(57)【要約】【課題】  低レンジおよび高レンジのいずれの方向に対しても、迅速かつ正確なオートレンジ制御が行える測定装置を提供すること。【解決手段】  オートレンジ機能を備えた測定装置において、  移動すべき適切なレンジ情報を先読みする先読み手段と、  先読み結果に基づき適切なレンジに１回の動作で切り替えるレンジ制御手段、を設けたことを特徴とするもの。【選択図】                    図１
2005055381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オートレンジ機能を備えた測定装置において、
移動すべき適切なレンジ情報を先読みする先読み手段と、
先読み結果に基づき適切なレンジに１回の動作で切り替えるレンジ制御手段、
を設けたことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記先読み手段は、
ピーク値測定部と測定レンジ範囲を連続的に規定する複数のレベル比較器を含み、
これらピーク値測定部の出力とレベル比較器の出力信号に基づき測定信号のピークに対応した適切レンジ情報を求めることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
ピーク値測定部の出力データとして、デジタルサンプリングデータを用いることを特徴とする請求項１または請求項２記載の測定装置。
【請求項４】
レベル比較器はウィンドウコンパレータであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の測定装置。
【請求項５】
測定装置は、電力計であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の測定装置。
【請求項６】
測定装置は、電流計であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の測定装置。
【請求項７】
測定装置は、デジタルマルチメータであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオートレンジ形測定装置に関し、詳しくは、オートレンジ機能の高速化に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、例えばデジタルマルチメータにおいて、被測定信号のＲＭＳ値およびピーク値を求め、ＲＭＳ値を所定の限界値と比較するとともにピーク値を所定の閾値と比較し、これらの比較結果に応じて最適な測定レンジを選択する技術が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、例えば電流計において、測定対象信号のピーク電圧を検出する回路を備え、検出されたピーク電圧の入力が許容される入力レンジを決定する処理を実行することにより短時間で入力レンジを切替制御する技術が開示されている。
【０００４】
しかし、これら特許文献１および特許文献２には、本発明のように複数のレベル比較器を用いて移動すべきレンジを先読みしてレンジ切換の高速化を実現することに関する言及はない。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２７２１
【０００６】
【特許文献２】特開２００１−４１９８２
【０００７】
オートレンジは、測定装置における測定値の確度が大きく損なわれないように適切な測定レンジを自動的に選定する機能であり、使用者が測定レンジの設定に煩わされないようにするための機能である。
【０００８】
適切な測定レンジを設定する際の測定値の目安として、その測定機能の入力範囲もしくは精度範囲、レンジの最大入力範囲、定格の□□□％や、精度保証範囲、定格の□□□％などが用いられている。
【０００９】
具体的には、信号処理部最終段の入力範囲、ＲＭＳコンバータ等の変換素子の入力範囲、Ａ/Ｄコンバータの入力範囲などを用いて信号に対して現在設定されているレンジが適切であるかを判断し、必要ならばレンジ変更を行う。
【００１０】
高レンジへの移動は、測定値が定格の110％、ピークが200％など、定格値を超えた場合に行うのが一般的である。これは最終段の入力範囲は超えていないが測定値（平均値や実効値など）が定格を超えているか、もしくは最終段の入力範囲を超えた場合である。
【００１１】
低レンジへの移動は、測定値が定格の30％でピークが200％未満など、測定値もピークも定格未満で、かつ移動しようとしている低レンジへの移動条件に対し余裕がある場合である。
【００１２】
