JPH0454463A - 周波数計測方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ 入力正弦波の周波数を測定する周波数計測方式ノイズや
振幅変動があっても正確な周波数測定ができることを目
的とし、 入力正弦波に他の周波数をもつ正弦波と余弦波を掛け、
このとき生ずる高域成分を低域ろ波器で除去して低域成
分を取り出して入力正弦波の振幅を座標軸上の点に変換
し、この座標軸上の点に関し時間的に隣接する２つの点
の座標より角度を求め、この角度から角速度、更に最終
的に角速度から周波数を求めるように構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は、入力正弦波の周波数をデジタル信号処理によ
り測定する周波数計測方式に関する。

正弦波の周波数測定は、通常、正弦波のゼロクロス周期
の逆数として求めているが、振幅変動やノイズにより誤
差を生じ易く、振幅変動やノイズに影響されない正確な
周波数測定が望まれる。

［従来の技術］ 従来、正弦波の周波数をデジタル信号処理により計測す
る方式にあっては、入力正弦波の微分等によりゼロクロ
スのタイミングを求め、このゼロクロスの検出周期を算
出し、続いて検出周期の平均値を求めた後に、その逆数
として周波数を求めている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、デジタル方式にあっては、ある時間間隔
でサンプリングを実行してゼロクロスタイミングを検出
するため、実際のゼロクロスクロスの位置とゼロクロス
判定位置とに差が生じ、測定誤差を生ずる。また、ノイ
ズが混入した場合や振幅変動があった場合にも誤ったゼ
ロクロス位置を判定しやすく、測定誤差が大きくなる問
題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、ノイズや振幅変動があっても、その影響をほとん
ど受けずに正確に周波数を測定できる周波数計測方式を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明の原理説明図である。

まず本発明は第１図（ａ）に示すように、入力正弦波ｓ
ｉｎ　２　πｆ目こ他の周波数ｆｏを持つ余弦波ｃｏｇ
２πｆｏ（を掛ける第１乗算手段１ｏと；入力正弦波５
ｉｎ２πｆ目こ他の周波数１０を持つ正弦波５ｉｎ２π
ｆｏｔを掛ける第２乗算手段１２と；第１乗算手段１ｏ
の出方成分の中がら高域周波数成分ｃｏｘ２π（ｆｏ＋
ｆ）ｔを除去して低域周波数成分ｃｏｓ２π（ｆｏ−１
）　ｔを取り出す第１低域ろ波手段１４と； 第２乗算手段１２の出力成分の中から高域周波数成分５
ｉｎ２π（ｔｏ＋Ｉ）　ｌを除去して低域周波数成分５
ｉｎ２π（ｔｏ−ｒ）　ｌを取り出す第２低域ろ波手段
１４と 第Ｊ、及び第２低域ろ波手段１４．１６がら得らけれた
低域成分ｃｏｓ２ｙ　（ＩＱ＋Ｉ）　Ｉ、　５ｉｎ２ｒ
　（ｆｏｎ）　ｌにより入力正弦波５ｉｎ２πｆｔの振
幅を座標軸上の点（ＸＹ）に変換し、該座標軸上の点（
Ｘ、　Ｙｌ　に関し時間差ｔをもって隣接する二つの点
の座標＋ＩＱ、　Ｙｏ）　ｆＸ］、Ｙｌ）の角度θを求
める角度検出手段１８と；角度検出手段１８の検出角度
θと時間差ｔから角速度ωを求め、この角速度ωから周
波数ｆを算出する周波数算出部２０と； を備えたことを特徴とする。

更に、この構成に加えて周波数算出部２０で算出された
周波数の平均値を算出して最終的な出力周波数する平均
化手段を設ける。

［作用］ このような構成を備えた本発明の周波数計測方式によれ
ば、入力正弦波に他の周波数をもつ正弦波と余弦波を掛
け、このとき生ずる高域成分を低域ろ波器で除去して低
域成分を取り出して入力正弦波の振幅を座標軸上の点に
変換し、この座標軸上の点に関し時間的に隣接する２つ
の点の座標より角度を求め、この角度から角速度を求め
最終的に角速度から周波数を求めることで、ノイズや振
幅変動にも強い周波数測定が実現できる。

