(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路における電気信号を計測するように構成された装置であって：
計測回路に参照入力信号を提供するように構成された信号源であって、前記計測回路からの出力信号は、前記電気信号に対応する電気出力信号、および、前記参照入力信号に対応する参照出力信号を含み、前記参照入力信号は、複数のサイクルに渡って繰り返される実質的に区分的な形を有する、前記信号源；および
前記出力信号の複数の受信セクションを合計することによって前記電気信号を示す累積表示を決定するように構成された処理回路であって、前記セクションの各々は、前記参照入力信号の前記複数のサイクルの各々の少なくとも一部に対応する、前記処理回路
を含む、装置。
【請求項２】
前記電気回路が電流信号を伝え、前記計測回路が、前記電流信号、および、前記電流信号に対応する前記出力信号に含まれる前記電気出力信号を計測するように構成された、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記計測回路が、前記電流信号を計測するように構成された電流センサを含み、および、前記信号源が、前記参照入力信号を電流として適用するように構成された、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記電気回路が電圧信号を伝え、前記計測回路が前記電圧信号、および、前記電圧信号に対応する前記出力信号に含まれる前記電気出力信号を計測するように構成された、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記計測回路が、前記電圧信号を計測するように構成された電位減衰器を含み、および、前記信号源が、前記参照入力信号を電圧として適用するように構成された、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記処理回路が、さらに、前記累積表示を使用して前記計測回路の伝達関数を決定するように構成された、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記処理回路が、前記累積表示の累積振幅特性および前記参照入力信号の参照振幅特性を使用して前記伝達関数を決定するように構成された、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記処理回路が、前記累積表示の複数の異なる部分を合計し、部分の数によって前記合計された複数の部分を分割して平均的な累積表示を提供するように構成された、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記処理回路が、前記参照入力信号のサイクルの全体より少ない部分を使用して前記伝達関数を決定するように構成され、前記累積表示は、前記参照入力信号のサイクルの全体より少ない部分に対応する、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記複数の受信セクションは、前記計測回路の振る舞いの事前の特徴づけ；および前記装置の動作中の前記計測回路の振る舞いの分析、の少なくとも１つを使用して選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記処理回路が、さらに、遷移に関連する変動を含む前記参照入力信号のサイクルの一部を使用して前記伝達関数を決定するように構成された、請求項６に記載の装置。
【請求項１２】
前記処理回路が、さらに、前記サイクルの異なるそれぞれの部分について異なる伝達関数の重み付けを適用するように構成された、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記処理回路が、さらに、前記参照入力信号の少なくとも１つの遷移それぞれと相対的な、前記参照出力信号の少なくとも１つの遷移の時間遅延を決定するように構成され、前記処理回路が、前記時間遅延および前記累積表示の少なくとも１つの累積振幅特性を使用して前記伝達関数を決定するように構成された、請求項６に記載の装置。
【請求項１４】
前記処理回路が、さらに、継続的に前記累積表示を決定するように構成され、ここで、第１累積表示は、前記出力信号の第１の複数の受信セクションを合計することによって決定され、および、第２累積表示は、前記出力信号の第２の複数の受信セクションを合計することによって決定され、前記第２の複数の受信セクションは、前記第１の複数の受信セクションではない、少なくとももう１つの最近の受信セクションを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記処理回路が、さらに、少なくとも１つの累積表示を決定する前に前記出力信号に窓関数を適用するように構成された、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記窓関数が、前記窓関数によって定義される窓の両端に対応する前記出力信号の振幅を減衰するように構成された、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記処理回路が、互いに重複する、前記出力信号の複数の受信セクションの対応する１つを合計することによって前記累積表示を決定するように構成され、前記処理回路が、前記重複する受信セクションに前記窓関数を適用するように構成された、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記処理回路が、前記伝達関数の決定において、前記出力信号の前記複数の受信セクションの合計；および、前記出力信号への窓関数の適用、の少なくとも１つによって引き起こされる動作を補うように構成された、請求項６に記載の装置。
【請求項１９】
前記処理回路が、さらに、前記出力信号から前記決定された累積表示を引くことによって前記出力信号から前記参照出力信号を取り除くように構成された、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記参照入力信号が、パルス波形；異なるデューティサイクルを備えて高いおよび低いセクションを有するビットストリーム；階段波形；および段階波形：の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記処理回路が、さらに、前記電気信号を示す複数の累積表示を決定するように構成され、前記処理回路が、さらに、前記決定された複数の累積表示から不適切な特性を含む少なくとも１つの累積表示を同定するように構成された、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
電気計測方法であって：
信号源を使用して、電気信号を伝える電気回路に結合された計測回路に参照入力信号を適用するステップであって、前記参照入力信号は、複数のサイクルに渡って繰り返される実質的に区分的な形を有する、ステップ；
処理回路を使用して、前記計測回路から出力信号を受信するステップであって、前記出力信号は、前記電気信号に対応する電気出力信号、および、前記参照入力信号に対応する参照出力信号を含む、ステップ；および
前記処理回路を使用して、前記出力信号の複数の受信セクションを合計することを含む、累積表示を決定するステップであって、前記セクションの各々は、前記参照入力信号の前記複数のサイクルの各々の少なくとも一部に対応する、ステップ
を含む、電気計測方法。
【請求項２３】
前記累積表示を使用して前記計測回路の伝達関数を決定するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記累積表示を使用して前記計測回路の伝達関数における変化を決定するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記累積表示を使用して前記電気信号についての情報を決定するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記参照入力信号を適用するステップは、計測されるＤＣ信号を伝えるＤＣ回路に結合された計測回路に前記参照入力信号を適用するステップを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記参照入力信号を適用するステップは、計測されるＡＣ信号を伝えるＡＣ回路に結合された計測回路に前記参照入力信号を適用するステップを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記累積表示を決定するステップは、前記参照入力信号のサイクルの全体より少ない部分を使用するステップを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記処理回路が、さらに、前記累積表示を使用して前記計測回路の伝達関数における変化を決定するように構成された、請求項１に記載の装置。
【請求項３０】
前記処理回路が、さらに、前記累積表示を使用して前記電気信号についての情報を決定するように構成された、請求項１に記載の装置。
【請求項３１】
前記計測回路が、さらに、前記参照入力信号なしで前記電気信号を計測する構成を有し、前記処理回路が、さらに、前記参照入力信号なしで計測された電気信号の計測値を前記出力信号から引いた後、前記累積表示を決定する構成を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３２】
前記計測回路をさらに含み、前記計測回路が、前記電気信号を送るように構成された信号経路において第１および第２センサを含み、
前記第１および第２センサの１つが、前記電気信号を受信するように構成され、記第１および第２センサの他の１つが、前記信号源から前記電気信号および前記参照入力信号を受信するように構成され、
前記計測回路からの出力信号が、前記第１および第２センサを使用して計測された信号の間の相違を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３３】
電気装置であって、
第１電気信号を送るように構成された第１回路；
前記第１回路に結合された計測回路であって、前記第１回路における前記第１電気信号についての情報を計測するように構成された計測回路；
前記計測回路に参照入力信号を提供するように構成された信号源であって、前記計測回路からの出力信号が、前記第１電気信号に対応する電気出力信号および前記参照入力信号に対応する参照出力信号を含み、前記参照入力信号は、複数のサイクルに渡る実質的に区分的な形を有する、前記信号源；および
前記出力信号の複数の受信セクションについての情報を使用して前記第１電気信号を示す累積表示を決定するように構成された処理回路であって、前記セクションの各々は、前記参照入力信号の前記複数のサイクルの各々の少なくとも一部に対応する、前記処理回路
を含む、電気装置。
【請求項３４】
前記第１回路が、第１のＤＣ信号を送るように構成されたＤＣ回路を含み、前記計測回路が、前記ＤＣ回路を供給源とするまたは前記ＤＣ回路によってシンクされる電流についての情報を計測するように構成された、請求項３３に記載の電気装置。
【請求項３５】
前記第１回路が、第１のＤＣ信号を送るように構成されたＤＣ回路を含み、前記計測回路が、前記ＤＣ回路における２つコンダクタの間の電圧についての情報を計測するように構成された、請求項３３に記載の電気装置。
【請求項３６】
前記第１回路が、バッテリー回路またはバッテリー充電回路を含む、請求項３３に記載の電気装置。
【請求項３７】
前記第１回路が、第１のＡＣ信号を送るように構成されたＡＣ回路を含み、前記計測回路が、前記ＡＣ回路を供給源とするまたは前記ＡＣ回路によってシンクされる電流についての情報を計測するように構成された、請求項３３に記載の電気装置。
【請求項３８】
前記第１回路が、第１のＡＣ信号を送るように構成されたＡＣ回路を含み、前記計測回路が、前記ＡＣ回路における２つコンダクタの間の電圧についての情報を計測するように構成された、請求項３３に記載の電気装置。
【請求項３９】
