(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源であるアナログ入力信号と同位相又は略同位相の基準波形信号をメモリに記憶しておく手段と、
前記アナログ入力信号が予め設定されている同期トリガレベルの値と交差する点を同期トリガ信号として設定する手段と、
該同期トリガ信号間のアナログ入力信号と前記メモリに記憶してある基準波形信号との差の絶対値を累積する手段と、
該累積したデータが予め設定してあるトリガ設定値以上の時に前記アナログ入力信号が異常であると判断する手段とからなる電源異常波形検出装置。
【請求項２】
前記同期トリガ信号として設定する手段において、前記アナログ入力信号が、前記同期トリガレベルの値と交差する点の検出は、前記アナログ入力信号が上昇方向の時に同期トリガレベルの値と交差する点であることを特徴とする請求項１に記載の電源異常波形検出装置。
【請求項３】
前記累積手段において、前記アナログ入力信号を累積する期間を特定する同期トリガ信号間は、同期トリガ信号が複数に亘っていることを特徴とする請求項１に記載の電源異常波形検出装置。
【請求項４】
前記アナログ入力信号は、５０又は６０Ｈｚの商用交流電源であることを特徴とする請求項１に記載の電源異常波形検出装置。
【請求項５】
前記アナログ入力信号が異常であると判断する手段において、異常と判断された信号は、メモリに記憶し、該記憶したデータを適宜表示するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電源異常波形検出装置。
【請求項６】
前記基準波形信号は、前記アナログ入力信号と所定幅を持った上位側及び下位側基準波形信号であることを特徴とする請求項１に記載の電源異常波形検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源異常波形検出装置に関し、特に５０Ｈｚ及び６０Ｈｚの商用交流電源を監視し電源波形に現れる瞬停、サグ、インパルス、小振幅のノイズ、波形のひずみ等の異常現象をリアルタイムで捕捉し表示する電源異常波形検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、医療現場において、ＣＴスキャナ等の医療用画像診断装置を使用中に画像に乱れが発生し、そのため診断をやり直すといったトラブルが発生している。そのため、上記トラブルの原因がＣＴスキャナ本体の動作不良なのか電源異常の影響なのかを識別するために電源波形を簡単かつ低コストで監視することができる電源異常波形検出装置が求められ、この要求に応じてウェーブ・ウィンドウ・トリガ（ＷＷＴ）方式の電源異常波形検出装置が実用化されている。
【０００３】
ＷＷＴ方式の電源異常波形検出装置は、図６に示すように、電源波形に重畳する各種ノイズを確実に捕捉する構成になっており、単なる電源監視だけでなく、アナログ信号４チャンネル、デジタル８ビットの入力とこのトリガとを組み合わせることにより、電源異常が機器に与える影響や、機器が電源に与える影響を調査する際に重宝に使用される。
【０００４】
また、このＷＷＴ方式の電源異常波形検出装置は４チャンネル入力であるので、単相商用電源から３相３線の電源まで１台で測定可能である。４０次までの解析や電力位相角の測定もできるので高調波の判定も可能である。
【０００５】
更に、ＷＷＴ方式の電源異常波形検出装置は外部インターフェースとしてＦＡＸモデムを有しており、電源異常発生後直ちに集中制御室等に電源波形情報がＦＡＸで送られ現場に何が起こったかが一目瞭然で解るようになっている。従って、電源異常に対する素早い対応が可能であり、また、巡回作業の手間が省ける。
【０００６】
以下、ＷＷＴ方式の基本原理について説明する。ＷＷＴ方式は、図７に示すように、監視対象となる５０又は６０サイクルの商用交流電源であるアナログ入力信号３０より大きな振幅を持つ正弦波の上位側基準波形信号３１とアナログ入力信号３０より小さな振幅を持つ正弦波の下位側基準波形信号３２とをそれぞれ表すデジタルデータを１サイクル分作成し、このデジタルデータの時間軸をアドレスとしてメモリに記憶しておく。上下の正弦波信号である上位側及び下位側基準波形信号３１、３２間に囲まれたデータ領域はウェーブウィンドウ３３と呼ばれる。
【０００７】
