(57)【要約】【課題】測定対象体に供給する測定信号の周波数を変化させたときにも、測定対象体を流れる電流の値を正確かつ容易に検出し得る電流検出装置を提供する。【解決手段】測定用交流信号Ｓ１の周波数を可変可能な発振器２１と、測定用交流信号Ｓ１の印加時において測定対象体ＤＵＴを流れる電流Ｉ１を電流−電圧変換する増幅回路２２とを備え、増幅回路２２は、電流−電圧変換の変換利得決定用の帰還インピーダンスがコンデンサ２２ｂ〜２２ｅで構成されている。【選択図】図１
2007121125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定用交流信号の周波数を可変可能な交流信号供給部と、前記測定用交流信号の印加時において測定対象体を流れる電流を電流−電圧変換する増幅回路とを備え、
前記増幅回路は、前記電流−電圧変換の変換利得決定用の帰還インピーダンスがコンデンサで構成されている電流検出装置。
【請求項２】
前記増幅回路は、前記コンデンサを複数備え、当該複数のコンデンサは、その静電容量が互いに異なりかついずれか１つ以上が前記帰還インピーダンスとして切り換え接続可能に配設されている請求項１記載の電流検出装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の電流検出装置と、前記測定対象体の両端間電圧を検出する電圧検出部とを備え、
前記測定用交流信号の前記周波数、前記電流検出装置の前記増幅回路によって電流−電圧変換された電圧の波形、および前記電圧検出部によって検出される前記両端間電圧の波形に基づいて当該測定対象体の静電容量を測定する静電容量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象体を流れる電流を検出する電流検出装置および測定対象体の静電容量を測定する静電容量測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の電流検出装置として、出願人は、ＬＣＲメータに適用される電流−電圧変換回路を実開平５−４０８８８号公報に開示している。この電流−電圧変換回路は、所定周波数の測定用交流信号を発生する測定用交流信号発生手段と、複数の切換え可能な電流検出抵抗を有する演算増幅器とを備えて構成されている。この演算増幅器では、ＬＣＲメータの抵抗測定レンジに対応して選択される第１の電流検出抵抗と、インダクタンス測定レンジに対応して選択される第２の電流検出抵抗と、静電容量測定レンジに対応して選択される第３の電流検出抵抗とが設けられていて、各測定レンジのフルスケール時における演算増幅器の出力電圧がほぼ一定となるように構成されている。この場合、この演算増幅器の入力端子と測定用交流信号発生手段との間に測定試料を接続すると共に測定試料に所定周波数の測定用交流信号を供給することにより、測定試料に流れる電流に対応する出力電圧が演算増幅器の出力側に出力される。
【特許文献１】実開平５−４０８８８号公報（第４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上記の電流−電圧変換回路には、以下の解決すべき課題がある。すなわち、この電流−電圧変換回路では、演算増幅器に電流検出抵抗が接続されている。このため、例えば、測定用交流信号の周波数を変化させることによって測定試料の静電容量がどのように変化するか（静電容量の周波数依存性）を検査するために、測定用交流信号の周波数を変化させつつ測定試料に流れる電流を測定するときには、測定用交流信号の周波数によって測定試料のインピーダンスが変化するのに対して、その周波数の変化に拘わらず電流検出抵抗のインピーダンスが一定のため、演算増幅器の電流−電圧変換の変換利得が測定用交流信号の周波数に応じて変化することとなる。したがって、測定用交流信号の周波数を変化させたとしても変換利得を一定に維持して電流を正確に測定するためには、電流検出用の抵抗を切り換えなければならない結果、電流検出の作業が煩雑となるという改善すべき課題が存在する。
【０００４】
