(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の試料に所定周波数の測定信号を供給する交流供給部と、
前記測定信号に同期する基準信号を生成する基準信号生成部と、
前記試料に現れる検出信号を前記基準信号で同期検波する同期検波部と、
前記同期検波部で同期検波された信号が入力され応答特性および減衰特性が異なる複数のローパスフィルタと、
前記複数のローパスフィルタを切り換えていずれか一つを選択する選択手段と、
前記ローパスフィルタの出力データに基づいて演算した測定値が安定であるか否かを判定するとともに前記選択手段によるローパスフィルタの切り換えおよび演算した測定値の保持を行う演算手段と
を備え、
前記基準信号生成部は、位相の異なる二つの基準信号を生成する手段を備え、
前記演算手段は、
選択した前記ローパスフィルタの出力データに基づいて演算した前記測定値のばらつきが所定の許容範囲である場合は、測定値が安定であると判定して、得られた測定値を保持し、前記測定値のばらつきが所定の許容範囲でない場合は、前記選択手段で他の前記ローパスフィルタに切り換え、切り換え後の前記ローパスフィルタの出力データに基づいて演算した前記測定値のばらつきが所定の許容範囲であるかを判定する
ことを特徴とするインピーダンス測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインピーダンス測定装置であって、
前記演算手段が行う前記測定値のばらつきが所定の許容範囲であるかの判定は、前記測定値の移動平均が所定の許容範囲になったかの判定であり、
前記ローパスフィルタを切り換えた場合は、切り換え後のローパスフィルタの出力データに基づいて演算した前記測定値の移動平均で判定する
ことを特徴とするインピーダンス測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のインピーダンス測定装置であって、
前記試料は、電池であって、前記交流供給部は、定電流源である
ことを特徴とするインピーダンス測定装置。
【請求項４】
測定対象の試料に所定周波数の測定信号を供給し、前記試料に現れる検出信号を前記測定信号に同期する基準信号で同期検波し、同期検波された信号の直流成分を抽出して前記試料の交流インピーダンスを測定するインピーダンス測定方法であって、
測定対象の試料に所定周波数の測定信号を供給するステップと、
前記測定信号に同期する基準信号を生成するステップと、
前記試料に現れる検出信号を前記基準信号で同期検波するステップと、
同期検波された信号を応答特性および減衰特性が異なる複数のローパスフィルタに入力するステップと、
前記複数のローパスフィルタの内のいずれか一つを選択し、選択したローパスフィルタの出力データに基づいて測定値を演算し演算した測定値が安定である否かを判定するステップと
を有し、
前記測定信号に同期する基準信号を生成するステップは、位相の異なる二つの基準信号を生成するステップを含み、
前記判定するステップは、
選択した前記ローパスフィルタの出力データに基づいて演算した測定値のばらつきが所定の許容範囲である場合は、測定値が安定であると判定して、得られた測定値を保持し、前記測定値のばらつきが所定の許容範囲でない場合は、選択手段で他の前記ローパスフィルタに切り換えて、切り換え後の前記ローパスフィルタの出力データに基づいて演算した前記測定値のばらつきが許容範囲であるかを判定するステップを含む
ことを特徴とするインピーダンス測定方法。
【請求項５】
請求項４記載のインピーダンス測定方法であって、
前記測定値のばらつきが所定の許容範囲であるかの判定は、前記測定値の移動平均が所定の許容範囲になったかの判定であり、
前記ローパスフィルタを切り換えた場合は、切り換え後の前記ローパスフィルタの出力データに基づいて演算した測定値の移動平均で判定する
ことを特徴とするインピーダンス測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インピーダンス測定装置およびインピーダンス測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気回路を構成する素子がもつ内部インピーダンスを測定する方法として、測定対象である試料に交流信号を与えてその電気応答を測定する交流インピーダンス測定法がある。この方法では、試料がもつ抵抗成分、キャパシタンス成分、インダクタンス成分の大きさを調べることができる。
【０００３】
