(57)【要約】【課題】測定対象の他方の端子の電位を接地電位にするのに要する時間を短縮する。【解決手段】処理部１５は、端子９２に第１正弦波信号Ｖ１を印加し、増幅器２４にゼロボルトを出力し、かつ信号Ｖ１を基準信号としたときにベクトル電圧計２２で測定される振幅比ＲＴ１および位相差θ１を取得する第１測定処理と、端子９２にゼロボルトを印加し、増幅器２４に第２正弦波信号Ｖ２を出力し、かつ信号Ｖ２を基準信号としたときにベクトル電圧計２２で測定される振幅比ＲＴ２および位相差θ２を取得する第２測定処理と、端子９２に信号Ｖ１を印加し、増幅器２４に信号Ｖ２を出力し、かつ信号Ｖ１を基準信号とした状態においてベクトル電圧計２２で測定される振幅比ＲＴがゼロになるために第２信号源２３に対して設定すべき振幅Ａおよび位相θを、振幅比ＲＴ１，ＲＴ２および位相差θ１，θ２から算出して第２信号源２３に設定する振幅位相算出処理とを実行する。【選択図】図１
2020063943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定周波数で、かつ予め規定された振幅の第１正弦波信号を測定対象の一方の端子に印加する第１信号源と、
前記一方の端子に前記第１正弦波信号が印加されている状態において、前記測定対象の他方の端子を基準電位に規定する負帰還回路とを備え、当該負帰還回路によって前記他方の端子が前記基準電位に規定されているときの前記一方の端子の電圧と当該負帰還回路に流れる電流とに基づいて前記測定対象のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置であって、
前記負帰還回路は、
前記他方の端子に接続されて、当該他方の端子からの流入電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換器と、
前記電流電圧変換器から出力される前記電圧についての基準信号に対する振幅比および位相差を測定するベクトル電圧計と、
前記第１正弦波信号と同一周波数で、かつ設定された振幅の第２正弦波信号を、設定された位相だけ当該第１正弦波信号に対してずらして出力する第２信号源と、
前記第２正弦波信号を増幅正弦波信号に増幅して出力端子から前記測定対象の他方の端子に出力する増幅器と、
前記他方の端子と前記増幅器の前記出力端子との間に介装されて、当該他方の端子と当該出力端子との間に流れる電流を測定する電流測定部と、
前記ベクトル電圧計で測定される前記振幅比および前記位相差に基づいて、当該振幅比がゼロに近づくように前記第２信号源に対して設定する前記振幅および前記位相を調整する負帰還制御処理を実行する処理部とを備えて構成され、
前記第１信号源と前記一方の端子との間に配設されて、前記第１正弦波信号および前記基準電位のうちの選択された一方を当該一方の端子に印加する第１切替器と、
前記第２信号源と前記増幅器との間に配設されて、前記第２正弦波信号および前記基準電位のうちの選択された一方を当該増幅器に出力する第２切替器とを備え、
前記処理部は、
前記第１切替器に対する制御を実行して前記一方の端子に前記第１正弦波信号を印加し、前記第２切替器に対する制御を実行して前記増幅器に前記基準電位を出力し、かつ前記第１正弦波信号を前記基準信号として、前記ベクトル電圧計で測定される前記振幅比および前記位相差をそれぞれ第１振幅比および第１位相差として取得する第１測定処理と、
前記第１切替器に対する制御を実行して前記一方の端子に前記基準電位を印加し、前記第２切替器に対する制御を実行して前記増幅器に前記第２正弦波信号を出力し、かつ当該第２正弦波信号を前記基準信号として、前記ベクトル電圧計で測定される前記振幅比および前記位相差をそれぞれ第２振幅比および第２位相差として取得する第２測定処理と、
前記第１切替器に対する制御を実行して前記一方の端子に前記第１正弦波信号を印加し、前記第２切替器に対する制御を実行して前記増幅器に前記第２正弦波信号を出力し、かつ前記第１正弦波信号を前記基準信号とした状態において前記ベクトル電圧計で測定される前記振幅比がゼロになるために前記第２信号源に対して設定すべき前記振幅および前記位相を、前記第１振幅比、前記第１位相差、前記第２振幅比および前記第２位相差から算出して当該第２信号源に設定する振幅位相算出処理とを実行するインピーダンス測定装置。
【請求項２】
一定周波数で、かつ予め規定された振幅の第１正弦波信号を測定対象の一方の端子に印加する第１信号源と、
前記一方の端子に前記第１正弦波信号が印加されている状態において、前記測定対象の他方の端子を基準電位に規定する負帰還回路とを備え、当該負帰還回路によって前記他方の端子が前記基準電位に規定されているときの前記一方の端子の電圧と当該負帰還回路に流れる電流とに基づいて前記測定対象のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置であって、
前記負帰還回路は、
前記他方の端子に接続されて、当該他方の端子からの流入電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換器と、
前記電流電圧変換器から出力される前記電圧についての基準信号に対する振幅比および位相差を測定するベクトル電圧計と、
前記第１正弦波信号と同一周波数で、かつ設定された振幅の第２正弦波信号を、設定された位相だけ当該第１正弦波信号に対してずらして出力する第２信号源と、
前記第２正弦波信号を増幅正弦波信号に増幅して出力端子から前記測定対象の他方の端子に出力する増幅器と、
前記他方の端子と前記増幅器の前記出力端子との間に介装されて、当該他方の端子と当該出力端子との間に流れる電流を測定する電流測定部と、
前記ベクトル電圧計で測定される前記振幅比および前記位相差に基づいて、当該振幅比がゼロに近づくように前記第２信号源に対して設定する前記振幅および前記位相を調整する負帰還制御処理を実行する処理部とを備えて構成されているインピーダンス測定装置における負帰還回路の調整方法であって、
