JP6512592B2

JP6512592B2 - 測定装置

Info

Publication number: JP6512592B2
Application number: JP2014245992A
Authority: JP
Inventors: 俊也上野; 宏企小林; 浩崇釼持
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2034-12-04
Also published as: JP2016109514A

Description

本発明は、測定対象信号の周波数を測定する測定装置、および測定した周波数に基づいて周波数レンジを自動的に選択して測定対象信号の電気的物理量を測定する測定装置に関するものである。

この種の測定装置として、下記の特許文献１において本願出願人が開示した周波数測定装置が知られている。この周波数測定装置は、切替え可能な複数の周波数測定レンジを有し、被測定交流信号中からその周波数測定レンジ範囲内の信号成分を通過させるフィルタ回路と、このフィルタ回路を介して得られた信号から上記の周波数測定レンジの適否を判定するレンジ判定回路と、このレンジ判定回路からの出力に基づいて上記の周波数測定レンジを切替えるフィルタレンジ制御回路と、上記の周波数測定レンジ範囲内の周波数データを表示する表示手段とを備えている。この場合、レンジ判定回路は被測定信号が現在選択されている周波数測定レンジ範囲外である場合には、フィルタレンジ制御回路を介して現行の周波数測定レンジをその上位レンジもしくは下位レンジに向けて順次切替える。

この構成により、この周波数測定装置では、周波数測定レンジが１つずつその上位レンジもしくは下位レンジに向けて順次切り替えられるため、入力信号の周波数が最下位レンジから最高レンジまでに入っている値であれば、適切な周波数測定レンジでの測定が可能になっている。

特開平７−２４４０９５号公報（第２−３頁、第１−２図）

ところで、上記した周波数測定装置には、以下のような改善すべき課題が存在している。すなわち、直流電圧から所望の周波数の交流電圧を生成するインバータ装置では、生成される交流電圧に、上記の所望の周波数としての基本周波数成分だけでなく、直流電圧をスイッチングする際のスイッチング周波数（キャリア周波数）成分が含まれている。このため、この周波数測定装置には、このインバータ装置で生成される交流電圧の周波数を測定する際に、このキャリア周波数を基本周波数と誤認して、誤った周波数測定レンジとフィルタ回路とを選択する場合（つまり、正しい周波数を測定できない場合）があるという改善すべき課題が存在している。

本発明は、かかる課題を改善するためになされたものであり、基本周波数成分以外の周波数成分を含む測定対象信号の周波数を正確に測定可能な測定装置、およびこの測定した周波数に基づいて選択した適切な周波数レンジで測定対象信号の電気的物理量を正確に測定し得る測定装置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記載の測定装置は、選択可能な複数の周波数レンジのうちの対応する周波数レンジに応じた通過帯域をそれぞれ有して、入力されている測定対象信号に含まれる周波数成分のうちの当該通過帯域に含まれる周波数成分のみを通過させると共に、隣接する前記周波数レンジのうちの低周波側の周波数レンジの前記通過帯域が高周波側の前記通過帯域に含まれるように構成された複数のフィルタ回路と、前記測定対象信号の基本波についての周波数の上限周波数値を指定する操作部と、前記複数の周波数レンジのうちの選択されている周波数レンジに対応する前記フィルタ回路を通過した前記周波数成分の周波数値を検出して検出周波数値として出力する周波数検出部と、前記検出周波数値および前記上限周波数値のうちのいずれか低い値を前記基本波についての仮基本周波数値として決定する周波数仮決定処理、前記選択されている周波数レンジの前記通過帯域よりも前記仮基本周波数値を含むより低い前記通過帯域の前記周波数レンジが存在するときには当該周波数レンジに対応する前記フィルタ回路に切り替えることで当該周波数レンジを選択する周波数レンジ選択処理、および前記検出周波数値が前記上限周波数値以下であるかを判別する判別処理を、当該判別処理において前記検出周波数値が前記上限周波数値以下であると判別するまで繰り返して、当該上限周波数値以下になったときの当該検出周波数値を前記基本波についての本来の基本周波数値として測定する処理部とを備えている。

請求項２記載の測定装置は、請求項１記載の測定装置において、前記処理部は、前記本来の基本周波数値を測定したときの前記周波数レンジに対応する前記フィルタ回路を通過した前記周波数成分に基づいて、前記測定対象信号についての電気的物理量を測定する

請求項１記載の測定装置では、処理部が、測定対象信号の基本波についての仮基本周波数値として決定する周波数仮決定処理、選択されている周波数レンジの通過帯域よりも仮基本周波数値を含むより低い通過帯域の周波数レンジを選択する周波数レンジ選択処理、および検出周波数値が上限周波数値以下であるかを判別する判別処理を、この判別処理において検出周波数値が上限周波数値以下であると判別するまで繰り返して、上限周波数値以下になったときの検出周波数値を測定対象信号の基本波についての本来の基本周波数値として測定する。

