(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】
(24)【登録日】2024-10-11
(45)【発行日】2024-10-22
(54)【発明の名称】電界測定装置及び電界測定方法
(51)【国際特許分類】
G01R 29/08 20060101AFI20241015BHJP
【ＦＩ】
G01R29/08 E
G01R29/08 Z
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2021096957
(22)【出願日】2021-06-09
(65)【公開番号】P2022188710
(43)【公開日】2022-12-21
【審査請求日】2024-01-25
(73)【特許権者】
【識別番号】000005108
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001689
【氏名又は名称】青稜弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】矢野 智比古
【審査官】島▲崎▼ 純一
(56)【参考文献】
【文献】実開昭６３－１９９０７６（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開平０６－２３５７３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１３６０８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－１８５９７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－０８４８０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００２／１０９５４５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｒ ２９／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
２枚の電極を含み、電界に起因して電圧信号が発生する電界検出部と、直列抵抗を介して前記電圧信号が入力され、前記電圧信号をバッファ又は増幅して前記電圧信号を出力する増幅器と、
基準静電容量を有し、前記直列抵抗の出力端と前記増幅器の入力端との間に出力端が接続された基準容量素子と、
前記基準容量素子の入力端に接続され、ステップ波を発生するステップ波発生部と、
前記増幅器から出力される前記電圧信号が入力され、入力された前記電圧信号を所定のサンプリング周期でデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部と、
前記アナログデジタル変換部によって、前記電圧信号を前記デジタル信号に変換した後、前記電圧信号を処理する情報処理部と、
を備え、
前記情報処理部は、
前記ステップ波発生部を用いて、前記基準容量素子を介して、前記直列抵抗の出力端と前記増幅器の入力端との間を通して前記ステップ波を前記増幅器に入力し、前記ステップ波を前記増幅器に入力した場合の、前記増幅器の出力のステップ応答を示す波形であるステップ応答波形を取得し、
前記ステップ応答波形に基づいて、
前記電界に起因して発生する前記２枚の電極間の電極間電圧と、
前記電圧信号が示す電圧、前記基準静電容量、前記増幅器が有する寄生容量である入力静電容量及び前記電極間の静電容量である電極間静電容量と、
の関係に基づいて導出可能な振幅補正係数を算出し、
前記振幅補正係数を用いて、前記増幅器から出力される前記電圧信号の補正を行い、補正した前記電圧信号を、前記電極間電圧に対応する前記電界として取得する、
ように構成された、
電界測定装置。
【請求項2】
請求項１に記載の電界測定装置において、前記情報処理部は、
前記ステップ応答波形に基づいて、
前記ステップ波を前記増幅器に入力した場合において、前記ステップ波を入力した時点の前記増幅器の入力端の電圧の波高を示す第１波高値及び定常状態に達した場合の前記増幅器の入力端の前記電圧の波高を示す第２波高値を取得し、
前記第１波高値を、前記第１波高値から前記第２波高値を引いた差分により除することにより、前記振幅補正係数を算出する、
ように構成された、
電界測定装置。
【請求項3】
請求項１に記載の電界測定装置において、前記ステップ波発生部は、
前記ステップ波を商用電源周波数の整数倍の周波数で出力する、
ように構成された、
電界測定装置。
【請求項4】
請求項１に記載の電界測定装置において、前記直列抵抗は、前記直列抵抗の抵抗値と前記電極間静電容量との積が、前記所定のサンプリング周期より大きくなるように設定される、
ように構成された、
電界測定装置。
【請求項5】
請求項１に記載の電界測定装置において、前記増幅器の出力端と前記増幅器の入力端との間の帰還経路に、前記基準容量素子が設けられ、
前記基準容量素子と前記増幅器と前記ステップ波発生部との接続状態を、
前記基準容量素子の入力端と前記増幅器の出力端との間が接続された第１接続状態、及び、前記ステップ波発生部の出力端と前記基準容量素子の入力端との間が接続された第２接続状態の何れかの状態に設定するスイッチ部を更に有し、
前記情報処理部は、
前記ステップ応答波形を取得しない場合には、前記スイッチ部の接続状態を、前記第１接続状態に設定し、
前記ステップ応答波形を取得する場合には、前記スイッチ部の接続状態を、前記第２接続状態に設定する、
ように構成された、
電界測定装置。
【請求項6】
請求項５に記載の電界測定装置において、前記帰還経路において、前記増幅器の出力端と前記基準容量素子の入力端との間に所定の増幅率を有する帰還アンプが設けられ、
前記情報処理部は、
前記ステップ応答波形に基づいて、
前記ステップ波を前記増幅器に入力した場合において、前記ステップ波を入力した時点の前記増幅器の入力端の電圧の波高を示す第１波高値及び定常状態に達した場合の前記増幅器の入力端の電圧の波高を示す第２波高値を取得し、
前記第１波高値及び前記第２波高値を、前記振幅補正係数と、前記第１波高値、前記第２波高値、前記ステップ波の振幅及び前記増幅率との関係を表す関係式に適用することにより、前記振幅補正係数を算出する、
ように構成された、
電界測定装置。
【請求項7】
請求項５に記載の電界測定装置において、前記アナログデジタル変換部の前段に設けられた第１アンチエイリアスフィルタ及び第２アンチエイリアスフィルタと、
前記第１アンチエイリアスフィルタから入力される信号及び前記第２アンチエイリアスフィルタから入力される信号の何れか一方を、前記アナログデジタル変換部に出力する信号切り替え部と、
を備え、
前記第１アンチエイリアスフィルタの上限カットオフ周波数は、前記第２アンチエイリアスフィルタの上限カットオフ周波数より高くなるように構成され、
