(57)【要約】  本発明は、物体（１）の電位（Ｕ）を無接触で求める方法に関し、以下のステップを揺する。ａ）物体（１）から空間的に距離（ｄ0）だけ隔てられ機械的に振動するように構成された電極（２）を準備するステップ。ｂ）電極（２）を機械的に振動（ｆ）させるステップ。ｃ）電極（２）の充電状態（Ｉ）の時間的変化を求めるステップ。ｄ）充電状態（Ｉ）の時間的変化における少なくとも２つの周波数成分（ｆ、２ｆ）の振幅を求めるステップ。ｅ）求められた振幅を用いて、電極（２）と物体（１）とから成る装置の電気的容量（Ｃ）の値に関与する少なくとも１つのパラメータ（ε，ｄ0）を設定するステップ。ｆ）設定されたパラメータ（ε，ｄ0）に基づき、電極（２）と物体（１）とから成る装置の電気的容量を求めるステップ。ｇ）求められた容量（Ｃ）と充電状態（Ｉ）の変化とから電位（Ｕ）を求めるステップ。
2014510928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体（１）の電位（Ｕ）を無接触で求める方法において、
ａ）前記物体（１）から空間的に距離（ｄ0）だけ隔てられ機械的に振動するように構成された電極（２）を準備するステップと、
ｂ）前記電極（２）を機械的に振動（ｆ）させるステップと、
ｃ）前記電極（２）の充電状態（Ｉ）の時間的変化を求めるステップと、
ｄ）該充電状態（Ｉ）の時間的変化における少なくとも２つの周波数成分（ｆ、２ｆ）の振幅
2014510928.tif 000019
を求めるステップと、
ｅ）求められた該振幅
2014510928.tif 000020
を用いて、前記電極（２）と前記物体（１）とから成る装置の電気的容量（Ｃ）の値に関与する少なくとも１つのパラメータ（ε，ｄ0）を設定するステップと、
ｆ）設定された前記パラメータ（ε，ｄ0）に基づき、前記電極（２）と前記物体（１）とから成る装置の電気的容量（Ｃ）を求めるステップと、
ｇ）求められた該容量（Ｃ）と求められた前記充電状態（Ｉ）の変化とから、前記電位（Ｕ）を求めるステップ
とを有することを特徴とする、
物体（１）の電位（Ｕ）を無接触で求める方法。
【請求項２】
ｄ１）第１の周波数（ｆ）において第１の振幅
2014510928.tif 000021
を求めるステップと、
ｄ２）前記第１の周波数（ｆ）の値の整数倍の値をもつ第２の周波数（２ｆ）において第２の振幅
2014510928.tif 000022
を求めるステップと、
ｅ１）前記電極（２）から前記物体（１）までの静止状態距離（ｄ0）を、前記第１の振幅
2014510928.tif 000023
と前記第２の振幅
2014510928.tif 000024
との比（ν）から求めるステップ
を有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ステップｅ）において前記少なくとも１つのパラメータ（ε，ｄ0）を、数学的関係及び／又は較正曲線（Ｋ１）を介して設定する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記ステップｂ）において、前記物体（１）の電位（Ｕ）により生じる電気力線（Ｅ）に対し前記電極の振動方向（ｒ）が平行に延在するよう、前記電極（２）を機械的に振動させる、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記ステップｃ）において前記電極（２）の充電状態の時間的変化を、前記充放電電流（Ｉ）の測定により求める、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記ステップｇ）において前記電位（Ｕ）を、求められた前記充電状態（Ｉ）の変化から数学的関係及び／又は較正曲線（Ｋ２）を介して求める、請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記電位（Ｕ）は時間的に変化し、電気的振動周波数により表され、前記ステップｂ）において、前記電極（２）に対応する機械的振動周波数（ｆ）が前記電気的振動周波数よりも大きくなるよう、前記電極（２）を機械的に振動させる、請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
