JPH0798336A - サンプリング式測定装置 - Google Patents

サンプリング式測定装置

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JPH0798336A
JPH0798336A JP24120493A JP24120493A JPH0798336A JP H0798336 A JPH0798336 A JP H0798336A JP 24120493 A JP24120493 A JP 24120493A JP 24120493 A JP24120493 A JP 24120493A JP H0798336 A JPH0798336 A JP H0798336A
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JP
Japan
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sampling
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converter
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JP24120493A
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English (en)
Inventor
Yukiyoshi Hiraishi
行好 平石
Hisashi Iwase
久 岩瀬
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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】 高価な高速サンプリング用のアナログ・デジ
タル変換器等を使用すること無く、サンプリング周波数
の1/2以上の周波数帯域でもエリアシングが生じる事
のない手段を備えたサンプリング式の測定装置を得るこ
とを目的とする。 【構成】 被測定の入力をサンプリングしてホールドす
るサンプル・ホールド回路、このサンプル・ホールド回
路によって得た入力をデジタル信号に変換するアナログ
・デジタル変換器、このアナログ・デジタル変換器の出
力に演算/処理を施すデジタル・シグナル・プロセッサ
を備えた装置において、それぞれ周波数の異なるサンプ
リング・クロックを発生する複数個のサンプリング・ク
ロック発生器を設け、前記デジタル・シグナル・プロセ
ッサで得られた測定値の変化を検出し、この測定値の変
化に応じて選択されるサンプリング・クロックにより被
測定入力をサンプリングするようにしたことを特徴とし
たもの。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、デジタル・サンプリン
グ方式による測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】周知のように、デジタル・サンプリング
方式の測定装置においては、サンプリング周波数をfs
とすると、fs/2までの周波数帯域の信号しか正しく
測定する事が出来ず、fs/2以上の信号成分ではエリ
アシングが生じる。このエリアシングを無くすには、ア
ンチエリアシング・フイルタ,或いは高速のサンプリン
グ用A/D変換器を用いれば良いが、アンチエリアシン
グ・フイルタ,或いは高速サンプリング用のA/D変換
器は高価である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高価
なアンチエリアシング・フイルタ,或いは高速サンプリ
ング用のA/D変換器等を使用すること無く、fs/2
以上の周波数帯域でもエリアシングが生じる事のない手
段を備えたサンプリング式の測定装置を得ることにあ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、被測定の入力
をサンプリングしてホールドするサンプル・ホールド回
路、このサンプル・ホールド回路によって得た入力をデ
ジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器、この
アナログ・デジタル変換器の出力に演算/処理を施すデ
ジタル・シグナル・プロセッサを備えた装置において、
それぞれ周波数の異なるサンプリング・クロックを発生
する複数個のサンプリング・クロック発生器を設け、前
記デジタル・シグナル・プロセッサで得られた測定値の
変化を検出し、この測定値の変化に応じて選択されるサ
ンプリング・クロックにより被測定入力をサンプリング
するようにしたことを特徴としたものである。
【0005】
【作用】このような本発明では、表示更新周期毎に変え
