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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025005237
(43)【公開日】2025-01-16
(54)【発明の名称】波形測定器及び波形測定方法
(51)【国際特許分類】
G01P 3/481 20060101AFI20250108BHJP
【ＦＩ】
G01P3/481 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023105345
(22)【出願日】2023-06-27
(71)【出願人】
【識別番号】000006507
【氏名又は名称】横河電機株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】596157780
【氏名又は名称】横河計測株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100169823
【弁理士】
【氏名又は名称】吉澤 雄郎
(74)【代理人】
【識別番号】230128026
【弁護士】
【氏名又は名称】駒木 寛隆
(72)【発明者】
【氏名】中山 悦郎
(57)【要約】
【課題】回転体の回転速度が変化する場合であっても、回転体の回転角度をより高い精度で記録可能にする。
【解決手段】波形測定器は、回転体が１回転するたびにセンサーから信号を入力する入力部と、前記入力部が第１信号を入力してから、当該第１信号の次の前記信号である第２信号を入力するまでの時間である第１回転周期と、前記入力部が前記第２信号を入力してから、当該第２信号の次の前記信号である第３信号を入力するまでの時間である第２回転周期と、に基づいて、前記回転体の回転初速度及び角加速度を算出する演算部と、前記算出された回転初速度及び角加速度に基づき算出された前記回転体の角度を記憶部に記憶させるメモリコントローラと、を備える。
【選択図】図４
【解決手段】波形測定器は、回転体が１回転するたびにセンサーから信号を入力する入力部と、前記入力部が第１信号を入力してから、当該第１信号の次の前記信号である第２信号を入力するまでの時間である第１回転周期と、前記入力部が前記第２信号を入力してから、当該第２信号の次の前記信号である第３信号を入力するまでの時間である第２回転周期と、に基づいて、前記回転体の回転初速度及び角加速度を算出する演算部と、前記算出された回転初速度及び角加速度に基づき算出された前記回転体の角度を記憶部に記憶させるメモリコントローラと、を備える。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転体が１回転するたびにセンサーから信号を入力する入力部と、
前記入力部が第１信号を入力してから、当該第１信号の次の前記信号である第２信号を入力するまでの時間である第１回転周期と、前記入力部が前記第２信号を入力してから、当該第２信号の次の前記信号である第３信号を入力するまでの時間である第２回転周期と、に基づいて、前記回転体の回転初速度及び角加速度を算出する演算部と、
前記算出された回転初速度及び角加速度に基づき算出された前記回転体の角度を記憶部に記憶させるメモリコントローラと、
を備える、波形測定器。
前記入力部が第１信号を入力してから、当該第１信号の次の前記信号である第２信号を入力するまでの時間である第１回転周期と、前記入力部が前記第２信号を入力してから、当該第２信号の次の前記信号である第３信号を入力するまでの時間である第２回転周期と、に基づいて、前記回転体の回転初速度及び角加速度を算出する演算部と、
前記算出された回転初速度及び角加速度に基づき算出された前記回転体の角度を記憶部に記憶させるメモリコントローラと、
を備える、波形測定器。
【請求項2】
前記入力部が前記信号を入力してから、当該信号の次の前記信号を入力するまでの時間である回転周期を算出する計数部と、
前記計数部により算出された、前記入力部が前記第１信号を入力してから前記第２信号を入力するまでの時間である前記第１回転周期を保存する保存部と、
を更に備え、
前記演算部は、前記計数部により算出された、前記入力部が前記第２信号を入力してから前記第３信号を入力するまでの時間である前記第２回転周期と、前記保存部に保存された前記第１回転周期とに基づいて、前記回転体の回転初速度及び角加速度を算出する、
請求項１に記載の、波形測定器。
前記計数部により算出された、前記入力部が前記第１信号を入力してから前記第２信号を入力するまでの時間である前記第１回転周期を保存する保存部と、
を更に備え、
前記演算部は、前記計数部により算出された、前記入力部が前記第２信号を入力してから前記第３信号を入力するまでの時間である前記第２回転周期と、前記保存部に保存された前記第１回転周期とに基づいて、前記回転体の回転初速度及び角加速度を算出する、
請求項１に記載の、波形測定器。
【請求項3】
予め定められたサンプリング周期でサンプリングタイミング信号を出力するタイミング発生部を更に備え、
前記計数部は、前記入力部が前記信号を入力してから、当該信号の次の前記信号を入力するまでの間に、前記タイミング発生部が出力した前記サンプリングタイミング信号の個数により、前記回転周期を算出する、
請求項２に記載の波形測定器。
前記計数部は、前記入力部が前記信号を入力してから、当該信号の次の前記信号を入力するまでの間に、前記タイミング発生部が出力した前記サンプリングタイミング信号の個数により、前記回転周期を算出する、
請求項２に記載の波形測定器。
【請求項4】
前記演算部により算出された前記回転初速度に対して前記角加速度を積算して、前記回転体の回転速度を算出する第１積算部と、
前記第１積算部により算出された前記回転体の前記回転速度を積算して、前記回転体の角度を算出する第２積算部と、
を更に備え、
前記メモリコントローラは、前記第２積算部により算出された前記回転体の角度を前記記憶部に記憶させる、
請求項３に記載の波形測定器。
前記第１積算部により算出された前記回転体の前記回転速度を積算して、前記回転体の角度を算出する第２積算部と、
を更に備え、
前記メモリコントローラは、前記第２積算部により算出された前記回転体の角度を前記記憶部に記憶させる、
請求項３に記載の波形測定器。
【請求項5】
前記第１積算部は、
前記入力部が前記信号を入力したことに応じて、前記演算部により算出された前記回転初速度により、当該第１積算部の積算値を初期化し、
前記タイミング発生部が前記サンプリングタイミング信号を出力したことに応じて、前記第１積算部の積算値に対して、前記演算部により算出された前記角加速度に前記サンプリング周期を乗じた値を加算し、
前記第２積算部は、
前記入力部が前記信号を入力したことに応じて、値０により、当該第２積算部の積算値を初期化し、
前記タイミング発生部が前記サンプリングタイミング信号を出力したことに応じて、前記第２積算部の積算値に対して、前記第１積算部の前記積算値に前記サンプリング周期を乗じた値を加算する、
請求項４に記載の波形測定器。
前記入力部が前記信号を入力したことに応じて、前記演算部により算出された前記回転初速度により、当該第１積算部の積算値を初期化し、
前記タイミング発生部が前記サンプリングタイミング信号を出力したことに応じて、前記第１積算部の積算値に対して、前記演算部により算出された前記角加速度に前記サンプリング周期を乗じた値を加算し、
前記第２積算部は、
前記入力部が前記信号を入力したことに応じて、値０により、当該第２積算部の積算値を初期化し、
前記タイミング発生部が前記サンプリングタイミング信号を出力したことに応じて、前記第２積算部の積算値に対して、前記第１積算部の前記積算値に前記サンプリング周期を乗じた値を加算する、
請求項４に記載の波形測定器。
【請求項6】
前記演算部が算出した前記角加速度の移動平均を算出するローパスフィルタを更に備え、
前記第１積算部は、前記ローパスフィルタにより算出された前記角加速度の移動平均に基づき、前記回転体の回転速度を算出する、
請求項４に記載の波形測定器。
前記第１積算部は、前記ローパスフィルタにより算出された前記角加速度の移動平均に基づき、前記回転体の回転速度を算出する、
請求項４に記載の波形測定器。
【請求項7】
前記回転体の角度の変化を示すグラフを作成して、表示部に表示させる、波形作成部を更に備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の波形測定器。
