JP5638293B2 - 四端子型インピーダンス測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象体に接続される一対の電流供給端子と一対の電圧検出端子とを有する四端子型インピーダンス測定装置に関するものである。

この種の四端子型インピーダンス測定装置として、本願出願人は、下記特許文献１に開示されたインピーダンス測定装置を既に提案している。このインピーダンス測定装置は、一対のソース端子を介して被測定試料（測定対象体）に測定信号を供給する測定用信号源と、被測定試料の電圧を一対のセンス端子を介して測定する測定部とを備えるインピーダンス測定装置であって、Ｈｉ側のソース端子およびＨｉ側のセンス端子を含むＨｉ側電流路に直流定電流を供給する第１直流定電流源およびその電流源の振幅と第１基準電圧とを比較して断線の有無を判定する第１比較器を有する第１断線検出手段と、Ｌｏ側のソース端子およびＬｏ側のセンス端子を含むＬｏ側電流路に直流定電流を供給する第２直流定電流源およびその電流源の振幅と第２基準電圧とを比較して断線の有無を判定する第２比較器を有する第２断線検出手段とを備えている。このインピーダンス測定装置では、第１断線検出手段および第２断線検出手段を備えたことにより、被測定試料についてのインピーダンスの測定中においても、Ｈｉ側のソース端子およびＨｉ側のセンス端子、並びにＬｏ側のソース端子およびＬｏ側のセンス端子の断線検出を行うことが可能となっている。

特開２００６−３２２８２１号公報（第５−７頁、第１図）

ところが、上記した四端子型インピーダンス測定装置には、以下の解決すべき課題が存在している。すなわち、従来の四端子型インピーダンス測定装置では、Ｈｉ側の各端子についての断線の有無を判定するための第１断線検出手段、およびＬｏ側の各端子についての断線の有無を判定するための第２断線検出手段を備えたことにより、上記のような優れた効果を奏することが可能となっている。しかしながら、断線を検出するための専用の各断線検出手段、特に断線検出手段を構成する直流定電流源の付加により、装置コストが上昇するという改善すべき課題が存在している。

本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、装置コストの上昇を最小限に抑えつつ、測定対象体との端子の接触状態を検出し得る四端子型インピーダンス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記載の四端子型インピーダンス測定装置は、測定対象体の一方の端子に接触する高電位側電流供給端子を介して当該測定対象体に供給する交流信号を生成する信号生成部と、前記交流信号の供給に起因して前記測定対象体に流れる検査電流を前記測定対象体の他方の端子に接触する低電位側電流供給端子を介して入力すると共に当該検査電流を測定する電流測定部と、前記一方の端子に接続される高電位側電圧検出端子および前記他方の端子に接続される低電位側電圧検出端子を介して前記測定対象体の両端間電圧を測定する電圧測定部と、前記検査電流および前記両端間電圧に基づいて前記測定対象体のインピーダンスを算出する処理部とを備えた四端子型インピーダンス測定装置であって、前記電圧測定部は、非反転入力端子が前記高電位側電圧検出端子に接続されると共に第１抵抗を介して基準電位に接続されて、当該高電位側電圧検出端子に発生する電圧を増幅して第１電圧信号として出力する第１演算増幅器と、非反転入力端子が前記低電位側電圧検出端子に接続されると共に第２抵抗を介して前記基準電位に接続されて、当該低電位側電圧検出端子に発生する電圧を増幅して第２電圧信号として出力する第２演算増幅器と、前記第１電圧信号および前記第２電圧信号の差分電圧を検出して前記両端間電圧を示す電圧信号として出力する電圧検出回路とを有し、前記第１抵抗は、前記第１演算増幅器の入力バイアス電流が当該第１抵抗にのみ流れた際に当該第１抵抗に当該第１演算増幅器の正側電源電圧に近い電圧を発生させて前記第１電圧信号を飽和状態に移行させる抵抗値に規定され、前記第２抵抗は、前記第２演算増幅器の入力バイアス電流が当該第２抵抗にのみ流れた際に当該第２抵抗に当該第２演算増幅器の正側電源電圧に近い電圧を発生させて前記第２電圧信号を飽和状態に移行させる抵抗値に規定され、前記処理部は、前記検査電流の電流値および前記電圧検出回路から出力される前記電圧信号の電圧値に基づいて、前記高電位側電流供給端子および前記低電位側電流供給端子の少なくとも一方が前記測定対象体に非接触の状態か否か、および前記高電位側電圧検出端子および前記低電位側電圧検出端子の少なくとも一方が前記測定対象体に非接触の状態か否かを判別する。

また、請求項２記載の四端子型インピーダンス測定装置は、請求項１記載の四端子型インピーダンス測定装置において、前記処理部は、前記検査電流の電流値が予め規定した電流値以下のときに、前記高電位側電流供給端子および前記低電位側電流供給端子の少なくとも一方が前記測定対象体に非接触の状態にあると判別する。

また、請求項３記載の四端子型インピーダンス測定装置は、請求項１または２記載の四端子型インピーダンス測定装置において、前記処理部は、前記電圧検出回路から出力される前記電圧信号の電圧値が予め規定した電圧範囲を外れたときに、前記高電位側電圧検出端子および前記低電位側電圧検出端子のいずれか一方が前記測定対象体に非接触の状態にあると判別する。

また、請求項４記載の四端子型インピーダンス測定装置は、請求項１または２記載の四端子型インピーダンス測定装置において、前記処理部は、前記検査電流の電流値および前記電圧検出回路から出力される前記電圧信号の電圧値に基づいてインピーダンスを算出すると共に、当該インピーダンスと予め規定したしきい値とを比較して、当該インピーダンスが当該しきい値を下回るときに、前記高電位側電圧検出端子および前記低電位側電圧検出端子の双方が前記測定対象体に非接触の状態にあると判別する。

