(57)【要約】【課題】簡素な構成でコモンモード電圧を正確に測定する。【解決手段】実施形態に係るコモンモード電圧測定装置は、被覆されたケーブルに接触可能な導体に対し取着される測定用電極と、前記ケーブルに生じるコモンモード電圧を測定する測定回路と、前記測定用電極と前記測定回路との間に直列に接続され、前記測定用電極と前記導体との間に生じる寄生容量成分を補償する補償回路とを有する。【選択図】図１
2020030165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆されたケーブルに接触可能な導体に対し取着される測定用電極と、
前記ケーブルに生じるコモンモード電圧を測定する測定回路と、
前記測定用電極と前記測定回路との間に直列に接続され、前記測定用電極と前記導体との間に生じる寄生容量成分を補償する補償回路と、
を備えるコモンモード電圧測定装置。
【請求項２】
前記導体を金属製の棒状部材により構成した、
請求項１に記載のコモンモード電圧測定装置。
【請求項３】
前記導体を人体により構成した、
請求項１に記載のコモンモード電圧測定装置。
【請求項４】
前記補償回路を、前記寄生容量成分に対応する負の容量成分を生じさせる負性インピーダンス変換回路により構成した、
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のコモンモード電圧測定装置。
【請求項５】
前記補償回路を、前記寄生容量成分との直列共振により前記寄生容量成分を補償する、インダクタンスが可変であるインダクタにより構成した、
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のコモンモード電圧測定装置。
【請求項６】
被覆されたケーブルに接触可能な金属製の棒状部材に対し取着される測定用電極と、前記ケーブルに生じるコモンモード電圧を測定する測定回路と、前記測定用電極と前記測定回路との間に直列に接続され、前記測定用電極と前記棒状部材との間に生じる寄生容量成分を補償する補償回路とを有するコモンモード電圧測定装置が行なうコモンモード電圧測定方法であって、
前記棒状部材が電気的に接地されない状態で、前記棒状部材に前記測定用電極が取り付けられて、前記棒状部材が前記ケーブルの被覆に接触された状態で、前記測定回路により前記コモンモード電圧を測定する、
コモンモード電圧測定方法。
【請求項７】
被覆されたケーブルに接触可能な人体に対し取着される測定用電極と、前記ケーブルに生じるコモンモード電圧を測定する測定回路と、前記測定用電極と前記測定回路との間に直列に接続され、前記測定用電極と前記人体との間に生じる寄生容量成分を補償する補償回路とを有するコモンモード電圧測定装置が行なうコモンモード電圧測定方法であって、
前記人体が電気的に接地されない状態で、前記人体に前記測定用電極が取り付けられて、前記人体が前記ケーブルの被覆に接触された状態で、前記測定回路により前記コモンモード電圧を測定する、
コモンモード電圧測定方法。
【請求項８】
前記補償回路を、前記寄生容量成分との直列共振により前記寄生容量成分を補償する、インダクタンスが可変であるインダクタにより構成し、
周波数が設定されて前記インダクタのインダクタンスが複数種類のインダクタンスの各々に設定された条件で、前記測定回路により前記コモンモード電圧を測定し、各々の条件で測定された前記コモンモード電圧のうち最も大きい測定値を、前記周波数における前記コモンモード電圧の測定値として決定する、
請求項６又は請求項７に記載のコモンモード電圧測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、コモンモード電圧測定装置およびコモンモード電圧測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信装置又は電源装置といった電子機器同士を接続する電源ケーブルや通信ケーブル等のケーブルと大地との間に生じるコモンモードの電磁妨害波が、ケーブルを伝搬して電子機器に侵入し、故障を生じさせる事象がある。
【０００３】
