(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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と、
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交流電圧を印加して、前記容量変化機能体における前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点と前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点との間の静電容量を変化させる駆動回路とを備え、
前記第１電気的要素は、２つのダイオードを逆向きに直列接続して構成され、
前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点が測定対象体に対向可能な検出電極側に位置すると共に、前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点が参照電位側に位置するように前記検出電極と前記参照電位との間に接続されて、前記静電容量の変化時に当該第１の構成単位および当該第４の構成単位の接続点と当該第２の構成単位および当該第３の構成単位の接続点との間に前記測定対象体の電圧および前記参照電位間の電位差に応じた振幅の電流を生じさせる可変容量回路。
【請求項２】
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と、
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交流電圧を印加して、前記容量変化機能体における前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点と前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点との間の静電容量を変化させる駆動回路とを備え、
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、２つのダイオードを逆向きに直列接続して構成された第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、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た第２電気的要素をそれぞれ含み、
前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点が測定対象体に対向可能な検出電極側に位置すると共に、前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点が参照電位側に位置するように前記検出電極と前記参照電位との間に接続されて、前記静電容量の変化時に当該第１の構成単位および当該第４の構成単位の接続点と当該第２の構成単位および当該第３の構成単位の接続点との間に前記測定対象体の電圧および前記参照電位間の電位差に応じた振幅の電流を生じさせる可変容量回路。
【請求項３】
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と、
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交流電圧を印加して、前記容量変化機能体における前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点と前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点との間の静電容量を変化させる駆動回路とを備え、
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、２つのダイオードを逆向きに直列接続して構成された第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、コンデンサおよび共振体のうちの少なくとも一方を含んで構成された第３電気的要素をそれぞれ含み、
前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点が測定対象体に対向可能な検出電極側に位置すると共に、前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点が参照電位側に位置するように前記検出電極と前記参照電位との間に接続されて、前記静電容量の変化時に当該第１の構成単位および当該第４の構成単位の接続点と当該第２の構成単位および当該第３の構成単位の接続点との間に前記測定対象体の電圧および前記参照電位間の電位差に応じた振幅の電流を生じさせる可変容量回路。
【請求項４】
前記第１電気的要素を構成する前記２つのダイオードは、１つのトランジスタで構成されている請求項１から３のいずれかに記載の可変容量回路。
【請求項５】
前記第１電気的要素を含んで互いに隣接する２つの前記構成単位に含まれている前記２つのダイオードのうちの当該２つの構成単位の接続点を挟んで互いに逆向きで隣接する２つのダイオードは、１つのトランジスタで構成されている請求項１から３のいずれかに記載の可変容量回路。
【請求項６】
前記第１の構成単位および前記第３の構成単位の各インピーダンスの積と、前記第２の構成単位および前記第４の構成単位の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に規定されている請求項１から５のいずれかに記載の可変容量回路。
【請求項７】
前記駆動回路は、前記交流電圧を二次巻線に発生させるトランスを備えている請求項１から６のいずれかに記載の可変容量回路。
【請求項８】
測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、
請求項１から７のいずれかに記載の可変容量回路と、前記測定対象体に対向可能な前記検出電極と、前記参照電位を生成する電圧生成回路と、前記参照電位を前記測定対象体の前記電圧として測定する電圧計と、制御部とを備え、
前記制御部は、前記静電容量の変化時において、前記可変容量回路を介して前記検出電極と前記参照電位との間に流れる前記電流が減少するよう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測定装置。
【請求項９】
測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、
請求項１から７のいずれかに記載の可変容量回路と、前記測定対象体に対向可能な前記検出電極と、前記参照電位を生成する電圧生成回路と、前記参照電位を前記測定対象体の前記電圧として測定する電圧計と、制御部とを備え、
前記制御部は、前記静電容量の変化時において、前記可変容量回路における前記検出電極側の端部と前記参照電位側の端部との間に発生する電圧が減少するよう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測定装置。
【請求項１０】
前記検出電極と前記参照電位との間に前記可変容量回路と直列に配設されたインピーダンス素子を備え、
前記制御部は、前記インピーダンス素子に前記電流が流れたときに当該インピーダンス素子に発生する電圧が減少するよう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請求項８記載の電圧測定装置。
【請求項１１】
前記検出電極と前記参照電位との間に前記可変容量回路と直列に配設された共振回路を備え、
前記制御部は、前記共振回路に前記電流が流れたときに当該共振回路に発生する電圧が減少するよう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請求項８記載の電圧測定装置。
【請求項１２】
前記検出電極と前記参照電位との間に前記可変容量回路と直列に配設された一次巻線および当該一次巻線と磁気的に結合する二次巻線を有するトランスを備え、
前記制御部は、前記二次巻線に発生する電圧が減少するよう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請求項８記載の電圧測定装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記電流の値に応じて電圧値が変化する検出信号を入力してディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路を備え、当該ディジタルデータに基づいて前記検出信号の電圧値が減少するよう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請求項８，１０，１１または１２記載の電圧測定装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記検出電極側の端部と前記参照電位側の端部との間に発生する前記電圧の値に応じて電圧値が変化する検出信号を入力してディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路を備え、当該ディジタルデータに基づいて前記検出信号の電圧値が減少するよう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請求項９記載の電圧測定装置。
【請求項１５】
測定対象体に流れている電流を測定する電流測定装置と、
前記測定対象体の電圧を測定する請求項８から１４のいずれかに記載の電圧測定装置とを備え、
前記電流測定装置によって測定された前記電流と前記電圧測定装置によって測定された前記電圧とに基づいて電力を測定する電力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、その静電容量を高速に変化し得る可変容量回路、この可変容量回路を備えて測定対象体の電圧を非接触で測定し得る電圧測定装置、およびこの電圧測定装置を用いた電力測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の電圧測定装置として、特開平４−３０５１７１号公報および特開平７−２４４１０３号公報において開示された種々の電圧測定装置が知られている。
【０００３】
これらの電圧測定装置のうちの特開平４−３０５１７１号公報の従来の技術において、測定対象体（帯電体）の両表面の電荷密度を測定するために使用される電圧測定装置（距離補償型電位計）は、検出電極および振動体を内蔵したプローブユニット、発振器、プリアンプ、増幅器、同期検波器、積分器、高電圧発生器、およびインピーダンス整合回路を備えて構成されている。この電圧測定装置では、検出電極を振動体で振動させながら測定対象体に対向させる。この際に、検出電極と測定対象体との間に形成される静電容量が変化して、測定対象体と検出電極との間の電界強度も変化するため、検出電極には、測定対象体と検出電極との間の電界強度に応じた交流電圧が発生する。高電圧発生器は、この交流電圧に応じた直流電圧を発生して、プローブユニットの電圧にフィードバックする。この場合、測定対象体と検出電極との間の電界強度は、プローブユニットの電圧と帯電体の電圧とが一致したときにゼロになる。したがって、測定対象体と検出電極との間の電界強度がゼロになったとき、つまり、検出電極に発生する交流電圧がゼロボルトになったときに、高電圧発生器がプローブユニットにフィードバックしている直流電圧を検出することにより、測定対象体の電圧が測定される。
【０００４】
他方、特開平７−２４４１０３号公報の従来の技術において、開示されている電圧測定装置（距離補償型表面電位計）では、測定対象体（試料）の面から発する電気力線のうちの入力孔を通って検出電極（固定電極）に達する電気力線により、検出電極の面には、測定対象体の電位に比例し、かつ検出電極と測定対象体との間の静電容量に比例した電荷が発生する。また、導体セクターが、機械的に作動することにより、入力孔を通って検出電極に達する電気力線に対して遮蔽と開放とを繰り返す。これにより、検出電極の電荷は、発生、消滅を繰り返し、その変化率に比例した電流が負荷抵抗を流れて、この負荷抵抗に交流電圧が発生する。この特開平７−２４４１０３号公報に開示されている電圧測定装置は、この交流電圧を発生させる構成については上記の特開平４−３０５１７１号公報の電圧測定装置と相違するが、この構成以外については特開平４−３０５１７１号公報の電圧測定装置と基本的に同様に構成されており、負荷抵抗に発生する交流電圧に基づいてプローブケース（プローブユニットのケースと等価）と測定対象体との間の電位差を縮めることにより、特開平４−３０５１７１号公報の電圧測定装置と同様にして測定対象体の電位が測定されている。
