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JPH0334027B2 - - Google Patents
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JPH0334027B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0334027B2
JPH0334027B2 JP17094281A JP17094281A JPH0334027B2 JP H0334027 B2 JPH0334027 B2 JP H0334027B2 JP 17094281 A JP17094281 A JP 17094281A JP 17094281 A JP17094281 A JP 17094281A JP H0334027 B2 JPH0334027 B2 JP H0334027B2
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JP
Japan
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phase
signal
phase shifter
vector
impedance
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Application number
JP17094281A
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Japanese (ja)
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JPS5872066A (en
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Noryuki Sugihara
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Hewlett Packard Japan Inc
Original Assignee
Yokogawa Hewlett Packard Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0334027B2 publication Critical patent/JPH0334027B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高速にてインピーダンスを測定する
装置に関する。更に詳述すれば、本発明は被測定
素子に流れる電流の位相と該素子に印加された電
圧の位相を比較することにより、被測定素子の未
知インピーダンスを高速にて測定する装置に関す
る。 未知インピーダンスの大きさ及び位相角を測定
するため、既知の基準信号を被測定素子に印加
し、もつて基準信号の位相変化を位相検波器で検
出することが従来から行われている。しかし上記
の位相変化を正確に測定するために、種々の方法
が知られている。その一方法として本出願人によ
る特願昭55−30740号「インピーダンス・メータ」
記載の方法は、デジタル的に位相変化量を求めよ
うとするものである。しかしデジタル的に誤差補
正を行うため複数の動作ステツプを要し、測定時
間の短縮化を図り得ないという問題を有してい
た。 よつて本発明の目的は、デジタル的にインピー
ダンス測定を行う際に必要とされる動作ステツプ
数を減少させ、もつて高速測定を可能としたイン
ピーダンス測定装置を提供せんとするものであ
る。 以下、図面を用いて本発明を詳述する。 まず第1図ないし第4図を用いて本発明の基礎
となるインピーダンス測定装置の従来技術を説明
し、次いで第5図を用いて本発明の改良点を明ら
かにする。 第1図は従来技術によるインピーダンス測定装
置の一例を示したブロツク図、第2図は第1図の
動作を説明するためのベクトル図である。 第1図において基準発振器(出力電圧E1、発
振周波数8f)6の出力端は、1/8分周器4を介し
て第1入力端8及び被測定素子2の一方端に接続
される。被測定素子2の他方端は演算増幅器10
の反転入力端に接続される。前記反転入力端は抵
抗器12を介して演算増幅器10の出力端に接続
される。よつて演算増幅器10及び抵抗器12
は、被測定素子2に流れる電流を電圧に変換する
I−Vコンバータとして働く。そして演算増幅器
10の出力端は第2入力端14に接続される(出
力電圧E2)。 第1スイツチSW1は、第1入力端8又は第2
入力端14のいずれかを選択して位相検波器16
