JP6457771B2 - RMS value measuring method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、実効値測定方法およびその装置に関し、さらに詳しく言えば、測定された実効値に対するサンプリング端数の影響を最小限に抑える技術に関するものである。 The present invention relates to an effective value measurement method and apparatus, and more particularly to a technique for minimizing the influence of a sampling fraction on a measured effective value.
被測定信号の実効値を測定する方法の一つとして、図６に示すように、第１ステップ（予備ステップ）として、あらかじめ被測定信号Ｗの周期を測定したのち、第２ステップ（本ステップ）として、実効値を測定方法がある（類例として、特許文献１参照）。 As one of the methods for measuring the effective value of the signal under measurement, as shown in FIG. 6, as the first step (preliminary step), after measuring the period of the signal under measurement W in advance, the second step (this step) As an example, there is a method for measuring an effective value (see Patent Document 1 as an example).
すなわち、この実効値測定方法においては、まず、測定開始後の例えば最初のゼロクロス点Ｚａを検出したらタイマーをスタートさせ、１周期となる次のゼロクロス点Ｚｂが検出されるまで待つ。 That is, in this effective value measurement method, first, for example, when the first zero cross point Za after the start of measurement is detected, the timer is started and waits until the next zero cross point Zb in one cycle is detected.
なお、次のゼロクロス点Ｚｂは、最初のゼロクロス点Ｚａが立ち上がり時のものであれば、次の同じく立ち上がり時のゼロクロス点、最初のゼロクロス点Ｚａが立ち下がり時のものであれば、次の同じく立ち下がり時のゼロクロス点であり、最初のゼロクロス点Ｚａから一つ飛びのゼロクロス点である。 The next zero cross point Zb is the same as the following zero cross point when the first zero cross point Za is rising, and the next zero cross point Za is the same when the first zero cross point Za is falling. This is a zero-cross point at the time of falling, and is a zero-cross point that jumps from the first zero-cross point Za.
次のゼロクロス点Ｚｂを検出したらタイマーを停止し、最初（前回）のゼロクロス点Ｚａから次のゼロクロス点Ｚｂまでの間に計時された時間を、被測定信号Ｗの１周期とし、その整数倍の周期にわたって一定の時間間隔で被測定信号Ｗのサンプリングを開始する。 When the next zero-cross point Zb is detected, the timer is stopped, and the time measured from the first (previous) zero-cross point Za to the next zero-cross point Zb is defined as one period of the signal W to be measured, which is an integral multiple of the measured signal W. Sampling of the signal under measurement W is started at regular time intervals over the period.
サンプリング回数は、設定された整数倍の周期をサンプリング周期で割ることにより求められる。例えば、１周期が２０ｍｓ，その整数倍の周期が３周期，サンプリング周期が０．２５ｍｓの場合、サンプリング回数は、２０ｍｓ×３÷０．２５ｍｓ＝２４０回となる。 The number of samplings can be obtained by dividing a set integer multiple period by the sampling period. For example, when one period is 20 ms, an integer multiple of three periods, and a sampling period is 0.25 ms, the number of samplings is 20 ms × 3 ÷ 0.25 ms = 240 times.
このようにして、被測定信号を所定回数（この例では２４０回）分サンプリングしたのち、サンプリングデータの二乗平均平方根により実効値を算出する。 In this way, after sampling the signal under measurement a predetermined number of times (240 times in this example), an effective value is calculated from the root mean square of the sampling data.
上記の実効値測定方法によれば、あらかじめ被測定信号の１周期を計測し、その整数倍の周期にわたって所定のサンプリング周期で被測定信号をサンプリングすることにより、短時間で比較的正確な実効値を算出することができる。 According to the above-described effective value measuring method, by measuring one period of a signal under measurement in advance and sampling the signal under measurement at a predetermined sampling period over an integral multiple of the period, a relatively accurate effective value can be obtained in a short time. Can be calculated.
また、第２ステップでの実効値測定は、常にゼロクロス点からサンプリングを開始することにより、被測定波形の位相差によるばらつきを抑えることができる。 In the effective value measurement in the second step, sampling due to the phase difference of the waveform under measurement can be suppressed by always starting sampling from the zero cross point.
しかしながら、１周期がサンプリング周期の整数倍にならない場合、サンプリング回数の端数が測定誤差となる。これにより、被測定信号の周波数の小さなずれによる実効値のばらつきが発生してしまう。 However, if one period is not an integral multiple of the sampling period, the fraction of the number of samplings becomes a measurement error. As a result, a variation in the effective value due to a small shift in the frequency of the signal under measurement occurs.
