JP2007071576A - Voltage measuring apparatus - Google Patents

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明 上西
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a voltage measuring apparatus for improving measurement accuracy. <P>SOLUTION: A sampling period is determined within one period of a voltage to be measured. Sampling points are determined by random numbers within the sampling period. Sampling data of a plurality of periods of the voltage to be measured at the sampling points is created. Each sampling data is squared to create squared value conversion data. A subtractor 7 subtracts output data computed by a divider 9 from the input squared value conversion data. An adder 8 adds output data of the subtractor 7. The relationship between the frequency of the voltage to be measured and the sampling period is simulated to determine a prescribed value of the sampling period in which appropriate measurement accuracy of the voltage to be measured can be achieved. The divider 9 divides output of the adder 8 by the prescribed value to create superposed data. The superposed data to the power of a half is computed to acquire an effective value of the voltage to be measured. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、繰り返し波形の電圧をディジタルサンプリングして測定する電圧測定装置に関するものである。   The present invention relates to a voltage measuring apparatus for measuring a voltage having a repetitive waveform by digital sampling.

従来の電圧測定装置は、入力回路に入力された電圧波形をアナログディジタル変換手段により一定のサンプリング周期ＴＡ／Ｄでサンプリングしてアナログディジタル変換して瞬時電圧値を作成する。この瞬時電圧値を２乗してローパスフィルタを通過させて入力側に期間加算する。一方、瞬時電圧値を２乗してローパスフィルタを通過させた演算値を開平して電圧波形の実行値を測定する（特許文献１参照）。
（例えば、特許文献１参照）。 The conventional voltage measuring device samples the voltage waveform input to the input circuit at a constant sampling period TA / D by the analog-digital conversion means, and performs analog-digital conversion to create an instantaneous voltage value. This instantaneous voltage value is squared, passed through a low-pass filter, and added to the input side for a period. On the other hand, the execution value of the voltage waveform is measured by squaring the operation value obtained by squaring the instantaneous voltage value and passing through the low-pass filter (see Patent Document 1).
(For example, refer to Patent Document 1).

特開平３―９５４６９号公報（第２図、第３頁）Japanese Patent Laid-Open No. 3-95469 (FIG. 2, page 3)

従来の電圧測定装置では、一定のサンプリング周期でサンプリングしているので、サンプリング周波数が入力電圧の周波数の整数倍のとき、サンプリングポイントが重複するため測定精度の向上を図るのが困難であるという問題点があった。   In the conventional voltage measuring apparatus, since sampling is performed at a constant sampling period, when the sampling frequency is an integer multiple of the frequency of the input voltage, it is difficult to improve the measurement accuracy because the sampling points overlap. There was a point.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、サンプリングポイントの重複を避けることにより測定精度の向上を図ることができる電圧測定装置を提供することを目的としたものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a voltage measuring apparatus capable of improving measurement accuracy by avoiding duplication of sampling points. .

この発明に係わる電圧測定装置は、所定の周波数の繰り返し波形である被測定電圧を測定する電圧測定装置において、被測定電圧を所定レベルの入力電圧に変換する入力手段と、乱数を発生する乱数発生手段と、被測定電圧の一周期内でサンプリング周期を決定して、サンプリング周期内で乱数によりサンプリングポイントを決定し、サンプリングポイントにおける被測定電圧の複数周期分のサンプリングデータを作成するデータ作成手段と、各サンプリングデータを２乗して２乗値変換データを作成する２乗値変換手段と、被測定電圧の周波数に対するサンプリング周期との関係をシミュレーションして、被測定電圧の適正な測定精度が得られるサンプリング回数の所定値を決定する所定値決定手段と、減算器、加算器、及び除算器が順次接続されて、減算器では入力された２乗値変換データから除算器で演算された出力データを減算し、加算器では減算器の出力データを加算し、所定値により除算器で加算器の出力を除算して重ね合わせデータを作成する重ね合わせ手段と、重ね合わせデータを１／２乗して被測定電圧の実効値を演算する実効値演算手段と、実効値を出力する実効値出力手段とを備えたものである。   A voltage measuring apparatus according to the present invention is a voltage measuring apparatus for measuring a voltage to be measured, which is a repetitive waveform of a predetermined frequency, an input means for converting the voltage to be measured into an input voltage of a predetermined level, and a random number generator for generating a random number And a data generation means for determining a sampling cycle within one cycle of the voltage to be measured, determining a sampling point by a random number within the sampling cycle, and creating sampling data for a plurality of cycles of the voltage to be measured at the sampling point; By simulating the relationship between the square value conversion means that squares each sampling data to create square value conversion data and the sampling period with respect to the frequency of the voltage to be measured, an appropriate measurement accuracy of the voltage to be measured is obtained. A predetermined value determining means for determining a predetermined value of the number of samplings to be performed, a subtracter, an adder, and a divider sequentially Subsequently, the subtracter subtracts the output data calculated by the divider from the input square value conversion data, the adder adds the output data of the subtractor, and the adder outputs the adder by the predetermined value. Superimposing means for dividing the data to generate superimposition data, effective value calculation means for calculating the effective value of the voltage to be measured by multiplying the superimposition data by 1/2, and effective value output means for outputting the effective value; It is equipped with.

