JP5028658B2 - プロービング用アダプタ、及びそれを用いたプローブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、電灯線搬送通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）に用いる電灯線搬送通信装置の設置に際して、伝送路となる電灯線の測定時に使用されるアダプタ及びプローブ装置に関する。

近年、電灯線を伝送路とし、商用電力である電源周波数に通信用信号周波数を重畳して伝送する通信装置が普及しつつあり、電灯線の伝送路としての状態を測定するケースが増えている。
電灯線を用いた高周波信号の伝送においては、送信側と受信側とが１対１で単一の通信ケーブルにより直接結ばれるものではなく、伝送路の途中に、分岐、トランス、分電盤、電力計、或いは家電機器といった様々な機器類が点在するのが一般的である。
このため、伝送路途上でインピーダンスが頻繁に変化し、高周波信号の反射や減衰が生じることが知られている。従って、伝送路毎に伝送特性（回線品質）が異なるため、電灯線搬送装置を設置するにあたっては、事前に伝送路特性を調べ、必要に応じて様々な対処を行うことになる。

通常、伝送路特性を測定するには、ネットワークアナライザやスペクトラムアナライザと呼ばれる測定器が使われている。
図５はネットワークアナライザを用いて電灯線の伝送特性を取得する例を示したものである。
図５において、ネットワークアナライザが出力する周波数掃引信号を注入器と、注入用カップリングユニットとを介して電灯線へ注入し、電灯線を伝搬した周波数掃引信号を抽出用カップリングユニットと、抽出器とを介してネットワークアナライザに戻し閉回路を形成することによって、電灯線の伝送特性を取得している。
また、スペクトラムアナライザを用いる場合の例としては、電灯線に接続した電灯線搬送通信装置から所定の測定用信号を送出させ、電灯線を介して伝送された測定用信号をスペクトラムアナライザにて測定することになる。

このように電灯線を被測定物として前述の測定器による測定を行う場合には、そのまま測定器を電灯線に直結して測定することはできないことが多い。
それは、当然のことながら電灯線には商用電力（例えば、ＡＣ１００Ｖ、又は２００Ｖ）が常に印加されており、測定器側にこれを考慮したインタフェースを備える必要があるためである。即ち、電灯線搬送通信においては上述の商用電力の５０Ｈｚ（或いは６０Ｈｚ）とは異なる帯域（例えば、２〜３０ＭＨｚ帯）を利用して通信を行うものであるが、商用電力の電源周波数レベルに対して通信用信号レベルが極めて小さい。そのため、商用電力の成分を排除して、通信用信号周波数に関する所望の帯域に制限しつつ、通信用信号を測定するに適した測定レンジにて測定を行うこととなるため、測定器側の入力インタフェース条件を満たした接続にする必要がある。

電灯線を被測定物として測定を行う場合、例えば、図６に示すようなアダプタ(所望の信号帯域抽出部、フィルタ部、平衡／不平衡変換部)を介して接続することになる。この図に示す例は、電灯線１からプローブ３を介して導出した信号を、アダプタ４内のカップリングコンデンサＣを介して信号帯域抽出部１０に導き、信号帯域抽出部１０にて商用電力の成分が除かれた信号をフィルタ部２０にて更に所望の周波数帯域のみを通過させた後、平衡／不平衡変換部３０を介して測定器２の入力条件（例えば、５０Ω不平衡）に整合させた状態にて測定器へ信号を供給するアダプタとなっている。

