TWI650562B - 週期訊號測量裝置、週期訊號測量方法及取樣週期決定方法 - Google Patents

週期訊號測量裝置、週期訊號測量方法及取樣週期決定方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI650562B
TWI650562B TW107100502A TW107100502A TWI650562B TW I650562 B TWI650562 B TW I650562B TW 107100502 A TW107100502 A TW 107100502A TW 107100502 A TW107100502 A TW 107100502A TW I650562 B TWI650562 B TW I650562B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
measurement
value
period
sampling
sampling period
Prior art date
Application number
TW107100502A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201835580A (zh
Inventor
本橋勇人
八木智広
乘安史
Original Assignee
日商阿自倍爾股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商阿自倍爾股份有限公司 filed Critical 日商阿自倍爾股份有限公司
Publication of TW201835580A publication Critical patent/TW201835580A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI650562B publication Critical patent/TWI650562B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2506—Arrangements for conditioning or analysing measured signals, e.g. for indicating peak values ; Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing
    • G01R19/2509—Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0007—Frequency selective voltage or current level measuring

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

本發明涉及週期訊號測量裝置、週期訊號測量方法以及取樣週期決定方法。一方面抑制處理負荷和成本的增加、另一方面抑制週期訊號的測量誤差。
本發明的週期訊號測量裝置具備：測量部1，其對週期訊號S進行取樣，並對取樣值實施既定處理，藉此獲得測量值M；取樣週期決定部3，其以一定的測量期間內的測量值M的偏差量在容許範圍內的方式決定測量部1的取樣週期；以及取樣週期控制部4，其根據取樣週期決定部3的決定來設定測量部1的取樣週期。

Description

週期訊號測量裝置、週期訊號測量方法及取樣週期決定方法
本發明涉及一種例如測量交流電流訊號等週期訊號的週期訊號測量裝置及方法，尤其涉及一種決定週期訊號的測量值穩定的取樣週期的技術。
一直以來，有對週期訊號進行A/D取樣並對取樣值實施既定處理、以此獲得測量值的測量方法。例如專利文獻1中揭示有如下測量方法：對交流電流訊號進行取樣，並將取樣期間內的交流電流訊號的取樣值自乘，然後相加，以此獲得電流的實效值。
在上述般的週期訊號的測量方法中，在測量對象的週期訊號的上升或下降發生瞬間變化的情況下，若相對於該週期訊號的變化而言所測量的A/D取樣的週期不夠短，則無法將取樣期間的訊號變化反映至測量值，因此會導致測量誤差的增加。存在明顯表現出這種測量誤差的頻帶，在這種頻帶內，應為一定的測量值卻變成長週期的偏差的行為。對於長週期的偏差的行為，難以藉由單純的濾波器或移動平均等波形/資料加工來抑制偏差。
以下，列舉實例進行說明。圖14為表示週期訊號的1例的波形圖。圖14所示的週期訊號是進行相位角控制的交流電流訊號，上述相位角控制藉由交流電流的每半週期調整一次傳導角來連續地控制供給至負載的電力。圖14的例子展示了對50Hz的正弦波交流電流進行90°相位角控制而得的波形。此 外，圖14的例子展示的是整流後的波形。
圖15為按照週期訊號的每一頻率來展示以取樣週期1ms對週期訊號進行A/D取樣的情況下的一定的測量期間的測量值M的最小值Mmin和對該最小值Mmin進行一階滯後濾波處理而得的值Fmin的圖。再者，圖16為按照週期訊號的每一頻率來展示以取樣週期1ms對週期訊號進行A/D取樣的情況下的一定的測量期間的測量值M的最大值Mmax、對該最大值Mmax進行一階滯後濾波處理而得的值Fmax、以及濾波衰減能FA的圖。
此處，以圖14所示般的以90°相位角加以控制而得的固定峰值的週期訊號為測量對象，將週期訊號的頻帶設為45~65Hz。再者，將測量期間設為300秒，將以取樣週期1ms對週期訊號進行A/D取樣而得的取樣值的平方值相加100次而得的值作為測量值M。作為一階滯後濾波，使用時間常數100ms的濾波。濾波衰減能FA為表示資料加工(一階滯後濾波處理)的效果的指標的一例，是通過下式給出的量。
〔式1〕FA=1-(Fmax-Fmin)÷(Mmax-Mmin)…(1)