この発明は、サンプリング周期内で乱数により決定したサンプリングポイントを決めるので、サンプリングポイントが重複するのを避けることができるため、測定値の精度向上を図ることができる。   According to the present invention, since the sampling point determined by the random number within the sampling period is determined, it is possible to avoid the overlapping of the sampling points, so that the accuracy of the measurement value can be improved.

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１の構成を示すブロック図である。図１において、決められた周波数範囲で所定の周波数の繰り返し波形である被測定電圧を入力手段１で所定のレベルの入力電圧に変換する。乱数発生手段２で発生させた乱数及び入力手段１からの入力電圧がデータ作成手段３に入力される。データ作成手段３は、乱数により入力電圧の一周期内にサンプリングポイントを決定して複数周期分のサンプリングデータを作成する。２乗値変換手段４は各サンプリングデータを２乗して２乗値変換データを作成する。所定値決定手段５では被測定電圧の周波数に対するサンプリング周期との関係をシミュレーションして、被測定電圧の適正な測定精度が得られるサンプリング回数の所定値を決定する。重ね合わせ手段６は減算器７、加算器８、除算器９で構成されている。減算器７は入力された２乗値変換データから除算器９で演算された出力データを減算する。加算器８は減算器７の出力データを加算する。そして、所定値決定手段５で決定された所定値により除算器９で加算器８の出力を除算して重ね合わせデータを作成する。この重ね合わせデータを実効値演算手段１０で１／２乗して被測定電圧の実効値を演算する。実効値を実効値出力手段１１に出力する。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment for carrying out the present invention. In FIG. 1, a voltage to be measured, which is a repetitive waveform of a predetermined frequency in a predetermined frequency range, is converted into an input voltage of a predetermined level by the input means 1. The random number generated by the random number generation means 2 and the input voltage from the input means 1 are input to the data creation means 3. The data creation means 3 creates sampling data for a plurality of cycles by determining sampling points within one cycle of the input voltage using random numbers. The square value conversion means 4 squares each sampling data to create square value conversion data. The predetermined value determining means 5 simulates the relationship between the frequency of the voltage to be measured and the sampling period, and determines the predetermined value of the number of samplings at which an appropriate measurement accuracy of the voltage to be measured is obtained. The superimposing means 6 comprises a subtracter 7, an adder 8 and a divider 9. The subtracter 7 subtracts the output data calculated by the divider 9 from the input square value conversion data. The adder 8 adds the output data of the subtracter 7. Then, the output of the adder 8 is divided by the divider 9 by the predetermined value determined by the predetermined value determining means 5 to create overlay data. The superimposition data is multiplied by 1/2 by the effective value calculation means 10 to calculate the effective value of the voltage to be measured. The effective value is output to the effective value output means 11.

