JP4225651B2 - 回路素子測定器の位相誤差補正方法 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は回路素子測定器の位相誤差補正方法に関し、さらに詳しく言えば、同期整流により電圧波形および電流波形の0度成分と90度成分を抽出する際の位相誤差補正方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電圧電流計法によりディジタル的に検出波形を処理する回路素子測定器(例えば、ディジタルLCRメータ)においては、被測定物に測定電圧を印加した状態で、その被測定物の端子間に現れる電圧とそれに流れる電流を検出回路で検出するとともに、A/D変換器でディジタル処理した後、CPUなどの制御手段により各種の回路定数を求めるようにしている。
【0003】
ところで、検出回路にはフィルタなどが設けられているため、電圧・電流を検出する際に、検出回路の特性によっては電圧・電流の位相情報にその回路(機器)固有の誤差が生ずる場合がある。この位相誤差は演算結果に影響をおよぼすため、補正する必要がある。この誤差を補正する方法としては、おおよそ次の方法が知られている。
【0004】
その一つはソフトウェアで補正する方法である(第1従来例)。この方法においては、まず、インピーダンスZ0と位相角θ0が既知である基準試料を測定し、位相角についてその実測値θ1を求める。そして、既知の位相角θ0と実測値θ1との差θ2(=θ0−θ1)を算出し、メモリに記憶させておく。
【0005】
次に、未知の試料を測定する場合には、その位相角の実測値θを求めた後、メモリから上記位相差θ2を読み出して実測値θに加算する。これにより、検出回路による固有の誤差を測定値から除去することができる。
【0006】
別の方法としては、ハード的に補正する方法がある(第2従来例)。この方法においては、検出回路に例えばトリマコンデンサからなる調整回路を設け、実際の検出波形をオシロスコープで観察するなどして位相情報を確認しながら、手動でトリマコンデンサを調整して位相誤差を排除する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ソフトウェアで補正する第1従来例の場合には、位相角が既知の試料を使用することにより、比較的簡単に位相角に関する誤差を求めることができる。しかしながら、各種の回路定数を求めるにあたっては、必ずCPUにて位相角の補正演算を行なってその誤差成分を取り除いた上で、回路定数を求めなければならないため、CPUの処理時間が余分にかかるという課題があった。
【0008】
これに対して、調整回路を用いる第2従来例によれば、ソフト的処理が不要であるため、CPUを使用しない装置にも適用可能であるが、この場合には、振動などの外的要因によってトリマなどが不用意に動き、調整がずれてしまうおそれがあるので好ましくない。また、手動調整であるため信頼性の面でも課題がある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は、電圧・電流の検出波形に同期整流処理を施して、その0度成分および90度成分を得るにあたって、CPUに余計な負担をかけることなく、検出回路などの機器固有の特性に基づく位相誤差を補正することができるようにした回路素子測定器の位相誤差補正方法を提供することにある。
【0010】
上記目的を達成するため、本発明は、測定信号源より所定の測定電圧が印加されている試料(被測定回路素子)の端子間電圧および同試料に流れている電流を検出する測定信号検出回路と、同測定信号検出回路により検出された電圧および電流を所定のサンプリング間隔でディジタルに変換するA/D変換器と、そのディジタル変換された電圧データと電流データとから上記試料の回路定数を演算する制御手段と、その演算に必要なデータや演算結果などを記憶するメモリとを含み、上記電圧データおよび上記電流データとその基本波データとを積和演算する同期整流により、上記検出電圧波形と上記検出電流波形の0度成分と90度成分をそれぞれ抽出する回路素子測定器の位相誤差補正方法において、少なくとも位相角が既知(θST)である基準試料を測定し、上記制御手段によりその位相角の実測値(θM)を求める第1ステップと、上記既知の位相角(θST)と上記実測値(θM)との差(θST−θM)=θrefを求める第2ステップと、上記検出電圧波形の同期整流用として、基本波であるsinθ波形およびcosθ波形から上記サンプリング間隔と同一の間隔にて1周期分のデータを抽出して第1データテーブルを作成する第3ステップと、上記検出電流波形の同期整流用