JP2011053054A - 電気特性測定装置および電気特性測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】表示更新周期内に同種のゼロクロス点が複数個検出されないときにおける測定精度を向上させる。
【解決手段】表示更新周期を計測して更新信号S3を出力する計測部4と、交流信号S1のゼロクロス点を検出して検出信号S2を出力するゼロクロス検出部3とを備え、処理部5は、更新信号S3の入力後、最初の検出信号S2を入力したときには、この検出信号S2に対応したゼロクロス点以降のサンプリング値D1の取得を開始し、更新信号S3の次の入力までの間に新たな検出信号S2が入力されず、かつゼロクロス点と異なる種類のゼロクロス点が存在しているときには、最初のゼロクロス点から、異なる種類のゼロクロス点までの半周期分のサンプリング値D1に基づいて平均値Vmeanおよび実効値Vrmsを算出する。
【選択図】図1
【解決手段】表示更新周期を計測して更新信号S3を出力する計測部4と、交流信号S1のゼロクロス点を検出して検出信号S2を出力するゼロクロス検出部3とを備え、処理部5は、更新信号S3の入力後、最初の検出信号S2を入力したときには、この検出信号S2に対応したゼロクロス点以降のサンプリング値D1の取得を開始し、更新信号S3の次の入力までの間に新たな検出信号S2が入力されず、かつゼロクロス点と異なる種類のゼロクロス点が存在しているときには、最初のゼロクロス点から、異なる種類のゼロクロス点までの半周期分のサンプリング値D1に基づいて平均値Vmeanおよび実効値Vrmsを算出する。
【選択図】図1
Description
本発明は、交流信号の平均値や実効値などの電気特性を測定する電気特性測定装置、および電気特性測定方法に関するものである。
この種の電気特性測定装置として、下記特許文献1に開示された交流信号測定装置が知られている。この交流信号測定装置は、予め規定された長さの表示更新周期毎に交流信号についての同種のゼロクロス点(例えば、立ち上がりゼロクロス点および立ち下がりゼロクロス点の一方のゼロクロス点)を検出しつつ、このゼロクロス点が表示更新周期内に複数検出されたときには、ゼロクロス点を平均値演算期間の始点および終点として(つまり、平均値演算期間の始点および終点をゼロクロス点に同期させて)、交流信号の平均値を算出する。
一方、表示更新周期内に同種のゼロクロス点が複数個検出されないときには、平均値演算期間の始点および終点をゼロクロス点に同期させることができないため、この交流信号測定装置では、表示更新周期の始点および終点を平均値演算期間の始点および終点として、つまり表示更新周期全体を平均値演算期間として、交流信号の平均値を算出する。また、このように平均値演算期間の始点および終点がゼロクロス点に同期していないときの平均値は正確でない可能性があるため、この交流信号測定装置では、その旨を示すワーニング信号を表示器に表示する。
したがって、この交流信号測定装置では、平均値演算期間が適切に設定されていないことを表示器の表示で使用者が知ることができるので、測定周期(表示更新周期)を長くしたり、交流信号の波形が適切であるかなどのチェックを行うことが可能となっている。また、平均値演算期間が適切に設定されていないことを理解した上で使用することもできるので、適切な測定を短時間で行うことも可能となっている。
ところが、上記の電気特性測定装置には、以下の課題が存在している。すなわち、この電気特性測定装置では、上記したように、表示更新周期内に同種のゼロクロス点が複数個検出されないときには、表示更新周期全体を平均値演算期間として、交流信号の平均値を算出しており、これによって算出された平均値が正確でない可能性があることから、その旨を示すワーニング信号を表示させて使用者に報知する構成を採用している。しかしながら、ワーニング信号を表示させたとしても、表示更新周期全体を平均値演算期間として平均値を算出する構成においては、本来の平均値とは大きく異なる値が平均値として算出され、かつ表示される事態(測定精度が大幅に低下する事態)が頻繁に発生するため、このような事態の発生を低減し得る電気特性測定装置の実現が望まれている。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、表示更新周期内に同種のゼロクロス点が複数個検出されないときにおける測定精度を向上させ得る電気特性測定装置、および電気特性測定方法を提供することを主目的とする。