例えば、１周期が２０．１ｍｓで、その整数倍の周期が３周期，サンプリング周期が０．２５ｍｓであるとすると、サンプリング回数は、２０．１ｍｓ×３÷０．２５ｍｓ＝２４１．２回となり、サンプリング回数を２４１回に丸めると０．２回が端数となる。 For example, if 1 period is 20.1 ms, the integer multiple is 3 periods, and the sampling period is 0.25 ms, the number of times of sampling is 20.1 ms × 3 ÷ 0.25 ms = 241.2 times, When the number of samplings is rounded to 241 times, 0.2 is a fraction.
この端数による影響を小さくするには、サンプリング周期を短くする方法と、測定時間を長くする方法とがあるが、サンプリング周期を短くすると、ハードウェア、ソフトウェアの負担が大きくなり、コストや消費電力の面で好ましくなく、また、測定時間を長くすることは、消費電力の面のみならず、測定結果が表示されるまでの待ち時間が長くなり、ユーザーに製品性能が悪いイメージを与え兼ねないことからしても好ましくない。 To reduce the influence of this fraction, there are a method of shortening the sampling period and a method of extending the measurement time. However, if the sampling period is shortened, the burden on hardware and software increases, and costs and power consumption are reduced. This is not preferable, and increasing the measurement time increases not only the power consumption but also the waiting time until the measurement result is displayed, which may give the user an image of poor product performance. Even if it is not preferable.
そこで、本発明の課題は、予め被測定信号の１周期を測定し、その１周期の整数倍の周期にわたって所定のサンプリング周期で被測定信号をサンプリングし、それらの測定データから実効値を求めるにあたって、測定周期（１周期の整数倍周期）とサンプリング周期とのずれによりサンプリング回数に端数が生ずる場合、その端数の実効値に対する影響を最小限に抑えることにある。 Accordingly, an object of the present invention is to measure one period of a signal under measurement in advance, sample the signal under measurement at a predetermined sampling period over a period that is an integral multiple of the one period, and obtain an effective value from the measurement data. When a fraction occurs in the number of samplings due to a difference between the measurement period (an integral multiple of one period) and the sampling period, the effect of the fraction on the effective value is minimized.
上記課題を解決するため、本発明の実効値測定方法は、予め被測定信号Ｗの周期を測定する第１ステップと、上記第１ステップ後において上記被測定信号Ｗの１周期の整数倍の周期にわたって上記被測定信号Ｗを所定のサンプリング周期でサンプリングし、そのサンプリングによる測定データから上記被測定信号Ｗの実効値Ｖｒｍｓを求める第２ステップとを含み、
上記第１ステップでの周期測定時に、上記被測定信号Ｗを所定のサンプリング周期でサンプリングし、そのサンプリングによる測定データから上記被測定信号Ｗの仮実効値ＴＶｒｍｓを算出した後、上記第２ステップを実行するにあたって、上記被測定信号Ｗ≒上記仮実効値ＴＶｒｍｓになった時点ＳＳを上記第２ステップでのサンプリング開始時点とすることを特徴としている。
In order to solve the above problems, an effective value measuring method of the present invention includes a first step of measuring the period of the signal under measurement W in advance, and a period that is an integral multiple of one period of the signal under measurement W after the first step. A second step of sampling the signal to be measured W at a predetermined sampling period and determining an effective value Vrms of the signal to be measured W from measurement data obtained by the sampling,
During the period measured in the first step, after the measured signal W is sampled at a predetermined sampling period, it calculates a provisional effective value TVrms of the measuring signal W from the measurement data obtained by the sampling, the second step Is performed, the time SS when the measured signal W≈the provisional effective value TVrms is set as the sampling start time in the second step.
上記第１ステップで、上記被測定信号Ｗの１周期を求めるには、上記被測定信号Ｗのゼロクロス点を基点としてもよいし、ゼロクロス点以外の所定の振幅値を基点として上記被測定信号Ｗの１周期を求めてもよい。
In the first step, the To find the one period of the signal under test W, may be a base point the zero-cross point of the measuring signal W, the signal to be measured a predetermined amplitude value other than zero-crossing point as the base point W One cycle may be obtained.
本発明によると、上記仮実効値ＴＶｒｍｓには＋仮実効値ＴＶｒｍｓと−仮実効値ＴＶｒｍｓとが含まれ、上記第１ステップ終了後で、上記被測定信号Ｗが上記＋仮実効値ＴＶｒｍｓもしくは上記−仮実効値ＴＶｒｍｓのいずれかの値とほぼ等しくなった時点ＳＳで上記第２ステップでのサンプリングを開始する。
According to the present invention, the provisional effective value TVrms includes a + provisional effective value TVrms and a −provisional effective value TVrms. After the first step, the measured signal W is converted to the + provisional effective value TVrms or the provisional effective value TVrms. - starts sampling at the above second step one of the values time becomes substantially equal to the SS provisional effective value TVrms.
