JPS594667B2 - 狭帯域不規則信号用中心周波数測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、被測定量に比例する中心周波数をもつ狭帯域
不規則信号用中心周波数を、高精度で測定するための中
心周波数測定方法に関するもので１０ある。

例えば、空間フィルタによる速度測定、レーザードップ
ラ流量計、カルマン過流量計等のように、被測定量を狭
帯域不規則信号の形で検出する計測器は種々存在する。

ここで得られる狭帯域不規則１５信号は、例えば第１図
に示すような波形であつて、特に振幅の小さな所で、位
相の乱れや振幅のゆらぎが顕著である。従来この種の測
定のためにはスペクトル分析を行ない、最大ピーク値を
与える周波数を目視または半自動的に読取る方式が採ら
れ２０ており、装置が複雑高価であると共に測定に時間
を要し連続測定は殆ど不可能であつた。また別種の中心
周波数測定法に零レベルをスレツシユホールドレベルと
してプラス、マイナスの２値に量子化し、更に自己相関
々数を求めて中心２５周波数を測定するいわゆる極性相
関型中心周波数計も考案されている。

この方法は装置構成が簡単でかつ連続測定も可能である
が、前述した振幅の小さい所に於ける位相の乱れの影響
を強く受けると共に、測定値にリップル分が含まれ、そ
の分精３０度が悪化し、精度向上を図るためには比較的
長い測定時間を必要としていた。本発明の目的は、相関
を利用する狭帯域不規則信号の中心周波数測定方法とし
て、入力信号をプラスとマイナスの２値レベルに量子化
する方法を３５改良し、振幅の小さな所での不安定な波
形を除去し、測定値にリップル分を含めずに、中心周波
数を短い測定時間で精度よく求め得る測定方法を提供す
ることにある。

この目的を達成するための本発明の要旨は、被測定量の
情報を含みアナログ的に変化する狭帯域不規則信号であ
る入力信号の中心周波数を相関を利用して求める場合に
於いて、前記入力信号をその中心レベルに対しほぼ上下
対称に設定したスレツシユホールドレベルＶ…，ＶＨに
より、Ｖ…よりレベルの高い信号部分をプラスレベルの
一定値に、Ｖ…とＶ（−）の間のレベルの信号部分を零
レベルに、ＶＨよりレベルの低い信号部分をマイナスレ
ベルの一定値に量子化して３値レベルの信号を形成しこ
れを第１の信号とし、この第１の信号を外部入力により
遅延時間を任意に可変し得る第１の遅延回路により遅延
させて第２の信号を形成し、第１の信号と第２の信号と
の積を求めて第３の信号を形成し、この第３の信号を外
部入力により遅延時間を任意に可変し得る第２の遅延回
路により遅延させて第４の信号を形成し、第３の信号と
第４の信号とを加算して第５の信号を形成し、この第５
の信号を積分し、その積分値により第５の信号が零とな
るように調節信号値を前記第１及び第２の遅延回路に送
信して遅延時間を調節し、この調節信号値を基に入力信
号の中心周波数を求めることを特徴とする狭帯域不規則
信号の中心周波数測定方法である。

以下に本発明に係る方法を第２図以下に図示する実施例
を基に詳細に説明する。

第２図は本発明に係る方法を実現するための装置の回路
構成をプロツク図で示すものであり、第３図ａ−ｈは第
２図の装置の動作を説明するための処理信号波形のタイ
ムチヤート図である。

