JP2008002925A - 電圧測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタ回路を安価に構成しつつ測定対象体の電圧を正確に測定する。
【解決手段】測定対象体４の電圧Ｖ１を測定する電圧測定装置１であって、駆動信号Ｓ２の周波数ｆ１の２倍の容量変調周波数ｆ２で静電容量Ｃ１を変化させる可変容量回路１９を有し、かつ電圧Ｖ１と参照電位Ｖｒとの間の電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に応じて振幅が変化すると共に容量変調周波数ｆ２と同じ周波数の検出信号Ｓ３を出力するプローブユニット２と、検出信号Ｓ３と局部発振回路２３で生成された局発信号Ｓ５とをミキシングした後フィルタリングして中間周波信号Ｓ７を生成する中間周波変換部ＦＴと、中間周波信号Ｓ７を検波して検出信号Ｓ３の振幅成分を示す振幅信号Ｓ８を生成する検波回路２６と、参照電位Ｖｒを生成してプローブユニット２に印加すると共に振幅信号Ｓ８の振幅が減少するように参照電位Ｖｒを変化させる電圧生成部３ｂとを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置に関し、特に測定対象体の電圧を非接触で測定し得る電圧測定装置に関するものである。

この種の電圧測定装置として、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。

この電圧測定装置（距離補償型表面電位計）は、圧電音叉（圧電素子が取り付けられた音叉）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。この場合、高圧増幅回路は、昇圧用のトランスと、このトランスの一次巻線に接続されたスイッチング用のＦＥＴと、トランスの二次巻線に接続された整流回路とを備えて構成されている。また、この電圧測定装置は、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が電源からフローティングされて構成されている。

この電圧測定装置では、音叉駆動回路が所定の周波数で圧電音叉を駆動し、同期検波回路が音叉駆動回路からの信号によって検知電極からの信号を同期検波する。次いで、積分回路が同期検波回路からの出力信号を積分して出力する。続いて、高圧増幅回路が、積分回路からの出力信号をトランスで昇圧し、整流回路で整流して高圧の出力信号（直流電圧信号）を生成して、高圧増幅回路の一次側、すなわち、コモングランド（フローティンググランド）へ帰還している。これにより、この電圧測定装置によれば、センサ部の電位（出力信号の電圧）と測定対象体の電圧との電位差をゼロにすることができるため、高圧増幅回路の出力信号の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。
特開平６−２４２１６６号公報報（第１３−１５頁、第２図）

ところが、上記の電圧測定装置には、以下のような問題点がある。すなわち、この電圧測定装置では、センサ部に帰還させる出力信号については、高圧増幅回路が、積分回路から出力された電圧をトランスで昇圧すると共に整流回路で整流して生成している。このため、この出力信号はその電圧が測定対象体の電圧（ほぼ一定の電圧）に向けて徐々に増加する直流電圧信号となる結果、測定対象体の電圧が増加と減少を繰り返す交流電圧の場合には、その電圧をリアルタイムに測定できないという問題点が存在している。

この問題点を解決すべく、本願発明者は、容量変調周波数を駆動周波数の２倍に高めることができる可変容量回路を開発し、この可変容量回路を使用してフィードバックループの応答速度を高めて、その電位が一定となっている測定対象体の直流電圧のみならず、その電位が変化する測定対象体の交流電圧をもリアルタイムで測定し得る電圧測定装置を提案している（特願２００５−３６５６６６号）。

この可変容量回路は、互いに逆向きに直列接続した一対のダイオードからなる組（電気的要素）をブリッジ状に接続して構成されている。この電圧測定装置では、この可変容量回路を構成する４つの電気的要素同士の各接続点のうちの対向する一対の接続点を検出電極（上記した従来の電圧測定装置における検知電極）と参照電位（上記した従来の電圧測定装置におけるコモングランド）とに接続し、他の一対の接続点間に駆動信号を印加して、可変容量回路の静電容量を変化させる。この場合、各電気的要素が、上記構成によって直流信号の通過を阻止しつつ印加電圧（駆動信号）の絶対値の大きさに応じてその容量を変化させるため、この可変容量回路における検出電極と参照電位とに接続された一対の接続点間の静電容量も、駆動信号の周波数の２倍の周波数で変化する。また、各電気的要素が同一の特性を備えていて、可変容量回路がブリッジ回路としての平衡条件を満足するときには、理論上は、駆動信号の周波数成分は、可変容量回路における検出電極と参照電位とに接続された一対の接続点間に現れない。このため、この電圧測定装置によれば、可変容量回路で流れる電流（または電流に比例して変化する検出信号）に基づいて参照電位をフィードバック制御することにより、参照電位を測定対象体の電圧にリアルタイムで追従させることができる結果、測定対象体の電圧が交流的に変動する場合であっても、その電圧を正確に測定することができる。