このように構成された電圧測定装置の動作について説明する。図２は乱数により決定されたサンプリングポイントを示す説明図、図３は複数周期分のサンプリングデータを示す説明図、図４は図１の動作を示すフローチャートである。
図１から図４において、入力手段１に入力された繰り返し波形の被測定電圧は所定レベルの入力電圧に変換される（ステップＳ１）。一方、乱数発生手段２は乱数を発生する（ステップＳ２）。次に、データ作成手段３は被測定電圧の一周期内でサンプリング周期を決定し、図２に示すようにサンプリング周期内で乱数によりサンプリングポイントを決定して複数周期分のサンプリングデータＳＰ１〜ＳＰ２４を収集する。各サンプリングデータＳＰ１〜ＳＰ２４を被測定電圧の一周期分の波形上に擬似的に配置すると、図３に示すようにサンプリングポイントが重複する機会を少なくする（ステップＳ３）。続いて、２乗値変換手段４は各サンプリングデータを２乗して２乗値変換データを作成する（ステップＳ４）。２乗値変換データが重ね合わせ手段６に入力されると、入力された２乗値変換データから除算器９で演算された出力データを減算器７で減算する。次に、減算器７の出力データを加算器８で順次加算する。除算器９では所定値決定手段５で決定された所定値で加算器８の出力データを除算して重ね合わせデータを作成する（ステップＳ５）。なお、減算器７、加算器８、及び除算器９は測定のスタート時には初期化されている。続いて、実効値演算手段１０では重ね合わせデータを１／２乗して被測定電圧の実効値を演算する（ステップＳ６）。演算された実効値はメータ等の実効値出力手段１１に出力される（ステップＳ７）。実効値出力手段１１に出力された実効値が収束（安定）したのを確認して（ステップＳ８）測定が終了する。なお、収束（安定）したか否かの判断は実験により時間で決めるか、実効値出力手段１１に表示されるデータを確認することにより可能である。
以上のように、被測定電圧の一周期内でサンプリング周期を決定して、サンプリング周期内で乱数によりサンプリングポイントを決定し、複数周期分のサンプリングデータを重ね合わせることにより、周期毎にサンプリングポイントが変化してサンプリングポイントが重複する機会を少なくすることができるため、被測定電圧の実効値測定の精度向上を図ることができる。 The operation of the voltage measuring apparatus configured as described above will be described. 2 is an explanatory diagram showing sampling points determined by random numbers, FIG. 3 is an explanatory diagram showing sampling data for a plurality of cycles, and FIG. 4 is a flowchart showing the operation of FIG.
In Figures 1-4, the measured voltage of the repeating waveform inputted to the input unit 1 is converted to a predetermined level of the input voltage (Step S 1). On the other hand, the random number generation means 2 generates a random number (step S 2 ). Next, the data creation means 3 determines a sampling period within one period of the voltage to be measured, determines sampling points with random numbers within the sampling period as shown in FIG. 2, and samples sampling data SP 1 to SP for a plurality of periods. Collect 24 . If each of the sampling data SP 1 to SP 24 is pseudo-arranged on the waveform of one cycle of the voltage to be measured, the chances of overlapping sampling points are reduced as shown in FIG. 3 (step S 3 ). Then, the square value converting means 4 creates the square to square value conversion data each sampling data (step S 4). When the square value conversion data is input to the superimposing means 6, the output data calculated by the divider 9 is subtracted by the subtractor 7 from the input square value conversion data. Next, the output data of the subtracter 7 is sequentially added by the adder 8. The divider 9 divides the output data of the adder 8 by the predetermined value determined by the predetermined value determining means 5 to create superposition data (step S 5 ). The subtracter 7, the adder 8, and the divider 9 are initialized at the start of measurement. Subsequently, the effective value calculation means 10 calculates the effective value of the voltage to be measured by multiplying the overlay data by a power of 1/2 (step S 6 ). The calculated effective value is output to the effective value output means 11 such as a meter (step S 7 ). After confirming that the effective value output to the effective value output means 11 has converged (stable) (step S 8 ), the measurement ends. Note that it is possible to determine whether or not the convergence (stable) has occurred by determining the time by experiment or by checking the data displayed on the effective value output means 11.
As described above, the sampling period is determined within one period of the voltage to be measured, the sampling point is determined by a random number within the sampling period, and the sampling data for a plurality of periods is superimposed, so that the sampling point is determined for each period. Since it is possible to reduce the chance that the sampling points change and overlap, it is possible to improve the accuracy of measuring the effective value of the voltage to be measured.

実施の形態２．
図５は、この発明を実施するための実施の形態２の構成を示すブロック図である。図５において、１〜３．５は実施の形態１のものと同様のものである。絶対値作成手段１２ではデータ作成手段３で作成されたサンプリングデータの絶対値データを作成する。重ね合わせ手段１３は減算器１４、加算器１５、除算器１６で構成されている。減算器１４は入力された絶対値データから除算器１６で演算された出力データを減算する。加算器１５は減算器１４の出力データを加算する。そして、所定値決定手段５で決定された所定値により除算器１６で加算器１５の出力を除算して重ね合わせデータを作成する。この重ね合わせデータは被測定電圧の平均値となるので、平均値出力手段１７に出力する。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the second embodiment for carrying out the present invention. In FIG. 5, 1 to 3.5 are the same as those in the first embodiment. The absolute value creation means 12 creates absolute value data of the sampling data created by the data creation means 3. The superimposing means 13 includes a subtractor 14, an adder 15, and a divider 16. The subtracter 14 subtracts the output data calculated by the divider 16 from the input absolute value data. The adder 15 adds the output data of the subtracter 14. Then, the output of the adder 15 is divided by the divider 16 by the predetermined value determined by the predetermined value determining means 5 to create overlay data. Since this overlay data is an average value of the voltage to be measured, it is output to the average value output means 17.