したがって、この測定装置によれば、例えば、インバータ装置の出力信号が測定対象信号であるときのように、この測定対象信号の基本波についての本来の基本周波数値の周波数成分以外に変調周波数成分が含まれている場合であっても、この変調周波数成分の周波数値よりも低く、かつこの基本波の周波数成分の周波数よりも高い上限周波数値を操作部で指定することにより、本来の正しい基本周波数値を測定することができる。

また、請求項２記載の測定装置によれば、本来の基本周波数値を通過帯域に含む周波数レンジのうちの最も低い（狭い）周波数レンジが自動的に選択されるため、不要な周波数成分が最も良好に除去された状態でフィルタ部を通過した周波数成分に基づいて、測定対象信号の電気的物理量を高い精度で測定することができる。

測定装置１の構成図である。測定装置１の周波数測定処理５０での動作を説明するためのフローチャートである。

以下、測定装置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、測定装置の構成について、図面を参照して説明する。

図１に示す測定装置としての測定装置１は、一例として、サンプリング部２、フィルタ部３、周波数検出部４、処理部５、操作部６、記憶部７および出力部８を備え、複数の周波数レンジから選択された１つの周波数レンジを用いて、入力される測定対象信号Ｓ１についての基本周波数値ｆｒｅを測定すると共に、この測定した基本周波数値ｆｒｅに基づいて測定対象信号Ｓ１についての電気的物理量を測定するように構成されている。本例では電気的物理量の一例として、測定対象信号Ｓ１としての交流信号についての周波数スペクトルＦＳを測定する例を挙げて説明するが、電気的物理量は周波数スペクトルＦＳに限定されるものではない。

サンプリング部２は、一例として、Ａ／Ｄ変換器を備えて構成されて、入力している１つの測定対象信号Ｓ１をサンプリングクロック（測定対象信号Ｓ１の周波数よりも十分に高い周波数のクロック）でサンプリングすることにより、その瞬時値を示す瞬時値データＤ１を出力する。

フィルタ部３は、複数の周波数レンジのうちの対応する周波数レンジに応じた通過帯域をそれぞれ有する複数（周波数レンジと同数）のフィルタ回路１１で構成されている。本例では一例として、フィルタ部３は、第１周波数レンジ（ＤＣ〜２００Ｈｚ）に応じた通過帯域（ＤＣ〜２００Ｈｚ）を有するフィルタ回路１１ａ、第２周波数レンジ（２００Ｈｚ〜１ｋＨｚ）に応じた通過帯域（ＤＣ〜１ｋＨｚ）を有するフィルタ回路１１ｂ、第３周波数レンジ（１ｋＨｚ〜５ｋＨｚ）に応じた通過帯域（ＤＣ〜５ｋＨｚ）を有するフィルタ回路１１ｃ、および第４周波数レンジ（５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ）に応じた通過帯域（ＤＣ〜２０ｋＨｚ）を有するフィルタ回路１１ｄの４つのフィルタ回路１１で構成されている。また、本例ではフィルタ部３は、デジタルフィルタで構成されていることから、処理部５から入力された設定データＤｓｅｔにより、上記した仕様の４つのフィルタ回路１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ（特に区別しないときには、フィルタ回路１１ともいう）を構成する。

また、各フィルタ回路１１は、入力されている測定対象信号Ｓ１（本例では、測定対象信号Ｓ１の瞬時値データＤ１）に含まれる周波数成分のうちのその通過帯域に含まれる周波数成分のみを通過させる（具体的には、この周波数成分の瞬時値を示す瞬時値データＤ２）を通過させる。また、各フィルタ回路１１の通過帯域は、上記したように、隣接するいずれの２つの周波数レンジにおいても、低周波側の周波数レンジの通過帯域が高周波側の通過帯域に含まれるように構成されている。例えば、隣接する第３周波数レンジおよび第４周波数レンジにおいて、低周波側の第３周波数レンジの通過帯域（ＤＣ〜５ｋＨｚ）が高周波側の第４周波数レンジの通過帯域（ＤＣ〜２０ｋＨｚ）に含まれるように構成されている。

また、フィルタ部３は、処理部５によって制御されることにより、各フィルタ回路１１のうちの処理部５で選択された任意の１つのフィルタ回路１１のみが機能して、このフィルタ回路１１で瞬時値データＤ１に対するフィルタリング処理（瞬時値データＤ２の出力）を実行することが可能に構成されている。

