JPS5956170A - 伝達関数測定器 - 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】 この発明は被測定物に信号を供給し、その入力信号と、
被測定物よりの出力信号とから、被測定物の伝達関数を
求める伝達関数測定器、特に高速フーリエ変換処理によ
りデジタル的に伝達関数を測定する測定器に関する。

〈従来技術〉 伝達関数測定器は、第１図に示すように掃引正弦波信号
発生器１１よりの掃引正弦波信号を被測定物１２に入力
１〜、その入力信号のレベルで被測定物１２の出力信号
のレベルを割算回路１３で割算してＣＲＴ表示器１４の
第１Ｙ軸端子に供給し、又被測定物１２に対する入力信
号と出力信号との位相差を位相差検出器１５で検出して
ＣＲＴ表示器１４の第２Ｙ軸端子に供給し、一方、掃引
Ｗ丑。

波信号発生器１１よりの周波数掃引信号をＣＲＴ表示器
１４のＸ軸端子へ供給して、被１１１Ｉ定物１２の振幅
（利得）特性を表示器１４の表示面に曲線１６として表
示すると共に、位相特性を曲線１７として表示するよう
にされている。

このように伝達関数をアナログ的にｏ＋す定する代りに
デジタル的に測定することにより、その後のデジタル的
処理が行いやすいようにしたものが提案されている。こ
れは入力信号及び出力信号を高速フーリエ変換して伝達
関数を求めるものである。

即ち入力信号のｎ　＋１ｊｕｌのサンプルより滑る時系
列を昼速フーリエ変換して、例えば第２図に示すように
その周波数成分Ｆｌ−Ｆｎについてそれぞれ入力。

信号スペクト／ｌ／　ａ　＋　＋ｊａ　＋　’　〜ａｌ
＋ｊ　ａｎ　’及びそのパワーゝスペクトルＡ＋−Ａｎ
を得る。同様にして被測定物１２の出力信号のｎ個のサ
ンプルよりなる時系列を高速フーリエ変換して周波数成
分Ｆ＋−Ｆｎによって出力信号スペクトルｂｓ＋ｊｂ＋
’〜ｂｎ＋ｊｂｎ’を求め、これら入カスベクトル及び
出カスベクトルの対応する周波数の積であるクロススペ
クトルを周波数成分Ｆ１〜Ｆｎについてｃ＋−１−ｊｃ
＋”〜Ｃｎ＋ｊＣｎ１を求める。このように入力信号及
び出力信号の各時系列毎に入カバワースベクトル及びク
ロススペクトルを求めると共に、その各対応する周波数
成分についての平均値を求め、負周波数成分ごとにその
平均されだ入カパワースペ、クトルによって平均された
クロススペクトルをそれぞれ割算して振幅（利得）特性
を求めると共に、各胤波数成分の平均クロススペクトル
の実数部と虚数部とから位相特性を求めている。

このように従来においては高速フーリエ変換されたスペ
クトルの、すべての周波数成分についてそれぞれ平均し
ており、つまりパワーが小さいスペクトルも平均してお
り、限られたビット数で者数を表現するデジタル処理に
おいては小さいパワーによる割算は大きな誤差を伴い、
全体としての測定精度を低下させていた。

〈発明の概要〉 この発明の目的は高い精度で伝達関数をデジタル的に測
定することができ、ひずみ等の非直線的な影響のない伝
達関数測定器を提供することにある。

この発明によれば各入力信号及び出力信号の高速フーリ
エ変換時系列についてその入カバワースベクトルのピー
クの周波数及びそのピーク値を求める。そのピーク周波
数についてそれ甘でに得られている時系列毎のフーリエ
変換の対応する周波６２のパワーのピーク値の平均及び
対応する周波数のクロススペクトルの平均をそれぞれ求
め、これら平均されたものによシ伝達特性を求める。こ
のようにピーク値についてのみ平均、割算処理が行われ
、低い誤差成分の多いレベルの低い周波数成分について
は、これらを無視することによって？Ｆｌｊ定精度を上
げている。入力信号は正弦波信号であって、そのスペク
トルは単一周波数のみに出るのが普通であり、前述のよ
うにピーク値の周波数成分のみの処理により高い精度の
測定が得られる。