また、少なくとも上記第１ステップでサンプリングされた測定データは所定の記憶部に格納されており、上記第１ステップで上記仮実効値ＴＶｒｍｓを算出した後、上記記憶部に格納されている測定データのうち、上記仮実効値ＴＶｒｍｓとほぼ等しい測定データが得られた時点ＳＳを上記第２ステップの開始点とする態様も本発明に含まれる。
In addition, at least the measurement data sampled in the first step is stored in a predetermined storage unit, and after calculating the provisional effective value TVrms in the first step, the measurement data stored in the storage unit is stored. Of these, the present invention also includes a mode in which the time point SS at which measurement data substantially equal to the provisional effective value TVrms is obtained is the start point of the second step.
本発明の実効値測定方法には、アナログの被測定信号Ｗをデジタルの測定データに変換するＡ／Ｄ変換手段と、上記測定データから上記被測定信号Ｗの実効値Ｖｒｍｓを算出する実効値演算手段と、上記被測定信号Ｗの周期を測定する周期測定手段と、上記測定データのサンプリング開始時点、終了時点およびサンプリング周期を制御する制御手段とを含む実効値測定装置が好ましく適用され、
上記実効値測定装置において、上記制御手段は、上記周期測定手段により予め被測定信号Ｗの少なくとも１周期を測定する第１ステップと、上記第１ステップで測定された１周期の整数倍の周期にわたって上記被測定信号Ｗを所定のサンプリング周期でサンプリングし、そのサンプリングによる測定データから上記実効値演算手段により上記被測定信号Ｗの実効値Ｖｒｍｓを求める第２ステップとを実行するにあたって、
上記第１ステップでの周期測定時に、上記被測定信号Ｗを所定のサンプリング周期でサンプリングし、そのサンプリングによる測定データから上記被測定信号Ｗの仮実効値ＴＶｒｍｓを算出し、上記仮実効値ＴＶｒｍｓとほぼ等しい測定データが得られた時点ＳＳを上記第２ステップでのサンプリング開始時点とすることを特徴としている。
The effective value measurement method of the present invention includes an A / D conversion means for converting an analog signal under measurement W into digital measurement data, and an effective value calculation for calculating the effective value Vrms of the signal under measurement W from the measurement data. means a period measurement means for measuring a circumferential phase of the measuring signal W, the sampling start point of the measurement data, the effective value measurement device and a control means for controlling the end point and the sampling period is preferably applied,
In the effective value measuring apparatus, the control means includes a first step of measuring at least one period of the signal under measurement W in advance by the period measuring means, and a period that is an integral multiple of one period measured in the first step. In performing the second step of sampling the signal under measurement W at a predetermined sampling period and obtaining the effective value Vrms of the signal under measurement W by the effective value calculation means from the measurement data obtained by the sampling.
During the period measured in the first step, the signal under measurement W is sampled at a predetermined sampling period, calculates a provisional effective value TVrms of the measuring signal W from the measurement data obtained by the sampling, and the provisional effective value TVrms The time SS at which substantially equal measurement data is obtained is set as the sampling start time in the second step.
本発明によれば、第１ステップで被測定信号の周期を測定する際、少なくともその１周期から仮実効値を求め、この仮実効値を第２ステップの実効値測定でのサンプリング開始時点とすることにより、測定周期とサンプリング周期とのずれによりサンプリング回数に端数が生ずる場合、その端数の実効値に対する影響を最小限に抑えることができる。 According to the present invention, when measuring the period of the signal under measurement in the first step, a provisional effective value is obtained from at least one period, and this provisional effective value is set as the sampling start point in the effective value measurement of the second step. Thus, when a fraction occurs in the number of samplings due to a difference between the measurement period and the sampling period, the influence of the fraction on the effective value can be minimized.
次に、図１ないし図３により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3, but the present invention is not limited to this.
図１に示すように、この実施形態に係る実効値測定装置１０は、基本的な構成として、Ａ／Ｄ変換手段１２と、実効値演算手段１３と、ゼロクロス検出手段１４と、操作部１５と、制御手段１６と、表示手段１７とを備えている。 As shown in FIG. 1, the effective value measuring apparatus 10 according to this embodiment includes, as a basic configuration, an A / D conversion unit 12, an effective value calculation unit 13, a zero-cross detection unit 14, an operation unit 15, and the like. The control means 16 and the display means 17 are provided.