このようなインピーダンス測定法として、定電流源から試料に正弦波の測定交流電流を供給し、試料に現れる電圧信号を、供給する測定交流電流に同期する同一周波数の基準信号（または参照信号ともいう）で同期検波することで、試料に現れるノイズ成分の影響を小さくする同期検波を用いたインピーダンス測定方法がある。
同期検波によるインピーダンス測定装置については、以下の先行技術文献がある。
【０００４】
以下同期検波によるインピーダンス測定を説明する。
測定交流電流は、定電流源から、試料（例えば、内部抵抗をもつ電池）に供給される。測定交流電流の電流値を検出するための検出用の抵抗（電流検出用抵抗）は、定電流源、試料に直列に挿入されている。測定交流電流に応じて試料に現れた検出信号（電圧信号）を増幅する第１増幅器と、電流検出用抵抗で検出された電圧信号を増幅する第２増幅器を備え、第１増幅器で増幅された電圧検出信号は、測定周波数を通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を通して同期検波器に入力される。また、測定交流電流に同期する基準信号は第２増幅器で増幅され同期検波器に入力される。同期検波器は、電圧検出信号を基準信号で同期検波し、その検波出力は、交流成分を除去するためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）に入力され交流成分が除去されて、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）に入力される。アナログデジタルコンバータは、同期検波出力をデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号は、演算装置に入力され、試料の交流インピーダンス値が演算され、これらの値は表示装置等に表示され、あるいはプリントされて出力される。
【０００５】
このように、試料の両端の電圧検出信号を測定交流電流と同位相の基準信号で同期検波し、ローパスフィルタにより交流成分を除去することにより、直流成分のみが抽出されるので、電池など純抵抗以外の成分を含む測定対象の試料の実効インピーダンスを求めることができる。また、同期検波で現れた交流成分はローパスフィルタで除去されるため、交流であるノイズの影響を除去でき、ノイズに埋もれた微小信号を取り出すことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１３２８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
測定対象となる試料は、電気回路を構成する要素であるため、ノイズが重畳されるものがあり、そのノイズがインピーダンス測定に影響を与える。例えば、ＵＰＳ（無停電電源装置）に装備されているバッテリを測定試料とする場合である。ＵＰＳは、常時稼働している必要があるため、インバータやコンバータが稼働して充電あるいは放電を行っている。このため、インバータやコンバータから生ずるノイズがバッテリに印加されていることが多い。また、負荷が接続されているため、負荷側からもノイズが入り込むことが多い。このように、ＵＰＳのバッテリを試料としてインピーダンス測定しようとすると、測定交流電流が印加された試料からノイズ成分を検出することになる。
【０００８】
しかしながら、測定交流電流と同位相の基準信号を用いて同期検波を行い、ローパスフィルタで交流成分を除去してもノイズを取りきることができない場合がある。
【０００９】
例えば、図１０に示すような周波数特性を有するローパスフィルタでは、Ｘ（Ｈｚ）以上の周波数についてはノイズを取り除くことができるが、ＸＨｚ未満の周波数はほとんど除去できない。
このように、ノイズが測定周波数（例えば図１０ではＸ（Ｈｚ））に近い周波数のノイズである場合には、その周波数に対する減衰量がほとんどないような減衰特性を有するローパスフィルタでは、すべてのノイズを除去することは難しい。
【００１０】
このため、ノイズが検出信号に入り込むと測定誤差が生じ、また、測定したインピーダンス値もばらつきが生ずるので、測定値が安定しないという問題が生ずる。
【００１１】