【特許文献１】特開平４−３０５１７１号公報（第２頁、第６図）
【特許文献２】特開平７−２４４１０３号公報（第２頁、第９図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記の各電圧測定装置には、以下のような問題点がある。すなわち、特開平４−３０５１７１号公報の電圧測定装置では、検出電極を振動体で作動振動させている。また、特開平７−２４４１０３号公報の電圧測定装置では、導体セクターを機械的に作動させている。したがって、両電圧測定装置には、機械的に可動する構成を有していることに起因して、動作周波数の高速化が困難であると共に、信頼性の向上が困難であるという問題点が存在している。
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決すべくなされたものであり、動作周波数が高く、かつ信頼性も高い可変容量回路、電圧測定装置および電力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】
【０００７】
上記目的を達成すべく請求項１記載の可変容量回路は、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て構成された容量変化機能体と、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交流電圧を印加して、前記容量変化機能体における前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点と前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点との間の静電容量を変化させる駆動回路とを備え、前記第１電気的要素は、２つのダイオードを逆向きに直列接続して構成され、前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点が測定対象体に対向可能な検出電極側に位置すると共に、前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点が参照電位側に位置するように前記検出電極と前記参照電位との間に接続されて、前記静電容量の変化時に当該第１の構成単位および当該第４の構成単位の接続点と当該第２の構成単位および当該第３の構成単位の接続点との間に前記測定対象体の電圧および前記参照電位間の電位差に応じた振幅の電流を生じさせる。
【０００８】
また、請求項２記載の可変容量回路は、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と、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交流電圧を印加して、前記容量変化機能体における前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点と前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点との間の静電容量を変化させる駆動回路とを備え、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、２つのダイオードを逆向きに直列接続して構成された第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、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た第２電気的要素をそれぞれ含み、前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点が測定対象体に対向可能な検出電極側に位置すると共に、前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点が参照電位側に位置するように前記検出電極と前記参照電位との間に接続されて、前記静電容量の変化時に当該第１の構成単位および当該第４の構成単位の接続点と当該第２の構成単位および当該第３の構成単位の接続点との間に前記測定対象体の電圧および前記参照電位間の電位差に応じた振幅の電流を生じさせる。
【００１０】
また、請求項３記載の可変容量回路は、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と、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交流電圧を印加して、前記容量変化機能体における前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点と前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点との間の静電容量を変化させる駆動回路とを備え、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、２つのダイオードを逆向きに直列接続して構成された第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、コンデンサおよび共振体のうちの少なくとも一方を含んで構成された第３電気的要素をそれぞれ含み、前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点が測定対象体に対向可能な検出電極側に位置すると共に、前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点が参照電位側に位置するように前記検出電極と前記参照電位との間に接続されて、前記静電容量の変化時に当該第１の構成単位および当該第４の構成単位の接続点と当該第２の構成単位および当該第３の構成単位の接続点との間に前記測定対象体の電圧および前記参照電位間の電位差に応じた振幅の電流を生じさせる。
【００１８】
また、請求項４記載の可変容量回路は、請求項１から３のいずれかに記載の可変容量回路において、前記第１電気的要素を構成する前記２つのダイオードは、１つのトランジスタで構成されている。
【００１９】
また、請求項５記載の可変容量回路は、請求項１から３のいずれかに記載の可変容量回路において、前記第１電気的要素を含んで互いに隣接する２つの前記構成単位に含まれている前記２つのダイオードのうちの当該２つの構成単位の接続点を挟んで互いに逆向きで隣接する２つのダイオードは、１つのトランジスタで構成されている。
【００２０】
また、請求項６載の可変容量回路は、請求項１から５のいずれかに記載の可変容量回路において、前記第１の構成単位および前記第３の構成単位の各インピーダンスの積と、前記第２の構成単位および前記第４の構成単位の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に規定されている。
【００２２】
また、請求項７記載の可変容量回路は、請求項１から６のいずれかに記載の可変容量回路において、前記駆動回路は、前記交流電圧を二次巻線に発生させるトランスを備えている。
【００２３】
また、請求項８記載の電圧測定装置は、測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、請求項１から７のいずれかに記載の可変容量回路と、前記測定対象体に対向可能な前記検出電極と、前記参照電位を生成する電圧生成回路と、前記参照電位を前記測定対象体の前記電圧として測定する電圧計と、制御部とを備え、前記制御部は、前記静電容量の変化時において、前記可変容量回路を介して前記検出電極と前記参照電位との間に流れる前記電流が減少するよう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。
【００２４】
また、請求項９記載の電圧測定装置は、測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、請求項１から７のいずれかに記載の可変容量回路と、前記測定対象体に対向可能な前記検出電極と、前記参照電位を生成する電圧生成回路と、前記参照電位を前記測定対象体の前記電圧として測定する電圧計と、制御部とを備え、前記制御部は、前記静電容量の変化時において、前記可変容量回路における前記検出電極側の端部と前記参照電位側の端部との間に発生する電圧が減少するよう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。
【００２６】
また、請求項１０記載の電圧測定装置は、請求項８記載の電圧測定装置において、前記検出電極と前記参照電位との間に前記可変容量回路と直列に配設されたインピーダンス素子を備え、前記制御部は、前記インピーダンス素子に前記電流が流れたときに当該インピーダンス素子に発生する電圧が減少するよう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。
【００２７】
また、請求項１１記載の電圧測定装置は、請求項８記載の電圧測定装置において、前記検出電極と前記参照電位との間に前記可変容量回路と直列に配設された共振回路を備え、前記制御部は、前記共振回路に前記電流が流れたときに当該共振回路に発生する電圧が減少するよう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。
【００２８】
また、請求項１２記載の電圧測定装置は、請求項８記載の電圧測定装置において、前記検出電極と前記参照電位との間に前記可変容量回路と直列に配設された一次巻線および当該一次巻線と磁気的に結合する二次巻線を有するトランスを備え、前記制御部は、前記二次巻線に発生する電圧が減少するよう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。
【００２９】
また、請求項１３記載の電圧測定装置は、請求項８，１０，１１または１２記載の電圧測定装置において、前記制御部は、前記電流の値に応じて電圧値が変化する検出信号を入力してディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路を備え、当該ディジタルデータに基づいて前記検出信号の電圧値が減少するよう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。
また、請求項１４記載の電圧測定装置は、請求項９記載の電圧測定装置において、前記制御部は、前記検出電極側の端部と前記参照電位側の端部との間に発生する前記電圧の値に応じて電圧値が変化する検出信号を入力してディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路を備え、当該ディジタルデータに基づいて前記検出信号の電圧値が減少するよう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。
【００３０】
また、請求項１５記載の電力測定装置は、測定対象体に流れている電流を測定する電流測定装置と、前記測定対象体の電圧を測定する請求項８から１４のいずれかに記載の電圧測定装置とを備え、前記電流測定装置によって測定された前記電流と前記電圧測定装置によって測定された前記電圧とに基づいて電力を測定する。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１，２または３記載の可変容量回路によれば、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の構成単位をこの順に環状に接続して容量変化機能体を構成し、かつ４つの構成単位のうちの隣接する少なくとも２つの構成単位については、２つのダイオードを逆向きに直列接続して構成された第１電気的要素をそれぞれ含んで構成し、他の２つの構成単位については、第１電気的要素、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た第２電気的要素、並びに、コンデンサおよび共振体のうちの少なくとも一方を含んで構成された第３電気的要素のいずれかを含んで構成したことにより、機械的に可動する構成を含む可変容量回路と比較して、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）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。加えて、この可変容量回路では、隣接する少なくとも２つの構成単位が上記のような第１電気的要素を含んでいるため、４つの構成単位の４つの接続点のうちの対向する一対の接続点間（非隣接な一対の接続点間）に駆動用の交流電圧を印加した際に、他の対向する一対の接続点間（他の非隣接な一対の接続点間）の静電容量を交流電圧の周波数の２倍の周波数（容量変調周波数）で変化させることができる結果、より高い周波数での容量変化動作を行わせることができる。