の一方の入力端に接続する。位相検波器16の他
方の入力端と基準発振器6との間には、移相器1
8が接続される。ここで移相器18とは、入力信
号8fを1/8に分周すると共に、その位相をシフ
ト(0、π/2、π、3π/2)し且つ方形波に
整形して送り出す回路であつて従来技術(例えば
8ビツトの循環型シフトレジスタ)により構成す
ることができる。位相検波器16の出力端には積
分型電圧計20が接続されており、その出力電圧
を測定する。電圧型20には、位相検波器16の
出力信号を平滑するためのフイルタ30、積分時
間を調節するための第2スイツチSW2、演算増
幅器36及び積分コンデンサ38から成る積分器
40、積分器40の出力端に接続された零出力検
出器及びカウンタ50が含まれる。なお被測定素
子2のインピーダンスを求めるためには、電圧計
20の測定値に一定の演算をほどこす必要がある
が、これらはマイクロプロセツサ(図示されてい
ない)により行われる。 第2図において、ベクトルE1は第1入力端8
に印加される電圧E1、ベクトルE2は第2入力端
14に印加される電圧E2を表わす。ここでベク
トルE2は被測定素子2に流れる電流の大きさ及
びその位相に対応している。 また移相器18の位相シフト量を零とした場
合、位相検波器16に印加される電圧E1と移相
器18の出力電圧の間には、等価的にθ1の位相差
が生じるものとする。即ちこの位相差θ1は、位相
検波器16の動作が理想的であると仮定した場合
に、移相器18を含む信号経路に起因して生じる
ものと考えることができる。そのため図示された
基準ベクトルXは、ベクトルE1と位相差θ1をなす
よう描かれている。 ベクトルEYは、ベクトルE1に対して90°の位相
差を有する。いま被測定素子2がコンデンサであ
るとすると、ベクトルE2は該コンデンサに流れ
る電流を表わすことになる。そして被測定コンデ
ンサの損失が零のとき(理想的なコンデンサの場
合)、ベクトルE2はベクトルEYと重なりあうこと
になる(90°の進み電流が流れるため)。よつてベ
クトルE2とEYとの位相差θ4は、誘電損角δ(tanδ
=tanθ4)を表わすことになる。被測定素子がコ
イルの場合も同様であり、tanθ4は損失係数Dを
表わすことになる。ここで損失係数Dは被測定素
子を表わす等価回路により、以下の通りの値を有
する(計算値の一例を示す)。 (1) 被測定素子がコンデンサCpと抵抗器Rpの並
列等価回路から成るものと仮定した場合、 D=1/ωCpRp=1/Q ω=2πf である。 (2) 被測定素子がインダクタLsと抵抗器Rsの直
列等価回路から成るものと仮定した場合、 D=Rs/ωLs=1/Q である。 第3図は、第1図に示した移相器18及び位相
検波器16の動作を説明した電圧波形図である。
図示された信号イは電圧E1を示し、信号ロは移
相器18の位相シフト量を零とした場合の移相器
出力信号を示している。これら信号イ,ロの間に
は、第2図において説明した如く、位相差θ1が生
じている。そして第1スイツチSW1が第1入力
端側8に倒されているとき位相検波器16から
は、検波信号ハが送り出される。これを第2図に
示したベクトル図にあてはめてみると、移相器出
力信号ロは基準ベクトルXに対応し、検波信号ハ
は基準ベクトルXのa点(aボルト)に対応す
る。 移相器18の位相シフト量をπ/2に設定する
と、移相器出力信号ニが得られる。そして信号イ
及び移相器出力信号ニを導入した位相検波器16
は検波信号ホを送り出す。これを第2図に示した
ベクトル図にあてはめてみると、移相器出力信号
ニは直角基準ベクトルYに対応し、検波信号ホは
直角基準ベクトルYのb点(bボルト)に対応す
る。 第2図に示したベクトルE2についても同様に
考えることができる。即ち基準ベクトルXと同相
の成分cは; 第1スイツチSW1を第2入力端側14に
倒す。 移相器18の位相シフト量を零とする。 ことにより検出される。 また直角基準ベクトルYと同相の成分dは; 第1スイツチSW1を第2入力端側14に
倒す。 移相器18の位相シフト量をπ/2とする。 ことにより検出される。 次に第1図及び第2図を参照してインピーダン
ス測定の原理を説明する。 いま b/a=α d/c=β d/a=γ とする。ここでa,b,c,dは基準ベクトルX
又は直角基準ベクトルYの各点であり、既述の如
く測定される。 すると被測定素子の損失係数Dは、 D=tanδ=tanθ4=tan(π/2−θ3) =1/tanθ3 また tanθ3=tan(θ2−θ1) =(tanθ2−tanθ1)/(1+tanθ2・tanθ1) =(β−α)/(1+α・β) ……(1) よつて D=(1+α・β)/(β−α) ……(2) となる。 次に被測定素子のキヤパシタンス分(またはイ