例えば、被害装置が通信装置である場合には、通信速度低下又は通信断といった故障が発生する。故障の理由が電磁妨害波かどうかを切り分けるため、また、故障の原因を探るためには、電磁妨害波のコモンモード電圧を測定することが必要である。
【０００４】
コモンモード電圧を測定するコモンモード電圧測定装置は、可搬性及び故障現場内での取り回しの容易性などの観点から、装置自身が小型かつ軽量であることが望ましい。また、測定対象となる電子機器の動作に影響を与えないようにするため、電子機器に接続されるケーブルの被覆上からコモンモード電圧を測定できることが望ましい。
【０００５】
以下で説明する、従来のコモンモード電圧測定装置は、電磁妨害波のコモンモード電圧を二重構造の電極である容量性電圧プローブを用いて測定するものである（例えば非特許文献１参照）。  
図１５は、従来のコモンモード電圧測定装置の一例を説明する図である。  
図１５に示すように、従来のコモンモード電圧測定装置は、二重の電極を用いた容量性電圧プローブ１０１と、測定回路１０２とを備える。容量性電圧プローブ１０１の電極は、円筒形の内部電極１０１ａと、同じく円筒形の外部電極１０１ｂとによって構成される。
【０００６】
内部電極１０１ａは、スポンジゴム製の固定具を介してケーブル１０５を覆うようにして設置される。外部電極１０１ｂは、ポリテトラフルオロエチレン製のスペーサを介して内部電極１０１ａを覆うようにして設置され、電気的に接地される。
【０００７】
測定回路１０２は、一端が電気配線等の導体を介して内部電極１０１ａに電気的に接続され、他端が電気的に接地される。測定回路１０２は、静電容量成分（以下、容量成分と称することがある）Ｃｐ、抵抗Ｒｐおよび電圧計が並列に接続されて構成される。
【０００８】
図１６は、従来のコモンモード測定装置の等価回路の一例を示す図である。  
電磁妨害波のコモンモード電圧をＶ、ケーブル１０５と内部電極１０１ａの間の容量成分をＣ、内部電極１０１ａと外部電極１０１ｂとの間の容量成分をＣｓとすると、電圧計に示される交流電圧Ｖｐは、１＜＜ωＲｐ（Ｃ＋Ｃｓ＋Ｃｐ）の周波数範囲において、以下の式（１）のように表すことができる。
【０００９】
【数１】
2020030165.tif 000003
【００１０】
ここで、ωは測定対象であるコモンモード電圧Ｖの角周波数を表す。すなわち、図１６に示すように、電圧計が、内部電極１０１ａとケーブル１０５との間の容量成分Ｃと、内部電極１０１ａと外部電極１０１ｂとの間の容量成分Ｃｓと測定回路１０２との合成インピーダンスによって分圧された電圧を測定することで、コモンモード電圧を間接的に測定することができる。なお、電圧計は、交流電圧計又はオシロスコープなど、交流電圧の大きさを測定できる計測器であればよい。
【００１１】
図１５に示すコモンモード電圧測定装置は、ケーブル１０５の被覆上からコモンモード電圧を測定することができるため、動作中の電子機器に繋がる通信ケーブルのコモンモード電圧を、当該電子機器の動作に影響を与えることなく測定することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】R. Kobayashi, Y. Hiroshima, H. Ito, H. Furuya, M. Hattori, and Y. Tada, “A Novel Non-contact Capacitive Probe for Common-Mode Voltage Measurement”, IEICE TRANS. COMMUN., vol. E90-B, No. 6, 2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
低コスト化の観点から、コモンモード電圧測定装置はより簡素な構成であることが望ましい。しかし、上述した従来のコモンモード電圧測定装置は、ケーブルの被覆上からコモンモード電圧を測定できるメリットがある一方で、二重の電極を用いた特別な形状の容量性電圧プローブが必要であった。
【００１４】
