JP2746622B2 - サンプリングオシロスコープ - Google Patents

サンプリングオシロスコープ

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JP2746622B2 JP31252988A JP31252988A JP2746622B2 JP 2746622 B2 JP2746622 B2 JP 2746622B2 JP 31252988 A JP31252988 A JP 31252988A JP 31252988 A JP31252988 A JP 31252988A JP 2746622 B2 JP2746622 B2 JP 2746622B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [概要] 周期的に変化する被測定電圧を各位相点について複数
回サンプリングしその平均値をディスプレイに表示する
サンプリングオシロスコーブに関し、 所望の電圧分解能の測定電圧波形を得ることを目的と
し、 周期的に変化する被測定電圧を各位相点について複数
回サンプリングし、その測定電圧及び測定回数から該測
定電圧の平均値を求め、該平均値をディスプレイに表示
するサンプリングオシロスコープにおいて、該測定電
圧、該平均値及び該測定回数を用いて該各位相点での該
測定電圧の分散を算出する分散算出手段と、該分散、該
測定回数及び測定位相点数を用いて該測定電圧の電圧分
解能を算出する電圧分解能算出手段とを備えて、該電圧
分解能を該ディスプレイに表示し、さらには、電圧分解
能を設定するための電圧分解能設定手段と、算出された
前記電圧分解能と設定された該電圧分解能とを比較し該
算出値が該設定値以下になった場合に該サンプリングを
停止させるサンプリング停止手段とを備えて構成する。
[産業上の利用分野] 本発明は、周期的に変化する被測定電圧を各位相点に
ついて複数回サンプリングしその平均値をディスプレイ
に表示するサンプリングオシロスコープに関する。
[従来の技術] 10-9sec以下の超高速周期的電圧信号波形の測定には
サンプリングオシロスコープが使用される。被測定電圧
波形には一般にノイズが含まれているため、各位相点に
ついて複数回サンプリングし、その平均値をディスプレ
イに表示することにより分解能の高い測定電圧波形を得
る構成となっている。この測定回数は、設定器により設
定され、または使用者がディスプレイに表示された測定
電圧波形を見て適当な時点でスイッチを操作しサンプリ
ング終了要求を出すことにより定まる。
[発明が解決しようとする課題] しかし、電圧分解能の値が不明であったため、測定時
間が短すぎて必要な電圧分解能の測定電圧波形が得られ
なかったり、測定時間が必要以上に長くなって無駄が生
じていた。
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、所望の電圧分解
能の測定電圧波形を得ることが可能なサンプリングオシ
ロスコープを提供することにある。
[課題を解決するための手段及びその作用] 第1図は本第1発明の原理構成を示すブロック図であ
る。
図中、1はサンプリング手段であり、サンプリングパ
ルスに応答して、周期的に変化する被測定電圧を各位相
点について複数回サンプリングする。2は測定回数計数
手段であり、このサンプリングパルスの個数が測定位相
点数を越える毎に測定回数をインクリメントする。3は
平均値算出手段であり、サンプリングされた測定電圧及
び測定回数計数手段2により計数された測定回数から該
測定電圧の平均値を求める。4は分散算出手段であり、
該測定電圧、該平均値及び該測定回数を用いて該各位相
点での該測定電圧の分散を算出する。5は電圧分解能算
出手段であり、該分散、該測定回数及び該測定位相点数
を用いて該測定電圧の電圧分解能を算出する。6はディ
スプレイであり、該平均値及び該電圧分解能を該ディス
プレイに表示する。
電圧分解能は被測定波形のSN比により異なるが、電圧
分解能が実時間で求められてディスプレイに表示される
ので、使用者は適当な時点でサンプリングを停止させる
ことができ、所望の電圧分解能の測定電圧波形を得るこ
