JP5157323B2 - 通電部の位置測定方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＯＡ・電機製品などの内部に組み込まれた電子回路からの電磁波漏洩の評価に関し、特に電磁波漏洩の評価にあたって通電部の位置を正確に測定する通電部の位置測定方法および装置に関するものである。

ＯＡ・電機製品には、製品内部に組み込まれた電子回路からの漏洩電磁波をシールドすることが求められている。これは、漏洩電磁波が他のＯＡ・電機商品を誤作動させる可能性があるだけでなく、心臓ペースメーカなどの電子機器を誤作動させて、使用している人へ影響を及ぼす可能性があるためである。

ＯＡ・電機製品の筐体は、鋼板やアルミ板等の金属で作製されている場合が多い。そして、金属製の筐体内部に電磁波の発信源がある場合に、金属板が重なった部分を溶接など連続的な接合を施さない限り、隙間ができてしまい、ここから電磁波が漏洩することが問題となる。そのため、筐体外部へ電磁波が漏洩する機構に基いて、その漏洩電磁波の強度を評価する手法は、電磁波漏洩を制御する上で重要な技術である。

このような漏洩電磁波の強度を評価する技術として、特許文献１に開示された技術がある。この技術は、通電部の位置と形状を測定し、通電部の間隔および長さを求めて電磁波の強度を評価するようにしたものであり、簡便かつ高精度に漏洩電磁波の強度を評価することができるという特徴がある。
特開２００７−１３９７５０号公報

特許文献１に開示された技術では、電磁波減衰の評価を以下のように行っている。すなわち、図８に示すように金属板と金属板を重ねたときの通電部の間隔をｄ_１、ｄ_２（ｄ_１＞ｄ_２）とする。このときの通電部の最大距離（ｄ_ｍａｘ）は、ｄ_１となり、金属板と金属板の隙間を電磁波が透過する場合、電磁波の減衰量はこのｄ_ｍａｘで決まる。そこで、金属板を重ねた部分に生じる通電部の位置を測定してｄ_ｍａｘを求め、ｄ_ｍａｘから隙間を透過する電磁波の減衰を推定するものである。

２枚の金属板が重ねられている場合、通電部の位置測定にあたっては、図９に示すように一方の板の表面に導線を接続し、この２枚の板に直流電流を印加して、そのときの板表面の電位分布を板表面に接続された導線によって測定する。測定された電位分布より、電位が極小（あるいは極大）となっている部分を通電部と判断でき、より正確に通電部を以下の方法で求めている。

板表面で測定された２次元（ｘ，ｙ）の電位分布をV（ｘ，ｙ）とする。板の導電率をσとすると電流密度の分布（ｉ（ｘ，ｙ））は、（１）式で与えられる。

さらに、上述の電流密度の分布から以下の（２）式のように発散（divergence）を求める。

求めた発散の値が、負である部分では電流の吸い込みが、正である部分では電流の湧き出しが生じている部分である。このように、電位分布から電流密度の分布を求め、その発散が負（あるいは正）である部分は通電部とみなせる。こうして得られた通電部の位置から通電部の間隔を測定し、最も大きなものをｄ_ｍａｘとしている。

しかし、金属板と金属板を重ねた隙間を電磁波が透過するとき、金属板の表面にはその電磁波と同じ周波数の高周波電流が流れる。したがって、金属板間の隙間を電磁波が透過するとき、直流に対して通電部とならない部分でも、透過する電磁波の周波数より低い周波数の高周波に対してインピーダンスが低くなる部分では、通電部となってしまう。このように、直流電流によって通電部の位置を測定する特許文献１に開示された技術では、通電部の位置を正確に測定できなくなることがあり、しいては高精度に漏洩電磁波の強度を評価できなくなるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電磁波漏洩の評価にあたって通電部の位置を正確に測定する通電部の位置測定方法および装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、金属板間の隙間を漏洩する電磁波の評価にあたって、直流に対して通電部とならない部分でも、高周波に対して通電部となる場合における通電部の位置と形状を測定する通電部の位置測定方法であって、
前記金属板間の隙間を透過する電磁波の周波数より低い周波数（ｆ _ｍｅｓ ）の高周波電流を前記金属板間に流し、
前記金属板表面に複数の導線を接続して、その導線間の電位差を測定して増幅し、増幅した電位差を、周波数ｆ _high (ｆ _high =１．２×ｆ _ｍｅｓ )以下の高周波を透過するLoｗ Passフィルターと周波数ｆ _low (ｆ _ｌｏｗ ＝０．８×ｆ _ｍｅｓ )以上の周波数の高周波を透過するHigh Passフィルターに直列に通して、前記金属板表面に生ずる電位分布を測定し電流密度の分布を求め、求めた電流密度分布の発散の値が負または正となっている部分を通電部と判断して電磁波漏洩を評価することを特徴とする通電部の位置測定方法である。

