(57)【要約】【課題】波形の立上りを信号のサンプリングの基準に用いる電気量の計測および解析において、１周期内に複数の立上りが存在する場合にも、電気量の実効値を確定する技術を提供する。【解決手段】計測装置１０は、被測定信号のゼロクロス点、または瞬時値と基準値との交差を検出し、被測定信号の波形の立上りの採否を判定するための指標として、波形の立上りと立下りとの間の時間間隔、または、波形の立下りと立上りとの間の時間間隔を求める。当該時間間隔が、直前に確定された周波数に対応する周期に対して一定の割合に満たない場合には、計測装置１０は、立上りを棄却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定信号を計測して、前記被測定信号の１周期単位で実効値を確定させる計測装置であって、
前記被測定信号の瞬時値データをサンプリングするサンプリング回路と、
前記瞬時値データに基づいて、前記被測定信号のゼロクロス点、または前記瞬時値データと基準値との交差を検出して、前記被測定信号の周波数および実効値を演算する演算回路とを備え、
前記演算回路は、前記ゼロクロス点、または前記瞬時値データと前記基準値との交差を検出し、前記被測定信号の波形の立上りの採否を判定するための指標として、前記波形の立上りと立下りとの間の時間間隔、または、前記波形の立下りと立上りとの間の時間間隔を求め、当該時間間隔が、直前に確定された周波数に対応する周期に対して一定の割合に満たない場合には、前記立上りを棄却する、計測装置。
【請求項２】
前記一定の割合は、０．５未満となる所定の値に定められる、請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記時間間隔が、前記確定された周波数に対応する周期に対して前記一定の割合を満たす場合には、前記演算回路は、前記瞬時値データのピーク値が更新され、かつ当該ピーク値が直前に確定された実効値程度以上であるときに、前記立上りを採択する、請求項１または２に記載の計測装置。
【請求項４】
被測定信号を計測して、前記被測定信号の１周期単位で実効値を確定させる計測方法であって、
前記被測定信号の瞬時値データをサンプリングするステップと、
前記瞬時値データに基づいて、前記被測定信号のゼロクロス点、または、前記瞬時値データと基準値との交差を検出して、前記被測定信号の波形の立上りの採否を判定するための指標として、前記波形の立上りと立下りとの間の時間間隔、または、前記波形の立下りと立上りとの間の時間間隔を求めるステップと、
当該時間間隔が、直前に確定された周波数に対応する周期に対して一定の割合に満たない場合には、前記立上りを棄却するステップとを備える、計測方法。
【請求項５】
解析対象信号を解析して、前記解析対象信号の１周期単位で実効値を確定させる解析装置であって、
前記解析対象信号の瞬時値データをサンプリングするサンプリング回路と、
前記瞬時値データに基づいて、前記解析対象信号のゼロクロス点、または前記瞬時値データと基準値との交差を検出して、前記解析対象信号の周波数および実効値を演算する演算回路とを備え、
前記演算回路は、前記ゼロクロス点、または前記瞬時値データと前記基準値との交差を検出し、前記解析対象信号の波形の立上りの採否を判定するための指標として、前記波形の立上りと立下りとの間の時間間隔、または、前記波形の立下りと立上りとの間の時間間隔を求め、当該時間間隔が、直前に確定された周波数に対応する周期に対して一定の割合に満たない場合には、前記立上りを棄却する、解析装置。
【請求項６】
解析対象信号を解析して、前記解析対象信号の１周期単位で実効値を確定させる解析方法であって、
前記解析対象信号の瞬時値データをサンプリングするステップと、
前記瞬時値データに基づいて、前記解析対象信号のゼロクロス点または前記瞬時値データと基準値との交差を検出して、前記解析対象信号の波形の立上りの採否を判定するための指標として、前記波形の立上りと立下りとの間の時間間隔、または、前記波形の立下りと立上りとの間の時間間隔を求めるステップと、
当該時間間隔が、直前に確定された周波数に対応する周期に対して一定の割合に満たない場合には、前記立上りを棄却するステップとを備える、解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流の電気量の計測および解析に関し、特に、デジタル計測および電磁解析において、交流の実効値を確定するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、交流の電圧あるいは電流の実効値をデジタル計測によって確定するために単一の周波数を有する正弦波を対象とした方法が採用されている。この方法は、波形をサンプリングして得られる瞬時値のデータを演算することにより、実効値を確定する方法である。
【０００３】
しかしながら、たとえば電力系統の配電線を流れる交流の電気量（電圧、電流など）は、基本波に高調波が重畳されている、あるいは、配電線に非線形の電流が流れるといった理由から、いわば正弦波から崩れた波形を有することが多い。このため現状では正確な実効値は把握されていない。
【０００４】
