(57)【要約】【課題】電流測定の処理にかかる時間を短縮化することができる電流測定装置、及び電流測定方法を得る。【解決手段】温度センサ３３による環境温度の情報に基づいて補正演算処理を行い、電流値補正結果を算出する演算処理部３２を備え、演算処理部３２は、外部からの制御信号により、独立して所望の補正演算を実行可能な回路ブロックを複数縦続接続することで、複数の処理に分割された補正演算処理を、連続して入力されるＡ／Ｄ変換後の値に対して順次処理する演算部３２１と、複数縦続接続されたそれぞれの回路ブロックに対して制御信号を出力することで、所望の補正演算処理を実行させる演算制御部３２２とを有するファームウェアとして構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境温度を検出する温度センサ、及び
導体に流れる電流値に相当する計測値のＡ／Ｄ変換後の値に対して、上記温度センサにより検出された上記環境温度の情報に基づく補正演算処理を行い、電流値補正結果を算出する演算処理部
を備え、
上記演算処理部は、
外部からの制御信号により、独立して所望の補正演算を実行可能な回路ブロックを複数縦続接続することで、複数の処理に分割された上記補正演算処理を、連続して入力される上記Ａ／Ｄ変換後の値に対して順次処理する演算部と、
上記複数縦続接続されたそれぞれの回路ブロックに対して制御信号を出力することで、所望の補正演算処理を実行させる演算制御部と
を有するファームウェアとして構成されている
電流測定装置。
【請求項２】
上記演算部に含まれる上記それぞれの回路ブロックは、加算器、乗算器、セレクタにより切り換え可能なリミット処理部、及び除算器を有して構成されており、
上記演算制御部は、上記制御信号として、
上記加算器に対しては加算係数を出力し、
上記乗算器に対しては乗算係数を出力し、
上記リミット処理部に対しては、上記セレクタを切り換えるための選択切り換え信号を出力し、
上記除算器に対しては除算係数を出力し、
上記所望の補正演算処理を実行させる
請求項１に記載の電流測定装置。
【請求項３】
上記演算処理部の制御及び監視を行う制御・監視装置、及び
上記制御・監視装置からの指令に応じて、上記演算制御部に演算開始を伝えることで上記補正演算処理を開始させるとともに、上記演算部により算出された上記電流値補正結果を上記制御・監視装置に返送する送受信機
をさらに備え、
上記制御・監視装置は、上記補正演算処理を実行する際に用いる上記制御信号を変更するアップデート情報を、上記送受信機を介して上記演算制御部に送信することで、ファームウェアのアップデートを実行可能とする
請求項１または２に記載の電流測定装置。
【請求項４】
上記演算部は、上記回路ブロックを複数縦続接続した回路を有するＦＰＧＡで構成されている
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電流測定装置。
【請求項５】
上記演算部と上記演算制御部とは、信号線で接続されている
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電流測定装置。
【請求項６】
上記演算制御部は、上記演算部を構成する上記ＦＰＧＡ上に一体構成されている
請求項４に記載の電流測定装置。
【請求項７】
導体に流れる電流値に相当する計測値のＡ／Ｄ変換後の値に対して、環境温度を検出する温度センサにより検出された上記環境温度の情報に基づく補正演算処理を行い、電流値補正結果を算出する演算処理部を備えた電流測定装置において実行される電流測定方法であって、
上記演算処理部において、
上記補正演算処理を複数の処理に分割し、外部からの制御信号により、独立して所望の補正演算を実行可能な回路ブロックを複数縦続接続することで構成された演算部のそれぞれの回路ブロックに対して、分割後の上記複数の処理のそれぞれを割り付けるステップと、
上記それぞれの回路ブロックに対して所望の制御信号を出力することで、上記複数の処理に分割された上記補正演算処理を、連続して入力される上記Ａ／Ｄ変換後の値に対して順次処理するステップと