アナログ入力信号３０は４００ｋＳ／ｓｅｃのサンプリング速度でＡ／Ｄ変換器により１１ビットのデジタルデータに変換される。ＷＷＴ方式では、各サンプリング点でのデジタルデータがウェーブウィンドウ３３に記憶されているウェーブウィンドウから逸脱しないかどうかを監視する。具体的には、アナログ入力信号３０のある時点での瞬時値と同一時点での上位側及び下位側基準波形信号３１、３２の各瞬時値とを比較する。アナログ入力信号３０の瞬時値が同一時点での上位側基準波形信号３１の瞬時値信号より大きければアナログ入力信号３０はウェーブウィンドウ３３から上方へ逸脱している。また、アナログ入力信号３０の瞬時値が同一時点での下位側基準波形信号３２の瞬時値信号より小さければアナログ入力信号３０はウェーブウィンドウ３３から下方へ逸脱している。これらいずれの場合でも電源波形の異常と認識される。
【０００８】
アナログ入力信号３０の波形が正常な時は各サンプリング毎の測定データはウェーブウィンドウ３３のデータ領域内に収まるが、アナログ入力信号３０に図７で矢印で示すような瞬停、サグ、インパルスのような波形異常が発生した場合には、アナログ入力信号３０のサンプリングデータはウェーブウィンドウ３３からはみ出す。このように入力データがウェーブウィンドウ３３からはみ出した時、ウェーブウィンドウトリガが出力され電源異常を検出するようになっている。
【０００９】
ウェーブウィンドウトリガの監視は１サイクル単位で行われる。この１サイクル単位の監視を開始させるためのトリガ信号を同期トリガという。同期トリガはウェーブウィンドウ３３のデータとアナログ入力信号３０の出力データとの時間的対応付けつまり同期を行うために必要である。
【００１０】
同期トリガは複数の、例えば４個の測定チャンネルから最も波形が安定しているものを選択し（同期チャンネルという）、この同期チャンネルから下記のように取り出される。
【００１１】
同期トリガには、同期チャンネルの入力信号があらかじめ設定されたレベル（同期トリガレベル）の値ＳＴＬ以上になった時に発生するように設定されたＲｉｓｅ型同期トリガと、同期トリガレベルの値ＳＴＬ以下になった時発生するように設定されたＦａｌｌ型同期トリガとがある。図８はＦａｌｌ型同期トリガの一例を示す。図８に示すように、測定を開始してから最初の同期トリガかかるまではウェーブウィンドウトリガの検出はできない。しかし最初の同期トリガがかかった後は、同期トリガがかかるたびにＡ、Ｂ、Ｃ・・の順にウェーブウィンドウトリガの監視が行われる。
【００１２】
同期トリガには発生条件が課せられている。例えば、Ｒｉｓｅ型同期トリガにおいては、測定値が指定された連続測定回数だけ同期トリガレベルＳＴＬより大きくなった時に同期トリガが発せられるようになっている。図９に一例を示すように、Ａ点で測定値が同期トリガレベルの値ＳＴＬより大きくなるが直後に同期トリガレベルの値ＳＴＬより小さくなるから同期トリガはかからない。再度Ｂ点で測定値が同期トリガレベルの値ＳＴＬより大きくなり、その後Ｂ点も含めて指定された測定回数３回目のＣ点まで同期トリガレベルの値ＳＴＬより高い状態を維持したため、Ｃ点で同期トリガがかかる。
【００１３】
上記のようにＷＷＴ方式の電源異常波形検出装置は、同期トリガにより１サイクル単位の監視を開始することにより、アナログ入力信号の連続波形をサイクル毎に途切れなく監視することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＷＷＴ方式を用いた電源異常波形検出装置は、図１０に示すような電源波形の異常には対応できないという問題点があった。即ち、図１０（Ａ）の場合のようにアナログ入力信号３０に小振幅のノイズが重畳し、しかも、ノイズが重畳したノイズ重畳信号であるアナログ入力信号３０ａはウェーブウィンドウ３３内に収まっている場合には、ＷＷＴ方式では検出できない。また、図１０（Ｂ）に示すように、入力信号が歪んでいる場合、歪んだ波形であるアナログ入力信号３０ｂがウェーブウィンドウ３３内に収まっている場合にもＷＷＴ方式では検出することができないという問題がある。
【００１５】
従って、従来技術の上記問題点を除去し、いかなる電源異常波形の検出も可能な電源異常波形検出装置を提供することに課題を有する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明に係る電源異常波形検出装置は、次に示す構成にすることである。