また、請求項５記載の四端子型インピーダンス測定装置は、請求項１または２記載の四端子型インピーダンス測定装置において、前記第１電圧信号と予め規定したしきい値とを比較して比較結果を示す第１比較信号を出力する第１比較部と、前記第２電圧信号と予め規定したしきい値とを比較して比較結果を示す第２比較信号を出力する第２比較部とを有し、前記処理部は、前記第１比較信号および前記第２比較信号に基づいて、前記高電位側電圧検出端子および前記低電位側電圧検出端子のいずれが前記測定対象体における対応する前記端子に非接触の状態か否かを判別する。

請求項１から４のいずれかに記載の四端子型インピーダンス測定装置によれば、高電位側電流供給端子および低電位側電流供給端子のうちの少なくとも１つが測定対象体に対して非接触となったときには、測定対象体に検査電流が流れないため、この検査電流の電流値に基づいて判別することにより、具体的には、この検査電流が予め規定した電流値以下であるか否かを判別することにより、高電位側電流供給端子および低電位側電流供給端子の測定対象体に対する接触状態を判別することができる。また、高電位側電圧検出端子および低電位側電圧検出端子の測定対象体に対する接触状態については、高電位側電圧検出端子および低電位側電圧検出端子のうちのいずれか１つが測定対象体に対して非接触となったときには、電圧検出回路から出力される電圧信号が飽和状態（予め規定した電圧範囲を外れた状態、具体的にはこの電圧範囲の上限値を超えるか、またはこの電圧範囲の下限値を下回る状態）に移行するため、この電圧信号の電圧値に基づいて判別することにより、具体的には、この電圧信号が飽和状態であるか否かに基づいて、接触状態を判別することができる。また、高電位側電圧検出端子および低電位側電圧検出端子の双方が測定対象体に対して非接触となったときには、電圧検出回路から出力される電圧信号の電圧値および検査電流の電流値に基づいて算出されるインピーダンスが予め規定されたしきい値を下回るため、このインピーダンスに基づいて判別することにより、接触状態を判別することができる。このため、従来の構成と比較して、接触状態を判別するための直流定電流源を不要にすることができるため、装置コストの上昇を回避することができる。

また、請求項５記載の四端子型インピーダンス測定装置によれば、接触状態を判別するための直流定電流源を不要としつつ、高電位側電圧検出端子および低電位側電圧検出端子についての接触状態を個別に、かつ確実に判別することができる。

測定装置１の構成を示す構成図である。 図１においてＨｉ側電流供給端子Ｈｃが非接触のときの測定装置１の動作を説明するための説明図である。 図１においてＬｏ側電流供給端子Ｌｃが非接触のときの測定装置１の動作を説明するための説明図である。 図１においてＨｉ側電圧検出端子Ｈｐが非接触のときの測定装置１の動作を説明するための説明図である。 図１においてＬｏ側電圧検出端子Ｌｐが非接触のときの測定装置１の動作を説明するための説明図である。 測定装置１Ａの構成を示す構成図である。

以下、四端子型インピーダンス測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、四端子型インピーダンス測定装置１の構成について、図面を参照して説明する。

図１に示す四端子型インピーダンス測定装置（以下、「測定装置」ともいう）１は、測定対象体２のインピーダンスＺを測定するものであって、一対の電流供給端子（Ｈｉ側電流供給端子（高電位側電流供給端子）Ｈｃ、および電流検出端子としても機能するＬｏ側電流供給端子（低電位側電流供給端子））Ｌｃ、一対の電圧検出端子（Ｈｉ側電圧検出端子（高電位側電圧検出端子）ＨｐおよびＬｏ側電圧検出端子（低電位側電圧検出端子））Ｌｐ、信号生成部３、電流測定部４、電圧測定部５、処理部６および出力部７を備えている。この場合、Ｈｉ側電流供給端子ＨｃおよびＨｉ側電圧検出端子Ｈｐは、測定対象体２の一方の端子２ａに接触させられ、Ｌｏ側電流供給端子ＬｃおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐは、測定対象体２の他方の端子２ｂに接触させられる。

信号生成部３は、一例として、図１に示すように、交流信号源３ａ、増幅器３ｂおよび出力抵抗（抵抗値が数十オーム〜数百オーム程度（一例として５０オーム〜１００オーム程度）の低抵抗の出力抵抗）３ｃを備えている。この信号生成部３では、交流信号源３ａが信号（正弦波信号）を生成し、増幅器３ｂがこの生成された信号を交流信号Ｖ１（正弦波信号）に増幅すると共に出力抵抗３ｃを介してＨｉ側電流供給端子Ｈｃに出力する。この構成により、信号生成部３は、Ｈｉ側電流供給端子Ｈｃを介して測定対象体２に供給する交流信号Ｖ１を生成可能となっている。本例では一例として、交流信号Ｖ１の振幅は、電流測定部４および電圧測定部５を構成する後述の演算増幅器の正側電源電圧および負側電源電圧の絶対値の数分の１程度に規定されている。例えば、交流信号Ｖ１の振幅は、各演算増幅器の電源電圧が±１０ボルトである時には、その数分の１程度（±２ボルト程度）に規定されている。

電流測定部４は、一例として、図１に示すように、電流電圧変換回路１１およびＡ／Ｄ変換器１２を備えている。電流電圧変換回路１１は、一例として、出力端子と反転入力端子との間にレンジ抵抗および切り替えスイッチの直列回路１１ａが複数並列に接続され（複数の測定レンジのうちから１つの測定レンジを任意に選択可能に構成され）、かつ非反転入力端子が基準電位Ｇに規定され、かつ反転入力端子がＬｏ側電流供給端子Ｌｃに接続された演算増幅器１１ｂを備えて構成されている。一例として、測定装置１では、０オームから１オームまでの測定レンジ（１オーム測定レンジ）、１オームから１０オームまでの測定レンジ（１０オーム測定レンジ）、および１０オーム〜１００オームまでの測定レンジ（１００オーム測定レンジ）の３つの測定レンジが設定されている。この電流測定部４では、電流電圧変換回路１１が、交流信号Ｖ１の印加に起因して測定対象体２に流れる検査電流（交流電流）Ｉ１をＬｏ側電流供給端子Ｌｃを介して入力して、電圧信号Ｖ２に変換する。次いで、Ａ／Ｄ変換器１２が、予め規定されたサンプリング周期で電圧信号Ｖ２をサンプリングすることにより、検査電流Ｉ１の電流値を示す電流データ（波形データ）Ｄｉに変換して、処理部６に出力する。この構成により、電流測定部４は、測定対象体２に流れる検査電流Ｉ１を測定（検出）可能となっている。なお、本明細書では、「基準電位」として一例としてグランド電位に規定しているが、これに限らず、一定の電位であればよい。