このような被測定物と測定器との間にアダプタを設けて測定器に接続する特許文献として、特開２００５−０７００２２号がある。この特許文献に示されるアダプタ（線路平衡度測定プローブ）は、電力線等の被測定線路の平衡度測定に際して用いられるもので、複数のチョークトランスやフィルタ等を備えて構成されている。これによれば、線路平衡度測定において広い周波数帯域にわたり大きなダイナミックレンジを確保できるとされるものである。
しかしながら、上述の如く測定器の前段にアダプタを設けて測定器に接続し、被測定物として電灯線を測定するときに、測定器が壊れる場合があった。
その原因の予測としては、電灯線にサージが生じ測定器への過大な電圧が入力されたこと、或いは、測定器のＧＮＤ（接地電位）と被測定物の電位との間に過大な電位差が生じていたこと、或いは、プローブ部分が長いケーブルを巻いて構成されているようなときにケーブル部分に電荷が溜まっていたこと等が考えられる。
そこで、例えば、特開２００５−１６４４１９号に示されるように、測定器（インピーダンス・テスタ）への入力前段に残留電流サーキットブレーカのような保護機能を設けることが考えられる。
特開２００５−０７００２２号公報 特開２００５−１６４４１９号公報

しかしながら、残留電流サーキットブレーカをプロービング用アダプタに内蔵させようとすると形状の大型化を招くという問題点があった。
本願発明が解決しようとする課題は、被測定物として電灯線を測定する場面にも適用できる小型のプロービング用アダプタであって、且つ、過大電圧等による測定器へのダメージを効率的に防止するよう構成したプロービング用アダプタ、および、それを用いたプローブ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のプロービング用アダプタに係る発明は、被測定物から測定すべき信号を取り出すプローブが接続されるプローブ接続端子と、測定器に接続される測定器接続端子と、を本体ケースに有し、電灯線を測定対象に加えるためのプロービング用アダプタであって、電源周波数帯以下の周波数を阻止し、それより高周波帯の信号を通過させる信号抽出回路と、所望の周波数帯域のみを通過させるフィルタ回路と、前記フィルタ回路の出力を平衡入力とする平衡／不平衡変換回路と、前記プローブ接続端子と前記信号抽出回路との間に直列に接続したヒューズと、前記信号抽出回路と前記フィルタ回路との間に並列に接続したアノード同士を接合した双方向のツェナーダイオードと、前記平衡／不平衡変換回路の不平衡出力と前記測定器接続端子との間に直列に接続したＰＣＴサーミスタと、を備えたことを特徴とする。

また、本発明のプローブ装置に係る発明は、本発明のプロービング用アダプタと、プローブとからなるプローブ装置において、前記プローブは、被測定物と結合する先端部位にコンセントプラグを備えたことを特徴とする。
また、本発明のプローブ装置に係る発明は、本発明のプロービング用アダプタと、プローブとからなるプローブ装置において、前記プローブは、被測定物と結合する先端部位にフェライトコアを備えたことを特徴とする。

本発明のプロービング用アダプタ、および、それを用いたプローブ装置は、夫々異なる特性を有する第１の保護素子、第２の保護素子、及び第３の保護素子をアダプタ内の適所に配置したことにより、過大電圧等による測定器へのダメージを効率的に防止しつつ、各保護素子として小型のものを採用したことにより小型のプロービング用アダプタ、および、それを用いたプローブ装置が実現できる。これは、特にＰＬＣにおける伝送路特性（例えば、電灯線における２〜３０ＭＨｚ帯）を測定する際に利便性が高い。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るプロービング用アダプタの構成を示す機能ブロック図である。なお、従来例として図６に示した構成と同様の機能ブロックについては同一の符号を付してその説明を省略する。
この図に示すプロービング用アダプタ４は、本体ケースの外装に入力用コネクタ端子５と出力用コネクタ端子６を備え、更に、本体ケース内部には、入力用コネクタ端子５に接続する第1の保護素子７と、第1の保護素子４に接続する信号帯域抽出部１０と、信号帯域抽出部１０に接続する第２の保護素子８と、第２の保護素子８に接続するフィルタ部２０と、フィルタ部２０に接続する平衡／不平衡変換部３０と、平衡／不平衡変換部３０に接続する第３の保護素子９とを備えている。第３の保護素子９は出力用コネクタ端子６に接続する。
入力用コネクタ端子５は、測定する場所に電極を接触させる等して測定すべき信号を導出するためのプローブ３を接続固定可能になっている。例えば、電灯線１を被測定物としたときプローブ３を介して入力用コネクタ端子５に測定信号が入力される。他方、出力用コネクタ端子６は、スペクトラムアナライザ等の測定器２に接続固定可能になっており、アダプタ４により加工された測定信号が測定器２へ出力される。

