特許 6985799 測定回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6985799

(24)【登録日】2021年11月30日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】測定回路

(51)【国際特許分類】

   G01D 21/00 20060101AFI20211213BHJP

【ＦＩ】

   G01D21/00 N

   G01D21/00 Q

【請求項の数】15

【外国語出願】

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-20603(P2017-20603)

(22)【出願日】2017年2月7日

(65)【公開番号】特開2017-142248(P2017-142248A)

(43)【公開日】2017年8月17日

【審査請求日】2020年2月7日

(31)【優先権主張番号】16154622.1

(32)【優先日】2016年2月8日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】512240198

【氏名又は名称】メジット ソシエテ アノニム

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】パトリック、ジャン

【審査官】 岩本 太一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２５８５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０４８２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５２１２２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ １／００ − ２１／０２

Ｇ０１Ｈ １／００ − １７／００

Ｇ０１Ｌ ７／００ − ２７／０２

Ｈ０３Ｆ １／００ − ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象（１７）から測定信号を生成するように構成された検出素子（１２）と、補助信号を生成するように構成されたシグナル・インジェクタ（５６）と、第１の信号ライン（３８）を介して前記検出素子（１２）の第１の極（１６）に接続された第１の入力を備えた第１の上流増幅器（５２）、及び第２の信号ライン（３７）を介して前記検出素子（１２）の第２の極（１５）に接続された第１の入力を備えた第２の上流増幅器（５１）を備えた評価回路（４８、７８、８８、９８、１０８、１１８）とを備える測定回路において、前記第１の上流増幅器（５２）は、前記シグナル・インジェクタ（５６）に接続された第２の入力を備え、前記評価回路（４８、７８、８８、９８、１０８、１１８）は、前記シグナル・インジェクタ（５６）に接続された第１の入力と前記第１の上流増幅器（５２）の出力に接続された第２の入力とを有する第１の下流増幅器（５３）を備えることを特徴とする測定回路。

【請求項2】

前記評価回路（４８、７８、８８、９８、１０８、１１８）は、前記第２の上流増幅器（５１）の出力に接続された第１の入力と、前記第１の下流増幅器（５３）の出力に接続された第２の入力とを有する第２の下流増幅器（５４）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の測定回路。

【請求項3】

前記第２の上流増幅器（５１）は、アース又は第２のシグナル・インジェクタに接続された第２の入力を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の測定回路。

【請求項4】

前記第１の上流増幅器（５２）及び前記第２の上流増幅器（５１）のうちの少なくとも１つは、差動増幅器の第１の入力における入力信号と前記差動増幅器の第２の入力における入力信号との間の差を表す出力信号を供給するように構成された前記差動増幅器を備えることを特徴とする、請求項１から３の一項に記載の測定回路。

【請求項5】

前記第１の下流増幅器（５３）は、差動増幅器の第１の入力における入力信号と前記差動増幅器の第２の入力における入力信号との間の差を表す出力信号を供給するように構成された前記差動増幅器を備えることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載の測定回路。

【請求項6】

前記差動増幅器それぞれの前記第１の入力は、反転信号を送り出す反転入力と非反転信号を送り出す非反転入力とのうちの一方に対応し、前記差動増幅器それぞれの前記第２の入力は、前記反転入力と前記非反転入力とのうちの他方に対応し、前記シグナル・インジェクタ（５６）は、前記第１の上流増幅器（５２）とは異なる、前記第１の下流増幅器（５３）における前記反転入力及び非反転入力のうちの一方の入力に接続されることを特徴とする請求項４及び５に記載の測定回路。

【請求項7】

前記測定回路は、前記検出素子（１２）を含む検出ユニット（３９）と、前記評価回路（４８、７８、８８、９８、１０８、１１８）を含む評価ユニット（４９）と、出力端子（３０）とを備え、前記検出ユニット（３９）及び前記評価ユニット（４９）は、前記出力端子（３０）を介して互いに接続可能であることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載の測定回路。

【請求項8】

前記評価回路（４８、７８、８８、９８、１０８、１１８）は、前記シグナル・インジェクタ（５６）によって生成されたテスト信号から、前記検出素子（１２）によって生成された測定信号を分離するロジックが構成された処理ユニット（５５、８５）を備えることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載の測定回路。

【請求項9】

前記評価回路（４８、７８、８８、９８、１０８、１１８）は、前記第１の上流増幅器（５２）、前記第２の上流増幅器（５１）、及び前記第１の下流増幅器（５３）のうちの少なくとも１つの下流で取得された信号から得られた値を評価するロジックが構成されていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項に記載の測定回路。

【請求項10】

前記評価回路（４８、７８、８８、９８、１０８、１１８）は、第１の入力と、第２の入力と、前記第１の入力における入力信号と前記第２の入力における入力信号との和を表す出力信号を供給する出力とを備えた加算増幅器（６７）を備えており、前記第１の入力は、前記第２の上流増幅器（５１）の出力に接続され、前記第２の入力は、前記第１の下流増幅器（５３）の出力に接続されることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項に記載の測定回路。

【請求項11】

前記評価回路（４８、７８、８８、９８、１０８、１１８）は、前記加算増幅器（６７）の下流で取得された信号から得られた値を評価するロジックが構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の測定回路。

【請求項12】

前記評価回路（４８、７８、８８、９８、１０８、１１８）は、前記第２の下流増幅器（５４）の下流で取得された信号から得られた値を、前記加算増幅器（６７）の下流で取得された信号から得られた値と前記第１の上流増幅器（５２）及び第２の上流増幅器（５１）のうちの少なくとも１つの下流で取得された信号から得られた値との組み合わせから得られた値と比較するロジックが構成されていることを特徴とする、請求項１０又は請求項１１に記載の測定回路であって、請求項１０は直接又は間接的に請求項２に従属するところの、測定回路。

【請求項13】

前記第１の信号ライン（３８）及び前記第２の信号ライン（３７）のうちの少なくとも１つは、分離電磁シールド（４３、４４、９３、９４）を少なくとも部分的に備えることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の測定回路。

【請求項14】

前記評価回路は、前記第１の上流増幅器（５２）及び前記第２の上流増幅器（５１）のうちの少なくとも１つの入力の上流で前記第１の信号ライン（３８）及び前記第２の信号ライン（３７）のうちの少なくとも１つに接続される少なくとも１つの静電容量（１０３、１０４）を備えることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか一項に記載の測定回路。