を有する電流測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、導体を流れる電流を測定する電流測定装置、及び電流測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロゴスキーコイルの出力信号から高調波ノイズを除去するノイズフィルタと、ノイズフィルタからの出力を適正な出力振幅値に変換する入力調整部と、入力調整部からの出力をデジタル信号に変換して電流測定のための演算処理を行うＣＰＵと、を有する電流測定に用いられる電流測定装置が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２３７３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１に示されている電流測定装置では、電流検出のための演算処理をＣＰＵが行っている。一般的に、ＣＰＵの演算方法は、順次処理である。このため、補正を行う演算量が増加するに従って、演算処理に時間がかかってしまう。即ち、電流測定の処理時間が長くなるという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電流測定処理にかかる時間を短縮化することができる電流測定装置、及び電流測定方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による電流測定装置は、環境温度を検出する温度センサ、及び導体に流れる電流値に相当する計測値のＡ／Ｄ変換後の値に対して、温度センサにより検出された環境温度の情報に基づく補正演算処理を行い、電流値補正結果を算出する演算処理部を備え、演算処理部は、外部からの制御信号により、独立して所望の補正演算を実行可能な回路ブロックを複数縦続接続することで、複数の処理に分割された補正演算処理を、連続して入力されるＡ／Ｄ変換後の値に対して順次処理する演算部と、複数縦続接続されたそれぞれの回路ブロックに対して制御信号を出力することで、所望の補正演算処理を実行させる演算制御部とを有するファームウェアとして構成されている。
【０００７】
また、この発明による電流測定方法は、導体に流れる電流値に相当する計測値のＡ／Ｄ変換後の値に対して、環境温度を検出する温度センサにより検出された環境温度の情報に基づく補正演算処理を行い、電流値補正結果を算出する演算処理部を備えた電流測定装置において実行される電流測定方法であって、演算処理部において、補正演算処理を複数の処理に分割し、外部からの制御信号により、独立して所望の補正演算を実行可能な回路ブロックを複数縦続接続することで構成された演算部のそれぞれの回路ブロックに対して、分割後の複数の処理のそれぞれを割り付けるステップと、それぞれの回路ブロックに対して所望の制御信号を出力することで、複数の処理に分割された補正演算処理を、連続して入力されるＡ／Ｄ変換後の値に対して順次処理するステップとを有する。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、補正演算処理を複数の処理に分割し、縦続接続された複数の回路ブロックに対して分割後の複数の処理のそれぞれを割り付け、回路ブロックごとに制御信号による所望の補正演算を独立して実行できるファームウェア構成を備えることにより、電流測定処理にかかる時間を短縮化することができるという電流測定装置、及び電流測定方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１による電流測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態２による電流測定装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２の演算部の詳細を示すブロック図である。
【図４】図３の演算部内の１つの回路ブロックの詳細を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態３による電流測定装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による電流測定装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態１における電流測定装置１は、図示しない導体に流れる電流の電圧信号を出力するロゴスキーコイル（信号発生器）２と、電圧信号から電流測定処理を行う信号処理部３と、信号処理部３の制御及び監視を行う制御・監視装置４と、を有している。
【００１１】
ロゴスキーコイル２は、導体に流れる電流の大きさに比例する電圧信号を出力する。この電圧信号は、導体に流れる電流の微分波形になっている。ロゴスキーコイル２により出力された電圧信号は、信号処理部３に入力される。
【００１２】
信号処理部３は、ノイズフィルタ３０と、Ａ／Ｄ変換部３１と、電流値演算処理部（演算処理部）３２と、温度センサ３３と、送受信機３４と、を有している。
【００１３】
ノイズフィルタ３０は、入力されたロゴスキーコイル２による電圧信号から高調波ノイズを除去する。ノイズフィルタ３０は、高調波ノイズを除去した後の電圧信号（ノイズ除去後電圧信号）を出力する。ノイズフィルタ３０により出力されたノイズ除去後電圧信号は、Ａ／Ｄ変換部３１に入力される。
【００１４】
