(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定信号の瞬時値及び、これに各種演算処理を施して得られた各種測定値を求める交流信号測定器において、
被測定信号が基準レベルを負から正の方向に通過したこと意味するアップエッジ検出信号と被測定信号が前記基準レベルを正から負の方向に通過したこと意味するダウンエッジ検出信号を発生するゼロクロス検出手段と、
測定開始／終了のタイミング信号を発生する基本ゲート回路と、
前記アップエッジ検出信号及びダウンエッジ検出信号を入力し、前記タイミング信号の測定開始タイミングの直後に検出されたエッジ検出信号を選択出力するエッジ選択手段と、
前記エッジ選択手段の出力及び前記基本ゲート信号を用いて前記各種演算処理の演算対象となる測定データを取得する演算区間を決定する区間決定手段と、
前記演算期間中に得られた測定データに対して前記各種演算処理を行う演算回路を備えたことを特徴とする交流信号測定器。
【請求項２】
前記演算処理は、少なくとも平均値演算、実効値演算、平均値整流値演算のいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載の交流信号測定器。
【請求項３】
前記ゼロクロス検出手段は、前記基準レベルをゼロ電位とするゼロクロス検出器を用いたことを特徴とする請求項１に記載の交流信号測定器。
【請求項４】
前記ゼロクロス検出手段は、被測定信号がゼロレベルを負から正方向に通過した時、ハイ状態となり、被測定信号がゼロレベルを正から負方向に通過した時、ロー状態となる検出信号を発生するゼロクロス検出器と、
この検出信号の反転信号を出力する信号反転器を備え、
前記ゼロクロス検出器の出力を前記アップエッジ検出信号として出力し、
前記信号反転器の出力をダウンエッジ検出信号として出力するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の交流信号測定器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流信号測定器の演算処理の高速化に関わるものであり、特に詳しくは、被測定信号の演算区間を特定するゼロクロス信号を改善することにより演算処理を高速化することが可能な交流信号測定器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の交流信号測定器の構成について、図３を用いて説明する。
【０００３】
同図において、被測定信号Ｖｉｎは、電圧入力回路１によってＡ／Ｄ変換器３の入力レベルに正規化された後、Ａ／Ｄ変換器３に入力される。
【０００４】
Ａ／Ｄ変換器３の出力は、各種演算を行うデジタルシグナルプロセッサ（以下、ＤＳＰと言う。）８に入力され、ＤＳＰ８の出力はＣＰＵ９に入力される。
【０００５】
電圧入力回路１の出力には、入力回路の出力がゼロ点を通過したことを検出するゼロクロス検出器５が接続され、これから出力される検出信号（以下、ゼロクロス信号と言う。）は、ＤＳＰ８に入力される。
【０００６】
ＣＰＵ９は、装置全体を制御する制御回路であり、ＤＳＰ８の演算結果を読み出して表示器１０に表示させる。
【０００７】
このような構成の交流信号測定器において、被測定信号Ｖｉｎの平均値などの物理量を測定する際には、波形の繰り返し区間の整数倍を測定し、一繰り返し区間（一周期）の平均値を求める方法がある。
【０００８】
この場合、まず平均値を計算するために被測定信号Ｖｉｎの波形の交流分からゼロクロス信号を取得し、これにより演算区間を決定する。
【０００９】
そして、この演算区間内における被測定信号の測定値を加算すると共に、この演算区間内における被測定信号の周期を求め、この加算値を周期で除算することにより平均値を算出する。
【００１０】
従って理論的には最低一周期の波形データを取得すれば、その平均値を得ることが可能である。
【００１１】
このような方法を用いて、被測定信号Ｖｉｎの平均値を測定する場合、上記ＤＳＰ８は図４のように構成される。
【００１２】