【請求項8】
波形測定器の波形測定方法であって、
入力部が、回転体が１回転するたびにセンサーから信号を入力する工程と、
演算部が、前記入力部が第１信号を入力してから、当該第１信号の次の前記信号である第２信号を入力するまでの時間である第１回転周期と、前記入力部が前記第２信号を入力してから、当該第２信号の次の前記信号である第３信号を入力するまでの時間である第２回転周期と、に基づいて、前記回転体の回転初速度及び角加速度を算出する工程と、
メモリコントローラが、前記算出された回転初速度及び角加速度に基づき算出された前記回転体の角度を記憶部に記憶させる工程と、
を含む、波形測定方法。
入力部が、回転体が１回転するたびにセンサーから信号を入力する工程と、
演算部が、前記入力部が第１信号を入力してから、当該第１信号の次の前記信号である第２信号を入力するまでの時間である第１回転周期と、前記入力部が前記第２信号を入力してから、当該第２信号の次の前記信号である第３信号を入力するまでの時間である第２回転周期と、に基づいて、前記回転体の回転初速度及び角加速度を算出する工程と、
メモリコントローラが、前記算出された回転初速度及び角加速度に基づき算出された前記回転体の角度を記憶部に記憶させる工程と、
を含む、波形測定方法。
【請求項9】
計数部が、前記入力部が前記信号を入力してから、当該信号の次の前記信号を入力するまでの時間である回転周期を算出する工程と、
保存部が、前記計数部により算出された、前記入力部が前記第１信号を入力してから前記第２信号を入力するまでの時間である前記第１回転周期を保存する工程と、
を更に含み、
前記演算部は、前記計数部により算出された、前記入力部が前記第２信号を入力してから前記第３信号を入力するまでの時間である前記第２回転周期と、前記保存部に保存された前記第１回転周期とに基づいて、前記回転体の回転初速度及び角加速度を算出する、
請求項８に記載の、波形測定方法。
保存部が、前記計数部により算出された、前記入力部が前記第１信号を入力してから前記第２信号を入力するまでの時間である前記第１回転周期を保存する工程と、
を更に含み、
前記演算部は、前記計数部により算出された、前記入力部が前記第２信号を入力してから前記第３信号を入力するまでの時間である前記第２回転周期と、前記保存部に保存された前記第１回転周期とに基づいて、前記回転体の回転初速度及び角加速度を算出する、
請求項８に記載の、波形測定方法。
【請求項10】
タイミング発生部が、予め定められたサンプリング周期でサンプリングタイミング信号を出力する工程を更に含み、
前記計数部は、前記入力部が前記信号を入力してから、当該信号の次の前記信号を入力するまでの間に、前記タイミング発生部が出力した前記サンプリングタイミング信号の個数により、前記回転周期を算出する、
請求項９に記載の波形測定方法。
前記計数部は、前記入力部が前記信号を入力してから、当該信号の次の前記信号を入力するまでの間に、前記タイミング発生部が出力した前記サンプリングタイミング信号の個数により、前記回転周期を算出する、
請求項９に記載の波形測定方法。
【請求項11】
第１積算部が、前記演算部により算出された前記回転初速度に対して前記角加速度を積算して、前記回転体の回転速度を算出する工程と、
第２積算部が、前記第１積算部により算出された前記回転体の前記回転速度を積算して、前記回転体の角度を算出する工程と、
を更に含み、
前記メモリコントローラは、前記第２積算部により算出された前記回転体の角度を前記記憶部に記憶させる、
請求項１０に記載の波形測定方法。
第２積算部が、前記第１積算部により算出された前記回転体の前記回転速度を積算して、前記回転体の角度を算出する工程と、
を更に含み、
前記メモリコントローラは、前記第２積算部により算出された前記回転体の角度を前記記憶部に記憶させる、
請求項１０に記載の波形測定方法。
【請求項12】
前記第１積算部は、
前記入力部が前記信号を入力したことに応じて、前記演算部により算出された前記回転初速度により、当該第１積算部の積算値を初期化し、
前記タイミング発生部が前記サンプリングタイミング信号を出力したことに応じて、前記第１積算部の積算値に対して、前記演算部により算出された前記角加速度に前記サンプリング周期を乗じた値を加算し、
前記第２積算部は、
前記入力部が前記信号を入力したことに応じて、値０により、当該第２積算部の積算値を初期化し、
前記タイミング発生部が前記サンプリングタイミング信号を出力したことに応じて、前記第２積算部の積算値に対して、前記第１積算部の前記積算値に前記サンプリング周期を乗じた値を加算する、
請求項１１に記載の波形測定方法。
前記入力部が前記信号を入力したことに応じて、前記演算部により算出された前記回転初速度により、当該第１積算部の積算値を初期化し、
前記タイミング発生部が前記サンプリングタイミング信号を出力したことに応じて、前記第１積算部の積算値に対して、前記演算部により算出された前記角加速度に前記サンプリング周期を乗じた値を加算し、
前記第２積算部は、
前記入力部が前記信号を入力したことに応じて、値０により、当該第２積算部の積算値を初期化し、
前記タイミング発生部が前記サンプリングタイミング信号を出力したことに応じて、前記第２積算部の積算値に対して、前記第１積算部の前記積算値に前記サンプリング周期を乗じた値を加算する、
請求項１１に記載の波形測定方法。
【請求項13】
ローパスフィルタが、前記演算部が算出した前記角加速度の移動平均を算出する工程を更に含み、
前記第１積算部は、前記ローパスフィルタにより算出された前記角加速度の移動平均に基づき、前記回転体の回転速度を算出する、
請求項１１に記載の波形測定方法。
前記第１積算部は、前記ローパスフィルタにより算出された前記角加速度の移動平均に基づき、前記回転体の回転速度を算出する、
請求項１１に記載の波形測定方法。
【請求項14】
波形作成部が、前記回転体の角度の変化を示すグラフを作成して、表示部に表示させる工程を更に含む、請求項８から１３のいずれか一項に記載の波形測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、波形測定器及び波形測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
波形測定器は、被測定信号を測定し、その波形の解析及び表示等を行う装置である。例えば、デジタルオシロスコープは、このような波形測定器に当たる。非特許文献１には、モータ等の回転体に取り付けられた１回転あたり１パルスを出力するセンサーからの信号をもとに、回転体の回転角度を予測し、回転角度をリアルタイムに記録する波形測定器が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】中山悦郎、山本千秋、「スコープコーダDL850 リアルタイム演算機能」、横河技報、横河電機株式会社、2012年、第55巻、第1号、p.9-14
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、従来の構成は、回転体の回転速度が変化する場合に、回転角度を高い精度で記録するという点で改善の余地があった。
【0005】
本開示は、回転体の回転速度が変化する場合であっても、回転体の回転角度をより高い精度で記録可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
幾つかの実施形態に係る波形測定器は、
（１）回転体が１回転するたびにセンサーから信号を入力する入力部と、
前記入力部が第１信号を入力してから、当該第１信号の次の前記信号である第２信号を入力するまでの時間である第１回転周期と、前記入力部が前記第２信号を入力してから、当該第２信号の次の前記信号である第３信号を入力するまでの時間である第２回転周期と、に基づいて、前記回転体の回転初速度及び角加速度を算出する演算部と、
前記算出された回転初速度及び角加速度に基づき算出された前記回転体の角度を記憶部に記憶させるメモリコントローラと、
を備える。
（１）回転体が１回転するたびにセンサーから信号を入力する入力部と、
前記入力部が第１信号を入力してから、当該第１信号の次の前記信号である第２信号を入力するまでの時間である第１回転周期と、前記入力部が前記第２信号を入力してから、当該第２信号の次の前記信号である第３信号を入力するまでの時間である第２回転周期と、に基づいて、前記回転体の回転初速度及び角加速度を算出する演算部と、