前記情報処理部は、
前記ステップ応答波形を取得する場合には、前記第１アンチエイリアスフィルタから入力される信号を前記アナログデジタル変換部に出力するように、前記信号切り替え部を設定し、
前記ステップ応答波形を取得しない場合には、前記第２アンチエイリアスフィルタから入力される信号を前記アナログデジタル変換部に出力するように、前記信号切り替え部を設定する、
ように構成された、
電界測定装置。
【請求項8】
請求項５に記載の電界測定装置において、前記情報処理部は、
前記ステップ応答波形を取得しない場合には、前記所定のサンプリング周期を第１サンプリング周期に設定するように、前記アナログデジタル変換部を設定し、
前記ステップ応答波形を取得する場合には、前記所定のサンプリング周期を前記第1サンプリング周期より短い第２サンプリング周期に設定するように、前記アナログデジタル変換部を設定する、
ように構成された、
電界測定装置。
【請求項9】
請求項１に記載の電界測定装置において、外部に前記補正後の前記電圧信号を送信する無線機を含み、
前記情報処理部は、前記無線機によって、補正した後の前記電圧信号を前記外部に送信する、
ように構成された、
電界測定装置。
【請求項10】
２枚の電極を含む電界検出部によって、電界に起因する電圧信号を発生させることと、直列抵抗を介して前記電圧信号を増幅器に入力し、前記増幅器によって前記電圧信号をバッファ又は増幅して前記電圧信号を前記増幅器から出力させることと、
基準静電容量を有し、前記直列抵抗の出力端と前記増幅器の入力端との間に出力端が接続された基準容量素子の入力端に接続されたステップ波発生部によって、ステップ波を発生させることと、
前記増幅器から出力される前記電圧信号を所定のサンプリング周期でデジタル信号に変換することと、
前記電圧信号を前記デジタル信号に変換した後、前記電圧信号を処理することと、
を行う、電界測定方法であって、
前記基準容量素子を介して、前記直列抵抗の出力端と前記増幅器の入力端との間を通して前記ステップ波を前記増幅器に入力し、前記ステップ波を前記増幅器に入力した場合の、前記増幅器の出力のステップ応答を示す波形であるステップ応答波形を取得し、
前記ステップ応答波形に基づいて、
前記電界に起因して発生する前記２枚の電極間の電極間電圧と、
前記電圧信号が示す電圧、前記基準静電容量、前記増幅器が有する寄生容量である入力静電容量及び前記電極間の静電容量である電極間静電容量と、
の関係に基づいて導出可能な振幅補正係数を算出し、
前記振幅補正係数を用いて、前記増幅器から出力される前記電圧信号の補正を行い、補正した前記電圧信号を、前記電極間電圧に対応する前記電界として取得する、
電界測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、空間中の電界を測定する電界測定装置及び電界測定方法に関する。更に詳しくは、本発明は、商用電源に起因する電界を測定する電界測定装置及び電界測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
自由空間中を飛び交う電界には、無線通信のための無線機に起因した高周波の電界や、電気機器や送電線に起因する低周波の電界などのような商用電源に起因する低周波の電界が存在する。
【0003】
商用電源に起因する電界は、電気機器や送電線が通電しているときのみこれらの周辺の自由空間中に発生する。一方、商用電源に起因する電界は、電気機器や送電線が通電していないときには、発生しない。
【0004】
また、電気機器においては、電気機器が通電している場合であっても、故障により漏電が発生することにより本来帯電すべきでない箇所が帯電した場合、電気機器の周辺の自由空間中の電界は、正常時に比べて変化する。従って、電気機器の周辺の自由空間中の電界を監視（測定）することによって、通電の有無及び漏電発生の有無を確認できるので、電気機器の周辺の自由空間中の電界を監視（測定）することは、例えば、感電事故防止に有用である。
【0005】
商用電源に起因する電界の測定には、電界アンテナが使用される。典型的な電界アンテナは、離間し且つ対向する２つの電極板で構成される。電極板間の電界が電極板間に生じる電圧として検出される。
【0006】
この電圧を電界アンテナ外部から読み出す際の電界アンテナの出力インピーダンスは、電極板間の非常に小さい値（例えば、２０ｐＦ）の静電容量となるので、高くなる。従って、この微小な値の容量性を示す電界アンテナから電圧を読み出すためには、高入力インピーダンスの読み出し回路が必要となる。
【0007】
特許文献１は、そのような電界アンテナ向けの読み出し回路として、帰還回路を用いて読み出し回路初段の増幅器のバイアス電流を供給する構成を有する読み出し回路を開示する。
【0008】
この読み出し回路は、読み出し回路のインピーダンスを高くすることができるので、効率的に電界アンテナから電圧を読み出すことができる。この読み出し回路の高入力インピーダンス化手法は、増幅器入力に並列に接続された帰還回路のインピーダンスに周波数特性を持たせる。具体的には、帰還回路のインピーダンスが、信号周波数では高インピーダンスにされ、ＤＣ（Direct Current（直流））では低インピーダンスにされることで、増幅器に対し安定的にバイアス電流を供給しつつ、電界アンテナからは増幅器が高インピーダンスに見えるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】特表２００７－５０２４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、特許文献１の読み出し回路では、読み出し回路が含む増幅器に寄生的な入力容量成分が発生する。この寄生的な入力容量成分（入力容量）もまた増幅器入力に並列接続されるので、この入力容量による読み出し回路の入力インピーダンスの低下は阻止できない。
【0011】
一般に、増幅器が半導体で構成される場合（例えばディスクリート部品の差動増幅器で構成される場合）、増幅器が有する入力容量は数ｐＦに及び、電界アンテナの出力容量に対して無視できない大きさとなる。
【0012】
従って、電界アンテナを読み出し回路に接続した場合に、電界アンテナから出力される電圧信号の振幅が減衰してしまうので、特許文献１の読み出し回路では、高感度な電界の読み出しができなくなってしまう。このため、特許文献１の読み出し回路では、電界の測定精度が低下してしまう問題があった。
【0013】
