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公開番号2024155215
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-31
出願番号2023069707
出願日2023-04-21
発明の名称インピーダンス測定装置およびインピーダンス測定方法
出願人日置電機株式会社
代理人個人
主分類G01R 27/02 20060101AFI20241024BHJP(測定;試験)
要約【課題】四端子測定の際における測定対象に対する各ソース端子および各センス端子の接続状態を示す経路インピーダンスを個別かつ正確に算出する。
【解決手段】ソース端子Hcと、測定対象DUTと、ソース端子Lcとを含む第1の電流経路IR1に検出用電流Itaを供給すると共に、センス端子Hpと、測定対象DUTと、センス端子Lpとを含む第2の電流経路IR2に検出用電流Itbを供給し、検出用電流Ita,Itbの供給時において、ソース端子Hcとセンス端子Hpとの間に生じる電圧、およびソース端子Lcとセンス端子Lpとの間に生じる電圧を検出電圧として検出し、検出した各検出電圧に基づいて、各ソース端子Hc,Lcおよび各センス端子Hp,Lpと測定対象DUTの一端および他端との間の各経路の各経路インピーダンスを算出する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
Ｈｉ側のソース端子およびＨｉ側のセンス端子に一端が接続されると共にＬｏ側のソース端子およびＬｏ側のセンス端子に他端が接続される測定対象に当該各ソース端子を介して交流測定用電流を供給する測定用信号源と、
前記Ｈｉ側のソース端子と前記測定対象の前記一端との間の経路の経路インピーダンス、Ｌｏ側のソース端子と前記測定対象の前記他端との間の経路の経路インピーダンス、前記Ｈｉ側のセンス端子と前記測定対象の前記一端との間の経路の経路インピーダンス、およびＬｏ側のセンス端子と前記測定対象の前記他端との間の経路の経路インピーダンスを検出するための検出用電流を供給する検出用信号源と、
前記交流測定用電流の供給によって前記測定対象の前記一端および当該測定対象の前記他端間に生じる交流電圧を前記各センス端子を介して検出すると共に前記検出用電流の供給によって前記各経路に生じる各電圧を検出電圧として検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記交流電圧の電圧値と前記交流測定用電流の電流値とに基づいて前記測定対象のインピーダンスを算出すると共に前記検出部によって検出された前記各検出電圧に基づいて前記各経路インピーダンスを算出する処理部とを備えているインピーダンス測定装置であって、
前記検出用信号源は、前記Ｈｉ側のソース端子と、前記測定対象と、前記Ｌｏ側のソース端子および前記Ｌｏ側のセンス端子のうちのいずれか一方の端子とを含む第１の電流経路に前記検出用電流としての第１の検出用電流を供給すると共に、前記Ｈｉ側のセンス端子と、前記測定対象と、前記Ｌｏ側のソース端子および前記Ｌｏ側のセンス端子のうちの他方の端子とを含む第２の電流経路に前記検出用電流としての第２の検出用電流を供給可能に構成され、
前記検出部は、前記第１の検出用電流および前記第２の検出用電流の供給時において、前記Ｈｉ側のソース端子と前記Ｈｉ側のセンス端子との間に生じる電圧、および前記Ｌｏ側のソース端子と前記Ｌｏ側のセンス端子との間に生じる電圧を前記検出電圧として検出し、
前記処理部は、前記検出部によって検出された前記各検出電圧に基づいて前記各経路インピーダンスを算出するインピーダンス測定装置。
続きを表示（約 4,800 文字）【請求項２】
Ｈｉ側のソース端子およびＨｉ側のセンス端子に一端が接続されると共にＬｏ側のソース端子およびＬｏ側のセンス端子に他端が接続される測定対象に当該各ソース端子を介して交流測定用電流を供給する測定用信号源と、
前記Ｈｉ側のソース端子と前記測定対象の前記一端との間の経路の経路インピーダンス、Ｌｏ側のソース端子と前記測定対象の前記他端との間の経路の経路インピーダンス、前記Ｈｉ側のセンス端子と前記測定対象の前記一端との間の経路の経路インピーダンス、およびＬｏ側のセンス端子と前記測定対象の前記他端との間の経路の経路インピーダンスを検出するための検出用電流を供給する検出用信号源と、
前記交流測定用電流の供給によって前記測定対象の前記一端および当該測定対象の前記他端間に生じる交流電圧を前記各センス端子を介して検出すると共に前記検出用電流の供給によって前記各経路に生じる各電圧を検出電圧として検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記交流電圧の電圧値と前記交流測定用電流の電流値とに基づいて前記測定対象のインピーダンスを算出すると共に前記検出部によって検出された前記各検出電圧に基づいて前記各経路インピーダンスを算出する処理部とを備えているインピーダンス測定装置であって、