として、基本波であるsinθ波形およびcosθ波形の各位相を上記位相差θref分ずらせてsin(θ−θref)、cos(θ−θref)とした波形から上記サンプリング間隔と同一の間隔にてその1周期分のデータを抽出して第2データテーブルを作成する第4ステップとをあらかじめ実行し、しかる後、実際の被測定試料について測定して、その電圧データおよび電流データを得、上記第1データテーブルからsinθ波形およびcosθ波形の各基本波データを読み出してそれぞれ上記電圧データと積和演算して同電圧データの0度成分と90度成分を抽出するとともに、上記第2データテーブルからsin(θ−θref)およびcos(θ−θref)の各基本波データを読み出してそれぞれ上記電流データと積和演算して同電流データの0度成分と90度成分を抽出することを特徴としている。
【0011】
本発明によれば、上記第1従来例のように位相を演算で求めてから補正する方法に比べて、あらかじめ基本波の位相を調整しておくだけでよく、実際の測定段階での演算手順にはなんら変更を要しないため、CPUでの演算時間のロスがない。すなわち、本発明によれば、位相誤差を同期整流処理時に補正することができる。また、上記第2従来例のように外来振動などによって、補正データが変化することもない。
【0012】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を図面に示されている実施例により具体的に説明する。
【0013】
図1に模式的に示されているように、この実施例としての回路素子測定器は、主たる構成として、測定信号検出回路1、A/D変換器2、演算処理手段としてのCPU(central proccesing unit)3およびその演算に必要なデータや演算結果などを記憶するメモリ4を備えている。
【0014】
測定信号検出回路1は、図示されていない測定信号源より所定の測定電圧が印加されている同じく図示されていない試料(被測定回路素子)の端子間電圧および同試料に流れている電流を検出する。
【0015】
A/D変換器2は、同測定信号検出回路1により検出された電圧および電流を所定のサンプリング間隔でディジタルに変換する。また、CPU3は、A/D変換された電圧データと電流データとから上記試料の回路定数を演算する。
【0016】
図2には、測定信号検出回路1で試料から検出された電圧波形Vvと電流波形Viとが示されている。なお、この実施例では電流波形Viは電圧波形Vvよりも位相が30度遅れているものとして示されている。
【0017】
また、図2にはA/D変換器2により、1周期あたりnポイント、この実施例では12ポイントの等間隔でサンプリングされた電圧波形Vvと電流波形Viのデータポイントが、それぞれVv(0)〜Vv(11)、Vi(0)〜Vi(11)として示されている。
【0018】
図3には、同期整流に用いられる基本波としてのsin波形Sとcos波形Cとが示されている。この基本波と試料から検出された検出波形とを積和演算することにより、検出波形の0度成分と90度成分が抽出されるが、本発明では、その基本波の位相情報を操作することにより、測定信号検出回路1などで生ずる検出波形の位相誤差を補正するもので、以下にその手順を説明する。
【0019】
まず、位相が既知(真値)θSTである基準試料を測定し、その実測値θMを求める。そして、その実測値θMと真値θSTとから、位相誤差θREF(=θST−θM)を算出する。
【0020】
次に、電圧波形Vvを同期整流するための基本波の第1データテーブルと、電流波形Viを同期整流するための基本波の第2データテーブルを作成する。なお、これらのデータテーブルはメモリ4内に用意される。
【0021】
第1データテーブルには、図3に示されているsin波形S(sinθ)とcos波形C(cosθ)をそのまま、それぞれ1周期あたり12ポイントの等間隔でサンプリングした基本波データSa(0)〜Sa(11),Ca(0)〜Ca(11)を書き込む。
【0022】
これに対し、第2データテーブルを作成するにあたっては、上記sin波形Sとcos波形Cの位相をθREFだけずらして、sin(θ−θREF),cos(θ−θREF)とする。そして、これについてそれぞれ1周期あたり12ポイントの等間隔でサンプリングした基本波データSb(0)〜Sb(11),Cb(0)〜Cb(11)を第2データテーブルに書き込む。
【0023】
このようにして第1および第2データテーブルを用意した後、未知の試料(被測定物)について実際の測定が行なわれるのであるが、その試料から検出された電圧波形Vvについては、第1データテーブルから基本波データSa(0)〜Sa(11),Ca(0)〜Ca(11)を読み出して同期整流する。すなわち、CPU3において次式(1)(2)の積和演算が実行され、電圧波形Vvの0度成分Vvsと90度成分Vvcとが求められる。