とができる。
したがって、測定時間が短すぎて必要な電圧分解能の
測定電圧波形が得られなかったり、測定時間が必要以上
に長くなったりするのを防止することができる。
第2図は本第2発明の原理構成を示すブロック図であ
る。この第2発明では、所望の電圧分解能の測定電圧波
形が得られたときにサンプリングを自動的に停止させる
ために、上記第1発明の構成にさらに、次のような構成
が付設されている。
図中、7は電圧分解能設定手段であり、電圧分解能を
設定するためのものである。8はサンプリング停止手段
であり、算出された前記電圧分解能と設定された該電圧
分解能とを比較し、該算出値が該設定値以下になった場
合には、例えばゲート9を閉じてサンプリングパルスが
サンプリング手段1に供給されるのを停止することによ
り、被測定電圧のサンプリングを停止させる。この第2
発明では電圧分解能を設定するので、電圧分解能の表示
は必須ではない。
この第2発明によれば、容易かつ確実に所望の電圧分
解能の測定電圧波形が得られる。
[実施例] 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。
最初に、測定電圧波形の電圧分解能について説明す
る。
被測定電圧波形は例えば第5A図に示す如く周期的に変
化し、その測定位相点xにおけるk回目の測定電圧をV
kxとする。位相点xでの測定電圧Vix(i=l〜k)の
分散Bkxは次式で表される。
ここに、AVkxは測定電圧Vix(i=l〜k)の平均値
である。
ここで、測定回数kの値が小さい場合には分散Bkx
信頼度は不充分である。しかし、測定回数kの値を充分
大きくすると一般には分散Bkxは測定位相点xによらず
一定値Bに収束する(第6図参照)。この場合、99%の
信頼度で次式が成立する。
Bk−3Δ≦B≦Bk+3Δ ・・・(2) ここに、 である。また、nは位相点数である。
k回測定した電圧波形の電圧分解能Mの最確値Mkは、 MK=3(Bk/k)1/2 ・・・(5) となり、99.7%の信頼度でM≦Rkとなる電圧分解能の上
限値Rkは Rk=3{(Bk+3Δ)/k}1/2 ・・・(6) となる。
次に、第3図に基づいて、サンプリングオシロスコー
プの要部構成を説明する。
測定位相点数設定器10、電圧分解能設定器12によりそ
れぞれ測定位相点数n、電圧分解能Mを設定し、被測定
電圧波形の測定を開始させると、以下に示すようなハー
ドウエア構成により実時間で上記電圧分解能Mkが評価さ
れ、これが設定された電圧分解能M以下になるとサンプ
リングが自動的に終了し、マイクロコンピュータ14によ
り測定電圧波形及びその電圧分解能Mk等がディスプレイ
16に表示されるとともに、測定終了を報知する音が電子
ブザー18から出力される。
すなわち、測定開始パルスによりRSフリップフロップ
20がセットされるとアンドゲート22が開かれてサンプリ
ングパルスがサンプルホールド回路24へ供給され(第5B
図)、これに応答して被測定電圧Vがサンプルホールド
回路24により抽出保持され、A/D変換器26によりデジタ
ル値Vkxに変換され(第5A図)、加算器28の一方の入力
端子に供給される。
アンドゲート22を通ったサンプリングパルスはカウン
タ30により計数され、その計数値xによりレジスタ群32
がアドレス指定され、その内容SVkx-1が加算器28の他方
の入力端子に供給されて前記Vkxに加算され、加算値SV
kxがレジスタ群32の当該指定アドレスxに書き込まれ
る。このxはデジタル比較器34により測定位相点数nと
比較され、x>nになるとカウンタ30の計数値が1にセ
ットされる。カウンタ30の初期値は1である。
したがって、N個のレジスタA1〜ANからなるレジスタ
群32のうちn個のレジスタA1〜Anがサイクリックにアド
レス指定され、レジスタAxには測定位相点xにおける測
定電圧Vix(i=1〜k)の合計値が保持される。
測定回数kはデジタル比較器34の出力パスルをカウン
タ36で計数することにより得られる。このカウンタ36は
1に初期設定されている。前記SVkxは除算器38によりこ
のkで除せられて、測定位相点xにおける測定電圧の平
