JPH08146046A - 非接触型電圧プローブ装置 - Google Patents

非接触型電圧プローブ装置

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JPH08146046A
JPH08146046A JP6287936A JP28793694A JPH08146046A JP H08146046 A JPH08146046 A JP H08146046A JP 6287936 A JP6287936 A JP 6287936A JP 28793694 A JP28793694 A JP 28793694A JP H08146046 A JPH08146046 A JP H08146046A
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JP
Japan
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cable
electrode
voltage
voltage probe
contact type
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Application number
JP6287936A
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English (en)
Inventor
Ryuichi Kobayashi
隆一 小林
Mitsuo Hattori
光男 服部
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、サービス運用状態でケーブル導体に
非接触で、かつ通信信号への影響を与えずにケーブル導
体上の電圧を測定可能な電圧プローブ装置を提供するこ
とを目的とする。 【構成】本発明の非接触型電圧プローブ装置は、円筒形
に加工された電極1と、この電極1の内部に取り付けら
れたケーブル固定用治具2と、前記電極1に接続された
導体線3と、この導体線3に接続される高入力インピー
ダンスの電圧プローブ4からなる非接触型の電圧プロー
ブ装置において、前記ケーブル固定用治具2が発泡性の
材質で作られており、しかもケーブル固定用治具2の内
部に通されるケーブルを前記電極1の中心付近の一定範
囲内に固定することを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ケーブル導体上の信
号、雑音等の電圧測定のための非接触型電圧プローブ装
置に係り、特に、電源線、通信線等の信号を伝送する媒
体に生じる電圧を運用状態で測定することに対して有効
な電圧プローブ装置に関する。本発明では、非接触で電
圧を測定するため、被測定電圧への影響が最小限である
ことを特徴とする。
【0002】
【従来の技術】EMC(電磁環境両立性)の分野におい
ては、CB無線による電話機の誤動作や電話への放送波
の混入など、近年、ケーブルを伝導してコモンモードで
装置に侵入してくる妨害波による、電子装置の誤動作が
問題となっている。このような伝導性の妨害波の対策の
ためには、装置に侵入する電圧・電流を測定し、その侵
入経路やレベルを正確に把握する必要がある。また妨害
波による誤動作の状況を把握するためには、サービス運
用状態での妨害波の電圧・電流測定が必要である。
【0003】伝導性妨害波の電流に関しては、従来、ケ
ーブルに流れる電流による磁界を利用した非接触型の電
流プローブが用いられている。しかし、電圧の測定に関
しては、直接ケーブル導体に接触して電圧を測定する電
圧プローブしかないのが現状である。従来の測定方法を
図9に示す。図において、21はケーブル、22はケー
ブル導体、23は電圧プローブである。即ち、図9に示
すように、ケーブル21に発生する電圧を測定する場合
には、ケーブル導体22にプローブ23を接触させる必
要がある。そのため通信中のケーブル導体22にプロー
ブ23を接触させることにより、対地との間にプローブ
23の入力インピーダンスを通した帰路24が生じ、通
信信号に影響を与える可能性がある。また、ケーブル2
1の被覆を取り外すか、探針等でケーブル21の被覆を
傷つける必要性から、ケーブル21の被覆を損傷25さ
せることになるため、運用中のケーブル上の電圧を測定
することは困難である。
【0004】そこで、ケーブルを伝わる伝導性の妨害
波、特に、対地との間に発生するコモンモード電圧を効
率よく、しかも運用状態で通信信号に対して影響を与え