本発明は上述した課題を対処するためになされた。即ち、本発明の目的の一つは、電界の測定精度を向上できる電界測定装置及び電界測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上述した課題を解決するために、本発明の電界測定装置は、２枚の電極を含み、電界に起因して電圧信号が発生する電界検出部と、直列抵抗を介して前記電圧信号が入力され、前記電圧信号をバッファ又は増幅して前記電圧信号を出力する増幅器と、基準静電容量を有し、前記直列抵抗の出力端と前記増幅器の入力端との間に出力端が接続された基準容量素子と、前記基準容量素子の入力端に接続され、ステップ波を発生するステップ波発生部と、前記増幅器から出力される前記電圧信号が入力され、入力された前記電圧信号を所定のサンプリング周期でデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部と、前記アナログデジタル変換部によって、前記電圧信号を前記デジタル信号に変換した後、前記電圧信号を処理する情報処理部と、を備え、前記情報処理部は、前記ステップ波発生部を用いて、前記基準容量素子を介して、前記直列抵抗の出力端と前記増幅器の入力端との間を通して前記ステップ波を前記増幅器に入力し、前記ステップ波を前記増幅器に入力した場合の、前記増幅器の出力のステップ応答を示す波形であるステップ応答波形を取得し、前記ステップ応答波形に基づいて、前記電界に起因して発生する前記２枚の電極間の電極間電圧と、前記電圧信号が示す電圧、前記基準静電容量、前記増幅器が有する寄生容量である入力静電容量及び前記電極間の静電容量である電極間静電容量と、の関係に基づいて導出可能な振幅補正係数を算出し、前記振幅補正係数を用いて、前記増幅器から出力される前記電圧信号の補正を行い、補正した前記電圧信号を、前記電極間電圧に対応する前記電界として取得する、ように構成されている。
【0015】
本発明の電界測定方法は、２枚の電極を含む電界検出部によって、電界に起因する電圧信号を発生させることと、直列抵抗を介して前記電圧信号を増幅器に入力し、前記増幅器によって前記電圧信号をバッファ又は増幅して前記電圧信号を前記増幅器から出力させることと、基準静電容量を有し、前記直列抵抗の出力端と前記増幅器の入力端との間に出力端が接続された基準容量素子の入力端に接続されたステップ波発生部によって、ステップ波を発生させることと、前記増幅器から出力される前記電圧信号を所定のサンプリング周期でデジタル信号に変換することと、前記電圧信号を前記デジタル信号に変換した後、前記電圧信号を処理することと、を行う、電界測定方法であって、前記基準容量素子を介して、前記直列抵抗の出力端と前記増幅器の入力端との間を通して前記ステップ波を前記増幅器に入力し、前記ステップ波を前記増幅器に入力した場合の、前記増幅器の出力のステップ応答を示す波形であるステップ応答波形を取得し、前記ステップ応答波形に基づいて、前記電界に起因して発生する前記２枚の電極間の電極間電圧と、前記電圧信号が示す電圧、前記基準静電容量、前記増幅器が有する寄生容量である入力静電容量及び前記電極間の静電容量である電極間静電容量と、の関係に基づいて導出可能な振幅補正係数を算出し、前記振幅補正係数を用いて、前記増幅器から出力される前記電圧信号の補正を行い、補正した前記電圧信号を、前記電極間電圧に対応する前記電界として取得する。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、電界の測定精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
<<背景技術の詳細及び本発明の概要>>
まず、本発明の理解を容易にするため、背景技術の詳細及び本発明の概要について説明する。既述したとおり、電界アンテナ向けの読み出し回路として、例えば、特許文献１（特表２００７－５０２４２３号公報）が開示されている。特許文献１では、帰還回路を用いて読み出し回路初段の増幅器のバイアス電流を供給する読み出し回路の構成が示されている。これにより、読み出し回路のインピーダンスを高くし、効率的に電界アンテナから電圧を読み出すことができる。
まず、本発明の理解を容易にするため、背景技術の詳細及び本発明の概要について説明する。既述したとおり、電界アンテナ向けの読み出し回路として、例えば、特許文献１（特表２００７－５０２４２３号公報）が開示されている。特許文献１では、帰還回路を用いて読み出し回路初段の増幅器のバイアス電流を供給する読み出し回路の構成が示されている。これにより、読み出し回路のインピーダンスを高くし、効率的に電界アンテナから電圧を読み出すことができる。
【0019】
ところで、特許文献１における読み出し回路の高入力インピーダンス化手法は、増幅器入力に並列に接続された帰還回路のインピーダンスに周波数特性を持たせている。具体的には、特許文献１の読み出し回路では、信号周波数では高インピーダンスとし、ＤＣでは低インピーダンスとする。これにより、特許文献１の読み出し回路では、増幅器に対し安定的にバイアス電流を供給しつつ、電界アンテナからは増幅器が高インピーダンスに見えるようにしている。しかしながら、本構成では、この寄生的な入力容量成分（入力容量）もまた増幅器入力に並列接続されるので、この入力容量による読み出し回路の入力インピーダンスの低下を阻止できない。一般に、増幅器が半導体で構成される場合であって例えばディスクリート部品の差動増幅器で構成される場合、増幅器が有する入力容量は数ｐＦに及び、電界アンテナの出力容量に対して無視できない大きさとなる。その結果、電界アンテナと読み出し回路の結合において信号振幅が減衰してしまい、高感度な電界の読み出しができなくなってしまう。特許文献１には、前記の帰還回路において正帰還を行い、電界アンテナから見た帰還回路のインピーダンスを負の容量性とすることで増幅器の入力容量を打ち消す構成も開示されている。しかし、この構成では、打ち消し量が多く両者の容量の和が負となると回路が不安定となり発振に至ってしまうという課題がある。そのため、打ち消し量は増幅器の入力容量よりも小さくする必要があり、この構成を用いても入力容量を完全に打ち消すことはできない。また、半導体で構成される増幅器においては、入力容量の値は製造プロセスにより大きくばらつくことがあり、回路の量産時において入力容量の打ち消し量の設定は個々の回路に個別に行わなければならず、コストが高くなってしまう。また、入力容量のばらつきは電界アンテナと読み出し回路の結合にも影響し、電界アンテナと読み出し回路のトータルでの電界から電圧への変換ゲインが回路ごとにばらついてしまう。これによって、電界測定値に誤差が生じてしまうという課題がある。本発明は、これらの課題を鑑みてなされた。本発明の目的の一つは、読み出し回路に含まれる増幅器の入力容量（寄生容量）によって振幅が減衰してしまう電界アンテナで発生する電圧信号（「電界信号」とも称呼される場合がある。）を適正に補正することによって、電界の測定精度を向上できる電界測定装置を提供することにある。
【0020】
以下、本発明の各実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【0021】
<<第１実施形態>>
＜構成＞