本発明は、ノイズ成分から生ずる影響を抑制して、安定した測定値をより速くかつ確度が高く取得できるインピーダンス測定装置および測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の第１の側面は、インピーダンス測定装置であって、測定対象の試料に所定周波数の測定信号を供給する交流供給部と、測定信号に同期する基準信号を生成する基準信号生成部と、試料に現れる検出信号を基準信号で同期検波する同期検波部と、同期検波部で同期検波された信号が入力され応答特性および減衰特性が異なる複数のローパスフィルタと、複数のローパスフィルタを切り換えていずれか一つを選択する選択手段と、ローパスフィルタの出力データに基づいて演算した測定値が安定であるか否かを判定するとともに選択手段によるローパスフィルタの切り換えおよび演算した測定値の保持を行う演算手段とを備え、基準信号生成部は、位相の異なる二つの基準信号を生成する手段を備え、演算手段は、選択したローパスフィルタの出力データに基づいて演算した測定値のばらつきが所定の許容範囲である場合は、測定値が安定であると判定して、得られた測定値を保持し、測定値のばらつきが所定の許容範囲でない場合は、選択手段で他のローパスフィルタに切り換え、切り換え後のローパスフィルタの出力データに基づいて演算した測定値のばらつきが所定の許容範囲であるかを判定することを特徴とする。
【００１３】
なお、演算手段が行う測定値のばらつきが所定の許容範囲であるかの判定は、測定値の移動平均が所定の許容範囲になったかの判定であり、ローパスフィルタを切り換えた場合は、切り換え後のローパスフィルタの出力データに基づいて演算した測定値の移動平均で判定することが好ましい。
【００１４】
また、試料は、電池であって、交流供給部は、定電流源であるが好ましい。
【００１５】
本発明の他の側面は、測定対象の試料に所定周波数の測定信号を供給し、試料に現れる検出信号を測定信号に同期する基準信号で同期検波し、同期検波された信号の直流成分を抽出して試料の交流インピーダンスを測定するインピーダンス測定方法であって、測定対象の試料に所定周波数の測定信号を供給するステップと、測定信号に同期する基準信号を生成するステップと、試料に現れる検出信号を基準信号で同期検波するステップと、同期検波された信号を応答特性および減衰特性が異なる複数のローパスフィルタに入力するステップと、複数のローパスフィルタの内のいずれか一つを選択し、選択したローパスフィルタの出力データに基づいて測定値を演算し演算した測定値が安定であるか否かを判定するステップとを有し、測定信号に同期する基準信号を生成するステップは、位相の異なる二つの基準信号を生成するステップを含み、判定するステップは、選択したローパスフィルタの出力データに基づいて演算した測定値のばらつきが所定の許容範囲である場合は、測定値が安定であると判定して、得られた測定値を保持し、前記測定値のばらつきが所定の許容範囲でない場合は、選択手段で他の前記ローパスフィルタに切り換えて、切り換え後の前記ローパスフィルタの出力データに基づいて演算した前記測定値のばらつきが許容範囲であるかを判定するステップを含むことを特徴とする。
【００１６】
なお、測定値のばらつきが所定の許容範囲であるかの判定は、測定値の移動平均が所定の許容範囲になったかの判定であり、ローパスフィルタを切り換えた場合は、切り換え後のローパスフィルタの出力データに基づいて演算した測定値の移動平均で判定することができる。
【発明の効果】
【００１７】
ノイズ成分から生ずる影響を抑制して、安定した測定値をより速く取得することができる。また、確度の高い測定値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る同期検波によるインピーダンス測定装置の構成を示す図である。
【図２】３種類のローパスフィルタ（ＬＰＦ）の応答特性を示した図である。
【図３】３種類のローパスフィルタ（ＬＰＦ）の減衰特性を示した図である。
【図４】測定値が安定したかを判定する判定手段を含むインピーダンス測定装置の構成を示す図である。
【図５】測定値の移動平均により測定値が安定したかを判定する動作を説明するフローチャートである。
【図６】ＬＰＦ１とＬＰＦ２の出力データのばらつきを示す図である。
【図７】二つのローパスフィルタを切り換えたときの移動平均の初期化を説明するフローチャートである。
【図８】位相の異なる基準信号による同期検波を用いるインピーダンス測定装置の構成を示す図である。
【図９】選択処理によりノイズに影響されない範囲が広がる効果を説明するための図である。
【図１０】ローパスフィルタの周波数特性例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る同期検波によるインピーダンス測定装置の構成を示す図である。インピーダンス測定装置１は、定電流源１０、増幅器１５，１６、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７、同期検波器２０、複数のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−１，２２−２，・・・２２−ｎ、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２３を備えて構成されている。なお、定電流源１０は請求項１の交流供給部に相当し、同期検波器２０は請求項１の同期検波部に相当する。