前記一方の端子に前記第１正弦波信号を印加し、前記増幅器に前記基準電位を出力し、かつ前記第１正弦波信号を前記基準信号として、前記ベクトル電圧計で測定される前記振幅比および前記位相差をそれぞれ第１振幅比および第１位相差として取得する第１測定処理と、
前記一方の端子に前記基準電位を印加し、前記増幅器に前記第２正弦波信号を出力し、かつ当該第２正弦波信号を前記基準信号として、前記ベクトル電圧計で測定される前記振幅比および前記位相差をそれぞれ第２振幅比および第２位相差として取得する第２測定処理と、
前記一方の端子に前記第１正弦波信号を印加し、前記増幅器に前記第２正弦波信号を出力し、かつ前記第１正弦波信号を前記基準信号とした状態において前記ベクトル電圧計で測定される前記振幅比がゼロになるために前記第２信号源に対して設定すべき前記振幅および前記位相を、前記第１振幅比、前記第１位相差、前記第２振幅比および前記第２位相差から算出して当該第２信号源に設定する振幅位相算出処理とを実行するインピーダンス測定装置における負帰還回路の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インピーダンス測定装置、およびインピーダンス測定装置における負帰還回路の調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、この種のインピーダンス測定装置およびこの種のインピーダンス測定装置における帰還ループの安定化方法（負帰還回路の調整方法）に関して、下記の特許文献１において従来の技術として開示された技術が知られている。この帰還ループ安定化方法は、図６に示すインピーダンス測定装置５０の帰還ループ（ヌルループ）を構成するヌル増幅手段５１に対する調整を行って、この帰還ループを安定化させるものである。まず、このインピーダンス測定装置５０について説明する。
【０００３】
このインピーダンス測定装置５０では、第１信号源１０から出力された第１正弦波信号Ｖ１（一定の周波数で、かつ一定の振幅の交流電圧信号）が切替器（スイッチ）１１を介して保護抵抗１２に印加されることにより、第１信号源１０から切替器１１、保護抵抗１２、測定ケーブル６およびＨｃ測定端子２を経由して測定対象９１の一方の端子９２へ測定電流Ｉが供給される。また、インピーダンス測定装置５０では、帰還ループ（測定ケーブル８、ヌル増幅手段５１、電流測定部２５、測定ケーブル９および測定対象９１の他の端子９３から成る帰還ループ）が安定化されている状態において、ヌル増幅手段５１が、他方の端子９３からＬｃ測定端子５、測定ケーブル９および電流測定部２５（具体的には、電流測定部２５の検出抵抗２５ａ）を介して測定電流Ｉをすべて引き込むことで、他方の端子９３を仮想接地（内部グランドＧに等価的に接続）する負帰還動作を実行する。
【０００４】
この状態において、検出抵抗２５ａと共に電流測定部２５を構成する電圧計２５ｂが検出抵抗２５ａの両端間の電圧を測定することで、測定電流Ｉが電流測定部２５で測定される。また、測定対象９１の一方の端子９２の電圧は、Ｈｐ測定端子３から測定ケーブル７を介して電圧測定部（電圧計）１３で測定される。上記したように、他方の端子９３が内部グランドＧに接続されることから、電圧測定部１３は、測定対象９１の両端に印加される電圧（両端間電圧）を測定することになる。したがって、インピーダンス測定装置５０では、電圧測定部１３での測定値と電流測定部２５での測定値の比から測定対象９１のインピーダンス測定値を求めることが可能となっている。
【０００５】
次に、ヌル増幅手段５１について具体的に説明する。ヌル増幅手段５１は、図６，７に示すように、直列接続された入力増幅器６１、狭帯域高利得増幅器６２および出力増幅器６３を備えている。また、ヌル増幅手段５１には、同期信号源６４、スイッチ６５およびベクトル電圧計６６が配設されている。同期信号源６４は、第１信号源１０から出力される第１正弦波信号Ｖ１と同一周波数で、かつ同期した一定振幅の第２正弦波信号Ｖ２（同期信号）を出力する。スイッチ６５は、出力増幅器６３の前段に介装されて、狭帯域高利得増幅器６２から出力される交流信号Ｖａｃおよび同期信号源６４から出力される第２正弦波信号Ｖ２を切り替えて出力増幅器６３に出力する。
【０００６】
入力増幅器６１は、一例として、図７に示すように、非反転入力端子が内部グランドＧに接続された演算増幅器を用いて電流電圧変換器として構成されて、Ｌｐ測定端子４から測定ケーブル８を介してヌル増幅手段５１に流入する電流を電圧Ｖｉに変換して出力する。この場合、このようにしてヌル増幅手段５１に流入する電流がゼロアンペアのとき（つまり、電圧Ｖｉがゼロボルトのとき）には、Ｌｐ測定端子４の電圧は内部グランドＧの電位になる（つまり、他方の端子９３が仮想接地された状態になる）。
【０００７】
狭帯域高利得増幅器６２は、図７に示すように、検波器７１，７２、積分器７３，７４、変調器７５，７６、加算器７７、移相器７８，７９、および可変移相器８０を備えている。狭帯域高利得増幅器６２では、検波器７１，７２に電圧Ｖｉが入力されると共に、検波器７１には、第２正弦波信号Ｖ２が入力され、また検波器７２には、移相器７８で９０°移相された第２正弦波信号Ｖ２が入力される。この構成により、検波器７１，７２は電圧Ｖｉを直交２成分に分けて同期検波する直交検波器として機能して、検波器７１は電圧Ｖｉについての第２正弦波信号Ｖ２と同相の成分（同相成分）を示す第１直流信号を出力し、検波器７２は電圧Ｖｉについての第２正弦波信号Ｖ２と直交する成分（直交成分）を示す第２直流信号を出力する。積分器７３は、第１直流信号を積分して、第３直流信号として変調器７５に出力し、積分器７４は、第２直流信号を積分して、第４直流信号として変調器７６に出力する。
【０００８】
