JP2020187043A - Parameter calculation device, parameter calculation method, and electric quantity measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振幅や初期位相などのパラメータが未知の被測定正弦波信号についてのこのパラメータを算出するパラメータ算出装置およびパラメータ算出方法、並びにこのパラメータ算出装置を有する電気量測定装置に関するものである。 The present invention relates to a parameter calculation device and a parameter calculation method for calculating this parameter for a measured sinusoidal signal whose parameters such as amplitude and initial phase are unknown, and an electric quantity measuring device having this parameter calculation device.
この種の電気量測定装置のうちの電気量としてインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置では、例えば下記の特許文献1において背景技術として開示された周波数特性分析器(二位相同期検波器を備えた周波数特性分析器)が一般的に使用されて、測定対象である電気部品についてのインピーダンスを、位相を含めて測定する。
In the impedance measuring device for measuring impedance as the amount of electricity in this type of electric quantity measuring device, for example, a frequency characteristic analyzer disclosed as a background technique in
このインピーダンス測定装置は、測定対象に正弦波信号を印加している状態において測定される測定対象の両端電圧(Vv:Av×sin(ωt+Bv)+Cv)と、測定対象に直列に接続されたシャント抵抗の両端電圧(測定対象に流れる電流を示す信号(Vi:Ai×sin(ωt+Bi)+Ci))とを、2つの被測定信号(被測定正弦波信号)として入力して、測定対象のインピーダンスを測定(算出)する。 This impedance measuring device has a voltage across the measurement target (Vv: Av × sin (ωt + Bv) + Cv) measured while a sine wave signal is applied to the measurement target, and a shunt resistance connected in series with the measurement target. The voltage across the above (signal indicating the current flowing through the measurement target (Vi: Ai × sin (ωt + Bi) + Ci)) is input as two measured signals (measured sine wave signal), and the impedance of the measurement target is measured. (calculate.
具体的には、このインピーダンス測定装置は、被測定信号Vvを参照信号sin(ωt)で同期検波して得られる参照信号sin(ωt)と同相の信号成分Vvs、被測定信号Vvを参照信号cos(ωt)で同期検波して得られる参照信号cos(ωt)と同相の信号成分Vvc、被測定信号Viを参照信号sin(ωt)で同期検波して得られる参照信号sin(ωt)と同相の信号成分Vis、および被測定信号Viを参照信号cos(ωt)で同期検波して得られる参照信号cos(ωt)と同相の信号成分Vicを、参照信号(sin(ωt),cos(ωt))の周期の定数倍の期間(例えば、最短となる1周期(ゼロから時間Tまでの期間))に亘って積分することによって求められるそれぞれについての直流成分T/2×Av×cos(Bv),T/2×Av×sin(Bv),T/2×Ai×cos(Bi)およびT/2×Ai×sin(Bi)に基づいて、インピーダンスZを算出する。 Specifically, this impedance measuring device synchronously detects the measured signal Vv with the reference signal sin (ωt) and obtains a signal component Vvs in phase with the reference signal sin (ωt) and the measured signal Vv as the reference signal cos. The signal component Vvc having the same phase as the reference signal cos (ωt) obtained by synchronous detection with (ωt) and the signal to be measured Vi having the same phase as the reference signal sin (ωt) obtained by synchronous detection with the reference signal sin (ωt). The signal component Vis, which is in phase with the reference signal cos (ωt) obtained by synchronously detecting the signal component Vis and the signal to be measured Vi with the reference signal cos (ωt), is the reference signal (sin (ωt), cos (ωt)). DC component T / 2 × Av × cos (Bv) for each obtained by integrating over a period that is a constant multiple of the period of (for example, the shortest period (period from zero to time T)). The impedance Z is calculated based on T / 2 × Av × sin (Bv), T / 2 × Ai × cos (Bi) and T / 2 × Ai × sin (Bi).
この場合、このインピーダンス測定装置では、正弦波の周期性に着目して、上記したように各信号成分Vvs,Vvc,Vis,Vicを最短では1周期T(=2π/ω)に亘って積分することにより、各信号成分Vvs,Vvc,Vis,Vicに含まれる交流成分(sin(ωt),cos(ωt),sin(2ωt),cos(2ωt))を除去して、上記の各直流成分を算出している。 In this case, in this impedance measuring device, paying attention to the periodicity of the sine wave, as described above, each signal component Vvs, Vvc, Vis, Vic is integrated over one period T (= 2π / ω) at the shortest. As a result, the AC components (sin (ωt), cos (ωt), sin (2ωt), cos (2ωt)) contained in each signal component Vvs, Vvc, Vis, and Vic are removed, and each of the above DC components is removed. It is calculated.
ところが、上記した従来のインピーダンス測定装置には、以下のような解決すべき課題が存在している。すなわち、このインピーダンス測定装置では、各被測定信号Vv,Viの基本周期(参照信号(sin(ωt),cos(ωt))の周期でもある)の定数倍の期間に亘る積分を実行しているが、この積分の期間は最短でもこの基本周期の1周期必要になることから、各被測定信号Vv,Viについても最短でも参照信号の1周期に亘って測定(取得)しなければならない。したがって、この電気量測定装置としてのインピーダンス測定装置には、測定対象についての電気量としてのインピーダンスZの測定完了までに、被測定信号(被測定正弦波信号)の1周期以上の時間が常に必要になるという課題が存在している。 However, the above-mentioned conventional impedance measuring device has the following problems to be solved. That is, in this impedance measuring device, integration is performed over a period of a constant multiple of the basic period (which is also the period of the reference signal (sin (ωt), cos (ωt)) of each signal to be measured Vv, Vi). However, since the period of this integration requires at least one cycle of this basic cycle, each signal to be measured Vv and Vi must be measured (acquired) over at least one cycle of the reference signal. Therefore, the impedance measuring device as the electric quantity measuring device always requires a time of one cycle or more of the measured signal (measured sinusoidal wave signal) until the measurement of the impedance Z as the electric quantity for the measurement target is completed. There is a problem of becoming.
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、被測定正弦波信号の1/4周期分の波形データに基づいて被測定正弦波信号のパラメータ(振幅、初期位相およびオフセット)を算出し得るパラメータ算出装置およびパラメータ算出方法を提供することを主目的とする。また、このパラメータ算出装置を備えて、被測定正弦波信号を生じさせる測定対象についての電気量(インピーダンスや電力値など)を測定する電気量測定装置を提供することを他の主目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and the parameters (amplitude, initial phase and offset) of the sine wave signal to be measured are set based on the waveform data for 1/4 period of the sine wave signal to be measured. The main purpose is to provide a parameter calculation device and a parameter calculation method that can be calculated. Another main object of the present invention is to provide an electric quantity measuring apparatus provided with this parameter calculating apparatus for measuring an electric quantity (impedance, electric power value, etc.) of a measurement target that generates a sine wave signal to be measured.
上記目的を達成すべく請求項1記載のパラメータ算出装置は、周波数fが既知であって振幅AおよびオフセットMが未知の被測定正弦波信号x(=Asin(2πft)+M)について取得した1/4周期分の波形データDwに基づき、取得時の当該被測定正弦波信号xについての初期位相θ(θは、−π/4以上7π/4以下の2πの角度範囲内の値)、前記振幅Aおよび前記オフセットMの各パラメータを算出するパラメータ算出装置であって、前記周波数fであって振幅BおよびオフセットNが既知である初期位相φの基準正弦波信号y(=Bsin(2πft+φ)+N)の当該初期位相φをφ1(φ1は、π/4、3π/4、5π/4、7π/4のうちのいずれかである。)とした第1基準正弦波信号yφ1(=Bsin(2πft+φ1)+N)についての1/4周期分の第1参照波形データDrw1、および前記基準正弦波信号yの前記初期位相φをφ2(=φ1−π/2)とした第2基準正弦波信号yφ2(=Bsin(2πft+φ2)+N)についての1/4周期分の第2参照波形データDrw2が予め記憶された記憶部と、処理部とを備え、前記処理部は、前記1/4周期分の波形データDwおよび前記1/4周期分の第1参照波形データDrw1に基づいて、当該波形データDwで表される前記被測定正弦波信号x(=Asin(2πft+θ)+M)と前記第1基準正弦波信号yφ1との第1相関係数rφ1を算出する第1相関係数算出処理と、前記1/4周期分の波形データDwおよび前記1/4周期分の第2参照波形データDrw2に基づいて、前記被測定正弦波信号x(=Asin(2πft+θ)+M)と前記第2基準正弦波信号yφ2との第2相関係数rφ2を算出する第2相関係数算出処理と、前記被測定正弦波信号x(=Asin(2πft+θ)+M)と前記基準正弦波信号y(=Bsin(2πft+φ)+N)との相関係数rを示す下記式(1)の当該相関係数rを前記第1相関係数rφ1とし、かつ当該式(1)の初期位相φを前記φ1として第1初期位相θφ1を算出する処理、および当該式(1)の当該相関係数rを前記第2相関係数rφ2とし、かつ当該式(1)の初期位相φを前記φ2として第2初期位相θφ2を算出する処理のいずれかを実行して、当該第1初期位相θφ1および当該第2初期位相θφ2のいずれかを仮初期位相θxとして算出する仮初期位相算出処理と、下記式(1)の初期位相φを前記φ1として当該式(1)の初期位相θを前記角度範囲内で−π/4から7π/4まで変化させたときに算出される相関係数rのπ/2の角度範囲毎の極性と、下記式(1)の初期位相φを前記φ2として当該式(1)の初期位相θを前記角度範囲内で−π/4から7π/4まで変化させたときに算出される相関係数rのπ/2の角度範囲毎の極性との当該π/2の角度範囲毎の4つの組み合わせのうちから、前記第1相関係数rφ1および第2相関係数rφ2の各極性の組み合わせに一致する1つの組み合わせを特定すると共に、当該4つの組み合わせのそれぞれに予め関連付けられた変換式のうちの当該特定した1つの組み合わせに関連付けられた変換式で前記仮初期位相θxを変換して前記初期位相θを算出する第1パラメータ算出処理と、前記算出した初期位相θ、前記1/4周期分の波形データDwのうちの値の異なる任意の2つの波形データDwa,Dwb、および当該2つの波形データDwa,Dwbについての前記1/4周期分の波形データDwのうちの最初の波形データDwstからの各位相差ψa,ψbで規定される下記式(2),(3)の連立方程式から前記振幅Aおよび前記オフセットMを算出する第2パラメータ算出処理とを実行する。
r=(Dcos(θ−φ)−Csin(θ+φ))/(√(D−Csin2θ)√(D−Csin2φ)) ・・・(1)
ただし、C=4/π2−1/π、D=1/2−4/π2である。
Dwa=Asin(ψa+θ)+M ・・・(2)
Dwb=Asin(ψb+θ)+M ・・・(3)
In order to achieve the above object, the parameter calculation device according to
r = (Dcos (θ-φ) -Csin (θ + φ)) / (√ (D-Csin2θ) √ (D-Csin2φ)) ... (1)
However, C = 4 / π 2 -1 / π, a D = 1 / 2-4 / π 2 .
Dwa = Asin (ψa + θ) + M ・ ・ ・ (2)
Dwb = Asin (ψb + θ) + M ・ ・ ・ (3)
請求項2記載のパラメータ算出装置は、請求項1記載のパラメータ算出装置において、前記処理部は、前記波形データDwstと前記1/4周期分の波形データDwのうちの最後の波形データDwenとが異なる値のときに、前記第2パラメータ算出処理において、前記2つの波形データDwa,Dwbとして当該波形データDwstおよび当該波形データDwenを使用し、かつ前記各位相差ψa,ψbとして値0,π/2を使用する。
The parameter calculation device according to
請求項3記載のパラメータ算出方法は、周波数fが既知であって振幅AおよびオフセットMが未知の被測定正弦波信号x(=Asin(2πft)+M)について取得した1/4周期分の波形データDwに基づき、取得時の当該被測定正弦波信号xについての初期位相θ(θは、−π/4以上7π/4以下の2πの角度範囲内の値)、前記振幅Aおよび前記オフセットMの各パラメータを算出するパラメータ算出方法であって、前記周波数fであって振幅BおよびオフセットNが既知である初期位相φの基準正弦波信号y(=Bsin(2πft+φ)+N)の当該初期位相φをφ1(φ1は、π/4、3π/4、5π/4、7π/4のうちのいずれかである。)とした第1基準正弦波信号yφ1(=Bsin(2πft+φ1)+N)についての1/4周期分の第1参照波形データDrw1、および前記基準正弦波信号yの前記初期位相φをφ2(=φ1−π/2)とした第2基準正弦波信号yφ2(=Bsin(2πft+φ2)+N)についての1/4周期分の第2参照波形データDrw2を使用し、前記1/4周期分の波形データDwおよび前記1/4周期分の第1参照波形データDrw1に基づいて、当該波形データDwで表される前記被測定正弦波信号x(=Asin(2πft+θ)+M)と前記第1基準正弦波信号yφ1との第1相関係数rφ1を算出する第1相関係数算出処理と、前記1/4周期分の波形データDwおよび前記1/4周期分の第2参照波形データDrw2に基づいて、前記被測定正弦波信号x(=Asin(2πft+θ)+M)と前記第2基準正弦波信号yφ2との第2相関係数rφ2を算出する第2相関係数算出処理と、前記被測定正弦波信号x(=Asin(2πft+θ)+M)と前記基準正弦波信号y(=Bsin(2πft+φ)+N)との相関係数rを示す下記式(1)の当該相関係数rを前記第1相関係数rφ1とし、かつ当該式(1)の初期位相φを前記φ1として第1初期位相θφ1を算出する処理、および当該式(1)の当該相関係数rを前記第2相関係数rφ2とし、かつ当該式(1)の初期位相φを前記φ2として第2初期位相θφ2を算出する処理のいずれかを実行して、当該第1初期位相θφ1および当該第2初期位相θφ2のいずれかを仮初期位相θxとして算出する仮初期位相算出処理と、下記式(1)の初期位相φを前記φ1として当該式(1)の初期位相θを前記角度範囲内で−π/4から7π/4まで変化させたときに算出される相関係数rのπ/2の角度範囲毎の極性と、下記式(1)の初期位相φを前記φ2として当該式(1)の初期位相θを前記角度範囲内で−π/4から7π/4まで変化させたときに算出される相関係数rのπ/2の角度範囲毎の極性との当該π/2の角度範囲毎の4つの組み合わせのうちから、前記第1相関係数rφ1および第2相関係数rφ2の各極性の組み合わせに一致する1つの組み合わせを特定すると共に、当該4つの組み合わせのそれぞれに予め関連付けられた変換式のうちの当該特定した1つの組み合わせに関連付けられた変換式で前記仮初期位相θxを変換して前記初期位相θを算出する第1パラメータ算出処理と、前記算出した初期位相θ、前記1/4周期分の波形データDwのうちの値の異なる任意の2つの波形データDwa,Dwb、および当該2つの波形データDwa,Dwbについての前記1/4周期分の波形データDwのうちの最初の波形データDwstからの各位相差ψa,ψbで規定される下記式(2),(3)の連立方程式から前記振幅Aおよび前記オフセットMを算出する第2パラメータ算出処理とを実行する。
r=(Dcos(θ−φ)−Csin(θ+φ))/(√(D−Csin2θ)√(D−Csin2φ)) ・・・(1)
ただし、C=4/π2−1/π、D=1/2−4/π2である。
Dwa=Asin(ψa+θ)+M ・・・(2)
Dwb=Asin(ψb+θ)+M ・・・(3)
The parameter calculation method according to
r = (Dcos (θ-φ) -Csin (θ + φ)) / (√ (D-Csin2θ) √ (D-Csin2φ)) ... (1)
However, C = 4 / π 2 -1 / π, a D = 1 / 2-4 / π 2 .