前記第１回路が、それぞれの異なるコンダクタにおいて複数の異なる電気信号を送るように構成され、前記信号源が、前記それぞれの異なるコンダクタにそれぞれの参照入力信号を提供するように多重化され、前記処理回路が、前記異なるコンダクタに提供されたそれぞれの参照入力信号に基づいて前記電気信号のそれぞれの累積表示を決定するように構成された、請求項３３に記載の電気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、しかし非排他的に、電気消費回路、電気発生回路およびそのようなものにおいて存在する高いレベルの電流および線間電圧を計測するための、電気計測装置および電気計測方法に関する。本発明は、さらに、電気保存、発生、伝送、分配または消費装置のような装置に関し、それは、かかる電気計測装置を含み、または、かかる電気計測方法によって動作する。
【背景技術】
【０００２】
分流器（current shunt）は、分流器を通過する電流によって、分流器を横断して発達した電圧の計測による電流値の間接的な計測を提供する。分流器のための典型的な適用は、電気使用制御、過電流保護および電気消費および発生の調量（metering）を包含する。使用において、既知の抵抗の分流器は、負荷（load）と直列に提供され、および、負荷で引き出される電流（load drawn current）によって分流器を横断して発達した電圧は、計測される。そして分流器を通過する電流は、計測される電圧およびシャントの既知の抵抗の観点から、オームの法則に基づいて決定される。
【０００３】
電気消費および発生の調量のような特定の適用は、長期間に渡って高い正確性の計測を必要とする。例えば北米において、ANSI C12.20標準は、Class .5消費メータのために±０.５％、および、Class .2消費メータのために±０.２％の正確性を明記する。IEC62053のような、欧州および他の場所において適用可能な標準は、類似の正確性要件を明記する。したがって、分流器の抵抗は、メータが規制される正確性要件に合うことを可能にするために、高い精密性で知られなければならないと評価され得る。シャント抵抗は、通常、電力消散および望ましくない回路効果を最小限にするために低いが、分流器は、それにもかかわらず、抵抗の普通の温度係数のシャントにおいて、計測の正確性の損失を引き起こすかもしれない抵抗における変化の原因となる、温度ドリフトを備えて、加熱しやすい。したがって、アマルガム合金から形成されるシャントレジスタは、その抵抗の非常に低い温度係数の観点から、広く使用される。正確な電流計測が、温度および存続期間とともに正確かつ安定的であるシャントを横断して、発達した電圧の計測に依存することもまた、明らかかもしれない。これは、電圧計測回路の伝達ゲインにおける変化、または、電圧計測回路において使用される参照における精密性の欠如がエラーを引き起こすであろうからである。これらの理由から、シャントレジスタおよび電圧計測によって大部分が決定される計測値に対する電流のために、実際に組み合わされる伝達関数に関する要因が、望ましい精密性を達成するために続く計測において保存され、および、使用され得るように、分流器および読み出し電子回路を組み合わせる場合、一度限りの工場での校正を実施することが通常である。
【０００４】
電流の高い値を計測することに対する代替的な既知のアプローチは、コア上の変流器の巻線の使用を伴い、それは、計測される電流を送るコンダクタの周りに配される。変流器は、より侵襲的でなく、および、導電コンダクタからの絶縁を提供するというシャントレジスタに渡って利点を有する。変流器は、交流電流のみを計測することができる。変流器は、第２コイルにおいて電流を発生させ、それは、主コンダクタにおける電流の比率であり、そして第２コイルの電流は、荷重レジスタとして知られる負荷によって電圧に変換される。荷重レジスタを横断する電圧の正確な計測、および、荷重レジスタを横断する電圧への主電流の伝達関数の正確な知識（すなわち、巻数の効果、磁気および荷重レジスタを組み合わせること）は、電流を正確かつ精密に計測するために必要とされる。分流器と同様に、一度限りの工場での校正は、計測値への主電流の全体的な伝達関数に貢献する、いくつかまたはすべての要素において不正確さを補うために、しばしば実施される。
【０００５】
他の１つのアプローチは、交流および直流の両方を計測することができるホール電流プローブ（Hall current probe）を使用する。しかしながら、開ループ構成において、ホール電流プローブは、非直線性および温度ドリフトになりやすい。閉ループ構成において、ホール電流プローブは、より高い電流を計測する場合に構成の重さおよびサイズが著しく増加するが、非直線性および温度ドリフトに関して改善を提供する。さらに、電流の高いレベルを計測するために、ロゴスキーコイル電流プローブ（Rogowski coil current probe）を使用することが知られる。シャントレジスタ、変流器、ロゴスキーコイルおよびホール電流プローブを手段とするような、電流計測に対するたいていの既知のアプローチは、Current Sensing Techniques： A Review, Silvio Ziegler Robert C. Woodward and Herbert Ho-Ching lu, IEEE Sensors Journal, Vol. 9, No. 4, April 2009において記載され、および、議論される。異なる既知のアプローチは、それぞれその利点および不利な点を有する。
【０００６】
負荷電流計測は、しばしば、電力を決定するために、それに渡って電流が送出されるコンダクタの間で電圧を計測することを伴う、線間電圧計測とともに行われる。しばしば、コンダクタの間の抵抗分圧器が、線間電圧計測のために採用される。高い正確性の電力計算は、他のもののなかで力率、高調波成分および有効および無効電力の相違のようなものの測定基準を正確に決定するために、負荷電流および線間電圧計測の正確かつ安定的な相対位相および周波数応答を必要とする。
【０００７】
WO2013/038176は、電流の計測に対する改善されたアプローチを記載する。WO2013/038176のアプローチによると、分流器、変流器、ホール電流プローブまたはロゴスキーコイルのような電流センサは、コンダクタを通じて流れる、負荷で引き出される電流を感知するためのコンダクタと相対的に、上記のように配される。高い精密性で知られる参照信号は、電流センサに対して適用され、それによって電流センサは、負荷で引き出される電流信号および適用される参照信号の両方に反応する。電流センサからの出力信号が得られ、および、参照信号に対応する出力信号の部分が、出力信号から抽出される。そして電流センサおよび電流センサ処理チェーンの伝達関数は、参照信号および参照信号に対応する出力信号の抽出される部分に基づいて、決定される。その後、コンダクタを通じて流れる実際の負荷で引き出される電流は、電流センサによって感知される伝達関数および負荷で引き出される電流に応じて決定される。したがって、負荷で引き出される電流の計測の正確性は、前に記載されるアプローチによると、電流センサの代わりに高い精密性で知られる参照信号および高い精密性で知られるその処理チェーンに依存する。電流センサの既知の精密性上の信頼性の欠如は、より低い質のセンサが使用されるかもしれないことを意味する。電流センサおよびその処理チェーンの初期の校正および続く定期的な再校正の、より低い必要性もまたある。さらに、WO2013/038176のアプローチは、経時および温度変化のようなものから生じる電流センサおよびその処理チェーンのドリフトに対処し、および、電気消費メータの改竄検知のような追加の機能性もまた提供する。
【０００８】
WO2013/038176のアプローチは、出力信号の残りからの参照信号に対応する出力信号の部分の適切な抽出に依拠する。WO2013/038176によると、正弦波の形態における参照信号は、電流センサに対して適用される。ＦＦＴ解析のような、出力信号の周波数領域の解析は、出力信号の残りからの参照信号に対応する出力信号の部分を分離するために使用される。
【０００９】
本願の発明者は、適用される参照信号の電力における増加が、例えば、参照信号に対応する出力信号の抽出される部分の信号雑音比率について有益であることを認識した。
さらに、矩形波は、電力供給から引き出される同じ量の電力で、正弦波よりも多くの電力を送る。したがって、矩形波の形態における参照信号は、電力供給から引き出される同じ電力で、正弦波の形態における参照信号よりも多くの電力を送る。しかしながら、本願の発明者はさらに、周波数領域の解析による出力信号からの矩形波参照信号に対応する出力信号の部分の抽出は、矩形波の複数のトーンを考慮する必要があるため、計算量が多くなりやすいことを認識した。
【００１０】
前述の考慮の観点から、本願の発明者は、出力信号の時間領域処理が、出力信号の周波数領域処理よりも好ましくてもよいと結論付けた。しかしながら、この結論は、出力信号の残りからの参照信号に対応する出力信号の部分の抽出の仕方という、さらなる問題に導く。この問題は、WO2013/038176の電流計測装置において、通常、参照信号の振幅が、出力信号の残りにおいて含まれる、負荷で引き出される電流信号の振幅よりもずっと小さいため、特定の課題を提示する。
【００１１】
電位減衰器（potential attenuator）は、計測装置の受入可能な動的範囲よりも電気信号が大きい規模である装置において、電圧の計測を提供する。例えば、通電コンダクタおよび中性コンダクタの間の交流の線間電圧が２３０Ｖ  ＲＭＳであり、および、コンダクタの１つと相対的に計測装置が数ボルトの直列に制限される商用電源の調量において、数千に対して数百の分割比率を備える電位減衰器は、計測装置が電位減衰器の減衰要因および計測装置のゲインの知識に依存して線間電圧を決定することを可能にする。似たように、バッテリーモータのような直列装置において、電位減衰器は、電位減衰器を包含する計測装置の伝達関数が知られる場合、数ボルトの範囲において供給電圧を有する計測装置によって順応される、１０ボルトより大きくてもよいバッテリー電圧を可能にする。これは、電位減衰器および計測装置の両方の正確性および精密性に要件を課す。その最もシンプルな形態において、電位減衰器は、２つのコンダクタの間で直列に接続される、大きな第１レジスタおよびより小さな第２レジスタを含むレジスタディバイダである。かかる電位減衰器の正確性は、例えば、装置全体の校正中の計測から知られる第１および第２レジスタの減衰要因によって決定される。続く減衰要因の精密性は、温度および経時のように変化する条件下での、レジスタの値の相対的な変化に依存する。環境の変化に従う一方で、存続期間に渡って正確性を維持することは、抵抗値に影響を与える温度係数、電力の取扱い、物理的位置、局部応力および他の要因の観点から、レジスタに要件を課す。
【００１２】
加えて、計測装置は、温度および存続期間および他の環境の変化について安定的であることを必要とする。電位減衰器のより複雑な形態は、能動回路を含む。例えば、電位減衰器のこの形態は、増幅器の仮想アースで接合される大きな入力レジスタおよび小さなフィードバックレジスタを備える、反転構成における増幅器を含む。増幅器の仮想アースは、第１コンダクタに電気的に結び付けられ、および、第１レジスタは、第２コンダクタに電気的に結び付けられ、それによって、電位減衰器は、第１コンダクタおよび第２コンダクタの間の電圧を減衰するために動作する。
【００１３】