また本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の通電部の位置測定方法において、前記金属板は、鋼板であることを特徴とする通電部の位置測定方法である。

さらに本発明の請求項３に係る発明は、金属板間の隙間を漏洩する電磁波の評価にあたって、直流に対して通電部とならない部分でも、高周波に対して通電部となる場合における通電部の位置と形状を測定する通電部の位置測定装置であって、
前記金属板間の隙間を透過する電磁波の周波数より低い周波数（ｆ _ｍｅｓ ）の高周波電流を前記金属板間に流す高周波電源と、
前記金属板の表面に接続した導線と、
該導線間の電位差信号を増幅するアンプと、
周波数ｆ _high (ｆ _high =１．２×ｆ _ｍｅｓ )以下の高周波を透過するLoｗ Passフィルターと周波数ｆ _low (ｆ _ｌｏｗ ＝０．８×ｆ _ｍｅｓ )以上の周波数の高周波を透過するHigh Passフィルターに直列に通して、増幅された信号のノイズをカットするフィルターと、
ノイズカットされた信号の波形を測定するオシロスコープとを備えることを特徴とする通電部の位置測定装置である。

本発明では、金属板間に高周波電流を流し、金属板表面に生ずる電位分布を測定するようにしたので、通電部の位置を正確に測定できるようになった。またこれにより、高精度に漏洩電磁波の強度を評価することができるようになった。

図２は、金属板と金属板を重ねた部分の断面を模式的に示す図である。図２の板表面と板表面が完全に接触している部分（Ａ）は、直流電流、および高周波電流に対しても通電部となる。特許文献１のように直流で通電部の位置を測定した場合、通電部としてＡ部が測定され、ｄ_ｍａｘはｄ_０となる。

しかし、図２の板表面と板表面が接触していない部分（Ａ部以外の部分）では、直流電流に対しては抵抗が高く通電部とはならない。一般に、金属板と金属板の間に隙間がある部分をコンデンサーとみなした場合、この部分に印加される高周波に対する抵抗（インピーダンス：Ｚ）は、次式で与えられる。

従って、金属板と金属板の間に隙間がある場合、隙間が狭い程、また隙間の誘電率が高い程、この部分のインピーダンスは低くなる。また、印加される高周波の周波数が高いほどインピーダンスは低くなる。

このため、図２のＢ部のように板-板間の隙間が小さい部分、あるいはＣ部のように隙間の誘電率が高い部分は、直流に対しては通電部とはならないが、周波数を高くした場合、高周波に対してはインピーダンスが低くなり通電部となる(後述する図７を参照)。

金属板と金属板を重ねた隙間を電磁波が透過するとき、金属板の表面にはその電磁波と同じ周波数の高周波電流が流れる。したがって、金属板間の隙間を電磁波が透過するとき、直流に対して通電部とならない部分でも、透過する電磁波の周波数（ｆ_in）より低い周波数の高周波に対してインピーダンスが低くなる部分は、その電磁波が透過する場合に通電部となる。

図２に示すように（紙面に垂直に）電磁波（周波数ｆ_in）が、金属板間の隙間を透過するとき、Ｂ部およびＣ部がｆ_inより低い周波数でインピーダンスが低くなれば、Ｂ部およびＣ部は周波数f_inの高周波に対して通電部となる。このとき、ｄ_１＞ｄ_２＞ｄ_３であればｄ_ｍａｘはｄ_１となり、透過する電磁波の減衰量は、直流電流によって測定されたｄ_０ではなくｄ_１で決まることとなる。