Ａ／Ｄ変換手段１２は、入力端子１１から入力されるアナログの被測定信号をデジタルの測定データに変換する。その変換速度（サンプリング速度（サンプリング周期））は、制御手段１６からの指示による。 The A / D converter 12 converts an analog signal under measurement input from the input terminal 11 into digital measurement data. The conversion speed (sampling speed (sampling period)) is in accordance with an instruction from the control means 16.
実効値演算手段１３は、Ａ／Ｄ変換された測定データの二乗平均平方根により被測定信号の実効値Ｖｒｍｓを算出する。実効値演算は、被測定信号の１周期の整数倍周期にわたって行われるが、その周期指定は制御手段１６からの指示による。 The effective value calculator 13 calculates the effective value Vrms of the signal under measurement from the root mean square of the A / D converted measurement data. The effective value calculation is performed over an integral multiple of one period of the signal under measurement, and the period is specified by an instruction from the control means 16.
ゼロクロス検出手段１４は、入力端子１１から入力されるアナログの被測定信号のゼロクロス点を検出して、そのゼロクロス検出情報を制御手段１６に与える。ゼロクロス検出手段１４は、信号立ち上がり時のゼロクロス点、信号立ち下がり時のゼロクロス点のいずれも検出する。 The zero cross detection means 14 detects the zero cross point of the analog signal under measurement inputted from the input terminal 11 and gives the zero cross detection information to the control means 16. The zero cross detection means 14 detects both the zero cross point at the time of signal rise and the zero cross point at the time of signal fall.
操作部１５は、キーボードやタッチ式入力パネル等からなる入力手段を備え、制御手段１６に対して、測定開始、終了の指示、Ａ／Ｄ変換のサンプリング速度（サンプリング周期）、実効値演算を行う整数倍周期の周期数等を設定する。 The operation unit 15 includes input means such as a keyboard and a touch input panel, and performs measurement start and end instructions, A / D conversion sampling speed (sampling period), and effective value calculation to the control means 16. Set the number of cycles of integer multiples.
制御手段１６には、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）やマイクロコンピュータが用いられ、操作部１５からの設定事項に基づいて、Ａ／Ｄ変換のサンプリング速度、実効値演算を行う周期数等を設定する。また、演算結果等を表示手段１７に表示する。 As the control means 16, a CPU (Central Processing Unit) or a microcomputer is used, and based on the setting items from the operation unit 15, the sampling speed of A / D conversion, the number of cycles for executing the effective value calculation, and the like are set. . Further, the calculation result or the like is displayed on the display means 17.
なお、制御手段１６に実効値演算手段１３を含ませてもよい。また、制御手段１６の出力をＬＡＮやＧＰ−ＩＢ等の通信手段を介してパソコン等の外部機器に与えるようにしてもよく、また、所定のインターフェイスを介してＨＤＤやＵＳＢメモリ等に保存するようにしてもよい。 The control means 16 may include the effective value calculation means 13. The output of the control means 16 may be given to an external device such as a personal computer via a communication means such as a LAN or GP-IB, and may be stored in an HDD or a USB memory via a predetermined interface. It may be.
次に、図２を参照して、上記実効値測定装置１０の動作について説明する。本発明による実効値測定には、第１ステップと第２ステップとが含まれている。 Next, the operation of the effective value measuring apparatus 10 will be described with reference to FIG. The effective value measurement according to the present invention includes a first step and a second step.
〔第１ステップ〕
測定が開始されると、制御手段１６は、第１ステップとして、ゼロクロス検出手段１４からのゼロクロス検出情報に基づいて被測定信号Ｗの１周期を計測するとともに、その１周期について仮実効値ＴＶｒｍｓを得る。
[First step]
When the measurement is started, as a first step, the control means 16 measures one period of the signal under measurement W based on the zero-cross detection information from the zero-cross detection means 14, and calculates the provisional effective value TVrms for the one period. obtain.
すなわち、制御手段１６は、測定開始後においてゼロクロス検出手段１４からの例えば最初のゼロクロス点Ｚａの検出信号を受けると、図示しないタイマーをスタートさせるとともに、Ａ／Ｄ変換手段１２を動作させて被測定信号Ｗを所定のサンプリング周期でサンプリングを開始する。 That is, when the control means 16 receives, for example, a detection signal of the first zero cross point Za from the zero cross detection means 14 after the start of measurement, the control means 16 starts a timer (not shown) and operates the A / D conversion means 12 to measure. Sampling of the signal W is started at a predetermined sampling period.
