JPS59174766A - 周波数検出方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、交流信号の周波数を検出する周波数検出方法
に係り、特に、交流信号を所定のサンプリング周波数で
サンプリングし、そのサンプリング値を用いて演算処理
することにより、交流信号の周波数を算出するディジタ
ル式の周波数検出方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、ディジタル式の周波数検出方法としてパルスカウ
ンタ方式のものが広く知られている。この方式は交流入
力信号の半周期または７周期におけるノξルス発振器か
らの・ぞルス数を計数し、その計数値を周波数に変換し
て被測定交流信号の周波数を高精度に検出するものであ
る。

このような従来方法にあっては１周波数検出精度を上げ
ようとすれば、高繰返し周波数のパルス発振器と、交流
入力信号の特定の位相点０例えば零点を正確に検出する
手段とを必要とし、このため回路が複雑かつ高価になる
。

この欠点を除去するために、本願出願人は光圧。

交流信号を所定のサンプリング周波数でサンシリングし
、その半周期のサンプリング値を用いて演算処理するこ
とにより、交流信号の周波数を算出するディジタル式の
周波数検出方法を提案した（未公知）。

しかし、このような半周期の間のサンプリング値をもと
に周波数を求める方法では、交流信号である被測定波形
に直流分が重畳した場合、検出結果に誤差が生ずる恐れ
があった。

〔発明の目的〕

本発明は上記欠点を除去するためになされたもので、／
周期（３ｔｒｏ”）の間のサンプリング値をもとに、計
算機を用いた簡単な演算処理により、直流分の重畳の影
響を受けない高精度の周波数検出を行い得る周波数検出
方法を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために本発明では、被測定周波数で
の交流信号を比較的低いサンプリング周波数ｆｅでサン
プリングし、その１周期（３６０つの間のサンプリング
値ｘｏ−ｘ、・・・Ｘｔｎ　’　Ｘ２！１＋１を用いて
計算機による次のような簡単な演算処理を行なう。すな
わち、前記サンプリング値Ｘ。

”　　”　’ｘｚｎ’　Ｘ２ｎ−１−１と、被測定周波
数の定格周波数で。及びサンプリング周波数ｆｓから求
められる位相差θ。とに基づいてλサンプリング点間の
平均位相差θを演算し、とのθとこれを求めるのに用い
た前記θ。との差の絶対値１θ−θ１１が許容偏差δ以
内か否かを判断し、１θ−θ、１がδよりも大きい時は
修正演算を行ない、前記１θ−θ１１が許容偏差δ以下
になった時の位相差θと前記ｆ。

及びθ。とから被測定周波数ｆを求めることにより、高
精度の周波数検出を可能としたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を添付図面を参照しつつ説明す
る。

第７図は本発明を実施する周波数検出装置の構成例を示
すブロック線図である。この検出装置では、交流系統ｌ
の正弦波電圧の周波数ｆを検出するものとし、その電圧
が計器用変圧器コによって信号レベルに下げられ、アナ
ログ入力カード３に入力されろうこの交流入力信号がア
ナログ入力カード３によって所定のサンプリング周波数
ｆ８でサンプリングされると共に、アナログ値からディ
ジタル値にＡ−Ｄ変換される。アナログ入力カード３に
よるサンプリングデータはマイクロプロセラサケによっ
て演算処理され周波数ｆが求められ。

ディジタル出力カードＳに出力される。このディジタル
出力カーＰ５からの出力は表示器ＡＫより数値表示され
る。

そして１本発明の特徴はアナログ入力カーＰ３及びマイ
クロプロセラサケの部分で行われる信号処理方式にあり
１次の基本原理によって周波数の検出を行なう。

所定のサンプリング周波数ｆ６でサンプリングされる周
波数ｆの交流入力信号の隣り合うλつのサンプリング点
の間の位相差θは、交流入力信号の周波数ｆが変動する
とその変動量に比例して変化する。その値は次式のよう
になる。

交流入力電圧の周波数ｆが定格周波数ｆｏである時の位
相差θをθ０とすれば１位相差θ０は次式で表わされる
。

そして、上記（／１式と（コ）式から周波数ｆを求める
式として次式が導かれる。

θ 、。　・　　　　　　　　　°°°°°°（”）（３）
式において、θ０及びｆ。は予め知り得る既知量であり
、したがって隣接するλつのサンプリング点間の位相差
を高精度で求めることにより。

