(57)【要約】電流プローブ・システムは、電流プローブと着脱可能なアダプタを有する。電流プローブは、アダプタの導電コンタクトとかみ合う導電コンタクトのあるプローブ本体を有する。リード線は、アダプタから伸びて電流の流れる導体に結合される。リード線は、電流信号を電流プローブに結合する電流迂回デバイスに結合されたプラグと接続できる。アダプタには、スイッチを付けても良く、これはアダプタが電流信号プローブとかみ合ったときに、電気信号を電流プローブに結合する。電流プローブのコンタクトは、電流検出回路に結合され、これは電流信号を表す電圧出力を生成する。この電圧出力は、電気ケーブルを介してオシロスコープに結合される。
2009536742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オシロスコープと共に用いて電流の流れる導体から電流信号を取り込む電流プローブ・システムであって、
プローブ本体並びに該プローブ本体の一方の端部に配置され、上記電流の流れる導体と直列に結合するのに適した第１及び第２導電コンタクトを有する電流プローブと、
上記第１及び第２導電コンタクトに結合され、上記電流の流れる導体中を流れる電流を表す出力信号を生成する電流検出回路と、
上記プローブ本体の他方の端部から伸びて、上記電流検出デバイスの出力信号を受けるように結合されると共に、上記オシロスコープに結合するための導電性ケーブルと、
上記プローブ本体への取り付けに適したハウジングと、該ハウジングから伸びる第１及び第２導電リード線と、上記第１及び第２導電リード線の夫々に設けられる上記電流の流れる導体と結合するための第１電気コンタクト並びに上記電流プローブの上記第１及び第２導電コンタクトの一方と結合するためにハウジング内に配置される第２電気コンタクトとを有するアダプタと
を具える電流プローブ・システム。
【請求項２】
上記第１及び第２導電リード線の上記第１電気コンタクトが、上記電流の流れる導体に電気的に結合された電流迂回デバイス中のスイッチ素子として機能するかみ合う複数の導電コンタクトに適合するプラグに結合され、
上記電流迂回デバイスは、第１状態において上記電流信号を上記電流の流れる導体に通し、第２状態において上記電流迂回デバイスの少なくとも１つの上記導電コンタクトに対する上記プラグの下向きの圧力によって生じる上記電流迂回デバイスの上記複数の導電コンタクトのかみ合いが外れた第２電流迂回デバイス状態の結果として、上記電流信号を上記電流プローブに通す
ことを特徴とする請求項１記載の電流プローブ・システム。
【請求項３】
上記アダプタが、上記第１及び第２導電リード線の上記第２電気コンタクトの一方と電気的に結合されると共に上記電流プローブの上記第１及び第２導電コンタクトの一方と選択的に結合される第１端子と、上記第１及び第２導電リード線の上記第２電気コンタクトの他方と電気的に結合されると共に上記電流プローブの上記第１及び第２導電コンタクトの他方と選択的に結合される第２端子と、上記第１及び第２端子を選択的に結合するアーマチャとを有する上記アダプタ・ハウジング内に配置されるスイッチを更に有し、
上記スイッチが、上記アダプタ・ハウジングが上記プローブ本体から離れているときに上記アーマチャが上記第１及び第２導電リード線を電気的に１つに結合する第１状態と、上記アダプタ・ハウジングが上記プローブ本体に装着されているときに上記アーマチャが上記第１及び第２導電リード線を互いに切り離す第２状態とを有し、
上記アダプタ・ハウジングが上記プローブ本体に装着されているときに上記電流プローブの上記第１及び第２導電コンタクトが上記スイッチの上記第１及び第２端子に電気的に結合されることを特徴とする請求項１記載の電流プローブ・システム。
【請求項４】
上記電流の流れる導体が上記電流の流れる導体中の非導電性の切れ目の両側に取り付けられた四角いピンを有し、上記第１及び第２導電リード線の上記第１電気コンタクトの夫々が上記電流の流れる導体上に取り付けられた上記四角いピンとかみ合うボアを有する導電性ソケットを更に具える請求項３記載の電流プローブ・システム。
【請求項５】
上記電流の流れる導体がその中に非導電性の切れ目を有し、上記第１及び第２導電リード線の上記第１電気コンタクトの夫々が上記第１及び第２導電リード線の夫々に接続されると共に上記非導電性の切れ目の両側に固定して保持されるコンタクト・パッドを更に具えることを特徴とする請求項３記載の電流プローブ・システム。
【請求項６】
上記アダプタが、誘導性キックバックによって上記コンタクト端子間に生じるアークを最小限にするために、上記スイッチの上記第１及び第２端子間に配置される第１及び第２電圧クランプを更に具える請求項３記載の電流プローブ・システム。
【請求項７】
上記電圧クランプがダイオードを具える請求項６記載の電流プローブ・システム。
【請求項８】
上記プローブ本体中に配置される上記導電コンタクトは、レセプタクル中に配置されるコンタクト配列から形成され、上記コンタクト配列の第１部分は電気的に１つに結合されて上記プローブ本体中の上記第１導電コンタクトを形成し、上記コンタクト配列の第２部分は電気的に１つに結合されて上記プローブ本体中の上記第２導電コンタクトを形成し、
上記アダプタ・ハウジング内に配置された上記第１及び第２導電コンタクトは、レセプタクル中に配置されるコンタクト配列を更に具え、該コンタクト配列の第１部分は電気的に１つに結合されて上記第１導電コンタクトを形成し、上記コンタクト配列の第２部分は電気的に１つに結合されて上記第２導電コンタクトを形成し、
上記プローブ本体及びアダプタ・ハウジング中の上記レセプタクルはかみ合って、上記プローブ本体中の上記第１及び第２導電コンタクトと上記アダプタ・ハウジング中の上記第１及び第２導電コンタクトを結合することを特徴とする請求項１記載の電流プローブ・システム。
【請求項９】
上記電流検出回路が、上記第１及び第２導電コンタクトに結合されると共に、上記電流信号の磁束を検出し、上記電流の流れる導体中を流れる電流を表す出力信号を生成する増幅回路に結合された磁気センサを更に具える請求項１記載の電流プローブ・システム。
【請求項１０】
上記磁気センサが一次及び二次巻線並びに磁気コアを有するトランスを更に具え、
上記一次巻線が上記第１及び第２導電コンタクトに結合されて上記電流の流れる導体からの上記電流信号を受けて上記磁気コア及び上記二次巻線に磁束を誘導し、増幅回路に結合される上記二次巻線中に電流信号出力を生成することを特徴とする請求項９記載の電流プローブ・システム。
【請求項１１】
上記トランスの上記磁気コアはリング状であって開口を定め、上記トランスの上記リング状磁気コアの一部分の周りに一次巻線が配置されることを特徴とする請求項１０記載の電流プローブ・システム。
【請求項１２】
上記トランスが、該トランスの上記磁気コア中に配置されると共に上記磁気コア内の上記磁束と相互作用して上記電流の流れる導体上の直流から低周波数の電気信号を表す電圧信号を生成する磁気電気変換器を更に具え、
上記電圧信号が上記増幅回路に結合されることを特徴とする請求項１０記載の電流プローブ・システム。
【請求項１３】
上記磁気センサがフラックス・ゲートを更に具える請求項９記載の電流プローブ・システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
本発明は、電流プローブに関し、特に、オシロスコープと共に用いて、電流の流れる導体からの電流信号を取込むための電流プローブ・システムに関する。
【０００２】
オシロスコープと共に用いられる電流プローブは、導体中を流れる電流の測定にトランスの技術を応用したものである。トランスは、開口を定めるリング状の磁気コアを有し、これは固体（Solid）若しくはクローズド（閉じた）コアであるか、又はオープン（開いた）若しくはスプリット（split：分離する）コアで磁気コアの一方の側が他方に対して可動になっている。これによって、電流の流れる導体を回路から切断することなく、トランスの開口に通過させることが可能となる。電流の流れる導体は、磁気コアの開口を通過すると、トランスの一次巻線として振る舞う。二次巻線は、磁気コアの一方の側の周りに巻かれる。電流の流れる導体中の電流の流れが誘導する磁束は、磁気コア及び二次巻線に結合される。この磁束は、二次巻線中に電流を発生させ、これは電流の流れる導体中を流れる電流によって発生されるものと反対の磁束を生成する。受動電流プローブでは、二次巻線で発生する交流電流がトランス終端抵抗器を降下し、交流電圧出力を生成する。出力電圧は、電気ケーブルを介してオシロスコープの入力チャンネルに接続される。オシロスコープは、その電圧信号を電流信号を表すものとして表示する。
【０００３】
トランスは交流信号と結合するデバイスなので、トランスのカットオフ周波数の通過帯域は直流レベルより上である。電流プローブで直流及び低い周波数の電流信号を検出できるようにするため、能動電流プローブでは、トランスの磁気コア内にホール効果デバイスを含んでいる。ホール効果デバイスは、磁気コア内の磁束がホール・プレートとほぼ垂直となるように磁気コア内に配置される半導体である。ホール・プレートにはバイアスが印加され、磁気コア内の磁束のためにホール効果によって生成される結果の電圧は、差動増幅器の入力に結合される。増幅器のシングル・エンドの出力端子は、電力増幅器に結合しても良く、これはホール効果デバイスで生成された電流に比例する電流出力を生成する。ホール・デバイスの増幅器又はこれの代わりの電流増幅器の出力がトランスの二次巻線に結合されると、二次巻線を流れる増幅器からの出力電流が、ホール効果デバイスの周波数通過帯域に渡る入力磁束と反対方向の磁束を生成する。実現されている１つのものでは、ホール効果増幅器又は電力増幅器の出力が二次巻線の一方の側に結合され、他方の側がトランス終端抵抗器と増幅回路に結合されている。他の実現されているものでは、ホール効果増幅器の出力が、増幅回路として抵抗器を介して二次巻線の同じ側に結合されている。コンデンサが増幅回路の広帯域増幅器の入力端子に結合され、ホール効果増幅器からの電流を遮断する。ホール効果増幅器の出力と広帯域増幅器の出力は、フィードバック抵抗器のあるオペアンプの入力端子で合算され、これがトランスの二次巻線中の合成電流と比例する電圧出力を供給する。オペアンプの電圧出力は、磁気コア磁束の交流及び直流成分の尺度となる。オペアンプの出力は、電気ケーブルを介してオシロスコープの入力チャンネルに結合される。一般に、能動プローブは、スプリット型である。米国特許第３,５２５,０４１号、第５,４７７,１３５号及び第５,４９３,２１１号は、上述の検出回路を記述している。