電圧測定部５は、一例として、図１に示すように、バッファ回路２１，２２、電圧検出回路２３およびＡ／Ｄ変換器２４を備えている。バッファ回路２１は、ボルテージフォロワ回路に構成されると共に、非反転入力端子がＨｉ側電圧検出端子Ｈｐに接続された第１演算増幅器２１ａ、および第１演算増幅器２１ａの非反転入力端子と基準電位Ｇとの間に接続された第１抵抗２１ｂを備えて構成されて、Ｈｉ側電圧検出端子Ｈｐを介して入力した電圧信号を増幅して第１電圧信号Ｖ４として出力する。この場合、第１抵抗２１ｂは、第１演算増幅器２１ａの入力バイアス電流（通常、数百ｎＡ程度（例えば３００ｎＡ）の直流電流）がこの第１抵抗２１ｂにのみ流れた際に、この第１抵抗２１ｂに発生する電圧（直流電圧）に起因して、第１演算増幅器２１ａから出力される第１電圧信号Ｖ４が飽和状態に移行する抵抗値に規定されている。一例として、第１演算増幅器２１ａが±１０ボルトの電源電圧で駆動する構成のときには、第１電圧信号Ｖ４が一方の電源電圧となる抵抗値（例えば、＋１０ボルトのときには、３３．３Ｍオーム（１０ボルト／３００ｎＡ）以上の抵抗値）に規定されている。

バッファ回路２２は、第１演算増幅器２１ａと電気的特性が揃った（少なくとも入力バイアス電流の電流値が等しい）第２演算増幅器２２ａ、および第１抵抗２１ｂと抵抗値の等しい第２抵抗２２ｂを備え、上記したバッファ回路２１と同じ回路に構成されている。また、第２演算増幅器２２ａは、非反転入力端子がＬｏ側電圧検出端子Ｌｐに接続されている。この構成により、バッファ回路２２は、Ｌｏ側電圧検出端子Ｌｐを介して入力した電圧信号を増幅して第２電圧信号Ｖ５として出力する。

電圧検出回路２３は、本例では一例として、第３演算増幅器２３ａおよび４本の抵抗２３ｂ〜２３ｅを備え、第３演算増幅器２３ａの非反転入力端子が抵抗２３ｂを介してバッファ回路２１の出力端子（第１演算増幅器２１ａの出力端子）に接続されると共に、抵抗２３ｃを介して基準電位Ｇに接続され、第３演算増幅器２３ａの反転入力端子が抵抗２３ｄを介してバッファ回路２２の出力端子（第２演算増幅器２２ａの出力端子）に接続され、さらに第３演算増幅器２３ａの出力端子と反転入力端子との間に帰還抵抗としての抵抗２３ｅが接続されて、全体として差動増幅器として機能するように構成されている。この構成により、電圧検出回路２３は、第１電圧信号Ｖ４および第２電圧信号Ｖ５を入力すると共に、これらの各信号Ｖ４，Ｖ５の差分電圧（Ｖ４−Ｖ５）を検出して、測定対象体２の両端間電圧Ｖ３を示す電圧信号Ｖ６として出力する。Ａ／Ｄ変換器２４は、電圧信号Ｖ６を予め規定されたサンプリング周期（Ａ／Ｄ変換器１２のサンプリング周期と同一周期）でサンプリングすることにより、両端間電圧Ｖ３の電圧値を示す電圧データ（波形データ）Ｄｖに変換して、この電圧データＤｖを両端間電圧Ｖ３を示す電圧信号として処理部６に出力する。この構成により、電圧測定部５は、測定対象体２の両端間電圧Ｖ３を測定可能となっている。

Ｈｉ側電流供給端子ＨｃおよびＬｏ側電流供給端子Ｌｃが対応する各端子２ａ，２ｂに正常に接触しており、かつＨｉ側電圧検出端子ＨｐおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐが測定対象体２の対応する各端子２ａ，２ｂに正常に接触している状態においては、バッファ回路２２を構成する第２演算増幅器２２ａの非反転入力端子は、Ｌｏ側電圧検出端子Ｌｐ、測定対象体２の他方の端子２ｂ、Ｌｏ側電流供給端子Ｌｃ、および電流測定部４を構成する演算増幅器１１ｂの各入力端子を介して基準電位Ｇに規定され、バッファ回路２１を構成する第１演算増幅器２１ａの非反転入力端子には、基準電位Ｇを基準として両端間電圧Ｖ３分だけ変位した電圧（最大でほぼ交流信号Ｖ１に等しい電圧）が印加される。このため、電圧検出回路２３に入力される差分電圧（Ｖ４−Ｖ５）の最大は交流信号Ｖ１にほぼ等しい電圧（±２ボルト）となるため、電圧検出回路２３の増幅率（ゲイン）は、この差分電圧（Ｖ４−Ｖ５）が最大のときに、電圧信号Ｖ６がＡ／Ｄ変換器１２の入力定格電圧範囲を超えないように、この入力定格電圧範囲よりも若干狭い電圧範囲内で変化するように予め規定されている。例えば、Ａ／Ｄ変換器１２の入力定格電圧範囲が±４ボルトのときには、この範囲よりも若干狭い±３．５ボルトの電圧範囲となるように、電圧検出回路２３の増幅率が規定されている。

