JP4607776B2 - 可変容量回路および電圧測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、可変容量回路、およびこの可変容量回路を備えて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。

この種の可変容量回路として、特開平８−１８１０３８号公報および特開平９−１５３４３６号公報において開示された可変容量回路（可変容量コンデンサ）が知られている。

これらの可変容量回路は、いずれも、離間して対向する一対の電極を有して構成されている。各可変容量回路では、一対の電極間にバイアス電圧を印加することにより、各電極間に発生するクーロン力によって一対の電極の間隙の長さが変化し、これに伴い、一対の電極間の静電容量がバイアス電圧に対応して変化する。
特開平８−１８１０３８号公報（第２−３頁、第１図） 特開平９−１５３４３６号公報（第４−５頁、第１図）

ところが、上記の各可変容量回路には、以下のような問題点がある。すなわち、これらの各可変容量回路では、一対の電極間に印加されるバイアス電圧（交流電圧）に対応して静電容量が変化する。このため、これらの各可変容量回路を例えば容量変調型電圧センサに用いた場合、このセンサの出力信号の周波数（容量変調周波数）がバイアス電圧の周波数と一致するという不都合があり、この結果、センサの出力信号を検出し難いという問題点が存在している。

本発明は、上記の問題を解決すべくなされたものであり、印加される交流電圧とは異なる周波数で容量変調が可能な可変容量回路、およびこれを用いた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記載の可変容量回路は、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静電容量が変化する２つの第１電気的要素と、交流信号の通過を許容すると共に直流信号の通過を阻止する２つの第２電気的要素と、交流電圧を発生する２つの交流電圧発生部とを少なくとも有し、前記各第１電気的要素は、２つのダイオードを逆向きに直列接続して構成されると共に、互いに直列に接続され、前記各第２電気的要素は、前記第１電気的要素、コンデンサおよび共振体のうちの少なくとも１つで構成され、前記各交流電圧発生部は、一次巻線に対する巻数比が互いに等しく巻回された２つの二次巻線を有するトランスの当該二次巻線でそれぞれ構成され、前記各二次巻線のうちの一方の二次巻線が前記各第１電気的要素のうちの一方の第１電気的要素に前記各第２電気的要素のうちの一方の第２電気的要素を介して前記交流電圧を印加すると共に、前記各二次巻線のうちの他方の二次巻線が前記各第１電気的要素のうちの他方の第１電気的要素に前記各第２電気的要素のうちの他方の第２電気的要素を介して前記一方の第１電気的要素に印加される前記交流電圧と位相が反転する前記交流電圧を印加する。

また、請求項２記載の可変容量回路は、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静電容量が変化する２つの第１電気的要素と、交流信号の通過を許容すると共に直流信号の通過を阻止する２つの第２電気的要素と、交流電圧を発生する２つの交流電圧発生部とを少なくとも有し、前記各第１電気的要素は、トランジスタで構成されると共に、当該各トランジスタの入力端子および出力端子を接続点として互いに直列に接続され、前記各第２電気的要素は、前記第１電気的要素、コンデンサおよび共振体のうちの少なくとも１つで構成され、前記各交流電圧発生部は、一次巻線に対する巻数比が互いに等しく巻回された２つの二次巻線を有するトランスの当該二次巻線でそれぞれ構成され、前記各二次巻線のうちの一方の二次巻線が前記各第１電気的要素のうちの一方の第１電気的要素に前記各第２電気的要素のうちの一方の第２電気的要素を介して前記交流電圧を印加すると共に、前記各二次巻線のうちの他方の二次巻線が前記各第１電気的要素のうちの他方の第１電気的要素に前記各第２電気的要素のうちの他方の第２電気的要素を介して前記一方の第１電気的要素に印加される前記交流電圧と位相が反転する前記交流電圧を印加する。

また、請求項３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、前記測定対象体に対向可能な検出電極と、請求項１または２記載の可変容量回路と、参照電位を生成する電圧生成回路と、制御部とを備え、前記可変容量回路は、直列接続された前記２つの第１電気的要素全体における一端部が前記検出電極側に位置すると共に他端部が参照電位側に位置するように前記検出電極と前記参照電位との間に接続され、前記制御部は、前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに、前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる。

請求項１または２記載の可変容量回路によれば、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静電容量が変化する第１電気的要素を含んで構成したことにより、交流電圧発生部で発生する交流電圧の印加によってこの各第１電気的要素の静電容量を交流電圧の周波数の２倍の周波数で変化させることができる。つまり、印加される交流電圧とは異なる周波数で容量変調が可能となる。

また、トランスの各二次巻線から交流電圧を印加させることにより、各第１電気的要素の静電容量を交流電圧の周波数の２倍の周波数で変化させることができる。この場合、２つの第１電気的要素が互いに直列に接続されているため、トランスが、互いの位相が反転し、かつ同一振幅の交流電圧を２つの二次巻線に発生させて各第１電気的要素に印加することにより、直列接続された各第１電気的要素に発生する各交流電圧の電圧成分同士を打ち消すことができる。これにより、直列接続された２つの第１電気的要素全体において、その両端間における交流電圧の電圧成分の発生を回避することができるため、静電容量変化時において可変容量回路に発生する電流または可変容量回路の両端間電圧への交流電圧の影響を排除することができる結果、この電流または両端間電圧を正確に検出することができる。

また、請求項１記載の可変容量回路によれば、２つのダイオードを逆向きに直列接続して第１電気的要素を構成したことにより、簡易、かつ安価に可変容量回路を構成することができる。

また、請求項２記載の可変容量回路によれば、第１電気的要素をトランジスタで構成すると共に、トランジスタの入力端子および出力端子を接続点として互いに直列に接続したことにより、より少ない部品点数で、簡易、かつ安価に可変容量回路を構成することができる。