【0024】
【数1】
【数2】
【0025】
次に、電流波形Viについては、第2データテーブルから位相がθREFだけずらされた基本波データSb(0)〜Sb(11),Cb(0)〜Cb(11)を読み出して同期整流する。すなわち、CPU3において次式(3)(4)の積和演算が実行され、電流波形Viの0度成分Visと90度成分Vicとが求められる。
【0026】
【数3】
【数4】
なお、上記の各式(1)〜(4)においてnは12である。
【0027】
このように、同期整流するにあたって、電流波形Viに位相誤差θREF分だけ位相をずらした基本波を掛けることにより、同期整流処理内でその位相誤差を補正することができる。
【0028】
なお、電圧波形Vvおよび電流波形Viの各成分Vvs,Vvc,VisおよびVicより所定の計算式にしたがって抵抗Rx,リアクタンスXx,コンダクタンスGx,サセプタンスBxが求められ、さらに、これらからインピーダンス|Z|,キャパシタンスC,インダクタンスL,抵抗Rなどの回路定数が求められる。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、位相が既知の基準試料を測定して検出回路などで生ずる位相誤差θREFを求め、検出波形を同期整流する際、電流波形にはその位相誤差θREF分だけ位相をずらした基本波を掛けるようにしたことにより、位相誤差を同期整流処理時に補正することができる。
【0030】
すなわち、上記第1従来例のように位相を演算で求めてから補正する方法に比べて、あらかじめ基本波の位相を調整しておくだけでよく、実際の測定段階での演算手順にはなんら変更を要しないため、CPUでの演算時間のロスがない。また、上記第2従来例のように外来振動などによって、補正データが変化することもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の位相誤差補正方法が適用される回路素子測定器の概略的なブロック図。
【図2】検出波形の一例を示した波形図。
【図3】基本波を示した波形図。
【符号の説明】
1 測定信号検出回路
2 A/D変換器
3 演算処理手段(CPU)
4 メモリ
Claims (1)
- 測定信号源より所定の測定電圧が印加されている試料(被測定回路素子)の端子間電圧および同試料に流れている電流を検出する測定信号検出回路と、同測定信号検出回路により検出された電圧および電流を所定のサンプリング間隔でディジタルに変換するA/D変換器と、そのディジタル変換された電圧データと電流データとから上記試料の回路定数を演算する制御手段と、その演算に必要なデータや演算結果などを記憶するメモリとを含み、上記電圧データおよび上記電流データとその基本波データとを積和演算する同期整流により、上記検出電圧波形と上記検出電流波形の0度成分と90度成分をそれぞれ抽出する回路素子測定器の位相誤差補正方法において、
少なくとも位相角が既知(θST)である基準試料を測定し、上記制御手段によりその位相角の実測値(θM)を求める第1ステップと、
上記既知の位相角(θST)と上記実測値(θM)との差(θST−θM)=θrefを求める第2ステップと、
上記検出電圧波形の同期整流用として、基本波であるsinθ波形およびcosθ波形から上記サンプリング間隔と同一の間隔にて1周期分のデータを抽出して第1データテーブルを作成する第3ステップと、
上記検出電流波形の同期整流用として、基本波であるsinθ波形およびcosθ波形の各位相を上記位相差θref分ずらせてsin(θ−θref)、cos(θ−θref)とした波形から上記サンプリング間隔と同一の間隔にてその1周期分のデータを抽出して第2データテーブルを作成する第4ステップとをあらかじめ実行し、しかる後、実際の被測定試料について測定して、その電圧データおよび電流データを得、
上記第1データテーブルからsinθ波形およびcosθ波形の各基本波データを読み出してそれぞれ上記電圧データと積和演算して同電圧データの0度成分と90度成分を抽出するとともに、上記第2データテーブルからsin(θ−θref)およびcos(θ−θref)の各基本波データを読み出してそれぞれ上記電流データと積和演算して同電流データの0度成分と90度成分を抽出することを特徴とする回路素子測定器の位相誤差補正方法。
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