処理部６は、ＣＰＵおよび内部メモリ（いずれも図示せず）を備えて構成されて、測定対象体２に対するＨｉ側電流供給端子Ｈｃ、Ｈｉ側電圧検出端子Ｈｐ、Ｌｏ側電流供給端子ＬｃおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐの接触状態判別処理（コンタクトチェック処理）、および測定対象体２のインピーダンスＺを算出するインピーダンス算出処理を実行する。出力部７は、一例として、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの表示装置で構成されて、接触状態判別処理の結果、およびインピーダンス測定処理の結果としてのインピーダンスＺを表示する。

次いで、測定装置１の動作について説明する。

測定装置１の作動状態において、図１に示すように、Ｈｉ側電流供給端子ＨｃおよびＨｉ側電圧検出端子Ｈｐが測定対象体２の一方の端子２ａに正常に接触し、かつＬｏ側電流供給端子ＬｃおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐが測定対象体２の他方の端子２ｂに正常に接触しているときには、測定対象体２の一方の端子２ａはＨｉ側電流供給端子Ｈｃを介して信号生成部３に接続され、測定対象体２の他方の端子２ｂは電流電圧変換回路１１の演算増幅器１１ｂを介して基準電位Ｇに接続された状態となっている。

このため、信号生成部３において生成された交流信号Ｖ１がＨｉ側電流供給端子Ｈｃを介して測定対象体２の一方の端子２ａに供給されることにより、測定対象体２には検査電流Ｉ１が流れ、この検査電流Ｉ１はＬｏ側電流供給端子Ｌｃを介して電流測定部４に入力される。電流測定部４では、電流電圧変換回路１１がこの検査電流Ｉ１を電圧信号Ｖ２に変換し、Ａ／Ｄ変換器１２がこの電圧信号Ｖ２を電流データＤｉに変換して処理部６に出力する。

また、測定対象体２に検査電流Ｉ１が流れることにより、測定対象体２の両端間には両端間電圧Ｖ３が発生する。電圧測定部５では、各バッファ回路２１，２２が、測定対象体２における対応する各端部２ａ，２ｂに発生する電圧を検出して、第１電圧信号Ｖ４および第２電圧信号Ｖ５としてそれぞれ出力する。また、電圧検出回路２３が、第１電圧信号Ｖ４および第２電圧信号Ｖ５の差分電圧（Ｖ４−Ｖ５）を検出して、測定対象体２の両端間電圧Ｖ３を示す電圧信号Ｖ６として出力する。また、Ａ／Ｄ変換器２４が、電圧信号Ｖ６を電圧データＤｖに変換して、処理部６に出力する。

処理部６は、電流測定部４から出力される電流データＤｉおよび電圧測定部５から出力される電圧データＤｖを予め規定されたデータ量（例えば、交流信号Ｖ１の少なくとも１周期分の量）だけ入力して内部メモリに記憶し、続いて、接触状態判別処理を実行する。

この接触状態判別処理では、処理部６は、まず、第１のチェック処理として、Ｈｉ側電流供給端子ＨｃおよびＬｏ側電流供給端子Ｌｃについての測定対象体２との接触状態を判別する判別処理を実行する。具体的には、処理部６は、内部メモリに記憶されている電流データＤｉに基づいて検査電流Ｉ１の実効値を算出すると共に、算出したこの実効値がゼロであるか否か（予め規定した電流値（しきい値）以下の電流値であるか否かの一例）を判別する。本例では一例として、測定レンジ毎に、各測定レンジで測定可能な最大抵抗値（１オーム測定レンジでは１オーム、１０オーム測定レンジでは１０オーム、１００オーム測定レンジでは１００オーム）と信号生成部３の出力抵抗３ｃの抵抗値との合計抵抗値で交流信号Ｖ１の振幅を除算して得られる電流値の１／１００の電流値に規定されている。ここで、電流値が「ゼロ」とは、電流値が完全にゼロで一定となっている場合と、完全にゼロではないが、電流値の実効値が上記のようにして予め規定したしきい値以下となっている場合とを含む概念であるものとする。

この場合、図１に示すように、Ｈｉ側電流供給端子ＨｃおよびＬｏ側電流供給端子Ｌｃが測定対象体２の各端子２ａ，２ｂに正常に接触しているときには、測定対象体２には検査電流Ｉ１が正常に流れる。このときの検査電流Ｉ１の電流値は、交流信号Ｖ１の振幅を、測定対象体２のインピーダンスＺと信号生成部３の出力抵抗３ｃとの直列インピーダンスで除算した電流値となるが、測定対象体２を適切な測定レンジにて測定したときには、この測定レンジに対して上記のようにして予め規定した電流値（しきい値）を常に上回る電流値となる。このため、処理部６は、検査電流Ｉ１の実効値はゼロではないと判別すると共に、この判別の結果に基づいて、Ｈｉ側電流供給端子Ｈｃが測定対象体２の一方の端子２ａに正常に接触し、かつＬｏ側電流供給端子Ｌｃが測定対象体２の他方の端子２ｂに正常に接触していると判別して、この判別結果を内部メモリに記憶すると共に、後述する次の第２のチェック処理に移行する。

一方、図２に示すように、Ｈｉ側電流供給端子Ｈｃのみが測定対象体２の一方の端子２ａと非接触の状態となっているときには、信号生成部３において生成された交流信号Ｖ１が信号生成部３の一方の端子２ａに供給されないため、測定対象体２に検査電流Ｉ１が流れない状態、つまり電流データＤｉで示される電流の電流値はゼロとなる。つまり、電流データＤｉで示される電流の電流値は予め規定した電流値以下となる。