本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、測定対象体に供給する測定用交流信号の周波数を変化させたときにも、測定対象体を流れる電流の値を正確かつ容易に検出し得る電流検出装置および測定対象体の静電容量を正確かつ容易に測定し得る静電容量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】
【０００５】
上記目的を達成すべく請求項１記載の電流検出装置は、測定用交流信号の周波数を可変可能な交流信号供給部と、前記測定用交流信号の印加時において測定対象体を流れる電流を電流−電圧変換する増幅回路とを備え、前記増幅回路は、前記電流−電圧変換の変換利得決定用の帰還インピーダンスがコンデンサで構成されている。
【０００６】
また、請求項２記載の電流検出装置は、請求項１記載の電流検出装置において、前記増幅回路は、前記コンデンサを複数備え、当該複数のコンデンサは、その静電容量が互いに異なりかついずれか１つ以上が前記帰還インピーダンスとして切り換え接続可能に配設されている。
【０００７】
また、請求項３記載の静電容量測定装置は、請求項１または２記載の電流検出装置と、前記測定対象体の両端間電圧を検出する電圧検出部とを備え、前記測定用交流信号の前記周波数、前記電流検出装置の前記増幅回路によって電流−電圧変換された電圧の波形、および前記電圧検出部によって検出される前記両端間電圧の波形に基づいて当該測定対象体の静電容量を測定する。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の電流検出装置によれば、測定対象体に供給する測定用交流信号の周波数を可変可能に構成された交流信号供給部と、電流−電圧変換の変換利得決定用の帰還インピーダンスがコンデンサで構成された増幅回路とを備えて構成したことにより、測定用交流信号の周波数を変化させたときに、測定対象体としての例えばコンデンサのインピーダンスと、増幅器の帰還インピーダンスを形成するコンデンサのいずれかのインピーダンスとを同等に変化させることができる。したがって、帰還インピーダンスを抵抗で形成する従来の電流−電圧変換回路とは異なり、測定用交流信号の周波数を変化させたとしても増幅回路の変換利得を一定に維持することができるため、検出した電流の電流値を示す出力信号の電圧値が例えば後段に接続されるＡ／Ｄコンバータの入力レンジをオーバーフローする事態を回避することができる。このため、電流検出用のコンデンサの切り換え操作が不要となる結果、測定対象体を流れる電流の周波数毎の電流値を確実かつ容易に検出することができる。
【０００９】
請求項２記載の電流検出装置によれば、静電容量が互いに異なりかついずれか１つ以上が増幅器の帰還インピーダンスとして切り換え接続可能に複数のコンデンサを配設したことにより、測定対象体としての例えばコンデンサの静電容量に応じて適切な静電容量のコンデンサに切り換えることができる。したがって、測定対象体の静電容量が広範囲に亘るときであっても、コンデンサを切り換えることにより、その静電容量に流れる電流の電流値を確実に検出することができる。
【００１０】
請求項３記載の静電容量測定装置によれば、請求項１または２記載の電流検出装置と、測定対象体としての例えばコンデンサの両端間電圧の電圧値を検出する電圧検出部とを備え、測定用交流信号の周波数、電流検出装置の増幅回路によって電流−電圧変換された電圧の波形、および電圧検出部によって検出される両端間電圧の波形に基づいて測定対象体の静電容量を測定することにより、測定対象体を流れる電流の周波数毎の電流値を確実かつ容易に検出することができる結果、周波数毎の測定対象体の静電容量を正確かつ容易に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る電流検出装置および静電容量測定装置の最良の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１２】
最初に、静電容量測定装置１の構成について、図面を参照して説明する。
【００１３】