【請求項15】

前記評価回路（４８、７８、８８、９８、１０８、１１８）は、
− 信号が
Ｕ_{ｏｕｔｐｕｔ５２}＝Ｕ_ｖｉｂ＋Ｕ_ｔ＋Ｕ_Ｃ２＋Ｕ_Ｃ３、又はＵ_{ｏｕｔｐｕｔ５２}＝−Ｕ_ｖｉｂ−Ｕ_ｔ−Ｕ_Ｃ２−Ｕ_Ｃ３
に対応する、前記第１の上流増幅器（５２）、
− 信号が
Ｕ_{ｏｕｔｐｕｔ５１}＝−Ｕ_ｖｉｂ−Ｕ_Ｃ３、又はＵ_{ｏｕｔｐｕｔ５１}＝Ｕ_ｖｉｂ＋Ｕ_Ｃ３
に対応する、前記第２の上流増幅器（５１）、及び
− 信号が
Ｕ_{ｏｕｔｐｕｔ５３}＝Ｕ_ｖｉｂ＋Ｕ_Ｃ２＋Ｕ_Ｃ３、又はＵ_{ｏｕｔｐｕｔ５３}＝−Ｕ_ｖｉｂ−Ｕ_Ｃ２−Ｕ_Ｃ３
に対応する、前記第１の下流増幅器（５３）、
のうちの少なくとも１つの下流で取得された前記信号から得られた値を評価するロジックが構成されており、
Ｕ_ｖｉｂは、前記検出素子（１２）によって生成された信号に対応し、Ｕ_ｔは、前記シグナル・インジェクタ（５６）によって生成された信号に対応し、Ｕ_Ｃ２は、前記信号ライン（３７、３８）のうちの一方と前記信号ラインの周囲部との間の静電容量の静電容量値Ｃ２を表す信号に対応し、Ｕ_Ｃ３は、前記第１の信号ライン（３８）と前記第２の信号ライン（３７）との間の静電容量の静電容量値Ｃ３を表す信号に対応することを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか一項に記載の測定回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象から測定信号を生成するように構成された検出素子と、補助信号を生成するように構成されたシグナル・インジェクタと、第１の信号ラインを介して検出素子の第１の極に接続された第１の入力を備えた第１の上流増幅器、及び第２の信号ラインを介して検出素子の第２の極に接続された第１の入力を備えた第２の上流増幅器を備えた評価回路とを備える測定回路に関する。

【背景技術】

【0002】

上記タイプの測定回路は、米国特許第６，４９８，５０１（Ｂ２）号により知られている。この測定回路は、検出素子を測定増幅器及び故障指示信号増幅器に接続する２つの信号ラインの対称配置を備える。測定素子は、これらの増幅器へ対称入力信号を送り出す。測定増幅器は、その入力信号の差を表す測定信号を送り出す。故障指示信号増幅器は、入力信号の和を表す故障指示信号を送り出す。この回路の検出素子は、圧電変換器によって与えられる。

【0003】

シグナル・インジェクタによって生成される補助信号は、さらなるテスト信号注入ラインを介して圧電変換器の端子に注入される。検出回路は、圧電変換器に並列に接続された２つのインジェクション・キャパシタをさらに備える。両インジェクション・キャパシタは、別個のテスト信号注入ラインに接続されており、テスト信号注入ラインを介して信号インジェクション・キャパシタによって補助テスト信号がシグナル・インジェクタの出力から検出回路の中に注入することができるようになっている。次いで、テスト信号は、それぞれの信号ラインを介して注入箇所から評価回路へ送信される。これによって、監視される振動機械の動作中だけでなく、振動機械が停止しているときも、測定回路が測定回路の品質を評価することを可能にする。このようにして、測定回路の常時監視が実現され得る。２つの別個の非対称電荷増幅器上の圧電素子から正電荷及び負電荷を取り入れ、次いで第３の増幅器上で一方を他方から取り去ることによって、２つの主な利点が達成される。１つ目は、高いコモン・モード除去比（ＣＭＲＲ：Ｃｏｍｍｏｎ−Ｍｏｄｅ Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ Ｒａｔｉｏ）であり、２つ目は、低ノイズ・レベルである。

【0004】

しかしながら、これらの有利な特徴にもかかわらず、この回路は、いくつかの不利益を被る。詳細には、上記回路は、検出素子に接続されるテスト信号専用の追加の導体を必要とする。この追加の導体のため、上記回路は、センサを交換せずに、すでに組み込まれた測定チェーンに据え付けることができない。それ以上に、第３のコネクタが、センサ及びケーブルの設計及び製造にさらなる複雑さをもたらし、したがって、コストをより高いものにし、より多くの量の構成部品により回路の信頼性に影響を及ぼす。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第６，４９８，５０１（Ｂ２）号

【特許文献2】米国特許出願第２０１４／０２２５６３４（Ａ１）号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、上述した利点のうちの少なくとも１つを改善するとともに、最初に記載した測定回路にその測定チェーンの改善された信頼できる制御を与え、特に、検出素子で実際の測定を行っている最中の間ずっと、検出素子から届く測定信号の完全性の連続的なテストを可能にすることである。さらなる目的は、測定回路内の測定問題の原因を特定することを可能にすること、特に、信号ライン及び／又は検出素子及び／又は残りの電子構成部品についての別個のテスト能力を可能にすることである。別の目的は、すでに存在する検出素子及び／又はすでに存在する信号ラインの変更が必要とされない、異なる検出ユニット及び／又は評価ユニット、特に、新しいテスト回路及び／又は評価回路に関してアップグレード可能である能力を最初に記載した測定回路に与えること、特に、検出素子及び／又は信号ラインの交換及び／又は変更が必要とされないように測定回路を据え付ける可能性を与えることである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

これらの目的の少なくとも１つは、請求項１に記載の測定回路により達成される。従属請求項は、好ましい実施例を定める。

【0008】

したがって、本発明は、第１の上流増幅器がシグナル・インジェクタに接続された第２の入力を備えることを示唆する。評価回路は、シグナル・インジェクタに接続された第１の入力を有する第１の下流増幅器と、第１の上流増幅器の出力に接続された第２の入力とをさらに備える。したがって、シグナル・インジェクタによって生成された補助信号をシグナル・インジェクタから検出素子へ供給するために追加の信号ライン、詳細には第３の信号ラインは必要とされず、省略可能である。

【0009】

一方、測定回路の信頼性は、特に、検出素子のかなり感度のよい範囲内で、回路の複雑さを減少させることによって、このように改善することができる。より詳細には、航空機のエンジン又は陸上タービンなどの回転機械の監視時に典型的には遭遇するような大変苛酷な環境内で作動するとき、例えばかなり複雑な計算ハードウェア及び／又はソフトウェアが必要とされないそのような環境に対して、より信頼できる及び／又は費用対効果の高い解決策を提供することができる。他方では、詳細には検出素子の範囲内で、補助信号を供給するための追加の信号ラインを省略することによって、回路の複雑さを減少させることで、すでに用いられている測定回路の検出素子及び／若しくは信号ラインを本発明による測定回路にアップグレードすること、並びに／又は本発明による測定回路をすでに運転が行われている測定回路に組み込むことを可能にする。

【0010】

同時に、本発明は、詳細には第１及び第２の上流増幅器並びに下流増幅器の上述の有利な配線を用いることによって、高品質の測定を確実にすることを可能にする。詳細には、本発明は、非常に低いノイズ・レベル及び非常に良好なコモン・モード除去を確実にすることができる。本発明は、信頼できる故障特定を実現することもできる。好ましくは、第１及び第２の上流増幅器と第１の下流増幅器の各出力のうちの少なくとも１つの出力は、故障特定ソースとして用いられる。詳細には、好ましくは、第１の下流増幅器の少なくとも出力は、このために用いられる。より好ましくは、シグナル・インジェクタによって生成される補助信号に応答して実質的に異なる出力信号を発生させるこれらの出力のうちの異なる少なくとも２つは、故障特定ソースとして用いられる。最も好ましくは、それぞれの第１及び第２の上流増幅器並びに第１の下流増幅器の出力は、故障特定ソースとして用いられる。

【0011】

好ましくは、検出素子の極は、検出素子から生成された荷電信号及び／又は検出素子へ導入された荷電信号を収集するように構成されたそれぞれの電極に接続される。好ましくは、検出素子の第１の極は、第１の電極に接続され、検出素子の第２の極は、第２の電極に接続される。好ましくは、電極は、検出素子の極に配置される。好ましくは、電極は、正反対の電荷、より詳細には正電荷及び負電荷を収集するように適合される。詳細には、好ましくは、極の少なくとも１つは、正電荷を収集するように適合された正電極に接続されるとともに、好ましくは、極の少なくとも１つは、負電荷を収集するように適合された負電極に接続される。好ましくは、各電極は、正及び負電極として用いることができる。検出素子の極に接続された電極同士の間の静電容量は、その後検出用静電容量と呼ばれる。

