KR101270810B1 - 전류 계측 장치, 전류 계측 방법 및 전류 계측 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 교류 전류의 계측 정밀도를 향상시키는 것이다. 교류 전류 신호를 정류하는 정류부(12)와, 정류부(12)에 의해서 정류된 신호에 대응하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(13)와, A/D 변환부(13)에 의해서 변환된 디지털 신호 중, 샘플링 기간의 교류 전류 신호에 대응하는 디지털 신호를 가산하는 가산부(14)와, 가산부(14)에 의해서 가산된 가산값을 전류값 변환 함수를 이용하여 전류값로 변환하는 전류값 변환부(15)를 구비한다. 상기 샘플링 기간은, 전류값의 계측 대상이 되는 50 Hz 및 60 Hz의 교류 전류 신호의 각 주기의 공배수이며, 상기 전류값 변환 함수는, 가산값과 전류값을 1대1로 대응시키는 함수로서, 그 전류값 변환 함수에 포함되는 계수 및 상수는, 50 Hz 및 60 Hz의 교류 전류 신호에 공통의 계수 및 상수가 된다.

Description

전류 계측 장치, 전류 계측 방법 및 전류 계측 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체{CURRENT MEASUREMENT DEVICE, CURRENT MEASUREMENT METHOD AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM HAVING CURRENT MEASUREMENT PROGRAM}
본 발명은, 전류값을 계측하는 전류 계측 장치, 전류 계측 방법 및 전류 계측 프로그램에 관한 것이다.
일본 국내에서의 교류 전류 신호(AC Power Supply)의 주파수는, 동일본에서는 50 Hz, 서일본에서는 60 Hz로 지역에 따라서 상이하다. 또한, 세계적으로 보더라도 50 Hz와 60 Hz의 나라가 존재한다. 따라서, 전류값을 계측하는 전류 계측 장치에서는, 예를 들면 주파수가 상이한 지역간을 이동한 경우에는, 이동 할때마다 두 개의 주파수마다 설치된 파라미터 등의 설정을 변경하는 작업이 발생하여, 시간이 걸린다. 하기 특허문헌 1에는, 50 Hz와 60 Hz의 주기의 최소 공배수가 되는 100 ms를 교류 전류 신호의 샘플링 기간으로서 설정함으로써, 지역마다 설정을 바꾸는 일없이 전류값을 계측 가능하게 한 전류 계측 장치가 개시되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 공개 특허 공보 제2000-241458호
그런데, 전류 계측 장치를 구성하는, 예를 들면 A/D 컨버터 등의 하드웨어에는, 하드웨어마다 상이한 특성 등이 포함된다. 따라서, 교류 전류 신호의 샘플링 기간으로서, 단순히 50 Hz와 60 Hz의 주기의 최소 공배수가 되는 100 ms를 설정한 것 만으로는, 하드웨어 특성 등의 영향을 받아 계측값에 오차가 생길 우려가 있다.
따라서, 본 발명은, 전술한 종래 기술에 의한 문제점을 해소하기 위해서 이루어진 것으로, 계측 정밀도를 향상시킬 수 있는 전류 계측 장치, 전류 계측 방법 및 전류 계측 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 전류 계측 장치는, 교류 전류 신호를 정류하는 정류부와, 정류부에 의해서 정류된 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부와, A/D 변환부에 의해서 변환된 디지털 신호 중, 정해진 샘플링 기간의 교류 전류 신호에 대응하는 디지털 신호를 가산하는 가산부와, 가산부에 의해서 가산된 가산값을 정해진 전류값 변환 함수를 이용하여 전류값으로 변환하는 전류값 변환부를 구비하고, 상기 샘플링 기간은, 전류값의 계측 대상이 되는 각각 주기가 상이한 복수의 교류 전류 신호의 각 주기의 공배수이며, 상기 전류값 변환 함수는, 가산값과 전류값을 1대 1로 대응시키는 함수로서, 상기 전류값 변환 함수에 포함되는 계수 및 상수는, 상기 복수의 교류 전류 신호에 공통인 계수 및 상수인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 전류 계측 방법은, 교류 전류 신호를 정류하는 정류 단계와, 정류 단계에 있어서 정류된 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환 단계와, A/D 변환 단계에 있어서 변환된 디지털 신호 중, 정해진 샘플링 기간의 교류 전류 신호에 대응하는 디지털 신호를 가산하는 가산 단계와, 가산 단계에 있어서 가산된 가산값을 정해진 전류값 변환 함수를 이용하여 전류값으로 변환하는 전류값 변환 단계를 포함하고, 상기 샘플링 기간은, 전류값의 계측 대상이 되는 각각 주기가 상이한 복수의 교류 전류 신호의 각 주기의 공배수이며, 상기 전류값 변환 함수는, 가산값과 전류값을 1대 1로 대응시키는 함수로서, 상기 전류값 변환 함수에 포함되는 계수 및 상수는, 상기 복수의 교류 전류 신호에 공통의 계수 및 상수인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 전류 계측 프로그램은, 교류 전류 신호를 정류하는 순서와, 정류된 신호를 디지털 신호로 변환하는 순서와, 변환된 디지털 신호 중, 정해진 샘플링 기간의 교류 전류 신호에 대응하는 디지털 신호를 가산하는 순서와, 가산된 가산값을 정해진 전류값 변환 함수를 이용하여 전류값으로 변환하는 순서를 컴퓨터에 실행시키고, 상기 샘플링 기간은, 전류값의 계측 대상이 되는 각각 주기가 상이한 복수의 교류 전류 신호의 각 주기의 공배수이며, 상기 전류값 변환 함수는, 가산값과 전류값을 1대1로 대응시키는 함수로서, 해당 전류값 변환 함수에 포함되는 계수 및 상수는, 상기 복수의 교류 전류 신호에 공통인 계수 및 상수인 것을 특징으로 한다.