るサンプリング・クロックに応じた測定値の変化からエ
リアシングが起こったことが検出され、これによりエリ
アシングが起こらなサンプリング周波数が複数のサンプ
リング・クロックの中から選択される。
【0006】
【実施例】以下図面を用いて本発明を説明する。図1は
本発明装置の一実施例の構成図である。図において、v
は被測定の入力を示すものである。10はサンプル・ホ
ールド回路、20はアナログ・デジタル変換器(以下、
A/D変換器という)、30はA/D変換器20の出力
を受け、後述のような種々の演算,及び処理を行うデジ
タル・シグナル・プロセッサ(以下、単にDSPとい
う)、40はマイクロ・プロセッサ(以下、単にCPU
という)、50は表示器である。CPU40はDSP3
0の出力データを受け取り、そのデータに種々の処理を
施して表示データとして表示器50に送出する。
【0007】61〜63はそれぞれ周波数の異なるサン
プリング・クロックを発生するクロック発生器、70は
各クロック発生器61〜63が出力するサンプリング・
クロックを切り換える切換器である。このクロック切換
器70の切り換え制御はDSP30の出力によって行わ
れる。被測定入力vは切換器70を通過したサンプリン
グ・クロックが与えられるサンプル・ホールド回路10
によってサンプリングされ、そのサンプリングされた入
力vはA/D変換器20によってデジタル信号に変換さ
れる。なお、本実施例ではサンプリング・クロック発生
器として61〜63の3個を使用した場合について説明
するが、3個に限定するものではなく、複数個有れば良
い。
【0008】DSP30において、31は被測定入力v
の実効値を算出する為の2乗演算手段、32は入力vの
平均値を算出する為の絶対値手段、33は電力を算出す
る為の掛算手段を示すものである。A/D変換器20よ
り得られたデジタル信号はDSP30における上記演算
手段31〜33の何れかに与えられる。34は演算手段
31〜33の出力を受け、各手段の出力の平均化処理を
行う為の平均化演算手段、35はメモリで、平均化演算
手段34の出力はこのメモリ35に格納される。36は
平均化演算手段34によって得られた平均値を後述の如
くして比較/判定する比較/判定手段、37は比較/判
定手段36の判定によりサンプリング・クロックを選択
するサンプリング・クロック選択手段である。このクロ
ック選択手段の出力によって前記したサンプリング・ク
ロック切換え回路70が駆動され、これによりサンプリ
ング・クロック発生器61〜63の出力が切換えられ
る。このような構成に於いて、その動作を図2に示すフ
ローを用いて説明すると次の如くなる。
【0009】ここで、サンプリング・クロック発生器6
1〜63が発生するサンプリング・クロックの周波数を
それぞれfs1〜fs3とし、図2のフローに示す如く
最初に切換え回路70によりfs1をセットするものと
する。被測定入力vはこのクロックfs1によってサン
プリングされ、A/D変換器20においてデジタル信号
に変換される。変換されたデジタル信号は前記したよう
にDSP30における2乗演算手段31,絶対値手段3
2,又は掛算手段33に与えられた後、平均化演算手段
34によって平均化処理が施される。平均化処理された
結果の値をM1とすると、このデータM1はメモリー3
5に格納される。メモリー35に格納されたデータM1
は、入力vの測定値としてCPU40に転送され、この
CPUの制御の基に表示器50においてその値が所定の
表示周期に従って表示される。この動作を図2のフロー
において「fs1処理」として示す。
【0010】次に、切換え回路70によりサンプリング
・クロック発生器62を選択し、周波数fs2のサンプ
リング・クロックをセットする。このクロックfs2に
より被測定入力vをサンプリングし、デジタル信号に変
換する。変換されたデジタル信号は前記したようにDS
P30における各演算手段31〜33に与えられた後、
平均化演算手段34によって平均化処理が施される。平
均化処理された結果の値をM2とすると、このデータM
2はメモリー35に格納されると共に、CPU40に転
送され、表示器50においてその値が表示される。この
動作を図2のフローにおいて「fs2処理」として示
す。ここで、このデータM2と先にサンプリング・クロ
ックfs1によって得たデータM1とが比較/判定回路
36に加えられてその値が比較され、データM2の値が
ほぼ等しいか、相違するかが判定される。その判定結果
はサンプリング・クロック選択手段37を介してサンプ
リング・クロック切換え回路70に与えられ、M1とM
2が近似している場合,即ち測定値に変化が無い場合に
は表示器50で表示される表示更新周期毎にfs1とf
s2が切り換えられ、「fs1処理」と「fs2処理」
が交互に行われ、入力vの測定が行われる。