なお、本例では、各フィルタ回路１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、対応する周波数レンジに応じた通過帯域のフィルタ回路の一例として、上記したように、対応する周波数レンジの上限周波数値（２００Ｈｚ、１ｋＨｚ、５ｋＨｚ、２０ｋＨｚ）をそれぞれの通過帯域の上限周波数値とするローパスフィルタ回路で構成されているが、測定対象信号Ｓ１の最低周波数値（例えば数Ｈｚから十数Ｈｚまでの所定の低周波数値）が予め決まっているときには、この最低周波数値をそれぞれの通過帯域の共通の下限周波数値とし、対応する周波数レンジの上限周波数値をそれぞれの通過帯域の上限周波数とするバンドパスフィルタで構成することもできる。

周波数検出部４は、フィルタ部３を構成する複数のフィルタ回路１１のうちの１つのフィルタ回路１１（複数の周波数レンジのうちの選択されている１つの周波数レンジに対応する１つのフィルタ回路１１）を通過した瞬時値データＤ２に基づいて、この瞬時値データＤ２で示される周波数成分の周波数値を検出して検出周波数値ｆｄｅｔとして出力する周波数検出処理を実行する。

具体的には、周波数検出部４は、瞬時値データＤ２に基づいて予め規定された単位時間当たりのこの周波数成分の波形数（または零クロスポイント）を検出すると共に、検出した波形数（または零クロスポイント）とこの単位時間とに基づいて、この周波数成分の検出周波数値ｆｄｅｔを検出する周波数検出処理を実行する。なお、周期を検出することも周波数値を検出することと等価であるため、本例において周波数値を検出することには周期を検出することが含まれるものとする。また、周波数検出部４は、検出した検出周波数値ｆｄｅｔを処理部５に出力する。

処理部５は、例えばコンピュータを用いて構成されて、フィルタ部３から出力される瞬時値データＤ２（選択している周波数レンジに対応するフィルタ回路１１を通過した周波数成分を示す瞬時値データＤ２）を予め決められた期間（測定対象信号Ｓ１の１周期分以上の期間）分だけ記憶部７に記憶させると共に、この瞬時値データＤ２に基づいて測定対象信号Ｓ１についての周波数スペクトルＦＳを算出（測定）して記憶部７に記憶させるスペクトル算出処理を実行する。

また、処理部５は、スペクトル算出処理の実行に先立ち、このスペクトル算出処理で使用する瞬時値データＤ２を取得（記憶）させる際に使用する周波数レンジを特定すると共に測定対象信号Ｓ１の基本波についての本来の基本周波数値ｆｒｅを測定する周波数測定処理５０（図２参照）を実行する。

この周波数測定処理５０では、処理部５は、操作部６から出力される後述の上限周波数値ｆｕｐ、および周波数検出部４から出力される検出周波数値ｆｄｅｔのうちのいずれか低い値（双方が同じ値のときには、その値）を測定対象信号Ｓ１の基本波についての仮基本周波数値ｆｔｍとして決定して、記憶部７に記憶させる周波数仮決定処理と、現在選択している周波数レンジに応じた通過帯域よりも仮基本周波数値ｆｔｍを含むより低い通過帯域のフィルタ回路１１が存在するか否かを判別して、存在すると判別したときには、フィルタ部３に対する制御を実行して、このより低い通過帯域のフィルタ回路１１に切り替えることで、新たな周波数レンジ（仮基本周波数値ｆｔｍを含むより低い周波数レンジ）を選択する周波数レンジ選択処理と、検出周波数値ｆｄｅｔが上限周波数値ｆｕｐ以下であるかを判別する判別処理とを実行する。

また、処理部５は、周波数測定処理５０において、検出周波数値ｆｄｅｔが判別処理において上限周波数値ｆｕｐ以下であると判別するまで、周波数仮決定処理、周波数レンジ選択処理および判別処理を繰り返して、上限周波数値ｆｕｐ以下となったときの検出周波数値ｆｄｅｔを測定対象信号Ｓ１の基本波についての本来の基本周波数値ｆｒｅとして測定して記憶部７に記憶させる。

操作部６は、上限周波数値ｆｕｐを指定するための不図示の操作キーが配設されている。また、操作部６は、この操作キーが操作されて上限周波数値ｆｕｐが指定されたときには、この上限周波数値ｆｕｐを処理部５に出力する。

