| 【発明の名称】 |
電流測定装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】江浦 文昭
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| 【要約】 |
【課題】定常時の電流を精度良く測定し、なおかつ雷撃電流などの大電流をも測定可能とするためには、幅広い計測範囲を有するＡ／Ｄ変換器が必要となる。
【解決手段】ロゴスキーコイル２で検出した信号を入力調整回路で適正な値に調整した後、ＡＧＣアンプ４である一定の範囲の値となるように圧縮し、第一のＡ／Ｄ変換器５で飽和することなくアナログ／デジタル変換すると共に、ＡＧＣアンプ４からの利得情報をも第二のＡ／Ｄ変換器６でデジタル変換し、双方をマイクロコンピュータ７でソフトウェア演算して正確な測定を行い、表示器８で表示する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 測定対象となる導体に取り付けられ、導体に流れる電流を検出するロゴスキーコイル、このロゴスキーコイルの出力をアナログ値からデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部、このＡ／Ｄ変換部の出力を処理するマイクロコンピュータ、およびこのマイクロコンピュータの出力を電流値として表示する表示器を備えた電流測定装置において、上記Ａ／Ｄ変換部は、入力信号の大きさを圧縮した後にアナログ／デジタル変換する機能を有し、かつ、上記マイクロコンピュータは、上記Ａ／Ｄ変換部の出力を圧縮前の値に戻す処理を行うようにしたことを特徴とする電流測定装置。
【請求項２】 Ａ／Ｄ変換部は、入力信号の利得制御を行う自動利得調整アンプ（以下ＡＧＣアンプ）と、このＡＧＣアンプの出力をアナログ／デジタル変換してマイクロコンピュータに出力する第一のＡ／Ｄ変換器と、ＡＧＣアンプの利得制御信号をアナログ／デジタル変換して上記マイクロコンピュータに出力する第二のＡ／Ｄ変換器とを有し、上記マイクロコンピュータは、上記第二のＡ／Ｄ変換器の出力を用いて第一のＡ／Ｄ変換器の出力を利得制御前の値に戻す処理を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の電流測定装置。
【請求項３】 Ａ／Ｄ変換部は、入力信号を対数関数演算して出力するログアンプと、その出力をアナログ／デジタル変換してマイクロコンピュータに出力するＡ／Ｄ変換器とを有することを特徴とする請求項１記載の電流測定装置。
【請求項４】 Ａ／Ｄ変換部は、入力信号とあらかじめ設定されたしきい値とを比較するコンパレータと、このコンパレータの出力により利得が切り換えられる利得切換アンプと、この利得切換アンプの出力をアナログ／デジタル変換してマイクロコンピュータに出力するＡ／Ｄ変換器とを有し、上記マイクロコンピュータは上記コンパレータの出力を用いてＡ／Ｄ変換部からの出力を利得切換前の値に戻す処理を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の電流測定装置。
【請求項５】 Ａ／Ｄ変換部は、入力信号を直接アナログ／デジタル変換してマイクロコンピュータに出力する第一のＡ／Ｄ変換器と、上記入力信号にあらかじめ設定された乗数をかけて出力する利得調整アンプと、この利得調整アンプの出力をアナログ／デジタル変換してマイクロコンピュータに出力する第二のＡ／Ｄ変換器とを有し、上記マイクロコンピュータは、上記第一のＡ／Ｄ変換器の飽和領域では、上記第二のＡ／Ｄ変換器の出力を利得調整前の値に戻して出力する処理を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の電流測定装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）などの中心導体や接地線などに流れる電流を測定する電流測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は、例えば特開昭６３−２０１５６９号公報に示された従来のロゴスキーコイルを用いた雷撃電流測定装置である。図において、１は電流測定の対象となる導体、２はこの導体１に取り付けたロゴスキーコイル、３はロゴスキーコイル２の出力を適正な電圧に変換する入力調整回路、１０は入力調整回路３の出力電圧をアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器、７はＡ／Ｄ変換器１０を制御してアナログ／デジタル変換を行わせ、その結果を取り込み演算するマイクロコンピュータ、８はマイクロコンピュータ７の演算結果を表示させる表示器である。
