(57)【要約】【課題】全体が絶縁被覆で覆われて導体露出部分の存在しない電路の電圧に含まれている高調波を、絶縁被覆を除去することなく測定可能とする。【解決手段】電路Ｒ，Ｓ，Ｔに対向可能な検出電極１２、検出電極１２とフィードバック電圧Ｖ４との間に接続されてその静電容量Ｃ１を変化可能に構成された可変容量回路１９、フィードバック電圧Ｖ４を生成する電圧生成回路２５、および可変容量回路２５が静電容量Ｃ１を変化させているときに電圧生成回路２５に対してフィードバック電圧Ｖ４を変化させる電圧制御部ＣＮＴを備えた電圧測定ユニットＶＭａ，ＶＭｂ，ＶＭｃと、電圧測定ユニットＶＭａ，ＶＭｂ，ＶＭｃによって測定された各電路Ｒ，Ｓ，Ｔの電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔに含まれている高調波を求める処理部とを備えている。【選択図】図２
2008261654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電路に対向可能な検出電極、前記検出電極と参照電位との間に接続されてその静電容量を変化可能に構成された可変容量回路、前記参照電位を生成する電圧生成回路、および前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる電圧制御部を備えて前記電路の電圧を測定可能に構成された電圧測定ユニットと、
前記電圧測定ユニットによって測定された前記電圧に含まれている高調波を求める処理部とを備えている高調波測定装置。
【請求項２】
前記可変容量回路は、一端が他端に対して高電位のときに抵抗体として機能し、かつ当該一端が当該他端に対して低電位のときに容量体として機能する２つの第１素子を逆向きに直列接続して構成された第１電気的要素を含んで構成されると共に、
前記第１電気的要素に対して交流電圧を印加することによって当該可変容量回路の静電容量を変化させる駆動回路を備えている請求項１記載の高調波測定装置。
【請求項３】
前記可変容量回路は、前記第１電気的要素をそれぞれ含む第１の構成単位、第２の構成単位、第３の構成単位および第４の構成単位がこの順に環状に接続されて構成された容量変化機能体を備え、当該第１の構成単位および当該第４の構成単位の接続点が前記検出電極に接続されると共に当該第２の構成単位および当該第３の構成単位の接続点が前記参照電位に接続され、
前記駆動回路は、前記第１の構成単位および前記第２の構成単位の接続点と、前記第３の構成単位および前記第４の構成単位の接続点との間に前記交流電圧を印加する請求項２記載の高調波測定装置。
【請求項４】
前記可変容量回路は、第１の構成単位、第２の構成単位、第３の構成単位および第４の構成単位がこの順に環状に接続されて構成された容量変化機能体を備え、前記第１の構成単位と前記第４の構成単位との組、および前記第２の構成単位と前記第３の構成単位との組のうちの一方の組の各構成単位が前記第１電気的要素をそれぞれ含むと共に他の組の各構成単位が交流信号の通過を許容する第２電気的要素をそれぞれ含み、かつ当該第１の構成単位および当該第４の構成単位の接続点が前記検出電極に接続されると共に当該第２の構成単位および当該第３の構成単位の接続点が前記参照電位に接続され、
前記駆動回路は、前記第１の構成単位および前記第２の構成単位の接続点と、前記第３の構成単位および前記第４の構成単位の接続点との間に前記交流電圧を印加する請求項２記載の高調波測定装置。
【請求項５】
前記可変容量回路は、第１の構成単位、第２の構成単位、第３の構成単位および第４の構成単位がこの順に環状に接続されて構成された容量変化機能体を備え、前記第１の構成単位と前記第２の構成単位との組、および前記第３の構成単位と前記第４の構成単位との組のうちの一方の組の各構成単位が前記第１電気的要素をそれぞれ含むと共に他の組の各構成単位が直流信号の通過を阻止しつつ交流信号の通過を許容する第３電気的要素をそれぞれ含み、かつ当該第１の構成単位および当該第４の構成単位の接続点が前記検出電極に接続されると共に当該第２の構成単位および当該第３の構成単位の接続点が前記参照電位に接続され、
前記駆動回路は、前記第１の構成単位および前記第２の構成単位の接続点と、前記第３の構成単位および前記第４の構成単位の接続点との間に前記交流電圧を印加する請求項２記載の高調波測定装置。
【請求項６】
前記第１素子は、Ｐ型半導体およびＮ型半導体で形成されたダイオードで構成されている請求項２から５のいずれかに記載の高調波測定装置。
【請求項７】
前記可変容量回路は、互いに接合されたＰ型半導体およびＮ型半導体で形成されたダイオードおよび当該ダイオードに逆バイアスを印加する直流電源を互いに直列に接続してそれぞれ構成した第４電気的要素を一対備えると共に、前記ダイオードが逆向きとなるように前記各第４電気的要素が前記検出電極と前記参照電位との間に直列に配設されて構成され、
前記駆動回路は、互いの位相が反転した前記交流電圧を前記各第４電気的要素に印加する請求項１記載の高調波測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電路の電圧に含まれている高調波を測定し得る高調波測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の高調波測定装置として、特開昭５９−７０９７０号公報において開示された高調波測定装置（高調波分析器）が知られている。
【０００３】
この高調波測定装置は、電路（被測定信号が伝搬する電路）の導体露出部分に被測定信号入力端子を接続して使用される。この高調波測定装置では、サンプリングホールド回路が、この被測定信号入力端子から絶縁トランスおよびローパスフィルタを介して入力した被測定信号をサンプリングパルスに応じてサンプリングホールドし、Ａ／Ｄ変換器がサンプリングホールドされたアナログ信号をディジタルデータに変換する。次いで、演算制御回路は、被測定信号の例えば一波形分のディジタルデータを入力して、フーリエ展開を主とした演算を行い、被測定信号の高調波を算出する。
【特許文献１】特開昭５９−７０９７０号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記の高調波測定装置には、以下のような問題点がある。すなわち、この高調波測定装置では、電路の導体露出部分に被測定信号入力端子を接続する（接触させる）必要があるため、全体が絶縁被覆で覆われて導体露出部分の存在しない電路に対しては、絶縁被覆を一部除去しない限り、被測定信号の高調波を測定することができないという問題点が存在している。
【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、全体が絶縁被覆で覆われて導体露出部分の存在しない電路を伝搬する被測定信号の高調波を、絶縁被覆を除去することなく測定し得る高調波測定装置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】
【０００６】
上記目的を達成すべく請求項１記載の高調波測定装置は、電路に対向可能な検出電極、前記検出電極と参照電位との間に接続されてその静電容量を変化可能に構成された可変容量回路、前記参照電位を生成する電圧生成回路、および前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる電圧制御部を備えて前記電路の電圧を測定可能に構成された電圧測定ユニットと、前記電圧測定ユニットによって測定された前記電圧に含まれている高調波を求める処理部とを備えている。
【０００７】
また、請求項２記載の高調波測定装置は、請求項１記載の高調波測定装置において、前記可変容量回路は、一端が他端に対して高電位のときに抵抗体として機能し、かつ当該一端が当該他端に対して低電位のときに容量体として機能する２つの第１素子を逆向きに直列接続して構成された第１電気的要素を含んで構成されると共に、前記第１電気的要素に対して交流電圧を印加することによって当該可変容量回路の静電容量を変化させる駆動回路を備えている。
【０００８】
また、請求項３記載の高調波測定装置は、請求項２記載の高調波測定装置において、前記可変容量回路は、前記第１電気的要素をそれぞれ含む第１の構成単位、第２の構成単位、第３の構成単位および第４の構成単位がこの順に環状に接続されて構成された容量変化機能体を備え、当該第１の構成単位および当該第４の構成単位の接続点が前記検出電極に接続されると共に当該第２の構成単位および当該第３の構成単位の接続点が前記参照電位に接続され、前記駆動回路は、前記第１の構成単位および前記第２の構成単位の接続点と、前記第３の構成単位および前記第４の構成単位の接続点との間に前記交流電圧を印加する。
【０００９】