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、簡素な構成でコモンモード電圧を測定することができるようにしたコモンモード電圧測定装置およびコモンモード電圧測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、この発明の一実施形態に係るコモンモード電圧測定装置の第１の態様は、コモンモード電圧測定装置が、被覆されたケーブルに接触可能な導体に対し取着される測定用電極と、前記ケーブルに生じるコモンモード電圧を測定する測定回路と、前記測定用電極と前記測定回路との間に直列に接続され、前記測定用電極と前記導体との間に生じる寄生容量成分を補償する補償回路とを備えるようにしたものである。
【００１６】
この発明のコモンモード電圧測定装置の第２の態様は、第１の態様において、前記導体を金属製の棒状部材により構成したものである。
【００１７】
この発明のコモンモード電圧測定装置の第３の態様は、第１の態様において、前記導体を人体により構成したものである。
【００１８】
この発明のコモンモード電圧測定装置の第４の態様は、第１乃至第３の態様のいずれか１つにおいて、前記補償回路を、前記寄生容量成分に対応する負の容量成分を生じさせる負性インピーダンス変換回路により構成したものである。
【００１９】
この発明のコモンモード電圧測定装置の第５の態様は、第１乃至第３の態様のいずれか１つにおいて、前記補償回路を、前記寄生容量成分との直列共振により前記寄生容量成分を補償する、インダクタンスが可変であるインダクタにより構成したものである。
【００２０】
本発明の一実施形態に係る、コモンモード電圧測定装置が行なうコモンモード電圧測定方法の第１の態様は、被覆されたケーブルに接触可能な金属製の棒状部材に対し取着される測定用電極と、前記ケーブルに生じるコモンモード電圧を測定する測定回路と、前記測定用電極と前記測定回路との間に直列に接続され、前記測定用電極と前記棒状部材との間に生じる寄生容量成分を補償する補償回路とを有するコモンモード電圧測定装置が行なうコモンモード電圧測定方法であって、前記棒状部材が電気的に接地されない状態で、前記棒状部材に前記測定用電極が取り付けられて、前記棒状部材が前記ケーブルの被覆に接触された状態で、前記測定回路により前記コモンモード電圧を測定する、ようにしたものである。
【００２１】
この発明のコモンモード電圧測定方法の第２の態様は、被覆されたケーブルに接触可能な人体に対し取着される測定用電極と、前記ケーブルに生じるコモンモード電圧を測定する測定回路と、前記測定用電極と前記測定回路との間に直列に接続され、前記測定用電極と前記人体との間に生じる寄生容量成分を補償する補償回路とを有するコモンモード電圧測定装置が行なうコモンモード電圧測定方法であって、前記人体が電気的に接地されない状態で、前記人体に前記測定用電極が取り付けられて、前記人体が前記ケーブルの被覆に接触された状態で、前記測定回路により前記コモンモード電圧を測定する、ようにしたものである。
【００２２】
この発明のコモンモード電圧測定方法の第３の態様は、第１又第２の態様において、前記補償回路を、前記寄生容量成分との直列共振により前記寄生容量成分を補償する、インダクタンスが可変であるインダクタにより構成し、周波数が設定されて前記インダクタのインダクタンスが複数種類のインダクタンスの各々に設定された条件で、前記測定回路により前記コモンモード電圧を測定し、各々の条件で測定された前記コモンモード電圧のうち最も大きい測定値を、前記周波数における前記コモンモード電圧の測定値として決定する、ようにしたものである。
【発明の効果】
【００２３】
この発明の一実施形態に係るコモンモード電圧測定装置の第１乃至第３の態様によれば、測定用電極と測定回路との間に直列に、測定用電極と導体との間に生じる寄生容量成分を補償する補償回路を接続したので、二重構造の電極である容量性電圧プローブなどを用いる必要がなくなるため、簡素な構成により電磁妨害波のコモンモード電圧を正確に測定でき、コモンモード電圧測定装置を小型化、軽量化できる。
【００２４】
この発明の一実施形態に係るコモンモード電圧測定装置の第４の態様によれば、補償回路を、寄生容量成分に対応する負の容量成分を生じさせる負性インピーダンス変換回路により構成したので、比較的低い周波数領域であってもコモンモード電圧測定装置の高い受信感度を得ることができる。
【００２５】
