特許 6226061 交流信号測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6226061

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】交流信号測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 19/255 20060101AFI20171030BHJP

【ＦＩ】

   G01R19/255

【請求項の数】2

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-511267(P2016-511267)

(86)(22)【出願日】2014年4月3日

(86)【国際出願番号】JP2014059818

(87)【国際公開番号】WO2015151254

(87)【国際公開日】20151008

【審査請求日】2016年8月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000250317

【氏名又は名称】理化工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088605

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 公延

(74)【代理人】

【識別番号】100101890

【弁理士】

【氏名又は名称】押野 宏

(74)【代理人】

【識別番号】100098268

【弁理士】

【氏名又は名称】永田 豊

(74)【代理人】

【識別番号】100130384

【弁理士】

【氏名又は名称】大島 孝文

(74)【代理人】

【識別番号】100166420

【弁理士】

【氏名又は名称】福川 晋矢

(74)【代理人】

【識別番号】100150865

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 司

(72)【発明者】

【氏名】吉川 裕久

【審査官】 名取 乾治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２４９７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２４８３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０２６９０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ １９／２５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力された交流信号のゼロ点を検知するゼロ点検知手段と、
直流信号が重畳された前記交流信号の信号値に比例する周波数でパルスを発振するパルス発振手段と、
前記ゼロ点検知手段によりゼロ点が検知された時点から、次のゼロ点が検知されるまでの前記直流信号が重畳された交流信号の半サイクルの期間中、前記パルス発振手段により発振されたパルスの数をカウントするパルス数カウント手段と、
前記パルス数カウント手段によりカウントされたパルス数を記憶するパルス数記憶手段と、
前記パルス数カウント手段によりカウントされた前記直流信号が重畳された交流信号における最新の半サイクルでのパルス数と、前記パルス数記憶手段に記憶されている前記最新の半サイクルより１つ前の半サイクルでのパルス数との平均値を算出し、前記直流信号が重畳された交流信号の交流分の信号値に比例するデジタル値として、前記最新の半サイクルでのパルス数と前記平均値との差分の絶対値を算出するデジタル値算出手段と、
を備えることを特徴とする交流信号測定装置。

【請求項2】

前記デジタル値算出手段は、前記差分の絶対値から前記交流信号のピーク値、平均値又は実効値を算出することを特徴とする請求項１に記載の交流信号測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、交流信号のピーク値、平均値や実効値などを測定する交流信号測定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

各種の電気・電子装置においては、その動作制御等のために、電流や電圧等の信号値を検出することが行われている。このような検出では、当然に検出対象の信号の値をそのまま検出したいものであるが、実際には様々な要因でなんらかの直流バイアスが加わった情報としてでしか検出できない（測定誤差が生じる）場合が多い。このような問題に対し、測定誤差を低減させるための様々な技術が存在しており、これに関連するものの一つが特許文献１によって開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特公平６−５４３３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１は、「電圧または電流と等価な検出信号に対し、予め定められた一定値をオフセット量として加えたものをＶ／Ｆ変換器に入力してＶ／Ｆ変換し、その出力パルス数を、検出対象波形の基本周期、即ち電力変換装置の点弧動作に同期して出力されるサンプリングパルスの直後から次のサンプリングパルスが出力される直前までの期間に同期して計数してその期間の検出信号の積分値と等価なデジタル量を計測するとともに、Ｖ／Ｆ変換器が上記パルス数の出力に要した時間を前記計数動作に同期して計測し、その積分値を前記時間で除することにより求めた前記期間の平均値から既知のオフセット量を減ずることにより、検出対象の平均値をその波形に関係なく高精度のデジタル量で得られるようにするものである。」というものであるが、「既知のオフセット量」をどう定めるかについては開示されていない。

【0005】

前述のごとく、電流や電圧等の信号値の検出においては、様々な測定誤差が生じ得る。その一つとして上記特許文献１のごとく、測定対象の交流電圧・交流電流に比例した交流電圧信号にオフセット電圧を重畳してＶ／Ｆ変換器に入力するような場合では、当該オフセット電圧を発生させる個所（特許文献１では基準電圧発生器７）やＶ／Ｆ変換器等において生じる温度ドリフトや部品の経年変化によって生じるドリフト等が測定誤差の要因となる。これは即ち、オフセット量が変動しているという見方ができるものであり、「平均値から“既知”のオフセット量を減ずること」では、温度ドリフト等に基づくオフセット量の変動による誤差を吸収することはできない（温度ドリフトなどによるドリフト量は一定値ではないため、予め設定する値で補正することは極めて困難である）ため、測定精度が低下してしまうものであった。

