(57)【要約】【課題】複数の既知の周波数成分を含む信号から、ＤＦＴ演算により各周波数の信号成分を抽出する際に、ＤＦＴ演算の負荷を軽減し、演算時間を短縮する。【解決手段】第１周波数の信号と、第１周波数よりも高い第２周波数の信号とを少なくとも含んだ信号のサンプリングデータを入力するデータ入力部と、離散フーリエ変換により、入力データから所望の周波数成分を抽出するＤＦＴ演算部と、サンプリングデータから、ＤＦＴ演算部を用いて第２周波数の信号を抽出し、サンプリングデータから第１周波数と第２周波数との比に応じた割合でデータを抜き出し、抜き出したデータを対象に抽出された第２周波数の信号成分を差し引いたデータから、ＤＦＴ演算部を用いて第１周波数の信号を抽出する演算制御部とを備えた周波数成分抽出装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１周波数の信号と、第１周波数よりも高い第２周波数の信号とを少なくとも含んだ信号のサンプリングデータを入力するデータ入力部と、
離散フーリエ変換により、入力データから所望の周波数成分を抽出するＤＦＴ演算部と、
前記サンプリングデータから、前記ＤＦＴ演算部を用いて第２周波数の信号を抽出し、
前記サンプリングデータから第１周波数と第２周波数との比に応じた割合でデータを抜き出し、抜き出したデータを対象に抽出された第２周波数の信号成分を差し引いたデータから、前記ＤＦＴ演算部を用いて第１周波数の信号を抽出する演算制御部と、
を備えたことを特徴とする周波数成分抽出装置。
【請求項２】
第１周波数の信号と、第１周波数よりも高い第２周波数の信号とを少なくとも含んだ信号のサンプリングデータを入力するステップと、
前記サンプリングデータから、ＤＦＴ演算により第２周波数の信号を抽出するステップと、
前記サンプリングデータから第１周波数と第２周波数との比に応じた割合でデータを抜き出し、抜き出したデータを対象に抽出された第２周波数の信号成分を差し引いたデータから、ＤＦＴ演算により第１周波数の信号を抽出するステップと、
を含むことを特徴とする周波数成分抽出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の既知の周波数成分を含む信号から、各周波数の信号成分を抽出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池等の性能を測るため、電池等の内部インピーダンスを測定することが一般的に行なわれている。このようなインピーダンス測定では、電池に対して、例えば、所定の周波数領域の電流を入力し、電圧値を計測する。そして、電流値と電圧値とからインピーダンスを算出する。
【０００３】
インピーダンス測定は、複数の周波数領域について行なわれるが、各周波数領域について個別に測定を実施すると多くの測定時間を要することなる。このため、異なる複数の周波数信号を重畳した合成波形を入力し、応答信号のサンプリングデータに対してＤＦＴ（discrete Fourier transform）演算を行なうことにより各周波数の信号成分を抽出して、周波数毎のインピーダンスを算出することが行なわれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６３３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の周波数信号を重畳した合成波形を用いることにより、それぞれの周波数信号を１つずつ掃引する測定法よりも測定時間を短縮することができる。しかしながら、応答信号のサンプリングデータの取得に際し、最も周波数の高い信号成分に対しても十分なサンプル点数を確保する必要から、他の周波数の信号成分に対しては過剰なサンプル点数でデータが取得され、結果として、ＤＦＴ演算の負荷が大きくなり、ＤＦＴ演算に長い時間を要することになっていた。
【０００６】
そこで本発明は、複数の既知の周波数成分を含む信号から、ＤＦＴ演算により各周波数の信号成分を抽出する際に、ＤＦＴ演算の負荷を軽減し、演算時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の周波数成分抽出装置は、第１周波数の信号と、第１周波数よりも高い第２周波数の信号とを少なくとも含んだ信号のサンプリングデータを入力するデータ入力部と、離散フーリエ変換により、入力データから所望の周波数成分を抽出するＤＦＴ演算部と、前記サンプリングデータから、前記ＤＦＴ演算部を用いて第２周波数の信号を抽出し、前記サンプリングデータから第１周波数と第２周波数との比に応じた割合でデータを抜き出し、抜き出したデータを対象に抽出された第２周波数の信号成分を差し引いたデータから、前記ＤＦＴ演算部を用いて第１周波数の信号を抽出する演算制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の周波数成分抽出方法は、第１周波数の信号と、第１周波数よりも高い第２周波数の信号とを少なくとも含んだ信号のサンプリングデータを入力するステップと、前記サンプリングデータから、ＤＦＴ演算により第２周波数の信号を抽出するステップと、前記サンプリングデータから第１周波数と第２周波数との比に応じた割合でデータを抜き出し、抜き出したデータを対象に抽出された第２周波数の信号成分を差し引いたデータから、ＤＦＴ演算により第１周波数の信号を抽出するステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数の既知の周波数成分を含む信号から、ＤＦＴ演算により各周波数の信号成分を抽出する際に、ＤＦＴ演算の負荷を軽減し、演算時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る周波数成分抽出装置の構成例を示すブロック図である
