JP2008139225A - スペクトル表示装置およびこれを用いたフーリエ解析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数解析を効率よく行なうことができるスペクトル表示装置およびこれを用いたフーリエ解析装置を実現することにある。
【解決手段】被測定信号をフーリエ変換した変換結果に基づいてスペクトル表示を行なうスペクトル表示装置に改良を加えたものである。本装置は、変換結果を振幅値でソートしたリストを表示するリスト表示手段を設けたことを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定信号をフーリエ変換した変換結果（周波数または高調波の次数でソート）に基づいてスペクトル表示を行なうスペクトル表示装置およびこのスペクトル表示装置を用いたフーリエ解析装置に関し、詳しくは、周波数解析や高調波解析等を効率よく行なうことができるスペクトル表示装置およびフーリエ解析装置に関するものである。

フーリエ解析装置は、被測定信号の波形解析をするために用いられ、被測定信号を高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴと略す）し、周波数に対する信号の振幅値を表示部にスペクトル表示する。

また、スペクトル表示装置は、フーリエ解析装置等に用いられ、フーリエ変換後の変換結果に基づいて、周波数に対する信号の振幅値を表示部にスペクトル表示する。

図５は、従来のスペクトル表示装置の表示例を示した図である。
図５において、横軸は周波数であり、縦軸は振幅値である。図５に示すようにスペクトル表示によって被測定信号に含まれる周波数成分および各周波数成分の振幅を確認することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−７２１８９号公報

このように、ＦＦＴされた変換結果は周波数順に並べられ、各周波数成分それぞれに対する振幅値が求められている。そして、周波数−振幅の特性を示したスペクトル表示によって、被測定信号の周波数解析を行なうことができる。

一方、被測定信号に基づいて、この被測定信号を出力する機器の特性を測定する場合、振幅値そのものが問題になることが多い。例えば、機器の特性に影響を与えているノイズ解析を行なう場合、振幅値の大きな周波数から着目して解析する必要がある。また、機器の設定条件・使用条件等を変更することによって、特定の周波数成分の振幅値が変動するが、そのような場合、振幅値の変動量が重要になる。

しかしながら、ＦＦＴされた変換結果は上述のように周波数順に並べられているので、振幅値を基準にして周波数解析を行なう場合、ユーザは、周波数順にソートされたスペクトル表示を見つつ、該当する線スペクトルにカーソル等をあて、その線スペクトルの周波数および振幅値を求めていた。または、ＦＦＴの変換結果を紙に印刷等し、周波数、振幅値を求めていた。そのため、周波数解析を効率よく行なうことが難しいという問題があった。

また、図５のスペクトル表示例では、一例として線スペクトルを２０個しか図示していないが、実際のスペクトル表示では数千〜数万本表示されることもある。従って、ユーザは、数千〜数万本表示されるスペクトルを周波数軸上で拡大表示し、所望の線スペクトルが判別できるまで複数回の拡大表示を行なう。そして、所望の周波数の線スペクトルが表示されたところで振幅値を求めている。そのため、周波数解析を効率よく行なうことが難しいという問題があった。

そこで本発明の目的は、周波数解析を効率よく行なうことができるスペクトル表示装置およびこれを用いたフーリエ解析装置を実現することにある。

請求項１記載の発明は、
被測定信号をフーリエ変換した変換結果に基づいてスペクトル表示を行なうスペクトル表示装置において、
前記変換結果を振幅値でソートしたリストを表示するリスト表示手段を設けたことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記リスト表示手段のリストのなかから所望の周波数成分を選択する選択手段と、
前記スペクトル表示のうち、前記選択手段によって選択された周波数成分を、選択されなかった周波数成分と識別させて表示させる識別手段と
を設けたことを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、
識別手段は、カーソルを表示して識別させることを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の発明において、
識別手段は、前記選択手段によって選択された周波数成分を含む所定の周波数幅で、前記スペクトル表示を周波数軸方向に拡大して表示することを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、
被測定信号の解析を行なうフーリエ解析装置において、
被測定信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換器と、
このＡＤ変換器のデジタルデータをフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
このフーリエ変換手段の変換結果を記憶する記憶手段と、
この記憶手段の変換結果に基づいて前記スペクトル表示および前記リストの表示を行なう請求項１〜４のいずれかに記載のスペクトル表示装置と
を設けたことを特徴とするものである。

本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１〜４によれば、リスト表示手段が、周波数でソートされた変換結果を振幅値でソートし、振幅値と周波数とのリストを表示する。これにより、所望の振幅値の周波数を特定することができ、例えば、被試験機器の特性に影響を及ぼしている周波数を短時間で特定でき、周波数解析の効率を向上することができる。
請求項５によれば、請求項１〜４のいずれかに記載のスペクトル表示装置を用いるので、所望の振幅値の周波数を特定でき、周波数解析の効率を向上することができる。