上記目的を達成すべく請求項1記載の電気特性測定装置は、表示更新周期毎に更新して表示する交流信号の電気特性を当該交流信号のサンプリング値に基づいて算出する処理部を備えた電気特性測定装置であって、前記表示更新周期の計測を繰り返し実行すると共に、当該表示更新周期の開始タイミングに同期して更新信号を前記処理部に出力する計測部と、前記交流信号についての予め決められた種類のゼロクロス点を検出して検出信号を前記処理部に出力するゼロクロス検出部とを備え、前記処理部は、前記更新信号の入力後において最初に前記検出信号を入力したときには、当該最初の検出信号に対応した前記ゼロクロス点以降の前記サンプリング値の取得を開始し、前記更新信号の次の入力までの間に新たな前記検出信号を1つ以上入力したときには、前記最初の検出信号および前記新たな検出信号のうちのいずれか2つの間に取得した前記サンプリング値に基づいて前記電気特性を算出し、前記更新信号の次の入力までの間に新たな前記検出信号が入力されず、かつ前記ゼロクロス点と異なる種類のゼロクロス点が存在しているときには、前記最初のゼロクロス点から、当該異なる種類のゼロクロス点までの半周期分の前記サンプリング値に基づいて前記電気特性を算出する。
また、請求項2記載の電気特性測定装置は、請求項1記載の電気特性測定装置において、前記処理部は、前記更新信号の次の入力までの間に新たな前記検出信号が入力されず、かつ前記異なる種類のゼロクロス点も存在していないときには、予め決められた警告処理を実行する。
また、請求項3記載の電気特性測定方法は、表示更新周期毎に更新して表示する交流信号の電気特性を当該交流信号のサンプリング値に基づいて算出する電気特性測定方法であって、前記表示更新周期中に前記交流信号についての予め決められた種類のゼロクロス点を最初に検出したときには、当該最初のゼロクロス点以降の当該交流信号のサンプリング値の取得を開始し、次の前記表示更新周期の開始までの間に前記交流信号についての新たな前記ゼロクロス点を1つ以上検出したときには、前記最初のゼロクロス点および前記新たなゼロクロス点のうちのいずれか2つの間に取得した前記サンプリング値に基づいて前記電気特性を算出し、次の前記表示更新周期の開始までの間に前記交流信号についての新たな前記ゼロクロス点を検出せず、かつ前記ゼロクロス点と異なる種類のゼロクロス点を検出したときには、前記最初のゼロクロス点から、当該異なる種類のゼロクロス点までの半周期分の前記サンプリング値に基づいて前記電気特性を算出する。
また、請求項4記載の電気特性測定方法は、請求項3記載の電気特性測定方法において、次の前記表示更新周期の開始までの間に前記新たなゼロクロス点を検出せず、かつ前記異なる種類のゼロクロス点も検出しないときには、予め決められた警告処理を実行する。
請求項1記載の電気特性測定装置および請求項3記載の電気特性測定方法では、次の表示更新周期の開始までの間に交流信号についての新たなゼロクロス点を検出せず、かつゼロクロス点と異なる種類のゼロクロス点を検出したときには、最初のゼロクロス点から、この異なる種類のゼロクロス点までの半周期分のサンプリング値に基づいて電気特性を算出する。
したがって、この電気特性測定装置および電気特性測定方法によれば、表示更新周期内に同種のゼロクロス点が複数個検出されないときには、表示更新周期全体を電気特性演算期間(平均値演算期間)として交流信号の電気特性を算出する上記した従来の電気特性測定装置および電気特性測定方法とは異なり、本来の電気特性とは大きく異なる値の電気特性が算出されるといった事態を回避できるため、測定精度が大幅に低下する事態の発生を低減することができる。