【0012】

好ましくは、第２の上流増幅器は、シグナル・インジェクタに接続されていない第２の入力を備える。第１の好ましい構成によれば、第２の上流増幅器の第２の入力は、アースに接続される。第２の好ましい構成によれば、第２の上流増幅器の第２の入力は、第１の上流増幅器の第２の入力が接続されるシグナル・インジェクタとは異なる第２のシグナル・インジェクタに接続される。好ましくは、第２のシグナル・インジェクタは、第１の上流増幅器の第２の入力に接続されたシグナル・インジェクタによって供給されるテスト信号とは異なる周波数範囲内のテスト信号を供給するように構成されている。このようにして、本発明による故障特定方法は、回路内の異なるシグナル・インジェクタによって生成された少なくとも２つの異なるテスト信号を加えることによって、１つの回路内で有利に再現及び／又は共存することができる。

【0013】

好ましくは、評価回路は、第２の下流増幅器を備える。好ましくは、第２の下流増幅器は、第２の上流増幅器の出力に接続された第１の入力を有する。詳細には、好ましくは、第２の下流増幅器は、シグナル・インジェクタが接続されていない上流増幅器に接続された第１の入力を有する。好ましくは、第２の下流増幅器は、第１の下流増幅器の出力に接続された第２の入力を有する。上述のやり方で第２の下流増幅器を備える回路は、故障検知信頼性をさらに向上させることができる。好ましくは、詳細には、第２の下流増幅器の少なくとも出力は、故障特定ソースとして用いられる。

【0014】

本出願の文脈では、好ましくは、増幅器は、それぞれの入力信号、詳細には電圧を供給できる少なくとも１つの入力と、出力信号、詳細には電圧を入力信号のうちの少なくとも１つから詳細には増幅信号の形態で供給する少なくとも１つの出力とを備えた構成要素として定められる。好ましくは、差動増幅器は、２つの入力、詳細には反転入力及び非反転入力と、２つの入力におけるそれぞれの入力信号の間の差を表す出力信号を供給する出力とを有する増幅器として定められる。好ましくは、それぞれの差動増幅器の第１の入力は、反転信号を送り出す反転入力と非反転信号を送り出す非反転入力との一方に対応する。好ましくは、それぞれの差動増幅器の第２の入力は、反転入力及び非反転入力のうちの他方に対応する。詳細には、好ましくは、反転入力は、入ってくる信号値の加法的逆元を与えるように構成される。好ましくは、非反転入力は、入ってくる信号値に実質的に対応する代数的符号を有する信号値を与えるように構成される。次いで、好ましくは、出力信号は、反転入力及び非反転入力によって与えられるこれらの信号値の和を表す。好ましくは、加算増幅器は、第１の入力及び第２の入力と、第１の入力における入力信号と第２の入力における入力信号との和を表す出力信号を供給する出力とを有する増幅器として定められる。

【0015】

好ましい実施によれば、少なくとも１つの増幅器、詳細には少なくとも１つの差動増幅器は、演算増幅器の入力のうちの少なくとも１つと演算増幅器の出力との間の反作用（ｒｅｔｒｏａｃｔｉｏｎ）が与えられる演算増幅器として設けられる。詳細には、フィードバック抵抗及び／又はフィードバック静電容量並びに／或いは他のフィードバック構成要素は、反作用を与えるために、演算増幅器の入力のうちの少なくとも１つと出力との間に並列接続で設けることができる。したがって、好ましくは、演算増幅器の出力におけるフィードバック信号の強度、詳細にはその２つの入力におけるそれぞれの入力信号の間の差を表す出力信号は、この反作用によって変調される。本実施では、又は別の好ましい実施によれば、少なくとも１つの増幅器、詳細には少なくとも１つの差動増幅器は、増幅器の入力と増幅器の出力との間に実質的に反作用が与えられない非反作用増幅器（ｎｏｎ−ｒｅｔｒｏａｃｔｉｏｎ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）として与えられる。

【0016】

好ましくは、第１の上流増幅器及び第２の上流増幅器のうちの少なくとも１つは、差動増幅器を備える。より好ましくは、第１の上流増幅器及び第２の上流増幅器は、差動増幅器をそれぞれ備える。好ましくは、第１の上流増幅器及び／又は第２の上流増幅器の第１の入力は、それぞれの差動増幅器の反転入力及び非反転入力のうちの一方に対応する。好ましくは、第１の上流増幅器及び／又は第２の上流増幅器の第２の入力は、それぞれの差動増幅器の反転入力及び非反転入力のうちの他方の入力に対応する。好ましい構成によれば、第１の信号ライン及び第２の信号ラインは、それぞれの差動増幅器の反転入力又は非反転入力の対応する入力に接続される。好ましくは、第１の上流増幅器及び第２の上流増幅器のうちの少なくとも１つ又は両上流増幅器の差動増幅器は、出力信号が反作用によって変調される演算増幅器として与えられる。

【0017】

好ましくは、第１の下流増幅器は、差動増幅器を備える。好ましくは、第１の下流増幅器の第１の入力は、差動増幅器の反転入力及び非反転入力のうちの一方に対応する。好ましくは、第１の下流増幅器の第２の入力は、それぞれの差動増幅器の反転入力及び非反転入力のうちの他方の入力に対応する。好ましくは、シグナル・インジェクタは、第１の上流増幅器とは異なる、第１の下流増幅器におけるそれぞれの差動増幅器の反転入力及び非反転入力のうちの一方の入力に接続される。好ましくは、第２の下流増幅器は、差動増幅器を備える。好ましくは、第１の下流増幅器の第１の入力は、差動増幅器の反転入力及び非反転入力のうちの一方に対応する。好ましくは、第１の下流増幅器の第２の入力は、それぞれの差動増幅器の反転入力及び非反転入力のうちの他方の入力に対応する。好ましくは、第２の下流増幅器は、２で除算された、詳細には反転入力及び非反転入力における２つの入力信号の差に実質的に対応する出力における出力信号を与えるように構成される。好ましくは、第１の下流増幅器及び第２の下流増幅器のうちの少なくとも１つ又は両下流増幅器の差動増幅器は、出力信号が反作用によって実質的に変調されない非反作用増幅器として与えられる。

【0018】

好ましい構成によれば、評価回路は、加算増幅器を備える。好ましくは、加算増幅器の第１の入力は、第２の上流増幅器の出力に接続される。好ましくは、加算増幅器の第２の入力は、第１の下流増幅器の出力に接続される。上述のやり方で加算増幅器を備える回路は、故障検知信頼性をさらに向上させることができる及び／又は信号評価の複雑さを減少させる。好ましくは、加算増幅器の少なくとも出力は、故障特定ソースとして用いられる。

【0019】

好ましい構成によれば、評価回路は、好ましくは第１の上流増幅器及び第２の上流増幅器のうちの少なくとも１つの入力、詳細には第１の入力の上流で、第１の信号ライン及び第２の信号ラインのうちの少なくとも１つに接続される少なくとも１つのエントリー静電容量（ｅｎｔｒｙ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を備える。より好ましくは、それぞれのエントリー静電容量は、第１の信号ラインと第２の信号ラインの両方に接続される。好ましくは、エントリー静電容量は、アースに接続される。好ましくは、エントリー静電容量は、実質的にそれぞれの上流増幅器の入力に設けられる。エントリー静電容量は、実質的に回路全体をチェックするために、評価回路から用いることができるのが有利である。詳細には、エントリー静電容量は、別の目的のためにさらに使用されてもよく、詳細には、フィルタなどの測定回路の別の電子構成部品の一部であってもよい。

