実効値測定装置
【課題】周波数が未知の測定対象信号について、より高精度で実効値を測定し得る実効値測定装置を提供する。
【解決手段】測定対象信号Ｓ１についての所定数ＮのサンプリングデータＤ１（データＤ２）に対して窓掛け処理を施して窓データＤ３として出力する窓掛け処理部１２と、窓データＤ３を二乗して二乗データＤ４として出力する二乗処理部１３と、所定数Ｎの二乗データＤ４を平均して平均データＤ６として出力する平均処理部１５と、平均データＤ６の平方根を算出して平方根データＤ７として出力する平方根算出部１６と、平方根データＤ７に対して窓掛け処理時の減衰分を補正して測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓとして出力する補正部１７とを備えている。
【解決手段】測定対象信号Ｓ１についての所定数ＮのサンプリングデータＤ１（データＤ２）に対して窓掛け処理を施して窓データＤ３として出力する窓掛け処理部１２と、窓データＤ３を二乗して二乗データＤ４として出力する二乗処理部１３と、所定数Ｎの二乗データＤ４を平均して平均データＤ６として出力する平均処理部１５と、平均データＤ６の平方根を算出して平方根データＤ７として出力する平方根算出部１６と、平方根データＤ７に対して窓掛け処理時の減衰分を補正して測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓとして出力する補正部１７とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象信号の実効値を測定する実効値測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の実効値測定装置として、下記の特許文献に記載されている実効値測定装置が知られている。この実効値測定装置は、測定対象信号のサンプリングデータを二乗する二乗回路と、二乗されたサンプリングデータに対してフィルタ処理するＲＭＳディジタルフィルタ（低域通過フィルタ）と、このフィルタ処理されたデータの平方根を算出して実効値として出力する平方根回路とを備えて、周期が未知の測定対象信号についてその周期を知ることなく実効値を測定可能に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２３２２５０号公報（第４−６頁、第６図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記の実効値測定装置には、以下のような解決すべき課題がある。すなわち、実効値の測定精度のさらなる向上が望まれてきているが、この従来の実効値測定装置における現在の測定精度ではこの要望に対応できないという解決すべき課題が存在している。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決すべくなされたものであり、周期が未知の測定対象信号について、より高精度で実効値を測定し得る実効値測定装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく請求項１記載の実効値測定装置は、測定対象信号についての所定数のサンプリングデータに対して窓掛け処理を施して窓データとして出力する窓掛け処理部と、前記窓データを二乗して二乗データとして出力する二乗処理部と、前記所定数の前記二乗データを平均して平均データとして出力する平均処理部と、前記平均データの平方根を算出して平方根データとして出力する平方根算出部と、前記平方根データに対して前記窓掛け処理時の減衰分を補正して前記測定対象信号の実効値として出力する補正部とを備えている。
【０００７】
また、請求項２記載の実効値測定装置は、測定対象信号についての所定数のサンプリングデータを二乗して二乗データとして出力する二乗処理部と、前記二乗データに対して窓掛け処理を施して窓データとして出力する窓掛け処理部と、前記所定数の前記窓データを平均して平均データとして出力する平均処理部と、前記平均データの平方根を算出して平方根データとして出力する平方根算出部と、前記平方根データに対して前記窓掛け処理時の減衰分を補正して前記測定対象信号の実効値として出力する補正部とを備えている。
【０００８】
また、請求項３記載の実効値測定装置は、請求項１または２記載の実効値測定装置において、設定されたサンプリング周期で前記測定対象信号をサンプリングして前記サンプリングデータを生成するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部によって生成された前記サンプリングデータから前記所定数の前記サンプリングデータを切り出す切り出し部と、前記サンプリング周期を設定するための設定データを入力するための操作部と、前記操作部に対する操作によって入力された前記設定データに基づいて、前記サンプリング周期を前記Ａ／Ｄ変換部に設定する制御部とを備えている。
【０００９】
また、請求項４記載の実効値測定装置は、請求項１または２記載の実効値測定装置において、設定されたサンプリング周期で前記測定対象信号をサンプリングして前記サンプリングデータを生成するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部によって生成された前記サンプリングデータから前記所定数の前記サンプリングデータを切り出す切り出し部と、前記補正部から出力される前記実効値のばらつきの程度に基づいて前記サンプリング周期を決定して前記Ａ／Ｄ変換部に設定する制御部とを備えている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の実効値測定装置では、測定対象信号についての所定数のサンプリングデータに対して窓掛け処理を実行して窓データとし、この窓データに対して、二乗処理、フィルタリング処理、平均処理および平方根処理という実効値算出のための基本的な処理を施した後、これら処理によって得られた平方根データに対して窓掛け処理時の減衰分を補正する処理を施して、測定対象信号の実効値を算出する。したがって、この実効値測定装置によれば、測定対象信号Ｓ１の周期が未知であることに起因して、測定対象信号Ｓ１の周期とサンプリング周期とが非同期であっても、窓掛け処理により、所定数のサンプリングデータに含まれる測定対象信号の位相が変動することに起因して発生する誤差を大幅に低減することができる。
【００１１】
請求項２記載の実効値測定装置によれば、請求項１記載の実効値測定装置と同様にして、測定対象信号Ｓ１の周期が未知であることに起因して、所定数のサンプリングデータに含まれる測定対象信号の波形が変動したとしても、所定数のサンプリングデータに含まれる測定対象信号の位相が変動することに起因して発生する誤差を窓掛け処理によって大幅に低減することができる。
【００１２】
また、請求項３記載の実効値測定装置では、操作部に対する操作によって入力された設定データに基づいて、制御部が、サンプリング周期をＡ／Ｄ変換部に設定する。したがって、この実効値測定装置によれば、操作部に対する操作により、Ａ／Ｄ変換部のサンプリング周期を変更することができる。したがって、表示部に表示されている測定対象信号の実効値がばらつくなどして、所定数のサンプリングデータに含まれる測定対象信号の波形数が少ないと判断したときには、Ａ／Ｄ変換部のサンプリング周期を長くして、含まれる測定対象信号の波形数を増加させることができ、これによって実効値の測定精度の低下を防止することができる。
【００１３】
また、請求項４記載の実効値測定装置では、補正部から出力される実効値のばらつきの程度に基づいて、制御部がサンプリング周期を決定してＡ／Ｄ変換部に設定する。したがって、この実効値測定装置によれば、測定対象信号の実効値がばらつくなどして、所定数のサンプリングデータに含まれる測定対象信号の波形数が少ないと制御部が判断したときには、制御部がＡ／Ｄ変換部のサンプリング周期を長くして、含まれる測定対象信号の波形数を自動的に増加させることができ、これによって実効値の測定精度の低下を自動的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実効値測定装置１，１Ａの構成図である。