濾波衰減能FA=1表示完全去除了測量值M的偏差，FA=0表示完全未能去除測量值M的偏差。圖17的(A)展示了以頻率50Hz的週期訊號(圖15、圖16的A部分的週期訊號)為測量對象的情況下的測量值M的最大值Mmax和對最大值Mmax進行一階滯後濾波處理而得的值Fmax。
圖17的(B)展示了以頻率51.5Hz的週期訊號(圖15、圖16的B部分的週期訊號)為測量對象的情況下的最大值Mmax和對最大值Mmax進行一階滯後濾波處理而得的值Fmax。再者，圖17的(C)展示了以頻率52.5Hz的週期訊號(圖15、圖16的C部分的週期訊號)為測量對象的情況下的最大值Mmax和對最大值Mmax進行一階滯後濾波處理而得的值Fmax。圖17的(A)~圖17 的(C)中將橫軸設為時間。
如上所述，可知，在測量值M的偏差較大的頻帶內，濾波衰減能FA成為接近0的值，未能藉由資料加工來去除測量值M的偏差。即，可知，難以藉由一階滯後濾波處理這樣的單純的資料加工來抑制測量值M的偏差。
為了抑制由這種測量值M的偏差引起的測量誤差，考慮充分縮短取樣週期的對策。然而，若縮短取樣週期，則測量裝置的處理負荷會增加，因此存在需要準備高性能高成本的測量裝置的問題。
〔先前技術文獻〕
〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特開2011-17657號公報
本發明是為了解決上述問題而成，其目的在於提供一種一方面能夠抑制處理負荷和成本的增加、另一方面能夠抑制週期訊號的測量誤差的週期訊號測量裝置、週期訊號測量方法以及取樣週期決定方法。
本發明的週期訊號測量裝置的特徵在於，具備：測量部，其構成為對週期訊號進行取樣，並對取樣值實施既定處理，藉此獲得測量值；取樣週期決定部，其構成為以一定的測量期間內的上述測量值的偏差量在容許範圍內的方式決定上述測量部的取樣週期；以及取樣週期控制部，其構成為根據該取樣週期決定部的決定來設定上述測量部的取樣週期。
再者，本發明的週期訊號測量裝置的一構成例的特徵在於，上述取樣週期決定部具備：判定部，其構成為判定上述測量期間內的上述測量值的偏差量是 否在容許範圍內；以及取樣週期變更部，其構成為在上述測量值的偏差量超過容許範圍的情況下指示上述取樣週期控制部變更上述取樣週期，上述取樣週期決定部重複上述取樣週期的變更直至上述測量值的偏差量在容許範圍內為止。
再者，本發明的週期訊號測量裝置的一構成例的特徵在於，上述取樣週期決定部還具備取樣週期確定部，上述取樣週期確定部構成為在針對容許頻帶內的各個頻率不同的複數個上述週期訊號，結束上述取樣週期的決定之後，將針對各週期訊號而獲得的上述測量值的偏差量當中偏差量最小時的上述取樣週期確定為最終取樣週期。
再者，本發明的週期訊號測量裝置的一構成例的特徵在於，還具備構成為對上述測量值實施加工的資料加工部，上述取樣週期決定部以上述測量期間內的上述測量值的偏差量和上述測量期間內的表示上述加工的效果的效果值在各自對應的容許範圍內的方式決定上述取樣週期。
再者，本發明的週期訊號測量裝置的一構成例的特徵在於，上述取樣週期決定部具備：效果值計算部，其構成為根據上述測量值和上述資料加工部的加工的結果來計算上述效果值；判定部，其構成為判定上述測量期間內的上述測量值的偏差量和上述測量期間內的上述效果值是否在各自對應的容許範圍內；以及取樣週期變更部，其構成為在上述測量值的偏差量和上述效果值中的至少一方超過對應的容許範圍的情況下指示上述取樣週期控制部變更上述取樣週期，上述取樣週期決定部重複上述取樣週期的變更直至上述測量值的偏差量和上述效果值在各自對應的容許範圍內為止。
再者，本發明的週期訊號測量裝置的一構成例的特徵在於，上述取樣週期決定部還具備取樣週期確定部，上述取樣週期確定部在針對容許頻帶內的各個頻率不同的複數個上述週期訊號中，結束上述取樣週期的決定之後，將針對各週期訊號而獲得的上述效果值當中表示獲得最高效果的效果值時的取樣週期確 定為最終取樣週期。
再者，在本發明的週期訊號測量裝置的一構成例中，上述取樣週期的決定時輸入至上述測量部的週期訊號是由訊號產生器生成的試驗週期訊號。
再者，本發明的週期訊號測量方法的特徵在於，包含：第1步驟，從藉由對週期訊號的取樣值實施既定處理而獲得測量值的測量部獲取上述測量值，以一定的測量期間內的上述測量值的偏差量在容許範圍內的方式決定上述測量部的取樣週期；以及第2步驟，根據該第1步驟的決定來設定上述測量部的取樣週期。
再者，本發明的週期訊號測量方法的一構成例的特徵在於，上述第1步驟包含如下步驟：從對上述測量值實施加工的資料加工部獲取加工的結果，以上述測量期間內的上述測量值的偏差量和上述測量期間內的表示上述加工的效果的效果值在各自對應的容許範圍內的方式決定上述取樣週期。
再者，本發明的週期訊號測量裝置的取樣週期決定方法的特徵在於，包含：第1步驟，使用模仿藉由對週期訊號的取樣值實施既定處理而獲得測量值的週期訊號測量裝置的功能的模型來推斷對應於上述週期訊號的上述測量值；以及第2步驟，以一定的測量期間內的上述測量值的推斷值的偏差量在容許範圍內的方式決定上述週期訊號測量裝置的取樣週期。
再者，本發明的週期訊號測量裝置的取樣週期決定方法的一構成例的特徵在於，上述模型是模仿對上述測量值實施加工的週期訊號測量裝置的功能，上述第1步驟包含使用上述模型來推斷對應於上述週期訊號的上述測量值並且推斷上述加工的結果的步驟，上述第2步驟包含以上述測量期間內的上述測量值的推斷值的偏差量和上述測量期間內的表示上述加工的效果的效果值在各自對應的容許範圍內的方式決定上述取樣週期的步驟。
根據本發明，以一定的測量期間內的測量值的偏差量在容許範圍內的方式決定測量部的取樣週期，並根據該決定來設定測量部的取樣週期，藉此，一方面能夠抑制處理負荷和成本的增加，另一方面能使測量值穩定，從而能夠抑制測量誤差。
再者，在本發明中，在針對容許頻帶內的各個頻率不同的複數個週期訊號，結束取樣週期的決定之後，將針對各週期訊號而獲得的測量值的偏差量當中偏差量最小時的取樣週期確定為最終取樣週期，藉此，能以在週期訊號的容許頻帶內測量結果變得良好的方式決定取樣週期。