また、図３に示すように、Ｌｏ側電流供給端子Ｌｃのみが測定対象体２の他方の端子２ｂと非接触の状態となっているときにも、信号生成部３において生成された交流信号Ｖ１が測定対象体２に供給されるものの、測定対象体２に流れる検査電流Ｉ１が電流測定部４に入力されないため、電流測定部４から出力される電流データＤｉで示される電流の電流値は、Ｈｉ側電流供給端子Ｈｃのみが測定対象体２の一方の端子２ａと非接触の状態となっているときと同様にしてゼロとなる。つまり、電流データＤｉで示される電流の電流値は予め規定した電流値以下となる。また、図示はしないが、Ｈｉ側電流供給端子ＨｃおよびＬｏ側電流供給端子Ｌｃの双方が測定対象体２の対応する端子２ａ，２ｂと非接触の状態となっているときにも、電流データＤｉで示される電流の電流値はゼロとなる。つまり、電流データＤｉで示される電流の電流値は予め規定した電流値以下となる。

したがって、処理部６は、検査電流Ｉ１の実効値がゼロである、つまり、電流データＤｉで示される電流の電流値が予め規定した電流値以下となっていると判別したときには、この判別の結果に基づいて、Ｈｉ側電流供給端子ＨｃおよびＬｏ側電流供給端子Ｌｃのうちの少なくとも一方が測定対象体２の対応する端子２ａ，２ｂと非接触の状態となっていると判別する。一方、処理部６は、検査電流Ｉ１の実効値がゼロではない、つまり、電流データＤｉで示される電流の電流値が予め規定した電流値を上回っていると判別したときには、この判別の結果に基づいて、Ｈｉ側電流供給端子ＨｃおよびＬｏ側電流供給端子Ｌｃの双方が測定対象体２の対応する端子２ａ，２ｂと正常に接触している状態にある判別する。また、処理部６は、この判別結果を内部メモリに記憶する。また、処理部６は、Ｈｉ側電流供給端子ＨｃおよびＬｏ側電流供給端子Ｌｃのうちの少なくとも一方が測定対象体２の対応する端子２ａ，２ｂと非接触の状態となっていると判別したときには、その旨を出力部７に表示させて、接触状態判別処理を完了する。

次いで、処理部６は、上記した第１のチェック処理においてＨｉ側電流供給端子ＨｃおよびＬｏ側電流供給端子Ｌｃが測定対象体２の対応する端子２ａ，２ｂに正常に接触していると判別したときには、第１のチェック処理を終了させて、第２のチェック処理として、Ｈｉ側電圧検出端子ＨｐおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐについての測定対象体２との接触状態を判別する判別処理を実行する。

この判別処理では、処理部６は、まず、内部メモリに記憶されている電圧データＤｖに基づいて、Ｈｉ側電圧検出端子ＨｐおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐについて、測定対象体２と非接触の状態にあるか否かを判別する。

具体的には、図４に示すように、Ｈｉ側電圧検出端子Ｈｐのみが測定対象体２の一方の端子２ａと非接触の状態となっているときには、電圧測定部５では、Ｈｉ側電圧検出端子Ｈｐがオープン状態となるため、バッファ回路２１を構成する第１演算増幅器２１ａの非反転入力端子から出力される入力バイアス電流Ｉｂ１はすべて第１抵抗２１ｂを介して基準電位Ｇに流れる。このため、入力バイアス電流Ｉｂ１が流れることに起因して第１抵抗２１ｂに発生する直流電圧Ｖｄｃ１が、第１演算増幅器２１ａの正側電源電圧（＋１０ボルト）に近い電圧（例えば、＋９．５ボルト。つまり、第１演算増幅器２１ａの入力定格電圧を超える電圧）となり、これに伴いバッファ回路２１（具体的には第１演算増幅器２１ａ）から出力される第１電圧信号Ｖ４も飽和状態（予め規定した電圧値以上の一例）に移行する。一方、バッファ回路２２を構成する第２演算増幅器２２ａの非反転入力端子は、Ｌｏ側電圧検出端子Ｌｐ、測定対象体２の他方の端子２ｂ、Ｌｏ側電流供給端子Ｌｃ、および電流測定部４を構成する演算増幅器１１ｂの各入力端子を介して基準電位Ｇに規定されている。このため、バッファ回路２２から出力される第２電圧信号Ｖ５は、基準電位Ｇと同電位となっている。

したがって、この状態での第１電圧信号Ｖ４および第２電圧信号Ｖ５の差分電圧（Ｖ４−Ｖ５）は、＋９．５ボルトとなって、Ｈｉ側電圧検出端子ＨｐおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐがそれぞれ測定対象体２の対応する端子２ａ，２ｂに正常に接触している場合の第１電圧信号Ｖ４および第２電圧信号Ｖ５の差分電圧（Ｖ４−Ｖ５）が取り得る最大の範囲（±２ボルト）を超える値となる。このため、第１電圧信号Ｖ４および第２電圧信号Ｖ５の差分電圧（Ｖ４−Ｖ５）を検出して増幅する電圧検出回路２３から出力される電圧信号Ｖ６は、予め規定した電圧範囲（Ａ／Ｄ変換器２４の入力定格電圧範囲）の上限値を超える状態となる。すなわち、Ａ／Ｄ変換器２４から出力される電圧データＤｖは、最大値を示す状態で一定となる。このため、処理部６は、Ａ／Ｄ変換器２４から出力される電圧データＤｖが最大値を示す状態で一定となっているとき（電圧データＤｖが最大値を示す状態で一定となる状態が存在しているとき）には、Ｈｉ側電圧検出端子Ｈｐのみが測定対象体２の一方の端子２ａと非接触の状態となっていると判別して、この判別結果を内部メモリに記憶すると共に、出力部７に表示させて、接触状態判別処理を完了する。

