JP2015117971A - インピーダンス測定装置及びインピーダンス測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】極微小抵抗の抵抗値の計測精度を向上する。
【解決手段】第１プローブ、第２プローブ、第３プローブ及び第４プローブが導通している状態で、制御部は、デジタル電流信号とデジタル電圧信号とに基づいて、測定用信号の複数の周波数における補正用のインピーダンスを算出し、第１プローブと第３プローブが被測定物の一端に電気的に接続され、かつ第２プローブと第４プローブが被測定物の他端に電気的に接続された状態で、制御部は、デジタル電流信号とデジタル電圧信号とに基づいて、測定用信号の複数の周波数における被測定物のインピーダンスを算出し、測定用信号の周波数毎に得られた被測定物のインピーダンスを周波数が対応する補正用のインピーダンスで補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インピーダンス測定装置及びインピーダンス測定方法に関する。

インピーダンスを計測する場合、正弦波電流を流して被測定物の両端に発生する電圧を計測し、電圧と電流からインピーダンスを求める交流４端子法が良く用いられる（特許文献１及び特許文献２参照）。微小インピーダンスを測定する場合には、電圧信号は非常に小さくノイズに埋もれてしまうために、ロックインアンプを用いて特定の周波数の成分だけを精度よく取り出す手法が合わせて用いられる。

特開２００５−３２１２２６号公報 特開平１１−１１８８５０号公報 特開２０１３−１１４４４号公報

交流４端子法を用いて計測する場合、電圧計測の為のアンプの入力インピーダンスが無限大であれば、ケーブル、プローブ、計測回路のインピーダンスは無視することができる。しかしながら、実際は、アンプの入力インピーダンスは有限であるため、極微小抵抗の測定時には、これらのケーブル、プローブ、計測器回路のインピーダンスは無視できない誤差となる。例えば、計測可能な最小レンジが１００ｍΩ程度である安価なインピーダンス測定装置の場合、上記の誤差の影響は問題とならない。しかし、１ｍΩ以下の抵抗のインピーダンスを測定する場合には、インピーダンス測定装置に含まれる計測回路の周波数特性に起因した計測誤差成分が問題となるため、この計測誤差成分を補正する必要がある。また、特許文献３の技術も、従来の交流４端子法を用いた計測と同様の問題を有する。

そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、極微小抵抗の抵抗値の計測精度を向上することを可能とするインピーダンス測定装置及びインピーダンス測定方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るインピーダンス測定装置は、
複数の周波数で測定用信号を発生可能な信号発生部と、
前記信号発生部が発生する測定用信号の周波数を制御する制御部と、
前記信号発生部が発生した測定用信号が供給される第１プローブと、被測定物のインピーダンスの測定時に前記第１プローブとの間に前記被測定物が接続される第２プローブと、第３プローブと、前記被測定物のインピーダンスの測定時に前記第３プローブとの間に前記被測定物が接続される第４プローブと、
前記第２プローブに接続され前記第２プローブに流れる電流を検出する電流検出部と、
一端が前記第３プローブに接続され、他端が前記第４プローブに接続され、前記第３プローブと前記第４プローブの間の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電流検出部が検出して得た電流信号をＡＤ変換してデジタル電流信号を生成し、前記電圧検出部が検出して得た電圧信号をＡＤ変換してデジタル電圧信号を生成するＡＤ変換部と、を備え、
前記第１プローブ、前記第２プローブ、前記第３プローブ及び前記第４プローブが導通している状態で、前記制御部は、前記デジタル電流信号と前記デジタル電圧信号とに基づいて、前記測定用信号の複数の周波数における補正用のインピーダンスを算出し、
前記第１プローブと前記第３プローブが前記被測定物の一端に電気的に接続され、かつ前記第２プローブと前記第４プローブが前記被測定物の他端に電気的に接続された状態で、前記制御部は、前記デジタル電流信号と前記デジタル電圧信号とに基づいて、前記測定用信号の複数の周波数における前記被測定物のインピーダンスを算出し、前記測定用信号の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスを周波数が対応する前記補正用のインピーダンスで補正する。

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記制御部が算出した前記補正用のインピーダンスに関する情報を周波数毎に記憶する不揮発性のメモリを更に備える。

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記制御部は、前記周波数毎に前記補正用のインピーダンスを算出し、前記周波数毎に前記補正用のインピーダンスを前記メモリに記憶させておき、
前記制御部は、前記周波数毎に前記被測定物のインピーダンスを算出した場合、前記メモリに記憶された前記補正用のインピーダンスを前記周波数毎に読み出し、前記測定用信号の複数の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスを周波数が対応する前記補正用のインピーダンスで補正する。

