阻抗测量系统和阻抗测量方法与流程

本发明涉及阻抗测量系统和阻抗测量方法。

背景技术：

作为对构成电路的元件所具有的内部阻抗进行测量的方法，存在对作为测量对象的试样赋予交流信号而测量其电气响应的交流阻抗测量法。利用该方法，能够查验试样所具有的电阻分量、电容分量、电感分量的大小。另外，能够求出上述分量在试样内构成了何种等效电路、或者该等效电路的参数。

作为如上的阻抗测量法，存在下述方法：即，从恒流源对试样供给呈正弦波的测量用交流电，利用与供给的测量用交流电同步的相同频率的基准信号(或者也称为“参考信号”)，对试样中出现的电压信号进行同步检波，由此使试样中出现的噪声分量的影响减小这一使用了同步检波的阻抗测量方法。

关于利用同步检波的阻抗测量，存在以下的现有技术文献。

以下，参照附图对利用同步检波的阻抗测量进行说明。

图6是表示利用同步检波的阻抗测量仪的构成的图。

对图6的阻抗测量仪中的阻抗测量动作进行说明。

从恒流源对试样13外加i＝isin(ω1t)的正弦波作为测量用交流电。在试样13的两端产生与电池的内阻rx对应的电压，该电压通过放大器15放大后以v1＝irx的形式输出。另外，从放大器16输出与电流检测用电阻rs对应的v2＝irs，并利用同步检波器20进行同步检波。在此，v1、v2为：

v1＝vsin(ω1t)＝irxsin(ω1t)

v2＝irs＝irssin(ω1t)＝ksin(ω1t)。

其中，k为常数(i和rs为定值)。

同步检波输出为：

v1×v2＝kirxsin(ω1t)sin(ω1t)

＝1/2·kirx[cos(0)－cos(2ω1t)]。

当利用低通滤波器截断交流分量时，模数转换器23的输入变为：

vad＝1/2·kirxcos(0)＝1/2·kirx，

由此，试样的电阻值rx通过下式

rx＝2/k·(vad/i)

而能够求出。

如此，由于通过利用与测量用交流电同相的基准信号对试样两端的电压检测信号进行同步检波，并利用低通滤波器除去交流分量(cos(2ω1t))，从而仅提取直流分量，因此能够求出电池等包含纯电阻以外分量的测量对象的试样的有效阻抗。另外，由于同步检波中出现的交流分量通过低通滤波器被除去，因此，能够除去作为交流的噪声的影响，从而能够提取被噪声埋没的微小信号。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本公报、特开2017-058176号

在使用多个上述阻抗测量仪并以例如电池等的交流阻抗作为测量对象进行测量时，存在下述情况：即，由于阻抗测量仪供给的测量用交流电所产生的磁通相互干扰而产生的感应电压导致产生测量误差，进而由于阻抗测量仪邻近的金属中产生的涡流所引起的感应电压而导致产生测量误差。

对于该由感应电压导致产生测量误差的现象进行说明。

以阻抗测量仪的附近存在有金属的情况作为模型进行说明。当在生产线上欲测量作为测量对象的试样的电池的阻抗时，在测量对象的附近存在收容电池的支架或电池的筐体等金属。在该金属中，由于阻抗测量仪产生的测量用交流电引起的电磁感应而产生涡流。

图7中图示了在阻抗测量仪的附近存在有金属板(与电缆的环形天线平行)时的影响。

当从阻抗测量仪的恒流源对测量对象的试样(电阻)外加测量用交流电i＝isin(ωt)的测量用交流电时，在测头的电缆中产生φ∝isin(ωt)的磁通。通过该磁通，如图7中的(a)所示产生以下的vm的感应电压。

[公式1]

另一方面，如图7中的(b)所示，在存在于阻抗测量仪的附近的金属板4中由于该电缆上产生的磁通而产生以下式表示的涡流。

[公式2]

由于该涡流的存在，产生欲消除涡流的磁通，通过该磁通在阻抗测量仪的测头的电缆上产生感应电压vu。

[公式3]

与从试样检测出的测量信号存在90度相位差的感应电压能够通过上述的同步检波消除，但是，由于阻抗测量仪附近的金属板4所产生的涡流而产生的感应电压vu，其相位旋转且并不与测量用交流电的相位垂直，因此难以通过同步检波消除，成为因相移引起的噪声，从而产生测量误差。