また、図５に示すように、Ｌｏ側電圧検出端子Ｌｐのみが測定対象体２の他方の端子２ｂと非接触の状態となっているときには、電圧測定部５では、Ｌｏ側電圧検出端子Ｌｐがオープン状態となるため、バッファ回路２２を構成する第２演算増幅器２２ａの非反転入力端子から出力される入力バイアス電流Ｉｂ２はすべて第１抵抗２２ｂを介して基準電位Ｇに流れる。このため、入力バイアス電流Ｉｂ２が流れることに起因して第２抵抗２２ｂに発生する直流電圧Ｖｄｃ２が、第２演算増幅器２２ａの正側電源電圧に近い電圧（例えば、＋９．５ボルト。つまり、第２演算増幅器２２ａの入力定格電圧を超える電圧）となり、これに伴いバッファ回路２２（具体的には第２演算増幅器２２ａ）から出力される第２電圧信号Ｖ５も飽和状態（予め規定した電圧値以上の一例）に移行する。一方、バッファ回路２１を構成する第１演算増幅器２１ａの非反転入力端子には、Ｈｉ側電圧検出端子Ｈｐ、測定対象体２の一方の端子２ａおよびＨｉ側電流供給端子Ｈｃを介して、交流信号Ｖ１が印加されている。このため、バッファ回路２１は、交流信号Ｖ１を第１電圧信号Ｖ４として出力している。

したがって、この状態での第１電圧信号Ｖ４および第２電圧信号Ｖ５の差分電圧（Ｖ４−Ｖ５）は、−１１．５（＝−９．５−２）ボルトから−７．５（＝−９．５＋２）ボルトの範囲で変化するため、Ｈｉ側電圧検出端子ＨｐおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐがそれぞれ測定対象体２の対応する端子２ａ，２ｂに正常に接触している場合の第１電圧信号Ｖ４および第２電圧信号Ｖ５の差分電圧（Ｖ４−Ｖ５）が取り得る最大の範囲（±２ボルト）を下回る値となる。このため、第１電圧信号Ｖ４および第２電圧信号Ｖ５の差分電圧（Ｖ４−Ｖ５）を検出して増幅する電圧検出回路２３から出力される電圧信号Ｖ６は、予め規定した電圧範囲（Ａ／Ｄ変換器２４の入力定格電圧範囲）の下限値を下回る状態となる。すなわち、Ａ／Ｄ変換器２４から出力される電圧データＤｖは、最小値を示す状態で一定となる。このため、処理部６は、Ａ／Ｄ変換器２４から出力される電圧データＤｖが最小値を示す状態で一定となっているとき（電圧データＤｖが最小値を示す状態で一定となる状態が存在しているとき）には、Ｌｏ側電圧検出端子Ｌｐのみが測定対象体２の他方の端子２ｂと非接触の状態となっていると判別して、この判別結果を内部メモリに記憶すると共に、出力部７に表示させて、接触状態判別処理を完了する。

次いで、電圧データＤｖに基づくＨｉ側電圧検出端子ＨｐおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐについての接触状態の判別処理において、電圧データＤｖが最大値を示す状態で一定となっておらず（電圧データＤｖが最大値を示す状態で一定となる状態が存在しておらず）、かつ電圧データＤｖが最小値を示す状態で一定となっていない（電圧データＤｖが最小値を示す状態で一定となる状態が存在していない）ときには、処理部６は、電圧データＤｖに基づいて電圧についての実効値を算出すると共に、算出した実効値と検査電流Ｉ１の実効値とに基づいてインピーダンスＺを算出する。次いで、処理部６は、算出したインピーダンスＺと、測定を行った測定レンジに対して予め規定したしきい値（インピーダンスＺのしきい値）とを比較する処理を実行する。インピーダンスＺについてのこのしきい値は、測定レンジ毎に、測定レンジの１／１００の値（１オーム測定レンジでは０．０１（＝１／１００）オーム、１０オーム測定レンジでは０．１（＝１０／１００）オーム、１００オーム測定レンジでは１（＝１００／１００）オーム）に規定されている。

Ｈｉ側電圧検出端子ＨｐおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐが共に測定対象体２の対応する端子２ａ，２ｂと非接触の場合には、電圧測定部５では、バッファ回路２２から出力される第２電圧信号Ｖ５は、上記したＬｏ側電圧検出端子Ｌｐがオープン状態のときと同様にして飽和状態に移行し、バッファ回路２１から出力される第１電圧信号Ｖ４についても、上記したＨｉ側電圧検出端子Ｈｐがオープン状態のときと同様にして飽和状態に移行する。このため、第１電圧信号Ｖ４および第２電圧信号Ｖ５はほぼ同電圧となることから、第１電圧信号Ｖ４および第２電圧信号Ｖ５の差分電圧（Ｖ４−Ｖ５）はほぼゼロになり、電圧検出回路２３から出力される電圧信号Ｖ６もほぼゼロとなる結果、Ａ／Ｄ変換器２４から出力される電圧データＤｖも、ゼロを示す値でほぼ一定となる。これにより、この電圧データＤｖに基づいて算出される実効値もほぼゼロになるため、算出したインピーダンスＺは、測定レンジの測定可能なインピーダンスＺの範囲よりも小さい値となる。このため、本例では一例として、インピーダンスＺに対するしきい値は、測定レンジの１／１００の値に予め規定されている。

したがって、処理部６は、算出したインピーダンスＺと予め規定したインピーダンスＺについてのしきい値との比較の結果、算出したインピーダンスＺがしきい値を下回ると判別したときには、Ｈｉ側電圧検出端子ＨｐおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐが共に測定対象体２の対応する端子２ａ，２ｂと非接触の状態となっていると判別する。一方、処理部６は、算出したインピーダンスＺとこのしきい値との比較の結果、算出したインピーダンスＺがしきい値以上であると判別したときには、Ｈｉ側電圧検出端子ＨｐおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐが共に測定対象体２の対応する端子２ａ，２ｂと非接触な状態とはなっておらず、また、上記した電圧データＤｖに基づくＨｉ側電圧検出端子ＨｐおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐについての接触状態の判別結果から、Ｈｉ側電圧検出端子Ｈｐが測定対象体２の対応する端子２ａと非接触な状態でもなく、Ｌｏ側電圧検出端子Ｌｐが測定対象体２の対応する端子２ｂと非接触な状態でもないため、Ｈｉ側電圧検出端子ＨｐおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐが共に測定対象体２の対応する端子２ａ，２ｂと接触状態にあると判別する。処理部６は、以上の判別結果を内部メモリに記憶すると共に、出力部７に表示させて、接触状態判別処理を完了する。

