特開 2022-81299 測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022081299

(43)【公開日】2022-05-31

(54)【発明の名称】測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 27/26 20060101AFI20220524BHJP

【ＦＩ】

G01R27/26 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020192748

(22)【出願日】2020-11-19

(71)【出願人】

【識別番号】000227180

【氏名又は名称】日置電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(74)【代理人】

【識別番号】100194858

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 久子

(72)【発明者】

【氏名】西島 克俊

【テーマコード（参考）】

2G028

【Ｆターム（参考）】

2G028AA01

2G028CG07

2G028DH04

2G028DH05

2G028DH11

2G028FK01

2G028GL03

(57)【要約】

【課題】広い範囲の静電容量値を感度良く検出することができる測定装置を提供すること。
【解決手段】互いに異なる周波数でＮ個（Ｎは２以上の自然数）の検出用交流信号を生成する交流信号生成部（１）と、前記Ｎ個の検出用交流信号を重畳する重畳部（４）と、前記重畳した検出用交流信号を被測定対象物（７）へと出力し、前記検出用交流信号が印加された被測定対象物（７）が出力する測定用交流信号に対して、前記Ｎ個の異なる周波数の検出用交流信号をそれぞれ乗算してＮ個の同期検波信号にする乗算処理部（１２ａ、１２ｂ）と、前記Ｎ個の同期検波信号をローパスフィルタ処理してＮ個の直流電圧信号を得るローパスフィルタ処理部（１３ａ、１３ｂ）と、前記Ｎ個の直流電圧信号の電圧値に応じた静電容量値を前記被測定対象物の静電容量値として測定する静電容量測定部（１５）とを備える、測定装置。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに異なる周波数でＮ個（Ｎは２以上の自然数）の検出用交流信号を生成する交流信号生成部と、
前記Ｎ個の検出用交流信号を重畳する重畳部と、
前記重畳した検出用交流信号を被測定対象物へと出力する出力端子と、
前記検出用交流信号が印加された前記被測定対象物が出力する測定用交流信号を入力する入力端子と、
前記測定用交流信号に対して、前記Ｎ個の異なる周波数の検出用交流信号のうちの対応する検出用交流信号をそれぞれ乗算してＮ個の同期検波信号にする乗算処理部と、
前記Ｎ個の同期検波信号をローパスフィルタ処理してＮ個の直流電圧信号を得るローパスフィルタ処理部と、
前記Ｎ個の直流電圧信号の電圧値に応じた静電容量値を前記被測定対象物の静電容量値として測定する静電容量測定部とを備えている、
測定装置。

【請求項2】

請求項１記載の測定装置であって、
前記交流信号生成部は、それぞれ互いに異なる第１から第Ｎの周波数で第１から第Ｎの検出用交流信号を生成するＮ個の周波数信号生成部である第１から第Ｎの周波数信号生成部を有し、
前記重畳部は、前記第１から第Ｎの周波数信号生成部でそれぞれ生成した第１から第Ｎの検出用交流信号を重畳する、
測定装置。

【請求項3】

請求項１または２記載の測定装置であって、
第ｎ（ｎ＝１からＮまで変化する整数）の期間に、前記乗算処理部は、前記入力端子から入力された測定用交流信号に対して、第ｎの前記検出用交流信号を乗算して第ｎの同期検波信号にし、前記ローパスフィルタ処理部は、前記第ｎの同期検波信号をローパスフィルタ処理して第ｎの直流電圧信号を得て、前記静電容量測定部は、第１の期間から第ｎの期間までに時分割で得られたＮ個の直流電圧信号から静電容量値を測定する、
測定装置。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１項記載の測定装置であって、
前記静電容量測定部は、前記Ｎ個の直流電圧信号の電圧値をそれぞれ検出して、検出したＮ個の電圧値の加算値に対応する静電容量値を前記被測定対象物の静電容量値として測定する、
測定装置。

