(57)【要約】  信号フィルタリング技術が雑音を除去するように構成される。信号波形は、多数の連続した周期的雑音信号サイクルの異なる複数のポイントで標本化され、収集された複数の標本は平均化されて、修正された信号を作成する。標本が採取されて平均化される連続した複数のサイクルの数は、信号レベルが減少するのに従って検査されるサイクルの数が増加するように、その信号振幅と逆の関係がある。この技術は、電気測定環境におけるホール効果検出器の出力に関連付けられた周期的信号に特に適用可能である。信号サイクルの異なる複数のポイントでの標本を平均化し、合成された所望の信号サイクルを生成することによって、ホール検出器からの低周波数のランダム雑音をフィルタリングするための改善されたＲＭＳ計算が得られ、他の信号計算を容易にする。
2010513846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象の信号または信号群からランダム雑音を除去、または削減するための信号フィルタリングを含む計量装置であって、
少なくとも１つの初期信号出力を提供する少なくとも１つの検出器と、
半導体回路であって
前記少なくとも１つの検出器の前記少なくとも１つの初期信号出力を受信し、
前記少なくとも１つの初期信号出力を、予め定められた数のその連続した周期的信号サイクルのそれぞれの個々のポイントで標本化し、および
当該個々のポイントの標本を平均化して、合計信号を作成し、前記合計信号の波形特性を評価し、それにより、前記合計信号が前記少なくとも１つの初期信号出力に対比してランダム雑音を削減される、半導体回路と
を備えることを特徴とする計量装置。
【請求項２】
前記半導体回路は、標本化される連続したサイクルの前記予め定められた数が、前記少なくとも１つの初期信号出力の信号振幅における減少に伴って増加するように動作することを特徴とする請求項１に記載の計量装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの検出器は、電流を検出して少なくとも１つの電流信号出力を提供する少なくとも１つの電流検出器、および電圧を検出して少なくとも１つの電圧信号出力を提供する少なくとも１つの電圧検出器を含み、
前記半導体回路は、前記電流信号出力および電圧信号出力の内の、選択された少なくとも１つの出力信号を受信して、前記選択された少なくとも１つの出力信号を、予め定められた数のその連続した周期的信号サイクルの異なるそれぞれのポイントで標本化し、および前記異なるそれぞれのポイントの標本を平均化して、前記合計信号を作成し、前記合計信号に基づくＲＭＳ計算を処理するように動作し、それにより、前記合計信号は、前記選択された少なくとも１つの出力信号に対比して、削減された低周波数のランダム雑音を有すること
を特徴とする請求項１に記載の計量装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの電流検出器および前記少なくとも１つの電圧検出器は、それぞれ複数存在し、多相システムにおいて使用するように構成され、それぞれ、複数の検出器から複数の電流信号出力および複数の電圧信号出力をそれぞれ出力することを特徴とする請求項３に記載の計量装置。
【請求項５】
前記半導体回路は、前記少なくとも１つの電流信号出力を、その連続した周期的信号サイクルの異なるそれぞれのポイントで同期的に標本化するように動作することを特徴とする請求項３に記載の計量装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの検出器は、電流信号および電圧信号の内の少なくとも１つを検出して、少なくとも１つの初期信号出力を提供するための、電力メータ内に複数のホール効果検出器を備え、
前記半導体回路は、前記複数のホール効果検出器の前記少なくとも１つの初期信号出力を受信して、予め定められた数のその連続した周期的信号サイクルの異なるそれぞれのポイントで前記少なくとも１つの初期信号出力を標本化し、当該それぞれのポイントの標本を平均化して前記合計信号を作成し、前記合計信号に基づくＲＭＳ計算を処理するための、測定基板を含み、こにより、前記合計信号は、前記少なくとも１つの初期信号出力に対比して、削減された低周波数のランダム雑音を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の計量装置。
【請求項７】
前記測定基板は、標本化される連続したサイクルの前記予め定められた数が、前記少なくとも１つの初期信号出力の信号振幅における減少に伴って増加するように動作することを特徴とする請求項６に記載の計量装置。
【請求項８】
前記複数のホール効果検出器は、それぞれ複数の初期信号出力を出力する、多相システムにおいて使用するように構成されることを特徴とする請求項６に記載の計量装置。
【請求項９】
前記複数のホール効果検出器は、電流信号を検出するように動作し、前記半導体回路は、その連続した周期的信号サイクルの異なるそれぞれのポイントで前記検出された電流信号を同期的に標本化するように動作することを特徴とする請求項６に記載の計量装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの検出器は、さまざまな形態のエネルギーまたは他の商品の消費または生産量を監視するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の計量装置。
【請求項１１】
前記他の商品は、電力、水、ガス、およびオイルの内の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１０に記載の計量装置。
【請求項１２】
