JP7161830B2

JP7161830B2 - 波形記録装置

Info

Publication number: JP7161830B2
Application number: JP2018184848A
Authority: JP
Inventors: 誉下平
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2022-10-27
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: JP2020052024A

Description

本発明は、波形記録装置に関し、さらに詳しく言えば、測定波形の異常箇所等を検索することができる波形検索機能を有する波形記録装置に関するものである。

波形記録装置は、その基本的な構成として、入力部、記憶部、表示部、制御部および操作部を備え、入力部より被測定対象物から測定されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換してデジタルの測定データとして取り込み、操作部より設定された測定項目について、制御部にて所定の処理を行い、その測定データを逐次表示部に表示しながら、所定の時間軸長ごとに１波形ファイルとして記憶部に格納する。

これによれば、波形ファイル名もしくは番号を指定して、記憶部から所望とする波形データを読み出して表示部に表示することができる。しかしながら、記憶部に格納される波形ファイル数が多くなると、その中から、所望とする波形（類似波形、非類似波形、異常波形等）を読み出すことは容易でない。

そこで、特許文献１に記載された発明では、時間方向（横軸方向）と測定値方向（縦軸方向）に検索ゾーン（異常領域）を設定し、この検索ゾーン内にデータがあるかどうかで、例えば異常波形を検索するようにしている。

また、特許文献２に記載された発明では、複数の波形ファィルの同じ位置（サンプリング位置）に属する波形データの平均値Ｘと、標準偏差σとを求め、各位置ごとにそれぞれＸ±Ｋ・σ（Ｋはユーザーによって設定される任意の係数）なる電圧範囲を設定し、この電圧範囲内における波形データの有無によって、同質もしくは異質の波形データを抽出（検索）するようにしている。

しかしながら、特許文献１に記載された発明を実施するには、あらかじめ検索ゾーンを設定するのに手間がかかるばかりでなく、波形ファィル内に保存されている波形をある程度認識していないと検索精度の高い検索ゾーンを設定することができない。

また、特許文献２に記載された発明にしても、各波形ファィルの位置を順次ずらし、その各位置で平均値Ｘと、標準偏差σとを算出してＸ±Ｋ・σなる電圧範囲を設定するようにしているため、その演算に負担がかかる。

そこで、本出願人は、特許文献３において、検索ゾーンや検索式等を含む検索条件を事前に設定することなく、測定波形同士を対比することにより、類似波形等を検索できるようにした波形記録装置を提案している。

この特許文献３に記載の波形記録装置では、基本波形と、これと対比される測定波形の各Ａ／Ｄ変換値よりヒストグラムを作成し、例えばヒストグラム交差法により、基本波形と測定波形との類似度を求めるようにしている。

これによれば、検索ゾーンや検索式等を含む検索条件を事前に設定することなく、類似波形等を検索することができるが、ヒストグラム交差法を用いて判断するため、操作者が類似波形と意図していない波形を類似と判断してしまうことがあり、この点を改善する余地がある。例えば、周期的な波形で、位相が１８０度ずれた波形でも類似と判断してしまうことがある。

特開２０００－２９２４４９号公報特開２００７－５７３０３号公報特開２０１６－５０８３０号公報

そこで、本発明の課題は、人間が類似と判断する感覚と近い判断基準で、類似波形や異常波形等を検出することができるようにした波形記録装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、被測定対象物から測定されたアナログの被測定信号をＡ／Ｄ変換してデジタルの測定データとして取り込む入力部と、上記測定データを記憶する記憶部と、上記測定データによる測定波形を画面上に表示する表示部と、上記測定データを所定に処理するとともに、上記記憶部に対する上記測定データの書き込み・読み出しを制御する制御部と、上記制御部にトリガ信号を与えるトリガ検出部と、上記制御部に対して波形検索指示を含む所定の指示を与える操作部とを備えている波形記録装置において、
上記トリガ検出部は、上記操作部により指定された基準波形を記憶する基準波形メモリと、上記操作部により設定されるトリガ用のレベル設定値と上記測定データとを比較して所定のトリガ条件が成立したときに同期トリガ信号を出力する比較器と、上記同期トリガ信号が出力された時点から上記測定データをラスター画像データに変換する第１画像変換器と、上記同期トリガ信号が出力された時点から上記基準波形をラスター画像データに変換する第２画像変換器と、上記第１画像変換器により変換された上記測定データのラスター画像データと上記第２画像変換器により変換された上記基本波形のラスター画像データとを比較して類似度を求める画像比較器とを備え、上記類似度の値に応じて上記制御部に異常波形の取り込みを指示するトリガ信号が出力されることを特徴としている。