【００２０】
出願人は、特性の異なる複数のローパスフィルタを並列に動作させ、ローパスフィルタの一つを選択して安定した測定値を取得するインピーダンス測定装置および測定方法の発明を特願２０１５−２１４０１９として出願した。本実施の形態は、この特願２０１５−２１４０１９の発明の構成を用いている。
【００２１】
定電流源１０は一対の出力端子（図示せず）を介して測定対象の試料（ＤＵＴ）１１に接続されている。本実施の形態では、試料１１は、電池であり、内部抵抗としてＲｘをもつ。定電流源１０と試料１１の間には電流検出用抵抗Ｒｓが挿入（接続）され、試料１１の検出信号は、増幅器１５を介して測定周波数を通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７に入力される。なお、電流検出用抵抗Ｒｓは請求項１の基準信号生成部に相当する。
【００２２】
増幅器１５は定電流源１０から供給される測定交流電流ｉに応じて試料１１に現れた検出信号（電圧信号）を増幅し、増幅器１６は電流検出用抵抗Ｒｓで検出された電圧信号を増幅する。増幅器１５で増幅された電圧検出信号ｖ１は、測定周波数を通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７を介して同期検波器２０に入力される。また、測定交流電流ｉに同期する基準信号ｖ２は増幅器１６で増幅され同期検波器２０に入力される。
【００２３】
バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７の出力部は、同期検波器２０の入力部に接続され、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７の出力は同期検波器２０に入力される。電流検出用抵抗Ｒｓは、増幅器１６に接続され、増幅器１６の出力部は、同期検波器２０の入力部に接続され、増幅器１６の出力は同期検波器２０に入力される。
【００２４】
同期検波器２０の出力部はローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−１，２２−２，・・・２２−ｎの入力部に接続される。同期検波器２０は、電圧検出信号ｖ１を基準信号ｖ２で同期検波し、その検波出力は、交流成分を除去するためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−１，２２−２，・・・２２−ｎに入力される。
【００２５】
ローパスフィルタ２２−１，２２−２，・・・２２−ｎの出力部は、ＳＷ１を介してアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２３に接続され、ローパスフィルタ２２−１，２２−２，・・・２２−ｎの出力ＶＡＤ１，ＶＡＤ２，・・・ＶＡＤｎは、ＳＷ１を介してアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２３に入力される。なお、ローパスフィルタ２２−１，２２−２，・・・２２−ｎは互いに並列に接続されている。なお、ＳＷ１は請求項１の選択手段に相当する。
【００２６】
各ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−１，２２−２，・・・２２−ｎにおいてフィルタ処理（交流成分除去）は並列で行われ、その出力は後述する所定のルールに基づいて選択出力され、選択された出力はアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２３に入力される。アナログデジタルコンバータ２３は、同期検波出力をデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号は、図示されない演算装置に入力され、試料１１の交流インピーダンス値が演算され、これらの値は、図示されない表示装置等に表示され、あるいはプリントされて出力される。
【００２７】
ここで、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−１，２２−２，・・・２２−ｎは、それぞれ応答特性、減衰特性が異なっている。応答特性とはローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−１，２２−２，・・・２２−ｎに入力を与えた場合、その時間的変化に応じて出力が時間的に変化する性質をいう。例えば応答特性がよいとは、出力が１００％になるまでの応答時間が短い場合をいう。減衰特性とはカットオフ周波数よりも低い周波数を通し、それより高い周波数を通さないという性質をいう。後述する図３の示すように減衰傾度が減衰特性を表す。