【請求項5】

請求項１乃至３のいずれか１項記載の測定装置であって、
前記静電容量測定部は、前記Ｎ個の直流電圧信号を重畳して得られる信号の電圧値に対応する静電容量値を前記被測定対象物の静電容量値として測定する、
測定装置。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか１項記載の測定装置であって、
前記交流信号生成部は、前記静電容量値の変動に対する前記電圧値の変動の大きさが所定値以上となる高感度領域が重複しないＮ個の異なる周波数を設定する、
測定装置。

【請求項7】

請求項５記載の測定装置であって、
前記Ｎ個の直流電圧信号を重畳して前記静電容量測定部に出力するアナログ加算回路をさらに備える、
測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定装置に関し、例えば、電圧を印加し、電流を測定することで被測定対象物の容量を測定することができる測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、トランジスタのゲート・ソース間のｃ成分およびｒ成分を同時に検出してその値を得るために用いられるインピーダンス検出装置が記載されている。このインピーダンス検出装置は、検出対象に交流信号を加えるための交流信号発生部と、検出対象のインピーダンスに応じて生じる電流を電圧に変換する変換部と、変換部の出力信号に対し同期検波を行って検出対象のｃ成分、ｌ成分、ｒ成分のいずれかである第１の成分を検出する同期検波部を備えている。この特許文献１には、変換部の出力信号から第１の成分を差し引いて第1の成分を低減した後の出力信号に対して同期検波を行うことにより、インピーダンスを正確に検出ができることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６－２４２７１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

対象物のインピーダンスを測定する装置としては、図５に示すような装置も知られている。図５に示す測定装置は、信号源１０１と、分周器１０２と、波形整形フィルタ１０３と、出力インピーダンス調整回路１０４と、端子１０５，１０７と、電流電圧変換機１０８と、増幅器１０９と、乗算器１１０と、ローパスフィルタ１１１と、静電容量測定器１１２とを備えている。なお、図５では、測定装置が端子１０５，１０７を介して被測定対象物１０６に接続されている状態が示されている。

【0005】

図５に示す測定装置では、信号源１０１と分周器１０２と波形整形フィルタ１０３とにより生成した所定の周波数の交流信号を、端子１０５により被測定対象物１０６に印加している。被測定対象物１０６から得られた出力信号を端子１０７により取得して、乗算器１１０において同期検波を行なう。さらに静電容量測定器１１２において、同期検波した信号の電圧値を検出することにより、被測定対象物の静電容量値を測定する装置が記載されている。

【0006】

このような測定装置においては、測定対象となる被測定対象物が近年多様化しており、従来想定されていなかった静電容量値も測定対象とすることが望まれている。ところが被測定対象物１０６は、絶縁抵抗と寄生容量との並列回路として構成されるものであることが多いため、単純に測定対象の静電容量値を拡大することは問題となることが明らかとなった。

【0007】

このような測定装置では、被測定対象物１０６の寄生容量の静電容量値が従来想定されていた範囲を外れた小さい値であると、図６に示すように、絶縁抵抗の大きさによって、同じ容量に対応して異なる電圧値が検出されてしまう。この影響は、図７に示すように、容量の小さい領域では最大で８５％以上の違いとなって表れる。その結果、従来想定されていた範囲を外れた小さい静電容量値の寄生容量を有する被測定対象物１０６を検出対象とした場合は測定精度が低下してしまうこととなる。

【0008】

また、このような測定装置では、被測定対象物１０６の寄生容量の静電容量値が従来想定されていた範囲を外れた大きい値であると、端子１０５、１０７と被測定対象物１０６の端子との接触抵抗の影響が検出する電圧値の誤差となって現れてしまう。この接触抵抗の影響を相殺するために、交流信号の出力インピーダンスの容量値を従来よりも大きい値に設定することが考えられる。しかしながら交流信号の出力インピーダンスの容量値を従来よりも大きい値に設定すると、静電容量値に対する検出電圧レベルが低下してしまう。その結果、測定精度が低下してしまうこととなる。