また、請求項2記載の電気特性測定装置および請求項4記載の電気特性測定方法では、次の表示更新周期の開始までの間に新たなゼロクロス点を検出せず、かつ異なる種類のゼロクロス点も検出しないときには、予め決められた警告処理を実行する。したがって、この電気特性測定装置および電気特性測定方法によれば、この警告処理(例えば警告表示)に基づいて、現在の交流信号の周期に対して、表示更新周期が短すぎて不適切である旨を認識することができる。
以下、電気特性測定装置1および電気特性測定方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
最初に、電気特性測定装置1の構成について、図面を参照して説明する。
電気特性測定装置1は、図1に示すように、A/D変換部2、ゼロクロス検出部3、計測部4、処理部5、記憶部6および表示部7を備え、交流信号S1の電気特性(本例では一例として、平均値Vmeanおよび実効値Vrms)を測定可能に構成されている。
A/D変換部2は、交流信号S1を入力すると共に、予め決められた周期(交流信号S1の周期に対して十分に短い周期)のサンプリングクロックで交流信号S1をサンプリングすることにより、交流信号S1の振幅をデジタルデータ(以下、「サンプリング値」ともいう)D1に変換して処理部5に出力する。ゼロクロス検出部3は、一例として、しきい値がゼロボルトに規定されたコンパレータを備えて構成されて、交流信号S1の立ち上がりゼロクロス点および立ち下がりゼロクロス点のうちの予め決められた一方の種類のゼロクロス点(本例では一例として、立ち上がりゼロクロス点)を検出すると共に、ゼロクロス点の検出タイミングに同期して、一例としてパルス信号である検出信号S2を処理部5に出力する。
計測部4は、タイマICなどで構成されて、予め規定された表示更新周期T1の計測を繰り返し実行すると共に、表示更新周期T1の開始タイミングに同期して、一例としてパルス信号である更新信号S3を処理部5に出力する。処理部5は、CPUなどで構成されて、検出信号S2および更新信号S3を割り込み信号として入力すると共に、記憶部6に記憶されている動作プログラムに従って作動して、交流信号S1についての上記の電気特性をサンプリング値D1に基づいて算出する電気特性算出処理50(図3参照)を実行する。
記憶部6は、ROMおよびRAMなどの半導体メモリで構成されている。この記憶部6には、上記したように処理部5の動作を規定する動作プログラムが予め記憶されている。また、記憶部6は、処理部5のワークメモリとして機能して、A/D変換部2から取得したサンプリング値D1、電気特性算出処理50で算出した電気特性(平均値Vmeanおよび実効値Vrms)を記憶する。表示部7は、LCD(Liquid Crystal Display)などのディスプレイ装置で構成されて、処理部5によって算出された電気特性(平均値Vmeanおよび実効値Vrms)を表示する。
次に、電気特性測定装置1による交流信号S1の電気特性の算出動作と共に、電気特性測定方法について、図面を参照して説明する。
まず、電気特性測定装置1では、作動状態において、A/D変換部2が交流信号S1に対するサンプリングを実行し、ゼロクロス検出部3が交流信号S1のゼロクロス点の検出を実行し、計測部4が表示更新周期T1の計測を実行する。したがって、処理部5には、A/D変換部2からサンプリング値D1がサンプリングクロックの周期で出力され、ゼロクロス検出部3から検出信号S2が間欠的に出力され、計測部4から更新信号S3が表示更新周期T1で出力される。
この状態において、処理部5は、図3に示す電気特性算出処理50を実行する。処理部5は、図2に示すように、計測部4から更新信号S3が出力された後であって各表示更新周期T1内において最初の検出信号S2を入力した時点から電気特性算出処理50を実行して、同図に示す1番目と3番目の表示更新周期T1のように電気特性算出処理50において電気特性A,Bを算出できたときには、各表示更新周期T1の次の表示更新周期T1において、算出した電気特性A,Bを表示部7に更新表示させ、同図に示す2番目の表示更新周期T1のように電気特性を算出できないときには、その次の表示更新周期T1において、警告処理を実行して、表示部7に警告表示を表示させる。
