JP5035815B2 - 周波数測定装置 - Google Patents
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前記A/D変換器によって得られたデータに対して、高速フーリエ演算を行う高速フーリエ演算手段と、
前記高速フーリエ演算手段の演算結果をスカラー変換して前記アナログ信号のスペクトラムのデータを求めるベクトル・スカラー変換手段と、を備え、
前記A/D変換器によって得られたデータにサイドローブを抑圧するための窓関数をかけずに前記高速フーリエ演算が行われ、これにより前記ベクトル・スカラー変換手段によって求められたスペクトラムのデータは、サイドローブが抑圧されていない波形のデータとなるように構成されており、
さらに、前記ベクトル・スカラー変換手段によって求められたスペクトラムのデータの中から、所定次数のピークにおける最大のデータと、周波数軸上でその前後にあるデータとを検出し、さらに前記前後にあるデータのうち大きい方のデータを検出するデータ検出手段と、
前記検出された最大のデータと、前記検出された前後にあるデータのうち大きい方のデータとによる両データの周波数の間において、前記両データの周波数の差を、前記両データのうち前記最大のデータに近い方に按分した値となるように前記前後にあるデータの比により按分したところの周波数を前記アナログ信号の周波数として求める周波数演算手段と、を備えたことを特徴としている。
前記データ検出手段にて検出されたデータのうち前記最大のデータを外した前記前後にあるデータの周波数の間において、前記前後にあるデータの周波数の差を、前記前後にあるデータのうち大きい方のデータに近い方に按分した値となるように前記前後にあるデータの比により按分したところの周波数を前記アナログ信号の周波数として求める周波数演算手段と、を備えたことを特徴としている。
(数1)
fx=f(n)+Δf・y(n+1)/{y(n)+y(n+1)}
この数式1は、以下のようにして導かれる。y(n)とy(n+1)を結ぶ線上において、周波数fxとなる点がx1:x2で与えられるとし、x1:x2がy(n+1):y(n)となる、つまりy(n)とy(n+1)を結ぶ線上においてy(n)とy(n+1)のうち大きい方のデータy(n)に近い方に周波数fxの点を示すようにy(n)とy(n+1)で按分(比例配分)する。そして、x1:x2=y(n+1):y(n)およびΔf=x1+x2から、x1=Δf・y(n+1)/{y(n)+y(n+1)}が得られ、それにf(n)を加えることにより、周波数fxが求められる。つまり、上記した数式1の意味するところは、周波数f(n)と周波数f(n+1)の間において、スペクトラム間隔Δfを、y(n)とy(n+1)のうち大きいデータ(図3の場合y(n))に近い方に按分した値となるようにy(n)とy(n+1)の比により按分したところの周波数fxをアナログ信号の周波数とするものである。
(数2)
fx=f(n+1)−Δf・y(n)/{y(n)+y(n+1)}
また、アナログ信号の周波数がスペクトラム間隔Δfの整数倍となる場合には、一本のスペクトルが立つ波形のデータとなり、その前後の周波数のスペクトルのデータは理論的にはゼロであるが実際には演算誤差等によってゼロにはならないので、そのデータを用いると周波数の測定精度が低下することになる。この場合、演算誤差等によって、前後の周波数のスペクトルのデータはそれぞれ極めて小さな値となるか、あるいは両者がほぼ等しい値になる。したがって、周波数演算手段19では、前後の周波数のスペクトルのデータのうち大きい方のデータが所定値(スレッショルド値)以下となるとき、あるいは前後の周波数のスペクトルのデータの差がほぼ等しいとき(すなわち差がある値以下のとき)に、上記した周波数演算を行わずに、最大のデータの周波数をfxとして出力し、前後の周波数のスペクトルのデータのうち大きい方のデータが所定値より大きく、かつ前後の周波数のスペクトルのデータの差がある値より大きい場合に、上記した周波数演算を行って周波数fxを出力するようにするのが好ましい。
(数3)
fx=f(n−1)+2Δf・y(n+1)/{y(n−1)+y(n+1)}
(数4)
fx=f(n+1)−2Δf・y(n−1)/{y(n−1)+y(n+1)}
この例の場合、以下のようにして実現することができる。データ検出手段18は、ベクトル・スカラー変換手段15によって求められたスペクトラムのデータの中から、所定次数のピークにおける最大のデータ、すなわち周波数f(n)のときのスペクトラムのデータy(n)と、周波数軸上でその前後にある両データ、すなわち周波数f(n+1)のときのスペクトラムのデータy(n+1)と周波数f(n−1)のときのスペクトラムのデータy(n−1)を検出する。周波数演算手段19は、検出されたデータのうち、周波数f(n)のときのスペクトラムのデータy(n)を外し、周波数f(n+1)のときのスペクトラムのデータy(n+1)と周波数f(n−1)のときのスペクトラムのデータy(n−1)とスペクトラム間隔Δfとにより、数式3あるいは数式4を用いてアナログ信号の周波数fxを求める。この場合、周波数演算手段19において、周波数f(n)のときのスペクトラムのデータy(n)に対し、周波数f(n+1)のときのスペクトラムのデータy(n+1)と周波数f(n−1)のときのスペクトラムのデータy(n−1)の比率がそれぞれ所定値(例えば1/1000)を超えるときに、上記した数式3あるいは数式4を用いて周波数fxを求め、それ以外のときには、上記した数式1あるいは数式2を用いて周波数fxを求めるようにすることができる。