【0009】

上記のように、静電容量値が従来想定されていた範囲を外れてしまうと、小さい値、大きい値のいずれの領域でも、測定精度が低下してしまうといえる。その結果、被測定対象物１０６の従来の測定装置では、図８に示すように、従来想定されていた範囲を外れた静電容量値を含めると、一様の検出感度でなくなる。したがって、従来想定されていた範囲を外れた静電容量値を含むように測定対象の静電容量値を拡大すると、測定精度が低下してしまうこととなる。

【0010】

本発明は上記従来の問題に鑑みなされたものであって、本発明の課題は、広い範囲の静電容量値を感度良く検出することができる測定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の代表的な実施の形態に係る測定装置は、互いに異なる周波数でＮ個（Ｎは２以上の自然数）の検出用交流信号を生成する交流信号生成部と、前記Ｎ個の検出用交流信号を重畳する重畳部と、前記重畳した検出用交流信号を被測定対象物へと出力する出力端子と、前記重畳した検出用交流信号が印加された前記被測定対象物が出力する測定用交流信号を入力する入力端子と、前記測定用交流信号に対して、前記Ｎ個の異なる周波数の検出用交流信号をそれぞれ乗算してＮ個の同期検波信号にする乗算処理部と、前記Ｎ個の同期検波信号をローパスフィルタ処理してＮ個の直流電圧信号を得るローパスフィルタ処理部と、前記Ｎ個の直流電圧信号の電圧値に応じた静電容量値を前記被測定対象物の静電容量値として測定する静電容量測定部とを備える。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係る測定装置によれば、広い範囲の静電容量値を感度良く検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１の実施形態に係る測定装置の構成を示す図である。

【図2】第１の実施形態の測定装置で用いられる容量－検出電圧特性を示す図である。

【図3】第１の実施形態の測定装置構成おける異なる絶縁抵抗値ごとの容量－検出電圧特性の変化を示す図である。

【図4】第１の実施形態の測定装置構成における測定電圧に対する絶縁抵抗値の影響を示す図である。

【図5】従来の測定装置の構成を示す図である。

【図6】従来の測定装置における検出感度を示す図である。

【図7】従来の測定装置構成おける異なる絶縁抵抗値ごとの容量－検出電圧特性の変化を示す図である。

【図8】従来の測定装置構成における測定電圧に対する絶縁抵抗値の影響を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。なお、以下の説明では、一例として、図１における発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。

【0015】

〔１〕代表的な実施の形態に係る測定装置は、互いに異なる周波数でＮ個（Ｎは２以上の自然数）の検出用交流信号を生成する交流信号生成部（１，２，３ａ，３ｂ）と、前記Ｎ個の検出用交流信号を重畳する重畳部（４）と、前記重畳した検出用交流信号を被測定対象物（７）へと出力する出力端子（６）と、前記重畳した検出用交流信号が印加された前記被測定対象物（７）が出力する測定用交流信号を入力する入力端子（８）と、前記測定用交流信号に対して、前記Ｎ個の異なる周波数の検出用交流信号をそれぞれ乗算してＮ個の同期検波信号にする乗算処理部（１２ａ、１２ｂ）と、前記Ｎ個の同期検波信号をローパスフィルタ処理してＮ個の直流電圧信号を得るローパスフィルタ処理部（１３ａ、１３ｂ）と、前記Ｎ個の直流電圧信号の電圧値に応じた静電容量値を前記被測定対象物の静電容量値として測定する静電容量測定部（１５）とを備える。

【0016】

この態様によれば、互いに異なる周波数のＮ個の検出用交流信号を１つに重畳した信号を被測定対象物に印加し、前記Ｎ個の検出用交流信号と前記被測定対象物が出力する測定交流信号を乗算した上でローパスフィルタ処理してＮ個の直流電圧信号を求め、前記Ｎ個の直流電圧信号から求めた電圧値に応じた静電容量値を前記被測定対象物の静電容量値とすることにより、静電容量値を互いに異なる周波数の複数の検出用交流信号に基づいて求めることができるため、広い範囲の静電容量値を感度良く検出することができる。

