JPH0235949B2 - - Google Patents

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JPH0235949B2
JPH0235949B2 JP55182693A JP18269380A JPH0235949B2 JP H0235949 B2 JPH0235949 B2 JP H0235949B2 JP 55182693 A JP55182693 A JP 55182693A JP 18269380 A JP18269380 A JP 18269380A JP H0235949 B2 JPH0235949 B2 JP H0235949B2
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JP
Japan
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eay
eax
voltage ratio
signal
eby
Prior art date
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JP55182693A
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English (en)
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JPS57106870A (en
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Nobuhide Nishida
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Hewlett Packard Japan Inc
Original Assignee
Yokogawa Hewlett Packard Ltd
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Publication date
Application filed by Yokogawa Hewlett Packard Ltd filed Critical Yokogawa Hewlett Packard Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/10Measuring sum, difference or ratio

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は同一周波数の2個の交流信号のベクト
ル電圧比、位相差等を測定する装置に関する。
ベクトル電圧比測定装置は供試素子のインダク
タンス、キヤパシタンス等の値を求めるために使
用され、例えば特開昭53年第30375号や特開昭55
年101868号に述べられている。これらの装置は2
個の交流信号を、基準ベクトルとなる他の交流信
号(0゜成分と90゜成分)を用いてそれぞれアナロ
グ的に同期整流し、そしてその複数個の出力信号
値をデユアルスロープ積分型アナログ・デジタル
変換器を用いて求め、その後これらの値をデジタ
ル演算処理をしてベクトル電圧比を求めるもので
ある。
このように従来装置はアナログ技術を主に使用
しており、近時の多量のデジタル量を高速処理し
うるデジタル技術をそれほど利用してはいない。
したがつて本発明の主たる目的はデジタル技術
を駆使したベクトル電圧比測定装置を提供するこ
とである。
本発明の他の目的は同期整流および積分処理を
デジタル処理で行うベクトル電圧比測定装置を提
供することである。
本発明のさらに他の目的は入力信号に含まれる
高調波成分の影響を受けないベクトル電圧比測定
装置を提供することである。
本発明によれば、ベクトル電圧比が求められる
2個の交流信号はそれぞれその一周期をN等分す
る時間々隔でサンプルホールドされ、そしてその
ホールド値はそれぞれアナログ・デジタル変換さ
れる。デジタル変換された信号は所定量とデジタ
ル的に掛算され、そして累積処理が行なわれる。
そして4個の累積値を用いて演算処理を行うこと
により前記2個の交流信号のベクトル電圧比等が
求められる。以下図面を用いて本発明を詳述す
る。
第1図は本発明による装置によりベクトル電圧
比を求めようとする2個の交流信号(同一周波
数)Ea、Ebのベクトル図である。αはある基準
ベクトル(基準ベクトルの例示については第4図
に関連して後述する)とEaとの位相差、βは該
基準ベクトルとEbとの位相差である。求めよう
とするベクトル電圧比は(Eb/Ea・cos(β−α)
および(Eb/Ea)・sin(β−α)である。Eax、
Ebxは基準ベクトルと同相なEa、Ebの成分を、
Eay、Ebyは基準ベクトルと直角な成分と同相な
Ea、Ebの成分をそれぞれ表わしている。このと
き前述ベクトル電圧比は次式で表わされる。
Eb/Eacos(β−α)=Eax・Ebx+Eay・Eby/Eax2+Eay
2(1) Eb/Easin(β−α)=Eax・Eby−Eby・Eay/Eax2+Eay
2(2) 上述の式については前述特開昭53年第3075号に
も述べられている。
第2図は本発明によるベクトル電圧比測定装置
のブロツク図である。図において、サンプルホー
ルド回路3はスイツチ1を介して交流信号Eaま
