(57)【要約】【課題】導体に印加される電圧を非接触で高精度で測定することができる非接触電圧測定装置を提供する。【解決手段】電界シールド（１２）は、結合容量（ＣＬ）に誘起される電圧を取得する電気回路（ＥＣ）を被覆することにより、電気回路（ＥＣ）に入射する電界を遮断し、オペアンプ（１４）は、検出点の電位と電界シールド（１２）の電位とを等しくし、導出部（１５）は、検出点からの出力値（Ｖｏｕｔ）に基づき、電圧（ＶＬ）を導出する。【選択図】図１
2015111087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体に印加される測定対象電圧を非接触で測定する非接触電圧測定装置であって、
プローブと、
上記導体と上記プローブとの間の結合容量によって上記プローブに誘起される電圧を取得する電気回路と、
上記電気回路の少なくとも一部を被覆することにより、上記電気回路に入射する電界を遮断する電界シールドと、
上記電気回路上に設定された検出点で検出される検出点電圧に基づいて、上記測定対象電圧を導出する電圧導出部と、
上記検出点から上記電界シールドに電流が流れない状態を維持したまま、上記検出点の電位と上記電界シールドの電位とを等しくする等電位化部と、
を備えたことを特徴とする非接触電圧測定装置。
【請求項２】
上記電気回路は、第１のインピーダンス値または第２のインピーダンス値をとり得るインピーダンス設定部を備えており、
上記電圧導出部は、上記インピーダンス設定部が上記第１のインピーダンス値であるときの検出点電圧と、上記インピーダンス設定部が上記第２のインピーダンス値であるときの検出点電圧とに基づいて、上記測定対象電圧を導出する
ことを特徴とする請求項１に記載の非接触電圧測定装置。
【請求項３】
上記電気回路は、抵抗器を備え、
上記インピーダンス設定部は、上記プローブと上記抵抗器との間に配置されており、
上記検出点は、上記インピーダンス設定部と上記抵抗器との間の点である
ことを特徴とする請求項２に記載の非接触電圧測定装置。
【請求項４】
上記等電位化部は、オペアンプを備える
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の非接触電圧測定装置。
【請求項５】
導体に印加される測定対象電圧を非接触で測定する非接触電圧測定方法であって、
上記導体との間に結合容量が形成されるようにプローブを配置するプローブ配置ステップと、
電界シールドを用いて、上記結合容量によって上記プローブに誘起される電圧を取得する電気回路の少なくとも一部を被覆することにより、上記電気回路に入射する電界を遮断する電界遮断ステップと、
上記電気回路上に設定された検出点から上記電界シールドに電流が流れない状態を維持したまま、上記検出点の電位と上記電界シールドの電位とを等しくする等電位化ステップと、
上記検出点で検出される電圧に基づいて、上記測定対象電圧を導出する電圧導出ステップと、を含む
ことを特徴とする非接触電圧測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁被覆された配線内の導体を流れる交流の電圧を、配線に接触することなく測定する非接触電圧測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、絶縁被覆された配線内の導体を流れる交流の電圧を、配線に接触することなく測定する非接触電圧測定装置が開示されている。このような非接触電圧測定装置の一例が、特許文献１に示されている。
【０００３】
図５を用いて、一般的な非接触電圧測定装置９の構成を説明する。図５は、非接触電圧測定装置９の構成を概略的に示す図である。図５に示すように、非接触電圧測定装置９は、検出プローブ９１を備えている。また、非接触電圧測定装置９の電気回路において、検出プローブ９１と共通電位点（ＧＮＤ）との間には、検出用インピーダンスＺＳが接続されている。非接触電圧測定装置９では、以下に説明する手順で、配線内の導体を流れる交流の電圧ＶＬ（測定対象電圧）が測定される。