ンダクタンス分)Xは、 X=|E2|/|E1|sinθ3 ……(3) によつて表わすことができる。 ここで また ここでtanθ3は第(1)式により与えられる。 よつて第(4)式、第(5)式を第(3)式に代入すること
により X=γ/β・β−α/1+α2……(6) となる。 かくして第(2)式及び第(6)式により、被測定素子
のインピーダンスを求めることができる。これら
演算はマイクロプロセツサ(図示されていない)
により行われる。 第4図は、第1図に示したインピーダンス測定
装置の動作を説明するためのグラフである。本図
において、縦軸は積分器40の出力電圧、横軸は
積分時間(秒)を表わしている。そして本装置
は、以下に述べる〔〕〔〕〔〕の各ステツプ
から成るシーケンスにより作動される。各ステツ
プの動作は次の通りである。 第〔〕ステツプ 第1スイツチSW1を第1入力端側8に倒
す。 移相器18の位相シフト量をπ/2に設定
する。 第2スイツチSW2をONして、一定時間
(Tc秒)だけ積分を行う。即ちbボルト(第
2図参照)を印加して積分を行うことにな
る。 その後直5に、移相器18の位相シフト量
をπに設定する。このことにより−aボルト
(第2図参照)による積分が引き続いて行わ
れる。 積分器40の出力電圧が所定レベルに降下
したとき第2スイツチSW2をOFFする(T1
秒後)。 そしてT1/Tcを計算することによりb/a=
αを求めることができる(∵b/a=T1/Tc)。 第〔〕ステツプ 第1スイツチSW1を第2入力端側14に
倒す。 移相器18の位相シフト量をπ/2に設定
する。 第2スイツチSW2をONして、一定時間
(Tc秒)だけ積分を行う。即ちdボルト(第
2図参照)を印加して積分を行うことにな
る。 その後直ちに、移相器18の位相シフト量
をπに設定する。このことにより−cボルト
(第2図参照)による積分が引き続いて行わ
れる。 積分器40の出力電圧が所定レベルに降下
したとき第2スイツチSW2をOFFする(T2
秒後)。 そしてT2/Tcを計算することによりd/c=
βを求めることができる(∵d/c=T2/Tc)。 第〔〕ステツプ 第1スイツチSW1を第2入力端側14に
倒す。 移相器18の位相シフト量をπ/2に設定
する。 第2スイツチSW2をONして、一定時間
(Tc秒)だけ積分を行う。即ちdボルト(第
2図参照)を印加して積分を行うことにな
る。 その後直ちに第1スイツチSW1を第1入
力端側8に倒すと同時に、移相器18の位相
シフト量をπに設定する。このことにより−
aボルト(第2図参照)による積分が引き続
いて行われる。 積分器40の出力電圧が所定レベルに降下
したとき第2スイツチSW2をOFFする(T3
秒後)。 そしてT3/Tcを計算することによりd/a=
γを求めることができる(∵d/a=T3/Tc)。 上記3ステツプによりα、β、γが求められる
ため、上記第(2)式及び第(6)式を用いて損失係数お
よびインピーダンスを計算することが可能となる
(マイクロプロセツサ使用)。 上述した第〔〕ステツプはθ1(第2図参照)
が有限値を有するために不可避な動作ステツプで
あるが、θ1=0となり得る場合には該第〔〕ス
テツプは不要となる。なぜなら α=b/a=0 となるからである。従つて第〔〕ステツプを省
略することにより、より高速なインピーダンス測
定が可能となる。 また第(6)式は X=γ・1/1−tanθ1・tanθ4 と変形することができるから、 tanθ1・tanθ4≪1 (ここでtanθ4=D) の条件を満たすとき、X=γとなる。よつて θ1=0 とすることにより X=γ=d/a となる。このことはリアクタンス測定に際して上
記第〔〕ステツプのみが必要とされ、第〔〕
ステツプ及び第〔〕ステツプを省略し得ること
を意味する。 かくしてθ1=0なる回路が実現されれば、イン
ピーダンス測定はより高速化されることになる。
本発明に係るインピーダンス測定装置は、実質的
にθ1=0を達成し、もつて測定の高速化を図らん
とするものである。 第5図は、本発明の一実施例によるインピーダ
ンス測定装置全体を示したブロツク図である。本
図において1600kHzの基準発振器52はANDゲ
ート54の第1入力端及び分周/整形回路56に
接続されている。ここで分周比は1600であるた
め、分周/整形回路56からは1kHzzの正弦波
が得られる。分周/整形回路56の出力端は被測
定素子58及びI−Vコンバータ57、スイツチ
59を介して位相検波器60の第1入力端に接続
される。分周/整形回路56の出力端は、またリ
ミツタ62及びフリツプフロツプ64を介して
ANDゲート54の第2入力端に接続される。こ