【0006】

本発明は、上記の点に鑑み、交流測定回路の各要素により交流信号に直流信号が重畳された交流信号の交流分の信号値（実効値、平均値、ピーク値）に比例する値をより高精度且つ簡単に測定することができる方法を有する交流信号測定装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る第１の交流信号測定装置は、入力された交流信号のゼロ点を検知するゼロ点検知手段と、直流信号が重畳された前記交流信号の信号値に比例する周波数でパルスを発振するパルス発振手段と、前記ゼロ点検知手段によりゼロ点が検知された時点から、次のゼロ点が検知されるまでの前記直流信号が重畳された交流信号の半サイクルの期間中、前記パルス発振手段により発振されたパルスの数をカウントするパルス数カウント手段と、前記パルス数カウント手段によりカウントされたパルス数を記憶するパルス数記憶手段と、前記パルス数カウント手段によりカウントされた前記直流信号が重畳された交流信号における最新の半サイクルでのパルス数と、前記パルス数記憶手段に記憶されている前記最新の半サイクルより１つ前の半サイクルでのパルス数との差分を算出し、前記直流信号が重畳された交流信号の交流分の信号値に比例するデジタル値として、前記差分の絶対値を算出するデジタル値算出手段と、を備えることを特徴とする。

【0008】

本発明に係る第２の交流信号測定装置は、入力された交流信号のゼロ点を検知するゼロ点検知手段と、直流信号が重畳された前記交流信号の信号値に比例する周波数でパルスを発振するパルス発振手段と、前記ゼロ点検知手段によりゼロ点が検知された時点から、次のゼロ点が検知されるまでの前記直流信号が重畳された交流信号の半サイクルの期間中、前記パルス発振手段により発振されたパルスの数をカウントするパルス数カウント手段と、前記パルス数カウント手段によりカウントされたパルス数を記憶するパルス数記憶手段と、前記パルス数カウント手段によりカウントされた前記直流信号が重畳された交流信号における最新の半サイクルでのパルス数と、前記パルス数記憶手段に記憶されている前記最新の半サイクルより１つ前の半サイクルでのパルス数との平均値を算出し、前記直流信号が重畳された交流信号の交流分の信号値に比例するデジタル値として、前記最新の半サイクルでのパルス数と前記平均値との差分の絶対値を算出するデジタル値算出手段と、を備えることを特徴とする。

【0009】

本発明に係る第３の交流信号測定装置は、第１及び第２の交流信号測定装置であって、前記差分の絶対値から前記交流信号のピーク値、平均値又は実効値を算出することを特徴とする。

【0010】

上記第１乃至第３の交流信号測定装置において、入力信号の積分値をデジタル値に変換するために、ＶＦ変換器とパルス計数部を使用しているが、入力信号の瞬時値をＡ／Ｄ変換した値を、マイクロコンピュータの演算機能によって所定の期間積算することにより、所定の期間の入力信号の積分値に比例したデジタル値を算出してもよい。

【0011】

なお、ＶＦ変換器及びＡ／Ｄ変換器には、ユニポーラの入力信号に対応した変換器と、バイポーラの入力信号に対応した変換器があるが、交流信号はバイポーラの信号であるため、ユニポーラ対応の変換器を使用する場合は、交流信号に適切な直流バイアスを加える必要がある。しかし、このことは周知の事実であるため、ユニポーラの変換器を使用する場合に直流バイアスの加算することについては本願では省略し、バイポーラの入力信号に対応した変換器を使用する例を用いて説明している。

【発明の効果】

【0012】

本発明の交流信号測定装置によれば、オフセット量の変動による誤差の影響を低減することができ、交流信号の信号値（実効値、平均値、ピーク値）に比例する値をより高精度に測定することができる

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】この発明の実施の形態１による交流信号測定装置を示す構成図である。

【図2】交流信号比例値算出部１０１による交流信号に比例するデジタル値の算出原理を示す説明図である。

【図3】交流信号比例値算出部１０１による交流信号に比例するデジタル値の算出原理を示す説明図である。

【図4】マイコンを用いて実施形態１の本発明に係る処理を実行させる場合の処理動作の概略を示すフローチャート

【図5】この発明の実施の形態３による交流信号測定装置を示す構成図である。

【図6】実施形態３の交流信号測定装置の本発明に係る処理動作の概略を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施態様について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下の実施態様は、本発明を具体化する際の一形態であって、本発明をその範囲内に限定するものではない。

【0015】

＜実施形態１＞
図１はこの発明の実施の形態１による交流信号（電流）測定装置を示す構成図である。 図１の交流信号（電流）測定装置は、例えば、電源１、センサ２及び負荷３からなる電力系統における交流信号の信号値（電流値）を測定する装置である。 図１において、電流電圧変換部１２は例えば抵抗器、増幅器などから構成されており、電力系統における交流信号（電流）を電圧波形に変換し、その電圧波形を示す検出信号を出力する。

