JP2006234763A

JP2006234763A - 波形測定装置

Info

Publication number: JP2006234763A
Application number: JP2005053574A
Authority: JP
Inventors: Hajime Yoda; 元依田
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】構成が簡単でありながら、ノイズ波形（特にはトランジェント波形）の正確なピーク値を得ることができ、また高忠実に再現されたノイズ波形が表示できるようにする。
【解決手段】マルチプレクサ１２の一方の被切替端子１２ａには被測定信号ラインから入力される入力波形Ｘをそのまま印加し、他方の被切替端子１２ｂにはハイパスフィルタ１１により入力波形Ｘから基本波成分が除去された波形Ｙを印加し、マルチプレクサ１２から交代的に出力される入力波形Ｘと波形Ｙを共通の１台のＡ／Ｄ変換器１３にてＡ／Ｄ変換し、制御手段１４にて波形Ｙのデータを監視し、そのデータが基準値よりも大きい場合に波形Ｙをトランジェント波形として検出し、それによりトリガをかけて入力波形Ｘのデジタルデータを所定のデータ長にわたってメモリ１５に保存する。
【選択図】図１

Description

捕発明は波形測定装置に関し、さらに詳しく言えば、被測定信号ラインから入力される入力波形に含まれているノイズ波形（特には、突発的なトランジェント波形）を測定する波形測定装置に関するものである。

例えば、商用電源ラインを計測するにあたっては、まず、実効値などのパラメータを演算するうえで電圧測定が行われるが、その被測定電源ラインに冷凍システムに含まれる圧縮機駆動用のモータなどの重い負荷が接続されている場合には、その負荷のオンオフに伴ってヒゲ状のトランジェント波形（インパルス波形）を含むノイズが生ずることがあるため、電源の品質を解析するうえで、トランジェント波形を正確に捕らえることは測定上重要なことである。このトランジェント波形の測定を目的とした波形測定装置の従来技術を図２，図３に模式的に示す。

図２の波形測定装置２０は特許文献１によるもので、この波形測定装置２０は、高速Ａ／Ｄ変換器２１および低速Ａ／Ｄ変換器２２の２つのＡ／Ｄ変換器と、演算部２３とを備える。ここでの高速Ａ／Ｄ変換器とはサンプリングクロックが２ＭＨｚ程度のＡ／Ｄ変換器であり、これに対して低速Ａ／Ｄ変換器とは１波あたりのサンプリング数が２５６もしくは５１２程度のＡ／Ｄ変換器である。

高速Ａ／Ｄ変換器２１には、被測定信号ラインからの入力波形Ｘがそのまま入力されるとともに、低速Ａ／Ｄ変換器２２には、上記入力波形Ｘをローパスフィルタ２２ａに通して高調波成分を除去した基本波形ＸＢが入力され、その各々が同時にＡ／Ｄ変換される。

演算部２３では、高速Ａ／Ｄ変換器２１のデータから低速Ａ／Ｄ変換器２２のデータを引き算し、その差分が所定の基準値を上回った場合にはトランジェント波形ありとしてトリガをかけて、高速Ａ／Ｄ変換器２１のデータを所定のデータ長にわたってメモリに保存し、モニタ画面にトランジェント波形２４ａとそのピーク値２４ｂなどを表示する。この場合、トランジェント波形２４ａは高速Ａ／Ｄ変換器２１のデータに基づいて表示され、ピーク値２４ｂには上記差分の値が出力される。

特許文献１による波形測定装置２０によれば、表示されるトランジェント波形２４ａは高速Ａ／Ｄ変換器２１のデータによるものであるため、正確なトランジェント波形を測定することができる。また、基本波を含めた波形のピーク値を測定することができる。

図３の波形測定装置３０は特許文献２によるもので、この波形測定装置３０も、高速Ａ／Ｄ変換器３１および低速Ａ／Ｄ変換器３２の２つのＡ／Ｄ変換器と、演算部３３とを備えるが、この場合、高速Ａ／Ｄ変換器３１には、被測定信号ラインからの入力波形Ｘをハイパスフィルタ３１ａを通して基本波成分を除去した波形Ｙが入力されるとともに、低速Ａ／Ｄ変換器３２には、上記入力波形Ｘをローパスフィルタ３２ａに通して高調波成分を除去した基本波形ＸＢが入力され、その各々が同時にＡ／Ｄ変換される。