【０００４】
導体を流れる電流を測定するためには、電流プローブは導体と直列に結合されなければならない。これは、回路基板上の回路配線のような基板に固定された電流の流れる導体のときには難しいことがわかる。回路配線中を流れる電流を測定する一般的な手順では、配線を切って、ある長さの導線を切った配線間に半田付けする。この導線を電流プローブのトランス内の開口に通せば、導線はトランスの一次巻線として働く。他の手順としては、配線中に切れ目（Gap）を設けた回路基板を製造し、切れ目の両側に四角いピンを差し込む。回路基板の通常の試験の間、四角いピンに導体ジャンパが結合される。電流測定が必要なときは、ジャンパが外され、四角いピンの間に、ある長さの導線が結合される。前述と同様にして、導線が電流プローブのトランスの一次巻線として使用される。
【０００５】
トランス型の電流プローブは、回路基板上の回路配線を流れる電流を測定する場合に多数の制限がある。得られる電流測定の感度及び精度は、トランスの磁気コア内の同じ位置に導線を配置できるかという再現性と、スプリット・コアがそれを開閉したときに同じ位置に正確にそろえられるかという再現性とによって制限される。電流プローブ・システムに必要なのは、電流プローブの一次巻線として導線ループを使用することを排除することである。加えて、電流プローブ・システムは、電流プローブの電流の流れる導体への接続を柔軟に行えるべきである。更に、電流プローブ・システムは、電流測定の感度及び精度において、より高い再現性を提供すべきである。
【発明の抄録】
【０００６】
従って、上述の要求を満たしつつ、オシロスコープと共に用いて電流の流れる導体から電流信号を得る電流プローブ・システムは、電流プローブとこの電流プローブに装着できるアダプタを有している。電流プローブは、プローブ本体と、プローブ本体の一端部に配置される第１及び第２導電コンタクトを有している。第１及び第２導電コンタクトは、電流の流れる導体と直列に結合するように作られている。第１及び第２導電コンタクトは、電流の流れる導体を流れる電流を表す出力信号を生成する電流検出回路に結合される。電流検出回路からの出力信号は、プローブ本体の他端から伸びる導電ケーブルを介して、オシロスコープに結合される。アダプタは、プローブ本体に装着するのに適したハウジングと、ハウジングから伸びる第１及び第２導電リード線を有している。各リード線は、電流の流れる導体に結合する第１電気コンタクトと、電流プローブの第１及び第２導電コンタクトの一方と結合するハウジング内に配置された第２電気コンタクトとを有する。
【０００７】
第１及び第２導電リード線の第１電気コンタクトは、電流の流れる導体と電気的に結合された電流迂回（diverting）デバイス中でスイッチ素子として機能する、かみ合っている複数の導電コンタクトに適合したプラグと結合するようにしても良い。電流迂回デバイスは、第１状態において、電流の流れる導体を通るように電流信号を結合し、電流迂回デバイスの導電コンタクトの少なくとも１つに対するプラグの下向きの圧力がもたらす第２状態において、電流プローブを通るように電流信号を結合する。第２電流迂回デバイス状態において、この下向きの圧力は、電流迂回デバイスの導電コンタクトのかみ合いが外れるように作用する。
【０００８】
導電リード線の第１電気コンタクトの夫々がボア（bore：穴）のある導電性ソケットを形成しても良く、ボア中に電流の流れる導体の非導電性の切れ目中の両側に取り付けられた四角いピン・コネクタがかみ合う。第１及び第２導電リード線の第１電気コンタクトの夫々が更にコンタクト・パッドとして形成されても良く、これは電流の流れる導体の非導電性の切れ目中の両側に固定して保持される。このとき、アダプタのリード線は、電流の流れる導体中の非導電性の切れ目を横切って結合され、アダプタ・ハウジング内に配置されたスイッチは、導電リードの一方に電気的に結合されると共に電流プローブのコンタクトの一方に選択的に結合される第１端子と、導電リードの他方に電気的に結合されると共に電流プローブのコンタクトの他方に選択的に結合される第２端子とを有する。スイッチ・アーマチャは、第１及び第２端子を互いに選択的に結合する。スイッチには、プローブ本体がアダプタ・ハウジングから離れているときにスイッチ・アーマチャが複数の導電リード線を互いに電気的に結合する第１状態と、プローブ本体がアダプタ・ハウジングに取り付けられているときにスイッチ・アーマチャが複数の導電リード線を互いに結合しない第２状態とがある。電流プローブのコンタクトは、アダプタ・ハウジングがプローブ本体に取り付けられたときに、スイッチの第１及び第２端子に電気的に結合される。アダプタには、第１及び第２電圧クランプを付けても良く、これらは好ましくはダイオードで形成され、スイッチの第１及び第２端子間に配置されて、誘導性キックバックが原因で生じるコンタクト端子間のアークを最小限にする。
【０００９】
好ましい実施形態では、プローブ本体及びアダプタ・ハウジング内に配置される電気コンタクトは、夫々のレセプタクル内に配置されるコンタクト配列から形成される。各レセプタクルは、電気的に互いに結合される第１及び第２部分があり、プローブ本体内で第１及び第２導電コンタクトを形成し、アダプタ・ハウジング内で第１及び第２導電コンタクトを形成する。プローブ本体及びアダプタ・ハウジング中のレセプタクルは、互いにかみ合い、プローブ本体内の第１及び第２導電コンタクトと、アダプタ・ハウジング内の第１及び第２導電コンタクトを結合する。
【００１０】
電流検出回路は、第１及び第２導電コンタクトに結合された磁気センサとして実現しても良く、電流信号の磁束を検出し、増幅回路に結合されて電流の流れる導体中を流れる電流を表す出力信号を生成する。磁気センサは、トランス又はフラックス・ゲートの形態を取っても良い。トランスには、磁気コアと、この磁気コアの周りに巻かれた一次及び二次巻線がある。一次巻線は、第１及び第２導電コンタクトに結合されて電流の流れる導体からの電流信号を受け、磁気コア及び二次巻線内に磁束を誘導し、二次巻線内に電流信号出力を生成し、これが増幅回路に結合される。トランスに、更に磁気電気変換器を付けて磁気コア内に配置しても良く、これは磁気コア内の磁束と相互作用して、電流の流れる導体上の直流から低周波数の電気信号を表す電圧信号を生成し、この電圧信号は増幅回路に結合される。
【００１１】
本発明の目的、効果及び新規な点は、付属の特許請求の範囲及び図面と合わせて読むことによって、以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【発明の詳細な説明】
【００１２】
図１は、電流の流れる導体からの電流信号を取込むオシロスコープ１２と共に使用する電流プローブ・システムの斜視図である。電流プローブ・システム１０には電流プローブ１６があり、これはプローブ本体１８と、その中に配置される電流検出回路を有する。電流検出回路は、プローブ本体１８の一端部に配置される第１及び第２導電コンタクトと電気的に結合される。アダプタ２０は、選択的にプローブ本体１６に装着される。アダプタ２０にはハウジング２２があり、これから第１及び第２導電リード線２４及び２６が伸びている。プローブ本体１８の他端部から伸びているのは、導電ケーブル２８であり、これは電流検出回路からの出力信号をオシロスコープ１２に結合すると共に、電源を電流プローブに供給する。導電ケーブル２８は、好ましくは、電流プローブ制御ボックス３０に結合され、これがオシロスコープ１２の多数の入力信号チャンネル３２の１つに結合される。各入力信号チャンネル３２には、レセプタクル（receptacle）インターフェース３４があり、各インターフェースには導電コンタクトと同軸信号ジャックがある。電流プローブ制御ボックス３０には、レセプタクル・インターフェース３４とかみ合うプラグ・インターフェース３６があり、これにはレセプタクル・インターフェース３４の対応する電気コンタクト及び同軸信号ジャックと連結する電気コンタクト及び同軸信号ジャックがある。インターフェース３４及び３６は、電流プローブ１６及びオシロスコープ１２間における通信機能の提供に加えて、電流プローブ１６に電源を供給する。インターフェース３４及び３６は、電流プローブ１６及びオシロスコープ１２間の信号経路も提供する。
【００１３】
多様な形式の電気コンタクト３８、４０が、電流プローブ・アダプタ２０の第１及び第２導電リード線２４及び２６に供給されるが、これについて以下で詳しく説明する。電気コンタクトは、回路基板４６などの上に形成された回路配線のような電流の流れる導体上に取り付けられた多数の電気コネクタ４２、４４の１つに電気的に結合するように作られる。電気コネクタ４２、４４は、電流の流れる導体にある非導電性の切れ目４８を跨いで、電流の流れる導体上に配置される。電気コネクタ４２には、非導電性の切れ目４８の両側に取り付けられた四角いピン５０があり、これらが電流の流れる導体１４に電気的に結合される。電流プローブ・アダプタ２０が電流の流れる導体に結合されていないときは、電気ジャンパ５２が非導電性の切れ目４８を横切って電流信号を結合するために四角いピン５０に配置される。電気コネクタ４４は、同軸レセプタクル５４であり、後述する同軸プラグとかみ合う。コンタクト・パッド５６を、電流の流れる導体上の非導電性の切れ目４８の両側に形成しても良い。取り外し可能な導電薄片（foil：フォイル）５８がコンタクト・パッドに保持され、非導電性の切れ目４８を横切って電流信号を結合する。電流プローブ・アダプタ２０が電流の流れる導体に結合されるときは、導電薄片は電流の流れる導体から除かれる。
【００１４】