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記制御部は、
処理の対象となる対象信号から特定の周波数の信号を分離して得られた分離信号の振幅と、前記特定の周波数を有しかつ位相の基準となる参照信号と前記対象信号との間の位相差を検出する２相ロックインアンプの機能を有し、前記２相ロックインアンプの機能により前記デジタル電流信号から前記測定用信号と同じ周波数の信号を分離して得られた第１分離信号の振幅を電流振幅として、前記測定用信号と同じ周波数を有しかつ位相の基準となる基準正弦波信号と前記デジタル電流信号との間の位相差を電流位相差として検出し、前記２相ロックインアンプの機能により前記デジタル電圧信号から前記測定用信号と同じ周波数の信号を分離して得られた第２分離信号の振幅を電圧振幅として、前記基準正弦波信号と前記デジタル電圧信号との間の位相差を電圧位相差として検出する処理部と、
前記処理部が検出した前記電流振幅、前記電流位相差、前記電圧振幅、及び前記電圧位相差に基づいて、前記補正用のインピーダンスまたは前記被測定物のインピーダンスを算出する算出部と、
を備える。

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記算出部は、前記電圧振幅を前記電流振幅で割った値をインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜とし、前記電流位相から前記電圧位相を差分した値をインピーダンスの位相角φとし、ｊを虚数単位とした場合、前記補正用のインピーダンスまたは前記被測定物のインピーダンスを｜Ｚ｜ｃｏｓφ＋ｊ｜Ｚ｜ｓｉｎφの式で算出する。

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記制御部は、前記補正用のインピーダンスを算出するゼロオーム調整モードと、前記被測定物のインピーダンスを算出する測定モードのいずれかのモードを指令するモード指令信号を取得する取得部を備え、
前記制御部は、前記取得部が取得したモード指令信号が前記ゼロオーム調整モードの場合、前記補正用のインピーダンスを算出し、前記取得部が取得したモード指令信号が前記測定モードの場合、前記被測定物のインピーダンスを算出し前記被測定物のインピーダンスを周波数が対応する前記補正用のインピーダンスで補正する。

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記モード指令信号を通信により受信する通信部を更に備え、
前記取得部は、前記通信部から前記モード指令信号を取得する。

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記補正用のインピーダンスを算出するゼロオーム調整モードと、前記被測定物のインピーダンスを算出する測定モードのいずれかのモードの指令を受け付け、受け付けた指令を示すモード指令信号を生成する入力部を更に備え、
前記取得部は、前記入力部から前記モード指令信号を取得する。

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記制御部における補正は、前記被測定物のインピーダンスから周波数が対応する前記補正用のインピーダンスを減算することである。

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記信号発生部は、前記制御部による制御に応じた周波数で正弦波の電圧信号を生成する正弦波発生器と、
前記正弦波発生器が生成した正弦波の電圧信号に基づいて、所定の振幅の電流を前記測定用信号として生成する定電流増幅器と、
を備える。

本発明の一態様は、前記インピーダンス測定装置において、
前記制御部は、前記測定用信号の複数の周波数毎に前記補正用のインピーダンスの実部と虚部とを前記メモリに記憶させ、
前記制御部は、前記メモリに記憶された前記補正用のインピーダンスの実部と虚部を読み出し、前記測定用信号の複数の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスの実部を周波数が対応する前記補正用のインピーダンスの実部で補正し、前記測定用信号の複数の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスの虚部を周波数が対応する前記補正用のインピーダンスの虚部で補正する。

本発明の一態様に係るインピーダンス測定方法において、
複数の周波数で測定用信号を発生可能な信号発生部と、前記信号発生部が発生する測定用信号の周波数を制御する制御部と、前記信号発生部が発生した測定用信号が供給される第１プローブと、被測定物のインピーダンスの測定時に前記第１プローブとの間に前記被測定物が接続される第２プローブと、第３プローブと、前記被測定物のインピーダンスの測定時に前記第３プローブとの間に前記被測定物が接続される第４プローブと、前記第２プローブに接続され前記第２プローブに流れる電流を検出する電流検出部と、一端が前記第３プローブに接続され、他端が前記第４プローブに接続され、前記第３プローブと前記第４プローブの間の電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部が検出して得た電流信号をＡＤ変換してデジタル電流信号を生成し、前記電圧検出部が検出して得た電圧信号をＡＤ変換してデジタル電圧信号を生成するＡＤ変換部と、を備えるインピーダンス測定装置が実行するインピーダンス測定方法であって、
前記制御部が、前記第１プローブ、前記第２プローブ、前記第３プローブ及び前記第４プローブが導通している状態で、前記デジタル電流信号と前記デジタル電圧信号とに基づいて、前記測定用信号の複数の周波数における補正用のインピーダンスを算出するステップと、
前記制御部が、前記第１プローブと前記第３プローブが前記被測定物の一端に電気的に接続され、かつ前記第２プローブと前記第４プローブが前記被測定物の他端に電気的に接続された状態で、前記デジタル電流信号と前記デジタル電圧信号とに基づいて、前記測定用信号の複数の周波数における前記被測定物のインピーダンスを算出し、前記測定用信号の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスを周波数が対応する前記補正用のインピーダンスで補正するステップと、
を有する。