再者，在本發明中，以一定的測量期間內的測量值的偏差量和測量期間內的表示加工的效果的效果值在各自對應的容許範圍內的方式決定測量部的取樣週期，藉此，一方面能夠抑制處理負荷和成本的增加，另一方面能使測量值穩定，從而能夠抑制測量誤差。
再者，在本發明中，在針對容許頻帶內的各個頻率不同的複數個週期訊號，結束取樣週期的決定之後，將針對各週期訊號而獲得的效果值當中表示獲得最高效果的效果值時的取樣週期確定為最終取樣週期，藉此，能以在週期訊號的容許頻帶內測量結果變得良好的方式決定取樣週期。
再者，在本發明中，使用模仿藉由對週期訊號的取樣值實施既定處理而獲得測量值的週期訊號測量裝置的功能的模型來推斷對應於週期訊號的測量值，以一定的測量期間內的測量值的推斷值的偏差量在容許範圍內的方式決定週期訊號測量裝置的取樣週期，藉此，能以測量結果變得良好的方式決定取樣週期而不使用實際的週期訊號測量裝置。
再者，在本發明中，使用模型來推斷對應於週期訊號的測量值並且推斷加工的結果，以測量期間內的測量值的推斷值的偏差量和測量期間內的表示加工的效果的效果值在各自對應的容許範圍內的方式決定取樣週期，藉 此，能以測量結果變得良好的方式決定取樣週期而不使用實際的週期訊號測量裝置。
1、1a‧‧‧測量部
2‧‧‧資料加工部
3‧‧‧取樣週期決定部
4‧‧‧取樣週期控制部
5‧‧‧函數產生器
10‧‧‧整流部
11‧‧‧A/D轉換部
12‧‧‧資料處理部
13‧‧‧電流值轉換部
30‧‧‧測量值獲取部
31‧‧‧資料加工值獲取部
32‧‧‧資料加工效果值計算部
33‧‧‧判定部
34‧‧‧取樣週期變更部
35‧‧‧取樣週期確定部
40‧‧‧計時器
41‧‧‧計時器設定值變更部
圖1為表示以取樣週期0.938ms對週期訊號進行A/D取樣的情況下的測量值的最小值和對最小值進行一階滯後濾波處理而得的值的圖。
圖2為表示以取樣週期0.938ms對週期訊號進行A/D取樣的情況下的測量值的最大值、對最大值進行一階滯後濾波處理而得的值以及濾波衰減能的圖。
圖3為表示以取樣週期0.975ms對週期訊號進行A/D取樣的情況下的測量值的最小值和對最小值進行一階滯後濾波處理而得的值的圖。
圖4為表示以取樣週期0.975ms對週期訊號進行A/D取樣的情況下的測量值的最大值、對最大值進行一階滯後濾波處理而得的值以及濾波衰減能的圖。
圖5為表示以取樣週期0.943ms對週期訊號進行A/D取樣的情況下的測量值的最小值和對最小值進行一階滯後濾波處理而得的值的圖。
圖6為表示以取樣週期0.943ms對週期訊號進行A/D取樣的情況下的測量值的最大值、對最大值進行一階滯後濾波處理而得的值以及濾波衰減能的圖。
圖7為表示本發明的第1實施例的週期訊號測量裝置的構成的方塊圖。
圖8為說明本發明的第1實施例的週期訊號測量裝置的測量時的動作的流程圖。
圖9為表示本發明的第1實施例的週期訊號測量裝置的測量部的另一構成的方塊圖。
圖10為說明本發明的第1實施例的週期訊號測量裝置的測量時的另一動作的流程圖。
圖11為表示本發明的第1實施例的週期訊號測量裝置的取樣週期決定部和取樣週期控制部的構成的方塊圖。
圖12為說明本發明的第1實施例的週期訊號測量裝置的取樣週期決定部和取樣週期控制部的動作的流程圖。
圖13為表示實現本發明的第1實施例的週期訊號測量裝置的電腦的構成例的方塊圖。
圖14為表示週期訊號的1例的波形圖。
圖15為表示以取樣週期1ms對週期訊號進行A/D取樣的情況下的測量值的最小值和對最小值進行一階滯後濾波處理而得的值的圖。
圖16為表示以取樣週期1ms對週期訊號進行A/D取樣的情況下的測量值的最大值、對最大值進行一階滯後濾波處理而得的值以及濾波衰減能的圖。
圖17為表示以取樣週期1ms對週期訊號進行A/D取樣的情況下的測量值的最大值和對最大值進行一階滯後濾波處理而得的值的圖。
[發明的原理]
發明者著眼於當變更取樣週期時、與測量值的偏差(最大值-最小值)的頻率相對應的特性會發生偏移這一情況，想到了以測量對象的週期訊號的頻帶變為測量值偏差較大的區域的中間附近(谷部分)的方式變更取樣週期，藉此，能在週期訊號的頻帶內使測量值穩定。
以下，使用圖式對本發明的原理進行說明。在圖15、圖16所示的測量結果中，在45.5Hz、50.0Hz、55.5Hz、62.5Hz附近存在發生測量值的較大的偏差的頻帶。再者，45.5Hz、50.0Hz、55.0Hz、55.5Hz、58.8Hz、 60.0Hz、62.5Hz附近存在發生一階滯後濾波等單純的資料加工不發揮功能的長週期的測量值偏差的頻帶。因此，可知在以50Hz附近的週期訊號為測量對象的情況下，得不到良好的測量結果。
圖1為按照週期訊號的每一頻率來展示以取樣週期0.938ms對週期訊號進行A/D取樣的情況下的測量值M的最小值Mmin和對該最小值Mmin進行一階滯後濾波處理而得的值Fmin的圖。再者，圖2為按照週期訊號的每一頻率來展示以取樣週期0.938ms對週期訊號進行A/D取樣的情況下的測量值M的最大值Mmax、對該最大值Mmax進行一階滯後濾波處理而得的值Fmax、以及濾波衰減能FA的圖。
與圖15、圖16的情況一樣，將以90°相位角加以控制而得的固定峰值的週期訊號作為測量對象，將週期訊號的頻帶設為45~65Hz。再者，將測量期間設為300秒，將以取樣週期0.938ms對週期訊號進行A/D取樣而得的取樣值的平方值相加100次而得的值作為測量值M。作為一階滯後濾波，使用時間常數100ms的濾波。濾波衰減能FA的定義與上述一致。
如此，若將取樣週期設為0.938ms，則能使測量值M中出現的特性挪動+3.2Hz左右。也就是說，能使圖15、圖16的A頻帶的特性挪動至圖1、圖2的D頻帶。因此，在以50Hz附近的週期訊號為測量對象的情況下，能夠抑制測量值M的偏差，並且由於能使一階滯後濾波等單純的資料加工發揮功能，能夠容易地實現測量值M的穩定化。
