周波数計測装置
【課題】電力系統の周波数を精度良く測定できる周波数計測装置を提供する。
【解決手段】周波数計測装置１は、電力系統の交流電圧（基本波）Ｖ１に、ノイズとして基本波の９０％の大きさの第３調波（高調波）Ｖ３が重畳した合成波Ｇ１３が入力端子２から入力された場合、演算回路４で最大のピークＰＫ１を抽出できるように閾値Ｓを算出し、閾値設定回路５で波形整形回路６に閾値Ｓを設定する。波形整形回路６は、入力信号である合成波Ｇ１３から閾値Ｓ以上の信号ＰＵ１を抽出し、抽出した信号ＰＵ１を矩形波状のパルス信号Ｐ１に整形する。そして、パルス信号Ｐ１のあるパルスから次のパルスまでの時間（１周期間）Ｔを計測して、この１周期間Ｔに基づいて電力系統の交流電圧（基本波）の周波数を算出する。閾値は、入力信号に含まれるノイズの大きさに応じて設定するか、または入力信号に含まれるノイズの大きさの算出結果に応じて設定する。
【解決手段】周波数計測装置１は、電力系統の交流電圧（基本波）Ｖ１に、ノイズとして基本波の９０％の大きさの第３調波（高調波）Ｖ３が重畳した合成波Ｇ１３が入力端子２から入力された場合、演算回路４で最大のピークＰＫ１を抽出できるように閾値Ｓを算出し、閾値設定回路５で波形整形回路６に閾値Ｓを設定する。波形整形回路６は、入力信号である合成波Ｇ１３から閾値Ｓ以上の信号ＰＵ１を抽出し、抽出した信号ＰＵ１を矩形波状のパルス信号Ｐ１に整形する。そして、パルス信号Ｐ１のあるパルスから次のパルスまでの時間（１周期間）Ｔを計測して、この１周期間Ｔに基づいて電力系統の交流電圧（基本波）の周波数を算出する。閾値は、入力信号に含まれるノイズの大きさに応じて設定するか、または入力信号に含まれるノイズの大きさの算出結果に応じて設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、測定対象信号の周波数を計測する周波数計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象信号の周波数を計測できる周波数計測装置が開示されている（特許文献１参照。）。この周波数計測装置は、測定対象信号を波形整形回路でパルス状に整形してカウンタに入力し、カウンタでパルスの１周期間（あるパルスから次のパルスまでの間）におけるクロック数をカウントし、このクロック数に基づいて周波数を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１１５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１（Ａ）は、電力系統の交流電圧（基本波）と、基本波の９０％の大きさの第３調波の波形図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した基本波と第３調波の合成波の波形図である。図１（Ｃ）は、従来の周波数計測装置の波形整形回路において、図１（Ｂ）に示した合成波が入力されたときの出力波形図である。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の周波数計測装置では、周波数測定対象信号にノイズが重畳すると、周波数測定対象信号の周波数を正確に測定できないという問題があった。例えば、図１（Ａ）に示すように、電力系統の交流電圧Ｖ１の周波数を測定する場合、交流電圧（基本波）Ｖ１にノイズである第３調波（基本波の９０％の大きさ）Ｖ３が重畳すると、図１（Ｂ）に示すように、合成波Ｇ１３は、基本波Ｖ１と異なり複数の山と谷を有する歪んだ波形になる。特許文献１に記載の周波数計測装置は、入力信号が合成波Ｇ１３のときには、図１（Ｃ）に示すパルス状の波形Ｋ１３を、ゼロクロス点を基準として整形する。この整形された波形Ｋ１３の１周期間は、電力系統の交流電圧（基本波）Ｖ１の１周期間Ｔよりも短いので、特許文献１に記載の周波数計測装置は、電力系統の周波数（５０Ｈｚ）よりも高い周波数を出力してしまう。
【０００６】
そこで、この発明は、測定対象信号にノイズが重畳していても、測定対象信号の周波数を精度良く測定できる周波数計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の周波数計測装置は、上記課題を解決し、その目的を達するために、以下のように構成している。
【０００８】
周波数計測装置は、閾値設定手段と、抽出手段と、測定手段と、演算手段を備えている。閾値設定手段は、交流信号にノイズが重畳した入力信号から、このノイズの大きさに応じた閾値を設定する。交流信号にノイズが重畳した歪んだ入力信号であっても、交流信号の周波数を測定できる値に閾値を設定するには、一定期間、つまり、交流信号の一周期における入力信号の最大のピークを抽出できる値に閾値を設定すると、ノイズの影響を受けることなく、測定対象信号の周波数を測定できる。閾値設定手段は、測定対象信号に重畳するノイズレベルが予め想定される場合には、ノイズの大きさに応じた閾値を設定する。
【０００９】
抽出手段は、閾値設定手段が設定した閾値以上の信号を入力信号から抽出する。抽出された信号は、ノイズの影響のない信号となる。測定手段は、抽出手段が抽出した信号の周期を測定する。演算手段は、測定手段が測定した周期に基づいて、入力信号の周波数を求める。
【００１０】
したがって、周波数計測装置では、入力信号に高調波や外来ノイズなどのノイズが重畳していても、その影響が小さい、歪みの少ない部分を抽出するので、測定対象信号の周波数を精度良く測定できる。
【００１１】
また、閾値設定手段は、入力信号に含まれるノイズの大きさをフーリエ変換により算出する。入力信号に対してフーリエ変換を行うことで、ノイズの周波数やレベルがわかるので、これらに基づいて最大のピークを抽出する閾値を容易に設定できる。
【００１２】
また、閾値設定手段は、入力信号の複数の周期的なピークのうち、最大のピークと２番目に大きなピークの間に閾値に設定する。このような値に閾値を設定することで、入力信号から最大のピークを抽出できる。
【００１３】
また、周波数計測装置はフィルタ手段を備えている。フィルタ手段は、入力信号に含まれるノイズを減衰させて、その信号を閾値設定手段及び抽出手段に出力する。周波数の測定対象信号に異なる次数の高調波が複数重畳したり外来ノイズが重畳したりすると、入力信号（合成波）の最大ピークと２番目に大きなピークの差が僅かになったり、ノイズが重畳した部分が最大のピークになったりすることがある。しかし、フィルタ手段を設けることで、ある次数以上の高調波や特定の次数の高調波を減衰させたり、外来ノイズを減衰させたりすることができる。これにより、入力信号（合成波）から最大のピークを抽出できるので、測定対象信号の周波数の測定精度を向上できる。
【００１４】