【0020】

好ましくは、少なくとも１つのフィードバック静電容量は、第１の上流増幅器及び第２の上流増幅器のうちの少なくとも１つに並列に接続される。より好ましくは、それぞれのフィードバック静電容量は、第１の上流増幅器及び第２の上流増幅器に並列に接続される。好ましくは、フィードバック静電容量は、実質的にそれぞれの増幅器の入力における分岐点を発端とし実質的にそれぞれの増幅器の出力における分岐点まで並列に接続される。好ましくは、それぞれの増幅器の入力における分岐点は、第１及び第２の信号ラインのうちの少なくとも１つが接続される入力に位置する。したがって、検出素子から生成される電荷は、それぞれのフィードバック静電容量へ供給され、それぞれの増幅器における電圧を発生させることができる。好ましい構成によれば、それぞれの増幅器の入力における分岐点は、それぞれの差動増幅器の反転入力に位置する。好ましくは、第１の上流増幅器及び第２の上流増幅器に並列に接続されたフィードバック静電容量の値は、ほぼ同一である。このようにして、良好なコモン・モード除去比を実現することができる。

【0021】

好ましくは、測定回路は、検出素子を備えた検出ユニットを備える。好ましくは、測定回路は、評価回路を備えた評価ユニットを備える。好ましくは、測定回路は、出力端子を備える。好ましくは、検出ユニット及び評価ユニットは、出力端子を介して互いに接続される。このようにして、好ましくは、検出ユニットは、評価ユニットから取り外し可能であり、詳細には別の検出ユニットを評価ユニットに接続することによって交換可能である。詳細には、この利点は、シグナル・インジェクタを検出素子に接続するための別個の第３の信号ラインを有しない上述の回路により実現することができる。好ましくは、出力端子は、第１の信号ラインのためのセパレート・コネクタ、及び／又は第２の信号ラインのためのセパレート・コネクタを備える。

【0022】

好ましくは、検出ユニットは、検出素子が内部に配置されるセンサ・ハウジングを備える。好ましくは、検出素子は、その後ハウジング静電容量と呼ばれる静電容量が検出素子の各極とセンサ・ハウジングとの間に設けられるようにセンサ・ハウジング内に配置される。好ましくは、センサ・ハウジングは、アースに接続される。好ましい構成によれば、評価回路は、センサ・ハウジング内に含まれない。これは、検出素子を評価回路に簡単に取り付けること、及び／又は検出素子を評価回路から簡単に除去することを可能にする。しかしながら、評価ユニットの少なくとも一部、例えば第１の上流増幅器及び／又は第２の上流増幅器は、センサ・ハウジング内及び／又は検出素子近くに含まれることも考えられる。

【0023】

好ましい構成によれば、第１の信号ライン及び第２の信号ラインは、少なくとも１つのケーブル、より好ましくは共通ケーブル内に少なくとも部分的に含まれる。好ましくは、ケーブルは、ケーブル・シースを少なくとも部分的に備える。好ましくは、第１の信号ライン及び第２の信号ラインは、その後シース静電容量と呼ばれる静電容量が各信号ラインとケーブル・シースとの間に設けられるようにケーブル内に少なくとも部分的に配置される。好ましくは、第１の信号ライン及び第２の信号ラインは、その後ライン静電容量と呼ばれる静電容量が信号ライン同士の間に設けられるようにケーブル内に少なくとも部分的に配置される。好ましくは、ケーブルは、鉱物絶縁（ＭＩ：ｍｉｎｅｒａｌ ｉｎｓｕｌａｔｅｄ）ケーブル及び／又はケーブル接続を少なくとも部分的に備える。好ましくは、ＭＩケーブル及び／又はケーブル接続は、検出素子、より好ましくはセンサ・ハウジングと出力端子との間に配置される。

【0024】

好ましくは、第１の信号ライン及び第２の信号ラインのうちの少なくとも１つは、分離電磁シールドを少なくとも部分的に備える。好ましくは、ケーブルは、少なくとも１つの信号ラインのための分離電磁シールドを少なくとも部分的に備え、より好ましくは、信号ラインごとに、詳細には、第１の信号ラインのための第１のシールド及び／又は第２の信号ラインのための第２のシールドを少なくとも部分的に備える。好ましくは、信号ラインごとのシールドは、共通ケーブル・シースによって少なくとも部分的に囲まれる。好ましくは、第１のシールド及び／又は第２のシールドは、その後シールド静電容量と呼ばれる静電容量が各シールドとそれぞれの信号ラインとの間に設けられるようにケーブル内に少なくとも部分的に配置される。この場合には、好ましくは、実質的に無視できるほど小さい静電容量が、信号ライン同士の間に及び／又は、シールド同士の間に、及び／又は信号ラインとケーブル・シースとの間に設けられる。好ましくは、ケーブル・シースは、アースに接続される。好ましくは、少なくとも１つのシールドを備えたケーブルは、中低ノイズ（ＭＴＬＮ：ｍｅｄｉｕｍ ｔｏ ｌｏｗ ｎｏｉｓｅ）ケーブルとして少なくとも部分的に設けられる。好ましくは、ＭＴＬＮケーブルは、出力端子と評価ユニットとの間に配置される。代替として又は加えて、ＭＴＬＮケーブルは、検出素子、より好ましくは、センサ・ハウジングと出力端子との間に配置される。

【0025】

好ましい構成によれば、第１の信号ライン及び第２の信号ラインは、少なくとも１つのＭＩケーブル内に部分的に含まれる、及び／又は少なくとも１つのＭＴＬＮケーブル内に部分的に含まれる。好ましくは、検出ユニットは、ＭＩケーブル及び／又はＭＴＬＮケーブルを備える。好ましくは、評価ユニットは、ＭＴＬＮケーブルを備える。例えば、第１の信号ライン及び／又は第２の信号ラインは、ＭＩケーブルだけ又はＭＴＬＮケーブルだけ、或いは異なるケーブル・タイプ又は異なるケーブル・タイプの組み合わせの内に少なくとも部分的に含まれるとも考えられることも理解される。詳細には、別の好ましい構成によれば、第１の信号ライン及び第２の信号ラインが含まれるケーブルが実質的に設けられない。この構成では、好ましくは、検出素子は、評価回路の近くに位置する。詳細には、検出素子及び評価回路は、共通ハウジングによって囲まれてもよく、及び／又は評価回路は、検出素子に実質的に直接接続されてもよい。

【0026】

好ましくは、評価回路は、第１の下流増幅器、第２の下流増幅器、第１の上流増幅器、及び第２の上流増幅器のうちの少なくとも１つの下流で得られた信号、詳細には電圧から得られた値を評価するロジックが構成されている。それぞれの増幅器の下流で得られた前記信号は、それぞれの増幅器の出力から得られた又はそれぞれの増幅器の出力の下流から得られた信号を含むことができる。詳細には、好ましくは、評価回路は、第１の下流増幅器及び第２の下流増幅器のうちの少なくとも１つの出力で又は出力の下流で、信号、詳細には電圧から得られた値を評価するロジックが構成されている。

【0027】

好ましい構成によれば、評価回路は、第１の下流増幅器と第２の下流増幅器の両方の出力又は出力の下流における信号、詳細には電圧から得られた値を評価するロジックが構成されている。好ましい構成によれば、評価回路は、第１の下流増幅器の出力又は出力の下流における信号、詳細には電圧から得られた値と第２の下流増幅器の出力又は出力の下流における信号、詳細には電圧から得られた値とを比較するロジックが構成されている。