静電容量測定装置１は、図１に示すように、電流検出回路２、電圧検出部３、２つのＡ／Ｄコンバータ４，５、制御部６、記憶部７、操作部８および表示部９を備え、測定対象体ＤＵＴとしての例えばコンデンサの静電容量Ｃｄを測定可能に構成されている。電流検出回路２は、本発明における電流検出装置を構成し、本発明における交流信号供給部としての発振器２１、および増幅回路２２を備え、発振器２１および増幅回路２２の間に測定対象体ＤＵＴを接続可能に構成されている。この場合、電流検出回路２は、接続された測定対象体ＤＵＴに流れる電流Ｉ１の電流値を検出する。発振器２１は、定電圧源であって、測定対象体ＤＵＴに供給する測定用交流信号Ｓ１の周波数ｆを所定の範囲内（例えば、１ｋＨｚ〜１ＭＨｚ）で可変可能に構成されている。一方、増幅回路２２は、演算増幅器２２ａ、４つのコンデンサ２２ｂ〜２２ｅ、４つのアナログスイッチ２２ｆ〜２２ｉ、抵抗２２ｊおよびバッファ２２ｋを備えて構成されている。また、増幅回路２２は、測定対象体ＤＵＴを流れる電流Ｉ１を電流−電圧（Ｉ／Ｖ）変換して、その電流値に電圧値が比例する出力信号Ｓ２を生成してＡ／Ｄコンバータ５に出力する。
【００１４】
演算増幅器２２ａは、測定対象体ＤＵＴが反転入力端子（本発明における増幅回路の入力部側）に接続されている。コンデンサ２２ｂ〜２２ｅは、いずれか１つが演算増幅器２２ａの帰還路において増幅回路２２による電流−電圧変換の変換利得決定用の帰還インピーダンスとして切り換え接続可能に配設されている。具体的には、各コンデンサ２２ｂ〜２２ｅは、それぞれに直列に接続されたアナログスイッチ２２ｆ〜２２ｉのいずれかが制御部６によってオン状態に制御されることで、測定対象体ＤＵＴの静電容量Ｃｄに応じて切り換えられる。この場合、コンデンサ２２ｂ〜２２ｅのいずれかが、演算増幅器２２ａの反転入力端子と出力端子との間に接続されて演算増幅器２２ａの帰還インピーダンスを形成する。また、コンデンサ２２ｂ〜２２ｅは、その静電容量が互いに異なり、例えば、コンデンサ２２ｂは、静電容量Ｃｄが１０ｐＦ以上１００ｐＦ未満程度の測定対象体ＤＵＴが接続されたときに、後段に接続されているＡ／Ｄコンバータ５の入力レンジに対して適当な電圧値の出力信号Ｓ２となるように、その静電容量Ｃが例えば１００ｐＦに設定されている。同様にして、コンデンサ２２ｃは、１００ｐＦ以上１ｎＦ未満程度の測定対象体ＤＵＴ用としてその静電容量Ｃが例えば１ｎＦに設定され、コンデンサ２２ｄは、１ｎＦ以上１０ｎＦ未満程度の測定対象体ＤＵＴ用としてその静電容量Ｃが例えば１０ｎＦに設定され、コンデンサ２２ｅは、１０ｎＦ以上１００ｎＦ未満程度の測定対象体ＤＵＴ用としてその静電容量Ｃ例えば１００ｎＦに設定されている。
【００１５】
アナログスイッチ２２ｆ〜２２ｉは、制御部６から出力される制御信号Ｓ３に従い、いずれかが選択的にオン状態に制御されて、演算増幅器２２ａの帰還インピーダンスを形成するコンデンサ２２ｂ〜２２ｅを切り換える。抵抗２２ｊは、直流成分を帰還して電流検出回路２を安定動作させるために演算増幅器２２ａの反転入力端子と出力端子との間に接続されており、コンデンサ２２ｂに対してインピーダンスが十分に高い抵抗であって、各電気素子２２ｂ〜２２ｅ，２２ｆ〜２２ｉと共に演算増幅器２２ａの帰還インピーダンスを形成する。バッファ２２ｋは、演算増幅器２２ａを理想オペアンプとして用いるために演算増幅器２２ａの出力側に接続されており、演算増幅器２２ａから出力される信号を所定の増幅率で緩衝増幅する。
【００１６】
電圧検出部３は、測定対象体ＤＵＴの両端間電圧の電圧値を検出して、その電圧値を示す出力信号Ｓ４をＡ／Ｄコンバータ４に出力する。Ａ／Ｄコンバータ４は、電圧検出部３から出力される出力信号Ｓ４をアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換することによって生成したデジタル信号Ｓ５を制御部６に出力する。一方、Ａ／Ｄコンバータ５は、増幅回路２２から出力される出力信号Ｓ２をＡ／Ｄ変換することによって生成したデジタル信号Ｓ６を制御部６に出力する。
【００１７】
制御部６は、測定用交流信号Ｓ１の周波数ｆ、デジタル信号Ｓ５で特定される電圧の波形（本発明における両端間電圧の波形）、およびデジタル信号Ｓ６で特定される電流の波形（本発明における電流−電圧変換された電圧の波形）に基づいて測定対象体ＤＵＴの静電容量Ｃｄを算出する。また、制御部６は、周波数ｆ毎の測定対象体ＤＵＴの静電容量Ｃｄを算出して、その静電容量Ｃｄを示す測定データＤｃを周波数ｆ毎に記憶部７に対して記憶させる。記憶部７は、制御部６の制御に従い、デジタル信号Ｓ５，Ｓ６および周波数ｆ毎の測定データＤｃを記憶する。操作部８は、使用者によって操作された操作内容に応じた指示信号Ｓ７を制御部６に出力する。表示部９は、制御部６の制御に従い、図２に示すように、周波数ｆの測定データＤｃを表示する。