この発明の一実施形態に係るコモンモード電圧測定装置の第５の態様によれば、補償回路を、寄生容量成分との直列共振により当該寄生容量成分を補償する、インダクタンスが可変であるインダクタにより構成したので、ある特定の周波数において、不要な寄生容量成分を補償することができる。
【００２６】
すなわち、本発明によれば、簡素な構成でコモンモード電圧を正確に測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るコモンモード電圧測定装置の構成例を説明する図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るコモンモード電圧測定装置によるコモンモード電圧測定の手順の一例を説明する図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るコモンモード電圧測定装置の構成例を説明する図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るコモンモード電圧測定装置によるコモンモード電圧測定の手順の一例を説明する図。
【図５】コモンモード電圧測定装置の等価回路の一例を示す図。
【図６】コモンモード電圧測定装置の等価回路の一例を示す図。
【図７】補償回路の第１の具体例を示す図。
【図８】NIC回路を採用したコモンモード電圧測定装置の等価回路を示す図。
【図９】測定回路で観測される電圧の回路解析結果の一例を示す図。
【図１０】補償回路として可変インダクタを用いたときのコモンモード電圧の測定について説明する図。
【図１１】補償回路として可変インダクタを用いたときのコモンモード電圧の測定について説明する図。
【図１２】コモンモード電圧測定時の受信電圧の決定について説明する図。
【図１３】第１の具体例で用いた補償回路の補償動作の一例を説明する図。
【図１４】第２の具体例で用いた補償回路の補償動作の一例を説明する図。
【図１５】従来のコモンモード電圧測定装置の一例を説明する図。
【図１６】従来のコモンモード測定装置の等価回路の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照しながら、この発明に係わる一実施形態を説明する。  
（本発明の一実施形態の概念）
本発明の一実施形態に係るコモンモード電圧測定装置は、被覆されたケーブルに接触可能な導体に取着される測定用電極と、ケーブルに生じるコモンモード電圧を計測する測定回路と、測定用電極と測定回路との間に直列に接続された補償回路とを備える。補償回路は、測定用電極と導体との間に生じる寄生容量成分を補償する回路である。
【００２９】
測定用電極は、例えば導電性の平板電極であればよい。測定用電極は、例えば金属製の電極又は導電性繊維を用いた布状電極など、導電性を有するものであればよい。導体は、金属製の棒状部材、あるいは人体であってもよい。導体として人体を用いる場合、測定用電極は人体に対し非侵襲の状態となる。
【００３０】
このような構成とすることで、本発明の一実施形態に係るコモンモード電圧測定装置は、二重電極構造といった特別な構造を有する容量性電圧プローブを用いることなく、より簡素な構成でコモンモード電圧を正確に測定することができる。
【００３１】
ケーブルに含まれる導体が一つである場合に生じる対地間の電圧は、コモンモード電圧ではなく一線対地電圧であるが、本発明の一実施形態では、この一線対地電圧もコモンモード電圧と同様に測定することが出来る。
【００３２】
（第１の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態について説明する。  
図１は、本発明の第１の実施形態に係るコモンモード電圧測定装置の構成例を説明する図である。  
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係るコモンモード電圧測定装置は、測定用電極１が取り付けられる導体として、金属製の棒状部材４を用いる。すなわち、本実施形態に係るコモンモード電圧測定装置は、測定用電極１と、測定回路２と、補償回路３と、演算装置６とを備える。測定用電極１は、被覆されたケーブル５に接触可能な導体である金属製の棒状部材４に取り付けられる。補償回路３は、測定用電極１と測定回路２との間に直列に接続される。
【００３３】