たはEbを受信すると共に、サンプルバス2に応
答して信号Ea、Ebをサンプルし、そしてホール
ドする。サンプルホールド回路3の各出力ホール
ド値はアナログデジタル変換器5に印加され、デ
ジタル値に変換される。そして変換器5の出力信
号は演算処理装置7に印加される。演算処理装置
7は受信した複数個のデジタル信号にそれぞれ所
定量を掛算処理すると共に累積処理を行い、さら
に前述した式(1)、(2)の計算処理を行いベクトル電
圧比を求める。求められた値は表示器9で表示さ
れると共に、他の利用回路に与えられる。
次に前述装置の動作を詳述する。まずスイツチ
1は接点aに接続された信号Eaがサンプルホー
ルド回路3に印加される。サンプルパルス2は信
号Eaの一周期をN等分(N3)する時間々隔
でサンプルホールド回路3に印加される。したが
つてサンプルホールド回路3は信号Eaの一周期
をN等分する時間々隔で信号Eaをサンプルし、
そしてその値をホールドする。この値をEai(i
=1、2、3、…N)とする。第3A図はN=8
とした場合のEaiを示したものである。なお、信
号Eaとサンプル信号との位相関係は任意でよく、
N等分する時間々隔でサンプルされればよい。ま
たN等分のサンプルリングは信号Eaの1サイク
ルで行う必要はなく数サイクルでEai〜EaNを求
めるようにしてもよい。即ち信号Eaの周波数が
高い場合には周波数変換を行うことができ広帯域
の測定も可能となる。また信号Eaの一サイクル
分だけでなく複数サイクルのEaiを求めれば高精
度になることは勿論である。したがつてハードウ
エアの変更なしで、測定サイクル数が小であれば
高速低精度測定が、測定サイクル数が大であれば
低速高精度の測定が行えることになる。またサン
プルの順序は信号Eaを再生する順序でなくても
よく、すべてのEaiが求められればよい。
次にこれらサンプルし、ホールドされたアナロ
グ信号はアナログデジタル変換器5によりデジタ
ル値に変換される。このデジタル値の大きさも
Eaiで表わすこととする。アナログデジタル変換
器5としては高速型の変換器が用いられる。この
ように本発明による装置では早い段階でデジタル
信号に変換され、めんどうなアナログ処理部分を
少なくしている。
アナログデジタル変換器5の出力信号は記憶作
用も有する演算処理装置7に印加され、該演算処
理装置7は次のように動作する。まず第1の演算
処理として次式(第1理論式)に表わされる演算
動作を実行する。
Eax=Ni=1 Eai・Asin(2π/Ni+θ) (3) Eay=Ni=1 Eai・Acos(2π/Ni+θ) (4) ここでEax、Eayは(1)、(2)式で示したものと同
一であり、Aは任意の定数、θは零を含む任意の
定数である。Eax、Eayの値は比例して変わる
が、例えばNの値がN1からN2に変化したとき、
Eax、Eay、Ebx、Ebyの変化率(係数)は等し
い。したがつてベクトル電圧比を求める式(1)、(2)
の演算でこの係数は約分され、Nの影響は除去さ
れる。
第3B図は(3)式におけるAsin(2π/Ni+θ)の 大きさをN=8、θ=−22.5゜としてプロツトし
たものである。第3A図および第3B図より明ら
かなように、(3)式の右辺は信号Eaを同期整流し、
基準ベクトルと同相成分を求めることを示してい
る。例示の場合α=22.5゜であり、基準ベクトル
信号は第3A図の信号Eaよりも22.5゜進んだ信号
として第3A図にプロツトできる。例えばi=1
においては、 Asin(2π/Ni+θ)=Asin(45゜−22.5゜) の値がEaiに掛算される。同様に(4)式の右辺は信
号Eaを同期整流し、基準ベクトルと直角な成分
と同相な成分を求めることができることを示して
いる。即ち、本発明によれば従来装置で行われて
いたアナログ型の同期整流をするのではなく、サ
ンプリングと演算(sin値、cos値の掛算)で、且
つ少ないサンプル値(Nの値)で高速に同期整流
を行つている。即ち、前述各成分の大きさ
(Eax、Eay)の導出をすべて演算処理装置7中
で一度にデジタル的に行つている。
上述と同様な動作はスイツチ1を接点bに接続
し、信号Ebに対しても行われ、Ebiが求められ、
そしてEbx、Ebyが求められる。なお、Eai、Ebi
をまず求めてそれらを演算処理装置7に記憶し、
その後Eax、Eay、Ebx、Eby、を求めてもよい
ことは勿論である。またサンプルホールド回路と
アナログデジタル変換器とをそれぞれ2個設け、
信号Ea、Ebを各別に処理してもよいし、サンプ
ルホールド回路またはアナログデジタル変換器の
みを2個使用するようにしてもよい。
Eax、Eay、Ebx、Ebyを求めた後、演算処理
装置7は第2の演算処理として前記(1)、(2)式(第
2理論式)によりベクトル電圧比を計算する。な
お(3)、(4)式等によりまずcos、sinの掛算、Σの処
理をし、次に(1)、(2)式によつてベクトル電圧比を
求める代わりに、予じめ(3)、(4)式等を(1)、(2)式に
代入することにより求められる式によりベクトル
電圧比を直接求めてもよい。例えば、N=4(θ
=0)の場合には次式により直接求めてもよい。
Eb/Eacos(β−α)=(Ea1−Ea3)(Eb1−Eb3
+(Ea2−Ea4)(Eb2−Eb4)/(Ea1−Ea32+(Ea2
Ea42(5) ここで上述の(3)、(4)、(5)式で示した計算による
同期整流を行うことにより、交流信号Ea、Ebに