また、狭帯域高利得増幅器６２では、可変移相器８０は、入力した第２正弦波信号Ｖ２を、予め設定された位相分だけ移相して、搬送波Ｖ２ａとして出力する。この搬送波Ｖ２ａは、変調器７５，７６のうちの一方の変調器７５にそのまま入力されると共に、移相器７９で９０°移相されて搬送波Ｖ２ｂとして他方の変調器７６に入力される。この構成により、変調器７５，７６は直交変調器を構成して、変調器７５は、積分器７３から出力される第３直流信号で搬送波Ｖ２ａを振幅変調して、第１交流信号として出力し、変調器７６は、積分器７４から出力される第４直流信号で搬送波Ｖ２ｂを振幅変調して、第２交流信号として出力する。加算器７７は、変調器７５，７６から出力される第１、第２交流信号を合成して、交流信号Ｖａｃとしてスイッチ６５に出力する。
【０００９】
このように、狭帯域高利得増幅器６２は、電圧Ｖｉを直交同期検波して直流信号に変換して積分し、さらに直交変調して交流信号Ｖａｃに戻しているため、狭帯域で高利得での増幅が可能となっている。また、狭帯域高利得増幅器６２では、検波器７１，７２で構成される直交検波器と変調器７５，７６で構成される直交変調器との間の位相を可変移相器８０でずらす（移相する）ことが可能であることから、狭帯域高利得増幅器６２は任意の位相差をもつ狭帯域高利得増幅器として機能することが可能となっている。
【００１０】
また、インピーダンス測定装置５０での上記の帰還ループの安定条件は、この帰還ループ（ヌルループ）一巡の利得帯域内に位相の０°が存在しないようにすることである。このインピーダンス測定装置５０では、例えば、測定ケーブル８，９が延長された場合のように、帰還ループの位相状態が変わったときであっても、柔軟に対応して帰還ループを安定化し得るように、この安定条件を満たすために可変移相器８０に設定すべき必要な移相量（位相補正量）を見つける機能が内蔵されている。以下、この機能を使用してこの必要な移相量を見つける方法、および見つけた移相量を可変移相器８０に設定して帰還ループを安定化させる帰還ループ安定化方法（ヌル増幅手段５１の調整方法）について説明する。
【００１１】
まず、切替器１１を接地側に切り換えて、第１信号源１０を保護抵抗１２から切り離す。また、スイッチ６５を同期信号源６４側に切り替えて、帰還ループを切断して、第２正弦波信号Ｖ２を出力増幅器６３に入力する。この状態で、入力増幅器６１から出力される電圧Ｖｉをベクトル電圧計６６で測定する。このようにしてベクトル電圧計６６で測定された第２正弦波信号Ｖ２に対する電圧Ｖｉの位相差が、狭帯域高利得増幅器６２を除いた帰還ループの一巡での移相量である。この移相量から、帰還ループの全移相量が１８０°になる（０°に対して最も余裕のある状態になる）ような移相量を求めて、可変移相器８０に設定する。これにより、上記の安定条件を満たすために必要な可変移相器８０での移相量を見つけて、可変移相器８０に設定する手順が完了するため、その後のインピーダンス測定に備えて、切替器１１を第１信号源１０側に切り換えると共に、スイッチ６５を狭帯域高利得増幅器６２側に切り換える。
【００１２】
このようにして移相量が設定された可変移相器８０を有する狭帯域高利得増幅器６２を含むヌル増幅手段５１は、安定した負帰還動作を実行して、測定対象９１の他方の端子９３の電位が接地電位（内部グランドＧの電圧：ゼロボルト）になるように、狭帯域高利得増幅器６２から出力される交流信号Ｖａｃの振幅および位相（ひいては、出力増幅器６３から出力される交流信号の振幅および位相）を制御することで、検出抵抗２５ａを経由して引き込む電流の振幅および位相を制御する。これにより、Ｈｐ測定端子３から測定ケーブル７を介して電圧測定部１３で測定される電圧は、測定対象９１の端子９２，９３間に印加される電圧（両端間電圧）となる。また、この制御により、測定対象９１に流れる測定電流Ｉは、Ｌｐ測定端子５から測定ケーブル８側へは流れずに、Ｌｃ測定端子５、測定ケーブル９および検出抵抗２５ａを経由して、ヌル増幅手段５１（具体的には、出力増幅器６３）にすべて引き込まれる。このため、電流測定部２５で測定される電流は、測定電流Ｉとなる。これにより、インピーダンス測定装置５０は、電圧測定部１３で測定された両端間電圧と電流測定部２５で測定された測定電流Ｉとに基づいて測定対象９１のインピーダンスを正確に測定することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第３９３０５８６号公報（第４−５頁、第２，３，６図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところが、上記特許文献１に開示されているインピーダンス測定装置における狭帯域高利得増幅器６２に対する調整方法（負帰還回路の調整方法）には、以下の課題が存在する。具体的には、この調整方法では、ヌル増幅手段５１が安定して負帰還動作を実行し得る移相量を求めて可変移相器８０に設定する手順は実行するものの、その後は、このヌル増幅手段５１が負帰還動作を実行して、測定対象９１の他方の端子９３の電位が接地電位になるように、交流信号Ｖａｃの振幅および位相を制御している。この場合、この交流信号Ｖａｃの元となる各搬送波Ｖ２ａ，Ｖ２ｂに対するゲイン（振幅変調のゲイン）を規定する第３，第４直流信号は、積分器７３，７４から出力される構成となっている。したがって、この調整方法には、目的の電圧値（測定対象９１の他方の端子９３の電位を接地電位にし得る電圧値）に達するまでの時間が長くなるという解決すべき課題が存在する。
【００１５】