【００３２】
また、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つを含んで第２電気的要素を構成したときには、簡易、かつ安価に可変容量回路を構成することができる。特に、第１の構成単位と第４の構成単位との組、および第２の構成単位と第３の構成単位との組のうちの一方の組または他方の組の各構成単位を共振体、具体的には第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印加される駆動用の交流電圧の周波数の２倍の周波数（容量変調周波数）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共振体を含めて構成したときには、容量変化機能体（具体的には容量変化機能体を構成する各可変容量要素）の容量変調周波数（交流電圧の２倍の周波数）において共振体のインピーダンスが低くなる結果、容量変化機能体に十分な交流電流を流すことができる。このため、この交流電流を利用した電圧検出の精度を十分に高めることができる。
【００３３】
また、コンデンサおよび共振体のうちの少なくとも一方を含んで第３電気的要素を構成したときには、簡易、かつ安価に可変容量回路を構成することができる。特に、第１の構成単位と第２の構成単位との組、および第３の構成単位と第４の構成単位との組のうちの一方の組または他方の組の各構成単位を共振体、具体的には第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印加される駆動用の交流電圧の周波数の２倍の周波数（容量変調周波数）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共振体を含めて構成したときには、容量変化機能体（具体的には容量変化機能体を構成する各可変容量要素）の容量変調周波数（交流電圧の２倍の周波数）において共振体のインピーダンスが低くなる結果、容量変化機能体に十分な交流電流を流すことができる。このため、この交流電流を利用した電圧検出の精度を十分に高めることができる。
【００３４】
また、２つのダイオードを逆向きに直列接続して第１電気的要素を構成したことにより、可変容量回路を大幅に小型化することができる。
【００３６】
また、ダイオードで構成したことにより、簡易、かつ安価に可変容量回路を構成することができる。
【００３７】
また、請求項４および５記載の可変容量回路によれば、第１電気的要素を構成する２つのダイオードを１つのトランジスタで構成したことにより、より少ない部品点数で、簡易、かつ安価に可変容量回路を構成することができる。
【００３８】
また、請求項６記載の可変容量回路によれば、第１の構成単位および第３の構成単位の各インピーダンスの積と、第２の構成単位および第４の構成単位の各インピーダンスの積とを同一またはほぼ同一に規定したことにより、環状に接続されてブリッジ回路に構成されている容量変化機能体がブリッジ回路としての平衡条件を満足しているため、対向する一対の接続点（非隣接な一対の接続点）間に駆動用の交流電圧を印加した際に、対向する他の一対の接続点間にこの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容量変化機能体に発生する電流または容量変化機能体の両端間電圧への駆動用の交流電圧の影響を排除することができる。
【００４０】
また、請求項７記載の可変容量回路によれば、交流電圧を二次巻線に発生させるトランスを用いて駆動回路を構成したことにより、トランスという汎用性の高い部品を使用して、容量変化機能体に交流電圧をフローティング状態で簡易に供給（印加）することができる。また、一次巻線に対する二次巻線の巻数比を増やすことにより、より大きな電圧値の交流電圧を容量変化機能体に供給することができる。このため、容量変化機能体の容量変調範囲をより広くすることができる結果、例えば電圧測定装置に利用したときに、測定対象体の電圧を高感度で測定することができる。
【００４１】
また、請求項８または９記載の電圧測定装置によれば、測定対象体に対向可能な検出電極と、上記の可変容量回路とを備え、第１の構成単位および第４の構成単位の接続点を検出電極側に位置させると共に第２の構成単位および第３の構成単位の接続点を参照電位側に位置させて検出電極と参照電位との間に可変容量回路を接続し、かつこの可変容量回路の容量変化動作を利用して測定対象体の電圧を測定することにより、機械的に可動する構成を含む可変容量回路を用いた構成と比較して、可変容量回路が高い周波数での容量変化動作が可能で、しかも高い信頼性を有しているため、測定対象体の電圧を短時間で測定することができると共に、電圧測定装置自体の信頼性を向上させることができる。
【００４２】
また、参照電位を生成する電圧生成回路と、制御部とを備え、可変容量回路が静電容量を変化させているときに、制御部が電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させることにより、請求項８記載の電圧測定装置では、変化させた参照電位の電圧が測定対象体の電圧に一致したときに、可変容量回路を介して検出電極と参照電位との間に流れる電流がほぼゼロになることを利用して、また請求項９記載の電圧測定装置では、変化させた参照電位の電圧が測定対象体の電圧に一致したときに、可変容量回路の容量変化機能体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発生する電圧がほぼゼロになることを利用して、測定対象体の電圧を高い精度で測定することができる。
【００４３】
また、可変容量回路における静電容量の変化時において、可変容量回路を介して検出電極と参照電位との間に流れる電流、または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発生する電圧が減少するように制御部が電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させることにより、短時間で、しかも確実に参照電位の電圧を測定対象体の電圧に一致させることができるため、高い測定精度を維持しつつ、短時間で、しかも確実に測定対象体の電圧を測定することができる。
【００４４】
また、請求項１０記載の電圧測定装置によれば、検出電極と参照電位との間に可変容量回路と直列にインピーダンス素子を配設すると共に、インピーダンス素子に電流が流れたときにこのインピーダンス素子に発生する電圧が減少するように制御部が電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させることにより、インピーダンス素子のインピーダンス値を変えることで電流が流れたときにインピーダンス素子に発生する電圧の値を任意に変更することができる。このため、低電圧から高電圧までの広い電圧範囲に亘って測定対象体の電圧を正確に測定することができる。
【００４５】
また、請求項１１記載の電圧測定装置では、検出電極と参照電位との間に可変容量回路と直列に共振回路を配設すると共に、共振回路に電流が流れたときにこの共振回路に発生する電圧が減少するように制御部が電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させている。したがって、この構成によれば、共振回路の共振時におけるインピーダンス値を変えることで電流が流れたときに共振回路に発生する電圧の値を任意に変更することができるため、低電圧から高電圧までの広い電圧範囲に亘って測定対象体の電圧を測定することができる。しかも、共振回路の共振周波数で可変容量回路の静電容量を変化させることで、共振回路に流れる電流をより大きな電圧として検出することができる。この結果、耐ノイズ性能を高めることができるため、誤動作の少ない状態で測定対象体の電圧を測定することができる。
【００４６】
また、請求項１２記載の電圧測定装置では、検出電極と参照電位との間にトランスの一次巻線を配設すると共に、制御部が、一次巻線と磁気的に結合する二次巻線に発生する電圧が減少するように、電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させている。したがって、この構成によれば、二次巻線側の回路をグランド電位（基準電位）を基準とした回路となるように容易に構成することができる。したがって、例えば演算増幅器を使用する回路構成を採用したときに、差動型の演算増幅器と比較してより安価なシングルエンド型の演算増幅器を使用することができるため、装置全体のコストの低減を図ることができる。また、絶縁用電子部品の使用により、演算増幅器に入力される電圧を可変容量回路に流れる電流に対して電気的に絶縁でき、かつ演算増幅器に入力される電圧のレベルを任意に設定できるため、測定しようとする測定対象体の電圧が極めて高い電圧であったとしても、演算増幅器に入力される電圧の信号レベルを演算増幅器の入力仕様に容易に適合させることができる。
【００４７】
また、請求項１３または１４記載の電圧測定装置によれば、可変容量回路に流れる電流の値または可変容量回路に発生する電圧の値に応じて電圧値が変化する検出信号を入力してディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路を備え、制御部が、このディジタルデータに基づいて、検出信号の電圧値が減少するように電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させることにより、ＣＰＵやＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を用いたディジタル回路で制御部を簡易に構成することができる。
【００４８】
また、請求項１５記載の電力測定装置は、測定対象体に流れている電流を測定する電流測定装置と、測定対象体の電圧を測定する上記の電圧測定装置とを備え、電流測定装置によって測定された電流と電圧測定装置によって測定された電圧とに基づいて、例えば測定対象体に供給されている電力を測定する。したがって、この電力測定装置によれば、信頼性の高い電圧測定装置を備えたことで、電力測定装置自体の信頼性を十分に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る可変容量回路、電圧測定装置および電力測定装置の最良の形態について説明する。
【００５０】
最初に、本発明に係る電圧測定装置１について、図面を参照して説明する。
【００５１】
電圧測定装置１は、図１に示すように、プローブユニット２および本体ユニット３を備え、測定対象体４の電圧Ｖ１を非接触で測定可能に構成されている。この場合、電圧Ｖ１とは、グランド電位（基準電位）に対する電圧をいう。
【００５２】
プローブユニット２は、図１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。
【００５３】
可変容量回路１９は、図１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（本発明における環状回路）に構成されている。具体的には、各構成単位３１，３２，３３，３４は、図２に示すように、第１電気的要素Ｅ１１，１２，１３，１４（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。
【００５４】
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。
【００５５】
なお、図２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、図３に示す容量変化機能体１３のように、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２，３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５１ａ，５１ｂ（以下、区別しないときには、第１素子５１ともいう）に置き換えた構成（図４，５参照）であっても、容量変化機能体１３を構成することができる。
【００５６】
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１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。
【００５７】
