JPH03102220A - レベル測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、最終的に出力される信号レベルを測定レンジ
の切換により所定のレベル範囲に収束させるレベル測定
器に関するものである。

［従来の技術］ 例えば測定器において、信号処理の高速化とともに広い
ダイナミックレンジをとるために，測定レンジを幾つか
設けて最終的に出力される信号のレベルが所定のレベル
範囲に収束するように測定レンジをｌつずつ自動的に切
換える方法が使用されており、これにより一定範囲内で
の信号の測定を行なっている． この場合、入力される信号は正弦波や矩形波であって，
その信号を横波し安定化した直流信号に変換するために
はローパスフィルタが必要となる。

第８図はこうしたローパスフィルタを用いたレベル測定
器の概略構成を示している． このレベル測定器は増幅器２０に対して複数の測定レン
ジ２ｌをなす帰還抵抗ｒが並列接続され、さらに増幅器
２０の後段に抵抗ＲおよびコンデンサＣからなるローパ
スフィルタ２２が直列接続されており、入力信号に応じ
て測定レンジ２ｌが切換えられると、第４図に示すよう
にローパスフィルタの時定数に従ってその出力が時間ｔ
１をかけて最終値まで変化する。

［発明が解決しようとする課題１ しかしながら、上述した従来のレベル測定器では、測定
レンジ２ｌの切換が行なわれてから出力が最終値に収束
するまでｔ１だけ時間を要し、これが測定器の測定速度
を遅くさせるという問題があった． そこで，上述した問題を解決するべく、ローパスフィル
タの時定数を小さくしたり、あるいは第９図に示すよう
にローパスフィルタ２２を構成する抵抗Ｒと並列にダイ
オードＤを接続してコンデンサＣの放電速度を速くして
測定速度の高速化を図っていた． ところが、このような方法では信号を十分に平滑化する
ことができず安定度が劣化するという間題があった。

一方、光バワーメータによる光パワーレベルの測定では
，光検出器のドリフトの影響を無くし、高感度を図って
低レベルまで測定可能にするために上述したレベル測定
器が使用されている．この場合．信号は交流として扱わ
れ，この交流信号を検波した後は，ローパスフィルタを
通して平滑化されて直流信号に変換されるが，このＮ！
波信号を十分に平滑化するためにはある程度の時定数を
持ったローパスフィルタが必要になる。

ところで，信号を十分に平滑化させるべくローパスフィ
ルタの時定数を設定する場合、扱われる信号の周＃ｔ数
が高ければ、ある程度フィルタの時定数に余裕をもって
小さくする方向に調整することはできるが，特に周波数
が低い場合には，そのような余裕がなく前述したように
レンジ切換後において信号が最終値に至るまでに時間が
かかるという問題を解消することができなかった．そこ
で，本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであ
って、その目的は，レンジ切換後において出力が最終値
に収束するまでの時間を短縮して測定の高速化が図れる
とともに十分な安定度が得られるレベル測定器を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明による請求項１のレベ
ル測定器は，複数の測定レンジを有する−１１定レンジ
切換手段と、時定数の異なる複数のローパスフィルタと
，前記測定レンジを切換え制御するとともに，前記測定
レンジの切換時に該切換えに連動して前記ローパスフィ
ルタにおいて所望の値よりも小さい時定数のローパスフ
ィルタに選択的に切換え、該ローパスフィルタの時定数
により定まる所定時間が経過した後に所望の時定数のロ
ーパスフィルタに切換制御する制御手段とを備えたこと
を特徴としている． また、請求項２の発明は，複数の測定レンジを有する測
