JPH051821Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

（分野） 本考案は、ベクトル電圧比によりインピーダン
スを測定する定数測定装置に関する。 （背景） 従来のこの種の定数測定装置は、被測定インピ
ーダンス素子にレンジ抵抗器を介して一定の交流
電圧を印加する測定回路と、被測定素子のインピ
ーダンスに応答した電圧信号と電流信号とを発生
する検知回路と、これら検知信号のいずれか一方
の位相に同期した信号を発生するPLL回路と、
この同期信号から種々の位相期間を表わす位相信
号を発生する位相信号発生器と、この位相信号を
用いて上記電圧信号及び上記電流信号の特定の位
相期間の成分を抽出する位相弁別器と、これら抽
出した電圧信号成分と電流信号成分とからインピ
ーダンス値を演算する演算器と、を備えている。
また、従来の測定装置は、最適測定条件を得るた
め、レンジ抵抗器を切換える自動レンジ切換回路
を備えている。自動レンジ切換回路は、演算器か
ら演算結果として生じるオーバーフロー及びアン
ダーフロー信号に応答し、これら信号を受ける毎
により適した測定条件となるようにレンジ抵抗器
を切換える。 このような構造の従来装置では、自動レンジ切
換回路が作動するためには、オーバーフロー又は
アンダーフロー信号の生起が不可欠である。その
ため、用意された多数の測定レンジの内の適正な
レンジに到るまでに、実際に測定及び演算を繰り
返す必要があり、その結果測定に時間がかかると
いう欠点がある。また、実際に演算を行うために
は、どのような測定条件においてもあるいはどの
測定レンジにおいてもPLL回路がロツクして位
相信号を発生しなければならない。ある測定条件
においてはPLL回路への入力電圧が非常に小さ
くなることがあるため、この小さな電圧でも確実
にロツクできるようにPLL回路の入力感度は高
くされている。しかしながら、入力感度を高くす
ると外来雑音に対して弱くなり、誤動作を起こす
という欠点がある。更に、従来装置においては、
PLLが位相同期する基準信号として検知した電
圧信号及び電流信号のいずれか一方を手動で選択
しているため、完全な自動測定が行なえず不便で
ある。 （目的） 本考案の目的は、上記欠点のない定数測定装置
を提供することである。また、別の目的は、レン
ジ切換時間が短かい自動レンジ切換回路を備えた
定数測定装置を提供することである。更に、別の
目的は、測定時に直列等価回路及び並列等価回路
の選択を自動的に行う定数測定装置を提供するこ
とである。 （要約） 上記目的を達成するため、本考案の定数測定装
置には、位相同期信号を発生するPLL回路のロ
ツクの有無を検出してそれを表わす信号を発生す
るロツク検出手段と、この信号を自動レンジ切換
の制御信号として使用する手段と、が設けられ
る。更に、自動レンジ切換のためのレンジ指定信
号と被測定インピーダンス素子の種類を示す信号
とに応答して所定の等価回路形態を選択する選択
手段が設けられる。 （実施例） 第１図は、本考案に依る定数測定装置の１実施
例のブロツク図である。まず初めに、定数測定装
置の全体の構成について説明する。尚、本考案の
特徴は測定制御回路４０にあるため、その他の部
分は簡単に説明する。定数測定装置により測定さ
れるインピーダンス素子Z_Xは、測定信号源１０
とレンジ抵抗R_Rとレンジ抵抗切換スイツチ１１
とから成る回路内に接続される。説明の都合上、
本実施例では、８つの測定レンジが用意されてお
り、レンジ抵抗R_Rはこの８つの測定レンジ設定
のため５つの異なつた値の抵抗器ａ〜ｅから成る
ものとする。素子Z_Xの両端の電圧は増幅器１２
により検知されて、電圧信号V_Uが発生される素
子Z_Xを流れる電流はレンジ抵抗R_Rの両端の電圧
を検知する増幅器１４により検出されて、電流信
号V_Rが発生される。これら電圧信号V_U及び電流
信号V_Rは等価回路切換スイツチ２０の入力端子