前記算出された回転初速度及び角加速度に基づき算出された前記回転体の角度を記憶部に記憶させるメモリコントローラと、
を備える。
【0007】
このように、波形測定器は、第２回転周期だけでなく、第１回転周期も利用して回転体の回転初速度及び角加速度を算出し、この回転初速度及び角加速度に基づき算出された回転体の角度を算出する。したがって、波形測定器は、回転体の回転速度が変化する場合であっても、回転体の角加速度を反映して、回転体の回転角度をより高い精度で記録することが可能である。
【0008】
一実施形態において、
（２）（１）の波形測定器において、
前記入力部が前記信号を入力してから、当該信号の次の前記信号を入力するまでの時間である回転周期を算出する計数部と、
前記計数部により算出された、前記入力部が前記第１信号を入力してから前記第２信号を入力するまでの時間である前記第１回転周期を保存する保存部と、
を更に備え、
前記演算部は、前記計数部により算出された、前記入力部が前記第２信号を入力してから前記第３信号を入力するまでの時間である前記第２回転周期と、前記保存部に保存された前記第１回転周期とに基づいて、前記回転体の回転初速度及び角加速度を算出してもよい。
（２）（１）の波形測定器において、
前記入力部が前記信号を入力してから、当該信号の次の前記信号を入力するまでの時間である回転周期を算出する計数部と、
前記計数部により算出された、前記入力部が前記第１信号を入力してから前記第２信号を入力するまでの時間である前記第１回転周期を保存する保存部と、
を更に備え、
前記演算部は、前記計数部により算出された、前記入力部が前記第２信号を入力してから前記第３信号を入力するまでの時間である前記第２回転周期と、前記保存部に保存された前記第１回転周期とに基づいて、前記回転体の回転初速度及び角加速度を算出してもよい。
【0009】
このように、波形測定器は、計数部及び保存部を備え、第１回転周期を保存部に保存して当該第１回転周期に基づき回転体の回転初速度及び角加速度を算出する。したがって、波形測定器は、保存部を参照して、回転体の回転初速度及び角加速度を算出することが可能である。
【0010】
一実施形態において、
（３）（２）の波形測定器において、
予め定められたサンプリング周期でサンプリングタイミング信号を出力するタイミング発生部を更に備え、
前記計数部は、前記入力部が前記信号を入力してから、当該信号の次の前記信号を入力するまでの間に、前記タイミング発生部が出力した前記サンプリングタイミング信号の個数により、前記回転周期を算出してもよい。
（３）（２）の波形測定器において、
予め定められたサンプリング周期でサンプリングタイミング信号を出力するタイミング発生部を更に備え、
前記計数部は、前記入力部が前記信号を入力してから、当該信号の次の前記信号を入力するまでの間に、前記タイミング発生部が出力した前記サンプリングタイミング信号の個数により、前記回転周期を算出してもよい。
【0011】
このように、波形測定器は、サンプリングタイミング信号の個数により回転周期を算出するため、簡易な構成により実現することが可能である。
【0012】
一実施形態において、
（４）（３）の波形測定器において、
前記演算部により算出された前記回転初速度に対して前記角加速度を積算して、前記回転体の回転速度を算出する第１積算部と、
前記第１積算部により算出された前記回転体の前記回転速度を積算して、前記回転体の角度を算出する第２積算部と、
を更に備え、
前記メモリコントローラは、前記第２積算部により算出された前記回転体の角度を前記記憶部に記憶させてもよい。
（４）（３）の波形測定器において、
前記演算部により算出された前記回転初速度に対して前記角加速度を積算して、前記回転体の回転速度を算出する第１積算部と、
前記第１積算部により算出された前記回転体の前記回転速度を積算して、前記回転体の角度を算出する第２積算部と、
を更に備え、
前記メモリコントローラは、前記第２積算部により算出された前記回転体の角度を前記記憶部に記憶させてもよい。
【0013】
このように、波形測定器は、角加速度を積算して回転速度を算出する第１積算部、及び、回転速度を積算して回転体の角度を算出する第２積算部を備えるため、簡易な構成により回転体の角度を高速に計算することが可能である。
【0014】
一実施形態において、
（５）（４）の波形測定器において、
前記第１積算部は、
前記入力部が前記信号を入力したことに応じて、前記演算部により算出された前記回転初速度により、当該第１積算部の積算値を初期化し、
前記タイミング発生部が前記サンプリングタイミング信号を出力したことに応じて、前記第１積算部の積算値に対して、前記演算部により算出された前記角加速度に前記サンプリング周期を乗じた値を加算し、
前記第２積算部は、
前記入力部が前記信号を入力したことに応じて、値０により、当該第２積算部の積算値を初期化し、
前記タイミング発生部が前記サンプリングタイミング信号を出力したことに応じて、前記第２積算部の積算値に対して、前記第１積算部の前記積算値に前記サンプリング周期を乗じた値を加算してもよい。
（５）（４）の波形測定器において、
前記第１積算部は、
前記入力部が前記信号を入力したことに応じて、前記演算部により算出された前記回転初速度により、当該第１積算部の積算値を初期化し、
前記タイミング発生部が前記サンプリングタイミング信号を出力したことに応じて、前記第１積算部の積算値に対して、前記演算部により算出された前記角加速度に前記サンプリング周期を乗じた値を加算し、
前記第２積算部は、
前記入力部が前記信号を入力したことに応じて、値０により、当該第２積算部の積算値を初期化し、
前記タイミング発生部が前記サンプリングタイミング信号を出力したことに応じて、前記第２積算部の積算値に対して、前記第１積算部の前記積算値に前記サンプリング周期を乗じた値を加算してもよい。
【0015】
このように、波形測定器の第１積算部及び第２積算部は、サンプリング周期に応じて数値を積算する処理を行うため、簡易な構成により回転体の角度を高速に計算することが可能である。
【0016】
一実施形態において、
（６）（４）又は（５）の波形測定器において、
前記演算部が算出した前記角加速度の移動平均を算出するローパスフィルタを更に備え、
前記第１積算部は、前記ローパスフィルタにより算出された前記角加速度の移動平均に基づき、前記回転体の回転速度を算出してもよい。
（６）（４）又は（５）の波形測定器において、
前記演算部が算出した前記角加速度の移動平均を算出するローパスフィルタを更に備え、
前記第１積算部は、前記ローパスフィルタにより算出された前記角加速度の移動平均に基づき、前記回転体の回転速度を算出してもよい。
【0017】
このように、波形測定器は、ローパスフィルタを通過した角加速度の移動平均に基づき回転体の回転速度を算出するため、雑音を除外して、回転体の角度を高い精度で記録することが可能である。
【0018】
一実施形態において、
（７）（１）から（６）のいずれかの波形測定器において、
前記回転体の角度の変化を示すグラフを作成して、表示部に表示させる、波形作成部を更に備えてもよい。
（７）（１）から（６）のいずれかの波形測定器において、
前記回転体の角度の変化を示すグラフを作成して、表示部に表示させる、波形作成部を更に備えてもよい。
【0019】
このような構成によれば、波形測定器のユーザは、波形測定器が記録した回転体の角度の変化を視覚的に確認することが可能である。
【0020】
幾つかの実施形態に係る波形測定方法は、
（８）波形測定器の波形測定方法であって、
入力部が、回転体が１回転するたびにセンサーから信号を入力する工程と、
演算部が、前記入力部が第１信号を入力してから、当該第１信号の次の前記信号である第２信号を入力するまでの時間である第１回転周期と、前記入力部が前記第２信号を入力してから、当該第２信号の次の前記信号である第３信号を入力するまでの時間である第２回転周期と、に基づいて、前記回転体の回転初速度及び角加速度を算出する工程と、
メモリコントローラが、前記算出された回転初速度及び角加速度に基づき算出された前記回転体の角度を記憶部に記憶させる工程と、
を含む。
（８）波形測定器の波形測定方法であって、
入力部が、回転体が１回転するたびにセンサーから信号を入力する工程と、