電流信号および電圧信号の内の少なくとも１つを検出し、少なくとも１つの初期信号出力を提供する複数のホール効果検出器と、
前記複数のホール効果検出器の前記少なくとも１つの初期信号出力を受信し、前記少なくとも１つの初期信号出力を、予め定められた数のその連続した周期的信号サイクルの異なるそれぞれのポイントで標本化し、および前記個別のポイントの標本を平均化して、合計信号を作成し、前記合計信号に基づくＲＭＳ計算を処理するための測定基板と
を備え、
それにより前記合計信号が前記少なくとも１つの初期信号出力に対比して、削減された低周波数のランダム雑音を有することを特徴とするランダム雑音のフィルタリングを改善された電力メータ。
【請求項１３】
前記測定基板は、標本化される連続したサイクルの前記予め定められた数が、前記少なくとも１つの初期信号出力の信号振幅における減少に伴って増加するように、動作することを特徴とする請求項１２に記載の電力メータ。
【請求項１４】
前記測定基板は、前記少なくとも１つの初期信号出力から標本化される、前記予め定められた数の連続したサイクルの前記それぞれのポイントの標本を格納するためのバッファを含むことを特徴とする請求項１２に記載の電力メータ。
【請求項１５】
前記複数のホール効果検出器は、それぞれそこから複数の初期信号出力を出力するために、多相システムにおいて使用するように構成されることを特徴とする請求項１２に記載の電力メータ。
【請求項１６】
前記複数のホール効果検出器は、電流信号を検出するように動作し、前記測定基板は、その連続した周期的信号サイクルの異なるそれぞれのポイントで前記検出された電流信号を同期的に標本化するように動作することを特徴とする請求項１２に記載の電力メータ。
【請求項１７】
信号サイクルあたりの前記それぞれのポイントの頻度数は、前記電力メータが設置される供給源の電力線周波数の整数倍であることを特徴とする請求項１６に記載の電力メータ。
【請求項１８】
そこから電力サービス電流信号を出力するための電流取得回路、およびそこから電力サービス電圧信号を出力するための電圧取得回路を含む、計量されるべき電力サービス信号を供給源から受信するための入力回路と、
前記電力サービス電圧信号および前記電力サービス電流信号を受信し、予め定められた数であって、前記信号の振幅に対して逆の関係にある数のその連続した周期的信号サイクルの異なるそれぞれのポイントで前記信号を同期的に標本化し、および前記個別のポイントの標本を平均化して、ＲＭＳ計算が基づくことになる修正された信号を作成するための測定基板と
を備え、
これにより、前記修正された信号が、前記電力メータが設置される環境にかかわらず、かつ前記入力回路に対する供給源が動作する負荷にかかわらず、計量する精度を改善するように、前記電力サービス信号に対比して、低減された低周波数のランダム雑音を有することを特徴とする電子的電力メータ。
【請求項１９】
前記電流取得回路および電圧取得回路は、それぞれ複数の電力サービス電流信号および複数の電力サービス電圧信号を出力する、多相システムにおいて使用するように構成されることを特徴とする請求項１８に記載の電子的電力メータ。
【請求項２０】
前記測定基板は、前記信号から標本化される前記予め定められた数の連続したサイクルの前記個別のポイントの標本を格納するためのバッファを含むことを特徴とする請求項１８に記載の電子的電力メータ。
【請求項２１】
連続した周期的信号サイクルの前記予め定められた数は、少なくとも３であり、かつ１サイクルあたり同期的に標本化される種々の個別のポイントの数が少なくとも１６であることを特徴とする請求項１８に記載の電子的電力メータ。
【請求項２２】
前記測定基板は、予め定められた数のその連続した周期的信号サイクルの異なるそれぞれのポイントで前記電力サービス電流信号を同期的に標本化し、記個別のポイントの標本を平均化して、ＲＭＳ計算が基づくことになる修正された電流信号を作成する前ように動作することを特徴とする請求項１８に記載の電子的電力メータ。
【請求項２３】
前記測定基板は、その連続した周期的信号サイクルの異なるそれぞれのポイントで前記電力サービス電流信号を同期的に標本化するように動作し、信号サイクルあたりのそれぞれのポイントの頻度数が、前記の電力メータが設置される供給源の電力線周波数の整数倍であることを特徴とする請求項２２に記載の電子的電力メータ。
【請求項２４】
前記測定基板は、予め定められた数のその連続した周期的信号サイクルの異なるそれぞれのポイントで前記電力サービス電流信号を同期的に標本化すし、ここで、信号サイクルあたりのそれぞれのポイントの頻度数は、前記の電力メータが設置される供給源の電圧の電力線周波数の整数倍であり、および前記個別のポイントの標本を平均化して、ＲＭＳ計算が基づくことになる修正された電流信号を作成するように動作することを特徴とする請求項１８に記載の電子的電力メータ。
【請求項２５】
前記電力メータが設置される供給源の電圧波形にロックされるＦＬＬ（Frequency Locked Loop）をさらに備え、
信号サイクルあたりの前記それぞれのポイントの前記標本化周波数を決定するためにその前記電力線周波数を決定することを特徴とする請求項２４に記載の電子的電力メータ。
【請求項２６】
周期的で、低周波数の雑音信号の影響を対象の信号から除去する信号フィルタリングのための方法であって、
複数の連続した周期的雑音信号サイクルの異なるそれぞれのポイントで対象の初期信号の信号波形を標本化するステップと、
異なるそれぞれのポイントの前記収集された標本を平均化し、修正された対象の信号を作成するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２７】