実効値を便宜的に求める方法としては、たとえば以下に示す方法が挙げられる。第１の方法は、正弦波を対象として、各時点における電気量の大きさを瞬時値データとしてサンプリングし、対象とする正弦波の１周期の間にサンプリングによって得られる瞬時値データを集約して演算して実効値を算出する方法である。たとえば特許文献１（特開２００５−１４８０２８号公報）および特許文献２（特開平９−３１８６７８号公報）は、交流信号から商用周波数付近の基本波成分をのみを抽出して、実効値を確定する方法を開示している。また、特許文献３（特開平１０−１７０５５６号公報）は、直流成分を排除することにより単一の周波数成分の実効値を確定する方法を開示している。
【０００５】
第２の方法は、サンプリングデータから、正弦波のゼロクロス時点を検出して、そのゼロクロス時点を基準とする半周期または１周期を単位として、サンプリングデータを集約および演算する方法である。たとえば特許文献４（特開平６−３０８１６７号公報）は、被測定入力信号を矩形波に整形し、その矩形波によってゼロクロスを発生させることにより、サンプリングを行なう方法を開示する。
【０００６】
一方で、歪波の実効値を確定する方法としては、交流波形から基本波成分を抽出して実効値を演算した後に、歪波としての実効値を確定する方法がある。歪波あるいは非対称波が三角波、方形波といったように正弦波からの変換係数が既知なものであれば、フィルタ等によって基本波成分を抽出して、その基本波成分の実効値を確定し、次に、その既知の変換係数を基本波成分の実効値に乗じることで歪波の実効値を確定するという方法が用いられる。あるいは、基本波に高調波成分が重畳している場合には、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いて高調波成分を分離、抽出して、周波数成分ごとにサンプリングおよび実効値の演算を行ない、最後に周波数成分ごとの実効値を合成して、全体としての実効値を確定する方法が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１４８０２８号公報
【特許文献２】特開平９−３１８６７８号公報
【特許文献３】特開平１０−１７０５５６号公報
【特許文献４】特開平６−３０８１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の技術によれば、歪波の測定の場合には、その歪波を組成周波数成分ごとに分離・抽出する、または、歪波の基本波成分を分離・抽出する必要がある。したがって、実効値を確定するまでの手順が増えるといった課題、あるいは計測システムの構成要素が多くなるといった課題がある。
【０００９】
また、従来の技術によれば、上記の変換係数がシステムに未登録である場合、あるいは歪波波形が任意の波形である場合、あるいは、含有高調波の周波数が基本波の整数倍とならない場合などにおいては、正確な計測を行なうことができないという課題もある。
【００１０】
また、高調波の重畳などにより１周期内に複数の立上り（ゼロクロスなど）があると、本来検出すべきでない立上りが不必要に検出される可能性がある。この場合、立上りの時間間隔が変化するので、実効値の演算結果が不安定になるとともに、誤差も大きくなる。
【００１１】
本発明の目的は、波形の立上りを信号のサンプリングの基準に用いる電気量の計測および解析において、１周期内に複数の立上りが存在する場合にも、電気量の実効値を確定する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のある局面に係る計測装置は、被測定信号を計測して、被測定信号の１周期単位で実効値を確定させる計測装置であって、被測定信号の瞬時値データをサンプリングするサンプリング回路と、瞬時値データに基づいて、被測定信号のゼロクロス点、または瞬時値データと基準値との交差を検出して、被測定信号の周波数および実効値を演算する演算回路とを備える。演算回路は、ゼロクロス点、または瞬時値データと基準値との交差を検出し、被測定信号の波形の立上りの採否を判定するための指標として、波形の立上りと立下りとの間の時間間隔、または、波形の立下りと立上りとの間の時間間隔を求める。演算回路は、当該時間間隔が、直前に確定された周波数に対応する周期に対して一定の割合に満たない場合には、立上りを棄却する。
【００１３】
好ましくは、一定の割合は、０．５未満となる所定の値に定められる。
好ましくは、時間間隔が、確定された周波数に対応する周期に対して一定の割合を満たす場合には、演算回路は、瞬時値データのピーク値が更新され、かつ当該ピーク値が直前に確定された実効値程度以上であるときに、立上りを採択する。
【００１４】
本発明の別の局面に係る計測方法は、被測定信号を計測して、被測定信号の１周期単位で実効値を確定させる計測方法であって、被測定信号の瞬時値データをサンプリングするステップと、瞬時値データに基づいて、被測定信号のゼロクロス点、または、瞬時値データと基準値との交差を検出して、被測定信号の波形の立上りの採否を判定するための指標として、波形の立上りと立下りとの間の時間間隔、または、波形の立下りと立上りとの間の時間間隔を求めるステップと、当該時間間隔が、直前に確定された周波数に対応する周期に対して一定の割合に満たない場合には、立上りを棄却するステップとを備える。
【００１５】
本発明のさらに別の局面に係る解析装置は、解析対象信号を解析して、解析対象信号の１周期単位で実効値を確定させる解析装置であって、解析対象信号の瞬時値データをサンプリングするサンプリング回路と、瞬時値データに基づいて、前記解析対象信号のゼロクロス点、または前記瞬時値データと基準値との交差を検出して、前記解析対象信号の周波数および実効値を演算する演算回路とを備える。演算回路は、ゼロクロス点、または瞬時値データと基準値との交差を検出し、解析対象信号の波形の立上りの採否を判定するための指標として、波形の立上りと立下りとの間の時間間隔、または、波形の立下りと立上りとの間の時間間隔を求める。演算回路は、当該時間間隔が、直前に確定された周波数に対応する周期に対して一定の割合に満たない場合には、立上りを棄却する。