物体（１）の電位（Ｕ）を無接触で求める装置において、
電極（２）と測定装置（３）と評価装置とが設けられており、
前記電極（２）は、機械的に振動運動するように構成され、前記物体（１）から空間的に距離（ｄ0）を隔てて配置可能であり、
前記測定装置（３）は、前記電極（２）の充電状態（Ｉ）の時間的変化を求めるように構成されており、
前記評価装置は、前記充電状態（Ｉ）の時間的変化における少なくとも２つの周波数成分（ｆ，２ｆ）の振幅
2014510928.tif 000025
を求め、求められた該振幅
2014510928.tif 000026
を用いて、前記電極（２）と前記物体（１）とから成る装置の電気的容量（Ｃ）の値に関与する少なくとも１つのパラメータ（ε，ｄ0）を設定し、設定されたパラメータ（ε，ｄ0）に基づき、前記電極（２）と前記物体（１）とから成る装置の電気的容量（Ｃ）を求め、求められた該容量（Ｃ）と求められた前記充電状態（Ｉ）の変化とから、前記電位（Ｕ）を求めるように構成されていることを特徴とする、
物体（１）の電位（Ｕ）を無接触で求める装置。
【請求項９】
前記電極（２）は導電性プレートとして形成されており、該導電性プレートは実質的に前記プレートの法線方向（ｒ）に振動可能であり、該導電性プレートは、電流測定装置として構成された前記測定装置（３）と電気的に接続されている、請求項８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の電位を無接触で求める方法及び装置に関する。
【０００２】
物体を流れる電流を無接触で測定することは知られている。このような測定は、誘導結合、ホール効果またはＧＭＲ（Giant Nagneto Resistance巨大磁気抵抗）によって行うことができる。しかしながら、無接触で電力を測定できるようにするためには、無接触の電流測定のほかに、無接触で電位を測定するための方法も必要である。無接触の電位測定は、殊に高電圧の電位を無接触で測定することは、とりわけスマート・メータリング、スマート・グリッド、デマンド・レスポンス・ストラテジの分野においては、きわめて重要である。
【０００３】
このための可能性として挙げられるのは、いわゆる電界強度計である。電界強度計は、求めるべき電圧を測定された電界強度によって推定できるようにする目的で、静電誘導作用を利用する。ただしこのためには、電位を求めようとする物体と電界強度計の測定電極との間の距離、ならびに測定電極と物体との間の材料（誘電体）が、測定キャパシタンスにおいて正確に既知でなければならない。電界強度計とともに直流電圧も測定できるようにする目的で、一般に測定電極と物体との間にチョッパ（インペラ）の形態をとるシャッタ（電界絞り）が用いられる。
【０００４】
純粋な交流電圧を求めるために、容量式分圧器を利用することもできる。この場合も、基準電極と測定すべき電位との間の結合容量が既知でなければならない。
【０００５】
これら両方の方法もしくは装置（電界強度計及び容量式分圧器）は、測定すべき電圧との結合に関して、殊に測定電極と測定物体との間の距離に関して、正確に把握することが前提となる。この点に関してこれらの公知の方法は、一時的にしか行われない測定プロセスのためには適しておらず、あるいはあとから組み込んで測定を行うのには適していない。電界強度計及び容量式分圧器は、正確な測定のために固定的に設置され、組み込まれた環境で較正される。携帯型測定機器の場合、測定構造のジオメトリ及び材料特性（導体の絶縁、空気、ガス、結露等）を正確に把握する必要がある。この目的で市販の電界強度計の場合には、例えば特別なスペーサが用いられる。しかしながらスペーサには欠点があり、殊に電気的に絶縁されている導体の電位を求めるときに、スペーサは導電性材料上にじかに載置されず、したがって距離は不十分な精度でしか設定されない。しかもこの種の絶縁材料を考慮することができない。無接触式の公知の電位測定方法の精度が不十分であるならば、通常、接触させて測定を行わなければならない。
【０００６】
したがって本発明の課題は、結合容量がさしあたり未知であったとしても、無接触の電位測定が可能である方法ならびに装置を提供することにある。
【０００７】
この課題は、請求項１の特徴を有する方法ならびに請求項８の特徴を有する装置によって解決される。