이러한 구성을 채용함으로써, 전류값의 계측 대상이 되는 각각 주기가 상이한 복수의 교류 전류 신호의 각 주기의 공배수를 샘플링 기간으로 하고, 이 샘플링 기간의 교류 전류 신호에 대응하는 디지털 신호를 가산할 수 있으므로, 가산의 결과로 얻어지는 가산값을 각 교류 전류 신호 사이에서 동일한 값으로 할 수 있다. 이에 따라, 각각 주기가 상이한 복수의 교류 전류 신호의 전류값을, 각각의 교류 전류 신호에 공통된 전류값 변환 함수를 이용하여 구할 수 있기 때문에, 주기가 상이한 교류 전류 신호마다 설정을 변경하는 시간을 생략할 수 있다. 또한, 전류값을 계측할 때에 이용하는 전류값 변환 함수를, 가산값과 전류값을 1대1로 대응시키고, 전류값 변환 함수에 포함되는 계수 및 상수를, 각 교류 전류 신호에 공통인 계수 및 상수로 할 수 있기 때문에, 교류 전류 신호의 특성이나 계측하는 장치의 특성에 의해서 가산값과 전류값과의 상관 관계에 왜곡이 생기는 경우라도, 상기 전류값 변환 함수를 이용하여 변환함으로써, 왜곡을 해소시키는 것이 가능해진다.
본 발명에 따르면, 계측 정밀도를 향상시킬 수 있는 전류 계측 장치, 전류 계측 방법 및 전류 계측 프로그램을 제공할 수 있다.
도 1은 50 Hz의 교류 전류 신호를 전파(全波) 정류한 후의 신호의 파형을 나타내는 도면이다.
도 2는 60 Hz의 교류 전류 신호를 전파 정류한 후의 신호의 파형을 나타내는 도면이다.
도 3은 전류 계측 장치의 기능 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 계수·상수 설정 처리의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 전류 계측 처리의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 전류 계측 프로그램을 실행하는 컴퓨터의 구성도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 다만, 이하에 설명하는 실시형태는, 어디까지나 예시이며, 이하에 명시하지 않은 여러 가지의 변형이나 기술의 적용을 배제하지는 않는다. 즉, 본 발명은, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
실시형태를 설명하기 전에, 상이한 주파수의 주기 신호간의 물리량이 동일해지는 조건에 대하여 설명한다. 우선, 주기가 T인 주기 신호 S의 물리량 P가, 이하의 식 (1)에 나타내는 정적분에 의해서 구해지는 것으로 한다. M은 주기 신호 S의 진폭에 의해 결정되는 상수이다.
Figure 112011098960211-pct00001
(1)
다음에, 상기 식 (1)에서 물리량 P를 구할 수 있는 복수의 주기 신호 S1, S2,…, Sn에 대하여 생각한다. 각 주기 신호 S1, S2,…, Sn의 주기가 각각 T1, T2,…, Tn이며, 물리량 P를 구할 때의 샘플링 기간을 C로 한다. 각 주기 신호 S1, S2,…, Sn이, 이하의 식 (2)에 나타내는 관계를 만족하는 경우에, 각 주기 신호 S1, S2,…, Sn은, 본원 발명에 따른 전류 계측 장치에 의해서 전류값을 계측할 수 있는 각각 주기가 상이한 복수의 교류 전류 신호에 해당하는 것이 된다. 여기서, 상기 샘플링 기간 C로서는, 각 주기 T1, T2,…, Tn의 공배수가 되는 기간을 설정할 수 있다. 또한, 샘플링 기간 C로서, 각 주기 T1, T2,…, Tn의 최소 공배수가 되는 기간을 설정함으로써, 물리량 P의 계측 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 각 주기 신호 S1, S2,…, Sn의 진폭은 각각 동일한 것으로 한다.
Figure 112011098960211-pct00002
(2)
상기 식 (2)에 나타내는 각 변은, 각 주기 신호 S1, S2,…, Sn을 각각 샘플링 기간 C에서 적분하여 구한 물리량을 나타낸다. 따라서, 상기 식 (2)에 나타내는 관계를 만족하는 각 주기 신호는, 주기가 각각 상이하지만, 샘플링 기간 C에서 구하는 물리량이 각각 동일해지는 관계에 있다.
