(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御によって生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を算出する測定装置であって、
前記フィードバック制御の利得を変更して当該変更の前後における前記参照物理量を測定し、当該測定した２つの参照物理量の差分を当該２つの参照物理量のうちのいずれか一方で除算した算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、前記変更前の利得に対する前記変更後の利得の倍率と、当該２つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する測定装置。
【請求項２】
測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御によって生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を算出する測定装置であって、
前記フィードバック制御の利得を２倍に変更して当該変更の前後における前記参照物理量を測定し、当該測定した２つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量を低利得時の参照物理量で除算した算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、当該高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する測定装置。
【請求項３】
前記算出した前記物理量を出力部に出力させる請求項１または２記載の測定装置。
【請求項４】
測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御によって生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を算出する測定方法であって、
前記フィードバック制御の利得を変更して当該変更の前後における前記参照物理量を測定し、当該測定した２つの参照物理量の差分を当該２つの参照物理量のうちのいずれか一方で除算し、当該除算によって算出された算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、前記変更前の利得に対する前記変更後の利得の倍率と、当該２つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する測定方法。
【請求項５】
測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御によって生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を算出する測定方法であって、
前記フィードバック制御の利得を２倍に変更して当該変更の前後における前記参照物理量を測定し、当該測定した２つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量を低利得時の参照物理量で除算し、当該除算によって算出された算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、当該高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する測定方法。
【請求項６】
コンピュータに、
測定対象体の物理量に対応する参照物理量を生成すると共に、当該測定対象体の前記物理量と当該参照物理量との差分を検出して、当該差分が減少するように前記参照物理量をフィードバック制御するフィードバック制御部と、前記参照物理量を測定する測定部とを備えた測定装置における前記フィードバック制御部に対してフィードバックループの利得を変更させる手順と、
前記測定部によって測定された前記利得の変更の前後における前記参照物理量を取得する手順と、
当該取得した２つの前記参照物理量の差分を当該２つの参照物理量のうちのいずれか一方で除算して算出値を算出する手順と、
前記算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、前記変更前の利得に対する前記変更後の利得の倍率と、前記２つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する手順とを実行させるためのプログラム。
【請求項７】
コンピュータに、
測定対象体の物理量に対応する参照物理量を生成すると共に、当該測定対象体の前記物理量と当該参照物理量との差分を検出して、当該差分が減少するように前記参照物理量をフィードバック制御するフィードバック制御部と、前記参照物理量を測定する測定部とを備えた測定装置における前記フィードバック制御部に対してフィードバックループの利得を２倍に変更させる手順と、
前記測定部によって測定された前記利得の変更の前後における前記参照物理量を取得する手順と、
当該取得した２つの前記参照物理量のうちの高利得時の参照物理量を低利得時の参照物理量で除算して算出値を算出する手順と、
前記算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、前記高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する手順とを実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象体の電圧などの物理量を測定可能に構成された測定装置、測定方法およびプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の測定装置として、特開平６−２４２１６６号公報において開示された電圧測定装置が知られている。
【０００３】
この電圧測定装置（距離補償型表面電位計）は、圧電音叉および検知電極を用いたセンサ部と、音叉駆動回路と、センサ部の検知電極に接続されたプリアンプ回路と、増幅回路と、同期検波回路と、積分回路と、高圧増幅回路とを有して構成されている。この電圧測定装置では、センサ部、プリアンプ回路、増幅回路、同期検波回路、積分回路、高圧増幅回路の一次側、トランスを用いた電源回路の２次側、およびそのシールドを電源からフローティングさせ、かつ高圧増幅回路の発生電圧を少なくともセンサ部のコモングランドに帰還させて、この発生電圧を測定対象体の電圧と等しくなるようにフィードバック制御している。この電圧測定装置によれば、高圧増幅回路の発生電圧を検出することにより、測定対象体の電圧を測定することができる。
【特許文献１】特開平６−２４２１６６号公報報（第１３−１５頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の測定装置で用いられているフィードバック制御には偏差が発生するという特性があり、さらに、例えば比例制御のときには、この偏差はフィードバックループの利得（ゲイン）によって変化し、利得が大きいときには小さくなり、利得が小さいときには大きくなる。このため、この種の測定装置では、通常は、測定精度などを考慮して許容し得る偏差を決定し、決定した偏差に対応する利得となるようにフィードバックループの利得を設定している。
【０００５】
ところが、上記の電圧測定装置のように、測定対象体の電圧を非接触で測定する構成の装置では、測定対象体との間の距離を一定にしたとしても、湿度などの変化によって測定対象体と検知電極との間の静電結合の度合いが変化し、この結果、センサ部の利得が変化してフィードバックループの利得も予め想定した値とは異なる値に変化する。また、この電圧測定装置では、実際のフィードバックループの利得を確認するすべもない。このため、この電圧測定装置のような測定装置には、測定時における実際のフィードバックループの利得が許容し得る偏差を確保できる利得よりも小さい値となったときにも、通常通りに電圧を測定するため、測定の信頼性を確保できないという問題点が存在している。他方、湿度などの変化によってフィードバックループの利得が変化した場合であっても、十分な利得を確保し得るように、最初からフィードバックループの利得を十分に大きな値に設定しておく方法も考えられるが、フィードバックループの利得を大きくし過ぎると、フィードバックループの耐ノイズ特性が低下して、やはり、測定の信頼性を確保できない状況が発生するという問題点もある。