【０００８】
本発明による方法は、物体の電位を無接触で求めるために用いられ、以下のステップを有している：
ａ）物体から空間的に距離を隔てて配置され機械的に振動するように構成された電極を準備するステップ
ｂ）電極を機械的振動状態におくステップ
ｃ）電極の充電状態の時間的な変化を求めるステップ
ｄ）充電状態の時間的な変化における少なくとも２つの周波数成分の振幅を求めるステップ
ｅ）求められた振幅を用いて、電極と物体とから成る装置の電気的容量の値に関与する少なくとも１つのパラメータを設定するステップ
ｆ）設定されたパラメータに基づき、電極と物体とから成る装置の電気的容量を求めるステップ
ｇ）求められた充電状態の変化と求められた容量とから電位を求めるステップ。
【０００９】
したがって本発明による方法によれば、電極と物体との間の結合容量も求めることができ、電位測定のためにこの容量を事前に把握や確認しておく必要がなくなる。このため本発明によれば、本来の電位測定に先立ちいわば較正ステップが行われ、このステップによって、結合容量の測定に必要とされる未知のパラメータを求めることができる。電界強度計または容量式分圧器を使用する場合とは異なり、既述の方法を利用した場合、無接触の電位測定において、電極から物体までの距離に関する情報もしくは電極と物体との間の材料の誘電率に関する情報は不要である。正確な機械的調整もしくは規定どおりの固定的な組み込みを行う必要がない。さらに本発明によれば、容量を正確に求めることができる。このようにして未知の電位を著しく正確に無接触で測定することができる。
【００１０】
本発明による方法は、有利には以下のステップを有する。
ｄ１）第１の周波数において第１の振幅を求める。
ｄ２）第１の周波数の値の整数倍の値をもつ第２の周波数において第２の振幅を求める。
ｅ１）電極から物体までの静止状態距離を、第１の振幅と第２の振幅との比から求める。
【００１１】
ここで周波数を例えば、電極の充電状態の時間的変化を表す周波数とすることができる。殊に有利であるのは、第１の周波数の値に対し２倍の大きさの値をもつ第２の周波数において第２の振幅を求めることである。静止状態距離を求める代わりに、第１の振幅と第２の振幅との比から、誘電率によって重み付けられた実効静止状態距離を求めることもできる。殊に有利であるのは、充電状態の時間的変化をまえもって定められたタイムインターバルにわたって求め、そのようにして求められた経過特性についてフーリエ分析を実施することである。そしてフーリエ分析の結果から、有利には周波数成分に依存する振幅を得ることができ、それによって基本周波数における第１の振幅と、基本周波数に対応する上側周波数における第２の振幅を求めることができ、これらの振幅から比を求めることができる。このような測定方式は比較的簡単であり、電極から物体までの静止状態距離を正確に推定することができる。例えば機械的なスペーサなどによってダイレクトに距離測定を行う必要がない。較正プロセスは全体的に簡単であり手間がかからない。本発明による方法によれば、電位の測定対象とする物体にじかに接触する必要がない。したがって接近するのが難しい物体の電位を求めることもできる。
【００１２】
有利にはステップｅ）において、少なくとも１つのパラメータを数学的関係及び／又は較正曲線を介して設定する。このようにすれば、較正曲線もしくは数学的関係を介して定められる１つの較正曲線だけしか必要とされず、振幅値に少なくとも１つのパラメータを割り当てることができる。
【００１３】
有利にはステップｂ）において電極を、その振動方向が物体の電位により生じる電気力線の方向に対し平行に延在するよう、機械的に振動させる。このようにすれば、きわめて厳密な物理的状況を作り出すことができ、物体と電極の結合容量を著しく簡単に求めることができる。したがって著しく精度の高い測定が可能となる。
【００１４】
有利にはステップｃ）において、電極の充電状態の時間的変化を充放電電流の測定によって求める。この目的で、基準電位担体を電極と電気的に接続することができ、電極と基準電位担体の間に電流測定装置を配置することができる。殊に有利であるのは、電極のところで降下する電圧を所定の基準電圧と比較する増幅器を利用した構成である。この場合、電流測定を著しく正確に実施することができ、したがって求めるべき電位を著しく高い精度で推定できるようになる。殊に有利であるのは、電位を求めるために実効充放電電流を求めることができる点である。