本発明は、かかる解決すべき課題に鑑みてなされたものであり、測定対象の他方の端子の電位を接地電位にするまでに要する時間を短縮し得るインピーダンス測定装置およびインピーダンス測定装置における負帰還回路の調整方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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、一定周波数で、かつ予め規定された振幅の第１正弦波信号を測定対象の一方の端子に印加する第１信号源と、前記一方の端子に前記第１正弦波信号が印加されている状態において、前記測定対象の他方の端子を基準電位に規定する負帰還回路とを備え、当該負帰還回路によって前記他方の端子が前記基準電位に規定されているときの前記一方の端子の電圧と当該負帰還回路に流れる電流とに基づいて前記測定対象のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置であって、前記負帰還回路は、前記他方の端子に接続されて、当該他方の端子からの流入電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換器と、前記電流電圧変換器から出力される前記電圧についての基準信号に対する振幅比および位相差を測定するベクトル電圧計と、前記第１正弦波信号と同一周波数で、かつ設定された振幅の第２正弦波信号を、設定された位相だけ当該第１正弦波信号に対してずらして出力する第２信号源と、前記第２正弦波信号を増幅正弦波信号に増幅して出力端子から前記測定対象の他方の端子に出力する増幅器と、前記他方の端子と前記増幅器の前記出力端子との間に介装されて、当該他方の端子と当該出力端子との間に流れる電流を測定する電流測定部と、前記ベクトル電圧計で測定される前記振幅比および前記位相差に基づいて、当該振幅比がゼロに近づくように前記第２信号源に対して設定する前記振幅および前記位相を調整する負帰還制御処理を実行する処理部とを備えて構成され、前記第１信号源と前記一方の端子との間に配設されて、前記第１正弦波信号および前記基準電位のうちの選択された一方を当該一方の端子に印加する第１切替器と、前記第２信号源と前記増幅器との間に配設されて、前記第２正弦波信号および前記基準電位のうちの選択された一方を当該増幅器に出力する第２切替器とを備え、前記処理部は、前記第１切替器に対する制御を実行して前記一方の端子に前記第１正弦波信号を印加し、前記第２切替器に対する制御を実行して前記増幅器に前記基準電位を出力し、かつ前記第１正弦波信号を前記基準信号として、前記ベクトル電圧計で測定される前記振幅比および前記位相差をそれぞれ第１振幅比および第１位相差として取得する第１測定処理と、前記第１切替器に対する制御を実行して前記一方の端子に前記基準電位を印加し、前記第２切替器に対する制御を実行して前記増幅器に前記第２正弦波信号を出力し、かつ当該第２正弦波信号を前記基準信号として、前記ベクトル電圧計で測定される前記振幅比および前記位相差をそれぞれ第２振幅比および第２位相差として取得する第２測定処理と、前記第１切替器に対する制御を実行して前記一方の端子に前記第１正弦波信号を印加し、前記第２切替器に対する制御を実行して前記増幅器に前記第２正弦波信号を出力し、かつ前記第１正弦波信号を前記基準信号とした状態において前記ベクトル電圧計で測定される前記振幅比がゼロになるために前記第２信号源に対して設定すべき前記振幅および前記位相を、前記第１振幅比、前記第１位相差、前記第２振幅比および前記第２位相差から算出して当該第２信号源に設定する振幅位相算出処理とを実行する。
【００１７】
また、請求項２記載のインピーダンス測定装置における負帰還回路の調整方法は、一定周波数で、かつ予め規定された振幅の第１正弦波信号を測定対象の一方の端子に印加する第１信号源と、前記一方の端子に前記第１正弦波信号が印加されている状態において、前記測定対象の他方の端子を基準電位に規定する負帰還回路とを備え、当該負帰還回路によって前記他方の端子が前記基準電位に規定されているときの前記一方の端子の電圧と当該負帰還回路に流れる電流とに基づいて前記測定対象のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置であって、前記負帰還回路は、前記他方の端子に接続されて、当該他方の端子からの流入電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換器と、前記電流電圧変換器から出力される前記電圧についての基準信号に対する振幅比および位相差を測定するベクトル電圧計と、前記第１正弦波信号と同一周波数で、かつ設定された振幅の第２正弦波信号を、設定された位相だけ当該第１正弦波信号に対してずらして出力する第２信号源と、前記第２正弦波信号を増幅正弦波信号に増幅して出力端子から前記測定対象の他方の端子に出力する増幅器と、前記他方の端子と前記増幅器の前記出力端子との間に介装されて、当該他方の端子と当該出力端子との間に流れる電流を測定する電流測定部と、前記ベクトル電圧計で測定される前記振幅比および前記位相差に基づいて、当該振幅比がゼロに近づくように前記第２信号源に対して設定する前記振幅および前記位相を調整する負帰還制御処理を実行する処理部とを備えて構成されているインピーダンス測定装置における負帰還回路の調整方法であって、前記一方の端子に前記第１正弦波信号を印加し、前記増幅器に前記基準電位を出力し、かつ前記第１正弦波信号を前記基準信号として、前記ベクトル電圧計で測定される前記振幅比および前記位相差をそれぞれ第１振幅比および第１位相差として取得する第１測定処理と、前記一方の端子に前記基準電位を印加し、前記増幅器に前記第２正弦波信号を出力し、かつ当該第２正弦波信号を前記基準信号として、前記ベクトル電圧計で測定される前記振幅比および前記位相差をそれぞれ第２振幅比および第２位相差として取得する第２測定処理と、前記一方の端子に前記第１正弦波信号を印加し、前記増幅器に前記第２正弦波信号を出力し、かつ前記第１正弦波信号を前記基準信号とした状態において前記ベクトル電圧計で測定される前記振幅比がゼロになるために前記第２信号源に対して設定すべき前記振幅および前記位相を、前記第１振幅比、前記第１位相差、前記第２振幅比および前記第２位相差から算出して当該第２信号源に設定する振幅位相算出処理とを実行する。