Ａ／Ｄ変換部３１は、入力されたノイズ除去後電圧信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部３１は、デジタル信号に変換したノイズ除去後電圧信号（デジタル電圧信号）を出力する。Ａ／Ｄ変換部３１により出力されたデジタル電圧信号は、電流値演算処理部３２に入力される。
【００１５】
電流値演算処理部３２は、入力されたデジタル電圧信号の補正演算を行った結果を電流値補正結果として出力する。電流値演算処理部３２は、デジタル電圧信号の補正演算を順次処理する演算部３２１と、演算部３２１に対して制御信号を出力することで、所望の補正演算処理を実行させる演算制御部３２２とを有している。この例では、演算部３２１と演算制御部３２２とが、信号線で接続されている。
【００１６】
演算部３２１は、入力されたデジタル電圧信号を補正演算処理して電流値補正結果を算出する。演算部３２１は、デジタル電圧信号の補正演算を行う前に、微分波形になっているデジタル電圧信号を積算器（図１では、図示しない）に通し、導体を流れる電流波形に変換する。
【００１７】
演算部３２１は、電流波形に変換されたデジタル電圧信号（デジタル電流信号）の補正演算を行う際には、温度センサ３３から環境温度の情報（環境温度情報）を取得する。これは、ノイズフィルタ３０及びＡ／Ｄ変換部３１を構成する部品が、規格値に対して温度特性を有していることを考慮して電流波形の補正演算を行うためである。従って、温度センサ３３は、信号処理部３が設置された環境温度（即ち、電流測定装置１が設置された環境温度）を検出し、環境温度情報を出力する。
【００１８】
演算部３２１は、Ａ／Ｄ変換部３１から入力されたデジタル電圧信号をデジタル電流信号に変換した後、温度センサ３３から取得した環境温度情報を用いて、デジタル電流信号の補正演算を行う。補正演算としては、例えば、温度補正、オフセット補正、及び位相補正がある。
【００１９】
演算部３２１は、複数の処理に分割された補正演算を並列処理可能にするために、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）を用いている。従って、演算部３２１は、電流測定装置１に用いる部品の温度特性に応じて必要な補正演算処理を並列に実行できる複数縦続接続された回路ブロック（図１には、図示せず）を備えている。ここで、本発明における並列処理とは、複数縦続接続された回路ブロックに連続して次々と入力される入力信号を、回路ブロックごとに独立して順次処理することをいう。演算部３２１の演算動作の開始または停止は、演算制御部３２２により制御されている。
【００２０】
演算制御部３２２は、デジタル電圧信号をデジタル電流信号に変換する積算周期制御信号５０と、演算部３２１の複数の回路ブロックに対して補正演算処理の開始及び停止の指示である演算部制御信号５１と、を含む制御信号を出力している。演算制御部３２２としては、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）が用いられている。
【００２１】
送受信機３４は、演算制御部３２２の指示により演算部３２１で算出された電流値補正結果を取得し、制御・監視装置４に送信する。この例では、送受信機３４が、遠隔通信可能な装置とされている。
【００２２】
制御・監視装置４は、電流値演算処理部３２から送受信機３４を介して送信されてきた電流値補正結果から導体に流れる電流値を把握できる。また、制御・監視装置４は、送受信機３４を介して制御信号を演算制御部３２２に送ることで、信号処理部３の制御及び監視を行っている。従って、演算制御部３２２が積算周期制御信号５０及び演算部制御信号５１を演算部３２１に出力するか否かは、制御・監視装置４により管理されていることになる。さらに、制御・監視装置４は、演算部３２１が行う補正演算処理の内容変更を行う際には、Ｆ／Ｗ（Ｆｉｒｍｗａｒｅ）アップデート情報を演算部３２１及び演算制御部３２２に送受信機３４を介して送る。
【００２３】
次に、本実施の形態１における電流測定装置１を用いて電流値を測定する一連動作について説明する。先ず、ノイズフィルタ３０は、ロゴスキーコイル２から出力された電流の大きさに対応する電圧信号から高調波ノイズを除去してノイズ除去後電圧信号を出力する。Ａ／Ｄ変換部３１は、ノイズフィルタ３０から出力されたノイズ除去後電圧信号をデジタル信号に変換したデジタル電圧信号を出力する。
【００２４】
このとき、演算制御部３２２が、制御・監視装置４から電流値補正結果を要求する制御信号を受信すると、演算制御部３２２は、演算部３２１に補正演算処理開始の積算周期制御信号５０及び演算部制御信号５１を出す。補正演算処理開始の積算周期制御信号５０及び演算部制御信号５１を受けた演算部３２１は、先ず、積算周期制御信号５０に従い、Ａ／Ｄ変換部３１からのデジタル電圧信号を積算器に通してデジタル電流信号に変換する。