Dwa = Asin (ψa + θ) + M ・ ・ ・ (2)
Dwb = Asin (ψb + θ) + M ・ ・ ・ (3)
請求項4記載のパラメータ算出方法は、請求項3記載のパラメータ算出方法において、前記波形データDwstと前記1/4周期分の波形データDwのうちの最後の波形データDwenとが異なる値のときに、前記第2パラメータ算出処理において、前記2つの波形データDwa,Dwbとして当該波形データDwstおよび当該波形データDwenを使用し、かつ前記各位相差ψa,ψbとして値0,π/2を使用する。
The parameter calculation method according to claim 4 is performed when the waveform data Dwst and the last waveform data Dwen of the waveform data Dw for the quarter period are different values in the parameter calculation method according to
請求項5記載の電気量測定装置は、被測定対象に流れる正弦波電流を検出すると共に当該正弦波電流についての電流波形データを出力する電流検出部と、前記電流波形データのうちの1/4周期分の電流波形データを前記波形データDwとして取得して、前記被測定正弦波信号xとしての前記正弦波電流についての前記初期位相θ、前記振幅Aおよび前記オフセットMの各パラメータを算出する請求項1または2記載のパラメータ算出装置と、算出された前記初期位相θ、前記振幅Aおよび前記オフセットMを使用して前記正弦波電流の電流値を前記被測定対象の電気量として測定する測定部とを備えている。
The electric quantity measuring device according to claim 5 has a current detection unit that detects a sine wave current flowing through a target to be measured and outputs current waveform data for the sine wave current, and 1/4 of the current waveform data. A request for acquiring current waveform data for a period as the waveform data Dw and calculating each parameter of the initial phase θ, the amplitude A, and the offset M for the sine wave current as the sine wave signal x to be measured. A measuring unit that measures the current value of the sine wave current as the amount of electricity to be measured by using the parameter calculation device according to
請求項6記載の電気量測定装置は、被測定対象に発生する正弦波電圧を検出すると共に当該正弦波電圧についての電圧波形データを出力する電圧検出部と、前記電圧波形データのうちの1/4周期分の電圧波形データを前記波形データDwとして取得して、前記被測定正弦波信号xとしての前記正弦波電圧についての前記初期位相θ、前記振幅Aおよび前記オフセットMの各パラメータを算出する請求項1または2記載のパラメータ算出装置と、算出された前記初期位相θ、前記振幅Aおよび前記オフセットMを使用して前記正弦波電圧の電圧値を前記被測定対象の電気量として測定する測定部とを備えている。
The electric quantity measuring device according to claim 6 has a voltage detecting unit that detects a sine wave voltage generated in a measurement target and outputs voltage waveform data about the sine wave voltage, and 1 / of the voltage waveform data. The voltage waveform data for four cycles is acquired as the waveform data Dw, and the parameters of the initial phase θ, the amplitude A, and the offset M for the sine wave voltage as the sine wave signal x to be measured are calculated. A measurement in which the voltage value of the sine wave voltage is measured as the amount of electricity to be measured by using the parameter calculation device according to
請求項7記載の電気量測定装置は、被測定対象に流れる正弦波電流を検出すると共に当該正弦波電流についての電流波形データを出力する電流検出部と、前記被測定対象に前記正弦波電流が流れているときに当該被測定対象に発生する正弦波電圧を検出すると共に当該正弦波電圧についての電圧波形データを出力する電圧検出部と、請求項1または2記載のパラメータ算出装置と、測定部とを備え、前記パラメータ算出装置は、前記電流波形データのうちの1/4周期分の電流波形データを前記波形データDwとして取得して、前記被測定正弦波信号xとしての前記正弦波電流についての前記初期位相θ、前記振幅Aおよび前記オフセットMの各パラメータを算出すると共に、前記電圧波形データのうちの1/4周期分の電圧波形データを前記波形データDwとして取得して、前記被測定正弦波信号xとしての前記正弦波電圧についての前記初期位相θ、前記振幅Aおよび前記オフセットMの各パラメータを算出し、前記測定部は、算出された前記正弦波電流についての前記初期位相θ、前記振幅Aおよび前記オフセットMの各パラメータと、算出された前記正弦波電圧についての前記初期位相θ、前記振幅Aおよび前記オフセットMの各パラメータとに基づいて、前記被測定対象に供給される電力値および当該被測定対象のインピーダンスのうちの少なくとも一方を当該被測定対象の電気量として測定する。
The electric quantity measuring device according to claim 7 has a current detection unit that detects a sine wave current flowing through the object to be measured and outputs current waveform data about the sine wave current, and the sine wave current is applied to the object to be measured. The voltage detection unit that detects the sine wave voltage generated in the object to be measured when it is flowing and outputs the voltage waveform data for the sine wave voltage, the parameter calculation device according to
請求項1記載のパラメータ算出装置および請求項3記載のパラメータ算出方法によれば、周波数fが既知であって振幅AおよびオフセットMが未知の被測定正弦波信号xについて取得した1/4周期分の波形データDwに基づき、取得時の被測定正弦波信号xについての初期位相θ、振幅AおよびオフセットMの各パラメータを算出することができる。
According to the parameter calculation device according to
請求項2記載のパラメータ算出装置および請求項4記載のパラメータ算出方法によれば、各位相差ψa,ψbとして既知である値0,π/2を使用することができるため、各位相差ψa,ψbの算出に要する時間を省くことができる。
According to the parameter calculation device according to
請求項5記載の電気量測定装置によれば、上記のパラメータ算出装置を備えたことにより、実質的に、被測定対象に関して測定される被測定正弦波信号としての正弦波電流についての1/4周期分の波形データDwの取得に要する時間とほぼ同等の時間で、被測定対象に流れる正弦波電流の電流値を被測定対象の電気量として測定(算出)することができる。 According to the electric quantity measuring device according to claim 5, by providing the above-mentioned parameter calculating device, substantially 1/4 of the sinusoidal current as the measured sinusoidal signal measured with respect to the object to be measured. The current value of the sine wave current flowing through the object to be measured can be measured (calculated) as the amount of electricity of the object to be measured in a time substantially equal to the time required to acquire the waveform data Dw for the period.
請求項6記載の電気量測定装置によれば、上記のパラメータ算出装置を備えたことにより、実質的に、被測定対象に関して測定される被測定正弦波信号としての正弦波電圧についての1/4周期分の波形データDwの取得に要する時間とほぼ同等の時間で、被測定対象に発生する正弦波電圧の電圧値を被測定対象の電気量として測定(算出)することができる。 According to the electric quantity measuring device according to claim 6, by providing the above-mentioned parameter calculating device, substantially 1/4 of the sinusoidal voltage as the measured sinusoidal signal measured with respect to the measured object. The voltage value of the sine wave voltage generated in the object to be measured can be measured (calculated) as the amount of electricity of the object to be measured in a time substantially equal to the time required to acquire the waveform data Dw for the period.
請求項7記載の電気量測定装置によれば、上記のパラメータ算出装置を備えたことにより、実質的に、被測定対象に関して測定される被測定正弦波信号としての正弦波電流および正弦波電圧についての1/4周期分の各波形データDwの取得に要する時間とほぼ同等の時間で、被測定対象に供給されている電力の電力値や被測定対象のインピーダンスを被測定対象の電気量として測定(算出)することができる。 According to the electric quantity measuring device according to claim 7, by providing the above-mentioned parameter calculating device, substantially, the sinusoidal current and the sinusoidal voltage as the measured sinusoidal signal measured with respect to the object to be measured. The power value of the power supplied to the measurement target and the impedance of the measurement target are measured as the amount of electricity of the measurement target in a time that is almost the same as the time required to acquire each waveform data Dw for 1/4 cycle of. Can be (calculated).
以下、パラメータ算出装置、パラメータ算出方法および電気量測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the parameter calculation device, the parameter calculation method, and the electric quantity measuring device will be described with reference to the accompanying drawings.
最初に、パラメータ算出装置としてのパラメータ算出装置1、および電気量測定装置としての電気量測定装置11の構成について、図面を参照して説明する。
First, the configuration of the
電気量測定装置11は、図1に示すように、パラメータ算出装置1、信号源12、電流検出部13、電圧検出部14、第1A/D変換部15(以下、A/D変換部15ともいう)、第2A/D変換部16(以下、A/D変換部16ともいう)、測定部17、および出力部18を備え、被測定対象(単に測定対象ともいう)DUTの電気量を測定可能に構成されている。電気量測定装置11は、本例では一例として、測定対象DUTの電気量として、測定対象DUTに流れる正弦波電流Iの電流値I1、測定対象DUTの両端間に発生する正弦波電圧Vの電圧値V1、測定対象DUTで消費される電力Wの電力値W1、および測定対象DUTのインピーダンスZを測定する。
As shown in FIG. 1, the
パラメータ算出装置1は、一例として、処理部2および記憶部3を備えて構成されて、測定対象DUTに関して測定される被測定正弦波信号について取得した1/4周期分の波形データに基づき、取得時のこの被測定正弦波信号についての初期位相、振幅およびオフセットの各パラメータを算出するパラメータ算出装置として機能する。
As an example, the
処理部2は、例えば、コンピュータで構成されて、外部(例えば、電気量測定装置11に操作部が設けられているときには、この操作部)から測定開始指示を入力したときに、図10に示す電気量測定処理60のうちのパラメータ算出処理50(図9参照)までを実行して、被測定正弦波信号についての初期位相、振幅およびオフセットの各パラメータを算出して測定部17に出力する。また、処理部2は、信号源12(測定用正弦波信号Ssの信号源)に対する制御処理(後述する供給開始指示および供給停止指示を出力する処理)を実行する。また、処理部2は、測定用正弦波信号Ssの周波数fに対して十分に高い一定周波数(既知)のサンプリングクロックS2を生成して、A/D変換部15,16に出力(供給)するクロック生成処理を実行する。
The
電気量測定処理60では、処理部2は、測定対象DUTに関して測定される上記の正弦波電流Iを1つの被測定正弦波信号x1(下記の式(1)で表される正弦波信号)として、また上記の正弦波電圧Vを他の1つの被測定正弦波信号x2(下記の式(2)で表される正弦波信号)として取り扱い、被測定正弦波信号x1についての1/4周期分の波形データDw1と被測定正弦波信号x2についての1/4周期分の波形データDw2とを取得する。各被測定正弦波信号x1,x2は、周波数fが同じでかつ既知であって、振幅A1,A2(特に区別しないときには振幅Aともいう)、オフセットM1,M2(特に区別しないときにはオフセットMともいう)、および初期位相θ1,θ2(各波形データDw1,Dw2の取得時の初期位相。特に区別しないときには初期位相θともいう)が未知の正弦波信号である。なお、初期位相θは、−π/4以上7π/4以下の2πの角度範囲内の値である。また、このように周波数fが既知である被測定正弦波信号x1,x2をA/D変換部15,16が既知の周波数のサンプリングクロックS2でサンプリングして得られる各波形データDw1,Dw2(特に区別しないときには波形データDwともいう)についての1/4周期分の各波形データDw1,Dw2の数は同数であって、かつ既知の数である。
x1=A1sin(2πft+θ1)+M1 ・・・(1)
x2=A2sin(2πft+θ2)+M2 ・・・(2)
In the electric
x 1 = A 1 sin (2πft + θ 1 ) + M 1 ... (1)
x 2 = A 2 sin (2πft + θ 2 ) + M 2 ... (2)
また、パラメータ算出処理50では、処理部2は、取得した波形データDw1と、記憶部3に記憶されている後述の第1参照波形データDrw1(後述する初期位相φ1の第1基準正弦波信号yφ1の波形データ。φ1は、π/4,3π/4,5π/4,7π/4のうちのいずれかである)および第2参照波形データDrw2(後述する初期位相φ2の第2基準正弦波信号yφ2の波形データ。φ2=φ1−π/2である)とに基づいて、正弦波電流I(被測定正弦波信号x1)についての第1相関係数rφ1および第2相関係数rφ2を算出し、さらにこの第1相関係数rφ1および第2相関係数rφ2を使用して、被測定正弦波信号x1についての初期位相θ1、振幅A1およびオフセットM1の各パラメータを算出する。また、処理部2は、取得した波形データDw2と、この第1参照波形データDrw1および第2参照波形データDrw2とに基づいて、正弦波電圧V(被測定正弦波信号x2)についての第1相関係数rφ1および第2相関係数rφ2を算出し、さらにこの第1相関係数rφ1および第2相関係数rφ2を使用して、被測定正弦波信号x2についての初期位相θ2、振幅A2およびオフセットM2の各パラメータを算出する。
Further, in the
記憶部3には、処理部2がパラメータ算出処理50において使用する参照波形データとして、被測定正弦波信号x1,x2の上記した周波数fと同じ周波数fであって振幅BおよびオフセットNが既知である初期位相φの基準正弦波信号y(=Bsin(2πft+φ)+N)のこの初期位相φをφ1とした第1基準正弦波信号yφ1(=Bsin(2πft+φ1)+N)についての1/4周期分の第1参照波形データDrw1と、基準正弦波信号yのこの初期位相φをφ2とした第2基準正弦波信号yφ2(=Bsin(2πft+φ2)+N)についての1/4周期分の第2参照波形データDrw2とが予め記憶されている。各第1参照波形データDrw1,Drw2の数は、上記した1/4周期分の各波形データDw1,Dw2の数と同数である。
In the
また、記憶部3には、パラメータ算出処理50において使用する変換テーブルTBL(図2参照)が予め記憶されている。この変換テーブルTBLは、パラメータ算出処理50の仮初期位相算出処理において算出した仮初期位相θxを真の初期位相θに変換するための変換式(θ=α・θx+β)における各係数α,βを特定するためのものである。変換テーブルTBLには、初期位相θの2πの角度範囲(−π/4以上7π/4以下)を初期位相φ1,φ2の差分(π/2)ずつ分割した後述の第1角度範囲から第4角度範囲までの4つの角度範囲毎に、処理部2によって後述するようにして算出される第1相関係数rφ1および第2相関係数rφ2の各極性の組み合わせ(第1相関係数rφ1の極性,第2相関係数rφ2の極性)に関連付けられて、各係数α,β(実質的に上記の変換式)が記憶されている。なお、図2では、一例として、初期位相φ1を、π/4,3π/4,5π/4,7π/4のうちのπ/4(45度)とし、初期位相φ2をこのπ/4に対応する−π/4(−45度)としたときの第1相関係数r45および第2相関係数r−45の各極性に関連付けているが、初期位相φ1,φ2の組み合わせは、この組み合わせ(π/4(45度)と−π/4(−45度))に限定されるものではく、3π/4(135度)とこれに対応するπ/4(45度)、5π/4(225度)とこれに対応する3π/4(135度)、7π/4(315度)とこれに対応する5π/4(225度)の組み合わせとすることもできる。
Further, the conversion table TBL (see FIG. 2) used in the
以下において、変換テーブルTBLについて説明する。 The conversion table TBL will be described below.