さらに、閾値設定手段は、入力信号に基づいて設定する閾値である第１の閾値に加えて、この第１の閾値と異なる第２の閾値を設定する。抽出手段は、第１の閾値以上の第１信号と、第２の閾値以上の第２信号と、を入力信号から抽出する。測定手段は、第１信号の周期と第２信号の周期とを測定する。演算手段は、第１信号の周期または第２信号の周期のうち、予め設定した基準周期範囲内の信号について周波数を求める。第２の閾値としては、第１の閾値よりも大きな値、または第１の閾値よりも小さな値を設定することができ、検出する内容により設定するとよい。すなわち、閾値設定手段に、第１の閾値よりも大きな値を第２閾値として設定した場合には、別のノイズがさらに重畳したり急な負荷変動が発生したりして測定対象信号のレベルが上昇した場合でも、電力系統の交流電圧の周波数を誤って測定しまうのを防止できる。また、閾値設定手段に、第１閾値よりも小さな値を第２閾値として設定した場合には、急な負荷変動や事故の発生により測定対象信号のレベルが低下した場合でも、電力系統の交流電圧の周波数の測定精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、測定対象信号にノイズが重畳していても、測定対象信号の周波数を精度良く測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（Ａ）は、電力系統の交流電圧（基本波）と、基本波の９０％の大きさの第３調波の波形図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した基本波と第３調波の合成波の波形図である。図１（Ｃ）は、従来の周波数計測装置の波形整形回路において、図１（Ｂ）に示した合成波が入力されたときの出力波形図である。
【図２】本発明の実施形態に係る周波数計測装置のブロック図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明の実施形態に係る周波数計測装置の初期設定の動作を説明するためのフローチャートである。図３（Ｂ）は、本発明の実施形態に係る周波数計測装置の周波数測定の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】図４（Ａ）は、電力系統の交流電圧（基本波）と第３調波の波形図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示した基本波と第３調波の合成波と閾値を示す波形図である。図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）に示した合成波から閾値以上の部分を抽出した抽出波形の波形図である。図４（Ｄ）は、図４（Ｃ）に示した抽出波形を整形した波形図である。
【図５】図５（Ａ）は、図２に示した周波数計測装置にフィルタを追加した構成を示すブロック図である。図５（Ｂ）は、２つの閾値を設定する構成を備えた周波数計測装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明の実施形態について、周波数計測装置で電力系統の交流電圧の周波数を測定する場合を例に挙げて説明する。
【００１８】
図２は、本発明の実施形態に係る周波数計測装置のブロック図である。
【００１９】
周波数計測装置１は、入力端子２と、Ａ／Ｄコンバータ（以下、ＡＤＣと称する。）３と、演算回路４と、閾値設定回路５と、波形整形回路６と、測定回路７と、発振器８と、出力端子９を備えている。
【００２０】
入力端子２には、測定対象信号である電力系統の交流電圧にノイズが重畳した線間電圧Ｖａｂが入力信号として入力する。
【００２１】
周波数計測装置１は、入力端子２から入力されたアナログ入力信号を、ＡＤＣ３でデジタル入力信号に変換して、演算回路４に出力する。なお、演算回路４が、アナログ入力信号を処理可能な場合には、ＡＤＣ３は不要である。
【００２２】
演算回路４は、ＡＤＣ３が出力したデジタル入力信号に基づいて閾値を算出する。この閾値は、入力信号から閾値以上の信号を抽出するためのものである。そして、演算回路４は、閾値設定回路５に制御信号を出力して、算出した閾値を設定する。
【００２３】
閾値設定回路５は、演算回路４により設定された閾値を波形整形回路６に出力する。
【００２４】
波形整形回路６は、抽出手段に相当し、入力端子２から入力された入力信号を、閾値設定回路５が出力した閾値に基づいて整形する。具体的には、波形整形回路６は、入力信号から閾値以上の信号を抽出し、抽出した信号をパルス状（矩形波状）に整形し、この整形信号を測定回路７に出力する。
【００２５】
測定回路７は、波形整形回路６が出力した整形信号の周期を測定する。具体的には、測定回路７は、波形整形回路６が出力した整形信号の１周期間（あるパルスから次のパルスまでの期間）において、発振器８が出力したクロックを計数する。そして、測定回路７は、クロックの計数結果を演算回路４に出力する。
【００２６】
演算回路４は、測定回路７が出力したクロックの計数結果に基づいて、周波数を算出して周波数を出力する。演算回路４が算出した周波数が、測定対象信号の周波数である。
【００２７】
出力端子９には、演算回路４が出力した周波数や警報などを表示する表示器を接続する。
【００２８】
なお、出力端子９には、表示器に代えて、周波数や警報を音声で報知するスピーカを接続することも可能である。また、電力系統と接続機器の間にスイッチを設けておき、このスイッチを出力端子９に接続し、周波数の測定結果に応じてスイッチの開閉を制御するように構成することも可能である。
【００２９】
次に、周波数計測装置１の動作を説明する。図３（Ａ）は、本発明の実施形態に係る周波数計測装置の初期設定の動作を説明するためのフローチャートである。図３（Ｂ）は、本発明の実施形態に係る周波数計測装置の周波数測定の動作を説明するためのフローチャートである。図４（Ａ）は、電力系統の交流電圧（基本波）と第３調波の波形図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示した基本波と第３調波の合成波と閾値を示す波形図である。図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）に示した合成波から閾値以上の部分を抽出した抽出波形の波形図である。図４（Ｄ）は、図４（Ｃ）に示した抽出波形を整形した波形図である。
【００３０】
以下の説明では、周波数計測装置１の入力端子２には、不図示のＶＴ（計器用変圧器）を介して線間電圧Ｖａｂが入力（印加）されるものとする。また、電力系統が正常な状態のときの交流電圧波形（基本波）は正弦波（周波数Ｆ＝５０Ｈｚ）で、線間電圧Ｖａｂの実効値Ｖｒｍｓを１００Ｖ、最大値Ｖｍを１４１Ｖとする。
【００３１】
周波数計測装置１は、不図示の電源スイッチが操作されて電源が投入されると、まず、初期設定を行う。演算回路４には、入力端子２からＡＤＣ３を介して線間電圧Ｖａｂが入力される（Ｓ１）。線間電圧Ｖａｂには、電力系統の交流電圧（基本波）に、ノイズとして高調波が重畳している。
【００３２】
演算回路４は、線間電圧Ｖａｂの実効値Ｖｒｍｓが周波数計測装置１の最小動作電圧（例えば４０Ｖ）以上であるか否かを確認する（Ｓ２）。演算回路４は、実効値Ｖｒｍｓが最小動作電圧未満の場合には（Ｓ２：Ｎ）、実効値Ｖｒｍｓが最小動作電圧未満になっている旨の信号を出力して、出力端子９に接続された表示器にその旨を表示させる（Ｓ３）。そして処理を終了する。
【００３３】
演算回路４は、実効値Ｖｒｍｓが最小動作電圧以上の場合には（Ｓ２：Ｙ）、入力信号に基づいて閾値を算出する（Ｓ４）。閾値の算出方法は以下のとおりである。
【００３４】