상기 식 (2)에 나타내는 관계를 만족하는 주기 신호군을 구성할 수 있는 신호의 파형으로서는, 예를 들면, 정현파, 정현반파 정류파, 정현전파 정류파, 정현제곱파, 정현제곱 전파 정류파, 정현제곱 반파 정류파, 직사각형파, 삼각파, 사다리꼴파, 이들의 파형 중 어떤 복수의 파형을 중합시킨 파형 등이 있다.
상기 식 (2)에 나타내는 관계를 만족하는 주기 신호군을 구성하는 신호를 구체적으로 들면, 예를 들면, 50 Hz의 교류 전류 신호와 60 Hz의 교류 전류 신호가 있다. 50 Hz의 교류 전류 신호와 60 Hz의 교류 전류 신호가 상기 식 (2)에 나타내는 관계를 만족하는 주기 신호군을 구성하는 이유에 대하여 이하에 설명한다. 또한, 교류 전류 신호의 물리량은 전류값에 대응하는 것이 된다.
도 1은 50 Hz의 교류 전류 신호(진폭 A의 정현파 A |sin(100πt)|)를 전파 정류한 후의 신호 S1의 파형을 나타내는 도면이다. 도 2는 60 Hz의 교류 전류 신호(진폭 A의 정현파 A |sin(120πt)|)를 전파 정류한 후의 신호 S2의 파형을 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 파형의 근원이 되는 50 Hz의 교류 전류 신호의 주기 T1는 1/50 s, 즉 20 ms이다. 도 2에 나타내는 파형의 근원이 되는 60 Hz의 교류 전류 신호 S2의 주기 T2는 1/60 s, 즉 16.66… ms이다. 여기서는, 50 Hz와 60 Hz의 주기의 최소 공배수가 되는 100 ms를, 전류값을 산출할 때의 샘플링 기간 C로서 설정한다.
도 1에 나타내는 파형을 상기 식 (2)의 한변에 할당하여 해법하면, 이하의 식 (3)과 같이 된다.
Figure 112011098960211-pct00003
(3)
도 2에 나타내는 파형을 상기 식 (2)의 한변에 할당하여 해법하면, 이하의 식 (4)와 같이 된다.
Figure 112011098960211-pct00004
(4)
상기 식 (3)과 상기 식 (4)에 나타내는 바와 같이, 도 1에 나타내는 파형 및 도 2에 나타내는 파형은, 샘플링 기간 C에서 구하는 물리량이 모두 A/5π로 표시되게 된다. 이것은, 50 Hz의 교류 전류 신호와 60 Hz의 교류 전류 신호가, 상기 식 (2)에 나타내는 관계를 만족하고 있는 것을 나타낸다. 그러므로, 50 Hz의 교류 전류 신호와 60 Hz의 교류 전류 신호는, 본원 발명에 따른 전류 계측 장치에 의해서 전류값을 계측할 수 있는 각각 주기가 상이한 복수의 교류 전류 신호에 해당하는 것이 된다.
이하에 있어서, 본 실시형태에 있어서의 전류 계측 장치로서, 50 Hz 및 60 Hz의 교류 전류 신호의 전류값을 각각 계측할 수 있는 전류 계측 장치에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에서는, 설명의 편의를 위해, 상기 각각 주기가 상이한 복수의 교류 전류 신호로서, 50 Hz의 교류 전류 신호와 60 Hz의 교류 전류 신호를 이용하여 설명하지만, 본원 발명에 적용 가능한 교류 전류 신호는, 이것으로 한정되지 않는다. 상기 식 (2)에 나타내는 관계를 만족하는 주기 신호군을 구성하는 교류 전류 신호끼리라면, 본원 발명에 적용할 수 있다.
도 3을 참조하여, 실시형태에 있어서의 전류 계측 장치의 기능 구성에 대하여 설명한다. 도 3은 전류 계측 장치의 기능 구성도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 전류 계측 장치(1)는, 장치 전체를 제어하는 제어부(10)와, 제어부(10)에서의 각종 처리에 이용되는 프로그램이나 데이터 등을 기억하는 기억부(30)를 갖는다.
제어부(10)는, 입력부(11)와, 정류부(12)와, A/D 변환부(13)와, 가산부(14)와, 전류값 변환부(15)와, 출력부(16)와, 처리 모드 전환부(17)와, 설정용 전류값 등록부(18)와, 계수·상수 산출부(19)를 갖는다. 기억부(30)는, 변환 함수 메모리(31)와, 설정 작업용 메모리(32)를 갖는다.
여기서, 전류 계측 장치(1)에는, 처리 모드로서, 전류 계측 모드와 파라미터 설정 모드가 설치되어 있다. 전류 계측 모드는, 외부로부터 입력되는 50 Hz 또는 60 Hz의 교류 전류 신호의 전류값을 계측하여 출력하는 모드이다. 파라미터 설정 모드는, 전류 계측시에 이용하는 파라미터값을 산출하여 설정하는 모드이다. 전류 계측시에 이용하는 파라미터는, 외부로부터 입력되는 50 Hz 또는 60 Hz의 교류 전류 신호를 이용하여 산출된다. 전류 계측시에 이용하는 파라미터로서는, 예를 들면, 후술하는 전류값 변환 함수에 포함되는 계수 및 상수가 있다. 처리 모드 전환부(17)는, 사용자로부터 입력되는 조작 지시에 따라서 전류 계측 모드와 파라미터 설정 모드를 전환한다.
