JPH0330830B2 - - Google Patents
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- JPH0330830B2 JPH0330830B2 JP14774980A JP14774980A JPH0330830B2 JP H0330830 B2 JPH0330830 B2 JP H0330830B2 JP 14774980 A JP14774980 A JP 14774980A JP 14774980 A JP14774980 A JP 14774980A JP H0330830 B2 JPH0330830 B2 JP H0330830B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- phase
- phase detection
- output
- detected
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 33
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
- H03D13/00—Circuits for comparing the phase or frequency of two mutually-independent oscillations
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は被位相検波信号を位相検波する際に、
被位相検波信号中に含まれる高調波成分により出
力信号中に発生する誤差を除去した位相検波方法
に関する。
被位相検波信号中に含まれる高調波成分により出
力信号中に発生する誤差を除去した位相検波方法
に関する。
位相検波または同期整流は位相検波信号と同相
な被位相検波信号成分を抽出するために幅広い分
野で用いられているが、被位相検波信号中に高調
波成分が含まれていると出力信号中に該高調波成
分の影響が生じ、正確に同相成分の大きさを表わ
さないことになる。例えば、コンデンサやインダ
クタなどのキヤパシタンス値やインダクタンス値
を測定する回路定数測定装置においては、高調波
成分の影響により出力信号がこれらの値を正確に
表わさないことになる。
な被位相検波信号成分を抽出するために幅広い分
野で用いられているが、被位相検波信号中に高調
波成分が含まれていると出力信号中に該高調波成
分の影響が生じ、正確に同相成分の大きさを表わ
さないことになる。例えば、コンデンサやインダ
クタなどのキヤパシタンス値やインダクタンス値
を測定する回路定数測定装置においては、高調波
成分の影響により出力信号がこれらの値を正確に
表わさないことになる。
従来高調波成分の影響を除去する方法として次
のような方法が知られている。第1図は位相検波
器の入出力信号の関係を示す図、第2図は従来の
位相検波方法において位相検波器に印加される信
号の波形図である。第1図において位相検波器1
の一方の入力端子には被位相検波信号VXが他方
の入力端子には位相検波信号VRが印加され、出
力端子に位相検波出力信号VOが得られる。第2
図Aは被位相検波信号VX(以後VXという)を第
2図Bは位相検波信号VR(以後VRという)を示
す。VRはVXの一周期を4m(mは整数、図におい
てはm=2)等分し、45゜から135゜までの振幅が0゜
から45゜までおよび135゜から180゜までの振幅(1+
√2)倍である方形波信号である。このような
VRによつてVXを位相検波すると(4m±1)次高
調波のみが(4m±1)分の1だけの大きさで影
響し、他の次数の高調波の影響は出力信号VO中
に発生しない(詳しくは特開昭50年第133423号参
照)。第3図は第2図Bに示す信号を3個の信号
に分割した場合の波形図である。信号Bは信号A
よりも45゜進み、信号Cは信号Aよりも45゜遅れ、
そしてこれらの信号B、Cの振幅はそれぞれ信号
Aの振幅の1/√2である。したがつて信号A、
B、Cを加えると第2図Bの信号となる。よつて
従来の他の方法においては振幅の等しい信号A、
