JP2007057303A

JP2007057303A - 波形検索方法およびそれを用いた波形測定装置

Info

Publication number: JP2007057303A
Application number: JP2005240917A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Kojima; 浩樹小嶋; Hitoshi Tamura; 仁志田村
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】複数の被測定波形をヒストリメモリに格納するデジタルオシロスコープにおいて、ヒストリメモリに格納されているヒストリの波形を認識していないと、検索を行うことができないという課題を解決する。
【解決手段】ヒストリメモリに格納されている全てのヒストリの平均値Ｘと標準偏差σを位置（時間）毎に求め、Ｘ±Ｋ・σのＫを指定することにより電圧範囲を指定して、この電圧範囲におけるデータの有無によってヒストリを検索するようにした。ヒストリの波形を認識していなくても、他のヒストリと同質な波形、あるいは異質な波形を抽出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、保存された複数の波形から条件に合致する波形を検索する方法に関し、特にデジタルオシロスコープに用いて好適な波形検索方法およびそれを用いた波形測定装置に関するものである。

デジタルオシロスコープは、入力アナログ信号をデジタル信号に変換して処理を行い、この入力信号の波形を表示する波形測定装置であり、図４の構成を有している。

図４において、入力アナログ信号は測定部１でデジタル信号に変換され、このデジタル信号は順次ヒストリメモリ２に格納される。ヒストリメモリ２には、例えば８０００回の波形データが格納され、波形毎に読み出すことができる。この波形データをヒストリという。

設定手段５はヒストリメモリ２に格納された波形データのうち、どの波形を読み出して表示するかを指定するためのものであり、例えば複数のキーを有している。ユーザは、このキーを用いて表示したい波形番号等を指定する。

設定手段３で設定された値は表示手段３に入力される。表示手段３は、ヒストリメモリ２から指定された波形データを読み出し、表示部４に出力する。表示部４は液晶ディスプレイ等で構成され、入力された波形データの波形を表示する。

近年の半導体技術の進歩に伴ってヒストリメモリの容量が増大し、多くの波形データを格納することができるようになった。そのため、ヒストリメモリ２に格納された波形データ（ヒストリ）を検索する検索機能が重要視されるようになってきた。

検索機能には、時間方向と測定値方向に検索ゾーンを設定し、この検索ゾーン内にデータがあるかどうかを検索する機能や、自動測定項目の判定範囲にデータがあるかどうかを検索する機能などがある。これらの機能では、検索ゾーンや判定範囲の時間方向および測定値方向に定値設定する。ユーザはこれらの検索機能を駆使してヒストリメモリ２内のヒストリを検索することにより、測定の効率化を図っている。

特開２０００−２９２４４９号公報

しかし、このような検索機能には、次のような課題があった。検索ゾーンを設定する方式は予め検索ゾーンを作成しておく必要があり、また自動測定の判定範囲方式では検索条件となる定値を設定しておかなければならない。すなわち、いずれの方式でもヒストリメモリ２内に保存されている波形をかなり認識していないと、検索を行うことができないという課題があった。

従って本発明の目的は、検索条件として定値を入れる必要がなく、かつヒストリメモリに格納されている波形をそれほど認識していなくても検索を実行することができる波形検索方法およびそれを用いた波形測定装置を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
複数の波形データの中から、条件を指定して特定の波形データを検索する波形データ検索方法において、
前記複数の波形データの同じ位置に属するデータの平均値、ばらつきを表す数値を求める工程と、
前記平均値をＸ、前記データのばらつきを表す数値をσとし、検索するデータ範囲をＸ±Ｋ・σとして、この係数Ｋおよび前記データ範囲におけるデータの有無で構成される検索条件を設定する工程と、
前記検索条件に基づいて、前記波形データを検索する工程と、
を具備したものである。波形データを把握していなくても、検索することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記データのばらつきを表す数値σを標準偏差としたものである。より正確に検索条件を設定できる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、
前記平均値および前記ばらつきを表す数値を計算する位置の範囲を限定できるようにしたものである。必要な部分だけを計算するので、検索を早くすることができる。