【0017】

〔２〕上記〔１〕記載の測定装置において、前記交流信号生成部は、それぞれ互いに異なる第１から第Ｎの周波数で第１から第Ｎの検出用交流信号を生成するＮ個の周波数信号生成部である第１から第Ｎの周波数信号生成部とを有し、前記重畳部は、前記第１から第Ｎの周波数信号生成部でそれぞれ生成した第１から第Ｎの検出用交流信号を重畳することとしてもよい。

【0018】

この態様によれば、Ｎ個の系統で並列して生成したＮ個の検出用交流信号を重畳することにより、分周器を使わずにすむため、その分簡易な構成でＮ個の検出用交流信号を生成することができる。

【0019】

〔３〕上記〔１〕または〔２〕記載の測定装置において、第ｎ（ｎ＝１からＮまで変化する整数）の期間に、前記乗算処理部は、前記入力端子から入力された測定用交流信号に対して、第ｎの前記検出用交流信号を乗算して第ｎの同期検波信号にし、前記ローパスフィルタ処理部は、前記第ｎの同期検波信号をローパスフィルタ処理して第ｎの直流電圧信号を得て、前記静電容量測定部は、第１の期間から第ｎの期間までに時分割で得られたＮ個の直流電圧信号から静電容量値を測定してもよい。

【0020】

この態様によれば、信号処理装置を用いＮ個の検出用交流信号と１つの測定用交流信号を時分割で処理してＮ個の直流電圧信号を求めることにより、２つの乗算処理部と２つのローパスフィルタ処理部を使わずにすむため、その分簡易な構成にすることができる。

【0021】

〔４〕上記〔１〕乃至〔３〕のいずれか１つに記載の測定装置において、前記静電容量測定部は、前記Ｎ個の直流電圧信号の電圧値をそれぞれ検出して、検出したＮ個の電圧値の加算値に対応する静電容量値を前記被測定対象物の静電容量値として測定してもよい。

【0022】

この態様によれば、Ｎ個の検出用交流信号による直流電圧信号をＮ個の電圧検出回路でそれぞれ検出することにより、合波器を使わずにすみ、合波器とその周辺回路にかかる構成をなくすことができるため、その分簡易な構成にすることができる。

【0023】

〔５〕上記〔１〕乃至〔３〕のいずれか１つに記載の測定装置において、前記静電容量測定部は、前記Ｎ個の直流電圧信号を重畳して得られる信号の電圧値に対応する静電容量値を前記被測定対象物の静電容量値として測定してもよい。

【0024】

この態様によれば、Ｎ個の直流電圧信号を重畳することにより、複数の検出用交流信号による電圧値を１回検出するだけですみ、電圧検出回路を１つですませることができるため、その分簡易な構成にすることができる。

【0025】

〔６〕上記〔１〕乃至〔５〕のいずれか１つに記載の測定装置において、前記交流信号生成部は、前記静電容量値の変動に対する前記電圧値の変動の大きさが所定値以上となる高感度領域が重複しないＮ個の異なる周波数を設定してもよい。

【0026】

この態様によれば、静電容量値の変動に対する電圧値の変動の大きさが所定値以上となる複数の検出用交流信号の領域を重複しないように用いることにより、検出感度の高い領域を無駄にせず使用することができるため、検出感度の高い領域をできるだけ広範囲にして静電容量値を検出することができる。

【0027】

〔７〕上記〔５〕記載の測定装置において、前記Ｎ個の直流電圧信号を重畳して前記静電容量測定部に出力するアナログ加算回路をさらに備えていてもよい。

【0028】

この態様によれば、ＡＤコンバータでデジタル化してから加算する方法に比べて、回路規模を小さくすることができる。

【0029】

２．実施の形態の具体例
以下、本発明の実施の形態の具体例について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