図２は、電流プローブ・システム１０用のアダプタ２０の代表的な例を示す。電流プローブ１６のプローブ本体１８には、ほぼ矩形の前部６０があり、これはプローブ本体１８の外側から凹んでいる。好ましい実施形態では、前部６０にレセプタクル６２があり、これには電流プローブ１６の第１及び第２導電コンタクトを形成するコンタクトの配列がある。コンタクト配列の一部分が第１導電コンタクトを形成し、コンタクト配列の他の部分が第２導電コンタクトを形成する。突き出た前部６０に配置されたラッチ部品６４によって、プローブ本体の前部６０とかみ合い保持される。解放レバー６６がプローブ本体１８上に配置され、第１から第２位置に動かすと、アダプタ・ハウジング２２からラッチ部品６４を解放する。
【００１５】
アダプタ２０のハウジング２２には開口６８があり、ここから第１及び第２導電リード線２４及び２６を含むケーブル７０が伸びる。導電リード線２４及び２６夫々の一端部は、電流の流れる導体上の電気コネクタ４２、４４又はコンタクト・パッド５６の１つを介して電流の流れる導体１４と結合するために、電気コンタクト３８、４０で構成される。１つの構成としては、これら電気コネクタが、導電リード線２４、２６に取り付けられる導電ソケット７２である。導電ソケット７２は、電流の流れる導体中の非導電性の切れ目４８の両側にある四角いピン５０とかみ合う。他の構成としては、電気コンタクト３８、４０が導電リード線２４、２６から伸びる導電線７４である。導電線７４は、リード線の端部でも良いし、又は非導電性の切れ目４８の両側上の電流の流れる導体のコンタクト・パッド５６に保持されるコンタクト・パッドとして形成しても良い。更に別の構成では、導電リード線２４、２６が、電流の流れる導体中の非導電性の切れ目４８に跨って取り付けられる同軸レセプタクル５４とかみ合う同軸プラグ７６に結合される。
【００１６】
図３を参照すると、アダプタ２０の分解斜視図が示されている。アダプタ・ハウジング２２は、好ましくは、ハウジングの半分体８０から形成され、これらが互いにかみ合って、それらの内部に回路基板８２を保持する。アダプタ・ハウジング２２内の開口６８を通って伸びているのは、第１及び第２導電リード線２４、２６を含むケーブル７０である。導電リード線２４、２６は、電気的に回路基板８２と結合している。接地リード線８４も、ケーブル７０から伸びて、外部シールド導体に結合される。レセプタクル８６は回路基板８２に取り付けられるが、これには、プローブ本体１８内のレセプタクル６２中のコンタクト配列と同様のコンタクト配列がある。レセプタクル６２及び８６はかみ合うデバイスであり、レセプタクル６２内のコンタクト配列がレセプタクル８６内のコンタクト配列とかみ合う。スイッチ８８も回路基板８２に取り付けされる。スイッチ８８は、コンタクト・パッド７４及び導電ソケット７２を有するアダプタ２０と一緒に使用される。導電リード線２４、２６、レセプタクル８６及びスイッチ８８は、図４の略図に最良なものを示したように、回路基板８２上の回路配線を介して、互いに結合される。
【００１７】
図４の略図では、レセプタクル６２及び８６が夫々のコンタクト配列９０及び９１を示している。コンタクト配列９０の第１及び第２部分９２及び９３は、グループにまとめられて電流プローブ１６の第１及び第２導電コンタクト９４及び９５を形成し、これらは電流検出回路９６に結合される。コンタクト配列９１の第１及び第２部分９７及び９８は、アダプタ２０の第１及び第２導電コンタクト９９及び１００を形成する。第１導電コンタクト９９は、スイッチ８８の第１端子１０１に電気的に結合され、第２導電コンタクト１００は、スイッチ８８の第２端子１０２に電気的に結合される。第１導電リード線２４は、スイッチ端子１０２に電気的に結合され、第２導電リード線２６は、スイッチ端子１０１に電気的に結合される。スイッチ・アーマチャ（armature）１０３は、スイッチ端子１０２に電気的に結合され、スイッチ端子１０１には選択的に結合される。スイッチ・アーマチャ１０３は、スイッチ８８から伸びるプランジャ１０４と機械的に結合される。クランプ・ダイオード１０５及び１０６は、スイッチ端子１０１及び１０２に跨って電気的に結合される。
【００１８】
スイッチ・アーマチャ１０３は、アダプタ２０が電流プローブ本体１８に接続されていないときに、スイッチ・コンタクト１０１及び１０２を互いに結合する。結果として、このスイッチの接続により、第１及び第２導電リード線２４及び２６が互いに結合される。これは、アダプタ２０が電流の流れる導体に接続されているときに、電流の流れる導体中の非導電性の切れ目４８を横切る電流経路を提供する。アダプタ２０を電流プローブ本体１８とかみ合わせるのに、最初は、レセプタクル６２及び８２のコンタクト配列９０及び９１を電気的に接触させる。続いてアダプタ２０のプローブ本体１８への挿入により、スイッチ・プランジャ１０４がプローブ本体１８と接触する。続くアダプタ２０のプローブ本体１８への挿入により、プランジャ１０４が押し下げられると、スイッチ・アーマチャ１０３がスイッチ・コンタクト１０１から外れる。これによってスイッチ・コンタクト１００及び１０１間の短絡が開き、電流の流れる導体が導電リード線２４及び２６を介して電流検出回路９６と直列に結合される。回路基板８２上のスイッチ８８及びレセプタクル８６の構成は、スイッチ端子１０１の接触をスイッチ・アーマチャ１０３が切断する前に、レセプタクル８６及び６２のコンタクト配列９０及び９１が切断前接触（ＭＢＢ接点）するようにするものである。回路基板８２に取り付けられるクランプ・ダイオード１０５及び１０６は、誘導性キックバック（inductive kick-back）が原因のスイッチ端子１０１及びコンタク端子１０間のアークを最小にするために設けられる。
【００１９】
図５は、同軸プラグ７６に電気的に結合された導電リード線をともなうアダプタ２０の斜視図である。導電リード線２４、２６の一方は、同軸プラグ７６の中心導電体に電気的に結合され、他方は、プラグ７６の外部導電体に電気的に結合される。同軸プラグ７６の中心導電体及び外部導電体は、互いに絶縁されている。電気コネクタ４４は、電流迂回デバイスで、外部導電体スリーブ１０９から絶縁された中心ボア（bore：穴）１０８を有する同軸レセプタクル５４がある。同軸レセプタクルから背中合わせに伸びるのは複数の導電コンタクト１１０で、これは非導電性の切れ目４８の両側において電流の流れる導体に半田や導電性接着剤などを用いて固定して保持される。複数の導電コンタクト１１０は、同軸レセプタクル５４に伸びているが、一方の導電コンタクトは中心ボア１０８を横切って他方の導電コンタクト１１０と重なるようになっていて、スイッチ素子として動作する。導電コンタクト１１０の一方は、他方の導電コンタクト１１０と垂直な方向に同軸レセプタクル５４から伸びる導電リード線１１１を介して導電性スリーブ１０９と電気的に結合すると共に、回路基板４６上に形成されるコンタクト・パッド１１２を介して非導電性の切れ目４８の反対側で電流の流れる導体に電気的に結合する。導電コンタクト１１０は、第１電流迂回デバイス状態（Position）において、電流の流れる導体中有の非導電性の切れ目４８を横切るように電流信号を結合する。
【００２０】
同軸プラグ７６は同軸レセプタクル５４に保持され、同軸プラグ７６の外部導電体は同軸レセプタクル５４の外部導電スリーブ１０９に電気的に結合される。同軸プラグ７６の中心導電体は、同軸レセプタクル５４の中心ボア１０８内に差し込まれ、ボア１０８内に伸びている導電コンタクト１１０とかみ合う。同軸プラグ７６の中心導体は、下方向の圧力を導電コンタクト１１０に加え、コンタクト１１０が他方の導電コンタクト１１０から外れるようにする。電流の流れる導体から迂回した電流信号は、電流プローブ１６の電流検出回路を通過して、複数の導電コンタクト１１０を介して電流の流れる導体に戻る。このとき、導電コンタクト１１０の一方は、同軸プラグ７６の中心導体と導電リード線２４、２６の一方を介して電流プローブ１６に結合し、導電コンタクト１１０の他方は同軸レセプタクル５４の外部導電スリーブ１０９と、同軸プラグ７６の外部導電体と、導電リード線２４、２６の他方を介して電流プローブ１６に結合されている。同軸プラグ７６を同軸レセプタクル５４とかみ合わせると、電流プローブ１６が電流の流れる導体と直列に結合されるが、これが第２電流迂回デバイス状態（position）である。電流迂回デバイス５４から同軸プラグ７６を取り外すと、導電コンタクト１１０に対する下向きの圧力から自由になるので、これによってコンタクト１１０は再度互いにかみ合う。上述の同軸レセプタクル５４及びかみ合う同軸プラグ７６は、米国コネチカット州ウォーリングフォードのアンフェノール社によって、夫々部品番号がＭＣＨ−２０１及びＭＣＨ２０３であるＲＦスイッチ及びＲＦプローブとして製造販売されている。
【００２１】
図６を参照すると、電流プローブ・システムの電流プローブ内で使用可能な電流検出回路９６の略図が示されている。電流検出回路９６には、開口を定める磁気部材のリング状のコア１２０がある。電流の流れる導体は、電流プローブ１６の第１及び第２導電コンタクト９４及び９５を介して一次巻線１２２と結合され、一次巻線１２２は電流の流れる導体と直列に結合される。電流の流れる導体は、一次巻線１２２を介してリング状磁気コア１２０と磁束結合関係という形で結合する。電流の流れる導体中の被測定電流は、磁気コア１２２内に磁束を生成し、二次巻線１２４と結合される。二次巻線１２４の一方の端子は接地に結合され、他方の端子はトランスインピーダンス増幅器１２６の反転入力端子に結合される。トランスインピーダンス増幅器１２６の反転入力端子は、トランスインピーダンス抵抗器１３０のある電流経路１２８を介して増幅器１２６の出力端子に結合される。このようにして、一次巻線１２２、磁気コア１２０及び二次巻線１２４は、トランス１３２として機能する。磁気電気変換器１３４は、磁気コア１２０内に磁気コア１２０中の磁束線とほぼ垂直に配置される。磁気電気変換器１３４は、好ましくは、薄膜半導体ホール効果デバイスであって、これにはバイアス源１３６に結合された第１の端子対と、増幅器１３８の差動入力端子に接続された第２の端子対がある。増幅器１３８は、好ましくは、低ノイズ及び高同相除去（common mode rejection）の高利得差動増幅器である。電流検出回路の減磁によって得られるオフセット制御信号を、オフセット電圧線１４０を介して差動増幅器１３８に印加しても良い。
【００２２】