【0028】

好ましい構成によれば、評価回路は、加算増幅器の出力又は出力の下流における信号、詳細には電圧から得られた値を評価するロジックが構成されている。好ましい構成によれば、評価回路は、第２の下流増幅器の出力又は出力の下流における信号、詳細には電圧から得られた値と加算増幅器の出力又は出力の下流における並びに前記第１の上流増幅器及び第２の上流増幅器のうちの少なくとも１つの出力又は出力の下流における信号、詳細には電圧から得られた値の組み合わせから得られた値とを比較するロジックが構成されている。

【0029】

好ましくは、評価回路は、事後処理ユニットを備える。好ましくは、第１の上流増幅器、第２の上流増幅器、第１の下流増幅器、第２の下流増幅器、及び加算増幅器のうちの少なくとも１つの出力は、事後処理ユニットに接続される。より好ましくは、第１及び第２の上流増幅器のうちの少なくとも１つの出力及び第１の及び第２の下流増幅器のうちの少なくとも１つの出力は、事後処理ユニットに接続される。好ましくは、事後処理ユニットは、シグナル・インジェクタによって生成されたテスト信号から検出素子によって生成された測定信号を分離するロジックが構成されている。好ましくは、事後処理ユニットは、事後処理ユニットに接続された増幅器の出力からの出力信号を評価するロジックが構成されている。

【0030】

好ましくは、第１の上流増幅器、第２の上流増幅器、第１の下流増幅器、第２の下流増幅器、及び加算増幅器のうちの少なくとも１つの出力信号から評価された値は、第１の信号ライン及び第２の信号ラインのうちの少なくとも１つの検出用静電容量、ライン静電容量、ハウジング静電容量、シース静電容量、シールド静電容量、フィードバック静電容量、及びエントリー静電容量の少なくとも１つ及び／又は組み合わせの変化を示す。

【0031】

好ましくは、第１の上流増幅器、第２の上流増幅器、第１の下流増幅器、第２の下流増幅器、及び加算増幅器のうちの少なくとも１つの出力信号から評価された値は、信号の組み合わせ、詳細には信号の和に関連している。好ましくは、信号は、電圧として与えられる。好ましくは、信号の少なくとも一部は、静電容量、詳細には第１の信号ライン及び第２の信号ラインのうちの少なくとも１つの検出用静電容量、ライン静電容量、ハウジング静電容量、シース静電容量、シールド静電容量、フィードバック静電容量、及びエントリー静電容量のうちの少なくとも１つの静電容量間の電圧降下に関連している。

【0032】

好ましくは、前記増幅器のうちの少なくとも１つの出力又は出力の下流から評価された信号の組み合わせは、検出素子によって生成された信号Ｕ_ｖｉｂを含む。好ましくは、前記増幅器のうちの少なくとも１つの出力又は出力の下流から評価された信号の組み合わせは、シグナル・インジェクタによって生成された信号Ｕ_ｔを含む。好ましくは、増幅器のうちの少なくとも１つの出力又は出力の下流から評価された信号の組み合わせは、第１の信号ラインと第２の信号ラインとの間の静電容量の静電容量値Ｃ３を表す信号Ｕ_Ｃ３を含む。詳細には、静電容量値Ｃ３は、検出用静電容量の静電容量値Ｃ１３及びライン静電容量の静電容量値Ｃ２３、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0033】

好ましくは、前記増幅器のうちの少なくとも１つの出力又は出力の下流から評価された信号の組み合わせは、信号ラインのうちの１つ、詳細には第１の信号ラインとこの信号ラインの周囲部との間に静電容量の静電容量値Ｃ２を表す信号Ｕ_Ｃ２を含む。詳細には、静電容量値Ｃ２は、それぞれの信号ラインのハウジング静電容量の静電容量値Ｃ１２、シース静電容量の静電容量値Ｃ２２、シールド静電容量の静電容量値Ｃ４２のうちの少なくとも１つ、又はこれらの組み合わせを含むことができる。前記増幅器のうちの少なくとも１つの出力又は出力の下流から評価された信号の組み合わせは、信号ラインのうちの１つ、詳細には第２の信号ラインとこの信号ラインの周囲部との間の静電容量の静電容量値Ｃ１を表す信号Ｕ_Ｃ１を含むことができる。詳細には、静電容量値Ｃ１は、それぞれの信号ラインのハウジング静電容量の静電容量値Ｃ１１、シース静電容量の静電容量値Ｃ２１、シールド静電容量の静電容量値Ｃ４１のうちの少なくとも１つ、又はこれらの組み合わせを含むことができる。

【0034】

好ましい構成によれば、評価回路は、
− 信号が
Ｕ_{ｏｕｔｐｕｔ５２}＝Ｕ_ｖｉｂ＋Ｕ_ｔ＋Ｕ_Ｃ２＋Ｕ_Ｃ３、又はＵ_{ｏｕｔｐｕｔ５２}＝−Ｕ_ｖｉｂ−Ｕ_ｔ−Ｕ_Ｃ２−Ｕ_Ｃ３
に対応する、第１の上流増幅器の出力又は出力の下流
− 信号が
Ｕ_{ｏｕｔｐｕｔ５１}＝−Ｕ_ｖｉｂ−Ｕ_Ｃ３、又はＵ_{ｏｕｔｐｕｔ５１}＝Ｕ_ｖｉｂ＋Ｕ_Ｃ３、及び
に対応する、第２の上流増幅器の出力又は出力の下流
− 信号が
Ｕ_{ｏｕｔｐｕｔ５３}＝Ｕ_ｖｉｂ＋Ｕ_Ｃ２＋Ｕ_Ｃ３、又はＵ_{ｏｕｔｐｕｔ５３}＝−Ｕ_ｖｉｂ−Ｕ_Ｃ２−Ｕ_Ｃ３
に対応する、第１の下流増幅器の出力又は出力の下流
のうちの少なくとも１つからの信号から得られた値を評価するロジックが構成されている。好ましくは、評価回路は、これらの出力信号のうちの少なくとも２つ、より好ましくは出力信号のうちの全部から得られた値を評価するロジックが構成されている。

【0035】

好ましくは、フィードバック静電容量のうちの少なくとも１つは、静電容量Ｃ２を表す信号Ｕ_Ｃ２が
Ｕ_Ｃ２＝Ｃ２×Ｕ_ｔ／Ｃ５１
に対応するように第１の上流増幅器に接続され、
ただし、Ｃ５１は、このフィードバック静電容量の値に対応する。好ましくは、静電容量Ｃ３を表す信号Ｕ_Ｃ３は、次いで、
Ｕ_Ｃ３＝Ｃ３×Ｕ_ｔ／Ｃ５１
に対応する。

【0036】

その結果、第１の上流増幅器の出力信号は、

【数1】

に対応することができる。
第２の上流増幅器の出力信号は、

【数2】

に対応することができる。
第１の下流増幅器の出力は、

【数3】

に対応することができる。
また、第２の下流増幅器の出力は、

【数4】

に対応することができる。
これらの出力信号の逆元も考えられることが理解される。

【0037】

好ましくは、評価回路は、詳細には上述の評価に基づいて、以下の故障、すなわち、
− 検出素子の断線
− ケーブル、詳細にはＭＴＬＮケーブルの断線
− 少なくとも１つの増幅器の飽和
− アースへの接続損失、及び
− 詳細にはケーブル接続間のオープン回路
のうちの少なくとも１つを特定するロジックが構成されている。