上述在阻抗测量仪附近存在金属的情况下所产生的感应电压的例子，以与阻抗测量仪的电缆平行地存在有金属板的情况为例进行了研究，但对阻抗测量仪产生影响的感应电压vu的相位、振幅会根据金属的位置、方向等而发生变化。

但是，由于在单独的阻抗测量仪附近存在金属的情况下产生的感应电压所导致的恒流源和电压检测部12的相移小，因此测量误差小，能够通过使用了零阻抗测量夹具的调零功能校正该测量误差。

另一方面，在存在多个阻抗测量仪时，变得更加复杂。由一个阻抗测量仪产生磁通，由于该磁通，在其他的阻抗测量仪的电缆中产生感应电压而彼此相互影响。另外，在附近存在有金属的情况下，通过一个阻抗测量仪的电磁感应在附近的金属中产生涡流，为了消除该涡流而产生的磁通也使得在其他的阻抗测量仪中产生感应电压，另外，由于其他的阻抗测量仪所产生的涡流，在另一个阻抗测量仪中产生感应电压，如此，彼此间通过产生的磁通而相互给予影响。多个阻抗测量仪产生的磁通相互干扰而产生的感应电压与各自的测量用交流电相位不一致，因此成为大的噪声，从而产生大的测量误差。

如此，在存在多个阻抗测量仪彼此间相互影响而产生的感应电压所导致的噪声上、进而再加上附近的金属的涡流所导致的噪声的情况下，消除这些噪声是困难的。多个阻抗测量仪同时测量时的测量用交流电的相位自然彼此存在偏差，另外，由此产生的感应电压的相位不同，因此，其他阻抗测量仪所产生的感应电压和测量信号的相位的偏差并无法唯一地确定。另外，无论在多个阻抗测量仪同时进行测量时，还是一个阻抗测量仪工作而其他的阻抗测量仪不工作时，所产生的感应电压的相位均不同，因此，多个阻抗测量仪间所产生的感应电压和测量信号的相位的偏差并无法唯一地确定。进而，由于多个阻抗测量仪的相互间的位置关系不同也使得产生的磁通的方向发生变化，因此消除由于多个阻抗测量仪相互影响而产生的感应电压所导致的噪声是困难的，从而消除这些噪声所导致的测量误差是困难的。

技术实现要素：

期望减小上述由于多个阻抗测量仪彼此相互影响而产生的测量误差。另外，由于在使用多个阻抗测量仪进行测量、进而附近存在金属时，彼此由于磁通而产生感应电压，从而成为噪声并产生测量误差，因此期望减小这样的测量误差。

本发明的目的在于提供一种能够减小如上的由于多个测量仪和附近的金属而产生的感应电压所导致的测量误差从而能够进行稳定的测量的阻抗测量系统和阻抗测量方法。

本发明的第一方面是一种阻抗测量系统，其具备多个对测量对象的试样供给规定频率的测量用交流电的阻抗测量仪，该阻抗测量系统的特征在于，多个阻抗测量仪的测量用交流电的相位呈同步。

该阻抗测量系统具备相位同步信号发生部，并能够将相位同步信号发生部输出的相位同步信号供给至各阻抗测量仪的测量用交流源。

本发明的另一方面是一种阻抗测量系统，其具备多个对测量对象的试样分别供给规定频率的测量用交流电的阻抗测量仪，该阻抗测量系统的特征在于，相邻的阻抗测量仪所供给的测量用交流电的相位为反相位。

另外，阻抗测量仪能够具备：供给测量用交流电的测量用交流源、生成与测量用交流电同步的基准信号的基准信号生成部、以基准信号对试样中出现的检测信号进行同步检波的同步检波部、以及使同步检波后的信号通过的低通滤波器。

本发明的另一方面是一种阻抗测量方法，其从多个阻抗测量仪对各测量对象的试样供给规定频率的测量用交流电，并以与测量用交流电同步的基准信号对试样中出现的检测信号进行同步检波，提取同步检波后的信号的直流分量并测量试样的交流阻抗，该阻抗测量方法的特征在于，使多个阻抗测量仪所产生的测量用交流电相位同步。