【０００４】
まず、配線と検出プローブ９１との間に結合容量ＣＬが形成されるように、検出プローブ９１が配置される。図５から分かるように、導体に印加される電圧ＶＬは、検出用インピーダンスＺＳと結合容量ＣＬとの間で分圧されることになる。
【０００５】
次に、検出用インピーダンスＺＳに印加される電圧の値が、出力値Ｖｏｕｔ（検出点電圧）として検出される。電圧ＶＬと、交流の周波数ｆ、検出用インピーダンスＺＳ、出力値Ｖｏｕｔ、および結合容量ＣＬとの間には、以下の関係式が成り立つ。
【０００６】
【数１】
2015111087.tif 000003
【０００７】
図４は、従来の非接触電圧測定装置８（以下、電圧測定装置８と略称する）の構成を概略的に示す図であり、電圧測定装置８内で形成されている電気回路を示す図である。図４に示すように、電圧測定装置８は、コンデンサＣＡおよびＣＢ、検出プローブ８１、電界シールド８２、および切り替えスイッチ８３を備えている。
【０００８】
電圧測定装置８では、切り替えスイッチ８３を用いて、コンデンサＣＡに印加される電圧、および、コンデンサＣＢに印加される電圧が、出力値Ｖｏｕｔ１およびＶｏｕｔ２としてそれぞれ測定される。そして、以下の手順で、測定された出力値Ｖｏｕｔ１およびＶｏｕｔ２から電圧ＶＬが算出される。
【０００９】
まず、測定された２つの電圧ＶｏｕｔＡおよびＶｏｕｔＢから、以下の関係式が得られる。
【００１０】
【数２】
2015111087.tif 000004
【００１１】
式（３）から、結合容量ＣＬが算出される。
【００１２】
【数３】
2015111087.tif 000005
【００１３】
ここで、Ｃ´Ａ＝ＣＡ＋Ｃｐ、Ｃ´Ｂ＝ＣＢ＋Ｃｐである。
【００１４】
式（４）および回路方程式から、以下の式（５）が導かれる。
【００１５】
【数４】
2015111087.tif 000006
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００３−２８９００号公報（２００３年１月２９日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上記のような非接触電圧測定装置９では、検出プローブ９１や電気回路が、配線内の導体以外の電圧源と容量結合する場合がある。この場合、導体以外の電圧源と検出プローブ９１や電気回路とが容量結合することによって生じる電気信号（ノイズ）が、電気回路を流れることになる。このようなノイズは、非接触電圧測定装置９による電圧ＶＬの測定精度が低下する原因となる。そこで、非接触電圧測定装置９において、図５に示されるように、検出プローブ９１の周囲に、導体以外の電圧源の電界を遮断するための電界シールド９２を配置することが考えられる。
【００１８】
しかしながら、図５に示すように、検出プローブ９１の周囲に電界シールド９２が配置された場合、電界シールド９２と、非接触電圧測定装置９の電気回路との間に、寄生容量Ｃｐが発生する。その結果、電気回路において、寄生容量Ｃｐを含む電流パスが生成され、漏れ電流が寄生容量Ｃｐを流れることになる。これにより、出力値Ｖｏｕｔが変化するので、電圧ＶＬの測定精度が悪化するという問題がある。
【００１９】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電界シールドと検出プローブとの間の寄生容量を漏れ電流が流れることを抑制することにより、導体に印加される電圧を非接触で高精度で測定することができる非接触電圧測定装置および非接触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】