すなわち、特許文献１に開示された技術では、直流電流によって通電部の位置を測定しｄ_ｍａｘを求めるため、正確に電磁波の減衰量が評価できない可能性がある。本発明は、金属板と金属板を重ねた状態で、金属板間に生ずる通電部の位置を、金属板間に高周波電流を印加して、そのときの板表面の電位分布から求めるものである。

図１は、本発明に係る通電部の位置測定装置の構成例を示す図である。図中、１は金属板Ａ、２は金属板Ｂ、３は導線、４は高周波電源、５はアンプ、６はLoｗ Passフィルター、７はHigh Passフィルター、および８はオシロスコープをそれぞれ表す。

金属板Ａ１の表面に複数の導線３を接続し、この金属板Ａ１に金属板Ｂ２を重ねて板間に高周波電源４からの高周波電流を印加する。板表面の電位分布は任意の導線を基準（Ｇｒｏｕｎｄ）として、それに対する電位差を測定する。図１に示すように、Ｇｒｏｕｎｄに接地した導線と他の導線との間の電位差を測定する場合、２本の導線から測定される信号をアンプ５で増幅する。

増幅された信号を、ｆ_high以下の高周波を透過するLoｗ Passフィルター６とｆ_low以上の周波数の高周波を透過するHigh Passフィルター７に直列に通して、オシロスコープ８に入力し測定される波形の振幅の値を電位差とする。この電位差を板表面全体で測定して電位分布を求める。金属板に印加する高周波の周波数をｆ_ｍｅｓとすると、ｆ_ｌｏｗ＝０．８×ｆ_ｍｅｓ、ｆ_high=１．２×ｆ_ｍｅｓ程度とするとノイズが少なく安定に測定ができる。ここでは、Loｗ Passフィルター６とHigh Passフィルター７の個別のフィルターを用いたが、上下限を一つのフィルターで設定できるBand Passフィルターを用いてもかまわない。

金属板に印加する高周波の周波数ｆ_ｍｅｓは、板の隙間を透過する電磁波の周波数（ｆ_ｉｎ）と同じにすべきであるが、周波数が高くなるとノイズが著しく大きくなり、S/Nが悪くなり正確な板表面の電位分布の測定が困難となる。この場合には、ｆ_ｍｅｓはｆ_ｉｎより低くせざるをえない（ｆ_ｍｅｓ＜ｆ_ｉｎ）が、前述のようにインピーダンスは周波数が高くなる程低くなるので、直流で通電部と測定されず周波数ｆ_ｍｅｓの高周波で通電部と測定された部分は、ｆ_ｉｎの高周波に対しても通電部となる。このため、少なくとも直流で通電部の位置を測定した場合よりも、透過する電磁波の周波数より低くても、高周波で通電部の位置を測定した方が、より正確に電磁波の減衰を推定できる可能性がある。

本発明に係る実施例について以下説明を行う。図３は、本発明に係る実施例を説明する図である。幅１００ｍｍ長さ３０ｍｍの鋼板（板（下））の上に、鋼板（板（上）、幅長さとも板（下）よりサイズが大きい）を載せて、上下の板を高周波電源に接続し、高周波電流を印加する。そして、上の板には幅１１０ｍｍの範囲に５ｍｍ間隔で導線を取り付け、この導線によって板表面の電位分布を測定した。

板（下）と板（上）の間に誘電体を挟み、誘電体を挟んだ部分が高周波に対して通電部となるようにし、誘電体を挟む位置を２通り(条件−１および２)変化させて、板表面の電位分布を測定したものである。

条件−１の場合、図４に示すように原点からの距離が１５〜３５ｍｍおよび７５〜９５ｍｍの範囲に誘電体を挟み、条件−２の場合、図５に示すように原点からの距離が５〜２５ｍｍおよび８５〜１０５ｍｍの範囲に誘電体を挟み、高周波に対して通電部となるようにした。