こでリミツタ62及びフリツプフロツプ64は、
分周/整形回路56から得られる正弦波信号に同
期したゲート開閉信号66を送出する。なおスイ
ツチ59がa側に倒されているとき、波形/整形
回路56の出力端は位相検波器60に直結され
る。ANDゲート54の出力端は分周器(÷200)
68を介して移相器70に接続される。移相器7
0は第1図に示した移相器18と同じく、入力周
波数を1/8に分周する共に、その位相をシフトし
且つ方形波に整形して送り出す回路(例えば8ビ
ツトの循環型シフトレジスタ、特願昭56−114285
参照)である。そして移相器70の出力端子は位
相検波器60の第2入力端に接続される。位相検
波器60の出力端はデユアルスロープ積分型電圧
計72に接続される。電圧計72は、第1図に示
した電圧計20と同様の構成を有する。 本装置において、被測定素子58に印加された
1kHzの正弦波信号は一定の時間遅れ(又は進み)
をもつて位相検波器60に印加される。いま移相
器70の位相シフト量が零に設定されているとす
るとθ1(第2図参照)は最大0.225度となり、ほぼ
零であると考えることができる。なぜなら1kHz
の測定信号を得るため1600kHzの基準信号を用
い、そして被測定素子に印加される信号に同期し
て開かれるANDゲート54を通過した後に分周
を行つているからである。換言すれば被測定素子
58に印加される1kHzの信号はベクトルE1(第2
図参照)に相当し、基準ベクトルXとの差θ1は最
大でも 360×1/1600=0.225(度) であるから、ベクトルE1と基準ベクトルXは実
質的に一致していると考えることができる。 よつて本装置の動作は次のように行われる(第
4図の第〔〕ステツプ参照)。 スイツチ59をb側に倒すと同時に移相器7
0の位相シフト量をπ/2に設定し、一定時間
(Tc)だけ積分を行う。即ちdボルト(第2図
参照)を印加して積分を行うことになる。 その後直ちに、スイツチ59をa側に倒すと
同時に移相器70の位相シフト量をπに設定す
る。このことにより−aボルト(第2図参照)
による積分が引続いて行われる。 積分器(図示せず)の出力電圧が所定レベル
まで降下したとき(T3秒後)、積分を停止す
る。 そしてT3/Tcを計算することによりd/aを
求めることができる。 よつてX=d/aであるから、被測定素子がコン
デンサの場合 ωc=d/a,ω=2πf で与えられる。 以上詳述した如く、本発明によればリアクタン
スのみを測定する場合には動作ステツプ数が1/3
に減少するため、実際の測定時間は従来(3ステ
ツプ)に比べて1/2以下にすることができる。ま
た損失係数Dを併せて測定する場合にも第〔〕
ステツプ(第4図参照)を省略することができる
ため、測定を高速化することが可能である。 最後に、本出願人の試作によるインピーダンス
測定装置を用いて静電容量Cを測定するのに要し
た時間を実験データとして付記しておく。 【表】
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for measuring impedance at high speed. More specifically, the present invention relates to an apparatus for rapidly measuring the unknown impedance of an element to be measured by comparing the phase of a current flowing through the element to be measured and the phase of a voltage applied to the element. In order to measure the magnitude and phase angle of unknown impedance, it has been conventional practice to apply a known reference signal to a device under test, and then detect a phase change in the reference signal using a phase detector. However, various methods are known for accurately measuring the above phase change. One method is the patent application No. 55-30740 "Impedance meter" by the present applicant.
