ユーザＵの足裏と上部電極１１との間の静電容量（Ｃｆ）と、の合成インピーダンス（Ｚｍ）を計算する。
ステップＳ２０４；
次に、演算装置７０は、予め定めた複数の周波数の中で未測定の周波数があるか否かを判定する。未測定の周波数がある場合、ステップＳ２０５へ進む。未測定の周波数がない場合、ステップＳ２０７へ進む。
次に、演算装置７０は、予め定めた複数の周波数の中で未測定の周波数があるか否かを判定する。未測定の周波数がある場合、ステップＳ２０５へ進む。未測定の周波数がない場合、ステップＳ２０７へ進む。
ステップＳ２０４；
未測定の周波数がある場合、演算装置７０は、次の周波数の信号を出力することを発振回路６０へ指示する。
未測定の周波数がある場合、演算装置７０は、次の周波数の信号を出力することを発振回路６０へ指示する。
ステップＳ２０６；
その後、発振回路６０は、演算装置７０からの信号出力の指示に基づき次の周波数の信号を出力してステップＳ２０３へ戻る。
その後、発振回路６０は、演算装置７０からの信号出力の指示に基づき次の周波数の信号を出力してステップＳ２０３へ戻る。
ステップＳ２０７；
未測定の周波数がない場合、演算装置７０は、測定した各周波数の合成インピーダンス（Ｚｍ）を対地電圧測定装置１０へ送信して処理を終了する。
未測定の周波数がない場合、演算装置７０は、測定した各周波数の合成インピーダンス（Ｚｍ）を対地電圧測定装置１０へ送信して処理を終了する。
その後、対地電圧測定装置１０は、演算装置７０から送信された各ユーザの合成インピーダンス（Ｚｍ）の周波数特性をユーザＵのＩＤに関連付けて記憶しておく。対地電圧測定装置１０は、保守担当者Ｕが電磁ノイズの対地電圧を測定する場合、当該保守担当者Ｕの合成インピーダンス（Ｚｍ）を式（１）に代入し、当該測定の時に測定された上部電極１１と下部電極１２との間の測定電圧（Ｖｍ）を変更することにより、人体の個人差に関する測定誤差が補正された電磁ノイズの対地電圧（Ｖｎ）を求める。
［第２実施形態の効果］
第２実施形態によれば、導体である把持用ケーブル３０と、床上に設置された対大地面電極１００と、把持用ケーブル３０と対大地面電極１００との間に接続され、信号を出力する発振回路６０と、離間配置された上部電極１１と下部電極１２とを備え、上部電極１１と下部電極１２との間の電圧を測定する対地電圧測定装置１０と、対地容量を測定する対地容量測定装置２０と、対地電圧測定装置１０及び対地容量測定装置２０と通信する演算装置７０と、を備え、演算装置７０は、ユーザＵが、対地電圧測定装置１０が片方の靴底内に設置され、対地容量測定装置２０がもう片方の靴底内に設置された靴を履き、把持用ケーブル３０に接触したときに、発振回路６０から出力された信号の電圧（Ｖ）と、対地電圧測定装置１０で測定された上部電極１１と下部電極１２との間の電圧（Ｖｍ）と、対地容量測定装置２０で測定された対地容量（＝Ｃ及びＣａ）と、を用いて、ユーザＵの手と把持用ケーブル３０との間の静電容量（Ｃｈ）と、ユーザＵのインピーダンス（Ｚｈ）と、ユーザＵの足裏と上部電極１１との間の静電容量（Ｃｆ）と、の合成インピーダンス（Ｚｍ）を算出するので、電磁ノイズの対地電圧を測定する際にプローブとして機能する人体の個人差に関する測定誤差を補正可能な技術を提供できる。これにより、電磁ノイズの対地電圧をより精度よく測定できる。
第２実施形態によれば、導体である把持用ケーブル３０と、床上に設置された対大地面電極１００と、把持用ケーブル３０と対大地面電極１００との間に接続され、信号を出力する発振回路６０と、離間配置された上部電極１１と下部電極１２とを備え、上部電極１１と下部電極１２との間の電圧を測定する対地電圧測定装置１０と、対地容量を測定する対地容量測定装置２０と、対地電圧測定装置１０及び対地容量測定装置２０と通信する演算装置７０と、を備え、演算装置７０は、ユーザＵが、対地電圧測定装置１０が片方の靴底内に設置され、対地容量測定装置２０がもう片方の靴底内に設置された靴を履き、把持用ケーブル３０に接触したときに、発振回路６０から出力された信号の電圧（Ｖ）と、対地電圧測定装置１０で測定された上部電極１１と下部電極１２との間の電圧（Ｖｍ）と、対地容量測定装置２０で測定された対地容量（＝Ｃ及びＣａ）と、を用いて、ユーザＵの手と把持用ケーブル３０との間の静電容量（Ｃｈ）と、ユーザＵのインピーダンス（Ｚｈ）と、ユーザＵの足裏と上部電極１１との間の静電容量（Ｃｆ）と、の合成インピーダンス（Ｚｍ）を算出するので、電磁ノイズの対地電圧を測定する際にプローブとして機能する人体の個人差に関する測定誤差を補正可能な技術を提供できる。これにより、電磁ノイズの対地電圧をより精度よく測定できる。
［その他］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
