JP4040718B2 - 測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧波形や電流波形をディジタル信号である入力波形データに変換し、その入力波形データに基づいて電圧値、電流値および電力値などの所定の測定値を演算すると共に、その入力波形データに基づいて生成したモニタ信号を外部装置に出力可能な測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のモニタ信号を外部装置に出力可能に構成された測定装置として、図６に示す測定装置２１が従来から知られている。この測定装置２１は、入力した電圧波形および電流波形に基づいて有効電力や無効電力を測定可能に構成されており、Ａ／Ｄ変換部２２，２３、ＣＰＵ２４、ＲＡＭ２５および乗算型Ｄ／Ａ変換部２６を備えている。
【０００３】
この測定装置２１では、Ａ／Ｄ変換部２２が、図５（ａ）に示すように、入力した電圧波形Ｗ１１を例えば６０×５１２Ｈｚのサンプリング信号に同期してサンプリングすることにより、時間ｔ1 、ｔ2 ・・における瞬時電圧Ｖ1 、Ｖ2 ・・に対応する電圧波形データを生成し、各電圧波形データを生成した都度ＣＰＵ２４に対して割込信号を出力する。また、Ａ／Ｄ変換部２３も、同図（ｂ）に示すように、入力した電流波形Ｗ１２をＡ／Ｄ変換部２２と同一のサンプリング信号に同期してサンプリングすることにより、時間ｔ1 、ｔ2 ・・における瞬時電流Ｉ1 、Ｉ2 ・・に対応する電流波形データを生成し、各電流波形データを生成した都度ＣＰＵ２４に対して割込信号を出力する。一方、ＣＰＵ２４は、割込信号が入力される都度、両波形データを入力してＲＡＭ２５に記憶させる。次いで、ＣＰＵ２４は、両波形データに基づいて有効電力や無効電力を演算した後、演算した電力値などを図外の表示装置に表示させる。また、同時に、ＣＰＵ２４は、電圧波形データを乗算型Ｄ／Ａ変換部２６に出力することにより有効電力または無効電力などに対応するモニタ信号を外部装置に出力する。
【０００４】
この場合、有効電力に対応するモニタ信号を出力するときには、ＣＰＵ２４は、Ａ／Ｄ変換部２２によるサンプリング周期と同一周期で、かつ時間ｔ1 ，ｔ2 ・・に対してそれぞれほぼ同時刻の時間ｔ11、ｔ12・・において電圧波形データを出力する。これにより、乗算型Ｄ／Ａ変換部２６は、入力された電流波形Ｗ１２に電圧波形データを乗算することにより、同図（ｃ）に示すように、時間ｔ11，ｔ12・・において、それぞれ有効電力Ｐ1 ，Ｐ2 ・・のモニタ信号Ｗ１３を生成する。一方、無効電力波形に対応するモニタ信号を出力するときには、ＣＰＵ２４は、入力した電圧波形の１／４周期分遅延させた電圧波形データを乗算型Ｄ／Ａ変換回路２６に出力する。この結果、測定者は、有効電力などを測定しつつ、外部装置を用いて有効電力波形などを同時に観測することが可能となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の測定装置２１には、以下の問題点がある。
第１に、従来の測定装置２１では、ＣＰＵ２４は、Ａ／Ｄ変換部２２，２３から両波形データを入力する波形データ入力処理、および乗算型Ｄ／Ａ変換部２６に電圧波形データを出力する波形データ出力処理の両者を、サンプリング信号に同期してほぼ同時に行わなければならない。この場合、一般的に、Ｄ／Ａ変換部の処理速度が遅いため、ＣＰＵ２４が波形データ出力処理を実行するために必要とされる処理時間は、ＲＡＭ２５に対する書込み時間や測定値の演算処理時間などと比較して極めて長時間となっている。この結果、ＣＰＵ２４に対して、波形データ入力処理や波形データ出力処理を実行させつつ、測定値の演算や表示器への表示処理などを並行処理させる必要上、極めて高処理速度のＣＰＵを用いなければならない。このため、従来の測定装置２１には、高価なＣＰＵを搭載しなければならない結果、装置コストが高騰しているという問題点がある。
【０００６】
第２に、従来の測定装置２１では、ＣＰＵの処理速度を考慮すれば、波形データ出力処理に長時間を必要とする結果、同時には有効電力または無効電力の一方に対応するモニタ信号のみしか外部装置に出力することができない。したがって、従来の測定装置２１には、有効電力波形および無効電力波形、あるいは入力電圧波形や入力電流波形をモニタ上で同時に観測したいという測定者の要求を満たすことが非常に困難であるという問題点もある。
【０００７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、装置のコストダウンを可能な測定装置を提供することを主目的とし、複数種類のモニタ信号を同時に観測可能な測定装置を提供することを他の目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく請求項１記載の測定装置は、入力した電圧波形および電流波形の少なくとも一方を所定サンプリング周期でサンプリングすることにより入力波形データを生成するサンプリング部と、入力波形データを記憶するための第１のバッファメモリと、サンプリング部によって生成された入力波形データを第１のバッファメモリに転送する第１のデータ転送部と、第１のバッファメモリに記憶されている入力波形データに基づいて所定の測定値を演算すると共に入力波形データに基づいてモニタ用のモニタ波形データを出力する演算部と、演算部から出力されたモニタ波形データを記憶する第２のバッファメモリと、モニタ波形データをディジタル−アナログ変換することによりモニタ信号を外部装置に出力可能なディジタル−アナログ変換部と、第２のバッファメモリに記憶されているモニタ波形データを所定の周期でディジタル−アナログ変換部に転送する第２のデータ転送部と、入力波形に同期したクロック信号を生成するクロック信号生成部とを備え、演算部は、クロック信号に同期して、入力波形の１周期分の入力波形データを第１のバッファメモリから一括的に入力すると共に入力波形の１周期分に相当するモニタ波形データを第２のバッファメモリに一括的に出力し、第２のデータ転送部は、出力された１周期分に相当するモニタ波形データの各々を所定サンプリング周期と同一周期でディジタル−アナログ変換部に順次転送することを特徴とする。