【００２０】
上記の課題を解決するために、本発明の非接触電圧測定装置は、導体に印加される測定対象電圧を非接触で測定する非接触電圧測定装置であって、プローブと、上記導体と上記プローブとの間の結合容量によって上記プローブに誘起される電圧を取得する電気回路と、上記電気回路の少なくとも一部を被覆することにより、上記電気回路に入射する電界を遮断する電界シールドと、上記電気回路上に設定された検出点で検出される検出点電圧に基づいて、上記測定対象電圧を導出する電圧導出部と、上記検出点から上記電界シールドに電流が流れない状態を維持したまま、上記検出点の電位と上記電界シールドの電位とを等しくする等電位化部と、を備えている。
【００２１】
また、上記の課題を解決するために、本発明の非接触電圧測定方法は、導体に印加される測定対象電圧を非接触で測定する非接触電圧測定方法であって、上記導体との間に結合容量が形成されるようにプローブを配置するプローブ配置ステップと、電界シールドを用いて、上記結合容量によって上記プローブに誘起される電圧を取得する電気回路の少なくとも一部を被覆することにより、上記電気回路に入射する電界を遮断する電界遮断ステップと、上記電気回路上に設定された検出点から上記電界シールドに電流が流れない状態を維持したまま、上記検出点の電位と上記電界シールドの電位とを等しくする等電位化ステップと、上記検出点で検出される電圧に基づいて、上記測定対象電圧を導出する電圧導出ステップと、を含む。
【００２２】
上記の構成によれば、結合容量によってプローブに誘起される電圧が電気回路によって取得され、電気回路上に設定された検出点の電圧が検出される。そして、検出された電圧から、測定対象電圧が導出される。このとき、検出点の電圧と電界シールドとの電位が等しい状態が維持される。
【００２３】
そのため、検出点と電界シールドとの間に発生する寄生容量を漏れ電流が流れることがない。言い換えれば、検出点と電界シールドとの間に発生する寄生容量を無視することができる。
【００２４】
従って、検出点に流入した電流が寄生容量から流出しないので、検出点電圧を高精度で検出することができる。これにより、検出点電圧に基づいて、測定対象電圧を高精度で導出することができる。
【００２５】
また、本発明の非接触電圧測定装置において、上記電気回路は、第１のインピーダンス値または第２のインピーダンス値をとり得るインピーダンス設定部を備えており、上記電圧導出部は、上記インピーダンス設定部が上記第１のインピーダンス値であるときの検出点電圧と、上記インピーダンス設定部が上記第２のインピーダンス値であるときの検出点電圧とに基づいて、上記測定対象電圧を導出してもよい。
【００２６】
上記の構成によれば、電気回路が備えるインピーダンス設定部のインピーダンス値が切り替えられることによって、検出点電圧も変化する。こうして、インピーダンス設定部が第１のインピーダンス値のときの検出点電圧と、第２のインピーダンス値のときの検出点電圧からなる２つの検出点電圧が得られる。そして、こうして得られた２つの検出点電圧から、測定対象電圧が導出される。
【００２７】
以上のように、上記の構成では、結合容量に電圧を印加するための発振器などの追加の装置なしで、測定対象電圧を導出することができる。
【００２８】
また、本発明の非接触電圧測定装置において、上記電気回路は、抵抗器を備え、上記インピーダンス設定部は、上記プローブと上記抵抗器との間に配置されており、上記検出点は、上記インピーダンス設定部と上記抵抗器との間の点であってよい。
【００２９】
上記の構成によれば、測定対象電圧が、結合容量、インピーダンス設定部および抵抗器により分圧され、抵抗器が取得する電圧が検出点電圧として測定される。抵抗器に分圧される電圧は、抵抗器の抵抗値に応じて変化する。具体的には、抵抗器の抵抗値を十分に小さくすることによって、検出点電圧を、十分に小さくすることができる。