WO2014/072733は、電圧計測に対する改善されたアプローチを記載する。WO2014/072733において記載される計測装置の１つの構成は、第１コンダクタおよび第２コンダクタの間の電圧を計測する。計測装置は、第１レジスタおよび参照レジスタ配置を有する電位減衰器、および、オフセット電圧回路を含む。オフセット電圧回路は、例えば、オフセット電圧と直列である受動レジスタディバイダを含む。計測装置は、オフセット電圧回路が第１コンダクタおよび第２コンダクタの間のオフセット電圧を適用するように構成される。オフセット電圧は、値の間で切り替えられ、または、参照入力信号を作り出すために、より複雑な信号を備えて変調され、それは、第１コンダクタおよび第２コンダクタの間での電圧計測と同じ減衰要因によって電位減衰器に影響を与える。高い精密性で知られる参照入力信号は、電位減衰器に対して適用され、それは、第１コンダクタおよび第２コンダクタの間での線間電圧信号および適用される参照入力信号の両方に対して反応する。電位減衰器からの出力信号は、計測され、および、参照入力信号に対応する出力信号の部分である参照出力信号は、出力信号から抽出される。そして、電位減衰器および電圧処理チェーンの全体的な伝達関数は、参照入力信号および参照入力信号に対応する出力信号の抽出される部分に基づいて決定される。その後、第１コンダクタおよび第２コンダクタの間での実際の電圧は、電位減衰器によって計測される伝達関数および線間電圧に応じて決定される。
【００１４】
線間電圧の計測の正確性は、したがって、前に記載されたアプローチによるように、高い精密性で知られる電位減衰器およびその処理チェーンの代わりに、高い精密性で知られる参照信号に依存する。電位減衰器の既知の精密性上の信頼性の欠如は、より低い質の構成部分が使用され得ることを意味する。電位減衰器およびその処理チェーンの初期の校正および続く定期的な再校正の、より低い必要性もまたある。さらに、WO2014/072733のアプローチは、経時および温度変化のようなものから生じる、電位減衰器およびその処理チェーンのドリフトに対処し、および、電圧計測の展開される正確性のオンラインモニタリングまたは電気消費メータにおける誤り検知のような追加の機能性もまた提供する。
【００１５】
WO2014/072733の計測装置は、WO2013/038176の計測装置と共通して、計測装置からの出力信号から参照出力信号を抽出するための能力に依拠する。出力信号もまた、計測される電気信号（すなわち、電流または線間電圧）に対応する線間電圧の出力信号を収容し、それは、参照入力信号と性質において類似の構成部分を有してもよく、および、参照出力信号よりも何倍以上の大きさでもよい。WO2014/072733は、似たように、参照出力信号の信頼できる時間領域抽出から利益を受けるであろう。
【発明の概要】
【００１６】
本発明は、上記の問題に照らして案出された。したがって、本発明は、時間領域処理に応じて、例えば、商用電流信号または商用線間電圧信号という電気信号の正確な計測を提供するように構成される、電気計測装置を提供することが目的である。本発明が、時間領域処理に応じて、例えば商用電流信号または商用線間電圧信号という電気信号を正確に計測する方法を提供することは、他の１つの目的である。
【００１７】
本発明の第１の側面によると、以下を含む電気計測装置が提供される：
電気信号を伝える電気回路に関連して配されるように構成される計測配置であって、電気信号を計測するためにそのように配される場合に動作する、前記計測配置；
計測配置に対して参照入力信号を適用するために動作する信号源であって、それによって、計測配置からの出力信号は、電気信号に対応する電気出力信号および参照入力信号に対応する参照出力信号を含み、参照入力信号は、複数のサイクルの各々に渡って繰り返される実質的に区分的に一定の形を有する、信号源；および
累積表示の決定は、出力信号の複数の受信セクションを合計することを含み、複数の受信セクションは、参照入力信号のサイクルの少なくとも一部および同じ部分に対応する、少なくとも１つの累積表示を決定するために；および、少なくとも１つの累積表示および参照入力信号に応じて、計測配置のための伝達関数；計測配置のための伝達関数における変化；および電気信号：の少なくとも１つを決定するために：動作する、処理装置。
【００１８】
本発明による電気計測装置の信号源は、計測配置に対して矩形波のような、実質的に区分的に一定の形を有する参照入力信号を適用するために動作する。信号源による電力消費の所与のレベルのために、矩形波のような区分的に一定の形の信号は、正弦波の形態の参照入力信号よりも、電気計測装置に対して、より大きな電力の参照入力信号の適用という結果になってもよい。本発明は、したがって、それによって計測される出力信号の信号雑音比率についてのような利益を引き出すために、電力消費の所与のレベルのために電気計測装置に対して適用される、電力における増加を提供してもよい。
【００１９】
代替的に、本発明は、参照入力信号の電力を減らすことなしに、信号源による電力消費における減少を提供してもよい。処理装置は、少なくとも１つの累積表示を決定するために動作する。累積表示の決定は、参照入力信号のサイクルの少なくとも一部および同じ部分に対応する受信セクションの各々を備えて、出力信号の複数の連続的な受信セクションを合計することを含む。累積表示を決定することの結果は、参照入力信号に対応する出力信号の部分の保持でもよい。累積表示を決定することのさらなる結果は、電気信号に対応する出力信号の部分のような参照入力信号に対応しない、出力信号の一部または部分（複数）の損失でもよい。これは、参照入力信号に対して異なる基本振動数および波を有する、または、参照入力信号について時間とともに変化する位相を有する、出力信号において含まれる信号が、互いに関連しないように見え、したがって、時間とともにゼロにまで平均化してもよいからである。
【００２０】
累積表示を決定することは、したがって、出力信号の残りからの参照入力信号に対応する出力信号の部分を取り除き、または、抽出してもよい。そして電気計測装置は、計測装置に対する入力、すなわち、参照入力信号、および、参照入力信号に対応する出力信号の部分を表す少なくとも１つの累積表示の形態における計測装置からの出力に応じて、計測装置のための伝達関数；計測配置のための伝達関数における変化；および電気信号：の少なくとも１つを決定する。
【００２１】
電気回路は、負荷によって引き出される商用電流信号のような電流信号を伝えてもよい。したがって、計測配置は、電流信号を計測するように構成されてもよく、および、出力信号において含まれる電気出力信号は、電流信号に対応してもよい。計測配置は、電流信号を計測するために動作するシャントレジスタのような電流センサを含んでもよい。信号源は、電流として参照入力信号を適用するように構成されてもよい。
【００２２】
代替的に、または、加えて、電気回路は、２つのコンダクタの間の商用線間電圧のような電圧信号を伝えてもよい。したがって、計測配置は、電圧信号を計測するように構成されてもよく、および、出力信号において含まれる電気出力信号は、電圧信号に対応してもよい。計測配置は、電圧信号を計測するために動作する電位減衰器を含んでもよい。信号源は、電圧として参照入力信号を適用するように構成されてもよい。
【００２３】
計測装置のための伝達関数；計測配置のための伝達関数における変化；および電気信号：の少なくとも１つの決定は、少なくとも１つの累積表示に応じて少なくとも１つの累積振幅を決定することを含んでもよい。累積振幅は、参照出力信号の少なくとも部分の振幅を表してもよい。実質的に区分的に一定の形を有する参照入力信号の観点から、累積振幅は、少なくとも１つの累積表示に含まれる第１および第２レベルの間の相違に対応してもよい。例えば、および、参照入力信号が矩形または方形波の形態を有する場合、累積振幅は、少なくとも１つの累積表示の、少なくとも１つの高いレベルおよび少なくとも１つの低いレベルの間の相違に対応してもよい。計測装置のための伝達関数；計測配置のための伝達関数における変化；および電気信号：の少なくとも１つの決定は、さらに、参照入力信号の点において少なくとも１つの参照信号振幅を決定することを含んでもよい。参照信号振幅は、参照入力信号の少なくとも部分の振幅を表してもよい。同様に、および、参照入力信号が矩形または方形波の形態を有する場合、参照信号振幅は、参照入力信号の少なくとも１つの高いレベルおよび少なくとも１つの低いレベルの間の相違に対応してもよい。その後、計測装置のための伝達関数；計測配置のための伝達関数における変化；および電気信号：の少なくとも１つは、少なくとも１つの累積振幅および少なくとも１つの参照信号振幅に応じて決定されてもよい。計測装置のための伝達関数；計測配置のための伝達関数における変化；および電気信号：の少なくとも１つを決定することは、参照信号振幅によって累積振幅を分割することを含んでもよい。
【００２４】
累積表示内に変動があってもよい。かかる変動は、雑音によって引き起こされてもよい。代替的に、かかる変動は、計測配置を据え置くことによって引き起こされてもよい。例えば、および、参照入力信号が矩形波の形態を有する場合、矩形波の高い部分に対応する累積表示は、累積表示の開始および終了の間でわずかに変化してもよい。かかるわずかな変化は、上昇エッジ遷移の据え置きの後に、高い部分において存在してもよい。処理装置は、したがって、少なくとも１つの累積表示の複数の異なる部分を合計するために動作してもよい。処理装置は、それによって、平均化される累積表示を決定するために、部分の数によって合計された複数の部分を分割するためにさらに動作してもよい。代替的に、処理装置は、処理装置のいくつかの動作ステップのいずれか１つで、部分の数によって分割を提供するために動作してもよい。例えば、分割は、累積振幅を決定するステップの後、および、参照信号振幅によって累積振幅を分割するステップの前に実行されてもよい。
【００２５】
出力信号の複数の受信セクションを合計することは、参照入力信号に対応する出力信号の部分をスケールアップするという結果になってもよい。したがって、処理装置は、それによって、合計するステップによって引き起こされるスケールアップに対処するために、伝達関数をスケールダウンするように動作してもよい。スケールダウンすることは、累積表示を決定するために合計される、受信セクションの数による分割を含んでもよい。後で記載されるように、窓関数は、出力信号に対して適用されてもよい。窓関数の適用は、出力信号をスケールすることという結果になってもよい。したがって、処理装置は、それによって、出力信号の複数の受信セクションを合計すること；および、出力信号に対する窓関数の適用：の少なくとも１つによって引き起こされるスケールを補うために、伝達関数をスケールするように動作してもよい。ステップをスケールすることは、処理装置のいくつかの動作のステップのいずれか１つで実行されてもよい。スケールすることは、例えば、合計するステップの後、および、累積振幅を決定することのステップの前に、または、累積振幅を決定するステップの後、および、参照信号振幅によって累積振幅を分割することのステップの前に、実行されてもよい。
【００２６】
計測配置は、通常、制限帯域であり、および、複雑な位相および周波数応答を有してもよい。計測配置は、したがって、矩形波のような区分的に一定の形の参照入力信号に対してすぐに対応しなくてもよい。例えば、計測配置は、計測配置の時定数によって決定される一定期間の後、矩形波の参照入力信号の高いレベルに対応するレベルに上昇するように動作してもよい。参照出力信号は、したがって、その後に実質的に一定のレベルに据え置く前にあるオーバーシュートも伴ってもよい、遅い上昇または下降がある参照入力信号の各々の遷移のすぐ後の一部を含んでもよい。この観点から、処理装置は、伝達関数が、サイクル全体の少なくとも一部のような、参照入力信号のサイクル全体以内について決定されるために、動作してもよい。
【００２７】
アプローチによると、処理装置は、少なくとも１つの累積表示が参照入力信号のサイクル全体以内に対応するために動作してもよい。より具体的には、初期の累積表示は、出力信号の複数の受信セクションを合計することに応じて決定されてもよく、および、処理装置は、初期の累積表示の異なる部分に対応する第１および第２の累積表示を提供するために、動作してもよく、第１および第２の累積表示は、初期の累積表示の全体以内に対応する。代替的に、処理装置は、参照入力信号のサイクルの部分に各々対応する複数の受信セクションに応じて、少なくとも１つの累積表示を決定するように動作してもよい。
【００２８】