【００１８】
（１）電源であるアナログ入力信号と同位相又は略同位相の基準波形信号をメモリに記憶しておく手段と、前記アナログ入力信号が予め設定されている同期トリガレベル信号の値と交差する点を同期トリガ信号として設定する手段と、該同期トリガ信号間のアナログ入力信号と前記メモリに記憶してある基準波形信号との差の絶対値を累積する手段と、該累積したデータが予め設定してあるトリガ設定値以上の時に前記アナログ入力信号が異常であると判断する手段とからなる電源異常波形検出装置。
（２）前記同期トリガ信号として設定する手段において、前記アナログ入力信号が、前記同期トリガレベルの値と交差する点の検出は、前記アナログ入力信号が上昇方向の時に同期トリガレベルの値と交差する点であることを特徴とする（１）に記載の電源異常波形検出装置。
（３）前記累積手段において、前記アナログ入力信号を累積する期間を特定する同期トリガ信号間は、該同期トリガ信号が複数に亘っていることを特徴とする（１）に記載の電源異常波形検出装置。
（４）前記アナログ入力信号は、５０又は６０Ｈｚの商用交流電源であることを特徴とする（１）に記載の電源異常波形検出装置。
（５）前記アナログ入力信号が異常であると判断する手段において、異常と判断された信号は、メモリに記憶し、該記憶したデータを適宜表示するようにしたことを特徴とする（１）に記載の電源異常波形検出装置。
（６）前記基準波形信号は、前記アナログ入力信号と所定幅を持った上位側及び下位側基準波形信号であることを特徴とする（１）に記載の電源異常波形検出装置。
【００１９】
このような構成からなる電源異常波形検出装置は、電源であるアナログ入力信号を基準波形信号と比較してその差を同期トリガ信号間蓄積するようにして波形異常を検出するようにしたことにより、電源に発生する瞬停、サグ、インパルスは勿論のこと小振幅のノイズや歪みを確実に検出することができる。
【００２０】
【発明の実施形態】
以下、本発明に係る電源異常波形検出装置の一実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
本発明に係る電源異常波形検出装置は、図１に示すように、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用交流電源であるアナログ入力信号を増幅する増幅器１と、増幅したアナログ入力信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器２と、このデジタル値に変換されたアナログ入力信号が予め設定されている同期トリガレベルの値ＳＴＬと交差する点を同期トリガ信号ＳＴとして設定する手段を備えた同期トリガ検出器３と、同期トリガ信号ＳＴに応動して基準波形信号を読み出すメモリコントローラ４と、電源であるアナログ入力信号と同位相又は略同位相の基準波形信号を記憶しておく手段を備えた基準波形メモリ５と、基準波形信号とデジタル値に変換されたアナログ入力信号を比較する比較器６と、比較器６により比較した信号の差の絶対値を算出する絶対値回路７と、算出された絶対値を累積する累算器８と、累積したデータと予め設定してあるトリガ設定値ＴＬと比較する比較器９と、累積したデータがトリガ設定値ＴＬ以上の時に、そのアナログ入力信号のアドレスを異常波形トリガＴとして記憶するメモリコントローラ１０と、メモリコントロール１０の異常波形トリガＴに従ったアナログ入力信号のデータを読み出す波形メモリ１１と、累積波形データの表示を制御する表示コントローラ１２と、アナンログ入力信号の異常波形データを表示する表示器１３と、同期トリガ信号ＳＴ間のアナログ入力信号をサンプリングするサンプリングコントローラ１４とから構成されている。
【００２２】
監視対象となる５０又は６０サイクルの商用交流電源であるアナログ入力信号３０は増幅器１に入力する。増幅器１は適当な利得でアナログ入力信号３０を増幅し、増幅した信号をＡ／Ｄ変換器２へ出力する。
【００２３】
Ａ／Ｄ変換器２は増幅器１から出力されたアナログ入力信号をサンプリングコントローラ１４により規定されるサンプリング速度、即ち、同期トリガ信号ＳＴ間のアナログ入力信号をデジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換器２から出力されたデジタルデータは、同期トリガ検出器３と、比較器６と、波形メモリ１１とに供給される。