それぞれの標本が採られかつ平均化される連続したサイクルの数は、予め定められることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
それぞれの標本が採られかつ平均化される連続したサイクルの前記予め定められた数は、対象の前記初期信号の振幅に、前記信号振幅レベルが減少するのに従って検査されるサイクルの数が増加するように、逆の関係にあることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
対象の前記初期信号は、電力測定環境においてホール効果検出器の出力であることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記ホール効果検出器は、電力メータで動作し、
前記方法は、前記修正された対象の信号を、ＲＭＳ計算に対して使用することをさらに含む
ことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
対象の前記初期信号は、測定環境において内部信号であることと、
前記方法が、前記修正された対象の信号を、フィルタリングによって削減されたランダム雑音を有する波形特性を得るように、処理するステップをさらに備える
ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記測定環境は、さまざまな形態のエネルギーまたは他の商品の消費または生産量を監視することを含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記他の商品は、電力、水、ガス、およびオイルの内の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、ユーティリティ・メータ（utility meter；需給計器、需要計器）に関する。本技術は、より詳細には、電力ユーティリティ・メータに関連付けることができるような、周期的電気信号から雑音をフィルタリングする（すなわち、除去する）ための、方法（methodology）および対応する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定技術の一般的な目的は、１つのまたは複数の選択された物理的現象を監視し、監視された事象に関する記録を可能にすることである。測定技術のそのような基本的な目的は、多くの環境において使用される、さまざまな計量デバイスに対して適用することが可能である。測定の１つの広い領域は、例えばユーティリティ・メータに関連する。そのような環境において、そのような役割には、また、限定するものではないが、例えば、電力、水、ガス、またはオイルを含む、さまざまな形態のエネルギーまたは他の商品（commodities）の消費または生産量（production）を監視すること、を特に含むことができる。
【０００３】
電力メータに関しては特に、累積された電力の消費量データを出力するために、機械的形態の記録器（register）が歴史的に使用されて来た。そのような解決法は、特に単に累積されたキロワット時の消費量を監視するといった、基本的なまたは比較的低レベルの課題に対しては、比較的信頼性の高い現場デバイスを提供した。
【０００４】
上記の基本的機械的形態の記録器は、通常その出力様式を限定され、非常に基本的なまたは低レベルの測定機能のみが達成される。その後に、電子的形態の測定デバイスが導入され始め、種々の形態および様式のデータを伴う、比較的高レベルの監視を可能にした。
【０００５】
特に電力メータの環境においては、さまざまな管理および課金目的のために、複数の電力メータにより読み取り可能な基本的なキロワット時消費量以外の用法データ（usage data）を得ることが求められるようになって来た。例えば、追加的に求められるデータには、電力消費量の率を含む場合があり、または消費の日時（いわゆる「使用日時」データ）を含む場合がある。例えばプログラム可能な集積回路部品を利用する、印刷配線板上に提供された半導体デバイスは、電力メータの環境において求められるそのようなより高レベルの監視機能の多くを実施するための有効なツールを提供して来た。
【０００６】
電子的形態の測定の効果的な導入に加えて、さまざまな電子的記録器がある種の利点を伴って導入されて来た。さらにまた、有線伝送、無線周波数伝送を介したデータ出力、データのパルス出力、ならびにモデムおよび／または無線（携帯電話のような）などの接続を介する電話回線接続を含む、他の形態のデータ出力が導入されて来ており、一定の応用に対して効果的である。
【０００７】
そのような多様性および選択肢の出現により、そのようなデータ収集にますます厳しくなる環境において、ユーティリティ会社が適切なデータを収集することができるデータ収集機構を提供することが、しばしば必要となって来ている。例えば電力メータの検出機能の近傍の発生源から発する電気的雑音は、収集されたデータにおける誤差の原因を構成する場合がある。そのような誤差は何れも、要求されるまたは必要な信号分析の複雑性が増加するに従って、より厄介なものになる場合がある。
【０００８】
電力メータは通常、電力サービスでの電圧および電流の信号またはレベルを受信するための入力回路を含む。電力サービスの電流信号を受信するためのどのようなタイプまたは特定の考案（design）の入力回路も、ここでは一般的に電流取得回路と呼び、一方電力サービスの電圧信号を受信するためのどのタイプまたは考案の入力回路も、ここでは一般的に電圧取得回路と呼ぶ。電圧および電流の測定に関連してそれら自体の問題を提示する付随的な問題がある。そのような問題の１つは、動作中の測定する量に関するダイナミックレンジに関連する。程度の差はあるものの、通常の動作条件では、エネルギーを供給している施設（utility）によって電圧範囲が制御されているため、電圧は比較的わずかなダイナミックレンジ変化するだけであろう。この範囲は、通常、公称電圧の＋／−２０％である。従って１２０ボルトのシステムに対しては、測定デバイスは９６〜１４４ボルトの範囲に亘って、または１．５対１の動的性能範囲に亘って正確性を維持することが必要である。