請求項４記載の発明は、
入力波形信号を処理し、デジタル信号に変換して出力する測定部と、
この測定部の出力を波形データとして波形毎に保存するヒストリメモリと、
このヒストリメモリに格納された波形データの、同じ位置に属するデータの平均値を演算する平均値演算部と、
前記ヒストリメモリに格納された波形データの、同じ位置に属するデータのばらつきを表す数値を演算するばらつき演算部と、
前記平均値演算部が演算した平均値をＸ、前記ばらつき演算部が演算したばらつきを表す数値をσとし、検索するデータ範囲をＸ±Ｋ・σとして、この係数Ｋおよび前記データ範囲におけるデータの有無で構成される検索条件を設定する検索条件設定部と、
前記平均値演算部が演算した平均値、前記ばらつき演算部が演算したばらつきを表す数値および前記検索条件設定部によって設定された検索条件が入力され、これらの入力値に基づいて前記ヒストリメモリに格納された波形データを検索する検索部と、
この検索部が検索した波形データを表示する表示部と、
を具備したものである。波形データを把握していなくても、検索できる。

請求項５記載の発明は、請求項４に記載の発明において、
前記ばらつき演算部が演算するばらつきを表す数値として、標準偏差を用いたものである。より正確に検索できる。

請求項６記載の発明は、請求項４または５に記載の発明において、
前記平均値演算部、前記ばらつき演算部が演算する位置の範囲を限定できるようにしたものである。必要な部分だけを計算するので、検索を早くすることができる。

請求項７記載の発明は、請求項４〜６のいずれかに記載の発明において、前記ばらつき演算部が演算したばらつきを表す数値を前記表示部に表示するようにしたものである。波形間のばらつきの程度を把握できる。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２、３、４、５、６および７の発明によれば、各波形の同じ位置に属するデータの平均値Ｘとばらつきを表す数値σを計算し、Ｘ±Ｋ・σをデータの範囲として、この係数Ｋおよびこのデータ範囲にデータがあるかどうかを検索条件として検索するようにした。

ヒストリメモリに格納されている波形の内容を認識していなくても、検索を実行することができるという効果がある。特に、波形間のばらつきを表す数値を用いて検索するので、他と異質な波形または他と同質な波形を検出することができるという効果がある。

また、ばらつきを表す数値として標準偏差を用いることにより、ばらつきの程度をより正確に表すことができるので、より確実な検索を実行することができるという効果もある。また、平均値とばらつきを表す数値の計算範囲を限定することにより、検索を早くすることができるという効果もある。

さらに、ヒストリの検索は異常波形を検出することを目的として行われることが多い。本発明はこの異常波形の検出を簡単に行うことができるという効果もある。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る波形検索方法の一実施例を示すフローチャートである。この実施例は、平均値と標準偏差を用いてデータの範囲を指定し、このデータ範囲にデータが“ある”あるいは“ない”ヒストリを抽出するものである。なお、ここにおいて位置とはデータの順番を表す。例えば、１つのヒストリが１０００個のデータで構成されていると、１〜１０００が位置になる。

図１において、先ず工程（Ａ−１）で全てのヒストリの位置ｔに属するデータの平均値Ｘ（ｔ）を演算する。例えば、ヒストリがＮ個あり、これらの各ヒストリの位置ｔにおけるデータをＸ_ｔ１、Ｘ_ｔ２、・・・・・・・・Ｘ_ｔＮとすると、
平均値Ｘ（ｔ）＝（Ｘ_ｔ１＋Ｘ_ｔ２＋・・・・・・・・＋Ｘ_ｔＮ）／Ｎ・・・（１）
になる。

次に、工程（Ａ−２）で全てのヒストリの同じ位置ｔに属するデータの標準偏差σ（ｔ）を演算する。例えば前述の例では、標準偏差σ（ｔ）は、以下のようになる。

Ｘ_ｔｉはｉ番目のヒストリの位置ｔにおけるデータ、Ｘ（ｔ）は前記（１）式で計算した位置ｔにおける平均値である。なお、分母のＮの代わりに（Ｎ−１）を用いる場合もある。

