(57)【要約】【課題】検出対象体の変化の速い電圧についても検出し得る広帯域の電圧検出装置を提供する。【解決手段】検出対象体４に生じている交流電圧Ｖ１を検出する電圧検出装置１であって、検出対象体４に対向して配設されて検出対象体４と容量結合する検出電極２２と、基準電圧（電圧信号Ｖ４の電圧）を基準として生成されたフローティング電源で作動して、交流電圧Ｖ１と基準電圧の交流の電位差Ｖｄｉに応じて振幅が変化する検出電圧信号Ｖ２を出力するブートストラップ回路２７と、検出電圧信号Ｖ２を電気的に絶縁して検出電圧信号Ｖ２ａとして出力するフォトカプラ２６と、電位差Ｖｄｉが減少するように検出電圧信号Ｖ２ａを増幅して電圧信号Ｖ４を生成する電圧生成回路３４とを備えている。【選択図】図１
2010256125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象体に生じている検出対象交流電圧を検出する電圧検出装置であって、
前記検出対象体に対向して配設されて当該検出対象体と容量結合する検出電極と、
基準電圧を基準として生成されたフローティング電源で作動して、前記検出対象交流電圧と当該基準電圧との間の交流の電位差に応じて振幅が変化する検出信号を出力するブートストラップ回路と、
前記検出信号を入力すると共に電気的に絶縁して絶縁検出信号として出力する絶縁回路と、
前記電位差が減少するように前記絶縁検出信号を増幅して前記基準電圧を生成する電圧生成回路とを備えている電圧検出装置。
【請求項２】
前記絶縁回路は、光絶縁素子および／またはトランスを備えて構成されている請求項１記載の電圧検出装置。
【請求項３】
前記基準電圧に規定されたガード電極を備え、前記ブートストラップ回路および前記絶縁回路の一次側回路が前記ガード電極によって覆われている請求項１または２記載の電圧検出装置。
【請求項４】
前記ガード電極に開口部が形成され、
前記検出電極は、前記ガード電極内における前記開口部を臨む位置に、当該開口部から突出しない状態で配置されている請求項３記載の電圧検出装置。
【請求項５】
前記検出電極における前記検出対象体と対向する表面全体を覆う絶縁物を備えている請求項１から４のいずれかに記載の電圧検出装置。
【請求項６】
前記検出対象体としての対応する複数の電路に前記検出電極が対向可能に構成されて当該各電路に生じている交流電圧を前記検出対象交流電圧としてそれぞれ検出可能な複数の請求項１から５のいずれかに記載の電圧検出装置と、
前記複数の電圧検出装置のうちの一対の電圧検出装置によって検出された２つの前記電路の前記交流電圧の差分電圧を算出して当該２つの電路間の線間電圧を求める算出部とを備えている線間電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出対象体の電圧を検出する電圧検出装置、およびこの電圧検出装置を備えた線間電圧検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の電圧検出装置として、特公平７−５８２９７号公報に開示された非接触型電圧測定装置（以下、「電圧検出装置」ともいう）が知られている。この電圧検出装置は、検出対象体（試料）の電位の変化を非接触で読み取る非接触電位測定装置であって、先端が尖った金属針、この金属針を通してフィールドエミッション電流またはトンネル電流を検出してこの電流が一定になるように金属針に電圧を印加するフィードバック回路、および金属針の電圧を読み出す回路を備えている。この電圧検出装置では、金属針を検出対象体に近接させて保持すると、フィードバック回路により、フィールドエミッション電流またはトンネル電流が一定となるように金属針への印加電圧が制御される。したがって、このときの金属針の電圧は、検出対象体の電圧に追従するので、金属針の電圧を読み取ることにより検出対象体の電圧の変化を読み取ることが可能となっている。この場合、この電圧検出装置では、フォードバック回路の一部に電流電圧変換器が使用され、フィールドエミッション電流またはトンネル電流を電流電圧変換器で電圧信号に変換する構成が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平７−５８２９７号公報（第２頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記の電圧検出装置には、以下のような問題点がある。すなわち、この電圧検出装置では、フィードバック回路の出力が印加される金属針は電流電圧変換器に接続されており、一般的に電流電圧変換器の入力インピーダンスは低い値であることから、フィードバック回路の負荷が重い状態となっている。したがって、この電圧検出装置には、フィードバック回路の負荷が重いことに起因して、検出対象体の電位の変化がゆっくりとしているとき（変動の周期が長いとき）には、金属針に印加する電圧を検出対象体の電位の変動に追従させることができるものの、検出対象体の電位の変化が速いとき（変動の周期が短いとき）には、金属針に印加する電圧を検出対象体の電位の変動に追従させることが困難となるという解決すべき課題が存在している。