記憶部７は、半導体メモリやハードディスク装置などで構成されて、この記憶部７には、処理部５のための動作プログラムが予め記憶されている。また、記憶部７には、デジタルフィルタとしてのフィルタ部３を、上記した仕様の４つのフィルタ回路１１ａ〜１１ｄとして機能させるための設定データＤｓｅｔが予め記憶されている。また、記憶部７には、処理部５により、瞬時値データＤ２、周波数スペクトルＦＳ、上限周波数値ｆｕｐ、検出周波数値ｆｄｅｔ、仮基本周波数値ｆｔｍおよび基本周波数値ｆｒｅが記憶される。出力部８は、一例として、表示装置で構成されて、処理部５から出力される基本周波数値ｆｒｅおよび周波数スペクトルＦＳを画面上に表示する（出力する）。なお、出力部８は、表示装置に代えて外部インターフェース回路で構成することもでき、この構成を採用したときには、処理部５から出力される基本周波数値ｆｒｅおよび周波数スペクトルＦＳを入力すると共に、外部インターフェース回路に接続されている外部装置にこの基本周波数値ｆｒｅおよび周波数スペクトルＦＳを出力する。

次いで、測定装置１の動作について図１，２を参照して説明する。なお、サンプリング部２には、測定対象信号Ｓ１が入力されているものとする。また、測定対象信号Ｓ１は、例えば、インバータ装置（変調周波数が一例として１０ｋＨｚであるとする）から出力される信号であって、その基本波の周波数が１０Ｈｚ〜２ｋＨｚの範囲内で変更され得るものとする。

測定装置１では、まず、処理部５が、記憶部７に記憶されている設定データＤｓｅｔを読み出してフィルタ部３に出力することにより、上記した仕様の４つのフィルタ回路１１ａ〜１１ｄとして機能するようにフィルタ部３を設定（構成）する。また、処理部５は、フィルタ部３に対する制御を実行して、フィルタ回路１１ａ〜１１ｄのうちの最も通過帯域の広いフィルタ回路１１ｄを初期のフィルタ回路１１として選択して、このフィルタ回路１１ｄで瞬時値データＤ１に対するフィルタリング処理（瞬時値データＤ２の出力）を開始するように設定する。

次に、処理部５は、操作部６から上限周波数値ｆｕｐが出力される（操作部６の操作キーに対する操作が行われて上限周波数値ｆｕｐが指定される）のを検出しつつ、上限周波数値ｆｕｐの出力を検出したときには、この上限周波数値ｆｕｐを記憶部７に記憶させる。また、処理部５は、この上限周波数値ｆｕｐの記憶を完了した後に、周波数測定処理５０を実行する。この場合、上記したように、測定対象信号Ｓ１についての基本波の周波数が１０Ｈｚ〜２ｋＨｚの範囲内であることが既知であるため、測定装置１の使用者は、この基本波の周波数の上限周波数値ｆｕｐとして、２ｋＨｚを下限値とし、かつ２ｋＨｚを若干超える程度の周波数値（基本波の周波数範囲の上限値の例えば１倍を超え２倍以下の周波数値）を上限値とする周波数範囲内の任意の周波数値（本例では一例として３ｋＨｚ）を設定するものとする。

処理部５が周波数測定処理５０を開始したときには、サンプリング部２が、測定対象信号Ｓ１をサンプリングして、その瞬時値を示す瞬時値データＤ１を出力する。また、フィルタ部３では、フィルタ回路１１ｄがこの瞬時値データＤ１に対するフィルタリング処理を実行して、瞬時値データＤ２を出力する。また、周波数検出部４が、この瞬時値データＤ２に基づいて、この瞬時値データＤ２で示される周波数成分の周波数を検出して検出周波数値ｆｄｅｔとして処理部５に出力する。

この状態において、周波数測定処理５０では、処理部５は、まず、周波数検出部４から出力されている検出周波数値ｆｄｅｔを取得して、記憶部７に記憶させる（ステップ５１）。次いで、処理部５は、周波数仮決定処理を実行して、記憶部７に記憶されている上限周波数値ｆｕｐおよび検出周波数値ｆｄｅｔのうちのいずれか低い値（双方が同じ値のときには、その値）を測定対象信号Ｓ１の基本波についての仮基本周波数値ｆｔｍとして決定して、記憶部７に記憶させる（ステップ５２）。

続いて、処理部５は、周波数レンジ選択処理を実行する。この周波数レンジ選択処理では、処理部５は、現在選択されている周波数レンジ（第４周波数レンジ：５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ）に応じた通過帯域（ＤＣ〜２０ｋＨｚ）のフィルタ回路１１ｄよりも、仮基本周波数値ｆｔｍを含むより低い通過帯域の周波数レンジが存在するか否かを判別し（ステップ５３）、存在すると判別したときには、フィルタ部３に対する制御を実行して、このより低い通過帯域のフィルタ回路１１に切り替えることで、新たな周波数レンジ（仮基本周波数値ｆｔｍを含むより低い通過帯域の周波数レンジ）を選択する（ステップ５４）。これにより、周波数レンジ選択処理が完了する。