【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、測定の信頼性を確保し得る測定装置、測定方法およびプログラム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】
【０００９】
上記目的を達成すべく請求項１記載の測定装置は、測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御によって生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を算出する測定装置であって、前記フィードバック制御の利得を変更して当該変更の前後における前記参照物理量を測定し、当該測定した２つの参照物理量の差分を当該２つの参照物理量のうちのいずれか一方で除算した算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、前記変更前の利得に対する前記変更後の利得の倍率と、当該２つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する。
【００１０】
また、請求項２記載の測定装置は、測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御によって生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を算出する測定装置であって、前記フィードバック制御の利得を２倍に変更して当該変更の前後における前記参照物理量を測定し、当該測定した２つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量を低利得時の参照物理量で除算した算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、当該高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する。
【００１１】
また、請求項３記載の測定装置は、請求項１または２記載の測定装置において、前記算出した前記物理量を出力部に出力させる。
【００１９】
また、請求項４記載の測定方法は、測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御によって生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を算出する測定方法であって、前記フィードバック制御の利得を変更して当該変更の前後における前記参照物理量を測定し、当該測定した２つの参照物理量の差分を当該２つの参照物理量のうちのいずれか一方で除算し、当該除算によって算出された算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、前記変更前の利得に対する前記変更後の利得の倍率と、当該２つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する。
【００２０】
また、請求項５記載の測定方法は、測定対象体の物理量に対応する参照物理量を前記物理量との差が減少するようにフィードバック制御によって生成すると共に、前記参照物理量に基づいて前記測定対象体の前記物理量を算出する測定方法であって、前記フィードバック制御の利得を２倍に変更して当該変更の前後における前記参照物理量を測定し、当該測定した２つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量を低利得時の参照物理量で除算し、当該除算によって算出された算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、当該高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する。
【００２３】
また、請求項６記載のプログラムは、コンピュータに、測定対象体の物理量に対応する参照物理量を生成すると共に、当該測定対象体の前記物理量と当該参照物理量との差分を検出して、当該差分が減少するように前記参照物理量をフィードバック制御するフィードバック制御部と、前記参照物理量を測定する測定部とを備えた測定装置における前記フィードバック制御部に対してフィードバックループの利得を変更させる手順と、前記測定部によって測定された前記利得の変更の前後における前記参照物理量を取得する手順と、当該取得した２つの前記参照物理量の差分を当該２つの参照物理量のうちのいずれか一方で除算して算出値を算出する手順と、前記算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、前記変更前の利得に対する前記変更後の利得の倍率と、前記２つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する手順とを実行させる。
【００２４】
また、請求項７記載のプログラムは、コンピュータに、測定対象体の物理量に対応する参照物理量を生成すると共に、当該測定対象体の前記物理量と当該参照物理量との差分を検出して、当該差分が減少するように前記参照物理量をフィードバック制御するフィードバック制御部と、前記参照物理量を測定する測定部とを備えた測定装置における前記フィードバック制御部に対してフィードバックループの利得を２倍に変更させる手順と、前記測定部によって測定された前記利得の変更の前後における前記参照物理量を取得する手順と、当該取得した２つの前記参照物理量のうちの高利得時の参照物理量を低利得時の参照物理量で除算して算出値を算出する手順と、前記算出値が予め決められた基準値未満になる前記フィードバック制御の前記利得が良好な状態において、当該算出値と、前記高利得時の参照物理量とに基づいて、前記測定対象体の前記物理量を算出する手順とを実行させる。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１記載の測定装置、請求項４記載の測定方法および請求項６記載のプログラムによれば、フィードバック制御におけるフィードバックループの利得が良好な状態においてこの利得を変更すると共に変更の前後において参照物理量を測定し、測定された２つの参照物理量の差分を２つの参照物理量のうちのいずれか一方で除算し、除算によって算出された算出値と、変更前の利得に対する変更後の利得の倍率と、２つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量とに基づいて、測定対象体の物理量を算出することにより、測定装置による測定対象体の物理量測定についての信頼性（測定精度）を高めることができる。
【００２９】
また、請求項２記載の測定装置、請求項５記載の測定方法および請求項７記載のプログラムによれば、フィードバック制御におけるフィードバックループの利得が良好な状態においてこの利得を２倍に変更すると共に変更の前後において参照物理量を測定し、測定された２つの参照物理量のうちの高利得時の参照物理量を低利得時の参照物理量で除算し、除算によって算出された算出値と、高利得時の参照物理量とに基づいて、測定対象体の物理量を算出することにより、測定装置による測定対象体の物理量測定についての信頼性（測定精度）を高めることができる。
【００３０】
また、請求項３記載の測定装置によれば、算出した測定対象体の物理量を表示装置などの出力部に出力することにより、出力部において測定対象体の物理量を確認することができると共に、測定装置に他の出力装置を接続する手間を省くことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、添付図面を参照して、測定装置、測定方法およびプログラムの最良の形態について、電圧測定装置に適用した例を挙げて説明する。