【0030】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る測定装置の構成を示す図である。

【0031】

本実施形態の測定装置は、被測定対象物（ＤＵＴ：Ｄｅｖｉｃｅ Ｕｎｄｅｒ Ｔｅｓｔ）７に対して、検出用信号を出力する出力端子６と、被測定対象物７からの信号を測定装置に入力する入力端子８とを物理的に接触させるようにした状態で、静電容量値の大きさを測定する。測定装置が測定した静電容量値の大きさに基づいて、被測定対象物７に出力端子６と入力端子８とが電気的に正しく接続されているかを判定することができる。例えば、被測定対象物７の端子部分に錆が発生したりすることが原因で、２つの端子６、８と被測定対象物７との間が電気的・物理的に接触がされていないことがある。

【0032】

測定装置は、図１に示すように、被測定対象物７への出力側において、信号源１と、分周器２と、２つの波形整形フィルタ３ａ、３ｂと、合波器４と、インピーダンス調整回路５と、出力端子６とを備えている。測定装置は、図１に示すように、被測定対象物７からの入力側において、入力端子８と、電流電圧変換回路９と、分岐器１０と、２つの増幅器１１ａ、１１ｂと、２つの乗算器１２ａ、１２ｂと、２つのローパスフィルタ１３ａ、１３ｂと、合波器１４と、静電容量測定部１５とを備えている。

【0033】

信号源１は、特定の周波数の交流信号を出力する発振器である。信号源１としては、例えば、特定の周波数として１ＭＨｚの交流信号を出力する水晶振動子を用いることができるがこれに限定されない。

【0034】

分周器２は、信号源１から出力された特定の周波数の交流信号を被測定対象物７の測定に適した周波数に変換する。分周器２としては、アナログ分周回路を用いることができる。分周器２は、例えば、信号源の周波数を２つの異なる周波数ｆ１、ｆ２に変換することができる。２つの異なる周波数ｆ１、ｆ２は、測定対象とする被測定対象物７の寄生容量の静電容量値が測定範囲内に含まれるような周波数が選択され、あらかじめ設定されている。

【0035】

波形整形フィルタ３ａ、３ｂは、分周器２によって生成された互いに異なる周波数ｆ１、ｆ２の２つの交流信号の波形を、矩形波状から正弦波状に波形整形するフィルタである。波形整形フィルタ３ａ、３ｂとしては、帯域制限回路を用いることができる。波形整形フィルタ３ａ、３ｂによって交流信号を正弦波状にすることによって、検出を容易にすることができる。

【0036】

合波器（重畳部の一例）４は、２つの波形整形フィルタ３ａ、３ｂから出力された互いに周波数の異なる２つの交流信号を１つの交流信号に合波（重畳）してインピーダンス調整回路５に出力する。合波器４としてはアナログ加算回路を用いることができる。

【0037】

インピーダンス調整回路５は、被測定対象物７に適合した交流信号を出力できるように、検出用に生成された交流信号の出力インピーダンスを調整する回路である。インピーダンス調整回路５としては、例えば、抵抗や容量素子を接続した回路を用いることができる。

【0038】

出力端子６は、被測定対象物７の入力端子に接続される信号出力用の端子である。出力端子６は、被測定対象物７の入力端子に正しく接続されたときに、インピーダンス調整された交流信号を検出用交流信号として被測定対象物７に出力する。

【0039】

入力端子８は、被測定対象物７の出力端子に接続される入力用の端子である。入力端子８は、被測定対象物７の出力端子に正しく接続されたときに、前記検出用交流信号が印加された被測定対象物７が出力する測定用交流信号が入力される。

【0040】

電流電圧変換回路９は、測定用交流信号の電流を電圧に変換する回路である。電流電圧変換回路９で電圧に変換することにより、測定用交流信号の電流を電圧として検出することができる。