演算部が、前記入力部が第１信号を入力してから、当該第１信号の次の前記信号である第２信号を入力するまでの時間である第１回転周期と、前記入力部が前記第２信号を入力してから、当該第２信号の次の前記信号である第３信号を入力するまでの時間である第２回転周期と、に基づいて、前記回転体の回転初速度及び角加速度を算出する工程と、
メモリコントローラが、前記算出された回転初速度及び角加速度に基づき算出された前記回転体の角度を記憶部に記憶させる工程と、
を含む。
【0021】
このように、波形測定方法は、第２回転周期だけでなく、第１回転周期も利用して回転体の回転初速度及び角加速度を算出し、この回転初速度及び角加速度に基づき算出された回転体の角度を算出する。したがって、波形測定方法によれば、回転体の回転速度が変化する場合であっても、回転体の角加速度を反映して、回転体の回転角度をより高い精度で記録することが可能である。
【0022】
一実施形態において、
（９）（８）の波形測定方法において、
計数部が、前記入力部が前記信号を入力してから、当該信号の次の前記信号を入力するまでの時間である回転周期を算出する工程と、
保存部が、前記計数部により算出された、前記入力部が前記第１信号を入力してから前記第２信号を入力するまでの時間である前記第１回転周期を保存する工程と、
を更に含み、
前記演算部は、前記計数部により算出された、前記入力部が前記第２信号を入力してから前記第３信号を入力するまでの時間である前記第２回転周期と、前記保存部に保存された前記第１回転周期とに基づいて、前記回転体の回転初速度及び角加速度を算出してもよい。
（９）（８）の波形測定方法において、
計数部が、前記入力部が前記信号を入力してから、当該信号の次の前記信号を入力するまでの時間である回転周期を算出する工程と、
保存部が、前記計数部により算出された、前記入力部が前記第１信号を入力してから前記第２信号を入力するまでの時間である前記第１回転周期を保存する工程と、
を更に含み、
前記演算部は、前記計数部により算出された、前記入力部が前記第２信号を入力してから前記第３信号を入力するまでの時間である前記第２回転周期と、前記保存部に保存された前記第１回転周期とに基づいて、前記回転体の回転初速度及び角加速度を算出してもよい。
【0023】
このように、波形測定方法は、計数部及び保存部を備え、第１回転周期を保存部に保存して当該第１回転周期に基づき回転体の回転初速度及び角加速度を算出する。したがって、波形測定方法によれば、保存部を参照して、回転体の回転初速度及び角加速度を算出することが可能である。
【0024】
一実施形態において、
（１０）（９）の波形測定方法において、
タイミング発生部が、予め定められたサンプリング周期でサンプリングタイミング信号を出力する工程を更に含み、
前記計数部は、前記入力部が前記信号を入力してから、当該信号の次の前記信号を入力するまでの間に、前記タイミング発生部が出力した前記サンプリングタイミング信号の個数により、前記回転周期を算出してもよい。
（１０）（９）の波形測定方法において、
タイミング発生部が、予め定められたサンプリング周期でサンプリングタイミング信号を出力する工程を更に含み、
前記計数部は、前記入力部が前記信号を入力してから、当該信号の次の前記信号を入力するまでの間に、前記タイミング発生部が出力した前記サンプリングタイミング信号の個数により、前記回転周期を算出してもよい。
【0025】
このように、波形測定方法は、サンプリングタイミング信号の個数により回転周期を算出するため、簡易な構成により実現することが可能である。
【0026】
一実施形態において、
（１１）（１０）の波形測定方法において、
第１積算部が、前記演算部により算出された前記回転初速度に対して前記角加速度を積算して、前記回転体の回転速度を算出する工程と、
第２積算部が、前記第１積算部により算出された前記回転体の前記回転速度を積算して、前記回転体の角度を算出する工程と、
を更に含み、
前記メモリコントローラは、前記第２積算部により算出された前記回転体の角度を前記記憶部に記憶させてもよい。
（１１）（１０）の波形測定方法において、
第１積算部が、前記演算部により算出された前記回転初速度に対して前記角加速度を積算して、前記回転体の回転速度を算出する工程と、
第２積算部が、前記第１積算部により算出された前記回転体の前記回転速度を積算して、前記回転体の角度を算出する工程と、
を更に含み、
前記メモリコントローラは、前記第２積算部により算出された前記回転体の角度を前記記憶部に記憶させてもよい。
【0027】
このように、波形測定方法は、角加速度を積算して回転速度を算出する第１積算部、及び、回転速度を積算して回転体の角度を算出する第２積算部を備えるため、簡易な構成により回転体の角度を高速に計算することが可能である。
【0028】
一実施形態において、
（１２）（１１）の波形測定方法において、
前記第１積算部は、
前記入力部が前記信号を入力したことに応じて、前記演算部により算出された前記回転初速度により、当該第１積算部の積算値を初期化し、
前記タイミング発生部が前記サンプリングタイミング信号を出力したことに応じて、前記第１積算部の積算値に対して、前記演算部により算出された前記角加速度に前記サンプリング周期を乗じた値を加算し、
前記第２積算部は、
前記入力部が前記信号を入力したことに応じて、値０により、当該第２積算部の積算値を初期化し、
前記タイミング発生部が前記サンプリングタイミング信号を出力したことに応じて、前記第２積算部の積算値に対して、前記第１積算部の前記積算値に前記サンプリング周期を乗じた値を加算してもよい。
（１２）（１１）の波形測定方法において、
前記第１積算部は、
前記入力部が前記信号を入力したことに応じて、前記演算部により算出された前記回転初速度により、当該第１積算部の積算値を初期化し、
前記タイミング発生部が前記サンプリングタイミング信号を出力したことに応じて、前記第１積算部の積算値に対して、前記演算部により算出された前記角加速度に前記サンプリング周期を乗じた値を加算し、
前記第２積算部は、
前記入力部が前記信号を入力したことに応じて、値０により、当該第２積算部の積算値を初期化し、
前記タイミング発生部が前記サンプリングタイミング信号を出力したことに応じて、前記第２積算部の積算値に対して、前記第１積算部の前記積算値に前記サンプリング周期を乗じた値を加算してもよい。
【0029】
このように、波形測定方法においては、第１積算部及び第２積算部が、サンプリング周期に応じて数値を積算する処理を行うため、簡易な構成により回転体の角度を高速に計算することが可能である。
【0030】
一実施形態において、
（１３）（１１）又は（１２）の波形測定方法において、
ローパスフィルタが、前記演算部が算出した前記角加速度の移動平均を算出する工程を更に含み、
前記第１積算部は、前記ローパスフィルタにより算出された前記角加速度の移動平均に基づき、前記回転体の回転速度を算出してもよい。
（１３）（１１）又は（１２）の波形測定方法において、
ローパスフィルタが、前記演算部が算出した前記角加速度の移動平均を算出する工程を更に含み、
前記第１積算部は、前記ローパスフィルタにより算出された前記角加速度の移動平均に基づき、前記回転体の回転速度を算出してもよい。
【0031】
このように、波形測定方法は、ローパスフィルタを通過した角加速度の移動平均に基づき回転体の回転速度を算出するため、雑音を除外して、回転体の角度を高い精度で記録することが可能である。
【0032】
一実施形態において、
（１４）（８）から（１３）のいずれかの波形測定方法において、
波形作成部が、前記回転体の角度の変化を示すグラフを作成して、表示部に表示させる工程を更に含んでもよい。
（１４）（８）から（１３）のいずれかの波形測定方法において、
波形作成部が、前記回転体の角度の変化を示すグラフを作成して、表示部に表示させる工程を更に含んでもよい。
【0033】
このような構成によれば、ユーザは、波形測定方法により記録した回転体の角度の変化を視覚的に確認することが可能である。
【発明の効果】
【0034】
本開示の一実施形態によれば、回転体の回転速度が変化する場合であっても、回転体の回転角度をより高い精度で記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】比較例に係る波形測定器の構成を示すブロック図である。
【図2】比較例に係る波形測定器の動作を説明する図である。
【図3】比較例に係る波形測定器の動作の問題を説明する図である。