図４（Ａ）に示す電力系統の交流電圧（基本波）Ｖ１に、ノイズとして基本波の９０％の大きさの第３調波（高調波）Ｖ３が重畳すると、両波の合成波Ｇ１３は、図４（Ｂ）に示す波形になる。合成波Ｇ１３は、基本波と異なり複数の山と谷を有する歪んだ波形であるが、基本波と同じ周期である。そこで、本発明では、合成波Ｇ１３において、高調波の影響が少なく、周期毎に現れる特徴的な部分を１カ所抽出して、抽出した部分の周期を測定することで、測定対象である電力系統の交流電圧（基本波）の周波数を測定する。具体的には、合成波Ｇ１３の特徴的な部分として、合成波Ｇ１３において周期的に現れる最大のピークＰＫ１だけを抽出できるように閾値を設定する。
【００３５】
閾値の設定は、演算回路４において、以下に説明する方法のいずれかを用いるように設定する。
【００３６】
１．入力信号に含まれるノイズの大きさを想定して閾値を設定
入力信号に対するノイズのおよその大きさが予め想定できる場合には、想定したノイズの大きさに応じて閾値を設定するとよい。
【００３７】
ノイズが高調波の場合、一般的に、基本波以上の大きさにはならないので、例えば入力信号（合成波）である線間電圧Ｖａｂの最大値Ｖｍ（＝√２Ｖｒｍｓ）の９５％程度の値を閾値として設定すると、入力信号における最大のピークを抽出できる。この場合、閾値Ｓ１を算出する式は、
閾値Ｓ１＝√２Ｖｒｍｓ×（９５％）
となる。
【００３８】
電力系統に重畳している高調波の大きさが、基本波の３０％程度（最大で５０％程度）と想定される場合には、例えば入力信号（合成波）である線間電圧Ｖａｂの最大値Ｖｍの５０％程度の値を閾値として設定すると、入力信号における最大のピークを抽出できる。この場合、閾値Ｓ２を算出する式は、
閾値Ｓ２＝√２Ｖｒｍｓ×（５０％）
となる。
【００３９】
２．入力信号に含まれるノイズの大きさを算出して閾値を設定
入力信号に対するノイズの大きさが予め想定できない場合には、ノイズの大きさを実際に測定するか、または演算により求めて、得られたノイズの大きさに応じて閾値を設定する。
【００４０】
例えば、電力系統には、一般的に３次、５次、７次、９次、１１次、１３次…の各高調波が重畳しているので、入力信号に含まれる基本波及び各次の高調波電圧をフーリエ変換（例えばＦＦＴ）等により求める。入力信号に対してフーリエ変換を行うことで、ノイズ（例えば、各次数の高調波）の周波数やレベルがわかる。そして、電力系統の交流電圧（基本波）に重畳している高調波の比率（例えば、総合電圧ひずみ率）を求めて、線間電圧Ｖａｂの最大値Ｖｍと、総合電圧ひずみ率と、の積を求めることで閾値Ｓ３が得られる。この場合、閾値Ｓ３を算出する式は、
閾値Ｓ３＝√２Ｖｒｍｓ×（総合電圧ひずみ率）
総合電圧ひずみ率（％）＝高調波電圧の実効値／基本波電圧（Ｖ１）×１００
となる。
【００４１】
３．最大のピークと２番目に大きなピークの間に閾値を設定
入力信号に対するノイズの大きさが予め想定できない場合には、入力信号とノイズの合成波の大きさを実際に測定して閾値を設定して、最大のピークを抽出する。合成波Ｇ１３において周期的に現れる最大のピークＰＫ１を抽出するには、一定期間（合成波Ｇ１３の１周期間）Ｔにおける最大のピークＰＫ１と２番目に大きなピークＰＫ２の間に閾値Ｓ４を設定して、閾値Ｓ４以上の信号波形を抽出するように設定する。最大のピークＰＫ１の電圧と２番目に大きなピークＰＫ２の電圧は、入力電圧を複数周期間、連続的に測定することで検出できるので、検出結果に基づいて閾値Ｓ４を設定する。例えば、図４（Ｂ）に示す合成波Ｇ１３においては、最大のピークＰＫ１の電圧が２４５Ｖ、２番目に大きなピークＰＫ２の電圧が１２０Ｖなので、１２０Ｖ＜閾値Ｓ４＜２４５Ｖに設定する。
【００４２】
なお、上記１，２の方法では、周波数計測装置１は、初期設定時にノイズ測定（演算）を行うとよい。
【００４３】
上記のように閾値を設定する際には、ある程度マージンを持たせることで、ノイズの影響をより受けにくくなる。
【００４４】
例えば、上記の閾値Ｓ１の場合、線間電圧Ｖａｂの最大値の９５％〜１００％未満の値を閾値する。
【００４５】
上記の閾値Ｓ２の場合、線間電圧Ｖａｂの最大値の９５％程度までの値を閾値として設定する。
【００４６】
上記の閾値Ｓ３の場合、線間電圧Ｖａｂの最大値Ｖｍと総合電圧ひずみ率の積に１．２倍程度までマージンを持たせる。すなわち、
閾値Ｓ３＝√２Ｖａｂ×（総合電圧ひずみ率）×１．２
にする。
【００４７】
演算回路４は、ステップＳ４において、上記のような方法により閾値を算出すると、閾値設定回路５に制御信号を出力して、閾値設定回路５が波形整形回路６に出力する閾値を設定する（Ｓ５）。
【００４８】
周波数計測装置１は、以上で初期設定を終了し、周波数の計測を開始する。
【００４９】
演算回路４は、ＡＤＣ３が出力した線間電圧Ｖａｂからこの実効値Ｖｒｍｓを算出する（Ｓ１１）。
【００５０】
続いて、演算回路４は、実効値Ｖｒｍｓが、周波数計測装置１の最小動作電圧である４０Ｖ以上であるか否かを確認する（Ｓ１２）。
【００５１】
演算回路４は、実効値Ｖｒｍｓが４０Ｖ未満の場合には（Ｓ１２：Ｎ）、電力系統の交流電圧が異常な値になっている旨の信号を出力して、出力端子９に接続された表示器にその旨を表示させる（Ｓ１３）。そして、処理を終了する。
【００５２】
演算回路４は、実効値Ｖｒｍｓが４０Ｖ以上の場合には（Ｓ１２：Ｙ）、続いて、閾値設定回路５に設定した閾値が、線間電圧Ｖａｂの最大値Ｖｍ以上になっていないかを確認する（Ｓ１４）。演算回路４は、閾値が最大値Ｖｍ以上の場合には（Ｓ１４：Ｎ）、上記初期設定の処理で説明した閾値設定方法により閾値を再度算出する。そして、閾値設定回路５を介して波形整形回路６に閾値を再設定して（Ｓ１５）、ステップＳ１６の処理を行う。一方、演算回路４は、閾値が最大値Ｖｍ未満であれば（Ｓ１４：Ｙ）、続いてステップＳ１６の処理を行う。
【００５３】
図４（Ｂ），図４（Ｃ）に示すように、波形整形回路６は、入力信号である合成波Ｇ１３から閾値Ｓ以上の信号ＰＵ１を抽出する。そして、波形整形回路６は、図４（Ｄ）に示すように、抽出した信号ＰＵ１をパルス信号（矩形波）Ｐ１に整形して測定回路７に出力する（Ｓ１６）。
【００５４】
測定回路７は、入力されたパルス信号（矩形波）Ｐ１の１周期間（あるパルスから次のパルスまでの間）において、発振器８が出力したクロックを計数して、クロックの計数結果を演算回路４に出力する（Ｓ１７）。
【００５５】
演算回路４は、測定回路７が出力したクロック数に基づいて、電力系統の交流電圧（基本波）の周波数Ｆを算出する（Ｓ１８）。
【００５６】
例えば、発振器８のクロックが２５０ｋＨｚの場合、発振器８のクロックの１周期は４μｓである。測定回路７が計数したクロック数が５０００カウントの場合には、
周波数Ｆ＝１／（５０００カウント×４μｓ）＝１／２０ｍｓ＝５０Ｈｚ
である。
【００５７】
なお、ピーク信号ＰＵ１をパルス信号Ｐ１に整形せずに、ピーク信号ＰＵ１の１周期間Ｔを測定してもよい。
【００５８】
演算回路４は、算出した周波数Ｆが、予め設定した周波数範囲内であるかを確認する（Ｓ１９）。電力系統の交流電圧の周波数Ｆが通常５０Ｈｚに保持されている場合、予め設定した周波数範囲としては、例えば４０Ｈｚ〜６０Ｈｚに設定する。
【００５９】
演算回路４は、算出した周波数Ｆが、予め設定した周波数範囲内であれば（Ｓ１９：Ｙ）、周波数Ｆに応じた信号を出力して、出力端子９に接続された表示器に周波数を表示させる（Ｓ２０）。そして、ステップＳ１１以降の処理を行う。