演算部２３は、高速Ａ／Ｄ変換器３１から出力される波形Ｙのデータを監視し、そのデータ（トランジェントピーク値）が所定の基準値を上回った場合にトランジェント波形ありとしてトリガをかけ、高速Ａ／Ｄ変換器３１のデータと低速Ａ／Ｄ変換器３２のデータとを足してなる合成トランジェント波形データをメモリに保存し、モニタ画面にそのトランジェント波形３４ａとそのピーク値３４ｂなどを表示する。なお、ピーク値３４ｂには高速Ａ／Ｄ変換器３１のデータに基づいて表示される。

特許文献２による波形測定装置３０によれば、高速Ａ／Ｄ変換器３１のデータにより直接的にトランジェント波形が検出され、それによりトリガがかけられるとともに、表示されるトランジェントピーク値３４ｂは高速Ａ／Ｄ変換器３１のデータによるものであるため、正確なトランジェントピーク値を測定することができる。
特開２００２−９０３９７号公報米国特許第４６４２５６３号明細書

しかしながら、上記特許文献１による波形測定装置２０の場合、トランジェントピーク値を高速Ａ／Ｄ変換器２１のデータから低速Ａ／Ｄ変換器のデータを引き算して求めるようにしているが、そのままでは演算できないため、低速Ａ／Ｄデータを補間するか、もしくは高速Ａ／Ｄデータを間引いて、両データの分解能，フルスケール，サンプリング数などを合わせる必要があり、トランジェントピーク値の正確性に問題がある。

これに対して、上記特許文献２による波形測定装置３０の場合には、トランジェントピーク値は精度よく測定することができるが、表示されるトランジェント波形が高速Ａ／Ｄ変換器３１のデータと低速Ａ／Ｄ変換器３２のデータとを足してなる合成トランジェント波形データによるものであるため、波形の再現性に問題がある。

また、上記特許文献１，２に共通して言えることは、高速と低速の２つのＡ／Ｄ変換器を必要とするばかりでなく、演算部にしても大規模な演算部を必要とするため、コストアップが避けられない。

したがって、本発明の課題は、構成が簡単でありながら、ノイズ波形の正確なピーク値が得られるとともに、高忠実に再現されたノイズ波形を表示することができる低コストの波形測定装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、被測定信号ラインから入力される入力波形に含まれているノイズ波形を測定する波形測定装置において、交代的に切り替えられる２つの被切替端子を有し、その一方の被切替端子には上記入力波形が波形Ｘとしてそのまま印加され、他方の被切替端子にはハイパスフィルタにより上記入力波形Ｘから基本波成分が除去された波形Ｙが印加されるマルチプレクサと、上記マルチプレクサから上記波形Ｘと上記波形Ｙとが交代的に入力され、その各々をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、上記波形Ｙのデジタルデータがあらかじめ設定されている基準値よりも大きい場合に上記波形Ｙをノイズ波形として検出する制御手段とを含み、上記制御手段は、上記ノイズ波形が検出された時点でトリガをかけて上記波形Ｘのデジタルデータを所定のデータ長にわたってメモリに保存することを特徴としている。

本発明は、請求項２に記載されているように、上記ノイズ波形が突発的なトランジェント波形である場合に特に好適である。

本発明によれば、Ａ／Ｄ変換器を一つとすることができる。また、演算部にしてもデータの合成や引き算などをする必要がないため小規模の演算部で足りる。また、基本波成分を除去した波形からノイズ波形のピークを検出するようにしているため、正確なピーク値が得られるとともに、表示されるノイズ波形は入力波形データによるものであるため、波形の再現性に優れている。

次に、図１により本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は本発明による波形測定装置の構成を概略的に示す模式図である。

この波形測定装置１０には、基本的な構成として、ハイパスフィルタ１１，マルチプレクサ１２，Ａ／Ｄ変換器１３，制御手段１４，メモリ１５および表示手段１６が含まれている。図示しない被測定信号ライン（例えば、商用電源ライン）から入力される入力波形をＸとして、ハイパスフィルタ１１は、その入力波形Ｘから基本波成分を除去した波形Ｙを得るためのフィルタである。