したがって、本発明に係るインピーダンス測定装置は、計測回路の周波数特性に起因した計測誤差成分を減らすことができ、計測精度が向上する。

図１は、本発明の一態様である実施形態に係るインピーダンス測定装置１の構成の一例を示す図である。 図２は、メモリＭＥＭに記憶されている周波数毎の補正用のインピーダンスの実部と虚部のテーブルの一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本発明の一態様である実施形態に係るインピーダンス測定装置１は、信号発生部ＳＧと、出力が信号発生部ＳＧに接続された制御部ＣＯＮと、信号発生部ＳＧの出力に接続された第１接続端子ＴＡと、を備える。
更に、インピーダンス測定装置１は、第１接続端子ＴＡを介して信号発生部ＳＧの出力に接続された第１プローブＴ１と、被測定物ＯＭのインピーダンスの測定時に第１プローブＴ１との間に被測定物ＯＭが接続される第２プローブＴ２と、を備える。

更に、インピーダンス測定装置１は、第３プローブＴ３と、被測定物ＯＭのインピーダンスの測定時に第３プローブＴ３との間に被測定物ＯＭが接続される第４プローブＴ４と、を備える。
更に、インピーダンス測定装置１は、第２プローブＴ２に接続された第２接続端子ＴＢと、第３プローブＴ３に接続された第３接続端子ＴＣと、第４プローブＴ４に接続された第４接続端子ＴＤと、を備える。

更に、インピーダンス測定装置１は、一端が第２プローブＴ２に第２接続端子ＴＢを介して接続され他端が接地に接続され、出力が制御部ＣＯＮに接続された電流検出部ＣＳと、一端が第３接続端子ＴＣを介して第３プローブＴ３に接続され、他端が第４接続端子ＴＤを介して第４プローブＴ４に接続され、出力が制御部ＣＯＮに接続された電圧検出部ＶＳと、を備える。

更に、インピーダンス測定装置１は、制御部ＣＯＮに接続され、制御部ＣＯＮが算出した補正用のインピーダンスに関する情報を周波数毎に記憶するメモリＭＥＭと、制御部ＣＯＮに接続された通信部ＣＭを備える。本実施形態では、このメモリＭＥＭは、一例として、不揮発性のメモリである。

図１に示すように、第１プローブＴ１から第１接続端子ＴＡの間の伝送路は、寄生インピーダンスＺａ（ωｔ）を有する。ここで、ωは角周波数で、ｔは時間である。同様に、第２プローブＴ２から第２接続端子ＴＢの間の伝送路は、寄生インピーダンスＺｂ（ωｔ）を有する。同様に、第３プローブＴ３から第３接続端子ＴＣの間の伝送路は、寄生インピーダンスＺｃ（ωｔ）を有する。同様に、第４プローブＴ４から第４接続端子ＴＤの間の伝送路は、寄生インピーダンスＺｄ（ωｔ）を有する。

本実施形態では、被測定物ＯＭの抵抗から、これらの寄生インピーダンス、電流検出部ＣＳのインピーダンス、電圧検出部ＶＳのインピーダンスの影響を取り除くために、制御部ＣＯＮは、補正用のインピーダンスを算出するゼロオーム調整モードにおいて、予め補正用のインピーダンスを算出し、算出した補正用のインピーダンスに関する情報（例えば、補正用のインピーダンスの実部と虚部）を測定用信号の周波数毎にメモリＭＥＭに記憶させておく。

信号発生部ＳＧは、複数の周波数で測定用信号を発生可能である。第１プローブＴ１には、この信号発生部ＳＧが発生した測定用信号が供給される。制御部ＣＯＮは、制御信号を信号発生部ＳＧへ出力し、この信号発生部ＳＧが発生する測定用信号の周波数を制御する。ここで、信号発生部ＳＧは、制御部ＣＯＮから制御信号が入力され、一端が接地に接続されている正弦波発生器ＳＩＮＧと、入力が正弦波発生器ＳＩＮＧの他端に接続された定電流増幅器ＣＡとを備える。

正弦波発生器ＳＩＮＧは、制御部ＣＯＮよる制御に応じた周波数で正弦波の電圧信号を生成し、生成した電圧信号を定電流増幅器ＣＡへ出力する。
定電流増幅器ＣＡは、正弦波発生器ＳＩＮＧが生成した正弦波の電圧信号に基づいて、所定の振幅Ｉの電流Ｉｓｉｎωｔを測定用信号として生成する。定電流増幅器ＣＡは、生成した電流Ｉｓｉｎωｔを第１接続端子ＴＡを介して第１プローブＴ１へ供給する。