【００６０】
一方、演算回路４は、算出した周波数Ｆが、予め設定した周波数範囲から外れていれば（Ｓ１９：Ｎ）、周波数Ｆが周波数範囲外であるのが所定回数（例えば、５回）連続しているかを確認する（Ｓ２１）。演算回路４は、周波数Ｆが周波数範囲外である連続回数が所定回未満であれば、閾値を変更する（Ｓ２２）。すなわち、演算回路４は、電力系統の交流電圧の周波数が、周波数範囲よりも大きければ（例えば６０Ｈｚ超であれば）、閾値を大きな値に変更する。また、演算回路４は、電力系統の交流電圧の周波数が、周波数範囲よりも小さければ（例えば４０Ｈｚ未満であれば）、閾値を小さな値に変更する。なお、閾値の変更幅は予め設定しておけばよい。
【００６１】
また、このときには、演算回路４は、直前に測定した周波数をに応じた信号を出力する（Ｓ２３）。そして、ステップＳ１１以降の処理を行う。
【００６２】
一方、演算回路４は、ステップＳ２１において、周波数Ｆが周波数範囲外である連続回数が所定回であれば、線間電圧Ｖａｂの周波数Ｆが異常な値になっている旨の信号を出力して、出力端子９に接続された表示器にその旨を表示させる（Ｓ２４）。このとき、表示器に周波数Ｆも合わせて表示させてもよい。そして、処理を終了する。
【００６３】
なお、上記の説明において、周波数範囲の設定や周波数を連続的に確認する回数は、周波数計測装置１の用途や測定対象に応じて設定する。
【００６４】
次に、周波数計測装置の別の構成を説明する。図５（Ａ）は、図２に示した周波数計測装置にフィルタを追加した構成を示すブロック図である。図５（Ｂ）は、２つの閾値を設定する構成を備えた周波数計測装置のブロック図である。
【００６５】
図５（Ａ）に示すように、周波数計測装置１Ｂは、図２に示した周波数計測装置１の構成に加えて、入力端子２と波形整形回路６の間にフィルタ回路１０を備えている。周波数計測装置１と同じ要素には同じ符号を付している。フィルタ回路１０は、外来ノイズや高調波等のノイズを減衰（減衰）させるローパスフィルタやノッチフィルタである。
【００６６】
周波数計測装置１Ｂでは、ノイズを減衰させるフィルタを入力端子２に設けることで、電力系統の交流電圧に、外来ノイズが重畳しても、外来ノイズを減衰させることができる。これにより、合成波において、外来ノイズが重畳した部分が最大のピークになることがなく、電力系統の交流電圧の周波数を精度良く測定できる。
【００６７】
また、基本波に次数の異なる複数の高調波が重畳すると、合成波の最大ピークと２番目に大きなピークの差が僅かになることがあるが、フィルタ回路１０を設けることで、ある次数以上の高調波を減衰したり、特定の次数の高調波を減衰したりすることができる。これにより、合成波から最大のピークを抽出できるので、電力系統の交流電圧の周波数の測定精度を高めることができる。
【００６８】
なお、フィルタ回路１０の遮断周波数は、周波数計測装置１Ｂの用途や測定対象に応じて設定する。
【００６９】
また、合成波の最大ピークと２番目に大きなピークの差が所定電圧以下（例えば、電圧差が５Ｖ以下）の場合には、２つのピークの差がなくなるように波形を鈍らせる特性のフィルタ回路１０を設けるか、または、合成波の最大ピークと２番目に大きなピークの差がなくなるように、波形整形回路６において入力波形を整形するようにすることが可能である。このようにすることで、合成波の最大ピークを確実に抽出できる。
【００７０】
次に、図５（Ｂ）に示す周波数計測装置１Ｃは、図２に示した周波数計測装置１の構成に、さらに別の閾値を設定できるように、閾値設定回路５Ｂ及び波形整形回路６Ｂを備えている。閾値設定回路５Ｂは閾値設定回路５と同様に動作し、波形整形回路６Ｂは、波形整形回路６と同様に動作する。
【００７１】
周波数計測装置１Ｃでは、演算回路４Ｂは、ＡＤＣ３が出力した電力系統の交流電圧（入力信号）に基づいて、閾値設定回路５と閾値設定回路５Ｂに異なる閾値を設定するように制御信号を出力する。
【００７２】
例えば、演算回路４Ｂは、閾値設定回路５を介して波形整形回路６に、周波数計測装置１と同様に入力信号から最大のピークを抽出できるように第１の閾値を設定する。一方、演算回路４Ｂは、閾値設定回路５Ｂを介して、波形整形回路６Ｂに、閾値設定回路５に設定する閾値よりも大きな値（または小さな値）を第２の閾値として設定する。
【００７３】
このように２つの閾値を設定すると、波形整形回路６は、入力端子２から入力された入力信号から第１の閾値以上の第１信号を抽出して測定回路７Ｂに出力する。一方、波形整形回路６Ｂは、入力端子２から入力された入力信号から第２の閾値以上の第２信号を抽出して測定回路７Ｂに出力する。
【００７４】
測定回路７Ｂは、第１信号の周期と第２信号の周期とを測定して、第１信号の周期と第２信号の周期を演算回路４Ｂに出力する。演算回路４Ｂは、測定回路７Ｂが出力した第１信号の周期と、第２信号の周期について、予め設定した基準周期範囲内であるかを確認し、この基準範囲内である周期の信号を選択する。そして、選択した信号基づいて周波数を求める。
【００７５】
周波数の測定中にさらに別のノイズが重畳した場合には、入力信号における最大のピークレベルがさらに大きくなることがある。このような場合に、閾値設定回路５に設定する第１の閾値よりも大きな値を第２閾値として設定しておくことで、第１閾値を変更することなく、電力系統の交流電圧の周波数を誤って測定しまうのを防止できる。
【００７６】
また、周波数の測定中に急な負荷変動や事故の発生により電力系統の交流電圧が低下した場合には、入力信号における最大のピークレベルが小さくなることがある。このような場合に、閾値設定回路５に設定する第１閾値よりも小さな値を第２閾値として設定しておくことで、電力系統の交流電圧の周波数の測定精度を高めることができる。
【００７７】
なお、図５（Ｂ）には、２つの異なる閾値を設定した場合を示したがこれに限らず、さらに複数の閾値を設定するように構成してもよい。
【００７８】
このように複数の閾値を設定することで、測定対象信号の周波数をより正確に測定できる。
【符号の説明】
【００７９】
１，１Ｂ，１Ｃ…周波数計測装置 ２…入力端子 ３…ＡＤＣ（Ａ／Ｄコンバータ） ４，４Ｂ…演算回路 ５，５Ｂ…閾値設定回路 ６，６Ｂ…波形整形回路 ７，７Ｂ…測定回路 ８…発振器 ９…出力端子 １０…フィルタ回路
【技術分野】
【０００１】