この実施例の説明に当つては、理解を容易とするために
入力信号として正弦波を用いて説明することにする。第
２図に於いて、１，丁はそれぞれレベル弁別回路であり
、レベル弁別回路１，１’にはそれぞれ入力端Ｓから狭
帯域不規則信号である入力信号を入力し、更にスレツシ
ユホールドレベルを設定するためのほぼ上下対称のレベ
ル信号を入力端Ｖ＋）及びＶ（→から入力する。レベル
弁別回路１は入力信号ａのプラスレベル側を処理し、他
方のレベル弁別回路１’は入力信号ａのマイナスレベル
側を処理することになつている。従つて入力端Ｓから第
３図ａに示す正弦波を入力すると、その信号は二岐に分
岐され、レベル弁別回路１及び１’に入力される。レベ
ル弁別回路１に於いては、入力信号ａが第３図ｂに示す
ようにスレツシユホールドレベルＶ…を越えた場合はプ
ラスレベルに他の場合は零レベルの論理信号ｂに変換す
る。又、レベル弁別回路丁に於いては、第３図ｄに示す
ようにスレツシユホールドレベルｖ←）以下のレベルの
場合はマイナスレベルの他の場合は零レベルの論理信号
ｄに変換することになる。このスレツシユホールドレベ
ルＶ…，ＶＨの絶対値は、入力信号ａの実効値の８０％
程度のレベル付近で、最も良好な結果が得られることが
確められている。更にレベル弁別回路１及び丁で形成し
た信号Ｂ，ｄは、それぞれ二岐に分岐しその一方を第１
の遅延回路２及び７にそれぞれ入力させ、これらの第１
の遅延回路２及び１では入力した信号をそれぞれ同じ時
間だけ遅延させる。尚、遅延回路２及びτはシフトレジ
スタで構成され、その遅延時間は外部から供絡されるシ
フトパルス信号ｉの周波数を変えることにより任意に可
変することができ、第３図の実施例では入力信号周期の
１／４周期だけ遅延させている状態を示している。第１
の遅延回路２及び７で遅延させた信号は、それぞれ第３
図ｃ及びｅに示すような信号であり、これらの信号Ｃ，
ｅは前述の遅延しない信号Ｂ，ｄ）即ち第３図ｂ及びｄ
に示す信号と共に論理積回路３に入力させる。理論積回
路３は遅延されていない２つの信号Ｂ，ｄと遅延された
２つの信号Ｃ，ｅとの相互の論理積を行なうための回路
であり、第１表に示す真理値表を実現するものである。
ここで第３図ｂはＸ２に、ｃはＸ１に、ｄはＸ４にｅは
Ｘ３に対応し、これらの論理積Ｙの値として出力され、
第３図ｆに示すような波形を出力させる。

この論理積回路３からの信号ｆに於いて正、負の出力レ
ベルの絶対値は同じ値に設定する。論理積回路３からの
出力ｆを２岐に分岐しその一方を、シフトパルス信号１
により遅延時間を可変できるシフトレジスタから成る第
２の遅延回路４に入力し、第３図ｇと論理積回路３から
出力され遅延していない信号ｆとを加算器５に入力して
信号Ｆ，ｇ同志を加算する。第３図に於いては、Ｆ，ｇ
の波形は正、負共に同じ時間幅で、その平均レベルは零
であり、更に信号Ｆ，ｇは互いに符号が反転しているか
ら、加算器５で加算すれば互に相殺され、その出力は零
となるが、これはたまたま入力信号ａが正弦波であり、
第１の遅延回路２，７及び第２の遅延回路４の遅延時間
を入力信号周期の１／４周期に設定したためである。

この状態に於いて、シフトパルス信号１の周波数を若干
高くすると、それに応じて遅延時間が短かくなり第３図
Ｃ，ｅ及びｇの波形が時間軸に沿つて左の方向に移動す
る。その結果、Ｆ，ｇの波形に於いて正のパルス幅は増
加し、負のパルス幅は減少し、Ｆ，ｇの平均レベルはプ
ラスになり、ｈには正のパルスのみが現われる。逆にｉ
の周波数を若干低くするとその逆になり、Ｆ，ｇの平均
レベルはマイナスとなり、ｈには負のパルスのみが現わ
れる。このことは第３図Ｆ，ｇの信号の平均レベルを零
にし、信号ｈが零となるようなシフトパルス信号１の周
波数を求めれば、前述のようにそのときの遅延時間は入
力信号周期の１／４周期となつており、入力信号の周期
を知り得ることになる。更にシフトレジスタによる遅延
時間τとシフトパルス信号１の周波数Ｆ８との関係は、
シフトレジスタの段数をＭ段とすると一般的に（１）で
表わされる。

― ↓▼▲１ＪＬＳ〜▲′ 従つて入力信号ａの周波数をＦとすると加算器５の出力
ｈが零のときは前述のようになる関係が成り立つのでＦ
８とＦとの関係は（３）式で表わされる。

Ｆ＝（１／４Ｍ）・Ｆ８・・・・・ （３）この（３）
式から明らかなように、入力信号ａの周波数Ｆとシフト
パルス信号１の周波数Ｆ８とは比例するので、ｉの周波
数を計数回路で測定すれば、それを係数倍することで入
力信号ａの周波数Ｆが直接的に求まることになる。

次いで加算器５の出力を積分器６に入力し、更に積分器
６の出力を電圧・周波数変換回路７に入力し、そのパル
ス出力を第１の遅延回路２，′２′及び第２の遅延回路
４にシフトパルス信号１として供給する。