【０００３】次に動作を説明する。導体１に電流が流れると、ロゴスキーコイル２の両端にはその大きさに対応する電圧が発生する。検出された電圧は入力調整回路３でその後の処理に適正な電圧に調整されてＡ／Ｄ変換器１０に入力される。マイクロコンピュータ７はＡ／Ｄ変換器１０を制御し、デジタル値として演算する。マイクロコンピュータ７は演算結果をディスプレイやプリンタなどの表示器８に表示する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の雷撃電流測定装置は、雷撃電流を測定することを目的としており、これをＧＩＳの中心導体に流れる電流測定や接地線電流の測定に適用しようとした場合、定常時の電流を精度良く測定し、なおかつ雷撃電流や地絡／短絡などの事故電流をも測定可能とするためには、最小分解能の数万倍以上の計測範囲（以下ダイナミックレンジ）を有するＡ／Ｄ変換器が必要となり、測定装置が非常に高価なものになるという問題があった。
【０００５】この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、安価なＡ／Ｄ変換器を用いて上記の広範なダイナミックレンジを実現することにより、極めて安価な電流測定装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電流測定装置は、測定対象となる導体に取り付けられ、導体に流れる電流を検出するロゴスキーコイル、このロゴスキーコイルの出力をアナログ値からデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部、このＡ／Ｄ変換部の出力を処理するマイクロコンピュータ、およびこのマイクロコンピュータの出力を電流値として表示する表示器を備えたものにおいて、上記Ａ／Ｄ変換部は、入力信号の大きさを圧縮した後にアナログ／デジタル変換する機能を有し、かつ、上記マイクロコンピュータは、上記Ａ／Ｄ変換部の出力を圧縮前の値に戻す処理を行うようにしたものである。
【０００７】また、Ａ／Ｄ変換部は、入力信号の利得制御を行うＡＧＣアンプと、このＡＧＣアンプの出力をアナログ／デジタル変換してマイクロコンピュータに出力する第一のＡ／Ｄ変換器と、ＡＧＣアンプの利得制御信号をアナログ／デジタル変換して上記マイクロコンピュータに出力する第二のＡ／Ｄ変換器とを有し、上記マイクロコンピュータは、上記第二のＡ／Ｄ変換器の出力を用いて第一のＡ／Ｄ変換器の出力を利得制御前の値に戻す処理を行うようにしたものである。
【０００８】また、Ａ／Ｄ変換部は、入力信号を対数関数演算して出力するログアンプと、その出力をアナログ／デジタル変換してマイクロコンピュータに出力するＡ／Ｄ変換器とで構成したものである。
【０００９】また、Ａ／Ｄ変換部は、入力信号とあらかじめ設定されたしきい値とを比較するコンパレータと、このコンパレータの出力により利得が切り換えられる利得切換アンプと、この利得切換アンプの出力をアナログ／デジタル変換してマイクロコンピュータに出力するＡ／Ｄ変換器とを有し、上記マイクロコンピュータは上記コンパレータの出力を用いてＡ／Ｄ変換部からの出力を利得切換前の値に戻す処理を行うようにしたものである。
【００１０】また、Ａ／Ｄ変換部は、入力信号を直接アナログ／デジタル変換してマイクロコンピュータに出力する第一のＡ／Ｄ変換器と、上記入力信号にあらかじめ設定された乗数をかけて出力する利得調整アンプと、この利得調整アンプの出力をアナログ／デジタル変換してマイクロコンピュータに出力する第二のＡ／Ｄ変換器とを有し、上記マイクロコンピュータは、上記第一のＡ／Ｄ変換器の飽和領域では、上記第二のＡ／Ｄ変換器の出力を利得調整前の値に戻して出力する処理を行うようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１に係る電流測定装置を示すものである。図において、１は電流測定の対象となる導体、２はこの導体１に取り付けたロゴスキーコイル、３はロゴスキーコイル２の出力を適正な電圧に変換する入力調整回路である。４は入力調整回路３の出力電圧を調整するＡＧＣアンプ、５はＡＧＣアンプ４の出力をアナログ／デジタル変換する第一のＡ／Ｄ変換器、６はＡＧＣアンプ４の制御電圧出力をアナログ／デジタル変換する第二のＡ／Ｄ変換器であり、ＡＧＣアンプ４と第一のＡ／Ｄ変換器５と第二のＡ／Ｄ変換器６とでＡ／Ｄ変換部２０を構成する。７は第一のＡ／Ｄ変換器５と第二のＡ／Ｄ変換器６を制御し、その出力を得て処理するマイクロコンピュータ、８はマイクロコンピュータ７からのデータを表示する表示器である。