出力信号の複数の受信セクションを合計することは、複数の受信セクションの対応するサブセクションを合計することを含んでもよく、対応するサブセクションは、計測配置の振る舞いの事前の特徴づけ；および電気計測装置の動作中の計測配置の振る舞いの分析：の少なくとも１つに応じて選択される。複数の受信セクションのサブセクションについて伝達関数が決定されるために、処理装置の動作は、複数の受信セクションのサブセクションの数および複数の受信セクションのサブセクションの長さ：の少なくとも１つを決定することを含んでもよい。複数の受信セクションのサブセクションについての決定は、予め決定される基礎上でなされてもよい。例えば、サブセクションは、計測配置の上昇および下降の回数（times）の長さの点のような、計測配置の振る舞いの事前の特徴づけに基づいて選択されてもよい。
【００２９】
代替的に、サブセクションは、電気計測装置の動作中に、計測配置の振る舞いの分析に基づいて選択されてもよい。計測配置の振る舞いは、定期的に分析されてもよい。例えの手段として、窓は、閾値について窓内の累積表示において変化の比較に応じてなされる、複数の連続的な累積表示およびサブセクションの選択と相対的に移動されてもよい。
【００３０】
処理装置は、遷移に関連する変動のようなものを有するものとして同定される、サイクルの少なくとも一部について伝達関数を決定するように動作してもよい。より具体的には、処理装置は、サイクルのかかる部分について重み付けを適用するように動作してもよく、重み付けは、例えば、計測配置の振る舞いの事前の特徴づけを手段として決定される。サイクルのかかる部分について適用される重み付けは、サイクルの異なる部分について適用される重み付けから異なってもよい。伝達関数決定におけるサイクルの、より重く重み付けされる部分の使用は、信号雑音比率における改善を提供してもよい。
【００３１】
処理装置は、参照入力信号のそれぞれ少なくとも１つの遷移と相対的な、参照出力信号の少なくとも１つの遷移の時間遅延を決定するように動作してもよい。累積表示の遷移は、参照出力信号の遷移に対応してもよい。処理装置は、累積表示の少なくとも１つの遷移上の時間遅延について動作してもよい。伝達関数は、それによって位相および振幅について伝達関数を提供するために、少なくとも１つの時間遅延および少なくとも１つの累積振幅に応じて決定されてもよい。
【００３２】
処理配置は、継続的に少なくとも１つの累積表示を決定するように動作してもよい。より具体的には、第１累積表示は、第１の複数の受信セクションを合計することによって決定されてもよく、および、第２累積表示は、続いて、第２の複数の受信セクションを合計することによって決定されてもよく、第２の複数の受信セクションは、第１の複数ではない、少なくとも１つのより最近の受信セクションを含む。第１および第２の複数のセクションは、数において同じでもよい。
【００３３】
本願の発明者は、複数のセクションを合計することは、電気信号の適切な拒否を提供しなくてもよいと評価し、および、この問題は、出力信号に対する窓関数の適用によって対処されてもよいと気付いた。したがって、処理装置は、さらに、出力信号に窓関数を適用するように動作してもよい。窓関数は、参照入力信号の複数のサイクルに対応する長さであってもよい。窓関数は、窓関数によって定義される窓の反対のエッジに向けて、出力信号の部分の振幅を減衰するように構成されてもよい。より具体的には、処理装置は、窓関数によって出力信号の部分を掛けるように動作してもよい。窓関数は、少なくとも１つの累積表示の決定前に適用されてもよい。窓関数の適用は、伝達関数上に対応する効果を有しもよい、少なくとも１つの累積表示内の電力を減らしてもよい。したがって、処理装置は、それによって、窓関数の適用によって引き起こされる電力における削減を補うために、さらに窓の電力関数に応じて伝達関数を決定する。窓関数の適用によって引き起こされる電力における損失は、出力信号の重複部分に窓関数を適用することによって対処されてもよい。
【００３４】
より具体的には、累積表示の決定は、互いに重複する、出力信号の複数の受信セクションに対応するものを合計することを含んでもよく、窓関数は、重複する受信セクションに適用される。例えば、窓関数は、出力信号の第１部分に適用されてもよく、および、窓関数は、５０パーセントずつのように第１および第２部分が互いに重複しながら、出力信号の第２部分に適用されてもよい。窓関数は、計測配置の事前の特徴づけに基づくように、予め決定されてもよく、または、出力信号の分析に応じてのように、継続的に決定されてもよい。例えば、窓特性は、出力信号レベルにおける変化を考慮するように、または、電気出力信号を拒否する窓関数の能力に対して窓関数の電力損失をトレードオフするように、変更されてもよい。
【００３５】
加えて、または、代替的に、窓の長さは、電気出力信号の拒否に改良を加えるように変化させてもよい。例えば、窓関数の長さは、参照入力信号の多重の期間としての長さを維持する一方で、電気出力信号の基本の多重の長さに整列させられてもよい。加えて、または、代替的に、窓関数の効果的な長さは、出力信号の初期の部分に窓関数の上昇エッジが適用され、窓関数の下降エッジが出力信号の後の部分に適用される場合、結果が必要とされるまでユニティのような定数としての窓関数の適用が続く期間において初期のランがあるように、可変でもよい。可変長の窓関数は、制御される状況の下で窓関数の適用を手段として失われる電力を理由に、電力損失の窓化（windowing）の管理を提供する利点を授与してもよい。
【００３６】
参照入力信号の振幅は、通常、電気信号の振幅よりもずっと小さい。これは、高い正確性に伝達関数が決定されることになる場合、特定の課題を提示してもよい。したがって、それは、出力セクションの複数のセクションを合計するステップの前に、出力信号から、電気信号に対応する、できる限りの電気出力信号を取り除くために有利であってもよい。したがって、電気計測装置は、さらなる計測の間、いかなる参照入力信号も適用されずに、電気信号のさらなる計測を行うように、および、出力信号からさらなる計測を引くように、構成されてもよい。より具体的には、電気計測装置は、電気信号を計測するように動作し、および、いかなる参照入力信号も受信しない、電流センサを含んでもよく、それによって、電流センサからの出力は、電気信号に対応する。アプローチによると、電気計測装置は、参照入力信号が１つの電流センサのみに適用されながら、２つの電流センサを含んでもよい。２つの電流センサは、通電コンダクタと相対的に配される１つの電流センサのような、異なるコンダクタと相対的に配されてもよく、他の電流センサは、中性コンダクタと相対的に配されてもよい。さらに、出力信号からさらなる計測を引くことに関する特質は、WO2013/038176において、および、WO2014/072733において記載される。
【００３７】
特定の状況において、参照入力信号のサイクル比率が電気信号の基本周波数の高調波または低調波であることは、有利でもよい。他の状況において、参照入力信号のサイクル比率が電気信号の基本周波数の高調波または低調波以外であることは、有利でもよい。
【００３８】
特定の適用において、電気出力信号は、使用されてもよい。例えば、電気出力信号は、調量適用において使用されてもよい。したがって、参照出力信号は、例えば、電力消費計測が続く電流または線間電圧計測の目的のために使用される前に、計測配置からの出力信号から取り除かれてもよい。したがって、処理装置は、さらに、それによって、出力信号から参照出力信号を取り除くために、出力信号から少なくとも１つの累積表示を引くように動作してもよい。伝達関数は、上昇および下降エッジ遷移のようなものが無視されるように、参照入力信号のサイクル全体以内について決定されてもよいが、出力信号から引かれるような少なくとも１つの累積表示は、参照入力信号のサイクル全体に対応してもよい。したがって、処理装置は、参照出力信号の少なくとも一部が伝達関数決定の目的のために無視されるにもかかわらず、適切に参照出力信号を取り除くように動作してもよい。
【００３９】
参照入力信号は、実質的に区分的に一定の波形を有する。したがって、参照入力信号は、矩形波のようなパルス波形を含んでもよく、ビットストリームは、異なるデューティサイクル、または階段 もしくは段階波形を備える高いおよび低いセクションを有する。
【００４０】
処理装置は、さらに、選択ベースで累積表示上に動作してもよい。より具体的には、処理装置は、不適切な特性を含む、少なくとも１つの累積表示を同定するために、累積表示を分析するように動作してもよい。分析は、累積表示を比較すること、および、他の累積表示から逸脱する少なくとも１つの累積表示を同定することを含んでもよい。逸脱は、例えば、インパルス雑音によって引き起こされてもよい。処理装置は、さらに、同定される累積表示を無視するように、または、雑音を減らすためにフィルタすることに従うように、動作してもよい。
【００４１】
処理装置は、さらに、いかなる参照入力信号も適用されない場合、出力信号上に動作してもよい。より具体的には、処理装置は、出力信号において存在する雑音の程度を決定するように動作してもよい。雑音決定される程度は、電気計測装置の正確性およびパフォーマンスの示唆を提供するように、処理装置によって使用されてもよい。電気計測装置は、定期的に、電気計測装置にいかなる参照入力信号も適用しないように動作してもよい。例えば、電気計測装置が動作している場合、いかなる参照入力信号も、一定期間の１ ％および５％の間、適用されなくてもよい。
【００４２】
上述のように、計測配置は、コンダクタにおいて負荷で引き出される電流のようなものを計測するように動作する電流センサを含んでもよい。電流センサは、シャントレジスタ、変流器、ホール電流プローブまたはロゴスキーコイル電流プローブでもよい。
【００４３】
電気信号は、負荷で引き出される電流信号でもよい。負荷で引き出される電流信号は、少なくとも０．１ＡｍｐピークまたはＲＭＳでもよい。より具体的には、負荷で引き出される電流信号は、少なくとも１ＡｍｐピークまたはＲＭＳ、５ＡｍｐｓピークまたはＲＭＳ、１０ＡｍｐｓピークまたはＲＭＳ、２０ＡｍｐｓピークまたはＲＭＳ、４０ＡｍｐｓピークまたはＲＭＳ、８０ＡｍｐｓピークまたはＲＭＳ、１００ＡｍｐｓピークまたはＲＭＳ、２００ＡｍｐｓピークまたはＲＭＳまたは３２０ＡｍｐｓピークまたはＲＭＳでもよい。
【００４４】
上述のように、計測配置は、２つのコンダクタの間の線間電圧のようなものを計測するように動作する電位減衰器を含んでもよい。電位減衰器は、受動抵抗性ディバイダによって、または、適合的に配置される能動減衰器によって、形成されてもよい。
【００４５】
電気信号は、商用供給の線間電圧でもよい。線間電圧は、少なくとも７０Ｖ  ＲＭＳでもよい。より具体的には、線間電圧は、少なくとも、１１０Ｖシステムのために７０Ｖ  ＲＭＳ、および、２３０Ｖシステムのために１６０Ｖ  ＲＭＳでもよい。線間電圧は、中ほどおよび高い電圧の伝送システムのために、または、多重位相システムにおける位相を横断してより高くてもよい。
【００４６】
電気信号が商用交流の電流または電圧である場合、交流の電流の基本周波数は、家庭用の商用のための実質的に６０Ｈｚもしくは実質的に５０Ｈｚの周波数、または、船舶もしくは航空機における商用のための実質的に４００Ｈｚの周波数のような、５００Ｈｚ以内でもよい。代替的に、または、加えて、参照入力信号の周波数は、２５０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、５０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、５ｋＨｚ、２．５ｋＨｚもしくは１．２５ｋＨｚ、６２５Ｈｚ、３２０Ｈｚ、１６０Ｈｚ、８０Ｈｚ以内、または、負荷で引き出される電流もしくは線間電圧のいずれかの基本以内でもよい。
【００４７】
電気信号が直流電力システムにおいて流れる電流である場合、それは、それでも、スイッチング電力供給、直流モータ、Ｈブリッジまたはそのようなもののような、負荷の動作を理由に基本周波数を有してもよい。この場合における基本周波数は、１ｋＨｚ以内、１０ｋＨｚ以内または１００ｋＨｚ以内でもよい。
【００４８】