【図２】本実施形態に係る周波数成分抽出装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】入力サンプリングデータの例について説明する図である。
【図４】データの抽出と差し引きについて説明する図である。
【図５】データの抽出と差し引きについて説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る周波数成分抽出装置１００の構成例を示すブロック図である。周波数成分抽出装置１００は、複数の既知の周波数成分を含む信号のサンプリングデータを入力し、各周波数の信号成分を抽出する装置であり、ＣＰＵ、メモリ、補助記憶装置、入出力装置等を備えたＰＣ等の情報処理装置を用いて構成することができる。
【００１２】
本図に示すように、周波数成分抽出装置１００は、データ入力部１１０、周波数情報設定部１２０、ＤＦＴ演算部１３０、演算制御部１４０を備えている。これらの機能ブロックは、ソフトウェアによって実現してもよいし、ハードウェアによって実現してもよい。
【００１３】
データ入力部１１０は、複数の既知の周波数成分を含む信号のサンプリングデータを入力する。サンプリングデータのサンプリングレートは、最も高い周波数成分の少なくとも２倍より高いものとする。
【００１４】
周波数情報設定部１２０は、抽出対象の周波数情報、すなわち、入力サンプリングデータが含んでいる周波数成分の指定をユーザから受け付け、周波数情報として設定する。例えば、入力サンプリングデータが、１Ｈｚ、１０Ｈｚ、１００Ｈｚの信号成分を重畳した合成信号をサンプリングしたデータであれば、ユーザは、１Ｈｚ、１０Ｈｚ、１００Ｈｚを指定し、周波数情報設定部１２０が、これらを周波数情報として設定する。
【００１５】
ＤＦＴ演算部１３０は、演算制御部１４０からデジタルデータを入力し、離散フーリエ変換（discrete Fourier transform）により、所望の周波数成分を抽出して出力する。離散フーリエ変換では、対象とする区間を基本周波数の周期とすれば、波形ｆｊにおける基本周波数の倍数成分ｃｋ（ｋ＝１，２，３）を、［数１］にしたがって計算することができる。なお、ｋ＝１は基本周波数である。つまり、合波信号において、ｋ＝１，２，３…を順次計算することにより、基本周波数の倍数成分の振幅と位相とを抽出することができる。
【数１】
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【００１６】
演算制御部１４０は、データ入力部１１０が入力したサンプリングデータから、周波数情報設定部が設定した周波数成分を、ＤＦＴ演算部１３０を用いて抽出する。この際に、高い方の周波数成分から順次抽出を行なうものとし、ある周波数成分（第２周波数成分）が抽出されると、サンプリングデータから次の周波数成分（第１周波数成分）の抽出に十分な個数のデータを抽出し、それらのデータから第２周波数成分の対応する位置の値を差し引いたデータを用いて第１周波数成分の抽出を行なうようにする。第１周波数成分の抽出に十分な個数のデータは、第１周波数と第２周波数との比に応じた割合とすることができる。
【００１７】
サンプリングデータは、最も高い周波数成分の抽出に十分な個数となっているが、他の周波数成分の抽出には不必要に多い。このため、サンプリングデータから適切な個数のデータを抜き出しても他の周波数成分の抽出を、精度を維持したまま行なうことができる。このように、本実施形態では、第１周波数成分の抽出を、サンプリングデータすべてではなく、第１周波数成分の抽出に十分な個数のデータを用いて行なうようにしているため、ＤＦＴ演算の負荷を軽減し、演算時間を短縮することができる。
【００１８】
図２は、本実施形態に係る周波数成分抽出装置１００の動作を説明するフローチャートである。まず、周波数情報設定部１２０が、ユーザからの指定に基づいて抽出対象の周波数情報を設定する（Ｓ１０１）。抽出対象の周波数は、既知であり、ここでは、ｆ１＝１Ｈｚ、ｆ２＝１０Ｈｚ、ｆ３（ｆｎ）＝１００Ｈｚであるとする。
【００１９】
次に、データ入力部１１０が、抽出対象の周波数成分の合成信号をサンプリングしたサンプリングデータを入力する（Ｓ１０１）。入力するサンプリングデータのサンプリング周波数は、最も高い周波数成分ｆｎのＮ（Ｎ＞２）倍とする。