【図4】一実施形態に係る波形測定器の構成例を示すブロック図である。
【図5】等角加速度運動を行う回転体の角速度の変化を示す図である。
【図6】一実施形態に係る波形測定器の動作例を示すタイミングチャートである。
【図7】一実施形態に係る波形測定器の動作例を示すフローチャートである。
【図8A】一実施形態に係る波形測定器の演算結果の表示例を示す図である。
【図8B】一実施形態に係る波形測定器の演算結果の表示例を示す図である。
【図9】一実施形態に係る波形測定器の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0036】
＜比較例＞
図１は、比較例に係る波形測定器９の構成を示すブロック図である。波形測定器９は、モータ等の回転体に取り付けられた１回転あたり１パルスを出力するセンサーからのセンサー信号をもとに、回転体の回転角度を予測し、回転角度をリアルタイムに記録する。波形測定器９は、入力アンプ８１、Ａ／Ｄ（Analog-to-Digital）変換部８２、インターフェース部８３、タイミング発生部８４、メモリコントローラ８５、メモリ８６、波形作成部８７、表示部８８、エッジ検出部８９、計数部９０、演算部９１、及び、積算部９２を備える。
図１は、比較例に係る波形測定器９の構成を示すブロック図である。波形測定器９は、モータ等の回転体に取り付けられた１回転あたり１パルスを出力するセンサーからのセンサー信号をもとに、回転体の回転角度を予測し、回転角度をリアルタイムに記録する。波形測定器９は、入力アンプ８１、Ａ／Ｄ（Analog-to-Digital）変換部８２、インターフェース部８３、タイミング発生部８４、メモリコントローラ８５、メモリ８６、波形作成部８７、表示部８８、エッジ検出部８９、計数部９０、演算部９１、及び、積算部９２を備える。
【0037】
入力アンプ８１は、モータ等の回転体に取り付けられたセンサーから回転体が１回転するたびに１パルスのセンサー信号を入力する。入力アンプ８１は、入力されたセンサー信号を増幅して正規化し、Ａ／Ｄ変換部８２へ出力する。
【0038】
Ａ／Ｄ変換部８２は、入力アンプ８１から入力されたセンサー信号をデジタル化する。Ａ／Ｄ変換部８２は、デジタル化されたセンサー信号をインターフェース部８３へ出力する。Ａ／Ｄ変換部８２は、タイミング発生部８４から入力されるサンプリングタイミング信号のタイミングに合わせて動作する。
【0039】
インターフェース部８３は、デジタル化されたセンサー信号をメモリコントローラ８５及びエッジ検出部８９へ出力する。インターフェース部８３は、タイミング発生部８４から入力されるサンプリングタイミング信号のタイミングに合わせて動作する。
【0040】
タイミング発生部８４は、予め定められた一定の時間周期（サンプリング周期）でサンプリングタイミング信号を生成し、Ａ／Ｄ変換部８２、インターフェース部８３、及び、メモリコントローラ８５へ出力する。
【0041】
メモリコントローラ８５は、インターフェース部８３から入力されたデジタル化されたセンサー信号、及び、後述する積算部９２から入力された角度推定値をメモリ８６に記憶させる。メモリコントローラ８５は、タイミング発生部８４から入力されるサンプリングタイミング信号のタイミングに合わせて動作する。
【0042】
メモリ８６は、インターフェース部８３から入力されたセンサー信号、及び、後述する積算部９２から入力された角度推定値を記憶する。
【0043】
波形作成部８７は、メモリ８６からセンサー信号及び角度推定値を読み出して波形を作成する。波形作成部８７は、センサー信号及び角度推定値の波形を表示部８８へ出力する。
【0044】
表示部８８は、センサー信号及び角度推定値の波形を表示する。
【0045】
エッジ検出部８９は、センサー信号のエッジ（パルス）を検出する。例えば、エッジ検出部８９は、センサー信号のＨエッジを検出する。エッジ検出部８９は、エッジの検出に応じて、エッジを検出したことを計数部９０及び積算部９２に通知する。換言すると、エッジ検出部８９は、回転体が１回転する毎にエッジ検出を計数部９０及び積算部９２に通知する。
【0046】
計数部９０は、前回のエッジ検出から今回のエッジ検出までの間にタイミング発生部８４が出力したサンプリングタイミング信号の個数（以下「サンプリング数」と称する。）を計数する。計数部９０は、エッジ区間のサンプリング数を演算部９１へ出力する。
【0047】
演算部９１は、３６０deg（度）をサンプリング数で除算して、互いに時間的に隣接するサンプリングタイミング信号の間隔当たりの回転体の回転角度Δθを算出する。演算部９１は、算出したサンプリング間隔当たりの回転角度Δθを積算部９２へ出力する。
【0048】
積算部９２は、演算部９１から入力されたサンプリング間隔当たりの回転角度Δθの値の積算値を保持する。積算部９２は、エッジ検出部８９からエッジが通知されると、積算値を０で初期化する。したがって、積算部９２は、回転体に取り付けられたセンサーからセンサー信号を受信してからの回転体の回転角度に相当する角度推定値を積算値として保持する。積算部９２は、タイミング発生部８４が生成するサンプリングタイミング信号と同期して角度推定値をメモリコントローラ８５へ出力する。
【0049】
前述のように、波形測定器９は、モータ等の回転体に取り付けられた１回転あたり１パルスを出力するセンサーからのセンサー信号をもとに、回転体の回転角度を予測し、回転角度をリアルタイムに記録する。ここで、センサーは１回転につき１パルスしか信号を出力しないため、波形測定器９は、１回転あたり１パルスの信号を内挿処理して、角度を推定する。このような、回転体が１回転する毎に１パルスを出力するようなセンサーからのセンサー信号をもとに角度を算出する処理について、図２を参照して説明する。
【0050】
図２は、比較例に係る波形測定器９の動作を説明する図である。図２において、「サンプリングタイミング」は、タイミング発生部８４が出力するサンプリングタイミング信号を示す。図２において、サンプリングタイミング信号の周期であるサンプリング周期はΔｔである。「センサー信号」は、回転体に取り付けられたセンサー信号（パルス信号）を示す。図２において、時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・にパルス信号が入力されている。「角度演算結果」は、積算部９２が保持する角度推定値（積算値）を示す。
【0051】
モータ等の回転体が一定回転速で回転している場合、波形測定器９は、一定の回転周期Ｔrotで、センサーからセンサー信号を入力する。波形測定器９は、Ｔ１－Ｔ２間の周期Ｔrotを測定し、回転周期Ｔrot中のサンプリング個数Ｎrotを計数する。サンプリング周期Δｔは、波形測定器９側で予め設定された一定値である。ここで、Ｎrot＝Ｔrot／Δｔである。例えば、サンプリング周期Δｔが１０ｕｓｅｃのとき、回転周期Ｔrotが１０ｍｓｅｃであれば、サンプリング個数Ｎrotは、１０００個となる。前述のように、波形測定器９の演算部９１は、１サンプリング周期Δｔ間に回転体が回転する角度Δθを、Δθ＝３６０deg／Ｎrotにより計算する。例えば、サンプリング個数Ｎrot＝１０００個であれば、Δθ＝３６０／１０００＝０．３６０degとなる。波形測定器９は、時刻Ｔ２においてセンサーからセンサー信号が入力されたときから、サンプリング周期ΔｔごとにΔθを積算部９２において積算し、その積算値を角度推定値として表示部８８に表示する。このような動作により、波形測定器９は、１周期前のセンサーからの信号の周期（回転周期）を参照値として、サンプリングごとに積算値を角度推定値として表示部８８に表示する。
【0052】
上記のように、比較例に係る波形測定器９、１周期前の区間周期（回転周期）をもとに角度を推定しているので、回転速度が一定である場合は、ほぼ正確にサンプリングタイミングごとに角度推定を行うことができる。しかしながら、１周期ごとに回転周期が変化するような場合において、波形測定器９においてはズレが生じ角度誤差が発生する。図３は、比較例に係る波形測定器９の動作の問題を説明する図である。例えば、図３のようにモータをある回転数から無負荷状態にして減速するような場合、１周期ごとにモータが１回転する回転周期が長くなっていく。このような場合、図３のように、一つ前の回転周期を利用することによる角度推定（角度演算）では、回転周期ごとにずれが発生することになる。
【0053】