本発明の第１実施形態に係る電界測定装置について説明する。本発明の第１実施形態に係る電界測定装置は、図１に示すように、電界アンテナ１と、読み出し回路２と、無線機３とを含む。
＜構成＞
本発明の第１実施形態に係る電界測定装置について説明する。本発明の第１実施形態に係る電界測定装置は、図１に示すように、電界アンテナ１と、読み出し回路２と、無線機３とを含む。
【0022】
電界アンテナ１は、対向し且つ離間した２枚の電極板１１及び電極板１２で構成される。電極板１１及び電極板１２は、自由空間中の電界を受信し、電界の大きさに応じた、アナログ信号である電圧信号１００（電界信号）を発生し、電圧信号１００を出力する。電圧信号１００は、信号線を介して読み出し回路２に入力される。
【0023】
読み出し回路２は、高出力インピーダンスを有する電界アンテナ１から出力される電圧信号１００を、高入力インピーダンスで受け、アナログ信号からデジタル信号２３７に変換して無線機３に出力するための回路である。
【0024】
読み出し回路２は、直列抵抗２１０と、増幅器２２０と、マイクロコンピュータＭＣ１（以下、「マイコンＭＣ１」と称呼される。）と、を含む。読み出し回路２は、更に、基準容量素子２３０と、バイアス回路２４０と、アッテネータ２５０とを含む。
【0025】
増幅器２２０は、高入力インピーダンスを有する。増幅器２２０には、高出力インピーダンスの電界アンテナ１（電界プローブとして機能する電界アンテナ１）からの電圧信号１００が、直列抵抗２１０を介して入力される。増幅器２２０は、電圧信号１００を増幅又はバッファして出力する（本例においては、バッファして出力する。）。
【0026】
増幅器２２０は、例えば、入力インピーダンスの高いＦＥＴ入力型のオペアンプで構成することができる。増幅器２２０の入力バイアス電流は、バイアス回路２４０を通じて供給される。バイアス回路２４０は、増幅器２２０の入力バイアス電流が微小な場合には抵抗値の大きな抵抗としてもよいし、特許文献１のように帰還回路として高インピーダンスにしてもよい。なお、説明の便宜上、図１において、増幅器２２０は、理想的な増幅器である理想増幅器２２１と寄生容量２２２とを含む等価回路で表されている。
【0027】
マイコンＭＣ１は、マイクロコンピュータであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、読み書き可能な不揮発性メモリ及びインターフェースＩ／Ｆなどを含む。ＣＰＵはＲＯＭに格納されたインストラクション（プログラム、ルーチン）を実行することにより各種機能を実現するようになっている。
【0028】
マイコンＭＣ１は、増幅器２２０から出力される電圧信号を処理する情報処理部として機能し、機能ブロックとして、ＡＤ変換器２３１と、振幅補正部２３２と、補正係数算出部２３３と、ＧＰＩＯ（General-purpose input/output）２３４とを含む。なお、マイコンＭＣ１は、マイクロコンピュータに代えて、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）やその他回路手段で実装してもよい。ＡＤ変換器２３１は、マイコンＭＣ１に内蔵されておらず、マイコンＭＣ１の外部に設けられていてもよい。
【0029】
ＡＤ変換器２３１には、増幅器２２０から出力されたアナログ信号である電圧信号２０１が入力される。ＡＤ変換器２３１は、アナログ信号をデジタル信号に変換するコンバータであり、「アナログデジタル変換部」として機能する。ＡＤ変換器２３１は、電圧信号２０１を所定のサンプリング周波数（サンプリング周期）でデジタル信号に変換し、デジタル信号に変換された電圧信号２０１Ｄを出力する。
【0030】
振幅補正部２３２には、ＡＤ変換器２３１から出力された電圧信号２０１Ｄが入力される。振幅補正部２３２は、振幅補正係数ｋを用いて、電圧信号２０１Ｄを補正し、補正後の電圧信号２０１Ｄであるデジタル信号２３７を無線機３に供給する。なお、振幅補正係数ｋについては、のちに詳述する。
【0031】
補正係数算出部２３３は、ＧＰＩＯ２３４を通じて、所定のタイミングでステップ波を、基準静電容量Ｃ２３０を有する基準容量素子２３０を介して、直列抵抗２１０の出力端と増幅器２２０の入力端との間の接続点に入力する。この場合、ステップ波と電圧信号１００（電界信号）とが重畳された電圧信号１００Ｓが増幅器２２０に入力され、増幅器２２０から電圧信号２０１Ｓが出力される。この電圧信号２０１Ｓは、増幅器２２０の出力のステップ応答の波形（以下、「ステップ応答波形２３６」と称呼される。）を含む。なお、以下では、説明の便宜上、ステップ応答波形２３６を含まない電圧信号２０１と、ステップ応答波形を含む電圧信号２０１Ｓとを区別するために、電圧信号２０１Ｓは、「ステップ応答信号２０１Ｓ」とも称呼される。
【0032】
ＡＤ変換器２３１は、ステップ応答信号２０１Ｓを所定のサンプリング周波数でデジタル信号に変換し、デジタル信号に変換されたステップ応答信号２０１ＤＳを出力する。補正係数算出部２３３には、ステップ応答信号２０１ＤＳが入力される。補正係数算出部２３３は、ステップ応答信号２０１ＤＳに含まれるステップ応答波形２３６に基づいて、上述した振幅補正係数ｋを計算する。更に、補正係数算出部２３３は、計算した振幅補正係数ｋを振幅補正部２３２に出力する。なお、振幅補正係数ｋの計算方法についても、のちに詳述する。
【0033】
無線機３は、振幅補正部２３２によって補正された後の電圧信号２０１Ｄであるデジタル信号２３７を無線通信によって、電圧測定装置の外部に存在する管理サーバ（不図示）に送信する。管理サーバは、受信したデジタル信号２３７を、電極板１１及び電極板１２間の電界（電圧Ｖ０に対応する電界）として取得する。なお、電界測定装置は、無線機３を省略した構成であってもよい。
【0034】
以下、補正係数算出部２３３が実行する振幅補正係数ｋ及びその計算方法について、詳細に説明する。なお、上述したように、本例において、増幅器２２０は増幅率が「１」であるバッファとして機能する。
【0035】
増幅器２２０はゼロでない寄生容量を有している。既述した通り、図１では、増幅器２２０が持つ寄生容量が、「寄生容量２２２」と明示されている。更に、理想増幅器２２１は寄生容量を有さない理想的な増幅器として、表現されている。
【0036】
電界アンテナ１にて発生する電圧信号１００は、寄生容量２２２の影響によって、電界アンテナ１の電極板１１及び１２間の電界を示す（電界に対応する）電圧Ｖ０（「電界アンテナ１の出力開放電圧Ｖ０」又は「信号源電圧Ｖ０」とも称呼される。）の振幅に比べて、減衰している。即ち、図１のブロックＢ１に示すように、電界アンテナ１は、電圧Ｖ０と、容量１０１との等価回路で表され、電圧信号１００は、電圧Ｖ０の振幅に比べて、その振幅が減衰してしまう。
【0037】