この第１の実施形態では上記の容量成分Ｃは、金属製の棒状部材４とケーブル５との間の容量成分とし、上記の容量成分Ｃｓは、金属製の棒状部材４とグラウンドとの間の容量成分とする。また、図１に示すように、測定用電極１と金属製の棒状部材４との間に生じる寄生容量成分をＣｅとする。
【００３４】
測定回路２は、容量成分、抵抗および電圧計が並列に接続された構成である。容量成分、抵抗および電圧計の一方の接続点は補償回路３に接続され、容量成分、抵抗および電圧計の他方の接続点は接地される。電圧計は、容量成分および抵抗の端子間の電圧を測定する。
【００３５】
金属製の棒状部材４は、グラウンドから電気的に浮かせた、つまり電気的に接地されない状態とする。棒状部材４の材料は、導電性を有する金属であればよい。棒状部材４の形状およびサイズは、コモンモード電圧の作業性を考慮した適切な形状およびサイズであればよい。
【００３６】
測定用電極１は、例えば導電性の平板電極であればよい。  
補償回路３は、測定用電極１と金属製の棒状部材４との間に生じる寄生容量成分Ｃｅを補償する回路であればよい。具体的な構成例については、後述する。  
演算装置６は、算出部６ａを有する。算出部６ａは、測定回路２の電圧計により測定された電圧（受信電圧とも言う。）に基づいて、ケーブル５に生じる妨害電磁波のコモンモード電圧を算出する。測定回路２および演算装置６は、コモンモード電圧を得る一体型の測定回路、又は装置であってもよい。
【００３７】
次に、図１に示すコモンモード電圧測定装置を使用して行なうコモンモード電圧測定の手順を説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係るコモンモード電圧測定装置によるコモンモード電圧測定の手順の一例を説明する図である。  
測定に先立ち、金属製の棒状部材４をグラウンドから電気的に浮かせておく（Ｓ１１）。また、金属製の棒状部材４に、補償回路３および測定回路２を介して接地された測定用電極１を取り付けておく（Ｓ１２）。作業者は、棒状部材４を把持し、棒状部材４の一部を測定対象である電子機器のケーブル５の被覆に接触させる（Ｓ１３）。
【００３８】
この状態で作業者は、測定回路２の電圧計に示された電圧値を読み取ることができる。演算装置６は、この電圧値を取得する（Ｓ１４）。  
演算装置６の算出部６ａは、この取得された電圧値をＶｐとして上記の式（１）を用いて換算することで、コモンモード電圧Ｖを算出することができる（Ｓ１５）。  
なお、作業者に帯電した電圧などが、コモンモード電圧の算出に影響しないよう、Ｓ１３において、作業者は絶縁性の手袋などを着衣した状態で棒状部材４を把持することが望ましい。
【００３９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態において、第１の実施形態と共通する構成の詳細な説明は省略する。  
図３は、本発明の第２の実施形態に係るコモンモード電圧測定装置の構成例を説明する図である。  
図３に示すように、第２の実施形態に係るコモンモード電圧測定装置は、測定用電極１が取り付けられる導体として、例えば腕などの人体を用いたものである。
【００４０】
すなわち、本実施形態に係るコモンモード電圧測定装置は、第１の実施形態と同様に、測定用電極１と、測定回路２と、補償回路３と、演算装置６とを備える。測定用電極１は、被覆されたケーブル５に接触可能な導体である人体に取り付けられる。補償回路３は、測定用電極１と測定回路２との間に直列に接続される。
【００４１】
この第２の実施形態では上記の容量成分Ｃは、作業者の手とケーブル５との間の容量成分とし、上記の容量成分Ｃｓは、作業者の人体（腕）とグラウンドとの間の容量成分とする。また、図３に示すように、測定用電極１と作業者の手首との間に生じる寄生容量成分をＣｅとする。
【００４２】
測定回路２、測定用電極１、補償回路３および演算装置６は、第１の実施形態と同様の構成であればよい。算出部６ａは、測定回路２の電圧計により測定された電圧（受信電圧とも言う。）に基づいて、ケーブル５に生じる妨害電磁波のコモンモード電圧を算出する。
コモンモード電圧の測定に係る作業性を考慮すると、測定用電極１が取り付けられる箇所は作業者の手首の近傍が望ましい。