上記の接触状態判別処理の結果、Ｈｉ側電流供給端子ＨｃおよびＬｏ側電流供給端子Ｌｃが共に測定対象体２の対応する端子２ａ，２ｂと接触状態にあり、かつＨｉ側電圧検出端子ＨｐおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐが共に測定対象体２の対応する端子２ａ，２ｂと接触状態にあるときには、処理部６は、上記算出したインピーダンスＺを出力部７に表示させる。

このように、この測定装置１では、電圧測定部５が、非反転入力端子がＨｉ側電圧検出端子Ｈｐに接続されると共に第１抵抗２１ｂを介して基準電位Ｇに接続されて、Ｈｉ側電圧検出端子Ｈｐに発生する電圧を増幅して第１電圧信号Ｖ４として出力する第１演算増幅器２１ａと、非反転入力端子がＬｏ側電圧検出端子Ｌｐに接続されると共に第２抵抗２２ｂを介して基準電位Ｇに接続されて、Ｌｏ側電圧検出端子Ｌｐに発生する電圧を増幅して第２電圧信号Ｖ５として出力する第２演算増幅器２２ａと、第１電圧信号Ｖ４および第２電圧信号Ｖ５の差分電圧（Ｖ４−Ｖ５）を検出して両端間電圧Ｖ３を示す電圧信号Ｖ６を出力する電圧検出回路２３を有し、第１抵抗２１ｂが、第１演算増幅器２１ａの入力バイアス電流Ｉｂ１が第１抵抗２１ｂにのみ流れた際に第１抵抗２１ｂに発生する直流電圧Ｖｄｃ１に起因して第１電圧信号Ｖ４が飽和状態に移行する抵抗値に規定され、第２抵抗２２ｂが、第２演算増幅器２２ａの入力バイアス電流Ｉｂ２が第２抵抗２２ｂにのみ流れた際に第２抵抗２２ｂに発生する直流電圧Ｖｄｃ２に起因して第２電圧信号Ｖ５が飽和状態に移行する抵抗値に規定されている。

したがって、この測定装置１によれば、Ｈｉ側電流供給端子ＨｃおよびＬｏ側電流供給端子Ｌｃのうちの少なくとも１つが測定対象体２に対して非接触となったときには、測定対象体２に検査電流Ｉ１が流れないため、この検査電流Ｉ１の電流値に基づいて判別することにより、具体的には、この検査電流Ｉ１が流れているか否か（電流値がゼロであるか否か）を判別することにより、Ｈｉ側電流供給端子ＨｃおよびＬｏ側電流供給端子Ｌｃの測定対象体２に対する接触状態を判別することができる。また、Ｈｉ側電圧検出端子ＨｐおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐの測定対象体２に対する接触状態については、Ｈｉ側電圧検出端子ＨｐおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐのうちの少なくとも１つが測定対象体２に対して非接触となったときには、電圧検出回路２３から出力される電圧信号Ｖ６が飽和状態に移行するため、電圧信号Ｖ６に基づいて判別することにより、具体的には、電圧信号Ｖ６が飽和状態であるか否かに基づいて、接触状態を判別することができる。このため、従来の構成と比較して、接触状態を判別するための直流定電流源を不要にすることができるため、装置コストの上昇を回避することができる。

なお、上記の測定装置１では、上記の第２のチェック処理のインピーダンスＺとしきい値とを比較する処理において、最も低いインピーダンスＺを測定する測定レンジのときに、実際に測定対象体２のインピーダンスＺが低いために電圧検出回路２３から出力される電圧信号Ｖ６がゼロなのか、Ｈｉ側電圧検出端子ＨｐおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐの双方が測定対象体２に対して非接触であるために電圧検出回路２３から出力される電圧信号Ｖ６がゼロなのかの判別が処理部６において困難となる。しかしながら、図６に示す測定装置１Ａのように、第１比較部８および第２比較部９をさらに備えた構成とすることにより、処理部６が、上記の第２のチェック処理のインピーダンスＺとしきい値とを比較する処理において、最も低いインピーダンスＺを測定する測定レンジのときに、実際に測定対象体２のインピーダンスＺが低いために電圧検出回路２３から出力される電圧信号Ｖ６がゼロなのか、Ｈｉ側電圧検出端子ＨｐおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐの双方が測定対象体２に対して非接触であるために電圧検出回路２３から出力される電圧信号Ｖ６がゼロなのかを確実に区別して判別することが可能となる。以下、この測定装置１Ａについて説明する。なお、測定装置１と同一の構成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。

測定装置１Ａでは、第１比較部８が、第１電圧信号Ｖ４としきい値Ｖｒｅｆとを比較して、一例として、第１電圧信号Ｖ４がしきい値Ｖｒｅｆ以上のときにのみ、比較結果を示す第１比較信号Ｓｃ１を出力する。また、第２比較部９が、第２電圧信号Ｖ５としきい値Ｖｒｅｆとを比較して、一例として、第２電圧信号Ｖ５がしきい値Ｖｒｅｆ以上のときにのみ、比較結果を示す第２比較信号Ｓｃ２を出力する。この場合、しきい値Ｖｒｅｆは、第１電圧信号Ｖ４および第２電圧信号Ｖ５が飽和状態のときの電圧値（第１演算増幅器２１ａおよび第２演算増幅器２２ａの電源電圧）よりも若干低い電圧値に規定されている。したがって、各比較部８，９は、それぞれが入力する各電圧信号Ｖ４，Ｖ５が飽和状態のときにのみ、各比較信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を出力する。このため、処理部６は、接触状態判別処理において、上記した電圧データＤｖに基づく第２のチェック処理と共にまたはこの第２のチェック処理に代えて、各比較信号Ｓｃ１，Ｓｃ２に基づく第３のチェック処理、すなわち、各比較部８，９からの比較信号Ｓｃ１，Ｓｃ２の出力の有無を検出して、第１比較信号Ｓｃ１が出力されているときには、Ｈｉ側電圧検出端子Ｈｐが非接触状態であると判別し、第２比較信号Ｓｃ２が出力されているときには、Ｌｏ側電圧検出端子Ｌｐが非接触状態であると判別する。