【0041】

分岐器１０は、電流電圧変換回路９から出力された測定用交流信号を分岐して、一方を第１の増幅器１１ａに入力し、他方を第２の増幅器１１ｂに入力する。

【0042】

２つの増幅器１１ａ、１１ｂは、測定用交流信号のうち、それぞれ所定の周波数の信号成分について増幅する増幅器である。第１の増幅器１１ａは、測定用交流信号の周波数ｆ１の信号成分について増幅する。第２の増幅器１１ｂは、測定用交流信号の周波数ｆ２の信号成分について増幅する。

【0043】

２つの乗算器（乗算処理部の一例）１２ａ、１２ｂは、２つの増幅器１１ａ、１１ｂで所定の周波数の信号成分が増幅された測定用交流信号に対して、対応する周波数ｆ１、ｆ２の検出用交流信号をそれぞれ乗算して２つの同期検波信号を得る。第１の乗算器１２ａでは、周波数ｆ１の検出用交流信号を、周波数ｆ１の信号成分が増幅された測定用交流信号に乗算して１つの同期検波信号を得ることができる。第２の乗算器１２ｂでは、周波数ｆ２の検出用交流信号を、周波数ｆ２の信号成分が増幅された測定用交流信号に乗算して、もう１つの同期検波信号を得ることができる。すなわち、２つの乗算器１２ａ、１２ｂによって、周波数ｆ１、ｆ２の２つの周波数での同期検波信号が得られる。

【0044】

２つのローパスフィルタ（ローパスフィルタ処理部の一例）１３ａ、１３ｂは、２つの同期検波信号に対して、それぞれローパスフィルタ処理を行い、２つの直流電圧信号を得るフィルタである。ローパスフィルタ処理は、同期検波に用いた周波数ｆ１、ｆ２に応じた周波数ｆ１’、ｆ２’未満の周波数成分のみを通過させる処理である。２つのローパスフィルタ１３ａ、１３ｂにより、交流のリプル分を取り除いて測定に必要な直流信号成分を抽出することができる。

【0045】

合波器１４は、２つの直流電圧信号を合波して、静電容量測定部１５に入力する。合波器１４としてはアナログ加算回路を用いることができる。

【0046】

静電容量測定部１５は、合波器１４から入力された直流電圧信号の電圧値に応じた静電容量値を被測定対象物７の静電容量値として測定する。静電容量測定部１５は、合波した直流電圧信号の電圧値に応じた静電容量値を、容量－検出電圧特性に基づいて決定することができる。容量－検出電圧特性は、測定対象として想定される被測定対象物７の特性（例えば、所定の絶縁抵抗）に応じて決定されるフィッティング曲線である。容量－検出電圧特性は、測定装置の図示しない記憶部にあらかじめ格納しておくことができる。容量－検出電圧特性は、工場出荷時までに測定装置の記憶部にあらかじめ格納されているが、工場出荷後の任意の時点で更新されてもよい。

【0047】

ここで合波した直流電圧信号の電圧値に応じた静電容量値を決定するために用いられる容量－検出電圧特性について説明する。

【0048】

図２は、第１の実施形態の測定装置で用いられる容量－検出電圧特性を示す図である。図２には、第１の実施形態の測定装置で用いられる容量－検出電圧特性ｆ_ｔと、第１の周波数ｆ１における容量－検出電圧特性ｆ_１と、第２の周波数ｆ２における容量－検出電圧特性ｆ_２とが示されている。

【0049】

本実施形態の測定装置で用いられる容量－検出電圧特性ｆ_ｔは、図２に示すように、２つの周波数ｆ１、ｆ２のそれぞれにおける容量－検出電圧特性ｆ_１、ｆ_２を重畳した特性を有している。ここで２つの周波数ｆ１、ｆ２は、分周器２において生成された検出用交流信号の周波数ｆ１、ｆ２と等しい周波数である。

【0050】

静電容量測定部１５は、２つの直流電圧信号を加算して得られる信号の電圧値を検出すると、容量－検出電圧特性ｆ_ｔにおいて、検出した電圧値に対応する静電容量値を特定して、特定した静電容量値に測定値を決定することができる。