【０００５】
本発明は、上記の問題を解決すべくなされたものであり、検出対象体の変化の速い電圧についても検出し得る広帯域の電圧検出装置を提供することを主目的とする。また、電路間の線間電圧を検出し得る線間電圧検出装置を提供することを他の主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく請求項１記載の電圧検出装置は、検出対象体に生じている検出対象交流電圧を検出する電圧検出装置であって、前記検出対象体に対向して配設されて当該検出対象体と容量結合する検出電極と、基準電圧を基準として生成されたフローティング電源で作動して、前記検出対象交流電圧と当該基準電圧との間の交流の電位差に応じて振幅が変化する検出信号を出力するブートストラップ回路と、前記検出信号を入力すると共に電気的に絶縁して絶縁検出信号として出力する絶縁回路と、前記電位差が減少するように前記絶縁検出信号を増幅して前記基準電圧を生成する電圧生成回路とを備えている。
【０００７】
また、請求項２記載の電圧検出装置は、請求項１記載の電圧検出装置において、前記絶縁回路は、光絶縁素子および／またはトランスを備えて構成されている。
【０００８】
また、請求項３記載の電圧検出装置は、請求項１または２記載の電圧検出装置において、前記基準電圧に規定されたガード電極を備え、前記ブートストラップ回路および前記絶縁回路の一次側回路が前記ガード電極によって覆われている。
【０００９】
また、請求項４記載の電圧検出装置は、請求項３記載の電圧検出装置において、前記ガード電極に開口部が形成され、前記検出電極は、前記ガード電極内における前記開口部を臨む位置に、当該開口部から突出しない状態で配置されている。
【００１０】
また、請求項５記載の電圧検出装置は、請求項１から４のいずれかに記載の電圧検出装置において、前記検出電極における前記検出対象体と対向する表面全体を覆う絶縁物を備えている。
【００１１】
また、請求項６記載の線間電圧検出装置は、前記検出対象体としての対応する複数の電路に前記検出電極が対向可能に構成されて当該各電路に生じている交流電圧を前記検出対象交流電圧としてそれぞれ検出可能な複数の請求項１から５のいずれかに記載の電圧検出装置と、前記複数の電圧検出装置のうちの一対の電圧検出装置によって検出された２つの前記電路の前記交流電圧の差分電圧を算出して当該２つの電路間の線間電圧を求める算出部とを備えている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の電圧検出装置では、検出電極を検出対象体に対向させて配置した状態において、ブートストラップ回路が、交流電圧および基準電圧の電位差に基づいて、この電位差に応じて振幅が変化する検出信号を出力し、絶縁回路が、この検出信号を電気的に絶縁して絶縁検出信号として出力し、電圧生成回路が絶縁検出信号を増幅して基準電圧を生成する。この電圧検出装置では、検出電極に接続される回路が入力インピーダンスの極めて高いブートストラップ回路であるため、検出電極のインピーダンスが高インピーダンスに維持されて、電圧生成回路の負荷となるフローティング回路部全体のインピーダンスも高インピーダンスとなっている（電圧生成回路の負荷が軽い状態になっている）。
【００１３】
したがって、この電圧検出装置によれば、電圧生成回路が、出力している基準電圧を周期の短い（周波数の高い）検出対象交流電圧に対しても良好に追従させることができる結果、広い周波数帯域に亘って検出対象交流電圧を精度良く検出することができる。
【００１４】
また、請求項２記載の電圧検出装置によれば、絶縁回路を光絶縁素子および／またはトランスを使用して構成したことにより、ブートストラップ回路と本体回路部とを簡易に電気的に絶縁する（分離する）ことができる。また、光絶縁素子を使用した場合には、広い周波数範囲に亘って周波数特性が良好なため、広い周波数範囲に亘る検出対象体の交流電圧をより精度良く検出することができる。また、トランスを絶縁回路として使用した場合には、一般的にトランスは光絶縁素子よりも高い周波数域で良好な周波数特性を有しているため、検出対象交流電圧を検出し得る周波数帯域の上限周波数をより高めることができる。また、光絶縁素子およびトランスを並列に接続して絶縁回路を構成した場合には、低周波数域側では光絶縁素子が主として作動し、高周波数域側ではトランスが主として作動することにより、絶縁回路の周波数特性を一層広帯域化することができる結果、広い周波数範囲に亘る検出対象交流電圧の検出精度をより高めることができる。