【０００９】
他方、電流の測定においては、例えば、１日のうちの時間、および／または１年のうちの季節に加えて、消費者が動作させる負荷によって、電流が大きく変動する可能性があるというかなり異なった問題を提示する。典型的な規格では、測定デバイスが１．５〜２００アンペアの間の範囲に亘って正確性を維持することを要求する。電流測定に関して、そのような相対的に増大するダイナムックレンジ（そのような例において計算すると、１３３：１になる）により、この典型的なＲＭＳ電流の測定は、ＲＭＳ電圧の測定よりはるかに難しくなる。
【００１０】
電力メータの入力回路は、監視が単相または多相の環境の何れにおいて提供されるかによって、１つのまたは複数の相を監視する能力を備えることができる。さらに、新規のまたは代替のサービスあるいは処理能力の提供を可能にするように、選択的に、構成設定可能な回路を既存の計量デバイスの中に提供することが望ましい。しかしながら、所望する監視環境または能力におけるそのようなバリエーションは、監視されるよう要求されまたは望まれる相数に適応するために、あるいはユーティリティ・メータ内に代替のまたは追加的処理能力を提供するために、多くの異なった測定構成を案出するという要求につながる。
【００１１】
以下の特許および記事を含むさまざまな開示が、信号雑音の削減に関連する考案に関係している。
【００１２】
これらの米国特許および刊行物の開示は、それらを参照することにより、完全に、全ての目的のために、本明細書に組み込まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第６，４９８，８２０号明細書
【特許文献２】米国特許第６，３３０，２７５号明細書
【特許文献３】米国特許第６，０１８，３６４号明細書
【特許文献４】米国特許第５，９６６，６８４号明細書
【特許文献５】米国特許第４，８８５，７２２号明細書
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Ｇｒａｎｄｂｏｉｓ他、「Numerical-Integration Techniques Speed Dual-Slope A/D Conversion」、Microchip AN788、2002Microchip Technology Inc.
【非特許文献２】Ｓｃｈｕｌｔｚ他、「Improvement of Spectral Resolution in the Presence of Periodic Noise and Microphonics for Hyper Germanium Detector Gamma-Ray Spectrometry Using a New Digital Filter」、ORTEC、Advanced Measurement Technology Inc.、２００４年９月２９日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
このように、測定デバイスが設置される環境や供給源が動作させられる負荷にかかわらず、正確なデータの収集を可能とする測定技術を提供すること、すなわち環境に関して普遍的に適用可能な測定デバイスを提供すること、が望まれる。
【００１６】
ユーティリティ計量（utility metering）の分野においてはさまざまな態様および代替の実施形態を知ることができるが、上で参照された特性や、ここに提示されているユーティリティ計量技術に関連付けられた、他の望ましい特徴を一般的に網羅するただ１つの考案というものは出現してはいない。
【００１７】
測定デバイスのさまざまな実施方法が開発されて来ており、そしてさまざまな雑音フィルタリング技術が開発されて来ているが、この主題の技術について以下に提示されるような、所望する特性のすべて概ね網羅する考案というものは出現してはいない。
【００１８】
従来技術において直面し、そして本対象主題によって取り扱われる、この認識された特徴を考慮して、収集されたデータ信号からの雑音をフィルタリングするための改善された装置、および対応する方法（methodology）が提供されている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明のより広義の主題においては、対象の周期的信号からランダム雑音の影響を削減または除去するための、信号フィルタリング方法および対応する装置が提供される。
【００２０】
そのより単純な１つの形態においては、本発明の技術は、対象の信号から広いスペクトルの信号雑音成分をフィルタリングすることを有利に提供する。
【００２１】
本発明の信号フィルタリングの対象主題の別の有利な態様は、複数の連続した周期的信号サイクルの、異なる複数のポイントで周期的信号波形を標本化し、かつ収集された標本を平均化して、修正された信号を作成ことによって、それを提供できるということである。
【００２２】
本発明の信号フィルタリングのさらに別のより具体的な主題は、本発明のある実施形態においては、標本が採取されて平均化される連続したサイクルの数は、雑音信号レベルが減少するのに従って、検査されるサイクルの数を増加させるように、雑音信号振幅と逆の関係にあるように選択され、それによってより正確な信号を提供することにある。
【００２３】