B、Cにより時分割で位相検波を行ない各位相検
波出力信号の大きさに比例したデジタル値を各別
に求め、そして信号Aによる位相検波の出力信号
に対応するデジタル値のみを√2倍し、そして3
個とデジタル値を加算することにより出力信号を
得ている。この方法は第2図に示した方法と等価
であることは勿論である(詳しくは米国特許第
4181949号参照)。
のような方法が知られている。第1図は位相検波
器の入出力信号の関係を示す図、第2図は従来の
位相検波方法において位相検波器に印加される信
号の波形図である。第1図において位相検波器1
の一方の入力端子には被位相検波信号VXが他方
の入力端子には位相検波信号VRが印加され、出
力端子に位相検波出力信号VOが得られる。第2
図Aは被位相検波信号VX(以後VXという)を第
2図Bは位相検波信号VR(以後VRという)を示
す。VRはVXの一周期を4m(mは整数、図におい
てはm=2)等分し、45゜から135゜までの振幅が0゜
から45゜までおよび135゜から180゜までの振幅(1+
√2)倍である方形波信号である。このような
VRによつてVXを位相検波すると(4m±1)次高
調波のみが(4m±1)分の1だけの大きさで影
響し、他の次数の高調波の影響は出力信号VO中
に発生しない(詳しくは特開昭50年第133423号参
照)。第3図は第2図Bに示す信号を3個の信号
に分割した場合の波形図である。信号Bは信号A
よりも45゜進み、信号Cは信号Aよりも45゜遅れ、
そしてこれらの信号B、Cの振幅はそれぞれ信号
Aの振幅の1/√2である。したがつて信号A、
B、Cを加えると第2図Bの信号となる。よつて
従来の他の方法においては振幅の等しい信号A、
B、Cにより時分割で位相検波を行ない各位相検
波出力信号の大きさに比例したデジタル値を各別
に求め、そして信号Aによる位相検波の出力信号
に対応するデジタル値のみを√2倍し、そして3
個とデジタル値を加算することにより出力信号を
得ている。この方法は第2図に示した方法と等価
であることは勿論である(詳しくは米国特許第
4181949号参照)。
本発明の目的は上述した方法とは異なる位相検
波方法を提供することである。まず本発明の理解
を容易にするために数式を用いて本発明の原理を
説明する。
波方法を提供することである。まず本発明の理解
を容易にするために数式を用いて本発明の原理を
説明する。
被位相検波信号VX
=asin(ωt+θa)+bsin(3ωt
+θb)
+csin(5ωt+θc)+……
ここでθa、θb、θcは位相差を表わす。
位相検波信号VR(0゜)(方形波信号)
=A∞
〓K=1
sin(2k−1)ωt/2k−1
VR(+45゜)(VRより45゜進み信号)
=A∞
〓K=1
sin{(2k−1)(ωt+45゜)}/2k−1
VR(−45゜)(VRより45゜遅れ信号)
=A∞
〓K=1
sin{(2k−1)(ωt−45゜)}/2k−1
とする。これらから
VX・VR(0°)={asin(ωt+θa)+bsin
(3ωt+θb)+csin(5ωt+θc)+……} ×A・(sinωt+1/3sin3ωt+1/
5sin5ωt+……) ここで、 {asin(ωt+θa)}×Asinωt+A/3sin3
ωt+A/5sin5ωt+……) =aAcosθa/2−aAcos(2ωt+θa)/2
+aAcos(−2ωt+θa)/6−aAcos(4ωt+θa)/6
+…… {bsin(3ωt+θb)}×Asinωt+A/3sin3
ωt+A/5sin5ωt+……) =bAcos(2ωt+θb)/2−bAcos(4ωt
+θb)/2+bAcosθb)/6−bAcos(6ωt+θb)/
6+…… 以下同様にする。
(3ωt+θb)+csin(5ωt+θc)+……} ×A・(sinωt+1/3sin3ωt+1/
5sin5ωt+……) ここで、 {asin(ωt+θa)}×Asinωt+A/3sin3
ωt+A/5sin5ωt+……) =aAcosθa/2−aAcos(2ωt+θa)/2
+aAcos(−2ωt+θa)/6−aAcos(4ωt+θa)/6