前記検出用信号源は、前記Ｈｉ側のソース端子および前記Ｈｉ側のセンス端子を含み、前記測定対象を含まない第１の電流経路に前記検出用電流としての第１の検出用電流を供給すると共に、前記Ｌｏ側のソース端子および前記Ｌｏ側のセンス端子を含み、前記測定対象を含まない第２の電流経路に前記検出用電流としての第２の検出用電流を供給可能に構成され、
前記検出部は、前記第１の検出用電流および前記第２の検出用電流の供給時において、前記Ｈｉ側のソース端子と前記Ｌｏ側のソース端子および前記Ｌｏ側のセンス端子のうちのいずれか一方の端子との間に生じる電圧、並びに前記Ｈｉ側のセンス端子と前記Ｌｏ側のソース端子および前記Ｌｏ側のセンス端子のうちの他方の端子との間に生じる電圧を前記検出電圧として検出し、
前記処理部は、前記検出部によって検出された前記各検出電圧に基づいて前記各経路インピーダンスを算出するインピーダンス測定装置。
【請求項３】
前記検出用信号源は、交流電流の前記第１検出用電流および前記第２検出用電流を供給し、
前記検出部は、前記各端子間に生じる各電圧を前記各検出用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して前記各検出電圧として検出する検波部を備えて構成され、
前記処理部は、前記検波部によって検出された前記各検出電圧に基づいて前記各経路インピーダンスを算出する請求項１記載のインピーダンス測定装置。
【請求項４】
前記検出用信号源は、交流電流の前記第１検出用電流および前記第２検出用電流を供給し、
前記検出部は、前記各端子間に生じる各電圧を前記各検出用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して前記各検出電圧として検出する検波部を備えて構成され、
前記処理部は、前記検波部によって検出された前記各検出電圧に基づいて前記各経路インピーダンスを算出する請求項２記載のインピーダンス測定装置。
【請求項５】
前記検出用信号源は、前記Ｈｉ側のソース端子、前記測定対象および前記Ｌｏ側のソース端子を含む電流経路を前記第１の電流経路として前記第１の検出用電流を供給すると共に、前記Ｈｉ側のセンス端子、前記測定対象および前記Ｌｏ側のセンス端子を含む電流経路を前記第２の電流経路として前記第２の検出用電流を供給可能に構成され、
前記検波部は、前記Ｈｉ側のセンス端子およびＬｏ側のセンス端子間に生じる前記交流電圧を前記交流測定用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して第１の検波信号を生成する第１の同期検波回路と、前記Ｈｉ側のソース端子および前記Ｈｉ側のセンス端子間に生じる電圧を前記第１の検出用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して前記検出電圧としての第２の検波信号を生成する第２の同期検波回路と、前記Ｈｉ側のソース端子および前記Ｈｉ側のセンス端子間に生じる電圧を前記第２の検出用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して前記検出電圧としての第３の検波信号を生成する第３の同期検波回路と、前記Ｌｏ側のソース端子および前記Ｌｏ側のセンス端子間に生じる電圧を前記第１の検出用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して前記検出電圧としての第４の検波信号を生成する第４の同期検波回路と、前記Ｌｏ側のソース端子および前記Ｌｏ側のセンス端子間に生じる電圧を前記第２の検出用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して前記検出電圧としての第５の検波信号を生成する第５の同期検波回路とを備えて構成され、
前記処理部は、前記第１の検波信号の電圧値を前記検出部によって検出された交流電圧の電圧値として用いて前記測定対象のインピーダンスを算出すると共に前記第２の検波信号、前記第３の検波信号、前記第４の検波信号および前記第５の検波信号に基づいて前記各経路インピーダンスを算出する請求項３記載のインピーダンス測定装置。
【請求項６】
前記検出用信号源は、前記Ｈｉ側のソース端子、前記測定対象および前記Ｌｏ側のセンス端子を含む電流経路を前記第１の電流経路として前記第１の検出用電流を供給すると共に、前記Ｈｉ側のセンス端子、前記測定対象および前記Ｌｏ側のソース端子を含む電流経路を前記第２の電流経路として前記第２の検出用電流を供給可能に構成され、