【００２８】
次に図１のインピーダンス測定装置におけるインピーダンス測定動作を説明する。定電流源１０からは、測定交流電流として、ｉ＝Ｉｓｉｎ（ω１ｔ）の正弦波が試料１１に印加される。試料１１の両端には、電池の内部抵抗Ｒｘに対応した電圧が発生し、その電圧は増幅器１５で増幅されてｖ１＝ｉＲｘとして出力される。また、増幅器１６からは、電流検出用抵抗Ｒｓに対応したｖ２＝ｉＲｓが出力され、同期検波器２０で同期検波される。ここで、ｖ１、ｖ２は、
ｖ１＝Ｖｓｉｎ（ω１ｔ）＝ＩＲｘｓｉｎ（ω１ｔ）
ｖ２＝ｉＲｓ＝ＩＲｓｓｉｎ（ω１ｔ）＝ｋｓｉｎ（ω１ｔ）
である。なお、ｋは定数とする（ＩとＲｓは一定であるとする）
【００２９】
同期検波出力は、
ｖ１×ｖ２＝ｋＩＲｘｓｉｎ（ω１ｔ）ｓｉｎ（ω１ｔ）
＝１／２・ｋＩＲｘ［ｃｏｓ（０）−ｃｏｓ（２ω１ｔ）］
となる。
【００３０】
この同期検波出力は、減衰特性（カットオフ周波数、減衰量）、応答特性（応答時間）の異なるローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−１，２２−２，・・・２２−ｎに入力される。最初は、スイッチＳＷ１によってローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−１が選択される。即ち、スイッチＳＷ１でローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−１の出力ＶＡＤ１が選択され、所定の交流成分が遮断された出力がアナログデジタルコンバータ２３に入力される。
【００３１】
アナログデジタルコンバータ２３の入力は、
ＶＡＤ＝１／２・ｋＩＲｘｃｏｓ（０）＝１／２・ｋＩＲｘ
となり、これにより、測定値である試料の内部抵抗の抵抗値Ｒｘは、
Ｒｘ＝２／ｋ・（ＶＡＤ／Ｉ）
により求めることができる。
【００３２】
ここで、求めた測定値がノイズの影響で安定しない場合には、スイッチＳＷ１でローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−２に切り換える。それでもノイズの影響で測定値が安定しない場合には、スイッチＳＷ１でローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２−３に切り換える。このように測定値が安定するまでスイッチＳＷ１でローパスフィルタ（ＬＰＦ）を順に切り換える。
【００３３】
次に、図２及び図３を参照してローパスフィルタ（ＬＰＦ）の切り換え動作について詳細に説明する。測定値の算出において、測定値の出力が安定し、しかも測定時間を短くするために上記したローパスフィルタ（ＬＰＦ）の選択（切り換え）をどのように行うのかについて図２及び図３を参照して具体的に説明する。図２は３種類のローパスフィルタ（ＬＰＦ）の応答特性を示した図である。図３は３種類のローパスフィルタ（ＬＰＦ）の減衰特性を示した図である。
【００３４】
ローパスフィルタ（１），（２），（３）の応答特性については、図２に示すようにローパスフィルタ（１）の応答時間が一番速く、ローパスフィルタ（３）の応答時間が一番遅い。ローパスフィルタ（１），（２），（３）の減衰特性については、図３に示すようにローパスフィルタ（１）の減衰量が一番小さく、ローパスフィルタ（３）の減衰量が一番大きい。本実施の形態では、このような特性を有するローパスフィルタを３種類用意した。
【００３５】
最初に所定の測定周波数を選び、スイッチＳＷ１でローパスフィルタ（１）を選択する。ローパスフィルタ（１）は図２及び図３に示すように応答速度が最も速く、減衰量が最も小さいローパスフィルタである。そして得られた測定値が安定していた場合にはここでその測定周波数におけるインピーダンス測定は終了する。
【００３６】
しかし、得られた測定値が安定していない場合には、スイッチＳＷ１でローパスフィルタ（２）を選択（切り換え）する。ローパスフィルタ（２）は図２及び図３に示すように応答速度がローパスフィルタ（１）よりも遅く、減衰量もローパスフィルタ（１）よりも大きい。そして得られた測定値が安定していた場合にはここでその測定周波数におけるインピーダンス測定は終了する。
しかし、得られた測定値が安定していない場合には、スイッチＳＷ１でローパスフィルタ（３）を選択（切り換え）する。ローパスフィルタ（３）は図２及び図３に示すように応答速度がローパスフィルタ（２）よりも遅く、減衰量もローパスフィルタ（２）よりも大きい。そして得られた測定値が安定していた場合にはここでその測定周波数におけるインピーダンス測定は終了する。