【００１８】
次に、静電容量測定装置１を用いた測定対象体ＤＵＴの静電容量Ｃｄの測定方法について、図面を参照して説明する。
【００１９】
最初に、発振器２１および増幅回路２２の間に測定対象体ＤＵＴを接続する。次いで、例えば測定対象体ＤＵＴの静電容量Ｃｄが１００ｐＦ以上１ｎＦ未満の範囲内であると予め分かっているときには、操作部８を操作して指示信号Ｓ７を制御部６に対して出力させることにより、増幅回路２２に対して制御信号Ｓ３を出力させる。この際に、増幅回路２２では、アナログスイッチ２２ｇがオン状態に制御されて、１ｎＦのコンデンサ２２ｃおよび抵抗２２ｊの並列回路で演算増幅器２２ａの帰還インピーダンスが形成される。この場合、測定対象体ＤＵＴおよび増幅回路２２で構成される増幅回路の増幅率（電流−電圧変換の変換利得）は、測定対象体ＤＵＴのインピーダンスとコンデンサ２２ｃのインピーダンス（正確には、リアクタンス）との比で規定される。
【００２０】
次いで、制御部６は、制御信号Ｓ８を出力して、発振器２１に対して、測定用交流信号Ｓ１の周波数ｆを例えば１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲で変化させる。この際に、制御部６は、測定用交流信号Ｓ１の周波数ｆを連続的に変化させつつ、各周波数ｆにおける測定対象体ＤＵＴの静電容量Ｃｄの算出処理を繰り返し実行する。具体的に、所定の周波数（一例として１０ｋＨｚ）ｆの測定用交流信号Ｓ１を測定対象体ＤＵＴに供給したときの静電容量Ｃｄの算出処理について説明する。この処理では、まず、発振器２１が、その周波数ｆの測定用交流信号Ｓ１を測定対象体ＤＵＴに供給する。この際に、増幅回路２２が、測定対象体ＤＵＴを流れる電流Ｉ１をＩ／Ｖ変換して、その電流値を示す出力信号Ｓ２をＡ／Ｄコンバータ５に出力する。次いで、Ａ／Ｄコンバータ５は、出力信号Ｓ２をＡ／Ｄ変換して生成したデジタル信号Ｓ６を制御部６に出力する。続いて、制御部６は、少なくとも測定用交流信号Ｓ１の１周期分のデジタル信号Ｓ６を記憶部７に記憶させる。一方、電圧検出部３は、測定対象体ＤＵＴの両端間電圧の電圧値を示す出力信号Ｓ４をＡ／Ｄコンバータ４に出力する。この際に、Ａ／Ｄコンバータ４は、出力信号Ｓ４をＡ／Ｄ変換して生成したデジタル信号Ｓ５を制御部６に出力する。続いて、制御部６は、少なくとも測定用交流信号Ｓ１の１周期分のデジタル信号Ｓ５を記憶部７に記憶させる。
【００２１】
この後、制御部６は、測定用交流信号Ｓ１の周波数ｆ、デジタル信号Ｓ５で特定される電圧の波形（つまり測定対象体ＤＵＴの両端間電圧の電圧波形）、およびデジタル信号Ｓ６で特定される電流の波形（つまり測定対象体ＤＵＴに流れる電流Ｉ１の電流波形）に基づき、その周波数ｆにおける測定対象体ＤＵＴの静電容量Ｃｄを算出する。具体的には、制御部６は、記憶部７に記憶させた測定用交流信号Ｓ１の１周期分のデジタル信号Ｓ５で特定される電圧波形と、記憶部７に記憶させた測定用交流信号Ｓ１の１周期分のデジタル信号Ｓ６で特定される電流波形との間の位相差を算出し、次いで、１周期分の電圧波形から算出した電圧の実効値と、１周期分の電流波形から算出した電流の実効値とに基づいて測定対象体ＤＵＴのインピーダンスを算出する。次に、制御部６は、算出した位相差、算出したインピーダンス、および測定用交流信号Ｓ１の周波数ｆに基づいて測定対象体ＤＵＴの静電容量Ｃｄを算出する。続いて、制御部６は、測定用交流信号Ｓ１の周波数ｆを連続的に増加させつつ、周波数ｆ毎の測定対象体ＤＵＴの静電容量Ｃｄを算出すると共に、周波数ｆ毎の静電容量Ｃを示す測定データＤｃを記憶部７に記憶させる。なお、測定用交流信号Ｓ１の周波数ｆを増加させたときには、測定対象体ＤＵＴのインピーダンスは周波数ｆの変化に伴って減少するものの、コンデンサ２２ｃのインピーダンスも同等に減少する。したがって、測定用交流信号Ｓ１の周波数ｆを変化させたとしても、測定対象体ＤＵＴおよび増幅回路２２で構成される増幅回路の電流−電圧変換の変換利得の変化が十分に抑えられて、その変換利得がほぼ一定となる。このため、静電容量Ｃｄの算出処理中において出力信号Ｓ２の電圧値がＡ／Ｄコンバータ５の入力レンジをオーバーフローする事態が回避される。続いて、上記した範囲の周波数ｆについての静電容量Ｃｄの算出が終了した後に、制御部６は、図２に示すように、測定対象体ＤＵＴの静電容量Ｃｄの周波数依存性を検査するために用いられる周波数ｆ毎の静電容量Ｃｄの値を表示部９に表示させる。