電気信号は、直流／直流 または交流／直流の電力供給またはそのようなものによって提供される、バッテリー、バッテリーセルまたはソーラーセルを横断する電圧のような、直流システムにおける電圧でもよい。電圧は、少なくとも３ボルトピークでもよい。より具体的には、電圧は、少なくとも５Ｖピーク、１０Ｖピーク、２０Ｖピーク、４０Ｖピークまたは８０Ｖピークでもよい。電圧は、装置が負荷を加えられる、または、電荷を加えられる場合、著しく、および、周波数成分について、変化してもよい。動作の異なるモードにおいて、動作の基本周波数があってもよい。動作のかかる基本周波数は、少なくとも１Ｈｚ、１００Ｈｚまたは１０ｋＨｚでもよい。
【００４９】
電気信号が多重位相商用電源供給から供給される装置において存在する場合、本発明の第２側面によると、本発明の第１側面による少なくとも１つの電気計測装置を含む計測装置が提供されてもよく、少なくとも１つの電気計測装置は、電気供給の異なるコンダクタの各々において電気信号を計測するように構成される。例えば、多重位相商用電源供給は、分相供給であってもよく、３つの位相供給または３以上の位相を備える供給でさえあってもよい。少なくとも１つの電気計測装置は、電気供給の異なるコンダクタと相対的に配されるように構成される、複数の計測配置を含んでもよい。加えて、少なくとも１つの電気計測装置は、異なるコンダクタの間で多重化される信号源および処理装置を含んでもよい。代替的に、少なくとも１つの電気計測装置は、参照入力信号を適用するように、および、異なるコンダクタについて計測配置出力信号を処理するように各々動作する複数の信号源および処理装置を含んでもよい。発明の第２側面のさらなる態様は、発明の第１側面の１または２以上の特質を含んでもよい。
【００５０】
本発明の第３側面によると、以下を含む電気計測方法が提供される：
電気信号を伝える電気回路に関連して配される計測配置に対して、信号源を手段とする参照入力信号を適用することであって、計測配置は、そのように配される場合、電気信号を計測するように動作する；
処理装置において計測配置から出力信号を受信することであって、出力信号は、電気信号に対応する電気出力信号、および、参照入力信号に対応する参照出力信号を含み、参照入力信号は、複数のサイクルの各々に渡って繰り返される実質的に区分的に一定の形を有する；
少なくとも１つの累積表示を決定することであって、累積表示の決定は、出力信号の複数の受信セクションを合計することを含み、複数の受信セクションの各々は、 参照入力信号のサイクルの少なくとも一部および同じ部分に対応する；および
少なくとも１つの累積表示および参照入力信号に応じて、測配置のための伝達関数；計測配置のための伝達関数における変化；および電気信号：の少なくとも１つを決定すること。
【００５１】
本発明の第３側面の態様は、本発明の第１側面の１または２以上の特質を含んでもよい。
【００５２】
本発明の第４側面によると、本発明の第１側面による電気計測装置、または、本発明の第２側面による計測装置を含む、電気装置が提供され、電気装置は、電気計測装置または計測装置が、電気装置の部分において存在する電気信号を計測するように、構成される。第１、第２または第４側面による本発明は、負荷が、交流または直流の電流信号を引き出す配置を備えて動作するように構成されてもよい。電気装置は、電気バッテリーおよび充電器のような直流装置を含んでもよく、および、電流計測装置は、直流装置を供給源とする電流および直流装置によってシンクされる電流の少なくとも１つを計測するように構成されてもよい。電気装置は、交流装置を含んでもよく、および、電流計測装置は、交流装置を供給源とする電流および交流装置によってシンクされる電流の少なくとも１つを計測するように構成されてもよい。第１、第２または第４側面による本発明は、商用電源供給、インバータまたはそのようなもののような交流源によって供給される、または、交流／直流電力供給、電気バッテリー、ダイナモまたはそのようなもののような直流源によって供給される、配置を備えて動作するように構成されてもよい。
【００５３】
代替的に、または、加えて、電気装置は、電気保存、発生、伝送または分配装置を含んでもよい。電気装置が電気保存装置を含む場合、電気装置は、電気バッテリーを含んでもよい。電気装置は、例えば、電気メータまたは分配ボックスにおいて通過する電流または線間電圧を計測するように動作する電気計測装置を備えて、電気メータまたは分配ボックスによって構成されてもよい。それによって、電気計測装置は、住居、ビジネスまたは電気的に動力を与えられるデバイスによって消費される、または、ソーラーパネルベースの発生器のような発生装置によって発生する、電気を計測する手段を提供してもよい。
【００５４】
代替的に、または、加えて、電気装置は、バッテリーまたは燃料セルのような電気エネルギー保存または発生デバイスを含む電気推進装置を含んでもよい。電気推進装置は、電気計測装置が、例えば、直接の電流の計測によって、電気エネルギー保存または発生デバイスを供給源とする電力；および、例えば、充電中に電気エネルギー保存デバイスによってシンクされる電力：の少なくとも１つの規制を提供するために動作するように、構成されてもよい。高い電流レベルでの電気モータへの電力の安全かつ信頼できる配送は、通常、かかる電気推進装置を必要とする。したがって、正確な電気計測は、適切な規制および制御を提供し、および、故障状態をモニタすることを必要としてもよい。
【００５５】
代替的に、または、加えて、電気装置は、電気アクチュエータを含む電気制御装置を含んでもよい。電気制御装置は、電気計測装置が、電気アクチュエータおよび／または電気アクチュエータによってサポートされる電圧によって引き出される電流を計測するために動作するように、構成されてもよい。電気アクチュエータは、モータを含んでもよく、および、電気計測装置は、モータを制御するように動作するモータコントローラにおいて含まれてもよい。電気制御装置は、製造、業務用機械および処理制御のような様々な分野において使用されてもよい。例えば、電気アクチュエータは、ＣＮＣ機械の部分を形成する、または、流体制御システムにおいてバルブを駆動する、ステッパモータを含んでもよい。代替的に、電気アクチュエータは、電気制御自動伝送システムにおけるリニアソレノイドを含んでもよい。かかる適用において、電流および／または電圧の正確な計測は、制御の精密性を提供してもよい。本発明の第４側面のさらなる態様は、本発明の前のいかなる側面の１または２以上の特質を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
本発明のさらなる特質および利点は、例のみの手段として、および、付随の図面への言及を備えて与えられる、下記の特定の記載から明らかになるであろう。
【００５７】
【図１】図１は、本発明の第１態様ブロック図表示である；
【図２】図２は、図１の態様を手段として実施される、発明による方法の流れ図表示である；
【図３Ａ】図３Ａは、窓関数の適用を表すプロットである；
【図３Ｂ】図３Ｂは、計測配置からの出力信号のいくつかのサイクルを示すプロットである；
【図３Ｃ】図３Ｃは、波形除去処理を図示するプロットである；
【図４】図４は、本発明の第２態様のブロック図表示である；
【図５】図５は、本発明の第３態様のブロック図である；
【図６】図６は、図５の態様を手段とする実施される発明による方法の流れ図表示である；
【図７ａ】図７ａは、低い側の電流センシングを備えて直流装置に適用される本発明の態様である；および
【図７ｂ】図７ｂは、電圧を計測するように動作する電位ディバイダを含む直流装置に適用される本発明の態様である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
電気計測装置の第１態様のブロック図表示は、図１において示される。電気計測装置は、住居またはビジネス施設への供給についてインストールされる、１００Ａ可能電気消費メータ（示されない）のようなものの部分を形成する電流計測装置１０の形態を有する。通電１４および中性１６供給ワイヤを備えるシングル位相商用交流電流電源１２は、図１において示される。住居またはビジネス施設でのエネルギー消費装置は、負荷１８によって表される。電流計測装置１０は、負荷および電気供給１２の間で負荷１８と直列な通電供給ワイヤ１４において（電流センサを構成する）シャントレジスタ２０を含む。シャントレジスタ２０は、２００ｕＱの抵抗のような抵抗の低い値を提示する。シャントレジスタ２０は、電気ワイヤの長さ、プリント基板上の伝動性トラックの長さ、個別構成部分、リードフレームのような集積回路パッケージ含まれるコンダクタ、または、リレーのような連続構成部分のコネクタまたは伝動性要素の部分として形成される構造から形成される。WO2013/038176において記載されるように、シャントレジスタは、正確なまたは安定的な抵抗を提供するために形成される必要がなく；シャントレジスタのための処理チェーンも正確に特徴づけられる必要がない。変流器、ホール電流プローブまたはロゴスキーコイル電流プローブは、シャントレジスタ２０の代わりに通電コンダクタにおいて電流を感知するように使用されてもよい。電流センサおよび適切な処理回路網のかかる代替的な形態の使用は、WO2013/038176において記載される。
【００５９】
電流計測装置１０は、さらに、信号源２２、電圧計測装置２４および信号処理回路網２６を含む。電圧計測装置２４は、シャントレジスタ２０を横断して発達した電圧信号を得るように、および、対応する獲得電圧信号を発生させるように、動作する、プログラマブルゲイン増幅器およびアナログ−デジタル変換回路網を含む。シャントレジスタ２０および電圧計測装置２４は、計測配置を構成し、および、信号処理回路網２６は、処理装置を構成する。信号処理回路網２６は、マイクロプロセッサ配置、デジタル信号プロセッサ配置またはそのようなものにおいて含まれる。
【００６０】
図１において示されないが、電流計測装置は、そうでなければ電流計測装置の動作を途絶させやすくてもよいインパルス信号のような、望ましくない雑音信号を抑制するために、電圧計測装置２４の入力での雑音フィルタを含む。電圧計測装置２４および信号源２２の各々は、シャントレジスタ２０の反対のエッジに電気的に接続される。１つの形態において、電流計測装置１０は、信号源および電流計測装置１０の残りが、永久に本来の場所においてあるために、信号源２２が電流計測装置１０の残りをいつも提示するように構成される。他の１つの形態において、電流計測装置１０は、信号源が、永久に本来の場所においてある、電流計測装置１０の残りからの分離ユニットにおいて含まれるように、構成される。正確な計測を提供することが望ましい場合、例えば、定期の校正手続きの部分として、信号源２２を含むユニットは、例えば校正エンジニアによって使用に至り、および、校正が開始する前に、シャントレジスタ２０を横断して接続される。図１の電流計測装置に適用可能な校正へのアプローチは、WO2013/038176において記載される。
【００６１】
信号処理回路網２６の構成部分は、いま、考慮されるであろう。信号処理回路網２６は、電圧計測装置２４からの出力信号に窓関数を適用するように動作する窓化構成部分２８を含む。窓化構成部分２８によって適用される窓関数は、数ある中で、ハニング（Hanning）関数、ハミング（Hamming）関数、ブラックマン（Blackman）関数、ガウス（Gaussian）関数および方形関数の１または２以上である。窓関数は、計測配置の事前の特徴づけに基づいてのように予め決定されるか、または、電圧計測装置２４からの出力信号の分析に応じてのように継続的に決定される。窓関数は、電気出力信号の振幅に応じて変更される。窓の長さもまた、負荷で引き出される電流信号の基本周波数および参照入力信号のサイクル期間に応じて、変更される。窓関数は、結果が必要とされるまで、窓関数の上昇エッジおよび下降エッジの間で一定のゲインの期間があるように、可変長である。信号処理回路網２６もまた、窓化構成部分２８から受信される出力信号のセクションを合計するために、さらに以下に記載されるように動作する合計構成部分３０を含む。
【００６２】
