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公開番号2025099935
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2023216937
出願日2023-12-22
発明の名称アンプ及びロゴスキ型電流センサ
出願人国立大学法人九州工業大学
代理人個人,個人
主分類G01R 15/18 20060101AFI20250626BHJP(測定;試験)
要約【課題】長時定数を有するアンプ及びこのアンプを用いたロゴスキ型電流センサを提供する。
【解決手段】第1のオペアンプ21で構成した積分回路と、積分回路の後段に接続した第2のオペアンプ31で構成した増幅回路とを有するアンプであって、第1のオペアンプ21の出力端子は、第2のオペアンプ31の非反転入力端子に接続し、第1のオペアンプ21には、第1帰還コンデンサ22と、第1帰還抵抗体23を設け、第2のオペアンプ31には、第2帰還コンデンサ32と、第2帰還抵抗体33と、反転入力端子に一方端を接続するとともに他方端を接地した入力抵抗体34を設けたアンプとし、「Rf1・Cf1 = K・Rin2・Cf2」とする。
Cf1:第1帰還コンデンサ22の容量、
Rf1:第1帰還抵抗体23の抵抗値、
Cf2:第2帰還コンデンサ32の容量、
Rin2:入力抵抗体34の抵抗値。
K:0.9以上で1.1以下の任意の実数。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１のオペアンプで構成した積分回路と、
前記積分回路の後段に接続した第２のオペアンプで構成した増幅回路と
を有するアンプであって、
前記第１のオペアンプの出力端子は、前記第２のオペアンプの非反転入力端子に接続し、
前記第１のオペアンプには、第１帰還コンデンサと、第１帰還抵抗体を設け、
前記第２のオペアンプには、第２帰還コンデンサと、第２帰還抵抗体と、反転入力端子に一方端を接続するとともに他方端を接地した入力抵抗体を設け、
Cf1：第１帰還コンデンサの容量、
Rf1：第１帰還抵抗体の抵抗値、
Cf2：第２帰還コンデンサの容量、
Rin2：入力抵抗体の抵抗値
とし、Ｋを０．９以上で１．１以下の任意の実数として、
Rf1・Cf1 ＝Ｋ・Rin2・Cf2
を満たすアンプ。
続きを表示（約 860 文字）【請求項２】
ロゴスキコイルと、このロゴスキコイルの出力端子に接続したアンプとを有するロゴスキ型電流センサにおいて、
前記アンプは、
第１のオペアンプで構成した積分回路と、
前記積分回路の後段に接続した第２のオペアンプで構成した増幅回路と
を有し、
前記第１のオペアンプの出力端子は、前記第２のオペアンプの非反転入力端子に接続し、
前記第１のオペアンプには、第１帰還コンデンサと、第１帰還抵抗体を設け、
前記第２のオペアンプには、第２帰還コンデンサと、第２帰還抵抗体と、反転入力端子に一方端を接続するとともに他方端を接地した入力抵抗体を設け、
Cf1：第１帰還コンデンサの容量、
Rf1：第１帰還抵抗体の抵抗値、
Cf2：第２帰還コンデンサの容量、
Rin2：入力抵抗体の抵抗値
とし、Ｋを０．９以上で１．１以下の任意の実数として、
Rf1・Cf1 ＝Ｋ・Rin2・Cf2 （式１）
を満たすロゴスキ型電流センサ。
【請求項３】
前記式１において
０．９５ ≦ Ｋ ≦ １．０５
である請求項２に記載のロゴスキ型電流センサ。
【請求項４】
前記式１において
１－α ＜Ｋ＜１＋β （０＜β＜α）
である請求項２に記載のロゴスキ型電流センサ。
【請求項５】
前記Cf2の表示値が、前記Cf1の表示値の１０べき乗倍であり、
前記Rf1の表示値が、前記Rin2の表示値の前記１０べき乗倍である
請求項２から４のいずれか１項に記載のロゴスキ型電流センサ。
【請求項６】
前記Cf2の表示値が、前記Rf1の表示値の１０べき乗倍であり、
前記Cf1の表示値が、前記Rin2の前記１０べき乗倍である
請求項２から４のいずれか１項に記載のロゴスキ型電流センサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンプ及びロゴスキ型電流センサに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