第1相関係数rφ1は、上記式(1),(2)で表されるような正弦波信号(第1基準正弦波信号yφ1と周波数fが同じで、初期位相θ1,θ2などの初期位相θ、振幅A1,A2などの振幅A、およびオフセットM1,M2などのオフセットMが未知の被測定正弦波信号x。Asin(2πft+θ)+Mの式で表される信号)と、第1基準正弦波信号yφ1(=Bsin(2πft+φ1)+N)との相関係数rである。また、第2相関係数rφ2は、この正弦波信号(Asin(2πft+θ)+M)と、第2基準正弦波信号yφ2(=Bsin(2πft+φ2)+N)との相関係数rである。 The first correlation coefficient r φ1 has the same frequency f as the first reference sinusoidal signal y φ1 and the initial phases θ 1 and θ 2 as represented by the above equations (1) and (2). Initial phase θ such as θ, amplitude A such as amplitude A 1 and A 2 , and offset M such as offset M 1 and M 2 are unknown Sine wave signals to be measured x. A signal expressed by the equation Asin (2πft + θ) + M. ) And the first reference sine wave signal y φ1 (= Bsin (2πft + φ1) + N), which is the correlation coefficient r. The second correlation coefficient r φ2 is the correlation coefficient r between this sine wave signal (Asin (2πft + θ) + M) and the second reference sine wave signal y φ2 (= Bsin (2πft + φ2) + N).
各基準正弦波信号yφ1,yφ2の基となる基準正弦波信号y(=Bsin(2πft+φ)+N)と、被測定正弦波信号x(=Asin(2πft+θ)+M)との相関係数r、具体的には、このパラメータ算出装置1で取り扱う1/4波(T/4。Tは1周期(1/f)である)分についての相関係数rは、次のようにして算出される。
Correlation coefficient r between the reference sine wave signal y (= Bsin (2πft + φ) + N), which is the basis of each reference sine wave signal y φ1 and y φ2 , and the sine wave signal x (= Asin (2πft + θ) + M) to be measured, Specifically, the correlation coefficient r for the 1/4 wave (T / 4. T is one cycle (1 / f)) handled by the
相関係数rの公知の算出式は、
r=xとyの共分散/(xの標準偏差×yの標準偏差)
=(xとyの積の平均−xの平均とyの平均の積)/(√(x2の平均−(xの平均)2)×√(y2の平均−(yの平均)2))
であり、相関係数rは、−1以上1以下の実数値である。なお、処理部2は、一例としてこの公知の算出式に基づき、後述する第1相関係数算出処理において、波形データDw1と第1参照波形データDrw1とから正弦波電流Iについての第1相関係数rφ1を算出すると共に、後述する第2相関係数算出処理において、波形データDw1と第2参照波形データDrw2とから正弦波電流Iについての第2相関係数rφ2を算出する。また、処理部2は、この公知の算出式に基づき、後述する第1相関係数算出処理において、波形データDw2と第1参照波形データDrw1とから正弦波電圧Vについての第1相関係数rφ1を算出すると共に、後述する第2相関係数算出処理において、波波形データDw2と第2参照波形データDrw2とから正弦波電圧Vについての第2相関係数rφ2を算出する。
A known formula for calculating the correlation coefficient r is
covariance of r = x and y / (standard deviation of x x standard deviation of y)
= (Average of product of x and y-Product of average of x and average of y) / (√ (Average of x 2- (Average of x) 2 ) x √ (Average of y 2- (Average of y) 2 )))
The correlation coefficient r is a real value of -1 or more and 1 or less. In addition, the
この相関係数rにおけるxとyの積の平均は、1/4波分のため、t=0〜T/4について求めると、次の式で表される。
4/T×∫[0,T/4](Asin(2πft+θ)+M)(Bsin(2πft+φ)+N)dt
=(AB/π)sin(θ+φ)+(AB/2)cos(θ−φ)
+(2AN/π)(sinθ+cosθ)+(2BM/π)(sinφ+cosφ)+MN
なお、∫[0,T/4]g(t)dtは、関数g(t)についての時間tが0からT/4までの定積分を示すものである。以下においても同様である。
Since the average of the products of x and y in this correlation coefficient r is 1/4 wave, it is expressed by the following equation when calculated for t = 0 to T / 4.
4 / T × ∫ [0, T / 4] (Asin (2πft + θ) + M) (Bsin (2πft + φ) + N) dt
= (AB / π) sin (θ + φ) + (AB / 2) cos (θ−φ)
+ (2AN / π) (sinθ + cosθ) + (2BM / π) (sinφ + cosφ) + MN
Note that ∫ [0, T / 4] g (t) dt indicates a definite integral from 0 to T / 4 in time t for the function g (t). The same applies to the following.
また、xの平均は、t=0〜T/4について求めると、次の式で表される。
4/T×∫[0,T/4](Asin(2πft+θ)+M)dt
=(2A/π)(sinθ+cosθ)+M
また、yの平均は、t=0〜T/4について求めると、次の式で表される。
4/T×∫[0,T/4](Bsin(2πft+φ)+N)dt
=(2B/π)(sinφ+cosφ)+N
Further, the average of x is expressed by the following equation when calculated for t = 0 to T / 4.
4 / T × ∫ [0, T / 4] (Asin (2πft + θ) + M) dt
= (2A / π) (sinθ + cosθ) + M
Further, the average of y is expressed by the following equation when calculated for t = 0 to T / 4.
4 / T × ∫ [0, T / 4] (Bsin (2πft + φ) + N) dt
= (2B / π) (sinφ + cosφ) + N
よって、xの平均とyの平均の積は、次の式で表される。
((2A/π)(sinθ+cosθ)+M)((2B/π)(sinφ+cosφ)+N)
=(4AB/π2)(sin(θ+φ)+cos(θ−φ))+(2AN/π)(sinθ+cosθ)
+(2BM/π)(sinφ+cosφ)+MN
Therefore, the product of the average of x and the average of y is expressed by the following equation.
((2A / π) (sinθ + cosθ) + M) ((2B / π) (sinφ + cosφ) + N)
= (4AB / π 2 ) (sin (θ + φ) + cos (θ−φ)) + (2AN / π) (sinθ + cosθ)
+ (2BM / π) (sinφ + cosφ) + MN
したがって、xとyの共分散は、上記のxとyの積の平均と、上記のxの平均とyの平均の積とから、次の式(3)で表される。
(AB/π)sin(θ+φ)+(AB/2)cos(θ−φ)
−(4AB/π2)(sin(θ+φ)+cos(θ−φ))
=AB((1/2−4/π2)cos(θ−φ)−(4/π2−1/π)sin(θ+φ)) ・・・(3)
Therefore, the covariance of x and y is expressed by the following equation (3) from the average of the products of x and y and the product of the average of x and the average of y.
(AB / π) sin (θ + φ) + (AB / 2) cos (θ−φ)
-(4AB / π 2 ) (sin (θ + φ) + cos (θ−φ))
= AB ((1 / 2-4 / π 2) cos (θ-φ) - (4 / π 2 -1 / π) sin (θ + φ)) ··· (3)
また、x2の平均は、t=0〜T/4について求めると、次の式で表される。
4/T×∫[0,T/4](Asin(2πft+θ)+M)2dt
=A2/2+(A2/π)sin2θ+(4AM/π)(sinθ+cosθ)+M2
Further, the average of x 2 is expressed by the following equation when calculated for t = 0 to T / 4.
4 / T × ∫ [0, T / 4] (Asin (2πft + θ) + M) 2 dt
= A 2/2 + (A 2 / π) sin2θ + (4 AM/π) (sinθ + cosθ) +
また、(xの平均)2は、上記したxの平均の二乗であるから、次の式で表される。
((2A/π)(sinθ+cosθ)+M)2
=(4A2/π2)(1+sin2θ)+(4AM/π)(sinθ+cosθ)+M2
Further, since (average of x) 2 is the square of the average of x described above, it is expressed by the following equation.
((2A / π) (sinθ + cosθ) + M) 2
= (4A 2 / π 2 ) (1 + sin2θ) + (4AM / π) (sinθ + cosθ) + M 2
したがって、xの標準偏差は、上記のx2の平均と、上記の(xの平均)2とから、次の式(4)で表される。
√(A2/2+(A2/π)sin2θ−(4A2/π2)(1+sin2θ))
=A√((1/2−4/π2)−(4/π2−1/π)sin2θ) ・・・(4)
同様にして、yの標準偏差は、次の式(5)で表される。
B√((1/2−4/π2)−(4/π2−1/π)sin2φ) ・・・(5)
Therefore, the standard deviation of x is expressed by the following equation (4) from the above-mentioned average of x 2 and the above-mentioned (mean of x) 2 .
√ (A 2/2 + ( A 2 / π) sin2θ- (
= A√ ((1 / 2-4 / π 2) - (4 / π 2 -1 / π) sin2θ) ··· (4)
Similarly, the standard deviation of y is expressed by the following equation (5).
B√ ((1 / 2-4 / π 2) - (4 / π 2 -1 / π) sin2φ) ··· (5)
これにより、相関係数rは、上記の式(3),(4),(5)から、次の式(6)で表される。
r=AB((1/2−4/π2)cos(θ−φ)−(4/π2−1/π)sin(θ+φ))/(A√((1/2−4/π2)−(4/π2−1/π)sin2θ)B√((1/2−4/π2)−(4/π2−1/π)sin2φ))
=(Dcos(θ−φ)−Csin(θ+φ))/(√(D−Csin2θ)√(D−Csin2φ)) ・・・(6)
ただし、C=4/π2−1/π、D=1/2−4/π2である。
As a result, the correlation coefficient r is expressed by the following equation (6) from the above equations (3), (4), and (5).
r = AB ((1 / 2-4 / π 2) cos (θ-φ) - (4 / π 2 -1 / π) sin (θ + φ)) / (A√ ((1 / 2-4 /
= (Dcos (θ-φ) -Csin (θ + φ)) / (√ (D-Csin2θ) √ (D-Csin2φ)) ... (6)
However, C = 4 / π 2 -1 / π, a D = 1 / 2-4 / π 2 .
この相関係数rの式(6)は各初期位相θ,φを変数とする式であることから、上記のように初期位相φをφ1とした第1相関係数rφ1は初期位相θだけを変数とする関数であり、上記のように初期位相φをφ2とした第2相関係数rφ2も初期位相θだけを変数とする関数である。 Since the equation (6) of the correlation coefficient r is an equation in which the initial phases θ and φ are variables, the first correlation coefficient r φ1 with the initial phase φ as φ1 is only the initial phase θ as described above. Is a variable, and as described above, the second correlation coefficient r φ2 with the initial phase φ as φ2 is also a function with only the initial phase θ as a variable.
ここで、初期位相φ1,φ2のいずれかとして使用される上記の−π/4(−45度。7π/4(315度)でもある)、π/4(45度)、3π/4(135度)、5π/4(225度)のうちの任意の1つを相関係数rの式(6)における初期位相φとして、−π/4以上7π/4以下の2πの角度範囲に亘って初期位相θを変化させたときの相関係数rは、図3,4に示すように変化する。 Here, the above-mentioned −π / 4 (−45 degrees, which is also 7π / 4 (315 degrees)), π / 4 (45 degrees), and 3π / 4 (135 degrees) used as either of the initial phases φ1 and φ2. Degree), any one of 5π / 4 (225 degrees) is set as the initial phase φ in the equation (6) of the correlation coefficient r, over an angle range of 2π of −π / 4 or more and 7π / 4 or less. The correlation coefficient r when the initial phase θ is changed changes as shown in FIGS. 3 and 4.