【図２】実効値演算部３の構成図である。
【図３】実効値演算部３の窓掛け処理部１２による窓掛け処理を説明するための波形図である。
【図４】実効値演算部３の二乗処理部１３による二乗処理を説明するための波形図である。
【図５】実効値演算部３のＬＰＦ１４によるフィルタリング処理を説明するための波形図である。
【図６】実効値測定装置１，１Ａおよび従来の実効値測定装置で測定される実効値の誤差を示す説明図である。
【図７】実効値演算部３Ａの構成図である。
【図８】実効値演算部３Ａの二乗処理部１３による二乗処理を説明するための波形図である。
【図９】実効値演算部３ＡのＬＰＦ１４によるフィルタリング処理を説明するための波形図である。
【図１０】実効値演算部３Ａの窓掛け処理部１２による窓掛け処理を説明するための波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る実効値測定装置の実施の形態について説明する。
【００１６】
最初に、実効値測定装置１の構成について、図面を参照して説明する。
【００１７】
実効値測定装置１は、図１に示すように、Ａ／Ｄ変換部２、実効値演算部３、操作部４、制御部５および表示部６を備え、入力した測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓを測定可能に構成されている。
【００１８】
Ａ／Ｄ変換部２は、Ａ／Ｄ変換器およびサンプリングクロック生成部（いずれも図示せず）を備えている。この場合、サンプリングクロック生成部は、制御部５から周期データＤｔを入力して、この周期データＤｔで特定される周期でサンプリングクロックを生成する。つまり、サンプリングクロック生成部は、入力した周期データＤｔに応じてサンプリングクロックの周期を変更可能となっている。Ａ／Ｄ変換器は、サンプリングクロック生成部から出力されるサンプリングクロックに同期して、入力している測定対象信号Ｓ１をサンプリングしてその振幅を示すサンプリングデータＤ１を出力する。この構成により、Ａ／Ｄ変換部２は、周期（または周波数）および入力タイミングが未知の測定対象信号Ｓ１を、この測定対象信号Ｓ１とは非同期のサンプリングクロック（測定対象信号Ｓ１の周期に対して十分に早い周期のクロック）でサンプリングして、サンプリングデータＤ１を出力する。
【００１９】
実効値演算部３は、一例として、図２に示すように、データ切出し部１１、窓掛け処理部１２、二乗処理部１３、フィルタ処理部１４、平均処理部１５、平方根処理部１６および補正部１７を備え、入力したサンプリングデータＤ１に基づいて、測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓを算出して出力する。この場合、データ切出し部１１は、サンプリングデータＤ１を入力すると共に、制御部５から入力したデータＤｐで指定された所定数Ｎ（Ｎは整数）のサンプリングデータＤ１を切り出してデータＤ２として出力する。この場合、データ切出し部１１は、所定数ＮのサンプリングデータＤ１（データＤ２）を、直前に切り出した所定数ＮのサンプリングデータＤ１（データＤ２）と不連続な状態で切り出す構成でもよいし、連続状態で切り出す構成でもよい。本例では、データ切出し部１１は、一例として、連続状態でサンプリングデータＤ１（データＤ２）を切り出す。また、データＤｐで指定される所定数Ｎは、窓掛け処理部１２に予め記憶されている窓掛け処理のための補正データ数と一致するように規定されている。
【００２０】
窓掛け処理部１２は、入力したデータに対して予め記憶されている窓掛け処理のための所定数Ｎ（入力したデータと同数）の補正データＤｃ（図３参照）を用いて窓掛け処理を実行して、補正後のデータを窓データＤ３として出力する。本例では、窓掛け処理部１２は、データ切出し部１１から出力されるデータＤ２を入力すると共に、窓掛け処理のための補正データＤｃを用いて窓掛け処理を実行して、補正後のデータＤ２を窓データＤ３として出力する。この補正データＤｃとしては、Ｂｌａｃｋｍａｎ−Ｈａｒｒｉｓ窓関数や、Ｈａｎｎｉｎｇ窓関数等の公知の窓関数を用いて窓掛け処理するためのデータを用いている。二乗処理部１３は、窓データＤ３を二乗して、二乗データＤ４として出力する。フィルタ処理部１４は、ローパスフィルタ（例えばカットオフ周波数が数Ｈｚ〜百数十Ｈｚに規定されたフィルタ。以下、「ＬＰＦ１４」ともいう）で構成されている。ＬＰＦ１４は、例えば、ＩＩＲ（無限インパルス応答）フィルタや、ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタなどのディジタルフィルタで構成されて、入力したデータに対して、リップル成分を除去するフィルタリング処理を施して出力する。本例では、ＬＰＦ１４は、入力した二乗データＤ４に対してフィルタリング処理を施して、新たな二乗データＤ５として出力する。
【００２１】
平均処理部１５は、所定数Ｎのデータを入力してそれらの平均を算出し、出力する。本例では、平均処理部１５は、所定数Ｎの二乗データＤ５を入力してそれらの平均を算出し、平均データＤ６として出力する。なお、平均を算出する手法としては、入力した全データの総和を全データ数で除算する一般的な平均算出法を採用してもよいし、移動平均法を採用することもできる。平方根処理部１６は、開平器で構成されて、入力したデータの平方根を演算して出力する。本例では、平方根処理部１６は、平均データＤ６の平方根を演算して、平方根データＤ７として出力する。補正部１７は、入力したデータ（窓掛け処理したデータ）に対して、窓掛け処理時の減衰分を補正して（減衰前の状態に増幅する補正を行って）出力する。本例では、補正部１７は、平方根データＤ７に対して、窓掛け処理部１２での窓掛け処理時のデータ２（所定数ＮのサンプリングデータＤ１）に対する窓データＤ３の減衰分を補正して出力する。これにより、補正部１７から出力される補正後のデータは、測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓを示すデータとなる。
【００２２】
操作部４は、Ａ／Ｄ変換部２でのサンプリング周期を設定するための設定データＤｓを選択可能な選択スイッチ（不図示）を備え、選択スイッチに対する操作内容に応じた設定データＤｓを制御部５に出力する。制御部５は、ＣＰＵおよびメモリを備えて構成されて、入力した設定データＤｓに基づいてＡ／Ｄ変換部２に対するサンプリング周期設定処理を実行する。また、制御部５は、実効値演算部３において算出された実効値Ｄｒｍｓを表示部６に表示させる表示処理も実行する。表示部６は、例えば液晶ディスプレイなどのモニタ装置で構成されて、制御部５から出力された実効値Ｄｒｍｓを数値表示する。なお、表示部６は、モニタ装置に代えて、プリンタなどの印字装置で構成することもできる。
【００２３】
次いで、実効値測定装置１による測定対象信号Ｓ１についての実効値Ｄｒｍｓの測定動作について説明する。
【００２４】
実効値測定装置１では、動作状態において操作部４に対する操作が行われたときには、操作部４が、図１に示すように、操作内容に対応する設定データＤｓを制御部５に出力する。本例では、操作部４は、設定データＤｓとして、サンプリング周期を示す周期データＤｔを制御部５に出力する。制御部５は、周期データＤｔを入力して、この周期データＤｔをＡ／Ｄ変換部２に出力することにより（サンプリング周期設定処理を実行することにより）、Ａ／Ｄ変換部２でのサンプリング周期を設定する。これにより、Ａ／Ｄ変換部２が、設定されたサンプリング周期で測定対象信号Ｓ１のサンプリングを開始する。また、制御部５は、実効値演算部３のデータ切出し部１１に対してデータＤｐを出力することにより、切り出すサンプリングデータＤ１の数を所定数Ｎに設定する。これにより、Ａ／Ｄ変換部２から実効値演算部３へのサンプリングデータＤ１の出力が開始され、実効値演算部３が、このサンプリングデータＤ１に基づいて測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓの演算を開始する。
【００２５】