圖3為按照週期訊號的每一頻率來展示以取樣週期0.975ms對週期訊號進行A/D取樣的情況下的測量值M的最小值Mmin和對該最小值Mmin進行一階滯後濾波處理而得的值Fmin的圖。再者，圖4為按照週期訊號的每一頻率來展示以取樣週期0.975ms對週期訊號進行A/D取樣的情況下的測量值M的最大值Mmax、對該最大值Mmax進行一階滯後濾波處理而得的值Fmax、以及濾 波衰減能FA的圖。測量對象的週期訊號與圖1、圖2、圖15、圖16的情況相同。
根據圖3、圖4可知，在能將測量對象的週期訊號的容許頻帶限定在50Hz附近(圖3、圖4的E頻帶)的情況下，藉由將取樣週期設為0.975ms，能容許週期訊號的容許頻帶至50Hz±1.1Hz左右。
圖5為按照週期訊號的每一頻率來展示以取樣週期0.943ms對週期訊號進行A/D取樣的情況下的測量值M的最小值Mmin和對該最小值Mmin進行一階滯後濾波處理而得的值Fmin的圖。再者，圖6為按照週期訊號的每一頻率來展示以取樣週期0.943ms對週期訊號進行A/D取樣的情況下的測量值M的最大值Mmax、對該最大值Mmax進行一階滯後濾波處理而得的值Fmax、以及濾波衰減能FA的圖。測量對象的週期訊號與圖1、圖2、圖15、圖16的情況相同。
根據圖5、圖6可知，在能將測量對象的週期訊號的容許頻帶限定在60Hz附近(圖5、圖6的G的頻帶)的情況下，藉由將取樣週期設為0.943ms，能容許週期訊號的容許頻帶至60Hz±1.1Hz左右。
[第1實施例]
以下，參考圖式對本發明的第1實施例進行說明。圖7為表示本發明的第1實施例的週期訊號測量裝置的構成的方塊圖。週期訊號測量裝置具備：測量部1，其對週期訊號S進行A/D取樣，並對取樣值實施既定處理，藉此獲得測量值M；資料加工部2，其對由測量部1獲得的測量值M實施加工；取樣週期決定部3，其決定測量部1的取樣週期；以及取樣週期控制部4，其根據取樣週期決定部3的決定來設定測量部1的取樣週期。
測量部1由整流部10、A/D轉換部11及資料處理部12構成，上述整流部10對週期訊號S進行整流，上述A/D轉換部11對整流後的週期訊號進行A/D(Analog to digital)轉換，上述資料處理部12對從A/D轉換部11輸出的取樣 值實施既定處理(例如加法處理)而獲得測量值M。
圖8為說明週期訊號測量裝置的測量時的動作的流程圖。整流部10對從外部輸入的測量對象的週期訊號S(類比訊號)進行全波整流(圖8步驟S100)。
A/D轉換部11按照每一取樣週期對經整流部10加以全波整流後的週期訊號進行A/D轉換(圖8步驟S101)。A/D轉換部11的取樣時脈SCK是自取樣週期控制部4供給。
資料處理部12將從A/D轉換部11輸出的取樣值(數位訊號)的平方值相加100次所得的值作為測量值M輸出(圖8步驟S102)。如此，每一取樣期間C從資料處理部12輸出測量值M。若A/D轉換部11的取樣週期為1ms，則取樣期間C為1ms×100=100ms。
資料加工部2對從資料處理部12輸出的測量值M實施既定加工(例如一階滯後濾波處理)(圖8步驟S103)。該資料加工部2並非本發明的必需構成要素。
此外，在測量對象的週期訊號S為交流電流訊號且以電流的實效值為測量值M的情況下，必須將由資料處理部12獲得的結果轉換為電流的實效值。將該情況下的測量部1a的構成示於圖9，將電流測量時的流程圖示於圖10。
測量部1a是對上述測量部1追加電流值轉換部13而得。電流值轉換部13藉由既定的電流值轉換函數將資料處理部12的輸出值(取樣值的平方值的相加值)轉換為電流的實效值，並將轉換而得的值作為測量值M輸出(圖10步驟S104)。電流值轉換函數在專利文獻1中已有揭示，因此省略詳細的說明。
接著，對作為本實施例的特徵的取樣週期決定部3和取樣週期控 制部4的動作進行說明。藉由如下手續，不論資料處理部12中的相加次數或相加方法如何，都能決定獲得更佳測量值的取樣週期。
圖11為表示取樣週期決定部3和取樣週期控制部4的構成的方塊圖，圖12為說明取樣週期決定部3和取樣週期控制部4的動作的流程圖。取樣週期決定部3由測量值獲取部30、資料加工值獲取部31、資料加工效果值計算部32、判定部33、取樣週期變更部34及取樣週期確定部35構成，上述測量值獲取部30從測量部1或1a獲取測量值M，上述資料加工值獲取部31從資料加工部2獲取資料加工值DP(加工的結果)，上述資料加工效果值計算部32計算表示資料加工效果的效果值，上述判定部33判定一定的測量期間內的測量值M的偏差量和測量期間內的效果值是否在各自對應的容許範圍內，上述取樣週期變更部34根據判定部33的判定結果來變更、設定A/D轉換部11的取樣週期，上述取樣週期確定部35根據針對各個頻率不同的複數個週期訊號的取樣週期的決定結果來確定最終取樣週期。
取樣週期控制部4由計時器40和計時器設定值變更部41構成，上述計時器40對時脈CK進行計數，每當計數值達到設定值時，對A/D轉換部11輸出取樣時脈SCK，上述設定值變更部41變更計時器40的設定值。
首先，在判定部33中預先設定有測量對象的週期訊號S的容許頻帶、測量值M的偏差量(最大值Mmax與最小值Mmin的差)的容許範圍、測量值的資料加工效果的容許範圍、取樣週期的容許範圍等判定基準作為用以判定測量部1或1a的A/D轉換部11的取樣週期是否恰當的判定基準。容許頻帶例如由電源的頻率的振幅、測量裝置的振盪器的精度等決定。作為表示資料加工效果的值，例如有濾波衰減能FA。
開始，取樣週期決定部3的取樣週期變更部34將A/D轉換部11的取樣週期設定為預先規定的初始值。具體而言，當取樣週期變更部34輸出指定 取樣週期的指示訊號時，取樣週期控制部4的計時器設定值變更部41根據該指示訊號來變更計時器40的設定值。計時器40重複如下動作：對從未圖示的時脈振盪器輸入的時脈CK進行計數，當計數值達到設定值時，對A/D轉換部11輸出取樣時脈SCK並將計數值重置為0。
如此，每當計數值達到設定值時，從計時器40輸出取樣時脈SCK。因此，藉由變更計時器40的設定值，能將取樣週期設定為初始值(圖12步驟S200)。此外，若將時脈CK的頻率設為fCK、將取樣時脈SCK的頻率設為fSCK，則當然fCK>fSCK。