図６は、高周波電流による電位分布測定の結果の一例を示す図である。１０ｋＨｚの高周波を印加した場合の電位分布を示しており、図中の点線および実線で示す間隔で、条件−１および２それぞれでの通電部の位置を表している。条件−１、２いずれの場合でも、通電部の位置でGroundに対する電位が極小値となっていることが分かる。

さらに、図７は、印加する高周波の周波数を変化させた場合の板／板間のインピーダンスの変化を示す図である。板（下）と板（上）間に印加した高周波の周波数が高くなるほどインピーダンスは低くなり、通電部を測定した高周波の周波数１０ｋHzの場合インピーダンスは１０Ω程度まで低くなった。これに対して直流電流に対する抵抗は５００ＫΩ〜１０００ｋΩ程度であり、直流に対しては通電部がない状態、つまり絶縁状態とみなしてよいことを確認した。

これらの結果より、直流に対しては通電部とはならない部分が、高周波に対しては通電部となり、その位置は高周波を印加した場合の板表面の電位分布から求められることが分かる。

本発明に係る通電部の位置測定装置の構成例を示す図である。 金属板と金属板を重ねた部分の断面を模式的に示す図である。 本発明に係る実施例を説明する図である。 実施例における条件−１を説明する図である。 実施例における条件−２を説明する図である。 高周波電流による電位分布測定の結果の一例を示す図である。 印加する高周波の周波数を変化させた場合の板／板間のインピーダンスの変化を示す図である。 金属板を重ねた部分を透過する電磁波と通電部を示す図である。 直流電流を印加した場合の電位分布の測定の様子を示す図である。

符号の説明

１ 金属板Ａ
２ 金属板Ｂ
３ 導線
４ 高周波電源
５ アンプ
６ Loｗ Passフィルター
７ High Passフィルター
８ オシロスコープ

Claims (3)

1. 金属板間の隙間を漏洩する電磁波の評価にあたって、直流に対して通電部とならない部分でも、高周波に対して通電部となる場合における通電部の位置と形状を測定する通電部の位置測定方法であって、
   前記金属板間の隙間を透過する電磁波の周波数より低い周波数（ｆ _ｍｅｓ ）の高周波電流を前記金属板間に流し、
   前記金属板表面に複数の導線を接続して、その導線間の電位差を測定して増幅し、増幅した電位差を、周波数ｆ _high (ｆ _high =１．２×ｆ _ｍｅｓ )以下の高周波を透過するLoｗ Passフィルターと周波数ｆ _low (ｆ _ｌｏｗ ＝０．８×ｆ _ｍｅｓ )以上の周波数の高周波を透過するHigh Passフィルターに直列に通して、前記金属板表面に生ずる電位分布を測定し電流密度の分布を求め、求めた電流密度分布の発散の値が負または正となっている部分を通電部と判断して電磁波漏洩を評価することを特徴とする通電部の位置測定方法。
2. 請求項１に記載の通電部の位置測定方法において、
   前記金属板は、鋼板であることを特徴とする通電部の位置測定方法。
3. 金属板間の隙間を漏洩する電磁波の評価にあたって、直流に対して通電部とならない部分でも、高周波に対して通電部となる場合における通電部の位置と形状を測定する通電部の位置測定装置であって、
   前記金属板間の隙間を透過する電磁波の周波数より低い周波数（ｆ _ｍｅｓ ）の高周波電流を前記金属板間に流す高周波電源と、
   前記金属板の表面に接続した導線と、
   該導線間の電位差信号を増幅するアンプと、
   周波数ｆ _high (ｆ _high =１．２×ｆ _ｍｅｓ )以下の高周波を透過するLoｗ Passフィルターと周波数ｆ _low (ｆ _ｌｏｗ ＝０．８×ｆ _ｍｅｓ )以上の周波数の高周波を透過するHigh Passフィルターに直列に通して、増幅された信号のノイズをカットするフィルターと、
   ノイズカットされた信号の波形を測定するオシロスコープとを備えることを特徴とする通電部の位置測定装置。

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