［実施例］ 第２図は本発明の実施例構成図であり、その構成を作用
と共に説明すると次のようになる。

第２図において、まず測定対象となる入力正弦波ｓｉｎ
　（２π１（）は第１乗算器１０及び第２乗算器１２に
与えられ、他の周波数ｆｏの余弦波ｃｏｓ　（２πｆａ
ｔ）及び正弦波ｔｉｎ　（２π１ｏＯと掛は合わされる
。

即ち乗算器１０の出力をＡ１乗算器１２の出力をＢとす
ると、 Ａ＝ｓｉｎ（２πｌｌ）　　Ｘ　　ｃｏｓ（２πｆｏｌ
）（１／２）　ｌ５ｉｎ　２π（ｆｏ＋Ｉ）　ｌ　＋　
５ｉｎ２π（ｔｏ−１）　ｔｌＢ＝ｓｉｎ（２πｌｌ）
　　Ｘ　　５ｉｎ（２πｆｏｔ）＝（−１／２）　ｆｃ
ｏａ２π（ｆｏ＋Ｉ）　ｌ　−ｃｏｓ２π（ｔｏ−ｆ）
　ｔｌなる。

ここで入力正弦波に掛は合わせる他の正弦波及び余弦波
の周波数ｆｏは、例えば第４図に示すように入力正弦波
の測定周波数レンジの上限周波数ｆ　ｆｆ１ａｘに対し
少し高い周波数に定めればよい。

この乗算器１０．１２からの出力信号Ａ、　　Ｂはそれ
ぞれ第１及び第２の低域ろ波器１４．１６に与えられ、
出力信号Ａ、Ｂの持つ成分の内の高域（ｔｏ＋ｆ）の成
分を除去し、低域（ｌｏ−ｆｌの成分を通過させる。更
に低域ろ波器１４．１６を通過した低域成分に乗算器２
２．２４のそれぞれで係数「２」を掛は合わせて成分振
幅を２倍にし、 ＳＩＮ　２π（ｔｏ−ＩＩＩ ＣＯ３ｂｒ　（ｔｏ−１）　ｔ を抽出する。この乗算器２２．２４から得られた余弦及
び正弦成分を座標軸上の点（ｘ、　　ｙ）で考えると、 Ｘ＝　ｃｏｓ　２π　（ｔｏ−１）ｊ Ｙ＝　ｓｉｎ　ｂｒ　（ｔｏ−１）ｊ は振幅１の円周上にあり、ｆが１０に等しくない時は、
この円周上を移動する。

このような処理をデジタル信号処理で実施した場合、（
Ｘ、　　Ｙ）はある周期を毎に得られ、ある時点におけ
る（ｘ、　ｙ）が（ＸＩ　、　Ｙｌ　）で、その一つ前
の時点が（Ｘｏ　、　Ｙｏ　）であったとすると、おの
おのの点は第５図に示すような座標軸上の点Ｐ、Ｑとな
る。

次に遅延回路２６と乗算器２８により、Ｐ点の座標（Ｘ
Ｉ　、Ｙｌ　）にＱ点の座標（Ｘｏ　、　Ｙｏ　）の複
素数共役を掛けると第６図に示すような点Ｑ′の座標（
Ｘ、　Ｙ）が求まり、Ｘ座標軸に対する角度として第５
図のＰ点とＱ点の角度差θを検出することが可能となる
。

第６図のように変換された点Ｑ′の座標（Ｘ。

Ｙ）は周波数算出回路２０に与えられ入力正弦波の周波
数ｆが算出される。

この周波数算出回路２０は第３図に示すように、θ算出
部３０、乗算器３２．３４を備える。即ち、θ算出部３
０により第６図のＱ′点の座標（Ｘ。

Ｙ）について θ＝ｊ　ａｎ−’　（Ｘ／Ｙ） 演算を実行して角度θを求める。

次にω＝θ１であるから、乗算器３２においてθをサン
プリング周期ｔで割ること、具体的に１／ｌを掛は合わ
せることで角速度ωを求める。

更に、ω＝２πｆであるから、乗算器３４で角速度ωを
２πで割ること、具体的には１／２πを掛は合わせるこ
とで周波数ｆを求めることができる。

ここで第１図の原理説明図に示した角度検出部１８及び
周波数算出部２０は、第２．３図に示した遅延回路２６
、乗算器２８、θ算出部３０、乗算器３２．３４に対応
することになる。