具体的には、実効値演算部３では、まず、データ切出し部１１が、図３に示すように、測定対象信号Ｓ１のサンプリングデータＤ１を所定数Ｎずつ切り出して（分割して）、データＤ２として順次出力する。この場合、切り出されたデータＤ２は、測定対象信号Ｓ１の分割波形Ｓ２についてのデータである。次いで、窓掛け処理部１２が、データ切出し部１１から出力されるデータＤ２（所定数ＮのサンプリングデータＤ１）を順次入力すると共に、窓掛け処理用の補正データＤｃを用いてデータＤ２に対して窓掛け処理を実行して、補正後のデータＤ２を窓データＤ３（波形Ｓ３を示すデータ）として出力する。なお、図３〜図５では、発明の理解を容易にするため、データＤ２の切り出し開始および切り出し終了の各タイミングが測定対象信号Ｓ１のゼロクロス点に同期（一致）した状態で示しているが、実際には、測定対象信号Ｓ１の周期は未知であって、Ａ／Ｄ変換部２のサンプリング周期と測定対象信号Ｓ１の周期とは非同期であるため、切り出しについての開始および終了の各タイミングは測定対象信号Ｓ１のゼロクロス点とは必ずしも一致しない。
【００２６】
続いて、二乗処理部１３が、所定数Ｎの窓データＤ３をそれぞれ二乗して、図４に示す波形Ｓ４を表す二乗データＤ４を出力する。次いで、フィルタ処理部１４が、所定数Ｎの二乗データＤ４に含まれているリップル成分を除去して、図５に示す波形Ｓ５を表すデータを新たな二乗データＤ５として出力する。続いて、図２に示すように、平均処理部１５が、所定数Ｎの二乗データＤ５を平均して平均データＤ６を算出し、平方根処理部１６が、この平均データＤ６の平方根を演算して、平方根データＤ７として出力する。最後に、補正部１７が、平方根データＤ７に対して窓掛け処理時の減衰分を補正する処理を施して、測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓとして制御部５に出力する。
【００２７】
最後に、制御部５が、実効値演算部３から入力した実効値Ｄｒｍｓを表示部６に表示させる。これにより、実効値測定装置１による実効値Ｄｒｍｓの測定が完了する。なお、実効値演算部３では、実効値Ｄｒｍｓの演算を繰り返し実行して制御部５に出力するため、制御部５は、実効値演算部３から新たな実効値Ｄｒｍｓを入力する都度、表示部６に表示させる。したがって、表示部６には最新の実効値Ｄｒｍｓが表示される。
【００２８】
このように、この実効値測定装置１では、切り出された所定数ＮのサンプリングデータＤ１（データＤ２）に対して窓掛け処理を実行して、窓データＤ３とし、この窓データＤ３に対して、二乗処理、フィルタリング処理、平均処理および平方根処理という実効値算出のための基本的な処理を施した後、これら処理によって得られた平方根データＤ７に対して窓掛け処理時の減衰分を補正する処理を施して、測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓを算出する。したがって、この実効値測定装置１によれば、測定対象信号Ｓ１の周期が未知であることに起因して、測定対象信号Ｓ１の周期とＡ／Ｄ変換部２でのサンプリング周期とが非同期であっても、窓掛け処理により、所定数ＮのサンプリングデータＤ１に含まれる測定対象信号Ｓ１の位相が変動することに起因して（言い換えれば、測定対象信号Ｓ１に対する切り出し位置の変動に起因して）発生する誤差を大幅に低減することができる。その実験結果（シミュレーション結果）を図６に示す。この図６によれば、窓掛け処理を実行しない従来の実効値測定装置の誤差が約３．６％であるのに対し、本発明に係る実効値測定装置１では、誤差が０．０１％未満に大幅に低減されている。
【００２９】
また、この実効値測定装置１では、操作部４に対する操作により、Ａ／Ｄ変換部２のサンプリング周期を変更することができる。したがって、この実効値測定装置１によれば、表示部６に表示されている測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓがばらつくなどして、切り出された所定数ＮのサンプリングデータＤ１（データＤ２）に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数が少ないと判断したときには、サンプリング周期を長くして、切り出された所定数ＮのサンプリングデータＤ１に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数を増加させることができ、これによって実効値Ｄｒｍｓの測定精度の低下を防止することができる。逆に、表示部６に表示されている測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓが殆どばらついていない場合には、切り出された所定数ＮのサンプリングデータＤ１に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数をより少なくして実効値Ｄｒｍｓの算出周期を短縮してもよいため、サンプリング周期を短くして、切り出された所定数ＮのサンプリングデータＤ１に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数を減少させることで、実効値Ｄｒｍｓの測定精度を維持しつつ算出周期を短縮することができる（実効値Ｄｒｍｓの更新周期を早めることができる）。
【００３０】
なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、上記の実効値測定装置１の実効値演算部３では、窓掛け処理の後に二乗処理を行う構成が採用されているが、図７に示すように、二乗処理の後に窓掛け処理を行う構成の実効値演算部３Ａを備えて構成することもできる。以下、この実効値演算部３Ａを備えた実効値測定装置１Ａについて説明する。なお、実効値測定装置１と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３１】
実効値測定装置１Ａは、図１に示すように、実効値演算部３に代えて実効値演算部３Ａを備えている点で実効値測定装置１と相違するが、他の構成については同一に構成されている。
【００３２】
実効値演算部３Ａは、図７に示すように、実効値演算部３と同様にしてデータ切出し部１１〜補正部１７を備えており、実効値演算部３では、上記したように、窓掛け処理部１２が、二乗処理部１３およびＬＰＦ１４の前段に配設されているのに対し、実効値演算部３Ａでは、窓掛け処理部１２が、二乗処理部１３およびＬＰＦ１４の後段に配設されている。この構成により、実効値演算部３Ａでは、二乗処理部１３が、データ切出し部１１から出力されるデータＤ２（所定数ＮのサンプリングデータＤ１）に対して二乗処理を施して、図８に示す波形Ｓ１３を表す所定数Ｎの二乗データＤ１３を出力し、ＬＰＦ１４が、この二乗データＤ１３に対してフィルタリング処理を施して、図９に示す波形Ｓ１４を表す新たな所定数Ｎの二乗データＤ１４を出力する。次いで、窓掛け処理部１２が、この二乗データＤ１４に対して窓掛け処理のための補正データＤｃを用いて窓掛け処理を実行して、図１０に示す波形Ｓ１５を表す所定数Ｎの窓データＤ１５を出力する。続いて、平均処理部１５が、所定数Ｎの窓データＤ１５を平均して、図７に示すように、１つの平均データＤ６として出力する。その後段では、平方根処理部１６および補正部１７が実効値演算部３と同様に作動して、最終的に測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓを算出して出力する。
【００３３】