この周波数レンジ選択処理の完了後、処理部５は、検出周波数値ｆｄｅｔが上限周波数値ｆｕｐ以下であるか判別する判別処理を実行し（ステップ５５）、検出周波数値ｆｄｅｔが上限周波数値ｆｕｐ以下であると判別したときには、現在の仮基本周波数値ｆｔｍを測定対象信号Ｓ１の基本波についての本来の基本周波数値ｆｒｅとして（基本周波数値ｆｒｅと測定して）、この基本周波数値ｆｒｅを記憶部７を記憶させる（ステップ５６）。これにより、周波数測定処理５０が完了する。

一方、処理部５は、ステップ５５での判別処理において、検出周波数値ｆｄｅｔが上限周波数値ｆｕｐを上回っていると判別したときには、ステップ５１に移行することにより、ステップ５１〜ステップ５４を再度実行する。

なお、処理部５は、ステップ５３において、より低い通過帯域の周波数レンジが存在しないと判別したときには、周波数レンジ選択処理を完了させて、ステップ５６に移行することにより、現在の仮基本周波数値ｆｔｍを測定対象信号Ｓ１の基本波についての本来の基本周波数値ｆｒｅとして（基本周波数値ｆｒｅと測定して）、この基本周波数値ｆｒｅを記憶部７を記憶させて、周波数測定処理５０を完了させる。

ところで、フィルタ部３では、上記したように、まず、第４周波数レンジ（５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ）に対応するフィルタ回路１１ｄ（通過帯域が最も広いＤＣ〜２０ｋＨｚに規定されたフィルタ回路１１）が初期のフィルタ回路１１として選択される。このため、測定対象信号Ｓ１にインバータ装置の変調周波数成分（１０ｋＨｚ）が含まれているときには、瞬時値データＤ１にもこの変調周波数成分（１０ｋＨｚ）が含まれていることから、通過帯域がＤＣ〜２０ｋＨｚであるフィルタ回路１１ｄは、この変調周波数成分（１０ｋＨｚ）を除去できずに、通過させる。したがって、フィルタ部３から出力される瞬時値データＤ２には、測定対象信号Ｓ１の基本波の本来の周波数成分（例えば、周波数が１００Ｈｚの周波数成分）と共に、この変調周波数成分（周波数が１０ｋＨｚの周波数成分）が含まれている。

このため、周波数検出部４は、変調周波数成分（１０ｋＨｚ）のレベルが十分に小さいときには、フィルタ部３が初期のフィルタ回路１１で構成されている状態においても、測定対象信号Ｓ１の基本波の本来の周波数成分の周波数（１００Ｈｚ）を正しく検出できるが、変調周波数成分のレベルが無視できない大きさのときには、フィルタ部３が初期のフィルタ回路１１で構成されている状態では、変調周波数成分の周波数（１０ｋＨｚ）を測定対象信号Ｓ１の基本波の周波数として誤検出する。

フィルタ部３が初期のフィルタ回路１１で構成されている状態のときに、周波数検出部４が測定対象信号Ｓ１の基本波の本来の周波数成分の周波数（１００Ｈｚ）を正しく検出した場合（第１の場合）と、誤検出した場合（第２の場合）とで、上記した周波数測定処理５０での動作が相違する。このため、以下において、第１の場合と第２の場合での動作について分けて説明する。

まず、周波数検出部４が測定対象信号Ｓ１の基本波の本来の周波数成分の周波数（１００Ｈｚ）を正しく検出した第１の場合について、具体的に説明する。

この場合、処理部５は、まず、ステップ５１において、検出周波数値ｆｄｅｔとして１００Ｈｚを取得して記憶部７に記憶させる。次いで、処理部５は、ステップ５２において、上限周波数値ｆｕｐ（３ｋＨｚ）および検出周波数値ｆｄｅｔ（１００Ｈｚ）のうちの低い値（１００Ｈｚ）を仮基本周波数値ｆｔｍとして決定して、記憶部７に記憶させる。

続いて、処理部５は、周波数レンジ選択処理を実行する。この周波数レンジ選択処理では、処理部５は、ステップ５３において、現在選択されている周波数レンジ（第４周波数レンジ：５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ）に応じた通過帯域（ＤＣ〜２０ｋＨｚ）のフィルタ回路１１ｄよりも、仮基本周波数値ｆｔｍ（１００Ｈｚ）を含むより低い通過帯域の周波数レンジが存在するか否かを判別し、この仮基本周波数値ｆｔｍを含むより低い通過帯域の周波数レンジとして、第１周波数レンジ（ＤＣ〜２００Ｈｚ）が存在すると判別する。