【００１５】
また、請求項３記載の電圧検出装置によれば、ブートストラップ回路および絶縁回路の一次側回路をガード電極内に収容して、これらをガード電極で覆う構成としたことにより、外部からの電界の影響をこれら回路が受けにくくすることができる結果、検出対象交流電圧の検出精度を向上させることができる。
【００１６】
また、請求項４記載の電圧検出装置によれば、ガード電極内であって、ガード電極に形成された開口部を臨む位置に、開口部から突出しない状態（非突出状態）で検出電極を配置したことにより、外部の電界の影響を検出電極が受けにくくすることができる結果、検出対象交流電圧の検出精度を一層向上させることができる。
【００１７】
また、請求項５記載の電圧検出装置によれば、検出電極における検出対象体と対向する表面全体を絶縁物で覆う構成としたことにより、検出対象体と検出電極との短絡を確実に防止することができる。
【００１８】
また、請求項６記載の線間電圧検出装置によれば、ブートストラップ回路を有して構成された上記の電圧検出装置を使用したことにより、広い周波数帯域に亘って各電路の交流電圧を精度良く検出することができるため、各線間電圧についても広い周波数帯域に亘って精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】電圧検出装置１の構成図である。
【図２】フローティング回路部２の斜視図である。
【図３】フローティング回路部２の構造を説明するための図２におけるＷ−Ｗ線の断面概念図である。
【図４】ブートストラップ回路２７の他の構成を示す回路図である。
【図５】電圧検出装置１を使用した線間電圧検出装置５１のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、電圧検出装置および線間電圧検出装置の実施の形態について説明する。
【００２１】
最初に、電圧検出装置１について、図面を参照して説明する。
【００２２】
電圧検出装置１は、非接触型の電圧検出装置であって、図１に示すように、フローティング回路部２および本体回路部３を備え、検出対象体４に生じている交流電圧Ｖ１（検出対象交流電圧）を非接触で検出（測定）可能に構成されている。
【００２３】
フローティング回路部２は、図１，２，３に示すように、ガード電極２１、検出電極２２、ブートストラップ回路２７、駆動回路２５および絶縁回路２６を備えている。絶縁回路２６は、本例では一例としてフォトカプラ（以下、「フォトカプラ２６」ともいう）で構成されている。ガード電極２１は、導電性材料（例えば金属材料）を用いて、フローティング回路部２における基準電圧部として構成されて、一例としてその内部にブートストラップ回路２７、駆動回路２５およびフォトカプラ２６が収容されている。これにより、ブートストラップ回路２７からフォトカプラ２６までがガード電極２１に覆われた構成となっている。なお、ガード電極２１で覆うべき部位は、ブートストラップ回路２７からフォトカプラ２６の一次側回路（後述する発光ダイオード）まででよい。このため、フォトカプラ２６の二次側回路（後述するフォトトランジスタ）については、ガード電極２１で覆われない構成とすることもできる。一例として、樹脂材料で一次側回路と二次側回路とが１つのパッケージに封止されて構成されたフォトカプラ２６のような光絶縁素子の場合には、パッケージにおける一次側回路が含まれる部位（パッケージの発光ダイオード側の半分）がガード電極２１の内部に位置し、二次側回路が含まれる部位（パッケージのフォトトランジスタ側の半分）がガード電極２１の外部に突出（露出）するように、ガード電極２１に対してフォトカプラ２６を配置する。また、ガード電極２１には開口部（孔）２１ａが形成されると共に、本例では、さらに、図２，３に示すように、ガード電極２１全体が絶縁層（絶縁物の一例）２１ｂで覆われている。検出電極２２は、例えば、平板状に形成されて、ガード電極２１内における開口部２１ａを臨む位置に、開口部２１ａからガード電極２１の外側に突出しない状態（つまり、検出電極２２の表面をガード電極２１の表面から凹ませた非突出状態）で配設されている。このようにガード電極２１全体が絶縁層２１ｂで覆われ、かつ検出電極２２が開口部２１ａを臨む位置に配置されている構成のため、絶縁層２１ｂが検出電極２２における検出対象体４と対向する表面全体を覆う構成となっている。
【００２４】