【００１５】
有利にはステップｇ）において、数学的関係及び／又は較正曲線を介して、充電状態の求められた変化から電位を求める。
【００１６】
本発明による方法によれば、物体において時間的に一定の電位を求めることができる。電極を振動させることによってすでに、電極において時間的に変化する充電状態変化が発生し、それを測定することができる。ただし本発明によれば有利には、時間とともに変化し電気的な振動周波数によって特徴づけることの可能な物体の電位を求めることもできる。その際にステップｂ）において有利であるのは、対応する機械的な振動周波数が電気的な振動周波数よりも大きくなるよう、電極を機械的に振動させることである。殊に有利であるのは、電気的な振動周波数に対する機械的な振動周波数の比率を著しく大きくすることである。このようにすれば、電極は物体において時間的にほぼ一定の電位を生じさせることになり、分離された観察を行うことができる。したがってＡＣ測定のためにもＤＣ測定のためにも、シャッタやインペラは不要となる。
【００１７】
本発明による装置は、物体の電位を無接触で求めるために用いられ、以下の構成を含んでいる：
−物体から空間的に距離を隔てて配置可能であり機械的に振動するように構成された電極
−電極における充電状態の時間的変化を求めるように構成された測定装置
−評価装置
この評価装置は、充電状態の時間的変化における少なくとも２つの周波数成分の振幅を求め、求められた振幅を用いて、電極と物体から成る装置の電気的容量の値に関与する少なくとも１つのパラメータを設定し、設定されたパラメータに基づき、電極と物体から成る装置の電気的容量を求め、求められた充電状態の時間的変化と電気的容量とから電位を求めるように構成されている。
【００１８】
ここで有利であるのは、電極を導電性プレートとして形成し、このプレートを基本的にプレートの法線方向に振動可能にすることである。その際にこのプレートを、電流測定装置として構成された測定装置と電気的に接続するのが有利である。
【００１９】
本発明による方法に関して説明した実施形態ならびにそれらの利点は、本発明による装置にも同様に当てはまる。
【００２０】
次に、実施例に基づき本発明について詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】導体の未知の電位を測定するための装置を示す概略図
【図２】実効充放電電流と導体からの測定電極の静止状態距離との関係を示す図
【図３Ａ】導体の測定電極の２つの異なる間隔について充電電流と時間との関係を示す図
【図３Ｂ】フーリエ変換により図３Ａの特性曲線から得られた振幅スペクトルを示す図
【図４】図３Ｂの振幅スペクトルの振幅比各々に静止状態距離を割り当てる較正曲線を示す図
【図５】実効電流値各々に導線の電圧値を割り当てる較正曲線を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
各図中、同じ要素または同等の機能を有する要素には同じ参照符号が付されている。
【００２３】
図１には、電位もしくは電圧Ｕを測定する対象となる物体を成す導線１が示されている。測定のため静止状態距離ｄ0のところに、振動可能に構成された測定電極２が配置されている。ここでは、振動を可能にする構成については略示するにとどめ、これは２つのばね５によって実現される。この装置によれば、振動方向ｒすなわち測定電極２の面法線に対し平行に延在する方向において、測定電極２の機械的振動を生じさせることができる。測定電極２は金属から構成されており、したがって導線１の電界Ｅにおける作用によって測定電極２の充電状態が変化する。この場合、基準電位担体を成す測定装置３により充放電電流が捕捉される。
【００２４】
測定装置３は、測定電極２と電気的に接続された第１入力端と、アースと接続された第２入力端とを有している。増幅器４の出力端は、抵抗Ｒを介して第１の入力端と接続されている。この測定方式の場合、測定電極２は振動方向ｒ及び周波数ｆで機械的振動状態におかれる。ここでは以下の関係が成り立つ：
導線１と測定電極２とによって、結合容量Ｃを有する平板コンデンサ装置が形成される。容量Ｃは次式に従い計算される：