【００４３】
次に、図３に示すコモンモード電圧測定装置を使用して行なうコモンモード電圧測定の手順を説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係るコモンモード電圧測定装置によるコモンモード電圧測定の手順の一例を説明する図である。  
測定に先立ち、作業者（人体）の手首付近に、補償回路３および測定回路２を介して接地された測定用電極１を取り付けておく（Ｓ２１）。ここで、人体は、グラウンドから電気的に浮かせた状態であるとする。作業者は、測定用電極１が取り付けられた状態で、測定対象である電子機器のケーブル５を被覆の上から握り締める（Ｓ２２）。
【００４４】
この状態で作業者は、測定回路２の電圧計に示された電圧値を読み取ることができる。演算装置６は、この電圧値を取得する（Ｓ２３）。
演算装置６の算出部６ａは、この取得された電圧値をＶｐとして上記の式（１）を用いて換算することで、コモンモード電圧Ｖを算出することができる（Ｓ２４）。
【００４５】
（補償回路の構成）
次に、補償回路３の構成について説明する。  
ここでは、図３に示した第２の実施形態に係るコモンモード電圧測定装置を例にとり、補償回路３の構成について、以下で述べる、補償回路の第１および第２の具体例とともに説明する。当然のことながら、以下で説明する事項は、図１に示した第１の実施形態に係るコモンモード電圧測定装置に対しても適用できることは言うまでもない。
【００４６】
図５および図６は、コモンモード電圧測定装置の等価回路の一例を示す図である。図５は、第２の実施形態に係るコモンモード電圧測定装置から補償回路３を除いた測定装置であって、人体をグラウンドから電気的に浮かせた場合の等価回路を示している。上記のように、ケーブル５と人体との間の容量成分をＣ、人体とグラウンドとの間の容量成分をＣｓ、人体と測定用電極１との間の寄生容量成分をＣｅと表し、測定回路２の容量成分と抵抗をそれぞれＣｐ、Ｒｐと表すこととする。
【００４７】
図５に示す等価回路と、従来の図１６に示した等価回路とを比較すると、図１６におけるケーブル５と内部電極１０１ａ間の容量成分Ｃが、図５におけるケーブル５と人体との間の容量成分に対応する。また、図１６に示した内部電極１０１ａと外部電極１０１ｂと間の容量成分Ｃｓが、図５における人体とグラウンドとの間の容量成分に対応する。一方で、図５における人体と測定用電極１との間の寄生容量成分Ｃｅは、図１６で示した等価回路には存在しない。
【００４８】
この寄生容量成分Ｃｅは、コモンモード電圧を測定する際の測定感度を下げてしまう恐れがあるため、第２の実施形態では、図６に示すように、測定回路２と測定用電極１との間の寄生容量成分Ｃｅを補償する補償回路３が挿入される。
【００４９】
なお、測定回路２を接地しないことも想定できる。この場合に生じる、測定回路２とグラウンドとの間の容量成分は、導体（金属製の棒状部材４あるいは人体）と測定用電極１との間の寄生容量成分Ｃｅと合成した一つの容量成分として考えればよい。
【００５０】
（補償回路の第１の具体例）
次に、人体と測定用電極１との間の寄生容量成分Ｃｅを補償する回路の第１の具体例について説明する。  
第１の具体例では、補償回路３として負性インピーダンス変換回路（Negative Impedance Converter、NIC回路）を用いる。NIC回路は、寄生容量成分Ｃｅに対応する負の容量成分を生じさせることで、人体と測定用電極１との間などの寄生容量成分Ｃｅを補償することができる。寄生容量成分Ｃｅは、測定用電極１の形状、素材、大きさによって見積もることが出来る。  
そして、見積もった寄生容量成分Ｃｅをキャンセル（補償）できるように設計されたNIC回路で構成される補償回路３を測定用電極１と測定回路２の間に挿入することで、寄生容量成分Ｃｅを補償することができる。
【００５１】
図７は、補償回路の第１の具体例を示す図である。この図７では、寄生容量成分Ｃｅの補償に用いることができるNIC回路の構成例を示す。図７に示すNIC回路は、オペアンプ３ａと、オペアンプ３ａの出力端子と正側入力端子とを接続する帰還抵抗Ｒ１と、オペアンプ３ａの出力端子と負側入力端子とを接続する帰還抵抗Ｒ２と、一端がオペアンプ３ａの負側入力端子に接続される容量成分Ｃｅ’とを備える。  