ブートストラップ回路２７は、一例として、図１に示すように、演算増幅器２７ａ、演算増幅器２７ａの非反転入力端子とガード電極２１との間に互いに直列に接続された状態で配設された２つの抵抗２７ｂ，２７ｃ、演算増幅器２７ａの反転入力端子と２つの抵抗２７ｂ，２７ｃの接続点との間に配設されたコンデンサ２７ｄ、および演算増幅器２７ａの反転入力端子と出力端子との間に配設された抵抗２７ｅを備えている。また、演算増幅器２７ａの非反転入力端子に検出電極２２が接続されている。このブートストラップ回路２７は、演算増幅器２７ａが後述する正電圧Ｖｆ＋および負電圧Ｖｆ−の供給を受けて作動して、検出電極２２に発生する電圧を入力して、検出対象体４の交流電圧Ｖ１とガード電極２１の電圧（基準電圧）との電位差Ｖｄｉに応じた電圧の検出電圧信号（検出信号）Ｖ２を出力する。この場合、検出電圧信号Ｖ２は、その振幅が電位差Ｖｄｉの振幅に比例して変化する。
【００２５】
駆動回路２５は、フォトカプラ２６と共にブートストラップ回路２７の後段に配置されている。また、駆動回路２５は、一例としてベース端子が入力抵抗２５ａを介して演算増幅器２７ａの出力端子に接続され、コレクタ端子がフォトカプラ２６に接続され、かつエミッタ端子が負電圧Ｖｆ−に接続されたトランジスタ（本例では一例としてＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ）２５ｂで構成されている。フォトカプラ２６は、絶縁回路の一例である光絶縁素子に含まれるものであって、その一次側回路としての発光ダイオードは、カソード端子がトランジスタ２５ｂのコレクタ端子に接続され、アノード端子が正電圧Ｖｆ＋に接続されている。また、フォトカプラ２６の二次側回路としてのフォトトランジスタは、配線Ｗ１を介して本体回路部３と接続されている。この構成により、フォトカプラ２６が駆動回路２５で駆動されてリニア領域で作動することにより、検出電圧信号Ｖ２の電圧値に応じて（ほぼ比例して）フォトカプラ２６におけるフォトトランジスタの抵抗値が変化する。したがって、このフォトカプラ２６が、後述する本体回路部３の抵抗３３と相俟って、ブートストラップ回路２７から入力した検出電圧信号Ｖ２を、この検出電圧信号Ｖ２と電気的に絶縁された新たな検出電圧信号（絶縁検出信号）Ｖ２ａに変換する。また、フォトカプラ２６に代えて、同じ光絶縁素子である光ＭＯＳ−ＦＥＴを使用することもできる。この場合、光ＭＯＳ−ＦＥＴは、その一次側回路としての発光ダイオードが上記したフォトカプラ２６の発光ダイオードと同様にしてトランジスタ２５ｂ等に接続され、その二次側回路としてのＦＥＴ対が配線Ｗ１を介して本体回路部３と接続される。
【００２６】
本体回路部３は、図１に示すように、一例として、主電源回路３１、ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、単に「コンバータ」ともいう）３２、電流電圧変換用の抵抗３３、電圧生成回路３４および電圧計３５を備えている。主電源回路３１は、例えば、バッテリーを備えて構成されて、本体回路部３の各構成要素３２，３４を作動させるための正電圧Ｖｄｄおよび負電圧Ｖｓｓ（グランドＧ１の電位を基準として生成される絶対値が同じで、互いの極性の異なる直流電圧）をそのバッテリーの直流電圧から生成して出力する。コンバータ３２は、一例として互いに電気的に絶縁された一次巻線および二次巻線を有する絶縁型のトランスと、このトランスの一次巻線を駆動する駆動回路と、トランスの二次巻線に誘起される交流電圧を整流平滑する直流変換部（いずれも図示せず）とを備えて、一次側に対して二次側が電気的に絶縁された絶縁型電源として構成されている。このコンバータ３２では、入力した正電圧Ｖｄｄおよび負電圧Ｖｓｓに基づいて駆動回路が作動して、正電圧Ｖｄｄが印加された状態にあるトランスの一次巻線を駆動して二次巻線に交流電圧を誘起させる。また、直流変換部が、この交流電圧を整流して平滑する。これにより、内部基準電位（内部グランド）を基準として、上記電圧（正電圧Ｖｆ＋および負電圧Ｖｆ−）がフローティング状態（グランドＧ１、正電圧Ｖｄｄおよび負電圧Ｖｓｓと電気的に分離された状態）で生成される。このようにして生成された正電圧Ｖｆ＋および負電圧Ｖｆ−は、上記の内部グランドがガード電極２１に電気的に接続された状態で、フローティング回路部２に供給される。なお、正電圧Ｖｆ＋および負電圧Ｖｆ−は、絶対値がほぼ同一で、極性が互いに異なる直流電圧として生成される。
【００２７】
抵抗３３は、一端が正電圧Ｖｄｄに接続されると共に、他端がフォトカプラ２６におけるフォトトランジスタのコレクタ端子に接続されている。これにより、抵抗３３とフォトトランジスタとが正電圧Ｖｄｄと負電圧Ｖｓｓとの間に直列に接続された状態となる。このため、フォトトランジスタの抵抗値が検出電圧信号Ｖ２の電圧値に応じて変化したときには、正電圧Ｖｄｄおよび負電圧Ｖｓｓの電位差（Ｖｄｄ−Ｖｓｓ）が抵抗３３の抵抗値とフォトトランジスタの抵抗値とで分圧されることにより、上記した検出電圧信号Ｖ２ａがフォトトランジスタのコレクタ端子に発生する。