しかしながら、各電気的要素の特性を揃えること、つまり可変容量回路を完全な平衡条件を満たすように構成することは現実には困難であり、このため、可変容量回路を流れる電流（または上記の検出信号）への駆動信号の周波数成分の混入は避けられない。このため、本願発明者は、この駆動信号の周波数成分をフィルタ回路を用いて除去する構成を上記の提案した電圧測定装置において採用しているが、可変容量回路を流れる電流（または電流に比例して変化する検出信号）からその電流（または検出信号）の１／２の周波数の成分をフィルタ回路で安定して除去するためには、選択度（Ｑ）が大きく、かつ温度安定度の良好な高価なフィルタ回路を用いる必要があり、装置コストの上昇を招くという解決すべき課題が存在している。

本発明は、上記の問題を解決すべくなされたものであり、フィルタ回路を安価に構成しつつ測定対象体の電圧を正確に測定し得る電圧測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の電圧測定装置は、測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、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電気的要素を含んで構成されて当該印加電圧の周波数に応じた容量変調周波数で静電容量を変化させる可変容量回路を有し、かつ前記測定対象体の前記電圧と参照電位との間の電位差に応じて振幅が変化すると共に前記容量変調周波数と同じ周波数の検出信号を出力するセンサ部と、前記検出信号と局部発振回路で生成された局発信号とをミキシングした後にフィルタリングすることにより中間周波信号を生成する中間周波変換部と、前記中間周波信号を検波して前記検出信号の振幅成分を示す振幅信号を生成する検波部と、前記参照電位を生成して前記センサ部に印加すると共に前記振幅信号の振幅が減少するように当該参照電位を変化させる電圧生成部とを備えている。

また、請求項２記載の電圧測定装置は、請求項１記載の電圧測定装置において、前記センサ部は、前記測定対象体に対向可能な検出電極と、当該検出電極に接続されてその静電容量を変化可能に構成された可変容量回路と、静電容量変化時において前記可変容量回路で発生する電流または前記可変容量回路の両端間電圧を前記検出信号として検出する検出回路とを備えている。

請求項１記載の電圧測定装置では、測定対象体の電圧の測定に際して、センサ部が測定対象体の電圧と参照電位との間の電位差に応じて振幅が変化すると共に容量変調周波数と同じ周波数の検出信号を出力し、中間周波変換部が検出信号と局部発振回路で生成された局発信号とをミキシングした後にフィルタリングすることによって中間周波信号を生成し、検波部が中間周波信号を検波して検出信号の振幅成分を示す振幅信号を生成し、電圧生成部が参照電位を生成してセンサ部に印加すると共に振幅信号の振幅が減少するように参照電位を変化させる。したがって、この電圧測定装置によれば、局発信号の周波数を容量変調周波数に対して僅かな所定周波数だけずらして設定することにより、中間周波変換部においてミキシングによって生成される信号に含まれる２つの周波数成分（所定周波数の成分（以下、中間周波信号ともいう）と、容量変調周波数の２倍の周波数に所定周波数を加えた周波数の成分（以下、不要側帯波信号ともいう））について、高い方の周波数（不要側帯波信号）の成分に対する低い方の周波数（中間周波信号）の成分の比率を十分に小さくすることができる。また、ミキシングによって生成された信号に印加電圧の周波数成分が含まれている場合においても、印加電圧の周波数の成分に対する低い方の周波数（中間周波信号）の成分の比率を十分に小さくすることができる。このため、安価なフィルタ回路（選択度および温度安定度共に一般的なフィルタ回路）を用いたとしても、不要側帯波信号および印加電圧の周波数成分を十分に小さなレベルまで確実に低減させ、かつこの低い周波数（中間周波信号）の成分を殆ど低減させることなく通過させることができる。したがって、この中間周波信号を安定して生成できる結果、フィルタ回路を安価に構成しつつ、参照電位を測定対象体の電圧にリアルタイムで追従させることができるため、測定対象体の電圧が交流的に変動する場合であっても、その電圧を正確に測定することができる。

また、請求項２記載の電圧測定装置によれば、検出電極をセンサ部の表面に配設し、かつ可変容量回路および検出回路をセンサ部の内部に配設した状態で測定対象体の電圧を測定することができるため、可変容量回路を測定対象体と直接対向させるための孔を設けることなくセンサ部を構成することができる。したがって、この電圧測定装置によれば、この孔を介して異物がセンサ部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センサ部内の部品の破損を確実に回避することができるため、装置全体の信頼性を向上させることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る電圧測定装置の最良の形態について説明する。