【数１】
2014510928.tif 000003
【００２５】
ただし、
−εはコンデンサ装置に充填される媒体の誘電率
−Ａは測定電極２の面積
−ｄは、測定電極２と導線１との間の、時間に依存する間隔
である。
【００２６】
角周波数
【数２】
2014510928.tif 000004
のとき、容量Ｃは以下の通りとなる：
【数３】
2014510928.tif 000005
それぞれ流れる充放電電流Ｉは次式の値となる：
【数４】
2014510928.tif 000006
【００２７】
測定電極２と導線１との間の測定容量Ｃの変調によって充放電電流Ｉが生じ、この電流は評価にあたり二通りの観点で利用される。すなわちこの充放電電流Ｉは、較正ステップにおいて未知の容量Ｃを求めるために用いられる一方、較正ステップにおいて求められた容量によって未知の電圧Ｕを求めるために用いられる。以下、この点について詳述する。
【００２８】
図２には、曲線Ｓを含むダイアグラムが示されている。この曲線は、実効充放電電流＜Ｉ＞と静止状態距離ｄ0との関係を表している。ここでは例示として、曲線Ｓ上に２つの点Ｐ１とＰ２が書き込まれている。点Ｐ１では静止状態距離ｄ0＝０．３ｍｍとなるのに対し、点Ｐ２ではｄ0＝０．９ｍｍとなる。したがって実効充放電電流＜Ｉ＞は、点Ｐ２における値よりも点Ｐ１における値の方が大きい。
【００２９】
さらに図２には点Ｐ１及びＰ２に関して、時間に依存する電流経過特性と距離経過特性も示されている。点Ｐ１と点Ｐ２における電流経過特性の比較からわかるのは、時間に依存する充放電電流Ｉに対応する曲線は、点Ｐ２よりも点Ｐ１の方が歪みが大きいことである。つまり基本距離すなわち静止状態距離ｄ0が小さくなるにつれて、充放電電流Ｉの信号波形の歪みが大きくなる。この作用を、静止状態距離ｄ0を求めるために利用することができる。
【００３０】
充放電電流の時間特性は図３Ａにもまとめられている。時間ｔに依存する点Ｐ１における充放電電流をＩ1と称する一方、点Ｐ２における充放電電流をＩ2と称する。ここで充放電電流Ｉ1とＩ2に対し、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実施する。これによって、図３Ｂに示す充放電電流の振幅スペクトルが得られる。この場合、横軸には周波数ｆがＨｚ（ヘルツ）で書き込まれている一方、縦軸には充放電電流の振幅
2014510928.tif 000007
がＡ（アンペア）で書き込まれている。充放電電流Ｉ1は複数の周波数成分を有している。基本周波数ｆ＝１０００Ｈｚにおける振幅を
2014510928.tif 000008
と称し、第１の上側の周波数２ｆ＝２０００Ｈｚのときに振幅は
2014510928.tif 000009
となる。これら両方の振幅の比は式
【数５】
2014510928.tif 000010
によって算出され、ν1＝２．９１となる。
【００３１】
同様のことは、図３Ａの充放電電流Ｉ2についても適用される。この充放電電流の時間に依存する経過特性に対してもフーリエ分析を実施することができ、その結果、振幅
2014510928.tif 000011
及び
2014510928.tif 000012
として図３Ｂに示した振幅スペクトルが得られる。ここでも振幅比は式
【数６】
2014510928.tif 000013
に従って計算され、その結果、値ν2＝８．９８が生じる。図３Ｂに示した両方の静止状態距離０．３ｍｍと０．９ｍｍに対するスペクトルからわかるように、静止状態距離ｄ0が大きくなるにつれて高調波が小さくなる。基本周波数と第１高調波の比も同様に増加する。
【００３２】
そこでこの比νに対し、較正曲線を介して静止状態距離ｄ0を一義的に割り当てることができる。このことは、較正曲線Ｋ１を描いた図４に示されている。この場合、比νと静止状態距離ｄ0との間に直線的な関係が存在する。したがってνからｄ0を推定することが可能となる。しかもこの比は、未知の電位に左右されない。この比の評価は、測定方法のプロセス中、較正のために用いられる。場合によっては静止状態距離ｄ0の代わりに、誘電率εによって重み付けられた距離、例えば式ｄ0／εの距離を、横軸にとることもできる。誘電率εと面積Ａが既知であれば、このようにして静止状態距離ｄ0を求めることで容量Ｃを推定することができる。これによって原則的に、測定された充放電電流Ｉから電圧Ｕを求めることができる。そして測定方法のプロセスにおける較正ステップが終了する。