具体的に、各電気特性算出処理50での処理部5の動作について、図3〜6を参照して詳細に説明する。
処理部5は、電気特性算出処理50を開始したときに、A/D変換部2から出力されているサンプリング値D1の取得処理を開始する(ステップ51)。また、処理部5は、取得したサンプリング値D1の記憶部6への記憶処理も併せて開始する。これにより、表示更新周期T1における最初の検出信号S2の検出時点(最初の立ち上がりゼロクロス点)以降のサンプリング値D1の記憶部6への記憶が開始される。
その後、処理部5は、サンプリング値D1の取得処理および記憶処理を実行しつつ、検出信号S2を入力したか否か(ステップ52)、および更新信号S3を入力したか否か(ステップ53)の検出を繰り返し実行する。この際に、処理部5は、検出信号S2を検出する都度、更新信号S3の入力を検出するまでの間の検出信号S2の検出回数をカウントする。なお、処理部5は、この電気特性算出処理50において検出信号S2を最初に検出したとき(つまり各表示更新周期T1における2番目の検出信号S2を検出したとき)には、図4の各表示更新周期T1、および図5の2番目の表示更新周期T1のときのように、サンプリング値D1の取得処理(および記憶処理)を終了する(ステップ54)。また、処理部5は、上記ステップ52,53を実行しつつ、更新信号S3を入力したときには、各ステップ52,53の実行を終了し、また、図5の1番目の表示更新周期T1、および図6の各表示更新周期T1のときのように、サンプリング値D1の取得処理および記憶処理の続行中であれば、これらの処理についても終了する(ステップ55)。
次いで、処理部5は、電気特性算出処理50を開始してから更新信号S3の入力までの間の検出信号S2の検出回数を判別して(ステップ56)、図4の各表示更新周期T1、および図5の2番目の表示更新周期T1のときのように、検出信号S2の検出回数が1回以上のとき(つまり、表示更新周期T1内の検出信号S2が複数のとき)には、サンプリング値D1の取得開始から検出信号S2を最初(電気特性算出処理50において最初)に検出したときまでのサンプリング値D1(言い換えれば、予め決められた一方の種類のゼロクロス点(同種のゼロクロス点)間のサンプリング値D1)、つまり、交流信号S1の1周期分のサンプリング値D1に基づいて、交流信号S1の電気特性(平均値Vmeanおよび実効値Vrms)を算出して、記憶部6に記憶させる(ステップ57)。続いて、処理部5は、算出した電気特性をそれまで表示部7に表示されている電気特性に代えて表示(更新表示)させる(ステップ60)。例えば、図4のように、電気特性Bを算出したときには、1つ前の表示更新周期T1において表示されていた表示内容(この例では電気特性A)に代えて電気特性Bを表示部7に表示させる。これにより、電気特性算出処理50が完了し、電気特性の測定も完了する。
一方、処理部5は、検出信号S2の検出回数が1回未満(ゼロ)のとき(図5の1番目の表示更新周期T1、および図6の各表示更新周期T1のようなとき)には、記憶部6に記憶されているサンプリング値D1に基づき、サンプリング値D1の取得開始から取得終了までの間に、上記の予め決められた一方の種類のゼロクロス点とは異なる他方の種類のゼロクロス点(本例では、立ち下がりゼロクロス点)の存在の有無を判別する(ステップ58)。その結果、図5の1番目の表示更新周期T1、および図6の2番目の表示更新周期T1のときのように、他方の種類のゼロクロス点(同図中において△印を付したゼロクロス点)が存在していたときには、記憶部6に記憶されている最初のサンプリング値D1からこの他方の種類のゼロクロス点までの間のサンプリング値D1(言い換えれば、最初のゼロクロス点から、この他方の種類のゼロクロス点までのサンプリング値D1。異種のゼロクロス点間のサンプリング値D1)、つまり、交流信号S1の半周期分のサンプリング値D1に基づいて、交流信号S1の電気特性A(平均値Vmeanおよび実効値Vrms)を算出して、記憶部6に記憶させる(ステップ59)と共に、算出した電気特性を表示部7に更新表示させる(ステップ60)。これにより、電気特性算出処理50が完了し、電気特性の測定も完了する。