ここで、本発明における「所定の測定値」には、電圧値、電流値、有効電力値、無効電力値、インピーダンス、位相差および電力力率などが含まれる。
【０００９】
この測定装置では、サンプリング部によってサンプリングされた入力波形データは、第１のデータ転送部によって第１のバッファメモリに転送させられる。したがって、演算部は、入力波形データが第１のバッファメモリにある程度蓄積された時点で、第１のバッファメモリから入力波形データを入力した後に、所定の測定値を演算することが可能となる。また、演算部は、例えば、電圧波形データおよび電流波形データに基づいて有効電力や無効電力に対応するモニタ波形データを生成したり、電圧波形データをそのままモニタ波形データとしたりすることにより、モニタ波形データを第２のバッファメモリに出力する。一方、第２のデータ転送部は、モニタ波形データが第２のバッファメモリにある程度蓄積された時点で、所定の周期として例えばサンプリング部による所定サンプリング周期と同一周期でモニタ波形データをディジタル−アナログ変換部に転送する。これにより、ディジタル−アナログ変換部によってモニタ信号が生成されて外部装置に出力される。
【００１０】
また、この測定装置では、演算部が、クロック信号に同期して、入力波形の１周期分の入力波形データを第１のバッファメモリから一括的に入力すると共に第２のバッファメモリに入力波形の１周期分のモニタ波形データを一括的に出力することにより、波形データ入力処理およびモニタ波形データの出力処理を入力波形の１周期当たりにそれぞれ１回のみ行えばよいため、サンプリング部の所定サンプリング周期毎に波形データの入力処理およびモニタ波形データの出力処理をそれぞれ１回実行する場合と比較し、処理時間を極めて短縮することが可能となる。したがって、演算部として低処理速度のＣＰＵを用いることが可能になると共に、測定値の表示処理を初めとする種々の処理をＣＰＵに対して並行処理させることが可能となる。
【００１１】
請求項２記載の測定装置は、請求項１記載の測定装置において、ディジタル−アナログ変換部は、互いに異なる複数種類のモニタ信号を別個独立して出力可能なディジタル−アナログ変換器を複数備え、第２のデータ転送部は、演算部から出力されたモニタ波形データの種類に対応するディジタル−アナログ変換器にそのモニタ波形データを転送することを特徴とする。
【００１２】
この測定装置では、演算部が電圧波形や電力波形などのモニタ波形データを第２のバッファメモリに転送すれば、第２のデータ転送部が、モニタ波形データの種類に対応するディジタル−アナログ変換器に、そのモニタ波形データを転送する。これにより、外部装置に対して複数のモニタ信号を同時に出力することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る測定装置を交流電力測定装置に適用した実施の形態について説明する。
【００１８】
図１に示す交流電力測定装置（以下、「測定装置」という）１は、２つのプローブ２ａ，２ｂを有し、両プローブ２ａ，２ｂを介してそれぞれ入力した電圧波形および電流波形（本発明における「入力波形」に相当する）に基づいて、商用交流などの測定対象交流の交流電圧、交流電流、有効電力および無効電力を測定すると共に、入力した電圧波形および電流波形に基づいて、測定対象交流の電圧波形、電流波形、有効電力波形および無効電力波形についてのモニタ波形をオシロスコープなどの波形観測用外部装置に出力可能に構成されている。
【００１９】
最初に、測定装置１の構成について、同図を参照して説明する。
【００２０】
測定装置１は、本発明におけるサンプリング部にそれぞれ相当するＡ／Ｄ変換部３，４と、Ａ／Ｄ変換部３，４などに例えば３０．７２ｋＨｚのサンプリング信号ＳS を出力するタイマ５と、本発明におけるクロック信号生成部に相当する波形整形部６と、本発明における第１のバッファメモリに相当するバッファメモリ７と、本発明における第１のデータ転送部に相当するＤＭＡコントローラ８と、本発明における演算部に相当するＣＰＵ９と、ＣＰＵ９の演算結果などを一時的に記憶するＲＡＭ１０と、ＣＰＵ９によって演算された測定値を表示する表示器１１と、本発明における第２のバッファメモリに相当しモニタ波形データを記憶するバッファメモリ１２と、本発明におけるディジタル−アナログ変換器にそれぞれ相当するＤ／Ａ変換器１３〜１６を備えて構成され本発明におけるディジタル−アナログ変換部に相当するＤ／Ａ変換部１７と、本発明における第２のデータ転送部に相当しバッファメモリ１２に記憶されているモニタ波形データをＤ／Ａ変換器１３〜１６に転送するＤＭＡコントローラ１８とを備えている。
【００２１】
ここで、Ａ／Ｄ変換部３，４は、プローブ２ａ，２ｂを介して入力した電圧波形および電流波形をタイマ５から出力されるサンプリング信号ＳS に同期してサンプリングすることにより、入力電圧波形データおよび入力電流波形データ（以下、両者を総称して「入力波形データ」ともいう）をそれぞれ生成する。波形整形部６は、プローブ２ａを介して入力した電圧波形を内部のシュミットトリガ回路によって矩形波に波形整形すると共に、その矩形波の電圧レベルが所定の基準電圧を超えたときにハイレベル信号を生成することによりパルス状の周期信号ＳP （本発明における「クロック信号」に相当する）を生成する。バッファメモリ７，１２は、特に限定されないが、デュアルポートメモリまたはＦＩＦＯ（First In First Out）などで構成され波形データを一時的に記憶する。ＤＭＡコントローラ８は、Ａ／Ｄ変換部３，４が１つの入力波形データに対するアナログ−ディジタル変換を終了した際に出力するラッチ信号ＳR1を入力する都度、Ａ／Ｄ変換部３，４に対して転送命令信号ＳT1を出力することにより、その入力波形データをＡ／Ｄ変換部３，４からバッファメモリ７に転送させる。