前記検波部は、前記Ｈｉ側のセンス端子およびＬｏ側のセンス端子間に生じる前記交流電圧を前記交流測定用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して第１の検波信号を生成する第１の同期検波回路と、前記Ｈｉ側のソース端子および前記Ｈｉ側のセンス端子間に生じる電圧を前記第１の検出用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して前記検出電圧としての第２の検波信号を生成する第２の同期検波回路と、前記Ｈｉ側のソース端子および前記Ｈｉ側のセンス端子間に生じる電圧を前記第２の検出用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して前記検出電圧としての第３の検波信号を生成する第３の同期検波回路と、前記Ｌｏ側のソース端子および前記Ｌｏ側のセンス端子間に生じる電圧を前記第２の検出用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して前記検出電圧としての第４の検波信号を生成する第４の同期検波回路と、前記Ｌｏ側のソース端子および前記Ｌｏ側のセンス端子間に生じる電圧を前記第１の検出用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して前記検出電圧としての第５の検波信号を生成する第５の同期検波回路とを備えて構成され、
前記処理部は、前記第１の検波信号の電圧値を前記検出部によって検出された交流電圧の電圧値として用いて前記測定対象のインピーダンスを算出すると共に前記第２の検波信号、前記第３の検波信号、前記第４の検波信号および前記第５の検波信号に基づいて前記各経路インピーダンスを算出する請求項３記載のインピーダンス測定装置。
【請求項７】
前記検出部は、前記第１の検出用電流および前記第２の検出用電流の供給時において、前記Ｈｉ側のソース端子と前記Ｌｏ側のソース端子との間に生じる電圧、および前記Ｈｉ側のセンス端子と前記Ｌｏ側のセンス端子との間に生じる電圧を前記検出電圧として検出し、
前記検波部は、前記Ｈｉ側のセンス端子およびＬｏ側のセンス端子間に生じる前記交流電圧を前記交流測定用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して第１の検波信号を生成する第１の同期検波回路と、前記Ｈｉ側のソース端子および前記Ｌｏ側のソース端子間に生じる電圧を前記第１の検出用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して前記検出電圧としての第２の検波信号を生成する第２の同期検波回路と、前記Ｈｉ側のセンス端子および前記Ｌｏ側のセンス端子間に生じる電圧を前記第１の検出用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して前記検出電圧としての第３の検波信号を生成する第３の同期検波回路と、前記Ｈｉ側のソース端子および前記Ｌｏ側のソース端子間に生じる電圧を前記第２の検出用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して前記検出電圧としての第４の検波信号を生成する第４の同期検波回路と、前記Ｈｉ側のセンス端子および前記Ｌｏ側のセンス端子間に生じる電圧を前記第２の検出用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して前記検出電圧としての第５の検波信号を生成する第５の同期検波回路とを備えて構成され、
前記処理部は、前記第１の検波信号の電圧値を前記検出部によって検出された交流電圧の電圧値として用いて前記測定対象のインピーダンスを算出すると共に前記第２の検波信号、前記第３の検波信号、前記第４の検波信号および前記第５の検波信号に基づいて前記各経路インピーダンスを算出する請求項４記載のインピーダンス測定装置。
【請求項８】
前記検出部は、前記第１の検出用電流および前記第２の検出用電流の供給時において、前記Ｈｉ側のソース端子と前記Ｌｏ側のセンス端子との間に生じる電圧、および前記Ｈｉ側のセンス端子と前記Ｌｏ側のソース端子との間に生じる電圧を前記検出電圧として検出し、
