(57)【要約】【課題】  任意の周波数の正弦波を簡単な構成で識別する。【解決手段】  被測定信号ｘ(t) をＡ／Ｄ変換器２１によってサンプリングし、そのサンプリングで得られた時系列に連続する３つのサンプル値Ｘ(k)、Ｘ(k-1) 、Ｘ(k-2) について、演算部２２により、前後のサンプル値の和と中間のサンプル値との比、あるいは、前後のサンプル値の積と中間のサンプル値の自乗との差を算出し、得られた比または差の同一性を判定部２７で判定することで、被測定信号ｘ(t)が正弦波か否かを識別する。【選択図】        図１
2005233642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定信号の所定時間毎の瞬時振幅値をサンプル値として取得する段階と、
前記取得されたサンプル値列に対し、時系列に連続する３つのサンプル値の組毎に、前後のサンプル値の和と、中間のサンプル値との比を算出する段階とを含み、
各組の前記比が等しいか否かを判定することにより、前記被測定信号が正弦波か否かを識別する信号識別方法。
【請求項２】
被測定信号の所定時間毎の瞬時振幅値をサンプル値として取得する段階と、
前記取得されたサンプル値列に対し、時系列に連続する３つのサンプル値の組毎に、前後のサンプル値の積と、中間のサンプル値の自乗との差を算出する段階とを含み、
各組の前記差が等しいか否かを判定することにより、前記被測定信号が正弦波か否かを識別する信号識別方法。
【請求項３】
被測定信号の所定時間毎の瞬時振幅値をサンプル値として取得する段階と、
前記取得されたサンプル値列に対し、時系列に連続する４つのサンプル値Ｘ(k) 、Ｘ(k-1)
、Ｘ(k-2) 、Ｘ(k-3) の組毎に、次式
Ｘ(k) ＝Ｘ(k-1) ［Ｘ(k-1) ＋Ｘ(k-3) ］／Ｘ(k-2) −Ｘ(k-2)
が成立するか否かを判定する段階とを含み、
前記式の成立が連続するか否かを判定することにより、前記被測定信号が正弦波か否かを識別する信号識別方法。
【請求項４】
被測定信号を所定周期でサンプリングして、ディジタルのサンプル値列を出力するＡ／Ｄ変換器（２１）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたサンプル値列のうち、時系列に連続する３つのサンプル値の組毎に、前後のサンプル値の和と、中間のサンプル値との比を算出する演算部（２２）と、
前記演算部によって算出された各組毎の前記比が等しいか否かを判定する判定部（２７）とを有し、
前記判定部の判定結果に基づいて前記被測定信号が正弦波か否かを識別することを特徴とする信号識別装置。
【請求項５】
被測定信号を所定周期でサンプリングして、ディジタルのサンプル値列を出力するＡ／Ｄ変換器（２１）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたサンプル値列のうち、時系列に連続する３つのサンプル値の組毎に、前後のサンプル値の積と、中間のサンプル値の自乗との差を算出する演算部（２２）と、
前記演算部によって算出された各組毎の前記差が等しいか否かを判定する判定部（２７）とを有し、
前記判定部の判定結果に基づいて前記被測定信号が正弦波か否かを識別することを特徴とする信号識別装置。
【請求項６】
被測定信号を所定周期でサンプリングして、ディジタルのサンプル値列を出力するＡ／Ｄ変換器（２１）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたサンプル値列のうち、時系列に連続する４つのサンプル値Ｘ(k)
、Ｘ(k-1) 、Ｘ(k-2) 、Ｘ(k-3) の組毎に、その最新のサンプル値を除く３つのサンプル値について、次式、
Ｘ(k-1) ［Ｘ(k-1) ＋Ｘ(k-3) ］／Ｘ(k-2) −Ｘ(k-2) 
の演算を行う演算部（２２′）と、
前記演算部による演算結果が、その組の最新のサンプル値に等しいか否かを判定する判定部（２７）とを有し、