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、本体ユニット３から入力した駆動信号Ｓ１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１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。また、なお、上記の駆動回路１４に代えて、単独で（本体ユニット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）をプローブユニット２内に配設することもできる。
【００５８】
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（物理量）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。
【００５９】
本体ユニット３は、図１に示すように、発振回路２１、増幅回路２２、同期検波回路２３、積分器２４、電圧生成回路２５、電圧計２６およびフィルタ回路２７を備えて構成されている。発振回路２１は、一定の周期Ｔ１（周波数ｆ１）の駆動信号Ｓ１を生成してプローブユニット２に出力すると共に、周期Ｔ１の二分の一の周期Ｔ２（周波数（２×ｆ１））の検波用信号Ｓ１１を駆動信号Ｓ１に同期させて生成して同期検波回路２３に出力する。この場合、本例では、発振回路２１は、駆動信号Ｓ１および検波用信号Ｓ１１として正弦波信号を生成する。フィルタ回路２７は、プローブユニット２から入力した検出信号Ｓ３に含まれている容量変化機能体１３の容量変調周波数と同じ周波数の信号Ｓ３ａを選択的に通過させる。
【００６０】
増幅回路２２は、フィルタ回路２７から入力した信号Ｓ３ａを予め設定された電圧レベルまで増幅して、検出信号Ｓ４として出力する。本例では、容量変化機能体１３の容量変調周波数は、駆動信号Ｓ２の周波数ｆ１の２倍の周波数ｆ２になる。このため、この静電容量Ｃ１の変化によって生じる電流ｉの周波数も駆動信号Ｓ１の周波数ｆ１の２倍の周波数ｆ２となり、プリアンプ１６で生成される検出信号Ｓ３中には周波数ｆ１，ｆ２の各信号成分が含まれるものの、増幅回路２２から出力される検出信号Ｓ４の周波数はフィルタ回路２７によるフィルタリングによってｆ２となる。同期検波回路２３は、検出信号Ｓ４を検波用信号Ｓ１１で同期検波することにより、パルス信号Ｓ５を生成するように構成されている。この場合、パルス信号Ｓ５は、その振幅が可変容量回路１９を流れる電流ｉの値に比例して変化し、かつその極性が可変容量回路１９を流れる電流ｉの向きに応じて変化する。
【００６１】
積分器２４は、パルス信号Ｓ５を連続的に積分することで直流電圧Ｖ３を生成して、電圧生成回路２５に出力する。本例では、一例として、積分器２４は、積分動作を開始した後に、最初のパルス信号Ｓ５が入力されるまでの間、ゼロボルトの直流電圧Ｖ３を出力するように設定されている。これらのフィルタ回路２７、増幅回路２２、同期検波回路２３および積分器２４は、制御部ＣＮＴを構成して、電圧生成回路２５を制御する。電圧生成回路２５は、制御部ＣＮＴの制御下で、フィードバック電圧Ｖ４を生成してプローブユニット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、グランド電位（基準電位）を基準としたフィードバック電圧Ｖ４を測定して、その電圧値を表示する。
【００６２】
次いで、電圧測定装置１を使用した測定対象体４の電圧Ｖ１の測定方法と共に、電圧測定装置１の測定動作について説明する。なお、発明の理解を容易にするため、一例として、電圧Ｖ１が正の定電圧であるとして説明するが、電圧Ｖ１が負の定電圧であるときにも、対応する信号や電圧の極性が逆になる以外は、正の定電圧のときと同様にして測定される。また、電圧Ｖ１が交流のときにも、原理的には正の定電圧や負の定電圧のときと同様にして測定される。
【００６３】
まず、電圧Ｖ１の測定に際して、検出電極１２が非接触な状態で測定対象体４に対向するように、プローブユニット２を測定対象体４の近傍に配設する。これにより、図１に示すように、検出電極１２と測定対象体４との間に静電容量Ｃ０が形成された状態となる。この場合、静電容量Ｃ０の容量値は、検出電極１２と測定対象体４の距離に反比例して変化するが、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）。ただし、静電容量Ｃ０は、湿度等の環境条件が変化したときには変動する。
【００６４】
次いで、電圧測定装置１の起動状態において、本体ユニット３では、発振回路２１が駆動信号Ｓ１および検波用信号Ｓ１１の生成を開始して、駆動信号Ｓ１をプローブユニット２に、また検波用信号Ｓ１１を同期検波回路２３に出力する。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。
【００６５】
この場合、図６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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、測定対象体４および検出電極１２の間に形成される静電容量Ｃ０とは、測定対象体４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、測定対象体４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６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。
【００６８】
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には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。
【００６９】
また、本体ユニット３の積分器２４は、電圧測定装置１の動作開始直後において、ゼロボルトの直流電圧Ｖ３を出力するため、電圧生成回路２５は、所定電圧のフィードバック電圧Ｖ４（一例として、電圧Ｖ１よりも低電圧であって、ほぼゼロボルトとする）を生成してプローブユニット２のケース１１に印加する。このため、測定対象体４とケース１１との間には電位差（Ｖ１−Ｖ４）が生じた状態になっている。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測定対象体４とケース１１との間の静電容量Ｃ２が周期Ｔ２で周期的に変化することにより、可変容量回路１９には、測定対象体４およびケース１１の各電圧Ｖ１，Ｖ４の電位差（Ｖ１−Ｖ４）に応じた振幅の電流ｉ（周期Ｔ２）が流れる。この場合、電流ｉは、電位差（Ｖ１−Ｖ４）が大きいときにはその振幅（電流値）が大きくなり、電位差（Ｖ１−Ｖ４）が小さいときにはその電流値が小さくなる。すなわち、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（Ｖ１−Ｖ４）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として本体ユニット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。
【００７０】
本体ユニット３の制御部ＣＮＴでは、フィルタ回路２７が、検出信号Ｓ３に含まれている周波数ｆ２の信号成分を信号Ｓ３ａとして選択的に出力し、増幅回路２２は、この信号Ｓ３ａを増幅して検出信号Ｓ４を生成して同期検波回路２３に出力する。次いで、同期検波回路２３は、入力した検出信号Ｓ４を検波用信号Ｓ１１で同期検波することにより、パルス信号Ｓ５を生成して、積分器２４に出力する。続いて、積分器２４は、パルス信号Ｓ５を連続的に積分することで直流電圧Ｖ３を生成して、電圧生成回路２５に出力する。この場合、上記したように、本例では、電圧測定装置１の動作開始後からフィードバック電圧Ｖ４が電圧Ｖ１に達するまでは、検出信号Ｓ３が常に正極性の信号となり、同様にして検出信号Ｓ４も正極性の信号となるため、パルス信号Ｓ５は、常に正極性のパルス信号となる。この結果、積分器２４、つまり制御部ＣＮＴから出力される直流電圧Ｖ３は徐々にその電圧値が上昇する。したがって、電圧生成回路２５で生成されるフィードバック電圧Ｖ４も、図７に示すように、その電圧値が徐々に上昇する。この結果、電流検出器１５、プリアンプ１６、フィルタ回路２７、増幅回路２２、同期検波回路２３、積分器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内で、測定対象体４とケース１１との間の電位差（Ｖ１−Ｖ４）が徐々に低下（減少）するように負のフィードバックが行われる。したがって、電流ｉは、電流値が徐々に低下（減少）していく。
【００７１】
その後、フィードバック電圧Ｖ４が電圧Ｖ１に達したときには、電位差（Ｖ１−Ｖ４）がゼロボルトになる。この状態では、測定対象体４とケース１１との間の静電容量Ｃ２が周期的に変化していたとしても、電流ｉが流れない。また、電流ｉが流れないため、電流検出器１５において電圧Ｖ２が発生しない（電圧Ｖ２がゼロボルトになる）結果、プリアンプ１６から検出信号Ｓ３が出力されなくなる。また、検出信号Ｓ３が出力されないため、増幅回路２２からも検出信号Ｓ４が出力されない状態となり、同期検波回路２３からのパルス信号Ｓ５の出力も停止し、この結果、積分器２４から出力される直流電圧Ｖ３の上昇も停止して一定の電圧に維持される。このため、電圧生成回路２５から出力されるフィードバック電圧Ｖ４の上昇が停止して、図７に示すように、フィードバック電圧Ｖ４が一定の電圧に維持される。したがって、電圧計２６で表示されている電圧値（フィードバック電圧Ｖ４）を継続して観察し、その電圧値の上昇が停止して一定になったとき（すなわち、電流ｉがゼロアンペアになったときに）、そのときの電圧計２６で表示されている電圧値（フィードバック電圧Ｖ４）を測定対象体４の電圧Ｖ１として測定する。以上により、測定対象体４の電圧Ｖ１が完了する。なお、増幅回路２２や電圧生成回路２５などのゲイン（利得）を上げることにより、電圧測定装置１における上記フィードバックループの応答速度を十分に高速にすることができる。この場合には、変動する電圧Ｖ１に対しても、フィードバック電圧Ｖ４を十分に追従させることができるため、値が安定するのを待つことなく電圧計２６に表示されている電圧値を測定対象体４の電圧Ｖ１として測定することができる。
【００７２】
このように、この電圧測定装置１では、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第１電気的要素Ｅ１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をこの順に環状に接続して容量変化機能体１３が構成されている。したがって、この容量変化機能体１３を用いた可変容量回路１９によれば、機械的に可動する構成が存在していないため、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）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。
【００７３】
また、この可変容量回路１９を使用した電圧測定装置１では、測定対象体４に検出電極１２を対向させることによって測定対象体４と検出電極１２との間に一定の（固定の）静電容量Ｃ０を形成した状態とし、この状態において、可変容量回路１９における容量変化機能体１３の静電容量Ｃ１を周期的に変化させ、この容量変化機能体１３の容量変化動作を利用して測定対象体４の電圧Ｖ１を測定している。したがって、この電圧測定装置１によれば、機械的に可動する構成を含む可変容量回路を用いた構成と比較して、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になる結果、短時間で測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができる。さらに、この電圧測定装置１によれば、検出電極１２をケース１１の表面に配設し、可変容量回路１９をケース１１の内部に配設した状態で測定対象体４の電圧Ｖ１を測定できるため、可変容量回路１９を測定対象体４と直接対向させるための孔をケース１１に設ける必要がなくなる。この結果、この孔を介して異物がケース１１内に誤って挿入される事態、およびこの誤挿入に起因したケース１１内の部品の破損を確実に回避することができるため、電圧測定装置１の信頼性を一層向上させることができる。
【００７４】