【００２８】
電圧生成回路３４は、検出電圧信号Ｖ２ａを入力して増幅することにより、電圧信号Ｖ４（つまり基準電圧）を生成して、ガード電極２１に印加する。この場合、電圧生成回路３４は、フローティング回路部２のガード電極２１、検出電極２２、ブートストラップ回路２７、駆動回路２５およびフォトカプラ２６と共にフィードバックループを形成して、電位差Ｖｄｉを減少させるように検出電圧信号Ｖ２ａを増幅する増幅動作を行うことにより、電圧信号Ｖ４を生成する。本例では、一例として、電圧生成回路３４は、交流増幅回路３４ａ、位相補償回路３４ｂおよび昇圧回路３４ｃを備えて構成されている。ここで、交流増幅回路３４ａは、検出電圧信号Ｖ２ａを入力して増幅することにより、電圧信号Ｖ４ａを生成する。この場合、交流増幅回路３４ａは、検出電圧信号Ｖ２ａの電圧値についての絶対値の増加・減少に対応して、電圧値の絶対値が変化する電圧信号Ｖ４ａを増幅動作によって生成する。位相補償回路３４ｂは、フィードバック制御動作の安定化（発振防止）を図るため、電圧信号Ｖ４ａを入力してその位相を調整して電圧信号Ｖ４ｂとして出力する。昇圧回路３４ｃは、一例として昇圧トランスを用いて構成されて、電圧信号Ｖ４ｂを所定の倍率で昇圧することにより（極性は変えずに絶対を増加させることにより）、電圧信号Ｖ４を生成してガード電極２１に印加する。電圧計３５は、この電圧信号Ｖ４の実効値を検出（測定）して出力する（一例として自らの表示部（不図示）に表示させる）。
【００２９】
次いで、電圧検出装置１による検出対象体４の交流電圧Ｖ１についての検出動作（測定動作）について説明する。
【００３０】
まず、検出電極２２が非接触の状態で検出対象体４に対向するように、フローティング回路部２（または電圧検出装置１全体）を検出対象体４の近傍に位置させる。これにより、図１に示すように、検出電極２２と検出対象体４との間に静電容量Ｃ０が形成された状態となる。この場合、静電容量Ｃ０の容量値は、検出電極２２と検出対象体４の距離に反比例して変化するが、フローティング回路部２を一旦配設した後は、温度などの環境が一定の条件下においては一定の（変動しない）値となる。静電容量Ｃ０の容量値は、一般的に数ｐＦ〜数十ｐＦ程度の容量となる。
【００３１】
次いで、電圧検出装置１の起動状態において、検出対象体４の交流電圧Ｖ１と、ガード電極２１の電圧（基準電圧。電圧信号Ｖ４の電圧）との電位差Ｖｄｉが増加しているとき（例えば、交流電圧Ｖ１の上昇に起因して電位差Ｖｄｉが増加しているとき）には、ブートストラップ回路２７は、この電位差Ｖｄｉの増加に応じて、出力している検出電圧信号Ｖ２の電圧値を上昇させる。また、この検出電圧信号Ｖ２の電圧上昇に伴い、駆動回路２５のトランジスタ２５ｂが深いオン状態に移行する。これにより、フォトカプラ２６では、その発光ダイオードに流れる電流が増加し、フォトトランジスタの抵抗が減少する。したがって、抵抗３３の抵抗値とフォトトランジスタの抵抗値とで電位差（Ｖｄｄ−Ｖｓｓ）が分圧されて生成される検出電圧信号Ｖ２ａは、その電圧値が低下する。電圧生成回路３４は、この検出電圧信号Ｖ２ａに基づいて、生成している電圧信号Ｖ４の電圧値を上昇させる。この電圧検出装置１では、このようにしてフィードバックループを構成するブートストラップ回路２７、駆動回路２５、フォトカプラ２６および本体回路部３が、検出対象体４の交流電圧Ｖ１の上昇を検出して、電圧信号Ｖ４の電圧値を上昇させるフィードバック制御動作を実行することにより、ガード電極２１の電圧（電圧信号Ｖ４の電圧）を交流電圧Ｖ１に追従させる。
【００３２】
また、交流電圧Ｖ１の低下に起因して電位差Ｖｄｉが増加したときには、フィードバックループを構成するブートストラップ回路２７等が上記のフィードバック制御動作とは逆の動作を実行して、電圧信号Ｖ４の電圧を低下させることにより、ガード電極２１の電圧（電圧信号Ｖ４の電圧）を交流電圧Ｖ１に追従させる。このようにして、電圧検出装置１では、ガード電極２１の電圧（電圧信号Ｖ４の電圧）を交流電圧Ｖ１に追従させるフィードバック制御動作が短時間に実行されて、ガード電極２１の電圧（演算増幅器２７ａのバーチャルショートにより、検出電極２２の電圧でもある）が交流電圧Ｖ１に一致させられる。電圧計３５は、電圧信号Ｖ４の実効値（基準電圧。ガード電極２１の電圧）をリアルタイムで計測（検出）して表示する。したがって、この電圧計３５に表示される数値を観測することにより、検出対象体４の交流電圧Ｖ１が検出（測定）される。
【００３３】