このように、比較例に係る構成は、回転体の回転速度が変化する場合に、回転角度を高い精度で記録するという点で改善の余地があった。
【0054】
本開示は、回転体の回転速度が変化する場合であっても、回転体の回転角度をより高い精度で記録可能にすることを目的とする。具体的には、本開示の目的は、等角加速度運動中の回転体に取り付けられた１回転あたり１パルスを出力するようなセンサーのセンサー信号に基づき、角度推定をリアルタイムで精度良く行い、推定した角度を記録及び表示することにある。
【0055】
＜実施形態＞
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して説明する。各図面中、同一の構成又は機能を有する部分には、同一の符号を付している。本実施形態の説明において、同一の部分については、重複する説明を適宜省略又は簡略化する場合がある。
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して説明する。各図面中、同一の構成又は機能を有する部分には、同一の符号を付している。本実施形態の説明において、同一の部分については、重複する説明を適宜省略又は簡略化する場合がある。
【0056】
図４は、一実施形態に係る波形測定器１ａの構成例を示すブロック図である。以下、波形測定器１ａと、図９を参照して後述する波形測定器１ｂと、を併せて「波形測定器１」と称する場合がある。波形測定器１は、１周期前から現在までの回転周期だけでなく、２周期前から１周期前までの回転周期を用いて回転体の角加速度ａを算出し、角加速度ａに基づき角度推定値を算出する。したがって、波形測定器１によれば、回転体の回転速度が変化する場合であっても、回転体の回転角度をより高い精度で記録することが可能である。
【0057】
波形測定器１ａは、入力アンプ１１、Ａ／Ｄ変換部１２、インターフェース部１３、タイミング発生部１４、メモリコントローラ１５、メモリ１６、波形作成部１７、表示部１８、エッジ検出部１９、計数部２０、保存部２１、演算部２２、及び、積算部２３、２４を備える。
【0058】
入力部としての入力アンプ１１は、モータ等の回転体に取り付けられたセンサーから回転体が１回転するたびに１パルスのセンサー信号（第１信号、第２信号、第３信号）を入力する。入力アンプ１１は、入力されたセンサー信号を増幅して正規化し、Ａ／Ｄ変換部１２へ出力する。
【0059】
Ａ／Ｄ変換部１２は、入力アンプ１１から入力されたセンサー信号をデジタル化する。Ａ／Ｄ変換部１２は、デジタル化されたセンサー信号をインターフェース部１３へ出力する。Ａ／Ｄ変換部１２は、タイミング発生部１４から入力されるサンプリングタイミング信号のタイミングに合わせて動作する。
【0060】
インターフェース部１３は、デジタル化されたセンサー信号をメモリコントローラ１５及びエッジ検出部１９へ出力する。インターフェース部１３は、タイミング発生部１４から入力されるサンプリングタイミング信号のタイミングに合わせて動作する。
【0061】
タイミング発生部１４は、予め定められた一定の時間周期（サンプリング周期Δｔ）でサンプリングタイミング信号を生成し、Ａ／Ｄ変換部１２、インターフェース部１３、及び、メモリコントローラ１５へ出力する。以下、タイミング発生部１４が、サンプリングタイミング信号を出力するタイミングを「サンプリングタイミング」と称する場合がある。
【0062】
メモリコントローラ１５は、インターフェース部１３から入力されたデジタル化されたセンサー信号、及び、後述する積算部２４から入力された角度推定値をメモリ１６に記憶させる。メモリコントローラ１５は、タイミング発生部１４から入力されるサンプリングタイミング信号のタイミングに合わせて動作する。
【0063】
記憶部としてのメモリ１６は、インターフェース部１３から入力されたセンサー信号、及び、後述する積算部２４から入力された角度推定値を記憶する。メモリ１６は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、又は、磁気ハードディスク等の任意の記憶装置により構成してもよい。
【0064】
波形作成部１７は、メモリ１６からセンサー信号及び角度推定値を読み出して波形を作成する。波形作成部１７は、センサー信号及び角度推定値の波形を表示部１８へ出力する。
【0065】
表示部１８は、センサー信号及び角度推定値の波形を表示する。表示部１８は、例えば、液晶パネル又は有機ＥＬ（Electro-Luminescence）等の任意のディスプレイにより構成してもよい。
【0066】
エッジ検出部１９は、センサー信号のエッジ（パルス）を検出する。例えば、エッジ検出部１９は、センサー信号のＨエッジを検出する。エッジ検出部１９は、エッジの検出に応じて、エッジを検出したことを計数部２０、保存部２１、積算部２３、２４に通知する。換言すると、エッジ検出部１９は、回転体が１回転する毎にエッジ検出を計数部２０、保存部２１、積算部２３、２４に通知する。
【0067】
計数部２０は、前回のエッジ検出から今回のエッジ検出までの間にタイミング発生部１４が出力したサンプリングタイミング信号の個数（以下「サンプリング数」と称する。）を計数する。前述のように、サンプリングタイミング信号の間隔は予め定められているから、計数部２０が計数するサンプリング数は、回転体が１回転するのに要する時間に対応する。計数部２０は、エッジ区間のサンプリング数を回転体の回転周期として保存部２１及び演算部２２へ出力する。
【0068】
保存部２１は、エッジ検出部１９におけるエッジ検出に応じて、回転体の回転の２周期前から１周期前までの回転周期を保持する。保存部２１は、例えば、ＲＡＭ、ＳＳＤ、又は、磁気ハードディスク等の任意の記憶装置により構成してもよい。
【0069】
演算部２２は、エッジ検出部１９におけるエッジ検出に応じて、回転体の回転の、２周期前から１周期前までの回転周期、及び、１周期前から現在までの回転周期に基づいて、回転体の現在の角速度ｆ0（回転初速度）及び角加速度ａを算出する。演算部２２は、算出した角速度ｆ0及び角加速度ａを積算部２３へ出力する。
【0070】
第１積算部としての積算部２３は、エッジ検出部１９におけるエッジ検出に応じて、演算部２２から入力された角速度ｆ0に対して角加速度ａを積算して、回転体の角速度を算出する。積算部２３は、算出した角速度を積算部２４へ出力する。
【0071】
第２積算部としての積算部２４は、エッジ検出部１９におけるエッジ検出に応じて、積算部２３から入力された速度を積算して、角加速度ａを反映した回転体の角度推定値を算出する。積算部２４は、タイミング発生部１４が生成するサンプリングタイミング信号と同期して角度推定値をメモリコントローラ１５へ出力する。
【0072】
【0073】
図５において、横軸は時間を示し、縦軸は角速度を示す。図５は、回転体の角速度の時間変化により、回転体の運動を示している。Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２は回転体が１回転するたびにセンサーからセンサー信号（パルス信号）が入力されるタイミング（時刻）である。図５は、角加速度ａ（＞０）で回転体の角速度が減少している場合、すなわち、角加速度－ａ（＜０）で角速度が減少している場合を示している。Ｔ２以降の回転角度を推定するためには、時刻Ｔ２時点での角速度ｆ0、及び、角加速度ａがわかれば、以下の手順により求めることができる。時刻Ｔ２からのサンプリング周期ｎ回経過時点での角速度ｆnは、サンプリング周期をΔｔとすると（数１）により算出される。以下、回転体の角速度が一定の角加速度で減少する例を説明するが、角速度が増大する場合の動作も同様である。
【0074】
【数1】
【0075】
角度推定値angleは、角速度ｆnを時間積分したものとなるから、（数２）により算出される。
【0076】
【数2】
【0077】
積算部２３は、演算部２２において算出された角速度ｆ0及び角加速度ａを用いて（数１）により、角速度ｆnを算出する。積算部２４は、積算部２３が算出した角速度ｆnを（数２）に基づき積算して、回転体の角度を算出する。
【0078】