【００１６】
本発明のさらに別の局面に係る解析方法は、解析対象信号を解析して、解析対象信号の１周期単位で実効値を確定させる解析方法であって、解析対象信号の瞬時値データをサンプリングするステップと、瞬時値データに基づいて、解析対象信号のゼロクロス点または瞬時値データと基準値との交差を検出して、解析対象信号の波形の立上りの採否を判定するための指標として、波形の立上りと立下りとの間の時間間隔、または、波形の立下りと立上りとの間の時間間隔を求めるステップと、当該時間間隔が、直前に確定された周波数に対応する周期に対して一定の割合に満たない場合には、立上りを棄却するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、波形の立上りを信号のサンプリングの基準に用いる電気量の計測および解析において、１周期内に複数の立上りが存在する場合にも、電気量の実効値を確定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る計測装置の概略構成を示したブロック図である。
【図２】図１に示した演算回路１４による処理の１つの具体例を説明するための第１のフローチャートである。
【図３】図２に示されたフローに続く処理フローを説明するための第２のフローチャートである。
【図４】図２に示されたフローに続く処理フローを説明するための第３のフローチャートである。
【図５】暫定最大値および暫定最小値を更新する処理を説明したフローチャートである。
【図６】クリアランスＵおよびクリアランスＬの妥当性を判定するための処理を示したフローチャートである。
【図７】１周期内に複数の立上りが存在する場合の波形の例を示した波形図である。
【図８】本発明の実施の形態１に従う計測方法を説明するための図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る電磁解析装置の概略構成を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。
【００２０】
［実施の形態１］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る計測装置の概略構成を示したブロック図である。図１を参照して、計測装置１０は、入力回路１１と、サンプリング回路１２と、Ａ／Ｄ変換回路１３と、演算回路１４と、出力回路１５とを備える。
【００２１】
図１に示した構成は、たとえばＣＰＵ、ＤＳＰ、メモリ等のハードウェア、あるいは、ＣＰＵ、ＤＳＰ等で実行されるソフトウェア、または、ハードウェア及びソフトウェアの任意の組み合わせ等によって実現可能である。したがって、図１に示した構成を実現するための手段は特に限定されるものではない。
【００２２】
入力回路１１には、交流電圧などの被測定信号が入力される。サンプリング回路１２は、基準時点から被測定信号をサンプリングすることで被測定信号の瞬時値データを取得する。この実施の形態ではサンプリング周波数は適切な周波数に固定されるものとする。
【００２３】
サンプリング回路１２によってサンプリングされたデータは、Ａ／Ｄ変換回路１３においてデジタルデータに変換されて、演算回路１４に入力される。演算回路１４は、被測定信号の１周期の間にサンプリングによって得られるデジタルデータを集約して演算することにより、交流電圧の実効値を算出する。実効値の算出方法は、公知の様々な手法を適用できるのでここでは詳細な説明を繰り返さないが、たとえば、デジタルデータの二乗値を累積して累積値の期間平均値の平方根を実効値とする方法が用いられる。演算回路１４によって算出された実効値は出力回路１５を通じて出力される。
【００２４】
演算回路１４は、立上り・立下り検出回路１６と、フィルタ１７と、採択域設定回路１８と、実効値演算回路１９とを備える。立上り・立下り検出回路１６は、Ａ／Ｄ変換回路１３から出力された被測定信号のデータ（デジタルデータ）に基づいて、その被測定信号（入力波形）の立上りおよび立下りを検出する。本明細書において、「立上り」とはゼロクロス点での被測定信号の波形の立上り、または、基準値（０ではない）での被測定信号の波形の立上りである。同じく、本明細書において、「立下り」とはゼロクロス点での被測定信号の波形の立下り、または、上記基準値での被測定信号の波形の立下りである。
【００２５】
なお、基準値を設定する場合には、たとえば特願２０１１−２６４７６２号明細書に記載された方法を適用することができるので、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【００２６】
次に、次に図１に示した演算回路１４による立上りの検出および実効値の演算について詳しく説明する。図２は、図１に示した演算回路１４による処理の１つの具体例を説明するための第１のフローチャートである。図３は、図２に示されたフローに続く処理フローを説明するための第２のフローチャートである。図４は、図２に示されたフローに続く処理フローを説明するための第３のフローチャートである。図２〜図４に示した処理は、データがサンプリングされるごとに実行される。
【００２７】