また、請求項４記載の高調波測定装置は、請求項２記載の高調波測定装置において、前記可変容量回路は、第１の構成単位、第２の構成単位、第３の構成単位および第４の構成単位がこの順に環状に接続されて構成された容量変化機能体を備え、前記第１の構成単位と前記第４の構成単位との組、および前記第２の構成単位と前記第３の構成単位との組のうちの一方の組の各構成単位が前記第１電気的要素をそれぞれ含むと共に他の組の各構成単位が交流信号の通過を許容する第２電気的要素をそれぞれ含み、かつ当該第１の構成単位および当該第４の構成単位の接続点が前記検出電極に接続されると共に当該第２の構成単位および当該第３の構成単位の接続点が前記参照電位に接続され、前記駆動回路は、前記第１の構成単位および前記第２の構成単位の接続点と、前記第３の構成単位および前記第４の構成単位の接続点との間に前記交流電圧を印加する。
【００１０】
また、請求項５記載の高調波測定装置は、請求項２記載の高調波測定装置において、前記可変容量回路は、第１の構成単位、第２の構成単位、第３の構成単位および第４の構成単位がこの順に環状に接続されて構成された容量変化機能体を備え、前記第１の構成単位と前記第２の構成単位との組、および前記第３の構成単位と前記第４の構成単位との組のうちの一方の組の各構成単位が前記第１電気的要素をそれぞれ含むと共に他の組の各構成単位が直流信号の通過を阻止しつつ交流信号の通過を許容する第３電気的要素をそれぞれ含み、かつ当該第１の構成単位および当該第４の構成単位の接続点が前記検出電極に接続されると共に当該第２の構成単位および当該第３の構成単位の接続点が前記参照電位に接続され、前記駆動回路は、前記第１の構成単位および前記第２の構成単位の接続点と、前記第３の構成単位および前記第４の構成単位の接続点との間に前記交流電圧を印加する。
【００１１】
また、請求項６記載の高調波測定装置は、請求項２から５のいずれかに記載の高調波測定装置において、前記第１素子は、Ｐ型半導体およびＮ型半導体で形成されたダイオードで構成されている。
【００１２】
また、請求項７記載の高調波測定装置は、請求項１記載の高調波測定装置において、前記可変容量回路は、互いに接合されたＰ型半導体およびＮ型半導体で形成されたダイオードおよび当該ダイオードに逆バイアスを印加する直流電源を互いに直列に接続してそれぞれ構成した第４電気的要素を一対備えると共に、前記ダイオードが逆向きとなるように前記各第４電気的要素が前記検出電極と前記参照電位との間に直列に配設されて構成され、前記駆動回路は、互いの位相が反転した前記交流電圧を前記各第４電気的要素に印加する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の高調波測定装置では、電路に対向可能な検出電極と参照電位との間に接続されてその静電容量を変化可能に構成された可変容量回路、参照電位を生成する電圧生成回路、および可変容量回路が静電容量を変化させているときに電圧生成回路に対して参照電位を変化させる電圧制御部を備えた電圧測定ユニットが、非接触で電路の電圧を測定し、処理部が電圧測定ユニットによって測定された電圧に含まれている高調波を求める。したがって、この高調波測定装置によれば、全体が絶縁被覆で覆われて導体露出部分の存在しない電路の電圧に含まれている高調波を、絶縁被覆を除去することなく測定することができる。また、導体露出部分が存在している電路についても、絶縁被覆で覆われた部分において電圧を測定できるため、電圧に含まれている高調波を安全に測定することができる。
【００１４】
また、請求項２記載の高調波測定装置では、可変容量回路が、一端が他端に対して高電位のときに抵抗体として機能し、かつ当該一端が当該他端に対して低電位のときに容量体として機能する２つの第１素子を逆向きに直列接続して構成された第１電気的要素を含んで構成されると共に、第１電気的要素に対して交流電圧を印加することによって可変容量回路の静電容量を変化させる駆動回路を備えている。したがって、この高調波測定装置によれば、可変容量回路を上記の第１素子としての例えば半導体素子で構成することで、数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚといった高い周波数での容量変化動作が可能（動作周波数（容量変調周波数）の高速化が可能）となる結果、電路の電圧、ひいては電圧に含まれている高調波を極めて短時間に測定することができる。また、可変容量回路は、機械的に可動する部分がないため、装置の信頼性を向上させることができる。
【００１５】
また、請求項３記載の高調波測定装置では、第１電気的要素をそれぞれ含む第１の構成単位、第２の構成単位、第３の構成単位および第４の構成単位がこの順に環状に接続された容量変化機能体を含んで可変容量回路が構成されている。したがって、この高調波測定装置によれば、第１の構成単位、第２の構成単位、第３の構成単位および第４の構成単位の構成を同一にできるため、容量変化機能体の構成を簡易にすることができると共に、大幅に小型化することができる。さらに、この高調波測定装置によれば、容量変化機能体における第１の構成単位および第２の構成単位の接続点と、第３の構成単位および第４の構成単位の接続点との間に駆動回路が交流電圧を印加することにより、交流電圧の電圧成分が各接続点間にほとんど発生しない状態（発生したとしても、非常にレベルの小さい電圧信号が発生している状態）で、容量変化機能体の静電容量を交流電圧の周期の二分の一の周期（交流電圧の周波数の２倍の周波数）で変化させることができる。したがって、静電容量変化時において可変容量回路に発生する電流への交流電圧の影響を排除できる結果、この電流をより正確に検出することができ、これにより、電路の電圧、ひいてはその電圧に含まれている高調波をより正確に測定することができる。
【００１６】
また、請求項４または５記載の高調波測定装置では、少なくとも隣接する一対の構成単位が第１電気的要素を含んで可変容量機能体が構成されている。したがって、これらの高調波測定装置によれば、すべての構成単位が第１電気的要素を含む可変容量機能体を備えた高調波測定装置と同様にして、可変容量機能体の静電容量を交流電圧の周期の二分の一の周期（交流電圧の周波数の２倍の周波数）で変化させることができるため、装置自体の信頼性を十分に向上させつつ、参照電位に対して数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚといった高い周波数での制御が可能（動作周波数の高速化が可能）になる結果、電路の電圧、ひいてはその電圧に含まれている高調波を短時間で測定することができる。また、この容量変化機能体によれば、第２電気的要素または第３電気的要素を例えば１つのコンデンサ等で構成できるため、一対のダイオードを使用する構成と比較して、部品点数を削減でき、その結果として製品コストを低減することができる。また、共振体を使用することにより、容量変化機能体の容量変調周波数において、共振体で構成された構成単位のインピーダンスを低くすることができる結果、容量変化機能体に十分な電流を流すことができる。このため、容量変化機能体を使用した高調波測定装置における電圧検出の精度を十分に高めることができる。
【００１７】
また、請求項６記載の高調波測定装置によれば、第１素子をダイオードで構成したことにより、可変容量回路、ひいては装置自体を簡易、かつ安価に構成することができる。
【００１８】
また、請求項７記載の高調波測定装置では、互いに接合されたＰ型半導体およびＮ型半導体で形成されたダイオードおよびこのダイオードに逆バイアスを印加する直流電源を互いに直列に接続してそれぞれ構成した第４電気的要素を一対備えると共に、各ダイオードが逆向きとなるように各第４電気的要素を検出電極と参照電位との間に直列に配設し、駆動回路が各第４電気的要素に互いの位相が反転した交流電圧を印加する。したがって、直列に配設された各第４電気的要素に発生する交流電圧の電圧成分同士が打ち消されるため、可変容量回路における検出電極側の端部と参照電位側の端部との間に交流電圧の電圧成分を発生させないようにすることができる。このため、静電容量変化時において可変容量回路に発生する電流または可変容量回路の両端間電圧への交流電圧の影響を排除できる結果、この電流または両端間電圧をより正確に検出することができる。したがって、この高調波測定装置によれば、電路の電圧に含まれている高調波を正確に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る高調波測定装置の最良の形態について説明する。
【００２０】
最初に、本発明に係る高調波測定装置１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の電圧、および各交流電路を流れる電流に含まれている高調波を測定する例について説明する。
【００２１】