電流検出部ＣＳは、第２プローブＴ２に流れる電流を検出し、検出して得たアナログ信号の電流信号を制御部ＣＯＮへ出力する。

電圧検出部ＶＳは、第３プローブＴ３と第４プローブＴ４の間の電圧を検出する。実際には、寄生インピーダンスＺｃ（ωｔ）と寄生インピーダンスＺｄ（ωｔ）が既知であるので、電圧検出部ＶＳは、第３接続端子ＴＣと第４接続端子ＴＤの間の電圧を検出することにより、第３プローブＴ３と第４プローブＴ４の間の電圧を計測する。電圧検出部ＶＳは、検出して得たアナログ信号の電圧信号をＡＤ変換部ＡＤＣへ出力する。

ＡＤ変換部ＡＤＣは、電流検出部ＣＳが検出して得た電流信号をＡＤ変換してデジタル電流信号を生成し、電圧検出部ＶＳが検出して得た電圧信号をＡＤ変換してデジタル電圧信号を生成する。ＡＤ変換部ＡＤＣは、生成したデジタル電流信号とデジタル電圧信号を制御部ＣＯＮへ出力する。

通信部ＣＭは、補正用のインピーダンスを算出するゼロオーム調整モードと、被測定物のインピーダンスを算出する測定モードのいずれかのモードを指令するモード指令信号を通信により受信する。この通信は、有線であっても無線であってもよい。

制御部ＣＯＮは、測定用信号の周波数毎に生成されたデジタル電流信号とデジタル電圧信号とに基づいて、測定用信号の周波数毎の被測定物ＯＭのインピーダンスを算出する。その際、制御部ＣＯＮは、第１プローブＴ１と第３プローブＴ３が被測定物ＯＭの一端に電気的に接続され、かつ第２プローブＴ２と第４プローブＴ４が被測定物ＯＭの他端に電気的に接続された状態で、インピーダンスを算出する。

ここで、制御部ＣＯＮは、取得部ＡＣＱと、処理部ＰＲＣと、第１入力が取得部ＡＣＱの出力に接続され第２入力が処理部ＰＲＣの出力に接続された算出部ＣＡＬとを備える。
取得部ＡＣＱは、補正用のインピーダンスを算出するゼロオーム調整モードと、被測定物ＯＭのインピーダンスを算出する測定モードのいずれかのモードを指令するモード指令信号を取得する。本実施形態では一例として、取得部ＡＣＱは、通信部ＣＭからこのモード指令信号を取得する。

制御部ＣＯＮの算出部ＣＡＬは、取得部ＡＣＱが取得したモード指令信号がゼロオーム調整モードの場合、補正用のインピーダンスを算出する。一方、取得部ＡＣＱが取得したモード指令信号が測定モードの場合、制御部ＣＯＮの算出部ＣＡＬは、被測定物ＯＭのインピーダンスを算出し被測定物ＯＭのインピーダンスを周波数が対応する補正用のインピーダンスで補正する。処理部ＰＲＣ及び算出部ＣＡＬの処理の詳細は後述する。以下、ゼロオーム調整モードにおける処理と測定モードにおける処理とに分けて説明する。

＜ゼロオーム調整モードにおける処理＞
まず、ゼロオーム調整モードにおける処理について説明する。インピーダンス測定装置１を使用するユーザは、不図示の端末装置を操作してゼロオーム調整モードを選択する入力を行う。端末装置は、ゼロオーム調整モードを指令するモード指令信号を通信によりインピーダンス測定装置１へ送信する。通信部ＣＭは、この端末装置が送信したモード指令信号を通信により受信する。

次に、第１プローブＴ１、第２プローブＴ２、第３プローブＴ３及び第４プローブＴ４は、０Ω抵抗を介して接続される。０Ω抵抗は、０Ωに近い物体であり０Ωに限りなく近い方が好ましく、各プローブがなるべく点で結合するような治具が好ましい。０Ω抵抗は、現実的には例えば銅バーなどである。
なお、第１プローブＴ１、第２プローブＴ２、第３プローブＴ３及び第４プローブＴ４が短絡した状態であってもよい。

この状態で、制御部ＣＯＮは、通信部ＣＭが受信したモード指令信号がゼロオーム調整モードの場合、測定用信号の周波数毎に電流検出部ＣＳが検出した電流と電圧検出部ＶＳが検出した電圧とに基づいて、測定用信号の周波数毎の補正用のインピーダンスを算出する。

処理部ＰＲＣは、処理の対象となる対象信号から特定の周波数の信号を分離して得られた分離信号の振幅と、特定の周波数を有しかつ位相の基準となる参照信号と対象信号との間の位相差を検出する２相ロックインアンプの機能を有する。本実施形態において、対象信号はデジタル電流信号であり、参照信号は基準正弦波信号である。