【００３０】
従って、抵抗器の抵抗値として適切な値を選択することによって、検出点電圧を、一般的な電圧計で測定することができる。
【００３１】
また、本発明の非接触電圧測定装置において、上記等電位化部は、オペアンプを備えていてもよい。
【００３２】
上記の構成によれば、簡単な構成で、検出点から電界シールドに電流が流れない状態を維持したまま、検出点の電位と電界シールドの電位とを等しくするという機能を実現することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は、導体に印加される電圧を非接触で高精度で測定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態１に係る非接触電圧測定装置の構成を示す概略図であり、この非接触電圧測定装置内で形成されている電気回路を示す図である。
【図２】図１に示す電気回路において実行されたシミュレーションの結果として得られた寄生容量の値を示すグラフである。
【図３】図１に示す電気回路において実行されたシミュレーションの結果として得られた測定対象電圧の値を示すグラフである。
【図４】従来の非接触電圧測定装置の構成を示す概略図であり、この非接触電圧測定装置内で形成されている電気回路を示す図である。
【図５】一般的な非接触電圧測定装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図１から図３を用いて詳細に説明する。
【００３６】
（非接触電圧測定装置１の構成）
図１を用いて、非接触電圧測定装置１（以下、電圧測定装置１と略称する）の構成を説明する。図１は、電圧測定装置１の構成を示す概略図であり、電圧測定装置１内で形成されている電気回路ＥＣを示す図である。電圧測定装置１は、絶縁被覆された配線内の導体を流れる交流の電圧を、配線に接触することなく測定する装置である。
【００３７】
図１に示すように、電圧測定装置１は、検出プローブ１１（プローブ）と、検出プローブ１１に接続された電気回路ＥＣと、電気回路ＥＣ上に設定された検出点に接続された導出部１５（電圧導出部）とを備えている。そして、電気回路ＥＣは、コンデンサＣ１およびＣ２（インピーダンス設定部）、検出抵抗Ｒ１（抵抗器）、電界シールド１２、切り替えスイッチ１３（インピーダンス設定部）、およびオペアンプ１４（等電位化部）を備えている。
【００３８】
検出プローブ１１は、配線の絶縁被覆の外周面を囲うように取り付けることができる電極を備えている。なお、検出プローブ１１は、当該電極を被覆する絶縁部材を備えていてもよい。
【００３９】
検出プローブ１１が、配線の絶縁被覆に十分に近接しているとき、検出プローブ１１と配線との間には、配線内の導体に印加されている電圧ＶＬに応じた値の結合容量ＣＬが生じる。結合容量ＣＬは、検出プローブ１１のサイズ（電極面積）に比例する。そのため、検出プローブ１１が小さいほど、結合容量ＣＬの値は小さくなる。結合容量ＣＬの値は、例えば、数ｐＦ〜数１０ｐＦである。そして、検出プローブ１１には配線内の導体によって静電誘導が生じ、検出プローブ１１に接続された電気回路ＥＣは、導体と検出プローブ１１との間の結合容量によって検出プローブ１１に誘起された電圧を取得する。
【００４０】
電界シールド１２は、検出プローブ１１または電気回路ＥＣに入射する外界からの電界を遮断するものである。これにより、電界シールド１２は、検出プローブ１１または電気回路ＥＣと配線内の導体以外の電圧源とが容量結合することを防止する。なお、図１では、電界シールド１２は、電気回路ＥＣの一部のみを覆っている。しかしながら、電界シールド１２は、電気回路ＥＣ全体を覆っていてもよい。