主題の信号フィルタリングの本発明の別の主題は、特定の検出器のタイプに関連して一般的に使用される場合、広い周波数帯の雑音信号に概ね適用されるのみであるが、それにもかかわらず、本技術は、対象の周期的信号の中に、ランダム雑音信号が別の形で存在する任意の信号に対しても、本技術を適用することができるということである。
【００２４】
本発明の対象主題の追加的目的および利点は、ここでの詳細な記述において説明され、または通常の当業者にとってはそれから自明となるであろう。また、特に図示され、参照され、および議論されたその特徴、要素、ならびにステップに対する修正および変更が、本発明の対象主題の精神および範囲から逸脱することなく本対象主題のさまざまな実施形態および使用において、実施できることをさらに理解するべきである。変更には、限定するものではないが、図示され、参照され、または議論されたものに対する等価的手段、特徴、またはステップの代替、および種々の部分、特徴、ステップ、または同様のものの機能的、操作上、または位置的入れ替えを包含することができる。
【００２５】
さらになお、本発明の対象主題のここでの種々の好適な実施形態とならんで別の実施形態には、明示的には図面において示されず、またはそのような図面の詳細な説明において述べられてはいない、特徴、部分、ならびにステップの組み合わせまたはその構成を含む、ここに開示された特徴、ステップ、または要素、またはそれらと同等なもののさまざまな組み合わせまたは構成を含むことができることを理解されたい。
【００２６】
本発明の１つの例示的実施形態は、対象の信号または信号群からランダム雑音を除去、または削減させるための信号フィルタリングを含む計量装置（metering apparatus）に関する。この例示的実施形態には望ましくは、少なくとも１つの初期信号出力を提供するための少なくとも１つの検出器；および前記少なくとも１つの検出器の前記少なくとも１つの初期信号出力を受信し、前記少なくとも１つの初期信号出力を、予め定められた数のその連続した周期的信号のサイクルの異なるそれぞれのポイントで、標本化し、かつ前記それぞれのポイントの標本を平均化して、合計信号を作成し前記合計信号の波形特性を評価するための、半導体回路が含まれる。有利なことに前記例示的実施形態により、前記合計信号は、前記少なくとも１つの初期信号出力に対比して、低減されたランダム雑音を有する。
【００２７】
上記のさらなる代替手段においては、標本化される連続したサイクルの前記予め定められた数を、ある形態では、前記少なくとも１つの初期信号出力の信号振幅の減少に伴って増加させるように、前記半導体回路を動作させることができる。前記代替手段においてさらにまた、検出器を複数で色々に提供し、そして多相システムにおける使用のために構成することができる。さまざまな本発明の代替手段においてさらにまた、電力、水、ガス、およびオイルの内の少なくとも１つなどの、さまざまな形態のエネルギーまたは他の商品（commodities）の消費または生産量を監視するために検出器をさまざまに構成することができる。
【００２８】
本発明の別の例示的実施形態においては、電力メータがランダム雑音の改善されたフィルタリングを備え、そして望ましくは、電流信号および電圧信号の内の少なくとも１つを検出し、少なくとも１つの初期信号出力を提供するためのホール効果検出器；および前記ホール効果検出器の前記少なくとも１つの初期信号出力を受信し、前記少なくとも１つの初期信号出力を、予め定められた数のその連続した周期的信号サイクルの異なるそれぞれのポイントで標本化し、前記それぞれのポイントの標本を平均化して合計信号を作成し、前記合計信号に基づきＲＭＳ計算を処理するための測定基板、を含むことができ、それにより、前記合計信号が、前記少なくとも１つの初期信号出力に対比して、削減された低周波数のランダム雑音を有する。そのある代替の実施形態においては、前記測定基板には望ましくは、前記少なくとも１つの初期信号出力から標本化された前記予め定められた数の連続した周期の前記それぞれのポイントの標本を格納するためのバッファを含めることができる。本発明の他の代替手段においては、前記ホール効果検出器は、多相システムにおける使用のために構成され、および／またはその連続した周期的信号サイクルの異なるそれぞれ別のポイントでの検出された電流信号を同期的に標本化するように動作する前記測定基板により、前記電流信号を検出するように動作することができる。
【００２９】
本発明のさらに別の例示的実施形態においては、望ましくは、そこから電力サービス電流信号を出力するための電流取得回路、およびそこから電力サービス電圧信号を出力するための電圧取得回路を含む、計量されるべき電力サービス信号を供給源から受信するための入力回路を備える、電子的電力メータを提供することができる。前記計器はさらに望ましくは、前記電力サービス電圧信号および前記電力サービス電流信号を受信し、予め定められた数のその連続した周期的信号サイクルの異なるそれぞれのポイントで前記信号を同期的に標本化し、かつ前記それぞれのポイントの標本を平均化して、ＲＭＳ計算が準拠することになる修正された信号を作成するための測定基板を含む。またさらに連続した周期的信号サイクルの前記予め定められた数は、前記信号の振幅に対して逆の関係であることができ、それにより前記修正された信号は、電力メータが設置される環境にかかわらず、供給源が入力回路に対して動作させられる負荷にかかわらず、改善された精度計量のために、前記電力サービス信号に対比して、削減された低周波数のランダム雑音を有する。
【００３０】