そして、ゼロクロス検出手段１４にて１周期となる次のゼロクロス点Ｚｂ（ゼロクロスＺａから一つ飛びのゼロクロス点）が検出されると、タイマーを停止して、最初（前回）のゼロクロス点Ｚａから計時された時間を被測定信号Ｗの１周期Ｔａとし、また、実効値演算手段１３より、その１周期Ｔａ中にＡ／Ｄ変換（サンプリング）された測定データから仮実効値ＴＶｒｍｓを得て、第１ステップを終了する。 Then, when the next zero-cross point Zb (one zero-cross point skipped from the zero-cross Za) that is one cycle is detected by the zero-cross detecting means 14, the timer is stopped and the time is measured from the first (previous) zero-cross point Za. The measured time is defined as one period Ta of the signal W to be measured, and the effective value calculating means 13 obtains a temporary effective value TVrms from the measurement data A / D-converted (sampled) during the one period Ta. End one step.
この実施形態では、ゼロクロス検出手段１４からのゼロクロス検出情報に基づいて被測定信号Ｗの１周期を計測するようにしているが、必ずしもゼロクロス点から１周期を計測する必要はなく、ゼロクロス点以外の所定の振幅値（測定値）を基点として被測定信号の１周期を求めるようにしてもよい。 In this embodiment, one cycle of the signal to be measured W is measured based on the zero-cross detection information from the zero-cross detection means 14, but it is not always necessary to measure one cycle from the zero-cross point, and other than the zero-cross point. You may make it obtain | require 1 period of a to-be-measured signal on the basis of a predetermined amplitude value (measurement value).
また、第１ステップでの測定周期を被測定信号の１周期としているが、第１ステップでの測定周期を２周期、３周期等の複数周期として、それらの周期から得られた測定データにより仮実効値ＴＶｒｍｓを求めてもよい。 In addition, the measurement cycle in the first step is one cycle of the signal to be measured. However, the measurement cycle in the first step is assumed to be a plurality of cycles such as two cycles, three cycles, etc., based on the measurement data obtained from these cycles. The effective value TVrms may be obtained.
〔第２ステップ〕
次に、制御手段１６は、第２ステップを実行するが、仮実効値ＴＶｒｍｓを第２ステップでのサンプリング開始時点とする。また、実効値演算する周期を第１ステップで計測した１周期Ｔａの整数倍周期とするが、この実施形態では、その周期をサンプリング開始時点から３周期（３×Ｔａ）とする。
[Second step]
Next, the control means 16 executes the second step, and sets the provisional effective value TVrms as the sampling start time in the second step. In addition, the effective value calculation cycle is an integer multiple of 1 cycle Ta measured in the first step. In this embodiment, the cycle is 3 cycles (3 × Ta) from the sampling start time.
第２ステップに入ると、制御手段１６は、被測定信号Ｗが仮実効値ＴＶｒｍｓとほぼ等しくなるまで待つ。Ｗ≒ＴＶｒｍｓかどうかは、ハードウェア的なコンパレータが用いられてもよいし、サンプリングを継続してソフトウェア的な手法により測定データが仮実効値ＴＶｒｍｓに近くなる時点を検出してもよい。 When entering the second step, the control means 16 waits until the signal under measurement W becomes substantially equal to the provisional effective value TVrms. Whether W≈TVrms may be determined by using a hardware comparator, or sampling may be continued and a time point at which measurement data approaches the provisional effective value TVrms may be detected by a software method.
そして、Ｗ≒ＴＶｒｍｓになった時点ＳＳで、所定のサンプリング周期でのサンプリングを開始し、そのサンプリング時点ＳＳから３×Ｔａ周期を経過した時点ＳＥでサンプリングを終了する。この間のサンプリング回数は、３×Ｔａをサンプリング周期で割ることにより求められ、実効値演算手段１３にて、この間にサンプリングされた測定データにより被測定信号Ｗの実効値Ｖｒｍｓを算出する。 Then, sampling at a predetermined sampling period is started at a time SS when W≈TVrms, and sampling is ended at a time SE when a 3 × Ta period has elapsed from the sampling time SS. The number of samplings during this period is obtained by dividing 3 × Ta by the sampling period, and the effective value calculation means 13 calculates the effective value Vrms of the signal under measurement W from the measurement data sampled during this time.
この実施形態では、Ａ／Ｄ変換手段１２を第１ステップでの最初のゼロクロス点Ｚａの検出時から第２ステップのサンプリング終了時点ＳＥまで動作させており、第１ステップの終了時点であるゼロクロス点Ｚｂから、第２ステップのサンプリング開始時点ＳＳまでの間にサンプリングされた測定データがある場合には、その測定データは実効値演算に算入しない。 In this embodiment, the A / D conversion means 12 is operated from the time of detection of the first zero cross point Za in the first step to the sampling end time SE of the second step, and the zero cross point which is the end time of the first step. If there is measurement data sampled between Zb and the sampling start time point SS of the second step, the measurement data is not included in the effective value calculation.