【００３３】
その後、本来の測定モードにおいて、例えば充放電電流Ｉの実効値＜Ｉ＞が形成される。実効充放電電流＜Ｉ＞と未知の電位Ｕとの間に線形の関係が存在するので、較正曲線Ｋ２を介して未知の電位Ｕを直接、推定することができる。図５にはこの関係が示されている。図２〜図５の実施例では、周波数ｆ＝１ｋＨｚ、振動振幅δ＝１００μｍ、面積Ａ＝１００ｍｍ2とした。
【００３４】
以下では、測定方法の２つの部分ステップについてもう一度まとめておく；
１．較正ステップにおいて、測定電極２を導線１の前に配置する。静止状態ｄ0は組み込み後は精確には既知ではなく、したがって較正が必要である。このため測定電極２を振動状態におき、振動中の測定電極２における充放電電流Ｉのスペクトルを評価する。その際、振動周波数ｆ及び第１高調波２ｆにおける振幅
2014510928.tif 000014
及び
2014510928.tif 000015
を観測する。この場合、基本周波数の振幅
2014510928.tif 000016
と第１高調波の振幅
2014510928.tif 000017
との比νは、静止状態距離ｄ0に正比例し、未知の電圧Ｕには依存しない。したがってこの方法によって、基本距離及び静止状態距離ｄ0を求めることができる。
２．測定ステップにおいて、振動中の測定電極２における充放電電流Ｉの実効値＜Ｉ＞を形成する。測定電極２の充放電電流＜Ｉ＞と未知の電位Ｕとの間に比例関係が存在する。対応する比例係数（典型的には容量Ｃ）を事前に較正ステップ１において求める。
【００３５】
したがって本発明による方法によれば、未知の電位をこの電位を横断する方向で運動する振動電極を用いて無接触で測定することができる。その際、振動周波数は、時間に応じて変化する電圧Ｕ（ｔ）の測定可能な最大周波数よりも著しく高い。さらに本発明によれば、測定電極２と測定物体（導線１）との間の基本距離ｄ0を求めるために、振動電極２のところに生じる充放電電流Ｉのスペクトルが評価される。このようにして較正を行った後、測定モード中、未知の電位Ｕを逆算するために充放電電流Ｉが用いられる。
【符号の説明】
【００３６】
１  Leitung
２  測定電極
３  測定装置
４  増幅器
５  ばね
ｄ  距離
ｄ0  静止状態距離
δ  振動振幅
Ｕ  電圧
Ｉ，Ｉ1，Ｉ2  充放電電流
2014510928.tif 000018
＜Ｉ＞  実効充放電電流
ｆ  周波数
Ｃ  容量
ｖ，ｖ1，ｖ2  比
ε  誘電率
Ｋ１  特性曲線
Ｋ２  特性曲線
Ｓ  特性曲線
Ｐ１  点
Ｐ２  点
ｒ  振動方向
Ｅ  電界
Ｕ0  電圧
Ｒ  抵抗
ｔ  時間
Ａ  面積
ω  角周波数
【図１】
2014510928.tif 000027
【図２】
2014510928.tif 000028
【図３Ａ】
2014510928.tif 000029
【図３Ｂ】
2014510928.tif 000030
【図４】
2014510928.tif 000031
【図５】
2014510928.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月13日(2013.2.13)
【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】
物体（１）の電位（Ｕ）を無接触で求める方法であって、
ａ）前記物体（１）から空間的に距離（ｄ0）だけ隔てられ機械的に振動するように構成された電極（２）を準備するステップと、
ｂ）前記電極（２）を機械的に振動（ｆ）させるステップと、
ｃ）前記電極（２）の充電状態（Ｉ）の時間的変化を求めるステップと、
ｄ）該充電状態（Ｉ）の時間的変化における少なくとも２つの周波数成分（ｆ、２ｆ）の振幅
2014510928.tif 000033
を求めるステップと、
ｅ）求められた該振幅
2014510928.tif 000034
を用いて、前記電極（２）と前記物体（１）とから成る装置の電気的容量（Ｃ）の値に関与する少なくとも１つのパラメータ（ε，ｄ0）を設定するステップと、
