JP2000065874A - 周波数測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定精度の向上と構成電子部品の削減を図っ
た周波数測定装置を提供する。 【解決手段】 アナログ交流信号をＡＤ変換器でデジタ
ル信号に変換し所定の演算を行って周波数測定を行う周
波数測定装置であって、前記アナログ交流信号がゼロク
ロスする前後のデジタルコード値により一次近似直線を
求め、その近似直線がゼロクロスする前後の前記デジタ
ルコード値までの時間を演算により求めるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流信号の周波数
測定装置に関し測定精度の向上と構成電子部品の削減を
図った周波数測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の周波数測定装置の一例を示
すブロック構成図である。図において、ＡＤ変換器１は
被測定アナログ交流信号を所定のサンプリング周期でサ
ンプリングし、ＡＤ変換したデジタル信号をゼロクロス
デテクタ２に送出する。

【０００３】ゼロクロスデテクタ２で検出されたゼロク
ロス信号は係数生成回路４からの三角フィルタ係数とと
もに積和演算器３に送られて三角フィルタ係数を乗じて
重み付けをした後加算され、周期が求められる。その周
期は割算器５に送られて逆数を演算して周波数が算出さ
れる。

【０００４】なお、三角フィルタの係数は算出された周
波数の値から入力信号の周期の整数倍になるように係数
生成回路が調整するようになっており、ゼロクロス回数
の数は最初は予想される被測定周波数に応じて予め定め
るようになっている。

【０００５】図１０は入力信号とゼロクロスディテクタ
の出力及び三角フィルタの係数を模式的に示す図であ
り、三角フィルタの係数は始めと終わりにカウントされ
るゼロクロス信号の重みが軽くなっている。これは三角
フィルタの始めと終わりでのゼロクロスの検出／非検出
の違いによる誤差を少なくするためである。

【０００６】図１１〜図１３は上記従来の装置を用いて
フィルタ長を０．８秒に設定して周波数計算を行い、検
出誤差をシュミレーションした結果を示すものである。
図１１は入力信号の周波数が４０〜７０Ｈzの場合を示
し、周波数演算誤差の最大値が１％を超える帯域も散見
される。図１２は入力信号の周波数が０〜５００Ｈzの
場合を示し、周波数の低い領域では周波数演算誤差の最
大値が０．２％を超えるものがある。

【０００７】また、図１３は周波数が０〜１４００Ｈzの
場合を示しているが、同様に周波数の低い領域では周波
数演算誤差の最大値が０．２％を超えるものがある。 この様な装置は、電力演算専用のデジタルシグナルコン
デンサ等において、大部分の演算を積和演算で行うこと
ができ、回路規模を小さくできる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで図９に示す従
来例での周波数検出装置では積和演算のみで入力信号の
周期まで計算できる利点があるが、反面、ゼロクロスデテ
クタ、係数生成回路という周波数演算に必要な専用の機
能が必要であった。

【０００９】また、ゼロクロスする回数から周波数を算
出するため、精度を上げるにはフィルタ長を長くとる必
要があった。例えばフィルタ長を０．８秒としたときの
４０〜７０Ｈｚにおける周波数演算誤差の最大値は０．
１Ｈｚ程度である。 つまり、商用周波数帯の信号を０．１Ｈｚの誤差で測定
する場合、三角フィルタ係数の更新時間が０．８秒かか
ってしまうことになり、周波数変化の激しいものでは対
応仕切れないという問題があった。

【００１０】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、測定精度の向上と構成電子部品の削
減を図った周波数測定装置を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、請求項１においてはアナログ交流
信号をＡＤ変換器でデジタル信号に変換し所定の演算を
行って周波数測定を行う周波数測定装置であって、前記
アナログ交流信号がゼロクロスする前後のデジタルコー
ド値により一次近似直線を求め、その近似直線がゼロク
ロスする前後の前記デジタルコード値までの時間を演算
により求めるようにしたことを特徴とする。請求項２に
おいては請求項１記載の周波数測定装置において周波数
に応じて周波数測定に用いるゼロクロスの数を増減する
ようにしたことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図１は本発明の請求項１および２に係る実施
の形態の１例を示す概略構成であり、この実施例におい
ては、ＡＤ変換器１の後段に汎用のマイクロプロセッサ
１０を接続し、このプロセッサにより図２に示すフロー
チャートに従って演算を行なわせる。

