JPH0658377U - サンプリング式測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被測定入力の周波数とサンプリング周波数ｆ
sがエリアシングの起こる関係を検出し、サンプリング
周波数ｆsを変更することで、エリアシングを回避し、
正確な測定値の算出を可能とした測定器を提供すること
にある。 【構成】被測定の交流入力をサンプリングしてデジタル
信号に変換するアナログ・ディジタル変換器，及びこの
アナログ・ディジタル変換器の出力に所定の演算を施す
演算回路を備えた測定器において、エリアシングの発生
時に前記サンプリングの周波数を変更する手段を設けた
もの。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、デジタル・サンプリング方式による測定器に関し、特に被測定入力 の周波数とサンプリング周波数との関係によって生じるエリアシング誤差を無く すようにしたサンプリング式の測定器に関するものである。 以下、本考案をサンプリング式の電力計に適用した場合について説明する。

【０００２】

【従来の技術】

図５にサンプリング式電力計の従来例を示す。図において、Ｖ(t)，Ｉ(t)は入 力の交流電圧，交流電流を示すものである。１ａ，１ｂは所定の周波数ｆsで入 力Ｖ(t)，Ｉ(t)をサンプリングしてデジタル信号に変換するアナログ・デジタル 変換器、２はアナログ・ディジタル変換器１ａ，１ｂより得られるデジタル信号 を入力とする演算回路である。演算回路２は両入力を乗算（Ｖ(t)×Ｉ(t)）後、 その乗算結果を平均化して入力交流の電力値Ｐを求める。 このようなデジタル・サンプリング方式による電力計は既に公知のものである 。しかし、従来のこの様な電力計においては、被測定入力の周波数がサンプリン グ周波数ｆs（又は、その１／ｎ，ｎ；整数）と一致する場合、図６に示す如く 常に同じ位相点の値をサンプリングすることになり、その為いくら長い時間にわ たってＶ(t)×Ｉ(t)の値を平均化しても，真の平均値を得ることはできない。即 ち、被測定入力の周波数とサンプリング周波数ｆsとの関係によって、エリアシ ング誤差が発生する。なお、図６は被測定入力の周波数がｆs／ｎで、Ｖ(ｎ)× Ｉ(ｎ)，ｎ＝５のときの平均化を説明する為の図である。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

本考案の目的は、被測定入力の周波数とサンプリング周波数ｆsがエリアシン グの起こる関係を検出し、サンプリング周波数ｆsを変更することで、エリアシ ングを回避し、正確な測定値の算出を可能とした測定器を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

本考案は、被測定の交流入力をサンプリングしてデジタル信号に変換するアナ ログ・ディジタル変換器，及びこのアナログ・ディジタル変換器の出力に所定の 演算を施す演算回路を備えた測定器において、エリアシングの発生時に前記サン プリングの周波数を変更する手段を設けたものである。

【０００５】

【作用】

このような本考案では、サンプリングの周波数がエリアシングの発生時に変更 されるので、エリアシングの発生に伴う誤差が回避される。

【０００６】

【実施例】

以下図面を用いて本考案を説明する。 図１は本考案の一実施例を示す回路構成図である。図において、Ｖ(t)，Ｉ(t) は被測定入力の交流電圧，交流電流を示すものである。１ａ，１ｂはサンプル・ ホールド回路を含むアナログ・デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器という）、 ２はデジタル演算回路で、乗算及び平均化演算を行う。３はエリアシング発生条 件を認識する為に動作するゼロ・クロス（Ｚero Ｃross）検出器、４，５は異な る周波数ｆs１，ｆs２のサンプル・クロックを発振する発振器、６はｆs１とｆs ２を切替えてＡ／Ｄ変換器１ａ，１ｂに与える切替回路で、その切替信号は演算 回路２から与えられる。７はゼロ・クロス検出器３からの出力を受け、サンプル ・クロック発振器４，５の起動をかけるフリップ・フロップで構成された起動回 路である。