そして、工程（Ａ−３）で検索条件を設定する。検索条件には、データ範囲とこのデータ範囲におけるデータの有無の２つがある。

データ範囲は、前記（１）および（２）式で求めた平均値Ｘと標準偏差σを用いて設定する。すなわち、
データ範囲＝Ｘ±Ｋ・σ ・・・・・・（３）
とし、このＫを指定することによってデータ範囲を指定する。上記（３）式では、データ範囲はＸ−Ｋ・σ〜Ｘ＋Ｋ・σになる。データの有無は、このデータ範囲にデータがあるかどうかを指定する。

検索条件の設定が終了すると、全てのヒストリについて工程（Ａ−４）〜（Ａ−８）の操作を行う。すなわち、工程（Ａ−４）で各ヒストリの全ての位置について、設定した検索条件を満たすかどうかを判定する。工程（Ａ−５）で検索条件に合致しているかをチェックし、合致していると工程（Ａ−６）でそのヒストリの番号を記録する。

そして、工程（Ａ−７）で全てのヒストリを検索したかを調べ、検索していないヒストリがあると、工程（Ａ−８）で次のヒストリに移動して工程（Ａ−４）に戻る。全てのヒストリの検索が終了すると、工程（Ａ−９）で、工程（Ａ−６）で記録されたヒストリ番号の波形を表示する。

次に、図２に基づいてこの実施例を具体的に説明する。図２（１）〜（４）は周期１秒、振幅１Ｖの正弦波波形であり、（１）はノイズが混入していない標準波形、（２）は０．４秒の位置で＋０．１Ｖのノイズが混入した波形、（３）は０．４秒の位置で−０．２Ｖのノイズが混入した波形、（４）は０．４秒の位置で＋０．３Ｖのノイズが混入した波形である。位置０．４秒における（１）〜（４）の電圧値はそれぞれ５８８ｍＶ、６８８ｍＶ、３８８ｍＶ、８８８ｍＶである。

今、ヒストリメモリ内に（１）のヒストリが１７個、（２）〜（４）のヒストリが各１個の、合計２０個のヒストリが格納されているものとする。前記（１）、（２）式から、位置０．４秒における平均値Ｘ（０．４）、標準偏差σ（０．４）は、
Ｘ（０．４）＝（５８８×１７＋６８８＋３８８＋８８８）／２０＝５９８ｍＶ
σ（０．４）＝８３ｍＶ
になる。

検索条件をＫ＝１、データなしとすると、検索する電圧範囲ΔＶは、
Ｘ（０．４）−σ（０．４）＜ΔＶ＜Ｘ（０．４）＋σ（０．４）
であり、５１５ｍＶ＜ΔＶ＜６８１ｍＶになる。位置０．４秒のデータがこの範囲にあるのは（１）の波形のみなので、（２）〜（４）のヒストリが検出できる。

検索条件をＫ＝２、データなしとすると、検索する電圧範囲ΔＶは、
４３２ｍＶ＜ΔＶ＜７６４ｍＶ
になる。位置０．４秒のデータがこの範囲にないのは（３）、（４）の波形なので、（３）、（４）のヒストリが検出できる。

検索条件をＫ＝３、データなしとすると、検索する電圧範囲ΔＶは、
３４９ｍＶ＜ΔＶ＜８４９ｍＶ
になる。位置０．４秒のデータがこの範囲にないのは（４）の波形なので、（４）のヒストリのみが検出できる。

このように、Ｋの値を変えるだけで、検出できるヒストリを限定することができる。また、標準偏差を用いて検索範囲を設定しているので、他のヒストリと異質な波形あるいは同質な波形を検索することができる。例えば、Ｋ＝１、データありとすると、他のヒストリと同質なヒストリが検出でき、Ｋ＝３、データなしとすると、他のヒストリと異質なヒストリのみ検出することができる。すなわち、波形の内容を知らなくても、同質な波形、異質な波形のみを抽出することができる。

図３に本発明に係るデジタルオシロスコープの一実施例の構成を示す。なお、図４と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図３において、６は平均値演算部であり、ヒストリメモリ２に格納されているヒストリの各位置における平均値Ｘ（ｔ）を前記（１）式に基づいて演算する。７はばらつき演算部としての標準偏差演算部であり、ヒストリメモリ２に格納されているヒストリの各位置における標準偏差σ（ｔ）を前記（２）式に基づいて演算する。