一次巻線１２２中の電流は、トランス１３２の磁気コア１２０内に磁束を生成し、これは二次巻線１２４及びホール効果デバイス１３４に結合（link）される。一次巻線１２２を流れる電流の直流又は低周波数成分は、ホール効果デバイス１３４の第２端子対間に電位差を生じさせる。ホール効果デバイス１３４の電圧出力は、増幅器１３８の差動入力端子に結合される。増幅器１３８の出力は、トランスインピーダンス増幅器１２６の非反転入力端子に結合される。ホール効果デバイス１３４で生じた電圧が原因のトランスインピーダンス増幅器１２６の非反転入力端子における信号レベルの変化は、トランスインピーダンス増幅器１２６の出力電圧レベルに対応する変化を生成する。トランスインピーダンス増幅器１２６の出力における電圧は、結果として電流信号経路１２８に生じる電流となり、これはトランス１３２の二次巻線１２４に結合される。二次巻線１２４に流れる電流は、磁気コア１２０内の磁束を生成する一次巻線１２２に流れる電流と反対方向で、一次巻線１２２内に流れる電流によって生成される磁束を打ち消す。この直流から低周波数のフィードバック・ループは、電流信号経路１２８を通る反対向きの電流を維持するもので、トランス１３２の一次巻線１２２中を流れる直流又は低周波数電流信号と等しい。
【００２３】
一次巻線１２２を流れる電流の高周波数成分は、一次巻線１２２の電流で生成される磁場と反対向きの磁場を磁気コア１２０に生成する方向の誘導電流を二次巻線１２４中に生じさせる。二次巻線１２４中に誘導された電流は、トランスインピーダンス増幅器１２６の反転入力端子に結合される。反転入力端子は仮想接地されているので、二次巻線１２４中の電流は、電流信号経路１２８を介してトランスインピーダンス抵抗器１３０を通り、トランスインピーダンス増幅器１２６の出力端子に結合され、一次巻線１２２を流れる電流の高周波数成分を表す増幅された電圧出力を生じさせる。トランスインピーダンス増幅器１２６は、直流から低周波数電流で磁気コア１２０中の磁束を打ち消す反対（bucking）電流を生成するパワー増幅器と、高周波数に対するトランスインピーダンス増幅器という２つとして機能する。トランスインピーダンス増幅器１２６の出力は、導電ケーブル２８を介してオシロスコープ１２へと向かう。
【００２４】
図７は、電流プローブ・システム内の他の電流検出回路の略図である。前と同様な要素には、図７でも同じ符号を付す。電流検出回路９６には、開口を定める磁気材料のリング状コア１２０がある。電流の流れる導体は、電流プローブ１６の第１及び第２導電コンタクト９４及び９５を介して一次巻線１２２に結合され、一次巻線１２２は電流の流れる導体と直列に結合される。電流の流れる導体は、一次巻線１２２を介してリング状磁気コア１２０と磁束結合関係という形で結合する。電流の流れる導体中の被測定電流は、磁気コア１２２内に磁束を生成し、二次巻線１２４と結合される。このようにして、一次巻線１２２、磁気コア１２０及び二次巻線１２４は、トランス１３２として機能する。磁気電気変換器１３４は、磁気コア１２０内に磁気コア１２０中の磁束線とほぼ垂直に配置される。磁気電気変換器１３４は、好ましくは、薄膜半導体ホール効果デバイスであって、これにはバイアス源１３６に結合された第１の端子対と、増幅器１３８の差動入力端子に接続された第２の端子対がある。増幅器１３８は、好ましくは、低ノイズ及び高同相除去の高利得差動増幅器である。差動増幅器１３８のシングル・エンドの出力は、パワー増幅器１５０に結合され、これの出力は二次巻線１２４の一方の端子に結合される。二次巻線１２４の他方の端子は、トランス終端抵抗器１５４の加算ノードを介して、電圧利得増幅器１５２に結合される。
【００２５】
一次巻線１２２中の電流は、トランス１３２の磁気コア１２０内に磁束を生成し、これは二次巻線１２４及びホール効果デバイス１３４に結合（link）される。一次巻線１２２を流れる電流の直流又は低周波数成分は、ホール効果デバイス１３４の第２端子対間に電位差を生じさせる。ホール効果デバイス１３４の電圧出力は、差動増幅器１３８に結合され、その出力はパワー増幅器１５０に結合される。パワー増幅器１５０は、電流出力を生成し、これが二次巻線１２４に結合される。パワー増幅器１５０からの二次巻線１２４を流れる電流は、磁気コア１２０内の磁束を生成する一次巻線１２２に流れる電流と反対方向で、一次巻線１２２を流れる電流によって生成される磁束を打ち消す。二次巻線を流れる反対（opposing）電流は、トランス１３２の一次巻線１２２を流れる直流又は低周波数電流信号を表し、トランス終端抵抗器１５４の加算ノードを介して、電圧利得増幅器１５２に結合される。
【００２６】
一次巻線１２２を流れる電流の高周波数成分は、一次巻線１２２の電流で生成される磁場と反対向きの磁場を磁気コア１２０に生成する方向の誘導電流を二次巻線１２４中に生じさせる。二次巻線１２４中に誘導された電流は、トランス終端抵抗器１５４の加算ノードを介して、電圧利得増幅器１５２に結合される。パワー増幅器１５０からの二次巻線１２４を流れる電流は、直流から低周波数電流信号についての磁気コア１２０中の磁束を打ち消す。一次巻線１２２を流れる電流によって二次巻線１２４に誘導された電流は、高周波数電流信号についての磁気コア１２０中の磁束を打ち消す。パワー増幅器１５０からの二次巻線１２４を流れる電流と、高周波数において二次巻線１２４に誘導された電流との間の変わり目の範囲では、両方の信号源からの電流がトランス終端抵抗器１５４の加算ノードで加算されるという結果となる。電圧利得増幅器１５２の電圧出力は、導電ケーブル２８を介して、オシロスコープ１２に結合される。
【００２７】
図８は、電流プローブ・システム内の更に他の電流検出回路の略図である。電流の流れる導体は、電流プローブ１６の第１及び第２導電コンタクト９４及び９５を介して、フラックス・ゲート１６２の入力巻線１６０に結合され、入力巻線１６０は電流の流れる導体と直列に結合される。フラックス・ゲート１６２には、入力巻線１６０が周りに巻かれた円筒型磁気コア１６４がある。導体棒１６６は、円筒型磁気コア１６４を同軸状に貫通して配置され、また、発振器（OSC）１７０に結合されたドライバ回路１６８に結合される。検出コイル１７２は、円筒型磁気コア１６４の周りに配置され、入力巻線上の電流信号の磁束と、発振器１７０からの信号の磁束を検出する。検出コイル１７２は、ミキサ１７６を有する検出回路１７４に結合されるが、検出回路１７４は、導体棒１６６に印加される信号の２倍の周波数の信号を発振器１７０から受ける。ミキサ１７６は、ローパス・フィルタ（ＬＰＦ）１７８に結合され、これは次に終端抵抗器１８２を介して出力増幅器１８０に結合される。
【００２８】
ドライバ回路１６８は、周期的に振動するドライブ電流を生成し、これによって磁気コア１６４はドライブ電流信号のピークで飽和するので、磁束が磁気コア１６４を離れ、導体棒１６６に整列して並ぶ。
この期間において、長手方向のコア１６４の磁化度は減少する。ドライブ電流のゼロに交差する点に近づくと、磁束は再び磁気コア１６４を通って通過する。この期間において、長手方向のコア１６４の磁化度は増加する。磁気コア中の磁束の方向と密度は、ドライブ電流の変化に従って変化する。フラックス・ゲート１６２に印加される電流ドライブ信号によって検出コイル１７２に誘導される電圧出力には、ドライブ電流の各サイクルについて２つのサイクルがある。入力巻線１６０に印加される電流信号は、磁気コア中の磁束を変調し、入力巻線上の電流信号を表す変調電圧を検出コイル１７２に生成する。検出コイル１７２上の変調電圧は、ミキサ１７６に結合される。ミキサ１７６は、変調出力電圧を、ドライブ電流の２倍の周波数の発振信号で乗算する。ローパス・フィルタ１７８は、ミキサの出力をろ波し、入力巻線１６０を流れる電流と比例する電圧を供給する。出力増幅器１８０は、フィルタの信号を受けて、増幅された電圧出力を生成する。上述の複数の電流検出回路は例に過ぎず、上述の回路について、発明の主旨を離れることなく変更しても良い。
【００２９】
電流プローブ及び着脱可能なアダプタを有する電流プローブ・システムを説明してきた。電流プローブにはプローブ本体と導電コンタクトがあり、これらはアダプタ上の導電コンタクトとかみ合う。電流の流れる導体と結合するためのリード線がアダプタから伸びている。リード線は、プラグと接続しても良く、プラグは電流信号を電流プローブに結合するための電流迂回デバイスに結合される。アダプタにはスイッチも設けても良く、これはアダプタが電流プローブをかみ合ったときに、電流信号を選択的に電流プローブに結合する。電流プローブのコンタクトは電流検出回路に結合され、これは電流信号を表す電圧出力を生成する。この電圧出力は、電気ケーブルを介してオシロスコープに結合される。
【００３０】
当業者には明らかなように、本発明の基本的な原則から離れることなく、上述の本発明の実施形態の細かい部分に多数の変更を加えても良い。それゆえ、本発明の主旨は、特許請求の範囲によってのみ定められる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明による電流プローブ・システムの斜視図である。
【図２】図２は、電流プローブ・システム用の種々のアダプタを図示している。
【図３】図３は、電流プローブ・システム用のアダプタの分解斜視図である。
【図４】図４は、電流プローブ・システム用のアダプタ中の回路の略図である。
【図５】図５は、電流の流れる導体上に取付られる電流迂回デバイスと共に使用可能なアダプタの斜視図である。
【図６】図６は、電流プローブ・システム内の電流検出回路の略図である。
【図７】図７は、電流プローブ・システム内の他の電流検出回路の略図である。
【図８】図８は、電流プローブ・システム内の更に他の電流検出回路の略図である。
【図１】
2009536742.tif 000003
【図２】
2009536742.tif 000004
【図３】
2009536742.tif 000005
【図４】
2009536742.tif 000006
【図５】
2009536742.tif 000007
【図６】
2009536742.tif 000008
【図７】
2009536742.tif 000009
【図８】