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載のインピーダンス測定装置、および請求項２記載のインピーダンス測定装置における負帰還回路の調整方法によれば、狭帯域高利得増幅器を備えたヌル増幅手段（負帰還回路）が負帰還動作を実行して、狭帯域高利得増幅器に内蔵された積分器から出力される直流信号を目的の電圧値に移行させる（これにより、測定対象の他方の端子の電位を接地電位に移行させる）とのインピーダンス測定装置における負帰還回路の調整方法、およびこの調整方法を実行するインピーダンス測定装置と比較して、積分器を使用していないために、測定対象の他方の端子が基準電位に等価的に接続される（測定対象の他方の端子の電位を接地電位とする）までに要する時間を大幅に短縮することができる。また、このインピーダンス測定装置によれば、回路構成の複雑な狭帯域高利得増幅器を不要にすることができることから、装置コストを十分に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】インピーダンス測定装置１の構成を示す構成図である。
【図２】図１における電流電圧変換器２１の構成図である。
【図３】図１において二点鎖線で囲まれた領域全体のインピーダンスをＺ１とし、一点鎖線で囲まれた領域全体のインピーダンスをＺ２としたときのインピーダンス測定装置１の回路図である。
【図４】図３中の第１信号源１０が単独で存在するときの回路図である。
【図５】図３中の第２信号源２３が単独で存在するときの回路図である。
【図６】従来のインピーダンス測定装置５０の構成を示す構成図である。
【図７】図６におけるヌル増幅手段５１の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、インピーダンス測定装置およびこの装置における負帰還回路の調整方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２１】
まず、このインピーダンス測定装置としてのインピーダンス測定装置１の構成について、図１，２を参照して説明する。
【００２２】
インピーダンス測定装置１は、Ｈｃ測定端子２、Ｈｐ測定端子３、Ｌｐ測定端子４、Ｌｃ測定端子５、測定ケーブル６，７，８，９、第１信号源１０、第１切替器１１、保護抵抗１２、電圧測定部１３、負帰還回路１４、および処理部１５を備えて、測定対象９１のインピーダンスを測定可能に構成されている。
【００２３】
第１信号源１０は、一定周波数で、かつ予め規定された振幅の第１正弦波信号Ｖ１を基準電位（インピーダンス測定装置１の内部グランドＧの電位。ゼロボルト）を基準として出力する。この第１正弦波信号Ｖ１は、第１切替器１１、保護抵抗１２、測定ケーブル６（同軸ケーブルやシールドケーブルで構成された測定ケーブル６の不図示の芯線）およびＨｃ測定端子２を介して、測定対象９１の一方の端子９２に印加される。また、第１正弦波信号Ｖ１が一方の端子９２に印加された状態においては、第１信号源１０から測定対象９１に正弦波信号である測定電流Ｉ１が流れる。また、第１信号源１０は、本例では一例として処理部１５によって制御されて、第１正弦波信号Ｖ１の出力動作を実行する。なお、保護抵抗１２を使用しない構成であってもよいのは勿論である。
【００２４】
第１切替器１１は、一例として、リレーやアナログスイッチを用いて単極双投形の切替スイッチとして機能するように構成されている。また、第１切替器１１は、処理部１５によって制御されることにより、第１信号源１０から出力される第１正弦波信号Ｖ１、および内部グランドＧの電位のうちの一方を、測定対象９１の一方の端子９２に印加する。また、発明の理解を容易にするため、第１切替器１１は、接点での接触抵抗値がゼロオームの理想的な切替スイッチとして機能するものとする。
【００２５】
電圧測定部１３は、一対の測定端子（図示せず）のうちの一方の測定端子が測定ケーブル７（測定ケーブル６と同種のケーブルの不図示の芯線）を介してＨｐ測定端子３に接続され、他方の測定端子が内部グランドＧに接続されている。この構成により、電圧測定部１３は、内部グランドＧを基準としてＨｐ測定端子３に発生する電圧を測定することにより、負帰還回路１４によって後述するように測定対象９１の他方の端子９３が内部グランドＧの電位に規定された状態では、測定対象９１の両端子９２，９３間の電圧（両端間電圧）を測定して、処理部１５に出力する。
【００２６】
負帰還回路１４は、一例として、電流電圧変換器２１、ベクトル電圧計２２、第２信号源２３、第２切替器２６、増幅器２４および電流測定部２５を備えて構成されている。なお、処理部１５も、後述するように、ベクトル電圧計２２から出力される振幅比ＲＴおよび位相差θ（具体的には、第１振幅比ＲＴ１および第１位相差θ１と、第２振幅比ＲＴ２および第２位相差θ２）に基づいて初期振幅Ａ０および初期位相θ０を算出して第２信号源２３に対して設定する各処理（第１測定処理、第２測定処理および振幅位相算出処理）、並びにベクトル電圧計２２から出力される振幅比ＲＴおよび位相差θに基づいて第２信号源２３に対して設定する振幅Ａおよび位相φ（第２正弦波信号Ｖ２の振幅、ひいては増幅正弦波信号Ｖ３の振幅、および第１正弦波信号Ｖ１に対する第２正弦波信号Ｖ２、ひいては増幅正弦波信号Ｖ３の位相）を微調整する負帰還制御処理を実行するため、負帰還回路１４の一部を構成している。また、負帰還回路１４は、その入力端子１４ａが測定ケーブル８（測定ケーブル６と同種のケーブルの不図示の芯線）を介してＬｐ測定端子４に接続され、その出力端子１４ｂが測定ケーブル９（測定ケーブル６と同種のケーブルの不図示の芯線）を介してＬｃ測定端子５に接続されている。
【００２７】
各測定ケーブル６，７，８，９は、図１に示すように、対応する測定端子２，３，４，５が接続された一方の端部において、それぞれの外部導体（網組線）が配線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を介して接続され、かつ他方の端部において、それぞれの外部導体（網組線）が内部グランドＧに接続されている。