また、電圧測定装置１では、可変容量回路１９の容量変化機能体１３が静電容量Ｃ１を周期的に変化させているときに、制御部ＣＮＴが電圧生成回路２５に対してフィードバック電圧Ｖ４の電圧を変化させている。したがって、この電圧測定装置１によれば、容量変化機能体１３の周期的な容量変化時において容量変化機能体１３に発生する（流れる）電流ｉを検出しつつ、この電流ｉがゼロアンペアとなったときのこのフィードバック電圧Ｖ４を測定対象体４の電圧Ｖ１として測定することで、測定対象体４の電圧Ｖ１を高い精度で測定することができる。さらに、この電圧測定装置１によれば、制御部ＣＮＴが、検出した電流ｉが減少するように電圧生成回路２５に対してフィードバック電圧Ｖ４の電圧を変化させることにより、フィードバック電圧Ｖ４を測定対象体４の電圧Ｖ１に短時間で、しかも確実に一致させることができる。この結果、高い測定精度を維持しつつ、短時間で、しかも確実に測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができる。特に、この電圧測定装置１によれば、上述したような高い周波数で測定対象体４とケース１１との間の静電容量Ｃ２を変化させることができるため、電流検出器１５〜電圧生成回路２５のフィードバックループの応答速度を高速化できる結果、一層短時間で測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができる。このため、この電圧測定装置１によれば、測定対象体４の電圧Ｖ１が時間的に変動するときや、測定対象体４の電圧Ｖ１が周期的に変化する交流電圧のときにも、その電圧Ｖ１を正確に測定することができる。
【００７５】
また、この可変容量回路１９によれば、上述したように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第１電気的要素Ｅ１をそれぞれ含ませて各構成単位３１〜３４を構成したことにより、駆動信号Ｓ２の周波数ｆ１の２倍の周波数ｆ２で静電容量Ｃ１を変化させることができる。したがって、この電圧測定装置１によれば、この可変容量回路１９を用いたことにより、電流検出器１５〜電圧生成回路２５のフィードバックループの応答速度を一層高速化できる結果、より一層短時間で測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができる。特に、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、かつ一端が他端に対して低電位のときに容量体として機能する第１素子、具体的に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た第１素子（より具体的にはダイオードで構成された第１素子）で各第１電気的要素Ｅ１を構成したことにより、容量変化機能体１３、さらには可変容量回路１９を大幅に小型化できると共に、簡易、かつ安価に構成することができる。
【００７６】
また、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との間に駆動信号Ｓ２を印加する駆動回路１４を備え、かつ第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となるように（ブリッジ回路としての平衡条件を満足するように）可変容量回路１９を構成したことにより、各接続点Ｂ，Ｄ間に駆動信号Ｓ２を印加したときに、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、その静電容量Ｃ１を周期Ｔ２で変化させることができる。したがって、この可変容量回路１９を用いた電圧測定装置１によれば、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、測定対象体４の電圧Ｖ１をより正確に測定することができる。
【００７７】
また、トランス１４ａを用いて駆動回路１４を構成したことにより、トランス１４ａという汎用性の高い部品を使用して、容量変化機能体１３に駆動信号Ｓ２をフローティング状態で簡易に供給（印加）することができる。また、一次巻線１４ｂに対する二次巻線１４ｃの巻数比を増やすことにより、より大きな電圧値の駆動信号Ｓ２を容量変化機能体１３に供給することができる。このため、容量変化機能体１３の容量変調範囲（静電容量Ｃ１の変動範囲）をより広くすることができる結果、測定対象体４の電圧Ｖ１を高感度で測定することができる。
【００７８】
また、この電圧測定装置１によれば、検出電極１２とケース１１との間に可変容量回路１９と直列にインピーダンス素子で構成された電流検出器１５を配設すると共に、この電流検出器１５に電流ｉが流れたときに発生する電圧Ｖ２が減少するように制御部ＣＮＴが電圧生成回路２５に対してフィードバック電圧Ｖ４（ケース１１の電圧）を変化させる構成を採用したことにより、インピーダンス素子のインピーダンス値を変えることで電流ｉが流れたときに発生する電圧Ｖ２の値を任意に変更することができる。このため、低電圧から高電圧までの広い電圧範囲に亘って測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができる。
【００７９】
なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、上記した電圧測定装置１では、Ｉ（比例）制御でフィードバック電圧Ｖ４を制御しているが、さらにフィードバックループ内に積分回路および微分回路（いずれも図示せず）のうちの少なくとも１つを追加することにより、ＰＩ（比例・積分）制御、ＰＤ（比例・微分）制御およびＰＩＤ（比例・積分・微分）制御のいずれかでフィードバック電圧Ｖ４を制御することもできる。このＰＩＤ制御を採用することにより、電圧Ｖ１への追従性を高めることができるため、特に、測定対象体４の電圧Ｖ１が変化するときにおいて、その電圧Ｖ１を精度良く測定することができる。
【００８０】
また、上記した可変容量回路１９の容量変化機能体１３では、図２〜図５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、同各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８に示す容量変化機能体１３Ａは、図２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。
【００８１】
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を使用した電圧測定装置１（図１参照）でも、電圧測定装置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、短時間で測定対象体４の電圧Ｖ１を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を使用した電圧測定装置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。
【００８２】
また、図２〜図５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９に示す容量変化機能体１３Ｂは、図２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。
【００８３】
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を使用した電圧測定装置１（図１参照）でも、電圧測定装置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、短時間で測定対象体４の電圧Ｖ１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を使用した電圧測定装置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。
【００８４】
なお、図８，９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。
【００８５】
また、図４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５１（具体的には一般的なダイオード）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４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５１（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Ｅ１１〜Ｅ１４を１つのトランジスタでそれぞれ構成して、図１０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）。
【００８６】
また、図４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４の容量変化機能体１３では、第４の構成単位３４の第１素子５１ｂと第１の構成単位３１の第１素子５１ａとの組、第１の構成単位３１の第１素子５１ｂと第２の構成単位３２の第１素子５１ａとの組、第２の構成単位３２の第１素子５１ｂと第３の構成単位３３の第１素子５１ａとの組、および第３の構成単位３３の第１素子５１ｂと第４の構成単位３４の第１素子５１ａとの組において、各第１素子５１ａ，５１ｂ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１１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。
【００８７】
また、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が構成されている図５に示す容量変化機能体１３についても、図４に示す容量変化機能体１３と同様にして、各第１電気的要素Ｅ１１〜Ｅ１４を構成する一対のダイオードを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１２に示す容量変化機能体１３Ｅを構成することができ、また、上記した各ダイオードの組（各接続点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを挟んで隣接する一対のダイオードでそれぞれ構成される４つの組）を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、図１３に示す容量変化機能体１３Ｆを構成することができる。また、トランジスタとして、バイポーラトランジスタを使用する例について説明したが、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタに代えて同型のＭＯＳＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）を使用してもよいし、またはＰＮＰ型バイポーラトランジスタに代えて同型のＭＯＳＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）を使用してもよいのは勿論である。この場合、ＭＯＳＦＥＴについては、その入力端子はドレイン端子およびソース端子の一方となり、出力端子はドレイン端子およびソース端子の他方となる。また、図１１，１３に示す構成においては、制御端子としてのゲート端子が接続点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとして使用される。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。
【００８８】
また、図１４に示す電圧測定装置１Ａのように、電流検出器１５を配設せずに、容量変化機能体１３，１３Ａ，・・，１３Ｆ（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Ｖ５をプリアンプ１６で検出して検出信号Ｓ３として出力プローブユニット２Ａを使用し、両端間電圧Ｖ５に比例して変化する検出信号Ｓ３に基づいて制御部ＣＮＴが電圧生成回路２５を制御して、測定対象体４の電圧Ｖ１を測定する構成を採用することもできる。ここで、容量変化機能体１３の両端間電圧Ｖ５とは、容量変化機能体１３における検出電極１２側の端部（接続点Ａ）と、容量変化機能体１３におけるケース１１側の端部（接続点Ｃ）との間に発生する電圧をいう。この場合、プリアンプ１６における一対の入力端子のうちの一方の入力端子は、図１４に示すように、コンデンサ１７を介して容量変化機能体１３における検出電極１２側の端部に接続され、他方の入力端子は、容量変化機能体１３におけるケース１１側の端部に接続されている。なお、この構成以外の構成については、電圧測定装置１Ａは電圧測定装置１と同一のため、図１４では、電圧測定装置１の各構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。この電圧測定装置１Ａにおいても、上記の容量変化機能体１３を含む可変容量回路１９を使用したことにより、電圧測定装置１と同様にして、電流検出器１５〜電圧生成回路２５のフィードバックループの応答速度を高速化できる結果、短時間で測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができると共に、測定対象体４の電圧Ｖ１が時間的に変動するときや、測定対象体４の電圧Ｖ１が周期的に変化する交流電圧のときにも、その電圧Ｖ１を正確に測定することができる。また、電圧測定装置１Ａによれば、信頼性の高い可変容量回路１９を使用したことにより、装置自体の信頼性を一層向上させることができる。