高調波測定装置１は、一例として、図１に示すように、電路Ｒ，Ｓ，Ｔの数と同数（３つ）の電圧測定ユニットＶＭａ，ＶＭｂ，ＶＭｃ（以下、特に区別しないときには「電圧測定ユニットＶＭ」ともいう）、電路Ｒ，Ｓ，Ｔの数と同数の電流測定ユニットＣＭａ，ＣＭｂ，ＣＭｃ（以下、特に区別しないときには「電流測定ユニットＣＭ」ともいう）、演算部ＯＰ、および表示部ＤＳＰを備え、電路Ｒの電圧Ｖｒ、電路Ｓの電圧Ｖｓ、電路Ｔの電圧Ｖｔ、電路Ｒに流れる電流Ｉｒ、電路Ｓに流れる電流Ｉｓ、および電路Ｔに流れる電流Ｉｔを測定して、各電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔおよび各電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔに含まれている高調波を測定可能に構成されている。
【００２２】
各電圧測定ユニットＶＭは、図１，２に示すように、電圧プローブユニット２および電圧測定部３をそれぞれ備えて同一に構成されて、各電路Ｒ，Ｓ，Ｔの電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを示す電圧データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃを出力する。以下、電圧測定ユニットＶＭａを例に挙げて、その構成について説明する。
【００２３】
電圧プローブユニット２は、図２に示すように、ケース１１、検出電極１２、可変容量回路１９、電流検出器１５およびプリアンプ１６を備えている。ケース１１は、導電性材料（例えば金属材料）を用いて構成されている。検出電極１２は、例えば、平板状に形成されると共に、その一方の面側がケース１１の外表面に露出し、かつ他方の面側がケース１１の内部に露出するようにしてケース１１に固定されている。一例として、検出電極１２は、ケース１１に設けられている孔（図示せず）に、この孔を閉塞し、かつケース１１に対して電気的に絶縁された状態で取り付けられている。また、本例では、一例として、ケース１１は、その表面が樹脂材などで形成された絶縁被膜で覆われている。この場合、検出電極１２は、この絶縁被膜で覆われていてもよいし、絶縁被膜から露出していてもよい。
【００２４】
可変容量回路１９は、図２に示すように、１つの容量変化機能体１３および１つの駆動回路１４を備えている。また、可変容量回路１９（具体的には容量変化機能体１３）は、第１の構成単位３１、第２の構成単位３２、第３の構成単位３３および第４の構成単位３４がこの順に環状に接続されて、いわゆるブリッジ回路に構成されている。具体的には、各構成単位３１，３２，３３，３４は、図３に示すように、第１電気的要素Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１４（以下、特に区別しないときには「第１電気的要素Ｅ１」ともいう）をそれぞれ１つずつ含んで構成されている。
【００２５】
この場合、各第１電気的要素Ｅ１は、一端が他端に対して高電位のときに抵抗体として機能し、かつ他端が一端に対して高電位のときに容量体としてそれぞれ機能する一対の第１素子４１ａ，４１ｂ（以下、特に区別しないときには第１素子４１ともいう）をそれぞれ１つずつ含み、各第１素子４１が互いに逆向きに直列接続されて構成されている。これにより、各第１電気的要素Ｅ１は、直流信号の通過を阻止しつつ印加電圧の絶対値の大きさに応じて容量が変化するように構成されている。なお、本明細書において、「直流信号の通過を阻止する」とは、直流信号の通過を完全に阻止する場合と、直流信号に対して例えば１００ＭΩ以上の抵抗値で通過を制限する場合とを含む概念である。本例では、一例として、各第１素子４１は、互いに接合されたＰ型半導体およびＮ型半導体を有して構成され、具体的には１つのダイオード（一例として可変容量ダイオード。バリキャップやバラクタダイオードともいう。）で構成され、各第１電気的要素Ｅ１は、これら２つのダイオードが逆向きに直列接続されて（アノード端子同士が接続されて）構成されている。また、各第１素子４１ａ，４１ｂには同一またはほぼ同一の特性の可変容量ダイオードが使用されて、第１の構成単位３１および第３の構成単位３３の各インピーダンスの積と、第２の構成単位３２および第４の構成単位３４の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一（一例として数％程度の範囲内で相違する状態）に設定されている。
【００２６】
なお、図３に示す容量変化機能体１３では、各第１電気的要素Ｅ１は、一対の第１素子４１ａ，４１ｂの一端同士を接続して（一対のダイオードのアノード端子同士を接続して）構成されているが、一対の第１素子４１ａ，４１ｂの他端同士を接続して（一対のダイオードのカソード端子同士を接続して）、各第１電気的要素Ｅ１を構成することもできる。また、可変容量ダイオードは、電圧を逆方向に印加したときにダイオードのＰＮ接合における空乏層の厚みが変化することによる静電容量（接合容量）の変化を利用したものであり、この静電容量の変化を大きくしたものをいう。他方、ＰＮ接合で構成される一般的なダイオード（シリコンダイオード）においても、可変容量ダイオードと比べて少ないものの、上記した静電容量（接合容量）の変化は発生する。このため、図３に示す各容量変化機能体１３におけるすべての第１素子４１ａ，４１ｂを、一般的なダイオードで構成された第１素子に置き換えた構成であっても、容量変化機能体１３を構成することができる。
【００２７】
また、可変容量回路１９は、検出電極１２と参照電位となる部位（本例ではケース１１）との間に、容量変化機能体１３における第１の構成単位３１および第４の構成単位３４の接続点Ａが検出電極１２側に位置すると共に第２の構成単位３２および第３の構成単位３３の接続点Ｃがケース１１側に位置するように配設されている。具体的には、可変容量回路１９は、図２に示すように、容量変化機能体１３の接続点Ａが検出電極１２に接続されると共に、容量変化機能体１３の接続点Ｃが電流検出器１５を介してケース１１に接続されている。また、第１の構成単位３１および第２の構成単位３２の接続点Ｂと、第３の構成単位３３および第４の構成単位３４の接続点Ｄとが駆動回路１４に接続されている。また、可変容量回路１９は、ケース１１の外部に露出しない状態で、ケース１１内部に配設されている。
【００２８】
駆動回路１４は、例えば、トランスおよびフォトカプラなどの絶縁用電子部品を用いて構成されて、電圧測定部３から入力した駆動信号Ｓ１（数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚといった高い周波数の信号）を、この駆動信号Ｓ１と電気的に絶縁されると共に駆動信号Ｓ１と同一の周波数ｆ１の駆動信号Ｓ２（本発明における交流電圧）に変換して容量変化機能体１３に出力（印加）する。本例では、一例として、駆動回路１４は、図２に示すように、二次巻線１４ｃの各端部が容量変化機能体１３の接続点Ｂ，Ｄに接続されたトランス１４ａを備え、入力した駆動信号Ｓ１に基づいてトランス１４ａの一次巻線１４ｂを励磁して、二次巻線１４ｃに駆動信号Ｓ２を発生させる。この構成により、駆動回路１４は、駆動信号Ｓ１を低歪みで駆動信号Ｓ２に変換し、この駆動信号Ｓ２を容量変化機能体１３の各接続点Ｂ，Ｄ間に印加する。本例では、後述するように一例として駆動信号Ｓ１として正弦波信号を用いているため、駆動信号Ｓ２も正弦波信号として出力される。なお、上記の駆動回路１４に代えて、単独で（電圧測定部３から駆動信号Ｓ１を入力せずに）駆動信号Ｓ２を出力するフローティング信号源（図示せず）を電圧プローブユニット２内に配設することもできる。
【００２９】
電流検出器１５は、一例として抵抗で構成されて、可変容量回路１９（具体的には可変容量回路１９の容量変化機能体１３）とケース１１との間に接続されている。これにより、電流検出器１５は、可変容量回路１９と直列に接続された状態で検出電極１２とケース１１との間に配設されて、可変容量回路１９の容量変化機能体１３に流れている電流ｉを検出すると共に、この電流ｉの電流値に比例した値で、かつ電流ｉの向きに対応した極性の電圧Ｖ２をその両端間に発生させる。プリアンプ１６は、不図示の直流遮断用の一対のコンデンサ、不図示の増幅回路（演算増幅器など）、および不図示の絶縁用電子部品（トランスおよびフォトカプラなど）を備えて構成されている。また、プリアンプ１６は、本例では、一例として差動型の演算増幅器で構成されて、コンデンサを介して入力した電圧Ｖ２を増幅回路で増幅すると共に、増幅した電圧を絶縁用電子部品によって増幅回路に対して電気的に絶縁された検出信号Ｓ３に変換して出力する。この場合、電圧Ｖ２は電流ｉの値に比例して変化するため、この電圧Ｖ２を増幅して生成された検出信号Ｓ３も電流ｉの値に比例して変化する。また、上記した電流検出器１５およびプリアンプ１６は、可変容量回路１９と共にケース１１内部に配設されている。
【００３０】