처리 모드가 전류 계측 모드일 때에는, 입력부(11), 정류부(12), A/D 변환부(13), 가산부(14), 전류값 변환부(15) 및 출력부(16)의 각부에 의해서 전류값이 계측되어 출력된다. 처리 모드가 파라미터 설정 모드일 때에는, 설정용 전류값 등록부(18), 입력부(11), 정류부(12), A/D 변환부(13), 가산부(14) 및 계수·상수 산출부(19)의 각부에 의해서 전류 계측시에 이용하는 파라미터값이 산출되어 설정된다.
정류부(12)는, 외부로부터 입력부(11)를 통해 입력된 50 Hz 또는 60 Hz의 교류 전류 신호를 전파 정류한다. 또한, 교류 전류 신호의 정류는, 전파 정류로는 한정되지 않고, 반파 정류라도 좋다. A/D 변환부(13)는, 정류부(12)에 의해서 전파 정류된 신호를 디지털 신호로 변환한다.
가산부(14)는, A/D 변환부(13)에 의해서 변환된 디지털 신호 중, 샘플링 기간 내의 교류 전류 신호에 대응하는 디지털 신호를 가산해 간다. 본 실시형태에서는 샘플링 기간으로서, 50 Hz와 60 Hz의 주기의 최소 공배수가 되는 100 ms를 설정한다. 가산부(14)는 처리 모드가 파라미터 설정 모드일 때에는, 가산의 결과로 얻어진 가산값을 설정 작업용 메모리(32)에 등록한다. 설정 작업용 메모리(32)는, 가산부(14)에 의해서 가산된 가산값을, 후술하는 전류값 변환 함수에 포함되는 계수와 상수의 총수분을 기억한다.
전류값 변환부(15)는, 처리 모드가 전류 계측 모드일 때에, 가산부(14)에 의해서 가산된 가산값을, 후술하는 전류값 변환 함수를 이용하여 전류 평균값으로 변환한다. 출력부(16)는, 전류값 변환부(15)에 의해서 변환된 전류 평균치를 계측 결과로서 외부에 출력한다.
설정용 전류값 등록부(18)는, 처리 모드가 파라미터 설정 모드일 때, 사용자에 의해서 입력 지시된 전류값을 설정 작업용 메모리(32)에 등록한다. 설정 작업용 메모리(32)는, 후술하는 전류값 변환 함수에 포함되는 계수 및 상수를 설정하기 위한 설정용 전류값을, 그 계수와 상수의 총수분을 기억한다. 즉, 설정 작업용 메모리(32)는, 설정용 전류값과, 이 설정용 전류값에 대응하는 가산값을 대응시켜, 계수와 상수의 총수분을 기억하게 된다. 이와 같이, 설정용 전류값과 가산값을 계수와 상수의 총수분으로 기억시키는 것은, 예를 들면 전류값 변환 함수가 n차식의 함수인 경우에는, 미지수가 되는 계수와 상수의 총수분의 데이터를 채취하면 미지수가 되는 계수와 상수를 구할 수 있는 것에 따른다. 다만, 전류값 변환 함수의 구성에 따라서는, 설정용 전류값과 가산값이 계수와 상수의 총수분보다도 다수 필요해지는 경우도 있다. 또한, 설정 작업용 메모리(32)의 내용은, 처리 모드가 전환할 때에 리셋된다.
계수·상수 산출부(19)는, 처리 모드가 파라미터 설정 모드일 때, 후술하는 전류값 변환 함수에 포함되는 계수 및 상수를 산출하여, 변환 함수 메모리(31)에 등록한다. 변환 함수 메모리(31)는, 후술하는 전류값 변환 함수와, 그 전류값 변환 함수에 포함되는 계수 및 상수를 기억한다.
여기서, 제어부(10)는, 물리적으로는, 예를 들면, CPU와, 메모리와, 입출력인터페이스를 갖는다. 메모리에는, CPU에서 처리되는 프로그램이나 데이터를 기억하는 ROM이나, 주로 제어 처리를 위한 각종 작업 영역으로서 사용되는 RAM이 포함된다. 이들의 각 요소는, 서로 버스를 통해 접속되어 있다. CPU는 ROM에 기억된 프로그램에 따라서, 입출력 인터페이스를 통해 각종 신호를 송수신하고, RAM 내의 각종 데이터 등을 이용하여 처리함으로써, 후술하는 계수·상수 설정 처리나 전류 계측 처리 등을 제어한다. 또한, CPU는, 입출력 인터페이스를 통해 각종 드라이버에 제어 신호를 출력함으로써, 전류 계측 장치(1) 전체를 제어한다.
전류값 변환 함수의 세부사항에 대하여, 이하에 설명한다. 전류값 변환 함수는, 가산부(14)에 의해서 가산된 가산값을 전류 평균값으로 변환할 때에 이용하는 변환 함수이다. 전류값 변환 함수는, 예를 들면, X축을 가산값로 하고, Y축을 전류 평균값으로 하는 좌표 평면 상에 표시할 수 있다. 전류값 변환 함수는, 가산값과 전류 평균값이 1대1로 대응하도록 결정하며, 전류값 변환 함수에 포함되는 계수 및 상수를 각 교류 전류 신호에 공통의 계수 및 상수로 설정한다.