最初に、本発明に係る電圧測定装置１について、図面を参照して説明する。

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を非接触で測定可能に構成されている。

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。

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。

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。

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、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。

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。

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。

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および電圧計３ｃを備えて構成されている。この場合、制御部３ａは、発振回路２１、増幅回路２２、局部発振回路２３、ミキサ（乗算器）２４、フィルタ回路２５、検波回路２６および極性判定回路２７を備えている。具体的には、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）の判定用信号Ｓ１１を駆動信号Ｓ１に同期させて生成して極性判定回路２７に出力する。この場合、本例では、発振回路２１は、駆動信号Ｓ１および判定用信号Ｓ１１として正弦波信号を生成する。増幅回路２２は、プローブユニット２から入力した検出信号Ｓ３を予め設定された電圧レベルまで増幅して、検出信号Ｓ４として出力する。局部発振回路２３は、容量変化機能体１３の後述する容量変調周波数ｆ２に対して僅かな所定周波数αだけずれた（一例として高い）周波数（ｆ２＋α）の局発信号Ｓ５を生成してミキサ２４に出力する。ミキサ２４は、検出信号Ｓ４と局発信号Ｓ５とをミキシング（乗算）することにより、ミキシング信号Ｓ６を生成してフィルタ回路２５に出力する。

フィルタ回路２５は、上記の局部発振回路２３およびミキサ２４と共に本発明における中間周波変換部ＦＴを構成し、ミキシング信号Ｓ６に含まれている所定周波数αの信号成分を選択的に抽出して中間周波信号Ｓ７として出力する。具体的には、ミキシング信号Ｓ６には、後述するように、所定周波数αの成分と、周波数（２×ｆ２＋α）の成分とがそれぞれ含まれており、フィルタ回路２５は、所定周波数αの成分を選択的に抽出して中間周波信号Ｓ７として出力する。

この場合、ミキシング信号Ｓ６に含まれている各成分の周波数のうちの周波数（２×ｆ２＋α）に対する所定周波数αの比率（周波数ｆ２をキャリア周波数としたときに不要側帯波信号としての上側波帯信号に対する下側波帯信号の比率）は、周波数ｆ２の信号に対する周波数ｆ１の信号の比率と比較して十分に小さくすることができる。例えば、周波数ｆ２を２ＭＨｚとし、所定周波数αを１０ｋＨｚとしたときには、前者の比率は、約０．００２５となり、後者の比率（約０．５）と比較して十分に小さくなる。また、容量変化機能体１３を構成する各電気的要素Ｅ１の特性を完全に同一に揃えるのは困難なため、容量変化機能体１３に流れている電流ｉには、容量変化機能体１３に印加される駆動信号Ｓ２の周波数成分（周波数ｆ１の成分）も通常含まれており、したがって、検出信号Ｓ４にも周波数ｆ１の成分が含まれている。この周波数ｆ１の成分は、検出信号Ｓ４が局発信号Ｓ５とミキシングされたときには、周波数ｆ２をキャリア周波数としたときに、下側波帯の周波数はｆ２（＝２×ｆ１）＋α−ｆ１＝ｆ１＋αとなるが、この下側波帯の周波数に対する所定周波数αの比率も十分に小さいものとなる。例えば、上記の具体例で示した数値を適用した場合、周波数ｆ１（＝ｆ２／２）が１ＭＨｚのため、所定周波数αのこの下側波帯の周波数（ｆ１＋α）に対する比率は約０．０１となり、十分に小さいものとなる。このため、フィルタ回路２５は、特に大きな選択度や優れた温度特性を備えた高価なフィルタ回路ではなく、一般的な特性のフィルタ回路、つまり安価なフィルタ回路で構成されている。検波回路２６は、本発明における検波部を構成し、中間周波信号Ｓ７を検波することにより、検出信号Ｓ３の振幅成分を示す振幅信号Ｓ８を生成する。この場合、検波回路２６は、例えば同期検波によって中間周波信号Ｓ７を検波する。したがって、振幅信号Ｓ８は、その振幅が可変容量回路１９を流れる電流ｉの値（振幅）に比例して変化し、かつその極性が可変容量回路１９を流れる電流ｉの向きに応じて変化する。

極性判定回路２７は、判定用信号Ｓ１１および検出信号Ｓ４を入力して判定用信号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２７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Ｓ１２を生成して出力する。一例として、本例では、極性判定回路２７は、電位差（Ｖ１−Ｖｒ）の極性と同じ極性で極性信号Ｓ１２を出力する。