均値AVkxが求められ、次いでこの値が乗算器40により自
乗されてAV2 kxとなる。
一方、測定電圧Vkxは乗算器42により自乗されて加算
器44の一方の入力端子に供給され、カウンタ30によりア
ドレス指定されたレジスタ群46のレジスタBxの内容SU
k-1xに加算されてSUkxとなり、レジスタBxに書き込まれ
る。このレジスタ群46もレジスタ群32と同様に、N個の
レジスタB1〜BNからなる。SUkxは除算器48に供給されて
カウンタ36の出力値kで除せられ、V2 kxの平均値AUkx
求められる。
AUkx及びAV2 kxは減算器50に供給されてその差である
上式(1)の分散Bkxが求められる。この分散Bkxは加算
器52の一方の入力端子に供給され、加算器52の他方の入
力端子にはレジスタ54の内容SBk-1が供給されて両者の
加算値SBkが求められ、これがレジスタ54に書き込まれ
る。このレジスタ54の内容は、0に初期設定されてお
り、また、カウンタ30によりx>nが検出される毎に0
クリアされる。したがって、レジスタ54の内容SBkは分
散Bix(i=1〜k)の合計値となる。
この値SBKはデジタル比較器58の一方の入力端子に供
給される。デジタル比較器58は、カウンタ30の計数値が
nとなりかつレジスタ54の内容SBnが確定した時点で、
このSBKをマイクロコンピュータ14から供給されるF=n
M2/9と比較する。そして、Bn≦Fであればサンプリング
終了信号をマイクロコンピュータ14へ供給すると共に、
この信号をRSフリップフロップ20のリセット端子へ供給
してアンドゲート22を閉じ、サンプリングを終了させ
る。
以上の構成により、電圧分解能Mkが実時間で求めら
れ、これが設定値M以下の値になった時点で被測定電圧
波形のサンプリングが自動的に終了する。
一方、減算器50の出力値Bkxは乗算器60により自乗さ
れて加算器62の一方の入力端子に供給され、加算器62の
他方の入力端子にはレジスタ64の内容SCk-1が供給さ
れ、両者の加算値SCkがレジスタ64に書き込まれる。こ
のレジスタ64は、レジスタ54と同様に0に初期設定さ
れ、また比較器34によりx>nが検出される毎にクリア
される。したがって、レジスタ64の内容SCkはB2 ix(i
=1〜k)の合計値となる。この値はマイクロコンピュ
ータ14へ供給される。
次に、第4図に基づいてマイクロコンピュータ14の処
理手順を説明する。
(100)サンプリング開始前に、測定位相点数設定器10
及び電圧分解能設定器12により設定された測定位相点数
n及び電圧分解能Mの値を読み込み、 (102)このn、Mを用いてF=nM2/9を算出し、 (104)次にこのFをデジタル比較器58の他方の入力端
子に供給する。
(106)サンプリング開始後は、デジタル比較器58から
上述のサンプリング終了信号が供給されるのを待つ。こ
の信号が供給されると、 (108)カウンタ36、レジスタ54及び64からそれぞれ
k、SBn、SCnを読み込む。
(110)次にこれらの値を用いて電圧分解能Mk及びその
上限値Rkを算出し、 (112)これらをディスプレイ16に表示させる。また、
レジスタ群32の内容を読み込み、その各々をkで除して
各位相点における測定電圧の平均値を求め、これらを測
定電圧波形としてディスプレイ16に表示する。
(114)さらに、電子ブザー18を一定時間鳴らして使用
者に測定が終了したことを報知する。
なお、本発明には他にも種々の変形例が含まれる。
例えば、上記実施例では、電圧分解能設定器12により
電圧分解能Mを設定し、求められた電圧分解能Mkがこの
設定値M以下になった時にサンプリングを終了させる場
合を説明したが、電圧分解能Mkをディスプレイ16に表示
させ、使用者がこれを見て適当な時点でスイッチを操作
することによりサンプリングを終了させる手動モードを
さらに設けてもよい。
また、電圧分解能Mkを求める演算回路は第3図に示す
ものに限られず、Mkを求める途中の式の各種変形に対応
した各種演算回路が考えられる。
さらに、本発明は等価時間サンプリング方式のサンプ
リングオシロスコープに限定されず、実時間サンプリン
グ方式やランダムサンプリング方式等のあらゆるサンプ