ここで、低レンジへの移動は、現在設定されているレンジにおいて信号処理部が正常に動作しているため、移動すべきレンジの確定が容易で精度も良い。
【００１３】
これに対し、高レンジへの移動は、現在設定されているレンジが最終段の入力範囲を超えているなど正常動作していない場合があり、精度が悪い。現在設定されているレンジでは低いということが確定しているのみである。
【００１４】
図５は、従来のオートレンジ回路の一例を示すブロック図である。測定信号Sinはレンジ（ゲイン）可変の正規化処理部1に入力されて所定の規定電圧に正規化される。
【００１５】
正規化処理部1の出力信号Snrは、測定機能に応じた変換器2に入力されて信号変換されるとともに、レベル比較器3の一方の入力端子に入力されて正規化出力信号Snrのレベルが変換器2の入力範囲内か否かが判定される。
【００１６】
基準電圧発生部4は、変換器2に基準電圧Vrを与えるとともに、レベル比較器3の他方の入力端子に変換器2の入力範囲を規定する基準レベル信号Vth1を与えている。
【００１７】
変換器2の出力信号Stは、出力部5に入力されるとともに、レベル比較器6の一方の入力端子に入力されて変換後のレベルが定格に対する規定範囲内か否かが判定される。
【００１８】
定格レベル発生部7は、レベル比較器6の他方の入力端子に変換器2の定格レベルを規定する定格レベル信号Vth2を与えている。
【００１９】
ピーク値測定部8は、正規化出力信号Snrのピーク値を測定して、測定結果Spを出力部5に入力する。一般的に、ピーク値の出力レベルは、出力部5への入力レベルを合わせる必要があることから、変換器2の出力レベルと等しくなるように設定する。
【００２０】
ＣＰＵ9は、各レベル比較器3，6からの出力信号Sc1，Sc2および出力部5の出力信号Soutに基づき、レンジ変更信号Srcを正規化処理部1へ送りレンジ（ゲイン）を変更する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
前述のように、低レンジへの移動は、現在設定されているレンジにおいて正規化処理部1が正常に動作しているため、移動すべきレンジの確定が容易で精度も良い。
【００２２】
しかし、高レンジへの移動は、現在設定されているレンジが最終段の入力範囲を超えているなど、正常動作していない場合があって精度が悪い。設定レンジに対して入力レベルが大きい場合は、現在の設定レンジでは入力に対し低い（ゲインが高い）、ということが確定しているのみである。したがって、高レンジへの移動にあたっては、「一つ上のレンジへ移動→レンジの判定」というシーケンスを適切なレンジまで繰り返すことになり、目的とする高レンジへの移動に比較的時間がかかってしまうことになる。
【００２３】
本発明は、このような従来の問題点を解決するものであり、その目的は、低レンジおよび高レンジのいずれの方向に対しても、迅速かつ正確なオートレンジ制御が行える測定装置を提供することにある。
【００２４】
本発明が解決しようとする課題は、オートレンジ変更動作の高速化を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
オートレンジ機能を備えた測定装置において、
移動すべき適切なレンジ情報を先読みする先読み手段と、
先読み結果に基づき適切なレンジに１回の動作で切り替えるレンジ制御手段、
を設けたことを特徴とする。
【００２６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の測定装置において、
前記先読み手段は、
ピーク値測定部と測定レンジ範囲を連続的に規定する複数のレベル比較器を含み、
これらピーク値測定部の出力とレベル比較器の出力信号に基づき測定信号のピークに対応した適切レンジ情報を求めることを特徴とする。
【００２７】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の測定装置において、
ピーク値測定部の出力データとして、デジタルサンプリングデータを用いることを特徴とする。
【００２８】
請求項４記載の発明は、請求項２または請求項３記載の測定装置において、
レベル比較器はウィンドウコンパレータであることを特徴とする。
【００２９】
請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の測定装置において、
測定装置は、電力計であることを特徴とする。
【００３０】
請求項６記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の測定装置において、