【００３７】
上記した例では３種類のローパスフィルタを用いた例であるが、さらに異なる特性をもつローパスフィルタを用意して行えば、３種類の場合に比較してより安定した測定値をできる限り速く算出することができる。なお、ローパスフィルタの数は、安定性と測定時間のバランスを考慮して決定するのが好ましい。
【００３８】
また、ローパスフィルタの選択（切り換え）については、上記した実施の形態ではローパスフィルタ（１），（２），（３）の順に切り換えたが、図１には図示されないメモリに記憶された順番にしたがって行うこともできるし、図示されない表示部に表示された測定値に応じて切り換えるようにしてもよい。
【００３９】
次に、図４に、測定値が安定したかを判定する判定手段を含んだインピーダンス測定装置の構成を示して説明する。図４の構成は、図１のアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２３以降での構成をさらに示している。図１に示されたインピーダンス測定装置の定電流源１０の交流電流は試料１１に与えられる。試料１１に現れた検出出力は、電圧検出部３０に入力される。電圧検出部３０は、図１の電流検出抵抗Ｒｓ、増幅器１５、１６、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７、同期検波器２０、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２、スイッチＳＷ１、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２３を含むものであり、その電圧検出出力は、ＣＰＵを含んだ演算部３２に入力される。また、電流検出部３１は、電流検出抵抗Ｒｓを含むものであり、インピーダンス演算のための電流ｉを検出し、その出力は演算部３２に入力される。演算部３２は、ＣＰＵを具備したものであり、電圧検出部３０、電流検出部３１の出力が入力され、また、表示部３３、操作部３４、記憶部３５と接続されている。演算部３２は、電圧検出部３０の測定値が安定したか否かの判定、あるいはローパスフィルタの切り換え制御、試料のインピーダンスの演算、測定したインピーダンス値のホールド制御等の測定制御を行う。表示部３３は、測定値や操作画面が表示され、操作部３４は、インピーダンス測定装置の操作が行われる。記憶部３５には、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２３の出力データや演算された抵抗値や測定条件などのパラメータ等が記憶される。
【００４０】
次に、ホールド機能について説明する。ホールド機能は、インピーダンス測定を行って、その測定値が安定したときに、測定を止める機能である。測定中は、測定交流電流を供給された試料に現れた検出信号（ここでは電圧信号）のサンプリングし、このサンプリングは、所定周期、例えば１００ｍｓｅｃごとに行われる。このサンプリングごとに試料の抵抗値Ｒｘを求めると、所定時間間隔ごとに試料の抵抗値を得ることができる。
このサンプリングごとの測定値には、ばらつきがあり、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２３の出力が安定状態になることを使用者が監視することで試料の抵抗値を得ることができる。使用者が表示値を監視する作業を省くために、インピーダンス測定装置においては演算された抵抗値や電圧の検出信号が安定したと判定して、自動的に測定を止めるホールド機能が備わっている。
演算部３２は、演算した試料の抵抗値あるいは検出信号が安定したかを判定して、ホールドを行う。この抵抗値や検出信号が安定したかの判定は、抵抗値や検出信号（電圧）の移動平均をとることによって判定することができる。
【００４１】
図５に、抵抗値や電圧の測定値が安定したか否かを移動平均をとって判定するフローチャートを示して説明する。ここでは、前回、前々回と今回の抵抗値との差分が所定の許容範囲か否かで測定値が安定か否かを判断している例を示している。
【００４２】
まず、サンプリングで取得した今回の抵抗値Ｒｎと前々回（２回前の抵抗値）Ｒｎ−２との差が第一の許容範囲であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。そして、第一の許容範囲内である場合には、前回の抵抗値Ｒｎ−１と今回の抵抗値Ｒｎとの差分が第二の許容範囲であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。この二つの差分が許容範囲である場合には、測定値が安定と判断し（ステップＳ１３）、測定をホールドする。二つの差分のいずれかが許容範囲でない場合には、測定値が不安定と判断し、サンプリングを続行して、次回の移動平均の処理を行う。