また、第１電気的要素、コンデンサおよび共振体のうちの少なくとも１つで第２電気的要素を構成したことにより、第１電気的要素およびコンデンサを用いたときには、簡易、かつ安価に第２電気的要素を構成することができる。また、共振体、具体的には交流電圧と同一の周波数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共振体を用いたときには、第１電気的要素を変調する周波数（交流電圧の周波数）においては共振体のインピーダンスが低くなる結果、交流電圧を第１電気的要素に十分に印加することができ、他方、直流電圧や交流電圧の周波数の２倍の周波数（可変容量回路の容量変調周波数）においては、第１電気的要素に並列に接続されている共振体のインピーダンスが十分に高くなる結果、第１電気的要素に十分な電流を流すことができるため、例えば第１電気的要素に流れる電流を利用した電圧検出の精度を十分に高めることができる。

また、請求項３記載の電圧測定装置によれば、測定対象体に対向可能な検出電極と、上記の可変容量回路と、参照電位を生成する電圧生成回路と、制御部とを備え、直列接続された２つの第１電気的要素全体における一端部を検出電極側に位置させ、かつ他端部を参照電位側に位置させることによって可変容量回路を検出電極と参照電位との間に接続して静電容量を変化させ、この可変容量回路の容量変化動作を利用して測定対象体の電圧を測定することにより、直列接続された２つの第１電気的要素全体の静電容量（可変容量回路の静電容量）を交流電圧の周波数の２倍の周波数で変化させることができる。つまり、印加される交流電圧とは異なる周波数で容量変調が可能となる。また、直列接続された２つの第１電気的要素全体における両端間（可変容量回路の両端間）における交流電圧の電圧成分の発生を回避することができるため、静電容量変化時において可変容量回路に発生する電流または可変容量回路の両端間電圧への交流電圧の影響を排除することができる結果、この電流または両端間電圧を正確に検出することができる。したがって、この電圧測定装置によれば、測定対象体の電圧を正確に測定することができる。

また、可変容量回路が静電容量を変化させているときに、制御部が電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させることにより、変化させた参照電位の電圧が測定対象体の電圧に一致したときに、可変容量回路を介して検出電極と参照電位との間に流れる電流、または可変容量回路における検出電極側の端部と参照電位側の端部との間に発生する電圧がほぼゼロになることを利用して、測定対象体の電圧を高い精度で測定することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る可変容量回路および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１３、電流検出器１５、およびプリアンプ１６を備えている。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に電気的に絶縁された状態で固定されている。

可変容量回路１３は、図１に示すように、２つの第１電気的要素３１ａ，３１ｂ、２つの第２電気的要素３２ａ，３２ｂ、およびトランス３３を少なくとも有している。この場合、第１電気的要素３１ａ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機能する第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）を有している。本例では、一例として、各第１素子４１は、電気的特性の同じ１つの可変容量ダイオードでそれぞれ構成されている。第１電気的要素３１ａは、各第１素子４１を、各々の一端同士または他端同士（図１では一例として一端（アノード端子）同士）を接続することによって直列接続して（つまり互いに逆向きに直列接続して）構成されている。また、第１電気的要素３１ａは、各第１素子４１が逆向きに直列接続されることにより、直流信号（具体的には直流電流）の通過を阻止し、かつ交流信号のみが通過し得るように構成されている。第２電気的要素３１ｂも、第１素子４１ａ，４１ｂを有して、第１電気的要素３１ａと同一に構成されている。

各第２電気的要素３２ａ，３２ｂは、一例として、図２に示すように１つのコンデンサ４２で構成されている。トランス３３は、図１に示すように、一例として、１つのコア３３ａと、このコア３３ａに巻回された１つの一次巻線３３ｂおよび２つの二次巻線３３ｃ，３３ｄとを備えて構成されている。本例では、二次巻線３３ｃ，３３ｄは、一次巻線３３ｂに対する巻数比が互いに等しくなるように同じ巻数でそれぞれ巻回されて、本発明における交流電圧発生部として機能する。また、二次巻線３３ｃ，３３ｄは、各々の一端側が共通の引き出し線３３ｅに接続されて引き出され、各々の他端側は独立して引き出されている。なお、二次巻線３３ｃ，３３ｄは、各々の一端側および他端側をそれぞれ独立した状態で引き出してもよい。この構成により、トランス３３は、一次巻線３３ｂに本体ユニット３からの駆動信号Ｓ１を入力したときに、同一振幅の駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ（本発明における交流電圧。以下、特に区別しないときには「駆動信号Ｓ２」ともいう）を各二次巻線３３ｃ，３３ｄに駆動信号Ｓ１と電気的に絶縁された状態で発生させる。なお、トランス３３を駆動するための駆動回路（図示せず）を設け、この駆動回路が、本体ユニット３からの駆動信号Ｓ１を入力して、トランス３３の一次巻線３３ｂを励磁する構成を採用してもよい。また、本例では、２つの二次巻線３３ｃ，３３ｄが形成された１つのトランス３３を使用しているが、一次巻線に対する二次巻線の巻数比が互いに等しい２つのトランスを使用し、各トランスの一次巻線に駆動信号Ｓ１を入力する構成を採用することもできる。