同図において、Ａ／Ｄ変換器３から出力される測定値は、加算手段８ａに入力され、ゼロクロス検出器５から出力されるゼロクロス信号Ｚ１は、平均値演算の演算区間を決定する区間決定手段８ｂに入力される。また、区間決定手段８ｂは、平均値演算の開始と終了タイミングを決める基本ゲート信号Ｇを発生するゲート回路（図示せず。）が備えられている。
【００１３】
上記加算手段８ａと区間決定手段８ｂの出力は、除算手段８ｃに入力される。
【００１４】
このような構成の交流信号測定器において、被測定信号Ｖｉｎの平均値を測定する場合の動作について図５を用いて説明する。
【００１５】
同図は、ＤＳＰ８が被測定信号Ｖｉｎの平均値を求める際の、被測定信号Ｖｉｎとゼロクロス信号Ｚ１と基本ゲート信号Ｇの関係を示す図である。また、同図に示すゼロクロス信号Ｚ１は、被測定信号Ｖｉｎがゼロレベルをマイナス方向からプラス方向にクロスした時、一定時間ハイ状態となるアップエッジ検出信号である。
【００１６】
同図において、区間決定手段８ｂは、基本ゲート信号Ｇがハイからローの状態になり測定が開始されると、この時点から最初に検出されるゼロクロス信号Ｚ１のエッジａから、基本ゲート信号Ｇがローからハイの状態になって最初に検出されるゼロクロス信号Ｚ１のエッジｂまでの期間Ｔ１を演算期間Ｔ１として決定し、加算手段８ａ及び除算手段８ｃに演算信号Ｋを出力する。
【００１７】
同図では、演算信号Ｋは、演算期間中はロー、演算期間中以外はハイとして定義している。また、以下の説明において、基本ゲート信号Ｇがローの状態になることを基本ゲートが開くと表現し、基本ゲート信号Ｇがハイの状態になることを基本ゲートが閉じると表現する。
【００１８】
加算手段８ａは、演算信号Ｋがローの時、Ａ／Ｄ変換器３から出力される測定値をＡ／Ｄ変換器３のサンプリング周期毎に順次加算し、演算信号Ｋがハイとなった時、これまでに得られた加算結果を除算手段８ｃに送る。
【００１９】
除算手段８ｃは、区間決定手段８ｂから送られるゼロクロス信号Ｚ１と演算信号Ｋから被測定信号Ｖｉｎの周期（同図では３周期である。）を求め、加算手段８ａから送られた加算結果を周期で除算することにより被測定信号Ｖｉｎの平均値を求める。
【００２０】
従来の交流信号測定器では、このような方法によって、被測定信号の平均値を算出していた。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の交流信号測定器では、平均値演算を開始するタイミング（基本ゲートが開くタイミング）によっては、無駄な待ち時間が生じ、平均値測定に要する時間が長くなる場合があるという問題点があった。
【００２２】
上述した被測定信号の周期を利用する平均値の算出法では、原理的に最低一繰り返し時間（一周期）だけ、波形データを取得すれば平均値を測定することが可能であるが、実際は図５の説明の通り、基本ゲートが開いてから最初のゼロクロス信号のエッジからが有効な波形データとなる。
【００２３】
このため例えば、図６に示すように、高速測定を行うため基本ゲートが開く時間を被測定信号の一周期の時間Ｔ２に設定した場合であっても、ゼロクロス信号Ｚ１のエッジａ直後に基本ゲートが開いた場合、次のエッジｂが検出されるまでの期間Ｔ３が無駄時間となってしまう。
【００２４】
この期間Ｔ３は、被測定信号のほぼ一周期に相当し、この場合、被測定信号Ｖｉｎの周期が短い（周波数が高い）場合、例えば１ｋＨｚなら一周期１ｍｓｅｃなので、平均値の測定期間Ｔ４は２ｍｓｅｃとなり、この遅れは大した時間の無駄にはならないが、周期が長い場合、例えば１Ｈｚなら一周期１ｓｅｃであるので平均値の測定期間Ｔ４は２ｓｅｃとなり、１ｓｅｃも測定時間が長くなってしまう。
【００２５】