+…… {bsin(3ωt+θb)}×Asinωt+A/3sin3
ωt+A/5sin5ωt+……) =bAcos(2ωt+θb)/2−bAcos(4ωt
+θb)/2+bAcosθb)/6−bAcos(6ωt+θb)/
6+…… 以下同様にする。
さらに、VX・VR(+45゜)、およびVX・VR(−
45゜)についても同様にする。ここで、被位相検
波信号VXと被位相検波信号VRのそれぞれの周波
数が一致するときに生ずる直流出力成分に注目
し、また、基本波成分の7倍以上の周波数成分は
充分小さいと仮定すると、 VX・VR(0゜)≒aA/2cosθa+bA/6 cosθb+cA/10cosθc VX・VR(+45゜)≒aA/2cos(θa−45゜) +bA/6cos(θb−135゜)+cA/10cos(θc−225゜
) VX・VR(−45゜)≒aA/2cos(θa+45゜) +bA/6cos(θb+135゜)+cA/10cos(θc+225゜
) ++√2=√2Aacosθa よつてVR(+45゜)およびVR(−45゜)で位相検波
した信号と、VR(0゜)で位相検波した出力を√2
倍した信号とを加算すれば、位相検波出力はVX
中に含まれる高調波成分の影響を受けずcosθaに
比例した出力信号が得られる。この場合VR(0゜)
が基準位相検波信号である。上記数式に基づき本
発明は以下のようにして位相検波を行う。第4図
は本発明による位相検波方法を示した波形図であ
る。図において、まず一定期間TcだけVXをVR
(+45゜)で位相検波を行ないその出力を積分す
る。続いて同一期間TcだけVR(−45゜)で位相検
波を行ないその出力を積分する。さらに続いて√
2Tc期間だけVR(0゜)で位相検波を行ないその出
力を積分する。このとき積分の時定数をτとし、
τを交流信号成分が充分に抑圧される時定数に選
べば、直流成分のみが積分されることになり、 出力電圧=1/τ・Tc・VX・VR(+45゜) +1/τ・Tc・VX・VR(−45゜) +1/τ・√2・Tc・VX・VR(0゜) =1/τ・Tc(式+式+√2×式) したがつて(2+√2)Tc期間経過後の積分
出力は式より1/τ・Tc・(√2aAcosθa)とな る。したがつてこの出力信号を電圧計で計れば、
VX中に含まれる高調波成分の影響を受けないで
cosθaに比例した出力を得ることができる。例え
ばVX=P+jQとすればPはacosθaに比例するか
らVXの実数成分を正確に測定できる。なおVR(−
0゜)、VR(+45゜)、VR(−45゜)を印加するシーケ
ン
スは問題ではなく、要するに3個の位相検波信号
により連続測定を行なえばよい。また上記例にお
いてはVXと同相な(θa=0゜として)信号VR(−0゜)
を基準位相検波信号としたが、VX(θa=0゜として)
と90゜位相の異なる信号(例えば−90゜遅れた信
号)VR(−90゜)を基準位相検波信号とし、VR(−
90°)と該VR(−90°)と±45゜位相の異なるVR(−
45゜)、VR(−135゜)とを用いて位相検波すれば積
分出力は−√2aA(sinθa)Tc(積分の時定数τは
便宜上1とする。以下同様)となり、前述Qは
asinθaに比例するからVXの虚数成分を正確に測
定できる。次に本発明の応用例について述べる。
45゜)についても同様にする。ここで、被位相検
波信号VXと被位相検波信号VRのそれぞれの周波
数が一致するときに生ずる直流出力成分に注目
し、また、基本波成分の7倍以上の周波数成分は
充分小さいと仮定すると、 VX・VR(0゜)≒aA/2cosθa+bA/6 cosθb+cA/10cosθc VX・VR(+45゜)≒aA/2cos(θa−45゜) +bA/6cos(θb−135゜)+cA/10cos(θc−225゜
) VX・VR(−45゜)≒aA/2cos(θa+45゜) +bA/6cos(θb+135゜)+cA/10cos(θc+225゜
) ++√2=√2Aacosθa よつてVR(+45゜)およびVR(−45゜)で位相検波
した信号と、VR(0゜)で位相検波した出力を√2
倍した信号とを加算すれば、位相検波出力はVX
中に含まれる高調波成分の影響を受けずcosθaに