【０００７】 このような各部から成る本考案に係わる電力計についてその動作を図２の波形 図、図３のタイミング・チャート、及び図４のフロー・チャートを用いて説明す ると次の如くなる。 被測定入力の交流電圧Ｖ(t)の波形を図２(イ）の実線で，電流Ｉ(t)を点線で 示す。又、サンプル・クロック発振器４と５の発振クロックｆs１とｆs２を図３ の（ロ）と（ハ）に示す。以下、発振クロックｆs１，ｆs２をサンプリング周波 数という。 サンプリング周波数は切替回路６によってｆs１又はｆs２の何れかに切り換え られ、Ａ／Ｄ変換器１ａ及び１ｂに加えられる被測定の入力電圧Ｖ(t)，及び電 流Ｉ(t)はそのサンプリング周波数に同期したタイミングでデジタル信号に変換 される。デジタル信号に変換されたＶ(t)及びＩ(t)は演算回路２に加えられてＶ (t)×Ｉ(t)の演算が実行される。その演算結果の波形を図２の(ロ）に示す。

【０００８】 当初、演算回路２からの選択信号により、切替回路６は図３の（ロ）に示すサ ンプリング周波数ｆs１が選択されるように動作する。又、この状態におけるサ ンプリング発振起動回路７の出力を図３（イ）のａ点で示す。 一方、入力の交流電圧Ｖ(t)はゼロ・クロス検出器４に加えられる。このゼロ ・クロス検出器４により入力電圧Ｖ(t)の零点が検出され、この検出信号により サンプリング発振起動回路７は図３（イ）のｂ点で示す如くセットされる。この 時、Ａ／Ｄ変換器１ａ及び１ｂはｆs１の周波数で入力電圧Ｖ(t)，及び電流Ｉ(t )をサンプリングし、デジタル信号に変換する。ここで、演算回路２はこの演算 回路に入力されるデータＶ（ｎ）がゼロ・データか否かを判断する。即ち、演算 回路２は被測定入力Ｖ(n)の周波数がサンプリング周波数ｆs１（又はｆs１／ｎ ）と一致するか否かを判断する。 両周波数が一致する場合、即ちゼロ・データの場合、図５の従来例で説明した ようにエリアシング誤差が生じる。ゼロ・データで無い場合、図４のフローチャ ートで示す如く、演算回路２はサンプリング周波数ｆs１でサンプリングされた Ａ／Ｄ変換器１ａ及び１ｂが出力する入力電圧Ｖ(t)，及び電流Ｉ(t)に対応した デジタル・データを乗算後、平均化して電力値を求める。

【０００９】 一方、演算回路２に入力されるデータＶ（ｎ）がゼロ・データである場合、こ の演算回路は切替回路６に選択信号を送り、サンプリング周波数ｆs１をｆs２に 切替える。切替えのタイミングを図３のｃ点で示す。以後、被測定入力はサンプ リング周波数ｆs２でＡ／Ｄ変換される。ここで、演算回路２は、再びこの演算 回路に入力されるデータＶ(n)がゼロ・データか否かを判断し、ゼロ・データで ない場合演算回路２はＡ／Ｄ変換器１ａ及び１ｂの出力を乗算し、平均化する。 このようにして、Ｎ回の演算を行い、求める電力Ｐが得られたらサンプリング 発振起動回路７をリセットし、演算を終了する。

【００１０】

【考案の効果】

本考案によれば、測定入力の周波数とサンプリング周波数（ｆs）がエリアシ ングの起こる関係（入力信号周波数＝ｆs／ｎ）を検出し、サンプリング周波数 ｆsを変更することで、エリアシングを回避し、正確な電力値の算出を可能とし た電力計を得ることが出来る。また、本考案によればサンプリング周波数の低速 Ａ／Ｄ変換器を使用し、高い周波数の入力信号（ｆs／２以上）の電力値も等価 サンプリングにより得ることができる効果がある。

【００１１】 なお、上述した実施例では本考案を電力計について説明したが、本考案は例え ば被測定交流入力の実効値をデジタル・サンプリング方式により測定するように した測定器にも適用する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示した回路構成図である。

【図２】図１の回路の動作を説明する為の波形図であ
る。

【図３】図１の回路の動作を説明する為のタイミング・
チャートである。

【図４】図１の回路の動作を説明する為のフローチャー
トである。

【図５】従来の回路構成図である。

【図６】図５の回路の動作を説明する為の波形図であ
る。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ アナログ・ディジタル変換器 ２ 演算回路 ３ ゼロクロス検出回路 ４，５ サンプル・クロック発振器 ６ 切替回路 ７ 起動回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定の交流入力をサンプリングしてデジ
   タル信号に変換するアナログ・ディジタル変換器，及び
   このアナログ・ディジタル変換器の出力に所定の演算を
   施す演算回路を備えた測定器において、エリアシングの
   発生時に前記サンプリングの周波数を変更する手段を設
   けたことを特徴とするサンプリング式測定器。