전류값 변환 함수는, 예를 들면, 전류 계측 장치(1)의 제조시에 실험 등을 행하여, 입력 교류 전류 신호와 출력 전류값 사이의 상관 관계를 구하는 것 등으로 인하여 전류값 변환 함수를 결정하고, 변환 함수 메모리(31)에 저장한다. 전류값 변환 함수에 포함되는 계수 및 상수는, 파라미터로서 수시로 설정 변경할 수 있다.
전류값 변환 함수로서는, 임의의 함수를 이용할 수 있지만, 일차식의 함수로서 표시함으로써 전류값 변환 함수에 포함되는 계수 및 상수를 산출할 때에 입력하는 신호수를 2개의 신호로 억제할 수 있고, 파라미터 설정의 수고를 줄이는 것이 가능해진다. 또한, 전류값 변환 함수를 일차식의 함수로서 표시할 수 없는 경우에는, 전류값 변환 함수의 X축에 표시하는 가산값의 구간을 미세(정밀)하게 구분하여, 각 구간 내의 함수를 일차식의 함수에 근사시키고, 이들 복수의 근사 일차식 함수를 이용하여 표시하는 것으로 해도 좋다. 또한, 전류값 변환 함수가, 이차식의 함수가 되는 경우에는, 두 개의 계수 및 하나의 상수가 되기 때문에, 계수와 상수의 총수분, 즉 3개의 신호를, 계수 및 상수를 산출할 때에 입력하게 된다. 결국, 전류값 변환 함수가 n차식의 함수가 되는 경우에는, (n+1) 개의 신호를 입력하게 된다.
전류값 변환 함수를 일차식의 함수로서 표시하는 경우에는, 예를 들면, 전류평균치를 IAV로 하고, 가산값을 X로 하면, 이하의 식 (5)에 나타내는 식으로 표시할 수 있다.
Figure 112011098960211-pct00005
(5)
여기서, a는 가산값 X의 계수이며, b는 상수이다. 이 계수 a 및 상수 b는, 50 Hz 및 60 Hz의 교류 전류 신호에 공통인 값이 된다. 계수 a 및 상수 b를 공통의 값으로 할 수 있는 것은, 50 Hz 및 60 Hz의 교류 전류 신호가, 상기 식 (2)에 나타내는 관계를 만족하는 주기 신호군에 포함되기 때문에, 동일한 전류값 변환 함수를 이용하여 전류값을 구할 수 있는 것에 따른다. 즉, 상기 식 (2)에 나타내는 관계를 만족하는 주기 신호군을 구성하는 신호끼리라면, 각각의 신호의 주기의 공배수가 되는 샘플링 기간에서 구해지는 물리량은 동일한 것이 된다. 물리량이 동일하다는 것은 전류값이 동일한 것이 되기 때문에, 전류값 변환 함수에 대해서도 계수 a 및 상수 b를 포함하여 동일한 함수를 이용할 수 있는 것에 따른다.
따라서, 어느 한쪽의 교류 전류 신호를 이용하여 계수 a 및 상수 b를 산출하여 파라미터로서 설정하면, 다른 쪽의 교류 전류 신호를 이용하여 계수 a 및 상수 b를 산출하여 재설정할 필요는 없어진다. 즉, 예를 들면 동일본에서 한번 파라미터를 설정해버리면, 서일본에 이동하여 사용하는 경우라도 파라미터를 재설정하지 않고, 교류 전류를 계측할 수 있게 된다.
계수 a는 이하의 식 (6)에 나타내는 식을 이용하여 산출할 수 있고, 상수 b는 이하의 식 (7)에 나타내는 식을 이용하여 산출할 수 있다.
Figure 112011098960211-pct00006
(6)
Figure 112011098960211-pct00007
(7)
상기 식 (6) 및 식 (7)에 나타내는 I1는 설정 작업용 메모리(32)에 등록된 제1 설정 전류값이고, X1은 제1 설정 전류값 I1에 대응되어 설정 작업용 메모리(32)에 등록된 제1 가산값이며, I2는 설정 작업용 메모리(32)에 등록된 제2 설정 전류값이고, X2는 제2 설정 전류값 I2에 대응되어 설정 작업용 메모리(32)에 등록된 제2 가산값이다.
도 4를 참조하여, 50 Hz의 교류 전류 신호를 이용하여 계수 a 및 상수 b를 설정할 때에 행해지는 계수·상수 설정 처리의 처리 순서에 대하여 설명한다.
처음에, 처리 모드 전환부(17)는, 사용자로부터 입력된 조작 지시에 따라서 처리 모드를 전류 계측 모드로부터 파라미터 설정 모드로 전환한다(단계 S101).
계속해서, 설정용 전류값 등록부(18)는, 사용자로부터 입력된 조작 지시에 따라서 전류 계측 장치(1)에 입력되는 교류 전류 신호에 대응하는 평균 전류값(이미 알려진 전류값)를, 설정용 전류값로 하여 설정 작업용 메모리(32)에 등록한다(단계 S102).