【００２２】
ＣＰＵ９は、バッファメモリ７に記憶されている入力波形データを入力する入力処理、入力波形データに基づいて有効電力、無効電力、電圧値および電流値などを演算する演算処理、図外の操作スイッチに基づいて指定された種類のモニタ用のモニタ波形データを出力する出力処理、および測定値を表示器１１に表示させる表示処理（以下、これらの処理を総称して、「入力・演算・出力処理」ともいう）などを実行する。
【００２３】
Ｄ／Ａ変換器１３〜１６は、それぞれ、入力されたモニタ波形データをディジタル−アナログ変換することにより、交流電圧波形、交流電流波形、有効電力波形および無効電力波形についてのモニタ信号Ａ〜Ｄを出力する。ＤＭＡコントローラ１８は、バッファメモリ１２に記憶されているモニタ波形データをサンプリング信号ＳS に同期して１つずつＤ／Ａ変換器１３〜１６に出力する。具体的には、ＤＭＡコントローラ１８は、１つのモニタ波形データがアナログ信号であるモニタ信号Ａ〜Ｄに変換された際に各Ｄ／Ａ変換器１３〜１６から出力されるラッチ信号ＳR2を入力した都度、サンプリング信号ＳS に同期した転送命令信号ＳT2をバッファメモリ１２に対して出力することにより、次のモニタ波形データをＤ／Ａ変換器１３〜１６に転送させる。これにより、ＤＭＡコントローラ１８が、Ａ／Ｄ変換部３によってサンプリングされた周期と同一周期でモニタ波形データを出力する結果、後述するように入力電圧波形の２周期分遅延したモニタ信号がリアルタイムで外部装置に出力される。
【００２４】
次に、測定装置１の全体的な動作について、図２〜４を参照して説明する。
【００２５】
まず、図４に示すように、入力された電圧波形Ｗ１の最初の周期Ｔ1 において入力波形データ転送処理が実行される。この処理では、プローブ２ａ，２ｂを介して電圧波形および電流波形が入力されると、Ａ／Ｄ変換部３が、図３（ａ）に示すようにサンプリング信号ＳS の立ち上がりに同期して電圧波形Ｗ１の電圧値Ｖ1 ，Ｖ2 ，Ｖ3 ・・を順次サンプリングすると共に、Ａ／Ｄ変換部４も、同図に示すように電流波形Ｗ２の電流値Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ・・を順次サンプリングする。なお同図では、両波形Ｗ１，Ｗ２を便宜上、同一波形で描いている。この場合、Ａ／Ｄ変換部３，４は、サンプリングした電圧値Ｖ1 および電流値Ｉ1 をアナログ−ディジタル変換することにより入力電圧波形データＤIVおよび入力電流波形データＤIIを生成すると共に、ラッチ信号ＳR1をＤＭＡコントローラ８にそれぞれ出力する。一方、ＤＭＡコントローラ８は、ラッチ信号ＳR1を入力する都度、Ａ／Ｄ変換部３，４に転送命令信号ＳT1を出力することにより、Ａ／Ｄ変換部３，４に対してバッファメモリ７の所定の記憶領域に入力波形データＤIV，ＤIIを転送させる。この結果、波形整形部６によって周期信号ＳP が１回出力される間に、両波形Ｗ１，Ｗ２の１周期当たり、例えば６０Ｈｚの交流の場合には、それぞれ５１２個の入力波形データＤIV，ＤIIがリアルタイムでバッファメモリ７に順次転送される。
【００２６】
次に、電圧波形Ｗ１の次の周期Ｔ2 においては、波形整形部６からの周期信号ＳP に同期してのＣＰＵ９による入力・演算・出力処理と、周期Ｔ2 についての上記した入力波形データ転送処理が実行される。入力・演算・出力処理においては、ＣＰＵ９は、最初に、周期Ｔ1 におけるすべての入力波形データＤIV，ＤIIをバッファメモリ７から一括的に入力し、図２（ａ）に示すように、入力電圧波形データＤIVおよび入力電流波形データＤIIにそれぞれ対応する電圧値Ｖ1 〜Ｖn および電流値Ｉ1 〜Ｉn を対にしてＲＡＭ１０に記憶させる。
【００２７】
次いで、ＣＰＵ９は、有効電力、無効電力、交流電圧および交流電流にそれぞれ対応するモニタ波形データを同時に生成し、生成したモニタ波形データをＲＡＭ１０に記憶させる。この場合、ＣＰＵ９は、有効電力に対応するモニタ波形データについては、対にして記憶させた電圧値（例えば、Ｖ1 〜Ｖn ）と電流値（例えば、Ｉ1 〜Ｉn ）とを互いにそれぞれ乗算することによってモニタ波形データＤOPを生成する。同図（ｂ）は、ＲＡＭ１０に記憶されているモニタ波形データＤOPに対応する有効電力Ｐ1 〜Ｐn がＲＡＭ１０に記憶させている状態を示している。一方、無効電力に対応するモニタ波形データについては、ＣＰＵ９は、対にして記憶させた電圧値（例えば、Ｖ1 〜Ｖn ）と、その電圧値に対して１／４周期分遅れた電流値（Ｉ1+n/4 〜Ｉn+n/4 ）とを互いにそれぞれ乗算することによってモニタ波形データＤOQを生成する。また、電圧および電流に対応するモニタ波形データＤOVおよびＤOIは、Ａ／Ｄ変換部３，４によってそれぞれサンプリングされた入力電圧波形データＤIVおよび入力電流波形データＤIIがそのまま用いられている。次いで、ＣＰＵ９は、入力波形データＤIV，ＤIIに基づき所定の計算プログラムに従って周期Ｔ1 についての有効電力や無効電力などを演算し、演算結果を表示器１１に表示させる。次に、ＣＰＵ９は、入力波形データ転送処理として、周期Ｔ1 についてのモニタ波形データＤOV，ＤOI，ＤOP，ＤOQをバッファメモリ１２に出力する。
【００２８】
次いで、電圧波形Ｗ１の次の周期Ｔ3 においては、ＤＭＡコントローラ１８による周期Ｔ1 についてのモニタ波形データを転送するモニタ波形データ転送処理と、ＣＰＵ９による周期Ｔ2 についての上記した入力・演算・出力処理とが実行される。モニタ波形データ転送処理では、ＤＭＡコントローラ１８は、モニタ波形データＤOV，ＤOI，ＤOP，ＤOQの各種類に対応するＤ／Ａ変換器１３〜１６にモニタ波形データＤOV，ＤOI，ＤOP，ＤOQを転送する。この場合、例えば、有効電力に対応するモニタ信号Ｗ３は、図３（ｂ）に示すように、サンプリング信号ＳS に同期して出力される結果、図４に示すように、周期Ｔ1 から２周期分遅れた周期Ｔ3 の期間においてＤ／Ａ変換器１５から出力される。なお、モニタ信号Ａ〜Ｄは、２周期分遅れて出力されるものの、これらはサンプリング信号ＳS に位相同期しているため、互いに時間的ずれがない状態で表示される。