【００２８】
電流電圧変換器２１は、一例として、図２に示すように、非反転入力端子が内部グランドＧに接続された演算増幅器２１ａ、一端が入力端子１４ａに接続されると共に他端が演算増幅器２１ａの反転入力端子に接続された入力抵抗２１ｂ、および一端が演算増幅器２１ａの反転入力端子に接続されると共に他端が演算増幅器２１ａの出力端子に接続された帰還抵抗２１ｃを備えて構成されている。この構成により、電流電圧変換器２１は、測定ケーブル８およびＬｐ測定端子４を介して測定対象９１の他方の端子９３に接続されているときに、他方の端子９３から負帰還回路１４への流入電流を電圧Ｖｉに変換して出力する。
【００２９】
ベクトル電圧計２２は、電流電圧変換器２１から出力される電圧Ｖｉについての振幅比ＲＴおよび位相差θを測定して出力する。この場合、振幅比ＲＴとは、ベクトル電圧計２２に入力される基準信号の振幅で電圧Ｖｉの振幅を除した値であり、位相差θとは、この基準信号の位相を基準として電圧Ｖｉに生じている位相のずれを示す値である。また、ベクトル電圧計２２には、第１信号源１０から出力される第１正弦波信号Ｖ１、および第２信号源２３から出力される第２正弦波信号Ｖ２のうちの処理部１５によって選択された一方が基準信号として入力される。
【００３０】
第２信号源２３は、第１正弦波信号Ｖ１と同一周波数で、かつ設定された振幅Ａの第２正弦波信号Ｖ２を、設定された位相φだけ第１正弦波信号Ｖ１に対してずらして出力する。第２切替器２６は、一例として、リレーやアナログスイッチを用いて単極双投形の切替スイッチとして機能するように構成されている。また、第２切替器２６は、処理部１５によって制御されることにより、第２信号源２３から出力される第２正弦波信号Ｖ２、および内部グランドＧの電位のうちの一方を、増幅器２４の入力端子へ出力する。また、発明の理解を容易にするため、第２切替器２６は、接点での接触抵抗値がゼロオームで、かつ信号遅延のない理想的な切替スイッチとして機能するものとする。
【００３１】
増幅器２４は、第２正弦波信号Ｖ２を増幅正弦波信号Ｖ３に増幅して、その不図示の出力端子から負帰還回路１４の出力端子１４ｂに出力する。本例では、電流測定部２５が、増幅器２４の出力端子と負帰還回路１４の出力端子１４ｂとの間に介装されている。このため、増幅正弦波信号Ｖ３は、電流測定部２５、出力端子１４ｂ、測定ケーブル９およびＬｐ測定端子４を介して、測定対象９１の他方の端子９３に出力される。
【００３２】
電流測定部２５は、一例として、増幅器２４の出力端子と負帰還回路１４の出力端子１４ｂとの間に介装された検出抵抗２５ａ、および検出抵抗２５ａの両端間の電圧（検出抵抗２５ａに流れる電流Ｉ２に比例して変化する電圧）を測定して、処理部１５に出力する電圧計２５ｂを備えて構成されている。
【００３３】
処理部１５は、信号切替器、ＣＰＵおよびメモリ（いずれも図示せず）などを備えて構成されて、第１信号源１０、第１切替器１１、第２信号源２３および第２切替器２６に対する制御処理、上記の信号切替器で第１正弦波信号Ｖ１および第２正弦波信号Ｖ２のうちの一方を基準信号として選択してベクトル電圧計２２に出力する信号選択処理、第１測定処理、第２測定処理、振幅位相算出処理、負帰還制御処理、並びにインピーダンス測定処理を実行する。
【００３４】
この場合、処理部１５は、第１測定処理、第２測定処理および振幅位相算出処理を実行することにより、測定対象９１が接続されたインピーダンス測定装置１に対して、重ね合わせの原理を適用して、ベクトル電圧計２２で測定される振幅比ＲＴがゼロになるために第２信号源２３に対して設定すべき振幅Ａとしての初期振幅Ａ０および位相φとしての初期位相θ０を算出する。以下、第１測定処理、第２測定処理および振幅位相算出処理について説明する。なお、発明の理解を容易するため、図１に示すように測定対象９１が接続されたインピーダンス測定装置１において、二点鎖線で囲まれた領域に含まれる複数の構成要素（保護抵抗１２、測定ケーブル６、Ｈｃ測定端子２、一方の端子９２、測定対象９１、他方の端子９３、Ｌｐ測定端子４、測定ケーブル８、および電流電圧変換器２１）から成るインピーダンス部材全体のインピーダンスをＺ１とし、一点鎖線で囲まれた領域に含まれる複数の構成要素（増幅器２４、電流測定部２５、測定ケーブル９、Ｌｃ測定端子５、他方の端子９３、Ｌｐ測定端子４、測定ケーブル８、および電流電圧変換器２１）から成るインピーダンス部材全体のインピーダンスをＺ２とする。この場合、図１における第１測定処理、第２測定処理および振幅位相算出処理に関連する主たる構成要素は、図３に示す回路図で表される。
【００３５】
処理部１５は、図４の回路図で示される回路（図３に示す回路図で表される回路において第１信号源１０が単独で存在するときの回路）に基づいて第１測定処理を実行する。この第１測定処理では、処理部１５は、第１切替器１１に対する制御を実行して測定対象９１の一方の端子９２に第１正弦波信号Ｖ１を印加し、第２切替器２６に対する制御を実行して増幅器２４に内部グランドＧの電位（基準電位）を出力し、かつ第１正弦波信号Ｖ１をベクトル電圧計２２に基準信号として出力する。また、処理部１５は、この状態においてベクトル電圧計２２で測定される振幅比ＲＴおよび位相差θを第１振幅比ＲＴ１および第１位相差θ１として取得して記憶する。
【００３６】
具体的に、第１信号源１０から出力される第１正弦波信号Ｖ１を、例えば、Ａ１×sin(ωt)としたときに、ベクトル電圧計２２に印加される正弦波信号がＢ１×sin(ωt＋θ１)となる場合には、ベクトル電圧計２２は、振幅比ＲＴとして（Ｂ１／Ａ１）を出力し、位相差θとしてθ１を出力する。したがって、処理部１５は、第１振幅比ＲＴ１（＝Ｂ１／Ａ１）および第１位相差θ１を記憶する。
【００３７】