まず図２を参照して、サンプリングされたデータによって、波形のゼロクロス、または基準値との交差が検出される（ステップＳ１，Ｓ２）。この発明の実施の形態では、「基準値」とは、一周期平均値としており、０も基準値となり得る。ただし、この発明では０以外の値を「基準値」と呼称して０と区別する。
【００２８】
次にステップＳ１０において、演算回路１４は、その検出されたゼロクロスあるいは基準値交差が立上りおよび立下りのいずれであるかを判定する。立上りであった場合、次に説明する、ステップＳ１１〜Ｓ１６の処理およびステップＳ２１以後の処理が実行される。一方、サンプリングされたデータが、立下りを示す場合、図２において符号「Ｂ」で示されるように、図３の処理へと進む。
【００２９】
ステップＳ１１〜Ｓ１６の処理およびステップＳ２１〜Ｓ２４の処理は並列に実行され、両方の処理は、ステップＳ２５で合流する。まず、ステップＳ１１〜Ｓ１６の処理について説明する。
【００３０】
ステップＳ１１において、演算回路１４は、暫定最小値と確定最小値とを比較する。ステップＳ１２において、演算回路１４は、暫定最小値が確定最小値より小さいかどうかを判定する。暫定最小値が確定最小値よりも小さい場合、（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、処理はステップＳ１３に進む。
【００３１】
ステップＳ１３において、演算回路１４は、その暫定最小値を確定最小値とする。これにより確定最小値が更新される。ステップＳ１４において、演算回路１４は、暫定最小値をリセットする。ゼロクロス検出（ステップＳ１）の場合、リセットによって、暫定最小値が０に戻る。一方、基準値交差検出（ステップＳ２）の場合、リセットによって、暫定最小値がその基準値に戻る。
【００３２】
ステップＳ１４の処理に続き、ステップＳ１５の処理が実行される。あるいは、暫定最小値が確定最小値以上である場合（ステップＳ１２においてＮＯ）にもステップＳ１５の処理が実行される。ステップＳ１５において、演算回路１４は、「開きＬ」を演算する。「開きＬ」とは、波形の直前１周期の平均値と、確定最小値との差（＝直前１周期平均値−確定最小値）であり、波形の基準値より下側における、基準値に対する波形の開き（差分の絶対値）である。
【００３３】
ステップＳ１６において、演算回路１４は、前回実行値出力に対して、ステップＳ１５で算出した開きＬが妥当かどうかを判定する。この判定は、次のようにして行なわれる。
【００３４】
被測定波形が正負対称の波形である場合には、ピーク値が更新され、かつ、開きＬが、直前１周期に確定された実効値程度以上であれば、その開きＬが妥当であると判定される。被測定波形が正負非対称の波形である場合には、ピーク値が更新され、かつ、開きＬが、｛直前１周期に確定された実効値−偏倚量｝（振動成分の実効値）程度以上であれば、その開きＬが妥当であると判定される。
【００３５】
開きＬが妥当である場合（ステップＳ１６においてＹＥＳ）、処理はステップＳ２５に進む。一方、開きＬが妥当ではない場合（ステップＳ１６においてＮＯ）、処理はリターンされる。
【００３６】
次にステップＳ２１以後の処理について説明する。ステップＳ２１において、演算回路１４は、立上り時刻を更新する。ステップＳ２２において、演算回路１４は、立下り選択フラグが１であるかどうかを判定する。
【００３７】
ステップＳ２２において立下り選択フラグが１ではない場合（ステップＳ２２においてＮＯ）、処理はステップＳ３０に進む。ステップＳ３０において、演算回路１４は、立上り選択フラグが１であるかどうかを判定する。立上り選択フラグが１である場合（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、処理は後述するステップＳ２９へと進む。一方、立上り選択フラグが１でない場合（ステップＳ３０においてＮＯ）、処理はリターンされる。
【００３８】
ステップＳ２２において、立下り選択フラグが１である場合（ステップＳ２２においてＹＥＳ）、処理はステップＳ２３に進む。ステップＳ２３において、演算回路１４は、クリアランスＬを演算する。「クリアランスＬ」とは、ステップＳ１１の処理で更新された立上り時刻と直前の立下り時刻との間の時間（＝立上り時刻−直前立下り時刻）に相当する。
【００３９】
ステップＳ２４において、演算回路１４は、前回周波数出力に対しクリアランスＬが妥当かどうかを判定する。この処理については後に詳細に説明する。クリアランスＬが妥当である場合（ステップＳ２４においてＹＥＳ）、処理はステップＳ２５に進む。一方、クリアランスＬが妥当ではない場合（ステップＳ２４においてＮＯ）、処理はリターンされる。
【００４０】
ステップＳ２５において、演算回路１４は、クリアランスＬと開きＬとが両立するかどうかを判定する。クリアランスＬと開きＬとがともに妥当である場合、演算回路１４は、両者が両立すると判定する。この場合（ステップＳ２５においてＹＥＳ）、処理はステップＳ２６に進む。一方、両立しない場合（ステップＳ２５においてＮＯ）、処理はステップＳ２９に進む。
【００４１】
ステップＳ２６において、演算回路１４は、立上り選択時刻を更新する。この場合、演算回路１４は、両立したときの立上り時刻を選択時刻とする。
【００４２】
ステップＳ２７において、演算回路１４は、確定最小値を下側ピーク値として、下側ピーク値を更新する。ステップＳ２８において、演算回路１４は、立上り選択フラグを１にし、立下り選択フラグをクリアする。
【００４３】