次に、演算部２２が、回転体が１回転に要した時間（回転周期）ｔ１（＝Ｔ１－Ｔ０）、ｔ２（＝Ｔ２－Ｔ１）から、ｆ0、ａを求める手法について説明する。ここで、第１回転周期としてのｔ１は、演算部２２が保存部２１から取得する、２周期前から１周期前までの回転周期に相当する。第２回転周期としてのｔ２は、演算部２２が計数部２０から取得する、１周期前から現在までの回転周期に相当する。回転体の角速度の時間積分値は、回転角度に相当する。したがって、図５においては、Ｔ１－Ｔ２期間の角加速度積分値、及び、Ｔ０－Ｔ１期間の角速度積分値の各々、すなわち、面積Ｓ２、及び、面積Ｓ１の各々は、１回転の角度（３６０deg）を表す。換言すると、あるセンサー信号（パルス信号）が入力されてから次のセンサー信号が入力されるまでの期間において、回転体は１回転する。よって、面積Ｓ２、及び、面積Ｓ１の各々は、１回転角度（３６０deg）に相当する。
【0079】
１回転角度を正規化して１とすると、台形の面積の公式により、面積Ｓ２について、（数３）が成立する。
【0080】
【数3】
【0081】
したがって、（数４）が成立する。
【0082】
【数4】
【0083】
同様に、面積Ｓ１についても、台形の面積の公式により、（数５）が成立する。
【0084】
【数5】
【0085】
したがって、（数６）が成立する。
【0086】
【数6】
【0087】
面積Ｓ２についての（数４）をａについて解くと（数７）が成立する。
【0088】
【数7】
【0089】
面積Ｓ１についての（数６）は（数８）のように変形することができる。
【0090】
【数8】
【0091】
（数７）を（数８）に代入すると（数９）のようになる。
【0092】
【数9】
【0093】
（数９）をｆ0について解くと、ｆ0と、ｔ１及びｔ２との関係式（数１０）が得られる。
【0094】
【数10】
【0095】
したがって、（数１０）により、ｔ１及びｔ２の値から角速度ｆ0を算出することができる。さらに、算出した角速度ｆ0の値、ｔ１、及び、ｔ２を（数７）に代入することにより、角加速度ａを算出することができる。前述のように、ｔ２は、計数部２０から出力される１周期前（時刻Ｔ１）から現在（時刻Ｔ２）までの回転周期に相当する。ｔ１は、保存部２１に保存される２周期前（時刻Ｔ０）から１周期前（時刻Ｔ１）までの回転周期に相当する。そこで、演算部２２は、計数部２０から入力されるｔ２、及び、保存部２１から入力されるｔ１を用いて、（数１０）と、（数７）とに基づき、初角速度ｆ0と角加速度ａを算出する。このように、２周期前までの回転周期を測定すれば、ｆ0とａを求めることができる。
【0096】
ｆ0とａが求まれば、（数１）及び（数２）を用いることにより、サンプリングタイミングごとの角度推定値を求めることができる。図４の構成において、積算部２３は、エッジ検出部１９がエッジを検出したことに応じて初期値をｆ0とするとともに、サンプリングタイミングごとに－ａ・Δｔを積算していく。換言すると、積算部２３は、パルス信号に当たるセンサー信号の受信に応じて、２周期前以降の回転周期（Ｔ１，Ｔ２）に基づき算出される角速度ｆ0で積算値を初期化するとともに、タイミング発生部１４のサンプリングタイミングごとに積算値からａ・Δｔ（ａ＞０）を減算していく。積算部２３は、サンプリングタイミングごとに積算値を積算部２４へ出力する。積算部２３の出力は、角速度に相当する。
【0097】
積算部２４は、エッジ検出部１９がエッジを検出したことに応じて初期値を０とするとともに、サンプリングタイミングごとに積算部２３から入力される角速度にサンプリング周期Δｔを乗じた値を積算する。積算部２４における積算値は、回転体の角度推定値に相当する。積算部２４は、この積算値を角度推定値として、メモリコントローラ１５を介してメモリ１６に記録させる。波形作成部１７は、メモリ１６に記録された角度推定値から波形を作成し、表示部１８に表示させる。
【0098】
【0099】
図６において、横軸は時間を示す。ａ１、ｂ１、ｃ１、・・・は、タイミング発生部１４がサンプリングタイミング信号を出力するサンプリングタイミング（サンプリング周期Δｔ）を示す。図６に示すように、計数部２０、保存部２１、演算部２２、及び、積算部２３、２４等は、隣接するサンプリングタイミングの間のタイミング（例えば、ａ２、ａ３、・・・、ｂ２、ｂ３、・・・、ｃ２、ｃ３、・・・等）に動作し得る。
【0100】
図６は、ａ１のサンプリングタイミングにおいて、エッジ検出部１９が、センサーからのセンサー信号の入力を検知した場合を示している。センサーからのセンサー信号の入力に応じて、ａ２において、計数部２０は、前区間の周期データ（サンプリング数）ｔ２を出力する。同時に、２周期前の周期データｔ１が、保存部２１に保存される。ｔ２及びｔ１は、演算部２２に入力される。演算部２２は、ａ３からａ４の期間において、ｔ２及びｔ１に基づき角速度ｆ0及び角加速度ａを算出している。ａ４以降、演算部２２は、算出した角速度ｆ0及び角加速度ａを積算部２３へ出力している。
【0101】
ａ５において、積算部２３及び積算部２４の初期化が行われる。なお、このａ１からａ５までの一連の処理（積算部２３、２４の初期化を含む。）までの動作が行われるのは、サンプリングタイミングにおいて、エッジ検出部１９が、センサー信号からのエッジを検出した場合のみである。ａ５において、積算部２３はｆ0に初期化され、積算部２４は０に初期化されている。
【0102】
次のサンプリングタイミングｂ１において、積算部２４の積算値が、メモリコントローラ１５を介してメモリ１６に格納される。ｂ１では、積算部２４の初期値０がメモリ１６に格納される。ｂ２において、積算部２４は、それまでに保持している積算値に、積算部２３の積算値ｆ0に対してΔｔを乗じたものｆ0・Δｔを加算する。これにより、ｂ２以降における、積算部２４の積算値はangle1＝ｆ0・Δｔとなる。angle1は、サンプリング周期Δｔ後の角度推定値に相当する。図６に示すように、次のサンプリングタイミングｃ１において、angle1は、メモリコントローラ１５を介して、メモリ１６に格納される。
【0103】
ｂ３において、積算部２３は、それまでに保持している積算値ｆ0に対して、－ａ・Δｔを加算する。換言すると、積算部２３は、それまでの積算値ｆ0からａ・Δｔを減算する。これにより、ｂ３以降における、積算部２３の積算値はｆ1＝ｆ0－ａ・Δｔとなる。
【0104】
以下、波形測定器１は、以下、同様の処理を繰り返す。すなわち、ｃ２では、積算部２４の積算値（angle1）に対して積算部２３の積算値ｆ1にΔｔを乗じたものｆ1Δｔを加算する。この加算結果は、angle2（＝angle1＋ｆ1Δｔ）となり、ａ１のセンサー信号に応じて開始したサンプリングの２Δｔ後の角度推定値となる。ｃ３では、積算部２３の積算値(ｆ1)から、ａ・Δｔを減算される。すなわち、積算部２３の積算値はｆ2＝ｆ1－ａ・Δｔとなる。
【0105】
図７は、一実施形態に係る波形測定器１の動作例を示すフローチャートである。図７の各ステップは図４に示した各構成要素が実行するが、図７の各ステップの少なくとも一部を汎用的なプロセッサ（例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit））が実行してもよい。図７を参照して説明する波形測定器１の動作は波形測定器１の波形測定方法の一つに相当してもよい。波形測定器１は、ステップＳ１～Ｓ１０の処理を、タイミング発生部１４がサンプリングタイミング信号を出力するサンプリングタイミングごとに繰り返し実行する。
【0106】
ステップＳ１において、メモリコントローラ１５は、積算部２４の積算値をメモリ１６に保存する。具体的には、メモリコントローラ１５は、積算部２４から出力される積算部２４の積算値を取得し、その積算値をメモリ１６に保存させる。
【0107】
ステップＳ２において、エッジ検出部１９がセンサー信号のエッジを検出したか否かを判定する。波形測定器１は、エッジを検出した場合（ステップＳ２でＹＥＳ）はステップＳ３へ進み、そうでない場合（ステップＳ２でＮＯ）はステップＳ９へ進む。
【0108】
ステップＳ３において、計数部２０は、前回のセンサー信号の入力に応じて算出したセンサー信号間の回転周期ｔ１を保存部２１に保存する。保存部２１に保存される回転周期ｔ１は、２周期前から１周期前までの回転周期に相当する。前述のように、センサー信号間の回転周期は、サンプリング周期の個数により表されてもよい。
【0109】
ステップＳ４において、計数部２０は、前回のセンサー信号の入力からステップＳ２でエッジを検出した今回のセンサー信号の入力までに計測したサンプリング周期の個数を、１周期前から現在までの回転周期ｔ２として算出する。計数部２０は、次のサンプリング信号の入力まで、回転周期ｔ２を保持する。
【0110】