比例した出力信号が得られる。この場合VR(0゜)
が基準位相検波信号である。上記数式に基づき本
発明は以下のようにして位相検波を行う。第4図
は本発明による位相検波方法を示した波形図であ
る。図において、まず一定期間TcだけVXをVR
(+45゜)で位相検波を行ないその出力を積分す
る。続いて同一期間TcだけVR(−45゜)で位相検
波を行ないその出力を積分する。さらに続いて√
2Tc期間だけVR(0゜)で位相検波を行ないその出
力を積分する。このとき積分の時定数をτとし、
τを交流信号成分が充分に抑圧される時定数に選
べば、直流成分のみが積分されることになり、 出力電圧=1/τ・Tc・VX・VR(+45゜) +1/τ・Tc・VX・VR(−45゜) +1/τ・√2・Tc・VX・VR(0゜) =1/τ・Tc(式+式+√2×式) したがつて(2+√2)Tc期間経過後の積分
出力は式より1/τ・Tc・(√2aAcosθa)とな る。したがつてこの出力信号を電圧計で計れば、
VX中に含まれる高調波成分の影響を受けないで
cosθaに比例した出力を得ることができる。例え
ばVX=P+jQとすればPはacosθaに比例するか
らVXの実数成分を正確に測定できる。なおVR(−
0゜)、VR(+45゜)、VR(−45゜)を印加するシーケ
ン
スは問題ではなく、要するに3個の位相検波信号
により連続測定を行なえばよい。また上記例にお
いてはVXと同相な(θa=0゜として)信号VR(−0゜)
を基準位相検波信号としたが、VX(θa=0゜として)
と90゜位相の異なる信号(例えば−90゜遅れた信
号)VR(−90゜)を基準位相検波信号とし、VR(−
90°)と該VR(−90°)と±45゜位相の異なるVR(−
45゜)、VR(−135゜)とを用いて位相検波すれば積
分出力は−√2aA(sinθa)Tc(積分の時定数τは
便宜上1とする。以下同様)となり、前述Qは
asinθaに比例するからVXの虚数成分を正確に測
定できる。次に本発明の応用例について述べる。
第5図は本発明を適用したベクトル電圧計のブ
ロツク図である。位相検波器1の一方の入力端子
には被位相検波信号VXが他方の入力端子には可
変位相信号発生器9の出力信号が印加される。可
変位相信号発生器9は論理演算制御器5の制御信
号に応答して基準信号VREFと同相な信号VR(0゜)、
該信号と±45゜位相のずれた信号VR(+45゜)、VR
(−45゜)等を発生する。積分器3には又スイツチ
4を介して(またはさらにフイルタを介して)位
相検波器1の出力信号または直流基準信号(電圧
Er)6が選択的に印加される。積分器3の出力
信号は論理演算制御器5に印加される。制御器5
は前述制御信号を発生すると共に、比較動作、ス
イツチ4の制御動作、計数演算動作等を行ない、
いわゆるデユアルスロープ積分動作が行なわれる
ように制御する。この電圧計は次のように動作す
る。
ロツク図である。位相検波器1の一方の入力端子
には被位相検波信号VXが他方の入力端子には可
変位相信号発生器9の出力信号が印加される。可
変位相信号発生器9は論理演算制御器5の制御信
号に応答して基準信号VREFと同相な信号VR(0゜)、
該信号と±45゜位相のずれた信号VR(+45゜)、VR
(−45゜)等を発生する。積分器3には又スイツチ
4を介して(またはさらにフイルタを介して)位
相検波器1の出力信号または直流基準信号(電圧
Er)6が選択的に印加される。積分器3の出力
信号は論理演算制御器5に印加される。制御器5
は前述制御信号を発生すると共に、比較動作、ス
イツチ4の制御動作、計数演算動作等を行ない、
いわゆるデユアルスロープ積分動作が行なわれる
ように制御する。この電圧計は次のように動作す
る。
VR(0゜)と同相なVX成分を測定する場合につい
て説明する。充電期間中、スイツチ4は位相検波
器1の出力信号を受信するように接続される。そ
して第4図について前述したように信号発生器9
より信号VR(0゜)、VR(+45゜)、VR(−45゜)が順
次
発生されて位相検波(同期整流)され、(2+√
2)Tc期間後積分器3の出力信号は√2