前記判定部の判定結果に基づいて前記被測定信号が正弦波か否かを識別することを特徴とする信号識別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正弦波信号の識別を簡単な構成で行うための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、センサ等の出力信号を処理する各種装置（振動検出装置等）では、周期性と連続性を有する正弦波と他の波形の信号とを識別することが必要となる場合がある。
【０００３】
入力信号が一定周波数ｆの正弦波であるか否かを識別する一般的な方法として、その周波数を通過中心周波数とする狭帯域の帯域通過フィルタに識別対象の信号を入力し、そのフィルタに出力があれば、入力信号を周波数ｆの正弦波信号と判定する方法がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記したように、正弦波の識別を狭帯域の帯域通過フィルタを用いて行う方法では、識別対象の周波数が多数ある場合にその周波数毎にフィルタを設ける必要があり、構成が複雑化する。また、入力する信号の波形が矩形波や三角波等であっても、その基本波成分の周波数がｆに等しければ、フィルタからあるレベルの正弦波が出力されることになり、周波数に対する識別性は高いが波形自体の識別性は低い。
【０００５】
この波形識別性を得るために、上記帯域通過フィルタと、所望の周波数成分だけを大きく減衰させ、他の周波数成分を通過させる帯域除去フィルタとを併用し、被測定信号を２つのフィルタに入力したとき、帯域通過フィルタの方だけに信号出力があれば正弦波と判定する構成も考えられるが、この場合には、周波数毎に２つのフィルタが必要で、これを周波数分用意する構成となり、さらに構成が複雑化する。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決し、簡単な構成で正弦波の識別を行うための技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の信号識別方法は、
被測定信号の所定時間毎の瞬時振幅値をサンプル値として取得する段階と、
前記取得されたサンプル値列に対し、時系列に連続する３つのサンプル値の組毎に、前後のサンプル値の和と、中間のサンプル値との比を算出する段階とを含み、
各組の前記比が等しいか否かを判定することにより、前記被測定信号が正弦波か否かを識別している。
【０００８】
また、本発明の請求項２の信号識別方法は、
被測定信号の所定時間毎の瞬時振幅値をサンプル値として取得する段階と、
前記取得されたサンプル値列に対し、時系列に連続する３つのサンプル値の組毎に、前後のサンプル値の積と、中間のサンプル値の自乗との差を算出する段階とを含み、
各組の前記差が等しいか否かを判定することにより、前記被測定信号が正弦波か否かを識別している。
【０００９】
また、本発明の請求項３の信号識別方法は、
被測定信号の所定時間毎の瞬時振幅値をサンプル値として取得する段階と、
前記取得されたサンプル値列に対し、時系列に連続する４つのサンプル値Ｘ(k) 、Ｘ(k-1)
、Ｘ(k-2) 、Ｘ(k-3) の組毎に、次式、
Ｘ(k) ＝Ｘ(k-1) ［Ｘ(k-1) ＋Ｘ(k-3) ］／Ｘ(k-2) −Ｘ(k-2)
が成立するか否かを判定する段階とを含み、
前記式の成立が連続するか否かを判定することにより、前記被測定信号が正弦波か否かを識別している。
【００１０】
また、本発明の請求項４の信号識別装置は、
被測定信号を所定周期でサンプリングして、ディジタルのサンプル値列を出力するＡ／Ｄ変換器（２１）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたサンプル値列のうち、時系列に連続する３つのサンプル値の組毎に、前後のサンプル値の和と、中間のサンプル値との比を算出する演算部（２２）と、