これとは別の実施形態として、Ａ／Ｄ変換手段１２の動作を第１ステップ終了時点であるゼロクロス点Ｚｂで一旦停止し、Ｗ≒ＴＶｒｍｓになった時点ＳＳで動作を再開させてサンプリングを開始する態様も本発明に含まれる。 As another embodiment, the operation of the A / D conversion means 12 is temporarily stopped at the zero cross point Zb which is the end of the first step, and the operation is restarted at the time SS when W≈TVrms and sampling is started. Such an embodiment is also included in the present invention.
いずれの実施形態においても、第１ステップと第２ステップとで、サンプリング周期は同じであることが好ましいが、異なる周期としてもよい。 In any of the embodiments, the sampling period is preferably the same in the first step and the second step, but may be different.
また、上記実施形態では、第２ステップでのサンプリング開始時点を、第１ステップ終了後で最初にＷ≒ＴＶｒｍｓになった時点ＳＳとしているが、別の態様として、図３に示すように、最初の時点ＳＳを見送り、その後にＷ≒ＴＶｒｍｓになった時点、例えばＳＳａ，ＳＳｂ，ＳＳｃ時点をサンプリング開始時点としてもよい。 In the above embodiment, the sampling start time in the second step is the time SS when W≈TVrms first after the end of the first step. As another aspect, as shown in FIG. It is also possible to skip the time point SS and set the sampling start time at the time point when W≈TVrms, for example, the time point SSa, SSb, SSc.
すなわち、仮実効値ＴＶｒｍｓには、＋（プラス）ＴＶｒｍｓと−（マイナス）ＴＶｒｍｓとが含まれ、第２ステップでのサンプリング開始時点を、＋ＴＶｒｍｓ，−ＴＶｒｍｓのいずれかで、その立ち上がり，立ち下がりのいずれかとしてもよい。 That is, the provisional effective value TVrms includes + (plus) TVrms and − (minus) TVrms, and the sampling start time in the second step is set to either rising or falling at either + TVrms or −TVrms. Either may be used.
ちなみに、図３において、ＳＳａは＋ＴＶｒｍｓの立ち下がり時点、ＳＳｂは−ＴＶｒｍｓの立ち下がり時点、ＳＳｃは＋ＴＶｒｍｓの立ち上がり時点である。 By the way, in FIG. 3, SSa is the falling time of + TVrms, SSb is the falling time of -TVrms, and SSc is the rising time of + TVrms.
さらに別の態様として、図４に示すように、第１ステップでの周期測定の当初から、被測定信号Ｗを所定のサンプリング周期でサンプリングし、それらの測定データを制御手段１６の図示しない記憶部に格納しながら、例えば、最初の１周期を経過した時点で、第１ステップとして、記憶部から最初の１周期分の測定データを読み出して仮実効値±ＴＶｒｍｓを算出した後、最初の１周期分の測定データの中から、＋ＴＶｒｍｓもしくは−ＴＶｒｍｓとほぼ等しい測定データを探しだし、その測定データを第２ステップの開始点としてもよい。 As another aspect, as shown in FIG. 4, the signal under measurement W is sampled at a predetermined sampling period from the beginning of the period measurement in the first step, and the measurement data is not shown in the storage unit of the control means 16. For example, when the first cycle has elapsed, as a first step, the measurement data for the first cycle is read from the storage unit and the provisional effective value ± TVrms is calculated. It is also possible to search for measurement data approximately equal to + TVrms or −TVrms from the minute measurement data, and use the measurement data as the starting point of the second step.
図４の例示において、＋ＴＶｒｍｓとほぼ等しい測定データは、ＳＳｄ，ＳＳｅの各時点での測定データであり、−ＴＶｒｍｓとほぼ等しい測定データは、ＳＳｆ，ＳＳｇの各時点での測定データである。 In the example of FIG. 4, measurement data substantially equal to + TVrms is measurement data at each time point of SSd and SSe, and measurement data substantially equal to −TVrms is measurement data at each time point of SSf and SSg.
そこで、ＳＳｄ〜ＳＳｇのいずれか一つの時点を第２ステップの開始点とし、その時点から例えば３周期分の測定データを上記記憶部から読み出して被測定信号Ｗの実効値Ｖｒｍｓを算出する。これによれば、第２ステップでの実効値Ｖｒｍｓ演算に用いる測定データの一部に第１ステップでサンプリングされた測定テータが含まれるため、その分、測定時間を短縮することができる。 Therefore, any one point of SSd to SSg is set as the start point of the second step, and measurement data for three periods, for example, is read from the storage unit from that point to calculate the effective value Vrms of the signal under measurement W. According to this, since the measurement data sampled in the first step is included in a part of the measurement data used in the effective value Vrms calculation in the second step, the measurement time can be shortened accordingly.