本发明的另一方面是一种阻抗测量方法，其从多个阻抗测量仪对各测量对象的试样供给规定频率的测量用交流电，并以与测量用交流电同步的基准信号对试样中出现的检测信号进行同步检波，提取同步检波后的信号的直流分量并测量试样的交流阻抗，该阻抗测量方法的特征在于，使相邻的阻抗测量仪所产生的测量用交流电的相位呈反相位。

(发明效果)

由于能够抑制或减少多个测量仪彼此相互影响而产生的噪声的发生，因此能够减小阻抗测量的误差，从而能够进行更加正确的测量。另外，能够进行稳定的测量，从而能够实现测量对象的生产工序的效率化。

附图说明

图1是表示在本发明第一实施方式中使多个阻抗测量仪产生的测量用交流电的相位同步的构成的图。

图2是表示在第一实施方式中使用了多个同步检波阻抗测量仪的阻抗测量系统的例子的图。

图3是表示多个阻抗测量仪所产生的感应磁通形成为同相位的图。

图4是表示在本发明第二实施方式中使相邻的阻抗测量仪的测量用交流电的相位形成为反相位的构成的图。

图5是表示使多个阻抗测量仪所产生的感应磁通呈反向从而消除的图。

图6是表示利用同步检波方式的阻抗测量仪的构成的图。

图7是对由于阻抗测量仪附近的金属的涡流所产生的感应磁通而产生的感应电压进行说明的图。

(符号说明)

1-1～1-n…阻抗测量仪

2…相位同步信号发生器

3-1、3-2…测量对象的试样

4…金属板

11-1～11-n…恒流源

12…电压检测部

13、13-1～13～n…试样(dut)

14、14-1～14-n…电流检测用电阻(rs)

15、15-1～15-n、16、16-1～16-n…放大器

17、17-1～17-n…带通滤波器(bpf)

20、20-1～20-n、21、21-1～21-n…同步检波器

22、22-1～22-n…低通滤波器(lpf)

23、23-1～23-n…模数转换器

24、24-1～24-n…处理部

25、25-1～25-n…输出部

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明第一实施方式的阻抗测量系统的构成的图，并且，示出了使多个阻抗测量仪产生的测量用交流电同步并以同相位供给至测量对象的试样从而进行阻抗测量的构成。

多个阻抗测量仪1-1、1-2……分别从恒流源11-1、11-2……对测量对象的试样3-1、3-2……供给规定频率的测量用交流电，并利用电压检测部12-1、12-2……检测电压，从而对测量对象的试样的阻抗进行测量。该阻抗测量系统构成为具备多个阻抗测量仪1-1、1-2……，阻抗测量仪1-1、1-2……呈通信连接，并以将测量用交流电以同相位供给至测量对象的试样这一方式进行控制。

利用图2对使用同步检波方式的阻抗测量仪构成了图1所示的阻抗测量系统的例子进行说明。

该阻抗测量系统具备多个阻抗测量仪1-1、1-2……1-n、以及这些阻抗测量仪1-1、1-2……1-n共用的相位同步信号发生器2，并且，各阻抗测量仪1-1、1-2……1-n构成为：利用从相位同步信号发生器2赋予的相位同步信号以使各自的恒流源所产生的测量用交流电的相位同步的方式进行控制，从而测量各个测量对象的试样13-1、13-2……13-n的阻抗。

各个阻抗测量仪具备：产生规定频率的测量用交流电i的恒流源、电流检测用电阻(rs)14、放大器15、16、允许测量频率通过的带通滤波器(bpf)17、同步检波器20、低通滤波器(lpf)22、模数转换器(adc)23、处理部24、以及输出部25。

对该阻抗测量仪的动作进行说明。

测量用交流电i从恒流源被供给至试样13(dut：deviceundertest的简称、“被测器件”)。另外，在此，试样13是具有内阻rx的电池。电阻(rs)14是用于检测测量用交流电i的电流值的电流检测用电阻，以与恒流源、试样13串联的方式被插入。符号15是根据测量用交流电i将试样13中出现的检测信号(电压信号)放大的放大器。同样地，符号16是将利用电流检测用电阻(rs)14而检测出的电压信号放大的放大器。被放大器15放大的电压检测信号v1，通过允许测量频率通过的带通滤波器(bpf)17而被输入至同步检波器20。另外，与测量用交流电i同步的基准信号v2被放大器16放大并被输入同步检波器20。同步检波器20利用基准信号v2对电压检测信号v1进行同步检波，其检波输出被输入用于除去交流分量的低通滤波器(lpf)22中将交流分量除去，然后被输入模数转换器(adc)23中。模数转换器23将同步检波输出转换为数字信号。转换后的数字信号被输入具备运算单元的处理部24中，计算试样13的交流阻抗值、等效电路的参数等，并将这些值显示于输出部25的显示部等中、或者打印输出。另外，通过处理部24而记录在存储装置中。