この発明は、測定対象信号の周波数を計測する周波数計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象信号の周波数を計測できる周波数計測装置が開示されている（特許文献１参照。）。この周波数計測装置は、測定対象信号を波形整形回路でパルス状に整形してカウンタに入力し、カウンタでパルスの１周期間（あるパルスから次のパルスまでの間）におけるクロック数をカウントし、このクロック数に基づいて周波数を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１１５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１（Ａ）は、電力系統の交流電圧（基本波）と、基本波の９０％の大きさの第３調波の波形図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した基本波と第３調波の合成波の波形図である。図１（Ｃ）は、従来の周波数計測装置の波形整形回路において、図１（Ｂ）に示した合成波が入力されたときの出力波形図である。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の周波数計測装置では、周波数測定対象信号にノイズが重畳すると、周波数測定対象信号の周波数を正確に測定できないという問題があった。例えば、図１（Ａ）に示すように、電力系統の交流電圧Ｖ１の周波数を測定する場合、交流電圧（基本波）Ｖ１にノイズである第３調波（基本波の９０％の大きさ）Ｖ３が重畳すると、図１（Ｂ）に示すように、合成波Ｇ１３は、基本波Ｖ１と異なり複数の山と谷を有する歪んだ波形になる。特許文献１に記載の周波数計測装置は、入力信号が合成波Ｇ１３のときには、図１（Ｃ）に示すパルス状の波形Ｋ１３を、ゼロクロス点を基準として整形する。この整形された波形Ｋ１３の１周期間は、電力系統の交流電圧（基本波）Ｖ１の１周期間Ｔよりも短いので、特許文献１に記載の周波数計測装置は、電力系統の周波数（５０Ｈｚ）よりも高い周波数を出力してしまう。
【０００６】
そこで、この発明は、測定対象信号にノイズが重畳していても、測定対象信号の周波数を精度良く測定できる周波数計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の周波数計測装置は、上記課題を解決し、その目的を達するために、以下のように構成している。
【０００８】
周波数計測装置は、閾値設定手段と、抽出手段と、測定手段と、演算手段を備えている。閾値設定手段は、交流信号にノイズが重畳した入力信号から、このノイズの大きさに応じた閾値を設定する。交流信号にノイズが重畳した歪んだ入力信号であっても、交流信号の周波数を測定できる値に閾値を設定するには、一定期間、つまり、交流信号の一周期における入力信号の最大のピークを抽出できる値に閾値を設定すると、ノイズの影響を受けることなく、測定対象信号の周波数を測定できる。閾値設定手段は、測定対象信号に重畳するノイズレベルが予め想定される場合には、ノイズの大きさに応じた閾値を設定する。
【０００９】
抽出手段は、閾値設定手段が設定した閾値以上の信号を入力信号から抽出する。抽出された信号は、ノイズの影響のない信号となる。測定手段は、抽出手段が抽出した信号の周期を測定する。演算手段は、測定手段が測定した周期に基づいて、入力信号の周波数を求める。
【００１０】
したがって、周波数計測装置では、入力信号に高調波や外来ノイズなどのノイズが重畳していても、その影響が小さい、歪みの少ない部分を抽出するので、測定対象信号の周波数を精度良く測定できる。
【００１１】
また、閾値設定手段は、入力信号に含まれるノイズの大きさをフーリエ変換により算出する。入力信号に対してフーリエ変換を行うことで、ノイズの周波数やレベルがわかるので、これらに基づいて最大のピークを抽出する閾値を容易に設定できる。
【００１２】
また、閾値設定手段は、入力信号の複数の周期的なピークのうち、最大のピークと２番目に大きなピークの間に閾値に設定する。このような値に閾値を設定することで、入力信号から最大のピークを抽出できる。
【００１３】
また、周波数計測装置はフィルタ手段を備えている。フィルタ手段は、入力信号に含まれるノイズを減衰させて、その信号を閾値設定手段及び抽出手段に出力する。周波数の測定対象信号に異なる次数の高調波が複数重畳したり外来ノイズが重畳したりすると、入力信号（合成波）の最大ピークと２番目に大きなピークの差が僅かになったり、ノイズが重畳した部分が最大のピークになったりすることがある。しかし、フィルタ手段を設けることで、ある次数以上の高調波や特定の次数の高調波を減衰させたり、外来ノイズを減衰させたりすることができる。これにより、入力信号（合成波）から最大のピークを抽出できるので、測定対象信号の周波数の測定精度を向上できる。
【００１４】
さらに、閾値設定手段は、入力信号に基づいて設定する閾値である第１の閾値に加えて、この第１の閾値と異なる第２の閾値を設定する。抽出手段は、第１の閾値以上の第１信号と、第２の閾値以上の第２信号と、を入力信号から抽出する。測定手段は、第１信号の周期と第２信号の周期とを測定する。演算手段は、第１信号の周期または第２信号の周期のうち、予め設定した基準周期範囲内の信号について周波数を求める。第２の閾値としては、第１の閾値よりも大きな値、または第１の閾値よりも小さな値を設定することができ、検出する内容により設定するとよい。すなわち、閾値設定手段に、第１の閾値よりも大きな値を第２閾値として設定した場合には、別のノイズがさらに重畳したり急な負荷変動が発生したりして測定対象信号のレベルが上昇した場合でも、電力系統の交流電圧の周波数を誤って測定しまうのを防止できる。また、閾値設定手段に、第１閾値よりも小さな値を第２閾値として設定した場合には、急な負荷変動や事故の発生により測定対象信号のレベルが低下した場合でも、電力系統の交流電圧の周波数の測定精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、測定対象信号にノイズが重畳していても、測定対象信号の周波数を精度良く測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（Ａ）は、電力系統の交流電圧（基本波）と、基本波の９０％の大きさの第３調波の波形図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した基本波と第３調波の合成波の波形図である。図１（Ｃ）は、従来の周波数計測装置の波形整形回路において、図１（Ｂ）に示した合成波が入力されたときの出力波形図である。
【図２】本発明の実施形態に係る周波数計測装置のブロック図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明の実施形態に係る周波数計測装置の初期設定の動作を説明するためのフローチャートである。図３（Ｂ）は、本発明の実施形態に係る周波数計測装置の周波数測定の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】図４（Ａ）は、電力系統の交流電圧（基本波）と第３調波の波形図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示した基本波と第３調波の合成波と閾値を示す波形図である。図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）に示した合成波から閾値以上の部分を抽出した抽出波形の波形図である。図４（Ｄ）は、図４（Ｃ）に示した抽出波形を整形した波形図である。
【図５】図５（Ａ）は、図２に示した周波数計測装置にフィルタを追加した構成を示すブロック図である。図５（Ｂ）は、２つの閾値を設定する構成を備えた周波数計測装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明の実施形態について、周波数計測装置で電力系統の交流電圧の周波数を測定する場合を例に挙げて説明する。