【００２２】
このように、この電流検出回路２によれば、測定対象体ＤＵＴとしての例えばコンデンサに供給する測定用交流信号Ｓ１の周波数ｆを可変可能に構成された発振器２１と、電流−電圧変換の変換利得決定用の帰還インピーダンスがコンデンサ２２ｂ〜２２ｅで構成された増幅回路２２とを備えて構成したことにより、測定用交流信号Ｓ１の周波数ｆを変化させたときに、測定対象体ＤＵＴのインピーダンスと、演算増幅器２２ａの帰還インピーダンスを形成するコンデンサ２２ｂ〜２２ｅのいずれかのインピーダンスとを同等に変化させることができる。したがって、帰還インピーダンスを抵抗で形成する従来の電流−電圧変換回路とは異なり、測定用交流信号Ｓ１の周波数ｆを変化させたとしても増幅回路２２の変換利得を一定に維持することができるため、周波数ｆの変化に伴って出力信号Ｓ２の電圧値がＡ／Ｄコンバータ５の入力レンジをオーバーフローする事態を回避することができる。このため、この電流検出回路２によれば、電流検出用のコンデンサ２２ｂ〜２２ｅの切り換え操作が不要となる結果、測定対象体ＤＵＴを流れる電流Ｉ１の周波数ｆ毎の電流値を確実かつ容易に検出することができる。したがって、この静電容量測定装置１によれば、電流検出回路２と、測定対象体ＤＵＴの両端間電圧の電圧値を検出する電圧検出部３とを備え、測定用交流信号Ｓ１の周波数ｆ、デジタル信号Ｓ５で特定される電圧の波形、およびデジタル信号Ｓ６で特定される電流の波形に基づいて測定対象体ＤＵＴの静電容量Ｃｄを算出することにより、測定対象体ＤＵＴを流れる電流Ｉ１の周波数ｆ毎の電流値を確実かつ容易に検出することができる結果、周波数ｆ毎の測定対象体ＤＵＴの静電容量Ｃｄを正確かつ容易に測定することができる。
【００２３】
また、この静電容量測定装置１によれば、静電容量Ｃが互いに異なりかついずれか１つが演算増幅器２２ａの帰還インピーダンスとして切り換え接続可能にコンデンサ２２ｂ〜２２ｅを配設したことにより、測定対象体ＤＵＴとしての例えばコンデンサの静電容量Ｃｄに応じて適切な静電容量Ｃのコンデンサ２２ｂ〜２２ｅに切り換えることができる。したがって、測定対象体ＤＵＴの静電容量Ｃｄが広範囲に亘るときであっても、コンデンサ２２ｂ〜２２ｅを切り換えることにより、その静電容量Ｃｄを確実に測定することができる。
【００２４】
なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、上記の構成では、４つのコンデンサ２２ｂ〜２２ｅのいずれかで演算増幅器２２ａの帰還インピーダンスを形成する構成について説明したが、これに限定されない。例えば、１つのコンデンサで演算増幅器２２ａの帰還インピーダンスを形成してもよい。また、４つ以外の複数（２つ、３つまたは５つ以上）のコンデンサを切り換え可能に接続すると共に、それらのコンデンサのいずれかで演算増幅器２２ａの帰還インピーダンスを形成させてもよい。さらに、複数のコンデンサを切り換え可能に接続する構成において、２つ以上のコンデンサを切り換えて並列接続してもよいのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】静電容量測定装置１の構成図である。
【図２】測定対象体ＤＵＴの静電容量の周波数特性を示す表示画面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  静電容量測定装置
２  電流検出回路
３  電圧検出部
４，５  Ａ／Ｄコンバータ
６  制御部
７  記憶部
８  操作部
９  表示部
２１  発振器
２２  増幅回路
２２ａ  演算増幅器
２２ｂ〜２２ｅ  コンデンサ
２２ｆ〜２２ｉ  アナログスイッチ
Ｃ，Ｃｄ  静電容量
ＤＵＴ  測定対象体
Ｉ１  電流
ｆ  周波数
Ｓ１  測定用交流信号
【図１】
2007121125.tif 000003
【図２】
2007121125.tif 000004