JP2004048417A

JP2004048417A - 信号処理回路の故障検出システム

Info

Publication number: JP2004048417A
Application number: JP2002203657A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kishimoto; 岸本　一雄
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】従来、出力側でパイロット信号を除去するためのフィルタが不可欠となり、信頼性の高い故障検出システムが実現できなかった。
【解決手段】故障検出に用いるパイロット信号を発生するパイロット信号発生回路３と、前記パイロット信号とセンサからの信号を合成する信号合成回路４と、前記信号合成回路の出力データを伝送するディジタルデータ送受信手段６と、前記データ送受信手段から受信したデータを積分して前記センサの信号を再現するディジタル積分回路７と、前記ディジタルデータ送受信手段からの受信データからパイロット信号を抽出するパイロット信号検出回路８と、前記検出されたパイロット信号のレベルに基づいて故障の判定を行う故障判定回路９とを備えた。
【効果】パイロット信号重畳方式に不可欠となる出力側のパイロット信号の除去フィルタを省略することができ、高い信頼性を実現することができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、パイロット信号による故障検出に不可欠な出力側のパイロット信号の除去フィルタを信号処理回路の積分回路で兼用した信号処理回路の故障検出システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の信号処理回路の故障検出システムについて図面を参照しながら説明する。図４は、例えば特開２０００−２５８５０８号公報に示された従来の信号処理回路の故障検出システムの構成を示す図である。
【０００３】
図４において、１０１は入力端子、１０２は合成器、１０３はパイロット信号発生回路、１０４は分配器、１０５は位相変換器、１０６は増幅器、１０７は分配器、１０８はフィルタ、１０９はフィルタ、１１０は出力端子、１１１はレベル変換器、１１２は合成器、１１３はレベル検出回路、１１４はアラーム検出回路である。
【０００４】
合成器１０２は、入力端子１０１からの入力信号と分配器１０４からのパイロット信号とを合成する。パイロット信号発生回路１０３は、パイロット信号を発生する。このパイロット信号の周波数は、入力信号と一致しないように離れた周波数が選択される。
【０００５】
分配器１０４は、パイロット信号発生回路１０３からのパイロット信号を分配する。この場合、位相変換器１０５へのパイロット信号は、基準パイロット信号となる。
【０００６】
位相変換器１０５は、所定の回路の絶対遅延時間を同軸ケーブル等を使用することで同一遅延時間に設定する。また、市販されている位相調整器により微調整することで、入力された基準パイロット信号の位相がレベル変換器１１１からのパイロット信号に対し、１８０度反転するように変換される。
【０００７】
増幅器１０６は、合成器１０２からの合成信号を所定値に増幅し、分配器１０７へ出力する。この分配器１０７は、増幅された合成信号を、一方はフィルタ１０８へ出力し、他方はフィルタ１０９へ出力する。
【０００８】
フィルタ１０８は、合成信号のうち入力信号のみを通過させる。通過した入力信号は、出力端子１１０より外部回路へ出力される。
【０００９】
フィルタ１０９は、合成信号のうちパイロット信号のみを通過させ、レベル変換器１１１へ出力する。このレベル変換器１１１は、位相変換器１０５より出力される基準パイロット信号と同一レベルになるようにパイロット信号のレベルを変換し、合成器１１２へ出力する。
【００１０】
合成器１１２は、位相変換器１０５から出力された基準パイロット信号と、レベル変換器１１１から出力されたパイロット信号とを合成し、合成パイロット信号としてレベル検出回路１１３へ出力する。このレベル検出回路１１３は、合成パイロット信号のレベルを検出する。
【００１１】
アラーム検出回路１１４は、レベル検出回路１１３によって検出された合成パイロット信号に異常がある場合、アラーム動作を行う。
【００１２】
図５は、従来の信号処理回路の故障検出システムのレベル検出回路の構成を示す図である。また、図６は、従来の信号処理回路の故障検出システムのアラーム検出回路の構成を示す図である。
【００１３】
図５において、レベル検出回路１１３は、検波ダイオード１１５、検波用抵抗１１６、検波用コンデンサ１１７、ＯＰアンプ１１８及びリファレンス電圧Ｖｒｅｆ１１９を備えている。
【００１４】
合成パイロット信号を受信すると検波ダイオード１１５、検波用抵抗１１６及び検波用コンデンサ１１７で構成される検波回路によりダイオード検波される。
【００１５】
ＯＰアンプ１１８は、ダイオード検波された直流電圧とリファレンス電圧Ｖｒｅｆ１１９とを比較し、高ければ“Ｌ”、低ければ“Ｈ”のレベル検出信号を出力する。
【００１６】
このレベル検出信号は、図６に示すアラーム検出回路１１４へ出力される。すなわち、アラーム検出回路１１４は、発光ダイオード１２０及び抵抗１２１を備えている。
【００１７】
発光ダイオード１２０は、レベル検出信号に応じて点灯又は消灯し、アラーム動作を行う。すなわち、レベル検出信号が“Ｌ”であれば点灯、“Ｈ”であれば消灯となる。抵抗１２１は、発光ダイオード１２０の保護抵抗である。
【００１８】
つぎに、従来の信号処理回路の故障検出システムの動作について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図７〜図９は、従来の信号処理回路の故障検出システムの動作を示す信号波形図である。
【００２０】
まず、図４に示すパイロット信号発生回路１０３から出力されたパイロット信号は、分配器１０４により分配される。分配された一方は、合成器１０２により入力信号と合成された後、増幅器１０６に入力される。分配された他方は、基準パイロット信号として位相変換器１０５に入力される。
【００２１】