本発明には、上記基準波形が正常波形であり、上記類似度の値が所定の閾値よりも小さいときに上記制御部に上記異常波形の取り込みを指示するトリガ信号が出力される態様が含まれる。

また、上記基準波形が異常波形であり、上記類似度の値が所定の閾値よりも大きいときに上記制御部に上記異常波形の取り込みを指示するトリガ信号が出力される態様も本発明に含まれる。

さらに、上記入力部は複数の入力チャンネルを有し、そのうちの特定入力チャンネルより入力される測定波形が上記基準波形として採用される態様も本発明に含まれる。

別の態様として、上記基準波形は上記第２画像変換器により予めラスター画像データに変換されて上記基準波形メモリとは別のメモリに記憶され、上記同期トリガ信号が出力された時点で、上記別のメモリから上記基準波形のラスター画像データが上記画像比較器に与えられるようにしてもよく、このような態様も本発明に含まれる。

本発明によれば、ヒストグラム交差法等よりも正確な手法で、類似波形や異常波形等を検出することができる。

本発明の実施形態に係る波形記録装置の構成を示す概略的なブロック図。上記波形記録装置が備えるトリガ検出部の構成を示す概略的なブロック図。測定データをラスター画像データに変換する画像変換部の動作説明図。対比の元になる基本波形の一例を示す画面図。上記基本波形と対比される測定波形の一例を示す画面図。類似度により異常波形を検出する第１の動作例を示すフローチャート。類似度により異常波形を検出する第２の動作例を示すフローチャート。事前に設定する判定エリアの一例を示す画面図。複数の測定波形を入力してそれらの類似度により波形判定する別の実施形態を説明する画面図。

次に、図１ないし図９を参照して、本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

図１に示すように、この実施形態に係る波形記録装置１は、基本的な構成として、入力部１０と、制御部２０と、操作部３０と、記憶部４０と、表示部５０と、トリガ検出部６０とを備えている。

入力部１０は、Ａ／Ｄ変換器を有し、図示しない被測定対象物からの被測定信号（アナログの電気信号）をデジタルの測定データ（波形データ）に変換する。

入力部１０に対する入力チャンネルＣＨは、１チャンネル、多チャンネルのいずれであってもよいが、多チャンネルの場合には、図示しないマルチプレクサ等により、１チャンネルずつ順次選択し入力部１０に入力する構成とする。

制御部２０には、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）もしくはマイクロコンピュータ等が用いられてよい。制御部２０は、入力部１０から送出される測定データを記憶部４０に格納し、また、記憶部４０から測定データを読み出して表示部５０に送る。

また、制御部２０は、操作部３０からの指示に基づいて測定データを所定に処理して、インピーダンス、電力、実効値等を求める演算機能や判定機能のほかに、測定データの圧縮機能やトリガ機能等も備えている。

操作部３０には、キーボードもしくはタッチパネル等が用いられる。操作部３０は、制御部２０に対して、各種の演算項目の指示やトリガ条件等の設定のほかに、後述する波形検索の指示を与える。

記憶部４０は、制御部２０の動作プログラム等が格納されるＲＯＭやワークメモリ用のＲＡＭのほかに、測定データを逐次記憶するストレージメモリ４１と、所定のインターフェイスを介して接続されるＨＤＤ、ＵＳＢメモリ、ＳＤカード等の外部メモリ４２とを備え、操作部３０からの指示により、ストレージメモリ４１内の測定データが外部メモリ４２に保存される。

表示部５０は、液晶表示パネル等からなる画面を備えている。画面はモノクロ表示、カラー表示のいずれであってもよいが、カラー表示であれば、各入力チャンネルの測定波形を色分けして表示することができる。

トリガ検出部６０は、入力部１０と制御部２０との間において側路となるように接続される。図２に示すように、トリガ検出部６０は、比較器６１と、基準波形メモリ６２と、第１画像変換器６３と、第２画像変換器６４と、画像比較器６５とを備えている。

比較器６１は、操作部３０により設定されるトリガ用のレベル設定値Ｌｔと、入力部１０から送出される測定データＭｄとを比較し、例えば測定データＭｄがレベル設定値Ｌｔを超えた時点（Ｌｔ＜Ｍｄ）で、同期トリガ信号を第１画像変換器６３と第２画像変換器６４とに出力する。