測定装置は、電流計であることを特徴とする。
【００３１】
請求項７記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の測定装置において、
測定装置は、デジタルマルチメータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、以下のような効果が得られる。
移動すべきレンジを実際に移動する前に先読みしてその移動先へ直接移動できるので、オートレンジの高速動作が可能である。
【００３３】
移動先へ直接移動することにより余計なレンジ変更動作回数を削減でき、リレーなどのメカニカル部品の動作回数を少なくなって製品の信頼性が向上する。
【００３４】
オートレンジの動作時間が短くなることにより装置全体の使用時間が短縮され、作業の効率が上がるとともに電力削減にも寄与する。
【００３５】
また、ピーク検出系統を測定とは異なる系統で構成し、さらにコンパレータによるピーク値の高速検出が行えるので、ピークが発生した時間とそのおおよそのレベルを知ることができ、測定対象を含めた測定系の動作の検証も実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例の要部を示す構成ブロック図であり、図５と共通する部分には同一の符号を付けている。
【００３７】
本発明は、正規化処理部1から出力される正規化出力信号Snrのレベルが変換器2の入力範囲内か否かを判定するためのレベル比較器を複数個設けたものであり、図１では２個のレベル比較器31，32を設ける例を示している。
【００３８】
一般に、正規化処理部1の電源電圧は、変換器2の基準電圧より高くなる。本発明では、これを前提としている。基準電圧は電源電圧から作るので、この基準電圧が電源電圧以下となるのは当然といえば当然である。
【００３９】
レベル比較器31，32は、ＣＰＵ9から出力されるレンジ変更信号Srcに基づき正規化処理部1のレンジ変更に連動して閾値レベル設定も変更するように構成されている。すなわち、レベル比較器を複数個備えることにより、ピーク値測定部8で測定したピーク値が要求する所定の設定レンジ情報を、実際にレンジ変更することなく得ることができる。
【００４０】
変換器2としてＡ/Ｄコンバータを使用したデジタルサンプリング方式の場合には、定格より低いレベルのピーク値は、Ａ/Ｄコンバータの瞬時値から得ることができる。そのため、レベル比較器31，32は、変換器入力範囲を「以上」のレベルについてのみ検出すればよい。
【００４１】
レベル比較器31，32は、変換器2に入力される電圧レベルを規定閾値レベルと比較し、その結果をＨ/Ｌの２値化信号で出力するウィンドウコンパレータを構成する。その動作を図２に示す。
【００４２】
図２において、閾値レベルVL1は変換器2の現在設定レンジにおける入力範囲レベルを表し、閾値レベルVL2（>VL1）は変換器2を現レンジに対し一つ上のレンジに設定した時の入力範囲レベルを表している。
【００４３】
レベル比較器31の出力信号Scp1がＨレベルになっている区間ａ-ｂ、ｃ-ｄ、e-fは、それぞれ正規化出力信号Snrの信号レベルが一つ上のレンジへ移動すべき状態であることを示している。そして、レベル比較器32の出力信号Scp2がＨレベルになっている区間f-gは、正規化出力信号Snrの信号レベルが二つ上のレンジへ移動すべき状態であることを示している。これらの場合、変換器2は信号を正確に変換していないと考えられるので測定値は考慮する必要がなく、これら比較器31，32の結果のみでレンジ変更を行えばよい。
【００４４】
正規化処理部1の高レンジへのレンジ変更動作は、以下のような組み合わせになる。
1）レベル比較器31の出力信号Scp1がＨレベルでレベル比較器32の出力信号Scp2がＬレベル→正規化処理部1を１レンジアップし、閾値レベルVL1，VL2もそれぞれ１レンジアップする。
2）レベル比較器31の出力信号Scp1がＨレベルでレベル比較器32の出力信号Scp2もＨレベル→正規化処理部1を２レンジアップし、閾値レベルVL1，VL2もそれぞれ２レンジアップする。
3）レベル比較器31の出力信号Scp1がＬレベルでレベル比較器32の出力信号Scp2がＨレベル→レンジ変更なし。
【００４５】
正規化処理部1から出力される正規化出力信号Snrのピークレベルがどの範囲にあるかを知ることにより変換器2が正常動作できる適切なレンジをレンジ変更前に知ることができ、数レンジ上の適切なレンジへ直接移動することが可能となる。
【００４６】