この測定値が安定したか否かの判定は、前々回、前回、今回の３回のサンプリングの移動平均をとって判定しているが、さらに多くの回数のサンプリングで判定することが可能である。５回のサンプリングの移動平均で判定すると、サンプリングの周期が１００ｍｓｅｃであれば、最低０．５ｓｅｃ間ホールドまでかかる。
【００４３】
ここで、図１に戻って、ローパスフィルタ２２−１、ローパスフィルタ２２−２、・・・ローパスフィルタ２２−ｎには、同期検波器２０の出力が並列して与えられる。ローパスフィルタ２２−１は、応答速度が速いが減衰量が小さく、ローパスフィルタ２２−２は、ローパスフィルタ２２−１より応答速度は遅いが減衰量は大きい。
【００４４】
演算部３２の判定手段は、図５に示すように、この複数のローパスフィルタのいずれかの出力の移動平均をとることにより、測定値が安定したか否かを判定している。
ここで、ローパスフィルタ２２−１（以下これをＬＰＦ１とする）の出力について移動平均をとって測定値が安定しないと判断した場合、ローパスフィルタ２２−２（以下これをＬＰＦ２とする）の出力側にスイッチＳＷ１を切り換えて、その出力の移動平均をとって測定値が安定したか否かを判定することになる。
このとき、測定値は、ＬＰＦ１の出力による測定値は、ノイズの影響によりばらついており、ＬＰＦ２に切り換えた場合に、その出力の測定値のばらつきは、ＬＰＦ１とＬＰＦ２とでは当然異なる。
【００４５】
図６に、その様子を示す。測定周波数に近いノイズ成分が存在すると、ＬＰＦ１ではノイズ除去ができずにその測定値はばらついてしまう。ノイズに強い特性のＬＰＦ２に切り換えた場合、安定した測定値が得られる場合がある。このとき、ローパスフィルタの測定値の移動平均をＬＰＦ１の出力データをそのまま継続して用いて移動平均をとれば、ＬＰＦ１の測定値に引きずられて確度保証範囲外の測定値で安定したと判定してホールドしてしまう可能性がある。このため、ローパスフィルタを応答速度が速いものから遅いものに切り換えた場合には、移動平均についても、初期化する必要がある。
【００４６】
図７は、ローパスフィルタを切り換えたときの移動平均処理の初期化の動作を説明するフローチャートである。最初にＬＰＦ１で測定を開始する（ステップＳ２１）、ＬＰＦ１の出力をサンプリングし（ステップＳ２２）、移動平均処理を行う（ステップＳ２３）、移動平均のサンプリング数を満たしていれば、測定値が安定しているかを判定し（ステップＳ２４）、安定している場合には、ホールド機能が有効であれば、測定を止めて測定値をホールドする（ステップＳ２５、Ｓ２６）。移動平均処理を行って測定値が安定していない場合は、測定回数（サンプリング回数）をカウントアップし（ステップＳ２７）、測定回数とサンプリング周期との積（測定回数×サンプリング周期）がＬＰＦ２の応答時間になったかを判定する（ステップＳ２８）。測定回数×サンプリング期間がＬＰＦ２の応答時間を満たしていない場合には、次のサンプリングに移行し、測定回数×サンプリング周期がＬＰＦ２の応答時間を満たし、測定値が安定していない場合にはスイッチＳＷ１でＬＰＦ１からＬＰＦ２に切り換え、移動平均処理の初期化を行って、ＬＰＦ２に切り換え、ＬＰＦ２の出力のサンプリングに移行する（ステップＳ３０、Ｓ３１）。測定回数×サンプリング周期がＬＰＦ２の応答時間を満たしており、測定値が安定している場合には、移動平均初期化を行わずにスイッチＳＷ１でＬＰＦ１からＬＰＦ２に切り換えて、ＬＰＦ２の出力のサンプリングに移行する（ステップＳ２９、Ｓ３１）。
【００４７】
ローパスフィルタがさらにあり、ＬＰＦ２でも安定しない場合には、次のローパスフィルタ２２−３の応答時間になると、ローパスフィルタ２２−３に切り換え、出力のサンプリングを行い、移動平均の初期化を行う。
【００４８】
なお、測定値が安定したか否かの判定は、上述の例では、移動平均による例で説明したが、他にも例えば測定値の分散等により測定値が安定したか否かを統計的に判断する、あるいは、測定値の傾き等で安定したか否かを判断することができ、その場合でも、ローパスフィルタを切り換えたときに、測定値の安定判断のための初期化を行う。
【００４９】
図１は、同期検波器２０として測定交流電流に同期する一つの基準信号で同期検波する一つの同期検波器２０を用いる例で説明したが、基準信号として、異なる位相、例えば４５°、あるいは９０°位相が異なる基準信号を生成して、試料１１に現れる検出信号を同期検波することも可能である。