【００８９】
また、電圧測定装置１，１Ａでは、同期検波回路２３を用いて検出信号Ｓ４に含まれている周波数ｆ２を含む所定の帯域の周波数成分を抽出する構成を採用しているが、これに限定されるものではなく、図示はしないが、同期検波方式に代えて、公知の包絡線検波方式を採用することもできる。
【００９０】
また、電圧測定装置１では、可変容量回路１９とケース１１との間に電流検出器１５を配設しているが、図１５に示す電圧測定装置１Ｂのように、検出電極１２Ａと可変容量回路１９との間に電流検出器１５を配設することもできる。また、電圧測定装置１では、アナログ信号で作動するフィルタ回路２７、増幅回路２２、同期検波回路２３および積分器２４を用いて電圧生成回路２５をアナログ的にフィードバック制御しているが、電圧測定装置１Ｂのように、検出信号Ｓ３をディジタルデータに変換することによって電圧生成回路２５をディジタル的にフィードバック制御することもできる。
【００９１】
以下、この電圧測定装置１Ｂについて、この電圧測定装置１Ｂを用いて構成した電力測定装置７１と共に、図１５を参照して説明する。なお、この電圧測定装置１Ｂの構成要素のうち、電圧測定装置１と同一の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００９２】
電力測定装置７１は、直流および交流の電力を測定可能に構成されており、電圧測定用のクランプ式プローブユニット２Ｂ、電流測定用のクランプ式プローブユニット５、および本体ユニット３Ａを備えて構成されている。この場合、電力測定装置７１では、プローブユニット２Ｂと本体ユニット３Ａに含まれている後述の構成要素とで、測定対象体４（一例として電線。以下、「電線４」ともいう）の電圧Ｖ１を測定する電圧測定装置１Ｂが構成されている。また、プローブユニット５と本体ユニット３Ａに含まれている後述の構成要素とで、電線４に流れている電流Ｉ１を測定する電流測定装置８１が構成されている。電力測定装置７１は、電圧測定装置１Ｂによって測定された電圧Ｖ１の電圧値と電流測定装置８１によって測定された電流Ｉ１の電流値とに基づいて、電線４に供給されている電力Ｗ１を測定する。
【００９３】
電圧測定装置１Ｂは、プローブユニット２Ｂと、本体ユニット３Ａ内に配設されている発振回路２１、Ａ／Ｄ変換回路７２、ＣＰＵ７３、Ｄ／Ａ変換回路７４、電圧生成回路２５および電圧計２６Ａとを備えて構成されている。この場合、プローブユニット２Ｂは、ケース１１、検出電極１２Ａ、可変容量回路１９、電流検出器１５、プリアンプ１６および一対のコンデンサ１８ａ，１８ｂを備えている。検出電極１２Ａは、各々が樹脂材などで形成された絶縁被膜ＲＥ１によって全体的に被覆されると共に各々の一端側がケース１１において回動自在に連結され、これによって各々の他端側同士が接離自在に構成された一対の弧状電極Ｐ１，Ｐ２で構成されている。この構成により、検出電極１２Ａは、電線４をクランプすることが可能となっている。また、可変容量回路１９、電流検出器１５、プリアンプ１６および一対のコンデンサ１８ａ，１８ｂは樹脂材などで形成された絶縁被膜ＲＥ２で被覆されたケース１１内に配設されている。また、可変容量回路１９および電流検出器１５は、互いに直列に接続された状態で、検出電極１２Ａとケース１１との間に配設されている。また、電圧測定装置１Ｂでは、電圧測定装置１とは異なり、電流検出器１５が検出電極１２Ａに接続されて、可変容量回路１９がケース１１に接続されている。また、電流検出器１５を検出電極１２Ａ側に配設したことによってプリアンプ１６を介して検出電極１２Ａが直流的に参照電位側に接続されるのを回避するため、電圧Ｖ２を検出するプリアンプ１６の各入力端子と電流検出器１５の各端部との間に直流遮断用のコンデンサ１８ａ，１８ｂがそれぞれ配設されている。なお、電圧測定装置１と同様にして、可変容量回路１９および電流検出器１５の順序でこれらを検出電極１２Ａとケース１１との間に直列に接続することもでき、この構成ではプリアンプ１６の各入力端子と電流検出器１５の各端部との間へのコンデンサ１８ａ，１８ｂの配設が不要となる。
【００９４】
本体ユニット３Ａ内に配設されたＡ／Ｄ変換回路７２は、ＣＰＵ７３およびＤ／Ａ変換回路７４と共に、本発明における制御部ＣＮＴ１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ＣＰＵ７３に出力する。ＣＰＵ７３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、ＣＰＵ７３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７４に出力する。また、ＣＰＵ７３は、後述するように、電流測定装置８１の一部としても機能して、Ａ／Ｄ変換回路７５から出力されたディジタルデータＤ４に基づいて、測定対象体４に流れている電流Ｉ１の電流値を算出（測定）する電流算出処理も実行する。さらに、ＣＰＵ７３は、算出した電流Ｉ１の電流値と、電圧計２６Ａから出力されたフィードバック電圧Ｖ４の電圧値（ディジタルデータＤ３で示される値）とに基づいて、電線４に供給されている電力Ｗ１を算出（測定）する電力算出処理も実行する。Ｄ／Ａ変換回路７４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。電圧計２６Ａは、フィードバック電圧Ｖ４を測定して、その電圧値を表示すると共に、測定したフィードバック電圧Ｖ４の電圧値をディジタルデータＤ３に変換してＣＰＵ７３に出力する。
【００９５】
電流測定装置８１は、図１５に示すように、プローブユニット５と、本体ユニット３Ａ内に配設されているＡ／Ｄ変換回路７５、ＣＰＵ７３および表示装置７６とを備えて構成されている。この場合、プローブユニット５は、クランプした電線４に流れる電流Ｉ１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Ａ／Ｄ変換回路７５に出力する。Ａ／Ｄ変換回路７５は、入力した検出信号Ｓ６をディジタルデータＤ４に変換してＣＰＵ７３に出力する。ＣＰＵ７３は、上述した電流算出処理を実行することにより、ディジタルデータＤ４に基づいて電流Ｉ１の電流値を算出して表示装置７６に表示させる。
【００９６】
このように構成された電力測定装置７１では、電圧測定装置１Ｂが、制御部ＣＮＴ１を構成するＡ／Ｄ変換回路７２、ＣＰＵ７３およびＤ／Ａ変換回路７４が検出信号Ｓ３をディジタルデータＤ１に変換すると共にそのディジタルデータＤ１に基づいて電圧生成回路２５をディジタル的にフィードバック制御する以外は、電圧測定装置１の制御部ＣＮＴの各構成要素と同様にして電圧生成回路２５をフィードバック制御して、フィードバック電圧Ｖ４を電圧Ｖ１に一致させる。
【００９７】
他方、電流測定装置８１は、Ａ／Ｄ変換回路７５がプローブユニット５で検出された検出信号Ｓ６をディジタルデータＤ４に変換してＣＰＵ７３に出力し、ＣＰＵ７３がこのディジタルデータＤ４に基づいて電流算出処理を実行することによって電線４に流れている電流Ｉ１の電流値を算出する。
【００９８】
また、ＣＰＵ７３は、電圧計２６Ａから入力したディジタルデータＤ３で示されるフィードバック電圧Ｖ４の電圧値（つまり電圧Ｖ１の電圧値）と、電流算出処理によって算出した電流Ｉ１の電流値とに基づいて電力算出処理を実行することにより、電線４に供給されている電力Ｗ１を算出（測定）して、表示装置７６に表示させる。これにより、電力Ｗ１の測定が完了する。この場合、ＣＰＵ７３は、電力Ｗ１および電流Ｉ１の電流値と共に、電圧Ｖ１の電圧値を表示装置７６に表示させる。なお、これらの電流値や電圧値を表示装置７６に表示させる構成に代えて、ストレージ装置（図示せず）に記憶させたり、データ伝送装置（図示せず）を介して外部に伝送する構成を採用することもできる。
【００９９】
このように、この電圧測定装置１Ｂでは、測定対象体４としての電線４の電圧Ｖ１を測定する際に、可変容量回路１９に流れている電流ｉを示す検出信号Ｓ３をディジタルデータＤ１に変換し、このディジタルデータＤ１に基づいて電圧生成回路２５をディジタル的にフィードバック制御する。したがって、制御部ＣＮＴ１（Ａ／Ｄ変換回路７２、ＣＰＵ７３およびＤ／Ａ変換回路７４）をＣＰＵやＤＳＰを用いて簡易に構成することができる。また、電圧測定装置１Ｂでは、絶縁被膜ＲＥ１によって全体的に被覆された一対の弧状電極Ｐ１，Ｐ２で検出電極１２Ａが構成され、かつ可変容量回路１９、電流検出器１５、プリアンプ１６および一対のコンデンサ１８ａ，１８ｂが絶縁被膜ＲＥ２で被覆されたケース１１内に配設されている。したがって、検出電極１２Ａ、可変容量回路１９、電流検出器１５、プリアンプ１６および一対のコンデンサ１８ａ，１８ｂが外部に露出していないため、これらの回路および部品と、装置外部の異物との接触を確実に回避することができる。また、機械的に可動する構成を含まない信頼性の高い可変容量回路１９を使用している。したがって、電圧測定装置１Ｂの信頼性を十分に向上させることができると共に、この電圧測定装置１Ｂを用いた電力測定装置７１についても、信頼性を十分に向上させることができる。
【０１００】
また、ディジタル的にフィードバック制御する電圧測定装置１Ｂを用いた電力測定装置７１について説明したが、図１６に示すように、アナログ的にフィードバック制御する電圧測定装置１Ｃを用いて電力測定装置９１を構成することもできる。以下、この電力測定装置９１について説明する。なお、電圧測定装置１と同一の構成要素、および電力測定装置７１と同一の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【０１０１】
電力測定装置９１は、直流および交流の電力を測定可能に構成されており、図１６に示すように、プローブユニット２Ｂ，５、および本体ユニット３Ｂを備えて構成されている。この場合、電力測定装置９１では、プローブユニット２Ｂと本体ユニット３Ｂに含まれている後述の構成要素とで、測定対象体４（一例として電線４）の電圧Ｖ１を測定する電圧測定装置１Ｃが構成されている。また、プローブユニット５と本体ユニット３Ｂに含まれている後述の構成要素とで、電線４に流れている電流Ｉ１を測定する電流測定装置８１が構成されている。電力測定装置９１は、電圧測定装置１Ｃによって測定された電圧Ｖ１の電圧値と電流測定装置８１によって測定された電流Ｉ１の電流値とに基づいて、電線４に供給されている電力Ｗ１を測定する。
【０１０２】
電圧測定装置１Ｃは、プローブユニット２Ｂと、本体ユニット３Ｂ内に配設されている発振回路２１、制御部ＣＮＴ、電圧生成回路２５および電圧計２６Ａとを備えて構成されている。この場合、制御部ＣＮＴは、アナログ信号としての検出信号Ｓ３に基づいて直流電圧Ｖ３を生成して電圧生成回路２５に出力することにより、アナログ的にフィードバック電圧Ｖ４をフィードバック制御して、フィードバック電圧Ｖ４を電圧Ｖ１に一致させる。電流測定装置８１は、プローブユニット５と、本体ユニット３Ａ内に配設されているＡ／Ｄ変換回路７５、ＣＰＵ７３および表示装置７６とを備えて構成されている。この場合、ＣＰＵ７３は、電流算出処理を実行することにより、Ａ／Ｄ変換回路７５から入力したディジタルデータＤ４に基づいて電流Ｉ１の電流値を算出して表示装置７６に表示させる。また、ＣＰＵ７３は、電圧計２６Ａから入力したディジタルデータＤ３に基づいてフィードバック電圧Ｖ４（電圧Ｖ１）の電圧値を表示装置７６に表示させる。さらに、ＣＰＵ７３は、電圧計２６Ａから入力したディジタルデータＤ３で示されるフィードバック電圧Ｖ４の電圧値（つまり電圧Ｖ１の電圧値）と、電流算出処理によって算出した電流Ｉ１の電流値とに基づいて電力算出処理を実行することにより、電線４に供給されている電力Ｗ１を算出（測定）して、表示装置７６に表示させる。
【０１０３】
この電力測定装置９１においても、電圧測定装置１Ｂと同様にして電圧測定装置１Ｃの信頼性を十分に向上させることができる結果、この電圧測定装置１Ｃを用いた電力測定装置９１自体の信頼性を十分に向上させることができる。
【０１０４】
また、上記した電圧測定装置１，１Ｂ，１Ｃ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ることにより、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、測定対象体４の電圧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測定対象体４の電圧を正確に測定することができる。