The described method attempts to digitally obtain the amount of phase change. However, since error correction is performed digitally, a plurality of operation steps are required, and the measurement time cannot be shortened. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an impedance measuring device that reduces the number of operational steps required when digitally measuring impedance, thereby enabling high-speed measurement. Hereinafter, the present invention will be explained in detail using the drawings. First, the conventional technology of the impedance measuring device, which is the basis of the present invention, will be explained using FIGS. 1 to 4, and then the improvements of the present invention will be explained using FIG. 5. FIG. 1 is a block diagram showing an example of an impedance measuring device according to the prior art, and FIG. 2 is a vector diagram for explaining the operation of FIG. 1. In FIG. 1, the output end of a reference oscillator (output voltage E 1 , oscillation frequency 8f) 6 is connected to a first input end 8 and one end of the device under test 2 via a 1/8 frequency divider 4 . The other end of the device under test 2 is an operational amplifier 10.
connected to the inverting input terminal of The inverting input terminal is connected to the output terminal of the operational amplifier 10 via a resistor 12. Therefore, the operational amplifier 10 and the resistor 12
acts as an IV converter that converts the current flowing through the device under test 2 into voltage. The output terminal of the operational amplifier 10 is connected to the second input terminal 14 (output voltage E 2 ). The first switch SW1 is connected to the first input terminal 8 or the second input terminal 8.
By selecting one of the input terminals 14, the phase detector 16
Connect to one input end of the A phase shifter 1 is connected between the other input terminal of the phase detector 16 and the reference oscillator 6.
8 is connected. Here, the phase shifter 18 is a circuit that divides the input signal 8f into 1/8, shifts its phase (0, π/2, π, 3π/2), shapes it into a square wave, and sends it out. It can be constructed using conventional technology (for example, an 8-bit circular shift register). An integrating voltmeter 20 is connected to the output end of the phase detector 16 and measures its output voltage. The voltage type 20 includes a filter 30 for smoothing the output signal of the phase detector 16, a second switch SW2 for adjusting the integration time, an integrator 40 consisting of an operational amplifier 36 and an integrating capacitor 38 ; A zero output detector and counter 50 connected to the output end are included. Note that in order to obtain the impedance of the element to be measured 2, it is necessary to perform certain calculations on the measured value of the voltmeter 20, and these are performed by a microprocessor (not shown). In FIG. 2, the vector E 1 is the first input terminal 8
The voltage E 1 applied to the vector E 2 represents the voltage E 2 applied to the second input terminal 14 . Here, the vector E 2 corresponds to the magnitude and phase of the current flowing through the device under test 2. Furthermore, when the phase shift amount of the phase shifter 18 is set to zero, an equivalent phase difference of θ 1 occurs between the voltage E 1 applied to the phase detector 16 and the output voltage of the phase shifter 18. shall be. That is, this phase difference θ 1 can be considered to be caused by the signal path including the phase shifter 18, assuming that the operation of the phase detector 16 is ideal. Therefore, the illustrated reference vector X is drawn so as to have a phase difference θ 1 with the vector E 1 . Vector E Y has a phase difference of 90° with respect to vector E 1 . Assuming that the element to be measured 2 is a capacitor, the vector E 2 represents the current flowing through the capacitor. When the loss of the capacitor under test is zero (in the case of an ideal capacitor), vector E 2 overlaps vector E Y (because a 90° lead current flows). Therefore, the phase difference θ 4 between the vectors E 2 and E Y is the dielectric loss angle δ (tan δ
= tanθ 4 ). The same applies when the device to be measured is a coil, and tan θ 4 represents the loss coefficient D. Here, the loss coefficient D has the following value based on an equivalent circuit representing the device under test (an example of a calculated value is shown). (1) Assuming that the device to be measured consists of a parallel equivalent circuit of a capacitor C p and a resistor R p , D=1/ωC p R p =1/Q ω=2πf. (2) Assuming that the device to be measured consists of a series equivalent circuit of an inductor L s and a resistor R s , D=R s /ωL s =1/Q. FIG. 3 is a voltage waveform diagram illustrating the operations of the phase shifter 18 and phase detector 16 shown in FIG. 1.