前記演算部によって算出された各組毎の前記比が等しいか否かを判定する判定部（２７）とを有し、
前記判定部の判定結果に基づいて前記被測定信号が正弦波か否かを識別することを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の請求項５の信号識別装置は、
被測定信号を所定周期でサンプリングして、ディジタルのサンプル値列を出力するＡ／Ｄ変換器（２１）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたサンプル値列のうち、時系列に連続する３つのサンプル値の組毎に、前後のサンプル値の積と、中間のサンプル値の自乗との差を算出する演算部（２２）と、
前記演算部によって算出された各組毎の前記差が等しいか否かを判定する判定部（２７）とを有し、
前記判定部の判定結果に基づいて前記被測定信号が正弦波か否かを識別することを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の請求項６の信号識別装置は、
被測定信号を所定周期でサンプリングして、ディジタルのサンプル値列を出力するＡ／Ｄ変換器（２１）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたサンプル値列のうち、時系列に連続する４つのサンプル値Ｘ(k)
、Ｘ(k-1) 、Ｘ(k-2) 、Ｘ(k-3) の組毎に、その最新のサンプル値を除く３つのサンプル値について、次式、
Ｘ(k-1) ［Ｘ(k-1) ＋Ｘ(k-3) ］／Ｘ(k-2) −Ｘ(k-2) 
の演算を行う演算部（２２′）と、
前記演算部による演算結果が、その組の最新のサンプル値に等しいか否かを判定する判定部（２７）とを有し、
前記判定部の判定結果に基づいて前記被測定信号が正弦波か否かを識別することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
このように、本発明の信号識別方法および装置では、被測定信号のサンプリングで得られた時系列に連続する３つのサンプル値についての所定演算で得られた比または差の同一性を判定して被測定信号が正弦波か否かを識別しているため、任意の周波数の正弦波を簡単な構成で識別することができる。
【００１４】
また、被測定信号のサンプリングで得られた時系列に連続する４つのサンプル値のうち最新のサンプル値を除く３つについて所定演算で得られた値と最新のサンプル値との同一性を判定して被測定信号が正弦波か否かを識別しているため、任意の周波数の正弦波を簡単な構成で識別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて本発明の信号識別装置の実施形態を説明するが、始めに本発明の正弦波を識別するための信号識別方法の原理について説明する。
【００１６】
周波数ｆ、振幅Ａ、初期位相θの正弦波信号ｘ(t) は、以下の式で表される。
【００１７】
ｘ(t) ＝Ａ sin（２πｆｔ＋θ）……（１）
【００１８】
また、正弦波信号ｘ(t) を周期Ｔでサンプリングして得られるサンプル値列Ｘ(n)
は、以下の式で表される(ｎ＝０、１、２、……)。
【００１９】
Ｘ(n) ＝Ａ sin（２πｆｎＴ＋θ）……（２）
【００２０】
ここで、ｎ＝ｋ−２、ｋ−１、ｋとする時系列に連続する３点のサンプル値Ｘ(k-2) 、Ｘ(k-1) 、Ｘ(k) は、以下のように表される。
【００２１】
Ｘ(k-2) ＝Ａ sin［２πｆ（ｋ−２）Ｔ＋θ］
Ｘ(k-1) ＝Ａ sin［２πｆ（ｋ−１）Ｔ＋θ］
Ｘ(k) ＝Ａ sin（２πｆｋＴ＋θ）
【００２２】
上記３つの連続するサンプル値のうち、前後のサンプル値の和は、以下のように表される。
【００２３】
Ｘ(k) ＋Ｘ(k-2) 
＝Ａ sin（２πｆｋＴ＋θ）＋Ａ sin［２πｆ（ｋ−２）Ｔ＋θ］
＝２Ａ sin[２πｆ（ｋ−１）Ｔ＋θ] cos（２πｆＴ）