Claims (6)
- アナログ信号をディジタルのデータに変換するA/D変換器と、
前記A/D変換器によって得られたデータに対して、高速フーリエ演算を行う高速フーリエ演算手段と、
前記高速フーリエ演算手段の演算結果をスカラー変換して前記アナログ信号のスペクトラムのデータを求めるベクトル・スカラー変換手段と、を備え、
前記A/D変換器によって得られたデータにサイドローブを抑圧するための窓関数をかけずに前記高速フーリエ演算が行われ、これにより前記ベクトル・スカラー変換手段によって求められたスペクトラムのデータは、サイドローブが抑圧されていない波形のデータとなるように構成されており、
さらに、前記ベクトル・スカラー変換手段によって求められたスペクトラムのデータの中から、所定次数のピークにおける最大のデータと、周波数軸上でその前後にあるデータとを検出し、さらに前記前後にあるデータのうち大きい方のデータを検出するデータ検出手段と、
前記検出された最大のデータと、前記検出された前後にあるデータのうち大きい方のデータとによる両データの周波数の間において、前記両データの周波数の差を、前記両データのうち前記最大のデータに近い方に按分した値となるように前記両データの比により按分したところの周波数を前記アナログ信号の周波数として求める周波数演算手段と、を備えたことを特徴とする周波数測定装置。 - 前記両データを、周波数f(n)のときのスペクトラムのデータy(n)、周波数f(n+1)のときのスペクトラムのデータy(n+1)とし、前記両データの周波数の差をΔfとしたとき、前記周波数演算手段は、前記アナログ信号の周波数fxを、fx=f(n)+Δf・y(n+1)/{y(n)+y(n+1)}あるいはfx=f(n+1)−Δf・y(n)/{y(n)+y(n+1)}により求めることを特徴とする請求項1に記載の周波数測定装置。
- 前記周波数演算手段は、前記前後にあるデータのうち大きい方のデータが所定値以下となるとき、あるいは前記前後にあるデータの差がある値以下のときには、前記周波数を求める演算を行わずに、前記最大のデータの周波数を前記アナログ信号の周波数とすることを特徴とする請求項1または2に記載の周波数測定装置。
- 前記周波数演算手段は、前記最大のデータに対する前記前後にあるデータの比率がそれぞれ所定値を超えるときには、前記前後にあるデータの周波数の間において、前記前後にあるデータの周波数の差を、前記前後にあるデータのうち大きい方のデータに近い方に按分した値となるように前記前後にあるデータの比により按分したところの周波数を前記アナログ信号の周波数として求めることを特徴とする請求項1または2に記載の周波数測定装置。
- アナログ信号をディジタルのデータに変換するA/D変換器と、
前記A/D変換器によって得られたデータに対して、高速フーリエ演算を行う高速フーリエ演算手段と、
前記高速フーリエ演算手段の演算結果をスカラー変換して前記アナログ信号のスペクトラムのデータを求めるベクトル・スカラー変換手段と、を備え、
前記A/D変換器によって得られたデータにサイドローブを抑圧するための窓関数をかけずに前記高速フーリエ演算が行われ、これにより前記ベクトル・スカラー変換手段によって求められたスペクトラムのデータは、サイドローブが抑圧されていない波形のデータとなるように構成されており、
さらに、前記ベクトル・スカラー変換手段によって求められたスペクトラムのデータの中から、所定次数のピークにおける最大のデータと、周波数軸上でその前後にあるデータとを検出するデータ検出手段と、
前記データ検出手段にて検出されたデータのうち前記最大のデータを外した前記前後にあるデータの周波数の間において、前記前後にあるデータの周波数の差を、前記前後にあるデータのうち大きい方のデータに近い方に按分した値となるように前記前後にあるデータの比により按分したところの周波数を前記アナログ信号の周波数として求める周波数演算手段と、を備えたことを特徴とする周波数測定装置。 - 前記最大のデータを、周波数f(n)のときのスペクトラムのデータy(n)、前記前後にあるデータを、周波数f(n−1)のときのスペクトラムのデータy(n−1)、周波数f(n+1)のときのスペクトラムのデータy(n+1)とし、各データの周波数の差をΔfとしたとき、前記周波数演算手段は、前記アナログ信号の周波数fxを、fx=f(n−1)+2Δf・y(n+1)/{y(n−1)+y(n+1)}あるいはfx=f(n+1)−2Δf・y(n−1)/{y(n−1)+y(n+1)}により求めることを特徴とする請求項5に記載の周波数測定装置。
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