AacosθaTcとなる。この期間経過後スイツチ4
が切換えられて電圧Erが積分器3に印加され放
電動作が行なわれる。いわゆるデユアルスロープ
積分動作が行なわれる。よつて放電期間TXは
acosθaに比例するからTX=√2AacosθaTc/Er
を求めることによりVXの実数成分を求めること
ができる。ここでVXが基準信号VREFをコンデン
サ、インダクタ等に印加して得られる電圧VX=
(X+jY)VREFとすると損失分を高調波の影響を
受けないで正確に測定することができる。また
VR(−90゜)、VR(−45゜)、VR(−135゜)を用いて
位
相検波し、上述と同様な動作を行なえばTXは
asinθaに比例するから、TX=√2AasinθaTc/
Erを求めることにより、VXの虚数成分即ちコン
デンサの容量値を正確に測定できる。なお上述コ
ンデンサの損失分等を測定する場合位相検波信号
をVREFから必ずしも導出する必要はなく、別の基
準記号から得てもよい。この場合VREFと位相検波
信号とに基本的に位相差があれば論理演算制御器
5により最終的に補正計算を行えばよい(米国特
許第4196475号参照)。
て説明する。充電期間中、スイツチ4は位相検波
器1の出力信号を受信するように接続される。そ
して第4図について前述したように信号発生器9
より信号VR(0゜)、VR(+45゜)、VR(−45゜)が順
次
発生されて位相検波(同期整流)され、(2+√
2)Tc期間後積分器3の出力信号は√2
AacosθaTcとなる。この期間経過後スイツチ4
が切換えられて電圧Erが積分器3に印加され放
電動作が行なわれる。いわゆるデユアルスロープ
積分動作が行なわれる。よつて放電期間TXは
acosθaに比例するからTX=√2AacosθaTc/Er
を求めることによりVXの実数成分を求めること
ができる。ここでVXが基準信号VREFをコンデン
サ、インダクタ等に印加して得られる電圧VX=
(X+jY)VREFとすると損失分を高調波の影響を
受けないで正確に測定することができる。また
VR(−90゜)、VR(−45゜)、VR(−135゜)を用いて
位
相検波し、上述と同様な動作を行なえばTXは
asinθaに比例するから、TX=√2AasinθaTc/
Erを求めることにより、VXの虚数成分即ちコン
デンサの容量値を正確に測定できる。なお上述コ
ンデンサの損失分等を測定する場合位相検波信号
をVREFから必ずしも導出する必要はなく、別の基
準記号から得てもよい。この場合VREFと位相検波
信号とに基本的に位相差があれば論理演算制御器
5により最終的に補正計算を行えばよい(米国特
許第4196475号参照)。
第6図は本発明を適用したベクトル電圧比計の
ブロツク図である。第6図の電圧比計が第5図の
電圧計と異なる点は構成上、スイツチ2を介して
VX、VREFが導入されること、スイツチ4および
直流基準信号6が存在しないことである。動作上
異なる点は放電動作時スイツチ2がVREFを受信す
るように切換えられ且つ可変位相信号発生器9か
らVR(0゜)が発生されて位相検波されることであ
る。したがつてX成分、Y成分等のベクトル電圧
比が放電時間TX=√2acosθaTc等により直接求
められる。なおこの場合放電時に高調波の影響が
考えられるが、充電電圧が小さく且つ放電電圧が
大きい場合(例えばθaが小で、VR(−90゜)、VR
(−45゜)、VR(−135゜)で充電し、VR(0゜)で放電
する場合)には高調波の影響は無視できるほど小
さい。
ブロツク図である。第6図の電圧比計が第5図の
電圧計と異なる点は構成上、スイツチ2を介して
VX、VREFが導入されること、スイツチ4および
直流基準信号6が存在しないことである。動作上
異なる点は放電動作時スイツチ2がVREFを受信す
るように切換えられ且つ可変位相信号発生器9か
らVR(0゜)が発生されて位相検波されることであ
る。したがつてX成分、Y成分等のベクトル電圧
比が放電時間TX=√2acosθaTc等により直接求
められる。なおこの場合放電時に高調波の影響が
考えられるが、充電電圧が小さく且つ放電電圧が