【００３８】
最初に、この電圧測定装置１について、図面を参照して説明する。
【００３９】
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（本発明における物理量の一例）を非接触で測定可能に構成されている。
【００４０】
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、本発明におけるセンサ部として機能する。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。
【００４１】
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（ブリッジ状）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２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。
【００４２】
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。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。
【００４３】
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。また、図示はしないが、ゲート端子をソース端子に接続することによってオフ状態に維持されたＭＯＳ−ＦＥＴも、ドレイン−ソース間に印加される電圧に基づいて容量が変化する可変容量コンデンサとして機能することが知られている。したがって、このようにゲート端子がソース端子に接続された１つのＭＯＳ−ＦＥＴを可変容量ダイオードに代えて使用して容量変化機能体１３を構成することもできる。
【００４４】
また、可変容量回路１９は、図１に示すように、検出電極１２と参照電位Ｖｒ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側に接続されると共に第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側に接続された状態で配設されている。具体的には、可変容量回路１９は、容量変化機能体１３の接続点Ａが検出電極１２に直接接続されると共に、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に接続されて検出電極１２とケース１１との間に配設されている。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。
【００４５】
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、一次巻線Ｔｒ１ａおよび二次巻線Ｔｒ１ｂを備えた絶縁型のトランスＴｒ１を用いて構成されている。この場合、二次巻線Ｔｒ１ｂの各端部が容量変化機能体１３の接続点Ｂ，Ｄに接続されている。駆動回路１４では、入力した駆動信号Ｓ１に基づいて一次巻線Ｔｒ１ａが励磁されることで、トランスＴｒ１が二次巻線Ｔｒ１ｂ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、上記の駆動回路１４に代えて、本体ユニット３から駆動信号Ｓ１を入力することなく駆動信号Ｓ２を単独で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。
【００４６】
電流検出器１５は、一例として絶縁型のトランスＴｒ２で構成されて本発明における検出回路として機能する。また、電流検出器１５は、トランスＴｒ２の一次巻線Ｔｒ２ａの一端部が可変容量回路１９（具体的には可変容量回路１９における容量変化機能体１３の接続点Ｃ）に接続され、かつ他端部がケース１１に接続されて、可変容量回路１９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（つまりトランスＴｒ２）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（振幅）に比例した振幅の電圧Ｖ２を二次巻線Ｔｒ２ｂに誘起（発生）させる。プリアンプ１６は、トランスＴｒ２の二次巻線Ｔｒ２ｂに誘起される電圧Ｖ２を増幅して、検出信号Ｓ３として出力する。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。
【００４７】
本体ユニット３は、図１に示すように、制御部３ａ、電圧生成部３ｂ、処理部３ｃ、電圧計３ｄおよび出力部３ｅを備えて構成されている。この場合、制御部３ａは、センサ部としてのプローブユニット２、および電圧生成部３ｂと共に本発明に係るフィードバック制御部ＦＣを構成し、入力した検出信号Ｓ３に基づいて後述するアナログ信号Ｓ５と極性信号Ｓ８とを生成して電圧生成部３ｂに出力し、電圧生成部３ｂに対して参照電位Ｖｒの電圧を変化させる。具体的には、制御部３ａは、発振回路２１、フィルタ回路２２、増幅回路２３、検波回路２４および極性判定回路２５を備えている。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。また、発振回路２１は、周期Ｔ１の二分の一の周期Ｔ２（周波数ｆ２＝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極性判定回路２５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２２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ｆ２と同じ周波数の信号Ｓ３ａを選択的に通過させる。
【００４８】
増幅回路２３は、フィルタ回路２２から入力した信号Ｓ３ａを増幅して、検出信号Ｓ４として出力する。また、増幅回路２３は、動作開始直後においては予め設定された初期利得（初期増幅率Ｇａ０）で信号Ｓ３ａを増幅し、処理部３ｃから制御信号Ｓ１２を入力したときには、利得をα倍して利得Ｇａ１（＝α×Ｇａ０）に変更する。これにより、電圧測定装置１の後述するフィードバックループの利得もα倍となる。また、本例では、容量変化機能体１３の容量変調周波数ｆ２は、駆動信号Ｓ２の周波数ｆ１の２倍であるため、容量変化機能体１３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２３から出力される検出信号Ｓ４の周波数はフィルタ回路２２によるフィルタリングによってｆ２となる。検波回路２４は、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、アナログ信号Ｓ５を生成する。この場合、アナログ信号Ｓ５は、その振幅（電圧値）が可変容量回路１９を流れる電流ｉの電流値に比例して変化する。したがって、検出信号Ｓ３も電流ｉの振幅（電流値）に比例して変化する信号であるため、アナログ信号Ｓ５と検出信号Ｓ３とは、互いに同期し、かつ比例した信号となる。極性判定回路２５は、検波用信号Ｓ１１および検出信号Ｓ４を入力して検波用信号Ｓ１１に対する検出信号Ｓ４の位相を検出する。また、極性判定回路２５は、検出した位相に基づいて、測定対象体４およびケース１１の各電圧Ｖ１，Ｖｒの電位差（Ｖ１−Ｖｒ）の極性を判定すると共に、この極性を示す極性信号Ｓ８を生成して出力する。一例として、本例では、極性判定回路２５は、電位差（Ｖ１−Ｖｒ）の極性と同じ極性で極性信号Ｓ８を出力する。
【００４９】