ず、しかも簡便で精度よく測定できる電圧プローブの開
発が必要とされている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述の点から、従来の
電圧プローブの問題点として以下の点が考えられ、運用
状態での電圧測定は困難であった。 (1) プローブの接続により、通信信号に与える影響
が大きい。
【0006】(2) 電圧測定のために、ケーブルに損
傷を与える。本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、サービス運用状態でケーブル導体に非接触で、かつ
通信信号への影響を与えずにケーブル導体上の電圧を測
定可能な電圧プローブ装置を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の非接触型電圧プローブ装置は、円筒形に加工
された電極と、この電極に接続された導体線と、この導
体線に接続される高入力インピーダンスの電圧プローブ
からなる非接触型の電圧プローブ装置において、前記円
筒形電極内に測定対象であるケーブルの位置固定用の絶
縁体製の治具を備えたことを特徴とするものである。
【0008】又、本発明の非接触型電圧プローブ装置
は、円筒形に加工された電極と、この電極の内部に取り
付けられたケーブル固定用治具と、前記電極に接続され
た導体線と、この導体線に接続される高入力インピーダ
ンスの電圧プローブからなる非接触型の電圧プローブ装
置において、前記ケーブル固定用治具が発泡性の材質で
作られており、しかもケーブル固定用治具の内部に通さ
れるケーブルを前記電極の中心付近の一定範囲内に固定
することを特徴とするものである。
【0009】又、本発明の非接触型電圧プローブ装置
は、前記円筒形電極が、2つの半円筒形電極からなり、
電気的、機械的に結合されるように構成されており、被
測定対象ケーブルを挟むことが可能となっていることを
特徴とするものである。
【0010】
【作用】上記手段により請求項1では、被測定ケーブル
と円筒形電極とを静電結合させ、ケーブル導体上の電圧
を高インピーダンスで測定することが可能となるように
している。しかも非接触で測定するため、ケーブルの損
傷やサービスへの影響なしに、電圧を測定することが可
能である。すなわち、ケーブルに印加された電圧は、ケ
ーブルと円筒形電極の大きさ、距離によって決定される
静電結合により検出され、その感度はケーブルと円筒形
電極の結合キャパシタンスと電圧プローブの入力インピ
ーダンスの比によって決定される。
【0011】さらに請求項2では、円筒形に加工された
電極とその内部を通るケーブル導体との間隔が常に円筒
の中心付近に一定となるように、円筒形電極内に絶縁体
製の固定治具を有している。しかもその絶縁体に発泡性
の材質を用いることにより、円筒内の比誘電率を空気に
近い値にすることが可能である。
【0012】また請求項3では、円筒形電極は、任意の
直径のケーブルに取り付けることが可能となるよう、2
つの半円筒形電極に分割されるようになっており、しか
も内部にある固定用治具により測定時には被測定対象ケ
ーブルを固定することが可能となっている。
【0013】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一の機能を有するものは同一符号を付け、その繰
り返しの説明は省略する。
【0014】図1に本発明の一実施例の構成を示す。図
1において、1はケーブルに加わる電圧を非接触で検出
するために用いられる2つの半円筒形導体で作られた円
筒形の電極、2はケーブルを固定するために用いられる
絶縁体で作られた固定用の治具、3は電極1と高入力イ
ンピーダンス電圧プローブ4とを結ぶ導体線、4は高入
力インピーダンス電圧プローブ、5は例えばレベルメー
タ、オシロスコープ等の電圧を測定するための装置であ
る。図1に示す非接触型電圧プローブは、ケーブル20
と円筒形電極1との間に生じる静電結合により、ケーブ
ル20を伝わる電圧の変化を取り出す。このときの結合
は、従来の電圧プローブと比較して高インピーダンスで
ある。また、静電結合により電圧を検出するため、ケー
ブル20で伝送される通信信号に影響を与えず、サービ
ス運用状態のまま測定できることを特徴としている。円
筒形電極1は、材質として導電率の大きな導体、たとえ
ば銅、アルミニウムのようなものを用いた2つの半円筒
形電極が電気的及び機械的に接続された構成となってお
り、被測定対象であるケーブル20を挟むことが可能と