また、処理部5は、ステップ58での判別の結果、図6の1番目の表示更新周期T1のときのように、一方の種類のゼロクロス点のみで、他方の種類のゼロクロス点が存在していないとき(つまり、取得したサンプリング値D1が交流信号S1の半波分に満たないとき)には、サンプリング値D1に基づく電気特性の算出ができないと判別して、表示部7に警告表示を更新表示させる(ステップ61)。これにより、電気特性算出処理50が完了する。
このように、この電気特性測定装置1および電気特性測定方法では、図5の1番目の表示更新周期T1、および図6の2番目の表示更新周期T1のときのように、表示更新周期T1内に交流信号S1についての予め決められた一方の種類のゼロクロス点(本例では、○印を付した立ち上がりゼロクロス点)が1つしか存在していない(つまり、電気特性算出処理50中におけるこの一方の種類のゼロクロス点と同種のゼロクロス点の検出回数が1未満(ゼロ))である)が、この一方の種類のゼロクロス点とは異なる種類(他方の種類)のゼロクロス点(本例では、立ち下がりゼロクロス点(△印を付したゼロクロス点))が一方の種類のゼロクロス点以降に存在しているときには、処理部5は、表示更新周期T1中の最初のゼロクロス点(最初の立ち上がりゼロクロス点)から、他方の種類のゼロクロス点(立ち下がりゼロクロス点)までの交流信号S1の半周期分のサンプリング値D1に基づいて交流信号S1の電気特性を算出する。
したがって、この電気特性測定装置1および電気特性測定方法によれば、表示更新周期T1内に同種のゼロクロス点が複数個検出されないときには、表示更新周期T1全体を電気特性演算期間(平均値演算期間)として交流信号S1の電気特性を算出する上記した従来の電気特性測定装置および電気特性測定方法とは異なり、本来の電気特性とは大きく異なる値の電気特性が算出されるといった事態を回避できるため、測定精度が大幅に低下する事態の発生を低減することができる。
また、この電気特性測定装置1および電気特性測定方法では、図6の1番目の表示更新周期T1のときのように、電気特性算出処理50を開始してサンプリング値D1の取得を行っているときに、更新信号S3の次の入力までの間に新たな検出信号S2が入力されず、かつ取得したサンプリング値D1に基づく判別の結果、異なる種類(他方の種類)のゼロクロス点も存在していないときには、取得したサンプリング値D1に基づく電気特性の算出は行わずに、警告処理を実行して、警告表示を表示部7に更新表示させる。したがって、この電気特性測定装置1および電気特性測定方法によれば、使用者は、この警告表示に基づいて、現在の交流信号S1の周期に対して、表示更新周期T1が短すぎて不適切である旨を認識することができる。
なお、上記の構成では、電気特性算出処理50の開始後における検出信号S2の検出回数が2回以上のとき(図4の各表示更新周期T1のとき)には、サンプリング値D1の取得開始から検出信号S2を最初(電気特性算出処理50において最初)に検出したときまでのサンプリング値D1つまり、交流信号S1の1周期分のサンプリング値D1に基づいて、交流信号S1の電気特性(平均値Vmeanおよび実効値Vrms)を算出しているが、同図のように、電気特性算出処理50中における検出信号S2の検出回数が2回以上(同図では2回)のとき、つまり表示更新周期T1内に検出信号S2の検出回数が3回以上(同図では3回)あるときには、処理部5は、この電気特性算出処理50中に交流信号S1のサンプリング値D1を複数周期分、取得することができるため、取得した複数周期分のサンプリング値D1のうちのいずれか1つの周期のサンプリング値D1、または複数の周期のサンプリング値D1に基づいて、つまり、いずれか2つの検出信号S2に対応した2つのゼロクロス点間のサンプリング値D1に基づいて、電気特性を算出する構成を採用することもできる。