また、処理部１５は、図５の回路図で示される回路（図３に示す回路図で表される回路において第２信号源２３が単独で存在するときの回路）に基づいて第２測定処理を実行する。この第２測定処理では、処理部１５は、第１切替器１１に対する制御を実行して保護抵抗１２の一端を内部グランドＧの電位（基準電位）に接続し、第２切替器２６に対する制御を実行して増幅器２４に第２正弦波信号Ｖ２を出力し、かつ第２正弦波信号Ｖ２をベクトル電圧計２２に基準信号として出力する。また、処理部１５は、この状態においてベクトル電圧計２２で測定される振幅比ＲＴおよび位相差θを第２振幅比ＲＴ２および第２位相差θ２として取得して記憶する。
【００３８】
具体的に、第２信号源２３から出力される第２正弦波信号Ｖ２を、例えば、Ａ２×sin(ωt)としたときに、ベクトル電圧計２２に印加される正弦波信号が、Ｂ２× sin(ωt＋θ２) となる場合には、ベクトル電圧計２２は、振幅比ＲＴとして（Ｂ２／Ａ２）を出力し、位相差θとしてθ２を出力する。したがって、処理部１５は、第２振幅比ＲＴ２（＝Ｂ２／Ａ２）および第２位相差θ２を記憶する。
【００３９】
また、振幅位相算出処理では、処理部１５は、上記した第１測定処理および第２測定処理において取得して記憶した第１振幅比ＲＴ１、第１位相差θ１、第２振幅比ＲＴ２および第２位相差θ２から、一方の端子９２に第１正弦波信号Ｖ１が印加され、増幅器２４の入力端子に第２正弦波信号Ｖ２が出力され、かつベクトル電圧計２２に第１正弦波信号Ｖ１を基準信号として出力している状態において、ベクトル電圧計２２で測定される振幅比ＲＴがゼロになるために第２信号源２３に対して設定すべき振幅Ａ（初期振幅Ａ０）および位相φ（初期位相θ０）を算出して、第２信号源２３に設定する。
【００４０】
重ね合わせの原理によれば、図３に示す回路図で表される回路、すなわち、第１信号源１０および第２信号源２３が共に存在するときの回路において、ベクトル電圧計２２に印加される電圧は、上記した正弦波信号：Ｂ１×sin(ωt＋θ１)と、上記した正弦波信号：Ｂ２×sin(ωt＋θ２)の合成信号となる。したがって、この合成信号の振幅が常にゼロボルトとなる条件（つまり、ベクトル電圧計２２で測定される振幅比ＲＴがゼロとなる条件）は、第１測定処理において測定される正弦波信号：Ｂ１×sin(ωt＋θ１)に対して、第２測定処理において測定される正弦波信号：Ｂ２×sin(ωt＋θ２)が、振幅が一致し、かつ位相が１８０°ずれていることが必要となる。
【００４１】
この場合、正弦波信号：Ｂ１×sin(ωt＋θ１)の振幅Ｂ１に、正弦波信号：Ｂ２×sin(ωt＋θ２)の振幅Ｂ２が一致するためには、つまりＢ１＝Ｂ２（Ａ１×ＲＴ１＝Ａ２×ＲＴ２）となるためには、第２信号源２３から出力される第２正弦波信号Ｖ２の振幅Ａ２が下記式（１）で示される値となる必要がある。
Ａ２＝Ａ１×ＲＴ１／ＲＴ２  ・・・（１）
【００４２】
また、正弦波信号：Ｂ１×sin(ωt＋θ１)に対して、正弦波信号：Ｂ２× sin(ωt＋θ２) の位相が１８０°ずれるためには、第１信号源１０から出力される第１正弦波信号Ｖ１の位相に対して、第２信号源２３から出力される第２正弦波信号Ｖ２の位相が、下記式（２）で示される位相φだけずれる必要がある。
φ＝θ１＋π−θ２  ・・・（２）
つまり、第１正弦波信号Ｖ１の位相を基準として第２信号源２３に対して位相φだけずらす設定を行った場合に、正弦波信号：Ｂ１×sin(ωt＋θ１)は第１正弦波信号Ｖ１の位相に対して位相θ１だけずれるのに対して、正弦波信号：Ｂ２×sin(ωt＋θ２)は第１正弦波信号Ｖ１の位相に対して、位相φと位相θ２の合計分（φ＋θ２）だけずれる。この場合、合計分（φ＋θ２）が、位相θ１に対してπだけ大きい。このことから次の式が成り立つ。
θ１＋π＝φ＋θ２
【００４３】
したがって、処理部１５は、振幅位相算出処理において、第１振幅比ＲＴ１、第１位相差θ１、第２振幅比ＲＴ２および第２位相差θ２を上記した式（１），（２）に代入することにより、ベクトル電圧計２２で測定される振幅比ＲＴがゼロになるために第２信号源２３に対して設定すべき振幅Ａとしての初期振幅Ａ０（＝Ａ２）および位相φ（初期位相θ０）を算出して、第２信号源２３に設定する。
【００４４】
また、負帰還制御処理では、処理部１５は、上記の初期振幅Ａ０（＝Ａ２）および位相φ（初期位相θ０）を第２信号源２３に設定した後であって、測定対象９１の一方の端子９２に第１正弦波信号Ｖ１を印加し、増幅器２４の入力端子に第２正弦波信号Ｖ２を出力し、かつベクトル電圧計２２に第１正弦波信号Ｖ１を基準信号として出力している状態において、ベクトル電圧計２２で測定される振幅比ＲＴおよび位相差θを検出しつつ、この振幅比ＲＴがゼロに維持されるように、第２信号源２３に設定する振幅Ａや位相φを微調整する。その結果、Ｌｐ測定端子４の電圧が内部グランドＧの電位に維持されて、測定対象９１の他方の端子９３が内部グランドＧに等価的に接続されることになる。
【００４５】
この場合、インピーダンス測定装置１を構成する各構成要素（例えば、第１信号源１０や第２信号源２３など）に、経時変化や温度変化が無い状態（理想状態）においては、第２信号源２３に上記のようにして求めた初期振幅Ａ０および初期位相θ０を設定するだけで、この負帰還制御処理を実行しなくても、ベクトル電圧計２２で測定される振幅比ＲＴはゼロに維持される（つまり、測定対象９１の他方の端子９３が内部グランドＧに等価的に接続された状態が維持される）。しかしながら、現実には、インピーダンス測定装置１を構成する各構成要素（例えば、第１信号源１０や第２信号源２３など）には経時変化や温度変化が生じることから、処理部１５は、この負帰還制御処理を実行することで、ベクトル電圧計２２で測定される振幅比ＲＴをゼロ（位相差θもゼロ）に維持する。
【００４６】