処理部ＰＲＣは、この２相ロックインアンプの機能によりデジタル電流信号から測定用信号と同じ周波数の信号を分離して得られた第１分離信号の振幅を電流振幅として、測定用信号と同じ周波数を有しかつ位相の基準となる基準正弦波信号とデジタル電流信号との間の位相差を電流位相差として検出する。

また、処理部ＰＲＣは、上記２相ロックインアンプの機能によりデジタル電圧信号から測定用信号と同じ周波数の信号を分離して得られた第２分離信号の振幅を電圧振幅として、基準正弦波信号とデジタル電圧信号との間の位相差を電圧位相差として検出する。

算出部ＣＡＬは、処理部ＰＲＣが検出した電流振幅、電流位相差、電圧振幅、及び電圧位相差に基づいて、補正用のインピーダンスを測定用信号の周波数毎に算出する。具体的には例えば、算出部ＣＡＬは、電圧振幅を電流振幅で割った値をインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜とし、電流位相から電圧位相を差分した値をインピーダンスの位相角φとし、ｊを虚数単位とした場合、補正用のインピーダンスを｜Ｚ｜ｃｏｓφ＋ｊ｜Ｚ｜ｓｉｎφの式で算出する。

そして、制御部ＣＯＮは、周波数毎に補正用のインピーダンスを算出した場合、周波数毎に補正用のインピーダンスをメモリＭＥＭに記憶させておく。より詳細には、制御部ＣＯＮは、一例として、上述した測定用信号の周波数毎に、補正用のインピーダンスの実部と虚部とをメモリＭＥＭに記憶させる。これにより、図３に示すように、メモリＭＥＭには、一例として、１００Ｈｚから１０ｋＨｚまで１００Ｈｚ毎に、補正用のインピーダンスの実部と虚部とが関連付けられたテーブルが記憶される。

＜測定モードにおける処理＞
続いて、測定モードにおける処理について説明する。まず、ユーザは、不図示の端末装置を操作して測定モードを選択する入力を行う。端末装置は、測定モードを指令するモード指令信号を通信によりインピーダンス測定装置１へ送信する。通信部ＣＭは、この端末装置が送信した測定を通信により受信する。

次に、ユーザは、第１プローブと第３プローブが被測定物ＯＭの一端に電気的に接続され、かつ第２プローブと第４プローブが被測定物の他端に電気的に接続された状態にする。
この状態で、制御部ＣＯＮは、通信部ＣＭが受信したモード指令信号が測定モードの場合、測定用信号の周波数毎に電流検出部ＣＳが検出した電流と電圧検出部ＶＳが検出した電圧とに基づいて、この測定用信号の周波数毎の被測定物ＯＭのインピーダンスを算出する。

より詳細には、制御部ＣＯＮが備える処理部ＰＲＣは、２相ロックインアンプの機能によりデジタル電流信号から測定用信号と同じ周波数の信号を分離して得られた第１分離信号の振幅を電流振幅として、測定用信号と同じ周波数を有しかつ位相の基準となる基準正弦波信号と前記デジタル電流信号との間の位相差を電流位相差として検出する。また、処理部ＰＲＣは、２相ロックインアンプの機能によりデジタル電圧信号から測定用信号と同じ周波数の信号を分離して得られた第２分離信号の振幅を電圧振幅として、基準正弦波信号と前記デジタル電圧信号との間の位相差を電圧位相差として検出する。

算出部ＣＡＬは、処理部ＰＲＣが検出した電流振幅、電流位相差、電圧振幅、及び電圧位相差に基づいて、被測定物ＯＭのインピーダンスを測定用信号の周波数毎に算出する。具体的には例えば、算出部ＣＡＬは、電圧振幅を電流振幅で割った値をインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜とし、電流位相から電圧位相を差分した値をインピーダンスの位相角φとし、ｊを虚数単位とした場合、被測定物ＯＭのインピーダンスを｜Ｚ｜ｃｏｓφ＋ｊ｜Ｚ｜ｓｉｎφの式で算出する。

そして、制御部ＣＯＮは、この測定用信号の周波数毎に得られた被測定物ＯＭのインピーダンスを周波数が対応する補正用のインピーダンスで補正する。この制御部ＣＯＮにおける補正は、被測定物ＯＭのインピーダンスから周波数が対応する補正用のインピーダンスを減算することである。

具体的には、制御部ＣＯＮは、例えば、周波数毎に被測定物ＯＭのインピーダンスを算出した場合、メモリＭＥＭに記憶された補正用のインピーダンスを周波数毎に読み出し、測定用信号の周波数毎に得られた被測定物のインピーダンスを周波数が対応する補正用のインピーダンスで補正する。