処理部３ｃは、一例としてＣＰＵおよび内部メモリを備えたコンピュータで構成されている。この場合、この処理部３ｃでは、ＣＰＵが内部メモリに記憶されているプログラムに従い、フィードバック制御部ＦＣが実行するフィードバック制御におけるフィードバックループの利得を変更する（本例では変更前の利得をα（＞１）倍して変更する）利得変更処理（利得を変更させる手順）と、この利得の変更の前後において電圧計３ｄで測定された２つの参照電位信号Ｓ７の電圧（参照電位Ｖｒ。本発明における参照物理量）を取得する電圧取得処理（参照物理量を取得する手順）と、この取得した２つの参照電位Ｖｒの差分ΔＶｒをいずれか一方の参照電位Ｖｒで除算して参照電位Ｖｒの変化率Ｈ（＝ΔＶｒ／Ｖｒ。本発明における算出値）を算出する変化率算出処理（算出値を算出する手順）と、変化率Ｈに基づいてフィードバック制御の利得の良否を判別する良否判別処理（判別処理を実行する手順）と、変化率Ｈ、倍率αおよび取得した２つの参照電位Ｖｒに基づいて測定対象体４の電圧Ｖ１を算出する電圧算出処理（測定対象体の物理量を算出する手順）と、並びに良否判別処理の結果および算出した電圧Ｖ１を示すデータＤ１を出力部３ｅに出力する出力処理（出力処理を実行する手順）とを実行する。なお、内部メモリには、上記の各処理をＣＰＵに対して実行させる上記のプログラムと、倍率αと、良否判別処理で使用される基準値Ｄｒとが予め記憶されている。また、処理部３ｃは、上記構成に代えて、ＦＰＧＡ、ゲートアレイなどのプログラマブルロジックなどで構成することもできる。
【００５０】
電圧生成部３ｂは、電圧生成回路２７およびトランス（昇圧トランス）Ｔｒ３を備えて構成されている。電圧生成回路２７は、電圧信号Ｓ６を生成して出力する。この場合、電圧生成回路２７は、出力している電圧信号Ｓ６の電圧を、入力したアナログ信号Ｓ５の振幅（電圧値）に比例した量だけ、入力した極性信号Ｓ８の極性が「正」のときには増加させ、逆に「負」のときには減少させる。トランスＴｒ３は、絶縁型のトランスであって、一次巻線Ｔｒ３ａ（巻数：ｎ１）および二次巻線Ｔｒ３ｂ（巻数：ｎ２＞ｎ１）を備えて昇圧トランスとして構成されている。この場合、一次巻線Ｔｒ３ａおよび二次巻線Ｔｒ３ｂは、それぞれの一端部が接地（グランドに接続）されている。また、一次巻線Ｔｒ３ａの他端部は電圧生成回路２７に、二次巻線Ｔｒ３ｂの他端部はプローブユニット２のケース１１にそれぞれ接続されている。この構成により、トランスＴｒ３は、一次巻線Ｔｒ３ａに入力した電圧信号Ｓ６を昇圧して、参照電位信号Ｓ７として二次巻線Ｔｒ３ｂの他端部に出力すると共に、プローブユニット２のケース１１に印加する。このようにしてケース１１は、その電位（参照電位）Ｖｒが参照電位信号Ｓ７の電圧に規定される。
【００５１】
電圧計３ｄは、本発明における測定部であって参照電位信号Ｓ７の電圧（参照電位Ｖｒ）を繰り返し測定すると共に、測定の都度、測定した参照電位信号Ｓ７の電圧値（参照電位Ｖｒ）を示すデータＤ２を処理部３ｃに出力する。出力部３ｅは、本例では一例として表示装置で構成されて、処理部３ｃからのデータＤ１に基づいて、例えば、現在のフィードバックループの利得が良好なものであるか否かを示す情報、および算出した電圧Ｖ１の少なくとも一方を表示する。一例として出力部３ｅは、フィードバックループの利得が良好であるときには「利得が良好」（または「測定値は有効」）という文字情報（日本語や英語などの言語で使用される文字で表された情報）と共に電圧Ｖ１を表示し、良好でない（不良の）ときには、電圧Ｖ１は表示せずに「利得が良好でない」（または「測定は無効」）という文字情報を表示する。なお、出力部３ｅとしては、表示装置以外に、上記情報を印刷する印刷装置を採用することもできるし、現在のフィードバックループの利得が良好なものである旨（または良好なものではない旨）をブザー音、音声およびＬＥＤの表示状態（点灯、消灯、点滅若しくは点灯させる色、またはこれらの組み合わせ）で報知する報知装置や、その旨を示すデータを送信する伝送装置を採用することができる。
【００５２】
次いで、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、電圧生成回路２７は、電圧測定装置１の測定動作開始時（時刻ｔ０）は、ゼロボルトの電圧信号Ｓ６を生成し、その後、その電圧を増加または減少させるものとする。したがって、電圧生成部３ｂは、図７において実線で示すように、参照電位信号Ｓ７をゼロボルトから生成し始めるものとする。
【００５３】
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。
【００５４】
次いで、電圧測定装置１の起動状態において、制御部３ａ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を極性判定回路２５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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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は電流検出器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。
【００５８】
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。
【００５９】
このため、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，Ｖｒの電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に応じた振幅の電流ｉ（周期Ｔ２）が流れる。具体的には、電流ｉは、電位差（Ｖ１−Ｖｒ）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−Ｖｒ）が小さいときにはその電流値が小さくなる。
【００６０】
したがって、図７に示すように、測定対象体４の電圧Ｖ１が正の電圧のとき（時刻ｔ０）に、電圧測定装置１が測定動作を開始したときには、電位差（Ｖ１−Ｖｒ）は正の電圧となり、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−Ｖｒ）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を構成するトランスＴｒ２の二次巻線Ｔｒ２ｂに誘起される電圧Ｖ２を増幅して、検出信号Ｓ３として出力する。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。
【００６１】
本体ユニット３の制御部３ａでは、フィルタ回路２２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２３は、この信号Ｓ３ａを初期増幅率Ｇａ０で増幅して検出信号Ｓ４を生成して検波回路２４に出力する。次いで、検波回路２４は、入力した検出信号Ｓ４を検波してアナログ信号Ｓ５を生成して電圧生成部３ｂに出力する。この場合、アナログ信号Ｓ５は、その振幅が電位差（Ｖ１−Ｖｒ）の値に比例して変化する信号となる。また、極性判定回路２５は、検波用信号Ｓ１１および検出信号Ｓ４を入力して検波用信号Ｓ１１に対する検出信号Ｓ４の位相を検出することにより、電位差（Ｖ１−Ｖｒ）の極性と同じ極性となる極性信号Ｓ８を生成して電圧生成部３ｂに出力する。
【００６２】
本体ユニット３の電圧生成部３ｂでは、電圧生成回路２７が、出力している電圧信号Ｓ６の電圧を、入力したアナログ信号Ｓ５の振幅（電圧値）に比例した量だけ、入力した極性信号Ｓ８の極性が「正」のときには増加させ、逆に「負」のときには減少させる。したがって、図７に示すように、測定対象体４の電圧Ｖ１が正の電圧のとき（時刻ｔ０）に、電圧測定装置１が測定動作を開始したときには、電圧信号Ｓ６は当初ゼロボルトであるため、参照電位信号Ｓ７もゼロボルトである。この結果、電位差（Ｖ１−Ｖｒ）は正の電圧となり、これによって極性信号Ｓ８の極性も正となる。このため、電圧生成部３ｂでは、電圧生成回路２７が、入力したアナログ信号Ｓ５の振幅に比例した量だけ、電圧値を増加させて電圧信号Ｓ６を出力する。次いで、トランスＴｒ３が電圧信号Ｓ６を昇圧して参照電位信号Ｓ７を出力してケース１１に印加する。この結果、電流検出器１５、プリアンプ１６、フィルタ回路２２、増幅回路２３、検波回路２４および電圧生成部３ｂ（電圧生成回路２７とトランスＴｒ３）で構成されるフィードバックループ（本発明におけるセンサ部および電圧生成部を含むフィードバックループの一例）内で、測定対象体４とケース１１との間の電位差（Ｖ１−Ｖｒ：）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。