【０１０５】
また、インピーダンス素子に代えて、セラミック共振器や水晶振動子などの各種共振体を含む共振回路、およびコイルとコンデンサとで構成されたＬＣ共振回路（直列共振回路または並列共振回路）のいずれかを用いることもできる。これらの共振回路のうちの共振体を含む共振回路およびＬＣ並列共振回路は、特定の周波数（共振周波数）においてインピーダンスが最大になるという特性を有している。このため、一例として図１７に示すように、コイル１５ａとコンデンサ１５ｂとで構成されたＬＣ並列共振回路を用いて電流検出器１５を構成し、この特定の周波数を容量変化機能体１３の容量変調周波数と一致させることにより、容量変調周波数とは異なる周波数のノイズが電流ｉに重畳しているときでも、電流検出器１５の両端に発生する電圧Ｖ２に含まれている電圧成分のうちの電流ｉに起因した電圧成分をこのノイズに起因した電圧成分に対して十分に大きくすることができるため、ノイズを抑制することができる。
【０１０６】
他方、ＬＣ直列共振回路は、特定の周波数（共振周波数）において全体としてのインピーダンスが最小（ゼロ）になるという特性を有している。この場合、ＬＣ直列共振回路を構成するコンデンサ（コイルも同様）の両端電圧は最大となる。このため、一例として図１８に示すように、コイル１５ａとコンデンサ１５ｂとで構成されたＬＣ直列共振回路を用いて電流検出器１５を構成し、この特定の周波数を容量変調周波数と一致させると共に、コンデンサ１５ｂ（またはコイル１５ａ）の両端電圧を電圧Ｖ２としてプリアンプ１６が検出する構成を採用することにより、容量変調周波数とは異なる周波数のノイズが電流ｉに重畳しているときであっても、上記したＬＣ並列共振回路と同様にして電流検出器１５の両端に発生するこのノイズに起因した電圧の発生を抑制することができる。したがって、これらの共振回路で電流検出器１５を構成することにより、共振回路の共振時におけるインピーダンス値を変えることで電流ｉが流れたときに共振回路に発生する電圧の値を任意に変更することができるため、低電圧から高電圧までの広い電圧範囲に亘って測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができる。しかも、共振回路の共振周波数で可変容量回路１９の静電容量Ｃ１を変化させることで、共振回路に流れる電流ｉをより大きな電圧として検出することができるため、このノイズに起因した電圧信号の検出信号Ｓ３への混入を低減できる結果、電圧測定装置１，１Ｂ，１Ｃの耐ノイズ性能を高めることができる。したがって、誤動作の少ない状態で測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができる。
【０１０７】
また、抵抗等のインピーダンス素子や共振回路を用いて電流を電圧に変換して検出する構成に代えて、電流を直接検出する構成を採用することもできる。この構成においては、電磁誘導型の電流検出器（ＣＴ形電流検出器）を用いたり、ホール素子、磁気ブリッジ、フラックスゲートセンサ、ＭＩ（磁気インピーダンス）センサ、ＭＲ（磁気抵抗効果）センサ、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）センサおよびＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）センサなどの磁気センサを用いて構成することができる。
【０１０８】
また、電圧測定装置１Ｂでは、プリアンプ１６で生成される検出信号Ｓ３を、Ａ／Ｄ変換回路７２に直接入力する例について説明したが、フィルタ回路２７と同じ特性のフィルタ回路（図示せず）を介して検出信号Ｓ３をＡ／Ｄ変換回路７２に入力することもできる。この場合、フィルタ回路は、プローブユニット２Ｂおよび本体ユニット３Ａの少なくとも一方に配設する。このように構成することで、容量変調周波数とは異なる周波数のノイズが電流ｉに重畳しているときでも、このノイズの検出信号Ｓ３への混入を抑制することができる。したがって、電圧測定装置１Ｂの耐ノイズ性能を高めることができる。また、電圧測定装置１，１Ａ，１Ｃにおいても、本体ユニット３にフィルタ回路２７を配設する構成に代えて、プローブユニット２側に配設する構成を採用することもできる。
【０１０９】
また、電圧測定装置１Ｂ，１Ｃを電力測定装置７１，９１に適用する例について説明したが、電圧測定装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、レーザープリンタなどの複写機における感光ドラムの表面電位を検出する表面電位計として利用することができる。また、壁内に配設されている電気配線の位置を検出する探知機として利用することもできる。これらの機器に本発明に係る電圧測定装置を用いることにより、これらの機器の信頼性（耐久性や耐候性を含む）を十分に向上させることができる。さらに、プリント基板に形成されているプリントパターンの断線等を検査する基板検査装置にも本発明を適用することができる。
【０１１０】
また、電圧測定装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、フィードバック電圧Ｖ４が電圧Ｖ１に達して一定になったとき、つまり、電流ｉがゼロアンペアになったときや両端間電圧Ｖ５がゼロボルトになったときのフィードバック電圧Ｖ４を測定対象体４の電圧Ｖ１として測定する構成を採用することにより、電圧Ｖ１を高精度で測定しているが、測定精度的に許容される場合、電流ｉや両端間電圧Ｖ５が所定値（例えば数ミリアンペアや数ミリボルト）以下となったときのフィードバック電圧Ｖ４を測定対象体４の電圧Ｖ１として測定する構成を採用することもできる。また、電位差（Ｖ１−Ｖ４）が所定値（例えば数百ミリボルト）以下に達したときのフィードバック電圧Ｖ４を測定対象体４の電圧Ｖ１として測定する構成を採用することもできる。この構成を採用することにより、測定対象体４の電圧Ｖ１を許容できる精度で、より短時間に測定することができる。
【０１１１】
また、上記した各容量変化機能体１３の各構成単位については、図２〜図５、および図８〜図１３に示すように、第１電気的要素Ｅ１（一例として互いに逆向きに直列接続された２つのダイオード（図１０〜図１３の場合には等価的に２つのダイオード））、第２電気的要素Ｅ２２，Ｅ２３、および第３電気的要素Ｅ３３，Ｅ３４のいずれかで構成した例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図２に示す第１の構成単位３１を例に挙げて、第１電気的要素Ｅ１１を含む構成単位に関して説明すると、１つの第１電気的要素Ｅ１１と共にこの第１電気的要素Ｅ１１以外の構成要素を含んで第１の構成単位３１を構成することもできる。具体的には、接続点Ａと第１素子４１ａとの間、接続点Ｂと第１素子４１ｂとの間の少なくとも１つに、抵抗、コンデンサ、コイルおよび他のダイオードの少なくとも１つを配設することもできる。また、各第１素子４１ａ，４１ｂ以外の構成要素を含んで第１電気的要素Ｅ１を構成することもできる。具体的には、各第１素子４１ａ，４１ｂ間に、抵抗、コンデンサおよびコイルの少なくとも１つを配設して、第１電気的要素Ｅ１を構成することもできる。また、第１素子４１ａ，４１ｂの各々、および第１素子４１ａ，４１ｂ全体の少なくとも１つに対してコンデンサを並列に接続することもできる。
【０１１２】
また、例えば、図８に示す構成単位３２Ａを例に挙げて、第２電気的要素Ｅ２２（Ｅ２３）を含む構成単位に関して説明すると、接続点Ｂと第２電気的要素Ｅ２２との間、および接続点Ｃと第２電気的要素Ｅ２２との間の少なくとも１つに、抵抗、コンデンサ、およびコイルのうちの少なくとも１つを配設することもできる。また、第２電気的要素Ｅ２２に対してコンデンサを並列に接続することもできる。また、例えば、図９に示す構成単位３３Ｂを例に挙げて、第３電気的要素Ｅ３３（Ｅ３４）を含む構成単位に関して説明すると、接続点Ｃと第３電気的要素Ｅ３３との間、および接続点Ｄと第３電気的要素Ｅ３３との間の少なくとも１つに、抵抗、コンデンサ、およびコイルの少なくとも１つを配設することもできる。また、第３電気的要素Ｅ３３に対して他のコンデンサを並列に接続することもできる。
【０１１３】
また、可変容量ダイオードも一般的なダイオードも基本的な構成が同じであるため、例えば図２に示す容量変化機能体１３において、各第１電気的要素Ｅ１を構成する第１素子４１ａ，４１ｂとしての可変容量ダイオードのうちの一方を一般的なダイオードを使用して構成するなど、可変容量ダイオードと一般的なダイオードとを混在して使用することもできる。ただし、可変容量ダイオードと一般的なダイオードとは、逆バイアスが印加されたときの静電容量が異なるため、ブリッジ回路の平衡条件を満足し、かつ接続点Ａ，Ｃを基準としてその両側に配設されている各構成単位３１，３２と各構成単位３４，３３とが線対称となるか、または接続点Ｂ，Ｄを基準としてその両側に配設されている各構成単位３１，３４と各構成単位３２，３３とが線対称となるように構成するのが好ましい。
【０１１４】
また、上記の例では、容量変化機能体を構成する全ての電気的要素について、各電気的要素を構成する一対の第１素子としてのダイオード（可変容量ダイオード、一般的なダイオード、およびトランジスタ内に等価的に存在するダイオード）の接続態様を、アノード端子同士を接続する態様およびカソード端子同士を接続する態様のいずれか一方に統一しているが、アノード端子同士を接続して構成した（図２の接続態様。以下、第１接続態様ともいう）電気的要素と、カソード端子同士を接続して構成した（図３の接続態様。以下、第２接続態様ともいう）電気的要素とを混在させて容量変化機能体を構成することもできる。
【０１１５】
この場合、各電気的要素を構成する一対の第１素子（ダイオード）では、容量変化機能体１３，１３Ａ，１３Ｃ，１３Ｅが各接続点Ｂ，Ｄ間への駆動信号Ｓ２の印加によって静電容量Ｃ１を変化させている状態において、一方が等価的に抵抗として機能する状態と等価的にコンデンサとして機能する状態とを周期的に繰り返し、他方は一方とは常に逆の状態（一方が抵抗のときにはコンデンサとして機能し、一方がコンデンサのときには抵抗として機能する状態）になるように状態を変化させることを考慮して、一対の第１素子を含む各構成単位での接続態様を第１接続態様および第２接続態様のいずれにするのかを決定するのが好ましい。
【０１１６】
具体的には、全ての構成単位に一対の第１素子を含ませて構成した場合、第１の構成単位および第２の構成単位に含まれている２つの第１素子についてアノード端子（一端）およびカソード端子（他端）のうちの一方同士を接続したときには、第３の構成単位および第４の構成単位に含まれている２つの第１素子についてはアノード端子（一端）およびカソード端子（他端）のうちの他方同士を接続するのが好ましい。すなわち、第１の構成単位および第２の構成単位において第１の接続態様としたときには、第３の構成単位および第４の構成単位においては第２の接続態様とし、逆に、第１の構成単位および第２の構成単位において第２の接続態様としたときには、第３の構成単位および第４の構成単位においては第１の接続態様とするのが好ましい。
【０１１７】
具体的には、図２，３に示す容量変化機能体１３のように全ての構成単位Ｅ１１〜Ｅ１４が一対の第１素子４１ａ，４１ｂを含む構成の場合、例えば、図１９に示す容量変化機能体１３Ｇのように、第１の構成単位Ｅ１１および第２の構成単位Ｅ１２において第１の接続態様（アノード端子同士を接続する態様）としたときには、第３の構成単位Ｅ１３および第４の構成単位Ｅ１４においては第２の接続態様（カソード端子同士を接続する態様）とする。また、図示はしないが、第１の構成単位Ｅ１１および第２の構成単位Ｅ１２において第２の接続態様としたときには、第３の構成単位Ｅ１３および第４の構成単位Ｅ１４においては第１の接続態様とする。
【０１１８】
また、全ての構成単位が一対の第１素子を含んで構成されている場合、第１の構成単位および第３の構成単位に含まれている２つの第１素子についてアノード端子（一端）およびカソード端子（他端）のうちの一方同士を接続し、第２の構成単位および第４の構成単位に含まれている２つの第１素子についてアノード端子（一端）およびカソード端子（他端）のうちの他方同士を接続することもできる。すなわち、第１の構成単位および第３の構成単位において第１の接続態様とし、第２の構成単位および第４の構成単位において第２の接続態様とすることもできるし、第１の構成単位および第３の構成単位において第２の接続態様とし、第２の構成単位および第４の構成単位において第１の接続態様とすることもできる。
【０１１９】