接著，測量部1或1a進行上述般的週期訊號S的測量(圖12步驟S201)，資料加工部2將對從測量部1或1a輸出的測量值M實施既定加工(例如一階滯後濾波處理)後的資料加工值DP輸出(圖12步驟S202)。
此外，取樣週期的決定時作為測量對象的試驗週期訊號S，為模仿在使用週期訊號測量裝置的現場實際觀測到的週期訊號而得的固定的相位角控制訊號(圖14)即可。這種相位角控制訊號可由函數產生器5(function generator：訊號產生器)生成。
取樣週期決定部3的測量值獲取部30從測量部1或1a獲取測量值M(圖12步驟S203)。另一方面，取樣週期決定部3的資料加工值獲取部31從資料加工部2獲取資料加工值DP(圖12步驟S204)。
取樣週期決定部3的資料加工效果值計算部32根據測量值獲取部30所獲取到的測量值M和資料加工值獲取部31所獲取到的資料加工值DP來計算資料加工效果值(例如濾波衰減能FA)(圖12步驟S205)。濾波衰減能FA的計算公式與式(1)所示一致。
接著，取樣週期決定部3的判定部33判定一定的測量期間內的測量值M的偏差量(最大值Mmax與最小值Mmin的差)是否在由判定基準規定的 容許範圍內、且測量期間內的資料加工效果值(濾波衰減能FA)是否在由判定基準規定的容許範圍內(圖12步驟S206)。
在判定部33判定測量值M的偏差量和資料加工效果值中的至少一方超過對應的容許範圍而未滿足判定基準的情況下(步驟S206中的否)，取樣週期決定部3的取樣週期變更部34對取樣週期控制部4輸出將取樣週期朝縮短預先規定的變更量程度的方向變更的指示訊號(圖12步驟S207)。
與來自取樣週期變更部34的指示訊號相應的取樣週期控制部4的動作與上述一致。在縮短取樣週期的情況下，減小計時器40的設定值即可。若變更後的取樣週期在由判定基準規定的容許範圍內(圖12步驟S208中的是)，則返回至步驟S201。
如此，反覆執行步驟S201~S208的處理直至測量值M的偏差量和資料加工效果值在各自對應的容許範圍內而滿足判定基準為止(步驟S206中的是)。
在測量值M的偏差量和資料加工效果值在各自對應的容許範圍內而滿足判定基準的情況下，取樣週期決定部3的判定部33判定是否已對由判定基準規定的週期訊號S的所有容許頻帶完成了取樣週期的決定處理(圖12步驟S209)，在留有取樣週期未決定的頻率的情況下，以將試驗週期訊號S(相位角控制訊號)的頻率變更預先規定的變更量程度的方式對函數產生器5發出指示(圖12步驟S210)。
如此，一邊變更試驗週期訊號S的頻率、一邊反覆執行步驟S200~S210的處理。
在針對週期訊號S的容許頻帶內的各頻率已結束取樣週期的決定處理的情況下(步驟S209中的是)，取樣週期決定部3的取樣週期確定部35確定最終取樣週期(圖12步驟S211)。
具體而言，取樣週期確定部35將容許頻帶內的各頻率的測量值M的偏差量當中偏差量最小時的取樣週期確定為最終取樣週期。或者，取樣週期確定部35將容許頻帶內的各頻率的資料加工效果當中資料加工效果最好(濾波衰減能FA最大)時的取樣週期確定為最終取樣週期。
繼而，取樣週期確定部35以將A/D轉換部11的取樣週期設為步驟S211中確定好的值的方式對取樣週期變更部34發出指示。取樣週期變更部34根據來自取樣週期確定部35的指示來設定取樣週期(圖12步驟S212)。與來自取樣週期變更部34的指示相應的取樣週期控制部4的動作與上述一致。
此外，在測量值M的偏差量和資料加工效果值在由判定基準規定的取樣週期的容許範圍內未滿足判定基準的情況下(步驟S208中的否)，取樣週期決定部3的判定部33僅針對當前時間點的試驗週期訊號S的頻率來進行判定基準的緩和，亦即測量值M的偏差量和資料加工效果值各自的容許範圍的緩和(圖12步驟S213)，並返回至步驟S200。
如此，將測量值M的偏差量的容許範圍增大既定的緩和量程度，並將資料加工效果值的容許範圍朝資料加工效果降低的方向緩和既定的緩和量程度，藉此緩和判定基準，使得測量值M的偏差量和資料加工效果值在取樣週期的容許範圍內滿足判定基準。
在針對特定的試驗週期訊號S的頻率而緩和了判定基準的情況下，可將針對該頻率而決定的取樣週期從在步驟S211中進行確定時的取樣週期的候選中排除掉，也可不排除。
以上，取樣週期決定部3和取樣週期控制部4的動作結束。
關於上述例子的取樣週期0.938ms，是將週期訊號S的容許頻帶設為50Hz±0.60Hz和60Hz±0.72Hz、將資料加工效果值(濾波衰減能FA)的容許範圍設為0.5以上、將取樣週期的容許範圍設為0.9ms~1.0ms並藉由圖12的處 理來探索濾波衰減能FA達到0.5以上的取樣週期而得。
如上所述，成為取樣時脈SCK的基礎的時脈CK由週期訊號測量裝置內的振盪器生成，但該振盪器也存在精度誤差。在本實施例中，這種時脈的誤差也可以視為測量對象的週期訊號S的頻率偏移。例如，由有+1%的取樣週期誤差的振盪器產生的50Hz的週期訊號S的測量可以視為相當於由沒有誤差的振盪器產生的49.5Hz的週期訊號S的測量。因此，能夠較寬地容許測量對象的週期訊號S的頻帶變為不僅於週期訊號S的頻率邊限(margin)持有裕度、於週期訊號測量裝置側的振盪精度也持有裕度。
測量對象的週期訊號S的頻率和週期訊號測量裝置的振盪精度在短期間內大幅變動的情況較為少見，大多是以具有一定偏差的方式小幅擺動。因此，可以藉由如圖12中說明過的處理、利用現場調整來決定良好的取樣週期而加以運用。
在本實施例中，雖展示了試驗週期訊號S為90°相位角控制訊號的例子，但即便是其他相位角控制訊號，在試驗週期訊號S的頻率和取樣週期相同的情況下，測量值的偏差增大的頻帶也是一致的。但是，若相位角增大，則會出現測量值的偏差難以檢測的頻帶。再者，若相位角減小，則測量值本身會變小，因此偏差的量變小。因此，在使用相位角控制訊號作為試驗週期訊號S的情況下，相位角較理想為60°~120°。