このように、この電圧検出装置１では、検出電極２２を検出対象体４に対向させて配置した状態において、ブートストラップ回路２７が、交流電圧Ｖ１および電圧信号Ｖ４（基準電圧）の電位差Ｖｄｉに基づいて、この電位差Ｖｄｉに応じて振幅が変化する検出電圧信号（検出信号）Ｖ２を生成し、フォトカプラ２６が、この検出電圧信号Ｖ２を電気的に絶縁された検出電圧信号（絶縁検出信号）Ｖ２ａに変換し、電圧生成回路３４が検出電圧信号Ｖ２ａに基づいて電圧信号Ｖ４を生成してガード電極２１に印加する。また、この電圧検出装置１では、検出電極２２に接続される回路が入力インピーダンスの極めて高いブートストラップ回路２７であるため、検出電極２２のインピーダンスが高インピーダンスに維持されて、電圧生成回路３４の負荷となるフローティング回路部２全体のインピーダンスも高インピーダンスとなっている（電圧生成回路３４の負荷が軽い状態になっている）。
【００３４】
したがって、この電圧検出装置１によれば、電圧生成回路３４が、出力している電圧信号Ｖ４の電圧値を周期の短い（周波数の高い）交流電圧Ｖ１に対しても良好に追従させることができる結果、広い周波数帯域に亘って（広帯域で）交流電圧Ｖ１を精度良く検出（測定）することができる。
【００３５】
また、この電圧検出装置１によれば、絶縁回路としてフォトカプラ２６を使用したことにより、フローティング回路部２と本体回路部３とを簡易に電気的に絶縁する（分離する）ことができる。また、広い周波数範囲に亘ってフォトカプラ２６の周波数特性が良好なため、広い周波数範囲に亘る検出対象体４の交流電圧Ｖ１を精度良く検出（測定）することができる。なお、フォトカプラ２６等の光絶縁素子に代えてトランス（例えばパルストランス）を用いて絶縁回路を構成することもできるし、フォトカプラ２６とトランスとを並列に接続して絶縁回路を構成することもできる。この構成においては、トランスの一次巻線が絶縁回路の一次側回路として機能し、二次巻線が二次側回路として機能する。この場合、前者の構成では、一般的にトランスがフォトカプラ２６よりも高い周波数域で良好な周波数特性を有しているため、トランスを使用することで、交流電圧Ｖ１を検出し得る周波数帯域の上限周波数をより高めることができる。また、後者の構成では、低周波数域側ではフォトカプラ２６が主として作動し、高周波数域側ではトランスが主として作動することにより、絶縁回路の周波数特性を広帯域化することができる結果、広い周波数範囲に亘る検出対象体４の交流電圧Ｖ１をより精度良く検出（測定）することができる。
【００３６】
また、この電圧検出装置１によれば、ブートストラップ回路２７、駆動回路２５およびフォトカプラ２６をガード電極２１内に収容して、これらをガード電極２１で覆う構成としたことにより、外部からの電界の影響をこれら回路が受けにくくすることができる結果、交流電圧Ｖ１の検出精度を向上させることができる。
【００３７】
また、この電圧検出装置１によれば、ガード電極２１内であって、ガード電極２１に形成された開口部２１ａを臨む位置に、開口部２１ａから突出しない状態（非突出状態）で検出電極２２を配置したことにより、外部の電界の影響を検出電極２２が受けにくくすることができる結果、交流電圧Ｖ１の検出精度を一層向上させることができる。
【００３８】
また、この電圧検出装置１によれば、検出電極２２における検出対象体４と対向する表面全体を絶縁物としての絶縁層２１ｂで覆う構成としたことにより、検出対象体４と検出電極２２との短絡を確実に防止することができる。
【００３９】
なお、上記の電圧検出装置１では、ガード電極２１内であって、ガード電極２１に形成された開口部２１ａを臨む位置に、開口部２１ａから突出しない状態（ガード電極２１の表面から凹ませた状態）で検出電極２２を配置する構成を採用したが、外部からの電界の影響が少ない場合には、検出電極２２を開口部２１ａ内にガード電極２１とほぼ面一の状態または一部が突出する状態で取り付ける構成や、検出電極２２をガード電極２１の外表面に開口部２１ａを覆うようにして取り付ける構成を採用することもできる。また、いずれの構成においても、検出電極２２とガード電極２１とを電気的に絶縁するのは勿論である。また、ガード電極２１全体を絶縁層２１ｂで覆う構成について上記したが、検出対象体４との接触の可能性の高い検出電極２２だけを絶縁層２１ｂで覆い、他の部位を覆わない構成を採用することもできる。
【００４０】
また、主電源回路３１が外部から交流電圧の供給を受けて正電圧Ｖｄｄおよび負電圧Ｖｓｓを生成する構成の場合には、コンバータ３２は、正電圧Ｖｄｄおよび負電圧Ｖｓｓの供給を受けて正電圧Ｖｆ＋および負電圧Ｖｆ−を生成する構成（ＤＣからＤＣを生成する構成）に代えて、主電源回路３１と同様に外部から交流電圧の供給を受けて正電圧Ｖｆ＋および負電圧Ｖｆ−を生成する構成とすることもできる。なお、この構成（ＡＣからＤＣを生成する構成）においても、コンバータ３２は、上記した例と同様にトランスを使用することにより、一次側に対して二次側が電気的に絶縁された絶縁型電源として構成する。