また、図１に示すように、第１電気的要素３１ａ，３１ｂのうちの一方の第１電気的要素３１ａ、各第２電気的要素３２ａ，３２ｂのうちの一方の第２電気的要素３２ａ、および各二次巻線３３ｃ，３３ｄのうちの一方の二次巻線３３ｃがこの順で環状に接続され（１つの環状経路ＬＰ１内に配設され）、また、他方の第１電気的要素３１ｂ、他方の第２電気的要素３２ｂ、および他方の二次巻線３３ｄもこの順で環状に接続され（他の１つの環状経路ＬＰ２内に配設され）ている。また、第１電気的要素３１ａ，３１ｂは、それぞれの一端側が引き出し線３３ｅに接続されている。これにより、第１電気的要素３１ａ，３１ｂは、互いに直列接続された状態になっている。また、各二次巻線３３ｃ，３３ｄは、第１電気的要素３１ａに印加される駆動信号Ｓ２ａと、第１電気的要素３１ｂに印加される駆動信号Ｓ２ｂとが逆極性（位相が反転した状態）となるようにそれぞれの環状経路ＬＰ１，ＬＰ２内に配設されている。

なお、図１に示す各第１電気的要素３１ａ，３１ｂでは、各第１素子４１としての可変容量ダイオードのアノード端子同士を接続することによって一対の第１素子４１を逆向きに直列接続する構成を採用しているが、図３に示すように、カソード端子同士を接続して一対の第１素子４１を逆向きに直列接続することによっても各第１電気的要素３１ａ，３１ｂを構成することができる。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４，５に示すように、各第１素子４１を一般的なダイオードで構成して、第１電気的要素３１ａ，３１ｂを構成することもできる。

また、可変容量回路１３は、参照電位となる部位（本例ではケース１１）と検出電極１２との間に、直列接続された２つの第１電気的要素３１ａ，３１ｂ全体における一端部Ａ（第１電気的要素３１ａの他端側）が可変容量回路１３の一方の接続点（以下、接続点Ａともいう）として検出電極１２に接続され、かつ２つの第１電気的要素３１ａ，３１ｂ全体における他端部Ｂ（第１電気的要素３１ｂの他端側）が可変容量回路１３の他方の接続点（以下、接続点Ｂともいう）として電流検出器１５に接続された状態で配設されている。また、第２電気的要素３２ａおよび二次巻線３３ｃの直列回路と、二次巻線３３ｄおよび第２電気的要素３２ｂの直列回路とは、前者が第１電気的要素３１ａに並列に接続され、かつ後者が第１電気的要素３１ｂに並列に接続された状態で、参照電位となる部位（本例ではケース１１）と検出電極１２との間に配設されている。また、この構成により、各直列回路も、互いに直列に接続された状態ともなっている。なお、各第２電気的要素３２ａ，３２ｂは、検出電極１２とケース１１とが直流的に短絡するのを防止する機能を有しているため、図１に示すように、直列接続された２つの第１電気的要素３１ａ，３１ｂ全体における一端部Ａと二次巻線３３ｃとの間、および他端部Ｂと二次巻線３３ｄとの間にそれぞれ配置されている。

また、可変容量回路１３では、トランス３３が第１電気的要素３１ａに駆動信号Ｓ２ａを印加したときに、後述するように、第１電気的要素３１ａは、この駆動信号Ｓ２ａの周期Ｔ１（周波数ｆ１）に同期して、かつ駆動信号Ｓ２ａの二分の一の周期Ｔ２（２倍の周波数ｆ２）で、その静電容量を連続的に変化させるように動作する。また、トランス３３が第１電気的要素３１ｂに駆動信号Ｓ２ｂを印加したときに、後述するように、第１電気的要素３１ｂは、この駆動信号Ｓ２ｂの周期Ｔ１（周波数ｆ１）に同期して、かつ駆動信号Ｓ２ｂの二分の一の周期Ｔ２（２倍の周波数ｆ２）で、その静電容量を連続的に変化させるように動作する。このため、各第１電気的要素３１ａ，３１ｂの合成容量（直列合成容量）も、駆動信号Ｓ２の周期Ｔ１に同期して、かつ周期Ｔ２で連続的に変化する。したがって、各第２電気的要素３２ａ，３２ｂの静電容量も含めた可変容量回路１３全体の静電容量Ｃ１（各接続点Ａ，Ｂ間の静電容量）も、駆動信号Ｓ２の周期Ｔ１に同期して、かつ周期Ｔ２で連続的に変化する。

電流検出器１５は、一例として抵抗で構成されて、可変容量回路１３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は、可変容量回路１３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１３に流れている電流ｉ（物理量）を検出すると共に、この電流ｉの電流値に比例した値で、かつ電流ｉの向きに対応した極性の電圧Ｖ２をその両端間に発生させる。また、電流検出器１５は、インピーダンス素子であれば、抵抗に限らず、コンデンサやコイルで構成することもできるし、これらを組み合わせて構成することもできる。また、インピーダンス素子に代えて、セラミック共振器や水晶振動子などの各種共振体を含む共振回路、およびコイルとコンデンサとで構成されたＬＣ共振回路（直列共振回路または並列共振回路）のいずれかを用いて、電流検出器１５を構成することもできる。

プリアンプ１６は、不図示の直流遮断用の一対のコンデンサ、不図示の増幅回路（演算増幅器など）、および不図示の絶縁用電子部品（トランスおよびフォトカプラなど）を備えて構成されている。また、プリアンプ１６は、コンデンサを介して入力した電圧Ｖ２を増幅回路で増幅すると共に、増幅した電圧を絶縁用電子部品によって増幅回路（さらにはケース１１）に対して電気的に絶縁された検出信号Ｓ３に変換して出力する。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、上記した可変容量回路１３、電流検出器１５およびプリアンプ１６は、ケース１１内部にそれぞれ配設されている。

なお、本例では、プリアンプ１６において、トランス等の絶縁用電子部品を使用して、ケース１１に対して電気的に絶縁された状態で、検出信号Ｓ３を本体ユニット３に出力しているが、例えば、電流検出器１５自体を、一巻線と二次巻線とを備えた検出トランスで構成して、検出信号Ｓ３をケース１１に対して絶縁する構成を採用することもできる。