另外，图1所示的电压检测部12相当于放大器15之后的检测试样的电压并输出交流阻抗值的构成。

利用图3对通过使该多个阻抗测量仪1-1、1-2的测量用交流电的相位同步而产生的效果进行说明。

由于阻抗测量仪10-1、10-2的恒流源11-1、11-2输出的测量用交流电的相位被同步，因此金属板4中产生的涡流及磁通的相位是一致的。因此，由涡流产生的感应电压可能变为两倍的大小，但其影响对于阻抗测量仪10-1、10-2而言是成为固定的偏差。由于是固定的偏差，因此能够通过进行零位调整(也称作“调零(zeroadjust)”)而忽视。零位调整是指：对于测量对象的试样，将使用零位调整用的夹具、例如0ω的试样进行测量时出现的电阻值从之后的测量值中减去，从而进行固定的误差调整。

如上所述，通过使多个阻抗测量仪供给的测量用交流电的相位同步，检测固定的测量值的偏差，并且，通过对该固定的测量值的偏差进行调整，从而即使彼此间存在感应电压所产生的影响，也能够进行更加正确且误差小的阻抗测量。

接下来，利用图4、图5对本发明的第二实施方式进行说明。

在本发明第二实施方式中，如图4所示，相邻的阻抗测量仪输出的测量用交流电的相位呈反相位。

此时，由于从相邻的阻抗测量仪的测头的电缆产生的磁通的方向为相反方向，因此如图5中所示彼此相互消除而与图3的情况不同，感应电压变小，噪声变小。另外，由于在周围的金属中也不产生涡流，因此由于周围金属中产生的涡流的影响而导致的测量误差变小。此时，不存在如第一实施方式那样由于多个阻抗测量仪所产生的磁通的感应电压而导致产生固定的测量值的偏差这一情况，因此，该情况下不需要第一实施方式中所必需的对感应电压导致的误差的零位调整。

对于阻抗测量仪为奇数的情况，只要中央的阻抗测量仪的邻旁的阻抗测量仪的测量用交流电形成为反相位即可，因此，不仅阻抗测量仪为偶数的情况，而且为奇数的情况也具有效果。

为了使测量用交流电的相位呈反相位，可以根据供给至各阻抗测量仪的相位同步信号，使相邻的阻抗测量仪的一者产生的测量用交流电的相位错开半波长，从而分别形成反相位而输出。

在上述实施方式中，作为使阻抗测量仪的测量用交流电的相位同步的构成，在图2中构成为利用相位同步信号发生器2对各个阻抗测量仪供给同步信号，但是也可以形成为：对第一阻抗测量仪1-1设置相位同步信号发生器2而作为主阻抗测量仪，将其他的阻抗测量仪1-2、……作为次阻抗测量仪，并从第一阻抗测量仪1-1传递同步信号。另外，也可以构成为：利用同步信号使成为各阻抗测量仪的测量用交流电的恒流源的振荡器的时钟脉冲同步。或者，也可以构成为：一个主阻抗测量仪输出规定频率的测量用交流电，各阻抗测量仪使各自的测量用交流电的相位同步或错开半波长并供给至测量对象的试样。进而，为了将同步信号传递至阻抗测量仪，不仅可以使用有线，而且也可以使用无线。

上述实施方式，以从恒流源对试样供给交流恒流而测量阻抗的例子进行了说明，但也能够利用电压进行阻抗测量。例如，也可以从电压源对试样供给交流恒压并通过同步检波测量阻抗。在测量对象为电池的情况下，优选利用恒流进行阻抗测量，但是在例如被组入电路而有可能出现噪声的电容器的情况下，也可以利用恒压交流进行阻抗测量。