定レンジ切換手段と，時定数の異なる複数のローパスフ
ィルタと、該ローパスフィルタの出力を所定時間毎にサ
ンプリングして出力するサンプリング手段と、前記測定
レンジを切換え制御するとともに２前記測定レンジの切
換時に前記ローパスフィルタにおいて前記サンプリング
時間よりも短い時定数を持つローパスフィルタに選択的
に切換え，該ローパスフィルタの時定数による時間が経
過した後に時定数が適正値のローパスフィルタに切換制
御する制御手段とを備えたことを特徴としている． さらに、請求項３の発明は、複数の測定レンジを有する
測定レンジ切換手段と，時定数の異なる複数のローパス
フィルタと，該ローパスフィルタの出力を所定時間毎に
サンプリングして出力するサンプリング手段と、前記測
定レンジを切換え制御するとともに，前記測定レンジの
切換時に前記ローパスフィルタにおいて適正値よりも小
さい時定数のローパスフィルタに選択的に切換え、該ロ
ーパスフィルタの時定数による時間が経過した後に時定
数が適正値のローパスフィルタに切換制御する制御手段
と、前記サンプリング手段のサンプリング時間毎に最大
値を更新記憶する最大値記憶手段とを備えたことを特徴
としている。

［作用］ ある測定レンジで測定されている状態で測定レンジが変
更されて切換えられると，ローパスフィルタは適正値よ
りも小さい時定数のローパスフィルタに選択的に切換え
られる。そして，このロバスフィルタの時定数により定
まる所定時間が経過すると、時定数が所望（適正値）の
ローパスフィルタに切換えられて測定が行なわれる．こ
こで，測定レンジが切換えられてから出力が最終値に収
束するまでの間は、時定数の最小のローパスフィルタあ
るいは信号のサンプリング時間よりも短い時定数のロー
パスフィルタに選択的に切換えてもよい． さらに、選択切換えされたローパスフィルタを介して出
力される信号は、所定時間毎にサンプリングされ，サン
プリング時間毎に最大値が更新記憶される。

［実施例］ 第１図は本発明によるレベル測定器の一実施例を示すブ
ロック構成図である． この実施例によるレベル測定器は、最終的に出力される
信号（′Ｗ１圧）のレベルを測定レンジの切換により所
定のレベル範囲に収束させており、測定レンジ切換手段
ｌ、ローパスフィルタ２、レベル測定部３、ｉｌｌ＋定
レンジ判定部４．フィルタ制御部５，フィルタ切換部６
、サンプリング部７、最大値記憶部８、データ変換部９
、表示部１０を備えて構成されている． 測定レンジ切換手段としての可変利得増幅器１は最終出
力を適切な値に増幅するもので、入力信号を所定量増幅
させて出力するべく，増幅度の可変可能な複数の測定レ
ンジｌａを備えている．具体的には第２図に示すように
アンプＡに対して測定レンジｌａをなす複数の帰還抵抗
Ｒが並列接続されている． ローパスフィルタ２は信号が充・放電されるコンデンサ
Ｃを共通とし、並列接続された抵抗ｒｌ，ｒ２　（ｒｌ
＞ｒ２）がコンデンサＣと増幅器Ａとの間にフィルタ切
換部６を介して直列接続されて第１のローパスフィルタ
２ａと第２のロバスフィルタ２ｂを構成している． ここで、第１のローパスフィルタ２ａは十分な安定度を
得るためのもので、測本レンジｌａに応じて最適な時定
数に設定されており、第２のロバスフィルタ２ｂは出力
が最終値に至るまでの応答時間を決めるもので、第１の
ローパスフィルタ２ａよりも時定数が小さく設定されて
いる．そして，各フィルタ２ａ，２ｂでは可変利得増幅
器ｌより信号が供給されると，その時定数に従って信号
を出力している． レベル測定部３は最終出力を測定値に変換するもので、
ローパスフィルタ２からの信号のレベルを測定してその
結果を測定レンジ判定部４およびサンプリング部７に出
力している． 測定レンジ判定部４はレベル測定部３からの出力に基づ