具体的には、初期位相φを−π/4(−45度)としたときの相関係数r(=r−45)は、図3において破線で示すように、−π/4からπ/4までの角度範囲では1から漸次減少して0に至り、π/4から3π/4までの角度範囲では0からさらに漸次減少して−1に至り、3π/4から5π/4までの角度範囲では−1から漸次増加して0に至り、5π/4から7π/4までの角度範囲では0からさらに漸次増加して1に戻るように変化する。 Specifically, the correlation coefficient r (= r- 45 ) when the initial phase φ is −π / 4 (−45 degrees) is from −π / 4 to π / as shown by the broken line in FIG. In the angle range up to 4, it gradually decreases from 1 to 0, and in the angle range from π / 4 to 3π / 4, it gradually decreases from 0 to -1, and the angle from 3π / 4 to 5π / 4 In the range, it gradually increases from -1 to 0, and in the angle range from 5π / 4 to 7π / 4, it gradually increases from 0 and returns to 1.
また、初期位相φをπ/4(45度)としたときの相関係数r(=r45)は、図3において実線で示すように、−π/4からπ/4までの角度範囲では0から漸次増加して1に至り、π/4から3π/4までの角度範囲では1から漸次減少して0に至り、3π/4から5π/4までの角度範囲では0からさらに漸次減少して−1に至り、5π/4から7π/4までの角度範囲では−1から漸次増加して0に戻るように変化する。 Further, the correlation coefficient r (= r 45 ) when the initial phase φ is π / 4 (45 degrees) is in the angle range from −π / 4 to π / 4, as shown by the solid line in FIG. It gradually increases from 0 to 1, then gradually decreases from 1 to 0 in the angle range from π / 4 to 3π / 4, and gradually decreases from 0 in the angle range from 3π / 4 to 5π / 4. It reaches -1 and gradually increases from -1 and returns to 0 in the angle range from 5π / 4 to 7π / 4.
また、初期位相φを3π/4(135度)としたときの相関係数r(=r135)は、図4において破線で示すように、−π/4からπ/4までの角度範囲では−1から漸次増加して0に至り、π/4から3π/4までの角度範囲では0からさらに漸次増加して1に至り、3π/4から5π/4までの角度範囲では1から漸次減少して0に至り、5π/4から7π/4までの角度範囲では0からさらに漸次減少して−1に戻るように変化する。 Further, the correlation coefficient r (= r 135 ) when the initial phase φ is 3π / 4 (135 degrees) is in the angle range from −π / 4 to π / 4, as shown by the broken line in FIG. Gradually increase from -1 to 0, gradually increase from 0 to 1 in the angle range from π / 4 to 3π / 4, and gradually decrease from 1 in the angle range from 3π / 4 to 5π / 4. Then, it reaches 0, and in the angle range from 5π / 4 to 7π / 4, it gradually decreases from 0 and changes to return to -1.
また、初期位相φを5π/4(225度)としたときの相関係数r(=r225)は、図4において実線で示すように、−π/4からπ/4までの角度範囲では0から漸次減少して−1に至り、π/4から3π/4までの角度範囲では−1から漸次増加して0に至り、3π/4から5π/4までの角度範囲では0からさらに漸次増加して1に至り、5π/4から7π/4までの角度範囲では1から漸次減少して0に戻るように変化する。 Further, the correlation coefficient r (= r 225 ) when the initial phase φ is 5π / 4 (225 degrees) is in the angle range from −π / 4 to π / 4, as shown by the solid line in FIG. It gradually decreases from 0 to -1, gradually increases from -1 to 0 in the angle range from π / 4 to 3π / 4, and gradually increases from 0 to 0 in the angle range from 3π / 4 to 5π / 4. It increases to 1 and gradually decreases from 1 to 0 in the angle range from 5π / 4 to 7π / 4.
したがって、上記の各相関係数r(r−45,r45,r135,r225)について、各々の極性が+または−で一定となる−π/4からπ/4まで(−π/4≦θ<π/4)の角度範囲(第1角度範囲)、π/4から3π/4まで(π/4≦θ<3π/4)の角度範囲(第2角度範囲)、3π/4から5π/4まで(3π/4≦θ<5π/4)の角度範囲(第3角度範囲)、および5π/4から7π/4まで(5π/4≦θ<7π/4)の角度範囲(第4角度範囲)での各極性をまとめると、図5に示すようになる。この図5から明らかなように、初期位相φ1,φ2の組み合わせを上記の4つの組み合わせ(45度と−45度、135度と45度、225度と135度、315度(−45度)と225度)のうちのいずれかにすることで、第1角度範囲から第4角度範囲までのすべての角度範囲における第1相関係数rφ1の極性と第2相関係数rφ2の極性の組み合わせを、すべて異なる状態にすることが可能となる。 Therefore, for each of the above correlation coefficients r (r- 45 , r 45 , r 135 , r 225 ), the respective polarities are constant at + or-from −π / 4 to π / 4 (−π / 4). Angle range of ≤θ <π / 4 (first angle range), angle range of π / 4 to 3π / 4 (π / 4 ≤θ <3π / 4) (second angle range), from 3π / 4 Angle range up to 5π / 4 (3π / 4 ≦ θ <5π / 4) (third angle range), and angle range from 5π / 4 to 7π / 4 (5π / 4 ≦ θ <7π / 4) Each polarity in the four angle range) is summarized in FIG. As is clear from FIG. 5, the combination of the initial phases φ1 and φ2 is the above four combinations (45 degrees and −45 degrees, 135 degrees and 45 degrees, 225 degrees and 135 degrees, and 315 degrees (−45 degrees). 225 degrees), the combination of the polarity of the first correlation coefficient r φ1 and the polarity of the second correlation coefficient r φ2 in all the angle ranges from the first angle range to the fourth angle range. Can all be in different states.
また、初期位相φをφ1(=π/4。45度)とし、相関係数rを第1相関係数rφ1(上記した波形データDw1等とこの初期位相φ1の第1参照波形データDrw1とから算出した上記の第1相関係数rφ1)とした式(6)からθについて解くと、初期位相θ(第1相関係数rφ1を変数とする関数となることから、以下では、区別のため、初期位相θφ1ともいうものとする)は次の式(7)のようになる。
θφ1=0.5sin−1((C−D+2Drφ1 2)/(D−C+2Crφ1 2)) ・・・(7)
また、初期位相φをこのφ1に対応するφ2(=−π/4。−45度)とし、相関係数rを第2相関係数rφ2(上記した波形データDw1等とこの初期位相φ2の第2参照波形データDrw2とから算出した上記の第2相関係数rφ2)とした式(6)からθについて解くと、初期位相θ(第2相関係数rφ2を変数とする関数となることから、以下では、区別のため、初期位相θφ2ともいうものとする)は次の式(8)のようになる。
θφ2=0.5sin−1((C+D−2Drφ2 2)/(D+C−2Crφ2 2)) ・・・(8)
Further, the initial phase φ is φ1 (= π / 4.45 degrees), and the correlation coefficient r is the first correlation coefficient r φ1 (the above-mentioned waveform data Dw 1 and the like and the first reference waveform data Drw of this initial phase φ1). When θ is solved from the equation (6) calculated from 1 above as the first correlation coefficient r φ1 ), it becomes a function with the initial phase θ (first correlation coefficient r φ1 as a variable). , Also referred to as the initial phase θ φ1 for the sake of distinction) is as shown in the following equation (7).
θ φ1 = 0.5 sin -1 ((CD + 2Dr φ1 2 ) / (DC + 2Cr φ1 2 )) ・ ・ ・ (7)
Further, the initial phase φ is φ2 (= −π / 4. −45 degrees) corresponding to this φ1, and the correlation coefficient r is the second correlation coefficient r φ2 (the above-mentioned waveform data Dw 1 and the like and this initial phase φ2). When θ is solved from the equation (6), which is the above-mentioned second correlation coefficient r φ2 calculated from the second reference waveform data Drw 2 of the above, the initial phase θ (the second correlation coefficient r φ2 is a variable). Therefore, in the following, for the sake of distinction, the initial phase θ φ2 ) is as shown in the following equation (8).
θ φ2 = 0.5 sin -1 ((C + D-2Dr φ2 2 ) / (D + C-2Cr φ2 2 )) ・ ・ ・ (8)
また、初期位相φをφ1(=3π/4。135度)とし、相関係数rを第1相関係数rφ1(上記した波形データDw1等とこの初期位相φ1の第1参照波形データDrw1とから算出した上記の第1相関係数rφ1)とした式(6)からθについて解くと、初期位相θφ1は次の式(9)のようになる。
θφ1=0.5sin−1((C+D−2Drφ1 2)/(D+C−2Crφ1 2)) ・・・(9)
また、初期位相φをこのφ1に対応するφ2(=π/4)とし、相関係数rを第2相関係数rφ2(上記した波形データDw1等とこの初期位相φ2の第2参照波形データDrw2とから算出した第2相関係数rφ2)とした式(6)からθについて解くと、初期位相θφ2は次の式(10)のようになる。
θφ2=0.5sin−1((C−D+2Drφ2 2)/(D−C+2Crφ2 2)) ・・・(10)
Further, the initial phase φ is φ1 (= 3π / 4.135 degrees), and the correlation coefficient r is the first correlation coefficient r φ1 (the above-mentioned waveform data Dw 1 and the like and the first reference waveform data Drw of this initial phase φ1). When θ is solved from the equation (6) calculated from 1 and the above first correlation coefficient r φ1 ), the initial phase θ φ1 becomes the following equation (9).
θ φ1 = 0.5 sin -1 ((C + D-2Dr φ1 2 ) / (D + C-2Cr φ1 2 )) ・ ・ ・ (9)
Further, the initial phase φ is φ2 (= π / 4) corresponding to this φ1, and the correlation coefficient r is the second correlation coefficient r φ2 (the above-mentioned waveform data Dw 1 and the like and the second reference waveform of this initial phase φ2). When θ is solved from the equation (6), which is the second correlation coefficient r φ2 ) calculated from the data Drw 2 , the initial phase θ φ2 becomes the following equation (10).
θ φ2 = 0.5 sin -1 ((CD + 2Dr φ2 2 ) / (DC + 2Cr φ2 2 )) ・ ・ ・ (10)
また、初期位相φをφ1(=5π/4。225度)とし、相関係数rを第1相関係数rφ1(上記した波形データDw1等とこの初期位相φ1の第1参照波形データDrw1とから算出した第1相関係数rφ1)とした式(6)からθについて解くと、上記の式(7)のようになる。
また、初期位相φをこのφ1に対応するφ2(=3π/4)とし、相関係数rを第2相関係数rφ2(上記した波形データDw1等とこの初期位相φ2の第2参照波形データDrw2とから算出した第2相関係数rφ2)とした式(6)からθについて解くと、上記の式(8)のようになる。
Further, the initial phase φ is φ1 (= 5π / 4.225 degrees), and the correlation coefficient r is the first correlation coefficient r φ1 (the above-mentioned waveform data Dw 1 and the like and the first reference waveform data Drw of this initial phase φ1). When θ is solved from the equation (6) with the first correlation coefficient r φ1 ) calculated from 1 and 1 , it becomes the above equation (7).
Further, the initial phase φ is φ2 (= 3π / 4) corresponding to this φ1, and the correlation coefficient r is the second correlation coefficient r φ2 (the above-mentioned waveform data Dw 1 and the like and the second reference waveform of this initial phase φ2). When θ is solved from the equation (6), which is the second correlation coefficient r φ2 ) calculated from the data Drw 2 , it becomes the above equation (8).
また、初期位相φをφ1(=7π/4。315度)とし、相関係数rを第1相関係数rφ1(上記した波形データDw1等とこの初期位相φ1の第1参照波形データDrw1とから算出した第1相関係数rφ1)とした式(6)からθについて解くと、上記の式(9)のようになる。
また、初期位相φをこのφ1に対応するφ2(=5π/4)とし、相関係数rを第2相関係数rφ2(上記した波形データDw1等とこの初期位相φ2の第2参照波形データDrw2とから算出した第2相関係数rφ2)とした式(6)からθについて解くと、上記の式(10)のようになる。
Further, the initial phase φ is φ1 (= 7π / 4.315 degrees), and the correlation coefficient r is the first correlation coefficient r φ1 (the above-mentioned waveform data Dw 1 and the like and the first reference waveform data Drw of this initial phase φ1). When θ is solved from the equation (6) with the first correlation coefficient r φ1 ) calculated from 1 and 1 , it becomes the above equation (9).
Further, the initial phase φ is φ2 (= 5π / 4) corresponding to this φ1, and the correlation coefficient r is the second correlation coefficient r φ2 (the above-mentioned waveform data Dw 1 and the like and the second reference waveform of this initial phase φ2). When θ is solved from the equation (6), which is the second correlation coefficient r φ2 ) calculated from the data Drw 2 , it becomes the above equation (10).
したがって、上記の初期位相φ1,φ2の組み合わせを上記の4つの組み合わせ(45度と−45度、135度と45度、225度と135度、315度(−45度)と225度)のうちのいずれか1つの組み合わせに決定したときに、この決定した1つの組み合わせに含まれる初期位相φ1,φ2のときの第1相関係数rφ1および第2相関係数rφ2のうちのいずれかの相関係数rが既知のときには、上記式(7),(8),(9),(10)のうちのこの初期位相φ1,φ2に対応した2つの式の一方の式(既知となっている相関係数rを変数とする式)に基づき、初期位相θを算出することが可能となる。 Therefore, the combination of the above initial phases φ1 and φ2 is selected from the above four combinations (45 degrees and -45 degrees, 135 degrees and 45 degrees, 225 degrees and 135 degrees, 315 degrees (-45 degrees) and 225 degrees). When the combination of any one of the above is determined, one of the first correlation coefficient r φ1 and the second correlation coefficient r φ2 when the initial phases φ1 and φ2 included in the determined combination are determined. When the correlation coefficient r is known, one of the two equations (becomes known) corresponding to the initial phases φ1 and φ2 of the above equations (7), (8), (9), and (10). It is possible to calculate the initial phase θ based on the equation) with the correlation coefficient r as a variable.