本発明によれば、上記のように、第１ステップで仮実効値ＴＶｒｍｓを算出し、第２ステップでは仮実効値ＴＶｒｍｓの時点から実効値演算のサンプリングを開始するようにしたことにより、測定周期とサンプリング周期とのずれによりサンプリング回数に端数が生ずる場合、その端数の実効値に対する影響を最小限に抑えることができる。 According to the present invention, as described above, the temporary effective value TVrms is calculated in the first step, and in the second step, sampling of the effective value calculation is started from the time point of the temporary effective value TVrms. If a fraction occurs in the number of times of sampling due to a deviation from the sampling period, the influence of the fraction on the effective value can be minimized.
その理由は、実効値は測定値の二乗平均平方根であり、平均演算においては平均値から遠い測定値ほど平均値に与える影響が大きく、平均値に近い測定値ほど平均値に与える影響は小さい。このことから、もっとも実効値に与える影響が小さい測定値は実効値付近の値である。したがって、サンプリング回数に端数が生ずる場合、その端数を実効値付近に存在するようにすることが好ましい。 The reason is that the effective value is the root mean square of the measured value. In the average calculation, the measured value farther from the average value has a larger influence on the average value, and the measured value closer to the average value has a smaller influence on the average value. Therefore, the measured value that has the smallest effect on the effective value is a value near the effective value. Therefore, when a fraction occurs in the number of samplings, it is preferable that the fraction exists near the effective value.
ちなみに、先の図６で説明した従来技術のように、ゼロクロス点（０Ｖ）付近から実効値演算のサンプリングを開始すると、サンプリング回数に端数が生ずる場合、その端数が０Ｖ付近の値になるが、０Ｖ付近はもっとも実効値から遠い測定値である（クレストファクタ２以下ならば一番遠い）ため、実効値に与える影響は大きい。 Incidentally, as in the prior art described with reference to FIG. 6, when effective value calculation sampling is started from the vicinity of the zero cross point (0 V), if a fraction occurs in the number of samplings, the fraction becomes a value near 0 V. In the vicinity of 0V, the measured value is farthest from the effective value (the farthest if the crest factor is 2 or less), and thus the influence on the effective value is large.
次に、上記従来技術による実効値演算をゼロクロス方式、これに対して本発明の実効値演算を実効値クロス方式として、サンプリング回数の端数が実効値に与える影響を検証するが、これに先だって、実効値の求め方について説明する。 Next, the effective value calculation according to the above-described prior art is a zero cross method, whereas the effective value calculation of the present invention is an effective value cross method, and the influence of the fraction of the sampling number on the effective value is verified. A method for obtaining the effective value will be described.
周期Ｔの波形ｆ（ｔ）の１周期における実効値Ｖｒｍｓは、次式（１）で定義される。
説明の便宜上、波形ｆ（ｔ）を振幅Ａ，初期位相θの正弦波とすると、次式（２）で表される。
式（２）を式（１）に代入すると次式（３）となる（途中式は省略）。
Ａ／Ｄ変換を伴うソフトウェア処理の場合、上記式（３）はサンプリング速度が無限大の場合にしか成り立たず、現実的にはサンプリング速度によって制限される。 In the case of software processing involving A / D conversion, the above equation (3) is only valid when the sampling speed is infinite, and is practically limited by the sampling speed.
ここで、サンプリング間隔（周期）をＴｓａｍｐとして、サンプリング回数ＮをＮ＝Ｔ／Ｔｓａｍｐを四捨五入して整数にしたものとすると、Ａ／Ｄ変換を伴うソフトウェア処理による実効値は、次式（４）によって表される。
式（４）に式（２）を代入すると次式（５）が得られる。
式（５）において、ｉ＝０のときの初期位相をθ＝０゜とするのが従来のゼロクロス方式であり、これに対して、ｉ＝０のときの初期位相をθ＝４５゜（実効値になる時点）とするのが本発明による実効値クロス方式である。なお、この例では波形ｆ（ｔ）を正弦波としているため、このような位相となるが、波形が異なれば、それに応じた位相となる。 In the equation (5), the conventional zero-cross method is such that the initial phase when i = 0 is θ = 0 °, whereas the initial phase when i = 0 is θ = 45 ° (effective It is the effective value cross system according to the present invention that is the time when the value is reached. In this example, since the waveform f (t) is a sine wave, such a phase is obtained. However, if the waveform is different, the phase is in accordance with it.