【００６３】
したがって、電流ｉは、電流値（振幅）が徐々に低下（減少）していく。一般的には、電圧測定装置１では、測定対象体４の電圧Ｖ１への参照電位Ｖｒの収束が短時間で完了するように、その過渡特性が設定される。このため、参照電位信号Ｓ７は、図７に示すように、電圧Ｖ１に対して時刻ｔ１において、フィードバックループの現在の利得に対応する偏差内に収束する。なお、収束に際してオーバーシュートが発生して、参照電位Ｖｒが測定対象体４の電圧Ｖ１を上回ったときには、電位差（Ｖ１−Ｖｒ）は負の電圧となり、これによって極性信号Ｓ８の極性も負となる。このため、電圧生成部３ｂでは、電圧生成回路２７が、入力したアナログ信号Ｓ５の振幅に比例した量だけ、電圧値を減少させて電圧信号Ｓ６を出力する。その後は、電圧測定装置１は、上記のフィードバック動作を継続することにより、変化する測定対象体４の電圧Ｖ１に対して一定の偏差内に収まるように参照電位信号Ｓ７の電圧値（参照電位Ｖｒ）を変化させる。この場合、参照電位信号Ｓ７（および電圧信号Ｓ６）は、測定対象体４の電圧Ｖ１に同期して変化する交流信号となる。電圧計３ｄは、参照電位信号Ｓ７の電圧をリアルタイムで計測して、その電圧値（参照電位Ｖｒ）を示すデータＤ２を処理部３ｃに出力する。
【００６４】
一方、処理部３ｃは、測定開始（時刻ｔ０）から時間（ｔ１−ｔ０）だけ経過した後に、図８に示す電圧測定処理１００を短期間で実行する動作を周期的に繰り返す。本例における短期間とは、測定対象体４の電圧Ｖ１についての変動周期と比較して十分に短い期間であり、この期間中における電圧Ｖ１がほぼ一定値とみなせる期間をいう。この電圧測定処理１００では、処理部３ｃは、まず、１回目の電圧取得処理を実行する（ステップ１０１）。この電圧取得処理では、処理部３ｃは、増幅回路２３の増幅率がＧａ０のときの参照電位信号Ｓ７の電圧値（参照電位Ｖｒ）を利得変更前の参照電位Ｖｒ１として電圧計３ｄから取得して、内部メモリ（図示せず）に記憶する。
【００６５】
続いて、処理部３ｃは、利得変更処理を実行する（ステップ１０２）。この利得変更処理では、処理部３ｃは、制御信号Ｓ１２を増幅回路２３に出力する。これにより、増幅回路２３は、初期利得Ｇａ０をそのα倍の利得Ｇａ１に変更する。したがって、制御部３ａの利得がα倍され、その結果としてフィードバックループの利得も変更前の利得に対してα倍された利得に変更される。なお、制御部３ａの利得を変更する構成に代えて、電圧生成部３ｂやプローブユニット２の利得を変更する構成とすることもできる。一例として、図１において破線で示すように、処理部３ｃが電圧生成回路２７の利得を変更して電圧測定装置１のフィードバックループの利得を変更するように構成してもよい。さらには、図示はしないが、フィードバック制御部ＦＣ内に増幅回路２３以外の増幅回路を設けてこの増幅回路の利得を変更することで、フィードバックループの利得を変更するようにしてもよい。さらに、可変容量回路１９に出力する駆動信号Ｓ１の電圧値を変更することもできる。
【００６６】
次いで、処理部３ｃは、２回目の電圧取得処理を実行する（ステップ１０３）。この電圧取得処理では、処理部３ｃは、フィードバックループの利得が変更された後の（増幅回路２３の増幅率がＧａ１のときの）参照電位信号Ｓ７の電圧値（参照電位Ｖｒ）を利得変更後の参照電位（高利得時の参照電位）Ｖｒ２として電圧計３ｄから取得して、内部メモリに記憶する。なお、処理部３ｃは、２回目の電圧取得処理の完了後、制御信号Ｓ１２への増幅回路２３の出力を停止することにより、フィードバックループの利得を初期利得Ｇａ０に戻す。
【００６７】
続いて、処理部３ｃは、変化率算出処理を実行する（ステップ１０４）。この変化率算出処理では、処理部３ｃは、内部メモリに記憶されている参照電位Ｖｒ２から参照電位（低利得時の参照電位）Ｖｒ１を減算することにより、差分ΔＶｒ（＝Ｖｒ２−Ｖｒ１）を算出して内部メモリに記憶する。また、この差分ΔＶｒを参照電位Ｖｒ１，Ｖｒ２のうちのいずれか一方（本例では高利得時の参照電位Ｖｒ２）で除算することにより、変化率Ｈ（＝ΔＶｒ／Ｖｒ２。）を算出して内部メモリに記憶する。次いで、処理部３ｃは、良否判別処理を実行する（ステップ１０５）。この良否判別処理では、処理部３ｃは、内部メモリに記憶されている変化率Ｈと基準値Ｄｒとを比較して、変化率Ｈが基準値Ｄｒ以上の（または超える）ときには、変更後のフィードバックループの利得が良好でない（利得が十分でない）と判別し、一方、変化率Ｈが基準値Ｄｒ未満の（または以下の）ときには、変更後のフィードバックループの利得が良好である（利得が十分である）と判別する。また、処理部３ｃは、この判別結果を内部メモリに記憶する。
【００６８】
フィードバック制御においては、フィードバックループの変更の前後での利得が共に十分であるときには、各利得において測定される参照電位Ｖｒ１，Ｖｒ２は共に、測定対象体４の電圧Ｖ１に近い値となる結果、参照電位Ｖｒの変化率Ｈは小さくなる。一方、変更の前後のフィードバックループの各利得が共に良好でないときや、変更後のフィードバックループの利得が十分なものであっても、変更前のフィードバックループの利得が十分なものでないときには、参照電位Ｖｒの変化率Ｈは大きな値となる。このため、例えば、シミュレーションや実験などを行って、予めフィードバックループの利得が良好なときの参照電位Ｖｒ１，Ｖｒ２を算出すると共に、両者から変化率Ｈを求め、この求めた値を基準値Ｄｒとしておくことにより、この基準値Ｄｒと変化率Ｈとの比較によってフィードバックループの利得が良好なものであるか否かを判別可能となる。
【００６９】
続いて、処理部３ｃは、内部メモリに記憶した良否判別処理の結果を基にして、電圧算出処理を実行するか否かを判別し（ステップ１０６）、変更後のフィードバックループの利得が良好であると判別したときに電圧算出処理を実行する（ステップ１０７）。
【００７０】
この電圧算出処理では、処理部３ｃは、まず、内部メモリに記憶されている変化率Ｈと倍率αとから、下記式（１）に基づいて誤差率ｅを算出する。
誤差率ｅ＝Ｈ／（α−１）  ・・・・・・・・・・・・・・・・・  （１）
なお、本例では上記したように、変化率算出処理において、差分ΔＶｒを高利得時の参照電位Ｖｒ２で除算することにより、高利得時の変化率Ｈ（＝ΔＶｒ／Ｖｒ２）を算出しているため、誤差率ｅとして、フィードバックループが高利得時（利得をα倍したとき）の誤差率ｅ２が算出される。
【００７１】
ここで、この式（１）について説明する。図１に示す電圧測定装置１は、図９に示すように、電圧Ｖ１を入力として、出力である参照電位Ｖｒを双方の差分Ｕ（入力に対する出力の誤差でもあるため、以下では「誤差Ｕ」ともいう）がゼロに近づくようにフィードバック制御するモデルとみなすことができる。このため、プローブユニット２、制御部３ａおよび処理部３ｃで構成されるフィードバック制御部ＦＣ全体の変更前の利得をＧとしたときには、下記の式（２），（３）が成り立つ。
Ｕ＝Ｖ１−Ｖｒ１  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・  （２）
Ｖｒ１＝Ｇ×Ｕ    ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・  （３）
また、このとき、入力であるＶ１に対する誤差Ｕの割合を誤差率ｅ１として考えたときに、この誤差率ｅ１は、下記の式（４）で表される。
誤差率ｅ１＝Ｕ／Ｖ１＝１／（１＋Ｇ）  ・・・・・・・・・・・  （４）
【００７２】
一方、利得変更後においては、フィードバック制御部ＦＣ全体の変更後の利得はα×Ｇとなるため、下記の式（５），（６）が成り立つ。
Ｕ＝Ｖ１−Ｖｒ２  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・  （５）