このため、処理部５は、ステップ５４において、第１周波数レンジを選択する。具体的には、処理部５は、フィルタ部３に対する制御を実行して、この第１周波数レンジに対応するフィルタ回路１１ａに切り替えることで、第１周波数レンジを選択する。これにより、周波数レンジ選択処理が完了する。次いで、処理部５は、ステップ５５での判別処理において、検出周波数値ｆｄｅｔ（１００Ｈｚ）が上限周波数値ｆｕｐ（３ｋＨｚ）以下であることを判別して、ステップ５６に移行する。処理部５は、このステップ５６において、現在の仮基本周波数値ｆｔｍ（１００Ｈｚ）を測定対象信号Ｓ１の基本波についての本来の基本周波数値ｆｒｅとして、この基本周波数値ｆｒｅを記憶部７に記憶させる。これにより、測定対象信号Ｓ１の基本波についての本来の基本周波数値ｆｒｅが１００Ｈｚと正しく測定され、かつこの測定対象信号Ｓ１の周波数（１００Ｈｚ）を含む最も狭い通過帯域のフィルタ回路１１ａが選択された状態で、周波数測定処理５０が完了する。

次に、周波数検出部４が、変調周波数成分（１０ｋＨｚ）の周波数を測定対象信号Ｓ１の基本波の本来の周波数成分の周波数であると誤検出した第２の場合について、具体的に説明する。

この場合、処理部５は、まず、ステップ５１において、検出周波数値ｆｄｅｔとして１０ｋＨｚを取得して記憶部７に記憶させる。次いで、処理部５は、ステップ５２において、上限周波数値ｆｕｐ（３ｋＨｚ）および検出周波数値ｆｄｅｔ（１０ｋＨｚ）のうちの低い値（３ｋＨｚ）を仮基本周波数値ｆｔｍとして決定して、記憶部７に記憶させる。

続いて、処理部５は、周波数レンジ選択処理を実行する。この周波数レンジ選択処理では、処理部５は、ステップ５３において、現在選択されている周波数レンジ（第４周波数レンジ：５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ）に応じた通過帯域（ＤＣ〜２０ｋＨｚ）のフィルタ回路１１ｄよりも、仮基本周波数値ｆｔｍ（３ｋＨｚ）を含むより低い通過帯域の周波数レンジが存在するか否かを判別し、この仮基本周波数値ｆｔｍを含むより低い通過帯域の周波数レンジとして、第３周波数レンジ（１ｋＨｚ〜５ｋＨｚ。この周波数レンジに対応したフィルタ回路１１ｃの通過帯域はＤＣ〜５ｋＨｚ）が存在すると判別する。

このため、処理部５は、ステップ５４において、この第３周波数レンジを選択する。具体的には、処理部５は、フィルタ部３に対する制御を実行して、この第３周波数レンジに対応するフィルタ回路１１ｃに切り替えることで、第３周波数レンジを選択する。これにより、周波数レンジ選択処理が完了する。次いで、処理部５は、ステップ５５での判別処理において、検出周波数値ｆｄｅｔ（１０ｋＨｚ）が上限周波数値ｆｕｐ（３ｋＨｚ）以下でないこと（上回ること）を判別して、ステップ５１に移行する。

この場合、フィルタ回路１１ｃの通過帯域はＤＣ〜５ｋＨｚであるため、フィルタ回路１１ｃで構成されるフィルタ部３から出力される瞬時値データＤ２には、測定対象信号Ｓ１の基本波の本来の周波数成分（１００Ｈｚの周波数成分）は含まれるものの、変調周波数成分（１０ｋＨｚの周波数成分）は含まれていない。これにより、周波数検出部４は、測定対象信号Ｓ１の基本波の本来の周波数成分の周波数（１００Ｈｚ）を正しく検出して、この１００Ｈｚを示す検出周波数値ｆｄｅｔを処理部５に出力する。

したがって、処理部５は、その後、上記した第１の場合のときと同様にして、周波数測定処理５０を実行する。これにより、最終的に仮基本周波数値ｆｔｍが１００Ｈｚとなるため、処理部５は、ステップ５６において、この仮基本周波数値ｆｔｍ（１００Ｈｚ）を測定対象信号Ｓ１の基本波についての本来の基本周波数値ｆｒｅとして、この基本周波数値ｆｒｅを記憶部７を記憶させる。これにより、周波数検出部４が初期の状態において、変調周波数成分（１０ｋＨｚ）の周波数を測定対象信号Ｓ１の基本波の本来の周波数成分の周波数であると誤検出した第２の場合においても、処理部５は、測定対象信号Ｓ１の基本波についての本来の基本周波数値ｆｒｅが１００Ｈｚと正しく測定され、かつこの測定対象信号Ｓ１の周波数（１００Ｈｚ）を含む最も狭い通過帯域のフィルタ回路１１ａが選択された状態で、周波数測定処理５０が完了する。