ステップＳ５において、演算部２２は、保存部２１に保存された回転周期ｔ１、及び、計数部２０が算出した回転周期ｔ２を用いて、角速度ｆ0及び角加速度ａを算出する。演算部２２は、（数１０）と、（数７）とに基づき、角速度ｆ0と角加速度ａを算出してもよい。演算部２２は、算出した角速度ｆ0及び角加速度ａを積算部２３へ出力する。
【0111】
ステップＳ６において、積算部２３は、保持する積算値をｆ0で初期化する。
【0112】
ステップＳ７において、積算部２４は、保持する積算値を０で初期化する。ステップＳ７の処理を終えると、波形測定器１は、フローチャートの処理を終了し、次のサンプリングタイミングにおいてステップＳ１から処理を再開する。
【0113】
ステップＳ８において、積算部２４は、積算部２３から積算値を取得し、取得した積算部２３の積算値にΔｔを乗じた値を積算部２４の積算値に加算する。
【0114】
ステップＳ９において、積算部２３は、保持する積算値からａΔｔを減算する。ステップＳ９の処理を終えると、波形測定器１は、フローチャートの処理を終了し、次のサンプリングタイミングにおいてステップＳ１から処理を再開する。
【0115】
なお、上述の例では、測定対象の回転体の角速度が角加速度ａ（＞０）で減少している例を説明したが、回転体の角速度が角加速度ａ（＞０）で増大する場合も同様である。角速度が角加速度ａ（＞０）で増大する場合、ステップＳ９において、積算部２３は、保持する積算値をａΔｔだけ増分する。換言すると、回転体の角速度が増大する場合は角加速度ａ＞０、角速度が減少する場合は角加速度ａ＜０とすれば、角速度の増減にかかわらず、ステップＳ９において、積算部２３は、保持する積算値をａΔｔだけ増分する。
【0116】
前述の説明においては、１回転した場合の回転角度を正規化した値１に対応付けた。したがって、積算部２４での積算演算結果において、１回転した場合の角度は１となる。回転を３６０（degree）又は２π（ラジアン）に対応付けて回転角の結果を出力する場合、前述の１回転を値１に対応付けた結果（積算部２４の積算値）に対して値３６０又は２πを係数として乗ずる必要がある。
【0117】
上記構成は、回転体の角速度が一定の場合、すなわち、等角速度の場合でも適用することができる。等角速度の場合は、ｔ１＝ｔ２となる。ｔ１＝ｔ２の時、ｔ１にｔ２を代入し計算すると、（数１０）により、ｆ0＝１／ｔ２となる。この場合、（数７）によりａ＝０となる。これは、角加速度が０であり、回転体は一定速度で回転していることを意味する。したがって、等角速度の場合でも、本方式で同様に角度推定が行うことが可能である。
【0118】
以上のように、波形測定器１は、２周期前までの回転周期を用いて、初速度ｆ0と角加速度ａを求めることにより、サンプリング周期ごとの角速度を算出するので、等角加速度状態の回転体の角度を正確に推定することができる。
【0119】
図８Ａ及び図８Ｂは、一実施形態に係る波形測定器１の演算結果の表示例を示す図である。図８Ａ及び図８Ｂはいずれも等角加速度で回転する回転体についての、サンプリング信号、回転速度、並びに、波形測定器９及び波形測定器１による角度推定値の時間変化を示している。図８Ａ及び図８Ｂにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は振幅を示している。図８Ｂは、図８Ａのある期間を時間方向に拡大したグラフを示している。
【0120】
図８Ａ及び図８Ｂにおいて、グラフ１０１は、センサー信号を示している。例えば、グラフ１０１が０から１へ変化しているタイミングは、回転体が１回転してパルス信号を受信した場合に対応する。グラフ１０２は、回転体の角速度の変化を示している。図８Ａにおいて、グラフ１０２は、回転体の角速度が、ある初速度から時間経過とともに一定角加速度で減少し、一定時間経過後に初速度に戻るという変化を繰り返している様子を示している。図８Ｂは、回転体の角速度が一定角加速度で減少している期間を時間方向に拡大して表示している。
【0121】
図８Ａ及び図８Ｂにおいて、グラフ１０３は、比較例に係る波形測定器９による回転体の角度推定値の変化を示している。グラフ１０４は、本実施形態に係る波形測定器１による回転体の角度推定値の変化を示している。図８Ｂのグラフ１０３から明らかなように、比較例に係る波形測定器９は、角速度の変化に対応していないため、回転周期の後半において角度推定値が３６０degで一定となっており、角度誤差が生じている。ここで、図８Ｂにおいて、比較例に係る波形測定器９は、積算部９２の積算値が３６０degを超えた場合、角度推定値は３６０degとなるようなクリップ処理を行っている。これに対して、グラフ１０４から明らかなように、本実施形態に係る波形測定器１は、グラフ１０１の変化に同期して、回転体が１回転する場合の角度が正しく再現することができる。
【0122】
図４に例示した波形測定器１ａは一例であり、他の構成要素を追加したり、変形したりするなどしてもよい。一例として、波形測定器１ａに他の構成要素を追加した構成例を説明する。図９は、一実施形態に係る波形測定器１ｂの構成例を示すブロック図である。波形測定器１ｂは、図４に例示した波形測定器１ａの構成に加えて、更にローパスフィルタ２５を備える。
【0123】
ローパスフィルタ２５は、演算部２２が算出した角加速度ａの値から高周波成分を除去する処理を行う。実際の計測においては、モータの回転ムラ、及び、センサー出力に混入するノイズ等により、センサー信号のエッジの検出のタイミングが揺らぐ可能性がある。センサー出力の揺らぎにより、回転体の角度推定値に誤差が生じ得る。このようなセンサー出力の揺らぎに対して、ローパスフィルタ２５を追加することにより、回転体の角度推定値に関する演算結果を安定化させることが可能である。例えば、ローパスフィルタ２５は、複数の時点において算出された角加速度の移動平均を算出してもよい。
【0124】
なお、本実施形態において、波形測定器１は、１周期前から現在までの回転周期だけでなく、２周期前から１周期前までの回転周期を用いて回転体の角加速度ａを算出したが、更に３周期以前の回転周期を用いてもよい。例えば、波形測定器１は、３周期以前の回転周期を用いて角加速度の移動平均を算出することで、回転体の回転ムラ及びノイズ等に起因する雑音の影響を低減することが可能である。あるいは、波形測定器１は、３周期以前の回転周期を用いて角速度ａの時間変化を求め、当該時間変化を反映することで、回転体の角度推定値をより高い精度で記録することが可能である。
【0125】
本開示は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、ブロック図に記載の複数のブロックは統合されてもよいし、又は１つのブロックは分割されてもよい。フローチャートに記載の複数のステップは、記述に従って時系列に実行する代わりに、各ステップを実行する装置の処理能力に応じて、又は必要に応じて、並列的に又は異なる順序で実行されてもよい。その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。
【符号の説明】
【0126】
１ 波形測定器
１１ 入力アンプ
１２ Ａ／Ｄ変換部
１３ インターフェース部
１４ タイミング発生部
１５ メモリコントローラ
１６ メモリ
１７ 波形作成部
１８ 表示部
１９ エッジ検出部
２０ 計数部
２１ 保存部
２２ 演算部
２３、２４ 積算部
２５ ローパスフィルタ
９ 波形測定器（比較例）
８１ 入力アンプ
８２ Ａ／Ｄ変換部
８３ インターフェース部
８４ タイミング発生部
８５ メモリコントローラ
８６ メモリ
８７ 波形作成部
８８ 表示部
８９ エッジ検出部
９０ 計数部
９１ 演算部
９２ 積算部
１０１～１０４ グラフ
１１ 入力アンプ
１２ Ａ／Ｄ変換部
１３ インターフェース部
１４ タイミング発生部
１５ メモリコントローラ
１６ メモリ
１７ 波形作成部
１８ 表示部
１９ エッジ検出部
２０ 計数部
２１ 保存部
２２ 演算部
２３、２４ 積算部
２５ ローパスフィルタ
９ 波形測定器（比較例）
８１ 入力アンプ
８２ Ａ／Ｄ変換部
８３ インターフェース部
８４ タイミング発生部
８５ メモリコントローラ
８６ メモリ
８７ 波形作成部
８８ 表示部
８９ エッジ検出部
９０ 計数部
９１ 演算部
９２ 積算部
１０１～１０４ グラフ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】