The illustrated signal A indicates the voltage E1 , and the signal B indicates the phase shifter output signal when the phase shift amount of the phase shifter 18 is set to zero. As explained in FIG. 2, a phase difference θ 1 occurs between these signals A and B. When the first switch SW1 is turned to the first input end side 8, the phase detector 16 outputs a detection signal C. Applying this to the vector diagram shown in FIG. 2, the phase shifter output signal B corresponds to the reference vector X, and the detection signal C corresponds to the point a (a volt) of the reference vector X. When the phase shift amount of the phase shifter 18 is set to π/2, a phase shifter output signal d is obtained. And a phase detector 16 into which signal A and phase shifter output signal D are introduced.
sends out a detection signal H. Applying this to the vector diagram shown in FIG. 2, the phase shifter output signal D corresponds to the quadrature reference vector Y, and the detection signal E corresponds to point b (b volts) of the quadrature reference vector Y. The vector E 2 shown in FIG. 2 can be considered in the same way. That is, the component c that is in phase with the reference vector X is; The first switch SW1 is turned to the second input end side 14. The amount of phase shift of the phase shifter 18 is set to zero. It is detected by Also, the component d that is in phase with the orthogonal reference vector Y is; The first switch SW1 is moved to the second input end side 14. The amount of phase shift of the phase shifter 18 is assumed to be π/2. It is detected by Next, the principle of impedance measurement will be explained with reference to FIGS. 1 and 2. Now let b/a=α d/c=β d/a=γ. Here, a, b, c, d are reference vectors
or each point of the orthogonal reference vector Y, measured as described above. Then, the loss coefficient D of the device under test is: D=tanδ=tanθ 4 =tan(π/2−θ 3 )=1/tanθ 3 and tanθ 3 =tan(θ 2 −θ 1 )=(tanθ 2 −tanθ 1 )/(1+ tanθ2tanθ1 )=(β−α)/(1+α・β)...(1) Therefore, D=(1+α・β)/(β−α)...(2). Next, the capacitance (or inductance) X of the device to be measured can be expressed as: X=|E 2 |/|E 1 |sinθ 3 (3). here Also Here, tan θ 3 is given by equation (1). Therefore, by substituting equations (4) and (5) into equation (3), X=γ/β・β−α/1+α 2 ...(6). In this way, the impedance of the device to be measured can be determined using equations (2) and (6). These operations are performed by a microprocessor (not shown).
This is done by FIG. 4 is a graph for explaining the operation of the impedance measuring device shown in FIG. 1. In this figure, the vertical axis represents the output voltage of the integrator 40 , and the horizontal axis represents the integration time (seconds). The apparatus is then operated according to a sequence consisting of the steps [ ] [ ] [ ] described below. The operation of each step is as follows. []Step: Turn the first switch SW1 to the first input end side 8. The phase shift amount of the phase shifter 18 is set to π/2. Turn on the second switch SW2 and perform integration for a certain period of time (T c seconds). That is, integration is performed by applying b volts (see FIG. 2). Immediately thereafter, the phase shift amount of the phase shifter 18 is set to π. This results in a subsequent integration with -a volts (see FIG. 2). When the output voltage of the integrator 40 drops to a predetermined level, turn off the second switch SW2 (T 1
seconds later). Then, by calculating T 1 /T c , b/a=
α can be found (∵b/a=T 1 /T c ). [Step] Move the first switch SW1 to the second input end side 14. The phase shift amount of the phase shifter 18 is set to π/2. Turn on the second switch SW2 and perform integration for a certain period of time ( Tc seconds). That is, integration is performed by applying d volts (see FIG. 2). Immediately thereafter, the phase shift amount of the phase shifter 18 is set to π. This results in a subsequent integration by -c volts (see FIG. 2). When the output voltage of the integrator 40 drops to a predetermined level, turn off the second switch SW2 (T 2
seconds later). Then, by calculating T 2 /T c , d/c=
β can be found (∵d/c=T 2 /T c ). [Step] Move the first switch SW1 to the second input end side 14. The phase shift amount of the phase shifter 18 is set to π/2. Turn on the second switch SW2 and perform integration for a certain period of time ( Tc seconds). That is, integration is performed by applying d volts (see FIG. 2). Immediately thereafter, the first switch SW1 is turned to the first input end side 8, and at the same time, the phase shift amount of the phase shifter 18 is set to π. Due to this-
