JPH0763797A - 高速フーリエ変換アナライザ - Google Patents

高速フーリエ変換アナライザ

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JPH0763797A
JPH0763797A JP21142793A JP21142793A JPH0763797A JP H0763797 A JPH0763797 A JP H0763797A JP 21142793 A JP21142793 A JP 21142793A JP 21142793 A JP21142793 A JP 21142793A JP H0763797 A JPH0763797 A JP H0763797A
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JP
Japan
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circuit
frequency
data
fourier transform
signal
Prior art date
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JP21142793A
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English (en)
Inventor
Masami Imamoto
雅巳 今元
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】通常の測定回路とは別に、判定のための専用解
析回路を備えることにより、データの取りこぼしを起こ
すことなく高速な測定および判定ができるようにする。 【構成】被測定信号の周波数解析および判定機能を有す
るFFTアナライザにおいて、周波数シフト回路、デジ
タル・フィルタ、データ間引き回路、FFT演算回路か
ら成る第1の信号解析回路とは別に、同等の構成の第2
の信号解析回路を備え、この第2の信号解析回路では第
1の信号解析回路よりも限定された周波数領域の解析が
行われ、前記比較判定回路では第2の信号解析回路のF
FT演算回路により求められた演算結果を受けて比較判
定が行われるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、周波数領域の信号解析
を行う高速フーリエ変換アナライザ(高速フーリエ変換
をFFTと略す)に関し、詳しくは判定機能を有するF
FTアナライザにおける判定処理の高速化のための改善
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より被測定信号の波形を解析するた
めのFFTアナライザはよく知られており、さらにこの
種のFFTアナライザには、図4に示すように、FFT
演算により得られた周波数スペクトラムと、アナライザ
の使用者が指定した周波数領域(比較判定領域)の基準
値とを比較して、同周波数領域の信号のレベルを判定し
た結果を出力する判定機能を有するものがある。
【0003】図5はこの種の従来のFFTアナライザの
一例を示す構成図である。被測定信号はアナログ・デジ
タル変換器(以下AD変換器という)1により、内部サ
ンプリング・クロックに同期してデジタル信号に変換さ
れる。周波数シフト回路2はAD変換器1の出力データ
を受け必要に応じて周波数シフトさせる。すなわち、解
析周波数領域がベースバンドでない場合、例えば50K
Hz〜100KHz等の場合、入力信号を周波数シフト
させ、解析周波数領域がベースバンドの場合、例えば0
〜50KHzなどの場合には周波数シフトは行わないで
入力データをそのまま出力する。
【0004】周波数シフト回路2の出力はデジタルフィ
ルタ3を経由してデータ間引き回路4に入力され、ここ
で周波数領域のズーミングを行うためのデータ間引きが
行われる。デジタルフィルタ3は、データ間引きにより
起こる折り返し雑音(エイリアシング)を防ぐために間
引き後の信号からは周波数領域以上の信号成分が除去さ
れているように働くローパス・フィルタとして動作す
る。FFT演算回路5は、データ間引き回路4から一定
数のデータが入力された後にFFT演算を行い、周波数
スペクトラムを求め、さらに各種の演算を行い、パワー
スペクトラムや伝達関数、その他の解析を行う。前記演
算結果および解析結果は表示回路6で表示できる。表示
回路6はCRT等の表示画面を備えている。
【0005】比較判定回路7は設定された基準値とFF
T演算回路5で求めた演算結果を比較し、基準値(上限
値と下限値)に入っているか否かを判定し、判定結果を
出力する。制御回路8はその判定結果に応じて画面表示
その他の制御を行う。例えば、基準値以内であることが
条件の場合は、基準値を満たさないときに判定結果を出
力する。このような判定機能は、特定の信号が規定のレ
ベルを有すること、あるいは不要な信号がある基準レベ
ル以上ないことなどを測定する場合に使用される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような判定を伴う
測定は高速の処理が必要とされる場合が多い。FFT演
算とパワー演算の演算速度は処理速度を左右する1つの
要因である。したがって、演算速度が遅くなれば、判定
結果が出力されるべきデータを取りこぼす確率も高ま
り、正確な測定が期待できないことになる。
【0007】例えば、周波数領域50KHz〜100K
Hzを観測し、60KHz〜72.5KHzの周波数領
域で比較判定する場合を例にとる。データ取り込み時間
は、データ間引き後のサンプリング周波数が64KH