【0051】

周波数ｆ１における容量－検出電圧特性ｆ_１は、容量値Ｃ１から容量値Ｃ３の期間においては、静電容量値の変動に対する電圧値の変動が大きいので、容量値Ｃ１から容量値Ｃ３に対する検出感度が高いといえる。周波数ｆ２における容量－検出電圧特性ｆ_２は、容量値Ｃ２から容量値Ｃ４の期間においては、静電容量値の変動に対する電圧値の変動が大きいので、容量値Ｃ２から容量値Ｃ４に対する検出感度が高いといえる。これらの２つの周波数ｆ１、ｆ２のそれぞれにおける容量－検出電圧特性ｆ_１、ｆ_２を重畳した特性を有する容量－検出電圧特性ｆ_ｔは、図２に示すように、Ｃ１からＣ４までの傾きが比較的大きくなっているため、単一周波数を用いた場合よりも検出感度が高い領域が広くなっている。したがって、本実施形態の測定装置によれば、従来よりも広い範囲の静電容量値を感度良く検出することができるといえる。

【0052】

本実施形態の測定装置において用いられる周波数ｆ１、ｆ２は、容量－検出電圧特性の傾きが大きい領域に所望の静電容量値が含まれるように選択することができる。さらに、周波数ｆ１、ｆ２は、静電容量値の変動に対する電圧値の変動の大きさが所定値以上となる高感度領域が互いに重複しない周波数を設定することが好ましい。

【0053】

図３は、第1の実施形態の測定装置構成おける異なる絶縁抵抗値ごとの静電容量－検出電圧特性の変化を示す図である。図３では、絶縁抵抗値が１００ｋΩ、２００ｋΩ、５００ｋΩ、１ＭΩ、１００ＭΩであるときの静電容量－検出電圧特性が示されている。本実施形態の測定装置構成では、図６に示した従来の測定装置の時に比べて、低容量領域においても、絶縁抵抗値ごとの静電容量－検出電圧特性のずれは減少している。

【0054】

図４は、第1の実施形態の測定装置構成おける測定電圧に対する絶縁抵抗値の影響を示す図である。図４では、静電容量値が１ｎＦであるときに検出される検出電圧の絶縁抵抗値ごとの変化と、絶縁抵抗値が１００ＭΩであるときに検出される検出電圧との差の割合の影響を示している。図４では、静電容量値が１ｎＦであるときに検出される検出電圧は絶縁抵抗が１００ＭΩであるときに比べて最大でも２８％ほどの差しかない。これは、最大で８５％以上の差となる図７に示した従来の測定装置のときに比べて、絶縁抵抗の影響はかなり低下しており、実用上問題ないといえる。

【0055】

このように本実施形態の測定装置によれば、従来の測定装置に比べて絶縁抵抗の影響を抑えることができ、広い範囲の静電容量値を感度良く検出することができるといえる。

【0056】

（実施形態の変形例）
以上の実施形態の測定装置について具体的な例を挙げて説明したが、これに限定されず、様々な変形形態を採用することができる。例えば、分周器２において生成される異なる周波数の信号は、２つ以上の異なる周波数の信号であってもよい。この場合、波形整形フィルタ３ａ、３ｂと、増幅器１１ａ、１１ｂと、乗算器１２ａ、１２ｂと、ローパスフィルタ１３ａ、１３ｂとは異なる周波数の信号の数に対応した数のものが設けられる。

【0057】

以上の実施形態では、測定用交流信号の電流を電流電圧変換回路９により電圧に変換して測定を行っていたが、これに限定されない。例えば出力端子６と入力端子８の間の電圧を検出することにより、被測定対象物７による測定用交流信号の電圧をそのまま測定してもよい。