周波数算出回路２０で算出された周波数ｆの値は、最終
的に平均化回路３６に与えられ、所定数の計測周波数の
平均値を算出して測定結果として出力される。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、ノイズや振幅変動
に強い正確な周波数測定が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図； 第２図は本発明の実施例構成図； 第３図は第２図の周波数算出回路の実施例構成図；第４
図は本発明の測定周波数レンジと乗算余弦及び正弦周波
数の説明図； 第５図は本発明の詳細な説明図； 第６図は本発明の角度検出変換演算説明図である。 図中、 １０：第１乗算手段（第１乗算器） １２、第２乗算手段（第２乗算器） １４：第１低域ろ波手段（第１低域ろ波器）１６：第２
低域ろ波手段（第２低域ろ波器）１８：角度検出部 ２０；周波数算出部（周波数算出回路）２２．２４，２
８．３２，３４：乗算器２６：遅延回路 ３０：θ算出部 ！＋１盲の渭１戊剛友台又レー／″ノと卑５しｔう４灰
ひ゛斤宏岡ツえ４表の乙驚ｕ隠第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力した正弦波（ｓｉｎ２πｆｔ）の周波数（ｆ
   ）を測定する周波数測定方式に於いて、 入力正弦波（ｓｉｎ２πｆｔ）に他の周波数（ｆｏ）を
   持つ余弦波（ｃｏｓ２πｆｏｔ）を掛ける第１乗算手段
   （１０）と； 入力正弦波（ｓｉｎ２πｆｔ）に他の周波数（ｆｏ）を
   持つ正弦波（ｓｉｎ２πｆｏｔ）を掛ける第２乗算手段
   （１２）と； 前記第１乗算手段（１０）の出力成分の中から高域周波
   数の余弦成分（ｃｏｓ２π（ｆｏ＋ｆ）ｔ）を除去して
   低域周波数の余弦成分（ｃｏｓ２π（ｆｏ−ｆ）ｔ）を
   取り出す第１低域ろ波手段（１４）と； 前記第２乗算手段（１２）の出力成分の中から高域周波
   数の正弦成分（ｓｉｎ２π（ｆｏ＋ｆ）ｔ）を除去して
   低域周波数の正弦成分（ｓｉｎ２π（ｆｏ−ｆ）ｔ）を
   取り出す第２低域ろ波手段（１６）と； 前記第１及び第２低域ろ波手段（１４、１６）から得ら
   けれた低域成分（（ｃｏｓ２π（ｆｏ＋ｆ）ｔ、ｓｉｎ
   ２π（ｆｏ−ｆ）ｔ）により前記入力正弦波（ｓｉｎ２
   πｆｔ）の振幅を座標軸上の点（Ｘ、Ｙ）に変換し、該
   座標軸上の点（Ｘ、Ｙ）に関し時間差（ｔ）をもって隣
   接する二つの点の座標（Ｘ＿０、Ｙ＿０）（Ｘ＿１、Ｙ
   ＿１）の角度（θ）を求める角度検出手段（１８）と； 該角度検出手段（１８）の検出角度（θ）と前記時間差
   （ｔ）から角速度（ω）を求め、該角速度（ω）から周
   波数（ｆ）を算出する周波数算出部（２０）と；を備え
   たことを特徴とする周波数計測方式。
2. （２）請求項１記載の周波数計測方式に於いて、前記周
   波数算出部（２０）で算出された周波数の平均値を算出
   して最終的な出力周波数とする平均化手段を更に設けた
   ことを特徴とする周波数計測方式。