ｆ）設定された前記パラメータ（ε，ｄ0）に基づき、前記電極（２）と前記物体（１）とから成る装置の電気的容量（Ｃ）を求めるステップと、
ｇ）求められた該容量（Ｃ）と求められた前記充電状態（Ｉ）の変化とから、前記電位（Ｕ）を求めるステップ
とを有する、
物体（１）の電位（Ｕ）を無接触で求める方法において、
ｄ１）第１の周波数（ｆ）において第１の振幅
2014510928.tif 000035
を求めるステップと、
ｄ２）前記第１の周波数（ｆ）の値の整数倍の値をもつ第２の周波数（２ｆ）において第２の振幅
2014510928.tif 000036
を求めるステップと、
ｅ１）前記電極（２）から前記物体（１）までの静止状態距離（ｄ0）を、前記第１の振幅
2014510928.tif 000037
と前記第２の振幅
2014510928.tif 000038
との比（ν）から求めるステップ
を有することを特徴とする、
物体（１）の電位（Ｕ）を無接触で求める方法。
【請求項２】
前記ステップｅ）において前記少なくとも１つのパラメータ（ε，ｄ0）を、数学的関係及び／又は較正曲線（Ｋ１）を介して設定する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ステップｂ）において、前記物体（１）の電位（Ｕ）により生じる電気力線（Ｅ）に対し前記電極の振動方向（ｒ）が平行に延在するよう、前記電極（２）を機械的に振動させる、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記ステップｃ）において前記電極（２）の充電状態の時間的変化を、前記充放電電流（Ｉ）の測定により求める、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記ステップｇ）において前記電位（Ｕ）を、求められた前記充電状態（Ｉ）の変化から数学的関係及び／又は較正曲線（Ｋ２）を介して求める、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記電位（Ｕ）は時間的に変化し、電気的振動周波数により表され、前記ステップｂ）において、前記電極（２）に対応する機械的振動周波数（ｆ）が前記電気的振動周波数よりも大きくなるよう、前記電極（２）を機械的に振動させる、請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
物体（１）の電位（Ｕ）を無接触で求める装置であって、
電極（２）と測定装置（３）と評価装置とが設けられており、
前記電極（２）は、機械的に振動運動するように構成され、前記物体（１）から空間的に距離（ｄ0）を隔てて配置可能であり、
前記測定装置（３）は、前記電極（２）の充電状態（Ｉ）の時間的変化を求めるように構成されており、
前記評価装置は、前記充電状態（Ｉ）の時間的変化における少なくとも２つの周波数成分（ｆ，２ｆ）の振幅
2014510928.tif 000039
を求め、求められた該振幅
2014510928.tif 000040
を用いて、前記電極（２）と前記物体（１）とから成る装置の電気的容量（Ｃ）の値に関与する少なくとも１つのパラメータ（ε，ｄ0）を設定し、設定されたパラメータ（ε，ｄ0）に基づき、前記電極（２）と前記物体（１）とから成る装置の電気的容量（Ｃ）を求め、求められた該容量（Ｃ）と求められた前記充電状態（Ｉ）の変化とから、前記電位（Ｕ）を求めるように構成されている、
物体（１）の電位（Ｕ）を無接触で求める装置において、
前記評価装置は、第１の周波数（ｆ）において第１の振幅
2014510928.tif 000041
を求め、
前記第１の周波数（ｆ）の値の整数倍の値をもつ第２の周波数（２ｆ）において第２の振幅
2014510928.tif 000042
を求め、
前記電極（２）から前記物体（１）までの静止状態距離（ｄ0）を、前記第１の振幅
2014510928.tif 000043
と前記第２の振幅
2014510928.tif 000044
との比（ν）から求めるように構成されていることを特徴とする、
物体（１）の電位（Ｕ）を無接触で求める装置。
【請求項８】