基準波形メモリ６２には、例えば図４に示す基準波形Ｗｏが記憶される。この基準波形Ｗｏは、測定波形（被測定信号の波形）Ｗｍの中から異常波形を検出するための比較対象の元になる波形で、デジタルデータとして基準波形メモリ６２に記憶される。

第１画像変換器６３は、入力部１０から送出される測定波形Ｗｍの測定データＭｄを２値化ラスター画像データ（ビットマップデータ）に変換する。また、第２画像変換器６４は、基準波形Ｗｏを同じく２値化ラスター画像データ（ビットマップデータ）に変換する。

第１画像変換器６３と第２画像変換器６４は、比較器６１から同期トリガ信号が出力された時点から画像変換（図３参照）を開始する。

画像比較器６５は、第１画像変換器６３により画像変換された測定波形Ｗｍのラスター画像と、第２画像変換器６４により画像変換された基準波形Ｗｏのラスター画像を画像処理し、基準波形と測定波形の類似度を算出する。

類似度を算出する手法としては、例えばSSD(Sum of Squared Difference)を挙げることができる。この手法によれば、「画素値の差分の二乗和」で類似度を評価し、０に近い方が類似度が大きい（高い）と判断する。

類似度が大きい（高い）場合が似ているの「類似」、類似度が小さい（低い）場合が似ていないの「非類似」として、この実施形態において、画像比較器６５は、算出された類似度が操作部３０より判定しきい値として予め設定された類似度よりも小さい場合（似ていない場合）に、異常波形有りとして制御部２０にトリガ信号を出力する。

制御部２０は、画像比較器６５からのトリガ信号を受けると、異常と目される測定データＭｄを例えばストレージメモリ４１に格納する。また、操作部３０からの指示により、その測定データＭｄによる波形（異常波形）を表示部５０に表示する。

次に、基準波形Ｗｏを正常波形として、測定波形Ｗｍの中から異常波形を検出する例を図６のフローチャートを参照して説明する。

まず、測定を開始する前に、操作部３０から次の４つの項目を設定する。
（１）比較器６１に対してトリガ用のレベル設定値Ｌｔを設定する。
（２）基準波形メモリ６２に基準波形Ｗｏとして正常波形Ｗｏｇを登録する。
（３）正常波形Ｗｏｇと測定波形Ｗｍとを比較する画像処理エリア（判定エリア）ＧＡを設定する。この実施形態では、図４および図５に示すように表示部５０の１画面を画像処理エリアＧＡとしている。
（４）画像比較器６５に類似度の判定しきい値Ｔｈを設定する。

測定が開始されると、比較器６１でトリガ用のレベル設定値Ｌｔと測定波形Ｗｍの測定データＭｄとが比較され、例えば測定データＭｄがレベル設定値Ｌｔを超えた時点（Ｌｔ＜Ｍｄ）で、比較器６１から第１画像変換器６３と第２画像変換器６４とに同期トリガ信号が出力される。

これにより、測定データＭｄが第１画像変換器６３にて２値化ラスター画像データに変換されるとともに、正常波形Ｗｏｇのデータが第２画像変換器６４にて２値化ラスター画像データに変換される。

これら測定波形Ｗｍのラスター画像データと正常波形Ｗｏｇのラスター画像データは画像比較器６５で画像処理され、正常波形Ｗｏｇに対する測定波形Ｗｍの類似度Ｓｉが算出され、判定しきい値Ｔｈと比較される。

その結果、例えば類似度Ｓｉが判定しきい値Ｔｈ以下（Ｓｉ≦Ｔｈ（未満のＳｉ＜Ｔｈでもよい））の場合には、測定波形Ｗｍが正常波形Ｗｏｇと非類似の異常波形であるとして、画像比較器６５から制御部２０にトリガ信号が出力される。

これにより、制御部２０は、以後、異常波形と判定された測定波形Ｗｍの測定データＭｄをストレージメモリ４１に取り込むとともに、操作部３０からの指示にしたがって測定波形（異常波形）を表示部５０に表示する。