いて最適な測定レンジｌａが選択されるべく可変利得増
幅器ｌに切換信号Ｓｌを出力しており、可変利得増幅器
Ｉはこの切換信号ｓｌによって測定レンジｌａの切換を
行なっている．また、測定レンジ判定部からは現在の信
号のレベル状態、切換信号ＳＬの出力の有無（測定レン
ジ１ａの切換の有無）の結果を判定信号Ｓ２としてフィ
ルタ制御部５に出力している． フィルタ制御部５は測定レンジ判定部４からの判定信号
Ｓ２に基づいてフィルタ切換部６に切換信号Ｓ３を出力
しており、フィルタ切換部６はこの切換信号Ｓ３により
可変利得増幅器１と各ローパスフィルタ２ａ，２ｂ間に
おける切換制御を行なっている．さらに説明すると、第
３図に示すように測定レンジｌａが切換えられてから出
力が最終値に収束するまでの時間ｔ２は第２のローパス
フィルタ２ｂが、また、これ以降で次に測定レンジｌａ
が切換えられるまでの時間は第１のローパスフィルタ２
ａが選択されるように切換制御されている． サンプリング部７はレベル測定部３からの出力を第４図
に示すように所定のサンプリング時間Ｔ毎にサンプリン
グしてその結果を最大値記憶部８およびデータ変換部９
に出力している．最大値記憶部８はサンプリング部７か
ら逐次供給されるサンプリングデータの最大値を常に更
新記憶している． データ変換部９はサンプリング部７から逐次供給される
サンプリングデータを表示信号に変換し、表示部１０に
対してデータをリアルタイムに数値表示している． 次に，上記のように構成されるレベル測定器の動作を、
第５図に示すフローチャート図に基づいて説明する． ある測定レンジｌａで測定が行なわれているときに（Ｓ
ＴＩ）．その出力が現在の測定レンジ範囲から外れてオ
ーバーレンジあるいはアンダーレンジになると（ＳＴ２
−Ｙｅｓ）．ｉｊｌｌｌ定レンジ判定部４からの切換信
号ｓｉにより測定可能な測定レンジｌａに切換られる（
ＳＴ３）．このレンジ切換が行なわれると、フィルタ制
御部５からの切換信号Ｓ３によって第２のローパスフィ
ルタ２ｂが選択され（ＳＴ４）．このフィルタ２ｂによ
る時定数に従って信号が出力され測定が行なわれる。そ
して、このフィルタ２ｂの時定数に基づく時間ｔ，が経
過して出力が最終値に収束すると、次にフィルタ制御部
５からの切換信号Ｓ３によってｉｌのローパスフィルタ
２ａが選択され（ＳＴ５）、このフィルタ２ａによる時
定数に従って信号が出力され測定が行なわれる（ＳＴ６
）．上述した動作中、各フィルタ２ａ，２ｂより出力さ
れる信号はレベル測定部３によって測定された後，時間
Ｔ毎にサンプリングされてその都度最大値が最大値記憶
部８に記憶されるとともに、表示部１０に数値表示され
る． ここで、第４図は本実施例および従来のレベル澗定器の
各々におけるサンプリング時間に対する出力を示してい
る． この図からも明らかなように、従来のレベル測定器では
図中破線にて示すように測定レンジが切換えられてから
最終値に収束するまでにサンプリング時間Ｔよりも長い
時間ｔ１を要し応答が遅いので、最終値に収束するまで
の過渡状態にある中間値をサンプリングデータとして捉
え，誤った最大値を表示することになる．この結果，表
示部の表示画面上に写し出されるデータが最終値のデタ
に落ち着くまでの間に何回も変化するので、ユーザは表
示画面上に写しだされた過渡状態にある中間値のデータ
を見て最大値と誤認する虞があった．また、この問題を
解決するために信号の収束時間１．に対してサンプリン
グ時間Ｔを十分に取ると、その分、測定時間を要して効
率的な測定が行なえないという問題が生ずる． これに対し、本実施例では測定レンジが切換えられてか
ら最終値に収束するまでの時間ｔヨは、時定数の小さい
第２のローパスフィルタ２ｂによって信号処理し、最終
値に収束して次の測定レンジに切換えられるまでは、安