前記電極（２）は導電性プレートとして形成されており、該導電性プレートは実質的に前記プレートの法線方向（ｒ）に振動可能であり、該導電性プレートは、電流測定装置として構成された前記測定装置（３）と電気的に接続されている、請求項７記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
これら両方の方法もしくは装置（電界強度計及び容量式分圧器）は、測定すべき電圧との結合に関して、殊に測定電極と測定物体との間の距離に関して、正確に把握することが前提となる。この点に関してこれらの公知の方法は、一時的にしか行われない測定プロセスのためには適しておらず、あるいはあとから組み込んで測定を行うのには適していない。電界強度計及び容量式分圧器は、正確な測定のために固定的に設置され、組み込まれた環境で較正される。携帯型測定機器の場合、測定構造のジオメトリ及び材料特性（導体の絶縁、空気、ガス、結露等）を正確に把握する必要がある。この目的で市販の電界強度計の場合には、例えば特別なスペーサが用いられる。しかしながらスペーサには欠点があり、殊に電気的に絶縁されている導体の電位を求めるときに、スペーサは導電性材料上にじかに載置されず、したがって距離は不十分な精度でしか設定されない。しかもこの種の絶縁材料を考慮することができない。無接触式の公知の電位測定方法の精度が不十分であるならば、通常、接触させて測定を行わなければならない。
本発明の従来技術に関連する文献を以下に挙げておく。US 4 205 267 A, US 2007/065169 A1, GB 2 443 280 A, US 2007/247166 A1。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この課題は、請求項１の特徴を有する方法ならびに請求項７の特徴を有する装置によって解決される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明による方法は、物体の電位を無接触で求めるために用いられ、以下のステップを有している：
ａ）物体から空間的に距離を隔てて配置され機械的に振動するように構成された電極を準備するステップ
ｂ）電極を機械的振動状態におくステップ
ｃ）電極の充電状態の時間的な変化を求めるステップ
ｄ）充電状態の時間的な変化における少なくとも２つの周波数成分の振幅を求めるステップ
ｅ）求められた振幅を用いて、電極と物体とから成る装置の電気的容量の値に関与する少なくとも１つのパラメータを設定するステップ
ｆ）設定されたパラメータに基づき、電極と物体とから成る装置の電気的容量を求めるステップ
ｇ）求められた充電状態の変化と求められた容量とから電位を求めるステップ
ｄ１）第１の周波数において第１の振幅を求めるステップ
ｄ２）前記第１の周波数の値の整数倍の値をもつ第２の周波数において第２の振幅を求めるステップ
ｅ１）前記電極から前記物体までの静止状態距離を、前記第１の振幅と前記第２の振幅との比から求めるステップ。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明による装置は、物体の電位を無接触で求めるために用いられ、以下の構成を含んでいる：
−物体から空間的に距離を隔てて配置可能であり機械的に振動するように構成された電極
−電極における充電状態の時間的変化を求めるように構成された測定装置
−評価装置
この評価装置は、充電状態の時間的変化における少なくとも２つの周波数成分の振幅を求め、求められた振幅を用いて、電極と物体から成る装置の電気的容量の値に関与する少なくとも１つのパラメータを設定し、設定されたパラメータに基づき、電極と物体から成る装置の電気的容量を求め、求められた充電状態の時間的変化と電気的容量とから電位を求め、第１の周波数において第１の振幅を求め、前記第１の周波数の値の整数倍の値をもつ第２の周波数において第２の振幅を求め、前記電極から前記物体までの静止状態距離を、前記第１の振幅と前記第２の振幅との比から求めるように構成されている。
【国際調査報告】
2014510928.tif 000045
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2014510928.tif 000047
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