ただし、上記式(7),(8),(9),(10)では、第1相関係数rφ1および第2相関係数rφ2の各二乗値(つまり、0以上1以下の範囲で変化する値)が変数となっている。これにより、図6に示すように、既知となっている相関係数rの二乗値r2を変数とする上記式(7),(8),(9),(10)では、この二乗値r2に対応する初期位相θ(アークサインの取り得る値は−π/2以上π/2以下の範囲であるから、このθの取り得る値はその半分の−π/4(−45度)以上π/4(45度)以下の範囲)が、第1角度範囲、第2角度範囲、第3角度範囲および第4角度範囲に1つずつ存在する。 However, in the above equations (7), (8), (9), and (10), the square values of the first correlation coefficient r φ1 and the second correlation coefficient r φ2 (that is, in the range of 0 or more and 1 or less). The value that changes) is a variable. As a result, as shown in FIG. 6, in the above equations (7), (8), (9), and (10) in which the square value r 2 of the known correlation coefficient r is used as a variable, the square value is obtained. Initial phase θ corresponding to r 2 (Since the possible value of the arc sign is in the range of −π / 2 or more and π / 2 or less, the possible value of this θ is half that, −π / 4 (-45 degrees). There is one more than π / 4 (45 degrees) or less) in the first angle range, the second angle range, the third angle range, and the fourth angle range.
このため、既知の相関係数rに基づき、上記式(7),(8),(9),(10)のうちのこの相関係数rに対応する1つの式(例えば、初期位相φをπ/4(45度)としたときの相関係数rが既知のときには、π/4(45度)に対応する上記式(7)(または式(10))、初期位相φを3π/4(135度)としたときの相関係数rが既知のときには、3π/4(135度)に対応する上記式(8)(または式(9))など)から初期位相θを一義的に算出するためには、この1つの式から算出した初期位相θ(区別のため、以下では、仮初期位相θxともいう)が上記の4つの角度範囲(第1角度範囲〜第4角度範囲)のいずれに含まれるものであるかを特定し、−π/4(−45度)以上π/4(45度)以下の値として算出される仮初期位相θxをこの特定した角度範囲の角度に変換する必要がある。 Therefore, based on the known correlation coefficient r, one equation (for example, initial phase φ) corresponding to this correlation coefficient r among the above equations (7), (8), (9), and (10) is used. When the correlation coefficient r when π / 4 (45 degrees) is known, the above equation (7) (or equation (10)) corresponding to π / 4 (45 degrees), the initial phase φ is 3π / 4 When the correlation coefficient r when (135 degrees) is known, the initial phase θ is uniquely calculated from the above equation (8) (or equation (9)) corresponding to 3π / 4 (135 degrees). In order to do so, the initial phase θ calculated from this one equation (hereinafter, also referred to as a tentative initial phase θx for distinction) is any of the above four angle ranges (first angle range to fourth angle range). The tentative initial phase θx calculated as a value of −π / 4 (-45 degrees) or more and π / 4 (45 degrees) or less is converted into an angle in this specified angle range. There is a need.
まず、仮初期位相θxが含まれる角度範囲を特定する方法について説明する。本例では、初期位相φ1,φ2の組み合わせを上記の4つの組み合わせ(45度と−45度、135度と45度、225度と135度、315度(−45度)と225度)のうちのいずれかの組み合わせとするが、いずれの組み合わせにおいても、図5に示すように、第1角度範囲から第4角度範囲までのすべての角度範囲における第1相関係数rφ1の極性と第2相関係数rφ2の極性の組み合わせがすべて異なる状態(つまり、第1相関係数rφ1および第2相関係数rφ2の各極性の組み合わせが第1角度範囲から第4角度範囲の各角度範囲に一対一で対応している状態)になる。したがって、第1相関係数rφ1の極性と第2相関係数rφ2の極性の組み合わせを利用して、図5を参照して説明したように、算出した仮初期位相θxが第1角度範囲から第4角度範囲のうちのいずれに含まれるものであるかを特定する。 First, a method of specifying the angle range including the tentative initial phase θx will be described. In this example, the combination of initial phases φ1 and φ2 is selected from the above four combinations (45 degrees and -45 degrees, 135 degrees and 45 degrees, 225 degrees and 135 degrees, 315 degrees (-45 degrees) and 225 degrees). In any combination, as shown in FIG. 5, the polarity and the second of the first correlation coefficient r φ1 in all the angle ranges from the first angle range to the fourth angle range are used. A state in which all the polar combinations of the correlation coefficient r φ2 are different (that is, the combination of the polarities of the first correlation coefficient r φ1 and the second correlation coefficient r φ2 is each angle range from the first angle range to the fourth angle range. There is a one-to-one correspondence with). Therefore, using the combination of the polarity of the first correlation coefficient r φ1 and the polarity of the second correlation coefficient r φ2 , the calculated tentative initial phase θx is in the first angle range as described with reference to FIG. To specify which of the fourth angle ranges is included in.
次に、仮初期位相θxを実際の初期位相θに変換する変換式(θ=α・θx+β)について説明する。一例として、初期位相φ1,φ2の組み合わせを45度と−45度にした例を挙げて説明する。この初期位相φ1の第1基準正弦波信号yφ1についての1/4周期分の第1参照波形データDrw1と、この初期位相φ2の第2基準正弦波信号yφ2についての1/4周期分の第2参照波形データDrw2とを用意すると共に、被測定正弦波信号xについての初期位相θを−45度、−30度、−15度、0度、15度、30度、45度、60度、75度、90度、105度、120度、135度というように段階的に変化させたときに得られる被測定正弦波信号xの1/4周期分の波形データDwと各参照波形データDrw1,Drw2との第1相関係数rφ1(r45)および第2相関係数rφ2(r−45)を算出し、さらにこの算出した第1相関係数rφ1(r45)および第2相関係数rφ2(r−45)を対応する上記の各式(7),(8)に代入して仮初期位相θxを算出するシミュレーションを実行した結果を図7に示す。なお、図7では、理解の容易のため、第1相関係数rφ1(r45)から算出された仮初期位相θxを仮初期位相θ45と表記し、第2相関係数rφ2(r−45)から算出された仮初期位相θxを仮初期位相θ−45と表記している。 Next, a conversion formula (θ = α · θx + β) for converting the tentative initial phase θx into the actual initial phase θ will be described. As an example, an example in which the combination of the initial phases φ1 and φ2 is set to 45 degrees and −45 degrees will be described. The first reference waveform data Drw 1 for 1/4 cycle of the first reference sine wave signal y φ1 of the initial phase φ1 and the 1/4 cycle of the second reference sine wave signal y φ2 of the initial phase φ2. The second reference waveform data Drw 2 of the above is prepared, and the initial phase θ of the sine wave signal x to be measured is set to −45 degrees, -30 degrees, -15 degrees, 0 degrees, 15 degrees, 30 degrees, 45 degrees, Waveform data Dw and each reference waveform for 1/4 cycle of the sine wave signal x to be measured obtained when the phase is changed stepwise such as 60 degrees, 75 degrees, 90 degrees, 105 degrees, 120 degrees, and 135 degrees. The first correlation coefficient r φ1 (r 45 ) and the second correlation coefficient r φ2 (r −45 ) with the data Drw 1 and Drw 2 are calculated, and the calculated first correlation coefficient r φ1 (r 45 ) is further calculated. ) And the second correlation coefficient r φ2 (r −45 ) are substituted into the corresponding equations (7) and (8) to calculate the tentative initial phase θx. The result of executing the simulation is shown in FIG. In FIG. 7, for easy understanding, the tentative initial phase θx calculated from the first correlation coefficient r φ1 (r 45 ) is referred to as the tentative initial phase θ 45, and the second correlation coefficient r φ2 (r). The tentative initial phase θx calculated from −45 ) is expressed as the tentative initial phase θ −45 .
この図7に示すシミュレーションの結果から明らかなように、2つの仮初期位相θ45,θ−45は共に、初期位相θが−45度、−30度、−15度、0度、15度、30度、45度、60度、75度、90度、105度、120度、135度というように段階的に変化するのに対応して、−45度、−30度、−15度、0度、15度、30度、45度、30度、15度、0度、−15度、−30度、−45度というように変化する。なお、初期位相θを135度から7π/5(315度)まで段階的に変化させた場合も、図6に示すように、第1相関係数rφ1(r45)および第2相関係数rφ2(r−45)の各二乗値r2は、初期位相θを−45度から135度まで段階的に変化させた場合と同じに変化することから、2つの仮初期位相θ45,θ−45も、初期位相θを−45度から135度まで段階的に変化させた場合と同じに変化する。 As is clear from the results of the simulation shown in FIG. 7, the initial phases θ of the two tentative initial phases θ 45 and θ −45 are −45 degrees, -30 degrees, -15 degrees, 0 degrees, and 15 degrees. -45 degrees, -30 degrees, -15 degrees, 0 degrees corresponding to gradual changes such as 30 degrees, 45 degrees, 60 degrees, 75 degrees, 90 degrees, 105 degrees, 120 degrees, 135 degrees. It changes in degrees, 15 degrees, 30 degrees, 45 degrees, 30 degrees, 15 degrees, 0 degrees, -15 degrees, -30 degrees, -45 degrees, and so on. Even when the initial phase θ is changed stepwise from 135 degrees to 7π / 5 (315 degrees), the first correlation coefficient r φ1 (r 45 ) and the second correlation coefficient are as shown in FIG. Since each square value r2 of r φ2 (r −45 ) changes in the same way as when the initial phase θ is changed stepwise from −45 degrees to 135 degrees, the two tentative initial phases θ 45 and θ − 45 also changes in the same manner as when the initial phase θ is changed stepwise from −45 degrees to 135 degrees.
また、初期位相φ1,φ2の組み合わせを、45度と−45度以外の3つの組み合わせにした場合についても、仮初期位相θxは、45度と−45度の組み合わせのときと同じに変化することがシミュレーションで確認されている。 Further, even when the combination of the initial phases φ1 and φ2 is made into three combinations other than 45 degrees and −45 degrees, the tentative initial phase θx changes in the same manner as in the case of the combination of 45 degrees and −45 degrees. Has been confirmed by simulation.
この結果から、初期位相φ1,φ2の上記した全ての組み合わせにおいて、第1角度範囲(−π/4からπ/4まで)では、仮初期位相θxがそのまま初期位相θとなるため、係数αは1で、係数βは0とする。また、第2角度範囲(π/4から3π/4まで)では、仮初期位相θxの極性を反転した値に90度を加算することで、初期位相θとなるため、係数αは−1で、係数βは90度(π/2)とする。また、仮初期位相θxは上記したように、第3角度範囲(3π/4から5π/4まで)では、第1角度範囲のときと同じように変化し、第4角度範囲(5π/4から7π/4まで)では、第2角度範囲のときと同じように変化する。 From this result, in all the above combinations of the initial phases φ1 and φ2, in the first angle range (from −π / 4 to π / 4), the tentative initial phase θx becomes the initial phase θ as it is, so that the coefficient α is It is 1 and the coefficient β is 0. Further, in the second angle range (from π / 4 to 3π / 4), the initial phase θ is obtained by adding 90 degrees to the value obtained by inverting the polarity of the tentative initial phase θx, so that the coefficient α is -1. , The coefficient β is 90 degrees (π / 2). Further, as described above, the tentative initial phase θx changes in the third angle range (from 3π / 4 to 5π / 4) in the same manner as in the first angle range, and changes from the fourth angle range (from 5π / 4). (Up to 7π / 4), it changes in the same way as in the second angle range.
このため、係数αについては、第3角度範囲では第1角度範囲のときと同じ値1とし、第4角度範囲では第2角度範囲のときと同じ値−1とする。一方、実際の初期位相θは、第3角度範囲では第1角度範囲のときよりも180度(π)だけ多くなり、第4角度範囲でも第2角度範囲のときよりも180度(π)だけ多くなることから、係数βについては、第3角度範囲では第1角度範囲のときよりも180度(π)だけ多い値180度(π)とし、第4角度範囲でも第2角度範囲のときよりも180度(π)だけ多い値225度(3π/2)とする。これにより、第1角度範囲から第4角度範囲までの各角度範囲での係数α,βは、初期位相φ1,φ2の組み合わせの如何にかかわらず共通であり、図8に示すように規定される。
Therefore, the coefficient α is set to the
本例では一例として、初期位相φ1,φ2の組み合わせとしてπ/4(45度)と−π/4(−45度)の組み合わせを採用することで、図5に示す相関係数r45,r−45についての各角度範囲での極性と、図8に示す係数α,βについての各角度範囲での値とで、図2に示す変換テーブルTBLが構成されている。なお、図示はしないが、初期位相φ1,φ2の組み合わせとして3π/4(135度)とπ/4(45度)の組み合わせを採用することで、図5に示す相関係数r135,r45についての各角度範囲での極性と、図8に示す係数α,βについての各角度範囲での値とで、変換テーブルTBLを構成してもよい。また、初期位相φ1,φ2の組み合わせとして5π/4(225度)と3π/4(135度)の組み合わせを採用することで、図5に示す相関係数r225,r135についての各角度範囲での極性と、図8に示す係数α,βについての各角度範囲での値とで、変換テーブルTBLを構成してもよい。また、初期位相φ1,φ2の組み合わせとして7π/4(315度)と5π/4(225度)の組み合わせを採用することで、図5に示す相関係数r225,r−45(r315)についての各角度範囲での極性と、図8に示す係数α,βについての各角度範囲での値とで、変換テーブルTBLを構成してもよい。 As an example in the present embodiment, the initial phase .phi.1, by employing the combination as a combination [pi / 4 of .phi.2 (45 °) and - [pi] / 4 (-45 °), the correlation coefficient shown in FIG. 5 r 45, r The conversion table TBL shown in FIG. 2 is composed of the polarity in each angle range for −45 and the values in each angle range for the coefficients α and β shown in FIG. Although not shown, by adopting the combination of 3π / 4 (135 degrees) and π / 4 (45 degrees) as the combination of the initial phases φ1 and φ2, the correlation coefficients r 135 and r 45 shown in FIG. 5 are used. The conversion table TBL may be configured by the polarity in each angle range of and the value in each angle range of the coefficients α and β shown in FIG. The initial phase .phi.1, by employing the combination of 5 [pi] / 4 as a combination of .phi.2 (225 degrees) and 3 [pi] / 4 (135 °), the angle range of the correlation coefficient r 225, r 135 shown in FIG. 5 The conversion table TBL may be configured by the polarity in the above and the values in each angle range for the coefficients α and β shown in FIG. Further, by adopting the combination of 7π / 4 (315 degrees) and 5π / 4 (225 degrees) as the combination of the initial phases φ1 and φ2, the correlation coefficients r225 and r- 45 ( r315 ) shown in FIG. The conversion table TBL may be configured by the polarity in each angle range of and the value in each angle range of the coefficients α and β shown in FIG.