계속해서, 입력부(11)로부터 교류 전류 신호가 입력되면(단계 S103), 정류부(12)는, 입력된 교류 전류 신호를 전파 정류한다(단계 S104).
계속해서, A/D 변환부(13)는, 정류부(12)에 의해서 전파 정류된 신호를 디지털 신호로 변환한다(단계 S105).
계속해서, 가산부(14)는, A/D 변환부(13)에 의해서 변환된 디지털 신호 중, 샘플링 기간 내의 교류 전류 신호에 대응하는 디지털 신호를 가산해 가고(단계 S106), 이 결과 얻어지는 가산값을, 상기 단계 S102에서 등록한 설정용 전류값에 대응시켜 설정 작업용 메모리(32)에 등록한다(단계 S107).
계속해서, 가산부(14)는, 계수와 상수의 총수분의 설정용 전류값 및 가산값이 설정 작업용 메모리(32)에 등록되었는지 여부를 판정한다(단계 S108). 이 판정이 NO인 경우(단계 S108; NO)에는, 처리를 전술한 단계 S102로 이행한다.
한편, 상기 단계 S108의 판정에서 계수와 상수의 총수분의 설정용 전류값 및 가산값이 설정 작업용 메모리(32)에 등록되었다고 판정된 경우(단계 S108; YES)에, 계수·상수 산출부(19)는, 변환 함수 메모리(31)에 등록된 전류값 변환 함수, 설정 작업용 메모리(32)에 등록된 각 설정용 전류값 및 각 가산값을 이용하여, 전류값 변환 함수에 포함되는 계수 a 및 상수 b를 산출한다(단계 S109).
계속해서, 계수·상수 산출부(19)는, 산출한 계수 a 및 상수 b를 변환 함수 메모리(31)에 등록한다(단계 S110).
계속해서, 처리 모드 전환부(17)는, 사용자로부터 입력된 조작 지시에 따라서 처리 모드를 파라미터 설정 모드로부터 전류 계측 모드로 전환한다(단계 S111).
다음에, 도 5를 참조하여, 실시형태에 있어서의 전류 계측 처리의 처리 순서에 대하여 설명한다. 도 5는 전류 계측 처리의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다.
처음에, 입력부(11)로부터 교류 전류 신호가 입력되면(단계 S201), 정류부(12)는, 입력된 교류 전류 신호를 전파 정류한다(단계 S202).
계속해서, A/D 변환부(13)는, 정류부(12)에 의해서 전파 정류된 신호를 디지털 신호로 변환한다(단계 S203).
계속해서, 가산부(14)는, A/D 변환부(13)에 의해서 변환된 디지털 신호 중, 샘플링 기간 내의 교류 전류 신호에 대응하는 디지털 신호를 가산해간다(단계 S204).
계속해서, 전류값 변환부(15)는, 가산부(14)에 의해서 가산된 가산값을, 변환 함수 메모리(31)에 등록되어 있는 전류값 변환 함수를 이용하여 전류 평균값으로 변환한다(단계 S205).
계속해서, 출력부(16)는, 전류값 변환부(15)에 의해서 변환된 전류 평균값을, 전류값의 계측 결과로서 외부에 출력한다(단계 S206).
전술한 바와 같이, 실시형태에서의 전류 계측 장치(1)에 따르면, 전류값의 계측 대상이 되는 50 Hz의 교류 전류 신호와 60 Hz의 교류 전류 신호의 각 주기의 공배수를 샘플링 기간으로 하고, 이 샘플링 기간의 교류 전류 신호에 대응하는 디지털 신호를 가산할 수 있으므로, 가산의 결과로 얻어지는 가산값을 각 교류 전류 신호 사이에서 동일한 값으로 할 수 있다. 이에 따라, 각각 주기가 상이한 복수의 교류 전류 신호의 전류값을, 각 교류 전류 신호에 공통인 전류값 변환 함수를 이용하여 구할 수 있기 때문에, 주기가 상이한 교류 전류 신호마다 설정을 변경하는 수고를 생략할 수 있다.
또한, 실시형태의 전류 계측 장치(1)에 따르면, 전류값을 계측할 때에 이용하는 전류값 변환 함수를, 가산값과 전류 평균값이 1대1로 대응하도록 결정하며, 전류값 변환 함수에 포함되는 계수 및 상수를, 각 교류 전류 신호에 공통인 계수 및 상수로 설정할 수 있다. 따라서, 교류 전류 신호의 특성이나 전류 계측 장치(1)의 하드웨어 특성에 의해서 가산값과 전류 평균값과의 상관 관계에 왜곡이 생기는 경우가 있더라도, 상기 전류값 변환 함수를 이용하여 변환함으로써, 전류 계측 장치(1)마다 생길 수 있는 왜곡을 해소시키는 것이 가능해진다. 이에 따라, 전류 계측 장치(1)의 계측 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 전류값 변환 함수를 이용하여 가산값 X를 전류 평균값 IAV로 변환하고 있지만, 전류 평균값 IAV로 변환하는 것에는 한정되지 않고, 예를 들면, 전류 실효값 Irms로 변환하는 것으로 해도 좋다. 이 경우의 전류값 변환 함수는 이하의 식 (8)에 나타내는 식으로 표시할 수 있다.