前記検波部は、前記Ｈｉ側のセンス端子およびＬｏ側のセンス端子間に生じる前記交流電圧を前記交流測定用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して第１の検波信号を生成する第１の同期検波回路と、前記Ｈｉ側のソース端子および前記Ｌｏ側のセンス端子間に生じる電圧を前記第１の検出用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して前記検出電圧としての第２の検波信号を生成する第２の同期検波回路と、前記Ｈｉ側のセンス端子および前記Ｌｏ側のソース端子間に生じる電圧を前記第１の検出用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して前記検出電圧としての第３の検波信号を生成する第３の同期検波回路と、前記Ｈｉ側のセンス端子および前記Ｌｏ側のソース端子間に生じる電圧を前記第２の検出用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して前記検出電圧としての第４の検波信号を生成する第４の同期検波回路と、前記Ｈｉ側のソース端子および前記Ｌｏ側のセンス端子間に生じる電圧を前記第２の検出用電流の周波数と同じ周波数の同期信号で同期検波して前記検出電圧としての第５の検波信号を生成する第５の同期検波回路とを備えて構成され、
前記処理部は、前記第１の検波信号の電圧値を前記検出部によって検出された交流電圧の電圧値として用いて前記測定対象のインピーダンスを算出すると共に前記第２の検波信号、前記第３の検波信号、前記第４の検波信号および前記第５の検波信号に基づいて前記各経路インピーダンスを算出する請求項４記載のインピーダンス測定装置。
【請求項９】
前記測定用信号源は、前記検出用信号源としても作動して、前記第１の検出用電流を供給する請求項５記載のインピーダンス測定装置。
【請求項１０】
前記第１の検出用電流の周波数および前記第２の検出用電流の周波数は、互いに異なる値に規定されている請求項３から９のいずれかに記載のインピーダンス測定装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象に接続される一対のソース端子（電流供給端子）と一対のセンス端子（電圧検出端子）とを有する４線式の（インピーダンスを４端子法で測定する）インピーダンス測定装置およびインピーダンス測定方法に関するものである。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、この種のインピーダンス測定装置として下記の特許文献１に開示された４つのインピーダンス測定装置が知られている。このインピーダンス測定装置のうちの１つのインピーダンス測定装置は、測定部と処理部とを備えて構成されて、測定用信号源の電源系における第１グランドと測定部の電源系における第２グランドとが電気的に分離されている。この場合、測定部は、Ｈｉ側のセンス端子と第２グランドに接続されたＬｏ側のセンス端子との間に接続される測定対象に交流検査電流を供給する検査用信号源と、Ｈｉ側のソース端子に接続されて、Ｈｉ側のソース端子からＬｏ側のソース端子を介して第１グランドに至る経路に流れる交流測定電流に基づいてＨｉ側のソース端子に生じる電圧を、第２グランドを基準として検出して第１検出電圧として出力する第１検出部と、Ｌｏ側のソース端子に接続されて、交流測定電流に基づいてＬｏ側のソース端子に生じる電圧を、第２グランドを基準として検出して第２検出電圧として出力する第２検出部と、Ｌｏ側のソース端子に接続されて、交流検査電流に基づいてＬｏ側のソース端子に生じる電圧を、第２グランドを基準として検出して第３検出電圧として出力する第３検出部と、Ｈｉ側のセンス端子に接続されて、交流測定電流に基づいてＨｉ側のセンス端子に生じる電圧を、第２グランドを基準として検出して第４検出電圧として出力する第４検出部と、Ｈｉ側のセンス端子に接続されて、交流検査電流に基づいてＨｉ側のセンス端子に生じる電圧を、第２グランドを基準として検出して第５検出電圧として出力する第５検出部とを備えて構成されている。また、処理部は、第１検出電圧、第２検出電圧、第３検出電圧、第４検出電圧、第５検出電圧、交流測定電流および交流検査電流に基づいて、Ｈｉ側のソース端子と測定対象との間の接触抵抗ＲHCの抵抗値、Ｌｏ側のソース端子と測定対象との間の接触抵抗ＲLCの抵抗値、Ｈｉ側のセンス端子と測定対象との間の接触抵抗ＲHPの抵抗値、およびＬｏ側のセンス端子と測定対象との間の接触抵抗ＲLPの抵抗値を算出している。
【０００３】
この場合、ソース端子Ｈｃに生じる電圧についての第１検出電圧の電圧値は、測定対象の内部抵抗Ｒｘと接触抵抗ＲHCの直列合成抵抗（Ｒｘ＋ＲHC）の抵抗値に比例する値となっている。また、ソース端子Ｌｃに生じる電圧についての第２検出電圧の電圧値は、接触抵抗ＲLCの抵抗値に比例する値となっている。また、ソース端子Ｌｃに生じる電圧についての第３検出電圧の電圧値は、接触抵抗ＲLPの抵抗値に比例する値となっている。また、センス端子Ｈｐに生じる電圧についての第４検出電圧の電圧値は、内部抵抗Ｒｘの抵抗値に比例する値となっている。また、センス端子Ｈｐに生じる電圧についての第５検出電圧の電圧値は、接触抵抗ＲHPと内部抵抗Ｒｘと接触抵抗ＲLPの直列合成抵抗（ＲHP＋Ｒｘ＋ＲLP）の抵抗値に比例する値となっている。