【００１８】
図２は、本発明の実施形態に係る周波数計測装置のブロック図である。
【００１９】
周波数計測装置１は、入力端子２と、Ａ／Ｄコンバータ（以下、ＡＤＣと称する。）３と、演算回路４と、閾値設定回路５と、波形整形回路６と、測定回路７と、発振器８と、出力端子９を備えている。
【００２０】
入力端子２には、測定対象信号である電力系統の交流電圧にノイズが重畳した線間電圧Ｖａｂが入力信号として入力する。
【００２１】
周波数計測装置１は、入力端子２から入力されたアナログ入力信号を、ＡＤＣ３でデジタル入力信号に変換して、演算回路４に出力する。なお、演算回路４が、アナログ入力信号を処理可能な場合には、ＡＤＣ３は不要である。
【００２２】
演算回路４は、ＡＤＣ３が出力したデジタル入力信号に基づいて閾値を算出する。この閾値は、入力信号から閾値以上の信号を抽出するためのものである。そして、演算回路４は、閾値設定回路５に制御信号を出力して、算出した閾値を設定する。
【００２３】
閾値設定回路５は、演算回路４により設定された閾値を波形整形回路６に出力する。
【００２４】
波形整形回路６は、抽出手段に相当し、入力端子２から入力された入力信号を、閾値設定回路５が出力した閾値に基づいて整形する。具体的には、波形整形回路６は、入力信号から閾値以上の信号を抽出し、抽出した信号をパルス状（矩形波状）に整形し、この整形信号を測定回路７に出力する。
【００２５】
測定回路７は、波形整形回路６が出力した整形信号の周期を測定する。具体的には、測定回路７は、波形整形回路６が出力した整形信号の１周期間（あるパルスから次のパルスまでの期間）において、発振器８が出力したクロックを計数する。そして、測定回路７は、クロックの計数結果を演算回路４に出力する。
【００２６】
演算回路４は、測定回路７が出力したクロックの計数結果に基づいて、周波数を算出して周波数を出力する。演算回路４が算出した周波数が、測定対象信号の周波数である。
【００２７】
出力端子９には、演算回路４が出力した周波数や警報などを表示する表示器を接続する。
【００２８】
なお、出力端子９には、表示器に代えて、周波数や警報を音声で報知するスピーカを接続することも可能である。また、電力系統と接続機器の間にスイッチを設けておき、このスイッチを出力端子９に接続し、周波数の測定結果に応じてスイッチの開閉を制御するように構成することも可能である。
【００２９】
次に、周波数計測装置１の動作を説明する。図３（Ａ）は、本発明の実施形態に係る周波数計測装置の初期設定の動作を説明するためのフローチャートである。図３（Ｂ）は、本発明の実施形態に係る周波数計測装置の周波数測定の動作を説明するためのフローチャートである。図４（Ａ）は、電力系統の交流電圧（基本波）と第３調波の波形図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示した基本波と第３調波の合成波と閾値を示す波形図である。図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）に示した合成波から閾値以上の部分を抽出した抽出波形の波形図である。図４（Ｄ）は、図４（Ｃ）に示した抽出波形を整形した波形図である。
【００３０】
以下の説明では、周波数計測装置１の入力端子２には、不図示のＶＴ（計器用変圧器）を介して線間電圧Ｖａｂが入力（印加）されるものとする。また、電力系統が正常な状態のときの交流電圧波形（基本波）は正弦波（周波数Ｆ＝５０Ｈｚ）で、線間電圧Ｖａｂの実効値Ｖｒｍｓを１００Ｖ、最大値Ｖｍを１４１Ｖとする。
【００３１】
周波数計測装置１は、不図示の電源スイッチが操作されて電源が投入されると、まず、初期設定を行う。演算回路４には、入力端子２からＡＤＣ３を介して線間電圧Ｖａｂが入力される（Ｓ１）。線間電圧Ｖａｂには、電力系統の交流電圧（基本波）に、ノイズとして高調波が重畳している。
【００３２】
演算回路４は、線間電圧Ｖａｂの実効値Ｖｒｍｓが周波数計測装置１の最小動作電圧（例えば４０Ｖ）以上であるか否かを確認する（Ｓ２）。演算回路４は、実効値Ｖｒｍｓが最小動作電圧未満の場合には（Ｓ２：Ｎ）、実効値Ｖｒｍｓが最小動作電圧未満になっている旨の信号を出力して、出力端子９に接続された表示器にその旨を表示させる（Ｓ３）。そして処理を終了する。
【００３３】
演算回路４は、実効値Ｖｒｍｓが最小動作電圧以上の場合には（Ｓ２：Ｙ）、入力信号に基づいて閾値を算出する（Ｓ４）。閾値の算出方法は以下のとおりである。
【００３４】
図４（Ａ）に示す電力系統の交流電圧（基本波）Ｖ１に、ノイズとして基本波の９０％の大きさの第３調波（高調波）Ｖ３が重畳すると、両波の合成波Ｇ１３は、図４（Ｂ）に示す波形になる。合成波Ｇ１３は、基本波と異なり複数の山と谷を有する歪んだ波形であるが、基本波と同じ周期である。そこで、本発明では、合成波Ｇ１３において、高調波の影響が少なく、周期毎に現れる特徴的な部分を１カ所抽出して、抽出した部分の周期を測定することで、測定対象である電力系統の交流電圧（基本波）の周波数を測定する。具体的には、合成波Ｇ１３の特徴的な部分として、合成波Ｇ１３において周期的に現れる最大のピークＰＫ１だけを抽出できるように閾値を設定する。
【００３５】
閾値の設定は、演算回路４において、以下に説明する方法のいずれかを用いるように設定する。
【００３６】
１．入力信号に含まれるノイズの大きさを想定して閾値を設定
入力信号に対するノイズのおよその大きさが予め想定できる場合には、想定したノイズの大きさに応じて閾値を設定するとよい。
【００３７】
ノイズが高調波の場合、一般的に、基本波以上の大きさにはならないので、例えば入力信号（合成波）である線間電圧Ｖａｂの最大値Ｖｍ（＝√２Ｖｒｍｓ）の９５％程度の値を閾値として設定すると、入力信号における最大のピークを抽出できる。この場合、閾値Ｓ１を算出する式は、
閾値Ｓ１＝√２Ｖｒｍｓ×（９５％）
となる。
【００３８】
電力系統に重畳している高調波の大きさが、基本波の３０％程度（最大で５０％程度）と想定される場合には、例えば入力信号（合成波）である線間電圧Ｖａｂの最大値Ｖｍの５０％程度の値を閾値として設定すると、入力信号における最大のピークを抽出できる。この場合、閾値Ｓ２を算出する式は、
閾値Ｓ２＝√２Ｖｒｍｓ×（５０％）
となる。
【００３９】
２．入力信号に含まれるノイズの大きさを算出して閾値を設定
入力信号に対するノイズの大きさが予め想定できない場合には、ノイズの大きさを実際に測定するか、または演算により求めて、得られたノイズの大きさに応じて閾値を設定する。
【００４０】
例えば、電力系統には、一般的に３次、５次、７次、９次、１１次、１３次…の各高調波が重畳しているので、入力信号に含まれる基本波及び各次の高調波電圧をフーリエ変換（例えばＦＦＴ）等により求める。入力信号に対してフーリエ変換を行うことで、ノイズ（例えば、各次数の高調波）の周波数やレベルがわかる。そして、電力系統の交流電圧（基本波）に重畳している高調波の比率（例えば、総合電圧ひずみ率）を求めて、線間電圧Ｖａｂの最大値Ｖｍと、総合電圧ひずみ率と、の積を求めることで閾値Ｓ３が得られる。この場合、閾値Ｓ３を算出する式は、
閾値Ｓ３＝√２Ｖｒｍｓ×（総合電圧ひずみ率）
総合電圧ひずみ率（％）＝高調波電圧の実効値／基本波電圧（Ｖ１）×１００