Ｖｒ２＝α×Ｇ×Ｕ    ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・  （６）
また、このとき、入力であるＶ１に対する誤差Ｕの割合を誤差率ｅ２として考えたときに、この誤差率ｅ２は、下記の式（７）で表される。
誤差率ｅ２＝Ｕ／Ｖ１＝１／（１＋α×Ｇ）  ・・・・・・・・・・（７）
【００７３】
次に、両誤差率ｅ１，ｅ２の差をεとすると、εは下記式（８）で表される。
ε＝ｅ１−ｅ２
＝（Ｖ１−Ｖｒ１）／Ｖ１−（Ｖ１−Ｖｒ２）／Ｖ１
＝１／（１＋Ｇ）−１／（１＋α×Ｇ）
＝（α−１）×Ｇ／（１＋（α＋１）×Ｇ＋α×Ｇ２）  ・・・・  （８）  
なお、εは下記式（９）とも表される。
ε＝ｅ１−ｅ２
＝（Ｖ１−Ｖｒ１）／Ｖ１−（Ｖ１−Ｖｒ２）／Ｖ１
＝（−Ｖｒ１＋Ｖｒ２）／Ｖ１
＝ΔＶｒ／Ｖ１    ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・  （９）  
【００７４】
ところで、利得Ｇは通常、百数十〜数百程度の値に設定されて数値１よりも十分に大きい（Ｇ≫１）。また、倍率αも２〜３程度で良いため、Ｇはこの倍率αとの関係においても十分に大きな値となっている。したがって、上記式（８）は下記式（１０）のように近似することができる。
ε≒（α−１）×（１／（１＋α×Ｇ））  ・・・・・・・・・・  （１０）
また、この式（１０）の右式の（１／（１＋α×Ｇ））は、式（７）より誤差率ｅ２であることから、さらに下記式（１１）のように表される。
ε≒（α−１）×ｅ２  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・  （１１）
また、上記のように利得ＧがＧ≫１であるときには、各参照電位Ｖｒ１，Ｖｒ２は電圧Ｖ１と完全には一致しないものの、ほぼ電圧Ｖ１とみなしてよい程度に電圧Ｖ１に接近した値となっているが、利得の変更後（α×Ｇ）の参照電位Ｖｒ２の方が電圧Ｖ１に接近したものとなっていると考えられる。このため、上記式（９）中のＶ１を参照電位Ｖｒ１，Ｖｒ２のうちの高利得時の参照電位（本例では参照電位Ｖｒ２）とすることにより、εは下記式（１２）のように近似することができ、これはステップ１０４において算出した変化率Ｈと一致する。
ε≒ΔＶｒ／Ｖｒ２（＝Ｈ）  ・・・・・・・・・・・・・・・・  （１２）
したがって、上記式（１１），（１２）に基づいて、誤差率ｅ２、すなわち利得を大きくしたときの誤差率ｅは上記式（１）で表される。
【００７５】
最後に、この電圧算出処理では、処理部３ｃは、変化率Ｈと倍率αとに基づいて上記式（１）によって算出した誤差率ｅ（本例ではｅ２）と、測定した参照電位Ｖｒ２を下記式（１３）に代入することにより、電圧Ｖ１を算出すると共に内部メモリに記憶する。これにより、電圧算出処理が完了する。
Ｖ１＝Ｖｒ２／（１−ｅ２）  ・・・・・・・・・・・・・・・・  （１３）
ここで、この式（１３）は、利得変更後、つまり利得を大きくしたときに成り立つ上記式（５），（７）から導出されたものである。したがって、フィードバック制御部ＦＣの利得を変更する前に測定した参照電位Ｖｒ１と、この利得をα倍した後に測定した参照電位Ｖｒ２と、この既知の倍率αとに基づいて、変更の前後におけるフィードバック制御部ＦＣの利得が良好なものであるという条件下において、測定対象体４の電圧Ｖ１を直接的に算出できることが理解される。
【００７６】
ステップ１０７での電圧算出処理が完了したとき、およびステップ１０６での判別において変更後のフィードバックループの利得が良好でないと判別したときには、処理部３ｃは、出力処理を実行する（ステップ１０８）。この出力処理では、処理部３ｃは、電圧算出処理を実行したときには、ステップ１０５において実行した良否判別処理の結果（変更後のフィードバックループの利得が良好である旨の結果）と共に、電圧算出処理の結果（算出した電圧Ｖ１）を示すデータＤ１を出力部３ｅに出力する。この場合、出力部３ｅは、「利得が良好」という文字情報と共に電圧Ｖ１を表示する。一方、処理部３ｃは、電圧算出処理を実行しなかったときには、ステップ１０５において実行した良否判別処理の結果（変更後のフィードバックループの利得が良好でない旨の結果）を示すデータＤ１を出力部３ｅに出力する。この場合、出力部３ｅは、「利得が良好でない」という文字情報を表示する。これにより、１回の電圧測定処理が完了する。
【００７７】
上記したように、処理部３ｃが電圧測定処理１００を短期間で実行する動作を周期的に繰り返すため、フィードバック制御部ＦＣのフィードバックループの利得が良好なときには、出力部３ｅには、フィードバックループの利得が良好である旨を示す上記の文字情報と共に、測定対象体４の電圧Ｖ１が所定の周期で連続的に表示される。これにより、測定対象体４の電圧Ｖ１が直流電圧であっても、また周期的に変化する交流電圧や、不規則に変化する電圧であったとしても、電圧Ｖ１が出力部３ｅに表示される。
【００７８】
一方、フィードバック制御部ＦＣのフィードバックループの利得が良好でないときには、その旨を示す上記文字情報のみが出力部３ｅに継続して表示される。このため、作業者は、フィードバック制御部ＦＣのフィードバックループの利得が好ましくないと判断でき、現在のフィードバックループの利得（つまり測定条件）をより良好なものとすべく（改善すべく）、例えば、プローブユニット２と測定対象体４との位置関係を調整するなどの作業を実施することが可能となる。
【００７９】
このように、この電圧測定装置１、この電圧測定装置１が実行する測定方法およびこの電圧測定装置１が実行するプログラムによれば、フィードバック制御部ＦＣについてのフィードバックループの利得を変更すると共に、変更の前後において測定された２つの参照電位Ｖｒ１，Ｖｒ２の差分ΔＶｒをこの２つの参照電位Ｖｒ１，Ｖｒ２のうちのいずれか一方（本例では参照電位Ｖｒ２）で除算して変化率Ｈ（算出値）を求め、この変化率Ｈが予め決められた基準値Ｄｒ以上のときにフィードバック制御（つまり測定条件）が良好でない（不良である）と判別してその旨を出力し、かつ変化率Ｈが基準値Ｄｒ未満のときにフィードバック制御が良好であると判別してその旨を出力する出力処理を実行することにより、換言すれば、２つの参照電位Ｖｒ１，Ｖｒ２に基づいて電圧測定装置１のフィードバック制御の動作状態の良否を判別してその結果を出力（表示）させることにより、出力される結果に基づいて、フィードバック制御が良好であるか否かを確実に認識することができ、これによって、例えば測定された電圧Ｖ１が信頼性のあるものか否かを認識することができる結果、電圧測定装置１による測定対象体４の電圧測定についての信頼性を確保することができる。
【００８０】
なお、変化率Ｈと基準値Ｄｒとの比較に基づいて、上記のようにフィードバック制御の良否を判別してその旨を出力する構成に代えて、変化率Ｈと基準値Ｄｒとの比較の結果だけを出力する構成とすることもできる。この構成においても、作業者が、変化率Ｈが基準値Ｄｒ以上である旨の出力に基づいてフィードバック制御（つまり測定条件）が良好でない（不良である）と判別でき、また変化率Ｈが基準値Ｄｒ未満である旨の出力に基づいてフィードバック制御が良好であると判別することができ、これによって電圧測定装置１による測定電圧の信頼性を確保することができる。
【００８１】
また、この電圧測定装置１によれば、フィードバック制御の良否結果を表示装置などの出力部３ｅに出力することにより、出力部３ｅにおいてフィードバック制御の良否結果、つまり電圧測定装置１による測定電圧の信頼性を確認することができると共に、電圧測定装置１に他の出力装置を接続する手間を省くことができる。
【００８２】
また、この電圧測定装置１、この電圧測定装置１が実行する測定方法およびこの電圧測定装置１が実行するプログラムによれば、変化率Ｈと、変更前の利得に対する変更後の利得の倍率αと、２つの参照電位Ｖｒ１，Ｖｒ２のうちの高利得時の参照物理量とに基づいて、測定対象体４の電圧Ｖ１を算出することにより、電圧測定装置１による測定対象体４の電圧測定についての信頼性（測定精度）を高めることができる。