オペアンプ３ａの正側入力端子がNIC回路の入力端子であり、容量成分Ｃｅ’の他端がNIC回路の出力端子である。NIC回路において、帰還抵抗Ｒ１とＲ２の抵抗値は等しくなるよう設定される。
【００５２】
NIC回路のインピーダンスＺは、以下の式（２）で表すことができる。  
【００５３】
【数２】
2020030165.tif 000004
【００５４】
なお、NIC回路は、図７に示したような一つのオペアンプを使った構成だけでなく、複数のオペアンプを用いる構成、又はトランジスタなど他の能動素子を用いた構成を用いてもよい。
【００５５】
図８は、図７に示すNIC回路を採用したコモンモード電圧測定装置の等価回路を示す図である。NIC回路に備わる容量成分Ｃｅ’の値は、人体と測定用電極１との間の寄生容量成分Ｃｅと同じになるよう設定すればよい。
【００５６】
図９は、測定回路で観測される電圧の回路解析結果の一例を示す図である。図９に示した横軸は出力電圧の周波数を、縦軸は測定回路２の受信電圧をそれぞれ示す。図９に示したａは、NIC回路としての補償回路３を設けたときの解析結果を示し、図９に示したｂは、NIC回路としての補償回路３を設けないときの解析結果を、それぞれ示す。
【００５７】
図７に示すNIC回路をコモンモード電圧測定装置に採用することで、比較的低い周波数領域であっても高い受信感度を得ることができるようになる。このように、不要な容量成分をNIC回路でキャンセルすることで、コモンモード電圧測定装置の受信感度を上昇させることが出来る。
【００５８】
なお、例えば導体として人体などを用いた場合には、発汗又は動作による測定用電極１の人体への接触不良などによって、測定中に実際の容量成分が見積もった容量成分から変動してしまうことがある。そこで、NIC回路に備わる容量成分Ｃｅ’を可変容量成分とすることで、NIC回路の補償量を、測定中に変動した寄生容量成分Ｃｅに追随させることができる。
【００５９】
例えば、図７に示すNIC回路に備わる容量成分Ｃｅ’を、ダイアルを回すことでキャパシタンスを変化させられるトリマコンデンサ、又は印加する電圧を変化させることで静電容量成分の値を変化させられるバリキャップ等で実現すればよい。この容量成分Ｃｅ’を自動的に変化させ、測定回路２で電圧を観測する。具体的にはNIC回路内の容量成分Ｃｅ’をn段階に分けて変化させる。
【００６０】
この際、測定回路２の受信電圧Ｖｐもn個測定される。この中で、最も大きい受信電圧であるVmaxが測定されたときが、不要な寄生容量成分Ｃｅをキャンセル出来ているときとし、演算装置６は、Ｖｐ=Vmaxとして式（1）を用いてＶを演算することで、コモンモード電圧の測定値として決定すればよい。このようなVmaxを導出するプロセスは、コモンモード電圧測定の際に一度だけ行なってもよいし、コモンモード電圧を連続して測定し続ける場合には、このプロセスを測定中に何度か繰り返してもよい。
【００６１】
（補償回路の第２の具体例）
次に、人体と測定用電極１との間の寄生容量成分Ｃｅを補償する回路の第２の具体例について説明する。  
第２の具体例では、補償回路３として、インダクタンスが変更できる可変インダクタを用いる。この可変インダクタを測定用電極１と測定回路２の間に挿入し、可変インダクタと寄生容量成分Ｃｅとで直列共振状態を作りだすことで、ある特定の周波数において、不要な寄生容量成分Ｃｅを補償できる。第１の具体例で述べたように、人体と測定用電極１との間の寄生容量成分Ｃｅは、測定用電極１の形状、素材、大きさによって見積もることが出来る。そして、見積もった寄生容量成分Ｃｅと可変インダクタの値とから共振周波数を求めることが出来る。このため、測定回路２で、この共振周波数における受信電圧を観測すれば、コモンモード電圧を測定する際の測定感度を低下させてしまう、不要な寄生容量成分Ｃｅをキャンセル（補償）した状態での受信電圧を測定できる。
【００６２】
図１０および図１１は、補償回路３として可変インダクタを用いたときのコモンモード電圧の測定について説明する図である。  
図１０に示した例では、補償回路３を可変インダクタ３ｂで構成し、この可変インダクタ３ｂの値をＬ１〜Ｌｎまでｎ段階に分けて変化させることができる（ｎは正数）。そして、各々のインダクタンスについて測定回路２により受信電圧を観測する。  