へ接続され、このスイツチは別の制御入力状態に
応じてV_U又はV_Rのいずれか一方を出力する。 スイツチ２０により電流信号V_Rが選択される
とき、直列等価回路測定となり、他方電圧信号
V_Uが選択されるとき並列等価回路測定となる。
詳細には、10Z_XR_Rの関係があるとき、回路電
流ｉがR_Rによつて決まるので、V_Rは一定電圧と
なり、V_UはZ_Xの値に比例して変化する。従つて、
V_Rを基準信号として使用することにより直列等
価回路測定を選択して、ｉを電圧変換したV_Rと
V_Uとのベクトル電圧比をとることによりZ_Xの値
を知ることができる。一方、Z_X100R_Rのとき、
V_Uは一定電圧となり、V_RはZ_Xの値に応じて変化
する。このとき、V_Uを基準信号として使用する
ことにより並列等価回路を選択し、同じく両者の
ベクトル電圧比をとることによりZ_Xの値を知る
ことができる。 PLL回路２２は、基準信号として選択された
V_U又はV_Rに対し位相同期した４倍の周波数の信
号を発生する。これを受ける位相信号発生器２４
は、適当な分周を行なつて0°位相信号（0°〜180°
の位相期間を示す）、90°位相信号（90°〜270°の位
相期間を示す）、180°位相信号（180°〜360°の位相
期間を示す）等の位相信号を発生する。信号V_U
及びV_Rを夫々受ける位相弁別器１６及び１８は、
位相信号からの適当な位相信号により指定された
位相部分の信号V_U′及びV_R′を演算器２６に与え
る。例えば、コンデンサの測定の場合、位相弁別
器１６には0°位相信号が与えられ、位相弁別器１
８には90°位相信号が与えられる。演算器２６は、
受けたV_U′及びV_R′を積分してそのベクトル電圧
比をとることによりZ_Xのインピーダンス値を演
算する。演算器は、演算結果生ずるオーバーフロ
ー又はアンダーフロー信号を出力する端子を備え
ている。更に、演算器にろくは、リセツト端子を
備えており、リセツト端子が付勢されるとき、そ
の演算を停止する。 本考案の特徴となる測定制御回路４０は、
PLL。回路２２からの信号と及び演算器２６か
らのオーバーフロー信号Ｆ５及びアンダーフロー
信号Ｆ６を受けるように接続されており、またイ
ンピーダンス種別表示器３０から測定インピーダ
ンスZ_XがＬ，Ｃ，Ｒのいずれであるかを示す信
号を受ける。これら入力信号に応じて、制御回路
４０は、レンジ抵抗切換スイツチ１１と等価回路
切換スイツチ２０とを制御する。 次に、第２図を参照して測定制御回路４０の詳
細について説明する。第３図は、この制御回路４
０の動作のタイミングを示す図である。図示のよ
うに、測定制御回路４０は、PLLロツク検出部
４２と、レンジ選択部４４と、及び等価回路選択
部４６とから成る。 PLLロツク検出部４２は、PLL回路２２内の
位相比較器（図示せず）の位相進み信号及び位相
遅れ信号を夫々線２３ａ及び２３ｂを介して受け
るNANDゲート４２１と、ダイオード４２２、
コンデンサ４２３、抵抗器４２４、及びシユミツ
ト回路４２５とから成り、ロツク信号Ｆ２を発生
する。このロツク信号Ｆ２は、PLL回路２２が
ロツクせず位相遅れ又は位相進みが存在するとき
ハイであり、そしてPLLがロツクして位相遅れ
及び位相進みのいずれもないときローになる。 レンジ選択部４４は、クロツク信号Ｆ１を発生
するクロツク発生器４４１と、アツプ・カウント
入力端子及びダウン・カウント入力端子とレンジ
１〜８の夫々を示す８つの出力端子とを備えたカ
ウンタ４４２と、このカウンタ４４２の８つの出
力端子に接続されており選択されたレンジに対応
するレンジ抵抗器ａ〜ｅの１つを選択するための
信号を発生するレンジ・デコーダ４４３と、を備
えている。選択部４４は、更に演算器２６からの
オーバーフロー信号Ｆ５を受けるANDゲート４
４４と、アンダーフロー信号Ｆ６を受けるAND
ゲート４４５と、を備えている。これらオーバー
フロー信号Ｆ５及びアンダーフロー信号Ｆ６は、