此外，如上所述，資料加工部2並非本發明的必需構成要素。在不使用資料加工部2的情況下，若測量期間內的測量值M的偏差量在容許範圍內則判定部33判定滿足判定基準、若測量期間內的測量值M的偏差量在容許範圍外則判定部33判定未滿足判定基準即可(步驟S206)。再者，取樣週期確定部35將容許頻帶內的各頻率的測量值M的偏差量當中偏差量最小時的取樣週期確定為最終取樣週期即可(步驟S211)。
[第2實施例]
第1實施例中說明過的測量部1或1a的資料處理部12、電流值轉換部13、資料加工部2、取樣週期決定部3及取樣週期控制部4可以藉由具備CPU(Central Processing Unit)、記憶裝置及介面的電腦和控制這些硬體資源的程式來實現。將該電腦的構成例示於圖13。
電腦具備CPU 60、記憶裝置61及介面裝置(以下，略記作I/F)62。輸出週期訊號S的測量對象、輸出試驗週期訊號S的函數產生器5等連接至I/F 62。在這種電腦中，用以實現本發明的週期訊號測量方法及取樣週期決定方法的程式是以記錄在軟碟、CD-ROM、DVD-ROM、記憶卡等記錄媒體中的狀態加以提供，並儲存至記憶裝置61。CPU 60按照記憶裝置61中記憶的程式來執行第1實施例中說明過的處理。
[第3實施例]
在第1、第2實施例中，是使用實際的週期訊號測量裝置的測量部1或1a和資料加工部2來決定取樣週期，但也可進行電腦上的模擬。在該情況下，使用如第2實施例中說明過的電腦、藉由軟體來實現週期訊號測量裝置的功能和函數產生器5的功能並執行圖12中說明過的處理即可。
也就是說，利用軟體來構建模仿圖7、圖8中說明過的測量部1和資料加工部2的功能的模型，使用該模型來獲得對應於試驗週期訊號S的測量值M的推斷值和資料加工值DP的推斷值即可。或者，利用軟體來構建模仿圖7、圖9、圖10中說明過的測量部1a和資料加工部2的功能的模型，使用該模型來獲得對應於試驗週期訊號S的測量值M的推斷值和資料加工值DP的推斷值即可。只要能獲得這些推斷值，當然便能藉由電腦的模擬來容易地實現圖12的步驟 S200~S211的處理。
如此，在本實施例中，可以藉由模擬來決定取樣週期而不使用實際的週期訊號測量裝置。繼而，將決定好的取樣週期設定至週期訊號測量裝置即可。
此外，在第1~第3實施例中，是將對正弦波進行相位角控制而得的圖14般的相位角控制訊號作為週期訊號S，但成為本發明的適用對象的週期訊號S並不限於此。以下，對成為本發明的適用對象的週期訊號S進行說明。首先，藉由以下式(2)所示的定積分來求週期為T的週期訊號S的物理量P。α為由週期訊號S的振幅決定的常數。
接著，考慮可以藉由上述式(2)來求物理量P的複數個週期訊號S1、S2、...、Sn。各週期訊號S1、S2、...、Sn的週期分別為T1、T2、...、Tn，將求物理量P時的取樣期間設為C。在各週期訊號S1、S2、...、Sn滿足以下式(3)所示的關係的情況下，各週期訊號S1、S2、...、Sn符合成為本發明的適用對象的週期訊號S。此處，作為上述取樣期間C，可以設定成為各週期T1、T2、...、Tn的公倍數的期間。藉由設定成為各週期T1、T2、...、Tn的最小公倍數的期間作為取樣期間C，能夠縮短物理量P的測量時間。再者，設定各週期訊號S1、S2、...、Sn的振幅各自相等。
上述式(3)所示的各邊表示將各週期訊號S1、S2、...、Sn分別在取樣期間C內進行積分而求出的物理量。因此，滿足上述式(3)所示的關係的各週期訊號處於雖然週期各不相同、但取樣期間C內求出的物理量各自相等的關係。在第1~第3實施例中，50Hz的週期訊號和60Hz的週期訊號相當於複數個週期訊號S1、S2、...、Sn，電流值相當於物理量P。
作為能構成滿足上述式(3)所示的關係的週期訊號群的訊號的波形，例如有正弦波、正弦半波整流波、正弦全波整流波、正弦平方波、正弦平方全波整流波、正弦平方半波整流波、矩形波、三角波、梯形波、將這些波形中的任意複數個波形重合而成的波形等。
再者，在第1~第3實施例中，作為資料處理部12的處理的例子，是以取樣值的平方相加為例來進行說明，但資料處理部12的處理也可為單純相加。例如，在週期訊號S為交流電流訊號的情況下，也可以使用將交流電流訊號的取樣值相加多次而得的值和波形因數來計算電流的實效值。
再者，成為本發明的適用對象的週期訊號S不限於交流電流訊號。再者，在第1~第3實施例中，是以取樣週期為1ms附近來展開的討論，但本發明沒有取樣週期上的限制。
〔產業上的可利用性〕
本發明可以運用於測量週期訊號的技術。

Claims (11)

  1. 一種週期訊號測量裝置，其特徵在於，具備：測量部，其構成為對週期訊號進行取樣，並對取樣值實施既定處理，藉此獲得測量值；取樣週期決定部，其構成為以一定的測量期間內的上述測量值的偏差量在容許範圍內的方式決定上述測量部的取樣週期；以及取樣週期控制部，其構成為根據該取樣週期決定部的決定來設定上述測量部的取樣週期。
  2. 如請求項1所述的週期訊號測量裝置，其中，上述取樣週期決定部具備：判定部，其構成為判定上述測量期間內的上述測量值的偏差量是否在容許範圍內；以及取樣週期變更部，其構成為在上述測量值的偏差量超過容許範圍的情況下指示上述取樣週期控制部變更上述取樣週期，上述取樣週期決定部重複上述取樣週期的變更直至上述測量值的偏差量在容許範圍內為止。
  3. 如請求項2所述的週期訊號測量裝置，其中，上述取樣週期決定部還具備取樣週期確定部，上述取樣週期確定部構成為：在針對容許頻帶內的頻率不同的複數個上述週期訊號中的各者而結束上述取樣週期的決定之後，將針對各週期訊號而獲得的上述測量值的偏差量當中偏差量最小時的上述取樣週期確定為最終取樣週期。
  4. 如請求項1所述的週期訊號測量裝置，其中，還具備構成為對上述測量值實施加工的資料加工部，上述取樣週期決定部以上述測量期間內的上述測量值的偏差量和上述測量期間內的表示上述加工的效果的效果值在各自對應的容許範圍內的方式決定上述取樣週期。