所望の周波数ｆを上記（３）式に基づいて算出できる。

また、１周期（３ｔ、ｏ’）のサンプリングデータな用
いることで、被測定周波数ｆに直流分が重畳し零点がず
れる場合でも、この影響が除かれ高精度な周波数の測定
が可能となる。以上が本発明の基本原理である。

第２図は本発明に従って行われる交流入力信号のサンプ
リングの説明図、第３図は本発明に従りて行われる演算
処理の内容を示すフローチャートであり、第２図及び第
３図を参照して周波数検出方法をさらに詳説する。

交流入力信号は、第１図に示すアナログ入力カード３に
よりサンプリング周波数ｆ８、つまり周期Ｔ　ｓ　＝’
／ｌ：　　でサンプリングされ、サンプリングθ 値Ｘ。−ｘ、・・・Ｘ２ｎ　’　Ｘ２ｎ＋１が得られる
。これらのサンプリング値は第１図のマイクロプロセラ
サグにより交流入力信号の／、ｊ周期にサンプリングの
／周期（３６０°）を加えた時間にわたって第３図に示
すよつに一時記憶される（ステップ１０／）。

次にこれらの記憶されたサンプリング値を用いてマイナ
スからプラス、プラスからマイナスへの極性変化する時
の前後の各一対のサンプリング値（第２図の例ではｘ。

−ｘ、及びｘ２ｎ　Ｘ２ｎ４１．）を２組検出する訳で
あるが、第１図のマイクロプロセラサグで次のような手
順で処理する。

まず、第３図に示すように記憶されたサンプリング値ｘ
０・Ｘ、・・Ｘｎ・Ｘ、ｎ＋、のうち、最初のデータが
プラスかどうか判断される（ステップ１０２）。ここで
判断結果が゛ゞイエス“すなわちプラスであれば、サン
プリング値かプラスからマイナスへと極性変化する時の
前後のプラスとマイナスの一対のサンプリング値Ｘ。−
Ｘ、を検出しくステップ／θ３）、さら九約／周期後の
同様の極性変化をする時の一対のサンプリング値Ｘ２ｎ
・Ｘｌｎ−）１を検出する（ステップ１ｏｔｉ　）。ま
た、上記の判断結果がゝノー“、すなわちマイナスであ
れば、サンプリング値がマイナスからプラスへと極性変
化する時の前後のマイナスとプラスの一対のサンプリン
グ値Ｘ０　　・Ｘｌ　を検出しくステップＩＯ！５）、
さらに約１周期後の同様の極性変化をする時の一対のサ
ンプリング値ｘｔｎ　’Ｘｔｎ＋１を検出する（ステッ
プ１０ｔ）。以上の検出結果に基づいて、′イエス“、
９ノー“の場合についてサンプリング値Ｘ、からＸ、ｎ
ｔでの同一極性にあるもののサンプリング数、２ｎを求
める（ステップ／θ７）。

次Ｋ、実際周波数ｆを定格周波数ｆ０と仮定した時の位
相差θ、を上記（２）弐忙基づいて次式のように求める
（ステップ１０１ｒ　）。

そして被測定交流信号の７サンプリング時間に対応する
位相差θを交流入力信号の零点付近の直線性を利用して
次式より算出する（ステップ１０り）。

＋２ｍ−／ 近似的に交流入力信号の零点からサンプリング値Ｘ、の
得られた点゛までの位相差に対応し右の項た点から零点
までの位相差に対応する。括弧的全体としては、被測定
周波数−周期の両端の隣接する異極性のサンプリング値
開の位相差の内、その−周期に含壕れる位相差に対応す
る。一方上記（９式によっ′″Ｃ得られた位相差θは被
測定周波数のザンプリング値開の平均位相差を表わす。

しかるにこのようにして求めた両位相差、すなわち（り
）式と（Ｓ）式の結果は本来等しくなければならず、こ
れが等しくない時は当初用いた位相差θ１の値が適切で
なかったことを意味する。

そこで５上記のようにして求めた（マ）式の位相差θと
（ｆＪ式の位相差θ１との差の絶対値１θ−０１１を予
め設定した許容偏差δと比較しくステップ／／の。

１θ−θ１１〉δ であれば、（ｊ１式の位相差θｌに（３）式の演算によ
って得た位相差θの値を代入しくステップ／／／）、再
び、隣接する−りのサンプリング間の新たな位相差θを
（ｊ）式に従って演算して求める（ステップ／θｑ）。