リングオシロスコープに適用可能である。
[発明の効果] 以上説明したように、本第1発明に係るサンプリング
オシロスコープによれば、電圧分解能が実時間で求めら
れてディスプレイに表示されるので、使用者は適当な時
点でサンプリングを停止させることにより所望の電圧分
解能の測定電圧波形を得ることができ、したがって、測
定時間が短すぎて必要な電圧分解能の測定電圧波形が得
られなかったり、測定時間が必要以上に長くなったりす
るのを防止することができるという優れた効果を奏す
る。
また、本第2発明に係るサンプリングオシロスコープ
によれば、所望の電圧分解能の測定電圧波形が得られた
ときにサンプリングが自動的に停止するので、容易かつ
確実に所望の電圧分解能の測定電圧波形を得ることがで
きるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本第1発明の原理構成を示すブロック図、 第2図は本第2発明の原理構成を示すブロック図であ
る。 第3図乃至第6図は本発明の一実施例に係り、 第3図はサンプリングオシロスコープの要部構成を示す
ブロック図、 第4図はマイクロコンピュータ14の処理手順を示すフロ
ーチャート、 第5A図は測定電圧波形図、 第5B図はサンプリングパルス波形図、 第6図は測定位相点xとこの点におけるk個の測定電圧
V1x〜Vkxの分散Bkxとの関係を示す図である。 図中、 10は測定位相点数設定器 12は電圧分解能設定器 14はマイクロコンピュータ 16はディスプレイ 18は電子ブザー 20はRSフリップフロップ 22はアンドゲート 24はサンプルホールド回路 26はA/D変換器 28、44、52、62は加算器 30、36はカウンタ 32、46はレジスタ群 34、58はデジタル比較器 38、48は除算器 40、42、60は乗算器 50は減算器 54、64はレジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石塚 俊弘 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 安部 貴之 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−230300(JP,A) 特公 昭39−885(JP,B1)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】周期的に変化する被測定電圧を各位相点に
    ついて複数回サンプリングし、その測定電圧及び測定回
    数から該測定電圧の平均値を求め、該平均値をディスプ
    レイ(6)に表示するサンプリングオシロスコーブにお
    いて、 該測定電圧、該平均値及び該測定回数を用いて該各位相
    点での該測定電圧の分散を算出する分散算出手段(4)
    と、 該分散、該測定回数及び測定位相点数を用いて該測定電
    圧の電圧分解能を算出する電圧分解能算出手段(5)と を有し、該電圧分解能を該ディスプレイ(6)に表示す
    ることを特徴とするサンプリングオシロスコープ。
  2. 【請求項2】周期的に変化する被測定電圧を各位相点に
    ついて複数回サンプリングし、その測定電圧及び測定回
    数から該測定電圧の平均値を求め、該平均値をディスプ
    レイ(6)に表示するサンプリングオシロスコープにお
    いて、 該測定電圧、該平均値及び該測定回数を用いて該各位相
    点での該測定電圧の分散を算出する分散算出手段(4)
    と、 該分散、該測定回数及び測定位相点数を用いて該測定電
    圧の電圧分解能を算出する電圧分解能算出手段(5)と 電圧分解能を設定するための電圧分解能設定手段(7)
    と、 算出された該電圧分解能と設定された該電圧分解能とを
    比較し、該算出値が該設定値以下になった場合に該サン
    プリングを停止させるサンプリング停止手段(8)と、 を有することを特徴とするサンプリングオシロスコー
    プ。
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