本体ユニット３は、図１に示すように、発振回路２１、増幅回路２２、同期検波回路２３、積分器２４、電圧生成回路２５、電圧計２６およびフィルタ回路２７を備えて構成されている。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に出力すると共に、周期Ｔ１の二分の一の周期Ｔ２の検波用信号Ｓ１１（周波数ｆ２）を駆動信号Ｓ１に同期させて生成して同期検波回路２３に出力する。この場合、本例では、発振回路２１は、駆動信号Ｓ１および検波用信号Ｓ１１として正弦波信号を生成する。

フィルタ回路２７は、プローブユニット２から入力した検出信号Ｓ３に含まれている可変容量回路１３の容量変調周波数と同じ周波数の信号Ｓ３ａを選択的に通過させる。増幅回路２２は、フィルタ回路２７から入力した信号Ｓ３ａ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。本例では、可変容量回路１３の容量変調周波数は、駆動信号Ｓ２の周波数ｆ１の２倍の周波数ｆ２になる。このため、この静電容量Ｃ１の変化によって生じる電流ｉの周波数も駆動信号Ｓ１の周波数ｆ１の２倍の周波数ｆ２となり、増幅回路２２から出力される検出信号Ｓ４の周波数はフィルタ回路２７のフィルタリングによって周波数ｆ２となる。同期検波回路２３は、検出信号Ｓ４を検波用信号Ｓ１１で同期検波することにより、パルス信号Ｓ５を生成するように構成されている。この場合、パルス信号Ｓ５は、その振幅が可変容量回路１３を流れる電流ｉの値に比例して変化し、かつその極性が可変容量回路１３を流れる電流ｉの向きに応じて変化する。

積分器２４は、パルス信号Ｓ５を連続的に積分することで直流電圧Ｖ３を生成して、電圧生成回路２５に出力する。本例では、一例として、積分器２４は、積分動作を開始した後に、最初のパルス信号Ｓ５が入力されるまでの間、ゼロボルトの直流電圧Ｖ３を出力するように設定されている。これらのフィルタ回路２７、増幅回路２２、同期検波回路２３および積分器２４は、制御部ＣＮＴを構成して、電圧生成回路２５を制御する。電圧生成回路２５は、制御部ＣＮＴの制御下で、フィードバック電圧Ｖ４を生成してプローブユニット２のケース１１に印加する。具体的には、電圧生成回路２５は、入力した直流電圧Ｖ３を増幅することにより、フィードバック電圧Ｖ４を生成する。これにより、参照電位であるケース１１の電圧は、フィードバック電圧Ｖ４と等しく維持される。電圧計２６は、フィードバック電圧Ｖ４を測定して、その電圧値を表示する。

次いで、電圧測定装置１を使用した測定対象体４の電圧Ｖ１の測定方法と共に、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Ｖ１が正の定電圧であるとして説明するが、電圧Ｖ１が負の定電圧であるときにも、対応する信号や電圧の極性が逆になる以外は、正の定電圧のときと同様にして測定される。また、電圧Ｖ１が交流のときにも、原理的には正の定電圧や負の定電圧のときと同様にして測定される。

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を一旦配設した後は、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、本体ユニット３では、発振回路２１が駆動信号Ｓ１および検波用信号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、また検波用信号Ｓ１１を同期検波回路２３に出力する。プローブユニット２では、可変容量回路１３のトランス３３が、入力した駆動信号Ｓ１に基づいて各二次巻線３３ｃ，３３ｄに駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂをそれぞれ発生させて、各第２電気的要素３２ａ，３２ｂを介して各第１電気的要素３１ａ，３１ｂに印加（出力）する。

可変容量回路１３の各第１電気的要素３１ａ，３１ｂでは、印加された各駆動信号Ｓ２が分圧されて、各第１素子４１にそれぞれ印加される。この場合における各第１電気的要素３１ａ，３１ｂの静電容量の変化の様子について、第１電気的要素３１ａを例に挙げて説明する。図６に示すように、駆動信号Ｓ２（具体的には駆動信号Ｓ２ａ）の１周期Ｔ１のうちの期間Ｔａ（第１電気的要素３１ａの他端側（一端部Ａ）を基準として一端側（第１電気的要素３１ｂとの接続端側）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、２つの第１素子４１ａ，４１ｂのうちの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他端側の第１素子４１ｂ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（第１電気的要素３１ａの他端側を基準として一端側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、逆電圧が印加されてコンデンサとして機能する第１素子４１ｂの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（第１電気的要素３１ａの他端側を基準として一端側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、２つの第１素子４１ａ，４１ｂのうちの逆電圧が印加されてコンデンサとして機能する一端部Ａ側の第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Ｔｄ（第１電気的要素３１ａの他端側を基準として一端側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、逆電圧が印加されてコンデンサとして機能する第１素子４１ａの静電容量が徐々に増加する。なお、各第１素子４１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４１は等価的に抵抗として機能している。このため、第１電気的要素３１ａ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。

また、他の第１電気的要素３１ｂにも、第１電気的要素３１ａに印加される駆動信号Ｓ２ａと位相が反転している駆動信号Ｓ２ｂが印加される。このため、第１電気的要素３１ｂの静電容量も、上記した第１電気的要素３１ａの静電容量と同じタイミングで、減少および増加を２回繰り返す。