【0038】

より好ましくは、これらの故障全ては、評価ユニットによって特定可能である。

【0039】

別の好ましい構成では、その中で、評価ユニットは検出素子に実質的に直接接続されてもよく、詳細にはその中で、第１の信号ライン及び第２の信号ラインが含まれるケーブルが実質的に設けられなくてもよく、シース静電容量及び／又はシールド静電容量及び／又はライン静電容量が、回路に実質的に存在しなくてもよい。好ましくは、信号Ｕ_Ｃ３は、検出用静電容量、詳細には検出用静電容量値Ｃ１３を直接表す。好ましくは、信号Ｕ_Ｃ２は、ハウジング静電容量値Ｃ１２を直接表す。好ましくは、信号Ｕ_Ｃ１は、ハウジング静電容量値Ｃ１１を直接表す。詳細には、ライン静電容量値Ｃ２３、シース静電容量値Ｃ２１、Ｃ２２、及びシールド静電容量値Ｃ４１、Ｃ４２は、この場合には存在しない又は無視できるほど小さいものであり得る。多くの他の構成が考えられ、例えば、シース静電容量及び／又はシールド静電容量が実質的に存在しないが、少なくとも１つのライン静電容量、少なくとも１つのハウジング静電容量、及び少なくとも１つの検出用静電容量が回路内に存在することができる構成が考えられることが理解される。

【0040】

上述の測定回路の可能性のある応用分野は、振動センサ、加速度計、圧力センサ、アコースティック・エミッション・センサ、又は同様の検出デバイスを含む。振動センサの場合には、好ましくは、測定対象は、検出素子に動作可能に接続された回転機械又は任意の他の振動構造を備える。詳細には、本発明による測定回路は、振動又は回転のうちの少なくとも１つを検知するために用いられる。測定対象は、例えば航空機のエンジン又はガスタービン又は蒸気タービンなどの陸上タービン或いは任意の他の振動構造によって構成することができる。加速度計の場合には、好ましくは、測定対象検出素子に機械的に結合される震動質量を含む。圧力センサの場合には、好ましくは、測定対象は、例えば膜を介して検出素子に動作可能に接続することができるガス及び／又は液体を含む。アコースティック・エミッション・センサの場合には、好ましくは、測定対象は、検出素子によって検知することができる音波の放出源を含む。好ましくは、回路の検出素子は、圧電変換器によって実現される。好ましくは、変換器は、詳細には測定対象の振動及び／又は回転に対応する荷電信号を与えるそれぞれの極に接続された２つの別個の電極を備える。

【0041】

本発明は、本発明のさらなる特性及び利点を示す図面を参照して、好ましい実施例によって以下でより詳細に説明される。図面、明細書、及び特許請求の範囲は、当業者が別個に考えることも、さらなる適切な組み合わせで使用することもできる組み合わせで多数の特徴を含む。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【図1】第１の実施例による測定回路の概略図である。

【図2】第２の実施例による測定回路の概略図である。

【図3】第３の実施例による測定回路の概略図である。

【図4】第４の実施例による測定回路の概略図である。

【図5】第５の実施例による測定回路の概略図である。

【図6】第６の実施例による測定回路の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0043】

図１には、測定回路１の基本的な実施例が示される。測定回路１は、センサ１０と、鉱物絶縁（ＭＩ）ケーブル接続２０と、出力端子３０と、中から低ノイズ（ＭＴＬＮ）ケーブル４０と、電子測定ユニット５０とを備える。センサ１０は、例えば、任意のタイプの圧電センサであり得る。センサ１０は、センサ・ハウジング１１と、検出素子１２、詳細には圧電検出素子とを備える。検出素子１２は、センサ１０が発生した電荷をピックアップするような働きをそれぞれする正及び負電極が配置される陽極及び陰極１５、１６を備える。検出素子１２は、測定対象１７に動作可能に接続され、測定対象１７からの測定信号に対応する電荷を生成するように構成される。検出ユニット３９は、センサ１０とＭＩケーブル２０とを備える。評価ユニット４９は、ＭＴＬＮケーブル４０と電子測定ユニット５０とを備える。電極１５、１６は、２つの導体１３、１４及びＭＩケーブル２０によって出力端子３０に接続される。検出素子１２の両極１５、１６は、ハウジング１１から絶縁される（検出素子は電気的に浮遊している）。検出素子１２は、値Ｃ１３の内部静電容量１８を有する。導体１３、１４のそれぞれの電線とハウジング１１との間の静電容量２５、２６は、それぞれ値Ｃ１１及びＣ１２を有する。センサ１０は、アース２７に接続される。

【0044】

ＭＩケーブル２０は、センサ１０の導体１３、１４に接続された２つの導体２１、２２を備える。この場合には、それらは、互いから別々にシールドされていない。ＭＩケーブル２０は、電磁シールドの形態でケーブル・シース２８をさらに備える。導体２１、２２とシールド２８との間のそれぞれの静電容量３３、３４は、それぞれ値Ｃ２１及びＣ２２を有する。導体２１、２２の間の静電容量３５は、値Ｃ２３を有する。

【0045】

導体２１、２２は、センサ１０から届くＭＩケーブル２０からＭＴＬＮケーブル４０へ移行する出力端子３０へ導かるそれぞれのラインを形成する。ＭＴＬＮケーブル４０は、出力端子３０から電子測定ユニット５０へ行く。ＭＴＬＮケーブル４０は、互いからシールドされた２つの導体ケーブル４１、４２を備える。各導体４１、４２とそれぞれの電磁シールド４３、４４との間の静電容量４５、４６は、それぞれ値Ｃ４１及びＣ４２を有する。ＭＴＬＮケーブル４０は、導体４１、４２を囲むケーブル・シース４７と、それぞれのシールド４３、４４とをさらに備える。ケーブル・シース４７は、電磁シールドとしても与えられる。シールド４７は、アース３６に接続される。出力端子３０は、ＭＩケーブル２０の導体２１、２２をＭＴＬＮケーブル４０の導体ケーブル４１、４２に接続するそれぞれのコネクタ３１、３２を備える。

【0046】

したがって、センサ１０の第１の導体１４、ＭＩケーブル２０の第１の導体２２、出力端子３０の第１のコネクタ３２、及びＭＴＬＮケーブル４０の第１の導体４２は、互いに接続され、センサ１０の第１の電極１６から電子測定ユニット５０へ導く第１の信号ライン３８を形成する。したがって、センサ１０の第２の導体１３、ＭＩケーブル２０の第２の導体２１、出力端子３０の第２のコネクタ３１、及びＭＴＬＮケーブル４０の第２の導体４１は、互いに接続され、センサ１０の第２の電極１５から電子測定ユニット５０へ導く第２の信号ライン３７を形成する。

【0047】

電子測定ユニット５０は、評価回路４８を備える。評価回路４８は、４つの増幅器５１、５２、５３、５４と、処理ユニット５５とを備える。増幅器は、第１の上流増幅器５２と、第２の上流増幅器５１と、第１の下流増幅器５３と、第２の下流増幅器５４とを備える。第１の上流増幅器５２は、第１の信号ライン３８に接続された第１の入力を備える。第１の上流増幅器５２は、その第１の入力によって供給される反転入力及び第２の入力によって供給される非反転入力を有する差動増幅器である。第２の上流増幅器５１は、第２の信号ライン３７に接続された第１の入力を備える。第２の上流増幅器５１は、その第１の入力によって供給される反転入力及び第２の入力によって供給される非反転入力を有する差動増幅器でもある。