Integration by a volts (see FIG. 2) is subsequently carried out. When the output voltage of the integrator 40 drops to a predetermined level, turn off the second switch SW2 (T 3
seconds later). Then, by calculating T 3 /T c , d/a=
γ can be found (∵d/a=T 3 /T c ). Since α, β, and γ are determined by the above three steps, it becomes possible to calculate the loss coefficient and impedance using the above equations (2) and (6) (using a microprocessor). The above-mentioned step [] is θ 1 (see Figure 2)
This is an unavoidable operation step because θ 1 has a finite value, but if θ 1 =0, this step becomes unnecessary. This is because α=b/a=0. Therefore, by omitting step [], faster impedance measurement becomes possible. Also , equation ( 6 ) can be transformed into = γ. Therefore, by setting θ 1 =0, X=γ=d/a. This means that only the above step [] is required when measuring reactance;
This means that step and step [] can be omitted. If a circuit in which θ 1 =0 is realized in this way, impedance measurement will become faster.
The impedance measuring device according to the present invention substantially achieves θ 1 =0, thereby increasing the speed of measurement. FIG. 5 is a block diagram showing an entire impedance measuring device according to an embodiment of the present invention. In this figure, a 1600 kHz reference oscillator 52 is connected to a first input of an AND gate 54 and to a frequency dividing/shaping circuit 56. Here, since the frequency division ratio is 1600, a 1kHz sine wave is obtained from the frequency division/shaping circuit 56. The output end of the frequency dividing/shaping circuit 56 is connected to the first input end of a phase detector 60 via an element under test 58, an IV converter 57 , and a switch 59. The output of the frequency dividing/shaping circuit 56 is also connected via a limiter 62 and a flip-flop 64.
It is connected to the second input terminal of AND gate 54. Here, the limiter 62 and flip-flop 64 are
A gate opening/closing signal 66 is sent out in synchronization with the sine wave signal obtained from the frequency dividing/shaping circuit 56. Note that when the switch 59 is turned to the a side, the output end of the waveform/shaping circuit 56 is directly connected to the phase detector 60. The output terminal of AND gate 54 is a frequency divider (÷200)
It is connected to phase shifter 70 via 68. Phase shifter 7
Similarly to the phase shifter 18 shown in FIG. 1, 0 is a circuit that divides the input frequency into 1/8, shifts its phase, shapes it into a square wave, and sends it out (for example, an 8-bit circular shift register). , patent application 1982-114285
). The output terminal of the phase shifter 70 is connected to the second input terminal of the phase detector 60. The output end of the phase detector 60 is connected to a dual slope integrating voltmeter 72. Voltmeter 72 has a similar configuration to voltmeter 20 shown in FIG. In this device, the voltage applied to the device under test 58 is
1kHz sine wave signal has a certain time delay (or advance)
is applied to the phase detector 60. Assuming that the phase shift amount of the phase shifter 70 is set to zero, θ 1 (see FIG. 2) is a maximum of 0.225 degrees, which can be considered to be approximately zero. Because 1kHz
This is because a 1600 kHz reference signal is used to obtain the measurement signal, and the frequency is divided after passing through an AND gate 54 that is opened in synchronization with the signal applied to the device under test. In other words, the 1kHz signal applied to the device under test 58 is the vector E 1 (second
(see figure), and the difference θ 1 from the reference vector X is at most 360 x 1/1600 = 0.225 (degrees), so it can be considered that the vector E 1 and the reference vector X substantially match. Can be done. Therefore, the operation of this device is performed as follows (see step [ ] in FIG. 4). At the same time as turning the switch 59 to the b side, the phase shifter 7
The phase shift amount of 0 is set to π/2, and integration is performed for a certain period of time (T c ). That is, integration is performed by applying d volts (see FIG. 2). Immediately thereafter, the switch 59 is turned to the a side, and at the same time the phase shift amount of the phase shifter 70 is set to π. This results in -a bolt (see Figure 2)
Then the integration is performed. When the output voltage of the integrator (not shown) drops to a predetermined level (after T 3 seconds), the integration is stopped. Then, d/a can be obtained by calculating T 3 /T c . Therefore, since X=d/a, when the element to be measured is a capacitor, it is given by ωc=d/a and ω=2πf. As detailed above, according to the present invention, when measuring only reactance, the number of operation steps can be reduced to 1/3.