【００２９】
この後、各周期Ｔ4 〜Ｔn 毎に、上記した入力波形データ転送処理、入力・演算・出力処理およびモニタ波形データ転送処理が次々と実行される結果、測定装置１による電力などの測定、その測定値の表示、およびモニタ信号Ａ〜Ｄの出力が連続して行われる。
【００３０】
このように、本実施形態に係る測定装置１によれば、ＣＰＵ９は、電圧波形Ｗ１の各周期に対応する入力波形データを次の各周期において一括的にそれぞれ入力すると共に、１周期分に相当するモニタ波形データをバッファメモリ１２に一括的に出力する。このため、サンプリング信号ＳS の各周期毎に、入力波形データを入力したり、モニタ波形データを出力したりする場合と比較し、ＣＰＵ９の処理回数が激減することにより、そのための処理時間を極めて短縮することができる。また、ＣＰＵ９がモニタ波形データをＤ／Ａ変換部１７に直接出力しなくてもよいため、モニタ波形データの出力処理に要する処理時間を極めて短縮することができる。これにより、低処理速度のＣＰＵを用いることができる結果、測定装置１のコストダウンを図ることができると共に、ＣＰＵ９に対して、種々の処理を並行して処理させることができる。さらに、複数種類のモニタ信号Ａ〜Ｄを出力することができるため、測定者は、有効電力波形や無効電力波形などを同時に観測することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、ＣＰＵ９は、電圧波形Ｗ１の１周期に対応する入力波形データＤIV，ＤIIを一括的に入力しているが、電圧波形Ｗ１または電流波形Ｗ２の２周期以上に対応する入力波形データＤIV，ＤIIを一括的に入力してもよいし、電圧波形Ｗ１または電流波形Ｗ２の１周期において入力波形データＤIV，ＤIIを複数回に分けて入力することもできる。ただし、複数回に分けて入力波形データＤIV，ＤIIを入力する場合には、その入力処理時間が、その分長時間化する。
【００３２】
さらに、本発明は、マルチメータ、インピーダンス測定装置、電力力率測定装置、電圧計および電流計にも適用することが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の測定装置によれば、入力波形データを第１のバッファメモリに転送する第１のデータ転送部と、モニタ波形データを記憶する第２のバッファメモリと、モニタ波形データをディジタル−アナログ変換部に転送する第２のデータ転送部とを備えたため、演算部が、まとまった数の入力波形データを第１のバッファメモリから入力することができ、これにより、入力波形データの入力処理時間を短縮することができる。また、演算部が、クロック信号に同期して、入力波形の１周期分の入力波形データを第１のバッファメモリから一括的に入力すると共に第２のバッファメモリに入力波形の１周期分のモニタ波形データを一括的に出力することにより、波形データ入力処理およびモニタ波形データの出力処理を入力波形の１周期当たりにそれぞれ１回のみ行えばよいため、サンプリング部の所定サンプリング周期毎に波形データの入力処理およびモニタ波形データの出力処理をそれぞれ１回実行する場合と比較し、処理時間を極めて短縮することが可能となる。これにより、演算部として低処理速度のＣＰＵを用いることができると共に、測定値の表示処理を初めとする種々の処理をＣＰＵに対して並行処理させることもできる。
【００３４】
また、請求項２記載の測定装置によれば、外部装置に対して複数種類のモニタ信号を同時に出力することができるため、測定者は、これらの複数種類のモニタ波形を同時に観測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る交流電力測定装置のブロック図である。
【図２】 （ａ）は、ＲＡＭに記憶されている入力波形データに対応する電圧値および電流値を示す説明図であり、（ｂ）は、ＲＡＭに記憶されているモニタ波形データに対応する有効電力の値を示す説明図である。
【図３】 （ａ）は、Ａ／Ｄ変換部によってサンプリングされる電圧波形および電流波形を示す波形図であり、（ｂ）は、有効電力波形に対応するモニタ信号を示す波形図である。
【図４】 本発明の実施の形態に係る交流電力測定装置における処理手順を示す説明図である。
【図５】 （ａ）は、従来の測定装置におけるＡ／Ｄ変換部によってサンプリングされる電圧波形を示す波形図であり、（ｂ）は、Ａ／Ｄ変換部によってサンプリングされる電流波形を示す波形図であり、（ｃ）は、乗算型Ｄ／Ａ変換部から出力されるモニタ信号の波形を示す波形図である。
【図６】 従来の測定装置のブロック図である。
【符号の説明】
１ 交流電力測定装置
３，４ Ａ／Ｄ変換部
５ タイマ
６ 波形整形部
７ バッファメモリ
８ ＤＭＡコントローラ
９ ＣＰＵ
１０ ＲＡＭ
１２ バッファメモリ
１３〜１６ Ｄ／Ａ変換器
１７ Ｄ／Ａ変換部
１８ ＤＭＡコントローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧波形や電流波形をディジタル信号である入力波形データに変換し、その入力波形データに基づいて電圧値、電流値および電力値などの所定の測定値を演算すると共に、その入力波形データに基づいて生成したモニタ信号を外部装置に出力可能な測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のモニタ信号を外部装置に出力可能に構成された測定装置として、図６に示す測定装置２１が従来から知られている。この測定装置２１は、入力した電圧波形および電流波形に基づいて有効電力や無効電力を測定可能に構成されており、Ａ／Ｄ変換部２２，２３、ＣＰＵ２４、ＲＡＭ２５および乗算型Ｄ／Ａ変換部２６を備えている。
【０００３】