信号源12は、図1に示すように、例えばプローブ21を介して測定対象DUTの一端TEa(一方の電極)に接続される。また、信号源12は、電気量測定装置11の内部基準電位(グランドGの電位)を基準とする正弦波電流信号(周波数f(一定)および振幅が一定の信号)を生成すると共に測定用正弦波信号Ssとして出力する電流源、および内部基準電位(グランドGの電位)を基準とする正弦波電圧信号(周波数f(一定)および振幅が一定の信号)を生成すると共に測定用正弦波信号Ssとして出力する電圧源のいずれかで構成されている。また、信号源12は、処理部2から供給開始指示を受信したときに、測定用正弦波信号Ssの生成および出力を開始し、その後、処理部2から供給停止指示を受信するまで、測定用正弦波信号Ssの生成および出力を継続する。また、信号源12は、測定用正弦波信号Ssの出力の開始タイミングに同期して、トリガ信号S1を処理部2に出力する。本例では一例として、信号源12は、測定用正弦波信号Ssを立ち上がりゼロクロス点からスタートする信号(初期位相がゼロの信号)として出力を開始し、トリガ信号S1をこのゼロクロス点に同期させて出力するが、これに限定されるものではない。例えば、信号源12は、測定用正弦波信号Ssを立ち上がりゼロクロス点以外の点からスタートする信号(初期位相がゼロでない信号)として出力を開始し、トリガ信号S1を信号のスタートに同期させて出力する構成を採用することもできる。
As shown in FIG. 1, the
電流検出部13は、一例としてシャント抵抗(電流検出用の抵抗値の小さな固定抵抗)で構成されて、一対の検出端子(不図示)のうちの一方の検出端子が例えばプローブ22を介して測定対象DUTの他端TEb(他方の電極)に接続されると共に、他方の検出端子が内部基準電位(グランドG)に接続されている。また、電流検出部13は、信号源12から測定対象DUTに測定用正弦波信号Ssが出力されることによって測定対象DUTに流れる正弦波電流I(被測定正弦波信号x1)を検出すると共に、正弦波電流Iの電流値に比例して電圧値が変化する電流検出信号Vi(すなわち、正弦波電流Iを示す信号)を出力する。なお、電流検出部13は、シャント抵抗に限定されるものではなく、非接触型の電流プローブで構成することもできる。
The
電圧検出部14は、一対の検出端子(不図示)のうちの一方の検出端子が例えばプローブ23を介して測定対象DUTの一端TEaに接続されると共に、他方の検出端子が例えばプローブ24を介して測定対象DUTの他端TEb(他方の電極)に接続される。また、電圧検出部14は、測定対象DUTに正弦波電流Iが流れている(供給されている)状態において測定対象DUTに発生する両端間電圧としての正弦波電圧V(被測定正弦波信号x2)を検出すると共に、正弦波電圧Vの電圧値に比例して電圧値が変化する電圧検出信号Vv(すなわち、両端間電圧Vを示す信号)を出力する。
In the
A/D変換部15は、例えば、アンプおよびA/D変換器(いずれも図示せず)を備えて構成されて、入力している電流検出信号Viを処理部2から供給されるサンプリングクロックS2に同期してサンプリングすることにより、電流検出信号Viについての波形データDi(電流検出信号Viの瞬時値を示すデータ、等価的に正弦波電流Iの瞬時値を示す電流波形データ)を出力する。この場合、A/D変換部15では、アンプは、例えば、高入力インピーダンスの演算増幅器を用いて構成されて、入力している電流検出信号ViをA/D変換器の入力仕様に合致した電圧レベルまで増幅して、A/D変換器に出力し、A/D変換器がこの増幅された電流検出信号ViをサンプリングクロックS2に同期してサンプリングして波形データDiに変換する。
The A /
A/D変換部16は、A/D変換部15と同等に構成されて、入力している電圧検出信号VvをサンプリングクロックS2に同期してサンプリングすることにより、電圧検出信号Vvについての波形データDv(電圧検出信号Vvの瞬時値を示すデータ、等価的に正弦波電圧Vの瞬時値を示す電圧波形データ)を、波形データDiと同期した状態で出力する。
The A /
測定部17は、例えば、コンピュータで構成されて、図10に示す電気量測定処理60のうちのパラメータ算出処理50の後に続く電気量算出処理を実行して、測定対象DUTに流れる正弦波電流Iの電流値I1、測定対象DUTの両端間に発生する正弦波電圧Vの電圧値V1、測定対象DUTで消費される電力Wの電力値W1、および測定対象DUTのインピーダンスZを測定対象DUTの電気量として測定する。また、測定部17は、電気量算出処理に続く出力処理を実行して、測定した電流値I1、電圧値V1、電力値W1およびインピーダンスZの各電気量を出力部18に出力させる。
The measuring
出力部18は、一例として、表示装置で構成されて、処理部2から出力される各電気量(電流値I1、電圧値V1、電力値W1およびインピーダンスZ)を画面上に表示する(出力する)。なお、出力部18は、表示装置に代えて種々のインターフェース回路で構成することもでき、外部インターフェース回路で構成されたときには、外部インターフェース回路を介して伝送路で接続された外部装置に各電気量を出力し、また媒体用インターフェース回路で構成されたときには、この媒体用インターフェース回路に接続された記憶媒体に各電気量を記憶させる。
As an example, the
なお、本例の電気量測定装置11では、パラメータ算出装置1の処理部2と測定部17とを別体とする構成を採用しているが、処理部2と測定部17とを一体とする構成(つまり、処理部2が電気量算出処理および出力処理を含む電気量測定処理60のすべての処理を実行する構成)を採用してもよい。また、パラメータ算出装置1が各A/D変換部15,16を含む構成とすることもできる。
The electric
次に、電気量測定装置11の動作について、パラメータ算出装置1の動作およびパラメータ算出方法と共に説明する。なお、電気量測定装置11は、各プローブ21,22,23,24を介して測定対象DUTに接続されているものとする。また、処理部2は、サンプリングクロックS2を生成して、A/D変換部15,16に出力(供給)しているものとする。
Next, the operation of the electricity
電気量測定装置11では、処理部2が、外部からの測定開始指示の入力の有無を検出しており、測定開始指示の入力を検出したときには、図10に示す電気量測定処理60を実行する。この電気量測定処理60では、処理部2は、まず、信号源12に供給開始指示を送信して、信号源12に対して測定用正弦波信号Ssの生成および出力を開始させる(ステップ61)。これにより、信号源12から測定対象DUTに測定用正弦波信号Ssが出力されることにより、信号源12から、プローブ21、測定対象DUT、プローブ22および電流検出部13を経由してグランドGに至る経路に正弦波電流Iが流れる。また、信号源12は、測定用正弦波信号Ssの出力の開始タイミングに同期して、トリガ信号S1を処理部2に出力する。
In the electric
電流検出部13は、この正弦波電流Iを被測定正弦波信号x1として検出して、電流検出信号ViをA/D変換部15に出力する。A/D変換部15は、この電流検出信号ViをサンプリングクロックS2に同期してサンプリングすることにより、波形データDiに変換して処理部2に出力する。
また、電圧検出部14は、正弦波電流Iが流れることによって測定対象DUTに発生する正弦波電圧Vを被測定正弦波信号x2として検出して、電圧検出信号VvをA/D変換部16に出力する。A/D変換部16は、この電圧検出信号VvをサンプリングクロックS2に同期してサンプリングすることにより、波形データDvに変換して処理部2に出力する。
The
処理部2は、信号源12から出力されるトリガ信号S1を入力したときに、波形データ取得処理を実行する(ステップ62)。この波形データ取得処理では、処理部2は、トリガ信号S1の入力タイミングに同期して、波形データDiおよび波形データDvの取得を開始すると共に、測定用正弦波信号Ssの1周期T(既知:1/f)の1/4の期間(T/4)に亘って波形データDiおよび波形データDvの取得を実行して、取得した波形データDiについては、被測定正弦波信号x1についての1/4周期分の波形データDw1(上記の式(1)で表される波形データ)として記憶し、取得した波形データDvについては、被測定正弦波信号x2についての1/4周期分の波形データDw2(上記の式(2)で表される波形データ)として記憶する。
The
また、処理部2は、波形データDvおよび波形データDiの取得(つまり、各波形データDw1,Dw2の取得および記憶)を完了した後に、信号源12に供給停止指示を送信して、信号源12に対して測定用正弦波信号Ssの生成および出力を停止させる(ステップ63)。
Further, after completing the acquisition of the waveform data Dv and the waveform data Di (that is, the acquisition and storage of the waveform data Dw 1 and Dw 2 ), the
次いで、処理部2は、電気量測定処理60での最初のパラメータ算出処理50を実行する(ステップ64)。このパラメータ算出処理50では、処理部2は、取得した波形データDw1に基づいて、被測定正弦波信号x1(正弦波電流I)についての初期位相θ1、振幅A1およびオフセットM1の各パラメータを算出する。
Next, the
処理部2は、まず、第1相関係数算出処理を実行する(ステップ51)。この第1相関係数算出処理では、処理部2は、上記した相関係数rの公知の算出式に基づき、波形データDw1と第1参照波形データDrw1とから正弦波電流Iについての第1相関係数r45を算出する。次いで、処理部2は、第2相関係数算出処理を実行する(ステップ52)。この第2相関係数算出処理では、処理部2は、この相関係数rの公知の算出式に基づき、波形データDw1と第2参照波形データDrw2とから正弦波電流Iについての第2相関係数r−45を算出する。
The
次いで、処理部2は、仮初期位相算出処理を実行する(ステップ53)。この仮初期位相算出処理では、処理部2は、上記した式(7)に基づき、算出した第1相関係数r45を使用して、初期位相θ45を仮初期位相θxとして算出する。
Next, the
続いて、処理部2は、第1パラメータ算出処理を実行する(ステップ54)。この第1パラメータ算出処理では、処理部2は、被測定正弦波信号x1(正弦波電流I)についての未知のパラメータのうちの1つである初期位相θ1を算出する。
Subsequently, the
具体的には、処理部2は、記憶部3に記憶されている図2の変換テーブルTBLを参照して、まず、第1角度範囲から第4角度範囲までの4つの角度範囲毎の第1相関係数r45および第2相関係数r−45の各極性の組み合わせ(各極性についての4つの組み合わせ)のうちから、算出した第1相関係数r45および第2相関係数r−45の各極性の組み合わせに一致する1つの組み合わせを特定する。例えば、算出した第1相関係数r45および第2相関係数r−45の各極性の組み合わせが(+,−)であるときには、処理部2は、変換テーブルTBLを参照して、第2角度範囲に関連付けて記憶されている極性の組み合わせ(+,−)が一致する1つの組み合わせであると特定する。次いで、処理部2は、特定した1つ極性の組み合わせ(つまり、特定した1つの角度範囲)に予め関連付けられた各係数α,βで(つまり、変換式:α・θx+βで)、仮初期位相θxを真の初期位相θに変換することで、初期位相θ1を算出する。
Specifically, the
次いで、処理部2は、第2パラメータ算出処理を実行する(ステップ55)。この第2パラメータ算出処理では、処理部2は、被測定正弦波信号x1(正弦波電流I)についての未知のパラメータのうちの残りのパラメータである振幅A1およびオフセットM1の各パラメータを算出する。
Next, the
具体的には、処理部2は、算出した初期位相θ1、取得した1/4周期分の波形データDw1のうちの値の異なる任意の2つの波形データDwa,Dwb、およびこの2つの波形データDwa,Dwbについての最初の波形データDwst(取得した1/4周期分の波形データDw1のうちの最初の波形データ)からの各位相差ψa,ψbで規定される下記式(11),(12)の連立方程式から振幅A1およびオフセットM1を算出する。なお、各位相差ψa,ψbについては、処理部2は、波形データDwstから各波形データDwa,Dwbまでの各データの数と、サンプリングクロックS2の周期と、被測定正弦波信号x1,x2の既知の1周期T(=1/f)とに基づき、処理部2が算出する。
Dwa=A1sin(ψa+θ1)+M1 ・・・(11)
Dwb=A1sin(ψb+θ1)+M1 ・・・(12)
Specifically, the
Dwa = A 1 sin (ψa + θ 1 ) + M 1 ... (11)
Dwb = A 1 sin (ψb + θ 1 ) + M 1 ... (12)
以上により、被測定正弦波信号x1(正弦波電流I)についての初期位相θ1、振幅A1およびオフセットM1の各パラメータの算出が完了する。また、処理部2は、算出した初期位相θ1、振幅A1およびオフセットM1の各パラメータを測定部17に出力する。これにより、電気量測定処理60での最初のパラメータ算出処理50(被測定正弦波信号x1(正弦波電流I)についてのパラメータ算出処理50)が完了する。
As described above, the calculation of each parameter of the initial phase θ 1 , the amplitude A 1 and the offset M 1 for the measured sinusoidal signal x 1 (sinusoidal current I) is completed. Further, the
次いで、処理部2は、電気量測定処理60での最後のパラメータ算出処理50を実行する(ステップ65)。このパラメータ算出処理50では、処理部2は、取得した波形データDw2に基づいて、被測定正弦波信号x2(正弦波電圧V)についての初期位相θ2、振幅A2およびオフセットM2の各パラメータを算出する。なお、波形データDw2に基づいて、この初期位相θ2、振幅A2およびオフセットM2の各パラメータを算出する処理は、被測定正弦波信号x1(正弦波電流I)についての初期位相θ1、振幅A1およびオフセットM1の各パラメータを算出する上記した処理における波形データDw1を波形データDw2に、被測定正弦波信号x1を被測定正弦波信号x2に、正弦波電流Iを正弦波電圧Vに、初期位相θ1を初期位相θ2に、振幅A1を振幅A2に、オフセットM1をオフセットM2に、それぞれ読み替えたものと同じであるため、説明は省略する。