含まれる高調波成分の影響を除去することができ
る。即ち(kN±1)(k=1、2、3、…)次高
調波成分のみが影響し、他の高調波成分の影響は
除去しうる。
なお連続波を用いて同期整流する場合の高調波
の影響については特開昭50年133423号に述べられ
ている。
また奇数次高調波成分の除去の必要がなく、か
つN=4の整流倍の場合には、前述(3)、(4)式にお
けるsin、cosの掛算の代わりに次の処理を行つて
もよい。
Asin(2π/Ni+θ)の値を1iN/2のとき
1 に、N/2<iのときに−1にする。
Acos(2π/Ni+θ)の値をN/4<i3/4N のとき1に、1iN/4および3/N4<i
Nのとき−1にする。この処理は矩形波信号を
用いて同期整流することと等価である。
上述の動作により求められたベクトル電圧比は
表示器9に与えられて表示されると共に、他の利
用回路により利用される。なお求められたベクト
ル電圧比より振幅比Eb/Ea、位相角(β−α)、
Ebの大きさ(もしEaが即知らなば)等も測定で
きることを勿論である。即ち、本発明にいうベク
トル電圧比の概念にはこれらの値も含まれるとす
る。
第4図は第2図に示した本発明によるベクトル
電圧比測定装置に印加される入力信号の導出回路
の一例を示したものであり、本発明の応用例を示
したものである。インダクタ、コンデンサ等の供
試素子19(インピーダンス値Zx=R+Jx)は
測定端子15,17間に接続される。信号源11
(振幅値Vi)は基準抵抗器13(抵抗値Ro)及び
供試素子19を介して演算増幅器21の一方の入
力端子に接続される。23は帰還抵抗器(抵抗値
RR)である。Ro≫Zxとすると、Eb=(Vi/
Ro)・Zx、Ea=(Vi/Ro)・RRとなる。したがつ
てこれらEa、Ebを本装置に印加してベクトル電
圧比を求めれば、R、Xを求めることができ、供
試素子のリアクタンス値、インダクタンス値、容
量値等を求めることができる。なお、この場合第
1図に示した基準ベクトルは、例えば信号源11
の出力信号のベクトルと考えてよい。
以上の説明より明らかなように、本発明は従来
のアナログ方式とは異なり、その大部分がデジタ
ル回路で構成され、サンプリングは入力交流信号
の一周期をN等分する時間々隔ではあるが該信号
の位相には無関係なタイミングで行われ、同期整
流もサンプル値に演算処理(sin値、cos値の掛
算)をすることにより少ないサンプル数でデジタ
ル的に行われ、またデジタル同期整流するための
信号(sin値、cos値)はNに関係する対応関係を
有するから高調波成分を除去することができ、よ
つて信号をデジタル的に高速処理しうると共に、
正確にベクトル電圧比等を測定することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による装置によりベクトル電圧
比を求めようとする2個の交流信号のベクトル
図、第2図は本発明によるベクトル電圧比測定装
置のブロツク図、第3A図は第2図に示したサン
プルホールド回路の動作を示した波形図、第3B
図は第2図に示した演算処理装置中で使用される
所定値の大きさを示した図、第4図は第2図に示
したベクトル電圧比測定装置に印加される入力信
号の導出回路の一例を示した回路図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 2個の交流信号Ea、Ebをサンプルホールド
    する回路と、前記回路の出力信号をデジタル値に
    変換するアナログ・デジタル変換器と、前記変換
    器の出力信号を受信し、所定の理論式に従つて前
    記2個の交流信号のベクトル電圧比を計算する演
    算処理装置と、前記演算処理装置の出力を指示す
    る手段とより成るベクトル電圧比測定装置におい
    て、前記サンプルホールドする回路は前記交流信
    号の一周期をN等分(N3)する時間々隔で前
    記交流信号をサンプルホールドし、前記アナロ
    グ・デジタル変換器はサンプルホールド値をそれ
    ぞれ対応するデジタル値Eai、Ebi(i=1、2、
    3、−−N)に変換し、前記演算処理装置は下記
    の第1理論式により基準ベクトルに対する前記交
    流信号Ea、Ebの各同相成分と直角成分Eax、
    Ebx、Eay、Ebyを求める第1デジタル演算処理
    を行い、下記の第2理論式によりベクトル電圧比
    を求める第2デジタル演算処理を行うことを特徴
    とするベクトル電圧比測定装置。 第1理論式 Eax=Ni=1 Eai・Asin(2π/Ni+θ) Eay=Ni=1 Eai・Acos(2π/Ni+θ) Ebx=Ni=1 Ebi・Asin(2π/Ni+θ) Eby=Ni=1 Ebi・Acon(2π/Ni+θ) 第2理論式 Eax・Ebx+Eay・Eby/Eax2+Eay2およびまたは Eax・Eby−Eay・Eby/Eax2+Eay2
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JP2008177991A (ja) * 2007-01-22 2008-07-31 Sansha Electric Mfg Co Ltd 位相差検出回路、pll回路、位相差検出方法及び位相差検出プログラム

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