【０００４】
したがって、処理部は、第１検出電圧の電圧値を交流測定電流の既知の電流値で除算して直列合成抵抗（Ｒｘ＋ＲHC）の抵抗値を算出し、第２検出電圧の電圧値を交流測定電流の既知の電流値で除算して接触抵抗ＲLCの抵抗値を算出し、第３検出電圧の電圧値を交流検査電流の既知の電流値で除算して接触抵抗ＲLPの抵抗値を算出し、第４検出電圧の電圧値を交流測定電流の既知の電流値で除算して内部抵抗Ｒｘの抵抗値を算出し、第５検出電圧の電圧値を交流検査電流の既知の電流値で除算して直列合成抵抗（ＲHP＋Ｒｘ＋ＲLP）の抵抗値を算出する。
【０００５】
次いで、処理部は、算出した直列合成抵抗（Ｒｘ＋ＲHC）の抵抗値から算出した内部抵抗Ｒｘの抵抗値を減算することで、接触抵抗ＲHCの抵抗値を算出する。また、処理部は、算出した直列合成抵抗（ＲHP＋Ｒｘ＋ＲLP）の抵抗値から算出した内部抵抗Ｒｘの抵抗値および接触抵抗ＲLPの抵抗値を減算することで、接触抵抗ＲHPの抵抗値を算出する。これにより、４つの経路インピーダンスとしての接触抵抗ＲHC，ＲLC，ＲHP，ＲLPの各抵抗値がすべて算出される。
【０００６】
このように、このインピーダンス測定装置では、各接触抵抗の抵抗値を求めるための検査用信号源および検出部を備えたことにより、Ｈｉ側とＬｏ側の信号供給用の各ソース端子、およびＨｉ側とＬｏ側の信号検出用の各センス端子と測定対象における対応する電極との間の接触抵抗（ＲHC，ＲLC，ＲHP，ＲLP）の各抵抗値を個別に測定することが可能となっている。
【０００７】
また、他の３つのインピーダンス測定装置でも、上記のインピーダンス測定装置と同様にして、５つの検出部を備えて、処理部が、その５つの検出部によって検出された第１検出電圧、第２検出電圧、第３検出電圧、第４検出電圧、第５検出電圧、交流測定電流および交流検査電流に基づいて、Ｈｉ側のソース端子、Ｌｏ側のソース端子、Ｈｉ側のセンス端子およびＬｏ側のセンス端子のそれぞれと測定対象との間の各接触抵抗の抵抗値を算出することにより、Ｈｉ側とＬｏ側の信号供給用の各ソース端子、およびＨｉ側とＬｏ側の信号検出用の各センス端子と測定対象における対応する電極との間の接触抵抗（ＲHC，ＲLC，ＲHP，ＲLP）の各抵抗値を個別に測定することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特許第７１５４９５８号公報（第８－２８頁、第１～４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、上記のインピーダンス測定装置では、各検出電圧から最終的に接触抵抗（ＲHC，ＲLC，ＲHP，ＲLP）の各抵抗値を算出する際に、各検出電圧に基づいて検出対象の４つの接触抵抗ＲHC，ＲLC，ＲHP，ＲLPの各抵抗値を直接的に算出することはできず、少なくとも１つの接触抵抗の抵抗値を算出する際には、必ず減算処理が必要となっている。つまり、これらのインピーダンス測定装置では、その少なくとも１つの接触抵抗の抵抗値を算出する際に、測定対象の内部抵抗Ｒｘの抵抗値や算出対象以外の接触抵抗の抵抗値を先に算出して、その算出結果を利用して減算処理することにより、算出対象の接触抵抗の抵抗値を算出している。具体的には、例えば、接触抵抗ＲHPを検出対象としてその抵抗値を算出する際には、先に算出した直列合成抵抗（ＲHP＋Ｒｘ＋ＲLP）の抵抗値から、他の演算によって先に算出した内部抵抗Ｒｘの抵抗値および他の接触抵抗ＲLPの抵抗値を減算処理することにより、接触抵抗ＲHPの抵抗値を算出している。したがって、これらのインピーダンス測定装置では、各接触抵抗の抵抗値を算出するにあたり、減算処理が必ず必要となるため、他の演算結果における演算誤差が加算されて累積されている。このため、これらのインピーダンス測定装置には、各接触抵抗についての抵抗値算出の誤差が大きくなる結果、この点の改善が求められている。
【００１０】
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、四端子測定の際における測定対象に対するＨｉ側のソース端子、Ｈｉ側のセンス端子、Ｌｏ側のソース端子およびＬｏ側のセンス端子のそれぞれの接続状態を示す経路インピーダンス（抵抗値）を個別かつ正確に測定（算出）し得るインピーダンス測定装置およびインピーダンス測定方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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