電圧測定部３は、図２に示すように、発振回路２１、Ａ／Ｄ変換回路２２、ＣＰＵ２３、Ｄ／Ａ変換回路２４、電圧生成回路２５および電圧計２６を備えて構成されている。この場合、発振回路２１は、一定の周期Ｔ１（周波数ｆ１）の駆動信号Ｓ１を生成して電圧プローブユニット２に出力する。本例では、発振回路２１は、駆動信号Ｓ１として正弦波信号を生成する。Ａ／Ｄ変換回路２２は、ＣＰＵ２３およびＤ／Ａ変換回路２４と共に、本発明における電圧制御部ＣＮＴを構成し、アナログ信号としての検出信号Ｓ３をディジタルデータＤ１に変換してＣＰＵ２３に出力する。
【００３１】
ＣＰＵ２３は、入力したディジタルデータＤ１から例えば駆動信号Ｓ１の周波数ｆ１の２倍の周波数ｆ２を含む所定の周波数帯域の成分についてのデータを抽出する検波処理（フィルタリング処理）と、この検波処理によって抽出されたデータを積分する積分処理とを実行する。また、ＣＰＵ２３は、この積分処理によって得られた積分データＤ２をＤ／Ａ変換回路２４に出力する。
【００３２】
Ｄ／Ａ変換回路２４は、積分データＤ２をアナログ信号としての直流電圧Ｖ３に変換して電圧生成回路２５に出力する。電圧生成回路２５は、電圧制御部ＣＮＴの制御下で、フィードバック電圧Ｖ４を生成して電圧プローブユニット２のケース１１に印加する。具体的には、電圧生成回路２５は、入力した直流電圧Ｖ３を増幅することにより、フィードバック電圧Ｖ４を生成する。これにより、参照電位であるケース１１の電圧は、フィードバック電圧Ｖ４と等しく維持される。電圧計２６は、基準電位（接続端子ＣＰの電位）を基準としてフィードバック電圧Ｖ４を測定すると共に、その電圧値をディジタルデータに変換して電圧データＤｖａとして外部に出力する。
【００３３】
他の電圧測定ユニットＶＭｂ，ＶＭｃも、図２に示すように、上記した電圧測定ユニットＶＭａと同一に構成されて、各々のフィードバック電圧Ｖ４の電圧値を示すディジタルデータを電圧データＤｖｂ，Ｄｖｃとして出力する。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。
【００３４】
各電流測定ユニットＣＭは、図１に示すように、クランプ型の電流プローブユニット４および電流測定部５をそれぞれ備えて、同一に構成されている。電流プローブユニット４は、クランプした電路Ｒ，Ｓ，Ｔに流れる電流の電流値を非接触で検出すると共に、電流値に応じて振幅が変化する検出信号Ｓ６を電流測定部５に出力する。電流測定部５は、不図示のＡ／Ｄ変換回路を備えて構成されて、入力した検出信号Ｓ６を、電路Ｒ，Ｓ，Ｔに流れる電流の電流値を示す電流データＤｉに変換して出力する。この構成により、電流測定ユニットＣＭａは、電流プローブユニット４によって電路Ｒに流れる電流の電流値を検出して、電流データＤｉａとして出力する。同様にして、他の電流測定ユニットＣＭｂ，ＣＭｃも、各々の電流プローブユニット４によって電路Ｓ，Ｔに流れる電流の電流値を検出して、電流データＤｉｂ，Ｄｉｃとして出力する。以下、電流データＤｉａ，Ｄｉｂ，Ｄｉｃについては、特に区別しないときには「電流データＤｉ」ともいう。
【００３５】
演算部ＯＰは、本発明における処理部の一例であって、ＣＰＵおよびメモリ（いずれも図示せず）を備えて構成されて、各電圧測定ユニットＶＭから出力された電圧データＤｖに基づいて各電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔに含まれている高調波を算出（測定）する第１高調波算出処理、および各電流測定ユニットＣＭから出力された電流データＤｉに基づいて各電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔに含まれている高調波を算出（測定）する第２高調波算出処理を実行する。また、演算部ＯＰは、第１高調波算出処理および第２高調波算出処理の結果を表やグラフの形式で表示部ＤＳＰに表示させる。表示部ＤＳＰ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。
【００３６】
次いで、高調波測定装置１を使用した電路Ｒ，Ｓ，Ｔの各電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔに含まれている高調波の測定方法、および電路Ｒ，Ｓ，Ｔの各電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔに含まれている高調波の測定方法と共に、高調波測定装置１の動作について説明する。
【００３７】
まず、測定に際して、図１に示すように、電圧測定ユニットＶＭａで電路Ｒの電圧Ｖｒを測定するため、その電圧プローブユニット２を電路Ｒに近づけると共に、その検出電極１２を電路Ｒに対向させる。同様にして、他の電圧測定ユニットＶＭｂ，ＶＭｃについても、電路Ｓ，Ｔの電圧Ｖｓ，Ｖｔを測定するため、各電圧プローブユニット２の検出電極１２を電路Ｓ，Ｔにそれぞれ対向させる。これにより、図１に示すように、各検出電極１２と各電路Ｒ，Ｓ，Ｔとの間に静電容量Ｃ０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１２と電路Ｒ，Ｓ，Ｔの芯線の距離に反比例して変化するが、電圧プローブユニット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、各電圧測定ユニットＶＭの接続端子ＣＰ同士を接続（短絡）してグランドに接続することにより、各電圧測定ユニットＶＭの基準電位をグランド電位に共通化する。また、電流測定ユニットＣＭａで電路Ｒに流れる電流を測定するため、その電流プローブユニット４を電路Ｒにクランプする。同様にして、他の電流測定ユニットＣＭｂ，ＣＭｃについても、電路Ｓ，Ｔの電流を測定するため、各電流プローブユニット４を電路Ｓ，Ｔにそれぞれクランプする。
【００３８】
次いで、高調波測定装置１の起動状態において、各電圧測定ユニットＶＭの電圧測定部３では、発振回路２１が駆動信号Ｓ１の生成を開始して、駆動信号Ｓ１を電圧プローブユニット２に出力する。電圧プローブユニット２では、可変容量回路１９の駆動回路１４が、入力した駆動信号Ｓ１を駆動信号Ｓ２に変換して容量変化機能体１３の各接続点Ｂ，Ｄ間に印加（出力）する。容量変化機能体１３では、各接続点Ｂ，Ｄ間に印加された駆動信号Ｓ２が分圧されて、第１の構成単位３１、第２の構成単位３２、第３の構成単位３３および第４の構成単位３４にそれぞれ印加される。
【００３９】
この場合、図４に示すように、駆動信号Ｓ２の１周期Ｔ１のうちの期間Ｔａ（接続点Ｄを基準として接続点Ｂの電位が高電位になり、かつ相互間の電位差が徐々に大きくなる期間）では、各第１電気的要素Ｅ１における逆電圧が印加されて（逆バイアスされて）コンデンサとして機能する各第１素子４１の各静電容量が徐々に減少する。具体的には、各第１電気的要素Ｅ１１，Ｅ１４では、逆バイアスされている各第１素子４１ｂの静電容量が、また各第１電気的要素Ｅ１２，Ｅ１３では、逆バイアスされている各第１素子４１ａの静電容量が徐々に減少する。また、駆動信号Ｓ２の１周期Ｔ１のうちの期間Ｔｂ（接続点Ｄを基準として接続点Ｂの電位が高電位になり、かつ相互間の電位差が徐々に小さくなる期間）では、逆バイアスされている各第１素子４１、具体的には各第１電気的要素Ｅ１１，Ｅ１４では各第１素子４１ｂ、また各第１電気的要素Ｅ１２，Ｅ１３では各第１素子４１ａの各静電容量が徐々に増加する。
【００４０】
また、駆動信号Ｓ２の１周期Ｔ１のうちの期間Ｔｃ（接続点Ｄを基準として接続点Ｂの電位が低電位になり、かつ相互間の電位差が徐々に大きくなる期間）では、逆バイアスされてコンデンサとして機能する各第１素子４１、具体的には各第１電気的要素Ｅ１１，Ｅ１４では各第１素子４１ａ、また各第１電気的要素Ｅ１２，Ｅ１３では各第１素子４１ｂの各静電容量が徐々に減少する。また、駆動信号Ｓ２の１周期Ｔ１のうちの期間Ｔｄ（接続点Ｄを基準として接続点Ｂの電位が低電位になり、かつ相互間の電位差が徐々に小さくなる期間）では、逆バイアスされている各第１素子、具体的には各第１電気的要素Ｅ１１，Ｅ１４では各第１素子４１ａ、また各第１電気的要素Ｅ１２，Ｅ１３では各第１素子４１ｂの各静電容量が徐々に増加する。なお、各第１電気的要素Ｅ１に含まれている第１素子４１ａ，４１ｂのうちの順電圧が印加されている（順バイアスされている）第１素子４１ａ，４１ｂは等価的に抵抗として機能している。このため、各第１電気的要素Ｅ１の静電容量は、駆動信号Ｓ２の１周期Ｔ１内において、減少および増加を２回繰り返す。
【００４１】