以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施例］
図１は、本発明の第１の実施例（フーリエ解析装置）を示した構成図である。図２は、図１に示す装置の表示例を示した図である。

図１において、ＡＤ変換器１０は、被測定信号が入力される。アクイジョンメモリ２０は、ＡＤ変換器１０からのデジタルデータを記憶する。ＦＦＴ手段３０は、フーリエ変換手段であり、メモリ２０のデジタルデータをＦＦＴする。変換結果メモリ４０は、記憶手段であり、ＦＦＴ手段３０からの周波数でソートされた変換結果を記憶する。

表示処理部５０は、スペクトル表示手段５１、リスト表示手段５２を有し、メモリ４０から変換結果を読み出し、表示部６０の表示画面に変換結果を表示する。なお、表示処理部５０で、スペクトル表示装置を構成する。

スペクトル表示手段５１は、メモリ４０の変換結果のスペクトル表示（図２の符号１００）を表示部６０の表示画面に行なう。リスト表示手段５２は、メモリ４０の変換結果を振幅値でソートし、表示部６０の表示画面にリスト（図２の符号２００）を表示する。

このような装置の動作を説明する。
ＡＤ変換器１０が、被測定信号をデジタルデータに変換し、所定数のデジタルデータをメモリ２０に格納する。ＦＦＴ手段３０が、メモリ２０からデジタルデータを読み出し、ＦＦＴを行ない、変換結果をメモリ４０に格納する。

そして、表示処理部５０がメモリ４０から変換結果を読み出し、スペクトル表示手段５１が表示部６０の表示画面に変換結果に基づいてスペクトル表示（縦軸は周波数、横軸はゲイン）１００を行なう。なお、図２では、振幅値がゲインの場合の例を示している。

また、リスト表示手段５２が、変換結果をゲインでソートし、ゲインと周波数とのリスト２００を表示部６０の表示画面に表示する。もちろん、スペクトル表示１００とリスト２００とを重ねて表示してもよく、並べて表示してもよい。また、図２では、リスト表示手段５２が、ソートを行なうと共に、周波数成分それぞれの全高調波ひずみ（以下、ＴＨＤ（Total Harmonic Distortion）と略す）を求め、ゲイン、周波数、ＴＨＤを組として表示する例を示している。もちろん、リスト表示手段５２は、ＴＨＤを必要に応じて求めればよく、その他のパラメータを求めてもよい。

なお、被測定信号が電流であれば振幅値はゲイン（単位は［Ａ］）となり、電圧であれば振幅値はゲイン（単位は［Ｖ］）となる。また、被測定信号の電力のデジタルデータを求めていれば、振幅値はパワー（単位は［Ｗ］）になる。すなわち、被測定信号の物理量によって縦軸の振幅値の単位は様々な種類となる。図２においては、電流を測定した場合の測定例を示している。

このように、表示処理部５０のスペクトル表示手段５１が、周波数でソートされた変換結果に基づいてスペクトル表示１００を行ない、リスト表示手段５２が、周波数でソートされた変換結果を振幅値でソートし、振幅値と周波数とのリスト２００を表示部６０に表示する。これにより、所望の振幅値の周波数を特定することができ、例えば、被試験機器の特性に影響を及ぼしている周波数を短時間で特定でき、周波数解析の効率を向上することができる。

［第２の実施例］
図３は、本発明の第２の実施例を示した構成図である。図４は、図３に示す装置の表示例を示した図である。ここで、図１、図２と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。

図３において、リスト表示手段５２が表示するリストのなかから所望の周波数成分を選択する選択手段７０が新たに設けられる。

また、表示部６０に表示されるスペクトル表示のうち、選択手段７０によって選択された周波数成分を、選択されなかった周波数成分と識別させて表示させる識別手段５３が表示処理部５０に新たに設けられる。

このような装置の動作を説明する。
ユーザが、例えば、選択手段７０のポインティングデバイスや操作キー等を操作して、リスト２００の中から所望の周波数成分を選択する（図４では、ゲインが４番目に大きな周波数成分）。これにより、選択手段７０が、選択された周波数成分を識別手段５３に出力する。そして識別手段５３が、スペクトル表示１００において、選択されなかった周波数成分と選択された周波数成分を識別させるため、選択された周波数成分の線スペクトルにカーソルＣ１を表示する。また、リスト２００も選択された周波数に対応する部分を強調して識別させる。その他の動作は、図１に示す装置と同様なので説明を省略する。