【0048】

シグナル・インジェクタ５６、詳細には信号発生器は、必要とされるテスト信号を供給する。信号発生器５６は、アース６０に接続される。第１の上流増幅器５２の第２の入力は、信号発生器５６に接続される。第２の上流増幅器５２の第２の入力は、アース５９に接続される。第１の下流増幅器５４は、シグナル・インジェクタ５６に接続された第１の入力と、第１の上流増幅器５２の出力に接続された第２の入力とを有する。第２の下流増幅器５４は、第２の上流増幅器５２の出力に接続された第１の入力と、第１の下流増幅器５３の出力に接続された第２の入力とを有する。第１の下流増幅器５３及び第２の下流増幅器５４は、その第１の入力に対応する反転入力と、その第２の入力に対応する非反転入力とを有するそれぞれの差動増幅器によってやはり与えられる。

【0049】

それぞれのフィードバック静電容量５７、５８は、上流増幅器５１、５２に並列で接続される。フィードバック静電容量５７及び５８の値は、それぞれＣ５１及びＣ５２である。良好なコモン・モード除去比を得るために、静電容量Ｃ５１及びＣ５２は、同一であるべきである。４つの増幅器５１、５２、５３、５４の図示した構成は、本発明が実施できるやり方のうちの１つを示す。詳細には、増幅器５１〜５４はそれぞれ、差動増幅器を形成する。上流増幅器５１、５２は、その入力の１つとそれぞれの増幅器５１、５２の出力との間に接続されたフィードバック静電容量５７、５８を介して反作用が生じる演算増幅器をそれぞれ形成する。下流増幅器５３、５４は、それぞれの増幅器５３、５４の入力と出力との間に反作用が与えられない非反作用増幅器をそれぞれ形成する。少なくとも３つの増幅器を使用すると、非常に低いノイズ・レベル及び非常に良好なＣＭＭＲを可能にする。

【0050】

シグナル・インジェクタ５６が生成する補助テスト信号の振幅は、値Ｕ_ｔを有する。Ｕ_ｔは、それが測定用電子機器に過負荷をかけない限り幅広い制限の範囲内で自由に選択することができる。しかしながら、ＢＩＴＥの連続使用の場合、５６により生成される電圧が常にそこにあるので、周波数は測定信号の帯域幅の外側で選択されるべきである。テスト周波数は、選択した周波数が測定にアクティブに使用されない限り、検出素子の帯域幅の範囲内とすることもできる。

【0051】

検出素子１２によって生成された電荷は、値Ｑｖｉｂを有する。生成された電荷は、値Ｃ５１、Ｃ５２を有するフィードバック静電容量５７、５８になり、Ｕｖｉｂ＝Ｑｖｉｂ／Ｃ５１（＝Ｑｖｉｂ／Ｃ５２）の電圧を発生させる。第１の上流増幅器５２、第２の上流増幅器５１、第１の下流増幅器５３、及び第２の下流増幅器５４の出力は、それぞれの出力チャンネル６１、６２、６３、６４を介して事後処理ユニット５５へ接続される。処理ユニット５５は、検出素子１２によって供給された測定信号をシグナル・インジェクタ５６によって供給されたテスト信号から分離し、異なる増幅器５１、５２、５３、５４から取得された出力値を解析する。この解析の結果は、故障の性質及び位置に関しての情報を与える。使用されるメカニズムは、以下に説明する。

【0052】

測定回路１における静電容量の上述した値は、検出用静電容量Ｃ１３のための値、ライン静電容量Ｃ２３の値、ハウジング静電容量Ｃ１１、Ｃ１２の値、シース静電容量Ｃ２１、Ｃ２２の値、シールド静電容量Ｃ４１、Ｃ４２の値、及びフィードバック静電容量Ｃ５１、Ｃ５２の値を含む。

【0053】

測定用電子機器５０から見られる静電容量値は、
Ｃ１＝Ｃ１１＋Ｃ２１＋Ｃ４１
Ｃ２＝Ｃ１２＋Ｃ２２＋Ｃ４２
Ｃ３＝Ｃ１３＋Ｃ２３
である。

【0054】

図１に示した回路では、異なる増幅器５１、５２、５３、５４の出力は、以下の通りである。

【0055】

【数5】

便宜上、
Ｃ_ｚ＝Ｃ３＋Ｃ２／２
と定める。

【0056】

静電容量の値の変動は、測定された出力電圧に直接影響を及ぼすことが理解できる。異なる出力の解析から、健全性チェックは、測定ユニットの様々な構成要素に対して行われ得る。正常状態の下では、テスト周波数の範囲内の出力の値は、校正プロセスにより定められた限度内である。もしシステム全体の中に悪いところが何かある場合、様々な可能性のある故障は、出力で読み取った値について特定可能な結果を有する。Ｃ１、Ｃ２、又はＣ３が変化する場合、テスト信号に対応する出力電圧の成分が変化する。

【0057】

下記は、そのようなシステムについて最もよく生じる故障のいくつかに関して示した上述した回路の故障特定能力のほんのわずかな実例である。

【0058】

【表1】

【0059】

詳細には、これらのステップのいくつかは、正確な校正を必要とし得るが他のものは必要としない。好ましくは、故障箇所を突き止める精密さの量は、エンド・ユーザによって選ぶことができる。さらにより好ましい選択肢では、校正は、故障の正確な位置を検知することを可能にするのにはるかに十分に行われ得る。例えば、Ｃ２について測定された値、Ｃ２−Ｃ４２／２に対応する値は、故障がＭＴＬＮケーブルの中ほどで生じたことを推定するのに使用することができる。これらの選択肢は、測定回路のユーザの好みに任される。便宜上、他の差動増幅器は、直接Ｕ_Ｃ２及び／又はＵ_Ｃ３を選び出すために加えられ、それらを選び出すのに必要とされる計算能力を減少させることができる。

【0060】

図２は、測定回路７１の第２の実施例を示す。図１に示した測定回路１に関する対応する特徴は、同じ参照数字で示される。測定回路７１は、加算増幅器６７が追加されている評価回路７８を備える。加算増幅器６７は、第２の上流増幅器５１の出力に接続された第１の入力と、第１の下流増幅器５３の出力に接続された第２の入力とを有する。加算増幅器６７の出力は、出力チャンネル６５を介して処理ユニット５５に接続される。加算増幅器の出力信号は、Ｕ_Ｃ２に対応する。ユーザが直接アクセスできるよう望むものに応じて、出力としてＵ_Ｃ３の値、又は出力としてＵ_Ｃ２とＵ_Ｃ３の両方の値、又は出力としてＵ_Ｃｚの値を与える対応する組立体も考えられる。

【0061】

図３は、測定回路８１の第３の実施例を示す。図１に示された測定回路１及び図２に示された測定回路７１に関して対応する特徴は、同じ参照数字で示される。測定回路８１は、処理ユニット５５に加えられた追加のロジック構成要素８５を備える。ロジック構成要素８５は、第２の下流増幅器５４の出力における信号から得られた値と加算増幅器６７の出力における及び第２の上流増幅器５１の出力における信号から得られた値の組み合わせから得られた値とを比較するように構成されている。

【0062】

測定回路８１は、図２に示した測定回路７１上へ構築され、電子機器をより正確に確認するための追加のステップを提供することを可能にする。Ｃ３の値を与える第２の上流増幅器５１の出力、Ｃ２の値を与える加算増幅器６７の出力、及びＣｚ＝Ｃ３＋Ｃ２／２の値を与える第１の下流増幅器５３の出力を有すると、Ｃ２及びＣ３について取得された値を用いてＣｚの値を計算し、その結果をチェックすることができる。この結果が異なる場合、電子機器内の問題が特定される。