ステップＳ２９において、演算回路１４は、立上りが採択域および棄却域のいずれに含まれるかを判定する。「採択域」とは、立上り・立下り検出回路１６によって検出された立上りのうち、サンプリング期間の基準として採択すべき立上りを設定するための時間帯である。すなわち採択域内の立上りがサンプリング期間の基準として用いられる。一方、「棄却域」とは、立上り・立下り検出回路１６によって検出された立上りを、サンプリング期間の基準としては採択せずに棄却する時間帯である。
【００４４】
立上りが採択域に含まれる場合、図２において符号「Ｃ」で示されるように、図４の処理へと進む。一方、立上りが棄却域に含まれる場合、処理はリターンされる。
【００４５】
次に図３を参照して、ステップＳ１０において立下りが検出された場合の処理について説明する。図２に示された処理と同じく、ステップＳ３１〜Ｓ３６の処理およびステップＳ４１〜Ｓ４４の処理は並列に実行され、両方の処理は、ステップＳ４５で合流する。
【００４６】
ステップＳ３１において、演算回路１４は、暫定最大値と確定最大値とを比較する。ステップＳ３２において、演算回路１４は、暫定最大値が確定最大値より大きいかどうかを判定する。暫定最大値が確定最大値より大きい場合、（ステップＳ３２においてＹＥＳ）、処理はステップＳ３３に進む。
【００４７】
ステップＳ３３において、演算回路１４は、その暫定最大値を確定最大値として確定最大値を更新する。ステップＳ３４において、演算回路１４は、暫定最大値をリセットする。ゼロクロス検出（ステップＳ１）の場合、リセットによって、暫定最大値が０に戻る。一方、基準値検出（ステップＳ２）の場合、リセットによって、暫定最大値がその基準値に戻る。
【００４８】
ステップＳ３４の処理に続き、ステップＳ３５の処理が実行される。あるいは、暫定最大値が確定最大値以下である場合（ステップＳ３２においてＮＯ）にもステップＳ３５の処理が実行される。ステップＳ３５において、演算回路１４は、「開きＵ」を演算する。「開きＵ」とは、確定最大値と波形の直前１周期の平均値との差（＝確定最大値−直前１周期平均値）であり、波形の基準値より上側における、基準値に対する波形の開き（差分の絶対値）である。
【００４９】
ステップＳ３６において、演算回路１４は、前回実行値出力に対して、ステップＳ３５で算出した開きＵが妥当かどうかを判定する。ステップＳ１６と同じく、演算回路１４は、被測定波形が正負対称の波形であるか否かに応じて、開きＵの妥当性を判定する。
【００５０】
被測定波形が正負対称の波形である場合には、ピーク値が更新され、かつ、開きＵが、直前１周期に確定された実効値程度以下であれば、その開きＵが妥当であると判定される。被測定波形が正負非対称の波形である場合には、ピーク値が更新され、かつ、開きＵが、｛直前１周期に確定された実効値−偏倚量｝（振動成分の実効値）程度以上であれば、その開きＵが妥当であると判定される。
【００５１】
開きＵが妥当である場合（ステップＳ３６においてＹＥＳ）、処理はステップＳ４５に進む。一方、開きＵが妥当ではない場合（ステップＳ３６においてＮＯ）、処理はリターンされる。
【００５２】
ステップＳ４１において、演算回路１４は、立下り時刻を更新する。ステップＳ４２において、演算回路１４は、立上り選択フラグが０であるかどうかを判定する。つまり、演算回路１４は、立上り採択後の新しい周期であるかどうかを判定する。
【００５３】
ステップＳ４２において立下り選択フラグが０ではない場合（ステップＳ４２においてＮＯ）、処理はリターンされる。ステップＳ４２において、立下り選択フラグが０である場合（ステップＳ４２においてＹＥＳ）、処理はステップＳ４３に進む。ステップＳ４３において、演算回路１４は、クリアランスＵを演算する。「クリアランスＵ」とは、ステップＳ４１の処理で更新された立下り時刻と、直前の立上り時刻との間の時間に相当する。
【００５４】
ステップＳ４４において、演算回路１４は、前回周波数出力に対しクリアランスＵが妥当かどうかを判定する。この処理については後に詳細に説明する。クリアランスＵが妥当である場合（ステップＳ４４においてＹＥＳ）、処理はステップＳ４５に進む。一方、クリアランスＵが妥当ではない場合（ステップＳ４４においてＮＯ）、処理はリターンされる。
【００５５】
ステップＳ４５において、演算回路１４は、クリアランスＵと開きＵとが両立するかどうかを判定する。クリアランスＵと開きＵとがともに妥当である場合、演算回路１４は、両者が両立すると判定する。この場合（ステップＳ４５においてＹＥＳ）、処理はステップＳ４６に進む。一方、両立しない場合（ステップＳ４５においてＮＯ）、処理はリターンされる。
【００５６】
ステップＳ４６において、演算回路１４は、立下り選択時刻を更新する。この場合、演算回路１４は、両立したときの立下り時刻を選択時刻とする。
【００５７】
ステップＳ４７において、演算回路１４は、確定最大値を上側ピーク値として、上側ピーク値を更新する。ステップＳ４８において、演算回路１４は、立下り選択フラグを１にする。ステップＳ４８の処理が終わると処理はリターンされる。
【００５８】
続いて、ステップＳ２９において、立上りが採択域に含まれると判定された場合の処理を、図４を参照して説明する。ステップＳ５１において、演算回路１４は、立上り選択フラグが１であるかどうかを判定する。立上り選択フラグが１でない場合（ステップＳ５１においてＮＯ）、処理はリターンされる。
【００５９】
立上り選択フラグが１である場合（ステップＳ５１においてＹＥＳ）、処理はステップＳ５２に進む。ステップＳ５２において、演算回路１４は、立上り採択時刻を更新する。すなわち、採択域内の立上りが採択されるとともに、その立上りの時刻が採択時刻として設定される。