ORゲート４４６及びORゲート４４７の夫々を
介してカウンタ４４２のアツプ・カウント入力及
びダウン・カウント入力に与えられる。８つの出
力端子の内の１つにハイの信号を発生するカウン
タ４４２は、アツプ・カウント入力にパルスが印
加される毎にカウント・アツプしてハイの信号を
出力端子１（レンジ１）から出力端子８（レンジ
８）に向かつてシフトする。他方、ダウン・カウ
ント入力にパルスが印加されると、上記とは逆の
ダウン・カウントを行なつて出力端子８から出力
端子１に向かつてハイの信号をシフトさせる。 従来の定数測定装置においては、演算器２６の
発生するそれらオーバーフロー信号Ｆ５とアンダ
ーフロー信号Ｆ６とによつてのみレンジ切換を行
なつていた。本考案は、これに加えてPLLロツ
ク検出部４２の発生するロツク信号Ｆ２をレンジ
切換に使用する。詳細には、ロツク信号Ｆ２は
ANDゲート４４８及び４４９に与えられる。
ANDゲート４４８には更にORゲート４５０から
インバータ４５１を介して信号が与えられ、そし
てANDゲート４４９にはまたそのORゲート４５
０からの信号が直接入力される。ORゲート４５
０は、カウンタ４４２の出力端子５〜８に入力が
接続されており、レンジ５〜８が現在選択されて
いるときハイの信号を発生する。本実施例におい
て、レンジ１〜４のとき直列及び並列等価回路測
定の内の一方が選択され、そしてレンジ５〜８の
とき他方が選択される。ORゲート４５０の出力
がハイのとき、ロツク信号Ｆ２のハイの状態
（PLLの非ロツク状態）は、ANDゲート４４９及
びORゲート４４７を介してダウン・カウント入
力を付勢し、それによつてレンジ・ダウンを行
う。一方、ORゲート４５０の出力がローのと
き、ロツク信号Ｆ２のハイの状態は、ANDゲー
ト４４８及びORゲート４４６を介してアツプ・
カウント入力を付勢し、レンジ・アツプを行う。
このロツク信号とオーバーフロー信号Ｆ５とによ
りORゲート４４６の出力に生じるアツプ・カウ
ント付勢信号はＦ３として示され、そしてロツク
信号Ｆ２とアンダーフロー信号Ｆ６とによりOR
ゲート４４７の出力に生じるダウン・カウント付
勢信号はＦ４として示される。上記から明らかな
ように、本考案のこのロツク信号Ｆ２は、PLL
回路２２に入力される基準信号の振幅がロツクで
きない程に小さいとき、この基準信号の振幅が大
きくなるような方向にレンジ切換を行わせるもの
である。 ロツク信号Ｆ２は更に演算器２６のリセツト端
子にも印加されるため、ロツク信号Ｆ２が非ロツ
ク状態を表わすハイのとき、演算器はリセツトさ
れ、その結果演算器は実際に演算を行なわず、オ
ーバーフロー信号Ｆ５又はアンダーフロー信号Ｆ
６を発生することはない。 測定制御回路４０は、更に等価回路選択部４６
を備えている。選択部４６は、入力としてカウン
タ４４２の出力端子１〜８からの信号を受ける。
選択部４６は、更にインピーダンス種別表示部３
０からの信号を受ける。この表示器３０は、ハイ
の＋Ｖ電圧とアースとの間に直列に接続された抵
抗器３１とスイツチ３２とから成る。Z_Xがイン
ダクタンスＬ及び純抵抗Ｒのときスイツチ３２は
閉じられてローの信号を発生し、Z_Xがキヤパシ
タンスのときスイツチ３２は開かれてハイの信号
を発生する。被測定インピーダンスZ_XがＬ又は
Ｒの場合、現在レンジ１〜４が選択されているな
らば、ORゲート４６１、インバータ４６３、
ANDゲート４６４及びORゲート４６６を通して
スイツチ２０の制御入力にはハイの信号Ｆ７が与
えられ、スイツチ２０は上側に切換えられて直列
等価回路測定が選択される。一方、現在レンジ５
〜８が選択されている場合、ORゲート４６６を
通してローの信号Ｆ７がスイツチ２０に与えら
れ、それによつてスイツチ２０は下側に切換えら
れて並列等価回路測定が選択される。また、Z_X
がキヤパシタンスの場合、上記のＬ又はＲの場合
とは逆で、レンジ１〜４が選択されている場合信
号Ｆ７がローとなつて並列等価回路測定が選択さ