これによれば、あらかじめ異常波形を想定してトリガを設定する必要がないため、意図していないような異常波形を簡単に捕捉することができる。

また、図８に示すように、画像処理エリア（判定エリア）ＧＡを異常が発生しやすい小さなエリアに限定することにより、判定処理をより高速に行うことができる。

なお、上記実施形態とは反対に、基準波形メモリ６２に基準波形として異常波形を格納してもよい。この場合には、図７のフローチャートに示すように、異常波形に対する測定波形の類似度Ｓｉが判定しきい値Ｔｈ以上（Ｓｉ≧Ｔｈ（超のＳｉ＞Ｔｈでもよい））のときに、画像比較器６５から制御部２０にトリガ信号が出力されることになる。

応用例として、図９に示すように、複数の測定波形（例えば入力チャンネルＣＨ１の測定波形と入力チャンネルＣＨ２の測定波形）を入力して、それぞれラスター画像データに変換し、入力チャンネルＣＨ１の測定波形と入力チャンネルＣＨ２の測定波形同士の類似度を判定することもできる。この場合には、測定波形のラスター画像データを入力チャンネルＣＨごとに色分けし、重ね合わせて基準波形として基準波形メモリ６２に格納される。

また、測定時も基準波形の登録と同じように、測定波形のラスター画像データを入力チャンネルＣＨごとに色分けし、重ね合わせて測定波形を比較する。これにより、入力チャンネルＣＨ１かＣＨ２の、いずれか一方の波形が異常だった場合にトリガーをかける等、複数の入力チャンネルＣＨの組合せを元にトリガーをかけることが可能となる。

なお、基準波形について、上記実施形態では、比較器６１から同期トリガ信号が出力される都度、基準波形メモリ６２内の基準波形を第２画像変換器６４によりラスター画像データに変換するようにしているが、基準波形を予めラスター画像データに変換して図示しない別のメモリに記憶させておき、上記同期トリガ信号が出力された場合、その別のメモリから基準波形のラスター画像データを画像比較器６５に与えることもできる。

これによれば、同期トリガ信号が出力される都度、第２画像変換器６４での変換処理が不要になるため、制御部２０への負荷が軽減される。

１０入力部
２０制御部
３０操作部
４０記憶部
４１ストレージメモリ
４２外部メモリ
５０表示部
６０トリガ検出部
６１比較器
６２基準波形メモリ
６３第１画像変換器
６４第２画像変換器
６５画像比較器

Claims

被測定対象物から測定されたアナログの被測定信号をＡ／Ｄ変換してデジタルの測定データとして取り込む入力部と、上記測定データを記憶する記憶部と、上記測定データによる測定波形を画面上に表示する表示部と、上記測定データを所定に処理するとともに、上記記憶部に対する上記測定データの書き込み・読み出しを制御する制御部と、上記制御部にトリガ信号を与えるトリガ検出部と、上記制御部に対して波形検索指示を含む所定の指示を与える操作部とを備えている波形記録装置において、
上記トリガ検出部は、上記操作部により指定された基準波形を記憶する基準波形メモリと、上記操作部により設定されるトリガ用のレベル設定値と上記測定データとを比較してトリガ条件が成立したときに同期トリガ信号を出力する比較器と、上記同期トリガ信号が出力された時点から上記測定データをラスター画像データに変換する第１画像変換器と、上記同期トリガ信号が出力された時点で上記基準波形をラスター画像データに変換する第２画像変換器と、上記第１画像変換器により変換された上記測定データのラスター画像データと上記第２画像変換器により変換された上記基準波形のラスター画像データとを比較して類似度を求める画像比較器とを備え、上記類似度の値に応じて上記制御部に異常波形の取り込みを指示するトリガ信号が出力されることを特徴とする波形記録装置。
上記基準波形が正常波形であり、上記類似度の値が所定の閾値よりも小さいときに上記制御部に上記異常波形の取り込みを指示するトリガ信号が出力されることを特徴とする請求項１に記載の波形記録装置。
上記基準波形が異常波形であり、上記類似度の値が所定の閾値よりも大きいときに上記制御部に上記異常波形の取り込みを指示するトリガ信号が出力されることを特徴とする請求項１に記載の波形記録装置。
上記入力部は複数の入力チャンネルを有し、そのうちの特定入力チャンネルより入力される測定波形が上記基準波形として採用されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の波形記録装置。
上記基準波形は上記第２画像変換器により予めラスター画像データに変換されて上記基準波形メモリとは別のメモリに記憶され、上記同期トリガ信号が出力された時点で、上記別のメモリから上記基準波形のラスター画像データが上記画像比較器に与えられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の波形記録装置。