【００６０】
ステップＳ５３において、演算回路１４は、周波数演算用カウンタの前回値に１を加算する。具体的に説明すると、採択域設定回路１８は、周波数演算用周期カウンタを有する。被測定信号の最大値および最小値が随時更新された場合、その最大値および最小値が妥当であれば周波数演算用周期カウンタは前回値に１を加算する。最大値および最小値が妥当か否かは、たとえば確定された最大値および最小値との比較（たとえば最大値同士の比および最小値同士の比）に基づいて判定される。
【００６１】
ステップＳ５４において、演算回路１４は、立上り選択フラグをクリアして０にする。ステップＳ５５において、演算回路１４は、実効値および周波数を演算する。実効値および周波数の演算方法は、たとえば特願２０１１−０５６４７９号明細書および図面に記載の方法を適用することができるので、ここでは詳細な説明を繰り返さない。基本的には、立上り・立下り検出回路１６が検出した立上りの中から、瞬時値データのサンプリング期間の基準として用いられるゼロクロス点を採択するための時間帯である採択域が、フィルタによって設定される。その立上りに基づいて被測定信号の周波数が検出され、検出された周波数に基づいてフィルタは採択域を変化させる。その採択域によって採択されたゼロクロス点を基準とする単位期間の間にＡ／Ｄ変換回路から出力されたデジタルデータに基づいて、被測定信号の実効値が演算される。
【００６２】
図５は、暫定最大値および暫定最小値を更新する処理を説明したフローチャートである。暫定最大値は、波形の立上りから立下りの間での最大値として暫定的に定められた値である。暫定最小値は、波形の立下りから立上りの間での最小値として暫定的に定められた値である。波形の１周期の間のサンプリングの間に、暫定最大値および暫定最小値が随時更新される。なお、図２のステップＳ１１および図３のステップＳ３１の処理は、図５の結果に基づいて判定される。
【００６３】
図５を参照して、ステップＳ６１において、演算回路１４は、瞬時値を計測する。ステップＳ６２において、演算回路１４は、計測値と暫定最大値とを比較する。
【００６４】
ステップＳ６３において、演算回路１４は、計測値が暫定最大値よりも大きいか否かを判定する。計測値が暫定最大値よりも大きい場合（ステップＳ６３においてＹＥＳ）、処理はステップＳ６４に進み、暫定最大値が更新される。この場合、上記の計測値が暫定最大値に設定される。たとえば、波形値が上昇している場合には、計測値が取得されるたびに、暫定最大値が、その計測値へと更新される。
【００６５】
一方、計測値が暫定最大値以下である場合（ステップＳ６３においてＮＯ）、処理はステップＳ６５に進む。ステップＳ６５において、演算回路１４は、計測値と暫定最小値とを比較する。
【００６６】
ステップＳ６６において、演算回路１４は、計測値が暫定最小値よりも小さいか否かを判定する。計測値が暫定最小値よりも小さい場合（ステップＳ６６においてＹＥＳ）、処理はステップＳ６７に進み、暫定最小値が更新される。この場合、上記の計測値が暫定最小値に設定される。たとえば、波形値が下降している場合には、計測値が取得されるたびに、暫定最小値が、その計測値へと更新される。ステップＳ６４またはステップＳ６７の処理が終了すると、全体の処理はリターンされる。
【００６７】
図６は、クリアランスＵおよびクリアランスＬの妥当性を判定するための処理を示したフローチャートである。図６のフローチャートは、図２のステップＳ２４および図３のステップＳ４４の処理を詳しく説明したものである。
【００６８】
図６を参照して、ステップＳ７１において、演算回路１４は、クリアランスの値を演算する。具体的には、演算回路１４は、クリアランスＵまたはクリアランスＬと、前回出力周波数との積を算出する。
【００６９】
ステップＳ７２において、演算回路１４は、その算出されたクリアランスの値が０．３より大きいかどうかを判定する。クリアランスの値が０．３より大きい場合（ステップＳ７２においてＹＥＳ）、ステップＳ７３において、演算回路１４は、クリアランスＵまたはクリアランスＬが妥当であると判定する。なお、この実施の形態では、基準値は０．５よりも小さければよく、０．３に限定されるものではない。
【００７０】
クリアランスの値が０．３より小さい場合（ステップＳ７２においてＮＯ）、処理はステップＳ７４に進む。この処理は、拾うべき立上りを落としてしまわないための処理である。
【００７１】
ステップＳ７４において、演算回路１４は、経過時間を算出する。経過時間は、立上り時刻または立下り時刻と前回採択立上り時刻との間の時間に相当する。ステップＳ７５において、演算回路１４は、判定周期を演算する。判定周期は、ステップＳ７４で算出された経過時間と、前回出力周波数との積である。現時点が１周期の中のどのタイミングであるかを判定するために、ステップＳ７４，Ｓ７５の処理が実行される。
【００７２】
ステップＳ７６において、立上りおよび立下りのいずれの場合に該当するかが判定される。図６に示した処理がステップＳ２４の処理に該当する場合には、立上りの場合の処理と判定される。この場合、ステップＳ７７において、判定周期が０．７５より大きく、かつ、クリアランスＬ（ステップＳ２３で算出された値）が０．１より大きいという条件が満たされるかどうかが判定される。この条件が満たされる場合（ステップＳ７７においてＹＥＳ）、ステップＳ７９において、クリアランスＬが妥当であると判定される。クリアランスＬが妥当であれば、判定周期は、０．５（半周期）よりは長くなる。したがって、ステップＳ７７において、判定周期が０．７５より大きいかどうかが判定される。なお、判定周期の０．７５という値あるいはクリアランスＬの０．１という値は一例であり、これに限定されるものではない。