【００４１】
また、電圧信号Ｖ４の実効値を電圧計３５で検出（測定）して出力する構成と共に、またはこの構成に代えて、例えば電圧信号Ｖ４をサンプリングして、その波形データを生成するＤＳＰ（デジタル信号処理部）を備える構成を採用することもできる。この構成を採用することにより、この波形データを電圧検出装置１の外部へ出力したり、この波形データに基づいて電圧検出装置１に設けた表示部に交流電圧Ｖ１の波形として表示させたりすることが可能となる。
【００４２】
また、上記した図１に示すブートストラップ回路２７では、演算増幅器２７ａの反転入力端子と出力端子との間に抵抗２７ｅを配置して、ゲインを持たせた構成としているが、この構成に代えて、図４に示す構成を採用して実現することもできる。同図に示すブートストラップ回路２７では、抵抗２７ｅを設けずに、演算増幅器２７ａの反転入力端子と出力端子とを短絡させることで、バッファ（倍率が１倍の増幅器）として機能させている。
【００４３】
次に、上記した電圧検出装置１を複数利用した線間電圧検出装置５１について説明する。
【００４４】
最初に、線間電圧検出装置５１について、図面を参照して説明する。なお、以下では、三相（Ｒ相、Ｓ相およびＴ相）三線式の交流電路（以下、「電路」ともいう）Ｒ，Ｓ，Ｔの線間電圧を検出（測定）する例について説明する。
【００４５】
線間電圧検出装置５１は、一例として、図５に示すように、電路Ｒ，Ｓ，Ｔの数と同数（３つ）の電圧検出装置１（以下、各電路Ｒ，Ｓ，Ｔに対応させて電圧検出装置１ｒ，１ｓ，１ｔ（以下、特に区別しないときには「電圧検出装置１」ともいう）、算出部５２、および表示部５３を備え、電路Ｒ，Ｓ間の線間電圧Ｖｒｓ、電路Ｓ，Ｔ間の線間電圧Ｖｓｔ、および電路Ｒ，Ｔ間の線間電圧Ｖｒｔを非接触で検出可能（測定可能）に構成されている。
【００４６】
各電圧検出装置１は、図５に示すように、上記したフローティング回路部２および本体回路部３をそれぞれ備えて同一に構成されて、各電路Ｒ，Ｓ，Ｔを検出対象体としてこれらの交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ（検出対象交流電圧）に自らの電圧信号Ｖ４をフィードバック制御動作を実行して一致させる。また、本例の各電圧検出装置１ｒ，１ｓ，１ｔでは、電圧計３５が、検出（測定）した電圧信号Ｖ４の波形を示す電圧データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃを出力する。以下、電圧データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃについては、特に区別しないときには「電圧データＤｖ」ともいう。
【００４７】
算出部５２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、各電圧検出装置１から出力された電圧データＤｖに基づいて、線間電圧を求める（算出）する線間電圧算出処理を実行する。また、算出部５２は、線間電圧算出処理の結果を表示部５３に表示させる。表示部５３は、本例では、液晶ディスプレイなどのモニタ装置で構成されている。なお、プリンタなどの印字装置で構成することもできる。また、各本体回路部３は、後述するように互いのグランドＧ１同士が接続される。また、算出部５２および表示部５３は、３つの本体回路部３のうちのいずれか１つの本体回路部３に含まれている主電源回路３１から正電圧Ｖｄｄおよび負電圧Ｖｓｓの供給を受けて作動する。この構成により、各フローティング回路部２、各本体回路部３、算出部５２および表示部５３は、大地からフローティングされた状態となっている。
【００４８】
次いで、線間電圧検出装置５１の検出動作（測定動作）について説明する。
【００４９】
まず、検出（測定）に際して、図５に示すように、電圧検出装置１ｒで電路Ｒの交流電圧Ｖｒを検出（測定）するため、そのフローティング回路部２を電路Ｒに近づけると共に、その検出電極２２を対応する電路Ｒに対向させる。同様にして、他の電圧検出装置１ｓ，１ｔについても、電路Ｓ，Ｔの交流電圧Ｖｓ，Ｖｔを検出（測定）するため、各フローティング回路部２の検出電極２２を対応する電路Ｓ，Ｔにそれぞれ対向させる。これにより、各検出電極２２と各電路Ｒ，Ｓ，Ｔとの間に静電容量Ｃ０（図１参照）がそれぞれ形成された状態となる。この場合、各静電容量Ｃ０の容量値は、各検出電極２２と電路Ｒ，Ｓ，Ｔの芯線の距離に反比例して変化するが、フローティング回路部２を配設し終えた後は、湿度などの環境条件が一定のもとでは一定となる（変動しない）。また、各電圧検出装置１のグランドＧ１同士を接続（短絡）することにより、各電圧検出装置１のグランドＧ１の電位を共通化する。