信号源２２、窓化構成部分２８および合計構成部分３０の動作は、さらに以下に記載されるように、信号処理回路網２６において含まれるタイミング構成部分３２によって発生するタイミング信号を手段として同期される。信号処理回路網２６は、さらに、合計構成部分３０からの出力を受信するレベル決定構成部分３４、および、レベル決定構成部分３４からの出力を受信する伝達関数決定構成部分３６を含む。信号処理回路網２６はさらにまた、タイミング構成部分３２、レベル決定構成部分３４および伝達関数決定構成部分３６を包含する信号処理回路網２６の様々な他の構成部分を制御するように動作する、中央処理ユニットのような制御構成部分３８を含む。制御構成部分３８もまた、アラートのようなものを包含するかかる外部データおよび他の装置によって作用される制御データを備えて、電流計測装置１０の動作に応じてデータ出力３９を手段とする外部データを提供する。
【００６３】
外部データの形態、および、かかるデータが電流計測装置１０から離れて運搬される手段は、さらにWO2013/038176において記載される。電気メモリ４０は、信号処理回路網によって決定される歴史性の伝達関数データのような、より非永久的なデータに沿って信号処理回路網２６によって実施される計算中に形成される、中間データを保存するように動作する信号処理回路網２６において含まれる。電気メモリ４０は、メモリのワンタイムプログラマブル（One Time Programmable）形態において保存される、参照入力信号の値のような初期のテスト上で決定されるデータを保存するようにもまた、動作する。信号処理回路網２６はさらにまた、合計構成部分３０からの出力を受信する波形再構築構成部分４２、波形再構築構成部分４２および電圧計測装置２４の各々からの出力を受信する波形除去構成部分４４、および、波形除去構成部分４４からの出力を受信する負荷電流決定構成部分４６を含む。
【００６４】
他の図示されない態様において、源１２は、直流源であり、および、負荷１８は、直流源から電流を引き出す。かかる態様は、規制またはモニタリングのような様々な適用において使用され、および、エネルギー発生、伝送または分配装置、再生可能エネルギー発生器、電気推進装置および制御装置のような、様々な装置において含まれる。さらなる図示されない態様において、電流計測装置は、分相供給配置、３つの位相供給配置または３つ以上の位相を備える供給配置でさえのような多重位相商用電源供給配置において電流を計測するために使用される。かかるさらなる態様によると、図１において示される形態の複数の電流計測装置は、多重位相商用電源供給配置のそれぞれの異なるコンダクタにおいて電流を計測するように、使用される。代替的に、複数の電流センサは、多重位相商用電源供給配置のそれぞれの異なるコンダクタに関連して配され、および、図１の電流計測装置の残りは、複数の電流センサの間で多重化される。直流電流計測への、および、多重位相商用電源供給配置における電流計測装置の適用は、WO2013/038176においてさらに記載される。直流電流計測は、例えば、推進装置のような電気バッテリーを含む電気装置において実施される。
【００６５】
図１の電流計測装置１０の動作は、いま、図２において示される流れ図１００、および、図３Ａおよび図３Ｂにおいて示されるプロットへの言及とともに記載されるであろう。信号源２２は、タイミング構成部分３２の制御の下でシャントレジスタ２０に参照入力信号を適用するように構成される。参照入力信号 は、数ヘルツから数十ｋＨｚの範囲における繰り返しサイクルを有する。参照入力信号は、大部分は、負荷電流信号の基本周波数の高調波の間の周波数を有する。代替的に、参照入力信号周波数は、負荷電流信号の基本周波数の高調波にロックされる。参照入力信号は、矩形波、異なるデューティサイクルを備えて高いおよび低いセクションを有するビットストリーム、または階段もしくは段階波形のような実質的に区分的に一定の形である。典型的な参照入力信号は、３０ｍＡピークトゥピークである。適用される参照入力信号は、本態様において５０Ｈｚ商用電流信号である、負荷で引き出される電流信号に沿ってシャントレジスタ２０によって感知される。電圧計測装置２４は、シャントレジスタ２０を横断して発達した電圧信号を得るように、および、（出力信号を構成する）獲得電圧信号１０２を発生させるように動作する。
【００６６】
獲得電圧信号は、負荷で引き出される電流信号に対応する電気出力信号および参照入力信号に対応する参照出力信号を含む。獲得電圧信号は、窓関数１０４によって、獲得電圧信号を掛けるように動作する窓化構成部分２８によって受信される。窓関数は、２００サイクルのような参照入力信号の複数のサイクルに対応する長さである。窓関数は、窓関数によって定義される窓の反対のエッジに向けた獲得電圧信号の部分の振幅を減衰するように動作し、および、それによって、続く合計する動作中に参照出力信号の改善された拒否を提供する。図３Ａは、獲得電圧信号６２の長さ、窓関数６４および窓関数６６の適用後の獲得電圧信号の長さを示す。窓関数の適用は、出力信号からの電力において損失を引き起こしやすい。
【００６７】
態様の特定の形態において、電力の損失は、出力信号の重複部分に窓関数を適用することによって対処される。これは、獲得電圧信号の第１長さに窓関数を適用すること、および、獲得電圧信号の第２長さに窓関数を適用することを伴い、電力損失を最小限にするのに十分な程度まで互いに重複する第１および第２長さを備える。発明の特定の形態において、獲得電圧信号データのかかる重複ストリームは、続いて組み合わされる前のデータの１つのストリームへの言及とともに、上記のように部分的に処理される。例えば、合計する動作は、各ストリームおよび別に決定されるそれらのレベル上に、別に実施される。代替的に、重複ストリームは、一緒にストリームを合計することによって一緒に処理される。窓関数の適用は、信号源２２によって適用されるように参照入力信号のサイクルを備えた獲得電圧信号への窓関数の適用の同期を提供するために、タイミング構成部分３２の制御の下である。
【００６８】
その後、電圧信号の窓化される長さは、参照入力信号のサイクルに対応する各部を備えて、複数の部に電圧信号の長さを分解するように動作する、合計構成部分３０によって受信される。例えば、電圧信号が２００サイクルの長さを有する場合、電圧信号の長さは、２００の部分に分解される。そして合計構成部分３０は、参照入力信号１０６のサイクルの少なくとも一部および同じ部分に対応する合計されたセクションの各々を備えて、２００の部分のセクションを合計するように動作する。合計する動作、および、レベル決定構成部分３４内の動作を決定する続くレベルは、いくつかの異なるアプローチに従って送られる。
【００６９】
第１アプローチによると、電圧信号の部全体は、累積表示を提供するように合計される。この仕方において部を合計することは、参照出力信号に対して異なる期間である、または、参照出力信号について変化する位相である、電気出力信号を理由に電気出力信号を取り除く。そして累積表示は、参照入力信号と同等の振幅の表示を提供するように合計される部分の数によって分割される。代替的に、合計される部分の数による分割は、本アプローチにおける後のステップで起きる。典型的な電圧信号は、おそらくリンギングが続く、区分的一定の波形の各々の遷移に続く遅い上昇または下降からなる部分を含む。参照入力信号のいくつかのサイクル７０に対応する長さの例えの電圧信号は、図３Ｂにおいて示される。電圧信号は、上昇部分７２、下降部分７４、高いレベル７６および低いレベル７８を含む。したがって、合計構成部分３０は、かかる上昇および下降部分を排除するように、および、電圧信号の一般的に据え置かれる部分を選択するように、動作する。上昇および下降部分は、閾値と電圧信号の変化の比率との比較を伴う電圧信号の分析に続いて、排除される。
【００７０】
代替的に、上昇および下降部分は、参照入力信号における遷移に続く特定の長さであるように、上昇および下降部分を決定する計測配置の事前の特徴づけに基づいて排除される。そして、累積表示において対応するレベルの部分は、合計される。例えば、および、参照入力信号が矩形波である場合、合計される高いレベルおよび合計される低いレベルをそれぞれ提供するために、高いレベルは、すべて合計され、および、低いレベルは、すべて合計される。そして、合計される高いレベルおよび合計される低いレベルは、平均的に高いレベルおよび平均的に低いレベルを提供するように合計されるレベルの数によって、分割される。代替的に、および、累積表示の形成に続く分割に類似して、分割は、本アプローチにおいて後で起きる。分割が合計構成部分または続いてであるかどうかにかかわりなく、効果は、平均レベルを提供することである。そして、合計されるまたは平均的な低さは、参照出力信号振幅１０８を提供するために、合計されるまたは平均的な高さから、レベル決定構成部分３４において引かれる。
【００７１】
第２アプローチによると、合計構成部分は、２つの累積表示を提供するために、電圧信号の部において対応するレベルの部分を合計するように動作する。例えば、合計構成部分は、合計される高いレベルを提供するために、部において高いレベルのすべてを合計するように、および、合計される低いレベルを提供するために、部において低いレベルのすべてを合計するように、動作する。上昇および下降部分は、第１アプローチへの言及とともに上記のように、合計する動作から排除される。そして、合計される高いおよび低いレベルは、平均的なレベルを提供するために、合計されるレベルの数によって分割される。代替的に、分割は、続く引くステップの後で起きる。そして、合計される低いレベルまたは平均的な合計される低いレベルは、参照出力信号振幅１０８を提供するために、合計される高いレベルまたは平均的な合計される低いレベルから、レベル決定構成部分３４において引かれる。
【００７２】
第３アプローチによると、合計構成部分は、電圧信号が受信される１０８場合に継続的に選択される高いレベルを合計すること、および、選択される低いレベルを引くことによって、累積表示を構成する参照出力信号振幅を提供するように、動作する。それゆえ、合計構成部分３０およびレベル決定構成部分３４の動作は、組み合わされる。上記のように、参照出力信号は、合計されるレベルの数によって分割される。代替的に、分割は、それが合計されるか、または、引かれるかのいずれかよりも前に、各レベルについてのようにアプローチにおいてより早く、起きる。
【００７３】
参照出力信号振幅は、参照入力信号１１２の振幅によって参照出力信号振幅を分割することによって、計測配置のゲインについて伝達関数を決定するように動作する、伝達関数決定構成部分３６によって受信される。特定の形態において、伝達関数決定構成部分３６もまた、獲得電圧信号１１０によって表されるように、参照入力信号におけるエッジ、および、参照出力信号における対応するエッジの間で時間遅延を決定することによって、計測配置のためのグループ遅延を決定するように動作する。窓関数が参照出力信号振幅からの電力の損失を引き起こす場合、伝達関数決定構成部分３６は、電力のかかる損失を補うように動作する。
【００７４】
電流計測装置は、波形再構築構成部分４２が合計構成部分３０からの入力を受信するように、動作する。波形再構築構成部分４２は、参照入力信号の完全なサイクル、すなわち、完全な累積表示１１４に対応する電圧信号の長さの累積表示を提供するように動作する。波形再構築構成部分４２の動作は、合計構成部分３０の動作に依存する。合計構成部分３０が第１アプローチによって動作する場合、電圧信号の部全体を合計することによって形成される累積表示は、既に完全であり、かつ、それゆえ波形再構築構成部分４２に提供され、および、再構築は、必要とされない。合計構成部分３０が第２または第３アプローチによって動作する場合、波形再構築構成部分４２は、参照出力信号振幅および無視される上昇および下降部分を決定するために使用される、異なるレベルからの完全な累積表示を形成するように動作する。完全な累積表示は、合計するおよび窓化する動作のような、完全な累積表示の形成に先立って実施される動作を補うようにスケールされ、それによって、完全な累積表示は、以下に記載されるように、それにおいてそれが波形除去構成部分４４において引かれる、獲得電圧信号に対応する。
【００７５】