【００７３】
上記の条件が満たされない場合（ステップＳ７７においてＮＯ）、ステップＳ７８において、演算回路１４は、判定周期が１．０以上であるか否かを判定する。判定周期が１．０以上の場合（ステップＳ７８においてＹＥＳ）、処理はステップＳ７９に進み、クリアランスＬが妥当であると判定される。一方、判定周期が１．０未満の場合（ステップＳ７８においてＮＯ）、ステップＳ８０において、クリアランスＬが不当と判定される。
【００７４】
ステップＳ７６において、立下りの場合であると判定された場合、ステップＳ８１において、判定周期が０．２５より大きく、かつ、クリアランスＵ（ステップＳ４３で算出された値）が０．１より大きいという条件が満たされるかどうかが判定される。この条件が満たされる場合（ステップＳ８１においてＹＥＳ）、ステップＳ７３において、クリアランスＵが妥当であると判定される。
【００７５】
クリアランスＵが妥当であれば、判定周期は、少なくとも０．２５（１／４周期）より長くなる。したがって、ステップＳ８１において、判定周期が０．２５より大きいかどうかが判定される。なお、判定周期の０．２５という値あるいはクリアランスＵの０．１という値は一例であり、これに限定されるものではない。
【００７６】
上記の条件が満たされない場合（ステップＳ８１においてＮＯ）、ステップＳ８２において、演算回路１４は、判定周期が０．５以上であるか否かを判定する。判定周期が０．５以上の場合（ステップＳ８２においてＹＥＳ）、処理はステップＳ７３に進み、クリアランスＵが妥当であると判定される。この場合、本来ではないかもしれないが、クリアランスＵは半周期の経過を示すので、クリアランスＵの値に関わらず妥当と判断される。一方、判定周期が０．５未満の場合（ステップＳ８２においてＮＯ）、ステップＳ８０において、クリアランスＬが不当と判定される。
【００７７】
続いて、上記の装置および方法による効果について説明する。図７は、１周期内に複数の立上りが存在する場合の波形の例を示した波形図である。図７を参照して、１周期内に複数の立上り（この例ではゼロクロスでの立上りとする）が存在する。上記の方法が用いられない場合、演算回路１４（立上り・立下り検出回路１６）が本来検出すべきでない立上りまで不必要に検出する可能性が高い。図７では、本来検出すべき立上りを白丸で示し、実際に検出される立上りを黒点で示す。
【００７８】
演算回路１４が、本来検出すべきではない立上りを検出することにより、その検出間隔が変化する。上記のとおり、フィルタ１７は検出された立上りに基づいて「採択域」（同時に「棄却域」）を設定する。立上りの検出間隔が変化することによって、演算回路１４の出力、すなわち、周波数および実効値の演算結果が不安定となる。すなわち演算結果の誤差が大きくなる。
【００７９】
図８は、本発明の実施の形態１に従う計測方法を説明するための図である。図８を参照して、この例では、ゼロクロスの立上りおよび立下りを検出する。期間ｔ１〜ｔ８の各々は、立上りから次の立下りまでの期間、あるいは、立下りから次の立上りまでの期間を示している。
【００８０】
点Ｐ１は、採択域内のゼロクロスでの立上りを示し、この点Ｐ１から開始されるものとする。点Ｎ１は、点Ｐ１の次に現れる、ゼロクロスでの立上りを示す。しかし、直前の周期で更新された実効値に対して確定最大値Ｕａ，Ｌｃが採択条件を満たさない。すなわち、開きＵ（Ｕａと直前１周期平均値との差）が前回実効値に対して妥当な範囲内にない。同じく、開きＬ（Ｌｃと直前１周期平均値との差）が前回実効値に対して妥当な範囲内にない。このため、点Ｎ１は不当と判定される。
【００８１】
点Ｎ２は、点Ｎ１の次に現れる、ゼロクロスでの立上りを示す。点Ｎ１の場合と同じく、直前の周期で更新された実効値に対して確定最大値Ｕｃ，Ｌａが採択条件を満たさない。すなわち、開きＵ（Ｕｃと直前１周期平均値との差）が前回実効値に対して妥当な範囲内にない。同じく、開きＬ（Ｌａと直前１周期平均値との差）が前回実効値に対して妥当な範囲内にない。したがって点Ｎ２も不当と判定される。
【００８２】
点Ｐ２は、点Ｎ２の次に現れる、ゼロクロスでの立下りを示す。点Ｎ２から点Ｐ２までの期間、すなわち、期間ｔ５における確定最大値はＵｐである。開きＵ（Ｕｐと直前１周期平均値との差）は前回実効値に対して妥当な範囲にあると判定される。さらに、クリアランスＵ（＝期間ｔ５）も０．３より大きいために妥当であると判断される。この場合、図３のステップＳ４５において、開きＵおよびクリアランスＵが両立すると判断される。したがって、立下り選択時刻が更新され（ステップＳ４６）、上側ピーク値がＵｐに更新される（ステップＳ４７）。さらに、立下り選択フラグが１に設定される（ステップＳ４８)。
【００８３】
点Ｎ３は、点Ｐ２の次に現れる、ゼロクロスでの立上りを示す。点Ｎ３は、点Ｎ１，Ｎ２と同様に、直前の周期で更新された実効値に対して確定最小値Ｌｂが採択条件を満たさない。すなわち、開きＬ（Ｌｂと直前１周期平均値との差）が前回実効値に対して妥当な範囲内にない。したがって点Ｎ３も不当と判定される。
【００８４】