Next, the
処理部2は、算出した初期位相θ2、振幅A2およびオフセットM2の各パラメータを測定部17に出力する。これにより、電気量測定処理60での最後のパラメータ算出処理50(被測定正弦波信号x2(正弦波電圧V)についてのパラメータ算出処理50)が完了する。
The
続いて、測定部17が、電気量算出処理を実行する(ステップ66)。この電気量算出処理では、測定部17は、初期位相θ1、振幅A1およびオフセットM1の各パラメータが既知となった上記式(1)に基づき、被測定正弦波信号x1としての正弦波電流Iの電流値I1を算出する。また、測定部17は、初期位相θ2、振幅A2およびオフセットM2の各パラメータが既知となった上記式(2)に基づき、被測定正弦波信号x2としての正弦波電圧Vの電圧値V1を算出する。また、測定部17は、この式(1),(2)に基づき、測定対象DUTで消費される電力Wの電力値W1、および測定対象DUTのインピーダンスZを測定する。
Subsequently, the measuring
最後に、測定部17は、出力処理を実行して、測定した(算出した)電流値I1、電圧値V1、電力値W1およびインピーダンスZを出力部18に出力させる(本例では、表示装置の画面に表示させる。ステップ67)。これにより、電気量測定処理60が完了する。
Finally, the measuring
この場合、パラメータ算出装置1の処理部2は、コンピュータで構成されて、取得した波形データDw1,Dw2から上記の各パラメータ(初期位相θ1,θ2、振幅A1,A2、およびオフセットM1,M2)を極めて短時間で算出して、測定部17に出力する。また、電気量測定装置11の測定部17も、コンピュータで構成されて、取得した各パラメータ(初期位相θ1,θ2、振幅A1,A2、およびオフセットM1,M2)から、各電気量(電流値I1、電圧値V1、電力値W1およびインピーダンスZ)を極めて短時間で算出して、出力部18に表示させる。したがって、電気量測定装置11は、実質的に、測定対象DUTに関して測定される正弦波電流Iおよび正弦波電圧Vについての1/4周期分の各波形データDw1,Dw2の取得に要する時間とほぼ同等の時間で、各電気量(電流値I1、電圧値V1、電力値W1およびインピーダンスZ)を算出して出力部18に表示させること(各電気量を測定すること)が可能となっている。
In this case, the
このように、このパラメータ算出装置1およびパラメータ算出方法によれば、周波数fが既知であって振幅A1,A2およびオフセットM1,M2が未知の被測定正弦波信号x1,x2について取得した1/4周期分の波形データDw1,Dw2に基づき、取得時の被測定正弦波信号x1,x2についての初期位相θ1,θ2、振幅A1,A2およびオフセットM1,M2の各パラメータを算出することができる。これにより、このパラメータ算出装置1を備えた電気量測定装置11によれば、実質的に、測定対象DUTに関して測定される被測定正弦波信号としての正弦波電流Iおよび正弦波電圧Vについての1/4周期分の各波形データDw1,Dw2の取得に要する時間とほぼ同等の時間で、測定対象DUTについての各電気量(電流値I1、電圧値V1、電力値W1およびインピーダンスZ)を測定(算出)することができる。
As described above, according to the
また、上記の例では、処理部2は、第2パラメータ算出処理において、取得した1/4周期分の波形データDw1(または波形データDw2)のうちの値の異なる任意の2つの波形データDwa,Dwbを使用する構成を採用しているが、取得した1/4周期分の波形データDw1(または波形データDw2)のうちの最初の波形データである波形データDwstと、1/4周期分の波形データDw1(または波形データDw2)のうちの最後の波形データDwenとが異なる値のときには、2つの波形データDwa,Dwbとしてこの波形データDwstと波形データDwenとを使用する構成を採用することもできる。この構成によれば、上記の各位相差ψa,ψbとして既知である値0,π/2を使用することができるため、各位相差ψa,ψbの算出に要する時間を省くことができる。
Further, in the above example, the
また、処理部2は、第2パラメータ算出処理において、取得した1/4周期分の波形データDw1(または波形データDw2)のうちの値の異なる2つの波形データDwa,Dwbを使用する際に、両者の差が最大となる2つの波形データDwa,Dwbを使用する構成を採用することもできる。この構成によれば、第2パラメータ算出処理において算出する振幅A1,A2およびオフセットM1,M2の各パラメータにおいて生じる演算誤差を小さくすることができる。
Further, when the
また、上記の電気量測定装置11では、測定対象DUTについての電気量として、電流値I1、電圧値V1、電力値W1およびインピーダンスZを算出する構成を採用しているが、電流値I1、電圧値V1、電力値W1およびインピーダンスZのうちの任意の1つ、任意の2つ、または任意の3つを電気量として測定する構成を採用することもできる。また、この場合、測定する電気量が電流値I1だけのときには、図1における電圧検出部14およびA/D変換部16を省くことができ、また測定する電気量が電圧値V1だけのときには、図1における電流検出部13およびA/D変換部15を省くことができる。
Further, the above-mentioned electricity
また、上記の例では、処理部2が上記の式(7)に基づき、初期位相θφ1(θ45)を仮初期位相θxとして算出する構成を採用したが、上記の式(8)に基づき、初期位相θφ2(θ−45)を仮初期位相θxとして算出する構成を採用することもできる。
Further, in the above example, the
また、初期位相φ1,φ2の組み合わせとして、上記した45度と−45度の組み合わせ以外に、135度と45度、225度と135度、315度(−45度)と225度の各組み合わせを使用することもできるが、135度と45度の組み合わせのときには、上記の式(9),(10)のうちのいずれかに基づいて仮初期位相θxを算出し、また225度と135度の組み合わせのときには、上記の式(7),(8)のうちのいずれかに基づいて仮初期位相θxを算出し、また315度(−45度)と225度の組み合わせのときには、上記の式(9),(10)のうちのいずれかに基づいて仮初期位相θxを算出することができる。 Further, as the combination of the initial phases φ1 and φ2, in addition to the combination of 45 degrees and −45 degrees described above, each combination of 135 degrees and 45 degrees, 225 degrees and 135 degrees, 315 degrees (-45 degrees) and 225 degrees is used. Although it can be used, when the combination of 135 degrees and 45 degrees is used, the tentative initial phase θx is calculated based on any of the above equations (9) and (10), and the 225 degrees and 135 degrees are also used. In the case of a combination, the tentative initial phase θx is calculated based on one of the above equations (7) and (8), and in the case of a combination of 315 degrees (−45 degrees) and 225 degrees, the above equation ( The tentative initial phase θx can be calculated based on any one of 9) and (10).
1 パラメータ算出装置
2 処理部
3 記憶部
11 電気量測定装置
A1,A2 振幅
Drw1 第1参照波形データ
Drw2 第2参照波形データ
Dw1,Dw2 波形データ
M1,M2 オフセット
x1,x2 被測定正弦波信号
θ1,θ2 初期位相
1
Claims (7)
前記周波数fであって振幅BおよびオフセットNが既知である初期位相φの基準正弦波信号y(=Bsin(2πft+φ)+N)の当該初期位相φをφ1(φ1は、π/4、3π/4、5π/4、7π/4のうちのいずれかである。)とした第1基準正弦波信号yφ1(=Bsin(2πft+φ1)+N)についての1/4周期分の第1参照波形データDrw1、および前記基準正弦波信号yの前記初期位相φをφ2(=φ1−π/2)とした第2基準正弦波信号yφ2(=Bsin(2πft+φ2)+N)についての1/4周期分の第2参照波形データDrw2が予め記憶された記憶部と、処理部とを備え、
前記処理部は、
前記1/4周期分の波形データDwおよび前記1/4周期分の第1参照波形データDrw1に基づいて、当該波形データDwで表される前記被測定正弦波信号x(=Asin(2πft+θ)+M)と前記第1基準正弦波信号yφ1との第1相関係数rφ1を算出する第1相関係数算出処理と、
前記1/4周期分の波形データDwおよび前記1/4周期分の第2参照波形データDrw2に基づいて、前記被測定正弦波信号x(=Asin(2πft+θ)+M)と前記第2基準正弦波信号yφ2との第2相関係数rφ2を算出する第2相関係数算出処理と、
前記被測定正弦波信号x(=Asin(2πft+θ)+M)と前記基準正弦波信号y(=Bsin(2πft+φ)+N)との相関係数rを示す下記式(1)の当該相関係数rを前記第1相関係数rφ1とし、かつ当該式(1)の初期位相φを前記φ1として第1初期位相θφ1を算出する処理、および当該式(1)の当該相関係数rを前記第2相関係数rφ2とし、かつ当該式(1)の初期位相φを前記φ2として第2初期位相θφ2を算出する処理のいずれかを実行して、当該第1初期位相θφ1および当該第2初期位相θφ2のいずれかを仮初期位相θxとして算出する仮初期位相算出処理と、
下記式(1)の初期位相φを前記φ1として当該式(1)の初期位相θを前記角度範囲内で−π/4から7π/4まで変化させたときに算出される相関係数rのπ/2の角度範囲毎の極性と、下記式(1)の初期位相φを前記φ2として当該式(1)の初期位相θを前記角度範囲内で−π/4から7π/4まで変化させたときに算出される相関係数rのπ/2の角度範囲毎の極性との当該π/2の角度範囲毎の4つの組み合わせのうちから、前記第1相関係数rφ1および第2相関係数rφ2の各極性の組み合わせに一致する1つの組み合わせを特定すると共に、当該4つの組み合わせのそれぞれに予め関連付けられた変換式のうちの当該特定した1つの組み合わせに関連付けられた変換式で前記仮初期位相θxを変換して前記初期位相θを算出する第1パラメータ算出処理と、
前記算出した初期位相θ、前記1/4周期分の波形データDwのうちの値の異なる任意の2つの波形データDwa,Dwb、および当該2つの波形データDwa,Dwbについての前記1/4周期分の波形データDwのうちの最初の波形データDwstからの各位相差ψa,ψbで規定される下記式(2),(3)の連立方程式から前記振幅Aおよび前記オフセットMを算出する第2パラメータ算出処理とを実行するパラメータ算出装置。
r=(Dcos(θ−φ)−Csin(θ+φ))/(√(D−Csin2θ)√(D−Csin2φ)) ・・・(1)
ただし、C=4/π2−1/π、D=1/2−4/π2である。
Dwa=Asin(ψa+θ)+M ・・・(2)
Dwb=Asin(ψb+θ)+M ・・・(3) Based on the waveform data Dw for 1/4 cycle acquired for the sine wave signal x (= Asin (2πft) + M) whose frequency f is known and whose amplitude A and offset M are unknown, the measurement is performed at the time of acquisition. It is a parameter calculation device that calculates each parameter of the initial phase θ (θ is a value within the angle range of 2π of −π / 4 or more and 7π / 4 or less), the amplitude A, and the offset M for the sinusoidal signal x. hand,
The initial phase φ of the reference sine wave signal y (= Bsin (2πft + φ) + N) of the initial phase φ having the frequency f and the amplitude B and the offset N are known is φ1 (φ1 is π / 4, 3π / 4). The first reference waveform data Drw 1 for 1/4 cycle of the first reference sine wave signal y φ1 (= Bsin (2πft + φ1) + N) as one of 5, 5π / 4 and 7π / 4). , And the second reference sine wave signal y φ2 (= Bsin (2πft + φ2) + N) in which the initial phase φ of the reference sine wave signal y is φ2 (= φ1-π / 2). A storage unit in which the reference waveform data Drw 2 is stored in advance and a processing unit are provided.