このように、この実効値測定装置１Ａにおいても、実効値Ｄｒｍｓの演算に際して窓掛け処理を実行するため、測定対象信号Ｓ１の周期が未知であることに起因して、測定対象信号Ｓ１とＡ／Ｄ変換部２でのサンプリング周期とが非同期であっても、所定数ＮのサンプリングデータＤ１に含まれる測定対象信号Ｓ１の位相が変動することに起因して（言い換えれば、測定対象信号Ｓ１に対する切り出し位置の変動に起因して）発生する誤差を窓掛け処理によって大幅に低減することができる。その実験結果（シミュレーション結果）を図６に示す。この図６によれば、窓掛け処理を実行しない従来の実効値測定装置（ＬＰＦ有り）の誤差が約３．６％であるのに対し、本発明に係る実効値測定装置１Ａでは、誤差がほぼ０．０１％に大幅に低減されている。また、操作部４に対する操作により、Ａ／Ｄ変換部２のサンプリング周期を変更することができるため、上記した実効値測定装置１と同様にして、切り出された所定数ＮのサンプリングデータＤ１（データＤ２）に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数が少ないと判断したときには、サンプリング周期を長くして、切り出された所定数ＮのサンプリングデータＤ１に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数を増加させることができる結果、測定精度を向上させることができる。なお、この実効値測定装置１Ａでは、窓掛け処理部１２の前段にＬＰＦ１４を配設する構成について上記したが、窓掛け処理部１２の後段にＬＰＦ１４を配設する構成とすることもでき、この構成を採用した場合においても、同様の作用効果を奏することができる。
【００３４】
また、上記の実効値測定装置１，１Ａでは、ＬＰＦ１４を備えて各実効値演算部３，３Ａを構成しているが、サンプリングデータＤ１に含まれるリップル成分が少ない場合には、ＬＰＦ１４を含めないで各実効値演算部３，３Ａを構成することもできる。これにより、装置構成を簡略化することができる。
【００３５】
また、上記の実効値測定装置１，１Ａでは、操作部４に対する操作により、Ａ／Ｄ変換部２のサンプリング周期を変更する構成を採用しているが、制御部５が、実効値演算部３から入力した実効値Ｄｒｍｓのばらつきの程度を判別して、その判別結果（ばらつきの程度）に基づいてサンプリング周期を変更（長くしたり、短くしたり）する構成（この構成では操作部４は不要となる）を採用することもできる。この構成では、例えば、測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓのばらつきの程度が大きい場合（例えば予め設定された許容範囲を超えてばらついている場合）、制御部５が、切り出された所定数ＮのサンプリングデータＤ１に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数が少ないと判別して、周期データＤｔを変更することにより、Ａ／Ｄ変換部２のサンプリング周期を長くする。この構成によれば、実効値Ｄｒｍｓのばらつきの程度が大きいときに、所定数ＮのサンプリングデータＤ１に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数を自動的に増加させることができ、これによって実効値Ｄｒｍｓの測定精度の低下を自動的に防止することができる。
【００３６】
また、データ切出し部１１が、Ａ／Ｄ変換部２から入力したサンプリングデータＤ１を制御部５から入力したデータＤｐで指定された所定数Ｎずつ切り出して、所定数のサンプリングデータＤ１で構成されるデータＤ２に分割して順次出力し、その後段に配置された窓掛け処理部１２〜平均処理部１５が、所定数Ｎの全データを入力する都度、各処理を実行する構成（バッチ処理の構成）について上記したが、データ切出し部１１が、Ａ／Ｄ変換部２から入力したサンプリングデータＤ１を１データずつリアルタイムに所定数Ｎ切り出して出力し、その後段に配置された窓掛け処理部１２〜フィルタ処理部１４が、１データずつリアルタイムに入力しつつ各々の処理を１データに対して順次実行して出力し、平均処理部１５が、１データを入力する度に既に入力しているデータとの平均を算出しつつ、所定数Ｎ分のデータの平均を算出したときに平均データＤ６として出力する構成（データ切出し部１１〜平均処理部１５がリアルタイム処理する構成）を採用することもでき、この構成により、データ切出し部１１〜平均処理部１５までの処理時間を短縮でき、ひいては実効値Ｄｒｍｓの測定時間を短縮することができる。
【００３７】
また、上記の実効値測定装置１，１Ａでは、窓掛け処理部１２に予め記憶されている窓掛け処理のための補正データ数を固定（一定）としているが、窓掛け処理部１２にデータ数の異なる複数の窓掛け処理のための補正データを記憶させておき、これらのうちの１つを任意に選択できる構成とすることもできる。これにより、補正データ数を固定（一定）とした実効値測定装置１，１Ａでは、データ切出し部１１が切り出すサンプリングデータＤ１のデータ数も、この補正データ数と同数となる所定数Ｎ（一定）とする必要があるため、切り出された所定数ＮのサンプリングデータＤ１に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数を増加させるためには、サンプリング周期を長くする必要があるが、複数の窓掛け処理のための補正データ（データ数が異なる補正データ）のうちから１つを任意に選択できる構成とした実効値測定装置では、サンプリング周期を固定としたままで、窓掛け処理部１２での窓掛け処理のための補正データとしてデータ数の多い補正データを選択し、かつこれに対応してデータ切出し部１１が切り出すサンプリングデータＤ１の所定数Ｎも増加させることで、データ切出し部１１が切り出すサンプリングデータＤ１（データＤ２）に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数を増加させることができる。また、逆に、窓掛け処理部１２での窓掛け処理のための補正データとしてデータ数の少ない補正データを選択し、かつこれに対応してデータ切出し部１１が切り出すサンプリングデータＤ１の所定数Ｎも減少させることで、データ切出し部１１が切り出すサンプリングデータＤ１（データＤ２）に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数を減少させることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１，１Ａ 実効値測定装置
３，３Ａ 実効値演算部
１１ データ切出し部
１２ 窓掛け処理部
１３ 二乗処理部
１５ 平均処理部
１６ 平方根処理部
１７ 補正部
Ｄ１ サンプリングデータ
Ｄ２ データ
Ｄ３ 窓データ
Ｄ４，Ｄ５ 二乗データ
Ｄ６ 平均データ
Ｄ７ 平方根データ
Ｄｃ 補正データ
Ｄｒｍｓ 実効値
Ｓ１ 測定対象信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象信号の実効値を測定する実効値測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の実効値測定装置として、下記の特許文献に記載されている実効値測定装置が知られている。この実効値測定装置は、測定対象信号のサンプリングデータを二乗する二乗回路と、二乗されたサンプリングデータに対してフィルタ処理するＲＭＳディジタルフィルタ（低域通過フィルタ）と、このフィルタ処理されたデータの平方根を算出して実効値として出力する平方根回路とを備えて、周期が未知の測定対象信号についてその周期を知ることなく実効値を測定可能に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２３２２５０号公報（第４−６頁、第６図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記の実効値測定装置には、以下のような解決すべき課題がある。すなわち、実効値の測定精度のさらなる向上が望まれてきているが、この従来の実効値測定装置における現在の測定精度ではこの要望に対応できないという解決すべき課題が存在している。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決すべくなされたものであり、周期が未知の測定対象信号について、より高精度で実効値を測定し得る実効値測定装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく請求項１記載の実効値測定装置は、測定対象信号についての所定数のサンプリングデータに対して窓掛け処理を施して窓データとして出力する窓掛け処理部と、前記窓データを二乗して二乗データとして出力する二乗処理部と、前記所定数の前記二乗データを平均して平均データとして出力する平均処理部と、前記平均データの平方根を算出して平方根データとして出力する平方根算出部と、前記平方根データに対して前記窓掛け処理時の減衰分を補正して前記測定対象信号の実効値として出力する補正部とを備えている。