2009536742.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成21年1月9日(2009.1.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オシロスコープと共に用いて電流の流れる導体から電流信号を取り込む電流プローブ・システムであって、
プローブ本体並びに該プローブ本体の一方の端部に配置され、上記電流の流れる導体と直列に結合するのに適した第１及び第２導電コンタクトを有する電流プローブと、
上記第１及び第２導電コンタクトに結合され、上記電流の流れる導体中を流れる電流を表す出力信号を生成する電流検出回路と、
上記プローブ本体の他方の端部から伸びて、上記電流検出デバイスの出力信号を受けるように結合されると共に、上記オシロスコープに結合するための導電性ケーブルと、
上記プローブ本体への取り付けに適したハウジングと、該ハウジングから伸びる第１及び第２導電リード線と、上記第１及び第２導電リード線の夫々に設けられる上記電流の流れる導体と結合するための第１電気コンタクト並びに上記電流プローブの上記第１及び第２導電コンタクトの一方と結合するためにハウジング内に配置される第２電気コンタクトとを有するアダプタと
を具える電流プローブ・システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
本発明は、電流プローブに関し、特に、オシロスコープと共に用いて、電流の流れる導体からの電流信号を取込むための電流プローブ・システムに関する。
【０００２】
オシロスコープと共に用いられる電流プローブは、導体中を流れる電流の測定にトランスの技術を応用したものである。トランスは、開口を定めるリング状の磁気コアを有し、これは固体（Solid）若しくはクローズド（閉じた）コアであるか、又はオープン（開いた）若しくはスプリット（split：分離する）コアで磁気コアの一方の側が他方に対して可動になっている。これによって、電流の流れる導体を回路から切断することなく、トランスの開口に通過させることが可能となる。電流の流れる導体は、磁気コアの開口を通過すると、トランスの一次巻線として振る舞う。二次巻線は、磁気コアの一方の側の周りに巻かれる。電流の流れる導体中の電流の流れが誘導する磁束は、磁気コア及び二次巻線に結合される。この磁束は、二次巻線中に電流を発生させ、これは電流の流れる導体中を流れる電流によって発生されるものと反対の磁束を生成する。受動電流プローブでは、二次巻線で発生する交流電流がトランス終端抵抗器を降下し、交流電圧出力を生成する。出力電圧は、電気ケーブルを介してオシロスコープの入力チャンネルに接続される。オシロスコープは、その電圧信号を電流信号を表すものとして表示する。
【０００３】
トランスは交流信号と結合するデバイスなので、トランスのカットオフ周波数の通過帯域は直流レベルより上である。電流プローブで直流及び低い周波数の電流信号を検出できるようにするため、能動電流プローブでは、トランスの磁気コア内にホール効果デバイスを含んでいる。ホール効果デバイスは、磁気コア内の磁束がホール・プレートとほぼ垂直となるように磁気コア内に配置される半導体である。ホール・プレートにはバイアスが印加され、磁気コア内の磁束のためにホール効果によって生成される結果の電圧は、差動増幅器の入力に結合される。増幅器のシングル・エンドの出力端子は、電力増幅器に結合しても良く、これはホール効果デバイスで生成された電流に比例する電流出力を生成する。ホール・デバイスの増幅器又はこれの代わりの電流増幅器の出力がトランスの二次巻線に結合されると、二次巻線を流れる増幅器からの出力電流が、ホール効果デバイスの周波数通過帯域に渡る入力磁束と反対方向の磁束を生成する。実現されている１つのものでは、ホール効果増幅器又は電力増幅器の出力が二次巻線の一方の側に結合され、他方の側がトランス終端抵抗器と増幅回路に結合されている。他の実現されているものでは、ホール効果増幅器の出力が、増幅回路として抵抗器を介して二次巻線の同じ側に結合されている。コンデンサが増幅回路の広帯域増幅器の入力端子に結合され、ホール効果増幅器からの電流を遮断する。ホール効果増幅器の出力と広帯域増幅器の出力は、フィードバック抵抗器のあるオペアンプの入力端子で合算され、これがトランスの二次巻線中の合成電流と比例する電圧出力を供給する。オペアンプの電圧出力は、磁気コア磁束の交流及び直流成分の尺度となる。オペアンプの出力は、電気ケーブルを介してオシロスコープの入力チャンネルに結合される。一般に、能動プローブは、スプリット型である。米国特許第３,５２５,０４１号、第５,４７７,１３５号及び第５,４９３,２１１号は、上述の検出回路を記述している。
【０００４】
導体を流れる電流を測定するためには、電流プローブは導体と直列に結合されなければならない。これは、回路基板上の回路配線のような基板に固定された電流の流れる導体のときには難しいことがわかる。回路配線中を流れる電流を測定する一般的な手順では、配線を切って、ある長さの導線を切った配線間に半田付けする。この導線を電流プローブのトランス内の開口に通せば、導線はトランスの一次巻線として働く。他の手順としては、配線中に切れ目（Gap）を設けた回路基板を製造し、切れ目の両側に四角いピンを差し込む。回路基板の通常の試験の間、四角いピンに導体ジャンパが結合される。電流測定が必要なときは、ジャンパが外され、四角いピンの間に、ある長さの導線が結合される。前述と同様にして、導線が電流プローブのトランスの一次巻線として使用される。
【０００５】
トランス型の電流プローブは、回路基板上の回路配線を流れる電流を測定する場合に多数の制限がある。得られる電流測定の感度及び精度は、トランスの磁気コア内の同じ位置に導線を配置できるかという再現性と、スプリット・コアがそれを開閉したときに同じ位置に正確にそろえられるかという再現性とによって制限される。電流プローブ・システムに必要なのは、電流プローブの一次巻線として導線ループを使用することを排除することである。加えて、電流プローブ・システムは、電流プローブの電流の流れる導体への接続を柔軟に行えるべきである。更に、電流プローブ・システムは、電流測定の感度及び精度において、より高い再現性を提供すべきである。
【発明の抄録】
【０００６】
従って、上述の要求を満たしつつ、オシロスコープと共に用いて電流の流れる導体から電流信号を得る電流プローブ・システムは、電流プローブとこの電流プローブに装着できるアダプタを有している。電流プローブは、プローブ本体と、プローブ本体の一端部に配置される第１及び第２導電コンタクトを有している。第１及び第２導電コンタクトは、電流の流れる導体と直列に結合するように作られている。第１及び第２導電コンタクトは、電流の流れる導体を流れる電流を表す出力信号を生成する電流検出回路に結合される。電流検出回路からの出力信号は、プローブ本体の他端から伸びる導電ケーブルを介して、オシロスコープに結合される。アダプタは、プローブ本体に装着するのに適したハウジングと、ハウジングから伸びる第１及び第２導電リード線を有している。各リード線は、電流の流れる導体に結合する第１電気コンタクトと、電流プローブの第１及び第２導電コンタクトの一方と結合するハウジング内に配置された第２電気コンタクトとを有する。
【０００７】
第１及び第２導電リード線の第１電気コンタクトは、電流の流れる導体と電気的に結合された電流迂回（diverting）デバイス中でスイッチ素子として機能する、かみ合っている複数の導電コンタクトに適合したプラグと結合するようにしても良い。電流迂回デバイスは、第１状態において、電流の流れる導体を通るように電流信号を結合し、電流迂回デバイスの導電コンタクトの少なくとも１つに対するプラグの下向きの圧力がもたらす第２状態において、電流プローブを通るように電流信号を結合する。第２電流迂回デバイス状態において、この下向きの圧力は、電流迂回デバイスの導電コンタクトのかみ合いが外れるように作用する。
【０００８】
導電リード線の第１電気コンタクトの夫々がボア（bore：穴）のある導電性ソケットを形成しても良く、ボア中に電流の流れる導体の非導電性の切れ目中の両側に取り付けられた四角いピン・コネクタがかみ合う。第１及び第２導電リード線の第１電気コンタクトの夫々が更にコンタクト・パッドとして形成されても良く、これは電流の流れる導体の非導電性の切れ目中の両側に固定して保持される。このとき、アダプタのリード線は、電流の流れる導体中の非導電性の切れ目を横切って結合され、アダプタ・ハウジング内に配置されたスイッチは、導電リードの一方に電気的に結合されると共に電流プローブのコンタクトの一方に選択的に結合される第１端子と、導電リードの他方に電気的に結合されると共に電流プローブのコンタクトの他方に選択的に結合される第２端子とを有する。スイッチ・アーマチャは、第１及び第２端子を互いに選択的に結合する。スイッチには、プローブ本体がアダプタ・ハウジングから離れているときにスイッチ・アーマチャが複数の導電リード線を互いに電気的に結合する第１状態と、プローブ本体がアダプタ・ハウジングに取り付けられているときにスイッチ・アーマチャが複数の導電リード線を互いに結合しない第２状態とがある。電流プローブのコンタクトは、アダプタ・ハウジングがプローブ本体に取り付けられたときに、スイッチの第１及び第２端子に電気的に結合される。アダプタには、第１及び第２電圧クランプを付けても良く、これらは好ましくはダイオードで形成され、スイッチの第１及び第２端子間に配置されて、誘導性キックバックが原因で生じるコンタクト端子間のアークを最小限にする。
【０００９】
好ましい実施形態では、プローブ本体及びアダプタ・ハウジング内に配置される電気コンタクトは、夫々のレセプタクル内に配置されるコンタクト配列から形成される。各レセプタクルは、電気的に互いに結合される第１及び第２部分があり、プローブ本体内で第１及び第２導電コンタクトを形成し、アダプタ・ハウジング内で第１及び第２導電コンタクトを形成する。プローブ本体及びアダプタ・ハウジング中のレセプタクルは、互いにかみ合い、プローブ本体内の第１及び第２導電コンタクトと、アダプタ・ハウジング内の第１及び第２導電コンタクトを結合する。
【００１０】