上記第１実施形態及び第２実施形態の演算装置７０には、例えば、図１３に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９０１と、メモリ９０２と、ストレージ９０３（HDD：Hard Disk Drive、SSD：Solid State Drive）と、通信装置９０４と、入力装置９０５と、出力装置９０６と、を備える汎用的なコンピュータシステムを用いて実現できる。メモリ９０２及びストレージ９０３は、記憶装置である。当該コンピュータシステムにおいて、ＣＰＵ９０１がメモリ９０２上にロードされた所定のプログラムを実行することにより、演算装置７０の各機能が実現される。
尚、演算装置７０は、１つのコンピュータで実装されてもよく、複数のコンピュータで実装されてもよい。また、演算装置７０は、コンピュータに実装される仮想マシンであってもよい。演算装置７０用のプログラムは、ＨＤＤ、ＳＳＤ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などのコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶することも、ネットワークを介して配信することもできる。
１０：対地電圧測定装置
１１：上部電極
１２：下部電極
１３：電圧測定回路
２０：対地容量測定装置
２１：上部電極
２２：第１下部電極
２３：第２下部電極
２４：発振回路
２５：抵抗体
２６：電圧測定回路
３０：把持用ケーブル
４０：床パネル
５０：高さ調整台
６０：発振回路
６１：抵抗体
６２：発振器
７０：演算装置
８０：台座
９０：机
１００：対大地面電極
９０１：ＣＰＵ
９０２：メモリ
９０３：ストレージ
９０４：通信装置
９０５：入力装置
９０６：出力装置
１１：上部電極
１２：下部電極
１３：電圧測定回路
２０：対地容量測定装置
２１：上部電極
２２：第１下部電極
２３：第２下部電極
２４：発振回路
２５：抵抗体
２６：電圧測定回路
３０：把持用ケーブル
４０：床パネル
５０：高さ調整台
６０：発振回路
６１：抵抗体
６２：発振器
７０：演算装置
８０：台座
９０：机
１００：対大地面電極
９０１：ＣＰＵ
９０２：メモリ
９０３：ストレージ
９０４：通信装置
９０５：入力装置
９０６：出力装置
Claims (4)
- 導体であるケーブルと、
床上に設置された導体である床パネルと、
前記ケーブルと前記床パネルとの間に接続され、信号を出力する発振回路と、
離間配置された上部電極と下部電極とを備え、前記上部電極と前記下部電極との間の電圧を測定する対地電圧測定装置と、
前記対地電圧測定装置と通信する演算装置と、を備え、
前記演算装置は、
ユーザが、前記対地電圧測定装置が靴底内に設置された靴を履き、前記床パネルの上に立つことで前記下部電極が前記床パネルに直接接続し、前記ケーブルに接触したときに、前記発振回路から出力された信号の電圧と、前記対地電圧測定装置で測定された前記上部電極と前記下部電極との間の電圧と、を用いて、前記ユーザと前記ケーブルとの間の静電容量と、前記ユーザのインピーダンスと、前記ユーザと前記上部電極との間の静電容量と、の合成インピーダンスを算出する対地電圧測定における測定個人差補正システム。 - 前記床上に設置され、前記床パネルよりも高い高さを有し、前記床パネルと導通し、導体である高さ調整台を更に備え、
前記発振回路は、
前記ケーブルと前記床パネルとの間に代えて、前記ケーブルと前記高さ調整台との間に接続されている請求項１に記載の対地電圧測定における測定個人差補正システム。 - 導体であるケーブルと、
床上に設置された対大地面電極と、
前記ケーブルと前記対大地面電極との間に接続され、信号を出力する発振回路と、
離間配置された上部電極と下部電極とを備え、前記上部電極と前記下部電極との間の電圧を測定する対地電圧測定装置と、
対地容量を測定する対地容量測定装置と、
前記対地電圧測定装置及び前記対地容量測定装置と通信する演算装置と、を備え、
前記演算装置は、
ユーザが、前記対地電圧測定装置が片方の靴底内に設置され、前記対地容量測定装置がもう片方の靴底内に設置された靴を履き、前記ケーブルに接触したときに、前記発振回路から出力された信号の電圧と、前記対地電圧測定装置で測定された前記上部電極と前記下部電極との間の電圧と、前記対地容量測定装置で測定された対地容量と、を用いて、前記ユーザと前記ケーブルとの間の静電容量と、前記ユーザのインピーダンスと、前記ユーザと前記上部電極との間の静電容量と、の合成インピーダンスを算出する対地電圧測定における測定個人差補正システム。 - 前記対地電圧測定装置は、
各ユーザの前記合成インピーダンスを記憶しておき、所定ユーザが測定対象のケーブルを伝搬する電磁ノイズの対地電圧を測定する場合、当該所定ユーザの合成インピーダンスを用いて、当該測定の時に測定された前記上部電極と前記下部電極との間の電圧を変更することにより、前記電磁ノイズの対地電圧を算出する請求項１乃至３のいずれかに記載の対地電圧測定における測定個人差補正システム。
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