【０００７】
また、請求項２記載の実効値測定装置は、測定対象信号についての所定数のサンプリングデータを二乗して二乗データとして出力する二乗処理部と、前記二乗データに対して窓掛け処理を施して窓データとして出力する窓掛け処理部と、前記所定数の前記窓データを平均して平均データとして出力する平均処理部と、前記平均データの平方根を算出して平方根データとして出力する平方根算出部と、前記平方根データに対して前記窓掛け処理時の減衰分を補正して前記測定対象信号の実効値として出力する補正部とを備えている。
【０００８】
また、請求項３記載の実効値測定装置は、請求項１または２記載の実効値測定装置において、設定されたサンプリング周期で前記測定対象信号をサンプリングして前記サンプリングデータを生成するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部によって生成された前記サンプリングデータから前記所定数の前記サンプリングデータを切り出す切り出し部と、前記サンプリング周期を設定するための設定データを入力するための操作部と、前記操作部に対する操作によって入力された前記設定データに基づいて、前記サンプリング周期を前記Ａ／Ｄ変換部に設定する制御部とを備えている。
【０００９】
また、請求項４記載の実効値測定装置は、請求項１または２記載の実効値測定装置において、設定されたサンプリング周期で前記測定対象信号をサンプリングして前記サンプリングデータを生成するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部によって生成された前記サンプリングデータから前記所定数の前記サンプリングデータを切り出す切り出し部と、前記補正部から出力される前記実効値のばらつきの程度に基づいて前記サンプリング周期を決定して前記Ａ／Ｄ変換部に設定する制御部とを備えている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の実効値測定装置では、測定対象信号についての所定数のサンプリングデータに対して窓掛け処理を実行して窓データとし、この窓データに対して、二乗処理、フィルタリング処理、平均処理および平方根処理という実効値算出のための基本的な処理を施した後、これら処理によって得られた平方根データに対して窓掛け処理時の減衰分を補正する処理を施して、測定対象信号の実効値を算出する。したがって、この実効値測定装置によれば、測定対象信号Ｓ１の周期が未知であることに起因して、測定対象信号Ｓ１の周期とサンプリング周期とが非同期であっても、窓掛け処理により、所定数のサンプリングデータに含まれる測定対象信号の位相が変動することに起因して発生する誤差を大幅に低減することができる。
【００１１】
請求項２記載の実効値測定装置によれば、請求項１記載の実効値測定装置と同様にして、測定対象信号Ｓ１の周期が未知であることに起因して、所定数のサンプリングデータに含まれる測定対象信号の波形が変動したとしても、所定数のサンプリングデータに含まれる測定対象信号の位相が変動することに起因して発生する誤差を窓掛け処理によって大幅に低減することができる。
【００１２】
また、請求項３記載の実効値測定装置では、操作部に対する操作によって入力された設定データに基づいて、制御部が、サンプリング周期をＡ／Ｄ変換部に設定する。したがって、この実効値測定装置によれば、操作部に対する操作により、Ａ／Ｄ変換部のサンプリング周期を変更することができる。したがって、表示部に表示されている測定対象信号の実効値がばらつくなどして、所定数のサンプリングデータに含まれる測定対象信号の波形数が少ないと判断したときには、Ａ／Ｄ変換部のサンプリング周期を長くして、含まれる測定対象信号の波形数を増加させることができ、これによって実効値の測定精度の低下を防止することができる。
【００１３】
また、請求項４記載の実効値測定装置では、補正部から出力される実効値のばらつきの程度に基づいて、制御部がサンプリング周期を決定してＡ／Ｄ変換部に設定する。したがって、この実効値測定装置によれば、測定対象信号の実効値がばらつくなどして、所定数のサンプリングデータに含まれる測定対象信号の波形数が少ないと制御部が判断したときには、制御部がＡ／Ｄ変換部のサンプリング周期を長くして、含まれる測定対象信号の波形数を自動的に増加させることができ、これによって実効値の測定精度の低下を自動的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実効値測定装置１，１Ａの構成図である。
【図２】実効値演算部３の構成図である。
【図３】実効値演算部３の窓掛け処理部１２による窓掛け処理を説明するための波形図である。
【図４】実効値演算部３の二乗処理部１３による二乗処理を説明するための波形図である。
【図５】実効値演算部３のＬＰＦ１４によるフィルタリング処理を説明するための波形図である。
【図６】実効値測定装置１，１Ａおよび従来の実効値測定装置で測定される実効値の誤差を示す説明図である。
【図７】実効値演算部３Ａの構成図である。
【図８】実効値演算部３Ａの二乗処理部１３による二乗処理を説明するための波形図である。
【図９】実効値演算部３ＡのＬＰＦ１４によるフィルタリング処理を説明するための波形図である。
【図１０】実効値演算部３Ａの窓掛け処理部１２による窓掛け処理を説明するための波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る実効値測定装置の実施の形態について説明する。
【００１６】
最初に、実効値測定装置１の構成について、図面を参照して説明する。
【００１７】
実効値測定装置１は、図１に示すように、Ａ／Ｄ変換部２、実効値演算部３、操作部４、制御部５および表示部６を備え、入力した測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓを測定可能に構成されている。
【００１８】
Ａ／Ｄ変換部２は、Ａ／Ｄ変換器およびサンプリングクロック生成部（いずれも図示せず）を備えている。この場合、サンプリングクロック生成部は、制御部５から周期データＤｔを入力して、この周期データＤｔで特定される周期でサンプリングクロックを生成する。つまり、サンプリングクロック生成部は、入力した周期データＤｔに応じてサンプリングクロックの周期を変更可能となっている。Ａ／Ｄ変換器は、サンプリングクロック生成部から出力されるサンプリングクロックに同期して、入力している測定対象信号Ｓ１をサンプリングしてその振幅を示すサンプリングデータＤ１を出力する。この構成により、Ａ／Ｄ変換部２は、周期（または周波数）および入力タイミングが未知の測定対象信号Ｓ１を、この測定対象信号Ｓ１とは非同期のサンプリングクロック（測定対象信号Ｓ１の周期に対して十分に早い周期のクロック）でサンプリングして、サンプリングデータＤ１を出力する。
【００１９】
実効値演算部３は、一例として、図２に示すように、データ切出し部１１、窓掛け処理部１２、二乗処理部１３、フィルタ処理部１４、平均処理部１５、平方根処理部１６および補正部１７を備え、入力したサンプリングデータＤ１に基づいて、測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓを算出して出力する。この場合、データ切出し部１１は、サンプリングデータＤ１を入力すると共に、制御部５から入力したデータＤｐで指定された所定数Ｎ（Ｎは整数）のサンプリングデータＤ１を切り出してデータＤ２として出力する。この場合、データ切出し部１１は、所定数ＮのサンプリングデータＤ１（データＤ２）を、直前に切り出した所定数ＮのサンプリングデータＤ１（データＤ２）と不連続な状態で切り出す構成でもよいし、連続状態で切り出す構成でもよい。本例では、データ切出し部１１は、一例として、連続状態でサンプリングデータＤ１（データＤ２）を切り出す。また、データＤｐで指定される所定数Ｎは、窓掛け処理部１２に予め記憶されている窓掛け処理のための補正データ数と一致するように規定されている。
【００２０】