また、上記の電気特性測定装置1では、A/D変換部2を含む構成を採用しているが、電気特性測定装置にA/D変換部を含めずに、電気特性測定装置の外部にA/D変換部を配置する構成を採用することもできる。この構成では、処理部5は交流信号S1のサンプリング値D1を外部から直接入力することになるが、この場合には、ゼロクロス検出部3を例えば論理回路で構成して、このゼロクロス検出部3がサンプリング値D1を入力しつつ、その極性を判別することで、交流信号S1についてのゼロクロス点を検出する構成としたり、また、処理部5が、サンプリング値D1を入力しつつ、その極性を判別することで、交流信号S1についてのゼロクロス点を直接検出する構成、つまりゼロクロス検出部3としても機能する構成を採用することもできる。
1 電気特性測定装置
3 ゼロクロス検出部
4 計測部
5 処理部
D1 サンプリング値
S1 交流信号
S2 検出信号
S3 更新信号
T1 表示更新周期
3 ゼロクロス検出部
4 計測部
5 処理部
D1 サンプリング値
S1 交流信号
S2 検出信号
S3 更新信号
T1 表示更新周期
Claims (4)
- 表示更新周期毎に更新して表示する交流信号の電気特性を当該交流信号のサンプリング値に基づいて算出する処理部を備えた電気特性測定装置であって、
前記表示更新周期の計測を繰り返し実行すると共に、当該表示更新周期の開始タイミングに同期して更新信号を前記処理部に出力する計測部と、
前記交流信号についての予め決められた種類のゼロクロス点を検出して検出信号を前記処理部に出力するゼロクロス検出部とを備え、
前記処理部は、前記更新信号の入力後において最初の前記検出信号を入力したときには、当該最初の検出信号に対応した前記ゼロクロス点以降の前記サンプリング値の取得を開始し、
前記更新信号の次の入力までの間に新たな前記検出信号を1つ以上入力したときには、前記最初の検出信号および前記新たな検出信号のうちのいずれか2つの間に取得した前記サンプリング値に基づいて前記電気特性を算出し、
前記更新信号の次の入力までの間に新たな前記検出信号が入力されず、かつ前記ゼロクロス点と異なる種類のゼロクロス点が存在しているときには、前記最初のゼロクロス点から、当該異なる種類のゼロクロス点までの半周期分の前記サンプリング値に基づいて前記電気特性を算出する電気特性測定装置。 - 前記処理部は、前記更新信号の次の入力までの間に新たな前記検出信号が入力されず、かつ前記異なる種類のゼロクロス点も存在していないときには、予め決められた警告処理を実行する請求項1記載の電気特性測定装置。
- 表示更新周期毎に更新して表示する交流信号の電気特性を当該交流信号のサンプリング値に基づいて算出する電気特性測定方法であって、
前記表示更新周期中に前記交流信号についての予め決められた種類のゼロクロス点を最初に検出したときには、当該最初のゼロクロス点以降の当該交流信号のサンプリング値の取得を開始し、
次の前記表示更新周期の開始までの間に前記交流信号についての新たな前記ゼロクロス点を1つ以上検出したときには、前記最初のゼロクロス点および前記新たなゼロクロス点のうちのいずれか2つの間に取得した前記サンプリング値に基づいて前記電気特性を算出し、
次の前記表示更新周期の開始までの間に前記交流信号についての新たな前記ゼロクロス点を検出せず、かつ前記ゼロクロス点と異なる種類のゼロクロス点を検出したときには、前記最初のゼロクロス点から、当該異なる種類のゼロクロス点までの半周期分の前記サンプリング値に基づいて前記電気特性を算出する電気特性測定方法。 - 次の前記表示更新周期の開始までの間に前記新たなゼロクロス点を検出せず、かつ前記異なる種類のゼロクロス点も検出しないときには、予め決められた警告処理を実行する請求項3記載の電気特性測定方法。
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