JPH0339270B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は被測定物に信号を供給し、その入力
信号と、被測定物よりの出力信号とから、被測定
物の伝達関数を求める伝達関数測定器、特に高速
フーリエ変換処理によりデジタル的に伝達関数を
測定する測定器に関する。

＜従来技術＞ 伝達関数測定器は、第１図に示すように掃引正
弦波信号発生器１１よりの掃引正弦波信号を被測
定物１２に入力し、その入力信号のレベルで被測
定物１２の出力信号のレベルを割算回路１３で割
算してCRT表示器１４の第1Y軸端子に供給し、
又被測定物１２に対する入力信号と出力信号との
位相差を位相差検出器１５で検出してCRT表示
器１４の第2Y軸端子に供給し、一方、掃引正弦
波信号発生器１１よりの周波数掃引信号をCRT
表示器１４のＸ軸端子へ供給して、被測定物１２
の振幅（利得）特性を表示器１４の表示面に曲線
１６として表示すると共に、位相特性を曲線１７
として表示するようにされている。

このように伝達関数をアナログ的に測定する代
りにデジタル的に測定することにより、その後の
デジタル的処理が行いやすいようにしたものが提
案されている。これは入力信号及び出力信号を高
速フーリエ変換して伝達関数を求めるものであ
る。即ち入力信号のｎ個のサンプルよりなる時系
列を高速フーリエ変換して、例えば第２図に示す
ようにその周波数成分F₁〜Fnについてそれぞれ
入力信号スペクトルa₁＋ja₁′〜a_o＋ja_o′及びその
パワースペクトルA₁〜Anを得る。同様にして被
測定物１２の出力信号のｎ個のサンプルよりなる
時系列を高速フーリエ変換して周波数成分F₁〜
Fnによつて出力信号スペクトルb₁＋jb₁′＋jb_o′を
求め、これら入力スペクトルの複素共役及び出力
スペクトルの対応する周波数の積であるクロスス
ペクトルを周波数成分F₁〜Fnについてc₁＋jc₁′〜
c_o＋jc_o′を求める。このように入力信号及び出力
信号の各時系列毎に入力パワースペクトル及びク
ロススペクトルを求めると共に、その各対応する
周波数成分についての平均値を求め、各周波数成
分ごとにその平均された入力パワースペクトルに
よつて平均されたクロススペクトルをそれぞれ割
算して振幅（利得）特性を求めると共に、各周波
数成分の平均クロススペクトルの実数部と虚数部
とから位相特性を求めている。

このように従来においては高速フーリエ変換さ
れたスペクトルの、すべての周波数成分について
それぞれ平均しており、つまりパワーが小さいス
ペクトルも平均しており、限られたビツト数で各
数を表現するデジタル処理においては小さいパワ
ーによる割算は大きな誤差を伴い、全体としての
測定精度を低下させていた。

＜発明の概要＞ この発明の目的は高い精度で伝達関数をデジタ
ル的に測定することができ、ひずみ等の非直線的
な影響のない伝達関数測定器を提供することにあ
る。

この発明によれば各入力信号及び出力信号の高
速フーリエ変換時系列についてその入力パワース
ペクトルのピークの周波数及びそのピーク値を求
める。そのピーク周波数についてそれまで得られ
ている時系列毎のフーリエ変換の対応する周波数
のパワーのピーク値の平均及び対応する周波数の
クロススペクトルの平均をそれぞれ求め、これら
平均されたものにより伝達特性を求める。このよ
うにピーク値についてのみ平均、割算処理が行わ
れ、低い誤差成分の多いレベルの低い周波数成分
については、これらを無視することによつて測定
精度を上げている。入力信号は正弦波信号であつ
て、その線形応答のスペクトルは、この入力周波
数のみに出てくる。従つて前述のようにピーク値
の周波数成分のみの処理により高い精度の測定が
得られる。

＜実施例＞ 第３図はこの発明による伝達関数測定器の一例
を示す。掃引正弦波信号発生器１１よりの正弦波
信号は被測定物１２に入力される。その入力信号
は一定周期で標本化され、AD変換器２１により
各標本値がデジタル信号に変換されて入力バツフ
アメモリ２２に書き込まれる。また被測定物１２
の出力信号はAD変換器２３により一定周期毎の
標本値がデジタル信号に変換されて出力バツフア
メモリ２４に取込まれる。バツフアメモリ２２，
２４の読み出し出力側はマルチプレクサ２５を通
じてバス２６に接続される。中央処理装置いわゆ
るCPU２７、全体の制御を行うプログラムが記
憶された読み出し専用メモリ２８、高速フーリエ
変換演算を行うFFTプロセツサ２９、高速フー
リエ変換出力が記憶される変換メモリ３１、更に
平均値が記憶される平均値メモリ３２等がバス２
６に接続されている。

CPU２７はメモリ２８のプログラムを読み出
して解読実行して制御処理を行うが、この処理は
次のようなものである。即ちCPU２７によりマ
ルチプレクサ２５を制御して先づ入力バツフアメ
モリ２２からそれまでの例えばｎ個のサンプル値
の時系列がCPU２７に取込まれ、その取込まれ
た時系列はこれによりFFTプロセツサ２９にお
いて高速フーリエ変換され、第２図について述べ
たように周波数成分F₁〜Fnについて入力スペク
トルa₁＋ja₁′〜a_o＋ja_o′が演算され、更にこれら
よりパワースペクトルA₁〜Anが演算され、これ
らはCPU２７を介して変換メモリ３１内の入力
スペクトル領域３１ａ及び入力パワースペクトル
領域３１ｂにそれぞれ記憶される。次にCPU２
７の制御により出力バツフアメモリ２４から、前
記入力時系列と対応するｎ個のサンプル値よりな
る時系列がCPU２７に取込まれ、更にFFTプロ
セツサ２９によつて高速フーリエ変換される。こ
れにより出力スペクトルb₁＋jb₁′〜b₂＋jb₂′とその
パワースペクトルB₁〜Bnがそれぞれ得られ、こ
れを変換メモリ３１の出力スペクトル領域３１ｃ
及び出力パワースペクトル３１ｄにそれぞれ記憶
される。