図２は、図１に示した主要な構成要素の具体的回路構成例を示す図である。
この図の例にあっては、プロービング用アダプタ４の入力用コネクタ端子５に先端の電極部がコンセントプラグとなっているプローブ３が接続され、出力用コネクタ端子６は測定器２としてハンディ・テスタ型のスペクトラムアナライザに接続されている場面を示している。
以下、このアダプタ４の内部構成について説明する。
第１の保護素子４はヒューズＦであり、入力用コネクタ端子５と信号帯域抽出部１０との間の２線の何れか一方に直列に挿入する。なお、図示した例は２線のうちの一方であるが、両方の線に夫々直列に挿入してもよい。
信号帯域抽出部１０はカップリングコンデンサＣとトランスＴ１を備えており、２線の夫々にカップリングコンデンサＣを直列に挿入し、その先をトランスＴ１の一次側巻き線の両端に接続して終端した回路構成である。
第２の保護素子８はアノード同士を接合した双方向のツェナーダイオードＺＤであり、信号帯域抽出部１０のトランスＴ１の二次側巻き線の両端から延びる２線間に並列に挿入している。
フィルタ部２０は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）とローパスフィルタ（ＬＰＦ）とからなる帯域通過型フィルタである。ここでは煩雑となるため具体的回路の図示を省略しているが、一般的な様々なフィルタ回路が適用することが可能である。なお、この例においてはＨＰＦとＬＰＦは共に受動素子のみで構成されている。
平衡／不平衡変換部３０はトランスＴ２を備え、フィルタ部２０から延びる２線をトランスＴ２の一次側巻き線の両端に接続して終端している。
第３の保護素子９はポリマ系ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタＴｈであり、平衡／不平衡変換部３０のトランスＴ２の二次側巻き線の一端と出力用コネクタ端子６との間の一方の線に直列に挿入している。

この図に示すプローブ装置（プローブ３とプロービング用アダプタ４を併せたもの）は以下のように機能する、即ち、プローブ３を介してプロービング用アダプタ４に導入される測定信号は商用電力にＰＬＣ伝送信号が重畳された状態である。この信号はヒューズＦとカップリングコンデンサＣとトランスＴ１（一次側）の閉回路に与えられると、トランスＴ１の二次側両端にＰＬＣ伝送信号を含む高周波交流成分が現われる。ここでヒューズＦは、被測定物である電灯線から到来する過大な入力やプロービング用アダプタ４内のショートモード故障等により当該ヒューズの所定の定格電流を超える電流が流れたとき溶断して閉回路を開放し、プロービング用アダプタ４内の後段への信号供給を遮断するよう機能する。トランスＴ１の二次側に生ずる信号は商用電力の大部分が除かれており、商用電力に係る信号電圧レベル（５０Ｈｚ付近の低周波帯）は格段に小さくなっている。
ツェナーダイオードＺＤはトランスＴ１の二次側両端において、当該ツェナーダイオードの所定の定格電圧を超える電圧がかかったときに電流を流すことで後段への高電圧の伝達を阻止するよう機能する。なお、ツェナーダイオードから発生するノイズを低減するために低圧定格の多段接続タイプのツェナーダイオードを用いることが好ましい。また、このツェナーダイオードＺＤに代えて、同等の機能特性を有するバリスタを用いてもよい。