本発明者は、ロゴスキ型電流センサの開発を行っており、プリント基板等を用いてロゴスキコイルを作成し（例えば、特許文献１参照。）、このロゴスキコイルにアンプを接続して小型の電流センサとしている。
【０００３】
ロゴスキコイルは空芯コイルであって、測定対象の導線をロゴスキコイルと交差させることで、導線を流れる交流電流が生成する磁場によりロゴスキコイルに誘起電圧を生じさせ、この誘起電圧が導線を流れる電流の時間微分値として出力されことを利用して、電流センサとしている。
【０００４】
すなわち、ロゴスキコイルに生じた誘起電圧を積分回路に入力することで電流計測を可能としている。この積分回路は、オペアンプを利用した積分回路であり、積分回路の出力を増幅回路で増幅して利用している（例えば、特許文献２参照。）。増幅回路もオペアンプで構成することができ、通常、この積分回路と増幅回路とで、ロゴスキコイル用のアンプとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２３－０２０２５８号公報
特開２０１９－１３８７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
積分回路を構成しているオペアンプでは、反転入力端子と出力端子との間に帰還コンデンサを接続しているが、時定数を大きくしようとして、この帰還コンデンサの容量を大きくすると、オペアンプのゲインを落とすことになり、信号ノイズの影響を受けやすくなるという問題があった。しかも、この信号ノイズが、積分回路の後段の増幅回路で増幅されることになっていた。そのため、通常では、計測対象によって求められる計測精度を考慮して帰還コンデンサの容量を設定していた。したがって、時定数を大きくすることが困難となることで、計測対象の交流電流の周波数が小さい場合に、十分な感度が得られないことがあった。
【０００７】
このような状況下で、本発明者は、計測対象の交流電流の周波数が小さい場合の感度を向上させるべく研究開発を行い、積分回路の後段の増幅回路を利用することで、時定数を長く設定可能として、計測対象の交流電流の周波数が小さい場合の感度改善を図ることができ、本発明をなすに至ったものである。
【０００８】
すなわち、本発明では、長時定数としたアンプ及びこのアンプを用いたロゴスキ型電流センサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のアンプでは、第１のオペアンプで構成した積分回路と、積分回路の後段に接続した第２のオペアンプで構成した増幅回路とを有するアンプであって、第１のオペアンプの出力端子は、第２のオペアンプの非反転入力端子に接続し、第１のオペアンプには、第１帰還コンデンサと、第１帰還抵抗体を設け、第２のオペアンプには、第２帰還コンデンサと、第２帰還抵抗体と、反転入力端子に一方端を接続するとともに他方端を接地した入力抵抗体を設けているアンプとし、以下の条件を満たすことにした。
Cf1：第１帰還コンデンサの容量、
Rf1：第１帰還抵抗体の抵抗値、
Cf2：第２帰還コンデンサの容量、
Rin2：入力抵抗体の抵抗値
とし、Ｋを０．９以上で１．１以下の任意の実数として、
Rf1・Cf1 ＝Ｋ・Rin2・Cf2。
【００１０】
また、本発明のロゴスキ型電流センサでは、ロゴスキコイルと、このロゴスキコイルの出力端子に接続したアンプとを有するロゴスキ型電流センサにおいて、アンプは、第１のオペアンプで構成した積分回路と、積分回路の後段に接続した第２のオペアンプで構成した増幅回路とを有し、第１のオペアンプの出力端子は、第２のオペアンプの非反転入力端子に接続し、第１のオペアンプには、第１帰還コンデンサと、第１帰還抵抗体を設け、第２のオペアンプには、第２帰還コンデンサと、第２帰還抵抗体と、反転入力端子に一方端を接続するとともに他方端を接地した入力抵抗体を設けているアンプとし、以下の条件を満たすことにした。
Cf1：第１帰還コンデンサの容量、
Rf1：第１帰還抵抗体の抵抗値、
Cf2：第２帰還コンデンサの容量、
Rin2：入力抵抗体の抵抗値
とし、Ｋを０．９以上で１．１以下の任意の実数として、
Rf1・Cf1 ＝Ｋ・Rin2・Cf2 （式１）。
（【００１１】以降は省略されています）

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