【００８３】
さらに、この電圧測定装置１では、測定対象体４の電圧Ｖ１に対応する参照電位Ｖｒを生成する電圧生成部３ｂと、測定対象体４の電圧Ｖ１と参照電位Ｖｒとの間の電位差（差分Ｕ）に応じて振幅が変化する検出信号Ｓ３を出力するプローブユニット２と、検出信号Ｓ３の振幅が減少するように電圧生成部３ｂに対して参照電位Ｖｒを変化させる制御部３ａとを備えてフィードバック制御部ＦＣが構成され、処理部３ｃによって制御部３ａ、電圧生成部３ｂおよびプローブユニット２のうちの少なくとも１つの利得が制御されてフィードバック制御部ＦＣのフィードバックループの利得が変更させられる。したがって、この電圧測定装置１によれば、フィードバック制御部ＦＣのフィードバックループの利得を自動的にしかも短時間で変更できるため、測定対象体４の電圧Ｖ１が変動する場合においても、電圧測定装置１による測定対象体４の電圧測定についての信頼性を確保しつつ電圧Ｖ１をリアルタイムで測定することができる。
【００８４】
また、この電圧測定装置１では、測定対象体４に対向可能な検出電極１２と、検出電極１２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と、電流検出器１５とを備えてプローブユニット２がセンサ部として構成されている。したがって、この電圧測定装置１によれば、検出電極１２をプローブユニット２の表面に配設し、かつ可変容量回路１９および電流検出器１５をプローブユニット２の内部に配設した状態で測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができるため、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設けることなくプローブユニット２を構成することができる。したがって、この電圧測定装置１によれば、この孔を介して異物がプローブユニット２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プローブユニット２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による測定対象体４の電圧測定についての信頼性を確保しつつ装置全体としての信頼性を向上させることができる。
【００８５】
また、この電圧測定装置１によれば、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を含んで可変容量回路１９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、ひいては測定対象体４とケース１１との間の静電容量Ｃ２を周波数ｆ２で変化させることができる。したがって、電圧測定装置１によれば、電流検出器１５〜電圧生成部３ｂ（電圧生成回路２７とトランスＴｒ３）のフィードバックループの応答速度を高速化できるため、参照電位信号Ｓ７（参照電位Ｖｒ）を電圧Ｖ１に正確に追従させることができ、これにより、測定対象体４の電圧Ｖ１を正確に測定することができる結果、電圧測定装置１による測定対象体４の電圧測定についての信頼性を十分に確保することができる。
【００８６】
また、この電圧測定装置１によれば、ブリッジ状に接続された４つの第１電気的要素Ｅ１を備えて可変容量回路１９を構成し、かつ可変容量回路１９がブリッジ回路としての平衡条件を満足するように各第１電気的要素Ｅ１の各インピーダンスを設定したことにより、可変容量回路１９は、その各接続点Ｂ，Ｄ間に駆動信号Ｓ２が印加されているときに、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ため、この電流ｉをプローブユニット２においてより正確に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結果、電圧測定装置１による測定対象体４の電圧測定についての信頼性を十分に確保することができる。
【００８７】
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において、倍率αを「２」としたときには、上記の誤差率ｅ２（すなわち高利得時の誤差率ｅ）は上記式（１）から下記式（１４）のように表される。
ｅ２＝（Ｖｒ２−Ｖｒ１）／Ｖｒ２  ・・・・・・・・・・・・・  （１４）
また、これにより、電圧Ｖ１を算出するための上記式（１３）は、下記式（１５）のように表される。
Ｖ１＝Ｖｒ２／（１−（Ｖｒ２−Ｖｒ１）／Ｖｒ２）
＝Ｖｒ２×（Ｖｒ２／Ｖｒ１）    ・・・・・・・・・・・・  （１５）
【００８８】
一方、上記式（１５）は、参照電位Ｖｒ１，Ｖｒ２のうちの参照電位Ｖｒ２で差分ΔＶｒ（＝Ｖｒ２−Ｖｒ１）を除算して求めた変化率Ｈを使用したものであるが、差分ΔＶｒを参照電位Ｖｒ１で除算した変化率Ｈ（＝ΔＶｒ／Ｖｒ１）を使用することもできる。この場合には、上記の誤差率ｅ２は下記式（１６）のように表され、これにより、電圧Ｖ１を算出するための上記式（１３）は、下記式（１７）のように表される。
ｅ２＝（Ｖｒ２−Ｖｒ１）／Ｖｒ１  ・・・・・・・・・・・・・  （１６）
Ｖ１＝Ｖｒ２／（１−（Ｖｒ２−Ｖｒ１）／Ｖｒ１）
＝Ｖｒ２／（１−（Ｖｒ２／Ｖｒ１−１））
ここで、（Ｖｒ２／Ｖｒ１−１）≪１となるため、電圧Ｖ１は下記式のように近似される。
Ｖ１≒Ｖｒ２×（１＋（Ｖｒ２／Ｖｒ１−１））
＝Ｖｒ２×（Ｖｒ２／Ｖｒ１）  ・・・・・・・・・・・・・  （１７）
【００８９】
このように上記の各式（１５），（１７）から明らかなように、倍率αが「２」のときには、電圧Ｖ１は、（Ｖｒ２／Ｖｒ１）にＶｒ２を乗算することで算出することができる。したがって、上記の電圧測定装置１において、測定した２つの参照物理量Ｖｒ１，Ｖｒ２のうちの高利得時の参照物理量Ｖｒ２を低利得時の参照物理量Ｖｒ１で除算し、この除算によって算出された算出値（Ｖｒ２／Ｖｒ１）と、高利得時の参照物理量Ｖｒ２とに基づいて電圧Ｖ１を算出する構成を採用することもできる。
【００９０】
また、例えば、上記した電圧測定装置１では、フィードバックループの利得を変化させる方式として、電圧測定装置１のフィードバックループ内の信号（アナログ信号Ｓ５や電圧信号Ｓ６など）に対する増幅率を変化させる方式を採用しているが、検出電極１２の測定対象体４に対する有効面積を変化させたり、検出電極１２の測定対象体４に対する結合距離を変化させる方式を採用することもできる。この場合、検出電極１２の測定対象体４に対する有効面積を変化させる構成としては、検出電極１２を複数の電極で構成してこの電極の数を変化させる構成や、検出電極１２の表面に遮蔽部材を配置してこの遮蔽部材によって覆われる検出電極１２の面積（遮蔽面積）を変化させる構成を採用することができる。また、検出電極１２の測定対象体４に対する結合距離を変化させる構成としては、検出電極１２をボールねじなどで駆動する構成を採用することができる。また、上記した電圧測定装置１では、処理部３ｃがフィードバックループの利得を自動的に変化させる構成を採用しているが、作業者がフィードバックループの利得を手動で変更する構成とすることもできる。
【００９１】
また、上記した電圧測定装置１では、図２〜図５に示すように、第１電気的要素Ｅ１１〜Ｅ１４のみ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１０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。
【００９２】
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１１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。
【００９３】
なお、図１０，１１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。
【００９４】
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１２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）。