【0016】

ゼロ点検知部１１は例えば公知のゼロクロス点検知回路から構成されており、電力系統における交流信号の信号波形のゼロクロス点（交流信号のゼロ点）を検知する。なお、ゼロ点検知部１１はゼロ点検知手段を構成している。 電流電圧変換部１２はセンサ２から出力された交流電流信号を交流電圧信号に変換し、交流電圧変換後の検出信号をＶ／Ｆ変換器１３に出力する。 Ｖ／Ｆ変換器１３は電流電圧変換部１２から出力された交流電圧変換後の検出信号の電圧値に比例する周波数でパルスを発振するパルス発振手段を構成している。 即ち、Ｖ／Ｆ変換器１３は検出信号の電圧値が高い程、短い間隔でパルスをパルス計数部１５に出力する。

【0017】

計数期間管理部１４は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、ゼロ点検知部１１によりゼロ点が検知された時点毎に、パルス計数部１５でカウントしたパルスカウント数をパルス計数値記憶部１６に出力するとともに、パルス計数部１５のパルスカウント値をクリアする指令をパルス計数部１５に出力する処理を実施する。 パルス計数部１５は計数期間管理部１４から出力される命令にしたがって交流信号のゼロクロス点から次のゼロクロス点までの半サイクル（以後、単に半サイクルという）の期間中、Ｖ／Ｆ変換器１３により発振されたパルスの数をカウントし、その交流信号の半サイクルでのパルス数（以後、単にパルス計数値という）をパルス計数値記憶部１６に出力するとともに、パルス計数部１５のパルスカウント値をクリアする。 なお、計数期間管理部１４及びパルス計数部１５からパルス数カウント手段が構成されている。

【0018】

パルス計数値記憶部１６は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、パルス計数部１５によりカウントされたパルス計数値を記憶する。なお、パルス計数値記憶部１６はパルス数記憶手段を構成している。

【0019】

デジタル値算出部１７は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、ゼロ点検知部１１がゼロ点を検知する毎に、パルス計数部１５によりカウントされた交流信号における最新の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔをパルス計数値記憶部１６に記憶するとともに、既にパルス計数値記憶部１６に記憶されている最新の半サイクルより１つ前の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔ−１との差分の絶対値である｜Ｐ_Ｔ−１−Ｐ_Ｔ｜を算出する処理により、交流信号(電流)に比例するデジタル値を算出する。 なお、計数期間管理部１４、パルス計数部１５、パルス計数値記憶部１６、及びデジタル値算出部１７から交流信号比例値算出手段１０１が構成されている。

【0020】

図１の例では、交流信号（電流）測定装置の構成要素であるゼロ点検知部１１、電流電圧変換部１２、Ｖ／Ｆ変換器１３、計数期間管理部１４、パルス計数部１５、パルス計数値記憶部１６、デジタル値算出部１７のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、交流信号（電流）測定装置の一部がマイクロコンピュータで構成されていてもよい。 交流信号（電流）測定装置の一部（例えば、計数期間管理部１４、パルス計数部１５、パルス計数値記憶部１６、デジタル値算出部１７）をマイクロコンピュータで構成する場合、パルス計数値記憶部１６をマイクロコンピュータのメモリ上に構成するとともに、計数期間管理部１４、パルス計数部１５、デジタル値算出部１７の処理内容を記述しているプログラムを当該マイクロコンピュータのメモリに格納し、当該マイクロコンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

【0021】

次に動作について説明する。 ゼロ点検知部１１は、電力系統（電源１）における交流信号波形を監視し、その信号波形がゼロクロス点を通過したとき、交流信号のゼロ点を検知する。 センサ２は、電力系統における交流信号の電流波形を検出し、その電流波形を示す検出信号を電流電圧変換部１２に出力する。

【0022】

電流電圧変換部１２は、センサ２から交流電流を受けると、その交流電流を所定の交流電圧に変換し、変換した交流電圧をＶ／Ｆ変換器１３に出力する。 Ｖ／Ｆ変換器１３は、電流電圧変換部１２から交流電圧を受けると、その交流電圧値に比例する周波数でパルスを発振する。 即ち、Ｖ／Ｆ変換器１３は、交流電圧値が高い程、短い間隔でパルスを発振して、そのパルスをパルス計数部１５に出力する。