したがって、各第１電気的要素３１ａ，３１ｂの静電容量と各第２電気的要素３２ａ，３２ｂの静電容量（一定）との合成容量となる可変容量回路１３全体としての静電容量Ｃ１も減少および増加を、上記した各第１電気的要素３１ａ，３１ｂの静電容量と同じタイミングで、２回繰り返す。つまり、可変容量回路１３は、入力した駆動信号Ｓ１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１３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、上記のように、直列に接続された各第１電気的要素３１ａ，３１ｂに、トランス３３の各二次巻線３３ｃ，３３ｄから、同一振幅で、かつ位相の反転した駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂが印加されるため、直列接続された２つの第１電気的要素３１ａ，３１ｂ全体としてみたときに、駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂの電圧成分が打ち消される結果、２つの第１電気的要素３１ａ，３１ｂ全体としての一端部Ａと他端部Ｂとの間における駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂの発生が阻止される。

また、本体ユニット３の積分器２４は、電圧測定装置１の動作開始直後において、ゼロボルトの直流電圧Ｖ３を出力するため、電圧生成回路２５は、所定電圧のフィードバック電圧Ｖ４（一例として、電圧Ｖ１よりも低電圧であって、ほぼゼロボルトとする）を生成してプローブユニット２のケース１１に印加する。このため、測定対象体４とケース１１との間には電位差（Ｖ１−Ｖ４）が生じた状態になっている。したがって、上記したように、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１３には、電流値を周期Ｔ２で変化させつつ電流ｉが流れる。

この場合、電流ｉは、電位差（Ｖ１−Ｖ４）が大きいときにはその電流値が大きくなり、電位差（Ｖ１−Ｖ４）が小さいときにはその電流値が小さくなる。また、電流ｉは、電位差（Ｖ１−Ｖ４）の極性が正のときには検出電極１２から電流検出器１５に向かって流れ、電位差（Ｖ１−Ｖ４）の極性が負のときには逆向きに流れる。本例では、電圧Ｖ１は正の定電圧であり、フィードバック電圧Ｖ４がゼロボルトからスタートするため、電位差（Ｖ１−Ｖ４）は常にゼロボルト以上の電圧となる。したがって、電流ｉは、本例では、常に検出電極１２から電流検出器１５に向かって、その電流値を周期Ｔ２で変化させつつ流れる。プリアンプ１６は、この電流ｉに起因して電流検出器１５の両端に発生する電圧Ｖ２を増幅することにより、正極性の検出信号Ｓ３を本体ユニット３に出力する。

本体ユニット３の制御部ＣＮＴでは、フィルタ回路２７が、検出信号Ｓ３に含まれている周波数ｆ２の信号成分を信号Ｓ３ａとして選択的に出力し、増幅回路２２は、この信号Ｓ３ａを増幅して検出信号Ｓ４を生成して同期検波回路２３に出力する。次いで、同期検波回路２３は、入力した検出信号Ｓ４を検波用信号Ｓ１１で同期検波することにより、パルス信号Ｓ５を生成して、積分器２４に出力する。続いて、積分器２４は、パルス信号Ｓ５を連続的に積分することで直流電圧Ｖ３を生成して、電圧生成回路２５に出力する。

この場合、上記したように、本例では、検出信号Ｓ３が常に正極性の信号となり、同様にして検出信号Ｓ４も正極性の信号となるため、パルス信号Ｓ５は、常に正極性のパルス信号となる。この結果、積分器２４、つまり制御部ＣＮＴから出力される直流電圧Ｖ３は徐々にその電圧値が上昇する。したがって、電圧生成回路２５で生成されるフィードバック電圧Ｖ４も、図７に示すように、その電圧値が徐々に上昇する。この結果、電流検出器１５、プリアンプ１６、フィルタ回路２７、増幅回路２２、同期検波回路２３、積分器２４および電圧生成回路２５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−Ｖ４）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、電流値が徐々に低下（減少）していく。

その後、フィードバック電圧Ｖ４が電圧Ｖ１に達したときには、電位差（Ｖ１−Ｖ４）がゼロボルトになる。この状態では、測定対象体４とケース１１との間の静電容量Ｃ２が周期的に変化していたとしても、電流ｉが流れない。また、電流ｉが流れないため、電流検出器１５において電圧Ｖ２が発生しない（電圧Ｖ２がゼロボルトになる）結果、プリアンプ１６から検出信号Ｓ３が出力されなくなる。また、検出信号Ｓ３が出力されないため、増幅回路２２からも検出信号Ｓ４が出力されない状態となり、同期検波回路２３からのパルス信号Ｓ５の出力も停止し、この結果、積分器２４から出力される直流電圧Ｖ３の上昇も停止して一定の電圧に維持される。

このため、電圧生成回路２５から出力されるフィードバック電圧Ｖ４の上昇が停止して、図７に示すように、フィードバック電圧Ｖ４が一定の電圧に維持される。したがって、電圧計２６で表示されている電圧値（フィードバック電圧Ｖ４）を継続して観察し、その電圧値の上昇が停止して一定になったとき（すなわち、電流ｉがゼロアンペアになったときに）、そのときの電圧計２６で表示されている電圧値（フィードバック電圧Ｖ４）を測定対象体４の電圧Ｖ１として測定する。以上により、測定対象体４の電圧Ｖ１が完了する。