となる。
【００４１】
３．最大のピークと２番目に大きなピークの間に閾値を設定
入力信号に対するノイズの大きさが予め想定できない場合には、入力信号とノイズの合成波の大きさを実際に測定して閾値を設定して、最大のピークを抽出する。合成波Ｇ１３において周期的に現れる最大のピークＰＫ１を抽出するには、一定期間（合成波Ｇ１３の１周期間）Ｔにおける最大のピークＰＫ１と２番目に大きなピークＰＫ２の間に閾値Ｓ４を設定して、閾値Ｓ４以上の信号波形を抽出するように設定する。最大のピークＰＫ１の電圧と２番目に大きなピークＰＫ２の電圧は、入力電圧を複数周期間、連続的に測定することで検出できるので、検出結果に基づいて閾値Ｓ４を設定する。例えば、図４（Ｂ）に示す合成波Ｇ１３においては、最大のピークＰＫ１の電圧が２４５Ｖ、２番目に大きなピークＰＫ２の電圧が１２０Ｖなので、１２０Ｖ＜閾値Ｓ４＜２４５Ｖに設定する。
【００４２】
なお、上記１，２の方法では、周波数計測装置１は、初期設定時にノイズ測定（演算）を行うとよい。
【００４３】
上記のように閾値を設定する際には、ある程度マージンを持たせることで、ノイズの影響をより受けにくくなる。
【００４４】
例えば、上記の閾値Ｓ１の場合、線間電圧Ｖａｂの最大値の９５％〜１００％未満の値を閾値する。
【００４５】
上記の閾値Ｓ２の場合、線間電圧Ｖａｂの最大値の９５％程度までの値を閾値として設定する。
【００４６】
上記の閾値Ｓ３の場合、線間電圧Ｖａｂの最大値Ｖｍと総合電圧ひずみ率の積に１．２倍程度までマージンを持たせる。すなわち、
閾値Ｓ３＝√２Ｖａｂ×（総合電圧ひずみ率）×１．２
にする。
【００４７】
演算回路４は、ステップＳ４において、上記のような方法により閾値を算出すると、閾値設定回路５に制御信号を出力して、閾値設定回路５が波形整形回路６に出力する閾値を設定する（Ｓ５）。
【００４８】
周波数計測装置１は、以上で初期設定を終了し、周波数の計測を開始する。
【００４９】
演算回路４は、ＡＤＣ３が出力した線間電圧Ｖａｂからこの実効値Ｖｒｍｓを算出する（Ｓ１１）。
【００５０】
続いて、演算回路４は、実効値Ｖｒｍｓが、周波数計測装置１の最小動作電圧である４０Ｖ以上であるか否かを確認する（Ｓ１２）。
【００５１】
演算回路４は、実効値Ｖｒｍｓが４０Ｖ未満の場合には（Ｓ１２：Ｎ）、電力系統の交流電圧が異常な値になっている旨の信号を出力して、出力端子９に接続された表示器にその旨を表示させる（Ｓ１３）。そして、処理を終了する。
【００５２】
演算回路４は、実効値Ｖｒｍｓが４０Ｖ以上の場合には（Ｓ１２：Ｙ）、続いて、閾値設定回路５に設定した閾値が、線間電圧Ｖａｂの最大値Ｖｍ以上になっていないかを確認する（Ｓ１４）。演算回路４は、閾値が最大値Ｖｍ以上の場合には（Ｓ１４：Ｎ）、上記初期設定の処理で説明した閾値設定方法により閾値を再度算出する。そして、閾値設定回路５を介して波形整形回路６に閾値を再設定して（Ｓ１５）、ステップＳ１６の処理を行う。一方、演算回路４は、閾値が最大値Ｖｍ未満であれば（Ｓ１４：Ｙ）、続いてステップＳ１６の処理を行う。
【００５３】
図４（Ｂ），図４（Ｃ）に示すように、波形整形回路６は、入力信号である合成波Ｇ１３から閾値Ｓ以上の信号ＰＵ１を抽出する。そして、波形整形回路６は、図４（Ｄ）に示すように、抽出した信号ＰＵ１をパルス信号（矩形波）Ｐ１に整形して測定回路７に出力する（Ｓ１６）。
【００５４】
測定回路７は、入力されたパルス信号（矩形波）Ｐ１の１周期間（あるパルスから次のパルスまでの間）において、発振器８が出力したクロックを計数して、クロックの計数結果を演算回路４に出力する（Ｓ１７）。
【００５５】
演算回路４は、測定回路７が出力したクロック数に基づいて、電力系統の交流電圧（基本波）の周波数Ｆを算出する（Ｓ１８）。
【００５６】
例えば、発振器８のクロックが２５０ｋＨｚの場合、発振器８のクロックの１周期は４μｓである。測定回路７が計数したクロック数が５０００カウントの場合には、
周波数Ｆ＝１／（５０００カウント×４μｓ）＝１／２０ｍｓ＝５０Ｈｚ
である。
【００５７】
なお、ピーク信号ＰＵ１をパルス信号Ｐ１に整形せずに、ピーク信号ＰＵ１の１周期間Ｔを測定してもよい。
【００５８】
演算回路４は、算出した周波数Ｆが、予め設定した周波数範囲内であるかを確認する（Ｓ１９）。電力系統の交流電圧の周波数Ｆが通常５０Ｈｚに保持されている場合、予め設定した周波数範囲としては、例えば４０Ｈｚ〜６０Ｈｚに設定する。
【００５９】
演算回路４は、算出した周波数Ｆが、予め設定した周波数範囲内であれば（Ｓ１９：Ｙ）、周波数Ｆに応じた信号を出力して、出力端子９に接続された表示器に周波数を表示させる（Ｓ２０）。そして、ステップＳ１１以降の処理を行う。
【００６０】
一方、演算回路４は、算出した周波数Ｆが、予め設定した周波数範囲から外れていれば（Ｓ１９：Ｎ）、周波数Ｆが周波数範囲外であるのが所定回数（例えば、５回）連続しているかを確認する（Ｓ２１）。演算回路４は、周波数Ｆが周波数範囲外である連続回数が所定回未満であれば、閾値を変更する（Ｓ２２）。すなわち、演算回路４は、電力系統の交流電圧の周波数が、周波数範囲よりも大きければ（例えば６０Ｈｚ超であれば）、閾値を大きな値に変更する。また、演算回路４は、電力系統の交流電圧の周波数が、周波数範囲よりも小さければ（例えば４０Ｈｚ未満であれば）、閾値を小さな値に変更する。なお、閾値の変更幅は予め設定しておけばよい。
【００６１】
また、このときには、演算回路４は、直前に測定した周波数をに応じた信号を出力する（Ｓ２３）。そして、ステップＳ１１以降の処理を行う。
【００６２】
一方、演算回路４は、ステップＳ２１において、周波数Ｆが周波数範囲外である連続回数が所定回であれば、線間電圧Ｖａｂの周波数Ｆが異常な値になっている旨の信号を出力して、出力端子９に接続された表示器にその旨を表示させる（Ｓ２４）。このとき、表示器に周波数Ｆも合わせて表示させてもよい。そして、処理を終了する。
【００６３】
なお、上記の説明において、周波数範囲の設定や周波数を連続的に確認する回数は、周波数計測装置１の用途や測定対象に応じて設定する。
【００６４】
次に、周波数計測装置の別の構成を説明する。図５（Ａ）は、図２に示した周波数計測装置にフィルタを追加した構成を示すブロック図である。図５（Ｂ）は、２つの閾値を設定する構成を備えた周波数計測装置のブロック図である。
【００６５】
図５（Ａ）に示すように、周波数計測装置１Ｂは、図２に示した周波数計測装置１の構成に加えて、入力端子２と波形整形回路６の間にフィルタ回路１０を備えている。周波数計測装置１と同じ要素には同じ符号を付している。フィルタ回路１０は、外来ノイズや高調波等のノイズを減衰（減衰）させるローパスフィルタやノッチフィルタである。
【００６６】
周波数計測装置１Ｂでは、ノイズを減衰させるフィルタを入力端子２に設けることで、電力系統の交流電圧に、外来ノイズが重畳しても、外来ノイズを減衰させることができる。これにより、合成波において、外来ノイズが重畳した部分が最大のピークになることがなく、電力系統の交流電圧の周波数を精度良く測定できる。
【００６７】