点Ｐ３は、点Ｎ３の次に現れる、ゼロクロスでの立下りを示す。点Ｐ４は、点Ｐ３の次に現れる、ゼロクロスでの立上りを示す。点Ｐ３から点Ｐ４までの期間、すなわち、期間ｔ８における確定最小値はＬｐである。開きＬ（Ｌｐと直前１周期平均値との差）は前回実効値に対して妥当な範囲にあると判定される。さらに、クリアランスＬ（＝期間ｔ８）も０．３より大きいために妥当であると判断される。この場合、図２のステップＳ２５において、開きＬおよびクリアランスＬが両立すると判断される。したがって、立上り選択時刻が更新され（ステップＳ２６）、下側ピーク値がＬｐに更新される（ステップＳ２７）。さらに、立上り選択フラグが１に設定されるとともに、立下り選択フラグがクリアされる（ステップＳ２８)。
【００８５】
点Ｐ４での立上りは採択域にあるので、図４に示した処理が実行される。立上り選択フラグが１であるので（ステップＳ５１においてＹＥＳ）、立上り採択時刻が、点Ｐ４の時刻へと更新される。演算回路１４は、周波数演算用カウンタの前回値に１を加算し（ステップＳ５３）、立上り選択フラグをクリアする（ステップＳ５４）。そして演算回路１４は、実効値および周波数を演算する（ステップＳ５５）。
【００８６】
以上のように、実施の形態１によれば、演算回路１４は、瞬時値データと０または基準値（０以外）との交差を検出して、被測定信号の波形の立上りの採否を判定するための指標として、波形の立上りと立下りとの間の時間間隔、または、波形の立下りと立上りとの間の時間間隔、すなわちクリアランスを求める。当該クリアランスが、直前に確定された周波数に対応する周期に対して一定の割合に満たない場合には、その立上りを従属成分またはノイズによるものとして棄却する。
【００８７】
さらに、この際に、ゼロクロスまたは基準値交差の数が多くなると、棄却される時間比率が相対的に高くなる。このため、採択するための割合を０．５周期程度に設定すると、本来採択すべきものを誤って棄却するおそれがある。このため、上記の「一定の割合」は、０．５周期より小さくする。この実施形態では、「一定の割合」は０．３である。
【００８８】
また、上記の制御によって、従属成分またはノイズによる立上りを不必要に採択してしまう可能性が生じる。したがって、この実施の形態では、ピーク値（最大値または最小値）が更新され、かつそのピーク値が直前に確定された実効値程度以上の場合に、立上りを採択する（ステップＳ１１〜Ｓ１６，Ｓ３１〜Ｓ３６）。
【００８９】
したがって実施の形態１によれば、ゼロクロスまたは基準値交差を基準とした計測において、波形の１周期内に複数の立上り（ゼロクロスまたは基準値交差の立上り）がある歪波形であっても、組成周波数成分ごとに分離することなく計測が可能となる。具体的には、計測値としての実効値が不安定なことに起因して計測が不能となる事態が生じることを抑制できる。また、計測値としての実効値が実態から乖離することを防ぐことができる。したがって実効値を正しく評価できる。さらに、フィルタ処理、ＦＦＴ等といった、周波数成分を分離、抽出するための処理および機構が不要となる。
【００９０】
［実施の形態２］
本発明は、計測装置として実現可能なだけでなく、電磁解析装置としても実現可能である。
【００９１】
図９は、本発明の第２の実施の形態に係る電磁解析装置の概略構成を示したブロック図である。図１および図９を参照して、電磁解析装置１０Ａは、入力回路１１が省略されている点において計測装置１０と異なる。なお、図９に示した構成も、図１に示した構成と同様に、たとえばＣＰＵ、ＤＳＰ、メモリ等のハードウェア、あるいは、ＣＰＵ、ＤＳＰ等で実行されるソフトウェア、または、ハードウェア及びソフトウェアの任意の組み合わせ等によって実現可能である。したがって、図９に示した構成を実現するための手段は特に限定されるものではない。
【００９２】
サンプリング回路１２には解析対象の波形が入力される。電磁解析装置１０Ａの他の部分の構成は計測装置１０の対応する部分の構成と同様であるので、以後の説明は繰り返さない。したがって、実施の形態２においても、図２〜図６に示されたフローチャートに従う処理が実行される。
【００９３】
実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態２によれば、電気量の現実の波形を電磁解析装置上で再現することによって、その電気量の実効値を確定できる。したがって、基本波成分に高調波が重畳したことによる実効値の変動が原因と考えられる現象が発生した場合に、そのような仮定が正しいかどうかを検証して、原因を特定することができる。
【００９４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９５】
１０  計測装置、１０Ａ  電磁解析装置、１１  入力回路、１２  サンプリング回路、１３  Ａ／Ｄ変換回路、１４  演算回路、１５  出力回路、１６  立上り・立下り検出回路、１７  フィルタ、１８  採択域設定回路、１９  実効値演算回路。
【図１】
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【図２】
2014055797.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2014055797.tif 000007
【図６】
2014055797.tif 000008
【図７】
2014055797.tif 000009
【図８】
2014055797.tif 000010
【図９】
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