波形ｆ（ｔ）の周波数を４９．５〜５０．５Ｈｚまで０．１Ｈｚ刻みで変化させたときのゼロクロス方式（式５にθ＝０゜を代入）と、実効値クロス方式（式５にθ＝４５゜を代入）とで実効値がどの程度変化するかを比較した表を次表に示し、図５にそのグラフを示す（なお、実効値１Ｖ（振幅１．４１４Ｖ），サンプリング速度は４０９６Ｈｚ）。
この比較により、ゼロクロス方式に比べて、実効値クロス方式は１０倍程度の安定度があることが分かる。これにより、測定値のばらつきが少ない（測定確度の向上）、演算時間を短くできる（データ収集の高速化、省電力化）、サンプリング周波数を下げることができる（省電力化、ＣＰＵやＡ／Ｄ変換器のコストダウン）等の効果が奏される。 From this comparison, it can be seen that the effective value cross method has a stability about 10 times that of the zero cross method. Thereby, there is little variation in measured values (improvement of measurement accuracy), calculation time can be shortened (speeding up of data collection, power saving), and sampling frequency can be lowered (power saving, CPU and A / D). An effect such as cost reduction of the converter is exhibited.
１０ 実効値測定装置
１１ 入力端子
１２ Ａ／Ｄ変換手段
１３ 実効値演算手段
１４ ゼロクロス検出手段
１５ 操作部
１６ 制御手段
１７ 表示手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Effective value measuring apparatus 11 Input terminal 12 A / D conversion means 13 Effective value calculation means 14 Zero cross detection means 15 Operation part 16 Control means 17 Display means
Claims (8)
上記第１ステップでの周期測定時に、上記被測定信号Ｗを所定のサンプリング周期でサンプリングし、そのサンプリングによる測定データから上記被測定信号Ｗの仮実効値ＴＶｒｍｓを算出した後、上記第２ステップを実行するにあたって、上記被測定信号Ｗ≒上記仮実効値ＴＶｒｍｓになった時点ＳＳを上記第２ステップでのサンプリング開始時点とすることを特徴とする実効値測定方法。 A first step of measuring the period of the signal under measurement W in advance, and sampling the signal under measurement W at a predetermined sampling period over a period that is an integral multiple of one period of the signal under measurement W after the first step; A second step of obtaining an effective value Vrms of the signal under measurement W from measurement data obtained by sampling,
During the period measured in the first step, after the measured signal W is sampled at a predetermined sampling period, it calculates a provisional effective value TVrms of the measuring signal W from the measurement data obtained by the sampling, the second step Is performed, the time SS when the measured signal W≈the provisional effective value TVrms is set as the sampling start time in the second step.
上記制御手段は、上記周期測定手段により予め被測定信号Ｗの少なくとも１周期を測定する第１ステップと、上記第１ステップで測定された１周期の整数倍の周期にわたって上記被測定信号Ｗを所定のサンプリング周期でサンプリングし、そのサンプリングによる測定データから上記実効値演算手段により上記被測定信号Ｗの実効値Ｖｒｍｓを求める第２ステップとを実行するにあたって、
上記第１ステップでの周期測定時に、上記被測定信号Ｗを所定のサンプリング周期でサンプリングし、そのサンプリングによる測定データから上記被測定信号Ｗの仮実効値ＴＶｒｍｓを算出し、上記仮実効値ＴＶｒｍｓとほぼ等しい測定データが得られた時点ＳＳを上記第２ステップでのサンプリング開始時点とすることを特徴とする実効値測定装置。 A / D conversion means for converting the analog signal under measurement W into digital measurement data, effective value calculation means for calculating the effective value Vrms of the signal under measurement W from the measurement data, and the circumference of the signal under measurement W In an effective value measuring apparatus including a period measuring means for measuring a period and a control means for controlling the sampling start time, end time and sampling period of the measurement data,
The control means predetermines the signal under measurement W over a period that is an integer multiple of one period measured in the first step, and a first step of measuring at least one period of the signal under measurement W in advance by the period measurement means. And performing the second step of obtaining the effective value Vrms of the signal under measurement W by the effective value calculation means from the measurement data obtained by the sampling.
During the period measured in the first step, the signal under measurement W is sampled at a predetermined sampling period, calculates a provisional effective value TVrms of the measuring signal W from the measurement data obtained by the sampling, and the provisional effective value TVrms An effective value measuring apparatus characterized in that a time SS at which substantially equal measurement data is obtained is set as a sampling start time in the second step.
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