【００２５】
次に、演算部３２１は、演算部制御信号５１に従い、温度センサ３３から環境温度情報を取得し、環境温度情報を用いて、デジタル電流信号を複数の回路ブロックにより順次処理することで補正演算し、電流値補正結果を算出する。このとき、回路ブロックには、連続してデジタル電圧信号が入力されており、回路ブロック内では、連続して入力される電圧信号を次々デジタル電流信号に変換して並列処理している。即ち、補正演算処理を複数の処理に分割し、分割後の複数の処理のそれぞれを、縦続接続された複数の回路ブロックのそれぞれに割り付けることで、連続して入力されるデジタル電圧信号に対して、補正演算処理を順次処理している。その後、演算部３２１は、送受信機３４を介して電流値補正結果を制御・監視装置４に送信する。これにより、制御・監視装置４は、導体に流れる電流値を把握することができ、電流値の測定が終了する。
【００２６】
以上のように実施の形態１によれば、複数の補正演算を並列処理可能なＦＰＧＡを用いた演算部と、ＣＰＵを用いた演算制御部とで電流値演算処理部を構成している。これにより、順次処理を実行するＣＰＵは、補正演算処理自体は行わずに、並列処理が可能な演算部を統括制御することで、電流値補正結果を生成可能としている。このような構成を備えることで、電流値補正結果を算出する補正演算処理は全て演算部で並列処理されるので、補正演算にかかる処理時間を短縮（高速化）することができる。
【００２７】
この結果、単位時間当たりにＡ／Ｄ変換部でＡ／Ｄ変換を行う電流測定用の電圧信号のサンプル数を増加することが可能になるとともに、複雑な補正演算処理でも対応可能にすることができ、電流値の測定の高速化とともに、高精度化を実現することができる。
【００２８】
実施の形態２．
先の実施の形態１では、信号処理部３内の演算部３２１が、使用環境温度に応じて必要な補正演算処理を行う複数の回路ブロックを有する場合について説明した。そこで、本実施の形態２では、複数の回路ブロックの具体例について説明する。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態２による電流測定装置１の構成を示すブロック図である。本実施の形態２における図２に示すように、電流測定装置１の構成は、先の実施の形態１と同様である。しかし、演算制御部３２２は、先の実施の形態１と同様の積算周期制御信号５０及び演算部制御信号５１の他に、加算係数６０、乗算係数６１、リミット処理選択情報６２、及び除算係数６３の情報を制御信号として、演算部３２１に対して出力している。
【００３０】
図３は、図２の演算部３２１の詳細を示すブロック図である。本実施の形態２における図３に示した複数の回路ブロックは、温度センサ３３による使用環境温度の測定結果に基づく複数の補正処理として、オフセット補正、温度補正、位相補正を行うための回路ブロックを一例として示している。また、演算部３２１内の複数の回路ブロックのそれぞれに対して、演算制御部３２２から積算周期制御信号５０、演算部制御信号５１、加算係数６０、乗算係数６１、リミット処理選択情報６２、及び除算係数６３の情報が制御信号として出力されている。
【００３１】
また、図３では、オフセット補正を行う回路ブロック７１が、１〜ｈ個として、温度補正を行う回路ブロックが、ｈ＋１〜ｊ個として、位相補正を行う回路ブロックがｊ＋１〜ｋ個として示されている。ここで、ｈ，ｊ，ｋは、任意の自然数であり、オフセット処理、温度補正処理、位相補正処理のそれぞれの処理を、１段以上の回路ブロックを用いて順次処理できる構成となっている。
【００３２】
そして、積算器７０は、演算制御部３２２から積算周期制御信号５０が入力されると、Ａ／Ｄ変換部３１から入力されたデジタル電圧信号をデジタル電流信号に変換する。補正演算を行う回路ブロック７１のそれぞれは、演算部制御信号５１が入力されると、補正演算を開始するが、演算制御部３２２から入力された加算係数６０、乗算係数６１、リミット処理選択情報６２、及び除算係数６３の値に応じて演算の要否を選択可能となっている。各回路ブロック７１による演算の要否を選択可能方法について図４を用いて説明する。
【００３３】
図４は、図３の演算部３２１内の１つの回路ブロックの詳細を示すブロック図である。図４では、積算器７０の直後に配置される回路ブロック７１を例示しているが、複数の回路ブロックのそれぞれの内部構成は、この図４に示した回路ブロック７１の内部構成と同一である。図４に示すように、回路ブロック７１は、加算器７１０と、乗算器７１１と、リミット処理部７１２と、セレクタ７１３と、除算器７１４とを有している。
【００３４】
また、図４に示すように、演算制御部３２２は、加算器７１０には加算係数６０を、乗算器７１１には乗算係数６１を、セレクタ７１３にはリミット処理選択情報６２を、除算器７１４には除算係数６３を出力する。