z、データ数が複素1024点であるとして、8ms程
度かかる。他方、演算プロセッサ等の種類にもよるが、
FFT演算では複素1024点で25msかかり、パワ
ー演算に4ms程度かかる。演算時間全体では29ms
である。
【0008】これから明らかなように演算時間がデータ
取り込み時間を上回るため、データの取りこぼしが生
じ、取りこぼしたデータがたまたま判定結果に影響する
ような場合には正確な判定ができないという問題があっ
た。
【0009】本発明の目的は、このような点に鑑み、通
常の測定回路とは別に、判定のための専用解析回路を備
えることにより、データの取りこぼしを起こすことなく
高速な測定および判定ができるようにしたFFTアナラ
イザを実現することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、AD変換器によりデジタル変換さ
れた被測定信号を所望の周波数領域にシフトする周波数
シフト回路と、この周波数シフト回路の出力を受け、後
段での間引き処理を行った信号において前記周波数領域
を越える信号成分が除去されているように作用するデジ
タル・フィルタと、このデジタル・フィルタの出力に対
して周波数領域のズーミングのためのデータ間引きを行
うデータ間引き回路と、このデータ間引き回路から一定
数のデータが入力された後にFFTを行い周波数スペク
トラムを求めるFFT演算回路と、設定された基準値と
前記FFT演算回路で求めた演算結果を比較判定する比
較判定回路と、この比較判定結果に従い表示を行う表示
回路を備え、被測定信号の周波数解析および判定機能を
有するFFTアナライザにおいて、前記周波数シフト回
路、デジタル・フィルタ、データ間引き回路、FFT演
算回路から成る第1の信号解析回路とは別に、同等の機
能を有する周波数シフト回路、デジタル・フィルタ、デ
ータ間引き回路、FFT演算回路から成る第2の信号解
析回路を備え、この第2の信号解析回路では第1の信号
解析回路よりも限定された周波数領域の解析が行われ、
前記比較判定回路では第2の信号解析回路のFFT演算
回路により求められた演算結果を受けて比較判定が行わ
れるように構成したことを特徴とする。
【0011】
【作用】周波数シフト回路、デジタル・フィルタ、デー
タ間引き回路、FFT演算回路から成る第1の信号解析
回路では従来と同様に周波数解析を行うが、比較判定を
行う際には、第1の信号解析回路と同等の機能を持つ第
2の信号解析回路で比較判定周波数領域またはそれに近
い周波数領域に限定して周波数解析を行い、その結果を
比較判定する。これにより、比較判定のためのFFT演
算およびパワー計算にかかる時間がデータ取り込み時間
より短くなり、データの取りこぼしをなくすことができ
る。
【0012】
【実施例】以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図1は本発明に係るFFTアナライザの一実施例を示す
構成図で、図5と同一部分には同一符号を付してある。
図1において、図5の構成と異なるところは、判定のた
めの第2の信号解析回路として、第2の周波数シフト回
路20、第2のデジタル・フィルタ30、第2のデータ
間引き回路40、第2のFFT演算回路50から成る部
分を設けたところである。
【0013】なお、周波数シフト回路2、デジタル・フ
ィルタ3、データ間引き回路4、FFT演算回路5から
成る部分をここでは第1の信号解析回路と呼ぶが、第2
の信号解析回路の周波数シフト回路20、デジタル・フ
ィルタ30、データ間引き回路40、FFT演算回路5
0は、構成や動作において第1の信号解析回路の周波数
シフト回路2、デジタル・フィルタ3、データ間引き回
路4、FFT演算回路5と同じである。ただし、それぞ
れの設定(周波数シフト量、ズーム率など)は異なる。
そして、比較回路7にはFFT演算回路50の演算結果
が入力される。
【0014】このような構成においては、AD変換器1
によりデジタル信号に変換された被測定信号が第1の信
号解析回路と第2の信号解析回路の両方に入力される。
周波数シフト回路2以降の回路によるFFT処理に係る
動作は従来のFFTアナライザの動作と基本的に同等で
あるのでその説明を省略するが、細部の動作や各部の設
定、動作時間等については本発明の特徴部分でもあるの
で以下に詳しく説明する。
【0015】例えば、 周波数領域50KHz〜100KHzの信号を観測
し、 60KHz〜72.5KHzの周波数領域で比較判定
を行う 場合を例にとって説明する。第1の信号解析回路の周波
数シフト回路2、デジタル・フィルタ3、データ間引き
回路4およびFFT演算回路5はに対応する設定と
し、他方第2の信号解析回路の周波数シフト回路20、
デジタル・フィルタ30、データ間引き回路40および
FFT演算回路50はに対応する設定とする。
【0016】最大周波数レンジを100KHzとした場
合、第1の信号解析回路での各設定を次のようにする。 周波数シフト回路2 : 75KHzの周波数シフト デジタル・フィルタ3 : 25KHzのローパス・フ
ィルタ データ間引き回路4 : 1/4間引き また第2の信号解析回路での各設定を、 周波数シフト回路20 : 66.25KHzの周波数
シフト デジタル・フィルタ30: 6.25KHzのローパス
・フィルタ データ間引き回路40 : 1/16間引き とする。
【0017】第1の信号解析回路のFFT演算回路5で
は一定数のデータ(例えば複素1024点)が揃うとF
FT演算とパワー演算を行うが、第2の信号解析回路の
FFT演算回路50では複素256点のデータが揃うと
FFT演算とパワー演算を行う。
【0018】さて、実験によれば、 (1) 第1の信号解析回路において、データ取り込み時間