窓掛け処理部１２は、入力したデータに対して予め記憶されている窓掛け処理のための所定数Ｎ（入力したデータと同数）の補正データＤｃ（図３参照）を用いて窓掛け処理を実行して、補正後のデータを窓データＤ３として出力する。本例では、窓掛け処理部１２は、データ切出し部１１から出力されるデータＤ２を入力すると共に、窓掛け処理のための補正データＤｃを用いて窓掛け処理を実行して、補正後のデータＤ２を窓データＤ３として出力する。この補正データＤｃとしては、Ｂｌａｃｋｍａｎ−Ｈａｒｒｉｓ窓関数や、Ｈａｎｎｉｎｇ窓関数等の公知の窓関数を用いて窓掛け処理するためのデータを用いている。二乗処理部１３は、窓データＤ３を二乗して、二乗データＤ４として出力する。フィルタ処理部１４は、ローパスフィルタ（例えばカットオフ周波数が数Ｈｚ〜百数十Ｈｚに規定されたフィルタ。以下、「ＬＰＦ１４」ともいう）で構成されている。ＬＰＦ１４は、例えば、ＩＩＲ（無限インパルス応答）フィルタや、ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタなどのディジタルフィルタで構成されて、入力したデータに対して、リップル成分を除去するフィルタリング処理を施して出力する。本例では、ＬＰＦ１４は、入力した二乗データＤ４に対してフィルタリング処理を施して、新たな二乗データＤ５として出力する。
【００２１】
平均処理部１５は、所定数Ｎのデータを入力してそれらの平均を算出し、出力する。本例では、平均処理部１５は、所定数Ｎの二乗データＤ５を入力してそれらの平均を算出し、平均データＤ６として出力する。なお、平均を算出する手法としては、入力した全データの総和を全データ数で除算する一般的な平均算出法を採用してもよいし、移動平均法を採用することもできる。平方根処理部１６は、開平器で構成されて、入力したデータの平方根を演算して出力する。本例では、平方根処理部１６は、平均データＤ６の平方根を演算して、平方根データＤ７として出力する。補正部１７は、入力したデータ（窓掛け処理したデータ）に対して、窓掛け処理時の減衰分を補正して（減衰前の状態に増幅する補正を行って）出力する。本例では、補正部１７は、平方根データＤ７に対して、窓掛け処理部１２での窓掛け処理時のデータ２（所定数ＮのサンプリングデータＤ１）に対する窓データＤ３の減衰分を補正して出力する。これにより、補正部１７から出力される補正後のデータは、測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓを示すデータとなる。
【００２２】
操作部４は、Ａ／Ｄ変換部２でのサンプリング周期を設定するための設定データＤｓを選択可能な選択スイッチ（不図示）を備え、選択スイッチに対する操作内容に応じた設定データＤｓを制御部５に出力する。制御部５は、ＣＰＵおよびメモリを備えて構成されて、入力した設定データＤｓに基づいてＡ／Ｄ変換部２に対するサンプリング周期設定処理を実行する。また、制御部５は、実効値演算部３において算出された実効値Ｄｒｍｓを表示部６に表示させる表示処理も実行する。表示部６は、例えば液晶ディスプレイなどのモニタ装置で構成されて、制御部５から出力された実効値Ｄｒｍｓを数値表示する。なお、表示部６は、モニタ装置に代えて、プリンタなどの印字装置で構成することもできる。
【００２３】
次いで、実効値測定装置１による測定対象信号Ｓ１についての実効値Ｄｒｍｓの測定動作について説明する。
【００２４】
実効値測定装置１では、動作状態において操作部４に対する操作が行われたときには、操作部４が、図１に示すように、操作内容に対応する設定データＤｓを制御部５に出力する。本例では、操作部４は、設定データＤｓとして、サンプリング周期を示す周期データＤｔを制御部５に出力する。制御部５は、周期データＤｔを入力して、この周期データＤｔをＡ／Ｄ変換部２に出力することにより（サンプリング周期設定処理を実行することにより）、Ａ／Ｄ変換部２でのサンプリング周期を設定する。これにより、Ａ／Ｄ変換部２が、設定されたサンプリング周期で測定対象信号Ｓ１のサンプリングを開始する。また、制御部５は、実効値演算部３のデータ切出し部１１に対してデータＤｐを出力することにより、切り出すサンプリングデータＤ１の数を所定数Ｎに設定する。これにより、Ａ／Ｄ変換部２から実効値演算部３へのサンプリングデータＤ１の出力が開始され、実効値演算部３が、このサンプリングデータＤ１に基づいて測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓの演算を開始する。
【００２５】
具体的には、実効値演算部３では、まず、データ切出し部１１が、図３に示すように、測定対象信号Ｓ１のサンプリングデータＤ１を所定数Ｎずつ切り出して（分割して）、データＤ２として順次出力する。この場合、切り出されたデータＤ２は、測定対象信号Ｓ１の分割波形Ｓ２についてのデータである。次いで、窓掛け処理部１２が、データ切出し部１１から出力されるデータＤ２（所定数ＮのサンプリングデータＤ１）を順次入力すると共に、窓掛け処理用の補正データＤｃを用いてデータＤ２に対して窓掛け処理を実行して、補正後のデータＤ２を窓データＤ３（波形Ｓ３を示すデータ）として出力する。なお、図３〜図５では、発明の理解を容易にするため、データＤ２の切り出し開始および切り出し終了の各タイミングが測定対象信号Ｓ１のゼロクロス点に同期（一致）した状態で示しているが、実際には、測定対象信号Ｓ１の周期は未知であって、Ａ／Ｄ変換部２のサンプリング周期と測定対象信号Ｓ１の周期とは非同期であるため、切り出しについての開始および終了の各タイミングは測定対象信号Ｓ１のゼロクロス点とは必ずしも一致しない。
【００２６】
続いて、二乗処理部１３が、所定数Ｎの窓データＤ３をそれぞれ二乗して、図４に示す波形Ｓ４を表す二乗データＤ４を出力する。次いで、フィルタ処理部１４が、所定数Ｎの二乗データＤ４に含まれているリップル成分を除去して、図５に示す波形Ｓ５を表すデータを新たな二乗データＤ５として出力する。続いて、図２に示すように、平均処理部１５が、所定数Ｎの二乗データＤ５を平均して平均データＤ６を算出し、平方根処理部１６が、この平均データＤ６の平方根を演算して、平方根データＤ７として出力する。最後に、補正部１７が、平方根データＤ７に対して窓掛け処理時の減衰分を補正する処理を施して、測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓとして制御部５に出力する。
【００２７】
最後に、制御部５が、実効値演算部３から入力した実効値Ｄｒｍｓを表示部６に表示させる。これにより、実効値測定装置１による実効値Ｄｒｍｓの測定が完了する。なお、実効値演算部３では、実効値Ｄｒｍｓの演算を繰り返し実行して制御部５に出力するため、制御部５は、実効値演算部３から新たな実効値Ｄｒｍｓを入力する都度、表示部６に表示させる。したがって、表示部６には最新の実効値Ｄｒｍｓが表示される。
【００２８】
このように、この実効値測定装置１では、切り出された所定数ＮのサンプリングデータＤ１（データＤ２）に対して窓掛け処理を実行して、窓データＤ３とし、この窓データＤ３に対して、二乗処理、フィルタリング処理、平均処理および平方根処理という実効値算出のための基本的な処理を施した後、これら処理によって得られた平方根データＤ７に対して窓掛け処理時の減衰分を補正する処理を施して、測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓを算出する。したがって、この実効値測定装置１によれば、測定対象信号Ｓ１の周期が未知であることに起因して、測定対象信号Ｓ１の周期とＡ／Ｄ変換部２でのサンプリング周期とが非同期であっても、窓掛け処理により、所定数ＮのサンプリングデータＤ１に含まれる測定対象信号Ｓ１の位相が変動することに起因して（言い換えれば、測定対象信号Ｓ１に対する切り出し位置の変動に起因して）発生する誤差を大幅に低減することができる。その実験結果（シミュレーション結果）を図６に示す。この図６によれば、窓掛け処理を実行しない従来の実効値測定装置の誤差が約３．６％であるのに対し、本発明に係る実効値測定装置１では、誤差が０．０１％未満に大幅に低減されている。
【００２９】