【００４１】
コンデンサＣ１およびＣ２、ならびに切り替えスイッチ１３は、検出プローブ１１と検出抵抗Ｒ１との間のインピーダンスとして、互いに異なる２つのインピーダンス値の何れかをとるインピーダンス設定部として機能する。具体的には、切り替えスイッチ１３は、電圧測定装置１の電気回路ＥＣの状態を、（ｉ）コンデンサＣ１が、結合容量ＣＬと検出抵抗Ｒ１との間に直列接続した第１の状態と、（ｉｉ）コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２が、結合容量ＣＬと検出抵抗Ｒ１との間に直列接続した第２の状態と、の間で切り替えるものである。切り替えスイッチ１３が、電気回路ＥＣを第１の状態に切り替えた場合、検出プローブ１１と検出抵抗Ｒ１との間のインピーダンスは、１／ｊωＣ１（第１のインピーダンス値）となる。一方、切り替えスイッチ１３が、電気回路ＥＣを第２の状態に切り替えた場合、検出プローブ１１と検出抵抗Ｒ１との間のインピーダンスは、１／ｊωＣ´２（第２のインピーダンス値）となる。ここで、Ｃ´２＝Ｃ１＋Ｃ２である。
【００４２】
電気回路ＥＣが第１の状態であるとき、配線中の導体に印加される電圧ＶＬは、検出抵抗Ｒ１と、コンデンサＣ１と、結合容量ＣＬとの間で分圧される。一方、電圧測定装置１が第２の状態であるとき、配線中の導体に印加される電圧ＶＬは、検出抵抗Ｒ１と、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２と、結合容量ＣＬとの間で分圧される。別の見方では、結合容量ＣＬによって誘起された検出プローブ１１と基準電位点（ＧＮＤ）との間の電圧が、電気回路ＥＣによって、検出抵抗Ｒ１と、コンデンサＣ１およびＣ２の少なくとも一方とに分圧される。
【００４３】
導出部１５は、電気回路ＥＣ内に設定された検出点の電圧である出力値Ｖｏｕｔに基づいて電圧ＶＬを導出する。なお、本実施形態では、検出点は、インピーダンス設定部として機能するコンデンサＣ１、Ｃ２および切り替えスイッチ１３と、検出抵抗Ｒ１との間の点が設定されている。いいかえると、出力値Ｖｏｕｔの検出点は、基準電位点（ＧＮＤ）を挟んで、検出抵抗Ｒ１と反対側の点と同電位である。すなわち、出力値Ｖｏｕｔは、検出抵抗Ｒ１に印加される電圧の値に等しい。
【００４４】
導出部１５は、上述した式（１）に従って電圧ＶＬを算出する。ただし、式（１）において、（ｉ）検出用インピーダンスＺＳは検出抵抗Ｒ１に、（ｉｉ）出力値Ｖｏｕｔは出力値Ｖｏｕｔ１または出力値Ｖｏｕｔ２に、そして（ｉｉｉ）結合容量ＣＬは合成容量（Ｃ１＋ＣｐｐＬ）ＣＬ／（Ｃ１＋ＣｐｐＬ＋ＣＬ）または合成容量（Ｃ´２＋ＣｐｐＬ）ＣＬ／（Ｃ´２＋ＣｐｐＬ＋ＣＬ）に、それぞれ置換される。以下に、電圧ＶＬを表す式（２）を示す。
【００４５】
【数５】
2015111087.tif 000007
【００４６】
ここで、検出抵抗Ｒ１の値（抵抗値）は、出力値Ｖｏｕｔが十分に小さくなるように、すなわち、検出点の電位が十分に小さくなるように、予め決定されている。例えば、結合容量ＣＬの値が１０ｐＦであり、コンデンサＣ１、Ｃ２の値がそれぞれ４７０ｐＦ、４７ｐＦである場合、検出抵抗Ｒ１の値は１ＭΩに決定される。このとき、出力値Ｖｏｕｔは、数十ｍＶから数百ｍＶ程度（ｆ＝５０Ｈｚの場合）になるので、一般的な電圧計を用いて測定することが可能である。
【００４７】
オペアンプ１４は、出力値Ｖｏｕｔの検出点と、電界シールド１２とを同電位にするものである。すなわち、電圧測定装置１の電気回路ＥＣには、マイナス端子と出力端子とが接続されたオペアンプ１４（ボルテージフォロワ）を用いて、ドリブンシールド（Ｄｒｉｖｅｎ Ｓｈｉｅｌｄ）の回路技法が適用されている。
【００４８】