定度の得られる最適な時定数に設定された第１のローパ
スフィルタ２ａによって信号処理しているので、測定レ
ンジが切換えられてから最終値に収束するまでの時間ｔ
２がサンプリング時間Ｔよりも短くて応答が速く、極め
て短時間で最終値が得られるため、常に正確な最大（ｌ
Ｍ（最終値）を記憶して表示させることができ、ユーザ
は常に正確な最大値を知ることができ誤認を防止するこ
とができる． また、このように常に正確な最大値を測定して記憶でき
ることから、光パワーメータに適用した場合には、最適
な光軸合わせ位置を測定することができる．また，この
他、各ｐ１ｍ測定物に供給される信号のレベルを測定す
ることで被測定物の評価試験等にも応用することができ
る． ここで、上述したレベル測定器を光バワーメータに適用
した場合の測定結果を第６図に示す．この図からも明ら
かなように、（１１乃至（３）の何れの状態においても
測定レンジを切換えてから最終値に収束するまでの時間
は、本実施例の方が従来のものよりも勝っていることが
分かる．さらに言えば、（１）．（２）のようにノイズ
を多く含む状態でのレンジ切換えはローパスフィルタの
時定数を大きくとってあるため、その場合ほど、従来の
ものでは時定数を大きくした状態に対応して収束時間が
長くなり、本実施例との時間差が顕著に現われている． また、測定される出力の安定度については，第９図に示
すダイオードを備えたレベル測定器では±０．０６ｄＢ
に対し、本実施例では±０．０４ｄＢとさらに安定して
いる． 従って、上述した実施例では、前述したように測定レン
ジの切換時から最終値に収束するまでの時間が短縮する
ので、全体の測定時間が短縮し数多くの測定物がある場
合に短時間で効率的な測定を実施することができる． また、応答速度を下げてノイズや揺らぎによる彰饗を小
さくして安定度を上げるためにローパスフィルタの時定
数を大きくしても，前述のように劇定レンジの切換速度
が変わらないので、高精度で、しかも高速な測定を行な
うことができる．さらに、この実廁例では、サンプリン
グ時間より短い時間で最終値が得られ、サンプリング時
間毎にサンプリングデータの最大値が更新記憶されるの
で，ユーザは測定レンジの切換後に短時間で正確な最大
値を確認することができる．また、この機能を光バワー
メータにおける光軸合わせや被測定物の評価試験等に応
用すれば、より効率的な測定を行なうことができる． ところで，上述した実施例では、可変利得増幅器に供給
される信号が直流信号の場合を例にとって説明したが、
第７図に示すように可変ｆｉ１得増幅Ｈｌの前段に発光
部１１ａ．光チョツバ部１ｌｂ、受光部１１ｃを備えて
構成される交流信号信号出力回路ｉ．　ｔを設け、可変
利得増幅器ｌの後段にフィルタｌ２と光チョツバ部１ｌ
ｂに同期する検波部１３を設けることにより、交流信号
が扱われるレベル測定器にも適用することができる． 従って，同期検波のように交流信号を検波し．その信号
を測定する時でも従来のようにローパスフィルタの応答
速度に関係せず，測定レンジの切換速度の高速化を図る
ことができる． また，上述した実施例では、時定数の異なるローパスフ
ィルタを２つ備えた構成を例にとって説明したが、十分
な安定度を得るために幾つかの測定レンジそれぞれに対
応して時定数の異なるローパスフィルタをさらに複数設
けてもよく、この場合、測定レンジが切換えられてから
最終値に至るまでは．ｉ！Ｉ正値より小さい時定数のフ
ィルタ、時定数が最小のフィルタ，サンプリング時間よ
り短い時定数のフィルタの何れかのフィルタに這択的に
切換え制御されることになる．［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の請求項１および２記載の
レベル測定器によれば、レンジ切換後のＲ終値に収束す