このときのシフトパルス信号１の周波数は加算器５の出
力がプラスのとき下降し、マイナスのとき上昇するよう
にネガテイプ・フイードバツク構成とする。この回路構
成によれば、入力信号の中心周波数が変化して低くなる
と、加算器５の出力ｈがプラスになり、積分器６の積分
動作によりシフトパルス信号１の周波数が下降し、その
結果出力ｈがプラスから零へと変化し、零となつたとこ
ろで再び安定な平衡状態となる。又、入力信号の中心周
波数が変化して高くなると、加算器５の出力ｈが逆にマ
イナスになり積分器６の積分動作によりシフトパルス信
号１の周波数が上昇し、その結果出力ｈがマイナスから
零へと変化し、零となつたところで平衡状態となる。何
れの平衡状態に於いても（３）式が成り立つので、第２
図の回路構成により自動的に入力信号の中心周波数を測
定し得ることになる。また平衡状態に於いては出力ｈに
殆どリツプル成分が現われないので、その分安定で高精
度な測定が実現されることになる。更に狭帯域不規則信
号の中心周波数の変化の速さよりも、第２図で示す回路
全体の応答速度を速く設定しておけば、中心周波数の変
化はシフトパルス信号１を計数回路８で測定することに
より知ることが可能である。又、第２図に於いて電圧・
周波数変換回路７は、その変換特性が単調増加或いは単
調減少の関係にあればよく、更にその変換特性が直線的
なものであれば、中心周波数の変化を積分器６の出力か
らアナログ的な電圧の変化として取り出すことができ、
その値は電圧計９で測定される。従つて弁別回路１及び
１′に上下対称のスレシユホールドレベル…，（へ）を
設定し、演算処理したことにより、振幅の小さい不安定
な信号部分を除外することができ、又、第２の遅延回路
４により信号を遅延処理して遅延しない原信号との加算
によつて積分器に入る信号のリツプル成分を相殺させる
ことにより、平衡状態に於いても積分器から通常出力さ
れる筈のリツプル分を殆ど発生させずに済み、その分だ
け高精度の測定が実現できることとなり、これは測定技
術上極めて有利な効果である。

尚、実施例に示した構成回路は、本発明に係る方法を実
現するための一具体例に過ぎず、特許請求の範囲の範鴫
内に於いて幾多の変形や他の構成回路の採用ができるこ
とは勿論である。

以上、説明したように本発明に係る狭帯域不規則信号用
中心周波数測定方法によれば、高精度でかつ応答速度の
速い中心周波数測定系を構成できるので、例えば空間フ
イルタによる速度測定レーザードツプラ流量計、カルマ
ン過流量計等に対して本発明による方法を適用すること
によつて、その精度及び応答特性の著しい改善が期待で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る方法の対象となる狭帯域不規則信
号の波形の一例を示す波形図、第２図は本発明に係る方
法を実現するための装置の一実施例の回路構成を示すプ
ロツク図、第３図ａ−ｈはこの回路により処理した信号
のタイムチヤート図である。 符号１，Ｖはレベル弁別回路、２，７は第１の遅延回路
、３は論理積回路、４は第２の遅延回路、５は加算器、
６は積分器、７は電圧・同波数変換回路、８は計数回路
、９は電圧計である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被測定量の情報を含みアナログ的に変化する狭帯域
   不規則信号である入力信号の中心周波数を相関を利用し
   て求める場合に於いて、前記入力信号をその中心レベル
   に対しほぼ上下対称に設定したスレツシユホールドレベ
   ルＶ（＋）、Ｖ（−）により、Ｖ（＋）よりレベルの高
   い信号部分をプラスレベルの一定値に、Ｖ（＋）とＶ（
   −）の間のレベルの信号部分を零レベルに、Ｖ（−）よ
   りレベルの低い信号部分をマイナスレベルの一定値に量
   子化して３値レベルの信号を形成しこれを第１の信号と
   し、この第１の信号を外部入力により遅延時間を任意に
   可変し得る第１の遅延回路により遅延させて第２の信号
   を形成し、第１の信号と第２の信号との積を求めて第３
   の信号を形成し、この第３の信号を外部入力により遅延
   時間を任意に可変し得る第２の遅延回路により遅延させ
   て第４の信号を形成し、第３の信号と第４の信号とを加
   算して第５の信号を形成し、この第５の信号を積分し、
   その積分値により第５の信号が零となるように調節信号
   値を前記第１及び第２の遅延回路に送信して遅延時間を
   調節し、この調節信号値を基に入力信号の中心周波数を
   求めることを特徴とする狭帯域不規則信号用中心周波数
   測定方法。