寄生容量２２２による信号振幅の減衰は、電界アンテナ１の電極板間容量との比で決まる。即ち、観測をしたい商用電源の周波数（信号周波数）において、電圧信号１００の電圧Ｖ１００は、電圧Ｖ０の分圧で表すことができることから、電圧Ｖ０（Ｖ０）と電圧Ｖ１００（Ｖ１００）との関係は、図２の式（１）により表すことができる。なお、式（１）中、Ｃ１（Ｃ１）は電界アンテナ１の電極板間静電容量（容量１０１の静電容量）を示し、Ｃ２２２（Ｃ２２２）は寄生容量２２２の静電容量を示し、Ｃ２３０（Ｃ２３０）は基準容量素子２３０の静電容量を示す。
【0038】
式（１）からわかるように、Ｃ２２２が増幅器２２０の製造ばらつきによりばらついたとき、電界アンテナ１からの読み出しのゲインが変動してしまい、高精度な電界の測定ができない。なお、ここで、電圧信号１００の信号周波数において、Ｃ１、Ｃ２２２、Ｃ２３０のインピーダンスは、バイアス回路２４０のインピーダンスと比較して十分小さく設定され、且つ、直列抵抗２１０のインピーダンスよりも十分大きく設定されているものとする。
【0039】
式（１）で表される電圧信号１００（電圧Ｖ１００）の減衰は、「Ｃ１」と、「Ｃ１＋Ｃ２２２＋Ｃ２３０」との相対値が分かれば、信号処理によって補正が可能となる。
【0040】
この相対値は、ステップ波を、基準容量素子２３０を介して増幅器入力２００（増幅器２２０の入力端と直列抵抗２１０の出力端との間の接続点）に注入した際の読み出し回路２の各部の動作波形に基づいて、測定することが可能である。
【0041】
以下、図３を参照しながら、ステップ波を注入した際の各部の動作波形により、Ｃ１と、「Ｃ１＋Ｃ２２２＋Ｃ２３０」との相対値を測定する方法について説明する。
【0042】
図３中、電圧Ｖ２０３は、ＧＰＩＯ２３４が発生するステップ波を、アッテネータ２５０に通した後の電圧信号２０３の電圧を示す。なお、ＧＰＩＯ２３４は、０Ｖ（ＧＮＤ）レベルか電源電圧の２値しか出力できないので、アッテネータ２５０により適切な振幅になるようにステップ波を減衰させる。減衰させる理由は、増幅器入力２００の電圧が増幅器２２０の入力電圧レンジに収まるようにするためである。また、振幅が大きいと増幅器２２０が大信号動作し動作が不安定になる場合があるからである。そのような必要がない場合、アッテネータ２５０は省略されてもよい。
【0043】
図３中、電圧ＶSTEPは、電圧信号２０３におけるステップ波の振幅を示す。電圧Ｖ２００は、ステップ波が基準容量素子２３０に入力された場合の増幅器入力２００の電圧を示す。
【0044】
図３に示すように、ステップ波（即ち、電圧信号２０３）が基準容量素子２３０に入力されると、図３の電圧Ｖ２００が示すように、時刻ｔ（＝０）にて、電圧Ｖ２００は、瞬間的にステップ状に上昇する。これは、基準容量素子２３０（基準容量）と寄生容量２２２とでステップ波が分圧されるためである。従って、電圧Ｖ２００の波高を示す第１波高値ＶＡ（ＶＡ）は、図２の式（２）で表すことができる。
【0045】
その後、電圧Ｖ２００は、直列抵抗２１０を介した電界アンテナ１の電極板間静電容量との電荷再配分により、1次のＲＣ応答で波高が減少していく。このＲＣ応答の時定数τは、図２の式（３）で定まる。なお、式（３）中、Ｒｓは直列抵抗２１０の抵抗値である。
【0046】
ステップ波を入力した時点（ｔ＝０）から５τ経過後には電荷再配分は９９％以上完了しており、増幅器入力２００の電圧は、定常状態に達する。このときの波高（振幅）を第２波高値ＶＢとすると、第２波高値ＶＢ（ＶＢ）は図２の式（４）で表される。
【0047】
【0048】
つまり、第１波高値ＶＡ及び第２波高値ＶＢを測定すれば、測定した第１波高値ＶＡ及び第２波高値ＶＢを、式（５－２）に適用することにより、減衰後の電圧Ｖ１００から真の信号源電圧Ｖ０を算出できることがわかる。即ち、補正係数算出部２３３は、図２の式（６）によって示される振幅補正係数ｋを、測定した第１波高値ＶＡ及び第２波高値ＶＢを式（６）に適用することにより求める。換言すると、補正係数算出部２３３は、測定した第１波高値ＶＡを、第１波高値ＶＡから第２波高値ＶＢを引いた差分により除することにより、振幅補正係数ｋを算出する。そして、振幅補正部２３２は、振幅補正係数ｋをデジタル信号である電圧信号２０１Ｄに乗じることによって、寄生容量２２２の影響のない真の信号源電圧波形（デジタル信号２３７）を取得できることがわかる。
【0049】
電圧Ｖ２００の第１波高値ＶＡ及び第２波高値ＶＢの測定は、マイコンＭＣ１がステップ波を入力した場合の増幅器２２０からの出力を、マイコンＭＣ１が、そのＡＤ変換器２３１を介して、取得することによって実行することができる。
【0050】
マイコンＭＣ１がステップ波を入力した場合、増幅器２２０の出力のステップ応答信号２０１Ｓに含まれるステップ応答波形の電圧Ｖ２０１は、図３に示すように有限の応答時間により波高がなまる。更に、ＡＤ変換器２３１（ＡＤ変換）のサンプリングレート（サンプリング周波数）も有限であるため、瞬間的な第１波高値ＶＡ（波高）の直接的な観測は困難である。そこで、マイコンＭＣ１は、ＡＤ変換器２３１がサンプリング周期Ｔｓでサンプリングした電圧Ｖ２０１のステップ応答波形（ＲＣ応答波形）に基づいて、ステップ波を入力した時点の増幅器２２０の入力（増幅器入力２００）の第１波高値ＶＡを推定することによって、第１波高値ＶＡを取得する。具体的に述べると、マイコンＭＣ１は、電圧Ｖ２０１のＲＣ応答波形を指数関数で外挿していき、ステップ波を入力したタイミングでの第１波高値ＶＡを示す電圧値（図３では時刻ｔ０のＶ２０１の推定値ＶＡ）を読み取ることで第１波高値ＶＡを取得することができる。
【0051】
なお、このサンプル点の外挿をより適正に実行するためには、サンプリング周期Ｔｓは、例えば式（３）の時定数τよりも短いことが好ましい（換言すると、式（３）の時定数τは、サンプリング周期Ｔｓよりも大きいことが好ましい。）。例えば、具体的に数値例を述べると、Ｃ１＝２０ｐＦ、Ｃ２２２＝４ｐＦ、Ｃ２３０＝３ｐＦであるとき、ＡＤ変換器２３１のサンプリング周波数が標準的なマイコンでの値である１００ｋＨｚであるとすると、Ｒｓは１．９ＭΩ以上であることが好ましい。
【0052】
第１波高値ＶＡをより高精度に測定するために時定数τの期間内に複数のサンプリング点が必要な場合は、Ｒｓを更に増加するように設定することが好ましい。ただし、Ｒｓの値はバイアス回路２４０のインピーダンスよりも十分小さく設定されることがより好ましい。これは、直列抵抗２１０を介した電荷再配分が静定して第２波高値ＶＢが測定できる前にバイアス回路２４０により電荷が抜けてしまうのを防止するためである。
【0053】
以上説明した振幅補正係数ｋを用いて電界測定を行う電界測定装置では、電界を測定する実運用前に振幅補正係数ｋを取得しておくことができる。しかし、長期にわたる電界測定や温度など環境条件の変化の激しい状況では、汚れの付着や半導体の劣化及び温度特性によってＣ２２２やＣ１の値が変化する可能性がある。
【0054】