図３Ｃは、波形除去構成部分４４の動作を図示するプロットである。波形除去構成部分４４は、電圧計測装置２４、８２からの入力、および、波形再構築構成部分４２からの完全な累積表示８４を受信し、および、獲得電圧信号１１６、８６において含まれる電気出力信号を放つために、獲得電圧信号からの参照出力信号に対応する完全な累積表示を引くように、動作する。負荷電流決定構成部分４６は、波形除去構成部分４４からの出力、および、伝達関数決定構成部分３６からの伝達関数を受信し、および、波形除去構成部分４４、１１８からの出力に受信される伝達関数の逆を適用することによって負荷で引き出される電流を決定するように、動作する。そして、決定される負荷で引き出される電流は、WO2013/038176において詳細に記載されるように、電力消費の決定またはそのようなものにおけるような、他の場所での適用のための負荷電流決定構成部分４６によって提供される。
【００７６】
上記の動作に対してさらに、制御構成部分３８は、かかる拒否される部分が電流計測装置の適切な動作に損害をもたらすであろう程度のインパルス雑音を含む場合、獲得電圧信号の部分の拒否を提供する。制御構成部分３８もまた、参照入力信号がシャントレジスタ２０に適用されない場合、獲得電圧信号を分析することによって、獲得電圧信号において存在する雑音のレベルの決定を提供する。制御構成部分３８は、さらに、雑音の決定されるレベルに応じて電流計測の正確性の示唆を提供するように動作する。
【００７７】
本発明の第２態様のブロック図表示１３０は、図４において示される。図１と共通する図４の電流計測装置１３０の構成部分は、参照番号のように指定され、および、読者の注意は、かかる共通の構成部分の記載のために、図１への言及とともに上記で提供される記載に向けられる。図４の電流計測装置１３０は、さらに、第２シャントレジスタ１３２および第２電圧計測装置１３４を含む。参照入力信号は、第２シャントレジスタ１３２に適用されず、それによって、第２電圧計測装置１３４からの出力信号は、電気出力信号を含むが、参照出力信号を欠く。電流計測装置１３０は、さらにまた、第１電圧計測装置２４からの出力信号から、第２電圧計測装置１３４からの出力信号を引くように動作する、減算構成部分１３６を含む。減算構成部分１３６もまた、必要とされる場合、出力信号の適切な減算を提供するために、受信される出力信号の相対的なスケールを実施する。減算構成部分１３６からの出力は、負荷で引き出される電流信号に対応する、ずっと減らされる構成部分を有する。波形除去構成部分４４は、第１電圧計測装置２４からの出力信号上で動作し、第２電圧計測装置１３４からの出力信号ではない。図４の構成は、しばしばあるように、適用される参照入力信号が負荷で引き出される電流信号よりもずっと小さい場合、効果に使用されてもよい。図４の態様による電気出力信号を引くことは、電気出力信号を引くことへの異なるアプローチについて、WO2013/038176においてさらに詳細に記載される。
【００７８】
電気計測装置の第３態様のブロック図表示は、図５において示される。電気計測装置は、交流システムの通電および中性コンダクタの間で線間電圧を計測するように構成される電圧計測装置１５０の形態を有する。電気計測装置１５０は、住居またはビジネス施設への供給についてインストールされる、１００Ａ可能電気消費メータ（示されない）のようなものの部分を形成する。通電１４および中性１６供給ワイヤを備えるシングル位相商用交流電流電源１２は、図５において示される。住居またはビジネス施設でのエネルギー消費装置は、負荷１８によって表される。電気計測装置１５０は、通電コンダクタ１４および中性コンダクタ１６の間で、（一緒に電位減衰器を構成する）第２レジスタ１５２と直列な第１レジスタ１５４を含む。電気計測装置１５０は、さらに、電位減衰器に変化するオフセット電圧を提供することができる信号源１６２を含む；信号源１６２の動作は、以下に記載される。第１レジスタ１５４は、通常、それによって約１１０Ｖ、 ２３０Ｖまたはそのようなものの線間電圧の計測を提供するために、第２レジスタ１５２の抵抗値よりも何倍も大きい抵抗値を有する。第１レジスタ１５４は、それによって第２レジスタ１５２の抵抗値と相対的にその抵抗値を管理するために、異なるように、または、直列ないくつかの構成部分の外で構築される。WO2014/072733において記載されるように、第１および第２レジスタは、正確な、または、安定的な電位減衰器を提供するために選ばれる、または、構築される必要がない；さらに、電位減衰器のための処理チェーンも、正確に特徴づけられる必要がない。電位減衰器および信号源の代替的な形態は、WO2014/072733において記載される。
【００７９】
図５の電気計測装置１５０は、さらに、電圧計測装置１６４および信号処理回路網１６６を含む。電圧計測装置１６４は、第２レジスタ１５２を横断して発達した電圧信号を得るように、および、対応する獲得電圧信号を発生させるように動作する、プログラマブルゲイン増幅器およびアナログ−デジタル変換回路網を含む。第１および第２レジスタ１５４、１５２によって形成される電位減衰器、および、電圧計測装置１６４は、一緒に、処理装置を構成する、計測配置および信号処理回路網１６６を構成する。信号処理回路網１６６は、マイクロプロセッサ配置、デジタル信号プロセッサ配置またはそのようなものにおいて含まれる。図５において示されないが、電気計測装置１５０は、そうでなければ電気計測装置の動作を途絶させやすくてもよい、インパルス信号のような望ましくない雑音信号を抑制するために、電圧計測装置１６４の入力で雑音フィルタを含む。信号源１６２は、オフセット電圧を発生させるように構成される。信号源１６２は、電位減衰器と直列な参照入力信号を発生させるために、異なる電圧レベルの間でスイッチすることによって、または、異なる電圧レベルを変調する他の方法によって、オフセット電圧を発生させる。図５の電気計測装置に適用可能な校正へのアプローチは、WO2014/072733において記載される。
【００８０】
信号処理回路網１６６の構成部分は、いま、考慮されるであろう。信号処理回路網１６６は、電圧計測装置１６４からの出力信号に窓関数を適用するように動作する窓化構成部分１６８を含む。窓化構成部分１６８によって適用される窓関数は、数ある中で、ハニング関数、ハミング関数、ブラックマン関数、ガウス関数および方形関数の１または２以上である。窓関数は、計測配置の事前の特徴づけに基づいてのように予め決定されるか、または、電圧計測装置１６４からの出力信号の分析に応じてのように継続的に決定される。窓関数は、電圧計測装置１６４からの出力信号の振幅に応じて変更される。窓の長さもまた、線間電圧信号の基本周波数および参照入力信号のサイクル期間に応じて、変更される。窓関数は、計測が必要とされるまで、窓関数の上昇エッジおよび下降エッジの間で一定のゲインの期間があるように、可変長である。
【００８１】
信号処理回路網１６６もまた、窓化構成部分１６８から受信される出力信号のセクションを合計するために、さらに以下に記載されるように動作する合計構成部分１７０を含む。信号源１６２、窓化構成部分１６８および合計構成部分１７０の動作は、さらに以下に記載されるように、信号処理回路網１６６において含まれるタイミング構成部分１７２によって発生するタイミング信号を手段として同期される。信号処理回路網１６６は、さらに、合計構成部分１７０からの出力を受信するレベル決定構成部分１７４、および、レベル決定構成部分１７４からの出力を受信する伝達関数決定構成部分１７６を含む。信号処理回路網１６６は、さらにまた、タイミング構成部分１７２、レベル決定構成部分１７４および伝達関数決定構成部分１７６を包含する、信号処理回路網１６６の様々な他の構成部分を制御するように動作する、中央処理ユニットのような制御構成部分１７８を含む。制御構成部分１７８もまた、アラートのようなものを包含するかかる外部データおよび他の装置によって作用される制御データを備えて、電気計測装置１５０の動作に応じてデータ出力１７９を手段とする外部データを提供する。
【００８２】
外部データの形態、および、かかるデータが電気計測装置１５０から離れて運搬される手段は、さらにWO2014/072733において記載される。電気メモリ１８０は、信号処理回路網によって決定される歴史性の伝達関数データのような、より非永久的なデータに沿って信号処理回路網１６６によって実施される計算中に形成される、中間データを保存するように動作する信号処理回路網１６６において含まれる。電気メモリ１８０は、メモリのワンタイムプログラマブル形態において保存される、参照入力信号の値のような初期のテスト上で決定されるデータを保存するようにもまた、動作する。信号処理回路網１６６はさらにまた、合計構成部分１７０からの出力を受信する波形再構築構成部分１８２、波形再構築構成部分１８２および電圧計測装置１６４の各々からの出力を受信する波形除去構成部分１８４、および、波形除去構成部分１８４からの出力を受信する線間電圧決定構成部分１８６を含む。
【００８３】
他の図示されない態様において、源１２は、直流源であり、および、負荷１８は、直流源から電流を引き出す。かかる態様は、規制またはモニタリングのような様々な適用において使用され、および、エネルギー発生、伝送または分配装置、再生可能エネルギー発生器、電気推進装置および制御装置のような、様々な装置において含まれる。さらなる図示されない態様において、電流計測装置は、分相供給配置、３つの位相供給配置または３つ以上の位相を備える供給配置でさえのような多重位相商用電源供給配置において電圧を計測するために使用される。かかるさらなる態様によると、図５において示される形態の複数の電圧計測装置は、多重位相商用電源供給配置のそれぞれの異なるコンダクタにおいて電圧を計測するように、使用される。直流電圧計測への、および、多重位相商用電源供給配置における電気計測装置の適用は、WO2014/072733においてさらに記載される。直流電圧計測は、例えば、推進装置のような電気バッテリーを含む電気装置において実施される。
【００８４】
図５の電気計測装置１５０は、図１の電流計測装置と類似の仕方において動作する。図５の電気計測装置１５０の動作ステップは、図６において示される流れ図２００において表される。図５の電気計測装置１５０の動作は、いま、記載されるであろう。信号源１６２は、タイミング構成部分１７２の制御の下で電位減衰器１５２、１５４に参照入力信号を適用するように構成される。参照入力信号 は、数ヘルツから数十ｋＨｚの範囲における繰り返しサイクルを有する。参照入力信号は、大部分は、線間電圧信号の基本周波数の高調波の間の周波数を有する。代替的に、参照入力信号周波数は、線間電圧信号の基本周波数の高調波にロックされる。参照入力信号は、矩形波、異なるデューティサイクルを備えて高いおよび低いセクションを有するビットストリーム、階段波形または段階波形のような実質的に区分的に一定の形である。典型的な参照入力信号は、２００ｍＡピークトゥピークである。適用される参照入力信号は、本態様において５０Ｈｚ商用電圧信号である、線間電圧信号に沿って第２レジスタ１５２によって感知される。電圧計測装置１６４は、参照レジスタ１５２を横断して発達した電圧信号を得るように、および、（出力信号を構成する）獲得電圧信号２０２を発生させるように動作する。
【００８５】
獲得電圧信号は、線間電圧信号に対応する電気出力信号および参照入力信号に対応する参照出力信号を含む。獲得電圧信号は、窓関数２０４によって、獲得電圧信号を掛けるように動作する窓化構成部分１６８によって受信される。窓関数は、２００サイクルのような参照入力信号の複数のサイクルに対応する長さである。窓関数は、窓関数によって定義される窓の反対のエッジに向けた獲得電圧信号の部分の振幅を減衰するように動作し、および、それによって、続く合計する動作中に参照出力信号の改善された拒否を提供する。図３Ａは、獲得電圧信号６２の長さ、窓関数６４および窓関数６６の適用後の獲得電圧信号の長さを示す。窓関数の適用は、出力信号からの電力において損失を引き起こしやすい。
【００８６】