可変インダクタの一つの値に対して、共振周波数が一意に定まるため、周波数ｆ１〜ｆｎまで、ｎ個の共振周波数における受信電圧を順次プロットすることで、図１１に示すように受信電圧の周波数特性を測定することができる。
【００６３】
なお、例えば導体として人体などを用いた場合には、発汗又は動作による測定用電極１の人体への接触不良などによって、測定中に実際の容量成分が見積もった容量成分から変動してしまうことがある。そこで、可変インダクタの値をｎ段階に分けて変化させる。その際、k個の周波数の各々において測定回路２により受信電圧を測定し、演算装置６は、同じ周波数での、可変インダクタの値のｎ段階に応じたｎ個の測定結果の電圧のうち、最も大きい電圧を当該周波数でのコモンモード電圧測定時の受信電圧として決定する。
【００６４】
図１２は、コモンモード電圧測定時の受信電圧の決定について説明する図である。例えば、図１２における周波数fxの列を見ると、インダクタLyを挿入した際に最大の受信電圧4.0[V]が測定されている。本実施形態では、演算装置６は、この4.0[V]を、周波数がfxであるときの受信電圧として決定することができる。このように、それぞれの周波数における各インダクタにおける受信電圧のうち、最も大きい受信電圧を当該周波数におけるコモンモード電圧測定時の受信電圧として決定する。  
つまり、本実施形態では、周波数が設定されてインダクタのインダクタンスが複数種類のインダクタンスの各々に設定された条件で、測定回路２により受信電圧を測定し、演算装置６は、各々の条件で測定された受信電圧のうち最も大きい測定値Vmaxを受信電圧Ｖｐとして式（1）を用いてＶを演算する事で、上記の設定された周波数におけるコモンモード電圧の測定値として決定する。
【００６５】
（補償回路による補償動作）
次に、補償回路の補償動作について説明する。  
図１３は、第１の具体例で用いた補償回路（NIC回路）３の補償動作の一例を説明する図である。図１４は、第２の具体例で用いた補償回路（可変インダクタ）３の補償動作の一例を説明する図である。なお、図１３、１４は理想的な容量成分、NIC回路、可変インダクタを想定したものである。
【００６６】
図１３に示すように、補償回路３の第１の具体例であるNIC回路の容量成分（図中の「NIC回路」に対応する。なお、座標の縦軸はインピーダンス虚部を表している。）と、人体と測定用電極１との間の寄生容量成分（図中の「Ｃｅ」）とは正負の関係にある。このため、NIC回路は、いずれの周波数領域であっても人体と測定用電極１との間の寄生容量成分を補償する（図中の「Ｃｅ＋NIC回路」に対応）ことができる。
【００６７】
一方、図１４に示すように、補償回路３の第１の具体例である可変インダクタ（図中の「Ｌ」）は、特定の周波数において人体と測定用電極１との間の寄生容量成分（図中の「Ｃｅ」）を補償する（図中の「Ｃｅ＋可変インダクタ」）ことができる。そこで、補償回路３として可変インダクタを用いる場合は、可変インダクタの値（インダクタンス）をスキャンしながら、複数の周波数のそれぞれにおける受信電圧を測定することで、受信電圧の周波数特性を得ることができる。
【００６８】
（本発明の一実施形態によって生じる効果）
本発明の一実施形態に係るコモンモード電圧測定装置は、従来技術で用いていた特別なプローブ、測定用電極と、これに接続する導体又は導体に準ずるもので置き換えた。これにより、特別なプローブを用いる必要がなくなるため、簡素な構成により電磁妨害波のコモンモード電圧を正確に測定でき、コモンモード電圧測定装置を小型化、軽量化できるようになる。
【００６９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００７０】
１…測定用電極、２…測定回路、３…補償回路、３ａ…オペアンプ、３ｂ…可変インダクタ、４…金属製の棒状部材、５…ケーブル、６…演算装置、６ａ…算出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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