【００１２】次に動作を説明する。ロゴスキーコイル２で検出された電流測定の対象となる導体１を流れる電流に対応する電圧信号は、入力調整回路３で適正な電圧に調整された後、Ａ／Ｄ変換部２０のＡＧＣアンプ４に入力される。ＡＧＣアンプ４は、入力電圧が高ければ利得が小さく、入力電圧が低ければ利得が大きくなるという特性を有しており、入力電圧の広範な変化に対して出力をある一定の範囲内に圧縮して出力するとともに、そのときの利得に対応する制御信号を出力する。マイクロコンピュータ７は第一のＡ／Ｄ変換器５を制御してＡＧＣアンプ４の出力電圧をアナログ／デジタル変換させ、取り込む。このとき、第一のＡ／Ｄ変換器５の入力電圧は、ＡＧＣアンプ４により第一のＡ／Ｄ変換器５に適合する範囲内に圧縮されているため、飽和などの現象をおこすことなく正確に変換されたデータを得ることができる。
【００１３】また、同時にマイクロコンピュータ７は、第二のＡ／Ｄ変換器６を制御してＡＧＣアンプ４の利得を示す制御信号出力をアナログ／デジタル変換させて取り込み、これを、先にＡＧＣアンプ４の出力を第一のＡ／Ｄ変換器でアナログ／デジタル変換して得たデータに乗ずるソフトウェア演算を行うことにより、ロゴスキーコイル２で検出した値を正確に得る。さらに、マイクロコンピュータ７は得た値を表示器８に出力し、表示器８はこれを表示する。
【００１４】以上のような構成とすることにより、非常に高価なダイナミックレンジの広いＡ／Ｄ変換器を用いずとも、安価なＡ／Ｄ変換器で広いダイナミックレンジを有する電流測定装置を実現することができる。
【００１５】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形態２に係る電流測定装置を示すもので、図において、９は入力調整回路３の出力が接続されたログアンプ、１０はログアンプ９の出力を入力してアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器であり、これらでＡ／Ｄ変換部２０を構成している。Ａ／Ｄ変換器１０の出力はマイクロコンピュータ７に接続されている。その他の構成は図１と同じであるので説明を省略する。
【００１６】次に動作を説明する。実施の形態１と同様に入力調整回路３から出力された電圧信号はＡ／Ｄ変換部２０のログアンプ９に入力される。ログアンプ９は入力電圧に対して対数関数出力を行うという特性を有しており、言い換えると、入力電圧が高くなるにつれて対数関数状に利得が小さくなるものである。すなわち、入力電圧の大きな変化を圧縮する効果がある。マイクロコンピュータ７はＡ／Ｄ変換器１０を制御してログアンプ９の出力をアナログ／デジタル変換させ取り込んだ後、マイクロコンピュータ７内部にあらかじめ記憶したログアンプ９の特性テーブルに基づきソフトウェアによる逆演算を行い、元の電圧値を求める。
【００１７】以上のような構成とすることにより、Ａ／Ｄ変換器だけでは飽和を起こして正確なアナログ／デジタル変換が行えなくなるような広い範囲の電圧値を正確に変換することができるため、安価なＡ／Ｄ変換器を用いて広いダイナミックレンジを有する電流測定装置を実現することができる。
【００１８】実施の形態３．図３はこの発明の実施の形態３に係る電流測定装置を示すもので、図において、１１は入力調整回路３からの出力をあらかじめ設定されたしきい値で２値化してその結果を出力するコンパレータ、１２は入力調整回路３の出力を入力し、コンパレータ１１からの出力に従って利得が切り換わる利得切換アンプであり、コンパレータ１１と利得切換アンプ１２とＡ／Ｄ変換器１０とによりＡ／Ｄ変換部２０を構成している。コンパレータ１１の出力はマイクロコンピュータ７にも入力されている。その他の構成は図１と同じなので説明を省略する。