【0011】測定データM1とM2の値が相違した場
合、即ちサンプリング・クロックfs1とfs2により
測定値が変化した場合には、クロック発生器として回路
63が選択され、周波数がfs3のクロックがセットさ
れる。このクロックfs3により被測定入力vがサンプ
リングされ、デジタル信号に変換される。変換されたデ
ジタル信号は前記したようにDSP30に取り込まれて
平均化演算手段34によって演算処理が施される。平均
化演算手段34の出力値をM3とすると、このデータM
3はメモリー35に格納されると共に、表示器50にお
いてその値が表示される。この動作を図2のフローにお
いて「fs3処理」として示す。ここで、「fs3処
理」によって得られたデータM3と、前記した「fs1
処理」によって得たデータM1とが比較/判定回路36
に加えられて比較される。その比較判定結果がM3とM
1の値がほぼ等しい場合には、「fs1処理」と「fs
3処理」とが表示更新周期毎に繰り返して行われる。測
定データM3とM1の値が相違する,即ち変化したと判
定結果が出た場合には、比較/判定回路36はデータM
3とM2を比較し、M3とM2がほぼ等しい場合には
「fs2処理」と「fs3処理」とが行なわれる。
【0012】図3はエリアシングが起こる場合の動作波
形図を示すものである。図に於いて、aは被測定の入力
波形、nはサンプル数を示すものである。エリアシング
が起こらない場合はサンプリング周波数fs1〜fs3
での測定値M1,M2,M3はほぼ等しくなるが、エリ
アシングが起こった場合には入力波形aの同一点をサン
プリングすることになるので、M1とM2の値が相違,
即ちサンプリング周波数によって測定値が変化するもの
となる。
【0013】このように、本発明においては複数個のサ
ンプリング・クロック発生器を設けて表示更新周期毎に
サンプリング・クロックを変え、その結果得られた測定
値の変化からエリアシングが起こったことを判定し、こ
れによりエリアシングが起こらないサンプリング・クロ
ックを複数個のサンプリング・クロック発生器の中から
選択することにより、アンチエリアシング・フイルタ,
或いは高速のアナログ・デジタル変換器等を用いること
無く、サンプリング周波数の1/2以上の周波数帯域の
測定入力までエリアシングが起こること無く,正確な測
定が可能となる測定装置を得ることができる。
【0014】なお、本発明に用いられる平均化演算手段
34としては特に限定するものではないが、この平均化
演算手段として可変減衰特性を有するデジタル・ローパ
ス・フイルタを用い、このデジタル・フイルタ演算部の
減衰定数をサンプル毎に可変するようにした回路を用い
た場合に付いて図4により説明する。図4に於いて、3
4は平均化演算回路で、34aはデジタル・ローパス・
フイルタ、34bはデジタル・サンプル数をカウントす
るカウンタ、34cはカウンタ34bからのサンプル数
を受けて減衰定数を演算する減衰定数演算部である。減
衰定数演算部34cの演算結果によりデジタル・ローパ
スフイルタ34aに減衰定数が設定される。40はCP
Uである。CPU40にはローパス・フイルタ34aよ
り得られるサンプリング回数n番目までに処理された平
均結果Y(n)が与えられ、ローパス・フイルタ34a
にはこのフイルタ34aが出力する平均結果Y(n−
1)が与えられるようになっている。
【0015】ここで、平均化演算手段34に入力される
デジタル・データをX(n)とすると、この平均化演算
手段34を構成するローパス・フイルタ34aの演算構
成は下記のようになっている。 G(n)=F(n) …(1) Y(n)=(1−Gn)・Y(n−1)+Gn・X(n) …(2) 上式において、nはカウンタ34bによってカウントさ
れるサンプル数を表し、F(n)は任意のサンプル数n
の減少関数を表す。このように、F(n)は減少関数で
あるので、n=a,n=b(a=b)なるnのとき、G
(a)<G(b)となる。従って、n=a,n=bのと
きのローパス・フイルタ34aの演算式はそれぞれ Y(n)=(1−Ga)・Y(n−1)+Ga・X(n) …(3) Y(n)=(1−Gb)・Y(n−1)+Gb・X(n) …(4) となる。このような演算式をもつローパス・フイルタ3
4aの減衰特性Gnはサンプリングの初期においては大
きいので応答が速く、終り頃のサンプリングでは減衰特
性Gnは小さいので高精度となる。
【0016】即ち、図4に示す平均化演算手段34は最
終的にN回のサンプリングを行うものとすると、N個の
フイルタを用い初期のサンプリング時では応答が速く、
終期のサンプリング時では高精度のものとなるように、
ローパス・フイルター34aをサンプリング毎に使い分
けるということになる。その結果、全体として応答が速
く,且つ高精度のものとなる。演算過程を示すと図5の