【００２０】
ここでは、高精度を確保するため、１周期当り１０点のデータとなるＮ＝１０とし、入力するサンプリングデータのサンプリング周波数を１ｋＨｚとする。このため、図３（ａ）に示すような１Ｈｚのｆ１波形と、図３（ｂ）に示すような１０Ｈｚのｆ２波形と、図３（ｃ）に示すような１００Ｈｚのｆ３波形とを重畳した合成波形（図３（ｄ））を、１ｋＨｚでサンプリングしたサンプリングデータがデータ入力部１１０に入力されることになる。
【００２１】
周波数成分の抽出は、高い方の周波数成分から順次抽出を行なう。このため、変数ｋの初期値としてｎ（＝３）を代入する（Ｓ１０３）。
【００２２】
そして、ＤＦＴ演算部１３０が、サンプリングデータに対して、ｆｋ（＝ｆｎ＝ｆ３＝１００Ｈｚ）についてのＤＦＴ演算を行なって、ｆｋの周波数成分を抽出する（Ｓ１０４）。この結果、１００Ｈｚ成分が抽出される。
【００２３】
ｋ＝１でなければ（Ｓ１０５：Ｎｏ）、サンプリングデータからｆｋ−１／ｆｋの割合でデータを抜き出す（Ｓ１０６）。本例では、ｆ２／ｆ３＝１０Ｈｚ／１００Ｈｚ＝１／１０であるため、１０点あたり１点のデータを抜き出せばよい。データの抜き出しは、等間隔が望ましいが、不等間隔であってもよい。なお、ｆ２、ｆ１においても合成信号のサンプリング周波数と同様に、１周期当り１０点のデータがあれば十分であるとする。
【００２４】
図４（ａ）は、入力されたサンプリングデータの例を示し、図４（ｂ）は、サンプリングデータから１０点あたり１点のデータを抜き出した結果を示す図である。これにより、データ数を１／１０に減らすことができる。
【００２５】
次に、抜き出したデータのそれぞれの値から、既に抽出されたｆｋ＝（ｆ３）の周波数成分の対応する位置のデータの値を差し引く（Ｓ１０７）。図４（ｃ）は、図４（ｂ）に示したデータから、ｆｋ＝（ｆ３）の周波数成分の対応する位置のデータの値を差し引いた結果を示す図である。このデータは、ｆ１（＝１Ｈｚ）とｆ２（＝１０Ｈｚ）の合成信号を示すことになる。
【００２６】
そして、変数ｋを１減じて（Ｓ１０８）、次に低い周波数成分の抽出を行なう（Ｓ１０４）。本例では、ＤＦＴ演算部１３０が、図４（ｃ）に示したデータに対して、ｆｋ（ｆ２＝１０Ｈｚ）についてのＤＦＴ演算を行なって、ｆ２の周波数成分を抽出する（Ｓ１０４）。１周期当りのデータ数は１０点であるため、ＤＦＴ演算の負荷は小さく、演算時間を短縮することができる。
【００２７】
ｋ＝１でなければ（Ｓ１０５：Ｎｏ）、サンプリングデータからｆｋ−１／ｆｋの割合でデータを抜き出す（Ｓ１０６）。本例では、ｆ１／ｆ２＝１Ｈｚ／１０Ｈｚ＝１／１０であるため、１０点あたり１点のデータを抜き出せばよい。
【００２８】
図５（ａ）は、図４（ｃ）に示したデータから１０点あたり１点のデータを抜き出した結果を示す図である。データ数はさらに１／１０となるため、サンプリングデータからは１／１００に減っていることになる。
【００２９】
次に、抜き出したデータのそれぞれの値から、既に抽出されたｆｋ＝（ｆ２）の周波数成分の対応する位置のデータの値を差し引く（Ｓ１０７）。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示したデータから、ｆｋ＝（ｆ２）の周波数成分の対応する位置のデータの値を差し引いた結果を示す図である。このデータは、ｆ１（＝１Ｈｚ）を示すことになる。なお、ｆｋ／ｆｎの割合でサンプリングデータからデータを抜き出すようにしてもよい。この場合は、サンプリングデータから１００点あたり１点のデータを抜き出すことになる。
【００３０】
そして、変数ｋを１減じて（Ｓ１０８）、次に低い周波数成分の抽出を行なう（Ｓ１０４）。本例では、ＤＦＴ演算部１３０が、図５（ｂ）に示したデータに対して、ｆｋ（ｆ１＝１Ｈｚ）についてのＤＦＴ演算を行なって、ｆ１の周波数成分を抽出する（Ｓ１０４）。１周期当りのデータ数は１０点であるため、ＤＦＴ演算の負荷は小さく、演算時間を短縮することができる。
【００３１】
ＤＦＴ演算が終了すると、ｋ＝１であるため（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、本動作を終了する。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態の周波数成分抽出装置１００は、最高周波数成分以外の周波数成分の抽出を、サンプリングデータすべてではなく、その周波数成分の抽出に十分な個数のデータを用いて行なうようにしているため、ＤＦＴ演算の負荷を軽減し、演算時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１００…周波数成分抽出装置
１１０…データ入力部
１２０…周波数情報設定部
１３０…ＤＦＴ演算部
１４０…演算制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2012211882.tif 000007
【図５】
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