このようにして、周波数測定処理５０を実行して、測定対象信号Ｓ１の基本波についての本来の基本周波数値ｆｒｅが１００Ｈｚを通過帯域に含む周波数レンジのうちの最も低い（狭い）周波数レンジ（この例では、第１周波数レンジ）が選択された状態（フィルタ部３のフィルタ回路１１をフィルタ回路１１ａに切り替えた状態）において、処理部５は、スペクトル算出処理を実行する。

このスペクトル算出処理では、処理部５は、まず、フィルタ部３から出力されている瞬時値データＤ２を、予め決められた期間（測定対象信号Ｓ１の１周期分以上の期間）分だけ取得して記憶部７に記憶させる。この場合、上記したように、フィルタ部３では測定対象信号Ｓ１の基本波についての本来の基本周波数値ｆｒｅを通過帯域に含む周波数レンジのうちの最も低い（狭い）周波数レンジが選択されているため、測定対象信号Ｓ１に含まれている不要な高周波成分（ノイズ成分や高調波成分）が最も良好な状態で除去されている。これにより、不要な高周波成分が良好に除去された状態の瞬時値データＤ２が記憶部７に記憶される。

次いで、処理部５は、記憶部７に記憶されている瞬時値データＤ２に対するＦＦＴを実行することにより、測定対象信号Ｓ１についての周波数スペクトルＦＳを算出して、記憶部７に記憶させる。このＦＦＴの実行に際しては、処理部５は、記憶部７に記憶されている測定対象信号Ｓ１の基本周波数値ｆｒｅに基づいて、この基本周波数値ｆｒｅに応じた２のべき乗個となるサンプリング数を求め、記憶部７に記憶されている瞬時値データＤ２に対してこのサンプリング数になるように間引き処理を実行し、このサンプリング数の瞬時値データＤ２に対してＦＦＴを実行するようにすることもできる。

最後に、処理部５は、記憶部７に記憶されている測定対象信号Ｓ１についての基本周波数値ｆｒｅと周波数スペクトルＦＳを出力部８から出力させる。

このように、この測定装置１では、処理部５が、周波数検出部４で検出された検出周波数値ｆｄｅｔと操作部６で指定された上限周波数値ｆｕｐのうちのいずれか低い値を測定対象信号Ｓ１の基本波についての仮基本周波数値ｆｔｍとして決定する周波数仮決定処理、選択されている周波数レンジの通過帯域よりも仮基本周波数値ｆｔｍを含むより低い通過帯域の周波数レンジが存在するときにはこの周波数レンジに対応するフィルタ回路１１に切り替えることで周波数レンジを選択する周波数レンジ選択処理、および検出周波数値ｆｄｅｔが上限周波数値ｆｕｐ以下であるかを判別する判別処理を、この判別処理において検出周波数値ｆｄｅｔが上限周波数値ｆｕｐ以下であると判別するまで繰り返して、上限周波数値ｆｕｐ以下になったときの検出周波数値ｆｄｅｔを測定対象信号Ｓ１の基本波についての本来の基本周波数値ｆｒｅとして測定する。

したがって、この測定装置１によれば、例えば、インバータ装置の出力信号が測定対象信号Ｓ１であるときのように、この測定対象信号Ｓ１の基本波についての本来の基本周波数値ｆｒｅの周波数成分以外に変調周波数成分が含まれている場合であっても、この変調周波数成分の周波数値よりも低く、かつこの基本波の周波数成分の周波数よりも高い上限周波数値ｆｕｐを操作部６で指定することにより、正しい基本周波数値ｆｒｅを測定することができる。また、この測定装置１によれば、基本周波数値ｆｒｅを通過帯域に含む周波数レンジのうちの最も低い（狭い）周波数レンジが選択されるようにフィルタ部３のフィルタ回路１１を切り替えることができるため、不要な周波数成分が最も良好に除去された状態でフィルタ部３を通過した測定対象信号Ｓ１の瞬時値データＤ２（測定対象信号Ｓ１の周波数成分）に基づいて、測定対象信号Ｓ１の周波数スペクトルＦＳを高い精度で算出（測定）することができる。

なお、上記の測定装置１では、予め規定された数の周波数レンジを備えて、フィルタ部３に対してこの各周波数レンジに応じた通過帯域をそれぞれ有するフィルタ回路１１を予め構成させるようにしているが、周波数レンジを無段階とする構成を採用することもできる。この構成を採用した測定装置では、最初の周波数レンジの上限周波数値を予め規定した状態において、上記した周波数測定処理５０において、周波数仮決定処理で新たな仮基本周波数値ｆｔｍを決定する都度、この仮基本周波数値ｆｔｍの例えば１倍を超え２倍以下の周波数値を通過帯域の上限値とするフィルタ回路１１（ローパスフィルタ回路）を当初のフィルタ回路１１に代えてフィルタ部３に構成させるようにする。