電流検出回路は、第１及び第２導電コンタクトに結合された磁気センサとして実現しても良く、電流信号の磁束を検出し、増幅回路に結合されて電流の流れる導体中を流れる電流を表す出力信号を生成する。磁気センサは、トランス又はフラックス・ゲートの形態を取っても良い。トランスには、磁気コアと、この磁気コアの周りに巻かれた一次及び二次巻線がある。一次巻線は、第１及び第２導電コンタクトに結合されて電流の流れる導体からの電流信号を受け、磁気コア及び二次巻線内に磁束を誘導し、二次巻線内に電流信号出力を生成し、これが増幅回路に結合される。トランスに、更に磁気電気変換器を付けて磁気コア内に配置しても良く、これは磁気コア内の磁束と相互作用して、電流の流れる導体上の直流から低周波数の電気信号を表す電圧信号を生成し、この電圧信号は増幅回路に結合される。
【００１１】
本発明の概念は、次の通りである。
（１）オシロスコープと共に用いて電流の流れる導体から電流信号を取り込む電流プローブ・システムであって；プローブ本体並びに該プローブ本体の一方の端部に配置され、上記電流の流れる導体と直列に結合するのに適した第１及び第２導電コンタクトを有する電流プローブと；上記第１及び第２導電コンタクトに結合され、上記電流の流れる導体中を流れる電流を表す出力信号を生成する電流検出回路と；上記プローブ本体の他方の端部から伸びて、上記電流検出デバイスの出力信号を受けるように結合されると共に、上記オシロスコープに結合するための導電性ケーブルと；上記プローブ本体への取り付けに適したハウジングと、該ハウジングから伸びる第１及び第２導電リード線と、上記第１及び第２導電リード線の夫々に設けられる上記電流の流れる導体と結合するための第１電気コンタクト並びに上記電流プローブの上記第１及び第２導電コンタクトの一方と結合するためにハウジング内に配置される第２電気コンタクトとを有するアダプタとを具える電流プローブ・システム。
（２）上記第１及び第２導電リード線の上記第１電気コンタクトが、上記電流の流れる導体に電気的に結合された電流迂回デバイス中のスイッチ素子として機能するかみ合う複数の導電コンタクトに適合するプラグに結合され；上記電流迂回デバイスは、第１状態において上記電流信号を上記電流の流れる導体に通し、第２状態において上記電流迂回デバイスの少なくとも１つの上記導電コンタクトに対する上記プラグの下向きの圧力によって生じる上記電流迂回デバイスの上記複数の導電コンタクトのかみ合いが外れた第２電流迂回デバイス状態の結果として、上記電流信号を上記電流プローブに通すことを特徴とする概念１記載の電流プローブ・システム。
（３）上記アダプタが、上記第１及び第２導電リード線の上記第２電気コンタクトの一方と電気的に結合されると共に上記電流プローブの上記第１及び第２導電コンタクトの一方と選択的に結合される第１端子と、上記第１及び第２導電リード線の上記第２電気コンタクトの他方と電気的に結合されると共に上記電流プローブの上記第１及び第２導電コンタクトの他方と選択的に結合される第２端子と、上記第１及び第２端子を選択的に結合するアーマチャとを有する上記アダプタ・ハウジング内に配置されるスイッチを更に有し；上記スイッチが、上記アダプタ・ハウジングが上記プローブ本体から離れているときに上記アーマチャが上記第１及び第２導電リード線を電気的に１つに結合する第１状態と、上記アダプタ・ハウジングが上記プローブ本体に装着されているときに上記アーマチャが上記第１及び第２導電リード線を互いに切り離す第２状態とを有し；上記アダプタ・ハウジングが上記プローブ本体に装着されているときに上記電流プローブの上記第１及び第２導電コンタクトが上記スイッチの上記第１及び第２端子に電気的に結合されることを特徴とする概念１記載の電流プローブ・システム。
（４）上記電流の流れる導体が上記電流の流れる導体中の非導電性の切れ目の両側に取り付けられた四角いピンを有し、上記第１及び第２導電リード線の上記第１電気コンタクトの夫々が上記電流の流れる導体上に取り付けられた上記四角いピンとかみ合うボアを有する導電性ソケットを更に具える概念３記載の電流プローブ・システム。
（５）上記電流の流れる導体がその中に非導電性の切れ目を有し、上記第１及び第２導電リード線の上記第１電気コンタクトの夫々が上記第１及び第２導電リード線の夫々に接続されると共に上記非導電性の切れ目の両側に固定して保持されるコンタクト・パッドを更に具えることを特徴とする概念３記載の電流プローブ・システム。
（６）上記アダプタが、誘導性キックバックによって上記コンタクト端子間に生じるアークを最小限にするために、上記スイッチの上記第１及び第２端子間に配置される第１及び第２電圧クランプを更に具える概念３記載の電流プローブ・システム。
（７）上記電圧クランプがダイオードを具える概念６記載の電流プローブ・システム。
（８）上記プローブ本体中に配置される上記導電コンタクトは、レセプタクル中に配置されるコンタクト配列から形成され、上記コンタクト配列の第１部分は電気的に１つに結合されて上記プローブ本体中の上記第１導電コンタクトを形成し、上記コンタクト配列の第２部分は電気的に１つに結合されて上記プローブ本体中の上記第２導電コンタクトを形成し；上記アダプタ・ハウジング内に配置された上記第１及び第２導電コンタクトは、レセプタクル中に配置されるコンタクト配列を更に具え、該コンタクト配列の第１部分は電気的に１つに結合されて上記第１導電コンタクトを形成し、上記コンタクト配列の第２部分は電気的に１つに結合されて上記第２導電コンタクトを形成し；上記プローブ本体及びアダプタ・ハウジング中の上記レセプタクルはかみ合って、上記プローブ本体中の上記第１及び第２導電コンタクトと上記アダプタ・ハウジング中の上記第１及び第２導電コンタクトを結合することを特徴とする概念１記載の電流プローブ・システム。
（９）上記電流検出回路が、上記第１及び第２導電コンタクトに結合されると共に、上記電流信号の磁束を検出し、上記電流の流れる導体中を流れる電流を表す出力信号を生成する増幅回路に結合された磁気センサを更に具える概念１記載の電流プローブ・システム。
（１０）上記磁気センサが一次及び二次巻線並びに磁気コアを有するトランスを更に具え；上記一次巻線が上記第１及び第２導電コンタクトに結合されて上記電流の流れる導体からの上記電流信号を受けて上記磁気コア及び上記二次巻線に磁束を誘導し、増幅回路に結合される上記二次巻線中に電流信号出力を生成することを特徴とする概念９記載の電流プローブ・システム。
（１１）上記トランスの上記磁気コアはリング状であって開口を定め、上記トランスの上記リング状磁気コアの一部分の周りに一次巻線が配置されることを特徴とする概念１０記載の電流プローブ・システム。
（１２）上記トランスが、該トランスの上記磁気コア中に配置されると共に上記磁気コア内の上記磁束と相互作用して上記電流の流れる導体上の直流から低周波数の電気信号を表す電圧信号を生成する磁気電気変換器を更に具え；上記電圧信号が上記増幅回路に結合されることを特徴とする概念１０記載の電流プローブ・システム。
（１３）上記磁気センサがフラックス・ゲートを更に具える概念９記載の電流プローブ・システム。
【００１２】
本発明の目的、効果及び新規な点は、付属の特許請求の範囲及び図面と合わせて読むことによって、以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【発明の詳細な説明】
【００１３】
図１は、電流の流れる導体からの電流信号を取込むオシロスコープ１２と共に使用する電流プローブ・システムの斜視図である。電流プローブ・システム１０には電流プローブ１６があり、これはプローブ本体１８と、その中に配置される電流検出回路を有する。電流検出回路は、プローブ本体１８の一端部に配置される第１及び第２導電コンタクトと電気的に結合される。アダプタ２０は、選択的にプローブ本体１６に装着される。アダプタ２０にはハウジング２２があり、これから第１及び第２導電リード線２４及び２６が伸びている。プローブ本体１８の他端部から伸びているのは、導電ケーブル２８であり、これは電流検出回路からの出力信号をオシロスコープ１２に結合すると共に、電源を電流プローブに供給する。導電ケーブル２８は、好ましくは、電流プローブ制御ボックス３０に結合され、これがオシロスコープ１２の多数の入力信号チャンネル３２の１つに結合される。各入力信号チャンネル３２には、レセプタクル（receptacle）インターフェース３４があり、各インターフェースには導電コンタクトと同軸信号ジャックがある。電流プローブ制御ボックス３０には、レセプタクル・インターフェース３４とかみ合うプラグ・インターフェース３６があり、これにはレセプタクル・インターフェース３４の対応する電気コンタクト及び同軸信号ジャックと連結する電気コンタクト及び同軸信号ジャックがある。インターフェース３４及び３６は、電流プローブ１６及びオシロスコープ１２間における通信機能の提供に加えて、電流プローブ１６に電源を供給する。インターフェース３４及び３６は、電流プローブ１６及びオシロスコープ１２間の信号経路も提供する。
【００１４】
多様な形式の電気コンタクト３８、４０が、電流プローブ・アダプタ２０の第１及び第２導電リード線２４及び２６に供給されるが、これについて以下で詳しく説明する。電気コンタクトは、回路基板４６などの上に形成された回路配線のような電流の流れる導体上に取り付けられた多数の電気コネクタ４２、４４の１つに電気的に結合するように作られる。電気コネクタ４２、４４は、電流の流れる導体にある非導電性の切れ目４８を跨いで、電流の流れる導体上に配置される。電気コネクタ４２には、非導電性の切れ目４８の両側に取り付けられた四角いピン５０があり、これらが電流の流れる導体１４に電気的に結合される。電流プローブ・アダプタ２０が電流の流れる導体に結合されていないときは、電気ジャンパ５２が非導電性の切れ目４８を横切って電流信号を結合するために四角いピン５０に配置される。電気コネクタ４４は、同軸レセプタクル５４であり、後述する同軸プラグとかみ合う。コンタクト・パッド５６を、電流の流れる導体上の非導電性の切れ目４８の両側に形成しても良い。取り外し可能な導電薄片（foil：フォイル）５８がコンタクト・パッドに保持され、非導電性の切れ目４８を横切って電流信号を結合する。電流プローブ・アダプタ２０が電流の流れる導体に結合されるときは、導電薄片は電流の流れる導体から除かれる。