この演算を １０〜θ１１りδ となるまで繰返し。

１０−〇、１くδ となれば−これはθ−θｌとみなせ、この得られた位相
差θの値を用いて上記（３）式のｆ　−−ｆ。

θ０ により、実際の周波数ｆを算出しくステップ／／コ）。

その結果を第１図のディジタル出力カードＳを介して表
示器乙に表示するうこれてより高精度の周波数検出が可
能となる。

ここで、上記実施例と、本願出願人が先に提案した半周
期の間のサンプリング値をもとに周波数を求める方法と
を、比較する。一般に、アナログ入力カード３にはオフ
セット（直流分）が存在する。そして被測定波形に直流
分が重畳していた時。

本願出願人が先に提案した方法では直流分の影響により
、計算結果が実際の値と異なってくる。すなわち計算例
を示すと次のようになる。

例えば、定格周波数！ｒ０Ｈ２とし、波高値／１周波数
！０．４０Ｈ２の正弦波を考え、これに波高値の±３０
％、±Ｊチ、±１０％、Ｏの直流分が重畳した場合の計
算結果なの半周期のサンプリング値で算出。

■／同周期サンプリング値で算出し、その結果は次表の
通りである。なお５位相差θの許容誤差はθ、ｌ゛（す
なわち、Δｆ（０，，３３Ｉ（２）とする。

上記の表の、■から明らかなように１被測定波形に直流
分が重畳した場合、■の方法ではその影響を受けるため
に周波数検出値に誤差が生じるが。

■の方法では直流分の影響が除去されより正確な周波数
の検出が可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように一本発明によれば、交流信号を比較
的低いサンプリング周波数でサンプリングし、そのサン
プリング値を用いて計算機（でよる簡単な演算処理を行
ない、隣接する一つのサンプリング点間の位相差を高精
度で求めて被測定周波数を算出するようにしたので、簡
易的確に高精度な周波数検出を行なうことができる。し
かも、／周期のサンプリングデータを用いているので、
たとえ被測定周波数に直流分が重畳し零点がずれる場合
でも、この影響を除去した高精度な周波数の測定が可能
である。

【図面の簡単な説明】

第７図は本発明を実施する周波数検出装置の−構成例を
示すブロック線図、第２図は本発明に彷って行われる交
流入力信号のサンプリングの説ツ図、第３図は本発明に
従って行なわれる演算処刑の内容を示すフローチャート
である。 ／・・・交流系統、２・・・計器用変圧器、３・・アナ
ログ入力カード、ｑ・・・マイクロプロセッサ、Ｓ・・
・ヅイジタル出力カード、ｔ・・・表示器、Ｘｏ−Ｘ、
・・Ｘ、ゎ・ｘ２ｎ＋、　　・・・サンプリング値、ｆ
・被測定周波数。 出願人代理人　　猪　　股　　　　　清１　　　　　　
　　児１図 □ 第２閃

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被測定周波数ｆの交流信号をより高いサンプリング周波
   数ｆＢでサンプリングし、そのサンプリング値のうちマ
   イナスからプラス、プラスからマイナスへと極性変化す
   る隣接するλつのサンプリング値Ｘ。、ｘｌ　と、被測
   定交流信号でほぼ／周期後に現れる前記と同様の極性変
   化する隣接するλつのサンプリング値Ｘ２ゎ、Ｘ！ｎ＋
   １と、サンプリング値Ｘ、からＸ２ｎまでのサンプリン
   グ数２ｎとから、隣接するλつのサンプリング点間の被
   測定交流信号基準の位相差に関する変数を０１　とする
   下記（１）弐において、まず位相差θ１として前記被測
   定周波数ｆの定格周波数ｆ。とサンプリング周波数で８
   とから下記（，２）式によって求められる位相差θ。を
   用いてサンプリング値Ｘ、からＸｔｎ’Ｊでのサンプリ
   ング期間におけるコサンプリング点間の平均位相差θを
   求め、この平均位相差θとこれを求めるのに用いた前記
   位相差θ。どの差の絶対値１θ−θ１１が所定の許容偏
   差δ以下か否かを判断し、絶対値１θ−０，１が許容偏
   差δよりも大きい時は下記（１）式によって求めた位相
   差θの値を前記θ、の値として代入して新たな位相差θ
   を繰返し演算して求め、前記１θ−θ１１が許容偏差δ
   以下になった時の位相差θを用い、下記（３）式により
   被測定周波数ｆを求めるようにしたことを特徴とする周
   波数検出方法。 ２ｎ−／ ・・・　（１） ′０