【００１９】次に動作を説明する。実施の形態１と同様に入力調整回路３から出力された電圧信号はＡ／Ｄ変換部２０のコンパレータ１１に入力される。コンパレータ１１は、この入力信号とあらかじめ設定されたしきい値との比較を行い、その結果を利得切換アンプ１２とマイクロコンピュータ７に出力する。利得切換アンプ１２は、コンパレータ１１から入力される比較結果により、入力調整回路３の出力電圧値がしきい値より大きい場合には利得が小さく、逆の場合には利得が大きくなるように構成されており、これに応じた出力がＡ／Ｄ変換器１０に入力される。マイクロコンピュータ７はＡ／Ｄ変換器１０を制御して利得切換アンプ１２の出力をアナログ／デジタル変換して取り込むと同時にコンパレータ１１の出力も取り込み、Ａ／Ｄ変換器１０からのデータにコンパレータ１１の出力に応じてあらかじめ記憶した常数をソフトウェア演算して結果を得る。
【００２０】以上のような構成とすることにより、Ａ／Ｄ変換器だけでは飽和を起こして正確なアナログ／デジタル変換が行えなくなるような広い範囲の電圧値を正確に変換することができるため、安価なＡ／Ｄ変換器を用いて広いダイナミックレンジを有する電流測定装置を実現するとができる。
【００２１】また、本実施の形態では、コンパレータ１１は一つのしきい値のみを持ち２値化する方式を示したが、複数のしきい値を持ち、多段階の利得を切り換えるようにすればさらにダイナミックレンジを広げることが可能であることは言うまでもない。
【００２２】実施の形態４．図４はこの発明の実施の形態４に係る電流測定装置を示すもので、図において、１３は入力調整回路３に接続された第一のＡ／Ｄ変換器であり、その出力はマイクロコンピュータ７に入力される。１４は入力調整回路３の出力を入力し、その値に一定の減衰を与えて出力する利得調整回路であり、その出力は第二のＡ／Ｄ変換器１５に接続されている。第一のＡ／Ｄ変換器１３と利得調整回路１４と第二のＡ／Ｄ変換器１５でＡ／Ｄ変換部２０を構成している。Ａ／Ｄ変換部２０の出力はマイクロコンピュータ７に接続されている。その他の構成は図１と同じなので説明を省略する。
【００２３】次に動作を説明する。実施の形態１と同様に入力調整回路３から出力された電圧信号は、第一のＡ／Ｄ変換器１３に入力されると同時に利得調整回路１４により一定の減衰を加えられた後、第二のＡ／Ｄ変換器にも入力される。マイクロコンピュータ７は、第一のＡ／Ｄ変換器１３を制御して入力調整回路３の出力をアナログ／デジタル変換させて取り込むとともに、第二のＡ／Ｄ変換器１５を制御して入力調整回路３の出力を減衰させた信号をアナログ／デジタル変換して取り込む。次に、マイクロコンピュータ７は、第一のＡ／Ｄ変換器１３から得たデータが第一のＡ／Ｄ変換器１３の出力し得る最大値を下回っている場合はその値を採用して表示器８に出力し、最大値に等しいかそれ以上の場合は、第二のＡ／Ｄ変換器１５から取り込んだ値にあらかじめ記憶した利得調整回路１４の減衰率に基づきソフトウェア演算を行った後、表示器８に出力する。
【００２４】以上のような構成とすることにより、Ａ／Ｄ変換器だけでは飽和を起こして正確なアナログ／デジタル変換が行えなくなるような広い範囲の電圧値を正確に変換することができるため、安価なＡ／Ｄ変換器を用いて広いダイナミックレンジを有する電流測定装置を実現することができる。
【００２５】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、安価なＡ／Ｄ変換器を用いて広範なダイナミックレンジを実現することにより、測定範囲が広く測定精度の高い極めて安価な電流測定装置を得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１月１４日（２０００．１．１４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７３７５９
【弁理士】
【氏名又は名称】大岩 増雄
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１９４３９０（Ｐ２００１−１９４３９０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月１９日（２００１．７．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−６６８２（Ｐ２０００−６６８２） |
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