【００３５】
演算部３２１が演算部制御信号５１を受けると、先ず、加算器７１０は、積算器７０からの入力値に対して加算係数６０の値を加算する。加算しない場合には、演算制御部３２２から出力された加算係数６０の値は、０になっている。次に、乗算器７１１は、加算器７１０からの出力値に対して乗算係数６１の値を乗算する。乗算しない場合（加算器７１０の出力値をそのまま用いる場合）には、演算制御部３２２から出力された乗算係数６１の値は、１になっている。
【００３６】
次に、リミット処理部７１２は、乗算器７１１の出力値に対してリミット処理を行う。リミット処理を行わない場合には、演算制御部３２２から出力されたリミット処理選択情報６２により、スイッチになっているセレクタ７１３を切り換えることで、リミット処理部７１２を通らない値を選択する。
【００３７】
最後に、除算器７１４は、セレクタ７１３を通過してきた値に対して除算係数６３の値により除算する。除算しない場合（セレクタ７１３の出力値をそのまま用いる場合）には、演算制御部３２２から出力された除算係数６３の値は、１になっている。
【００３８】
回路ブロック７１のそれぞれは、同様の作りになっており、演算制御部３２２から回路ブロック７１のそれぞれに出力される加算係数６０、乗算係数６１、リミット処理選択情報６２、及び除算係数６３の値により演算方法の選択が可能になっている。これにより、各回路ブロック７１は、加算処理、乗算処理、リミット処理、除算処理の各演算の要否を選択可能になっている。その他の構成は、先の実施の形態１と同様である。
【００３９】
以上のように、実施の形態２によれば、回路ブロックのそれぞれが、演算制御部から出力される加算係数、乗算係数、リミット処理選択情報、及び除算係数を含む制御信号により、必要な補正演算を選択可能となっている。そして、このような回路ブロックを複数個縦続接続し、回路ブロックごとに制御信号による所望の補正演算処理を実行できるファームウェア構成を有することで、Ａ／Ｄ変換後の信号を順次高速で補正演算処理することが可能となる。
【００４０】
さらに、このような構成を備えることで、電流測定装置を構成する部品に温度特性のばらつきがある場合でも、汎用性のある電流値演算処理部で対応することが可能となり、コスト削減に繋げることができる。
【００４１】
また、汎用性を有する電流値演算処理部は、補正演算の変更を行う際には、Ｆ／Ｗアップデート情報により演算制御部による制御信号を変更することで、Ｆ／Ｗアップデートを完了させることができる。従って、アップデートするために必要なデータサイズを小さくすることができ、高速処理とともにアップデートにかかる時間の短縮化を図ることができる。
【００４２】
実施の形態３．
先の実施の形態１では、電流値演算処理部３２は、ＦＰＧＡを用いた演算部３２１と、ＣＰＵを用いた演算制御部３２２とを有し、演算部３２１と演算制御部３２２とは、信号線で接続されている。これに対して、本実施の形態３では、ＦＰＧＡ内にＣＰＵを内蔵したチップを電流値演算処理部３２に適用した例について説明する。
【００４３】
図５は、本発明の実施の形態３による電流測定装置１の構成を示すブロック図である。図５に示すように、演算部３２１を構成するＦＰＧＡ内にＣＰＵ領域が形成されており、このＣＰＵ領域内に演算制御部３２２が搭載されている。即ち、電流値演算処理部３２は、演算部３２１と演算制御部３２２とが統合されている。その他の構成は、先の実施の形態１と同様である。
【００４４】
以上のように実施の形態３によれば、電流値演算処理部は、ＣＰＵを内蔵したＦＰＧＡで構成され、演算部と演算制御部がＦＰＧＡとして一体化されている。このような構成を備えることで、電流測定装置に対する電流値演算処理部の実装面積を減らすことができる。また、電流測定装置内の大きさの拡大を防止するための演算部と演算制御部とを接続する信号線の本数に関する制約を低減することができる。
【００４５】
なお、本実施の形態３の電流値演算処理部３２を、先の実施の形態２の電流値演算処理部３２に用いてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１  電流測定装置、４  制御・監視装置、３２  電流値演算処理部（演算処理部）、３３  温度センサ、３４  送受信機、７１  回路ブロック、３２１  演算部、３２２  演算制御部、７１０  加算器、７１１  乗算器、７１２  リミット処理部、７１３  セレクタ、７１４  除算器。
【図１】
2015108542.tif 000003
【図２】
2015108542.tif 000004
【図３】
2015108542.tif 000005
【図４】
2015108542.tif 000006
【図５】
2015108542.tif 000007