Figure 112011098960211-pct00008
식 (8)
상기 식 (8)에 나타내는 X는 제곱의 가산값이 된다. 따라서, 본 변형예에 있어서의 가산부(14)는, A/D 변환부(13)에 의해서 변환된 디지털 신호 중, 샘플링 기간 내의 교류 전류 신호에 대응하는 디지털 신호를 제곱하고 나서 가산해 가게 된다. 또한, X가 제곱의 가산값으로 표시됨으로써, aX+b는 이차식의 함수가 되지만, aX+b의 평방근을 취함으로써 식 (8)에 나타내는 전류 변환 함수는, 실질적으로 일차식의 함수로서 취급할 수 있다. 즉, 전술한 실시형태와 동일하게 하여, 상기 식 (6)에 나타내는 식을 이용하여 계수 a를 산출하고, 상기 식 (7)에 나타내는 식을 이용하여 상수 b를 산출할 수 있다.
또한, 도 3에 나타낸 실시형태에서의 전류 계측 장치(1)의 구성은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지로 변경할 수 있다. 예를 들면, 전류 계측 장치(1)의 제어부(10)의 기능을 소프트웨어로서 실장하고, 이것을 컴퓨터에서 실행함으로써, 전류 계측 장치(1)와 동등한 기능을 실현하는 것으로 해도 좋다. 이하에, 제어부(10)의 각종 기능을 소프트웨어로서 실장한 전류 계측 프로그램(171)을 실행하는 컴퓨터의 일례를 나타낸다.
도 6은 전류 계측 프로그램(171)을 실행하는 컴퓨터의 구성도이다. 이 컴퓨터(100)는 각종 연산 처리를 실행하는 CPU(110)와, 사용자로부터의 데이터의 입력을 접수하는 입력 장치(120)와, 각종 정보를 표시하는 디스플레이(130)와, 기록 매체로부터 프로그램 등을 판독하는 매체 판독 장치(140)와, 네트워크를 통해 다른 컴퓨터와의 사이에서 데이터의 송수신을 행하는 통신 장치(150)와, 각종 정보를 일시적으로 기억하는 RAM(160)과, 하드디스크 장치(170)를 버스(180)로 접속하여 구성된다.
하드디스크 장치(170)에는, 도 3에 나타내는 제어부(10)와 동일한 기능을 갖는 전류 계측 프로그램(171)과, 도 3에 나타내는 기억부(30)에 기억되는 각종 데이터에 대응하는 전류 계측용 데이터(172)가 기억된다. 또한, 전류 계측용 데이터(172)를, 적절하게 분산시켜, 네트워크를 통해 접속된 다른 컴퓨터에 기억시키는 것으로 해도 좋다.
CPU(110)가 전류 계측 프로그램(171)을 하드디스크 장치(170)로부터 판독하여 RAM(160)에 전개함으로써, 전류 계측 프로그램(171)은, 전류 계측 프로세스(161)로서 기능한다. 전류 계측 프로세스(161)는, 하드디스크 장치(170)로부터 판독한 전류 계측용 데이터(172) 등을 적절하게 RAM(160)에 전개하고, 이 전개한 데이터 등에 기초하여 각종 처리를 실행한다.
또한, 전류 계측 프로그램(171)은, 반드시 하드디스크 장치(170)에 저장되어 있을 필요는 없다. 예를 들면, CD-ROM 등의 기억 매체에 기억된 전류 계측 프로그램(171)을, 컴퓨터(100)가 판독하여 실행하는 것으로 해도 좋다. 또한, 예를 들면, 공중회선, 인터넷, LAN, WAN 등의 네트워크를 통해 컴퓨터(100)에 접속되는 다른 컴퓨터에 전류 계측 프로그램(171)을 기억시키고, 컴퓨터(100)가 다른 컴퓨터로부터 전류 계측 프로그램(171)을 판독하여 실행하는 것으로 해도 좋다.
또한, 본 발명은, 전류 이외의 교류 신호의 측정에도 응용할 수 있다. 예를 들면, 주파수가 이미 알려져 있는 복수의 파형 신호(소리, 진동, 빛 등)의 계측에 본 발명을 적용한 경우에도, 본 발명과 동일한 작용 효과가 얻어지는 것은 용이하게 이해할 수 있다.
산업상의 이용가능성
본 발명에 따른 전류 계측 장치, 전류 계측 방법 및 전류 계측 프로그램은, 계측 정밀도를 향상시키는 것에 적합하다.