Therefore, the actual measurement time can be reduced to less than 1/2 compared to the conventional method (3 steps). In addition, when measuring the loss coefficient D at the same time,
Since the step (see FIG. 4) can be omitted, it is possible to speed up the measurement. Finally, the time required to measure the capacitance C using the impedance measuring device prototyped by the present applicant is appended as experimental data. 【table】

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来技術によるインピーダンス測定装
置の一例を示したブロツク図、第2図は第1図の
動作を説明するためのベクトル図、第3図は第1
図に示した移相器18及び位相検波器16の動作
を説明した電圧波形図、第4図は第1図に示した
インピーダンス測定装置の動作を説明するための
グラフ、第5図は本発明の一実施例によるインピ
ーダンス測定装置全体を示したブロツク図であ
る。 2:被測定素子、16:位相検波器、18:移
相器、20:デユアルスロープ積分型電圧計、5
4:ANDゲート、56:分周/整形回路、6
0:位相検波器、62:リミツタ、64:フリツ
プフロツプ、68:分周器(÷200)、70:移相
器、72:デユアルスロープ積分型電圧計。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of an impedance measuring device according to the prior art, FIG. 2 is a vector diagram for explaining the operation of FIG.
A voltage waveform diagram explaining the operation of the phase shifter 18 and phase detector 16 shown in the figure, FIG. 4 is a graph explaining the operation of the impedance measuring device shown in FIG. 1, and FIG. 5 is a graph of the present invention. 1 is a block diagram showing an entire impedance measuring device according to an embodiment. FIG. 2: Element to be measured, 16: Phase detector, 18: Phase shifter, 20: Dual slope integrating voltmeter, 5
4: AND gate, 56: Frequency division/shaping circuit, 6
0: Phase detector, 62: Limiter, 64: Flip-flop, 68: Frequency divider (÷200), 70: Phase shifter, 72: Dual slope integral type voltmeter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 被測定素子に基準信号を印加して得られる位
相変化量からインピーダンスを測定する装置にお
いて、測定周波数のn倍周波数を有する基準信号
を発生する基準発振器と、前記基準信号を分周し
て得られる測定信号を被測定素子に印加したとき
生じる信号に同期してゲート開放信号を発生する
同期化回路と、前記基準発振器及び前記同期化回
路の出力端に接続されたゲート回路を含み、前記
ゲート回路の出力端を移相器を介して位相検波器
の位相検波制御端子に接続して成ることを特徴と
したインピーダンス測定装置。
1. A device that measures impedance from the amount of phase change obtained by applying a reference signal to an element under test, which includes a reference oscillator that generates a reference signal having a frequency n times the measurement frequency, and a reference signal obtained by dividing the frequency of the reference signal. a synchronization circuit that generates a gate opening signal in synchronization with a signal generated when a measurement signal is applied to the device under test, and a gate circuit connected to the output terminals of the reference oscillator and the synchronization circuit; An impedance measuring device characterized in that an output end of a circuit is connected to a phase detection control terminal of a phase detector via a phase shifter.
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