The processing unit
Based on the waveform data Dw for the 1/4 cycle and the first reference waveform data Drw 1 for the 1/4 cycle, the sine wave signal x (= Asin (2πft + θ)) represented by the waveform data Dw. The first correlation coefficient calculation process for calculating the first correlation coefficient r φ1 between + M) and the first reference sine wave signal y φ1 and
Based on the waveform data Dw for the 1/4 cycle and the second reference waveform data Drw 2 for the 1/4 cycle, the sine wave signal x (= Asin (2πft + θ) + M) and the second reference sine wave are measured. a second correlation coefficient calculation processing of calculating a second correlation coefficient r .phi.2 of the wave signal y .phi.2,
The correlation coefficient r of the following equation (1) showing the correlation coefficient r between the sine wave signal x (= Asin (2πft + θ) + M) to be measured and the reference sine wave signal y (= Bsin (2πft + φ) + N) is used. The process of calculating the first initial phase θ φ1 with the first correlation coefficient r φ1 and the initial phase φ of the equation (1) being the φ1 and the correlation coefficient r of the equation (1) being the first. 2 The first initial phase θ φ1 and the first initial phase θ φ1 and the first phase are executed by executing any of the processes of calculating the second initial phase θ φ2 with the correlation coefficient r φ2 and the initial phase φ of the equation (1) being the φ2. 2 Temporary initial phase calculation processing that calculates any of the initial phase θ φ2 as the temporary initial phase θx, and
The correlation coefficient r calculated when the initial phase θ of the following equation (1) is changed to φ1 and the initial phase θ of the equation (1) is changed from −π / 4 to 7π / 4 within the angle range. The polarity for each angle range of π / 2 and the initial phase φ of the following equation (1) are set to φ2, and the initial phase θ of the equation (1) is changed from −π / 4 to 7π / 4 within the angle range. The first correlation coefficient r φ1 and the second phase from among the four combinations of the polarity of each π / 2 angle range of the correlation coefficient r calculated at that time and each of the π / 2 angle ranges. One combination matching each polarity combination of the relation number r φ2 is specified, and the conversion formula associated with the specified one combination among the conversion formulas previously associated with each of the four combinations is described above. The first parameter calculation process of converting the tentative initial phase θx to calculate the initial phase θ, and
Arbitrary two waveform data Dwa and Dwb having different values among the calculated initial phase θ and the waveform data Dw for the 1/4 cycle, and the 1/4 cycle of the two waveform data Dwa and Dwb. Second parameter calculation for calculating the amplitude A and the offset M from the simultaneous equations of the following equations (2) and (3) defined by the phase differences ψa and ψb defined by the phase differences ψa and ψb from the first waveform data Dwst of the waveform data Dw of A parameter calculation device that executes processing.
r = (Dcos (θ-φ) -Csin (θ + φ)) / (√ (D-Csin2θ) √ (D-Csin2φ)) ... (1)
However, C = 4 / π 2 -1 / π, a D = 1 / 2-4 / π 2 .
Dwa = Asin (ψa + θ) + M ・ ・ ・ (2)
Dwb = Asin (ψb + θ) + M ・ ・ ・ (3)
前記周波数fであって振幅BおよびオフセットNが既知である初期位相φの基準正弦波信号y(=Bsin(2πft+φ)+N)の当該初期位相φをφ1(φ1は、π/4、3π/4、5π/4、7π/4のうちのいずれかである。)とした第1基準正弦波信号yφ1(=Bsin(2πft+φ1)+N)についての1/4周期分の第1参照波形データDrw1、および前記基準正弦波信号yの前記初期位相φをφ2(=φ1−π/2)とした第2基準正弦波信号yφ2(=Bsin(2πft+φ2)+N)についての1/4周期分の第2参照波形データDrw2を使用し、
前記1/4周期分の波形データDwおよび前記1/4周期分の第1参照波形データDrw1に基づいて、当該波形データDwで表される前記被測定正弦波信号x(=Asin(2πft+θ)+M)と前記第1基準正弦波信号yφ1との第1相関係数rφ1を算出する第1相関係数算出処理と、
前記1/4周期分の波形データDwおよび前記1/4周期分の第2参照波形データDrw2に基づいて、前記被測定正弦波信号x(=Asin(2πft+θ)+M)と前記第2基準正弦波信号yφ2との第2相関係数rφ2を算出する第2相関係数算出処理と、
前記被測定正弦波信号x(=Asin(2πft+θ)+M)と前記基準正弦波信号y(=Bsin(2πft+φ)+N)との相関係数rを示す下記式(1)の当該相関係数rを前記第1相関係数rφ1とし、かつ当該式(1)の初期位相φを前記φ1として第1初期位相θφ1を算出する処理、および当該式(1)の当該相関係数rを前記第2相関係数rφ2とし、かつ当該式(1)の初期位相φを前記φ2として第2初期位相θφ2を算出する処理のいずれかを実行して、当該第1初期位相θφ1および当該第2初期位相θφ2のいずれかを仮初期位相θxとして算出する仮初期位相算出処理と、
下記式(1)の初期位相φを前記φ1として当該式(1)の初期位相θを前記角度範囲内で−π/4から7π/4まで変化させたときに算出される相関係数rのπ/2の角度範囲毎の極性と、下記式(1)の初期位相φを前記φ2として当該式(1)の初期位相θを前記角度範囲内で−π/4から7π/4まで変化させたときに算出される相関係数rのπ/2の角度範囲毎の極性との当該π/2の角度範囲毎の4つの組み合わせのうちから、前記第1相関係数rφ1および第2相関係数rφ2の各極性の組み合わせに一致する1つの組み合わせを特定すると共に、当該4つの組み合わせのそれぞれに予め関連付けられた変換式のうちの当該特定した1つの組み合わせに関連付けられた変換式で前記仮初期位相θxを変換して前記初期位相θを算出する第1パラメータ算出処理と、
前記算出した初期位相θ、前記1/4周期分の波形データDwのうちの値の異なる任意の2つの波形データDwa,Dwb、および当該2つの波形データDwa,Dwbについての前記1/4周期分の波形データDwのうちの最初の波形データDwstからの各位相差ψa,ψbで規定される下記式(2),(3)の連立方程式から前記振幅Aおよび前記オフセットMを算出する第2パラメータ算出処理とを実行するパラメータ算出方法。
r=(Dcos(θ−φ)−Csin(θ+φ))/(√(D−Csin2θ)√(D−Csin2φ)) ・・・(1)
ただし、C=4/π2−1/π、D=1/2−4/π2である。
Dwa=Asin(ψa+θ)+M ・・・(2)
Dwb=Asin(ψb+θ)+M ・・・(3) Based on the waveform data Dw for 1/4 cycle acquired for the sine wave signal x (= Asin (2πft) + M) whose frequency f is known and whose amplitude A and offset M are unknown, the measurement is performed at the time of acquisition. It is a parameter calculation method for calculating each parameter of the initial phase θ (θ is a value within the angle range of 2π of −π / 4 or more and 7π / 4 or less), the amplitude A, and the offset M for the sinusoidal signal x. hand,
The initial phase φ of the reference sine wave signal y (= Bsin (2πft + φ) + N) of the initial phase φ having the frequency f and the amplitude B and the offset N are known is φ1 (φ1 is π / 4, 3π / 4). The first reference waveform data Drw 1 for 1/4 cycle of the first reference sine wave signal y φ1 (= Bsin (2πft + φ1) + N) as one of 5, 5π / 4 and 7π / 4). , And the second reference sine wave signal y φ2 (= Bsin (2πft + φ2) + N) in which the initial phase φ of the reference sine wave signal y is φ2 (= φ1-π / 2). 2 Reference Using the waveform data Drw 2 ,
Based on the waveform data Dw for the 1/4 cycle and the first reference waveform data Drw 1 for the 1/4 cycle, the sine wave signal x (= Asin (2πft + θ)) represented by the waveform data Dw. The first correlation coefficient calculation process for calculating the first correlation coefficient r φ1 between + M) and the first reference sine wave signal y φ1 and
Based on the waveform data Dw for the 1/4 cycle and the second reference waveform data Drw 2 for the 1/4 cycle, the sine wave signal x (= Asin (2πft + θ) + M) and the second reference sine wave are measured. a second correlation coefficient calculation processing of calculating a second correlation coefficient r .phi.2 of the wave signal y .phi.2,
The correlation coefficient r of the following equation (1) showing the correlation coefficient r between the sine wave signal x (= Asin (2πft + θ) + M) to be measured and the reference sine wave signal y (= Bsin (2πft + φ) + N) is used. The process of calculating the first initial phase θ φ1 with the first correlation coefficient r φ1 and the initial phase φ of the equation (1) being the φ1 and the correlation coefficient r of the equation (1) being the first. 2 The first initial phase θ φ1 and the first initial phase θ φ1 and the first phase are executed by executing any of the processes of calculating the second initial phase θ φ2 with the correlation coefficient r φ2 and the initial phase φ of the equation (1) being the φ2. 2 Temporary initial phase calculation processing that calculates any of the initial phase θ φ2 as the temporary initial phase θx, and
The correlation coefficient r calculated when the initial phase θ of the following equation (1) is changed to φ1 and the initial phase θ of the equation (1) is changed from −π / 4 to 7π / 4 within the angle range. The polarity for each angle range of π / 2 and the initial phase φ of the following equation (1) are set to φ2, and the initial phase θ of the equation (1) is changed from −π / 4 to 7π / 4 within the angle range. The first correlation coefficient r φ1 and the second phase from among the four combinations of the polarity of each π / 2 angle range of the correlation coefficient r calculated at that time and each of the π / 2 angle ranges. One combination matching each polarity combination of the relation number r φ2 is specified, and the conversion formula associated with the specified one combination among the conversion formulas previously associated with each of the four combinations is described above. The first parameter calculation process of converting the tentative initial phase θx to calculate the initial phase θ, and
Arbitrary two waveform data Dwa and Dwb having different values among the calculated initial phase θ and the waveform data Dw for the 1/4 cycle, and the 1/4 cycle of the two waveform data Dwa and Dwb. Second parameter calculation for calculating the amplitude A and the offset M from the simultaneous equations of the following equations (2) and (3) defined by the phase differences ψa and ψb defined by the phase differences ψa and ψb from the first waveform data Dwst of the waveform data Dw of A method of calculating parameters to execute processing.
r = (Dcos (θ-φ) -Csin (θ + φ)) / (√ (D-Csin2θ) √ (D-Csin2φ)) ... (1)
However, C = 4 / π 2 -1 / π, a D = 1 / 2-4 / π 2 .
Dwa = Asin (ψa + θ) + M ・ ・ ・ (2)
Dwb = Asin (ψb + θ) + M ・ ・ ・ (3)
前記電流波形データのうちの1/4周期分の電流波形データを前記波形データDwとして取得して、前記被測定正弦波信号xとしての前記正弦波電流についての前記初期位相θ、前記振幅Aおよび前記オフセットMの各パラメータを算出する請求項1または2記載のパラメータ算出装置と、
算出された前記初期位相θ、前記振幅Aおよび前記オフセットMを使用して前記正弦波電流の電流値を前記被測定対象の電気量として測定する測定部とを備えている電気量測定装置。 A current detector that detects the sine wave current flowing through the object to be measured and outputs current waveform data for the sine wave current.
The current waveform data for 1/4 cycle of the current waveform data is acquired as the waveform data Dw, and the initial phase θ, the amplitude A, and the sine wave current of the sine wave current as the measured sine wave signal x are obtained. The parameter calculation device according to claim 1 or 2, which calculates each parameter of the offset M, and
An electric quantity measuring device including a measuring unit that measures a current value of the sinusoidal current as an electric quantity to be measured by using the calculated initial phase θ, the amplitude A, and the offset M.
前記電圧波形データのうちの1/4周期分の電圧波形データを前記波形データDwとして取得して、前記被測定正弦波信号xとしての前記正弦波電圧についての前記初期位相θ、前記振幅Aおよび前記オフセットMの各パラメータを算出する請求項1または2記載のパラメータ算出装置と、
算出された前記初期位相θ、前記振幅Aおよび前記オフセットMを使用して前記正弦波電圧の電圧値を前記被測定対象の電気量として測定する測定部とを備えている電気量測定装置。 A voltage detector that detects the sine wave voltage generated in the object to be measured and outputs voltage waveform data about the sine wave voltage.
The voltage waveform data for 1/4 cycle of the voltage waveform data is acquired as the waveform data Dw, and the initial phase θ, the amplitude A, and the sine wave voltage of the sine wave voltage to be measured x are obtained. The parameter calculation device according to claim 1 or 2, which calculates each parameter of the offset M,
An electric energy measuring device including a measuring unit that measures a voltage value of the sinusoidal voltage as an electric energy of the object to be measured by using the calculated initial phase θ, the amplitude A, and the offset M.
前記被測定対象に前記正弦波電流が流れているときに当該被測定対象に発生する正弦波電圧を検出すると共に当該正弦波電圧についての電圧波形データを出力する電圧検出部と、
請求項1または2記載のパラメータ算出装置と、
測定部とを備え、
前記パラメータ算出装置は、前記電流波形データのうちの1/4周期分の電流波形データを前記波形データDwとして取得して、前記被測定正弦波信号xとしての前記正弦波電流についての前記初期位相θ、前記振幅Aおよび前記オフセットMの各パラメータを算出すると共に、前記電圧波形データのうちの1/4周期分の電圧波形データを前記波形データDwとして取得して、前記被測定正弦波信号xとしての前記正弦波電圧についての前記初期位相θ、前記振幅Aおよび前記オフセットMの各パラメータを算出し、
前記測定部は、算出された前記正弦波電流についての前記初期位相θ、前記振幅Aおよび前記オフセットMの各パラメータと、算出された前記正弦波電圧についての前記初期位相θ、前記振幅Aおよび前記オフセットMの各パラメータとに基づいて、前記被測定対象に供給される電力値および当該被測定対象のインピーダンスのうちの少なくとも一方を当該被測定対象の電気量として測定する電気量測定装置。 A current detector that detects the sine wave current flowing through the object to be measured and outputs current waveform data for the sine wave current.
A voltage detection unit that detects the sine wave voltage generated in the sine wave target when the sine wave current is flowing through the target to be measured and outputs voltage waveform data about the sine wave voltage.
The parameter calculation device according to claim 1 or 2,
Equipped with a measuring unit
The parameter calculation device acquires current waveform data for 1/4 cycle of the current waveform data as the waveform data Dw, and the initial phase of the sine wave current as the sine wave signal x to be measured. Each parameter of θ, the amplitude A and the offset M is calculated, and the voltage waveform data for 1/4 cycle of the voltage waveform data is acquired as the waveform data Dw to obtain the measured sine wave signal x. Each parameter of the initial phase θ, the amplitude A, and the offset M with respect to the sinusoidal voltage as
The measuring unit has the parameters of the initial phase θ, the amplitude A and the offset M for the calculated sinusoidal current, and the initial phase θ, the amplitude A and the said for the calculated sinusoidal voltage. An electric amount measuring device that measures at least one of the power value supplied to the measured object and the impedance of the measured object as the electric amount of the measured object based on each parameter of the offset M.
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JP2019092528A JP2020187043A (en) | 2019-05-16 | 2019-05-16 | Parameter calculation device, parameter calculation method, and electric quantity measuring device |
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