〈実施例〉 第３図はこの発明による伝達関数測定器の一例を示す。

掃引正弦波信号発生器１１よシの正弦波信号は被測定物
１２に入力される。その入力信号は一定周期で標本化さ
れ、ＡＤ変換器２１により各標本値がデジタル信号に変
換されて入力バッファメモリ２２に書き込まれる。また
被測定物１２の出力信号はＡＤ変換器２３により一定周
期毎の標本値がデジタル信号に変換されて出力バッファ
メモリ２４に取込まれる。バッファメモリ２２゜２４の
読み出し出力側Ｎ″ｌｌ：マルチプレクサ２５を通じて
バス２６に接続される。中央処理装置いわゆるＣＰＵ２
７、全体の制御を行うプログラムが記憶された読み出し
専用メモリ２８、高速フーリエ変換演算を行うＦＦＴブ
ロセッザ２９、高速フーリエ変換出力が記憶される変換
メモリ３１、更に平均値が記憶される平均値メモリ３２
等がバス２６に接続されている。

ＣＰＵ２７はメモリ２８のプログラムを読み出して解読
実行して制御処理を行うが、この処理は次のようなもの
である。即ちＣＰＵ２７によりマルチプレクサ２５を制
御して先づ入力バッファメモリ２２からそれまでの例え
ばｎ個のサンプル値の時系列がＣＰＵ２７に取込まれ、
その取込まれた時系列はこれよりＦＦＴプロセッサ２９
において高速フーリエ変換され、第２図について述べた
ように周波数成分Ｆ１〜Ｆｎについて入カスベクトルａ
ｌ−１−ｊａｔ　’　〜ａｎ＋ｊａｎ’が演算され、更
にこれらよシバワースベクトルＡ１〜Ａｎが演算さね、
こゎらけＣＰＵ２７を介して変換メモリ３１内の入カス
ベクトル領域３１ａ及び入カッくワースベクトル頓域３
１ｂにそれぞれ記憶される。次にＣＰ　Ｕ２７のｉｌｌ
　ｉｌｌにより出力バッファメモリ２４から、前記入力
時系列と対応するｎ個のサンプル値よりなる時系列がＣ
ＰＵ２７に取込まれ、更にＦＦＴプロセッサ２９によっ
て高速フーリエ変換される。これにより出カスベクトル
ｔ）＋十ｊｂｌ’〜ｂ２＋ｊｂ２’　　とそのパワース
ペクトルＢ１〜Ｈｎがそれぞれ得られ、これも変換メモ
リ３１の出カスベクトル領域３１Ｃ及ヒ出カバワースベ
クトル３１ｄにそれぞれ記憶される。

このように入力信号の１時系列と同時に得られた出力信
号の１時系列とを高速フーリエ変換して変換メモリ３１
に記憶した後、その各変換周波数成分Ｆ１〜ｌ’ｉ’ｎ
の対応するものについて入カスベクトルと出カスベクト
ルとの積を演算してクロススペクトルｃ＋−４−ｊｃｔ
’〜ｃｎ＋ｊｃｎ’を求めて変換メモリ３１中のクロス
スペクトル領域３１ｅに記憶す次に変換メモリ３１中の
入カバワースベクトルＡＩ−ＡｎをＣＰＵ２７に順次読
み取りピーク値の周波数及びそのピーク値を検出し、そ
のピーク値が所定レベル以上であるか否かを判定し、所
定レベル以上の場合はそのピーク周波数におけるそｔｌ
までの時系列について得られたピーク値との平均が行わ
れ、その平均結果は平均値メモリ３２の対応する周波数
の部分に記憶される。その平均演豹はそれまでの平均値
を５とし、新だに得られたピーク値をＸｅとし、それま
での平均回数を１くとすると、次の式で行われる。

眉←Ｘｏ十　　ｋ この値を新たな平均値として平均値メモリ３２の対応す
る周波数のところに記憶する。たソしｌ（の初期値は２
であり、かつ同一周波数のピーク値が連続して得られる
間そのｌ（を順次＋１する４、このようにして、例えば
第４図に示す」：うに検出ピーク値の各周波数Ｆ＋−Ｆ
ｎについての入カバワースベクトルの平均値Ａ１出カバ
ワースベクトルの平均値テ、更にクロススペクトルの平
均値「＋ｒ１°がそれぞれ演算される。なおこの平均を
行うに当ってｋがあらかじめ設定された値になると、そ
の周波数についての平均を中東する。

このようにして入力信号周波数を掃引し々から次々と入
力信号及び出力信号をサンプルして高速フーリエ変換を
行って各時系列毎についてのピニク値の周波数を求め、
その周波数についてそれまでの平均を求め、目的の周波
数範囲内の掃引が終了した時点でそれまで得られた各ピ
ークの周波数毎の入カバワースベクトルの平均値、出カ
バワースベクトルの平均値、クロススペクトルの平均値
から、入カバワースベクトルの平均値によシ、クロスス
ペクトルの平均値を割り算することを各周波数成分にて
求めて振幅（利得）特性を求め、更にクロススペクトル
の平均値の実数部と虚数部とから位相特性を求める。な
お必要に応じて入カバワースベクトル及び出カバワース
ベクトルよりその相関が各周波数成分ごとに演算される
。