この測定装置２１では、Ａ／Ｄ変換部２２が、図５（ａ）に示すように、入力した電圧波形Ｗ１１を例えば６０×５１２Ｈｚのサンプリング信号に同期してサンプリングすることにより、時間ｔ1 、ｔ2 ・・における瞬時電圧Ｖ1 、Ｖ2 ・・に対応する電圧波形データを生成し、各電圧波形データを生成した都度ＣＰＵ２４に対して割込信号を出力する。また、Ａ／Ｄ変換部２３も、同図（ｂ）に示すように、入力した電流波形Ｗ１２をＡ／Ｄ変換部２２と同一のサンプリング信号に同期してサンプリングすることにより、時間ｔ1 、ｔ2 ・・における瞬時電流Ｉ1 、Ｉ2 ・・に対応する電流波形データを生成し、各電流波形データを生成した都度ＣＰＵ２４に対して割込信号を出力する。一方、ＣＰＵ２４は、割込信号が入力される都度、両波形データを入力してＲＡＭ２５に記憶させる。次いで、ＣＰＵ２４は、両波形データに基づいて有効電力や無効電力を演算した後、演算した電力値などを図外の表示装置に表示させる。また、同時に、ＣＰＵ２４は、電圧波形データを乗算型Ｄ／Ａ変換部２６に出力することにより有効電力または無効電力などに対応するモニタ信号を外部装置に出力する。
【０００４】
この場合、有効電力に対応するモニタ信号を出力するときには、ＣＰＵ２４は、Ａ／Ｄ変換部２２によるサンプリング周期と同一周期で、かつ時間ｔ1 ，ｔ2 ・・に対してそれぞれほぼ同時刻の時間ｔ11、ｔ12・・において電圧波形データを出力する。これにより、乗算型Ｄ／Ａ変換部２６は、入力された電流波形Ｗ１２に電圧波形データを乗算することにより、同図（ｃ）に示すように、時間ｔ11，ｔ12・・において、それぞれ有効電力Ｐ1 ，Ｐ2 ・・のモニタ信号Ｗ１３を生成する。一方、無効電力波形に対応するモニタ信号を出力するときには、ＣＰＵ２４は、入力した電圧波形の１／４周期分遅延させた電圧波形データを乗算型Ｄ／Ａ変換回路２６に出力する。この結果、測定者は、有効電力などを測定しつつ、外部装置を用いて有効電力波形などを同時に観測することが可能となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の測定装置２１には、以下の問題点がある。
第１に、従来の測定装置２１では、ＣＰＵ２４は、Ａ／Ｄ変換部２２，２３から両波形データを入力する波形データ入力処理、および乗算型Ｄ／Ａ変換部２６に電圧波形データを出力する波形データ出力処理の両者を、サンプリング信号に同期してほぼ同時に行わなければならない。この場合、一般的に、Ｄ／Ａ変換部の処理速度が遅いため、ＣＰＵ２４が波形データ出力処理を実行するために必要とされる処理時間は、ＲＡＭ２５に対する書込み時間や測定値の演算処理時間などと比較して極めて長時間となっている。この結果、ＣＰＵ２４に対して、波形データ入力処理や波形データ出力処理を実行させつつ、測定値の演算や表示器への表示処理などを並行処理させる必要上、極めて高処理速度のＣＰＵを用いなければならない。このため、従来の測定装置２１には、高価なＣＰＵを搭載しなければならない結果、装置コストが高騰しているという問題点がある。
【０００６】
第２に、従来の測定装置２１では、ＣＰＵの処理速度を考慮すれば、波形データ出力処理に長時間を必要とする結果、同時には有効電力または無効電力の一方に対応するモニタ信号のみしか外部装置に出力することができない。したがって、従来の測定装置２１には、有効電力波形および無効電力波形、あるいは入力電圧波形や入力電流波形をモニタ上で同時に観測したいという測定者の要求を満たすことが非常に困難であるという問題点もある。
【０００７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、装置のコストダウンを可能な測定装置を提供することを主目的とし、複数種類のモニタ信号を同時に観測可能な測定装置を提供することを他の目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく請求項１記載の測定装置は、入力した電圧波形および電流波形の少なくとも一方を所定サンプリング周期でサンプリングすることにより入力波形データを生成するサンプリング部と、入力波形データを記憶するための第１のバッファメモリと、サンプリング部によって生成された入力波形データを第１のバッファメモリに転送する第１のデータ転送部と、第１のバッファメモリに記憶されている入力波形データに基づいて所定の測定値を演算すると共に入力波形データに基づいてモニタ用のモニタ波形データを出力する演算部と、演算部から出力されたモニタ波形データを記憶する第２のバッファメモリと、モニタ波形データをディジタル−アナログ変換することによりモニタ信号を外部装置に出力可能なディジタル−アナログ変換部と、第２のバッファメモリに記憶されているモニタ波形データを所定の周期でディジタル−アナログ変換部に転送する第２のデータ転送部と、入力波形に同期したクロック信号を生成するクロック信号生成部とを備え、演算部は、クロック信号に同期して、入力波形の１周期分の入力波形データを第１のバッファメモリから一括的に入力すると共に入力波形の１周期分に相当するモニタ波形データを第２のバッファメモリに一括的に出力し、第２のデータ転送部は、出力された１周期分に相当するモニタ波形データの各々を所定サンプリング周期と同一周期でディジタル−アナログ変換部に順次転送することを特徴とする。
ここで、本発明における「所定の測定値」には、電圧値、電流値、有効電力値、無効電力値、インピーダンス、位相差および電力力率などが含まれる。
【０００９】
この測定装置では、サンプリング部によってサンプリングされた入力波形データは、第１のデータ転送部によって第１のバッファメモリに転送させられる。したがって、演算部は、入力波形データが第１のバッファメモリにある程度蓄積された時点で、第１のバッファメモリから入力波形データを入力した後に、所定の測定値を演算することが可能となる。また、演算部は、例えば、電圧波形データおよび電流波形データに基づいて有効電力や無効電力に対応するモニタ波形データを生成したり、電圧波形データをそのままモニタ波形データとしたりすることにより、モニタ波形データを第２のバッファメモリに出力する。一方、第２のデータ転送部は、モニタ波形データが第２のバッファメモリにある程度蓄積された時点で、所定の周期として例えばサンプリング部による所定サンプリング周期と同一周期でモニタ波形データをディジタル−アナログ変換部に転送する。これにより、ディジタル−アナログ変換部によってモニタ信号が生成されて外部装置に出力される。