図８は、４５°異なる位相の基準信号により、試料１１に現れる検出信号を同期検波し、それぞれの検波信号を特性の異なる複数のローパスフィルタに入力して、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）に入力するインピーダンス測定装置の構成を示すものである。
一つの位相の基準信号により同期検波を行うと、ノイズの位相が不明であって、ノイズの位相によりそのノイズレベルが小さくなってしまうことが生ずる。異なる位相の基準信号により同期検波を行うことで、正確なノイズレベルを測定でき、検出信号に現れるノイズの影響を小さくできる。また、バンドパスフィルタや周辺デバイスによるゲインの変動や位相回転による位相変動を検出してインピーダンス測定を行うことで測定誤差を少なくして安定した測定が可能となる。
【００５０】
（本発明による効果）
本発明では、複数の異なる特性（応答特性、減衰特性）を有するローパスフィルタを並列に動作させた上で、ローパスフィルタの切り換えを、ノイズの影響が最も受けにくく、かつ応答速度が最も速いローパスフィルタが見つかるまで行っているので、最もノイズの影響のない安定した測定値が速くに得られる。例えば、負荷電流や充電電流が流れていない電池のようにノイズの影響が少ないような場合には、上記した図２及び図３の例でいうとローパスフィルタ（１）が選択され測定後に実施した測定周波数におけるインピーダンス測定は終了する。
【００５１】
つまり、ノイズの影響の少ない試料であってもノイズの影響の大きい試料、例えばＵＰＳのバッテリなど、検出信号にノイズが重畳しているような試料における測定であっても、最も早い応答速度で、かつ減衰量の最も少ないローパスフィルタが選択されるので、ノイズの影響の少ない安定的なインピーダンスの測定値がより速く求められる。
【００５２】
また、図９を参照して本発明による他の効果について述べる。所定の測定周波数が例えばＹ（Ｈｚ）であって図９に示すようなノイズが現れており、Ｙ（Ｈｚ）の測定周波数でインピーダンス測定をする場合に、ノイズの影響を受ける範囲はその測定周波数から左右ａ（Ｈｚ）までの範囲である。この場合左右ａ（Ｈｚ）までの範囲にあるノイズは上記した選択（切り換え）処理によって減衰するので、ノイズに影響されない範囲を広げることができる（ノイズに影響されない範囲が広がる）。
そして、ローパスフィルタを切り換えたときの、測定値が安定したかの判定も、ローパスフィルタの切り換えごとに初期化が行われて判定されるので、仮に前のローパスフィルタでノイズの影響によりその出力にばらつきがあっても、次のローパスフィルタの出力が安定したか否かの判定に影響を与えないので、より正確な測定値のホールドを行うことが可能である。
【００５３】
上記した実施の形態は、定電流源１０から試料１１に交流定電流を供給してインピーダンスを測定する例で説明したが、電圧によるインピーダンス測定も可能である。たとえば、電圧源から試料に交流定電圧を供給して同期検波によりインピーダンスを測定するものでもよい。測定対象が電池の場合には、定電流によりインピーダンス測定を行うことが好ましいが、例えば、電気回路に組み込まれてノイズが現れる可能性のあるコンデンサの場合には、交流定電圧によるインピーダンス測定でもよい。
【００５４】
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されることはなく、これ以外にも種々変形可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０    定電流源  
１１    試料（ＤＵＴ）
１５、１６  増幅器
１７  バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２０  同期検波器
２２-１、２２−２、・・・・、２２−ｎ    ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２３    アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）
３０  電圧検出部
３１  電流検出部
３２  演算部
３３  表示部
３４  操作部
３５  記憶部
Ｒｓ  電流検出用抵抗
ＳＷ１  スイッチ
【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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