このように、電圧測定装置１では、オペアンプ１４により、出力値Ｖｏｕｔの検出点と、電界シールド１２とが同電位になっている。そのため、寄生容量Ｃｐには電流が流れない。従って、寄生容量Ｃｐが、出力値Ｖｏｕｔに影響する可能性を排除することができる。
【００４９】
（非接触電圧測定装置１による非接触電圧測定方法）
非接触電圧測定装置１による非接触電圧測定方法では、まず、配線内の導体との間に結合容量が形成されるように、検出プローブ１１が配置される（プローブ配置ステップ）。
【００５０】
次に、電界シールド１２が、電気回路ＥＣおよび検出プローブ１１を被覆することにより、電気回路ＥＣに入射する電界を遮断する（電界遮断ステップ）。
【００５１】
その後、電圧ＶＬが、検出抵抗Ｒ１と、コンデンサＣ１と、結合容量ＣＬとの間で分圧される。別の見方では、電気回路ＥＣが、静電誘導によって検出プローブ１１に誘起された電圧を、コンデンサＣ１またはＣ２と、検出抵抗Ｒ１とに分圧する（分圧ステップ）。
【００５２】
続いて、オペアンプ１４が、出力値Ｖｏｕｔの検出点から電界シールド１２に電流が流れない状態を維持したまま、検出点の電位と電界シールド１２の電位とを等しくする（等電位化ステップ）。
【００５３】
最後に、導出部１５が、式（１）に従って、出力値Ｖｏｕｔから、ＶＬを導出する（電圧導出ステップ）。
【００５４】
（電気回路のシミュレーション１）
上述したように、電圧測定装置１の電気回路ＥＣでは、ドリブンシールドの回路技法が採用されたことによって、出力値Ｖｏｕｔの検出点と電界シールド１２とが同電位になっている。ここでは、図１を用いて、ドリブンシールドの効果を実証するために実行した電気回路ＥＣのシミュレーションの結果を提示する。本シミュレーションでは、寄生容量ＣｐまたはＣｐｐＬを流れる漏れ電流の計算、および、電圧ＶＬの計算を行った。以下に、各計算の結果を説明する。
【００５５】
（１．漏れ電流の計算）
漏れ電流の計算を行うためのシミュレーションでは、電気回路ＥＣの各素子のパラメータを、コンデンサＣ１＝４７０ｐＦ、コンデンサＣ２＝４７ｐＦ、検出抵抗Ｒ１＝１００ｋΩ、結合容量ＣＬ＝１０ｐＦ、寄生容量Ｃｐ＝１０００ｐＦ、寄生容量ＣｐｐＬ＝３ｐＦに設定した。また、配線内の導体に印加される交流のパラメータを、電圧ＶＬ＝１００Ｖｒｍｓ、周波数ｆ＝５０Ｈｚに設定した。そして、漏れ電流の時間変化を計算した。
【００５６】
なお、ドリブンシールドの効果を明確にするため、図１に示す電気回路ＥＣの構成において、ドリブンシールドの代わりに、グランドシールド（GND Shield）を採用した構成を有する電気回路のシミュレーションも行った。そして、グランドシールドが採用された電気回路における漏れ電流も計算した。ここで、グランドシールドとは、電界シールドを基準点（ＧＮＤ）と同電位にする回路技法のことである。
【００５７】
図２に、シミュレーションの結果として得られた漏れ電流のグラフを示す。グラフの縦軸は漏れ電流の値（単位；ｎＡ）であり、横軸は時間（単位；秒）である。なお、漏れ電流の値は、寄生容量Ｃｐを流れる漏れ電流の値を表している。
【００５８】
図２に示すように、ドリブンシールドを採用した電気回路ＥＣにおける漏れ電流（”Driven Shield”のグラフ）の値は、グランドシールドを採用した電気回路における漏れ電流（”GND Shield”のグラフ）の値の１／１００以下である。
【００５９】
以上の計算結果から、グランドシールドを採用した電気回路において、寄生容量Ｃｐを流れる漏れ電流と比較して、ドリブンシールドを採用した電気回路ＥＣにおいて、寄生容量Ｃｐを流れる漏れ電流はとても小さいことがわかる。従って、電圧測定装置１の構成によれば、ドリブンシールドの回路技法が採用されたことによって、漏れ電流を低減するという効果を奏する。
【００６０】
（２．電圧ＶＬの計算）