このように構成された電圧測定装置の動作について説明する。図６は図５の動作を示すフローチャートである。
図４及び図５において、入力手段１に入力された繰り返し波形の被測定電圧は所定レベルの入力電圧に変換される（ステップＳ１）。一方、乱数発生手段２は乱数を発生する（ステップＳ２）。次に、データ作成手段３は被測定電圧の一周期内でサンプリング周期を決定し、図２に示すようにサンプリング周期内で乱数によりサンプリングポイントを決定して複数周期分のサンプリングデータＳＰ１〜ＳＰ２４を収集する。各サンプリングデータＳＰ１〜ＳＰ２４を被測定電圧の一周期分の波形上に擬似的に配置すると、図３に示すようにサンプリングポイントの重複を少なくする（ステップＳ３）。続いて、絶対値作成手段１２は各サンプリングデータの絶対値データを作成する（ステップＳ４）。絶対値データが重ね合わせ手段１３に入力されると、入力された絶対値データから除算器１６で演算された除算器１６の出力データを減算器１４で減算処理する。次に、減算器１４の出力データを加算器１５で順次加算する。除算器１６では所定値決定手段５で決定された所定値で加算器１５の出力データを除算して重ね合わせデータを作成する（ステップＳ５）。この重ね合わせデータをメータ等の平均値出力手段１７に出力することにより被測定電圧の平均値が得られる。出力手段１７に出力された平均値が収束（安定）したのを確認して（ステップＳ７）測定が終了する。
以上のように、被測定電圧の一周期内でサンプリング周期を決定して、サンプリング周期内で乱数によりサンプリングポイントを決定し、複数周期分のサンプリングデータを重ね合わせることにより、周期毎にサンプリングポイントが変化してサンプリングポイントが重複する機会を少なくすることができるため、被測定電圧の実効値測定の精度向上を図ることができる。 The operation of the voltage measuring apparatus configured as described above will be described. FIG. 6 is a flowchart showing the operation of FIG.
4 and 5, the voltage to be measured having a repetitive waveform input to the input means 1 is converted into an input voltage of a predetermined level (step S 1 ). On the other hand, the random number generation means 2 generates a random number (step S 2 ). Next, the data creation means 3 determines a sampling period within one period of the voltage to be measured, determines sampling points with random numbers within the sampling period as shown in FIG. 2, and samples sampling data SP 1 to SP for a plurality of periods. Collect 24 . When each sampling data SP 1 to SP 24 in a pseudo manner arranged on one period of the waveform of the measured voltage, to reduce the duplication of sampling points as shown in FIG. 3 (Step S 3). Subsequently, the absolute value creating means 12 creates absolute value data of each sampling data (step S 4 ). When the absolute value data is input to the superposition means 13, the output data of the divider 16 calculated by the divider 16 from the input absolute value data is subtracted by the subtractor 14. Next, the output data of the subtracter 14 is sequentially added by the adder 15. The divider 16 divides the output data of the adder 15 by the predetermined value determined by the predetermined value determining means 5 to create superposition data (step S 5 ). By outputting this overlay data to the average value output means 17 such as a meter, the average value of the voltage to be measured can be obtained. After confirming that the average value output to the output means 17 has converged (stable) (step S 7 ), the measurement ends.
As described above, the sampling period is determined within one period of the voltage to be measured, the sampling point is determined by a random number within the sampling period, and the sampling data for a plurality of periods is superimposed, so that the sampling point is determined for each period. Since it is possible to reduce the chance that the sampling points change and overlap, it is possible to improve the accuracy of measuring the effective value of the voltage to be measured.

この発明を実施するための実施の形態１の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of Embodiment 1 for implementing this invention. 図１の乱数により決定されたサンプリングポイントを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the sampling point determined by the random number of FIG. 図１の複数周期分のサンプリングデータを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the sampling data for several periods of FIG. 図１の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement of FIG. この発明を実施するための実施の形態２の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of Embodiment 2 for implementing this invention. 図５の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ 入力手段、２ 乱数発生手段、３ データ作成手段、４ ２乗値変換手段、
５ 所定値決定手段、６，１３ 重ね合わせ手段、７，１４ 減算器、
８，１５ 加算器、９，１６ 除算器、１０ 実効値演算手段、
１１ 実効値出力手段、１２ 絶対値作成手段、１７ 平均値出力手段。 1 input means, 2 random number generation means, 3 data creation means, 4 square value conversion means,
5 predetermined value determining means, 6, 13 superposing means, 7, 14 subtractor,
8,15 adder, 9,16 divider, 10 RMS value calculation means,
11 RMS value output means, 12 Absolute value creation means, 17 Average value output means.