本発明は、上記課題を解決するもので、平均値測定の際に生じる無駄時間を低減するすることが可能な交流信号測定器を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために請求項１に記載の発明では、被測定信号の瞬時値及び、これに各種演算処理を施して得られた各種測定値を求める交流信号測定器において、被測定信号が基準レベルを負から正の方向に通過したこと意味するアップエッジ検出信号と被測定信号が前記基準レベルを正から負の方向に通過したこと意味するダウンエッジ検出信号を発生するゼロクロス検出手段と、測定開始／終了のタイミング信号を発生する基本ゲート回路と、前記アップエッジ検出信号及びダウンエッジ検出信号を入力し、前記タイミング信号の測定開始タイミングの直後に検出されたエッジ検出信号を選択出力するエッジ選択手段と、前記エッジ選択手段の出力及び前記基本ゲート信号を用いて前記各種演算処理の演算対象となる測定データを取得する演算区間を決定する区間決定手段と、前記演算期間中に得られた測定データに対して前記各種演算処理を行う演算回路を備えたことを特徴とするものである。
【００２７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記演算処理は、少なくとも平均値演算、実効値演算、平均値整流値演算のいずれかを含むことを特徴とするものである。
【００２８】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記ゼロクロス検出手段は、前記基準レベルをゼロ電位とするゼロクロス検出器を用いたことを特徴とするものである。
【００２９】
請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記ゼロクロス検出手段は、被測定信号がゼロレベルを負から正方向に通過した時、ハイ状態となり、被測定信号がゼロレベルを正から負方向に通過した時、ロー状態となる検出信号を発生するゼロクロス検出器と、この検出信号の反転信号を出力する信号反転器を備え、前記ゼロクロス検出器の出力を前記アップエッジ検出信号として出力し、前記信号反転器の出力をダウンエッジ検出信号として出力するように構成されたことを特徴とするものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係る交流信号測定器の一実施例を示す要部構成図である。
【００３１】
同図において従来例と異なる点は、ゼロクロス検出器５とは逆に、被測定信号Ｖｉｎがゼロレベルをプラス方向からマイナス方向にクロスした時、一定時間ハイ状態となるダウンエッジ検出信号（以下、ゼロクロス信号Ｚ２という。）を出力するゼロクロス検出器１１を備えた点と、ＤＳＰ８’にゼロクロス検出器５、１１から出力されるゼロクロス信号Ｚ１、Ｚ２を入力し、基本ゲートが開いてから最初に来たエッジを認識し、以後、ここで認識された側のゼロクロス信号を区間決定手段８ｂに選択出力するエッジ選択回路１２を備えた点である。その他の構成については、従来例と同様であるため同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３２】
このような構成の交流信号測定器の動作を図２を用いて説明する。
【００３３】
同図は、本発明において、図６と同様に基本ゲートが開く時間を被測定信号の一周期の時間Ｔ２に設定し、ゼロクロス信号Ｚ１のエッジ直後に基本ゲートが開いた場合における、被測定信号Ｖｉｎとゼロクロス信号Ｚ１、Ｚ２及びエッジ選択回路１２の出力Ｚ３と基本ゲート信号Ｇの関係を示す図である。
【００３４】
同図において、ゼロクロス検出器５、１１は、被測定信号Ｖｉｎの波形に対応するゼロクロス信号Ｚ１、Ｚ２を出力する。
【００３５】
エッジ選択回路１２は、基本ゲート信号Ｇが開いた後、最初にエッジが検出されるゼロクロス信号を認識し、以後、このゼロクロス信号を出力信号Ｚ３として区間決定手段８ｂに出力する回路である。同図では、基本ゲート信号Ｇが開いた後、最初に検出されるゼロクロス信号のエッジは、ゼロクロス信号Ｚ２のエッジａであるので、以後、このゼロクロス信号Ｚ２を出力信号Ｚ３として区間決定手段８ｂに出力する。
【００３６】
区間決定手段８ｂは、基本ゲートＧが開くと、最初の出力信号Ｚ３のエッジｂから、基本ゲートが閉じて最初のゼロクロス信号のエッジｃが検出されるまでの期間Ｔ１を演算期間として決定し、加算手段８ａ及び除算手段８ｃに演算信号Ｋを出力する。