電圧ＶＬの計算を行うためのシミュレーションでは、電気回路ＥＣの各素子のパラメータを、コンデンサＣ１＝４７０ｐＦ、コンデンサＣ２＝４７ｐＦ、検出抵抗Ｒ１＝１００ｋΩ、結合容量ＣＬ＝１０ｐＦ、寄生容量ＣｐｐＬ＝３ｐＦに設定した。また、配線内の導体に印加される交流のパラメータを、周波数ｆ＝５０Ｈｚに設定した。そして、寄生容量Ｃｐの値が０ｐＦから３０００ｐＦまでの間の値であるときの電圧ＶＬの計算を行った。電圧ＶＬを計算する際、寄生容量ＣｐｐＬを考慮し、寄生容量Ｃｐを考慮しない回路方程式を使用した。
【００６１】
なお、ドリブンシールドの効果を明確にするため、図１に示す電気回路ＥＣの構成において、ドリブンシールドの代わりに、グランドシールド（GND Shield）を採用した構成を有する電気回路のシミュレーションも行った。そして、グランドシールドが採用された電気回路における電圧ＶＬも計算した。
【００６２】
図３に、シミュレーションの結果として得られた電圧ＶＬ（測定対象電圧）のグラフを示す。グラフの縦軸は電圧ＶＬの値（単位；寄生容量Ｃｐがゼロであるときの電圧ＶＬを１００％としたときのパーセンテージ）であり、横軸は寄生容量Ｃｐの値（単位；Ｆ）である。図３に示すように、ドリブンシールドを採用した電気回路ＥＣにおける電圧ＶＬ（”ドリブンシールド”のグラフ）の値は、寄生容量Ｃｐの値によらず、ほぼ一定である。一方、グランドシールドを採用した電気回路における電圧ＶＬ（”グランドシールド”のグラフ）の値は、寄生容量Ｃｐの値が大きくなるとともに低下する。
【００６３】
以上の計算結果から、グランドシールドを採用した電気回路における電圧ＶＬは寄生容量Ｃｐの値に依存するが、ドリブンシールドを採用した電気回路ＥＣにおける電圧ＶＬは寄生容量Ｃｐの値にほぼ依存しないことがわかる。従って、電圧測定装置１の構成によれば、ドリブンシールドの回路技法が採用されたことによって、寄生容量Ｃｐの値またはその変化によらず、結合容量ＣＬおよび電圧ＶＬを精度よく導出することができるという効果を奏する。
【００６４】
一方、グランドシールドを採用した電気回路で検出される出力値Ｖｏｕｔ１およびＶｏｕｔ２は、寄生容量Ｃｐの値が影響する。また、電圧ＶＬは、寄生容量Ｃｐを考慮しない回路方程式で導出される。そのため、出力値Ｖｏｕｔ１およびＶｏｕｔ２より計算される電圧ＶＬには、誤差が発生する。
【００６５】
（従来の非接触電圧測定装置の構成との比較）
ここでは、本実施形態の電圧測定装置１の構成による効果をさらに説明するため、電圧測定装置１の構成と、従来の非接触電圧測定装置８の構成とを比較する。
【００６６】
図４に示す従来の電圧測定装置８は、本実施形態の電圧測定装置１と同様に、電界シールド８２を備えている。そのため、出力値Ｖｏｕｔの検出点と電界シールド８２との間に、寄生容量Ｃｐが発生する。そして、電圧測定装置８において、電界シールド８２と検出点とは同電位ではないため、漏れ電流が寄生容量Ｃｐを流れる。これにより、出力値Ｖｏｕｔの測定精度が悪化することになる。
【００６７】
さらに、電圧測定装置８では、電圧Ｖｏｕｔが測定された時点から、電圧ＶｏｕｔＢが測定される時点までの間に、電圧測定装置８が置かれた環境の温度または湿度が変化することによって、寄生容量Ｃｐの値が変化する場合がある。その他、電気回路を構成するケーブル（検出プローブ８１から出力値Ｖｏｕｔの検出点までの電流経路）の長さを変更した場合にも、寄生容量Ｃｐの値が変化する。これらの場合、電圧ＶｏｕｔＡおよびＶｏｕｔＢの値から算出される電圧ＶＬの値には、測定誤差が発生する。
【００６８】
一方、前述したように、本実施形態の電圧測定装置１では、電気回路ＥＣにドリブンシールドの回路技法が採用されることによって、出力値Ｖｏｕｔの検出点と電界シールド８２とが同電位になっている。そのため、寄生容量Ｃｐに漏れ電流が流れないので、寄生容量Ｃｐに流れる漏れ電流を原因として、出力値Ｖｏｕｔの測定精度が悪化することはない。さらに、寄生容量Ｃｐが変化した場合であっても、電圧ＶＬに測定誤差が発生することはない。