【0023】

計数期間管理部１４は、ゼロ点検知部１１によりゼロ点が検知されると、そのゼロ点が検知された時点のパルス計数値をパルス計数値記憶部１６に出力する指令を出すとともに、パルス計数部１５のパルス計数値をクリアする指令をパルス計数部１５に出力する。 パルス計数部１５は計数期間管理部１４から出力される指令にしたがって、交流信号の半サイクルの期間中、Ｖ／Ｆ変換器１３により発振されたパルスの数（パルス計数値）をカウントするとともに、ゼロ点が検知される毎にパルス計数値記憶部１６にパルス計数値を出力する。 パルス計数値記憶部１６は、パルス計数部１５によりカウントされた交流信号における最新の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔと、最新の半サイクルより１つ前の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔ−１とを記憶する。

【0024】

デジタル値算出部１７は、ゼロ点検知部１１によりゼロ点が検知される毎に、パルス計数値記憶部１６に記憶された交流信号における最新の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔと、パルス計数値記憶部１６に記憶されている最新の半サイクルより１つ前の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔ−１との差分の絶対値｜Ｐ_Ｔ−１−Ｐ_Ｔ｜を交流信号の信号値に比例するデジタル値として算出する。 なお、計数期間管理部１４、パルス計数部１５、パルス計数値記憶部１６、及びデジタル値算出部１７から交流信号比例値算出手段１０１が構成されている。

【0025】

ここで、図２はデジタル値算出部１７による交流信号の信号値（実効値、平均値、ピーク値）に比例するデジタル値の算出原理を示す説明図である。 以下、図２を参照しながら、交流信号の信号値に比例するデジタル値の算出原理を説明する。 図２において、Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}は電力系統の交流信号に重畳されている直流成分を示し、ａは電力系統の交流信号の振幅（ピーク値）を示している。

【0026】

この場合、交流信号の半サイクルの期間（位相ｎπから位相（ｎπ＋π）の期間）における「交流信号＋Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}」の積分値は、交流信号が正極性の場合と負極性の場合の２種類の場合があるので、交流信号が正極性の場合の積分値を積分値Ａ_＋バー（明細書の文書中では、電子出願の関係上、文字の上に“−”記号を付することができないので、「Ａ_＋バー」のように表記している）とし、交流信号が負極性の場合の積分値を積分値Ａ₋バー（明細書の文書中では、電子出願の関係上、文字の上に“−”記号を付することができないので、「Ａ₋バー」のように表記している）とする。積分値Ａ_＋バー及び積分値Ａ₋バーは、下記の式（１）（２）で表すことができる。ただし、ｎは任意の整数である。 なお、交流信号の半サイクルの期間における「交流信号＋Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}」の積分値Ａ_＋バー及び積分値Ａ₋バーは、交流信号の半サイクルの期間中、パルス計数部１５によりカウントされるパルスの数に比例する。

【0027】

積分値Ａ_＋バーはｎが偶数の場合に相当し、積分値Ａ_＋バーは下記の式（１）で表すことが出来る。

【0028】

【数1】

積分値Ａ₋バーはｎが奇数の場合に相当し、積分値Ａ₋バーは下記の式（２）で表すことが出来る。

【0029】

【数2】

【0030】

交流信号の半サイクルの期間における「交流信号＋Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}」の積分値Ａ_＋バーと積分値Ａ₋バーとの差分の絶対値｜Ａ_＋バー−Ａ₋バー｜及び｜Ａ₋バー−Ａ_＋バー｜は下記の式（３）（４）のようになる。

【0031】

【数3】

【0032】

【数4】

【0033】

積分値Ａ_＋バーと積分値Ａ₋バーとの差分の絶対値｜Ａ_＋バー−Ａ₋バー｜及び｜Ａ₋バー−Ａ_＋バー｜は、式（３）（４）より明らかであるように、何れも４ａになり、交流信号のピーク電圧ａの４倍の値になる。

【0034】

また、連続する半サイクルの交流信号は、交互に正極性、負極性となる。（図２（ａ）（ｃ）を参照）。このため、連続する半サイクルの「交流信号＋Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}」の積分値の差分の絶対値は、すべての場合において４ａになり、交流信号のピーク電圧ａの４倍の値になる。（図２（ｂ）（ｅ）を参照）。

【0035】

また、デジタル値算出部１７により算出される最新の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔと、１つ前の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔ−１との差分の絶対値｜Ｐ_Ｔ−１−Ｐ_Ｔ｜は、上記の連続する半サイクルの「交流信号＋Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}」の積分値の差分の絶対値に比例する値である。

【0036】

以上より、デジタル値算出部１７により算出される最新の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔと、１つ前の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔ−１との差分の絶対値｜Ｐ_Ｔ−１−Ｐ_Ｔ｜（＝４ａに比例）を算出することで、これに基づいて交流信号のピーク電圧ａを算出することができる。 また、交流信号のピーク電圧ａを１／√２倍することで、下記の式（５）に示すように、交流信号の実効電圧Ｖ_ｒｍｓを算出することができる。