【００１０】
また、この測定装置では、演算部が、クロック信号に同期して、入力波形の１周期分の入力波形データを第１のバッファメモリから一括的に入力すると共に第２のバッファメモリに入力波形の１周期分のモニタ波形データを一括的に出力することにより、波形データ入力処理およびモニタ波形データの出力処理を入力波形の１周期当たりにそれぞれ１回のみ行えばよいため、サンプリング部の所定サンプリング周期毎に波形データの入力処理およびモニタ波形データの出力処理をそれぞれ１回実行する場合と比較し、処理時間を極めて短縮することが可能となる。したがって、演算部として低処理速度のＣＰＵを用いることが可能になると共に、測定値の表示処理を初めとする種々の処理をＣＰＵに対して並行処理させることが可能となる。
【００１１】
請求項２記載の測定装置は、請求項１記載の測定装置において、ディジタル−アナログ変換部は、互いに異なる複数種類のモニタ信号を別個独立して出力可能なディジタル−アナログ変換器を複数備え、第２のデータ転送部は、演算部から出力されたモニタ波形データの種類に対応するディジタル−アナログ変換器にそのモニタ波形データを転送することを特徴とする。
【００１２】
この測定装置では、演算部が電圧波形や電力波形などのモニタ波形データを第２のバッファメモリに転送すれば、第２のデータ転送部が、モニタ波形データの種類に対応するディジタル−アナログ変換器に、そのモニタ波形データを転送する。これにより、外部装置に対して複数のモニタ信号を同時に出力することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る測定装置を交流電力測定装置に適用した実施の形態について説明する。
【００１８】
図１に示す交流電力測定装置（以下、「測定装置」という）１は、２つのプローブ２ａ，２ｂを有し、両プローブ２ａ，２ｂを介してそれぞれ入力した電圧波形および電流波形（本発明における「入力波形」に相当する）に基づいて、商用交流などの測定対象交流の交流電圧、交流電流、有効電力および無効電力を測定すると共に、入力した電圧波形および電流波形に基づいて、測定対象交流の電圧波形、電流波形、有効電力波形および無効電力波形についてのモニタ波形をオシロスコープなどの波形観測用外部装置に出力可能に構成されている。
【００１９】
最初に、測定装置１の構成について、同図を参照して説明する。
【００２０】
測定装置１は、本発明におけるサンプリング部にそれぞれ相当するＡ／Ｄ変換部３，４と、Ａ／Ｄ変換部３，４などに例えば３０．７２ｋＨｚのサンプリング信号ＳS を出力するタイマ５と、本発明におけるクロック信号生成部に相当する波形整形部６と、本発明における第１のバッファメモリに相当するバッファメモリ７と、本発明における第１のデータ転送部に相当するＤＭＡコントローラ８と、本発明における演算部に相当するＣＰＵ９と、ＣＰＵ９の演算結果などを一時的に記憶するＲＡＭ１０と、ＣＰＵ９によって演算された測定値を表示する表示器１１と、本発明における第２のバッファメモリに相当しモニタ波形データを記憶するバッファメモリ１２と、本発明におけるディジタル−アナログ変換器にそれぞれ相当するＤ／Ａ変換器１３〜１６を備えて構成され本発明におけるディジタル−アナログ変換部に相当するＤ／Ａ変換部１７と、本発明における第２のデータ転送部に相当しバッファメモリ１２に記憶されているモニタ波形データをＤ／Ａ変換器１３〜１６に転送するＤＭＡコントローラ１８とを備えている。
【００２１】
ここで、Ａ／Ｄ変換部３，４は、プローブ２ａ，２ｂを介して入力した電圧波形および電流波形をタイマ５から出力されるサンプリング信号ＳS に同期してサンプリングすることにより、入力電圧波形データおよび入力電流波形データ（以下、両者を総称して「入力波形データ」ともいう）をそれぞれ生成する。波形整形部６は、プローブ２ａを介して入力した電圧波形を内部のシュミットトリガ回路によって矩形波に波形整形すると共に、その矩形波の電圧レベルが所定の基準電圧を超えたときにハイレベル信号を生成することによりパルス状の周期信号ＳP （本発明における「クロック信号」に相当する）を生成する。バッファメモリ７，１２は、特に限定されないが、デュアルポートメモリまたはＦＩＦＯ（First In First Out）などで構成され波形データを一時的に記憶する。ＤＭＡコントローラ８は、Ａ／Ｄ変換部３，４が１つの入力波形データに対するアナログ−ディジタル変換を終了した際に出力するラッチ信号ＳR1を入力する都度、Ａ／Ｄ変換部３，４に対して転送命令信号ＳT1を出力することにより、その入力波形データをＡ／Ｄ変換部３，４からバッファメモリ７に転送させる。
【００２２】
ＣＰＵ９は、バッファメモリ７に記憶されている入力波形データを入力する入力処理、入力波形データに基づいて有効電力、無効電力、電圧値および電流値などを演算する演算処理、図外の操作スイッチに基づいて指定された種類のモニタ用のモニタ波形データを出力する出力処理、および測定値を表示器１１に表示させる表示処理（以下、これらの処理を総称して、「入力・演算・出力処理」ともいう）などを実行する。
【００２３】
Ｄ／Ａ変換器１３〜１６は、それぞれ、入力されたモニタ波形データをディジタル−アナログ変換することにより、交流電圧波形、交流電流波形、有効電力波形および無効電力波形についてのモニタ信号Ａ〜Ｄを出力する。ＤＭＡコントローラ１８は、バッファメモリ１２に記憶されているモニタ波形データをサンプリング信号ＳS に同期して１つずつＤ／Ａ変換器１３〜１６に出力する。具体的には、ＤＭＡコントローラ１８は、１つのモニタ波形データがアナログ信号であるモニタ信号Ａ〜Ｄに変換された際に各Ｄ／Ａ変換器１３〜１６から出力されるラッチ信号ＳR2を入力した都度、サンプリング信号ＳS に同期した転送命令信号ＳT2をバッファメモリ１２に対して出力することにより、次のモニタ波形データをＤ／Ａ変換器１３〜１６に転送させる。これにより、ＤＭＡコントローラ１８が、Ａ／Ｄ変換部３によってサンプリングされた周期と同一周期でモニタ波形データを出力する結果、後述するように入力電圧波形の２周期分遅延したモニタ信号がリアルタイムで外部装置に出力される。