【００３７】
加算手段８ａは、演算信号Ｋがローの時、Ａ／Ｄ変換器３から出力される測定値を順次加算し、演算信号Ｋがハイとなった時、加算結果を除算手段８ｃに送る。
【００３８】
除算手段８ｃは、区間決定手段８ｂから送られる出力信号Ｚ３と演算信号Ｋから被測定信号Ｖｉｎの周期を求め、加算手段８ａから送られた加算結果を周期で除算することにより被測定信号Ｖｉｎの平均値を求める。
【００３９】
このような方法で、被測定信号Ｖｉｎの平均値演算を行うことにより、同図にＴ５で示した期間で平均値演算を行うことが可能になり、従来の測定期間Ｔ４に比べ、半周期分の無駄時間Ｔ３を削減することが可能になる。
【００４０】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【００４１】
例えば、被測定信号Ｖｉｎがゼロレベルをマイナス方向からプラス方向にクロスした時、ハイ状態となり、被測定信号Ｖｉｎがゼロレベルをプラス方向からマイナス方向にクロスした時、ロー状態となる検出信号を発生するゼロクロス検出器を用いて、ここで得られるゼロクロス信号をゼロクロス信号Ｚ１をして用い、反転信号をゼロクロス信号Ｚ２として用いる構成にしても良い。
【００４２】
また、上記同様のゼロクロス検出器を用い、エッジ検出手段１２をゼロクロス検出器の出力の立ち上がりと立ち下がりを検出する構成にして、基本ゲートが開いた直後にゼロクロス信号の立ち上がりを検出した場合、立ち上がりを検出する度に一定時間のパルス信号を出力信号Ｚ３として区間決定手段８ｂに出力し、基本ゲートが開いた直後にゼロクロス信号の立ち下がりを検出した場合、立ち下がりを検出する度に一定時間のパルス信号を出力信号Ｚ３として区間決定手段８ｂに出力する構成にしても良い。上記いずれの場合も１個のゼロクロス検出器で上述した機能を実現することが可能である。
【００４３】
更に、上述した平均値の演算方法は、単純な平均値演算に限らず、被測定信号の測定値を二乗して加算平均後平方根を行えば実効値演算（ＲＭＳ）を算出することが可能であり、絶対値をとった後加算平均すれば平均値整流値演算（ＭＥＡＮ）を算出することが可能となる。また、電圧と電流の測定値を乗算した後、加算平均すれば有効電力値を算出することが可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば次のような効果がある。
請求項１〜４に記載の発明では、平均値測定の際に生じる無駄時間を低減するすることが可能な交流信号測定器を提供することが可能となる。
【００４５】
例えば１Ｈｚの測定では半周期である０．５ｓｅｃ短い時間で平均値を得ることが可能となる。一方、従来と同様の測定期間を設けた場合は、演算時間が従来に比べ半周期分長くできる。つまり、同じ測定期間で、従来に比べ低い周波数の波形信号を平均化することが可能となる。従来の１Ｈｚの測定期間２ｓｅｃで０．６７Ｈｚの信号の平均化が可能できる交流信号測定器を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る交流信号測定器の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の交流信号測定器の動作を説明する図である。
【図３】従来の交流信号測定器の一例を示す構成図である。
【図４】従来の交流信号測定器の要部構成図である。
【図５】従来の交流信号測定器の動作を説明する図である。
【図６】従来の交流信号測定器の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
Ｖｉｎ  被測定信号
１  電圧入力回路
３  Ａ／Ｄ変換器
５、１１  ゼロクロス検出器
８  ＤＳＰ
８ａ  加算手段
８ｂ  区間決定手段
８ｃ  除算手段
９  ＣＰＵ
１０  表示器
１２  エッジ選択回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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