如くなる。このような平均化演算手段34は本願出願人
によって開発され、特願平5−143743号「サンプ
リング式測定装置」として出願しているものである。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば高
価なアンチエリアシング・フイルタ,或いは高速サンプ
リング用のアナログ・デジタル変換器等を使用すること
無く、サンプリング周波数の1/2以上の周波数帯域の
入力の実効値,或いは平均値等をエリアシングを伴わず
に正確に測定することのできるサンプリング式の測定装
置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置の一実施例を示すブロック図であ
る。
【図2】本発明装置の動作を説明する為のフローであ
る。
【図3】本発明装置の動作を説明する為の波形図であ
る。
【図4】本発明装置に用いられる平均化演算手段の一例
の回路図である。
【図5】図4の平均化演算手段の特性例である。
【符号の説明】
10 サンプル・ホールド回路 20 アナログ・デジタル変換器 30 デジタル・シグナル・プロセッサ 34 平均化演算手段 40 マイクロ・プロセッサ 50 表示器 61〜63 サンプリング・クロック発生器 70 切換え回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定の入力をサンプリングしてホールド
    するサンプル・ホールド回路、このサンプル・ホールド
    回路によって得た入力をデジタル信号に変換するアナロ
    グ・デジタル変換器、このアナログ・デジタル変換器の
    出力に演算/処理を施すデジタル・シグナル・プロセッ
    サを備えた装置において、 それぞれ周波数の異なるサンプリング・クロックを発生
    する複数個のサンプリング・クロック発生器を設け、前
    記デジタル・シグナル・プロセッサで得られた測定値の
    変化を検出し、この測定値の変化に応じて選択されるサ
    ンプリング・クロックにより被測定入力をサンプリング
    するようにしたことを特徴とするサンプリング式測定装
    置。
JP24120493A 1993-09-28 1993-09-28 サンプリング式測定装置 Pending JPH0798336A (ja)

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JP24120493A JPH0798336A (ja) 1993-09-28 1993-09-28 サンプリング式測定装置

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JP24120493A JPH0798336A (ja) 1993-09-28 1993-09-28 サンプリング式測定装置

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ID=17070755

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JP (1) JPH0798336A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10319056A (ja) * 1997-04-09 1998-12-04 Fluke Corp 測定装置のための測定フロントエンドおよび信号電圧から複数個の測定パラメータを得るための方法
KR20020035805A (ko) * 2002-04-17 2002-05-15 (주)메저컴 디지탈 샘플링을 이용한 소자 측정장치 및 그 방법
JP2010139393A (ja) * 2008-12-12 2010-06-24 Hioki Ee Corp 測定装置
JP2021162552A (ja) * 2020-04-03 2021-10-11 株式会社Gsユアサ 蓄電素子の管理装置、蓄電素子の計測方法、及び蓄電装置

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JPH10319056A (ja) * 1997-04-09 1998-12-04 Fluke Corp 測定装置のための測定フロントエンドおよび信号電圧から複数個の測定パラメータを得るための方法
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JP2010139393A (ja) * 2008-12-12 2010-06-24 Hioki Ee Corp 測定装置
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