以上述べたようにこの発明の伝達関数測定器においては
その入カバワースベクトルのピーク値の周波数を検出［
２、そのピーク周波数についてそねまでの時系列毎に得
られている入カバワースベクトル、クロススペクトルの
各平均を求めているだめ、つまりパワースペクトルのす
べての周波数成分について平均をとるものではなく、小
さなレベルで大きな誤差を含む可能性のある成分につい
ては無視することによシ正しい測定結果を得る。このよ
うにピークの周波数についてのみ平均処理を行なっても
、本来は１周波数成分ごとの特性が得られればよく、測
定も正弦波信号を入力信号とし、その周波数を掃引する
が、瞬時的には一周波数成分のみが入力されており、そ
の成分についてのみ平均して特性が得られればよく、そ
れにより高い精度の測定が可能となる。しかも歪々どの
非直線的な結合の影響が彦＜、その周波数成分について
のみの平均が行なわれることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアナログ信号による伝達関数測定器を示すブロ
ック図、第２図はデジタル的処理にょる伝達関数の測定
に用いられるデータを示す図、第３図はこの発明による
伝達関数測定器の一例を示すブロック図、第４１￥１は
その平均値メモリ３２における記憶例を示す図である。 １１：掃引正弦波信号発生器、１２：′＃測定物、２１
．２３：ＡＤ変換器、２２　、２４　：バツファメモリ
、２５：マルチプレクサ、２７　：　ＣＰＵ２８ニブロ
グラム記憶メモリ、２９：ＦＦＴプロセッサ、３１：変
換メモ’Ｊ、３２：平均値メモリ。 特許出願人　　タケダ理研工業株式会社代理人　草野　
卓 ７ｔ＝１　　囮 ２ ４ 沙　２　図 手続補正書（自発） 昭和５７午１１月８日 特許庁長官　殿 １事件の表示　　特願昭５７−１６７３７１、発明の名
称　　１云達関数測定器 ３補正をする者 ＠Ｓ件との関係　　特許出願人 タケダ理研工業株式会社 ５、補正の対象　　明細書中発明の詳細な説明の欄６袖
正の内容 （］）明細摺３頁１３行、７頁１６〜１７行１入カスベ
クトル」を「人カスベクトルの複素共役」前述のように
」を「その線形応答のスペクトルは、この入力周波数の
みＣ二出てくる。従って前述のように」と訂正する。 （３）同書８頁１０行「平均回数なｋ」を「平均回数な
に−１」と訂正する。 （４）同書８頁１５行「初期値は２であり、」を。 ［初期値は１であり、」と訂正する。 （５）同書８頁１９行「平均値λ、」を「平均値心、」
と訂正する。 （６）同書９頁１〜２行「平均値Ｂ、・・・・・それぞ
れ演算される。」を１平均値Ｂ１、更にクロススペーー
ーー〒 クトルの平均値Ｃ；　＋　Ｊ　Ｃ＋がそれぞれ演Ｗされ
る。」と訂正する。 （７）同書９百９〜１０行「ｌ」的の・・・・・得られ
た」を「掃引した周波数範囲のそれまで得られた」と訂
正する。 （８）　　同書９頁１５〜１９行［振幅（利得）持す４
１を求め、・・・・・・演算される。」を「振幅（利得
）特性と、位相特性を求める。なお必要Ｅ　ｌ＋ｊ；じ
て人カバワースベクトル及び出カバワースベクトルクロ
ススペクトルのそれぞれの平均値よりその開速度関数が
各周波数成分ごとに演算される。」と訂正する。 （９）同書ｉｏ頁１６行「その周波数成分」を「その掃
引周波数成分」と訂正する。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　被測定物に供給する入力信号を高速フーリエ
   変換する手段と、上記被測定物の出力信号を高速フーリ
   エ変換する手段と、これら高速フーリエ変換された入力
   信号スペクトルと出力信号スペクトルとの各対応する周
   波数成分を掛算してクロススペクトルを求める手段と、
   上記入力信号の変換されたスペクトル中のピークパワー
   の周波数及びそのピーク値を検出する手段と、各入力信
   号のサンプル時系列毎にそれまでに検出されたピーク周
   波数におけるその入力信号のパワースペクトルの平均と
   」二記クロススペクトルの平均とを求める手段と、その
   得られた入力ピーク周波数のパワースペクトルの平均及
   びクロススペクトルの平均から上記被測定物の伝達特性
   を演算する手段とを具備する伝達関数測定器。