(間引き後のサンプリング周波数が64KHz、データ
数は複素1024点)は8ms、複素1024点FFT
演算は25ms、パワー計算は4msである。 (2) 第2の信号解析回路において、データ取り込み時間
(間引き後のサンプリング周波数が16KHz、データ
数は複素256点)は8ms、複素256点FFT演算
は5ms、パワー計算は1msである。
【0019】第1の信号解析回路と第2の信号解析回路
の演算時間(FFT演算とパワー計算の時間)の比は2
9/6となる。データ取り込み時間は両方共8msであ
るが、図2に示すようにパイプライン処理で行う場合、
判定に要する時間1msを上記演算時間に加えた7ms
がデータ取り込み時間を上回らないので、データの取り
こぼしを起こすことなく総てのデータについて比較判定
ができる。
【0020】従来例に示すアナライザでは、演算に29
msかかるため取り込んだデータすべてを処理できない
ことは明らかである。
【0021】判定結果を出力する場合において、解析周
波数スペクトラムが必要な場合には、判定結果が出力さ
れたフレームに対応するデータについて第1の信号解析
回路によるFFT演算を行う。ただしこの場合、新たな
データ取り込みには取りこぼしが発生する。
【0022】また、比較を行う周波数領域の設定いかん
によってはデータの取りこぼしが発生するものの、それ
でもなお本発明のアナライザは従来例に比べれば取りこ
ぼしの頻度は極めて少なくなっている。
【0023】なお、本発明は実施例に限ったものではな
く、種々の変形が可能である。例えば、FFT演算回路
50を省略し、FFT演算回路5により第2の信号解析
回路におけるデータのFFT演算を行わせるようにして
もよい。この場合、比較判定中はスペクトラムデータは
更新できない。また、比較する周波数領域が2ブロック
必要な場合は、図1における解析回路を3系統にすれば
よい。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、比
較する領域だけFFT演算を実施し比較判定するため、
判定結果が出力されるまでの時間が短縮される。このた
め、比較判定するデータを取りこぼすことが少なくな
り、正確な測定が可能になる。判定結果が出力されると
きのスペクトラムが必要な場合は、対応するフレームの
データを用いて本来のFFT演算(第1の信号解析回路
でのFFT演算)を行えば、解析周波数領域のスベクト
ラムも容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る高速フーリエ変換アナライザの一
実施例を示す構成図である。
【図2】FFTアナライザの動作を説明するためのタイ
ムチャートである。
【図3】測定結果(パワースペクトラム)の一例を示す
図である。
【図4】周波数スペクトラムの比較判定例を示す説明図
である。
【図5】従来のFFTアナライザの一例を示す構成図で
ある。
【符号の説明】
1 AD変換器 2,20 周波数シフト回路 3,30 デジタルフィルタ 4,40 データ間引き回路 5,50 FFT演算回路 6 表示回路 7 比較判定回路 8 制御回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アナログ・デジタル変換器によりデジタル
    変換された被測定信号を所望の周波数領域にシフトする
    周波数シフト回路と、この周波数シフト回路の出力を受
    け、後段での間引き処理を行った信号において前記周波
    数領域を越える信号成分が除去されているように作用す
    るデジタル・フィルタと、このデジタル・フィルタの出
    力に対して周波数領域のズーミングのためのデータ間引
    きを行うデータ間引き回路と、このデータ間引き回路か
    ら一定数のデータが入力された後に高速フーリエ変換を
    行い周波数スペクトラムを求める高速フーリエ変換演算
    回路と、設定された基準値と前記高速フーリエ変換演算
    回路で求めた演算結果を比較判定する比較判定回路と、
    この比較判定結果に従い表示を行う表示回路を備え、被
    測定信号の周波数解析および判定機能を有する高速フー
    リエ変換アナライザにおいて、 前記周波数シフト回路、デジタル・フィルタ、データ間
    引き回路、高速フーリエ変換演算回路から成る第1の信
    号解析回路とは別に、同等の機能を有する周波数シフト
    回路、デジタル・フィルタ、データ間引き回路、高速フ
    ーリエ変換演算回路から成る第2の信号解析回路を備
    え、この第2の信号解析回路では第1の信号解析回路よ
    りも限定された周波数領域の解析が行われ、前記比較判
    定回路では第2の信号解析回路のFFT演算回路により
    求められた演算結果を受けて比較判定が行われるように
    構成したことを特徴とする高速フーリエ変換アナライ
    ザ。
JP21142793A 1993-08-26 1993-08-26 高速フーリエ変換アナライザ Pending JPH0763797A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016109513A (ja) * 2014-12-04 2016-06-20 日置電機株式会社 測定装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016109513A (ja) * 2014-12-04 2016-06-20 日置電機株式会社 測定装置

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