図３は変換器2としてＡ/Ｄ変換器を用いた図１の具体例を示すブロック図である。図３のようなデジタルサンプリング方式において、機能はすべてソフトウェアの演算処理により実現する場合、ピーク値としてはＡ/Ｄ変換器の瞬時値を使用する。また平均値などの測定値処理もＤＳＰ10で演算するため、レンジ変更規格値との比較もソフトウェアでの処理となる。そのため、図１の破線で囲んだ部分の出力部5と定格レベル比較器6と定格レベル発生部7およびピーク値測定部8は不要となる。さらに、変換器2に入力されるレベルの検出についても、Ａ/Ｄデータが最大もしくは最小ビットの検出を用いれば、入力範囲のレベルを検出するための比較器も不要になる。
【００４７】
正規化処理部1のレンジは1-2-5ステップである。従って1□レンジでは×1、2□では×1/2、5□では×1/5となる。
【００４８】
測定値については、Ａ/Ｄ変換器2でサンプリングした信号データを用い、ＤＳＰ10において目的とする測定値を得る演算を行う。そして、その結果と定格値に基づき、ＣＰＵ9からレンジ変更が必要か不要かの要求を出す。
【００４９】
レベル比較器ＣＭＰ1，ＣＭＰ2，ＣＭＰ3の一方の入力端子に全波整流部11で全波整流した信号波形を入力することにより、正負の信号を正電圧で比較するようにしている。レベル比較器ＣＭＰ1が現在の設定レンジに対応し、レベル比較器ＣＭＰ2が一つ上のレンジに対応し、レベル比較器ＣＭＰ3が二つ上のレンジの入力範囲を規定する。
【００５０】
抵抗R1〜R6の直列回路よりなり直流電源Vsと直列接続されているアッテネータ12は、レベル比較器ＣＭＰ1，ＣＭＰ2，ＣＭＰ3の各閾値となる基準電圧を設定するものである。抵抗R1とR2の接続点は直接レベル比較器ＣＭＰ1の他方の入力端子に接続され、抵抗R2とR3の接続点はスイッチS1を介してレベル比較器ＣＭＰ2の他方の入力端子に接続され、抵抗R3とR4の接続点はスイッチS2を介してレベル比較器ＣＭＰ2の他方の入力端子に接続され、抵抗R4とR5の接続点はスイッチS3を介してレベル比較器ＣＭＰ3の他方の入力端子に接続され、抵抗R5とR6の接続点はスイッチS4を介してレベル比較器ＣＭＰ3の他方の入力端子に接続されている。なお、実現手段はこの実施例に限定するものではない。
【００５１】
このように構成される回路の動作は以下の通りである。
現在設定されているレンジは×1とする。このときスイッチS1とスイッチS4がONとなり、レベル比較器ＣＭＰ2の基準電圧は×2でレベル比較器ＣＭＰ3の基準電圧は×5となる。レベル比較器ＣＭＰ1の出力がＨとなって1レンジアップ要求が出て1レンジアップすると、スイッチS1がOFFでスイッチS2がON、スイッチS4はそのままとしてレベル比較器の基準電圧を再設定する。
【００５２】
この状態では現レンジは×1/2となり、レベル比較器ＣＭＰ2の基準電圧は×2.5、レベル比較器ＣＭＰ3の基準電圧は×5となる。例えば１Vレンジであった時は、レベル比較器ＣＭＰ2の基準電圧は2Vの範囲、レベル比較器ＣＭＰ3の基準電圧は5Vの範囲を規定する。これが1レンジアップして2Vレンジとなると、レベル比較器ＣＭＰ2の基準電圧は×2.5で5V、レベル比較器ＣＭＰ3の基準電圧は×5で10Vレンジの範囲を規定することになる。
【００５３】
1Vレンジであった時、レベル比較器ＣＭＰ3の出力がＨとなった場合は3レンジアップして10Vレンジに設定することとなる。この場合はコンパレータのS1からS4まではそのままである。
【００５４】
図4に1Vから100Vまでのレンジを持つ電圧計における各レベル比較器ＣＭＰ1〜3の基準電圧設定例を示す。レベル比較器ＣＭＰ1は固定となるので2bitで設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施例の要部を示す構成ブロック図である。
【図２】図１の動作例を説明する波形図である。
【図３】変換器2としてＡ/Ｄ変換器を用いた図１の具体例を示すブロック図である。
【図４】図１のレベル比較器に対する基準電圧設定例である。
【図５】従来の回路例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  正規化処理部
２  Ａ／Ｄ変換器
３１、３２、ＣＭＰ1〜ＣＭＰ3  レベル比較器
８  ピーク値測定部
９  ＣＰＵ
１０  ＤＳＰ
１１  全波整流部
１２  アッテネータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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