  5. 如請求項4所述的週期訊號測量裝置，其中，上述取樣週期決定部具備：效果值計算部，其構成為根據上述測量值和上述資料加工部的加工的結果來計算上述效果值；判定部，其構成為判定上述測量期間內的上述測量值的偏差量和上述測量期間內的上述效果值是否在各自對應的容許範圍內；以及取樣週期變更部，其構成為在上述測量值的偏差量和上述效果值中的至少一方超過對應的容許範圍的情況下指示上述取樣週期控制部變更上述取樣週期，上述取樣週期決定部重複上述取樣週期的變更直至上述測量值的偏差量和上述效果值在各自對應的容許範圍內為止。
  6. 如請求項5所述的週期訊號測量裝置，其中，上述取樣週期決定部還具備取樣週期確定部，上述取樣週期確定部在針對容許頻帶內的頻率不同的複數個上述週期訊號中的各者而結束上述取樣週期的決定之後，將針對各週期訊號而獲得的上述效果值當中表示獲得最高效果的效果值時的取樣週期確定為最終取樣週期。
  7. 如請求項1至6中任一項所述的週期訊號測量裝置，其中，上述取樣週期的決定時輸入至上述測量部的週期訊號是由訊號產生器生成的試驗週期訊號。
  8. 一種週期訊號測量方法，其特徵在於，包含：第1步驟，從藉由對週期訊號的取樣值實施既定處理而獲得測量值的測量部獲取上述測量值，以一定的測量期間內的上述測量值的偏差量在容許範圍內的方式決定上述測量部的取樣週期；以及第2步驟，根據該第1步驟的決定來設定上述測量部的取樣週期。
  9. 如請求項8所述的週期訊號測量方法，其中，上述第1步驟包含如下步驟：從對上述測量值實施加工的資料加工部獲取加工的結果，以上述測量期間內的上述測量值的偏差量和上述測量期間內的表示上述加工的效果的效果值在各自對應的容許範圍內的方式決定上述取樣週期。
  10. 一種週期訊號測量裝置的取樣週期決定方法，其特徵在於，包含：第1步驟，使用模仿藉由對週期訊號的取樣值實施既定處理而獲得測量值的週期訊號測量裝置的功能的模型來推斷對應於上述週期訊號的上述測量值；以及第2步驟，以一定的測量期間內的上述測量值的推斷值的偏差量在容許範圍內的方式決定上述週期訊號測量裝置的取樣週期。
  11. 如請求項10所述的週期訊號測量裝置的取樣週期決定方法，其中，上述模型是模仿對上述測量值實施加工的週期訊號測量裝置的功能，上述第1步驟包含使用上述模型來推斷對應於上述週期訊號的上述測量值並且推斷上述加工的結果的步驟，上述第2步驟包含以上述測量期間內的上述測量值的推斷值的偏差量和上述測量期間內的表示上述加工的效果的效果值在各自對應的容許範圍內的方式決定上述取樣週期的步驟。
TW107100502A 2017-03-27 2018-01-05 週期訊號測量裝置、週期訊號測量方法及取樣週期決定方法 TWI650562B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP2017-060494 2017-03-27
JP2017060494A JP6803277B2 (ja) 2017-03-27 2017-03-27 周期信号測定装置、周期信号測定方法およびサンプリング周期決定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201835580A TW201835580A (zh) 2018-10-01
TWI650562B true TWI650562B (zh) 2019-02-11

Family

ID=63860955

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107100502A TWI650562B (zh) 2017-03-27 2018-01-05 週期訊號測量裝置、週期訊號測量方法及取樣週期決定方法

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6803277B2 (zh)
KR (1) KR102036832B1 (zh)
CN (1) CN108918942B (zh)
TW (1) TWI650562B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210119129A (ko) 2020-03-24 2021-10-05 주식회사 케이티 이상 탐지 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램
CN111947713B (zh) * 2020-08-05 2022-08-12 深圳威迈斯新能源股份有限公司 一种采样方法及***
CN113503961B (zh) * 2021-07-22 2023-10-24 苏州苏试试验集团股份有限公司 一种冲击振动传感器信号的拾取方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3842356A (en) * 1973-02-06 1974-10-15 Westinghouse Electric Corp Peak detector
CN101907656A (zh) * 2009-06-03 2010-12-08 中国科学院半导体研究所 利用固定相移来测量同频信号相位差的方法
JP2011017657A (ja) * 2009-07-10 2011-01-27 Yamatake Corp 電流計測装置、電流計測方法および電流計測プログラム
CN102520228A (zh) * 2011-12-21 2012-06-27 王子斌 数字存储示波器中一种峰值检测的方法及***
CN104076187A (zh) * 2014-06-10 2014-10-01 深圳市豪恩声学股份有限公司 压电信号峰值检测方法及其装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1159590C (zh) * 2002-05-10 2004-07-28 清华大学 电网市电电压瞬时跌落的远程监测方法