【００１５】
図２は、電流プローブ・システム１０用のアダプタ２０の代表的な例を示す。電流プローブ１６のプローブ本体１８には、ほぼ矩形の前部６０があり、これはプローブ本体１８の外側から凹んでいる。好ましい実施形態では、前部６０にレセプタクル６２があり、これには電流プローブ１６の第１及び第２導電コンタクトを形成するコンタクトの配列がある。コンタクト配列の一部分が第１導電コンタクトを形成し、コンタクト配列の他の部分が第２導電コンタクトを形成する。突き出た前部６０に配置されたラッチ部品６４によって、プローブ本体の前部６０とかみ合い保持される。解放レバー６６がプローブ本体１８上に配置され、第１から第２位置に動かすと、アダプタ・ハウジング２２からラッチ部品６４を解放する。
【００１６】
アダプタ２０のハウジング２２には開口６８があり、ここから第１及び第２導電リード線２４及び２６を含むケーブル７０が伸びる。導電リード線２４及び２６夫々の一端部は、電流の流れる導体上の電気コネクタ４２、４４又はコンタクト・パッド５６の１つを介して電流の流れる導体１４と結合するために、電気コンタクト３８、４０で構成される。１つの構成としては、これら電気コネクタが、導電リード線２４、２６に取り付けられる導電ソケット７２である。導電ソケット７２は、電流の流れる導体中の非導電性の切れ目４８の両側にある四角いピン５０とかみ合う。他の構成としては、電気コンタクト３８、４０が導電リード線２４、２６から伸びる導電線７４である。導電線７４は、リード線の端部でも良いし、又は非導電性の切れ目４８の両側上の電流の流れる導体のコンタクト・パッド５６に保持されるコンタクト・パッドとして形成しても良い。更に別の構成では、導電リード線２４、２６が、電流の流れる導体中の非導電性の切れ目４８に跨って取り付けられる同軸レセプタクル５４とかみ合う同軸プラグ７６に結合される。
【００１７】
図３を参照すると、アダプタ２０の分解斜視図が示されている。アダプタ・ハウジング２２は、好ましくは、ハウジングの半分体８０から形成され、これらが互いにかみ合って、それらの内部に回路基板８２を保持する。アダプタ・ハウジング２２内の開口６８を通って伸びているのは、第１及び第２導電リード線２４、２６を含むケーブル７０である。導電リード線２４、２６は、電気的に回路基板８２と結合している。接地リード線８４も、ケーブル７０から伸びて、外部シールド導体に結合される。レセプタクル８６は回路基板８２に取り付けられるが、これには、プローブ本体１８内のレセプタクル６２中のコンタクト配列と同様のコンタクト配列がある。レセプタクル６２及び８６はかみ合うデバイスであり、レセプタクル６２内のコンタクト配列がレセプタクル８６内のコンタクト配列とかみ合う。スイッチ８８も回路基板８２に取り付けされる。スイッチ８８は、コンタクト・パッド７４及び導電ソケット７２を有するアダプタ２０と一緒に使用される。導電リード線２４、２６、レセプタクル８６及びスイッチ８８は、図４の略図に最良なものを示したように、回路基板８２上の回路配線を介して、互いに結合される。
【００１８】
図４の略図では、レセプタクル６２及び８６が夫々のコンタクト配列９０及び９１を示している。コンタクト配列９０の第１及び第２部分９２及び９３は、グループにまとめられて電流プローブ１６の第１及び第２導電コンタクト９４及び９５を形成し、これらは電流検出回路９６に結合される。コンタクト配列９１の第１及び第２部分９７及び９８は、アダプタ２０の第１及び第２導電コンタクト９９及び１００を形成する。第１導電コンタクト９９は、スイッチ８８の第１端子１０１に電気的に結合され、第２導電コンタクト１００は、スイッチ８８の第２端子１０２に電気的に結合される。第１導電リード線２４は、スイッチ端子１０２に電気的に結合され、第２導電リード線２６は、スイッチ端子１０１に電気的に結合される。スイッチ・アーマチャ（armature）１０３は、スイッチ端子１０２に電気的に結合され、スイッチ端子１０１には選択的に結合される。スイッチ・アーマチャ１０３は、スイッチ８８から伸びるプランジャ１０４と機械的に結合される。クランプ・ダイオード１０５及び１０６は、スイッチ端子１０１及び１０２に跨って電気的に結合される。
【００１９】
スイッチ・アーマチャ１０３は、アダプタ２０が電流プローブ本体１８に接続されていないときに、スイッチ・コンタクト１０１及び１０２を互いに結合する。結果として、このスイッチの接続により、第１及び第２導電リード線２４及び２６が互いに結合される。これは、アダプタ２０が電流の流れる導体に接続されているときに、電流の流れる導体中の非導電性の切れ目４８を横切る電流経路を提供する。アダプタ２０を電流プローブ本体１８とかみ合わせるのに、最初は、レセプタクル６２及び８２のコンタクト配列９０及び９１を電気的に接触させる。続いてアダプタ２０のプローブ本体１８への挿入により、スイッチ・プランジャ１０４がプローブ本体１８と接触する。続くアダプタ２０のプローブ本体１８への挿入により、プランジャ１０４が押し下げられると、スイッチ・アーマチャ１０３がスイッチ・コンタクト１０１から外れる。これによってスイッチ・コンタクト１００及び１０１間の短絡が開き、電流の流れる導体が導電リード線２４及び２６を介して電流検出回路９６と直列に結合される。回路基板８２上のスイッチ８８及びレセプタクル８６の構成は、スイッチ端子１０１の接触をスイッチ・アーマチャ１０３が切断する前に、レセプタクル８６及び６２のコンタクト配列９０及び９１が切断前接触（ＭＢＢ接点）するようにするものである。回路基板８２に取り付けられるクランプ・ダイオード１０５及び１０６は、誘導性キックバック（inductive kick-back）が原因のスイッチ端子１０１及びコンタク端子１０間のアークを最小にするために設けられる。
【００２０】
図５は、同軸プラグ７６に電気的に結合された導電リード線をともなうアダプタ２０の斜視図である。導電リード線２４、２６の一方は、同軸プラグ７６の中心導電体に電気的に結合され、他方は、プラグ７６の外部導電体に電気的に結合される。同軸プラグ７６の中心導電体及び外部導電体は、互いに絶縁されている。電気コネクタ４４は、電流迂回デバイスで、外部導電体スリーブ１０９から絶縁された中心ボア（bore：穴）１０８を有する同軸レセプタクル５４がある。同軸レセプタクルから背中合わせに伸びるのは複数の導電コンタクト１１０で、これは非導電性の切れ目４８の両側において電流の流れる導体に半田や導電性接着剤などを用いて固定して保持される。複数の導電コンタクト１１０は、同軸レセプタクル５４に伸びているが、一方の導電コンタクトは中心ボア１０８を横切って他方の導電コンタクト１１０と重なるようになっていて、スイッチ素子として動作する。導電コンタクト１１０の一方は、他方の導電コンタクト１１０と垂直な方向に同軸レセプタクル５４から伸びる導電リード線１１１を介して導電性スリーブ１０９と電気的に結合すると共に、回路基板４６上に形成されるコンタクト・パッド１１２を介して非導電性の切れ目４８の反対側で電流の流れる導体に電気的に結合する。導電コンタクト１１０は、第１電流迂回デバイス状態（Position）において、電流の流れる導体中有の非導電性の切れ目４８を横切るように電流信号を結合する。
【００２１】
同軸プラグ７６は同軸レセプタクル５４に保持され、同軸プラグ７６の外部導電体は同軸レセプタクル５４の外部導電スリーブ１０９に電気的に結合される。同軸プラグ７６の中心導電体は、同軸レセプタクル５４の中心ボア１０８内に差し込まれ、ボア１０８内に伸びている導電コンタクト１１０とかみ合う。同軸プラグ７６の中心導体は、下方向の圧力を導電コンタクト１１０に加え、コンタクト１１０が他方の導電コンタクト１１０から外れるようにする。電流の流れる導体から迂回した電流信号は、電流プローブ１６の電流検出回路を通過して、複数の導電コンタクト１１０を介して電流の流れる導体に戻る。このとき、導電コンタクト１１０の一方は、同軸プラグ７６の中心導体と導電リード線２４、２６の一方を介して電流プローブ１６に結合し、導電コンタクト１１０の他方は同軸レセプタクル５４の外部導電スリーブ１０９と、同軸プラグ７６の外部導電体と、導電リード線２４、２６の他方を介して電流プローブ１６に結合されている。同軸プラグ７６を同軸レセプタクル５４とかみ合わせると、電流プローブ１６が電流の流れる導体と直列に結合されるが、これが第２電流迂回デバイス状態（position）である。電流迂回デバイス５４から同軸プラグ７６を取り外すと、導電コンタクト１１０に対する下向きの圧力から自由になるので、これによってコンタクト１１０は再度互いにかみ合う。上述の同軸レセプタクル５４及びかみ合う同軸プラグ７６は、米国コネチカット州ウォーリングフォードのアンフェノール社によって、夫々部品番号がＭＣＨ−２０１及びＭＣＨ２０３であるＲＦスイッチ及びＲＦプローブとして製造販売されている。
【００２２】
図６を参照すると、電流プローブ・システムの電流プローブ内で使用可能な電流検出回路９６の略図が示されている。電流検出回路９６には、開口を定める磁気部材のリング状のコア１２０がある。電流の流れる導体は、電流プローブ１６の第１及び第２導電コンタクト９４及び９５を介して一次巻線１２２と結合され、一次巻線１２２は電流の流れる導体と直列に結合される。電流の流れる導体は、一次巻線１２２を介してリング状磁気コア１２０と磁束結合関係という形で結合する。電流の流れる導体中の被測定電流は、磁気コア１２２内に磁束を生成し、二次巻線１２４と結合される。二次巻線１２４の一方の端子は接地に結合され、他方の端子はトランスインピーダンス増幅器１２６の反転入力端子に結合される。トランスインピーダンス増幅器１２６の反転入力端子は、トランスインピーダンス抵抗器１３０のある電流経路１２８を介して増幅器１２６の出力端子に結合される。このようにして、一次巻線１２２、磁気コア１２０及び二次巻線１２４は、トランス１３２として機能する。磁気電気変換器１３４は、磁気コア１２０内に磁気コア１２０中の磁束線とほぼ垂直に配置される。磁気電気変換器１３４は、好ましくは、薄膜半導体ホール効果デバイスであって、これにはバイアス源１３６に結合された第１の端子対と、増幅器１３８の差動入力端子に接続された第２の端子対がある。増幅器１３８は、好ましくは、低ノイズ及び高同相除去（common mode rejection）の高利得差動増幅器である。電流検出回路の減磁によって得られるオフセット制御信号を、オフセット電圧線１４０を介して差動増幅器１３８に印加しても良い。