れ、そしてレンジ５〜８が選択されている場合信
号Ｆ７がハイとなつて直列等価回路測定が選択さ
れる。このようにして、等価回路選択部４６は、
現在選択されているレンジと現在測定中のインピ
ーダンスの種別とに応答して適当な等価回路測定
を自動的に選択する。 レンジデコーダ４４３は、カウンタ４４２の出
力端子１〜８からのレンジを示す信号とインピー
ダンス種別表示器３０からの信号とを受け、各レ
ンジ設定のために予め定められたレンジ抵抗器ａ
〜ｅの１つを選択する。例示として、以下の表
に、Z_XがＬ又はＲのときの各レンジと、等価回
路と、測定範囲と、使用されるレンジ抵抗器との
関係を示す。

【表】 次に、第３図を参照して測定制御回路４０の動
作を説明する。尚、第３図においては、レンジ３
からレンジ６までの切換のタイミングを示してお
り、レンジ６において適正にインピーダンス測定
ができるものとする。まず初めに、カウンタ４４
２の出力端子３がハイでレンジ３が選択されると
き、信号Ｆ７（第３図には図示せず）により一方
の等価回路例えば直列等価回路測定が選択され
て、電圧信号V_UがPLL回路２２に入される。こ
の基準信号がPLLのロツクに必要な程度の振幅
を有していないので、非ロツク状態を示すハイの
ロツク信号Ｆ２が発生される。この信号Ｆ２によ
り、演算器２６の動作は消勢されるとともに、ク
ロツク信号Ｆ１のクロツク・パルスＣ１時にレン
ジ・アツプ信号Ｆ３がハイとなつて、カウンタ４
４２をカウント・アツプさせ、その結果レンジ４
が選択される。このレンジ４においては、依然と
して直列等価回路測定のままである。このとき、
基準信号V_Uの振幅が小さくPLLがロツクしない
ため、ロツク信号はハイのままであり、クロツク
Ｆ１の次のパルスＣ２時に再びレンジ・アツプ信
号Ｆ３はハイとなつてレンジ５を選択させる。レ
ンジ５が選択されるとき、等価回路選択部４６は
信号Ｆ７の状態を反転させて並列等価回路を選択
し、それによつて電流信号V_Rが基準信号として
PLL回路２２に入力される。このとき、基準信
号の振幅の増大によりPLL回路２２が初めてロ
ツクしてロツク信号Ｆ２はローになる。このロー
のロツク信号Ｆ２は演算器のリセツト状態を解除
して演算を初めて実行させる。 この演算の結果、オーバーフローが生じてオー
バーフロー信号Ｆ５がハイになり、まだ最適測定
条件が得られないとする。このとき、オーバーフ
ロー信号Ｆ５はクロツクＦ１のパルスＣ４の間レ
ンジ・アツプ信号Ｆ３をハイにして、カウンタ４
４２にレンジ６を選択させる。このレンジ６にお
いて、PLL回路はロツクして演算器２６が再び
演算を行い、それによつて適正なインピーダンス
測定が行われる。 上記説明においては、レンジ・アツプ時のタイ
ミングを説明した。一方、レンジ・ダウン動作時
には、レンジ・ダウン信号Ｆ４及びアンダーフロ
ー信号Ｆ６が使用されてレンジ切換及び等価回路
切換が同様にして行われる。 以上詳細に説明した本考案の定数測定装置にお
いては、PLL回路２２のロツク状態を判定して
ロツク状態が得られるまで演算を行うことなく測
定レンジの切換を行うため、最適測定レンジに到
達するまでのレンジ切換時間を短縮することがで
きる。また、PLL回路のロツクを判定するとい
う構成のため、PLL回路２２は小さな振幅の基
準信号に対してもロツクする必要はなく、従つて
感度の低いPLL回路が使用できる。また、感度
を低くできるため、雑音による定数測定装置の誤
動作を防ぐことができる。更に、等価回路選択部
４６を備えているため、完全な自動測定が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案に依る定数測定装置の１実施
例のブロツク図。第２図は、第１図の回路の測定
制御回路を詳細に示す回路図。第３図は、第２図
の測定制御回路の動作のタイミングを示すタイミ
ング図。 符号説明、１０……測定信号源、１１……レン
ジ抵抗切換スイツチ、１２，１４……増幅器、１