JP4564776B2 (ja) * 2004-04-27 2010-10-20 日置電機株式会社 デジタル式電力計
CN2919261Y (zh) * 2006-03-15 2007-07-04 宋益群 采用交流采样的交流电流、电压测量电路
CN202210117U (zh) * 2011-06-09 2012-05-02 河北工业大学 一种大量程峰值电压数显表
CN102707133B (zh) * 2012-06-12 2015-12-16 深圳市世强先进科技有限公司 一种测量频率可变的交流电压的装置、***和方法
JP2014219248A (ja) * 2013-05-07 2014-11-20 富士フイルム株式会社 放射線画像検出装置およびその作動方法
CN105652076B (zh) * 2014-11-26 2019-06-14 国家电网公司 一种电力电子装置的测量同步方法及其***

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3842356A (en) * 1973-02-06 1974-10-15 Westinghouse Electric Corp Peak detector
CN101907656A (zh) * 2009-06-03 2010-12-08 中国科学院半导体研究所 利用固定相移来测量同频信号相位差的方法
JP2011017657A (ja) * 2009-07-10 2011-01-27 Yamatake Corp 電流計測装置、電流計測方法および電流計測プログラム
CN102520228A (zh) * 2011-12-21 2012-06-27 王子斌 数字存储示波器中一种峰值检测的方法及***
CN104076187A (zh) * 2014-06-10 2014-10-01 深圳市豪恩声学股份有限公司 压电信号峰值检测方法及其装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180109693A (ko) 2018-10-08
KR102036832B1 (ko) 2019-10-28
JP6803277B2 (ja) 2020-12-23
CN108918942A (zh) 2018-11-30
TW201835580A (zh) 2018-10-01
CN108918942B (zh) 2020-09-18
JP2018163044A (ja) 2018-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI650562B (zh) 週期訊號測量裝置、週期訊號測量方法及取樣週期決定方法
Muramatsu et al. An adaptive periodic-disturbance observer for periodic-disturbance suppression
KR101270810B1 (ko) 전류 계측 장치, 전류 계측 방법 및 전류 계측 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체
JPWO2016092872A1 (ja) 制御装置、そのプログラム、プラント制御方法
JP2012139067A (ja) 電力動揺検出装置および電力動揺検出方法
Li et al. Complex signal processing for Coriolis mass flow metering in two-phase flow
CN109085414B (zh) 电压检测方法及装置
CN109670139A (zh) 一种超声波车削装置跟踪频率的确定方法及***
JP5717671B2 (ja) モデル定数取得方法およびモデル定数取得装置
JP2014045618A (ja) 電力系統シミュレータ
JP5446053B2 (ja) 電力調整器
KR101073979B1 (ko) 순시적인 3상 전압 실효치 검출 방법
JP6152806B2 (ja) 生体情報測定方法
WO2018146844A1 (ja) ゼロクロス検出装置及びゼロクロス検出方法
CA2902958C (en) Method and apparatus for measuring rms values of burst-fired currents
RU2644612C1 (ru) Измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное
JP4519312B2 (ja) 高調波を含む脈動の平均値を測定する方法及びそれを用いた平均値測定装置
RU224025U1 (ru) Измерительный преобразователь переменного тока в постоянный
KR101645699B1 (ko) 주파수 측정 장치 및 방법
Stepan et al. Implementation of flicker meter in power quality analyzers
JP6158140B2 (ja) 計量装置及び計量方法
Serov et al. Software PLL as a Method for Measuring the Mains Frequency
RU163964U1 (ru) Измерительный преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное
JP2022107342A (ja) 周波数推定装置、周波数推定方法、及び周波数推定プログラム
JPH02228251A (ja) Ｄｃ―ｄｃコンバータ装置