＝２Ｘ(k-1) cos（２πｆＴ）      ……（３）
【００２４】
ここで、２ cos（２πｆＴ）はｋに依存しない定数Ｃであり、上記式（３）はｋの値によらず成立する。したがって、正弦波であれば以下の式が任意のｋについて成立することになる。
【００２５】
Ｘ(k) ＋Ｘ(k-2) ＝ＣＸ(k-1) ……（４）
【００２６】
なお、サンプリング定理を満たすための周期Ｔの最大値は、信号ｘ(t)
の周期１／ｆの１／２であるが、この場合、信号の正のピーク値と負のピーク値とを交互にサンプリングしたり、０を連続してサンプリングして、正弦波形を特徴付ける振幅値がサンプリングされない場合が生じる。
【００２７】
したがって、上記式（４）で正弦波を判定する場合の条件は、サンプリングの周期Ｔが信号ｘ(t) の周期１／ｆの１／２より小さいこと、即ち、
｜Ｃ｜＝｜２ cos（２πｆＴ）｜＜２    ……（５）
が必要となる。
【００２８】
よって、周期Ｔのサンプリングで得られた連続する３つのサンプル値について、上記式（４）が定常的に成立すれば、そのサンプル値列の基になる信号は、周波数ｆの正弦波と判定することができる。
【００２９】
ただし、定数Ｃはサンプリング周期Ｔと信号周波数ｆによって決まる値であり、この信号周波数ｆが不明の場合、定数Ｃは確定しない。
【００３０】
しかし、上記式（４）が定常的に成立するということは、次の式（６ａ）、（６ａ′）が成立すること、即ち、３つのサンプル値のうち、前後２つのサンプル値の和と、中間のサンプル値との比が、異なる組のサンプル値についても等しいことにほかならない。
【００３１】
Ｃ＝［Ｘ(ｋ) ＋Ｘ(ｋ-2) ］／Ｘ(ｋ-1) 
＝［Ｘ(ｋ+1) ＋Ｘ(ｋ-1) ］／Ｘ(ｋ) 
＝［Ｘ(ｋ+2) ＋Ｘ(ｋ) ］／Ｘ(ｋ+1) 
………
……（６ａ）
【００３２】
１／Ｃ＝Ｘ(ｋ-1) ／［Ｘ(ｋ) ＋Ｘ(ｋ-2) ］
＝Ｘ(ｋ) ／［Ｘ(ｋ+1) ＋Ｘ(ｋ-1) ］
＝Ｘ(ｋ+1) ／［Ｘ(ｋ+2) ＋Ｘ(ｋ) ］
………
……（６ａ′）
【００３３】
したがって、式（６ａ）、（６ａ′）が連続的に成立していれば、信号周波数ｆに関わらず正弦波と判定することができる。
【００３４】
なお、上記式（６ａ）、（６ａ′）は、分母０で演算不能となるが、その場合には、演算結果を無視して、次の演算結果による判定を行えばよい。
【００３５】
また、上記式（６ａ）、（６ａ′）を変形した次の式（６ｂ）、（６ｂ′）を用いれば、サンプル値が０であっても識別が可能である。この場合、３つの連続するサンプル値の組について、中間のサンプル値の自乗と、前後２つのサンプル値の積との差が、各組について等しいことを示している。
【００３６】
Ｘ(ｋ-1) ２−Ｘ(ｋ) Ｘ(ｋ−2)
＝Ｘ(ｋ) ２−Ｘ(ｋ+1) Ｘ(ｋ-1)
＝Ｘ(ｋ+1) ２−Ｘ(ｋ+2) Ｘ(ｋ)
…………
……（６ｂ）
【００３７】
Ｘ(ｋ) Ｘ(ｋ−2) −Ｘ(ｋ-1) ２
＝Ｘ(ｋ+1) Ｘ(ｋ-1) −Ｘ(ｋ) ２
＝Ｘ(ｋ+2) Ｘ(ｋ) −Ｘ(ｋ+1) ２
…………
……（６ｂ）
【００３８】
また、上記式（６ａ）で４つの連続するサンプル値Ｘ(ｋ) 〜Ｘ(ｋ-3)
で定義される等式を解くと、次の式（６ｃ）が得られる。
【００３９】
Ｘ(ｋ) ＝Ｘ(ｋ-1) ［Ｘ(ｋ-1) ＋Ｘ(ｋ-3) ］／Ｘ(ｋ-2)
−Ｘ(ｋ-2) 
……（６ｃ）
【００４０】
この式（６ｃ）は、４つの連続するサンプル値のうち、最新のものを除いた３つのサンプル値を用いて右辺を計算した結果が、最新のサンプル値と等しいことを示しており、４つの連続するサンプル値について、上記式（６ｃ）が定常的に成立すれば、信号は正弦波と判定できる。
【００４１】
図１は、上記原理に基づく信号識別装置２０の構成を示している。
図１において、Ａ／Ｄ変換器２１は、被測定信号ｘ(t) を周期Ｔのクロック信号Ｃｋに同期してサンプリングし、被測定信号ｘ(t)
の時間Ｔ毎の瞬時振幅値を示すディジタルのサンプル値列Ｘ(n) に変換して演算部２２に出力する。