ここでこの補正処理の一例を説明する。例えば、図３に示すテーブルがメモリＭＥＭに記憶されている場合、制御部ＣＯＮは、例えば、メモリＭＥＭに記憶された補正用のインピーダンスの実部と虚部を読み出す。そして、制御部ＣＯＮは、例えば、上述した測定用信号の周波数毎に得られた被測定物ＯＭのインピーダンスの実部を周波数が対応する補正用のインピーダンスの実部で補正し、測定用信号の周波数毎に得られた被測定物のインピーダンスの虚部を周波数が対応する補正用のインピーダンスの虚部で補正する。

このように、制御部ＣＯＮは、モード切替部ＳＷがモードをゼロオーム調整モードに切り替えた場合、上述した補正用のインピーダンスを算出し、モード切替部ＳＷがモードを測定モードに切り替えた場合、上述した被測定物ＯＭのインピーダンスを算出し、被測定物ＯＭのインピーダンスを周波数が対応する補正用のインピーダンスで補正する。

なお、これに限らず、制御部ＣＯＮは、上述した測定用信号の周波数毎に、補正用のインピーダンスの絶対値と位相の組（インピーダンスの抵抗分とリアクタンス分の組）をメモリＭＥＭに記憶させてもよい。その場合、制御部ＣＯＮは、例えば、測定用信号の周波数毎に得られた被測定物ＯＭのインピーダンスを、周波数が対応する補正用のインピーダンスの絶対値と位相の組を用いて補正してもよい。

以上、本実施形態に係るインピーダンス測定装置１は、複数の周波数で測定用信号を発生可能な信号発生部ＳＧと、信号発生部ＳＧが発生する測定用信号の周波数を制御する制御部ＣＯＮと、信号発生部ＳＧが発生した測定用信号が供給される第１プローブＴ１と、被測定物ＯＭのインピーダンスの測定時に第１プローブＴ１との間に被測定物ＯＭが接続される第２プローブＴ２と、第３プローブＴ３と、被測定物ＯＭのインピーダンスの測定時に第３プローブＴ３との間に被測定物ＯＭが接続される第４プローブＴ４と、第２プローブＴ２に接続され第２プローブＴ２に流れる電流を検出する電流検出部ＣＳと、一端が第３プローブＴ３に接続され、他端が第４プローブＴ４に接続され、第３プローブＴ３と第４プローブＴ４の間の電圧を検出する電圧検出部ＶＳと、電流検出部ＣＳが検出して得た電流信号をＡＤ変換してデジタル電流信号を生成し、電圧検出部ＶＳが検出して得た電圧信号をＡＤ変換してデジタル電圧信号を生成するＡＤ変換部ＡＤＣと、を備える。

第１プローブＴ１、第２プローブＴ２、第３プローブＴ３及び第４プローブＴ４が０Ω抵抗を介して導通している状態または短絡している状態で、制御部ＣＯＮは、デジタル電流信号とデジタル電圧信号とに基づいて、測定用信号の複数の周波数における補正用のインピーダンスを算出する。

また、第１プローブＴ１と第３プローブＴ３が被測定物ＯＭの一端に電気的に接続され、かつ第２プローブＴ２と第４プローブＴ４が被測定物ＯＭの他端に電気的に接続された状態で、制御部ＣＯＭは、デジタル電流信号とデジタル電圧信号とに基づいて、測定用信号の複数の周波数における被測定物ＯＭのインピーダンスを算出する。そして、制御部ＣＯＭは、測定用信号の周波数毎に得られた被測定物ＯＭのインピーダンスを周波数が対応する補正用のインピーダンスで補正する。

これにより、本実施形態に係るインピーダンス測定装置１は、計測回路の周波数特性に起因した計測誤差成分を減らすことができ、計測精度が向上する。さらに、本実施形態に係るインピーダンス測定装置１は、このように補正することにより、アンプのオフセット電圧の経年変化、アンプのゲインの経年変化などにより計測値に生じる誤差を補正することができる。

また、本実施形態に係るインピーダンス測定装置１は、不揮発性のメモリＭＥＭを更に備え、制御部ＣＯＮは、周波数毎に補正用のインピーダンスを算出し、周波数毎にこの補正用のインピーダンスをそのメモリＭＥＭに記憶させておく。制御部ＣＯＮは、周波数毎に被測定物ＯＭのインピーダンスを算出した場合、そのメモリＭＥＭに記憶された補正用のインピーダンスを周波数毎に読み出し、測定用信号の複数の周波数毎に得られた被測定物ＯＭのインピーダンスを周波数が対応する補正用のインピーダンスで補正する。これは、プローブの交換を行わなければ短期間ではプローブの特性が変化しないことを利用したものである。