具体的には、図２，３に示す容量変化機能体１３のように全ての構成単位Ｅ１１〜Ｅ１４が一対の第１素子４１ａ，４１ｂを含む構成の場合、例えば、図２０に示す容量変化機能体１３Ｈのように、第１の構成単位Ｅ１１および第３の構成単位Ｅ１３において第１の接続態様（アノード端子同士を接続する態様）としたときには、第２の構成単位Ｅ１２および第４の構成単位Ｅ１４においては第２の接続態様（カソード端子同士を接続する態様）とする。また、図示はしないが、第１の構成単位Ｅ１１および第３の構成単位Ｅ１３において第２の接続態様としたときには、第２の構成単位Ｅ１２および第４の構成単位Ｅ１４においては第１の接続態様とする。
【０１２０】
また、第１の構成単位と第４の構成単位との組、および第２の構成単位と第３の構成単位との組のうちの一方の組の各構成単位が一対の第１素子を含んで構成されている場合、一方の組の各構成単位のうちの一方に含まれている２つの第１素子についてアノード端子（一端）およびカソード端子（他端）のうちの一方同士を接続したときには、この各構成単位のうちの他方に含まれている２つの第１素子についてはアノード端子（一端）およびカソード端子（他端）のうちの他方同士を接続するのが好ましい。
【０１２１】
具体的には、図８に示す容量変化機能体１３Ａのように第１の構成単位Ｅ１１と第４の構成単位Ｅ１４との組が一対の第１素子４１ａ，４１ｂを含む構成の場合、例えば、図２１に示す容量変化機能体１３Ｊのように、一方の第１の構成単位Ｅ１１において第１の接続態様（アノード端子同士を接続する態様）としたときには、他方の第４の構成単位Ｅ１４においては第２の接続態様（カソード端子同士を接続する態様）とする。また、図示はしないが、第１の構成単位Ｅ１１において第２の接続態様としたときには、第４の構成単位Ｅ１４においては第１の接続態様とする。
【０１２２】
同様にして、図示はしないが、図８に示す容量変化機能体１３Ａとは逆に、第２の構成単位Ｅ１２と第３の構成単位Ｅ１３との組が一対の第１素子４１ａ，４１ｂを含み、第１の構成単位Ｅ１１と第４の構成単位Ｅ１４との組が第２電気的要素Ｅ２２，Ｅ２３（例えば電気的特性の同じコンデンサ６２，６３）を含む容量変化機能体では、一方の第２の構成単位Ｅ１２において第１の接続態様とし、他方の第３の構成単位Ｅ１３において第２の接続態様とすることができる。また、一方の第２の構成単位Ｅ１２において第２の接続態様とし、他方の第３の構成単位Ｅ１３において第１の接続態様とすることもできる。
【０１２３】
以上のように、第１接続態様の電気的要素と第２接続態様の電気的要素とを混在させて容量変化機能体を構成する場合、上記のいずれかの構成を採用することにより、容量変化動作中における容量変化機能体中のコンデンサとして機能する第１素子４１を、対向する一対の接続点Ａ，Ｃを基準としたときに左右対称（線対称）の位置に配置することができるため、接続点Ａ，Ｃ間の電位差を一層低減することができる。したがって、上記のいずれかの構成を採用するのがより好ましい。
【０１２４】
次に、実験例を挙げて説明する。この場合、第１素子としてバラクタダイオード（ＢＢ１４７。フィリップス社製）を使用した。また、駆動信号Ｓ２として、周波数が２．２５ＭＨｚで、振幅が１６Ｖの正弦波電圧信号を使用した。この実験によれば、図２２，２３に示すように商用周波数で変化している測定対象体４の電圧Ｖ１を、図１に示す電圧測定装置１を用いて測定する場合において、容量変化機能体として図２に示す容量変化機能体１３を使用したときには、図２２に示すように、接続点Ａ，Ｃ間に発生する信号（容量変調周波数と同じ周波数の信号）Ｓａｃの振幅が３．２Ｖであるのに対し、容量変化機能体として図１９に示す容量変化機能体１３Ｇを使用したときには、接続点Ａ，Ｃ間に発生する信号Ｓａｃの振幅を図２３に示すように約半分（約１．７Ｖ）にまで低減させることができる。なお、容量変調周波数は商用周波数と比較して極めて高い。このため、図２２，２３では、信号Ｓａｃを模式的に記載している。また、同図では、信号Ｓａｃの振幅についての変化の様子の理解を容易にするために、信号Ｓａｃと共にその包絡線も記載している。
【０１２５】
また、トランスおよびフォトカプラなどの絶縁用電子部品と、差動型の演算増幅器とを含んでプリアンプ１６を構成する例について上記したが、図２４〜図２８に示すように、トランスおよびフォトカプラなどの絶縁用電子部品（同図では一例としてトランス６１）を電流検出器１５に含めることで、容量変化機能体１３に直接接続されない絶縁用電子部品の二次側の回路をグランド電位（基準電位）を基準とした回路となるように容易に構成することができる。したがって、プリアンプ１６をシングルエンド型の演算増幅器で構成することもできる。この構成によれば、差動型の演算増幅器と比較してシングルエンド型の演算増幅器が安価なため、装置全体のコストの低減を図ることができる。また、トランス６１などの絶縁用電子部品の使用により、プリアンプ１６に入力される電圧Ｖ２を電流ｉに対して電気的に絶縁でき、かつ電圧Ｖ２のレベルを任意に設定できるため、測定しようとする測定対象体４の電圧Ｖ１が極めて高い電圧であったとしても、電圧Ｖ２の信号レベルをプリアンプ１６の入力仕様に容易に適合させることができる。
【０１２６】
最初に、図２４に示す構成について説明する。この構成では、電流検出器１５は、トランス６１および抵抗６２を備えて構成されている。この場合、トランス６１の一次巻線６１ａは、その一端側が可変容量回路１９の接続点Ｃに接続され、かつ他端側がケース１１に接続されて、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（参照電位）との間に配設されている。また、トランス６１の二次巻線６１ｂは、その一端側がプリアンプ１６の入力端子に接続され、他端側がグランド電位に接続されている。また、二次巻線６１ｂには、抵抗６２が並列に接続されている。この構成により、電流検出器１５は、可変容量回路１９に流れる電流ｉを検出すると共に、電流ｉに比例した電圧Ｖ２を抵抗６２の両端間に発生させる。また、プリアンプ１６は、グランド電位を基準とした信号として電圧Ｖ２を入力して増幅することにより、検出信号Ｓ３に変換して出力する。
【０１２７】
次に、図２５に示す構成について説明する。なお、図２４に示す構成と同一の構成については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。この構成では、図２４の構成における抵抗６２に代えて、コイル６３ａとコンデンサ６３ｂとで構成される並列共振回路６３が二次巻線６１ｂに並列に接続されている。この構成によれば、上記した図１７に示す構成と同様にして、並列共振回路６３の共振周波数を容量変化機能体１３の容量変調周波数と一致させることにより、容量変調周波数とは異なる周波数のノイズが電流ｉに重畳しているときでも、そのノイズを抑制して、電流検出器１５の両端に発生する電圧Ｖ２に含まれている電圧成分のうちの電流ｉに起因する電圧成分をこのノイズに起因する電圧成分に対して十分に大きくする（Ｓ／Ｎ比を大きくする）ことができる。したがって、この構成によれば、本体ユニット３のフィルタ回路２７の配設を省略することができる。
【０１２８】
次に、図２６に示す構成について説明する。なお、図２４に示す構成と同一の構成については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。この構成では、図２４の構成における抵抗６２に代えて、コイル６４ａとコンデンサ６４ｂとで構成される直列共振回路６４が二次巻線６１ｂに並列に接続されている。また、プリアンプ１６には、コイル６４ａとコンデンサ６４ｂとの接続点において発生する電圧が電圧Ｖ２として出力される。この構成によれば、上記した図１８に示す構成と同様にして、直列共振回路６４の共振周波数を容量変調周波数と一致させることにより、容量変調周波数とは異なる周波数のノイズが電流ｉに重畳しているときであっても、上記したＬＣ並列共振回路と同様にして電流検出器１５の両端に発生するこのノイズに起因した電圧の発生を抑制することができる。また、図２７に示すように、二次巻線６１ｂの一端側とプリアンプ１６の入力端子との間にコイル６４ａとコンデンサ６４ｂとで構成される直列共振回路６４を直列に接続し、かつ二次巻線６１ｂの他端側をグランド電位に接続する構成を採用することもできる。この構成においても、図２６に示す電流検出器１５と同様の作用効果を奏することができる。
【０１２９】
また、図２５〜図２７に示す構成では、コイルとコンデンサとで構成されたいわゆるＬＣ共振回路を使用しているが、ＬＣ共振回路に代えて、水晶振動子やセラミック振動子などの共振体を使用することもできる。一例として、図２８に示す電流検出器１５は、図２７に示す電流検出器１５のコイル６４ａおよびコンデンサ６４ｂに代えて共振体６５ａを使用して構成された共振回路６５を備えている。同図に示す電流検出器１５においても、図２６，２７に示す電流検出器１５と同様にして、二次巻線６１ｂに共振回路６５が直列に接続されているため、図２６，２７に示す電流検出器１５と同様の作用効果を奏することができる。
【０１３０】
また、検出信号Ｓ４を検波用信号Ｓ１１で同期検波して、その振幅が可変容量回路１９を流れる電流ｉの値に比例して変化し、かつその極性が可変容量回路１９を流れる電流ｉの向きに応じて変化するパルス信号Ｓ５を生成する同期検波回路２３と、積分器２４とを備えた構成について上記したが、他の構成を採用して電圧測定装置を実現することもできる。例えば、同期検波回路２３に代えて、例えば包絡線検波方式によって検出信号Ｓ４を検波することにより、その振幅（電圧値）が電流ｉの振幅（電流値）に比例して変化するアナログ信号（直流電圧Ｖ３）を生成する検波回路を使用する構成を採用することもできる。この構成によれば、積分器２４の配設を不要にすることができる。さらに、上記した容量変化機能体１３（または、１３Ａ〜１３Ｈ，１３Ｊ）については、集積回路化して１つのパッケージに収納する構成を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】電圧測定装置１のブロック図である。
【図２】電圧測定装置１の容量変化機能体１３の回路図である。
【図３】電圧測定装置１の容量変化機能体１３の他の回路図である。
【図４】電圧測定装置１の容量変化機能体１３の他の回路図である。
【図５】電圧測定装置１の容量変化機能体１３の他の回路図である。
【図６】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７】フィードバック電圧Ｖ４の時間変化を示す特性図である。
【図８】容量変化機能体１３Ａの回路図である。
【図９】容量変化機能体１３Ｂの回路図である。
【図１０】容量変化機能体１３Ｃの回路図である。
【図１１】容量変化機能体１３Ｄの回路図である。
【図１２】容量変化機能体１３Ｅの回路図である。
【図１３】容量変化機能体１３Ｆの回路図である。
【図１４】電圧測定装置１Ａのブロック図である。
【図１５】電圧測定装置１Ｂおよびこれを用いた電力測定装置７１のブロック図である。
【図１６】電圧測定装置１Ｃおよびこれを用いた電力測定装置９１のブロック図である。
【図１７】電流検出器１５の構成例を示す回路図である。
【図１８】電流検出器１５の他の構成例を示す回路図である。
【図１９】容量変化機能体１３Ｇの回路図である。
【図２０】容量変化機能体１３Ｈの回路図である。
【図２１】容量変化機能体１３Ｊの回路図である。
【図２２】測定対象体４の電圧Ｖ１および容量変化機能体１３を用いた電圧測定装置１における信号Ｓａｃの各波形図である。
【図２３】測定対象体４の電圧Ｖ１および容量変化機能体１３Ｇを用いた電圧測定装置１における信号Ｓａｃの各波形図である。
【図２４】電流検出器１５およびプリアンプ１６の他の構成例を示す回路図である。
【図２５】電流検出器１５の他の構成例を示す回路図である。
【図２６】電流検出器１５の他の構成例を示す回路図である。
【図２７】電流検出器１５の他の構成例を示す回路図である。
【図２８】電流検出器１５の他の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  電圧測定装置
３，３Ａ，３Ｂ  本体ユニット
４  測定対象体
１１  ケース
１２  検出電極
１３，１３Ａ〜１３Ｈ，１３Ｊ  容量変化機能体
１４  駆動回路
１４ａ  トランス
１４ｃ  二次巻線
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
７１，９１  電力測定装置
ＣＮＴ，ＣＮＴ１  制御部
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
ｉ  電流
Ｖ１  測定対象体の電圧
Ｖ４  フィードバック電圧（参照電位）
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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