【００２４】
同期トリガ検出器３は、図２に示すように、アナログ入力信号３０が予め設定された同期トリガレベルの値ＳＴＬ以上になった時、同期トリガ信号ＳＴを出力する（Ｒｉｓｅ型同期トリガ）。同期トリガレベルの値ＳＴＬは、基準波形メモリ５に記憶されている基準波形データの最初のデータ値と一致する値に設定されている。同期トリガ検出器３から出力された同期トリガ信号ＳＴはメモリコントローラ４及び累算器８へ出力される。
【００２５】
メモリコントローラ４は、同期トリガ検出器３から受信した同期トリガ信号ＳＴに応動して基準波形メモリ５に対して読出信号を供給する。この動作は以後同期トリガ信号ＳＴが入力される都度行われる。
【００２６】
基準波形メモリ５は、図３に示すような１サイクルの基準波形信号３４の波形データを時間軸をアドレスとして記憶している。基準波形メモリ５はメモリコントローラ４から上記読出信号を与えられると、最初のアドレスから波形データを読み出し比較器６へ出力する。以後、アナログ入力信号３０のサンプリングに同期した読出しタイミングで順次基準波形信号３４の波形データが読み出され比較器６へ出力されることになる。この基準波形信号３４は、上述したようにアナログ入力信号の波形と同相又は略同相の波形で形成されている。又、基準波形信号３４は、従来技術で説明した被測定するアナログ入力信号と所定の振幅を持った上位側及び下位側基準波形信号にしても良い。この場合は、従来技術で説明したＷＷＴ（Ｗａｖｅ  Ｗｉｎｄｏｗ  Ｔｒｉｇｅｒ：ウエーブ  ウィンドウ  トリガ）方式による異常波形検出機構に本発明の機能を加える事は極めて容易に達成できる。
【００２７】
比較器６は、各サンプリング点毎に、Ａ／Ｄ変換器２からの出力データと基準波形メモリ５からの基準波形信号３４のデータとを比較する。比較器６は（基準値）−（測定値）の引き算を行う演算手段を有しておりこの演算結果を絶対値回路７へ出力する。
【００２８】
絶対値回路７は比較器６の演算結果を絶対値に変換する手段を有しており、この絶対値を累算器８へ出力する。
【００２９】
累算器８は絶対値回路７から受信した絶対値を累算する累算手段を有している。この累算手段はメモリレジスタＳＵＭと加算器とからなりＳＵＭ＝ＳＵＭ＋Ａの演算を行う。これによりＳＵＭに絶対値Ａが累算される。累算器８は、累算動作終了の都度メモリレジスタＳＵＭの内容を比較器９へ出力する。なお、累算器８は同期トリガ検出器３から同期トリガ信号ＳＴを受信する都度メモリレジスタＳＵＭを０にクリアするようになっている。つまり、累算器８における累算動作は同期トリガ信号ＳＴ毎に更新される。
【００３０】
比較器９は、累算器８から入力した累算値ＳＵＭとあらかじめ設定されたトリガ設定値ＴＬとを比較し、累算値ＳＵＭがトリガ設定値ＴＬを超えた時、異常波形と認め異常波形トリガＴを発生し、これをメモリコントローラ１０へ出力する。
【００３１】
メモリコントローラ１０は比較器９からの異常波形トリガＴを入力した時、これを波形メモリ１１のアドレスとして供給する。
【００３２】
波形メモリ１１はＡ／Ｄ変換器２から出力されるアナログ入力信号３０の所定サイクル数の波形データを逐次更新しながら記憶している。波形メモリ１１はメモリコントローラ１０から受けたアドレスに従い異常波形データを読出し表示コントローラ１２へ出力する。この異常波形データは、表示コントローラ１２の制御の下で表示器１３に表示される。
【００３３】
サンプリングコントローラ１４は、同期トリガ信号ＳＴ間のアナログ入力信号３０をサンプリングするものであり、同期トリガ信号ＳＴ間は、同期トリガ信号ＳＴが複数に亘っていても良い。複数に亘った同期トリガ信号ＳＴを使用すれば、アナログ入力信号３０に重畳するノイズ又は歪の微小雑音信号であっても捕らえることが可能になる。
【００３４】
上記電源異常波形検出装置は下記のように動作する。
アナログ入力信号３０の波形が図４（Ａ）に示すように乱れていない場合は、各サンプリング点で、アナログ入力信号の波形データと基準波形信号の波形データとは殆ど差が無いため、図４（Ｂ）に示すように、累算器８における累算結果ＳＵＭはトリガ設定値ＴＬより大きくならない。その結果、比較器９から異常波形トリガＴが出力されることはない。