【００４２】
演算部２２は、サンプル値列Ｘ(n) を、クロック信号Ｃｋに同期して第１のラッチ回路２３、第２のラッチ回路２４に順次シフトしながら記憶し、その記憶値を入力値とともに計算回路２６に出力する。
【００４３】
計算回路２６は、サンプル値列Ｘ(n) のうちの最新の３つのサンプル値Ｘ(k)
、Ｘ(k-1) 、Ｘ(k-2)を受けて、前記式（６ａ）、（６ａ′）、（６ｂ）、（６ｂ′）のいずれかの演算を行い、その演算結果Ｙ(k) を判定部２７に出力する。
【００４４】
なお、計算回路２６が前記式（６ａ）、（６ａ′）を用いる場合、中間のサンプル値Ｘ(k-1) が０のとき演算不能となるので、この中間のサンプル値Ｘ(k-1) も判定部２７に出力される。
【００４５】
判定部２７は、中間のサンプル値Ｘ(k-1) が０でないときの演算結果Ｙ(k)
を順次記憶しながら、前に記憶した演算結果Ｙ(k-1) と比較し、両者が等しい状態が続いているときには、入力信号ｘ(t) が正弦波であることを示す例えば１（ハイレベル）の識別信号Ｈを出力し、等しくない場合あるいは等しい状態が連続しない場合には、入力信号ｘ(t)
が正弦波でないことを示す例えば０（ローレベル）の識別信号Ｈを出力する。
【００４６】
また、判定部２７は、中間のサンプル値Ｘ(k-1) が０のときの演算結果Ｙ(k)
を無視して、次の演算結果Ｙ(k+1) に対する判定を行う。
【００４７】
なお、この判定形態は用途に応じて行えばよく、ノイズや演算に含まれる誤差を考えない理想的条件では、演算結果Ｙが等しい状態が一度でも途切れれば、正弦波でないと判定することができるが、実際の信号や回路には、ノイズや演算に含まれる誤差があり、これらの誤差分を考慮して、例えば、演算結果Ｙの比較の際に、許容誤差範囲を設け、その範囲内で両者の比較を行えばよい。
【００４８】
また、判定部２７から正弦波であることを示す識別信号が出力されているとき、式（６ａ）の演算で右辺（または左辺）の計算結果Ｙと、既知のサンプリング周期Ｔとから、次式（７）により、入力している正弦波信号の周波数ｆを求めことができる。
【００４９】
ｆ＝（１／２πＴ） cos−１（Ｙ／２）…………（７）
【００５０】
図２に示した信号識別装置２０′は、前記式（６ｃ）を用いて正弦波の識別を行うものであり、演算部２２′に第３のラッチ回路２５を追加し、計算回路２６′において、３つのラッチ回路２３〜２５の記憶値に対する式（６ｃ）の右辺の計算を行い、その演算結果ＺとＡ／Ｄ変換器２１の最新の出力値Ｘ(k) とを判定部２７に入力し、両者が連続的に一致するか否かの判定を行い、その判定結果により正弦波の識別を行う。
【００５１】
なお、この構成の場合でも、第２のラッチ回路２４に記憶された中間のサンプル値Ｘ(k-2) が０になると演算不能となるので、判定部２７は、第２のラッチ回路２４の記憶値が０でないときに上記動作を行い、０のときには、演算結果Ｚ(k)
とＡ／Ｄ変換器２１の出力値Ｘ(k) とを無視し、次のタイミングの演算結果Ｚ(k+1) とＡ／Ｄ変換器２１の出力値Ｘ(k+1) とで判定を行う。
【００５２】
上記いずれの構成の信号識別装置２０、２０′であっても、判定のための演算は簡単な四則計算のみで済み、しかも連続する３つあるいは４つのサンプル値を取得すれば正弦波の識別が可能であり、簡単な構成で、任意の周波数の信号波形の識別をほぼリアルタイムに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の信号識別装置の実施形態の構成を示す図
【図２】本発明の信号識別装置の他の実施形態の構成を示す図
【符号の説明】
【００５４】
２０、２０′……信号識別装置、２１……Ａ／Ｄ変換器、２２、２２′……演算部、
２３〜２５……ラッチ回路、２６……計算回路、２７……判定部
【図１】
2005233642.tif 000003
【図２】
2005233642.tif 000004