電圧生成部３ｂは、電圧生成回路２８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２８は、電圧信号Ｓ９を生成して出力する。この場合、電圧生成回路２８は、出力している電圧信号Ｓ９の電圧を、入力した振幅信号Ｓ８の振幅（電圧値）に比例した量だけ、入力した極性信号Ｓ１２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２８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Ｓ９を昇圧して、参照電位信号Ｓ１０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Ｓ１０の電圧に規定される。

電圧計３ｃは、参照電位信号Ｓ１０の電圧（参照電位Ｖｒ）を測定して、その電圧値を表示する。なお、電圧計３ｃは、測定した参照電位Ｖｒを表示する構成に代えて、プリンタなどの印刷装置に出力したり、外部メモリなどの記憶装置に記憶させたり、外部機器に伝送したりする構成にすることもできる。

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２８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Ｓ９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Ｓ１０をゼロボルトから生成し始めるものとする。

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、一定の（変動しない）値となる。

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および判定用信号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、また判定用信号Ｓ１１を極性判定回路２７に出力する。また、局部発振回路２３が局発信号Ｓ５の生成を開始して、生成した局発信号Ｓ５をミキサ２４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。

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。

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。

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（印加電圧）の周波数に応じた容量変調周波数で、特に限定されないが、例えば、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。

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。

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。

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。

本体ユニット３の制御部３ａでは、増幅回路２２が検出信号Ｓ３を検出信号Ｓ４に増幅してミキサ２４に出力し、ミキサ２４が検出信号Ｓ４と局発信号Ｓ５とをミキシングしてミキシング信号Ｓ６を生成してフィルタ回路２５に出力し、フィルタ回路２５がミキシング信号Ｓ６に含まれている所定周波数αの信号成分を選択的に抽出して中間周波信号Ｓ７として出力する。次いで、検波回路２６は、中間周波信号Ｓ７を包絡線検波することにより、検出信号Ｓ３の振幅成分を示す振幅信号Ｓ８を生成する。この場合、振幅信号Ｓ８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２７は、判定用信号Ｓ１１および検出信号Ｓ４を入力して判定用信号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Ｓ１２を生成して電圧生成部３ｂに出力する。

本体ユニット３の電圧生成部３ｂでは、電圧生成回路２８が、出力している電圧信号Ｓ９の電圧を、入力した振幅信号Ｓ８の振幅（電圧値）に比例した量だけ、入力した極性信号Ｓ１２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Ｓ９は当初ゼロであるため、参照電位信号Ｓ１０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Ｓ１２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２８が、入力した振幅信号Ｓ８の振幅に比例した量だけ、電圧値を増加させて電圧信号Ｓ９を出力する。次いで、トランスＴｒ３が電圧信号Ｓ９を昇圧して参照電位信号Ｓ１０を発生させてケース１１に印加する。この結果、電流検出器１５、プリアンプ１６、増幅回路２２、中間周波変換部ＦＴ、検波回路２６および電圧生成部３ｂ（電圧生成回路２８とトランスＴｒ３）で構成されるフィードバックループ内で、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。

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、参照電位Ｖｒの測定対象体４の電圧Ｖ１へ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Ｓ１０は、図７に示すように、電圧Ｖ１に対してオーバーシュートしつつ時刻ｔ１において収束する。なお、オーバーシュートして、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Ｓ１２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２８が、入力した振幅信号Ｓ８の振幅に比例した量だけ、電圧値を減少させて電圧信号Ｓ９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Ｓ１０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Ｓ１０（および電圧信号Ｓ９）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。したがって、所定時間経過後（本例では測定開始から時間（ｔ１−ｔ０）だけ経過した後）において、電圧計３ｃで表示されている電圧値（参照電位Ｖｒ）を測定することにより、測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができる。