また、この実効値測定装置１では、操作部４に対する操作により、Ａ／Ｄ変換部２のサンプリング周期を変更することができる。したがって、この実効値測定装置１によれば、表示部６に表示されている測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓがばらつくなどして、切り出された所定数ＮのサンプリングデータＤ１（データＤ２）に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数が少ないと判断したときには、サンプリング周期を長くして、切り出された所定数ＮのサンプリングデータＤ１に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数を増加させることができ、これによって実効値Ｄｒｍｓの測定精度の低下を防止することができる。逆に、表示部６に表示されている測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓが殆どばらついていない場合には、切り出された所定数ＮのサンプリングデータＤ１に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数をより少なくして実効値Ｄｒｍｓの算出周期を短縮してもよいため、サンプリング周期を短くして、切り出された所定数ＮのサンプリングデータＤ１に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数を減少させることで、実効値Ｄｒｍｓの測定精度を維持しつつ算出周期を短縮することができる（実効値Ｄｒｍｓの更新周期を早めることができる）。
【００３０】
なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、上記の実効値測定装置１の実効値演算部３では、窓掛け処理の後に二乗処理を行う構成が採用されているが、図７に示すように、二乗処理の後に窓掛け処理を行う構成の実効値演算部３Ａを備えて構成することもできる。以下、この実効値演算部３Ａを備えた実効値測定装置１Ａについて説明する。なお、実効値測定装置１と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３１】
実効値測定装置１Ａは、図１に示すように、実効値演算部３に代えて実効値演算部３Ａを備えている点で実効値測定装置１と相違するが、他の構成については同一に構成されている。
【００３２】
実効値演算部３Ａは、図７に示すように、実効値演算部３と同様にしてデータ切出し部１１〜補正部１７を備えており、実効値演算部３では、上記したように、窓掛け処理部１２が、二乗処理部１３およびＬＰＦ１４の前段に配設されているのに対し、実効値演算部３Ａでは、窓掛け処理部１２が、二乗処理部１３およびＬＰＦ１４の後段に配設されている。この構成により、実効値演算部３Ａでは、二乗処理部１３が、データ切出し部１１から出力されるデータＤ２（所定数ＮのサンプリングデータＤ１）に対して二乗処理を施して、図８に示す波形Ｓ１３を表す所定数Ｎの二乗データＤ１３を出力し、ＬＰＦ１４が、この二乗データＤ１３に対してフィルタリング処理を施して、図９に示す波形Ｓ１４を表す新たな所定数Ｎの二乗データＤ１４を出力する。次いで、窓掛け処理部１２が、この二乗データＤ１４に対して窓掛け処理のための補正データＤｃを用いて窓掛け処理を実行して、図１０に示す波形Ｓ１５を表す所定数Ｎの窓データＤ１５を出力する。続いて、平均処理部１５が、所定数Ｎの窓データＤ１５を平均して、図７に示すように、１つの平均データＤ６として出力する。その後段では、平方根処理部１６および補正部１７が実効値演算部３と同様に作動して、最終的に測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓを算出して出力する。
【００３３】
このように、この実効値測定装置１Ａにおいても、実効値Ｄｒｍｓの演算に際して窓掛け処理を実行するため、測定対象信号Ｓ１の周期が未知であることに起因して、測定対象信号Ｓ１とＡ／Ｄ変換部２でのサンプリング周期とが非同期であっても、所定数ＮのサンプリングデータＤ１に含まれる測定対象信号Ｓ１の位相が変動することに起因して（言い換えれば、測定対象信号Ｓ１に対する切り出し位置の変動に起因して）発生する誤差を窓掛け処理によって大幅に低減することができる。その実験結果（シミュレーション結果）を図６に示す。この図６によれば、窓掛け処理を実行しない従来の実効値測定装置（ＬＰＦ有り）の誤差が約３．６％であるのに対し、本発明に係る実効値測定装置１Ａでは、誤差がほぼ０．０１％に大幅に低減されている。また、操作部４に対する操作により、Ａ／Ｄ変換部２のサンプリング周期を変更することができるため、上記した実効値測定装置１と同様にして、切り出された所定数ＮのサンプリングデータＤ１（データＤ２）に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数が少ないと判断したときには、サンプリング周期を長くして、切り出された所定数ＮのサンプリングデータＤ１に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数を増加させることができる結果、測定精度を向上させることができる。なお、この実効値測定装置１Ａでは、窓掛け処理部１２の前段にＬＰＦ１４を配設する構成について上記したが、窓掛け処理部１２の後段にＬＰＦ１４を配設する構成とすることもでき、この構成を採用した場合においても、同様の作用効果を奏することができる。
【００３４】
また、上記の実効値測定装置１，１Ａでは、ＬＰＦ１４を備えて各実効値演算部３，３Ａを構成しているが、サンプリングデータＤ１に含まれるリップル成分が少ない場合には、ＬＰＦ１４を含めないで各実効値演算部３，３Ａを構成することもできる。これにより、装置構成を簡略化することができる。
【００３５】
また、上記の実効値測定装置１，１Ａでは、操作部４に対する操作により、Ａ／Ｄ変換部２のサンプリング周期を変更する構成を採用しているが、制御部５が、実効値演算部３から入力した実効値Ｄｒｍｓのばらつきの程度を判別して、その判別結果（ばらつきの程度）に基づいてサンプリング周期を変更（長くしたり、短くしたり）する構成（この構成では操作部４は不要となる）を採用することもできる。この構成では、例えば、測定対象信号Ｓ１の実効値Ｄｒｍｓのばらつきの程度が大きい場合（例えば予め設定された許容範囲を超えてばらついている場合）、制御部５が、切り出された所定数ＮのサンプリングデータＤ１に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数が少ないと判別して、周期データＤｔを変更することにより、Ａ／Ｄ変換部２のサンプリング周期を長くする。この構成によれば、実効値Ｄｒｍｓのばらつきの程度が大きいときに、所定数ＮのサンプリングデータＤ１に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数を自動的に増加させることができ、これによって実効値Ｄｒｍｓの測定精度の低下を自動的に防止することができる。
【００３６】
また、データ切出し部１１が、Ａ／Ｄ変換部２から入力したサンプリングデータＤ１を制御部５から入力したデータＤｐで指定された所定数Ｎずつ切り出して、所定数のサンプリングデータＤ１で構成されるデータＤ２に分割して順次出力し、その後段に配置された窓掛け処理部１２〜平均処理部１５が、所定数Ｎの全データを入力する都度、各処理を実行する構成（バッチ処理の構成）について上記したが、データ切出し部１１が、Ａ／Ｄ変換部２から入力したサンプリングデータＤ１を１データずつリアルタイムに所定数Ｎ切り出して出力し、その後段に配置された窓掛け処理部１２〜フィルタ処理部１４が、１データずつリアルタイムに入力しつつ各々の処理を１データに対して順次実行して出力し、平均処理部１５が、１データを入力する度に既に入力しているデータとの平均を算出しつつ、所定数Ｎ分のデータの平均を算出したときに平均データＤ６として出力する構成（データ切出し部１１〜平均処理部１５がリアルタイム処理する構成）を採用することもでき、この構成により、データ切出し部１１〜平均処理部１５までの処理時間を短縮でき、ひいては実効値Ｄｒｍｓの測定時間を短縮することができる。