以上の電子的電力メータの代替手段において、前記電流取得回路および電圧取得回路を多相システムにおける使用のために構成することができる。さらにまた、前記測定基板は、前記信号から標本化された前記予め定められた数の連続したサイクルの前記それぞれのポイントの標本を格納するためのバッファを有利に含むことができる。さらなる代替手段においては、前記測定基板は、その連続した周期的信号サイクルの異なるそれぞれのポイントで電力サービス電流信号を同期的に標本化し、信号サイクルあたりのそのそれぞれのポイントの頻度数が、前記の電力メータが設置される供給源の電力線周波数の整数倍になるように、動作させることができる。
【００３１】
本発明の主題は、対応する方法に等しく関連することを理解されたい。例示的な前記本発明の方法は、対象の信号から周期的な低周波数の雑音信号の影響を除去するための信号フィルタリングに関連する。前記例示的方法は、複数の連続した周期的雑音信号サイクルの種々の個別のポイントで対象の初期信号の信号波形を標本化すること；およびその後その異なるそれぞれのポイントの収集された標本を平均化し、修正された対象の信号を作成することを備えることができる。
【００３２】
以上の例示的方法のまたさらなる代替手段においては（さらなる本発明の例示的方法を形成して）、それぞれの標本が採られかつ平均化される連続したサイクルの数を予め定めることができる。他の代替手段ではまた、個別の標本が採られかつ平均化される連続したサイクルの前記予め定められた数が、対象の初期信号の信号振幅レベルが減少するのに従って検査されるサイクルの数が増加するように、前記信号の振幅と逆の関係を有するようにすることができる。
【００３３】
他の本発明の方法において対象の初期信号は、電力測定環境におけるホール効果検出器の出力であり、および／またはその方法がＲＭＳ計算のために前記修正された対象の信号を使用することをさらに含むように、電力メータにおいて前記ホール効果検出器と共に動作することができる。他の代替手段としては、対象の初期信号が測定環境における内部信号であって、結果としての修正された対象の信号が、前記信号フィルタリングによってランダム雑音がそこから削減されたその波形特性に関して評価される、本発明の基本的方法の実施方法を含むことができる。測定環境において使用される場合には、電力、水、ガス、およびオイルの内の少なくとも１つなどの、さまざまな形態のエネルギーまたは他の商品（commodities）の消費または生産量を監視することを含むことができる。
【００３４】
本発明の対象主題の追加的実施形態は、必ずしも上記の部分において明示されるわけではないが、上記の対象において参照された特徴、構成要素、またはステップ、および／または、それとは別にこの出願において議論されたような他の特徴、構成要素、またはステップの態様のさまざまな組み合わせを含み、かつ本出願の一部とすることができる。当業者は、本明細書の残りの部分を精査することにより、そのような実施形態の特徴および態様、およびその他について、より良く理解するであろう。
【００３５】
その最良の態様を含む本発明の対象主題の完全なかつ有効な開示は、通常の当業者に向けられ、添付された図面を参照する明細書において詳しく説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】周期的な波形の連続したサイクルの同期的標本化を図示する図である。
【図２】本発明の技術による、分割された連続したサイクルの標本化法を図示する図である。
【図３】複数の、連続して標本化されたサイクルの合成を図示する図であり、その複数の値は本発明の技術に従って使用され、ＲＭＳ計算から周期的な雑音を除去することができる。
【図４】本発明の対象主題による実施方法に集積することができる複数の個別の回路基板を採用する例示的ユーティリティ・メータの一般的な側面および底面の等角図（isometric view）である。
【００３７】
本発明の明細書および添付された図面中で参照文字が反復されて使用される場合には、本発明の対象主題の同一の、または類似の特徴、要素、またはステップを表すことを意図するものである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
「課題を解決するための手段」において議論されたように、本発明の対象主題は、対象の信号または信号群、および、特に測定された量に対するＲＭＳ値を計算するために使用できるような信号、ならびに対象の周期的信号、からランダム雑音を削減しまたは除去するための対応する方法および装置に特に関係する。
【００３９】
開示された技術の態様の選択された組み合わせは、本発明の対象主題の複数の種々の実施形態に対応する。ここに提示されそして議論される例示的実施形態のそれぞれは、本発明の対象主題の限定を暗示するものではないということに注意するべきである。一実施形態の部分として図示されまたは記述された特徴またはステップは、別の実施形態の態様と組み合わせて使用され、またさらなる実施形態を生み出すことができる。さらに、一部の特徴（features）は、同一または同様の機能を実行するとは明示的に言及されていない同様のデバイスまたは特徴と置き換えることができる。
【００４０】
さらに、ここでの一般的な議論は、より詳細には電力メータおよびホール効果検出器を含む特定の検出器種別に関するが、それが本発明の技術を限定するものではないことが理解されるべきである。一般に本発明の技術は、対象の周期的信号または周期的信号群からのランダム雑音の除去または削減が必要とされる可能性のある、任意の形態の信号処理にも適用できる。
【００４１】