このようにして、駆動信号Ｓ２の１周期Ｔ１内において、各構成単位３１〜３４に含まれている各第１電気的要素Ｅ１の静電容量が増加および減少を２回ずつ繰り返すため、これらの静電容量を合成してなる容量変化機能体１３の静電容量Ｃ１（接続点Ａ，Ｂ間の静電容量）も増加および減少を２回繰り返す。つまり、可変容量回路１９は、入力した駆動信号Ｓ２の周期Ｔ１に同期して、かつ周期Ｔ１の二分の一の周期Ｔ２（周波数ｆ２＝２×ｆ１）でその静電容量Ｃ１を連続的（本例では周期的）に変化させる動作を実行する。この場合、上記したように、可変容量回路１９が電流検出器１５を介在させた状態でケース１１と検出電極１２との間に直列に接続されているため、その静電容量Ｃ１と、電路Ｒ，Ｓ，Ｔおよび検出電極１２の間に形成される静電容量Ｃ０とは、電路Ｒ，Ｓ，Ｔとケース１１との間に直列に接続された状態になっている。このため、静電容量Ｃ１が周波数ｆ２（容量変調周波数）で周期的に変化することにより、電路Ｒ，Ｓ，Ｔとケース１１との間の静電容量Ｃ２（各静電容量Ｃ０，Ｃ１の直列合成容量）も、図４に示すように、駆動信号Ｓ２の周期Ｔ１に同期して、かつ周期Ｔ１の二分の一の周期Ｔ２（周波数ｆ２）で変化する。
【００４２】
また、可変容量回路１９では、上記したように、容量変化機能体１３の各第１素子４１に同一またはほぼ同一の特性の可変容量ダイオード（または一般的なダイオード）が使用され、この結果、第１の構成単位３１および第３の構成単位３３の各インピーダンスの積と、第２の構成単位３２および第４の構成単位３４の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に設定されている。したがって、ブリッジ回路でもある容量変化機能体１３は、ブリッジ回路としての平衡条件を満足しているため、駆動信号Ｓ２の電圧成分（駆動信号Ｓ１と同じ周波数ｆ１の電圧信号）が各接続点Ａ，Ｃ間にほとんど発生しない状態で、その静電容量Ｃ１を周期Ｔ２で変化させている。また、接続点Ａに接続されている各構成単位３１，３４に含まれている各第１電気的要素Ｅ１１，Ｅ１４の組、および接続点Ｃに接続されている各構成単位３２，３３に含まれている各第１電気的要素Ｅ１２，Ｅ１３の組のうちの少なくとも一方の組に含まれている２つの第１電気的要素Ｅ１が共に常時コンデンサとして機能しているため、検出電極１２とケース１１とは、可変容量回路１９を介して交流的に接続されているものの直流的には短絡されない状態に維持されている。
【００４３】
また、高調波測定装置１の動作開始直後においては、各電圧測定部３のＣＰＵ２３による積分処理も開始された直後であるため、ＣＰＵ２３から出力される積分データＤ２はほぼゼロであり、これにより、Ｄ／Ａ変換回路２４から出力される直流電圧Ｖ３もほぼゼロである。したがって、電圧生成回路２５は、ほぼゼロボルトのフィードバック電圧Ｖ４を生成して電圧プローブユニット２のケース１１に印加する。このため、電圧測定ユニットＶＭａにおける電圧プローブユニット２のケース１１と電路Ｒとの間には電位差（Ｖｒ−Ｖ４）が生じた状態になっている。同様にして、電圧測定ユニットＶＭｂ，ＶＭｃにおける電圧プローブユニット２のケース１１と電路Ｓ，Ｔとの間には電位差（Ｖｓ−Ｖ４），（Ｖｔ−Ｖ４）が生じた状態になっている。
【００４４】
したがって、上記したように、静電容量Ｃ１の周期Ｔ２での周期的な変化に基づいて、電圧測定ユニットＶＭａの電圧プローブユニット２では、電路Ｒとケース１１との間の電位差（Ｖｒ−Ｖ４）に応じた振幅の電流ｉ（周期Ｔ２）が流れ、また電圧測定ユニットＶＭｂの電圧プローブユニット２では、電路Ｓとケース１１との間の電位差（Ｖｓ−Ｖ４）に応じた振幅の電流ｉ（周期Ｔ２）が流れ、また電圧測定ユニットＶＭｃの電圧プローブユニット２では、電路Ｔとケース１１との間の電位差（Ｖｔ−Ｖ４）に応じた振幅の電流ｉ（周期Ｔ２）が流れる。この場合、各電路Ｒ等とケース１１との間で流れる電流ｉは、電位差（Ｖｒ−Ｖ４）等が大きいときにはその振幅（電流値）が大きくなり、電位差（Ｖｒ−Ｖ４）等が小さいときにはその電流値が小さくなる。すなわち、各電路Ｒ等とケース１１との間で流れる電流ｉは、図示はしないが、その周期がＴ２であって、その振幅が電位差（Ｖｒ−Ｖ４）等に応じて変化する交流信号として流れる。プリアンプ１６は、この電流ｉに起因して電流検出器１５の両端に発生する電圧Ｖ２を増幅することにより、検出信号Ｓ３として電圧測定部３に出力する。この場合、検出信号Ｓ３には、電流ｉの周波数ｆ２と同一の周波数成分が主として含まれると共に、駆動信号Ｓ２の周波数ｆ１と同一の周波数成分も含まれている。
【００４５】
各電圧測定ユニットＶＭにおける電圧測定部３の電圧制御部ＣＮＴでは、Ａ／Ｄ変換回路２２が検出信号Ｓ３をディジタルデータＤ１に変換してＣＰＵ２３に出力する。ＣＰＵ２３は、入力したディジタルデータＤ１に対して検波処理を実行して周波数ｆ２を含む所定の周波数帯域の成分についてのデータを抽出し、さらに積分処理を実行してこの抽出されたデータを積分して積分データＤ２を生成して出力する。Ｄ／Ａ変換回路２４は、積分データＤ２をアナログ信号としての直流電圧Ｖ３に変換して電圧生成回路２５に出し、電圧生成回路２５はこの直流電圧Ｖ３を増幅することにより、フィードバック電圧Ｖ４を生成して、電圧プローブユニット２のケース１１に印加する。また、電圧計２６は、フィードバック電圧Ｖ４の電圧値を示す電圧データＤｖａの出力を開始する。このように、電流検出器１５、プリアンプ１６、Ａ／Ｄ変換回路２２、ＣＰＵ２３、Ｄ／Ａ変換回路２４および電圧生成回路２５で構成されるフィードバックループにおいて、各構成要素が上記のように作動することにより、各電圧測定ユニットＶＭにおいて、フィードバック電圧Ｖ４が各電路Ｒ，Ｓ，Ｔの電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔに急速に収束して、各電位差（Ｖｒ−Ｖ４），（Ｖｓ−Ｖ４），（Ｖｔ−Ｖ４）が短時間でほぼゼロになり、各電圧プローブユニット２の容量変化機能体１３に流れる電流ｉもほぼゼロになる。
【００４６】
また、各々のフィードバック電圧Ｖ４は、各電路Ｒ，Ｓ，Ｔの電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔに一旦収束した後は、各電圧測定ユニットＶＭにおけるフィードバックループを構成する各構成要素が上記のように動作することにより、各電路Ｒ，Ｓ，Ｔの電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの変動に追従する。したがって、電路Ｒの電圧Ｖｒを示す電圧データＤｖａが電圧測定ユニットＶＭａから連続して出力され、電路Ｓの電圧Ｖｓを示す電圧データＤｖｂが電圧測定ユニットＶＭｂから連続して出力され、電路Ｔの電圧Ｖｔを示す電圧データＤｖｃが電圧測定ユニットＶＭｃから連続して出力される。
【００４７】
一方、各電流測定ユニットＣＭでは、各々の電流プローブユニット４が、各電路Ｒ，Ｓ，Ｔに流れる電流を検出して検出信号Ｓ６を出力し、各々の電流測定部５が、対応する電流プローブユニット４から出力される検出信号Ｓ６を電流データＤｉに変換して出力する。したがって、電路Ｒに流れる電流Ｉｒを示す電流データＤｉａが電流測定ユニットＣＭａから出力され、電路Ｓに流れる電流Ｉｓを示す電流データＤｉｂが電流測定ユニットＣＭｂから出力され、電路Ｔに流れる電流Ｉｔを示す電流データＤｉｃが電流測定ユニットＣＭｃから出力される。
【００４８】
演算部ＯＰは、各電圧測定ユニットＶＭから出力された各電圧データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃ、および各電流測定ユニットＣＭから出力された各電流データＤｉａ，Ｄｉｂ，Ｄｉｃを入力してメモりに記憶する。この場合、前述したように、各電圧測定ユニットＶＭの接続端子ＣＰの電位（基準電位）はグランド電位に規定されているため、各電圧データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃはグランド電位を基準とした各電路Ｒ，Ｓ，Ｔの電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを示すものである。次いで、演算部ＯＰは、第１高調波算出処理を実行する。具体的には、演算部ＯＰは、記憶されている各電圧データＤｖａ，Ｄｖｂ，Ｄｖｃを高速フーリエ変換して解析し、電路Ｒ，Ｓ，Ｔの各電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔに含まれている高調波を算出してメモりに記憶する。また、演算部ＯＰは、第２高調波算出処理を実行する。具体的には、演算部ＯＰは、記憶されている各電流データＤｉａ，Ｄｉｂ，Ｄｉｃを高速フーリエ変換して解析し、電路Ｒ，Ｓ，Ｔを流れる各電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔに含まれている高調波を算出してメモりに記憶する。最後に、演算部ＯＰは、メモリに記憶されている各電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔに含まれている高調波、およびメモリに記憶されている各電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔに含まれている高調波を表示部ＤＳＰに表示させる。これにより、高調波測定装置１による各電路Ｒ，Ｓ，Ｔの電圧および電流についての高調波の測定が完了する。