【0037】

【数5】

【0038】

さらに、デジタル値算出部１７は、交流信号のピーク電圧ａを２／π倍することで、下記の式（６）に示すように、交流信号の平均電圧Ｖ_ａｖｅを算出することができる。

【0039】

【数6】

【0040】

よって、あらかじめ既知の交流信号（ピーク電圧、実効電圧、平均電圧）と｜Ｐ_Ｔ−１−Ｐ_Ｔ｜との関係（比例係数）を確認し記憶しておけば、その記憶した比例係数とデジタル値算出部１７で算出した｜Ｐ_Ｔ−１−Ｐ_Ｔ｜から、任意の交流信号（ピーク電圧、実効電圧、平均電圧）の値を算出することができる。

【0041】

以上で明らかなように、この実施形態１によれば、交流信号のゼロ点を検知するゼロ点検知部１１と、交流信号の信号値に比例する周波数でパルスを発振するＶ／Ｆ変換器１３と、ゼロ点検知部１１によりゼロ点が検知された時点から、次のゼロ点が検知されるまでの交流信号の半サイクルの期間中、Ｖ／Ｆ変換器１３により発振されたパルスの数をカウントするパルス計数部１５とを設け、デジタル値算出部１７が、パルス計数部１５によりカウントされた交流信号における最新の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔと、最新の半サイクルより１つ前の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔ−１との差分の絶対値｜Ｐ_Ｔ−１−Ｐ_Ｔ｜を算出するように構成したので、交流信号の信号値を高精度に測定することができる効果を奏する。

【0042】

即ち、この実施形態１によれば、パルス計数部１５によりカウントされた交流信号における最新の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔと、最新の半サイクルより１つ前の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔ−１との差分の絶対値｜Ｐ_Ｔ−１−Ｐ_Ｔ｜を算出しているが、この｜Ｐ_Ｔ−１−Ｐ_Ｔ｜は、直流成分Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}が消去されているため、Ｖ／Ｆ変換器１３の入力電圧にドリフトが生じて直流成分が変化しても、当該変動した直流成の影響を受けない交流信号に比例する信号が得られる（オフセット量の変動による誤差の影響を除去することができる）。そのため、交流信号の信号値を高精度に測定することができる効果を奏する。

【0043】

図４には実施形態１を、マイクロコンピュータを使用して実現する場合の処理フローの概略を示している。なお、カウンタはマイクロコンピュータに内蔵されているカウンタ機能を使用するものとし、このカウンタ機能はＶ／Ｆ変換器からのパルスを自動的にカウントする機能を有していて、マイクロコンピュータの命令により任意のタイミングでカウンタの値Ｃを読み出すことと、カウンタの値Ｃをリセットすることができるものとする。

【0044】

マイクロコンピュータで実現される交流信号比例値算出部１０１は、一連の計算を開始する前の処理として計算に使用するレジスタＡ、Ｘ、Ｙのクリアを行う（Ｓ５０１）。次に、ゼロ点検知部１１からの信号を監視し、交流信号のゼロ点を示す信号（以下、単に「ゼロ点信号」という）の有無を判別し、ゼロ点信号が来るまでループ処理を繰り返し、ゼロ点信号を検知したら次の処理に移る（Ｓ５０２）。

【0045】

次に、Ｓ５０３の処理で最新の半サイクルのカウント値を記憶するレジスタＸにカウンタの値Ｃを書き込む。続いて、Ｓ５０４の処理でカウンタの値Ｃをリセットする。さらに続いて、レジスタＡの値に１を加算する。

【0046】

次に、レジスタＡの値を確認し、レジスタＡの値が２以下の場合は、ＸまたはＹの値が不確定であるためＳ５０７の処理を飛ばしてＳ５０８の処理を行い、レジスタＡの値が２を超える値である場合は、Ｓ５０７の処理を実行する（Ｓ５０６）。

【0047】

Ｓ５０７の処理では、最新の半サイクルのカウント値を記憶しているレジスタＸと、前回の半サイクルのカウント値を記憶しているレジスタＹの値の差分の絶対値を算出する処理を行う。

【0048】

また、Ｓ５０８の処理では、最新の半サイクルのカウント値を記憶しているレジスタＸの値で、前回の半サイクルのカウント値を記憶するレジスタＹの値を書き換える処理を行い、Ｓ５０２の処理に戻る。

【0049】

交流信号比例値算出部１０１は、Ｓ５０２〜Ｓ５０８の処理を、ゼロ点検知部１１からゼロ点検知信号が送られてくるたびに繰り返すことにより、ゼロ点検知信号が送られてくるたびに交流信号に比例したデジタル値を出力する。