そのような場合には、電界測定装置は、実運用中に容量測定（振幅補正係数ｋの計算）を行うのが望ましい。その際には、ステップ応答に重畳した電界信号波形が、第１波高値ＶＡ及び第２波高値ＶＢの測定の障害となる可能性がある。
【0055】
そこで、図４に示すように、商用電源起因の電界測定においては、電界信号周波数が５０Ｈｚや６０Ｈｚなどと既知であるため、電界測定装置は、電界信号周波数（商用電源周波数）の整数倍の周波数でステップ応答を測定することが好ましい。これにより、電界測定装置は、応答波形を平均化（平均化処理）することによって、電界信号波形を打ち消し、且つ、ステップ応答波形を強めあうことができる。
【0056】
＜振幅補正係数ｋを計算するための実際の動作＞
補正係数算出部２３３は、振幅補正係数ｋを計算するために、次のように動作する。即ち、補正係数算出部２３３は、所定のタイミングで、ＧＰＩＯ２３４に対してトリガ信号２３８を送り、アッテネータ２５０と基準容量素子２３０とを介して、直列抵抗２１０の出力端及び増幅器２２０の入力端との間に、図３のＶ２０３に示すステップ波を注入する（入力する。）。
補正係数算出部２３３は、振幅補正係数ｋを計算するために、次のように動作する。即ち、補正係数算出部２３３は、所定のタイミングで、ＧＰＩＯ２３４に対してトリガ信号２３８を送り、アッテネータ２５０と基準容量素子２３０とを介して、直列抵抗２１０の出力端及び増幅器２２０の入力端との間に、図３のＶ２０３に示すステップ波を注入する（入力する。）。
【0057】
これにより、増幅器２２０には、電圧信号１００にステップ応答が重畳された電圧信号１００Ｓが入力される。このときの増幅器２２０の出力である電圧信号２０１Ｓ（ステップ応答信号２０１Ｓ）は、信号線を通りマイコンＭＣ１に入力される。このステップ応答信号２０１Ｓは、図３のＶ２０１に示す、増幅器２２０の出力のステップ応答を示す波形（以下、「ステップ応答波形」と称呼される。）を含む。
【0058】
マイコンＭＣ１は、ステップ応答信号２０１Ｓを、マイコンＭＣ１に内蔵のＡＤ変換器２３１でアナログ信号からデジタル信号に変換し、補正係数算出部２３３に入力する。
【0059】
補正係数算出部２３３は、ステップ応答波形をＡＤ変換器２３１から出力された、デジタル信号に変換されたステップ応答信号２０１ＤＳから取得する。補正係数算出部２３３は、ステップ応答波形に基づいて、既述したように、振幅補正係数ｋを計算する。
【0060】
＜マイクロコンピュータの具体的動作＞
以上の処理フローは、全て補正係数算出部２３３で行われ、マイコンＭＣ１のプログラムとして実行される。マイコンＭＣ１は、図５に示すフローチャートにより示したルーチンを実行するように構成される。
以上の処理フローは、全て補正係数算出部２３３で行われ、マイコンＭＣ１のプログラムとして実行される。マイコンＭＣ１は、図５に示すフローチャートにより示したルーチンを実行するように構成される。
【0061】
電界測定装置は、予め定められた時刻又はイベントとなるまで電界測定を待機するように構成される。従って、マイコンＭＣ１は、図５のステップＳ１から処理を開始してステップＳ２に進むと、現時点が電界測定時刻か否かを判定する。
【0062】
現時点が電界測定時刻ではない場合、マイコンＭＣ１はステップＳ２にて「Ｎｏ」と判定して再びステップＳ２の処理を実行する。
【0063】
現時点が電界測定時刻である場合、マイコンＭＣ１はステップＳ２にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ３に進む。ステップＳ３にて、マイコンＭＣ１は、ステップ応答波形２３６をＮ個集めたか否かを判定する。即ち、マイコンＭＣ１は、後述のステップＳ４乃至ステップＳ９の処理により集めたステップ応答波形２３６の数がＮ個（Ｎ個以上）であるか否かを判定する。
【0064】
マイコンＭＣ１がステップ応答波形２３６をＮ個集めていない場合、マイコンＭＣ１はステップＳ３にて「Ｎｏ」と判定して、以下に述べるステップＳ４乃至ステップＳ９の処理を順に実行する。
ステップＳ４：マイコンＭＣ１は、ステップ応答波形２３６の記録を開始する。
ステップＳ５：マイコンＭＣ１は、Ｔｓ１秒間だけ待機する。
ステップＳ６：マイコンＭＣ１は、ステップ波をＧＰＩＯ２３４から出力する。
ステップＳ７：マイコンＭＣ１は、Ｔｓ２秒間だけ待機する。
ステップＳ８：マイコンＭＣ１は、ステップ応答波形２３６の記録を終了する。
ステップＳ９：マイコンＭＣ１は、ステップ応答波形記録までＴｗ秒待機する。
ステップＳ４：マイコンＭＣ１は、ステップ応答波形２３６の記録を開始する。
ステップＳ５：マイコンＭＣ１は、Ｔｓ１秒間だけ待機する。
ステップＳ６：マイコンＭＣ１は、ステップ波をＧＰＩＯ２３４から出力する。
ステップＳ７：マイコンＭＣ１は、Ｔｓ２秒間だけ待機する。
ステップＳ８：マイコンＭＣ１は、ステップ応答波形２３６の記録を終了する。
ステップＳ９：マイコンＭＣ１は、ステップ応答波形記録までＴｗ秒待機する。
【0065】
ステップＳ３乃至ステップＳ９は、Ｖ２０１のステップ応答波形をＮ個集める処理である。これらの処理は、Ｎが２以上の場合、既述の平均化処理を行うために実行される処理となる。平均化処理を行わない場合にはＮに１を代入して（Ｎ＝１）これらの処理が実行されてもよい。
【0066】
マイコンＭＣ１がステップＳ３乃至ステップＳ９の処理を実行することにより、ステップＳ３にて、マイコンＭＣ１がステップ応答波形２３６をＮ個集めると、マイコンＭＣ１はステップＳ３にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１０に進む。なお、上述の処理では、ステップ応答波形の測定間隔は、Ｔｓ１とＴｓ２とＴｗとの合計時間になる。本例において、この合計時間が、電圧信号の周期の整数分の１に設定されている。従って、その後の平均化処理（ステップＳ１０）によって、電圧信号の波形を打ち消し、且つ、ステップ応答波形を強めあうことができる。
【0067】
ステップＳ１０にて、マイコンＭＣ１は、Ｎ個のステップ応答波形を含む電圧信号の平均化処理を行う。その後、マイコンＭＣ１は、ステップＳ１１に進み、平均化処理後のステップ応答波形に対して、第１波高値ＶＡ及び第２波高値ＶＢの読み取りを行う。上述した外挿処理による第１波高値ＶＡの読み取りは、このステップＳ１１にて行われる。
【0068】
その後、マイコンＭＣ１は、ステップＳ１２に進み、第１波高値ＶＡ及び第２波高値ＶＢがそれぞれ規定の範囲内であるか否かを判定する。
【0069】
マイコンＭＣ１は、第１波高値ＶＡ及び第２波高値ＶＢの少なくとも一つが規定外であれば電界測定装置の故障と判断する。第１波高値ＶＡ及び第２波高値ＶＢの値は、Ｃ２２２及びＣ１の値で規定されるため、第１波高値ＶＡ及び第２波高値ＶＢの少なくとも一つの値が設計上期待される範囲外の値である場合には、Ｃ２２２及び／又はＣ１に（即ち、電界アンテナ１及び／又は増幅器２２０）に、何らかの異常が発生している可能性があると判断できるからである。