したがって、この測定装置１Ａによれば、各比較部８，９の追加の分だけ装置コストが上昇するものの、測定装置１と同様にして、接触状態を判別するための直流定電流源を不要としつつ、最も低いインピーダンスＺを測定する測定レンジのときにおいても、Ｈｉ側電圧検出端子ＨｐおよびＬｏ側電圧検出端子Ｌｐについての測定対象体２に対する接触状態を個別に、かつ確実に判別することができる。

１ 測定装置
２ 測定対象体
２ａ 一方の端子
２ｂ 他方の端子
３ 信号生成部
４ 電流測定部
５ 電圧測定部
６ 処理部
２１ａ 第１演算増幅器
２１ｂ 第１抵抗
２２ａ 第２演算増幅器
２２ｂ 第２抵抗
２３ 電圧検出回路
Ｈｃ Ｈｉ側電流供給端子
Ｈｐ Ｈｉ側電圧検出端子
Ｉ１ 検査電流
Ｌｃ Ｌｏ側電流供給端子
Ｌｐ Ｌｏ側電圧検出端子
Ｖ３ 両端間電圧
Ｖ４ 第１電圧信号
Ｖ５ 第２電圧信号
Ｚ インピーダンス

Claims (5)

1. 測定対象体の一方の端子に接触する高電位側電流供給端子を介して当該測定対象体に供給する交流信号を生成する信号生成部と、
   前記交流信号の供給に起因して前記測定対象体に流れる検査電流を前記測定対象体の他方の端子に接触する低電位側電流供給端子を介して入力すると共に当該検査電流を測定する電流測定部と、
   前記一方の端子に接続される高電位側電圧検出端子および前記他方の端子に接続される低電位側電圧検出端子を介して前記測定対象体の両端間電圧を測定する電圧測定部と、
   前記検査電流および前記両端間電圧に基づいて前記測定対象体のインピーダンスを算出する処理部とを備えた四端子型インピーダンス測定装置であって、
   前記電圧測定部は、
   非反転入力端子が前記高電位側電圧検出端子に接続されると共に第１抵抗を介して基準電位に接続されて、当該高電位側電圧検出端子に発生する電圧を増幅して第１電圧信号として出力する第１演算増幅器と、
   非反転入力端子が前記低電位側電圧検出端子に接続されると共に第２抵抗を介して前記基準電位に接続されて、当該低電位側電圧検出端子に発生する電圧を増幅して第２電圧信号として出力する第２演算増幅器と、
   前記第１電圧信号および前記第２電圧信号の差分電圧を検出して前記両端間電圧を示す電圧信号として出力する電圧検出回路とを有し、
   前記第１抵抗は、前記第１演算増幅器の入力バイアス電流が当該第１抵抗にのみ流れた際に当該第１抵抗に当該第１演算増幅器の正側電源電圧に近い電圧を発生させて前記第１電圧信号を飽和状態に移行させる抵抗値に規定され、
   前記第２抵抗は、前記第２演算増幅器の入力バイアス電流が当該第２抵抗にのみ流れた際に当該第２抵抗に当該第２演算増幅器の正側電源電圧に近い電圧を発生させて前記第２電圧信号を飽和状態に移行させる抵抗値に規定され、
   前記処理部は、前記検査電流の電流値および前記電圧検出回路から出力される前記電圧信号の電圧値に基づいて、前記高電位側電流供給端子および前記低電位側電流供給端子の少なくとも一方が前記測定対象体に非接触の状態か否か、および前記高電位側電圧検出端子および前記低電位側電圧検出端子の少なくとも一方が前記測定対象体に非接触の状態か否かを判別する四端子型インピーダンス測定装置。
2. 前記処理部は、前記検査電流の電流値が予め規定した電流値以下のときに、前記高電位側電流供給端子および前記低電位側電流供給端子の少なくとも一方が前記測定対象体に非接触の状態にあると判別する請求項１記載の四端子型インピーダンス測定装置。
3. 前記処理部は、前記電圧検出回路から出力される前記電圧信号の電圧値が予め規定した電圧範囲を外れたときに、前記高電位側電圧検出端子および前記低電位側電圧検出端子のいずれか一方が前記測定対象体に非接触の状態にあると判別する請求項１または２記載の四端子型インピーダンス測定装置。
4. 前記処理部は、前記検査電流の電流値および前記電圧検出回路から出力される前記電圧信号の電圧値に基づいてインピーダンスを算出すると共に、当該インピーダンスと予め規定したしきい値とを比較して、当該インピーダンスが当該しきい値を下回るときに、前記高電位側電圧検出端子および前記低電位側電圧検出端子の双方が前記測定対象体に非接触の状態にあると判別する請求項１または２記載の四端子型インピーダンス測定装置。
5. 前記第１電圧信号と予め規定したしきい値とを比較して比較結果を示す第１比較信号を出力する第１比較部と、
   前記第２電圧信号と予め規定したしきい値とを比較して比較結果を示す第２比較信号を出力する第２比較部とを有し、
   前記処理部は、前記第１比較信号および前記第２比較信号に基づいて、前記高電位側電圧検出端子および前記低電位側電圧検出端子のいずれが前記測定対象体における対応する前記端子に非接触の状態か否かを判別する請求項１または２記載の四端子型インピーダンス測定装置。

Images