ランダム雑音をフィルタリングすることによってＲＭＳ計算を改善するための、主題に対応する方法および装置の本発明に好適な実施形態をここで詳細に言及するであろう。ここで図面を参照すると、図１は、一般的に標本化された波形１００のサイクル１、サイクル２、およびサイクルとして、本発明の例示的目的のために示された連続した３つのサイクルの信号系列を図示する。本発明の例示的実施形態においては、この波形は電気回路において監視された電流信号に対応することができる。図１における図は、単相システムをより代表することができるが、これは代表例としてのみであり、本発明の技術はまた、複数または多相システムにも適用できることを理解するべきである。
【００４２】
さらに図１を参照すると、３つの図示されたサイクルは、同期して標本化されているとして図示されていることが分るであろう。前記例示的実施形態においては、図示されたサイクルがそれぞれ１６回標本化され、サイクル１が標本０〜１５（すなわち、標本値０〜１５、など）に割り当てられ、サイクル２が標本１６〜３１に割り当てられ、そしてサイクル３が標本３２〜４７に割り当てられる。本発明の技術によると、測定装置が利用されるシステムの電力線周波数の整数倍の頻度数で電流波形の標本が採られる。したがって、本発明の例示的実施形態は１サイクル当たり１６の標本を採用するが、本発明の技術の何れの特定の実施方法においても１サイクル当たりでさまざまな数の標本を採ることができ、一方、１サイクル当たりの標本数は、何れの実施方法においても一定のままになることになる、と想定される（本発明の開示に従って）。
【００４３】
本発明の技術の１つの態様は、測定される広いダイナミックレンジの電流値に亘って測定精度を改善することである一方、標本化ポイントは、システム電圧によって表される電力線周波数に依存するように有利に構成される。システム電圧の電力線周波数をそのように選択するという本発明の利点の１つはここで上に述べられている事実、すなわちシステムにおける電圧値のダイナミックレンジは、電圧値の前記動的性能範囲が主として供給施設（utility）に依存するため、電流値のダイナミックレンジよりかなり少ないということ、に基づく。正確な標本化ポイントはしたがって、本発明の対象主題の１つの態様に従って、電圧波形にロックされたＦＬＬ（Frequency Locked Loop）を採用することによって取得され、電流波形についての選択された整数の標本数の正確な測定が為されるように提供することができる。
【００４４】
すでに指摘したように、以前のＲＭＳ計算方法にかかわる問題の１つは、信号雑音の所望しない包含ことに関係し、不正確な計算をもたらす。本発明の技術は、計算誤差の重要な部分を形成する種別のランダム雑音はゼロの平均値を有する雑音に起因するということを認識することによって、この問題を取り扱う。雑音源のそのようなこの開示された理解を与えられると、本発明の技術は、数サイクルからの複数の標本を、合わせて（together）平均化して、以前に採用している計算に使用できる合成値を得ることによって、雑音の前記特徴性を有利に利用して、雑音の無い結果を作り出す。
【００４５】
古典的なＲＭＳ計算方法に関する問題の１つは、対象の信号または信号群とともに雑音が二乗されて、その結果ＲＭＳ計算において誤差を形成するということである。伝統的なＲＭＳ計算は、以下のことを規定する：
【００４６】
【数１】
2010513846.tif 000003
【００４７】
ここで、
【００４８】
【数２】
2010513846.tif 000004
【００４９】
であり、
【００５０】
【数３】
2010513846.tif 000005
【００５１】
は、時刻ｎで採られた個々の標本値である。
【００５２】
本発明の技術（装置および対応する方法の両方を包含する）は、監視された波形に対するＲＭＳ値を計算するために使用される前に、フィルタリングされる標本値が、個別の標本値に対して効果的に雑音成分を除去されたフィルタリングされた標本値を提供する。
【００５３】
ここで図２を参照すると、図１において図示された一般的な３サイクルの波形１００に対応する３つの標本化されたサイクル２００、２１０、２２０の例示的信号系列を図示する。図２に表されるように、３つのサイクル２００、２１０、２２０からの個別の標本値は、合わせて加算され、図３において図示されるように、一般的に３００の、合成の波形または加算された波形を形成する。
【００５４】
図３を参照すると、加算されたサイクル３００上の１６の個別の標本ポイントは、本発明の例示的な図２において図示されたサイクル２００、２１０、２２０からの対応する標本ポイントの加算値に値が対応することが観察されるであろう。したがって本発明の対象主題によると、加算された波形３００上の第１の標本ポイント３１０が、（サイクル１の標本「０」からの値）＋（サイクル２の標本「１６」からの値）＋（サイクル３の標本「３２」からの値）である合計に対応する。同様に加算された波形３００上の第２の標本ポイント３１２は、（サイクル１の標本「６」からの値）＋（サイクル２の標本「２２」からの値）＋（サイクル３の標本「３８」からの値）である合計に対応する。本発明の対象主題により、加算されたサイクル３００上の残りの１４の標本も、同様に取得することができる。
【００５５】
一般的に本発明の対象主題に対する式は、一般的な加算されたサイクル３００に関して提示された本発明の例に対して：
【００５６】
【数４】
2010513846.tif 000006
【００５７】
であり、ここで、
【００５８】
【数５】
2010513846.tif 000007
【００５９】
は、サイクル当たりの標本数であり、従って、例えばｎ＝１６、すなわち１サイクルあたり１６の標本とすると：
【００６０】
【数６】
2010513846.tif 000008
【００６１】
【数７】
2010513846.tif 000009
【００６２】
である。
【００６３】