このように、識別手段５３が、選択手段７０によって選択された周波数成分と選択されなかった周波数成分とを識別させるカーソルＣ１をスペクトル表示１００に表示するので、所望の周波数前後の状態も視覚的に捉えやすくなる。これにより、周波数解析を効率よく行なうことができる。

なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下に示すようなものでもよい。
図１、図３に示す装置において、フーリエ変換手段としてＦＦＴ手段３０を用いてＦＦＴを行なう構成を示したが、フーリエ変換手段が離散フーリエ変換を行なって、この変換結果に基づいてスペクトル表示１００、リスト２００の表示を行なってもよい。

図１、図３に示す装置において、スペクトル表示装置（表示処理部５０）、表示部６０をフーリエ解析装置に内蔵させる構成を示したが、フーリエ解析装置の表示処理部５０、表示部６０とは別に、例えば、他の測定器、パソコン等に表示処理部５０、表示部６０を新たに設け、フーリエ解析装置と通信や、取り外し可能な記憶媒体を介して、ＦＦＴ手段３０の変換結果を表示処理部５０に入力させ、パソコンの表示部６０にスペクトル表示１００、リスト２００を表示させてもよい。

図１、図３に示す装置において、ＦＦＴ手段３０が周波数間隔５０［Ｈｚ］で変換する構成例を示したが、どのような間隔でもよい。

図１、図３に示す装置において、横軸を周波数そのものとするスペクトル表示を行なう構成を示したが、ＦＦＴ手段３０が、求めた周波数を基本周波数（例えば、商用電源なら５０［Ｈｚ］）の高調波の次数に換算し、横軸を高調波の次数としてもよい。これにより、高調波解析を効率よく行なうことができる。ここで、高調波解析を行なうのは、近年、テレビやインバータ形式の蛍光灯、エアコン等の電気機器に流れる電流には高調波成分が含まれる場合が多い。また、電力設備に高調波を発生させる機器が接続されている場合にも、交流回路に高調波電流が流れる。このような高調波は、他の電気設備に悪影響を与える為、高調波解析を行う必要があるからである。

図３に示す装置において、例えば、周波数成分の個数が非常に多く、画面上で各線スペクトルの判別が付きにくい場合等、識別手段５３が、選択手段７０によって選択された周波数成分を含む所定の周波数幅で、スペクトル表示１００を周波数軸方向に拡大して表示し、拡大表示したスペクトル表示１００上でカーソルＣ１を表示してもよい。

図３に示す装置において、識別手段５３が、カーソルＣ１によって選択された周波数成分を識別させる構成を示したが、どのような方法で識別させてもよい。例えば、選択された周波数成分の線スペクトルのみを他の線スペクトルと違う色に変えたり、線スペクトルを点滅させる等してもよい。

本発明の第１の実施例を示した構成図である。 図１に示す装置の表示例を示した図である。 本発明の第２の実施例を示した構成図である。 図３に示す装置の表示例を示した図である。 従来のフーリエ解析装置の表示例を示した図である。

符号の説明

１０ ＡＤ変換器
３０ ＦＦＴ手段
４０ 変換結果メモリ
５１ スペクトル表示手段
５２ リスト表示手段
５３ 識別手段
７０ 選択手段
１００ スペクトル表示
２００ リスト
Ｃ１ カーソル

Claims (5)

1. 被測定信号をフーリエ変換した変換結果に基づいてスペクトル表示を行なうスペクトル表示装置において、
   前記変換結果を振幅値でソートしたリストを表示するリスト表示手段を設けたことを特徴とするスペクトル表示装置。
2. 前記リスト表示手段のリストのなかから所望の周波数成分を選択する選択手段と、
   前記スペクトル表示のうち、前記選択手段によって選択された周波数成分を、選択されなかった周波数成分と識別させて表示させる識別手段と
   を設けたことを特徴とする請求項１記載のスペクトル表示装置。
3. 識別手段は、カーソルを表示して識別させることを特徴とする請求項２記載のスペクトル表示装置。
4. 識別手段は、前記選択手段によって選択された周波数成分を含む所定の周波数幅で、前記スペクトル表示を周波数軸方向に拡大して表示することを特徴とする請求項２または３記載のスペクトル表示装置。
5. 被測定信号の解析を行なうフーリエ解析装置において、
   被測定信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換器と、
   このＡＤ変換器のデジタルデータをフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
   このフーリエ変換手段の変換結果を記憶する記憶手段と、
   この記憶手段の変換結果に基づいて前記スペクトル表示および前記リストの表示を行なう請求項１〜４のいずれかに記載のスペクトル表示装置と
   を設けたことを特徴とするフーリエ解析装置。

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