るまでの時間を短縮して測定の高速化が図れ，その時の
出力は十分な安定度が確保される．また、応答速度を下
げてノイズや揺らぎによる影響を小さくして安定度を上
げるためにローパスフィルタの時定数を大きくしても、
測定レンジの切換速度が変わらないので，高精度で高速
な測定を行なうことができる． また、本発明の請求項３記教のレベル測定器によれば、
サンプリング時間より短い時間で最終値が得られ、サン
プリング時間毎にサンプリングデータの最大値が更新記
憶されるので、ユーザは測定レンジの切換後に短時間で
正確な最大値を確認することができ、この機能を光バワ
ーメータにおける光軸合わせや被測定物の評価試験等に
応用すればさらに効率的な測定を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明によるレベル測定器の一実施例を示すブ
ロッーク構成図，第２図は第１図における可変利得増幅
器，フィルタ切換部およびローパスフィルタの具体的構
成例を示す図、第３図はレンジ切換時における時間に対
する出力を示す図，第４図は本発明および従来のレベル
測定器の各々におけるサンプリング時間に対する出力を
示す図、第５図は本発明によるレベル測定器の動作を示
すフローチャート図，第６図は同測定器を光バワーメー
タに適用した場合の測定結果の一例を示す図、第７図は
本発明によるレベル測定器の他の実施例を示すブロック
構成図、第８図および第９図は従来のレベル測定器の一
例を示す図である．１・・・可変利得増幅器（測定レン
ジ切換手段）、１ａ・・・測定レンジ、２　（２ａ，２
ｂ）・・・ローパスフィルタ、３・・・レベル測定部、
４・・一測定レンジ判定部，５・−フィルタ制御部、６
・・・フィルタ切換部、７・・・サンプリング部、８・
・・最大値記憶部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の測定レンジを有する測定レンジ切換手段と
   、時定数の異なる複数のローパスフィルタと、前記測定
   レンジを切換え制御するとともに、前記測定レンジの切
   換時に該切換えに連動して前記ローパスフィルタにおい
   て所望の値よりも小さい時定数のローパスフィルタに選
   択的に切換え、該ローパスフィルタの時定数により定ま
   る所定時間が経過した後に所望の時定数のローパスフィ
   ルタに切換制御する制御手段とを備えたことを特徴とす
   るレベル測定器。
2. （２）複数の測定レンジを有する測定レンジ切換手段と
   、時定数の異なる複数のローパスフィルタと、該ローパ
   スフィルタの出力を所定時間毎にサンプリングして出力
   するサンプリング手段と、前記測定レンジを切換え制御
   するとともに、前記測定レンジの切換時に前記ローパス
   フィルタにおいて前記サンプリング時間よりも短い時定
   数を持つローパスフィルタに選択的に切換え、該ローパ
   スフィルタの時定数による時間が経過した後に時定数が
   適正値のローパスフィルタに切換制御する制御手段とを
   備えたことを特徴とするレベル測定器。
3. （３）複数の測定レンジを有する測定レンジ切換手段と
   、時定数の異なる複数のローパスフィルタと、該ローパ
   スフィルタの出力を所定時間毎にサンプリングして出力
   するサンプリング手段と、前記測定レンジを切換え制御
   するとともに、前記測定レンジの切換時に前記ローパス
   フィルタにおいて適正値よりも小さい時定数のローパス
   フィルタに選択的に切換え、該ローパスフィルタの時定
   数による時間が経過した後に時定数が適正値のローパス
   フィルタに切換制御する制御手段と、前記サンプリング
   手段のサンプリング時間毎に最大値を更新記憶する最大
   値記憶手段とを備えたことを特徴とするレベル測定器。