【００４９】
このように、この高調波測定装置１では、各電路Ｒ，Ｓ，Ｔに対向可能な検出電極１２、検出電極１２と参照電位（ケース１１の電位であるフィードバック電圧Ｖ４）との間に接続されてその静電容量Ｃ１を変化可能に構成された可変容量回路１９、フィードバック電圧Ｖ４を生成する電圧生成回路２５、および可変容量回路１９が静電容量Ｃ１を変化させているときに電圧生成回路２５に対してフィードバック電圧Ｖ４を変化させる電圧制御部ＣＮＴを備えた各電圧測定ユニットＶＭが、非接触で各電路Ｒ，Ｓ，Ｔの電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを測定し、演算部ＯＰが各電圧測定ユニットＶＭによって測定された電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔに含まれている高調波を測定する。したがって、この高調波測定装置１によれば、全体が絶縁被覆で覆われて導体露出部分の存在しない電路Ｒ，Ｓ，Ｔの各電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔに含まれている高調波を、絶縁被覆を除去することなく測定することができる。また、導体露出部分が存在している電路Ｒ，Ｓ，Ｔについても、絶縁被覆で覆われた部分において電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを測定できるため、電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔに含まれている高調波を安全に測定することができる。
【００５０】
また、この高調波測定装置１では、一端が他端に対して高電位のときに抵抗体として機能し、かつ他端が一端に対して高電位のときに容量体としてそれぞれ機能する一対の第１素子４１ａ，４１ｂを逆向きに直列接続して構成された第１電気的要素Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１４を含んで可変容量回路１９が構成され、駆動回路１４が第１電気的要素Ｅ１１〜Ｅ１４に対して駆動信号Ｓ２を印加することによって可変容量回路１９の静電容量Ｃ１を変化させる。したがって、この高調波測定装置１によれば、可変容量回路１９を第１素子４１ａ，４１ｂとしての半導体素子（この例ではダイオード）で構成したことで、数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚといった高い周波数での容量変化動作が可能（動作周波数の高速化が可能）となる結果、各電路Ｒ，Ｓ，Ｔの電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ、ひいては各電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔに含まれている高調波を極めて短時間に測定することができる。また、可変容量回路１９は、機械的に可動する部分がないため、装置の信頼性を向上させることができる。また、第１素子４１ａ，４１ｂとしてダイオードを使用したことにより、可変容量回路１９、ひいては高調波測定装置１を簡易、かつ安価に構成することができる。
【００５１】
さらに、この高調波測定装置１では、第１電気的要素Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１４をそれぞれ含む第１の構成単位３１、第２の構成単位３２、第３の構成単位３３および第４の構成単位３４がこの順に環状に接続された容量変化機能体１３を含んで可変容量回路１９が構成されている。したがって、この高調波測定装置１によれば、第１の構成単位３１、第２の構成単位３２、第３の構成単位３３および第４の構成単位３４の構成を同一にできるため、容量変化機能体１３の構成を簡易にすることができると共に、大幅に小型化することができる。さらに、この高調波測定装置１によれば、容量変化機能体１３における第１の構成単位３１および第２の構成単位３２の接続点Ｂと、第３の構成単位３３および第４の構成単位３４の接続点Ｄとの間に駆動回路１４が駆動信号Ｓ２を印加することにより、駆動信号Ｓ２の電圧成分（駆動信号Ｓ２と同じ周波数ｆ１の電圧信号）が各接続点Ａ，Ｃ間にほとんど発生しない状態（発生したとしても、非常にレベルの小さい電圧信号が発生している状態）で、容量変化機能体１３の静電容量Ｃ１を周期Ｔ２で変化させることができる。したがって、静電容量変化時において可変容量回路１９に発生する電流ｉへの駆動信号Ｓ２の影響を排除できる結果、この電流ｉをより正確にプリアンプ１６で検出することができ、これにより、各電路Ｒ，Ｓ，Ｔの電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ、ひいては各電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔに含まれている高調波をより正確に測定することができる。
【００５２】
なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、上記した可変容量回路１９の容量変化機能体１３では、図３に示すように、第１電気的要素Ｅ１１〜Ｅ１４をそれぞれ含むようにしてすべての構成単位３１〜３４を構成しているが、これに限定されるものではなく、同図に示す容量変化機能体１３において、第１〜第４の構成単位３１〜３４のうちの第１の構成単位３１と第４の構成単位３４との組、および第２の構成単位３２と第３の構成単位３３との組のうちの一方の組の各構成単位に含まれている第１電気的要素を、交流信号の通過を許容する第２電気的要素で置き換えて、容量変化機能体を構成することもできる。この場合、第２電気的要素は、コンデンサ、コイル、抵抗および共振体のうちの少なくとも１つを含んで構成される。一例として、図５に示す容量変化機能体１３Ａは、図３に示す容量変化機能体１３における第２の構成単位３２および第３の構成単位３３の各第１電気的要素Ｅ１２，Ｅ１３を第２電気的要素Ｅ２２，Ｅ２３（電気的特性の同じコンデンサ６２，６３）でそれぞれ置き換えて構成された第２の構成単位３２Ａおよび第３の構成単位３３Ａを含んで構成されている。なお、コンデンサ６２，６３に代えて、電気的特性（インダクタンス値）の同じ一対のコイル６２ａ，６３ａを使用してもよいし、電気的特性（抵抗値）の同じ一対の抵抗６２ｂ，６３ｂを使用してもよいし、または電気的特性（周波数−インピーダンス特性）の同じ一対の共振体６２ｃ，６３ｃを使用してもよい。この場合、共振体６２ｃ，６３ｃについては、駆動信号Ｓ２の周波数ｆ１の２倍の周波数（容量変調周波数）ｆ２のときにインピーダンスが最小となり、かつそれ以外の周波数のときに十分に高いインピーダンスとなる電気的特性の共振体を使用する。具体的には、セラミック共振器、水晶振動子、およびコイルとコンデンサとで構成されたＬＣ共振回路（直列共振回路）などの各種共振体を用いることができる。また、この共振体６２ｃ，６３ｃについては、直流電流の通過を許容する構成でもよい。
【００５３】
この容量変化機能体１３Ａにおいても、機械的に可動する構成が存在していないため、高い周波数での容量変化動作が可能で、しかも信頼性の高い可変容量回路を実現することができる。また、容量変化機能体１３Ａでも、容量変化機能体１３と同様にして、少なくとも隣接する一対の構成単位が第１電気的要素Ｅ１を含むため、各接続点Ｂ，Ｄ間に駆動信号Ｓ２が印加されたときに、各接続点Ａ，Ｃ間の静電容量Ｃ１が駆動信号Ｓ２の周波数ｆ１の２倍の周波数ｆ２で変化する。このため、この容量変化機能体１３Ａを使用した高調波測定装置１（図１，２参照）でも、容量変化機能体１３を使用した高調波測定装置１と同様にして、装置自体の信頼性を十分に向上させつつ、フィードバック電圧Ｖ４に対して数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚといった高い周波数での制御が可能（動作周波数の高速化が可能）になる結果、電路Ｒ，Ｓ，Ｔの電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ、ひいては各電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの高調波を短時間で測定することができる。また、この容量変化機能体１３Ａにおいても、接続点Ａに接続されている各構成単位３１，３４、または接続点Ｃに接続されている各構成単位３２，３３が第１電気的要素（常時コンデンサとして機能する電気的要素）を含んで構成されている。このため、検出電極１２とケース１１とを、可変容量回路１９を介して交流的に接続されているものの直流的には短絡されない状態に維持することができる。また、上記した電気的特性の共振体６２ｃ，６３ｃを使用することにより、容量変化機能体１３Ａの容量変調周波数（周波数ｆ２）において、各共振体６２ｃ，６３ｃ（つまり共振体６２ｃ，６３ｃで構成された各構成単位３２Ａ，３３Ａ）のインピーダンスを低くすることができる結果、容量変化機能体１３Ａに十分な交流電流（電流ｉ）を流すことができる。このため、容量変化機能体１３Ａを使用した高調波測定装置１における電圧検出の精度を十分に高めることができる。また、第２電気的要素Ｅ２２，Ｅ２３を例えば１つのコンデンサ等で構成できるため、一対のダイオードを使用する構成と比較して、部品点数を削減でき、その結果として製品コストを低減することができる。