フィルタ部２０では、まず、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）にて、およそ１ＭＨｚ未満の帯域の通過を阻止し、それを超える周波数成分を通過させ、且つ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）にて、およそ３０Ｍを超える高周波成分の通過を阻止し、それ以下の周波数成分を通過させることで、所望のＰＬＣ伝送信号帯域のみを得るよう機能している。なお、ここで用いるローパスフィルタとしては、アンチエイリアスフィルタと呼ばれるフィルタ回路を適用することが好ましい。
そして、フィルタ部２０から出力される測定信号（所望のＰＬＣ伝送信号帯域）は、トランスＴ２を介して一次側巻き線と二次側巻き線とで相対的な基準電位の分離が図られて伝達される。つまり、トランスＴ２は平衡／不平衡の変換を行うために設けられており、トランスＴ２の二次側は出力用コネクタ６を接続する測定器２の基準電位に合わせられるようになっている。例えば、測定器２の入力端子インタフェースが一般的な５０Ω不平衡であったときは、これに合致するインタフェースを提供すべくトランスＴ２を設定しておくことになる。
ＰＣＴサーミスタＴｈは、流れる電流による温度上昇に比例して内部の抵抗値を増大するよう機能するものである。つまり、測定信号を出力するプロービング用アダプタ４とこれを受ける測定器２との間で、過電流等により素子内部の温度が上昇すると抵抗値が増大して、回路電流を小さくするよう制限する過電流保護の機能を発揮し、測定器２への影響を低減する。なお、ＰＣＴサーミスタＴｈは温度が下がれば抵抗値もさがるという自己復旧型であるため、ヒューズのような動作後交換は不要である。

上述の実施の形態例の如く構成したプローブ装置によれば、プロービング用アダプタ４内の適所において、その場所の電流或いは電圧の過大伝達を阻止する第１の保護素子、第２の保護素子、及び第３の保護素子を設けて構成したので、商用電力が印加されている電灯線を被測定物とした測定を行う場合にあって、測定器への測定用信号として所望のＰＬＣ伝送信号帯域だけを取り出して供給しつつ、電灯線からの過大入力や測定器との相対基準電位差等による測定器への影響を防ぎ得る小型のプローブ装置が実現できる。

次に、本発明に係るプロービング用アダプタおよびプローブ装置に関する他の実施の形態例について説明する。
図３は、図２に示した構成要素に電源部と増幅部とを追加した回路構成例を示す図である。なお、図２に示した構成と同様の機能ブロックについては同一の符号を付してその説明を省略する。
この例において、フィルタ回路２０がトランジスタ等の能動素子を用いて構成する場合、受動素子のみで構成するよりも高度なフィルタ特性を得ることができる反面、動作電力の供給が必要となる。
そこで、プロービング用アダプタ４内に、ＡＣ／ＤＣコンバータと内蔵バッテリーとからなる電源部４０を設け、この電源部４０により定電圧の直流を動作電力Ｖｃｃとして供給する。電源部４０のＡＣ／ＤＣコンバータへは、信号帯域抽出部１０へ入力する２線を分岐して入力とすることで、電灯線１の商用電力を利用する。内蔵バッテリーは充電機能を備えた二次電池でありＡＣ／ＤＣコンバータから直流の供給がなされているときに充電を行うことができる。
更に、プロービング用アダプタ４を介して被測定物（電灯線１）からの測定信号を測定器２へ供給するにあたり、プロービング用アダプタ４が持つ減衰特性を補償する信号増幅特性を有する増幅器（ＡＭＰ）５０を、フィルタ回路２０の後段に設ける。
このように構成したプローブ装置にあっては、測定対象を電灯線とするときに、先端がコンセントプラグとなったプローブ３をコンセントへ接続することにより、プロービング用アダプタ４内における動作電力Ｖｃｃを得るようにしたので、能動素子を持つフィルタ回路２０や増幅器５０への電力供給ができ、且つ、優れたフィルタ特性および減衰損失補償を施した測定用信号を測定器２へ供給することができる。

また、本発明に係るプロービング装置に用いるプローブ部分の形態例を図示する。
図４は、プロービング用アダプタ４に接続して用いるプローブ３の変形例を示す図である。この図に示すプローブは、コネクタ部１０１とコード部１０２を備え、被測定物に当接する先端部が夫々異なる形態を（ａ）乃至（ｅ）に示している。
（ａ）に示すプローブ３は先端部がコンセントプラグ１０３である形態。（ｂ）に示すプローブ３は先端部がフェライトコア１０４および誘導巻線１０５である形態。なお、フェライトコア１０４は分割型クリッピングタイプであっても良い。（ｃ）に示すプローブ３は先端部がクリップ１０６である形態。（ｄ）に示すプローブ３は先端部がネジ止め端子１０７である形態。（ｅ）に示すプローブ３は先端部が直線探針１０８である形態。
特に、上述の（ａ）および（ｂ）に示すプローブの形態は、被測定物が電灯線であるときの測定作業時に、特有の利便性を発揮する形態である。