【0050】

＜実施形態２＞
実施の形態２の交流信号測定装置の構成は、実施の形態１（図１）の構成と同様であるため、構成についての説明は省力する。

【0051】

次に動作について説明する。 ゼロ点検知部１１は、電力系統（電源１）における交流信号波形を監視し、その信号波形がゼロクロス点を通過したとき、交流信号のゼロ点を検知する。 センサ２は、電力系統における交流信号の電流波形を検出し、その電流波形を示す検出信号を電流電圧変換部１２に出力する。（実施形態１と同じ）

【0052】

電流電圧変換部１２は、センサ２から交流電流を受けると、その交流電流を所定の交流電圧に変換し、変換した交流電圧をＶ／Ｆ変換器１３に出力する。 Ｖ／Ｆ変換器１３は、電流電圧変換部１２から交流電圧を受けると、その交流電圧値に比例する周波数でパルスを発振する。 即ち、Ｖ／Ｆ変換器１３は、交流電圧値が高い程、短い間隔でパルスを発振して、そのパルスをパルス計数部１５に出力する。（実施形態１と同じ）

【0053】

計数期間管理部１４は、ゼロ点検知部１１によりゼロ点が検知されると、そのゼロ点が検知された時点のパルス計数値をパルス計数値記憶部１６に出力する指令を出すとともに、パルス計数部１５のパルス計数値をクリアする指令をパルス計数部１５に出力する。 パルス計数部１５は計数期間管理部１４から出力される指令にしたがって、交流信号の半サイクルの期間中、Ｖ／Ｆ変換器１３により発振されたパルスの数（パルス計数値）をカウントするとともに、ゼロ点が検知される毎にパルス計数値記憶部１６にパルス計数値を出力する。 パルス計数値記憶部１６は、パルス計数部１５によりカウントされた交流信号の半サイクルでのパルス数（パルス計数値）を記憶する。（実施形態１と同じ）

【0054】

デジタル値算出部１７は、ゼロ点検知部１１によりゼロ点が検知される毎に、パルス計数値記憶部１６に記憶された交流信号における最新の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔと、同様にパルス計数値記憶部１６に記憶されている最新の半サイクルより１つ前の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔ−１との平均値Ｐ_ａｖｅを算出し、交流信号の信号値に比例するデジタル値として、最新の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔと平均値Ｐ_ａｖｅとの差分の絶対値である｜Ｐ_Ｔ−Ｐ_ａｖｅ｜を算出する処理により、交流信号(電流)に比例するデジタル値を算出する。 なお、計数期間管理部１４、パルス計数部１５、パルス計数値記憶部１６、及びデジタル値算出部１７から交流信号比例値算出手段１０１が構成されている。

【0055】

ここで、図３はデジタル値算出部１７による交流信号の信号値（実効値、平均値、ピーク値）に比例するデジタル値の算出原理を示す説明図である。 以下、図３を参照しながら、交流信号の信号値に比例するデジタル値の算出原理を説明する。 図３において、Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}は電力系統の交流信号に重畳されている直流成分を示し、ａは電力系統の交流信号の振幅（ピーク値）を示している。

【0056】

この場合、交流信号の連続する半サイクルの期間（位相ｎπから位相（ｎπ＋π）と位相（ｎπ＋π）から位相（ｎπ＋２π）の期間）における「交流信号＋Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}」のそれぞれの積分値の平均値Ａ_ａｖｅバーは、下記の式（７）で表すことができる。ただし、ｎは任意の整数である。

【0057】

【数7】

【0058】

交流信号の連続する半サイクルの期間（位相ｎπから位相（ｎπ＋π）と位相（ｎπ＋π）から位相（ｎπ＋２π）の期間）における「交流信号＋Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}」のそれぞれの積分値の平均値Ａ_ａｖｅバーは、式（７）より明らかであるように、交流信号の半サイクルの期間における直流成分Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}の積分値と等しくなる（図３（ａ）（ｂ）を参照）。

【0059】

また、交流信号の半サイクルの期間（位相ｎπから位相（ｎπ＋π）の期間）における「交流信号＋Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}」の積分値Ａチルダ（明細書の文書中では、電子出願の関係上、文字の上に“〜”記号を付することができないので、「Ａチルダ」のように表記している）は、下記の式（８）で表すことができる。 なお、交流信号の半サイクルの期間における「交流信号＋Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}」の積分値Ａチルダは、交流信号の半サイクルの期間中、パルス計数部１５によりカウントされるパルスの数に比例する。