８は検索条件設定部であり、検索条件を設定する。すなわち、電圧範囲Ｘ±Ｋ・σのＫ、およびこの電圧範囲におけるデータの有無を設定する。９は検索部であり、検索条件設定部８で設定された検索条件、平均値演算部６が演算した平均値、および標準偏差演算部７が演算した標準偏差が入力され、これらの値を用いてヒストリメモリ２に格納されたデータを検索し、検索条件に合致するヒストリ番号を抽出する。このヒストリ番号は表示手段３に出力される。表示手段３はヒストリメモリ２に格納されたデータを読み込み、表示部４に表示する。

なお、全ての位置の平均値と標準偏差を求めると膨大な計算量になる場合もあるので、計算する位置の範囲を指定するようにしてもよい。また、標準偏差の代わりに、ヒストリ間のばらつきを表す他の指標、例えば偏差（平均値との差）の自乗和あるいは絶対値の和を用いるようにしてもよい。また、平均値と標準偏差を求める順は逆でもよい。

また、波形間の標準偏差を表示することにより、ヒストリメモリに格納されている波形間のばらつきの指標を知ることができるという効果がある。さらに、工場の検査工程で使用する場合、異質品を簡単に検出することができる。許容範囲内であっても異質品を検出することにより、工程の不具合を事前に検出でき、対策を立てることができる。

本発明の一実施例を示すフローチャートである。本発明の効果を説明するための波形図である。本発明の他の実施例の構成図である。デジタルオシロスコープの構成図である。

符号の説明

１測定部
２ヒストリメモリ
３表示手段
４表示部
６平均値演算部
７標準偏差演算部
８検索条件設定部
９検索部

Claims

複数の波形データの中から、条件を指定して特定の波形データを検索する波形データ検索方法において、
前記複数の波形データの同じ位置に属するデータの平均値、ばらつきを表す数値を求める工程と、
前記平均値をＸ、前記データのばらつきを表す数値をσとし、検索するデータ範囲をＸ±Ｋ・σとして、この係数Ｋおよび前記データ範囲におけるデータの有無で構成される検索条件を設定する工程と、
前記検索条件に基づいて、前記波形データを検索する工程と、
を具備したことを特徴とする波形検索方法。
前記データのばらつきを表す数値σは標準偏差であることを特徴とする請求項１に記載の波形検索方法。
前記平均値および前記ばらつきを表す数値を計算する位置の範囲を限定できるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の波形検索方法。
入力波形信号を処理し、デジタル信号に変換して出力する測定部と、
この測定部の出力を波形データとして波形毎に保存するヒストリメモリと、
このヒストリメモリに格納された波形データの、同じ位置に属するデータの平均値を演算する平均値演算部と、
前記ヒストリメモリに格納された波形データの、同じ位置に属するデータのばらつきを表す数値を演算するばらつき演算部と、
前記平均値演算部が演算した平均値をＸ、前記ばらつき演算部が演算したばらつきを表す数値をσとし、検索するデータ範囲をＸ±Ｋ・σとして、この係数Ｋおよび前記データ範囲におけるデータの有無で構成される検索条件を設定する検索条件設定部と、
前記平均値演算部が演算した平均値、前記ばらつき演算部が演算したばらつきを表す数値および前記検索条件設定部によって設定された検索条件が入力され、これらの入力値に基づいて前記ヒストリメモリに格納された波形データを検索する検索部と、
この検索部が検索した波形データを表示する表示部と、
を具備したことを特徴とする波形測定装置。
前記ばらつき演算部が演算するばらつきを表す数値は、標準偏差であることを特徴とする請求項４に記載の波形測定装置。
前記平均値演算部、前記ばらつき演算部が演算する位置の範囲を限定できるようにしたことを特徴とする請求項４または５に記載の波形測定装置。
前記ばらつき演算部が演算したばらつきを表す数値を前記表示部に表示するようにしたことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の波形測定装置。