このように入力信号の１時系列と同時に得られ
た出力信号の１時系列とを高速フーリエ変換して
変換メモリ３１に記憶した後、その各変換周波数
成分F₁〜Fnの対応するものについて入力スペク
トルの複素共役と出力スペクトルとの積を演算し
てクロススペクトルc₁＋jc₁′〜c_o＋jc_o′を求めて変
換メモリ３１中のクロススペクトル領域３１ｅに
記憶する。

次に変換メモリ３１中の入力パワースペクトル
A₁〜AnをCPU２７に順次読み取りピーク値の周
波数及びそのピークを検出し、そのピーク値が所
定レベル以上であるか否かを判定し、所定レベル
以上の場合はそのピーク周波数におけるそれまで
の時系列について得られたピーク値との平均が行
われ、その平均結果は平均値メモリ３２の対応す
る周波数の部分に記憶される。その平均演算はそ
れまでの平均値を₀とし、新たに得られたピー
ク値をX_eとし、それまでの平均回数をk^-1とする
と、次の式で行われる。

₀←₀＋X_e−Ｘ_０／―／ｋ この値を新たな平均値として平均値メモリ３２
の対応する周波数のところに記憶する。たゞしｋ
の初期値は１であり、かつ同一周波数のピーク値
が連続して得られる間そのｋを順次＋１する。こ
のようにして、例えば第４図に示すように検出ピ
ーク値の各周波数F₁〜Fnについての入力パワー
スペクトルの平均値_i、出力パワースペクトルの
平均値_i、更にクロススペクトルの平均値_i＋
jCiがそれぞれ演算される。なおこの平均を行う
に当つてｋがあらかじめ設定された値になると、
その周波数についての平均を中止する。

このようにして入力信号周波数を掃引しながら
次々と入力信号及び出力信号をサンプルして高速
フーリエ変換を行つて各時系列毎についてのピー
ク値の周波数を求め、その周波数についてそれま
での平均を求め、掃引した周波数範囲のそれまで
得られた各ピークの周波数毎の入力パワースペク
トルの平均値、出力パワースペクトルの平均値、
クロススペクトルの平均値から、入力パワースペ
クトルの平均値により、クロススペクトルの平均
値を割り算することを各周波数成分にて求めて振
幅（利得）特性と、位相特性を求める。なお必要
に応じて入力パワースペクトル及び出力パワース
ペクトルクロススペクトルのそれぞれの平均値よ
りその関連度関数が各周波数ごとに演算される。

以上述べたようにこの発明の伝達関数測定器に
おいてはその入力パワースペクトルのピーク値の
周波数を検出し、そのピーク周波数についてそれ
までの時系列毎に得られている入力パワースペク
トル、クロススペクトルの各平均を求めているた
め、つまりパワースペクトルのすべての周波数成
分について平均をとるものではなく、小さなレベ
ルで大きな誤差を含む可能性のある成分について
は無視することにより正しい測定結果を得る。こ
のようにピークの周波数についてのみ平均処理を
行なつても、本来は１周波数成分ごとの特性が得
られればよく、測定も正弦波信号を入力信号と
し、その周波数を掃引するが、瞬時的には一周波
数成分のみが入力されており、その成分について
のみ平均して特性が得られればよく、それにより
高い精度の測定が可能となる。しかも歪などの非
直線的な結合の影響がなく、その掃引周波数成分
つてのみ平均が行なわれることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアナログ信号による伝達関数測定器を
示すブロツク図、第２図はデジタル的処理による
伝達関数の測定に用いられるデータを示す図、第
３図はこの発明による伝達関数測定器の一例を示
すブロツク図、第４図はその平均値メモリ３２に
おける記憶例を示す図である。 １１：掃引正弦波信号発生器、１２：被測定
物、２１，２３：AD変換器、２２，２４：バツ
フアメモリ、２５：マルチプレクサ、２７：
CPU、２８：プログラム記憶メモリ、２９：
FFTプロセツサ、３１：変換メモリ、３２：平
均値メモリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定物に供給する入力信号を、ｎサンプル
   よりなる時系列ごとに高速フーリエ変換する手段
   と、 上記被測定物の出力信号を、上記ｎサンプルと
   対応するｎサンプルよりなる時系列ごとに高速フ
   ーリエ変換する手段と、 これら高速フーリエ変換された入力信号スペク
   トルと出力信号スペクトルとの各対応する周波数
   成分を掛算してクロススペクトルを求める手段
   と、 上記入力信号の１時系列ごとの変換されたスペ
   クトル中のピークパワーの周波数（ピーク周波
   数）を検出する手段と、 その検出されたピーク周波数と同一周波数でそ
   れまでにピークパワーが得られた時の、その周波
   数について入力信号のパワースペクトルの平均と
   上記クロススペクトルの平均とを求める手段と、 各ピーク周波数の入力信号のパワースペクトル
   の平均とクロススペクトルの平均とから上記被測
   定物の伝達特性を演算する手段とを具備する伝達
   関数測定器。