これにより、ゼロオームの調整のためにプローブの先端同士を接続して補正用のインピーダンスを算出する処理を被測定物のインピーダンスを測定する毎に行う必要がなく、インピーダンス測定にかかる手間を軽減することができる。

なお、インピーダンス測定装置１は、通信部ＣＭの代わりに、入力部を備えてもよい。その場合、入力部は、補正用のインピーダンスを算出するゼロオーム調整モードと、被測定物ＯＭのインピーダンスを算出する測定モードのいずれかのモードの指令選択を受け付け、受け付けた指令を示すモード指令信号を生成してもよい。そして取得部ＡＣＱは、この入力部からモード指令信号を取得してもよい。

なお、実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。

１ インピーダンス測定装置
ＳＧ 信号発生部
ＳＩＮＧ 正弦波発生器
ＣＡ 定電流増幅器
ＣＯＮ 制御部
ＡＣＱ 取得部
ＰＲＣ 処理部
ＣＡＬ 算出部
Ｔ１ 第１プローブ
Ｔ２ 第２プローブ
Ｔ３ 第３プローブ
Ｔ４ 第４プローブ
ＴＡ 第１接続端子
ＴＢ 第２接続端子
ＴＣ 第３接続端子
ＴＤ 第４接続端子
ＣＳ 電流検出部
ＶＳ 電圧検出部
ＡＤＣ ＡＤ変換部
ＭＥＭ メモリ
ＣＭ 通信部
ＯＭ 被測定物

Claims (12)

