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パルス計測の仕組み

出力されたパルス信号から周波数や周期を知る

自動車の車速や水道の流量、電気の使用量など、さまざまな測定現場に活用されているパルス信号。しかし、パルス信号のままでは「車速が何キロなのか」「水が何リットル流れたのか」「電気を何キロワット使ったのか」など具体的な数値は分かりません。パルス信号は機械的な変化をデジタル信号に変換しただけです。そのデータをもとに解析することで、初めて利用価値のあるデータとなります。

パルス信号と回転数で、「ストロボスコープによる計測」「タコメーターによる計測」「光学機器による計測」などの回転数計測の基礎についてはご説明しましたので、こちらではより具体的に計測器ユニットやスペクトル・アナライザを使用して、出力されたパルス信号の周波数や周期を計測する方法についてご説明します。

パルスの基本的な計算方法

周波数とは、1秒間に何回振動したのか(パルス信号が出力されたのか)を示し、ヘルツ[Hz]という単位で表します。そして、パルス信号の1往復にかかった時間を周期と呼んでいます。周波数と周期は逆数の関係になっており、どちらかが分かれば計算で数値を求めることができます。

周波数と周期の計算式

一般的には高い周波数の場合は周波数を、低い周波数の場合は周期を計測します。また、一定時間内に発生したパルスを計測する方法を「ダイレクト方式」、周期を計測して周波数を計測する方法を「レシプロカル方式」と呼びます。

パルス計測における設定値

パルス計測を行ううえで欠かせない、「サンプリング周期」「入力周波数帯域」「測定内容」などの基本的な項目について解説します。

サンプリング周期

パルスを計測するサンプリングレートを「サンプリング周期」と呼び、単位は[S/s](サンプル・パー・セック)を用います。高速なサンプリング周期=サンプリングの間隔が狭いため、高速になればなるほど正確な波形を再現できます。サンプリング周期が低速の場合、「周期が短いパルスを検出できない」「正確なパルス幅を計測できない」などの問題も発生するので、最適なサンプリング周期の設定および機器選択が重要です。

サンプリング周期

サンプリング周期

入力周波数帯域

「DC~●MHz」のように記載される入力周波数帯域は、「●MHzのときに周波数特性が3dBまで減衰してもよい上限周波数」を表しています。パルスの立ち上がり時間に影響するため、測定精度などを考慮して計測器ユニットを選択しましょう。

測定可能な内容

入力されたパルスの周波数や周期のほか、パルス幅(high/low)、デューティ比、位相差幅なども重要な要素です。計測器ユニットを選ぶ際は、「周波数を知りたいのか」「周期を知りたいのか」「パルス幅を知りたいのか」のように、測定可能な内容を考慮し、求めているデータに合わせて選びましょう。

測定可能な内容

そのほかにもパルス入力の種類やチャンネル数、分解能、最小パルス幅、測定レンジ、パルスカウント測定可能範囲など、さまざまな項目があります。たとえば、複数のパルスを比較したいのであれば、それに見合ったチャンネル数の計測器ユニットが必要です。

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