【００１３】なお、図では省略するが、マイクロプロセッ
サ１０の前段において、入力信号に含まれるノイズや高
周波成分はローパスやハイパスフィルタで取り除き、入
力信号のオフセットはＤＣ成分をカットするハイパスフ
ィルタを用いて取り除いておくものとする。

【００１４】図２のフローに先立ってアナログ交流信号
とサンプリング周期及びゼロクロスの関係を図３を用い
て説明する。図３(ａ)はアナログ入力信号が実際にゼロ
クロスしている状態を示し、図３(ｂ)はＡＤ変換器１が
被測定信号をＡＤ変換後マイクロプロセッサ１０がゼロ
クロスの時刻を検出した状態を示している。

【００１５】図３(ｂ)に示すように実際のゼロクロス時
刻と検出される時刻はサンプリング周期によりずれるこ
とになる。 ＡＤ変換器のサンプリング周波数をｆsmpとすると、この
ずれは最大１／ｆsmpの時間となる。図４はゼロクロスす
る前後のデジタルコードにおいて一次式による近似を行
った状態を示すものである。

【００１６】図４において、ｎはデジタルコードのサン
プル番号、Ｖ（ｎ），Ｖ（ｎ−１）はそれぞれｎ−１サ
ンプル，ｎサンプル時のデジタル信号のコード、ｔ１，
ｔ２はゼロクロス前後のサンプリング時刻と一次近似に
よるゼロクロス時刻間の時間である。なお、ｔ１，ｔ２は
次式により演算する。

【００１７】 ｔ１＝[{−Ｖ（ｎ−１）}／{Ｖ（ｎ）−Ｖ（ｎ−１）}×（１／ｆsmp）] ｔ２＝（１／ｆsmp）−ｔ１ ∵ｔ１＋ｔ２＝１／ｆsmp 次に図２を用いて周波数検出のフローチャートを示す。
ただし、ｆsigは検出すべき入力信号の周波数、Ｔbufは検
出時間、Ｎbufは検出ゼロクロス数、Ｐsmpは検出サンプル
数の下限値(予め設定される定数)、Ｐbufは検出サンプル
数とする。

【００１８】 デジタルコードに変換された信号Ｖ
（ｎ）に対し、 まずＰbufの値を１だけ増やす。 そして、Ｖ（ｎ）の符号と１つ前のサンプルである
Ｖ（ｎ−１）の符号を比較して等しければゼロクロスが
起きていないと判断し、

【００１９】 Ｔbufの値を１／ｆsmpの値だけ増や
し、再びデジタルコードの監視に戻る。 符号が等しくない（一方が＋，他方が−）の場合、
ゼロクロスが起こったと判断し、Ｎbufの値を１だけ増や
す(デジタルコードの符号は０の場合は正の値とみな
す)。

【００２０】 更に、Ｐbufの値と予め設定されている
Ｐsmpの値とを比較してＰbuf＜Ｐsmpの場合、Ｔbufの値
を１／ｆsmpの値だけ増やし、再びデジタルコードの監視
に戻る。そして、Ｐbuf≧Ｐsmpの場合、周波数計算を
行うルーチンに入る。 まず、ｔ１，ｔ２を計算し、 Ｔbufにｔ１を加算する。

【００２１】，’そしてｆfig＝Ｎbuf／（２×Ｔbu
f）により周波数を演算する。 (10) 最後に次の周波数演算のために、Ｔbuf＝ｔ２，
Ｎbuf＝０，Ｐbuf＝０として、再びデジタルコードの監
視に戻る。