大きい場合(例えばθaが小で、VR(−90゜)、VR
(−45゜)、VR(−135゜)で充電し、VR(0゜)で放電
する場合)には高調波の影響は無視できるほど小
さい。
以上の説明より明らかなように本発明によれ
ば、位相検波出力に被位相検波信号中に含まれる
高調波成分の影響は発生しない。よつて本発明を
ベクトル電圧計や回路定数測定器に使用して極め
て効果大である。
ば、位相検波出力に被位相検波信号中に含まれる
高調波成分の影響は発生しない。よつて本発明を
ベクトル電圧計や回路定数測定器に使用して極め
て効果大である。
第1図は位相検波器の入出力信号の関係を示す
図、第2図は従来の位相検波方法において位相検
波器に印加される信号の波形図、第3図は第2図
Bに示す信号の分割波形図、第4図は本発明によ
る位相検波方法を示す波形図、第5図は本発明を
適用したベクトル電圧計のブロツク図、第6図は
本発明を適用したベクトル電圧比計のブロツク図
である。 1:位相検波器、2,4:スイツチ、3:積分
器、5:論理演算制御器、9:可変位相信号発生
器。
図、第2図は従来の位相検波方法において位相検
波器に印加される信号の波形図、第3図は第2図
Bに示す信号の分割波形図、第4図は本発明によ
る位相検波方法を示す波形図、第5図は本発明を
適用したベクトル電圧計のブロツク図、第6図は
本発明を適用したベクトル電圧比計のブロツク図
である。 1:位相検波器、2,4:スイツチ、3:積分
器、5:論理演算制御器、9:可変位相信号発生
器。
Claims (1)
- 1 被位相検波信号を位相検波信号で位相検波す
る位相検波手段と、該位相検波手段の出力を積分
する積分手段とを備え、前記位相検波信号とし
て、第1信号と、該第1信号とそれぞれ+45゜、−
45゜位相の異なる第2、第3信号との、3つの信
号の中から1信号ずつ順次前記位相検波手段に印
加し、前記各信号の印加中にそれぞれ対応する期
間だけ前記位相検波手段の出力を前記積分手段で
積分し、3回の積分によつて順次累積された前記
積分手段の出力を最終的な位相検波出力とする位
相検波方法であつて、前記第2、第3信号印加中
の積分時間は共に等しくTcであり、前記第1信
号印加中の積分時間は√2・Tcであることを特
徴とする位相検波方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14774980A JPS5772404A (en) | 1980-10-22 | 1980-10-22 | Phase detecting method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14774980A JPS5772404A (en) | 1980-10-22 | 1980-10-22 | Phase detecting method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5772404A JPS5772404A (en) | 1982-05-06 |
| JPH0330830B2 true JPH0330830B2 (ja) | 1991-05-01 |
Family
ID=15437268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14774980A Granted JPS5772404A (en) | 1980-10-22 | 1980-10-22 | Phase detecting method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5772404A (ja) |
-
1980
- 1980-10-22 JP JP14774980A patent/JPS5772404A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5772404A (en) | 1982-05-06 |
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