【0070】
従って、第１波高値ＶＡ及び第２波高値ＶＢの少なくとも一つが規定外である場合、マイコンＭＣ１はステップＳ１２にて「Ｎｏ」と判定してステップＳ１３に進む。
【0071】
ステップＳ１３にて、マイコンＭＣ１は、故障のアラート信号を、無線機３を通じて機器管理者に知らせる処理を行った後、ステップ１４に進み、その動作を一旦終了する。
【0072】
ステップＳ１２にて、第１波高値ＶＡ及び第２波高値ＶＢが共に規定の範囲内である場合、マイコンＭＣ１は、「Ｙｅｓ」と判定して以下に述べるステップＳ１５乃至ステップＳ１９の処理を順に実行する。
ステップＳ１５：マイコンＭＣ１は、既述したように、振幅補正係数ｋを計算する。
ステップＳ１６：マイコンＭＣ１は、電圧信号２０１Ｄ（電界信号）の波形測定を行う。
ステップＳ１７：マイコンＭＣ１は、振幅補正係数ｋを用いて電圧信号２０１Ｄ（電界信号）の振幅を補正計算する。
ステップＳ１８：マイコンＭＣ１は、無線機３にて振幅補正後のデジタル信号２３７（電界信号波形）を送出する。
ステップＳ１９：マイコンＭＣ１は、処理を一旦終了する。
ステップＳ１５：マイコンＭＣ１は、既述したように、振幅補正係数ｋを計算する。
ステップＳ１６：マイコンＭＣ１は、電圧信号２０１Ｄ（電界信号）の波形測定を行う。
ステップＳ１７：マイコンＭＣ１は、振幅補正係数ｋを用いて電圧信号２０１Ｄ（電界信号）の振幅を補正計算する。
ステップＳ１８：マイコンＭＣ１は、無線機３にて振幅補正後のデジタル信号２３７（電界信号波形）を送出する。
ステップＳ１９：マイコンＭＣ１は、処理を一旦終了する。
【0073】
本発明の第１実施形態に係る電界測定装置は、振幅補正係数ｋを算出するキャリブレーション工程（ステップＳ３からステップＳ１５までの処理）を行っている。本例において、電界測定装置は、図５のルーチンを実行する毎に、キャリブレーション工程を、ステップＳ１６以降の処理（電界測定を行う処理）の前に、行うように構成されている。しかし、電界測定装置は、図５のルーチンを実行する毎に、キャリブレーション工程を行う必要はない。電界測定装置は、図５のルーチンを実行することにより、振幅補正係数ｋを算出した後に、図５のルーチンを実行する場合、図５のルーチンからステップＳ３乃至ステップＳ１５の処理を省略したルーチンを実行してもよい。
【0074】
即ち、キャリブレーション工程（ステップＳ３からステップＳ１５までの処理）はＣ２２２やＣ１の値の変動の影響を補正するために実行される。このため、キャリブレーション工程の頻度は、電界測定頻度や電界測定装置の設置環境によって適切に変えることが消費電力や処理時間の観点からは望ましい。例えば毎秒のように電界測定を行う場合において、キャリブレーション工程は、毎回行う必要はなく毎時行えばよい。キャリブレーション工程を省略する場合、既述した通り、マイコンＭＣ１は、ステップＳ３乃至ステップＳ１５の処理を省略し、ステップＳ２の次にステップＳ１６を実行すればよい。
【0075】
＜効果＞
以上説明したように、第１実施形態に係る電界測定装置は、未知の寄生容量２２２が電界アンテナ１の読み出し回路２に存在する場合であっても、寄生容量２２２による電界信号の減衰を振幅補正することができるので、電界の測定精度を向上できる。更に、この電界測定装置によれば、マイコンＭＣ１を使用することによって、高価な部品を使用しない簡単な構成によって、寄生容量２２２による電界信号の減衰を振幅補正することが可能となる。従って、この電界測定装置は、電界の測定精度の向上に加えて、コストも低減できる。
以上説明したように、第１実施形態に係る電界測定装置は、未知の寄生容量２２２が電界アンテナ１の読み出し回路２に存在する場合であっても、寄生容量２２２による電界信号の減衰を振幅補正することができるので、電界の測定精度を向上できる。更に、この電界測定装置によれば、マイコンＭＣ１を使用することによって、高価な部品を使用しない簡単な構成によって、寄生容量２２２による電界信号の減衰を振幅補正することが可能となる。従って、この電界測定装置は、電界の測定精度の向上に加えて、コストも低減できる。
【0076】
<<第２実施形態>>
＜構成＞
本発明の第２実施形態に係る電界測定装置について説明する。第２実施形態に係る電界測定装置は、図６に示すように、アナログスイッチ２６０と、帰還アンプ２７０と、帯域幅の異なる２種類のアンチエイリアスフィルタ２８１及び２８２と、マルチプレクサ２３９とが、第１実施形態に係る電界測定装置に対して追加されている。以上の点以外、図１に示す第１実施形態に係る電界測定装置と同様の構成を有する。
＜構成＞
本発明の第２実施形態に係る電界測定装置について説明する。第２実施形態に係る電界測定装置は、図６に示すように、アナログスイッチ２６０と、帰還アンプ２７０と、帯域幅の異なる２種類のアンチエイリアスフィルタ２８１及び２８２と、マルチプレクサ２３９とが、第１実施形態に係る電界測定装置に対して追加されている。以上の点以外、図１に示す第１実施形態に係る電界測定装置と同様の構成を有する。
【0077】
アナログスイッチ２６０は、マイコンＭＣ１からの指令に応じて、アッテネータ２５０と帰還アンプ２７０と基準容量素子２３０との接続状態を第１接続状態及び第２接続状態の何れかに切り替える（設定する）ためのスイッチである。
【0078】
第１接続状態は、帰還アンプ２７０の出力端と基準容量素子２３０の入力端との間が接続された状態である。第２接続状態は、アッテネータ２５０の出力端と基準容量素子２３０の入力端との間が接続された状態である。
【0079】
帰還アンプ２７０は、増幅器２２０の出力端と増幅器２２０の入力端との間の帰還経路に設けられている。
【0080】
アンチエイリアスフィルタ２８１（以下、「第１フィルタ２８１」と称呼される。）は、上限カットオフ周波数が所定の第１周波数に設定された広帯域のアンチエイリアスフィルタである。アンチエイリアスフィルタ２８２（以下、「第２フィルタ２８２」と称呼される。）は、上限カットオフ周波数が所定の第１周波数より低い第２周波数に設定された、第１フィルタ２８１に比べて狭帯域のアンチエイリアスフィルタである。
【0081】
マルチプレクサ２３９は、マイコンＭＣ１からの指令に基づいて、第１フィルタ２８１から入力される信号及び第２フィルタ２８２から入力される信号の何れか一方を、ＡＤ変換器２３１へ出力する信号切り替え器である。
【0082】
＜概要＞
電界測定装置において、基準容量素子２３０は、ステップ応答測定時以外の通常電界測定時には役割がなく、増幅器入力２００に接続された信号振幅を減衰する容量にしかならない。このため、電界測定装置において、通常電界測定時には、基準容量素子２３０の存在を排除することが、ＳＮ比のよい電界測定を行うために望ましい。