【００５４】
また、図３に示す容量変化機能体１３において、第１〜第４の構成単位３１〜３４のうちの第１の構成単位３１と第２の構成単位３２との組、および第３の構成単位３３と第４の構成単位３４との組のうちの一方の組の各構成単位に含まれている第１電気的要素Ｅ１を、直流信号の通過を阻止しつつ交流信号の通過を許容する第３電気的要素で置き換えて、容量変化機能体を構成することもできる。この場合、第３電気的要素は、コンデンサおよび共振体のうちの少なくとも１つを含んで構成される。一例として、図６に示す容量変化機能体１３Ｂは、図３に示す容量変化機能体１３における第３の構成単位３３および第４の構成単位３４の各第１電気的要素Ｅ１３，Ｅ１４を第３電気的要素Ｅ３３，Ｅ３４（一例として電気的特性の同じコンデンサ６３，６４）でそれぞれ置き換えて構成された第３の構成単位３３Ｂおよび第４の構成単位３４Ａを含んで構成されている。なお、コンデンサ６３，６４に代えて、電気的特性（周波数−インピーダンス特性）の同じ一対の共振体６３ｄ，６４ａを使用してもよい。この場合、共振体６３ｄ，６４ａについては、駆動信号Ｓ２の周波数ｆ１の２倍の周波数（容量変調周波数）ｆ２のときにインピーダンスが最小となり、かつそれ以外の周波数のときに十分に高いインピーダンスとなる電気的特性の共振体を使用する。具体的には、セラミック共振器、水晶振動子、およびコイルとコンデンサとで構成されたＬＣ共振回路（直列共振回路）などの各種共振体を用いることができる。また、この共振体６３ｄ，６４ａについては、直流電流の通過を阻止する構成とする。
【００５５】
この容量変化機能体１３Ｂにおいても、機械的に可動する構成が存在していないため、高い周波数での容量変化動作が可能で、しかも信頼性の高い可変容量回路を実現することができる。また、容量変化機能体１３Ｂでも、容量変化機能体１３と同様にして、少なくとも隣接する一対の構成単位が第１電気的要素Ｅ１を含むため、各接続点Ｂ，Ｄ間に駆動信号Ｓ２が印加されたときに、各接続点Ａ，Ｃ間の静電容量Ｃ１が駆動信号Ｓ２の周波数ｆ１の２倍の周波数ｆ２で変化する。このため、この容量変化機能体１３Ｂを使用した高調波測定装置１（図１，２参照）でも、容量変化機能体１３を使用した高調波測定装置１と同様にして、装置自体の信頼性を十分に向上させつつ、フィードバック電圧Ｖ４に対して数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚといった高い周波数での制御が可能（動作周波数の高速化が可能）になる結果、短時間で各電路Ｒ，Ｓ，Ｔの電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ、ひいては各電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの高調波を測定することができる。また、この容量変化機能体１３Ｂにおいては、接続点Ａに接続されている各構成単位３１，３４の一方が第１電気的要素（常時コンデンサとして機能する電気的要素）を含むと共に、他方がコンデンサまたは直流電流の通過阻止機能を有する共振体を含んで構成され、また接続点Ｃに接続されている各構成単位３２，３３の一方が第１電気的要素（常時コンデンサとして機能する電気的要素）を含むと共に、他方がコンデンサまたは直流電流の通過阻止機能を有する共振体を含んで構成されている。このため、検出電極１２とケース１１とを、可変容量回路１９を介して交流的に接続されているものの直流的には短絡されない状態に維持することができる。また、上記した電気的特性の共振体６３ｄ，６４ａを使用することにより、容量変化機能体１３Ｂの容量変調周波数（周波数ｆ２）において、各共振体６３ｄ，６４ａ（つまり共振体６３ｄ，６４ａで構成された各構成単位３３Ｂ，３４Ａ）のインピーダンスを低くすることができる結果、容量変化機能体１３Ｂに十分な交流電流（電流ｉ）を流すことができる。このため、容量変化機能体１３Ｂを使用した高調波測定装置１における電圧検出の精度を十分に高めることができる。また、第３電気的要素Ｅ３３，Ｅ３４を例えば１つのコンデンサ等で構成できるため、一対のダイオードを使用する構成と比較して、部品点数を削減でき、その結果として製品コストを低減することができる。
【００５６】
なお、図５，６に示す容量変化機能体１３Ａ，１３Ｂについては、上記の構成に限定されるものではなく、図示はしないが、例えば、第１電気的要素Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１４を可変容量ダイオードに代えて、一般的なダイオード（シリコンダイオード）で構成してもよいし、またカソード端子同士が接続されて直列接続された一対のダイオード（可変容量ダイオードやシリコンダイオード）で構成することもできる。
【００５７】
また、図３に示す容量変化機能体１３では、各構成単位３１〜３４を一対の第１素子４１ａ，４１ｂ（具体的には一般的な可変容量ダイオード）でそれぞれ構成しているが、各構成単位３１〜３４を構成する一対の可変容量ダイオードは、アノード端子同士が接続されることにより、互いに逆向きに直列接続されている。すなわち、各構成単位３１〜３４は、Ｐ型半導体とＮ型半導体とが、Ｎ−Ｐ−Ｐ−Ｎというように配列されて構成されている。このため、図３に示す容量変化機能体１３において各構成単位３１〜３４を構成する一対の第１素子４１ａ，４１ｂ（ダイオード）を１つのＮＰＮ型バイポーラトランジスタＴＲ１〜ＴＲ４で置き換えることにより、各構成単位３１〜３４に含まれている各第１電気的要素Ｅ１を１つのトランジスタでそれぞれ構成して、図７に示す容量変化機能体１３Ｃを構成することもできる。この容量変化機能体１３Ｃでは、各トランジスタＴＲ１〜ＴＲ４が、各々の入力端子（コレクタ端子およびエミッタ端子の一方）および出力端子（コレクタ端子およびエミッタ端子の他方）がそれぞれ接続されて（それぞれ接続点となって）、各構成単位３１〜３４で構成される環状経路内に配設されている。なお、各トランジスタＴＲ１〜ＴＲ４の制御端子（ベース端子）は未接続となる（接続点とはならない）。
【００５８】
また、図３に示す容量変化機能体１３では、各接続点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを挟んで、構成単位３１，３４、構成単位３１，３２、構成単位３２，３３、および構成単位３３，３４の各第１電気的要素Ｅ１に含まれている１つのダイオード同士が互いに隣接している（具体的には、各ダイオード同士が互いに逆向きに直列接続されている）。このように、逆向きに直列接続された一対のダイオードで第１電気的要素Ｅ１が構成され、かつ少なくとも２つの隣接する構成単位がこの第１電気的要素Ｅ１を含んでいる容量変化機能体１３では、この２つの構成単位間の接続点を挟んで、各第１電気的要素Ｅ１に含まれている１つのダイオード同士が互いに逆向きに直列接続された構成となる。このため、この容量変化機能体１３では、この接続点を介して、各ダイオードを構成する２つのＰ型半導体と２つのＮ型半導体とがＰ−Ｎ−Ｎ−Ｐという順序で配列されている。具体的には、図３の容量変化機能体１３では、第４の構成単位３４の第１素子４１ｂと第１の構成単位３１の第１素子４１ａとの組、第１の構成単位３１の第１素子４１ｂと第２の構成単位３２の第１素子４１ａとの組、第２の構成単位３２の第１素子４１ｂと第３の構成単位３３の第１素子４１ａとの組、および第３の構成単位３３の第１素子４１ｂと第４の構成単位３４の第１素子４１ａとの組において、各第１素子４１ａ，４１ｂを構成する２つのダイオードが互いに逆向きに直列接続される結果、各接続点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを挟んで２つのＰ型半導体と２つのＮ型半導体とが、Ｐ−Ｎ−Ｎ−Ｐという順序で配列されている。このため、各組の２つのダイオードを１つのＰＮＰ型バイポーラトランジスタＴＲ５〜ＴＲ８で置き換えることにより、図８に示す容量変化機能体１３Ｄを構成することもできる。この場合、各第１電気的要素Ｅ１は、１つのトランジスタの一部と、他の１つのトランジスタの一部とで構成されることになる。この容量変化機能体１３Ｄでも、容量変化機能体１３Ｃと同様にして、各トランジスタＴＲ５〜ＴＲ８が、各々の入力端子（コレクタ端子およびエミッタ端子の一方）および出力端子（コレクタ端子およびエミッタ端子の他方）がそれぞれ接続されて（それぞれ接続点となって）、各構成単位３１〜３４で構成される環状経路内に配設されている。他方、各トランジスタＴＲ５〜ＴＲ８の制御端子（ベース端子）は、容量変化機能体１３Ｃとは異なり、接続点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとして使用される。