このように、この可変容量回路１３では、互いに逆向きに直列接続された２つの第１素子４１を備えて各第１電気的要素３１ａ，３１ｂが構成されている。このため、この可変容量回路１３によれば、トランス３３の各二次巻線３３ｃ，３３ｄからの駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂの印加によって各第１電気的要素３１ａ，３１ｂの静電容量を駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂの周波数ｆ１の２倍の周波数ｆ２で変化させることができる。つまり、印加される駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂとは異なる周波数で容量変調が可能となる。しかも、この可変容量回路１３では、互いに直列に接続された２つの第１電気的要素３１ａ，３１ｂにトランス３３の二次巻線３３ｃ，３３ｄから、互いの位相が反転し、かつ同一振幅の駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂが印加されるため、直列接続された２つの第１電気的要素３１ａ，３１ｂ全体としては、各駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂの電圧成分同士が打ち消される。このため、この可変容量回路１３によれば、直列接続された２つの第１電気的要素３１ａ，３１ｂ全体において、その両端間（一端部Ａと他端部Ｂとの間）における駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂの電圧成分の発生を回避（阻止）することができるため、静電容量変化時において可変容量回路１３に発生する電流ｉへの駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂの影響を排除することができる結果、可変容量回路１３に発生する電流ｉを正確に検出することができる。したがって、この可変容量回路１３を備えた電圧測定装置１によれば、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、可変容量回路１３では、第１素子４１ａ，４１ｂとして可変容量ダイオード（または一般的なダイオード）を使用して各第１電気的要素３１ａ，３１ｂを構成したことにより、簡易、かつ安価に可変容量回路を構成することができる。また、さらに、各第２電気的要素３２ａ，３２ｂをコンデンサ４２で構成したことにより、より簡易、かつより安価に可変容量回路１３を構成することができる。したがって、この可変容量回路１３を使用した電圧測定装置１によれば、装置コストを十分に低減することができる。

また、電圧測定装置１では、可変容量回路１３が静電容量Ｃ１を周期的に変化させているときに、制御部ＣＮＴが電圧生成回路２５に対してフィードバック電圧Ｖ４の電圧を変化させている。したがって、この電圧測定装置１によれば、可変容量回路１３の周期的な容量変化時において可変容量回路１３に発生する（流れる）電流ｉを検出しつつ、この電流ｉがゼロアンペアとなったときのこのフィードバック電圧Ｖ４を測定対象体４の電圧Ｖ１として測定することで、測定対象体４の電圧Ｖ１を高い精度で測定することができる。さらに、この電圧測定装置１によれば、制御部ＣＮＴが、検出した電流ｉが減少するように電圧生成回路２５に対してフィードバック電圧Ｖ４の電圧を変化させることにより、フィードバック電圧Ｖ４を測定対象体４の電圧Ｖ１に短時間で、しかも確実に一致させることができる。この結果、高い測定精度を維持しつつ、短時間で、しかも確実に測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができる。

特に、この電圧測定装置１によれば、上述したような高い周波数で測定対象体４とケース１１との間の静電容量Ｃ２を変化させることができるため、電流検出器１５〜電圧生成回路２５のフィードバックループの応答速度を高速化できる結果、一層短時間で測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができる。このため、この電圧測定装置１によれば、測定対象体４の電圧Ｖ１が時間的に変動するときや、測定対象体４の電圧Ｖ１が周期的に変化する交流電圧のときにも、その電圧Ｖ１を正確に測定することができる。

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、Ｉ（比例）制御でフィードバック電圧Ｖ４を制御しているが、ＰＩ（比例・積分）制御、ＰＤ（比例・微分）制御およびＰＩＤ（比例・積分・微分）制御のいずれかでフィードバック電圧Ｖ４を制御することもできる。

また、第２電気的要素３２ａ，３２ｂをコンデンサ４２で構成した例について上記したが、図１、図３〜図５に示す第１電気的要素３１ａ（３１ｂ）で構成することもできる。このように、ダイオードからなる第１電気的要素３１ａ（３１ｂ）で第２電気的要素３２ａ，３２ｂを構成することにより、コンデンサ４２を用いたときと同様にして、簡易、かつ安価に可変容量回路１３を構成することができる。また、この可変容量回路１３においても、第１電気的要素３１ａ，３１ｂおよび第２電気的要素３２ａ，３２ｂが、駆動信号Ｓ１に同期して各駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂの２倍の周波数ｆ２でそれぞれの静電容量を変化させるため、可変容量回路１３の容量変調周波数を周波数ｆ２に高めることができる。

また、図４に示す第１電気的要素３１ａ，３１ｂでは、各第１素子４１は、一般的なダイオードで構成され、かつこれらのダイオードの各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、２つの第１素子４１全体としては、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に示す第１電気的要素３１ａ，３１ｂにおいて各第１素子４１を構成する２つのダイオードを、図８に示すように１つのＮＰＮ型バイポーラトランジスタＴＲ１で置き換えて第１電気的要素３１ａ、３１ｂを構成することもできる。

この場合、トランジスタＴＲ１は、その入力端子（コレクタ端子ｃおよびエミッタ端子ｅの一方）および出力端子（コレクタ端子ｃおよびエミッタ端子ｅの他方）がそれぞれ接続されて（それぞれ接続点となって）、各環状経路ＬＰ１，ＬＰ２内に配設される。なお、トランジスタＴＲ１のベース端子ｂは未接続となる（接続点とはならない）。同様にして、図５に示す第１電気的要素３１ａ，３１ｂでは、２つの第１素子４１全体として、Ｐ型半導体とＮ型半導体とが、Ｐ−Ｎ−Ｎ−Ｐというように配列されている。このため、図５に示す第１電気的要素３１ａ，３１ｂにおいて各第１素子４１を構成する２つのダイオードを、図９に示すように１つのＰＮＰ型バイポーラトランジスタＴＲ２で置き換えて第１電気的要素３１ａ，３１ｂを構成することもできる。この場合も、トランジスタＴＲ１と同様にして、トランジスタＴＲ２は、その入力端子（コレクタ端子ｃおよびエミッタ端子ｅの一方）および出力端子（コレクタ端子ｃおよびエミッタ端子ｅの他方）がそれぞれ接続されて（それぞれ接続点となって）、各環状経路ＬＰ１，ＬＰ２内に配設される。なお、トランジスタＴＲ２のベース端子ｂは未接続となる（接続点とはならない）。

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。このようにトランジスタＴＲ１（ＴＲ２）を用いて各第１電気的要素３１ａ、３１ｂを構成することにより、より少ない部品点数で、簡易、かつ安価に可変容量回路１３を構成することができる。