【００２４】
次に、測定装置１の全体的な動作について、図２〜４を参照して説明する。
【００２５】
まず、図４に示すように、入力された電圧波形Ｗ１の最初の周期Ｔ1 において入力波形データ転送処理が実行される。この処理では、プローブ２ａ，２ｂを介して電圧波形および電流波形が入力されると、Ａ／Ｄ変換部３が、図３（ａ）に示すようにサンプリング信号ＳS の立ち上がりに同期して電圧波形Ｗ１の電圧値Ｖ1 ，Ｖ2 ，Ｖ3 ・・を順次サンプリングすると共に、Ａ／Ｄ変換部４も、同図に示すように電流波形Ｗ２の電流値Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ・・を順次サンプリングする。なお同図では、両波形Ｗ１，Ｗ２を便宜上、同一波形で描いている。この場合、Ａ／Ｄ変換部３，４は、サンプリングした電圧値Ｖ1 および電流値Ｉ1 をアナログ−ディジタル変換することにより入力電圧波形データＤIVおよび入力電流波形データＤIIを生成すると共に、ラッチ信号ＳR1をＤＭＡコントローラ８にそれぞれ出力する。一方、ＤＭＡコントローラ８は、ラッチ信号ＳR1を入力する都度、Ａ／Ｄ変換部３，４に転送命令信号ＳT1を出力することにより、Ａ／Ｄ変換部３，４に対してバッファメモリ７の所定の記憶領域に入力波形データＤIV，ＤIIを転送させる。この結果、波形整形部６によって周期信号ＳP が１回出力される間に、両波形Ｗ１，Ｗ２の１周期当たり、例えば６０Ｈｚの交流の場合には、それぞれ５１２個の入力波形データＤIV，ＤIIがリアルタイムでバッファメモリ７に順次転送される。
【００２６】
次に、電圧波形Ｗ１の次の周期Ｔ2 においては、波形整形部６からの周期信号ＳP に同期してのＣＰＵ９による入力・演算・出力処理と、周期Ｔ2 についての上記した入力波形データ転送処理が実行される。入力・演算・出力処理においては、ＣＰＵ９は、最初に、周期Ｔ1 におけるすべての入力波形データＤIV，ＤIIをバッファメモリ７から一括的に入力し、図２（ａ）に示すように、入力電圧波形データＤIVおよび入力電流波形データＤIIにそれぞれ対応する電圧値Ｖ1 〜Ｖn および電流値Ｉ1 〜Ｉn を対にしてＲＡＭ１０に記憶させる。
【００２７】
次いで、ＣＰＵ９は、有効電力、無効電力、交流電圧および交流電流にそれぞれ対応するモニタ波形データを同時に生成し、生成したモニタ波形データをＲＡＭ１０に記憶させる。この場合、ＣＰＵ９は、有効電力に対応するモニタ波形データについては、対にして記憶させた電圧値（例えば、Ｖ1 〜Ｖn ）と電流値（例えば、Ｉ1 〜Ｉn ）とを互いにそれぞれ乗算することによってモニタ波形データＤOPを生成する。同図（ｂ）は、ＲＡＭ１０に記憶されているモニタ波形データＤOPに対応する有効電力Ｐ1 〜Ｐn がＲＡＭ１０に記憶させている状態を示している。一方、無効電力に対応するモニタ波形データについては、ＣＰＵ９は、対にして記憶させた電圧値（例えば、Ｖ1 〜Ｖn ）と、その電圧値に対して１／４周期分遅れた電流値（Ｉ1+n/4 〜Ｉn+n/4 ）とを互いにそれぞれ乗算することによってモニタ波形データＤOQを生成する。また、電圧および電流に対応するモニタ波形データＤOVおよびＤOIは、Ａ／Ｄ変換部３，４によってそれぞれサンプリングされた入力電圧波形データＤIVおよび入力電流波形データＤIIがそのまま用いられている。次いで、ＣＰＵ９は、入力波形データＤIV，ＤIIに基づき所定の計算プログラムに従って周期Ｔ1 についての有効電力や無効電力などを演算し、演算結果を表示器１１に表示させる。次に、ＣＰＵ９は、入力波形データ転送処理として、周期Ｔ1 についてのモニタ波形データＤOV，ＤOI，ＤOP，ＤOQをバッファメモリ１２に出力する。
【００２８】
次いで、電圧波形Ｗ１の次の周期Ｔ3 においては、ＤＭＡコントローラ１８による周期Ｔ1 についてのモニタ波形データを転送するモニタ波形データ転送処理と、ＣＰＵ９による周期Ｔ2 についての上記した入力・演算・出力処理とが実行される。モニタ波形データ転送処理では、ＤＭＡコントローラ１８は、モニタ波形データＤOV，ＤOI，ＤOP，ＤOQの各種類に対応するＤ／Ａ変換器１３〜１６にモニタ波形データＤOV，ＤOI，ＤOP，ＤOQを転送する。この場合、例えば、有効電力に対応するモニタ信号Ｗ３は、図３（ｂ）に示すように、サンプリング信号ＳS に同期して出力される結果、図４に示すように、周期Ｔ1 から２周期分遅れた周期Ｔ3 の期間においてＤ／Ａ変換器１５から出力される。なお、モニタ信号Ａ〜Ｄは、２周期分遅れて出力されるものの、これらはサンプリング信号ＳS に位相同期しているため、互いに時間的ずれがない状態で表示される。
【００２９】
この後、各周期Ｔ4 〜Ｔn 毎に、上記した入力波形データ転送処理、入力・演算・出力処理およびモニタ波形データ転送処理が次々と実行される結果、測定装置１による電力などの測定、その測定値の表示、およびモニタ信号Ａ〜Ｄの出力が連続して行われる。
【００３０】