また、インピーダンス測定処理では、処理部１５は、第２信号源２３への初期振幅Ａ０および初期位相θ０の設定により（本例では、加えて負帰還制御処理の実行により）、測定対象９１の他方の端子９３が内部グランドＧに等価的に接続されている状態において、電圧測定部１３で測定される測定対象９１の両端子９２，９３間の両端間電圧と、電流測定部２５で測定される電流Ｉ２とに基づいて、測定対象９１のインピーダンスを算出する。測定対象９１の他方の端子９３が内部グランドＧに等価的に接続されている状態では、電流電圧変換器２１に流入する電流、つまり、Ｌｐ測定端子４から測定ケーブル８を介して負帰還回路１４に流入する電流はゼロであることから、第１信号源１０から測定対象９１に流れる測定電流Ｉ１は、すべて電流Ｉ２として電流測定部２５に流れる。したがって、電流測定部２５は、測定対象９１に流れる測定電流Ｉ１を電流Ｉ２として測定して処理部１５に出力する。これにより、処理部１５は、測定対象９１のインピーダンスを正確に測定（算出）する。また、処理部１５は、インピーダンス測定処理において、測定したインピーダンスを不図示の出力部（例えば、ＬＣＤなどの表示装置など）に出力する。
【００４７】
次に、インピーダンス測定装置１の動作について、インピーダンス測定装置１における負帰還回路１４の調整動作（調整方法）と併せて、図面を参照して説明する。なお、インピーダンス測定装置１は、測定対象９１に正常に接続されているものとする。
【００４８】
この状態において、インピーダンス測定装置１では、処理部１５が、まず、上記した第１測定処理、第２測定処理および振幅位相算出処理を順次実行することにより、第１振幅比ＲＴ１および第１位相差θ１と、第２振幅比ＲＴ２および第２位相差θ２とを算出（測定）すると共に、これらに基づいて初期振幅Ａ０および初期位相θ０を算出して第２信号源２３に対して設定する。なお、第１測定処理および第２測定処理については、いずれを先に実行してもよい。これにより、インピーダンス測定装置１では、上記の理想状態においては、ベクトル電圧計２２で測定される振幅比ＲＴおよび位相差θが共にゼロになり、測定対象９１の他方の端子９３が内部グランドＧに等価的に接続される。
【００４９】
本例では、処理部１５は、次いで、負帰還制御処理を実行することにより、ベクトル電圧計２２で測定される振幅比ＲＴが継続してゼロ（位相差θも継続してゼロ）に維持されて、測定対象９１の他方の端子９３が継続して内部グランドＧに等価的に接続されるように、第２信号源２３に設定する振幅Ａや位相φを微調整する。
【００５０】
この状態では、電流電圧変換器２１に流入する電流、つまり、Ｌｐ測定端子４から測定ケーブル８を介して負帰還回路１４に流入する電流はゼロであることから、第１信号源１０から測定対象９１に流れる測定電流Ｉ１は、すべて電流Ｉ２として電流測定部２５に流れる。したがって、電流測定部２５は、測定対象９１に流れる測定電流Ｉ１である電流Ｉ２を測定して処理部１５に出力している。また、ベクトル電圧値Ｖｓｃがゼロボルトに維持されていることから、測定対象９１の他方の端子９３は等価的に内部グランドＧに接続された状態になっている。したがって、電圧測定部１３は、内部グランドＧを基準としてＨｐ測定端子３に発生する電圧を測定することにより、測定対象９１の両端子９２，９３間の電圧（両端間電圧）を測定して、処理部１５に出力する。
【００５１】
次いで、処理部１５は、この状態において、インピーダンス測定処理を実行して、電圧測定部１３で測定される測定対象９１の両端子９２，９３間の両端間電圧と、電流測定部２５で測定される電流Ｉ２とに基づいて、測定対象９１のインピーダンスを正確に算出する。また、算出したインピーダンスを出力部に出力する。
【００５２】
このように、このインピーダンス測定装置１では、処理部１５は、第１測定処理、第２測定処理および振幅位相算出処理を実行して、ベクトル電圧計２２で測定される振幅比ＲＴがゼロ（位相差θもゼロ）となるように、第２信号源２３に対して設定すべき振幅Ａとしての初期振幅Ａ０および位相φとしての初期位相θ０を算出して設定する。
【００５３】
したがって、このインピーダンス測定装置１、およびインピーダンス測定装置１における負帰還回路１４の調整方法によれば、狭帯域高利得増幅器を備えたヌル増幅手段（負帰還回路）が負帰還動作を実行して、狭帯域高利得増幅器に内蔵された積分器から出力される直流信号を目的の電圧値に移行させる（これにより、測定対象の他方の端子の電位を接地電位（本例での内部グランドＧの電位）に移行させる）とのインピーダンス測定装置における負帰還回路の調整方法、およびこの調整方法を実行するインピーダンス測定装置と比較して、積分器を使用していないために、測定対象９１の他方の端子９３が内部グランドＧに等価的に接続される（測定対象９１の他方の端子９３の電位を内部グランドＧの電位（接地電位）とする）までに要する時間を大幅に短縮することができる。また、このインピーダンス測定装置１によれば、回路構成の複雑な狭帯域高利得増幅器を不要にすることができることから、装置コストを十分に低減することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  インピーダンス測定装置
１０  第１信号源
１１  第１切替器
１４  負帰還回路
１５  処理部
２１  電流電圧変換器
２２  ベクトル電圧計
２３  第２信号源
２４  増幅器
２５  電流測定部
２６  第２切替器
９１  測定対象
９２  一方の端子
９３  他方の端子
Ａ  振幅
Ｇ  内部グランド
Ｉ２  電流
ＲＴ  振幅比
Ｖ１  第１正弦波信号
Ｖ２  第２正弦波信号
Ｖ３  増幅正弦波信号
Ｖｉ  電圧
θ  位相差
φ  位相
【図１】
2020063943.tif 000003
【図２】
2020063943.tif 000004
【図３】
2020063943.tif 000005
【図４】
2020063943.tif 000006
【図５】
2020063943.tif 000007
【図６】
2020063943.tif 000008
【図７】
2020063943.tif 000009