【００２３】
一次巻線１２２中の電流は、トランス１３２の磁気コア１２０内に磁束を生成し、これは二次巻線１２４及びホール効果デバイス１３４に結合（link）される。一次巻線１２２を流れる電流の直流又は低周波数成分は、ホール効果デバイス１３４の第２端子対間に電位差を生じさせる。ホール効果デバイス１３４の電圧出力は、増幅器１３８の差動入力端子に結合される。増幅器１３８の出力は、トランスインピーダンス増幅器１２６の非反転入力端子に結合される。ホール効果デバイス１３４で生じた電圧が原因のトランスインピーダンス増幅器１２６の非反転入力端子における信号レベルの変化は、トランスインピーダンス増幅器１２６の出力電圧レベルに対応する変化を生成する。トランスインピーダンス増幅器１２６の出力における電圧は、結果として電流信号経路１２８に生じる電流となり、これはトランス１３２の二次巻線１２４に結合される。二次巻線１２４に流れる電流は、磁気コア１２０内の磁束を生成する一次巻線１２２に流れる電流と反対方向で、一次巻線１２２内に流れる電流によって生成される磁束を打ち消す。この直流から低周波数のフィードバック・ループは、電流信号経路１２８を通る反対向きの電流を維持するもので、トランス１３２の一次巻線１２２中を流れる直流又は低周波数電流信号と等しい。
【００２４】
一次巻線１２２を流れる電流の高周波数成分は、一次巻線１２２の電流で生成される磁場と反対向きの磁場を磁気コア１２０に生成する方向の誘導電流を二次巻線１２４中に生じさせる。二次巻線１２４中に誘導された電流は、トランスインピーダンス増幅器１２６の反転入力端子に結合される。反転入力端子は仮想接地されているので、二次巻線１２４中の電流は、電流信号経路１２８を介してトランスインピーダンス抵抗器１３０を通り、トランスインピーダンス増幅器１２６の出力端子に結合され、一次巻線１２２を流れる電流の高周波数成分を表す増幅された電圧出力を生じさせる。トランスインピーダンス増幅器１２６は、直流から低周波数電流で磁気コア１２０中の磁束を打ち消す反対（bucking）電流を生成するパワー増幅器と、高周波数に対するトランスインピーダンス増幅器という２つとして機能する。トランスインピーダンス増幅器１２６の出力は、導電ケーブル２８を介してオシロスコープ１２へと向かう。
【００２５】
図７は、電流プローブ・システム内の他の電流検出回路の略図である。前と同様な要素には、図７でも同じ符号を付す。電流検出回路９６には、開口を定める磁気材料のリング状コア１２０がある。電流の流れる導体は、電流プローブ１６の第１及び第２導電コンタクト９４及び９５を介して一次巻線１２２に結合され、一次巻線１２２は電流の流れる導体と直列に結合される。電流の流れる導体は、一次巻線１２２を介してリング状磁気コア１２０と磁束結合関係という形で結合する。電流の流れる導体中の被測定電流は、磁気コア１２２内に磁束を生成し、二次巻線１２４と結合される。このようにして、一次巻線１２２、磁気コア１２０及び二次巻線１２４は、トランス１３２として機能する。磁気電気変換器１３４は、磁気コア１２０内に磁気コア１２０中の磁束線とほぼ垂直に配置される。磁気電気変換器１３４は、好ましくは、薄膜半導体ホール効果デバイスであって、これにはバイアス源１３６に結合された第１の端子対と、増幅器１３８の差動入力端子に接続された第２の端子対がある。増幅器１３８は、好ましくは、低ノイズ及び高同相除去の高利得差動増幅器である。差動増幅器１３８のシングル・エンドの出力は、パワー増幅器１５０に結合され、これの出力は二次巻線１２４の一方の端子に結合される。二次巻線１２４の他方の端子は、トランス終端抵抗器１５４の加算ノードを介して、電圧利得増幅器１５２に結合される。
【００２６】
一次巻線１２２中の電流は、トランス１３２の磁気コア１２０内に磁束を生成し、これは二次巻線１２４及びホール効果デバイス１３４に結合（link）される。一次巻線１２２を流れる電流の直流又は低周波数成分は、ホール効果デバイス１３４の第２端子対間に電位差を生じさせる。ホール効果デバイス１３４の電圧出力は、差動増幅器１３８に結合され、その出力はパワー増幅器１５０に結合される。パワー増幅器１５０は、電流出力を生成し、これが二次巻線１２４に結合される。パワー増幅器１５０からの二次巻線１２４を流れる電流は、磁気コア１２０内の磁束を生成する一次巻線１２２に流れる電流と反対方向で、一次巻線１２２を流れる電流によって生成される磁束を打ち消す。二次巻線を流れる反対（opposing）電流は、トランス１３２の一次巻線１２２を流れる直流又は低周波数電流信号を表し、トランス終端抵抗器１５４の加算ノードを介して、電圧利得増幅器１５２に結合される。
【００２７】
一次巻線１２２を流れる電流の高周波数成分は、一次巻線１２２の電流で生成される磁場と反対向きの磁場を磁気コア１２０に生成する方向の誘導電流を二次巻線１２４中に生じさせる。二次巻線１２４中に誘導された電流は、トランス終端抵抗器１５４の加算ノードを介して、電圧利得増幅器１５２に結合される。パワー増幅器１５０からの二次巻線１２４を流れる電流は、直流から低周波数電流信号についての磁気コア１２０中の磁束を打ち消す。一次巻線１２２を流れる電流によって二次巻線１２４に誘導された電流は、高周波数電流信号についての磁気コア１２０中の磁束を打ち消す。パワー増幅器１５０からの二次巻線１２４を流れる電流と、高周波数において二次巻線１２４に誘導された電流との間の変わり目の範囲では、両方の信号源からの電流がトランス終端抵抗器１５４の加算ノードで加算されるという結果となる。電圧利得増幅器１５２の電圧出力は、導電ケーブル２８を介して、オシロスコープ１２に結合される。
【００２８】
図８は、電流プローブ・システム内の更に他の電流検出回路の略図である。電流の流れる導体は、電流プローブ１６の第１及び第２導電コンタクト９４及び９５を介して、フラックス・ゲート１６２の入力巻線１６０に結合され、入力巻線１６０は電流の流れる導体と直列に結合される。フラックス・ゲート１６２には、入力巻線１６０が周りに巻かれた円筒型磁気コア１６４がある。導体棒１６６は、円筒型磁気コア１６４を同軸状に貫通して配置され、また、発振器（OSC）１７０に結合されたドライバ回路１６８に結合される。検出コイル１７２は、円筒型磁気コア１６４の周りに配置され、入力巻線上の電流信号の磁束と、発振器１７０からの信号の磁束を検出する。検出コイル１７２は、ミキサ１７６を有する検出回路１７４に結合されるが、検出回路１７４は、導体棒１６６に印加される信号の２倍の周波数の信号を発振器１７０から受ける。ミキサ１７６は、ローパス・フィルタ（ＬＰＦ）１７８に結合され、これは次に終端抵抗器１８２を介して出力増幅器１８０に結合される。
【００２９】
ドライバ回路１６８は、周期的に振動するドライブ電流を生成し、これによって磁気コア１６４はドライブ電流信号のピークで飽和するので、磁束が磁気コア１６４を離れ、導体棒１６６に整列して並ぶ。
この期間において、長手方向のコア１６４の磁化度は減少する。ドライブ電流のゼロに交差する点に近づくと、磁束は再び磁気コア１６４を通って通過する。この期間において、長手方向のコア１６４の磁化度は増加する。磁気コア中の磁束の方向と密度は、ドライブ電流の変化に従って変化する。フラックス・ゲート１６２に印加される電流ドライブ信号によって検出コイル１７２に誘導される電圧出力には、ドライブ電流の各サイクルについて２つのサイクルがある。入力巻線１６０に印加される電流信号は、磁気コア中の磁束を変調し、入力巻線上の電流信号を表す変調電圧を検出コイル１７２に生成する。検出コイル１７２上の変調電圧は、ミキサ１７６に結合される。ミキサ１７６は、変調出力電圧を、ドライブ電流の２倍の周波数の発振信号で乗算する。ローパス・フィルタ１７８は、ミキサの出力をろ波し、入力巻線１６０を流れる電流と比例する電圧を供給する。出力増幅器１８０は、フィルタの信号を受けて、増幅された電圧出力を生成する。上述の複数の電流検出回路は例に過ぎず、上述の回路について、発明の主旨を離れることなく変更しても良い。
【００３０】
電流プローブ及び着脱可能なアダプタを有する電流プローブ・システムを説明してきた。電流プローブにはプローブ本体と導電コンタクトがあり、これらはアダプタ上の導電コンタクトとかみ合う。電流の流れる導体と結合するためのリード線がアダプタから伸びている。リード線は、プラグと接続しても良く、プラグは電流信号を電流プローブに結合するための電流迂回デバイスに結合される。アダプタにはスイッチも設けても良く、これはアダプタが電流プローブをかみ合ったときに、電流信号を選択的に電流プローブに結合する。電流プローブのコンタクトは電流検出回路に結合され、これは電流信号を表す電圧出力を生成する。この電圧出力は、電気ケーブルを介してオシロスコープに結合される。
【００３１】
当業者には明らかなように、本発明の基本的な原則から離れることなく、上述の本発明の実施形態の細かい部分に多数の変更を加えても良い。それゆえ、本発明の主旨は、特許請求の範囲によってのみ定められる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明による電流プローブ・システムの斜視図である。
【図２】図２は、電流プローブ・システム用の種々のアダプタを図示している。
【図３】図３は、電流プローブ・システム用のアダプタの分解斜視図である。
【図４】図４は、電流プローブ・システム用のアダプタ中の回路の略図である。
【図５】図５は、電流の流れる導体上に取付られる電流迂回デバイスと共に使用可能なアダプタの斜視図である。
【図６】図６は、電流プローブ・システム内の電流検出回路の略図である。
【図７】図７は、電流プローブ・システム内の他の電流検出回路の略図である。
【図８】図８は、電流プローブ・システム内の更に他の電流検出回路の略図である。
【国際調査報告】
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