以上説明した如く、本発明に係るプローブ装置（プロービング用アダプタ４とプローブ３の組合せ）を用いれば、プロービング用アダプタ４に第１乃至第３の保護素子を適所に配置して構成したので、電灯線の伝送路特性を測定する際に、電灯線１からの測定器２への影響を効率的に抑制することが可能な、小型軽量で操作性の良いプローブ装置を提供することができる。

本発明に係るプローブ装置の構成例を示す機能ブロック図である。 本発明に係るプロービング用アダプタの内部構成例を示す回路図（実施例１）である。 本発明に係るプロービング用アダプタの内部構成例を示す回路図（実施例２）である。 本発明に係るプローブ装置に用いるプローブの構成例を示す図である。 従来の電灯線測定に関する実施形態例を示した説明図である。 従来のプローブ装置の構成例を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１・・・電灯線、２・・・測定器、３・・・プローブ、４・・・プロービング用アダプタ、５・・・入力用コネクタ端子、６・・・出力用コネクタ端子、７・・・第１の保護素子、８・・・第２の保護素子、９・・・第３の保護素子、１０・・・信号帯域抽出部、２０・・・フィルタ部、３０・・・平衡／不平衡変換部、４０・・・電源部、５０・・・増幅部、１０１・・・コネクタ部、１０２・・・コード部

Claims (6)

1. 本体ケースと、被測定物から測定すべき信号を取り出すプローブを接続するためのプローブ接続用端子と、測定器を接続するための測定器接続用端子とを備え、
   前記本体ケース内には、
   電灯線を流れる電源周波数以下の信号を阻止し、それより高周波の信号を通過させる信号抽出手段と、
   所望の周波数帯域のみを通過させるフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段の出力を平衡入力とする平衡／不平衡変換手段と、
   前記プローブ接続用端子と前記信号抽出手段との間に直列に接続したヒューズと、
   前記信号抽出手段と前記フィルタ手段との間に並列に接続したアノード同士を接合した双方向のツェナーダイオードと、
   前記平衡／不平衡変換手段の不平衡側出力と前記測定器接続端子との間に直列に接続したＰＣＴサーミスタと、
   を備えたことを特徴とする電灯線を測定対象としたプロービング用アダプタ。
2. 前記フィルタ手段は、電灯線搬送装置の搬送波信号に対応する周波数の信号を通過させるバンドパスフィルタであり、該バンドパスフィルタがハイパスフィルタ とローパスフィルタの組み合わせにより実現したものであって、ローパスフィルタとしてアンチエイリアスフィルタを用いたことを特徴とする請求項１に記載のプロービング用アダプタ。
3. 前記フィルタ手段を能動素子で構成したアクティブフィルタとすると共に、ＡＣ／ＤＣコンバータとバッテリとからなる電源手段を設け、前記アクティブフィルタ用の電源としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のプロービング用アダプタ。
4. 前記ツェナーダイオードが、低圧定格の多段接続タイプのツェナーダイオードであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプロービング用アダプタ。
5. 前記請求項１乃至４のいずれかに記載のプロービング用アダプタと、プローブとからなるプローブ装置であって、
   前記プローブは、被測定物と結合する先端部位に電灯線用のコンセントプラグを備えたことを特徴とする電灯線を測定対象としたプローブ装置。
6. 前記請求項１乃至４のいずれかに記載のプロービング用アダプタと、プローブとからなるプローブ装置であって、
   前記プローブは、電灯線から信号を抽出するためのフェライトコアを備えたことを特徴とする電灯線を測定対象としたプローブ装置。