加算された標本からの選択された数の標本の加算に従って、平均化された標本を使用する伝統的なＲＭＳ計算は以下のように行うことができる：
【００６４】
【数８】
2010513846.tif 000010
【００６５】
ここで、
【００６６】
【数９】
2010513846.tif 000011
【００６７】
であり、
【００６８】
【数１０】
2010513846.tif 000012
【００６９】
は、サイクル当たりの標本数、
【００７０】
【数１１】
2010513846.tif 000013
【００７１】
は、合計されたサイクルの数である。
【００７２】
本発明の技術の前述の例示的構成においては、１サイクルあたりの標本の数、上の式におけるＸは１６に設定され、一方加算されるサイクルの数Ｙは３に設定されている。本発明の技術により、これらの値の両方を変更することができる。特に、加算されるサイクルの数を指定する値Ｙは、測定される信号の振幅に依って動的に変更することができる。本発明の対象主題によって加算されるサイクルの数を変更することによって、このアルゴリズムは、振幅変化により迅速に適合させられる。対象の信号または信号群からランダム雑音をフィルタリングするために時間的に平均化した標本を使用することによって、本発明の技術の方法は、複雑なフィルタリングに対する全体的要求を削減し、ならびに所与の電力線のサイクル数に対する同期的標本のバッファリングおよび平均化に依存するのみである。バッファ・サイズを増加させることによって、より複数の電力線のサイクルを累積し、そしてしたがってフィルタの遮断周波数（cut-off frequency）を引き下げることが可能である。そのようにして、雑音の低周波数成分の大部分を削減することが可能である。
【００７３】
図４を参照すると、測定ＲＭＳ計算に関して本発明の対象主題をさまざまに取り入れることができる半導体回路を組み込む例示的ユーティリティ・メータ４００の一般的な側面および底面の等角図が次に図示される。プログラム可能な集積回路部品または同様なものの利用などの、印刷配線板上に提供された半導体デバイスは、例えば別に本発明の明細書において議論している本発明の測定ＲＭＳ計算を実施するために使用することができる。この場合、３つの別の回路基板を使用するそのような特定の本発明の例が図示されているが、他の回路基板数および／またはそれらの相互接続を含むような、多種多様の代替の構成で本発明の対象主題を実施できることを当業者は理解されたい。そのような変形の全ては、本発明の対象主題を取り入れることができる電力メータの他の一般的な態様を当業者が理解し、その一般的な態様が本発明の対象主題の何らの特定の部分をも形成しないことを理解するように、すべからく本発明の対象主題の範囲に含まれることを意図するものである。
【００７４】
図４において表される本発明の例においては、例示的ユーティリティ・メータ４００は、例えば測定ＰＷＢ（Printed Wiring Board：印刷配線板）に対応可能なＰＣＢ（Printed Circuit Board：印刷回路基板）４２０が付属することができる底部部材４１０を含む。一般的には本発明の対象主題は望ましくは、その計器の、そこへの入力、またはその計器の設置との関連付けに由来する入力に基づき、その計器のそのような測定部分／機能性において行われるべき計算において、実施されるであろう（その詳細は、当業者にとってよく知られており、そしてそれらは本発明の対象主題の特定の態様を形成するわけではないため、ここで別に示すことはしない）。一般的にコネクタ４３０は、ＰＣＢ４２０の端の部分にあるコネクタ配線に取り付けることができるとして表される。同じように、電力メータ４００の他の関連基板は、示されるように実施することができ、または他のやり方で実施することができ、その詳細は本発明の何れの特定な態様をも形成するものではない。例えば、ＰＣＢ４４０に対応する随意的ＰＷＢを、コネクタ４３０の代りの対応するスロットに挿入することができるというように。またさらに単に例として、ＰＣＢ４５０に対応する代りのレジスタＰＷＢを、例示的コネクタ４３０の別の代りのスロットに挿入することができる。
【００７５】
表されるように、例示的コネクタ４３０のいくつかのスロット位置のそれぞれが、そのスロットに挿入されたＰＣＢに対して電気的接続および／または支持機構を提供することができ、ならびに前記電気的接続を介して、所与の実施形態において必要なデータおよび／または回路基板の電力をこれら３つの例示的基板の間でそこを通して導通させることができる。一般的に例示的ユーティリティ・メータ４００はいったん組み立てられると、カバー（ガラスまたはプレキシガラス（Plexiglas）で作られるような−示されないが通常の当業者によく知られている）を、さまざまな回路基板（使用される数にかかわらず）の上、およびユーティリティ・メータ底部４１０との封止嵌合部に設置することにより保護することができる（当技術分野においてまた、良く理解されているように）。
【００７６】
本発明の対象主題をその特定の実施形態に関して詳細に記述して来たが、当業者は、上記の理解を取得するとそのような実施形態に関する変更、修正、および等価な物を容易に作成することができることを理解するであろう。従って、本発明の開示の範囲は限定するためではなく、むしろ例としてのものであり、そして通常の当業者にとっては容易に明らかであるように、対象の開示は、本発明の対象主題に対するそのような修正、変更、および／または追加を含むことを排除するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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