Claims (2)

所定の周波数の繰り返し波形である被測定電圧を測定する電圧測定装置において、上記被測定電圧を所定レベルの入力電圧に変換する入力手段と、乱数を発生する乱数発生手段と、上記被測定電圧の一周期内でサンプリング周期を決定して、サンプリング周期内で上記乱数によりサンプリングポイントを決定し、上記サンプリングポイントにおける上記被測定電圧の複数周期分のサンプリングデータを作成するデータ作成手段と、上記各サンプリングデータを２乗して２乗値変換データを作成する２乗値変換手段と、上記被測定電圧の周波数に対するサンプリング周期との関係をシミュレーションして、上記被測定電圧の適正な測定精度が得られるサンプリング回数の所定値を決定する所定値決定手段と、減算器、加算器、及び除算器が順次接続されて、上記減算器では入力された上記２乗値変換データから上記除算器で演算された出力データを減算し、上記加算器では上記減算器の出力データを加算し、上記所定値により上記除算器で上記加算器の出力を除算して重ね合わせデータを作成する重ね合わせ手段と、上記重ね合わせデータを１／２乗して上記被測定電圧の実効値を演算する実効値演算手段と、上記実効値を出力する出力手段とを備えたことを特徴とする電圧測定装置。   In a voltage measuring apparatus that measures a voltage to be measured that is a repetitive waveform of a predetermined frequency, an input means for converting the voltage to be measured into an input voltage of a predetermined level, a random number generating means for generating a random number, and a A data generation means for determining a sampling period within one period, determining a sampling point with the random number within the sampling period, and generating sampling data for a plurality of periods of the measured voltage at the sampling point, and each sampling An appropriate measurement accuracy of the voltage to be measured can be obtained by simulating the relationship between the square value conversion means that squares the data and creates square value conversion data and the sampling period with respect to the frequency of the voltage to be measured. Predetermined value determining means for determining a predetermined value of the number of times of sampling, a subtracter, an adder, and a divider are sequentially Subsequently, the subtracter subtracts the output data calculated by the divider from the input square value conversion data, the adder adds the output data of the subtractor, and the predetermined value is used to add the output data. Superimposing means for dividing the output of the adder by a divider to create superposed data; and effective value calculating means for calculating the effective value of the voltage to be measured by multiplying the superposed data by a power of 1/2; A voltage measuring device comprising output means for outputting the effective value. 所定の周波数の繰り返し波形である被測定電圧を測定する電圧測定装置において、上記被測定電圧を所定レベルの入力電圧に変換する入力手段と、乱数を発生する乱数発生手段と、上記被測定電圧の一周期内でサンプリング周期を決定して、サンプリング周期内で上記乱数によりサンプリングポイントを決定し、上記サンプリングポイントにおける上記被測定電圧の複数周期分のサンプリングデータを作成するデータ作成手段と、上記各サンプリングデータの絶対値データを作成する絶対値作成手段と、上記被測定電圧の周波数に対するサンプリング周期との関係をシミュレーションして、上記被測定電圧の適正な測定精度が得られるサンプリング回数の所定値を決定する所定値決定手段と、減算器、加算器、及び除算器が順次接続されて、上記減算器では入力された絶対値データから上記除算器で演算された出力データを減算し、上記加算器では上記減算器の出力データを加算し、上記所定値により上記除算器で上記加算器の出力を除算して重ね合わせデータを作成する重ね合わせ手段と、上記重ね合わせデータを上記被測定電圧の平均値として出力する平均値出力手段とを備えたことを特徴とする電圧測定装置。   In a voltage measuring apparatus that measures a voltage to be measured that is a repetitive waveform of a predetermined frequency, an input means for converting the voltage to be measured into an input voltage of a predetermined level, a random number generating means for generating a random number, and a A data generation means for determining a sampling period within one period, determining a sampling point with the random number within the sampling period, and generating sampling data for a plurality of periods of the measured voltage at the sampling point, and each sampling Simulate the relationship between the absolute value creation means for creating the absolute value data of the data and the sampling period with respect to the frequency of the voltage to be measured, and determine a predetermined value of the number of samplings at which appropriate measurement accuracy of the voltage to be measured can be obtained A predetermined value determining means, a subtracter, an adder, and a divider are sequentially connected, The subtracter subtracts the output data calculated by the divider from the input absolute value data, the adder adds the output data of the subtractor, and the divider adds the output data of the adder by the predetermined value. A voltage measuring apparatus comprising: a superimposing unit that divides an output to create superimposition data; and an average value output unit that outputs the superimposition data as an average value of the voltage to be measured.
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