このように、この電圧測定装置１では、制御部３ａにおいて、中間周波変換部ＦＴが検出信号Ｓ３（本例ではこの検出信号Ｓ３を増幅した検出信号Ｓ４）と局発信号Ｓ５とをミキシングした後にフィルタリングすることによって中間周波信号Ｓ７を生成し、検波回路２６が中間周波信号Ｓ７を検波して検出信号Ｓ３の振幅成分を示す振幅信号Ｓ８を生成し、電圧生成部３ｂが参照電位Ｖｒを生成してプローブユニット２に印加すると共に振幅信号Ｓ８の振幅が減少するように参照電位Ｖｒを変化させる。したがって、この電圧測定装置１によれば、局発信号Ｓ５の周波数を容量変調周波数ｆ２に対して僅かな所定周波数αだけずらして設定することにより、中間周波変換部ＦＴにおいてミキシングによって生成されるミキシング信号Ｓ６に含まれる２つの周波数成分（所定周波数αの成分（中間周波信号Ｓ７の成分）と、容量変調周波数ｆ２の２倍の周波数に所定周波数αを加えた周波数（２×ｆ２＋α）の成分）について、高い方の周波数（２×ｆ２＋α）の成分に対する低い方の周波数（所定周波数α）の成分（中間周波信号Ｓ７の成分）の比率を十分に小さくすることができる。また、ミキシング信号Ｓ６に駆動信号（印加電圧）Ｓ２の周波数成分が含まれている場合においても、駆動信号Ｓ２の周波数ｆ１に対する低い方の周波数（所定周波数α）の成分（中間周波信号Ｓ７の成分）の比率を十分に小さくすることができる。このため、安価なフィルタ回路（選択度および温度安定度共に一般的なフィルタ回路）をフィルタ回路２５に用いたとしても、容量変調周波数ｆ２の２倍の周波数に所定周波数αを加えた周波数（２×ｆ２＋α）の成分、および駆動信号Ｓ２の周波数成分を十分に小さなレベルまで確実に低減させ、かつこの低い周波数（所定周波数α）の成分を殆ど低減させることなく通過させることができる。したがって、この低い周波数（所定周波数α）の成分で構成される中間周波信号Ｓ７を安定して生成できる結果、フィルタ回路２５を安価に構成しつつ、参照電位Ｖｒを測定対象体４の電圧Ｖ１にリアルタイムで追従させることができるため、測定対象体４の電圧Ｖ１が交流的に変動する場合であっても、その電圧Ｖ１を正確に測定することができる。

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、装置全体の信頼性を向上させることができる。

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８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。

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９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。

なお、図８，９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。

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１０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）。

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１１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。

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１２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１３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たが、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１１，１３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。

また、図１４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Ｓ１０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。

また、電圧測定装置１，１Ａでは、包絡線検波を用いて振幅信号Ｓ８を生成する構成を採用しているが、これに限定されるものではなく、図示はしないが、公知の同期検波方式を採用することもできる。

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、増幅回路２２、ミキサ２４、フィルタ回路２５および検波回路２６についてはアナログ信号で作動する回路構成としたが、増幅回路２２、ミキサ２４、フィルタ回路２５および検波回路２６を１つまたは複数のＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）で構成することもできる。この場合、電圧生成回路２８も増幅回路２２等と共にＤＳＰで構成することもできる。

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８〜図１３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１０〜図１３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。

また、例えば、図８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９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。

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。

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を用いているが、抵抗や共振体を用いて、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。

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使用してもよいし、公知の電流測定装置と組み合わせて電力測定装置を構成することもできる。

電圧測定装置１のブロック図である。 図１の容量変化機能体１３の回路図である。 図１の容量変化機能体１３の他の回路図である。 図１の容量変化機能体１３の他の回路図である。 図１の容量変化機能体１３の他の回路図である。 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。 電圧Ｖ１および参照電位信号Ｓ１０の関係を示す波形図である。 容量変化機能体１３Ａの回路図である。 容量変化機能体１３Ｂの回路図である。 容量変化機能体１３Ｃの回路図である。 容量変化機能体１３Ｄの回路図である。 容量変化機能体１３Ｅの回路図である。 容量変化機能体１３Ｆの回路図である。 電圧測定装置１Ａのブロック図である。

符号の説明

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
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
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

Claims (2)

1. 測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、
   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電気的要素を含んで構成されて当該印加電圧の周波数に応じた容量変調周波数で静電容量を変化させる可変容量回路を有し、かつ前記測定対象体の前記電圧と参照電位との間の電位差に応じて振幅が変化すると共に前記容量変調周波数と同じ周波数の検出信号を出力するセンサ部と、
   前記検出信号と局部発振回路で生成された局発信号とをミキシングした後にフィルタリングすることにより中間周波信号を生成する中間周波変換部と、
   前記中間周波信号を検波して前記検出信号の振幅成分を示す振幅信号を生成する検波部と、
   前記参照電位を生成して前記センサ部に印加すると共に前記振幅信号の振幅が減少するように当該参照電位を変化させる電圧生成部とを備えている電圧測定装置。
2. 前記センサ部は、前記測定対象体に対向可能な検出電極と、当該検出電極に接続されてその静電容量を変化可能に構成された可変容量回路と、静電容量変化時において前記可変容量回路で発生する電流または前記可変容量回路の両端間電圧を前記検出信号として検出する検出回路とを備えている請求項１記載の電圧測定装置。

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