この構成を採用した測定装置においても、上記した測定装置１と同様にして、例えば、インバータ装置の出力信号が測定対象信号Ｓ１であるときのように、この測定対象信号Ｓ１の基本波についての本来の基本周波数値ｆｒｅの周波数成分以外に変調周波数成分が含まれている場合であっても、この変調周波数成分の周波数値よりも低く、かつこの基本波の周波数成分の周波数よりも高い上限周波数値ｆｕｐを操作部６で指定することにより、正しい基本周波数値ｆｒｅを測定することができる。また、この測定装置によっても、基本周波数値ｆｒｅを通過帯域内の上限値の近くの領域内に含むフィルタ回路１１をフィルタ部３に自動的に構成することができるため（つまり、このフィルタ回路１１の通過帯域に応じた適切な周波数レンジを自動的に無段階で設定することができるため）、不要な周波数成分が最も良好に除去された状態でフィルタ部３を通過する測定対象信号Ｓ１の瞬時値データＤ２に基づいて、測定対象信号Ｓ１の周波数スペクトルＦＳを高い精度で算出（測定）することができる。

また、フィルタ部３については、上記の測定装置１での構成（予め規定された数の周波数レンジと同数のフィルタ回路１１を予めフィルタ部３に構成するという構成）と、上記の測定装置での構成（基本周波数値ｆｒｅを通過帯域内の上限値の近くの領域内に含むフィルタ回路１１をフィルタ部３に自動的に構成するという構成）とを併用した構成を採用してもよいのは勿論である。

また、上記の各測定装置では、フィルタ部３をデジタルフィルタとして、その前段に配設されたサンプリング部２で測定対象信号Ｓ１をサンプリングして瞬時値データＤ１を生成してフィルタ部３に出力する構成を採用しているが、この構成に限らない。例えば、予め規定された数の周波数レンジを備えて、フィルタ部３に対してこの各周波数レンジに応じた通過帯域をそれぞれ有するフィルタ回路１１を予め設ける構成のときには、各フィルタ回路１１を通過帯域が予め規定されたアナログフィルタ回路で構成し、測定対象信号Ｓ１をアナログのままでこの各フィルタ回路１１のうちの１つに選択的に入力可能な切替えスイッチをフィルタ部３の前段に配置し、かつ各フィルタ回路１１から出力される信号を瞬時値データに変換するＡ／Ｄ変換回路を各フィルタ回路１１の後段に配設する構成とすることもできる。

１測定装置
３フィルタ部
４周波数検出部
５処理部
６操作部
７記憶部
８出力部
Ｄ１，Ｄ２瞬時値データ
ｆｄｅｔ検出周波数値
ｆｒｅ基本周波数
ｆｔｍ仮基本周波数値
ｆｕｐ上限周波数値
Ｓ１測定対象信号

Claims

選択可能な複数の周波数レンジのうちの対応する周波数レンジに応じた通過帯域をそれぞれ有して、入力されている測定対象信号に含まれる周波数成分のうちの当該通過帯域に含まれる周波数成分のみを通過させると共に、隣接する前記周波数レンジのうちの低周波側の周波数レンジの前記通過帯域が高周波側の前記通過帯域に含まれるように構成された複数のフィルタ回路と、
前記測定対象信号の基本波についての周波数の上限周波数値を指定する操作部と、
前記複数の周波数レンジのうちの選択されている周波数レンジに対応する前記フィルタ回路を通過した前記周波数成分の周波数値を検出して検出周波数値として出力する周波数検出部と、
前記検出周波数値および前記上限周波数値のうちのいずれか低い値を前記基本波についての仮基本周波数値として決定する周波数仮決定処理、前記選択されている周波数レンジの前記通過帯域よりも前記仮基本周波数値を含むより低い前記通過帯域の前記周波数レンジが存在するときには当該周波数レンジに対応する前記フィルタ回路に切り替えることで当該周波数レンジを選択する周波数レンジ選択処理、および前記検出周波数値が前記上限周波数値以下であるかを判別する判別処理を、当該判別処理において前記検出周波数値が前記上限周波数値以下であると判別するまで繰り返して、当該上限周波数値以下になったときの当該検出周波数値を前記基本波についての本来の基本周波数値として測定する処理部とを備えている測定装置。
前記処理部は、前記本来の基本周波数値を測定したときの前記周波数レンジに対応する前記フィルタ回路を通過した前記周波数成分と当該本来の基本周波数値とに基づいて、前記測定対象信号についての電気的物理量を測定する請求項１記載の測定装置。