【００３５】
しかし、図５（Ａ）に示すようにアナログ入力信号３０ａが基準波形信号３４（図３参照）に小振幅のノイズが重畳したものである場合には、入力信号３０ａのサンプリング値とそれに対応する基準波形信号３４のデータ値との間にかなりの差が生じる。この差の絶対値を累算器８で累算した累算値ＳＵＭは図５（Ｂ）に示すように時間の経過に従って増大し、同期トリガＳＴ間隔の所定時間ｔ１にトリガ設定値ＴＬを超えることになる。
【００３６】
その結果、比較器９からトリガ信号Ｔが出力され、波形メモリ１１から波形データが読み出され、表示器１３に表示される。
【００３７】
本発明に係る電源異常波形検出装置の上記の動作の説明は、図５（Ａ）に示すようなノイズが重畳したアナログ入力信号３０ａのみならず、入力信号の波形に小さい歪がある場合や、従来技術で説明した図７に示すような瞬停、サグ、インパルスの全ての異常波形に適用されることは勿論である。
【００３８】
本発明に係る電源異常波形検出装置の他の実施例として、累算器８の累算動作の継続時間が同期トリガ信号ＳＴの複数個分にわたるようにしてもよい。これにより、累算継続時間が長くなるからアナログ入力信号３０、３０ａと基準波形信号３４との相違が小さい場合でもその差を検出する精度が上がる。
【００３９】
また、他の実施例として、累算器８の累算は１同期トリガＳＴの間で複数回行うようにしてもよい。
また、他の実施例として、累算器８は、絶対値回路７から出力される絶対値が所定値を超えた場合のみこの絶対値を累算するようにしてもよい。
【００４０】
また、累算器８は絶対値が所定値を超える都度１を加算するようにしてもよい更に、比較器６は入力信号データと基準波形信号のデータとの差の正負の符号を１サンプル前と今回とについて比較するようにし、累算器８はこの符号が交互に変化する場合にのみ差の絶対値を累算するようにしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明に係る電源異常波形検出装置は、上記に説明したように、入力信号に発生する瞬停、サグ、インパルスの検出は勿論、従来のＷＷＴ方式による電源異常波形検出装置では検出不可能であった小振幅のノイズや小さな波形歪みを含む電源入力信号の異常波形を確実に検出することができるから、電源波形のどんなに小さな異常によっても影響を受ける医療機器等において、機器の作動不良と電源異常との識別を容易かつ迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電源異常波形検出装置の一実施例の構成を示す回路図である。
【図２】図１に示す同期トリガ検出器３の動作の説明図である。
【図３】図１に示す基準波形メモリ５の動作の説明図である。
【図４】図１に示す電源異常波形検出装置の動作の説明図である。
【図５】図１に示す電源異常波形検出装置の動作の説明図である。
【図６】従来の電源異常波形検出装置の説明図である。
【図７】従来の電源異常波形検出装置の基本原理であるＷＷＴの説明図である。
【図８】ＷＷＴでの同期トリガの説明図である。
【図９】ＷＷＴでの同期トリガの説明図である。
【図１０】ＷＷＴで検出できない波形を示す説明図である。
【符号の説明】
１      増幅器
２      Ａ／Ｄ変換器
３      同期トリガ検出器
４      メモリコントローラ
５      基準波形メモリ
６      比較器
７      絶対値回路
８      累算器
９      比較器
１０    メモリコントローラ
１１    波形メモリ
１２    表示コントローラ
１３    表示器
１４    サンプリングコントローラ
３０    入力信号
３１    ウェーブウィンドウの上信号
３２    ウェーブウィンドウの下信号
３３    ウェーブウィンドウ
３４    基準波形信号
３０ａ  ノイズが載った入力信号
ＳＵＭ  累算値
ＳＴ    同期トリガ
ＳＴＬ  同期トリガレベルの値
Ｔ      トリガ
ＴＬ    トリガ設定値
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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