【００５０】
次いで、線間電圧検出装置５１の起動状態において、電圧検出装置１ｒでは、フィードバックループを構成するブートストラップ回路２７、駆動回路２５、フォトカプラ２６および本体回路部３が、電路Ｒの交流電圧Ｖｒの変化に対応させて、電圧信号Ｖ４の電圧値を変化させるフィードバック制御動作を実行することにより、ガード電極２１の電圧（電圧信号Ｖ４の電圧および検出電極２２の電圧でもある）を交流電圧Ｖｒに追従させる。また、他の電圧検出装置１ｓ，１ｔでも、フィードバックループを構成するブートストラップ回路２７、積分回路２４、駆動回路２５、フォトカプラ２６および本体回路部３が、電路Ｓ，Ｔの交流電圧Ｖｓ，Ｖｔの変化に対応させて、電圧信号Ｖ４の電圧値を変化させるフィードバック制御動作を実行することにより、それぞれのガード電極２１の電圧（電圧信号Ｖ４の電圧および検出電極２２の電圧でもある）を交流電圧Ｖｓ，Ｖｔに追従させる。また、各電圧検出装置１の電圧計３５は、検出（測定）した電圧信号Ｖ４の電圧、すなわち各電路Ｒ，Ｓ，Ｔの交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの波形を示す電圧データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃを連続して出力する。
【００５１】
算出部５２は、各電圧検出装置１から出力された各電圧データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃを入力してメモリに記憶する。次いで、算出部５２は、線間電圧算出処理を実行する。具体的には、算出部５２は、各電圧データＤｖａ，Ｄｖｂの差分電圧を算出することにより、各電路Ｒ，Ｓ間の線間電圧Ｖｒｓを求める（算出する）。また、算出部５２は、同様にして、各電圧データＤｖｂ，Ｄｖｃの差分電圧を算出することにより、各電路Ｓ，Ｔ間の線間電圧Ｖｓｔを求め（算出し）、各電圧データＤｖａ，Ｄｖｃの差分電圧を算出することにより、各電路Ｒ，Ｔ間の線間電圧Ｖｒｔを求める（検出する）。この場合、前述したように、各電圧検出装置１は共通化されたグランドＧ１を基準として各電路Ｒ，Ｓ，Ｔの交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを検出（測定）するため、基準電位がどのような電位であったとしても、各交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの差分電圧を算出することにより、各線間電圧Ｖｒｓ，Ｖｓｔ，Ｖｒｔが正確に求められる（算出）される。また、算出部５２は、算出した線間電圧Ｖｒｓ，Ｖｓｔ，Ｖｒｔを表示部５３に表示させる。
【００５２】
このように、この線間電圧検出装置５１によれば、ブートストラップ回路２７を有して構成された電圧検出装置１を使用したことにより、広い周波数帯域に亘って各交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを精度良く検出することができるため、線間電圧Ｖｒｓ，Ｖｓｔ，Ｖｒｔについても広い周波数帯域に亘って精度良く検出（測定）することができる。
【００５３】
なお、主電源回路３１およびコンバータ３２をそれぞれ備えた同一構成の電圧検出装置１を複数使用した例について上記したが、複数の電圧検出装置１のうちの１つに主電源回路３１およびコンバータ３２を配置し、この電圧検出装置１から残りの電圧検出装置１に対して正電圧Ｖｄｄ、負電圧Ｖｓｓ、正電圧Ｖｆ＋および負電圧Ｖｆ−を供給する構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００５４】
１，１ｒ，１ｓ，１ｔ  電圧検出装置
２  フローティング回路部
３  本体回路部
４  検出対象体
２１  ガード電極
２１ａ  開口部
２１ｂ  絶縁層
２２  検出電極
２６  フォトカプラ
２７  ブートストラップ回路
３４  電圧生成回路
５１  線間電圧検出装置
５２  算出部
Ｒ，Ｓ，Ｔ  電路
Ｖ１，Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ  交流電圧
Ｖ２  検出電圧信号
Ｖｄｉ  電位差
Ｖｒｓ，Ｖｒｔ，Ｖｓｔ  線間電圧
【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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