【００６９】
なお、上記の実施形態１では、検出抵抗Ｒ１を設け、コンデンサＣ１またはＣ２と検出抵抗Ｒ１との間の点を検出点とし、当該検出点と電界シールド１２とを同電位にするものとした。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図４に示す構成のように、検出プローブ１１とコンデンサＣ１およびＣ２との間の点を検出点とする場合、当該検出点と電界シールド１２とをボルテージフォロワとして構成されたオペアンプで接続することで同電位としてもよい。
【００７０】
ただし、図４に示す従来の電圧測定装置８の場合、式（４）から分かるように、結合容量ＣＬが算出されるためには、コンデンサＣＡに印加される電圧ＶｏｕｔＡと、コンデンサＣＢに印加される電圧ＶｏｕｔＢとの間に、有意差が存在する必要がある。従って、結合容量ＣＬのインピーダンスと、コンデンサＣＡ、ＣＢのインピーダンスとは、同等程度（インピーダンスの値の比が１／１０から１０倍のオーダー）である必要がある。
【００７１】
ところが、結合容量ＣＬのインピーダンスと、コンデンサＣＡおよびＣＢのインピーダンスとが同等程度である場合、コンデンサＣＡおよびＣＢには、結合容量ＣＬに印加される電圧と同等程度の電圧が印加されることになる。例えば、測定対象の電圧ＶＬが数百Ｖである場合、コンデンサＣＡおよびＣＢに印加される電圧ＶｏｕｔＡおよびｖｏｕｔＢの値は、それぞれ、数Ｖ〜数十Ｖに達する。一般的な電圧計では、このように大きな値の電圧を測定することは困難であり、専用の電圧計が必要となる。
【００７２】
そのため、本実施形態の電圧測定装置１のように、出力値Ｖｏｕｔの検出点の電位が十分に低くなるように、検出抵抗Ｒ１の値が決定されていることが好ましい。例えば、検出抵抗Ｒ１の値は、出力値Ｖｏｕｔが数十ｍＶから数百ｍＶ程度になるような値に決定されている。そのため、電圧測定装置１では、一般的な電圧計を用いて、出力値Ｖｏｕｔを測定することが可能である。
【００７３】
（変形例）
上記の実施形態１では、インピーダンス設定部を構成するインピーダンス素子として、コンデンサＣ１およびＣ２の２つのコンデンサを設け、切り替えスイッチ１３がインピーダンス設定部のインピーダンス値を切り替えるものとした。しかしながら、本発明はこの形態に限定されるものではなく、様々な形態に変形することが可能である。
【００７４】
例えば、コンデンサＣ１およびＣ２の代わりに、可変コンデンサを一つ設け、可変コンデンサの容量値を異なる２つの値の何れかに切り替えてもよい。また、コンデンサの代わりにインダクタ（コイル）を設けてもよい。
【００７５】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、配線に接触することなく、該配線内の導体を流れる交流の電圧を測定する非接触電圧測定装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１  非接触電圧測定装置
１１  検出プローブ（プローブ）
１２  電界シールド
１３  切り替えスイッチ（インピーダンス設定部）
１４  オペアンプ（等電位化部）
１５  導出部（電圧導出部）
Ｒ１  抵抗（抵抗器）
Ｃ１  コンデンサ（インピーダンス設定部）
Ｃ２  コンデンサ（インピーダンス設定部）
ＶＬ  電圧（測定対象電圧）
Ｖｏｕｔ  出力値（検出点電圧）
ＥＣ  電気回路
【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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