このように、本実施形態に係る測定装置１によれば、ＣＰＵ９は、電圧波形Ｗ１の各周期に対応する入力波形データを次の各周期において一括的にそれぞれ入力すると共に、１周期分に相当するモニタ波形データをバッファメモリ１２に一括的に出力する。このため、サンプリング信号ＳS の各周期毎に、入力波形データを入力したり、モニタ波形データを出力したりする場合と比較し、ＣＰＵ９の処理回数が激減することにより、そのための処理時間を極めて短縮することができる。また、ＣＰＵ９がモニタ波形データをＤ／Ａ変換部１７に直接出力しなくてもよいため、モニタ波形データの出力処理に要する処理時間を極めて短縮することができる。これにより、低処理速度のＣＰＵを用いることができる結果、測定装置１のコストダウンを図ることができると共に、ＣＰＵ９に対して、種々の処理を並行して処理させることができる。さらに、複数種類のモニタ信号Ａ〜Ｄを出力することができるため、測定者は、有効電力波形や無効電力波形などを同時に観測することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、ＣＰＵ９は、電圧波形Ｗ１の１周期に対応する入力波形データＤIV，ＤIIを一括的に入力しているが、電圧波形Ｗ１または電流波形Ｗ２の２周期以上に対応する入力波形データＤIV，ＤIIを一括的に入力してもよいし、電圧波形Ｗ１または電流波形Ｗ２の１周期において入力波形データＤIV，ＤIIを複数回に分けて入力することもできる。ただし、複数回に分けて入力波形データＤIV，ＤIIを入力する場合には、その入力処理時間が、その分長時間化する。
【００３２】
さらに、本発明は、マルチメータ、インピーダンス測定装置、電力力率測定装置、電圧計および電流計にも適用することが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の測定装置によれば、入力波形データを第１のバッファメモリに転送する第１のデータ転送部と、モニタ波形データを記憶する第２のバッファメモリと、モニタ波形データをディジタル−アナログ変換部に転送する第２のデータ転送部とを備えたため、演算部が、まとまった数の入力波形データを第１のバッファメモリから入力することができ、これにより、入力波形データの入力処理時間を短縮することができる。また、演算部が、クロック信号に同期して、入力波形の１周期分の入力波形データを第１のバッファメモリから一括的に入力すると共に第２のバッファメモリに入力波形の１周期分のモニタ波形データを一括的に出力することにより、波形データ入力処理およびモニタ波形データの出力処理を入力波形の１周期当たりにそれぞれ１回のみ行えばよいため、サンプリング部の所定サンプリング周期毎に波形データの入力処理およびモニタ波形データの出力処理をそれぞれ１回実行する場合と比較し、処理時間を極めて短縮することが可能となる。これにより、演算部として低処理速度のＣＰＵを用いることができると共に、測定値の表示処理を初めとする種々の処理をＣＰＵに対して並行処理させることもできる。
【００３４】
また、請求項２記載の測定装置によれば、外部装置に対して複数種類のモニタ信号を同時に出力することができるため、測定者は、これらの複数種類のモニタ波形を同時に観測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る交流電力測定装置のブロック図である。
【図２】 （ａ）は、ＲＡＭに記憶されている入力波形データに対応する電圧値および電流値を示す説明図であり、（ｂ）は、ＲＡＭに記憶されているモニタ波形データに対応する有効電力の値を示す説明図である。
【図３】 （ａ）は、Ａ／Ｄ変換部によってサンプリングされる電圧波形および電流波形を示す波形図であり、（ｂ）は、有効電力波形に対応するモニタ信号を示す波形図である。
【図４】 本発明の実施の形態に係る交流電力測定装置における処理手順を示す説明図である。
【図５】 （ａ）は、従来の測定装置におけるＡ／Ｄ変換部によってサンプリングされる電圧波形を示す波形図であり、（ｂ）は、Ａ／Ｄ変換部によってサンプリングされる電流波形を示す波形図であり、（ｃ）は、乗算型Ｄ／Ａ変換部から出力されるモニタ信号の波形を示す波形図である。
【図６】 従来の測定装置のブロック図である。
【符号の説明】
１ 交流電力測定装置
３，４ Ａ／Ｄ変換部
５ タイマ
６ 波形整形部
７ バッファメモリ
８ ＤＭＡコントローラ
９ ＣＰＵ
１０ ＲＡＭ
１２ バッファメモリ
１３〜１６ Ｄ／Ａ変換器
１７ Ｄ／Ａ変換部
１８ ＤＭＡコントローラ
Claims (2)
- 入力した電圧波形および電流波形の少なくとも一方の入力波形を所定サンプリング周期でサンプリングすることにより入力波形データを生成するサンプリング部と、前記入力波形データを記憶するための第１のバッファメモリと、前記サンプリング部によって生成された前記入力波形データを前記第１のバッファメモリに転送する第１のデータ転送部と、前記第１のバッファメモリに記憶されている入力波形データに基づいて所定の測定値を演算すると共に当該入力波形データに基づいてモニタ用のモニタ波形データを出力する演算部と、当該演算部から出力されたモニタ波形データを記憶する第２のバッファメモリと、前記モニタ波形データをディジタル−アナログ変換することによりモニタ信号を外部装置に出力可能なディジタル−アナログ変換部と、前記第２のバッファメモリに記憶されている前記モニタ波形データを所定の周期で前記ディジタル−アナログ変換部に転送する第２のデータ転送部と、前記入力波形に同期したクロック信号を生成するクロック信号生成部とを備え、
前記演算部は、前記クロック信号に同期して、前記入力波形の１周期分の前記入力波形データを前記第１のバッファメモリから一括的に入力すると共に当該入力波形の１周期分に相当する前記モニタ波形データを前記第２のバッファメモリに一括的に出力し、前記第２のデータ転送部は、前記出力された１周期分に相当するモニタ波形データの各々を前記所定サンプリング周期と同一周期で前記ディジタル−アナログ変換部に順次転送することを特徴とする測定装置。 - 前記ディジタル−アナログ変換部は、互いに異なる複数種類の前記モニタ信号を別個独立して出力可能なディジタル−アナログ変換器を複数備え、前記第２のデータ転送部は、前記演算部から出力された前記モニタ波形データの種類に対応する前記ディジタル−アナログ変換器に当該モニタ波形データを転送することを特徴とする請求項１記載の測定装置。
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