【００５９】
また、図３に示す容量変化機能体１３における各可変容量ダイオードを逆向きにして、カソード端子同士が接続されて互いに直列に接続された一対のダイオードで各構成単位３１〜３４の各第１電気的要素Ｅ１１〜Ｅ１４が構成された容量変化機能体（図示せず）についても、図９に示す容量変化機能体１３Ｅのように、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタＴＲ５〜ＴＲ８で置き換えることができるし、また図１０に示す容量変化機能体１３Ｆのように、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタＴＲ１〜ＴＲ４で置き換えることができる。このようにトランジスタＴＲ１〜ＴＲ４（またはＴＲ５〜ＴＲ８）を用いて第１電気的要素Ｅ１を構成することにより、より少ない部品点数で、簡易、かつ安価に容量変化機能体１３Ｃ〜１３Ｆを構成することができる。
【００６０】
また、容量変化機能体１３がブリッジ回路に構成された例について上記したが、図１１に示すように、第１素子４１（ダイオード）およびバッテリＢＴの直列回路で構成された２組の第４電気的要素Ｅ４１，Ｅ４１を、互いの第１素子４１および電池ＢＴの極性が逆極性となるように直列に接続して構成された容量変化機能体１３Ｇを可変容量回路１９に使用することもできる。この場合、第４電気的要素Ｅ４１は、第１素子４１のカソード端子とバッテリＢＴの正極とが接続されて構成されている。また、駆動回路１４は、トランス１４ａを２つ備え、電圧測定部３から入力した駆動信号Ｓ１に基づいて各トランス１４ａの二次巻線に発生する位相の逆転した駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂを、各第４電気的要素Ｅ４１，Ｅ４１に印加する。なお、この容量変化機能体１３Ｇは、同図に示すように、各第４電気的要素Ｅ４１，Ｅ４１の直列回路の一端が接続点Ａとなって検出電極１２側に接続され、他端が接続点Ｃとなってケース１１側に接続される。また、接続点Ａと接続点Ｃとが、各トランス１４ａの二次巻線を介して短絡されるのを防止するため、この各二次巻線にコンデンサ１４ｄが直列に接続されている。
【００６１】
この容量変化機能体１３Ｇも、各第４電気的要素Ｅ４１のダイオードの静電容量が駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂの印加によって変化するため、その静電容量Ｃ１を駆動信号Ｓ１に同期して変化させることができる。また、容量変化機能体１３Ｇを使用し、かつ各第４電気的要素Ｅ４１，Ｅ４１に対して上記のように駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂを印加することにより、直列に配設された各第４電気的要素Ｅ４１，Ｅ４１に発生する駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂの電圧成分同士が打ち消されるため、可変容量回路１９における検出電極１２側の端部（接続点Ａ）と参照電位側の端部（接続点Ｃ）との間に駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂの電圧成分を発生させないようにすることができる。このため、静電容量変化時において可変容量回路１９に発生する電流ｉまたは可変容量回路１９の両端間電圧への駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂの影響を排除できる結果、この電流ｉまたは両端間電圧を正確に検出することができ、各電路Ｒ，Ｓ，Ｔの電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ、ひいては各電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの高調波を正確に測定することができる。
【００６２】
また、図示はしないが、電流検出器１５を配設せずに、容量変化機能体１３，１３Ａ，・・，１３Ｇ（特に区別しないときには、これらを容量変化機能体１３ともいう）の両端間電圧をプリアンプ１６で検出して検出信号Ｓ３として出力する構成を採用することもできる。また、上記した高調波測定装置１では、抵抗を用いて電流検出器１５を構成しているが、インピーダンス素子であれば、抵抗に限らず、コンデンサやコイルで構成することもできるし、これらを組み合わせて構成することもできる。このように、インピーダンス素子を用いて、そのインピーダンス素子のインピーダンス値を変えることにより、電流ｉが流れたときに発生する電圧Ｖ２の電圧値を任意に変更することができる。このため、電路Ｒ，Ｓ，Ｔの電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの高低に応じて電流検出器１５に発生する電圧Ｖ２を適切な値に設定できる結果、低電圧から高電圧までの広い電圧範囲に亘って各電路Ｒ，Ｓ，Ｔの電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ、ひいては各電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの高調波を正確に測定することができる。
【００６３】
また、本発明における処理部の一例としてＣＰＵ等で構成された演算部ＯＰを用いて、各電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔに含まれている高調波を算出する構成について上記したが、通過帯域の異なる複数のフィルタで構成されたフィルタバンクを処理部として用いて高調波を求める構成を採用することもできる。
【００６４】
また、三相（Ｒ相、Ｓ相およびＴ相）の交流電路（以下、「電路」ともいう）Ｒ，Ｓ，Ｔについての電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの高調波を測定する例について上記したが、本発明に係る高調波測定装置１は、二線式や一線式の電路にも使用して、この電路の電圧に含まれている高調波を測定することができるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】高調波測定装置１のブロック図である。
【図２】各電圧測定ユニットＶＭのブロック図である。
【図３】容量変化機能体１３の回路図である。
【図４】容量変化機能体１３の動作を説明するための駆動信号Ｓ２と静電容量Ｃ２との関係図である。
【図５】容量変化機能体１３Ａの回路図である。
【図６】容量変化機能体１３Ｂの回路図である。
【図７】容量変化機能体１３Ｃの回路図である。
【図８】容量変化機能体１３Ｄの回路図である。
【図９】容量変化機能体１３Ｅの回路図である。
【図１０】容量変化機能体１３Ｆの回路図である。
【図１１】容量変化機能体１３Ｇの回路図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  高調波測定装置
２  電圧プローブユニット
３  電圧測定部
１１  ケース
１２  検出電極
１３，１３Ａ〜１３Ｇ  容量変化機能体
１４  駆動回路
１５  電流検出器
１９  可変容量回路
２５  電圧生成回路
３１，３２，３２Ａ，３３，３３Ａ，３３Ｂ，３４，３４Ａ  構成単位
４１ａ，４１ｂ  第１素子
ＣＮＴ  電圧制御部
Ｅ１，Ｅ１１〜Ｅ１４  第１電気的要素
Ｅ２２，Ｅ２３  第２電気的要素
Ｅ３３，Ｅ３４  第３電気的要素
Ｅ４１  第４電気的要素
ｉ  電流
ＯＰ  演算部
Ｒ，Ｓ，Ｔ  電路
Ｖ４  フィードバック電圧（参照電位）
Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ  電路の電圧
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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