1 : 전류 계측 장치, 10 : 제어부
11 : 입력부, 12 : 정류부
13 : A/D 변환부, 14 : 가산부
15 : 전류값 변환부, 16 : 출력부
17 : 처리 모드 전환부, 18 : 설정용 전류값 등록부
19 : 계수·상수 산출부, 30 : 기억부
31 : 변환 함수 메모리, 32 : 설정 작업용 메모리
100 : 컴퓨터, 110 : CPU
120 : 입력 장치, 130 : 디스플레이
140 : 매체 판독 장치, 150 : 통신 장치
160 : RAM, 1 161 : 전류 계측 프로세스
170 : 하드디스크 장치, 171 : 전류 계측 프로그램
172 : 전류 계측용 데이터, 180 : 버스

Claims (6)

  1. 교류 전류 신호를 정류하는 정류부와,
    상기 정류부에 의해서 정류된 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부와,
    상기 A/D 변환부에 의해서 변환된 상기 디지털 신호 중, 하나의 샘플링 기간 내에서의 상기 교류 전류 신호에 대응하는 디지털 신호를 가산해 가는 가산부와,
    상기 가산부에 의해서 가산된 가산값을 정해진 전류값 변환 함수를 이용하여 전류값으로 변환하는 전류값 변환부를 구비하고,
    상기 샘플링 기간은, 상기 전류값의 계측 대상이 되는 각각 주기가 상이한 복수의 교류 전류 신호의 각 주기의 공배수이며,
    상기 복수의 교류 전류 신호는, 진폭을 통일한 각각의 상기 교류 전류 신호를 상기 샘플링 기간에서 적분한 값이, 각각 동일해지는 관계에 있고,
    상기 전류값 변환 함수는 상기 가산값과 상기 전류값을 1대1로 대응시키는 함수이고, 상기 전류값 변환 함수에 포함되는 계수 및 상수는, 이미 알려진 전류값, 및 그 알려진 전류값이 되는 어느 하나의 상기 교류 전류 신호에 대응하는 상기 가산값을 이용하여 산출되는 것이고, 상기 복수의 교류 전류 신호에 공통인 계수 및 상수인 것을 특징으로 하는 전류 계측 장치.
  2. 제1항에 있어서, 이미 알려진 전류값, 및 그 이미 알려진 전류값이 되는 어느 하나의 상기 교류 전류 신호에 대응하는 상기 가산값을 이용하여, 상기 전류값 변환 함수에 포함되는 계수 및 상수를 산출하는 계수·상수 산출부와,
    상기 계수·상수 산출부에 의해서 산출된 계수 및 상수를 기억하는 기억부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전류 계측 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전류값 변환 함수는, 일차식의 함수인 것을 특징으로 하는 전류 계측 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 교류 전류 신호는, 50 Hz의 교류 전류 신호 및 60 Hz의 교류 전류 신호인 것을 특징으로 하는 전류 계측 장치.
  5. 교류 전류 신호를 정류하는 정류 단계와,
    상기 정류 단계에 있어서 정류된 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환 단계와,
    상기 A/D 변환 단계에 있어서 변환된 상기 디지털 신호 중, 하나의 샘플링 기간 내에서의 상기 교류 전류 신호에 대응하는 디지털 신호를 가산해 가는 가산 단계와,
    상기 가산 단계에 있어서 가산된 가산값을 정해진 전류값 변환 함수를 이용하여 전류값으로 변환하는 전류값 변환 단계를 포함하고,
    상기 샘플링 기간은, 상기 전류값의 계측 대상이 되는 각각 주기가 상이한 복수의 교류 전류 신호의 각 주기의 공배수이며,
    상기 복수의 교류 전류 신호는, 진폭을 통일한 각각의 상기 교류 전류 신호를 상기 샘플링 기간에서 적분한 값이, 각각 동일해지는 관계에 있고,
    상기 전류값 변환 함수는 상기 가산값과 상기 전류값을 1대1로 대응시키는 함수이고, 상기 전류값 변환 함수에 포함되는 계수 및 상수는, 이미 알려진 전류값, 및 그 알려진 전류값이 되는 어느 하나의 상기 교류 전류 신호에 대응하는 상기 가산값을 이용하여 산출되는 것이고, 상기 복수의 교류 전류 신호에 공통인 계수 및 상수인 것을 특징으로 하는 전류 계측 방법.
  6. 교류 전류 신호를 정류하는 순서와,
    그 정류된 신호를 디지털 신호로 변환하는 순서와,
    그 변환된 상기 디지털 신호 중, 하나의 샘플링 기간 내에서의 상기 교류 전류 신호에 대응하는 디지털 신호를 가산해 가는 순서와,
    그 가산된 가산값을 정해진 전류값 변환 함수를 이용하여 전류값으로 변환하는 순서를 컴퓨터에 실행시키고,
    상기 샘플링 기간은, 상기 전류값의 계측 대상이 되는 각각 주기가 상이한 복수의 교류 전류 신호의 각 주기의 공배수이며,
    상기 복수의 교류 전류 신호는, 진폭을 통일한 각각의 상기 교류 전류 신호를 상기 샘플링 기간에서 적분한 값이, 각각 동일해지는 관계에 있고,
    상기 전류값 변환 함수는 상기 가산값과 상기 전류값을 1대1로 대응시키는 함수이고, 상기 전류값 변환 함수에 포함되는 계수 및 상수는, 이미 알려진 전류값, 및 그 알려진 전류값이 되는 어느 하나의 상기 교류 전류 신호에 대응하는 상기 가산값을 이용하여 산출되는 것이고, 상기 복수의 교류 전류 신호에 공통인 계수 및 상수인 것을 특징으로 하는 전류 계측 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
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