電界測定装置において、基準容量素子２３０は、ステップ応答測定時以外の通常電界測定時には役割がなく、増幅器入力２００に接続された信号振幅を減衰する容量にしかならない。このため、電界測定装置において、通常電界測定時には、基準容量素子２３０の存在を排除することが、ＳＮ比のよい電界測定を行うために望ましい。
【0083】
そこで、電界測定装置は、通常電界測定時には、切り替え信号２０６及びアナログスイッチ２６０によって、基準容量素子２３０と帰還アンプ２７０とを接続し、帰還アンプ２７０を増幅率１のバッファとして動作させる。これにより、電解測定装置は、増幅器入力２００から見た基準容量素子２３０の容量値を等価的に０にできる。
【0084】
一般には、帰還アンプ２７０の増幅率をＧとした場合には、電圧Ｖ０と電圧信号１００の電圧Ｖ１００の関係は、図７の式（７）で表される。
【0085】
本例において、帰還アンプ２７０の増幅率（Ｇ）は１である。Ｇを１とした場合にはＣ２３０の振幅への影響がなくなる。なお、Ｇは１より大きくされてもよい。Ｇが１よりも大きくされた場合には、等価的に負の静電容量を生み出すことができる。
【0086】
このとき、図２の式（２）及び式（４）を用いて、図７の式（７）を第１波高値ＶＡ及び第２波高値ＶＢで表すと、図７の式（８）のようになる。即ち、この場合の振幅補正係数ｋは、式（８）の右辺のＶ０の係数の逆数であり、図７の式（９）となる。
【0087】
ＳＮ比のよい電界測定を行うためには、測定する電界の周波数帯域を信号周波数帯域に絞ることが望ましい。これに対して、ステップ応答の測定のためにはＡＤ変換器２３１にて広帯域の信号が取得されなければならない。
【0088】
そこで、電界測定装置は、電界測定時には狭帯域の第２フィルタ２８２を用い、ステップ応答測定時には広帯域の第１フィルタ２８１を用いるように構成される。これにより、電界測定装置は、ステップ応答の測定に対応しつつＳＮ比のよい電界測定を実行できる。
【0089】
更に、電界測定装置は、ＡＤ変換器２３１のサンプリング周波数を、電界測定時には低くし（例えば、第１サンプリング周波数（第１サンプリング周期）に設定し）、ステップ応答測定時には電界測定時より高くする（例えば、第１サンプリング周波数より高い第２サンプリング周波数（第１サンプリング周期より短い第２サンプリング周期）に設定する）ように構成される。このように、電界測定装置は、ＡＤ変換器２３１のサンプリング周波数を、必要に応じて動的に変えることによって、マイコンＭＣ１の消費電力を抑えることができる。
【0090】
＜マイクロコンピュータの具体的動作＞
マイコンＭＣ１は、図８に示すフローチャートにより示したルーチンを実行するように構成される。
このフローチャートは、以下の点のみにおいて図５のフローチャートと相違する。
・図５のステップＳ２とステップＳ３との間にステップＳ２５０乃至ステップＳ２５２が追加されている。
・図５のステップＳ１５とステップＳ１６との間にステップＳ１５５０乃至ステップ１５５２が追加されている。
マイコンＭＣ１は、図８に示すフローチャートにより示したルーチンを実行するように構成される。
このフローチャートは、以下の点のみにおいて図５のフローチャートと相違する。
・図５のステップＳ２とステップＳ３との間にステップＳ２５０乃至ステップＳ２５２が追加されている。
・図５のステップＳ１５とステップＳ１６との間にステップＳ１５５０乃至ステップ１５５２が追加されている。
【0091】
従って、以下ではこれらの相違点を中心として説明する。
【0092】
ステップＳ２５０：マイコンＭＣ１は、ＡＤ変換器２３１を高速モードに設定する。即ち、マイコンＭＣ１は、ＡＤ変換器２３１のサンプリング周波数を第２サンプリング周波数に設定する。
【0093】
ステップＳ２５１：マイコンＭＣ１は、アナログスイッチの接続状態を、第２接続状態に切り替えることにより、帰還アンプ２７０を基準容量素子２３０から切り離す。
ステップＳ２５２：マイコンＭＣ１は、広帯域の第１フィルタ２８１からの信号がマルチプレクサ２３９からＡＤ変換器２３１に入力されるようにする。
ステップＳ２５２：マイコンＭＣ１は、広帯域の第１フィルタ２８１からの信号がマルチプレクサ２３９からＡＤ変換器２３１に入力されるようにする。
【0094】
ステップＳ１５５０：マイコンＭＣ１は、ＡＤ変換器２３１を低速モードに設定する。即ち、マイコンＭＣ１は、ＡＤ変換器２３１のサンプリング周波数を第２サンプリング周波数より小さい第１サンプリング周波数に設定する。
ステップＳ１５５１：マイコンＭＣ１は、アナログスイッチ２６０の接続状態を、第１接続状態に切り替えることにより、帰還アンプ２７０を基準容量素子２３０に接続する。
ステップＳ１５５２：マイコンＭＣ１は、狭帯域の第２フィルタ２８２からの信号がマルチプレクサ２３９からＡＤ変換器２３１に入力されるようにする。
ステップＳ１５５１：マイコンＭＣ１は、アナログスイッチ２６０の接続状態を、第１接続状態に切り替えることにより、帰還アンプ２７０を基準容量素子２３０に接続する。
ステップＳ１５５２：マイコンＭＣ１は、狭帯域の第２フィルタ２８２からの信号がマルチプレクサ２３９からＡＤ変換器２３１に入力されるようにする。
【0095】
＜効果＞
以上説明したように、第２実施形態に係る電界測定装置は、ステップ応答の測定に対応しつつＳＮ比のよい電界測定を実行できる。更に、この電界測定装置は、ＡＤ変換器２３１のサンプリング周波数を、必要に応じて動的に変えることによって、マイコンＭＣ１の消費電力を抑えることができる。
以上説明したように、第２実施形態に係る電界測定装置は、ステップ応答の測定に対応しつつＳＮ比のよい電界測定を実行できる。更に、この電界測定装置は、ＡＤ変換器２３１のサンプリング周波数を、必要に応じて動的に変えることによって、マイコンＭＣ１の消費電力を抑えることができる。
【0096】
<<変形例>>
本発明は上記各実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、第２実施形態において、帰還アンプ２７０が省略されてもよい。更に、上記各実施形態の特徴は、本発明の範囲を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
本発明は上記各実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、第２実施形態において、帰還アンプ２７０が省略されてもよい。更に、上記各実施形態の特徴は、本発明の範囲を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【0097】
１…電界アンテナ、２…読み出し回路、１１，１２…電極板、１０１…容量、２１０…直列抵抗、２２０…増幅器、２３０…基準容量素子、２３１…ＡＤ変換器、２３２…振幅補正部、２３３…補正係数算出部、２３４…ＧＰＩＯ、２５０…アッテネータ、２２２…寄生容量
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】