【0060】

【数8】

【0061】

式（７）及び式（８）より、交流信号の半サイクルの期間における「交流信号＋Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}」の積分値Ａチルダから、積分値Ａ_ａｖｅバーを減算した値の絶対値は、下記の式（９）のようになる。

【0062】

【数9】

【0063】

以上より、積分値Ａチルダから、積分値Ａ_ａｖｅバーを減算した値の絶対値は２ａになり、交流信号のピーク電圧ａの２倍の値になる（即ち、交流信号の半サイクルの期間における積分値。図３（ｃ）、（ｄ）を参照）。 上記の減算結果の絶対値は、デジタル値算出部１７により算出される最新の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔと、平均値Ｐ_ａｖｅ（最新の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔと、１つ前の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔ−１との平均値）との差分の絶対値｜Ｐ_Ｔ−Ｐ_ａｖｅ｜に比例する。

【0064】

実施形態１と同様に、交流信号の実効電圧Ｖ_ｒｍｓと、平均電圧Ｖ_ａｖｅを算出することができる。

【0065】

以上で明らかなように、この実施形態２によれば、交流信号のゼロ点を検知するゼロ点検知部１１と、交流信号の信号値に比例する周波数でパルスを発振するＶ／Ｆ変換器１３と、ゼロ点検知部１１によりゼロ点が検知された時点から、次のゼロ点が検知されるまでの交流信号の半サイクルの期間中、Ｖ／Ｆ変換器１３により発振されたパルスの数をカウントするパルス計数部１５とを設け、デジタル値算出部１７が、パルス計数部１５によりカウントされた交流信号における最新の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔと、最新の半サイクルより１つ前の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔ−１との平均値Ｐ_ａｖｅを算出し、交流信号の信号値に比例するデジタル値として、最新の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔと平均値Ｐ_ａｖｅとの差分の絶対値｜Ｐ_Ｔ−Ｐ_ａｖｅ｜を算出するように構成したので、交流信号の信号値を高精度に測定することができる効果を奏する。

【0066】

即ち、この実施形態２によれば、パルス計数部１５によりカウントされた交流信号における最新の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔと、最新の半サイクルより１つ前の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔ−１との平均値Ｐ_ａｖｅを算出し、最新の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔから平均値Ｐ_ａｖｅを減算しているが、この平均値Ｐ_ａｖｅは、最新の半サイクルの期間における直流成分の積算値Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}×πに相当するため、Ｖ／Ｆ変換器１３の入力電圧にドリフトが生じて直流成分が変化しても、最新の半サイクルでのパルス計数値Ｐ_Ｔから当該変動した直流成分を除去することができる（オフセット量の変動による誤差の影響を除去することができる）。そのため、交流信号の信号値を高精度に測定することができる効果を奏する。

【0067】

＜実施形態３＞
実施形態１〜２では半サイクルの「交流信号＋Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}」の積分値の相当するデジタル値を得る方法として、Ｖ／Ｆ変換器とカウンタで実現されているものを例として説明したが、実施形態３では、Ａ／Ｄ変換器とマイクロコンピュータの演算機能で実施するものを例として説明する。 なお、基本的な概念自体は実施形態１〜２と同様であり、実施形態１〜２と同様の構成要素については同一の符号を使用し、ここでの説明を省略若しくは簡略化する。

【0068】

図５はこの発明の実施の形態３による交流信号（電流）測定装置を示す構成図である。同図に示されるように、交流信号測定装置１００には、センサ２、ゼロ点検知部１１、電流電圧変換部１２、Ａ／Ｄ変換器２０、マイクロコンピュータで実現される交流信号比例値算出部１０１（積算期間管理部２１、Ａ／Ｄ変換値積算部２２、Ａ／Ｄ変換積算値記憶部２３、デジタル値算出部１７を含む）が備えられる。

【0069】

図５の交流信号（電流）測定装置は、実施形態１〜２と同様に、電源１、センサ２及び負荷３からなる電力系統における交流信号の信号値（電流値）を測定する装置である。 図５において、電流電圧変換部１２は例えば抵抗器、増幅器などから構成されており、電力系統における交流信号（電流）を電圧波形に変換し、その電圧波形を示す検出信号をＡ／Ｄ変換器２０に出力する。なお、電流電圧変換部１２の出力は、電流電圧変換部１２において増幅器のオフセット電圧等の直流分が印加され「交流信号＋Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}」の電圧になっている。

【0070】

Ａ／Ｄ変換器２０は、「交流信号＋Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}」の電圧をＡ／Ｄ変換（アナログ信号を所定間隔でサンプリング）するものである。 マイクロコンピュータで実現される交流信号比例値算出部１０１は、ゼロ点検知部１１からの信号（交流信号のゼロ点を示す信号）や、Ａ／Ｄ変換器２０から入力される信号に基づいて以下で説明する各種の処理を行うものであり、マイクロコンピュータに備えられる汎用の演算部、記憶部等により、積算期間管理部２１、Ａ／Ｄ変換値積算部２２、Ａ／Ｄ変換積算値記憶部２３、デジタル値算出部１７として機能するものである。