【００２２】図５〜図７は上記２図のフローチャートに
従って周波数計算を行い、検出誤差をシュミレーション
した結果を示すもので、Ｐsmpを５０に設定した。図５は
入力信号の周波数が４０〜７０Ｈｚの場合、図６は０〜
５００Ｈｚの場合、図７は０から１４００Ｈｚの場合を
示している。

【００２３】図から明らかなように入力信号の周波数が
４０〜７０Ｈｚの場合の検出精度は±０．００２[％ o
f Input]であり、０〜５００Ｈｚでは±０．０８[％ o
f Input]、０〜１４００Ｈｚでは±１．２５[％ of
Input]となっている。

【００２４】図８は入力周波数に対する周波数検出更新
時間である。図によれば、入力信号が３０Ｈｚ以上では１
７〜３４ｍsecの間の値をとり、３０Ｈｚ以下では半周
期の時間で更新されることが分かる。このことは、従来装
置の測定時間（ここでは０．８秒）に比較して格段に測
定時間が短縮されていることになる。

【００２５】なお、本発明の以上の説明は、説明および
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの
変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。特
許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲
は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
ナログ交流信号がゼロクロスする前後のデジタルコード
値により一次近似直線を求め、その近似直線がゼロクロ
スする前後の前記デジタルコード値までの時間を演算に
より求めるようにしたので、ゼロクロスデテクタ、係数
生成回路という周波数演算に必要な専用の機能が不要で
あり、汎用のマイクロプロセッサを用いて周波数を精度
よく、かつ、短い時間で測定可能であり、周波数変化の激
しいものに対しても適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施の形態の一例を示す概略構成
図である。

【図２】本発明の装置を用いた演算のフローチャートを
示す図である。

【図３】アナログ入力信号が実際にゼロクロスしている
状態ＡＤ変換器がＡＤ変換後マイクロプロセッサ１０が
ゼロクロスの時刻を検出した状態を示す図である。

【図４】ゼロクロスする前後のデジタルコードにおいて
一次式による近似を行った状態を示す図である。

【図５】入力信号の周波数が４０〜７０Ｈｚにおいて周
波数計算を行い、検出誤差をシュミレーションした結果
を示す図である。

【図６】入力信号の周波数が０〜５００Ｈｚにおいて周
波数計算を行い、検出誤差をシュミレーションした結果
を示す図である。

【図７】入力信号の周波数が０〜１４００Ｈｚにおいて
周波数計算を行い、検出誤差をシュミレーションした結
果を示す図である。

【図８】入力周波数に対する周波数検出更新時間を示す
図である。

【図９】従来の周波数測定装置の一例を示すブロック構
成図である。

【図１０】従来の装置における入力信号、ゼロクロスデ
テクタ出力及び三角フィルタの係数を示す図である。

【図１１】従来の装置で、入力信号の周波数が４０〜７
０Ｈｚにおいて周波数計算を行い、検出誤差をシュミレ
ーションした結果を示す図である。

【図１２】従来の装置で、入力信号の周波数が０〜５０
０Ｈｚにおいて周波数計算を行い、検出誤差をシュミレ
ーションした結果を示す図である。

【図１３】従来の装置で、入力信号の周波数が０〜１４
００Ｈｚにおいて周波数計算を行い、検出誤差をシュミ
レーションした結果を示す図である。

【符号の説明】

１ ＡＤ変換器 １０ マイクロプロセッサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アナログ交流信号をＡＤ変換器でデジタル
   信号に変換し所定の演算を行って周波数測定を行う周波
   数測定装置であって、前記アナログ交流信号がゼロクロ
   スする前後のデジタルコード値により一次近似直線を求
   め、その近似直線がゼロクロスする前後の前記デジタル
   コード値までの時間を演算により求めるようにしたこと
   を特徴とする周波数測定装置。
2. 【請求項２】周波数に応じて周波数測定に用いるゼロク
   ロスの数を増減するようにしたことを特徴とする請求項
   １記載の周波数測定装置。