なっている。またケーブル20を固定するための治具2
は、絶縁体材料でできており、内部を通るケーブル20
と円筒形電極1との距離を一定に保つことによりケーブ
ル20との結合を一定とするようになっていることを特
徴とする。また導体線3は、導電性であり、強度の強い
材質を用いることを特徴とする。高入力インピーダンス
電圧プローブ4は、入力インピーダンスが抵抗とキャパ
シタンスの並列回路で表されるものを用いる。
【0015】円筒形電極1の内部を通るケーブル20と
対地間に電圧Vが印加されたとする。このとき、ケーブ
ル20と円筒形電極1との間には静電結合により結合が
生じる。この結合の割合、すなわち結合係数を与える基
本定数となるケーブル20と円筒形電極1との間のキャ
パシタンスは以下の式で近似できる。
【0016】 C=2πε0 εr l/loge (b/a) …(1) ここで、ε0 は真空中の誘電率、εr はケーブル固定用
治具の比誘電率、aは内部を通るケーブル導体の外径、
bは円筒形電極の内径、lは円筒形電極の長さである。
【0017】高入力インピーダンス電圧プローブ4の入
力抵抗、入力キャパシタンスをRp、Cp とすると、非
接触型電圧プローブ装置は図2に示すような等価回路で
表される。図2において、6はケーブル20に発生した
電圧を模擬した等価電圧源であり、7はケーブル20と
円筒形電極1との間のキャパシタンスCを表している。
また、8,9はそれぞれ高入力インピーダンス電圧プロ
ーブ4の入力キャパシタンスCp 及び入力抵抗Rp を表
している。この等価回路から、電圧測定装置5により測
定される出力電圧、すなわち等価回路におけるRp 、C
p 間の電圧は以下の式で与えられる。
【0018】 Vp =jωCRp /{1+jωRp (C+Cp )}×V …(2) ωRp (C+Cp )》1が成立する周波数範囲では、プ
ローブ4の出力電圧Vpは Vp =C/(C+Cp )×V …(3) となり、周波数に依らず一定の感度を有することがわか
る。
【0019】また(1)式において、εr はケーブル固
定用治具2の比誘電率であるが、この値を大きくするこ
とによりケーブルとの結合係数を決めるCの値を大きく
することができる。それにより電圧プローブ装置の感度
を向上させることが可能である。しかしながら、Cの値
をあまり大きくしすぎると(2)式から明らかなよう
に、非接触型電圧プローブ装置の入力インピーダンスを
下げ、ケーブル導体上の被測定電圧に影響を与えやすく
なる。そのためケーブル固定用治具2の比誘電率は目的
に応じ設定する必要がある。
【0020】以上のように、ケーブル20に発生する電
圧を非接触で測定することが可能となる。従って運用状
態での電圧の測定が可能となる。 [実施例1]図3は本発明による一実施例の非接触型電
圧プローブ装置の概略構成を示す平面図、図4は図3で
示すa−a′線で切った断面図である。
【0021】図3及び図4において、1は2つの半円筒
形の金属導体を電気的・機械的に接合することにより円
筒形に加工された1つの電極、2は電極1の内部を通る
ケーブル20を固定するために発泡材質で作られた固定
用治具、3は電極1に接続された導体線である。また1
0は2つの半円筒形電極を円筒形に固定するための金具
であり、11は2つの半円筒形電極を電気・機械的に接
続するための金具である。
【0022】前記円筒形電極1において、測定対象とな
るケーブル20との結合係数は式(1)により計算され
る。また電極1の材質は本実施例では銅板を用いている
が、これは導電率の大きな材質であれば、銅でなくても
かまわない。
【0023】前記ケーブル固定用治具2において、弾性
変形しやすい材質を用いることにより、内部を通るケー
ブルの径にかかわらず、円筒形電極1の中心付近にケー
ブルを固定することが可能となる。また固定用治具2の
材質は、本実施例ではゴム製のスポンジを用いている
が、同様な発泡性の材質であれば、ポリウレタン等の他
の材質も使用可能である。前記導体線3において、本実
施例では直径1[mm]程度の銅より線を用いている
が、導電率の大きな材質であればその線の径や長さにつ
いて任意のものが使用できる。
【0024】図5に本実施例の非接触型電圧プローブ装
置の周波数特性を示す。実線は式(2)より計算された
計算値であり、黒丸は測定結果である。この図より、非
接触型電圧プローブ装置の感度の周波数特性は、図2の
等価回路から導出された理論式(式(2))で精度よく
計算することが可能である。これにより、本実施例のよ