【0063】

図４は、測定回路９１の第４の実施例を示す。図１に示した測定回路１、図２に示した測定回路７１、及び図３に示し測定回路８１に関して対応する特徴は、同じ参照数字で示される。図１に示した測定回路１と比較すると、追加のシールド９３は、ＭＩケーブル２０の導体２１の周りに設けられ、及び／又は追加のシールド９４は、ＭＩケーブル２０の導体２２の周りに設けられる。また、２つの静電容量９５、９６が加えられ、各静電容量９５、９６は、シース２８をＭＩケーブル２０のそれぞれの導体２１、２２に接続する。静電容量９５、９６は、Ｃ２４及びＣ２５の値をそれぞれ有する。

【0064】

対照的に、測定回路１におけるものと同じ構成が追加のシールド９３及び／又は追加のシールド９４を適用するときに使用される場合、測定回路１はセンサ／ケーブル・システムに故障があるのかなお判定することができるが、測定回路１は、問題が検出素子１２及びそれに接続されたＭＩケーブル２０に由来するのか、又はＭＴＬＮケーブル４０に由来するのか判定できない場合もいくらかある。例えば、出力端子３０の近くの導体２２の端における又は出力端子３０の近くの導体４２の始まりにおける問題は、同じ出力値という結果になり得る。したがって、選択肢は、追加の基準として静電容量９５、９６を追加することである。

【0065】

図５は、測定回路１０１の第５の実施例を示す。図１に示した測定回路１、図２に示した測定回路７１、図３に示した測定回路８１に関して対応する特徴は、同じ参照数字で示され、図４に示した測定回路９１は、同じ参照数字で示される。図１に示した測定回路１と比較すると、測定回路１０１は、２つのエントリー静電容量１０３、１０４が加えられる評価回路１０８を備える。第１のエントリー静電容量１０４は、第１の上流増幅器５２の第１の入力における第１の信号ライン３８に接続される。第２のエントリー静電容量１０３は、第２の上流増幅器５１の第１の入力における第２の信号ライン３７に接続される。各エントリー静電容量１０３、１０４は、アース１０５、１０６に接続される。エントリー静電容量１０３、１０４は、それぞれの値Ｃ５３、Ｃ５４を有する。

【0066】

図６は、測定回路１１１の第６の実施例を示す。図１に示された測定回路１に関して対応する特徴は、同じ参照数字で示される。測定回路１と比較すると、測定回路１１１は、検出素子１２に直接接続される評価回路１１８を備える。詳細には、ケーブルは、センサ１０と電子測定ユニット５０の間に設けられていない。したがって、実質的にライン静電容量、シース静電容量、及びシールド静電容量がこの回路内に存在しない。回路１１１では、したがって、故障特定は、検出用静電容量１８の値Ｃ１３及びハウジング静電容量２５、２６の値Ｃ１１、Ｃ１２を決定及び／又は監視することに純粋に基づき得る。次いで、信号Ｕ_Ｃ３は検出用静電容量値Ｃ１３を直接表し、次いで、信号Ｕ_Ｃ２はハウジング静電容量値Ｃ１２を直接表し、次いで、好ましくは、信号Ｕ_Ｃ１はハウジング静電容量値Ｃ１１を直接表す。詳細には、ライン静電容量値Ｃ２３、シース静電容量値Ｃ２１、Ｃ２２、及びシールド静電容量値Ｃ４１、Ｃ４２は、この場合には存在していない又は無視できるほど小さい。評価回路１１８及び検出素子１２、より詳細にはセンサ１０及び電子測定ユニット５０は、共通ハウジング内に含まれる。

【0067】

電子機器モジュールの問題は、前述の方法を集めた様々なやり方で診断することができる。第２の上流増幅器５１及び第１の下流増幅器５３からＵｔをチェックすること又はＵｖｉｂ値をチェックすることは、それを行うための２つの簡単なやり方である。しかしながら、電子機器全体を素早くチェックするやり方は、図５に見られるように、エントリー静電容量１０３、１０４を加えることである。エントリー静電容量１０３、１０４は、それぞれの電荷増幅器５１、５２のエントリー・ラインに配置された２つのキャパシタである。しばしば、そのようなキャパシタは、フィルタ処理のためにすでに存在する。それらの値Ｃ５３、Ｃ５４を有するこれらのキャパシタ１０３、１０４は、上述した値Ｃ１及びＣ２に加わる追加の成分として出力上に現れる。これらのキャパシタ１０３、１０４も検知することができない場合、問題は、電子機器に直接起因し得る。

【0068】

上述した測定回路は、参照により本明細書に含まれる米国特許第６，４９８，５０１（Ｂ２）号及び米国特許出願第２０１４／０２２５６３４（Ａ１）号に開示された測定回路のさらなる発展を表し、上記米国特許及び米国特許出願に開示された任意の他の構成要素及び／又は構成及び／又は応用例を含むことができる。

【0069】

前述の説明から、特許請求の範囲によってのみ定められる本発明の保護範囲を逸脱することなく、本発明による測定回路の多数の変更例は、当業者には明らかである。

【符号の説明】

【0070】

１ 測定回路
１０ センサ
１１ センサ・ハウジング、ハウジング
１２ 検出素子
１３ 導体、第２の導体
１４ 導体、第１の導体
１５ 陰極、電極、極、第２の電極
１６ 陰極、電極、極、第１の電極
１７ 測定対象
１８ 内部静電容量
２０ 鉱物絶縁（ＭＩ）ケーブル接続、ＭＩケーブル
２１ 導体、第２の導体
２２ 導体、第１の導体
２５ 静電容量
２６ 静電容量
２８ ケーブル・シース、シールド、シース
３０ 出力端子
３１ コネクタ、第１のコネクタ、第２のコネクタ
３２ コネクタ
３３ 静電容量
３４ 静電容量
３５ 静電容量
３６ アース
３７ 第２の信号ライン
３８ 第１の信号ライン
３９ 検出ユニット
４０ 中から低ノイズ（ＭＴＬＮ）ケーブル、ＭＴＬＮケーブル
４１ 導体ケーブル、導体、第２の導体
４２ 導体ケーブル、導体、第１の導体
４３ 電磁シールド、シールド
４４ 電磁シールド、シールド
４５ 静電容量
４６ 静電容量
４７ ケーブル・シース、シールド
４８ 評価回路
４９ 評価ユニット
５０ 電子測定ユニット
５１ 増幅器、第２の上流増幅器、上流増幅器
５２ 増幅器、第１の上流増幅器、第２の上流増幅器、上流増幅器
５３ 増幅器、第１の下流増幅器、下流増幅器
５４ 増幅器、第２の下流増幅器、第１の下流増幅器、下流増幅器
５５ 処理ユニット
５６ シグナル・インジェクタ、信号発生器
５７ フィードバック静電容量
５８ フィードバック静電容量
５９ アース
６１ 出力チャンネル
６２ 出力チャンネル
６３ 出力チャンネル
６４ 出力チャンネル
６５ 出力チャンネル
６８ 加算増幅器
７１ 測定回路
７８ 評価回路
８２ 測定回路
８５ 追加のロジック構成要素、ロジック構成要素
９１ 測定回路
９３ 追加のシールド
９４ 追加のシールド
９５ 静電容量
９６ 静電容量
１０１ 測定回路
１０３ エントリー静電容量、第２のエントリー静電容量、キャパシタ
１０４ エントリー静電容量、第１のエントリー静電容量、キャパシタ
１０５ アース
１０６ アース
１０８ 評価回路
１１１ 測定回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】