【００９５】
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、図１３に示すように、破線で囲んだ一対のダイオードを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、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。
【００９６】
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１４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１５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ているが、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１３，１５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。
【００９７】
また、図１６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Ｖ３をプリアンプ１６で検出して検出信号Ｓ３としてプローブユニット２Ａ（センサ部）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Ｖ３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、同図に示すように、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、同図では、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、可変容量回路１９の両端間電圧Ｖ３への駆動信号Ｓ２の影響が排除されるため、この両端間電圧Ｖ３に基づいて本体ユニット３が測定対象体４の電圧Ｖ１に参照電位信号Ｓ７を正確に追従させることができる結果、測定対象体４の電圧Ｖ１を正確に測定することができる。
【００９８】
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、検出電極１２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１，１Ａでは、フィルタ回路２２、増幅回路２３および検波回路２４についてはアナログ信号で作動する回路構成としているが、フィルタ回路２２、増幅回路２３、検波回路２４、極性判定回路２５および処理部３ｃを１つまたは複数のＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）で構成することもできる。
【００９９】
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１０〜図１５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１２〜図１５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。
【０１００】
また、例えば、図１０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１１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。
【０１０１】
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必要がある。
【０１０２】
また、上記した電圧測定装置１，１Ａ等では、電流検出器１５としてトランスＴｒ２を使用しているが、抵抗や共振体を使用し、これらの両端間電圧を電圧Ｖ２としてプリアンプ１６に入力する構成を採用することもできる。
【０１０３】
また、本発明における可変容量回路は、上記のようにダイオードなどを使用した構成に限定されるものではなく、例えば、従来例として説明した特開平６−２４２１６６号公報に開示されている構成、すなわち、圧電音叉と検知電極（本願の検出電極１２に相当する電極）を利用した機械式の構成を採用することもできる。さらには、特開平４−３０５１７１号公報に開示されている構成、すなわち、検出電極および振動体を備えた構成（図示せず）を利用して構成することもできる。この構成の可変容量回路（可変容量機構）では、振動体によって検出電極（検出電極１２とは別の電極）が検出電極１２に対して接離動されることにより、その静電容量Ｃ１、つまり検出電極と検出電極１２との間の静電容量Ｃ１が変化する。また、可変容量回路は、特開平７−２４４１０３号公報に開示されている構成、すなわち、導体セクターおよび検出電極（検出電極１２とは別の電極）を備えた構成（図示せず）を利用して構成することもできる。この構成の可変容量回路（可変容量機構）では、検出電極を検出電極１２に対向させて配設すると共にこの両電極間に導体セクターを配置して、この状態において導体セクターが検出電極１２から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とにより、その静電容量Ｃ１、つまり検出電極１２と検出電極との間の静電容量Ｃ１が変化する。さらに、特開平８−１８１０３８号公報や特開平９−１５３４３６号公報にそれぞれ開示されている可変容量コンデンサ、すなわち、近接して配設した一対の電極の少なくとも一方を弾性変形させることによって両電極間の距離を変化させて静電容量Ｃ１を変化させる可変容量コンデンサ（いずれも図示せず）を可変容量回路として用いることもできる。
【０１０４】
また、上記した電圧測定装置１，１Ａ等は、電圧測定装置単体として構成しても良いし、電流測定装置への適用や、公知の電流測定装置と組み合わせた電力測定装置への適用など、各種の測定装置への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】電圧測定装置１のブロック図である。
【図２】図１の容量変化機能体１３の回路図である。
【図３】図１の容量変化機能体１３の他の回路図である。
【図４】図１の容量変化機能体１３の他の回路図である。
【図５】図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】電圧Ｖ１および参照電位信号Ｓ７の関係を示す波形図である。
【図８】電圧測定処理１００のフローチャートである。
【図９】電圧測定装置１のモデル図である。
【図１０】容量変化機能体１３Ａの回路図である。
【図１１】容量変化機能体１３Ｂの回路図である。
【図１２】容量変化機能体１３Ｃの回路図である。
【図１３】容量変化機能体１３Ｄの回路図である。
【図１４】容量変化機能体１３Ｅの回路図である。
【図１５】容量変化機能体１３Ｆの回路図である。
【図１６】電圧測定装置１Ａのブロック図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１，１Ａ  電圧測定装置
２  プローブユニット（センサ部）
３  本体ユニット
３ａ  制御部
３ｂ  電圧生成部
３ｃ  処理部
３ｄ  電圧計
３ｅ  出力部
４  測定対象体
１１  ケース
１２  検出電極
１４  駆動回路
１５  電流検出器
１９  可変容量回路
１００  利得設定処理
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
Ｔｒ３  トランス
Ｓ３  検出信号
Ｖ１  測定対象体の電圧
Ｖｒ  参照電位
【図１】
0005172356.tif 000002
【図２】
0005172356.tif 000003
【図３】
0005172356.tif 000004
【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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