また、図１０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、可変容量回路１３の両端間電圧Ｖ５をプリアンプ１６で検出して検出信号Ｓ３として出力するプローブユニット２Ａを使用し、両端間電圧Ｖ５に比例して変化する検出信号Ｓ３に基づいて制御部ＣＮＴが電圧生成回路２５を制御して、測定対象体４の電圧Ｖ１を測定する構成を採用することもできる。ここで、可変容量回路１３の両端間電圧Ｖ５とは、可変容量回路１３における検出電極１２側の端部（同図では、２つの第１電気的要素３１ａ，３１ｂ全体における一端部Ａ）と可変容量回路１３におけるケース１１側の端部（同図では、２つの第１電気的要素３１ａ，３１ｂ全体における他端部Ｂ）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、図１０に示すように、コンデンサ１７を介して可変容量回路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、可変容量回路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、図１０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、上記の可変容量回路１３を使用したことにより、電圧測定装置１と同様にして、直列接続された２つの第１電気的要素３１ａ，３１ｂ全体において、その両端間（一端部Ａと他端部Ｂとの間）における駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂの電圧成分の発生を回避（阻止）することができるため、静電容量変化時において可変容量回路１３の両端間電圧への駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂの影響を排除することができる結果、可変容量回路１３の両端間電圧Ｖ５を正確に検出することができる。したがって、この電圧測定装置１Ａにおいても、電圧測定装置１と同様にして、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１Ａにおいても、電圧測定装置１と同様にして、電流検出器１５〜電圧生成回路２５のフィードバックループの応答速度を高速化できる結果、短時間で測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができると共に、測定対象体４の電圧Ｖ１が時間的に変動するときや、測定対象体４の電圧Ｖ１が周期的に変化する交流電圧のときにも、その電圧Ｖ１を正確に測定することができる。また、電圧測定装置１Ａによれば、信頼性の高い可変容量回路１３を使用したことにより、装置自体の信頼性を一層向上させることができる。

また、電圧測定装置１，１Ａの可変容量回路１３では、トランス３３の各二次巻線３３ｃ，３３ｄを交流電圧発生部として用いているが、これに限定されるものではなく、トランス３３に代えて圧電トランスを交流電圧発生部として用いることできる。また、電圧測定装置１，１Ａの可変容量回路１３では、トランス３３を用いることにより、駆動信号Ｓ１に対して電気的に絶縁された各駆動信号Ｓ２を交流電圧発生部としての各二次巻線３３ｃ，３３ｄで発生させているが、フォトカプラを含む交流電圧発生部（図示せず）を採用したとしても、駆動信号Ｓ１に対して電気的に絶縁された各駆動信号Ｓ２を発生させることができる。この構成においては、プローブユニット２内に、各種電池（太陽電池、一次電池または二次電池など）のような本体ユニット３から独立して絶縁された電源を配設して、この電源からの電力でフォトカプラの二次側回路（各駆動信号Ｓ２の生成回路側）を作動させることができる。また、電圧測定装置１，１Ａでは、同期検波回路２３を用いて検出信号Ｓ４に含まれている周波数ｆ２を含む所定の帯域の周波数成分を抽出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、同期検波方式に代えて、公知の包絡線検波方式を採用することもできる。また、図示はしないが、電圧測定装置１，１Ａと共に、検出電極１２Ａと可変容量回路１３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、可変容量回路１３が静電容量Ｃ１を変化させているときに、制御部ＣＮＴが電圧生成回路２５に対して参照電位となる部位（本例ではケース１１）の電圧（フィードバック電圧Ｖ４）を変化させるフィードバック制御方式を採用し、フィードバック電圧Ｖ４が測定対象体４の電圧Ｖ１に一致したときに、可変容量回路１３に流れる電流ｉ、または可変容量回路１３の両端間電圧Ｖ５がほぼゼロになることを利用して、測定対象体４の電圧Ｖ１を測定したが、測定対象体４の電圧Ｖ１の存在範囲が予め判明している場合には、フィードバック制御方式に代えて、オープン制御方式を採用して本体ユニットを構成することもできる。具体的には、可変容量回路１３が静電容量Ｃ１を変化させているときに、制御部が電圧生成回路に対してその出力電圧を、この電圧Ｖ１の存在範囲の下限値から上限値まで（または上限値から下限値まで）変化（スキャン）させつつ、可変容量回路１３に流れる電流ｉ、または可変容量回路１３の両端間電圧Ｖ５がほぼゼロになったときの電圧生成回路の出力電圧を検出し、この出力電圧を測定対象体４の電圧Ｖ１として特定するように本体ユニットを構成することもできる。

また、可変容量回路１３を測定対象体４の電圧測定に適用した例について上記したが、測定対象体４と参照電位となる部位（本例ではケース１１）との間に電位差が生じているときには、可変容量回路１３が静電容量Ｃ１を変化させているときに、可変容量回路１３に必ず電流ｉが流れ、また可変容量回路１３の両端間電圧Ｖ５がゼロになっていないことを利用することにより、可変容量回路１３を検電器に適用することもできる。また、測定対象体４に流れる電流を測定する電流測定装置の構成と、電圧測定装置１，１Ａのいずれかの構成とを組み合わせることにより、可変容量回路１３を使用して電力計を構成することもできる。