うな構造をした、非接触型電圧プローブの周波数特性
は、等価回路から、理論的に計算することができる。
【0025】図6、図7に実際のケーブル導体に誘導さ
れた伝導性雑音電圧を測定した例を示す。図6は従来の
接触型の電圧プローブにより測定された雑音電圧波形、
図7は本実施例により測定された雑音電圧波形である。
この2つの波形を比較すると、本実施例による測定結果
は、電圧の値は小さいが、波形の変化は従来のものとほ
ぼ同じ結果が得られている。 [実施例2]本実施例では図8に示すように、円筒形電
極1の内部をとおるケーブルを固定するための固定用治
具が、12に示すような形をしたプラスチック製の板バ
ネであることを特徴とする。すなわち、円筒形電極1の
内壁には、3枚の板バネ12が円筒形電極1の中心軸方
向に突出するように湾曲して設けられる。本方法によっ
ても外径の異なるケーブルに対しても円筒形電極1の中
心に固定することができ、しかも、電極1の内部の誘電
率はほぼ空気に近い値にすることができるため、性能に
おいても実施例1と同等のものを得ることが可能であ
る。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、円筒
形電極、ケーブル固定用治具および高インピーダンス電
圧プローブにより構成される非接触型電圧プローブを作
成することにより、ケーブルの損傷やサービスへの影響
なしに、被測定ケーブル導体に発生する電圧を測定する
ことが可能となる。従って、本発明は特に運用状態での
伝導性電磁雑音の測定に対し有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成説明図である。
【図2】図1の非接触型電圧プローブ装置を電気的な等
価回路に置き換えた等価回路図である。
【図3】本発明の一実施例である非接触型電圧プローブ
を示す斜視図である。
【図4】図3におけるa−a′面での拡大断面図であ
る。
【図5】本発明の一実施例の周波数特性を示す特性図で
ある。
【図6】従来の電圧プローブにより測定された雑音電圧
波形の一例を示す特性図である。
【図7】本発明の一実施例により測定された雑音電圧波
形を示す特性図である。
【図8】本発明の他の実施例である非接触型電圧プロー
ブを示す拡大断面図である。
【図9】従来の電圧測定方法を示す構成概略図である。
【符号の説明】
1…円筒形電極、2…ケーブル固定用治具、3…導体
線、4…高入力インピーダンス電圧プローブ、5…電圧
測定装置、6…ケーブル導体上に発生した電圧の等価電
圧源、7…円筒形電極とケーブル導体によるキャパシタ
ンス、8…高入力インピーダンス電圧プローブの等価入
力キャパシタンス、9…高入力インピーダンス電圧プロ
ーブの等価入力抵抗、10…半円筒形電極固定用金具、
11…半円筒形電極接続用金具、12…プラスチック製
板バネ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円筒形に加工された電極と、この電極に
    接続された導体線と、この導体線に接続される高入力イ
    ンピーダンスの電圧プローブからなる非接触型の電圧プ
    ローブ装置において、 前記円筒形電極内に測定対象であるケーブルの位置固定
    用の絶縁体製の治具を備えたことを特徴とする非接触型
    電圧プローブ装置。
  2. 【請求項2】 円筒形に加工された電極と、この電極の
    内部に取り付けられたケーブル固定用治具と、前記電極
    に接続された導体線と、この導体線に接続される高入力
    インピーダンスの電圧プローブからなる非接触型の電圧
    プローブ装置において、 前記ケーブル固定用治具が発泡性の材質で作られてお
    り、しかもケーブル固定用治具の内部に通されるケーブ
    ルを前記電極の中心付近の一定範囲内に固定することを
    特徴とする非接触型電圧プローブ装置。
  3. 【請求項3】 円筒形電極が、2つの半円筒形電極から
    なり、電気的、機械的に結合されるように構成されてお
    り、被測定対象ケーブルを挟むことが可能となっている
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の非接触型電圧プ
    ローブ装置。
JP6287936A 1994-11-22 1994-11-22 非接触型電圧プローブ装置 Pending JPH08146046A (ja)

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