【0058】

以上の実施形態でアナログ回路により構成されていた構成をデジタル回路により構成してもよい。例えば、分岐器１０と、２つの増幅器１１ａ、１１ｂと、２つの乗算器１２ａ、１２ｂと、２つのローパスフィルタ１３ａ、１３ｂと、合波器１４と、静電容量測定部１５との機能を実現するようにプログラムされたＦＰＧＡを用いてもよい。または、ＦＰＧＡに代えて、ＣＰＵ等のプロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭ等の各種メモリ、タイマ（カウンタ）、Ａ／Ｄ変換回路、入出力Ｉ／Ｆ回路、およびクロック生成回路等のハードウェア要素を有し、各構成要素がバスや専用線を介して互いに接続されたプログラム処理装置（例えば、マイクロコントローラ：ＭＣＵ）によって構成されていてもよい。その場合、プログラム処理装置のプロセッサがメモリ等のフラッシュメモリ２１に記憶されたプログラムに従って各種演算を行うとともにＡ／Ｄ変換回路および入出力Ｉ／Ｆ回路等の周辺回路を制御することによって上記各機能部の構成を実現することができる。

【0059】

また、以上の実施形態では、信号源１が出力する信号を分周器２で分周してＮ個の検出用交流信号を生成しているが、これに限定されない。例えば、Ｎ個の検出用交流信号を生成するために、Ｎ個の信号源を使用してもよい。

【0060】

また、以上の実施形態では、静電容量測定部１５は、２つの直流電圧信号を加算して得られる信号の電圧値を検出し、検出した電圧値に対応する静電容量値を容量－検出電圧特性ｆｔに基づいて決定していたが、これに限定されない。例えば、静電容量測定部１５は、２つの直流電圧信号の電圧値をそれぞれ検出して、検出した２つの電圧値の加算値に対応する静電容量値を被測定対象物７の静電容量値として測定してもよい。

【0061】

また、以上の実施形態では、２つ以上の異なる周波数の信号を同時に生成して２つ以上の系統で処理する形態を例に挙げて説明しているが、２つ以上の異なる周波数の信号を時分割で生成して時分割で処理してもよい。一例としては、前記測定用交流信号を複数の期間に分けて逐次処理する。この場合、前記測定用交流信号を入力してから、分岐器１０、増幅器１１ａ、１１ｂ、乗算器１２ａ、１２ｂ、ローパスフィルタ１３ａ、１３ｂが行う処理を時分割で行うように構成する。具体的には、増幅器１１ａ、１１ｂ、乗算器１２ａ、１２ｂ、ローパスフィルタ１３ａ、１３ｂに代えて不図示の信号処理装置を用いることができる。この信号処理装置が、デジタル信号処理またはアナログ信号処理により、第ｎ（ｎ＝１からＮまで変化する整数）の期間において、第ｎの検出用交流信号と測定用交流信号の波形データを入力し、その第ｎの検出用交流信号と測定用交流信号のデータを乗算しフィルタリングによりローパスフィルタ処理をすることにより、Ｎ個の直流電圧信号を求める処理を時分割で行う。そして、求められたＮ個の直流電圧信号を加算し、得られた信号の電圧値から静電容量値を求める。なお、時分割においては各時間に前記測定用交流信号を処理させることで分岐器１０は不使用にできる。また、増幅器１１ａ、１１ｂは信号処理装置内に設けてもよいし、信号処理装置外に設けてもよい。

【符号の説明】

【0062】

１ 信号源、２ 分周器、３ａ、３ｂ 波形整形フィルタ、４ 合波器、５ インピーダンス調整回路、６ 出力端子、７ 被測定対象物、８ 入力端子、９ 電流電圧変換回路、１０ 分岐器、１１ａ、１１ｂ 増幅器、１２ａ、１２ｂ 乗算器、１３ａ、１３ｂ ローパスフィルタ、１４ 合波器、１５ 静電容量測定部、１０１ 信号源、１０２ 分周器、１０３ 波形整形フィルタ、１０４ 出力インピーダンス調整回路、１０５，１０７ 端子、１０６ 被測定対象物、１０８ 電流電圧変換機、１０９ 増幅器、１１０ 乗算器、１１１ ローパスフィルタ、１１２ 静電容量測定器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】