【００３７】
また、上記の実効値測定装置１，１Ａでは、窓掛け処理部１２に予め記憶されている窓掛け処理のための補正データ数を固定（一定）としているが、窓掛け処理部１２にデータ数の異なる複数の窓掛け処理のための補正データを記憶させておき、これらのうちの１つを任意に選択できる構成とすることもできる。これにより、補正データ数を固定（一定）とした実効値測定装置１，１Ａでは、データ切出し部１１が切り出すサンプリングデータＤ１のデータ数も、この補正データ数と同数となる所定数Ｎ（一定）とする必要があるため、切り出された所定数ＮのサンプリングデータＤ１に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数を増加させるためには、サンプリング周期を長くする必要があるが、複数の窓掛け処理のための補正データ（データ数が異なる補正データ）のうちから１つを任意に選択できる構成とした実効値測定装置では、サンプリング周期を固定としたままで、窓掛け処理部１２での窓掛け処理のための補正データとしてデータ数の多い補正データを選択し、かつこれに対応してデータ切出し部１１が切り出すサンプリングデータＤ１の所定数Ｎも増加させることで、データ切出し部１１が切り出すサンプリングデータＤ１（データＤ２）に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数を増加させることができる。また、逆に、窓掛け処理部１２での窓掛け処理のための補正データとしてデータ数の少ない補正データを選択し、かつこれに対応してデータ切出し部１１が切り出すサンプリングデータＤ１の所定数Ｎも減少させることで、データ切出し部１１が切り出すサンプリングデータＤ１（データＤ２）に含まれる測定対象信号Ｓ１の波形数を減少させることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１，１Ａ 実効値測定装置
３，３Ａ 実効値演算部
１１ データ切出し部
１２ 窓掛け処理部
１３ 二乗処理部
１５ 平均処理部
１６ 平方根処理部
１７ 補正部
Ｄ１ サンプリングデータ
Ｄ２ データ
Ｄ３ 窓データ
Ｄ４，Ｄ５ 二乗データ
Ｄ６ 平均データ
Ｄ７ 平方根データ
Ｄｃ 補正データ
Ｄｒｍｓ 実効値
Ｓ１ 測定対象信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象信号についての所定数のサンプリングデータに対して窓掛け処理を施して窓データとして出力する窓掛け処理部と、
前記窓データを二乗して二乗データとして出力する二乗処理部と、
前記所定数の前記二乗データを平均して平均データとして出力する平均処理部と、
前記平均データの平方根を算出して平方根データとして出力する平方根算出部と、
前記平方根データに対して前記窓掛け処理時の減衰分を補正して前記測定対象信号の実効値として出力する補正部とを備えている実効値測定装置。
【請求項２】
測定対象信号についての所定数のサンプリングデータを二乗して二乗データとして出力する二乗処理部と、
前記二乗データに対して窓掛け処理を施して窓データとして出力する窓掛け処理部と、
前記所定数の前記窓データを平均して平均データとして出力する平均処理部と、
前記平均データの平方根を算出して平方根データとして出力する平方根算出部と、
前記平方根データに対して前記窓掛け処理時の減衰分を補正して前記測定対象信号の実効値として出力する補正部とを備えている実効値測定装置。
【請求項３】
設定されたサンプリング周期で前記測定対象信号をサンプリングして前記サンプリングデータを生成するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部によって生成された前記サンプリングデータから前記所定数の前記サンプリングデータを切り出す切り出し部と、
前記サンプリング周期を設定するための設定データを入力するための操作部と、
前記操作部に対する操作によって入力された前記設定データに基づいて、前記サンプリング周期を前記Ａ／Ｄ変換部に設定する制御部とを備えている請求項１または２記載の実効値測定装置。
【請求項４】
設定されたサンプリング周期で前記測定対象信号をサンプリングして前記サンプリングデータを生成するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部によって生成された前記サンプリングデータから前記所定数の前記サンプリングデータを切り出す切り出し部と、
前記補正部から出力される前記実効値のばらつきの程度に基づいて前記サンプリング周期を決定して前記Ａ／Ｄ変換部に設定する制御部とを備えている請求項１または２記載の実効値測定装置。
【請求項１】
測定対象信号についての所定数のサンプリングデータに対して窓掛け処理を施して窓データとして出力する窓掛け処理部と、
前記窓データを二乗して二乗データとして出力する二乗処理部と、
前記所定数の前記二乗データを平均して平均データとして出力する平均処理部と、
前記平均データの平方根を算出して平方根データとして出力する平方根算出部と、
前記平方根データに対して前記窓掛け処理時の減衰分を補正して前記測定対象信号の実効値として出力する補正部とを備えている実効値測定装置。
【請求項２】
測定対象信号についての所定数のサンプリングデータを二乗して二乗データとして出力する二乗処理部と、
前記二乗データに対して窓掛け処理を施して窓データとして出力する窓掛け処理部と、
前記所定数の前記窓データを平均して平均データとして出力する平均処理部と、
前記平均データの平方根を算出して平方根データとして出力する平方根算出部と、
前記平方根データに対して前記窓掛け処理時の減衰分を補正して前記測定対象信号の実効値として出力する補正部とを備えている実効値測定装置。
【請求項３】
設定されたサンプリング周期で前記測定対象信号をサンプリングして前記サンプリングデータを生成するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部によって生成された前記サンプリングデータから前記所定数の前記サンプリングデータを切り出す切り出し部と、
前記サンプリング周期を設定するための設定データを入力するための操作部と、
前記操作部に対する操作によって入力された前記設定データに基づいて、前記サンプリング周期を前記Ａ／Ｄ変換部に設定する制御部とを備えている請求項１または２記載の実効値測定装置。
【請求項４】
設定されたサンプリング周期で前記測定対象信号をサンプリングして前記サンプリングデータを生成するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部によって生成された前記サンプリングデータから前記所定数の前記サンプリングデータを切り出す切り出し部と、
前記補正部から出力される前記実効値のばらつきの程度に基づいて前記サンプリング周期を決定して前記Ａ／Ｄ変換部に設定する制御部とを備えている請求項１または２記載の実効値測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−４０９６２（Ｐ２０１３−４０９６２Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５７４５１（Ｐ２０１２−２５７４５１）
【出願日】平成２４年１１月２６日（２０１２．１１．２６）
【分割の表示】特願２００８−２２４９４４（Ｐ２００８−２２４９４４）の分割
【原出願日】平成２０年９月２日（２００８．９．２）
【出願人】（０００２２７１８０）日置電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月２６日（２０１２．１１．２６）
【分割の表示】特願２００８−２２４９４４（Ｐ２００８−２２４９４４）の分割
【原出願日】平成２０年９月２日（２００８．９．２）
【出願人】（０００２２７１８０）日置電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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