態様の特定の形態において、電力の損失は、出力信号の重複部分に窓関数を適用することによって対処される。これは、獲得電圧信号の第１長さに窓関数を適用すること、および、獲得電圧信号の第２長さに窓関数を適用することを伴い、電力損失を最小限にするのに十分な程度まで互いに重複する第１および第２長さを備える。発明の特定の形態において、獲得電圧信号データのかかる重複ストリームは、続いて組み合わされる前のデータの１つのストリームへの言及とともに、上記のように部分的に処理される。例えば、合計する動作は、各ストリームおよび別に決定されるそれらのレベル上に、別に実施される。代替的に、重複ストリームは、一緒にストリームを合計することによって一緒に処理される。窓関数の適用は、信号源１６２によって適用されるように参照入力信号のサイクルを備えた獲得電圧信号への窓関数の適用の同期を提供するために、タイミング構成部分１７２の制御の下である。
【００８７】
その後、電圧信号の窓化される長さは、参照入力信号のサイクルに対応する各部を備えて、複数の部に電圧信号の長さを分解するように動作する、合計構成部分１７０によって受信される。例えば、電圧信号が２００サイクルの長さを有する場合、電圧信号の長さは、２００部に分解される。そして合計構成部分１７０は、参照入力信号２０６のサイクルの少なくとも一部および同じ部分に対応する合計されたセクションの各々を備えて、２００の部分のセクションを合計するように動作する。合計する動作、および、レベル決定構成部分１７４内の動作を決定する続くレベルは、いくつかの異なるアプローチに従って送られる。
【００８８】
第１アプローチによると、電圧信号の部全体は、累積表示を提供するように合計される。この仕方において部を合計することは、参照出力信号に対して異なる期間である、または、参照出力信号について変化する位相である、電気出力信号を理由に電気出力信号を取り除く。そして累積表示は、参照入力信号と同等の振幅の表示を提供するように合計される部分の数によって分割される。代替的に、合計される部分の数による分割は、本アプローチにおける後のステップで起きる。典型的な電圧信号は、おそらくリンギングが続く、区分的一定の波形の各々の遷移に続く遅い上昇または下降からなる部分を含む。
【００８９】
参照入力信号のいくつかのサイクル７０に対応する長さの例えの電圧信号は、図３Ｂにおいて示される。電圧信号は、上昇部分７２、下降部分７４、高いレベル７６および低いレベル７８を含む。したがって、合計構成部分１７０は、かかる上昇および下降部分を排除するように、および、電圧信号の一般的に据え置かれる部分を選択するように、動作する。上昇および下降部分は、閾値と電圧信号の変化の比率との比較を伴う電圧信号の分析に続いて、排除される。代替的に、上昇および下降部分は、参照入力信号における遷移に続く特定の長さであるように、上昇および下降部分を決定する計測配置の事前の特徴づけに基づいて排除される。そして、累積表示において対応するレベルの部分は、合計される。例えば、および、参照入力信号が矩形波である場合、合計される高いレベルおよび合計される低いレベルをそれぞれ提供するために、高いレベルは、すべて合計され、および、低いレベルは、すべて合計される。そして、合計される高いレベルおよび合計される低いレベルは、平均的に高いレベルおよび平均的に低いレベルを提供するように合計されるレベルの数によって、分割される。
【００９０】
代替的に、および、累積表示の形成に続く分割に類似して、分割は、本アプローチにおいて後で起きる。分割が合計構成部分または続いてであるかどうかにかかわりなく、効果は、平均レベルを提供することである。そして、合計されるまたは平均的な低さは、参照出力信号振幅２０８を提供するために、合計されるまたは平均的な高さから、レベル決定構成部分１７４において引かれる。
【００９１】
第２アプローチによると、合計構成部分は、２つの累積表示を提供するために、電圧信号の部において対応するレベルの部分を合計するように動作する。例えば、合計構成部分は、合計される高いレベルを提供するために、部において高いレベルのすべてを合計するように、および、合計される低いレベルを提供するために、部において低いレベルのすべてを合計するように、動作する。上昇および下降部分は、第１アプローチへの言及とともに上記のように、合計する動作から排除される。そして、合計される高いおよび低いレベルは、平均的なレベルを提供するために、合計されるレベルの数によって分割される。代替的に、分割は、続く引くステップの後で起きる。そして、合計される低いレベルまたは平均的な合計される低いレベルは、参照出力信号振幅２０８を提供するために、合計される高いレベルまたは平均的な合計される低いレベルから、レベル決定構成部分１７４において引かれる。
【００９２】
第３アプローチによると、合計構成部分は、電圧信号が受信される２０８場合に継続的に選択される高いレベルを合計すること、および、選択される低いレベルを引くことによって、累積表示を構成する参照出力信号振幅を提供するように、動作する。それゆえ、合計構成部分１７０およびレベル決定構成部分１７４の動作は、組み合わされる。上記のように、参照出力信号は、合計されるレベルの数によって分割される。代替的に、分割は、それが合計されるか、または、引かれるかのいずれかよりも前に、各レベルについてのようにアプローチにおいてより早く、起きる。
【００９３】
参照出力信号振幅は、参照入力信号２１２の振幅によって参照出力信号振幅を分割することによって、計測配置のゲインについて伝達関数を決定するように動作する、伝達関数決定構成部分１７６によって受信される。特定の形態において、伝達関数決定構成部分１７６もまた、獲得電圧信号２１０によって表されるように、参照入力信号におけるエッジ、および、参照出力信号における対応するエッジの間で時間遅延を決定することによって、計測配置のためのグループ遅延を決定するように動作する。窓関数が参照出力信号振幅からの電力の損失を引き起こす場合、伝達関数決定構成部分１７６は、電力のかかる損失を補うように動作する。
【００９４】
電流計測装置は、波形再構築構成部分１８２が合計構成部分１７０からの入力を受信するように、動作する。波形再構築構成部分１７２は、参照入力信号の完全なサイクル、すなわち、完全な累積表示２１４に対応する電圧信号の長さの累積表示を提供するように動作する。波形再構築構成部分１８２の動作は、合計構成部分１７０の動作に依存する。合計構成部分１７０が第１アプローチによって動作する場合、電圧信号の部全体を合計することによって形成される累積表示は、既に完全であり、かつ、それゆえ波形再構築構成部分１８２に提供され、および、再構築は、必要とされない。合計構成部分１７０が第２または第３アプローチによって動作する場合、波形再構築構成部分１８２は、参照出力信号振幅および無視される上昇および下降部分を決定するために使用される、異なるレベルからの完全な累積表示を形成するように動作する。完全な累積表示は、合計するおよび窓化する動作のような、完全な累積表示の形成に先立って実施される動作を補うようにスケールされ、それによって、完全な累積表示は、以下に記載されるように、それにおいてそれが波形除去構成部分１８４において引かれる、獲得電圧信号に対応する。
【００９５】
図３Ｃは、波形除去構成部分１８４の動作を図示するプロットである。波形除去構成部分１８４は、電圧計測装置１６４、８２からの入力、および、波形再構築構成部分１８２からの完全な累積表示８４を受信し、および、獲得電圧信号２１６、８６において含まれる電気出力信号を放つために、獲得電圧信号からの参照出力信号に対応する完全な累積表示を引くように、動作する。線間電圧決定構成部分１８６は、波形除去構成部分１８４からの出力、および、伝達関数決定構成部分１７６からの伝達関数を受信し、および、波形除去構成部分１８４、２１８からの出力に受信される伝達関数の逆を適用することによって線間電圧を決定するように、動作する。そして、決定される線間電圧は、WO2014/072733において詳細に記載されるように、電力消費の決定またはそのようなものにおけるような、他の場所での適用のための線間電圧決定構成部分１８６によって提供される。
【００９６】
上記の動作に対してさらに、制御構成部分１７８は、かかる拒否される部分が電気計測装置の適切な動作に損害をもたらすであろう程度のインパルス雑音を含む場合、獲得電圧信号の部分の拒否を提供する。制御構成部分１７８もまた、参照入力信号が電位減衰器１５４、１５２に適用されない場合、獲得電圧信号を分析することによって、獲得電圧信号において存在する雑音のレベルの決定を提供する。制御構成部分１７８は、さらに、雑音の決定されるレベルに応じて電圧計測の正確性の示唆を提供するように動作する。
【００９７】
参照出力信号の計算において、線間電圧雑音における削減は、線間電圧のさらなる計測による、図４の装置のための上記と同じ形態によって、達成される。このアプローチは、WO2014/072733においてさらに記載される。
【００９８】
本発明は、直流装置において適用可能である。かかる直流装置の例は、電気バッテリーを含む推進装置である。本発明を具現化する電気計測装置が、低い側の電流センシングのために使用される、直流装置３００のブロック図表示は、図７ａにおいて示される。図７Ａの直流装置３００は、電気自動車または他のバッテリーで動力を与えられるデバイスにおいて含まれる。直流装置３００は、バッテリー３０６を含む。バッテリー３０６の送出される、および、充電する電流は、シャントレジスタ２０の形態における低い側のセンサを通じて計測される。直流装置３００は、さらに、図１への言及とともに上記のような形態および関数の信号源２２、電圧計測装置２４および処理装置２６を含む。バッテリー３０６および負荷３０２の間の共通ノード３０８、および、再充電回路３１０は、効果的な基準点として図７ａにおいて表される。
【００９９】
負荷電流が、バッテリー３０６によって負荷３０２に送出される場合、シャントレジスタ２０は、同じ負荷電流を通過する。再充電回路３１０、例えば、ダイナモがバッテリー３０６を再充電する場合、シャントレジスタ２０の中に流れる電流は、バッテリー充電電流である。したがって、シャントレジスタ２０は、バッテリーの放電および充電中に電流を計測するように動作する。図７ａの直流装置において、負荷電流は、ｍＡのから１０００のＡｍｐｓまでという何倍もの単位で著しく変化する。負荷電流もまた、負荷の性質に、および、負荷のスイッチングに依存して、異なる周波数構成部分を有し得る。図１、２、３Ａおよび３Ｂについて上記に提供される記載は、処理装置２６がどのように、負荷出力電流、電流計測装置の伝達関数、および、電流計測装置の伝達関数における変化の少なくとも１つを抽出するように、動作するかを説明する。
【０１００】
本発明を具現化する電気計測装置がバッテリー電圧計測のために使用される、直流装置３２０のブロック図表示は、図７ａにおいて示される。図７ｂの直流装置３２０は、電気自動車または他のバッテリー動力を与えられるデバイスにおいて含まれる。直流装置３２０は、バッテリー３０６を含む。バッテリー３０６の電圧は、電位ディバイダ１５４、１５２を通じて計測される。直流装置３００は、さらに、図５への言及とともに上記のような形態および関数の信号源１６２、電圧計測装置１６４および処理装置１６６を含む。バッテリー３０６および負荷３０２の間の共通ノード３０８、および、再充電回路３１０は、効果的な基準点として図７ｂにおいて表される。
【０１０１】
負荷電流が、バッテリー３０６によって負荷３０２に送出される場合、または、再充電回路３１０、例えば、ダイナモがバッテリー３０６を再充電する場合、電位ディバイダ１５４、１５２は、計測される好適なレベルに、バッテリーで提供される線間電圧を減衰する。この方法において、バッテリーは、放電および充電の異なるステージの間、モニタされ得る。図７ｂの直流装置において、バッテリー電圧は、数ボルトから１０のボルトまで、著しく変化し得る。バッテリー電圧もまた、負荷の性質に、および、負荷のスイッチングに依存して、異なる周波数構成部分を有し得る。図５、６、３Ａおよび３Ｂについて上記に提供される記載は、処理装置１６６がどのように、線間電圧、電圧計測装置の伝達関数、および、電圧計測装置の伝達関数における変化の少なくとも１つを抽出するように、動作するかを説明する。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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