マルチプレクサ１２は、２つの被切替端子１２ａ，１２ｂを有する切替器で、その一方の被切替端子１２ａには入力波形Ｘがそのまま印加される。これに対して、他方の被切替端子１２ｂにはハイパスフィルタ１１を通された波形Ｙが印加される。マルチプレクサ１２は、制御手段１５からの切替信号により所定のタイミングで入力波形Ｘと波形Ｙとを交代的に選択する。マルチプレクサ１２は、半導体などよりなる電子式スイッチであることが好ましいが、機械式スイッチであってもよい。

マルチプレクサ１２にて交代的に選択された入力波形Ｘと波形Ｙは、ともにＡ／Ｄ変換器１３に入力されデジタルデータに変換される。本発明において使用するＡ／Ｄ変換器はこの１台である。Ａ／Ｄ変換された入力波形Ｘのデータと波形Ｙのデータは、制御手段１４に入力される。

制御手段１４は、ＣＰＵ，ＭＰＵもしくはマイクロコンピュータなどであってよく、制御手段１４には、トランジェント波形を検出するための基準値があらかじめ設定されている。基準値には、上限値と下限値が含まれてよい。

制御手段１４は、入力される入力波形Ｘのデータと波形Ｙのデータのうち、波形Ｙのデータを監視し、波形Ｙのデータが基準値の範囲から外れた場合、それをトリガとして、すなわちトランジェント波形ありと判断し、そのトランジェントピーク値および入力波形Ｘのデータを所定のデータ長にわたってメモリ１５に格納するとともに、表示手段１６の例えばモニタ画面にトランジェント波形１６ａとトランジェントピーク値１６ｂとを表示する。

本発明において、表示されるトランジェント波形１６ａは入力波形Ｘのデータによるものであるため、入力波形Ｘを高忠実に再現している。トランジェント波形１６ａも基本波成分を除いた波形Ｙのデータに基づくものであるため正確である。また、波形データの合成や引き算などの演算を要しないため、制御手段１４に小規模，低消費電力の安価なＩＣチップなどを使用することができる。

なお、入力波形Ｘと波形Ｙには、マルチプレクサ１２の切り替えに伴って位相差が生ずるが、表示（出力）されるトランジェント波形１６ａとトランジェントピーク値１６ｂには位相差は影響しない。

また、表示について言えば、トランジェント波形が検出されない期間、入力波形Ｘをモニタ画面に表示させることもできる。そのほか、トランジェント波形１６ａとトランジェントピーク値１６ｂを同時表示とするか、選択的表示とするかなどは任意に決められてよい。また、トランジェント波形としては、図示した上方に突出するヒゲ状の波形だけでなく、下方（ゼロ方向）に突出するヒゲ状の波形をも検出することができる。

本発明による波形測定装置の構成を概略的に示す模式図。第１従来技術による波形測定装置の構成を概略的に示す模式図。第２従来技術による波形測定装置の構成を概略的に示す模式図。

符号の説明

１０波形測定装置
１１ハイパスフィルタ
１２マルチプレクサ
１２ａ，１２ｂ被切替端子
１３Ａ／Ｄ変換器
１４制御手段
１５メモリ
１６表示手段

Claims

被測定信号ラインから入力される入力波形に含まれているノイズ波形を測定する波形測定装置において、
交代的に切り替えられる２つの被切替端子を有し、その一方の被切替端子には上記入力波形が波形Ｘとしてそのまま印加され、他方の被切替端子にはハイパスフィルタにより上記入力波形Ｘから基本波成分が除去された波形Ｙが印加されるマルチプレクサと、上記マルチプレクサから上記波形Ｘと上記波形Ｙとが交代的に入力され、その各々をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、上記波形Ｙのデジタルデータがあらかじめ設定されている基準値よりも大きい場合に上記波形Ｙをノイズ波形として検出する制御手段とを含み、上記制御手段は、上記ノイズ波形が検出された時点でトリガをかけて上記波形Ｘのデジタルデータを所定のデータ長にわたってメモリに保存することを特徴とする波形測定装置。
上記ノイズ波形が突発的なトランジェント波形である請求項１に記載の波形測定装置。