また、基本波に次数の異なる複数の高調波が重畳すると、合成波の最大ピークと２番目に大きなピークの差が僅かになることがあるが、フィルタ回路１０を設けることで、ある次数以上の高調波を減衰したり、特定の次数の高調波を減衰したりすることができる。これにより、合成波から最大のピークを抽出できるので、電力系統の交流電圧の周波数の測定精度を高めることができる。
【００６８】
なお、フィルタ回路１０の遮断周波数は、周波数計測装置１Ｂの用途や測定対象に応じて設定する。
【００６９】
また、合成波の最大ピークと２番目に大きなピークの差が所定電圧以下（例えば、電圧差が５Ｖ以下）の場合には、２つのピークの差がなくなるように波形を鈍らせる特性のフィルタ回路１０を設けるか、または、合成波の最大ピークと２番目に大きなピークの差がなくなるように、波形整形回路６において入力波形を整形するようにすることが可能である。このようにすることで、合成波の最大ピークを確実に抽出できる。
【００７０】
次に、図５（Ｂ）に示す周波数計測装置１Ｃは、図２に示した周波数計測装置１の構成に、さらに別の閾値を設定できるように、閾値設定回路５Ｂ及び波形整形回路６Ｂを備えている。閾値設定回路５Ｂは閾値設定回路５と同様に動作し、波形整形回路６Ｂは、波形整形回路６と同様に動作する。
【００７１】
周波数計測装置１Ｃでは、演算回路４Ｂは、ＡＤＣ３が出力した電力系統の交流電圧（入力信号）に基づいて、閾値設定回路５と閾値設定回路５Ｂに異なる閾値を設定するように制御信号を出力する。
【００７２】
例えば、演算回路４Ｂは、閾値設定回路５を介して波形整形回路６に、周波数計測装置１と同様に入力信号から最大のピークを抽出できるように第１の閾値を設定する。一方、演算回路４Ｂは、閾値設定回路５Ｂを介して、波形整形回路６Ｂに、閾値設定回路５に設定する閾値よりも大きな値（または小さな値）を第２の閾値として設定する。
【００７３】
このように２つの閾値を設定すると、波形整形回路６は、入力端子２から入力された入力信号から第１の閾値以上の第１信号を抽出して測定回路７Ｂに出力する。一方、波形整形回路６Ｂは、入力端子２から入力された入力信号から第２の閾値以上の第２信号を抽出して測定回路７Ｂに出力する。
【００７４】
測定回路７Ｂは、第１信号の周期と第２信号の周期とを測定して、第１信号の周期と第２信号の周期を演算回路４Ｂに出力する。演算回路４Ｂは、測定回路７Ｂが出力した第１信号の周期と、第２信号の周期について、予め設定した基準周期範囲内であるかを確認し、この基準範囲内である周期の信号を選択する。そして、選択した信号基づいて周波数を求める。
【００７５】
周波数の測定中にさらに別のノイズが重畳した場合には、入力信号における最大のピークレベルがさらに大きくなることがある。このような場合に、閾値設定回路５に設定する第１の閾値よりも大きな値を第２閾値として設定しておくことで、第１閾値を変更することなく、電力系統の交流電圧の周波数を誤って測定しまうのを防止できる。
【００７６】
また、周波数の測定中に急な負荷変動や事故の発生により電力系統の交流電圧が低下した場合には、入力信号における最大のピークレベルが小さくなることがある。このような場合に、閾値設定回路５に設定する第１閾値よりも小さな値を第２閾値として設定しておくことで、電力系統の交流電圧の周波数の測定精度を高めることができる。
【００７７】
なお、図５（Ｂ）には、２つの異なる閾値を設定した場合を示したがこれに限らず、さらに複数の閾値を設定するように構成してもよい。
【００７８】
このように複数の閾値を設定することで、測定対象信号の周波数をより正確に測定できる。
【符号の説明】
【００７９】
１，１Ｂ，１Ｃ…周波数計測装置 ２…入力端子 ３…ＡＤＣ（Ａ／Ｄコンバータ） ４，４Ｂ…演算回路 ５，５Ｂ…閾値設定回路 ６，６Ｂ…波形整形回路 ７，７Ｂ…測定回路 ８…発振器 ９…出力端子 １０…フィルタ回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数の測定対象信号である交流信号にノイズが重畳した入力信号から、該ノイズの大きさに応じた閾値を設定する閾値設定手段と、
前記閾値設定手段が設定した閾値以上の信号を前記入力信号から抽出する抽出手段と、
前記抽出手段が抽出した信号の周期を測定する測定手段と、
前記測定手段が測定した周期に基づいて、前記交流信号の周波数を求める演算手段と、
を備えた周波数計測装置。
【請求項２】
前記閾値設定手段は、入力信号に含まれるノイズの大きさをフーリエ変換により算出する請求項１に記載の周波数計測装置。
【請求項３】
前記閾値設定手段は、一定期間における前記入力信号の最大のピークと２番目に大きなピークの間に閾値を設定する請求項１に記載の周波数計測装置。
【請求項４】
入力信号に含まれるノイズを減衰して、その信号を前記閾値設定手段及び前記抽出手段に出力するフィルタ手段を備えた、請求項１乃至３のいずれかに記載の周波数計測装置。
【請求項５】
前記閾値設定手段は、前記入力信号に基づいて設定する閾値である第１の閾値に加えて、この第１の閾値と異なる第２の閾値を設定し、
前記抽出手段は、前記第１の閾値以上の第１信号と、前記第２の閾値以上の第２信号と、を前記入力信号から抽出し、
前記測定手段は、前記第１信号の周期と前記第２信号の周期とを測定し、
前記演算手段は、前記第１信号の周期または前記第２信号の周期のうち、予め設定した基準周期範囲内の信号について周波数を求める、請求項１乃至４のいずれかに記載の周波数計測装置。
【請求項１】
周波数の測定対象信号である交流信号にノイズが重畳した入力信号から、該ノイズの大きさに応じた閾値を設定する閾値設定手段と、
前記閾値設定手段が設定した閾値以上の信号を前記入力信号から抽出する抽出手段と、
前記抽出手段が抽出した信号の周期を測定する測定手段と、
前記測定手段が測定した周期に基づいて、前記交流信号の周波数を求める演算手段と、
を備えた周波数計測装置。
【請求項２】
前記閾値設定手段は、入力信号に含まれるノイズの大きさをフーリエ変換により算出する請求項１に記載の周波数計測装置。
【請求項３】
前記閾値設定手段は、一定期間における前記入力信号の最大のピークと２番目に大きなピークの間に閾値を設定する請求項１に記載の周波数計測装置。
【請求項４】
入力信号に含まれるノイズを減衰して、その信号を前記閾値設定手段及び前記抽出手段に出力するフィルタ手段を備えた、請求項１乃至３のいずれかに記載の周波数計測装置。
【請求項５】
前記閾値設定手段は、前記入力信号に基づいて設定する閾値である第１の閾値に加えて、この第１の閾値と異なる第２の閾値を設定し、
前記抽出手段は、前記第１の閾値以上の第１信号と、前記第２の閾値以上の第２信号と、を前記入力信号から抽出し、
前記測定手段は、前記第１信号の周期と前記第２信号の周期とを測定し、
前記演算手段は、前記第１信号の周期または前記第２信号の周期のうち、予め設定した基準周期範囲内の信号について周波数を求める、請求項１乃至４のいずれかに記載の周波数計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１４５４２８（Ｐ２０１２−１４５４２８Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３６１５（Ｐ２０１１−３６１５）
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]