また、上記した可変容量回路１３の第１電気的要素３１ａ，３１ｂについては、図１、図３〜図５に示すように、互いに逆向きに直列接続された２つのダイオードだけ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１に示す第１電気的要素３１ａを例に挙げて説明すると、第１電気的要素３１ａの他端側（２つの第１電気的要素３１ａ，３１ｂ全体における一端部Ａ）と第１素子４１ａとの間、各第１素子４１ａ，４１ｂ間、および第１電気的要素３１ａの一端側（第１電気的要素３１ｂとの接続端側）と第１素子４１ｂとの間の少なくとも１つに、抵抗、コンデンサおよびインダクタンスの少なくとも１つを配設することもできるし、また他のダイオードを配設することもできる。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、可変容量ダイオードも一般的な（通常の）ダイオードも基本的な構成が同じであるため、例えば第１電気的要素３１ａにおいて、一方の第１素子４１ａを通常の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。

また、コンデンサ、およびダイオード（具体的には第１電気的要素３１ａ（３１ｂ））で第２電気的要素３２ａ，３２ｂを構成した可変容量回路１３について上記したが、例えば、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て構成してもよい。このように共振体、具体的には駆動信号Ｓ１と同一の周波数ｆ１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共振体を用いたときには、第１電気的要素３１ａ，３１ｂを変調する周波数ｆ１では共振体のインピーダンスが低くなる結果、駆動信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂを第１電気的要素３１ａ，３１ｂに十分に印加することができ、他方、直流電圧や駆動信号Ｓ１の周波数ｆ１の２倍の周波数ｆ２では、各第１電気的要素３１ａ，３１ｂに並列に接続されている共振体のインピーダンスが十分に高くなる結果、第１電気的要素３１ａ，３１ｂに十分な電流を流すことができるため、例えば電流検出器１５を用いた電流ｉの検出精度を高めることができ、ひいては測定対象体４の電圧検出を一層高めることができる。

また、第１電気的要素３１ａ，３１ｂおよび第２電気的要素３２ａ，３２ｂを１個ずつ含んで各環状経路ＬＰ１，ＬＰ２を構成した可変容量回路１３について上記したが、第１電気的要素３１ａ，３１ｂおよび第２電気的要素３２ａ，３２ｂの少なくとも一方を２個以上含んで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。 電圧測定装置１の第２電気的要素３２ａ，３２ｂの回路図である。 第１電気的要素３１ａ，３１ｂの他の回路図である。 第１電気的要素３１ａ，３１ｂの他の回路図である。 第１電気的要素３１ａ，３１ｂの他の回路図である。 可変容量回路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。 フィードバック電圧Ｖ４の時間変化を示す特性図である。 第１電気的要素３１ａ，３１ｂの他の回路図である。 第１電気的要素３１ａ，３１ｂの他の回路図である。 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
３ 本体ユニット
４ 測定対象体
１１ ケース
１２ 検出電極
１３ 可変容量回路
１５ 電流検出器
２５ 電圧生成回路
３１ａ，３１ｂ 第１電気的要素
３２ａ，３２ｂ 第２電気的要素
４１ａ，４１ｂ 第１素子
ＣＮＴ 制御部
ｉ 電流
Ｖ１ 測定対象体の電圧
Ｖ４ フィードバック電圧（参照電位）

Claims (3)

1. 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静電容量が変化する２つの第１電気的要素と、交流信号の通過を許容すると共に直流信号の通過を阻止する２つの第２電気的要素と、交流電圧を発生する２つの交流電圧発生部とを少なくとも有し、
   前記各第１電気的要素は、２つのダイオードを逆向きに直列接続して構成されると共に、互いに直列に接続され、
   前記各第２電気的要素は、前記第１電気的要素、コンデンサおよび共振体のうちの少なくとも１つで構成され、
   前記各交流電圧発生部は、一次巻線に対する巻数比が互いに等しく巻回された２つの二次巻線を有するトランスの当該二次巻線でそれぞれ構成され、前記各二次巻線のうちの一方の二次巻線が前記各第１電気的要素のうちの一方の第１電気的要素に前記各第２電気的要素のうちの一方の第２電気的要素を介して前記交流電圧を印加すると共に、前記各二次巻線のうちの他方の二次巻線が前記各第１電気的要素のうちの他方の第１電気的要素に前記各第２電気的要素のうちの他方の第２電気的要素を介して前記一方の第１電気的要素に印加される前記交流電圧と位相が反転する前記交流電圧を印加する可変容量回路。
2. 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静電容量が変化する２つの第１電気的要素と、交流信号の通過を許容すると共に直流信号の通過を阻止する２つの第２電気的要素と、交流電圧を発生する２つの交流電圧発生部とを少なくとも有し、
   前記各第１電気的要素は、トランジスタで構成されると共に、当該各トランジスタの入力端子および出力端子を接続点として互いに直列に接続され、
   前記各第２電気的要素は、前記第１電気的要素、コンデンサおよび共振体のうちの少なくとも１つで構成され、
   前記各交流電圧発生部は、一次巻線に対する巻数比が互いに等しく巻回された２つの二次巻線を有するトランスの当該二次巻線でそれぞれ構成され、前記各二次巻線のうちの一方の二次巻線が前記各第１電気的要素のうちの一方の第１電気的要素に前記各第２電気的要素のうちの一方の第２電気的要素を介して前記交流電圧を印加すると共に、前記各二次巻線のうちの他方の二次巻線が前記各第１電気的要素のうちの他方の第１電気的要素に前記各第２電気的要素のうちの他方の第２電気的要素を介して前記一方の第１電気的要素に印加される前記交流電圧と位相が反転する前記交流電圧を印加する可変容量回路。
3. 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、
   前記測定対象体に対向可能な検出電極と、請求項１または２記載の可変容量回路と、参照電位を生成する電圧生成回路と、制御部とを備え、
   前記可変容量回路は、直列接続された前記２つの第１電気的要素全体における一端部が前記検出電極側に位置すると共に他端部が参照電位側に位置するように前記検出電極と前記参照電位との間に接続され、
   前記制御部は、前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに、前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる電圧測定装置。

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