６，１８……位相弁別器、２０……等価回路切換
スイツチ、２２……PLL回路、２４……位相信
号発生器、２６……演算器、３０……インピーダ
ンス種別表示器、４０……測定制御回路、４２…
…PLLロツク検出部、４４……レンジ選択部、
４６……等価回路選択部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 被測定インピーダンスのインピーダンス値を
   測定するための定数測定装置であつて、 イ） レンジ抵抗器R_Rと、レンジ抵抗器を選択
   する制御可能なレンジ抵抗切換え手段１１とを
   含み、被測定インピーダンスZ_Xを接続できる
   測定回路と、 ロ） 前記被測定インピーダンスの種別を表す種
   別信号を発生する種別表示手段３０と、 ハ） 検知回路であつて、前記被測定インピーダ
   ンス素子の両端の電圧の大きさを表す並列等価
   回路測定出力を発生する第１の検知出力V_Uと、
   前記被測定インピーダンス素子を流れる電流の
   大きさを表す直列等価回路測定出力を発生する
   第２の検知出力V_Rとを有する検知回路１２，
   １４と、 ニ） 前記第１及び第２の検知出力を受け、いず
   れか一方を基準信号として出力する制御可能な
   等価回路切換え手段２０、 ホ） 前記等価回路切り換え手段からの前記基準
   信号を受け、ロツク状態の時に前記基準信号に
   位相同期した位相同期出力を発生するPLL回
   路２２と、 ヘ） 前記PLL回路の前記位相同期出力から前
   記基準信号の所定の位相期間をそれぞれ指定す
   る第１及び第２の位相信号を発生する位相信号
   発生器２４と、 ト） 前記第１検知出力と前記第１位相信号とを
   受けて第１の位相弁別出力を発生する第１の位
   相弁別器１６と、前記第２検知出力と前記第２
   位相信号とを受けて第２の位相弁別出力を発生
   する第２の位相弁別器１８と、 チ） 前記第１及び第２の位相弁別出力を受ける
   入力端子と、オーバーフロー出力端子、アンダ
   ーフロー出力端子、リセツト入力端子とを有
   し、前記被測定インピーダンスの値を演算する
   演算器２６と、 リ） 測定制御回路４０であつて、 ａ） 前記PLL回路のロツク状態の有無を検
   出して、ロツク状態信号Ｆ２を発生する
   PLLロツク検出手段４２と、 ｂ） 選択レンジ前記種別信号とに応じて４４
   ３レンジ抵抗器を選択するよう前記レンジ抵
   抗切換え手段を制御するレンジ選択手段４４
   であつて、前記演算器からのオーバーフロー
   信号Ｆ５又はアンダーフロー信号Ｆ６と前記
   ロツク状態信号とに応答して、前記選択レン
   ジを変更すべきかどうか判定する前記のレン
   ジ選択手段４４と、 ｃ） 前記種別信号と前記レンジ選択手段の前
   記選択レンジ４６１，４６２とに応答して前
   記等価回路切換え手段を制御する等価回路選
   択手段４６と、 を含む前記の測定制御回路４０と、 を備えた定数測定装置。 ２ 実用新案登録請求の範囲第１項に記載の装置
   において、前記PLLロツク検出手段は、前記
   ロツク状態信号Ｆ２を前記演算器の前記リセツ
   ト端子に供給して、前記PLL回路がロツク状
   態にない時前記演算器を消勢すること、を特徴
   とする定数測定装置。 ３ 実用新案登録請求の範囲第１項に記載の装置
   において、前記レンジ選択手段は、現行の選択
   レンジ４５０にも応答して前記選択レンジを変
   更すべきかどうか判定すること、を特徴とする
   定数測定装置。 ４ 実用新案登録請求の範囲第１項に記載の装置
   において、前記PLL回路は、位相進み信号２
   ３ａ又は位相遅れ信号２３ｂを発生し、そして
   前記PLLロツク検出手段は、前記の位相進み
   信号と位相遅れ信号とに応答して前記ロツク状
   態信号を発生すること、を特徴とする定数測定
   装置。