【0071】

次に、図６を参照しつつ、交流信号測定装置１００の本発明に係る処理動作の概略を説明する。

【0072】

マイクロコンピュータで実現される交流信号比例値算出部１０１は、一連の計算を開始する前の処理として計算に使用するレジスタＡ、Ｘのクリアを行う（Ｓ６０１）。次に、ゼロ点検知部１１からの信号を監視し、交流信号のゼロ点を示す信号（以下、単に「ゼロ点信号」という）の有無を判別し、ゼロ点信号が来るまでループ処理を繰り返す（Ｓ６０２）。

【0073】

続くＳ６０３のループ処理では、あらかじめ決めてあるＡ／Ｄ変換周期ごとにＡ／Ｄ変換を実行し、Ａ／Ｄ変換値を積算するために、Ａ／Ｄ変換周期になるまで待機し、Ａ／Ｄ変換周期になったら次のＳ６０４の処理に進むタイミングを管理する。

【0074】

続くＳ６０４の処理でＡ／Ｄ変換実行指示をだし、Ａ／Ｄ変換器１３からＡ／Ｄ変換値を読み出し、次のＳ６０５の処理で読み出したＡ／Ｄ変換値を積算するレジスタＸにＡ／Ｄ変換値をＡ／Ｄ変換周期毎に加算する。

【0075】

続くＳ６０６のループ処理では、ゼロ点検知部１１から次のゼロ点信号が得られるまで、Ｓ６０３〜Ｓ６０５の処理が繰り返し実行することにより、半サイクル間のＡ／Ｄ変換値の積算値を算出し、次のゼロ点信号が得られた場合にはＳ６０７の処理を実行し、交流信号比例値算出処理を開始してからのゼロ点の回数を確認するレジスタＡに１を加算する。

【0076】

続くＳ６０８の判断では、交流信号比例値算出処理を開始してから初めてのゼロ点であり、前回の積算値（レジスタＹの値）が不定のため最新の半サイクルの積算値と、前回の半サイクルの積算値の差分の絶対値を算出し出力するＳ６０９の処理を飛ばして、Ｓ６１０の処理で最新の半サイクルの積算値（レジスタＸの値）をレジスタＹに書き込む処理を行う。一方、２回目以降のゼロ点の場合には、最新の半サイクルの積算値と、前回の半サイクルの積算値の差分の絶対値（交流信号に比例するデジタル値）を算出し出力するＳ６０９の処理を実施した後に、Ｓ６１０の処理で最新の半サイクルの積算値（レジスタＸの値）をレジスタＹに書き込む処理を行う。

【0077】

続くＳ６１１の処理では、次の半サイクル間のＡ／Ｄ変換値の積算値を算出するために、レジスタＸをクリアして、Ｓ６０３の処理に戻り、以降は以上の処理を繰り返すことにより、最新の半サイクルの積算値と、前回の半サイクルの積算値の差分の絶対値（交流信号に比例するデジタル値）を算出し出力する。

【0078】

上記のごとく、実施形態１はＶ／Ｆ変換器とカウンタの組み合わせで半サイクル毎の積算値を算出していたものを、実施形態３ではＡ／Ｄ変換器とマイクロコンピュータの演算機能を組み合わせて半サイクル毎の積算値を算出する形式で、実施形態１で説明したのと同様に、図２（ｂ）（ｅ）のごとく、交流信号に比例するデジタル値を出力するものである（当該出力は他の処理において（例えば各種制御のパラメータ等として）使用される）。

【0079】

温度ドリフト等により、Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}の値が変動しても、当該影響をキャンセルして交流信号の値を測定できる効果が得られる点は、実施形態１と同様である。

【符号の説明】

【0080】

１ 電源、２ センサ、３ 負荷、１１ ゼロ点検知部（ゼロ点検知手段）、１２ 電流電圧変換部、１３ Ｖ／Ｆ変換器（パルス発振手段）、１４ 計数期間管理部（パルス数カウント手段）、１５ パルス計数部（パルス数カウント手段）、１６ パルス計数値記憶部（パルス数記憶手段）、１７ デジタル値算出部（デジタル値算出手段）、２０ Ａ／Ｄ変換器、２１ 積算期間管理部、２２ Ａ／Ｄ変換値積算部、２３ Ａ／Ｄ変換積算値記憶部、１００ 交流信号測定装置、１０１ 交流信号比例値算出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】