1. 複数の周波数で測定用信号を発生可能な信号発生部と、
   前記信号発生部が発生する測定用信号の周波数を制御する制御部と、
   前記信号発生部が発生した測定用信号が供給される第１プローブと、被測定物のインピーダンスの測定時に前記第１プローブとの間に前記被測定物が接続される第２プローブと、第３プローブと、前記被測定物のインピーダンスの測定時に前記第３プローブとの間に前記被測定物が接続される第４プローブと、
   前記第２プローブに接続され前記第２プローブに流れる電流を検出する電流検出部と、
   一端が前記第３プローブに接続され、他端が前記第４プローブに接続され、前記第３プローブと前記第４プローブの間の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電流検出部が検出して得た電流信号をＡＤ変換してデジタル電流信号を生成し、前記電圧検出部が検出して得た電圧信号をＡＤ変換してデジタル電圧信号を生成するＡＤ変換部と、を備え、
   前記第１プローブ、前記第２プローブ、前記第３プローブ及び前記第４プローブが導通している状態で、前記制御部は、前記デジタル電流信号と前記デジタル電圧信号とに基づいて、前記測定用信号の複数の周波数における補正用のインピーダンスを算出し、
   前記第１プローブと前記第３プローブが前記被測定物の一端に電気的に接続され、かつ前記第２プローブと前記第４プローブが前記被測定物の他端に電気的に接続された状態で、前記制御部は、前記デジタル電流信号と前記デジタル電圧信号とに基づいて、前記測定用信号の複数の周波数における前記被測定物のインピーダンスを算出し、前記測定用信号の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスを周波数が対応する前記補正用のインピーダンスで補正するインピーダンス測定装置。
2. 前記制御部が算出した前記補正用のインピーダンスに関する情報を周波数毎に記憶する不揮発性のメモリを更に備える請求項１に記載のインピーダンス測定装置。
3. 前記制御部は、前記周波数毎に前記補正用のインピーダンスを算出し、前記周波数毎に前記補正用のインピーダンスを前記メモリに記憶させておき、
   前記制御部は、前記周波数毎に前記被測定物のインピーダンスを算出した場合、前記メモリに記憶された前記補正用のインピーダンスを前記周波数毎に読み出し、前記測定用信号の複数の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスを周波数が対応する前記補正用のインピーダンスで補正する請求項２に記載のインピーダンス測定装置。
4. 前記制御部は、
   処理の対象となる対象信号から特定の周波数の信号を分離して得られた分離信号の振幅と、前記特定の周波数を有しかつ位相の基準となる参照信号と前記対象信号との間の位相差を検出する２相ロックインアンプの機能を有し、前記２相ロックインアンプの機能により前記デジタル電流信号から前記測定用信号と同じ周波数の信号を分離して得られた第１分離信号の振幅を電流振幅として、前記測定用信号と同じ周波数を有しかつ位相の基準となる基準正弦波信号と前記デジタル電流信号との間の位相差を電流位相差として検出し、前記２相ロックインアンプの機能により前記デジタル電圧信号から前記測定用信号と同じ周波数の信号を分離して得られた第２分離信号の振幅を電圧振幅として、前記基準正弦波信号と前記デジタル電圧信号との間の位相差を電圧位相差として検出する処理部と、
   前記処理部が検出した前記電流振幅、前記電流位相差、前記電圧振幅、及び前記電圧位相差に基づいて、前記補正用のインピーダンスまたは前記被測定物のインピーダンスを算出する算出部と、
   を備える請求項１から３のいずれか一項に記載のインピーダンス測定装置。
5. 前記算出部は、前記電圧振幅を前記電流振幅で割った値をインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜とし、前記電流位相から前記電圧位相を差分した値をインピーダンスの位相角φとし、ｊを虚数単位とした場合、前記補正用のインピーダンスまたは前記被測定物のインピーダンスを｜Ｚ｜ｃｏｓφ＋ｊ｜Ｚ｜ｓｉｎφの式で算出する
   請求項４に記載のインピーダンス測定装置。
6. 前記制御部は、前記補正用のインピーダンスを算出するゼロオーム調整モードと、前記被測定物のインピーダンスを算出する測定モードのいずれかのモードを指令するモード指令信号を取得する取得部を備え、
   前記制御部は、前記取得部が取得したモード指令信号が前記ゼロオーム調整モードの場合、前記補正用のインピーダンスを算出し、前記取得部が取得したモード指令信号が前記測定モードの場合、前記被測定物のインピーダンスを算出し前記被測定物のインピーダンスを周波数が対応する前記補正用のインピーダンスで補正する
   請求項１から５のいずれか一項に記載のインピーダンス測定装置。
7. 前記モード指令信号を通信により受信する通信部を更に備え、
   前記取得部は、前記通信部から前記モード指令信号を取得する請求項６に記載のインピーダンス測定装置。
8. 前記補正用のインピーダンスを算出するゼロオーム調整モードと、前記被測定物のインピーダンスを算出する測定モードのいずれかのモードの指令を受け付け、受け付けた指令を示すモード指令信号を生成する入力部を更に備え、
   前記取得部は、前記入力部から前記モード指令信号を取得する
   請求項６に記載のインピーダンス測定装置。
9. 前記制御部における補正は、前記被測定物のインピーダンスから周波数が対応する前記補正用のインピーダンスを減算することである
   請求項１から８のいずれか一項に記載のインピーダンス測定装置。
10. 前記信号発生部は、前記制御部による制御に応じた周波数で正弦波の電圧信号を生成する正弦波発生器と、
    前記正弦波発生器が生成した正弦波の電圧信号に基づいて、所定の振幅の電流を前記測定用信号として生成する定電流増幅器と、
    を備える請求項１から９のいずれか一項に記載のインピーダンス測定装置。
11. 前記制御部は、前記測定用信号の複数の周波数毎に前記補正用のインピーダンスの実部と虚部とを前記メモリに記憶させ、
    前記制御部は、前記メモリに記憶された前記補正用のインピーダンスの実部と虚部を読み出し、前記測定用信号の複数の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスの実部を周波数が対応する前記補正用のインピーダンスの実部で補正し、前記測定用信号の複数の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスの虚部を周波数が対応する前記補正用のインピーダンスの虚部で補正する
    請求項３に記載のインピーダンス測定装置。
12. 複数の周波数で測定用信号を発生可能な信号発生部と、前記信号発生部が発生する測定用信号の周波数を制御する制御部と、前記信号発生部が発生した測定用信号が供給される第１プローブと、被測定物のインピーダンスの測定時に前記第１プローブとの間に前記被測定物が接続される第２プローブと、第３プローブと、前記被測定物のインピーダンスの測定時に前記第３プローブとの間に前記被測定物が接続される第４プローブと、前記第２プローブに接続され前記第２プローブに流れる電流を検出する電流検出部と、一端が前記第３プローブに接続され、他端が前記第４プローブに接続され、前記第３プローブと前記第４プローブの間の電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部が検出して得た電流信号をＡＤ変換してデジタル電流信号を生成し、前記電圧検出部が検出して得た電圧信号をＡＤ変換してデジタル電圧信号を生成するＡＤ変換部と、を備えるインピーダンス測定装置が実行するインピーダンス測定方法であって、
    前記制御部が、前記第１プローブ、前記第２プローブ、前記第３プローブ及び前記第４プローブが導通している状態で、前記デジタル電流信号と前記デジタル電圧信号とに基づいて、前記測定用信号の複数の周波数における補正用のインピーダンスを算出するステップと、
    前記制御部が、前記第１プローブと前記第３プローブが前記被測定物の一端に電気的に接続され、かつ前記第２プローブと前記第４プローブが前記被測定物の他端に電気的に接続された状態で、前記デジタル電流信号と前記デジタル電圧信号とに基づいて、前記測定用信号の複数の周波数における前記被測定物のインピーダンスを算出し、前記測定用信号の周波数毎に得られた前記被測定物のインピーダンスを周波数が対応する前記補正用のインピーダンスで補正するステップと、
    を有するインピーダンス測定方法。

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