増幅器１０６により増幅された合成信号は、分配器１０７により一方がフィルタ１０８へ出力され、他方がフィルタ１０９へ出力される。フィルタ１０８は、合成信号のうち入力信号のみを通過させる。通過した入力信号は、出力端子１１０から外部回路へ出力される。
【００２２】
フィルタ１０９は、合成信号のうちパイロット信号のみを通過させ、レベル変換器１１１へ出力する。レベル変換器１１１は、位相変換器１０５から出力される基準パイロット信号と同一レベルとなるようにパイロット信号のレベルを変換する。この変換されたパイロット信号は、合成器１１２に入力される。
【００２３】
一方、位相変換器１０５に入力された基準パイロット信号は、レベル変換器１１１から出力されたパイロット信号に対し位相が１８０度反転される。この位相変換器１０５における１８０度反転の調整は、最初に１度行われれば経年的に変化することはない。
【００２４】
この位相変換された基準パイロット信号は、合成器１１２に入力され、パイロット信号と合成される。この合成された合成パイロット信号は、レベル検出回路１１３へ出力され、そのレベルが検出される。
【００２５】
ここで、たとえば位相変換器１０５から出力される基準パイロット信号のレベルが＋４ｄＢｍであり、回路の特性インピーダンスが５０Ωであったとする。高周波電圧に換算すると、２ＶＰ−Ｐ（０．３５ＶＲＭＳ）となる。
【００２６】
ここで、パイロット信号発生回路１０３及び増幅器１０６が正常動作している場合、レベル変換器１１１から出力されるパイロット信号を電圧換算すると、２ＶＰ−Ｐとなる。このため、パイロット信号と基準パイロット信号は、図７のような関係となる。そして、合成器１１２で合成された合成パイロット信号は０ＶＰ−Ｐとなる。
【００２７】
図５に示すレベル検出回路１１３では、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１１９と合成パイロット信号をダイオード検波した直流電圧とを比較する。ここで、たとえば、この直流電圧が０Ｖであった場合、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１１９よりも電圧が低いため“Ｈ”が出力される。リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１１９の値は０．５Ｖに設定してあるものとする。
【００２８】
よって、この“Ｈ”のレベル検出信号を受けた、図６に示すアラーム検出回路１１４は、発光ダイオード２０を点灯させない。
【００２９】
次に、パイロット信号発生回路１０３が正常動作しており、増幅器１０６が故障した場合を想定する。この場合、レベル変換器１１１から出力されるパイロット信号がたとえば−２ｄＢｍ、すなわち１ＶＰ−Ｐ（０．１７８ＶＲＭＳ）まで低下してしまったとする。
【００３０】
このときのパイロット信号と基準パイロット信号は、図８のような関係となる。このため、合成器１１２で合成された合成パイロット信号は、１ＶＰ−Ｐとなる。レベル検出回路１１３では、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１１９とこの合成パイロット信号をダイオード検波した直流電圧とを比較する。
【００３１】
ここで、たとえばこの直流電圧が１Ｖであった場合、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１１９よりも電圧が高いため“Ｌ”が出力される。リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１１９の値は、上記と同様に、０．５Ｖに設定してあるものとする。この“Ｌ”のレベル検出信号を受けたアラーム検出回路１１４は、発光ダイオード１２０を点灯させる。
【００３２】
また、増幅器１０６は正常動作しているにも拘らず、何らかの原因でパイロット信号発生回路１０３からのパイロット信号のレベルが低下した場合を想定する。この場合、たとえば位相変換器１０５から出力される基準パイロット信号が−２ｄＢｍ、すなわち１ＶＰ−Ｐに低下してしまったとする。
【００３３】
このとき、レベル変換器１１１から出力されるパイロット信号も１ＶＰ−Ｐに低下してしまう。これは、増幅器１０６に入力されるパイロット信号は、すでに低下しているためである。また、増幅器１０６の増幅度は一定であり、回路全体の利得は一定であるため、レベル変換器１１１から出力されるパイロット信号も基準パイロット信号と同一の低下となるためである。
【００３４】
そのため、パイロット信号と基準パイロット信号は、図９のような関係となる。合成器１１２で合成された合成パイロット信号は、０ＶＰ−Ｐとなる。レベル検出回路１１３では、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１１９と合成パイロット信号をダイオード検波した直流電圧とを比較する。
【００３５】
ここで、たとえばこの直流電圧が０Ｖであった場合、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１１９よりも電圧が低いため“Ｈ”が出力される。リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１１９の値は、上記と同様に、０．５Ｖに設定してあるものとする。この“Ｈ”のレベル検出信号を受けたアラーム検出回路１１４は、発光ダイオード１２０を点灯させない。
【００３６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の信号処理回路の故障検出システムでは、増幅器１０６が正常動作している場合、パイロット信号発生回路１０３の正常、異常に拘らず、レベル検出回路１１３は“Ｈ”を出力する。増幅器１０６が故障した場合には、パイロット信号発生回路１０３の正常、異常に拘らず、レベル検出回路１１３は“Ｌ”を出力する。このため、パイロット信号発生回路１０３の異常による増幅器１０６の故障を誤検出するということがなくなるが、最終的な増幅器１０６の出力に設けているフィルタ１０８の故障は検出できないという問題点があった。
【００３７】
従来のパイロット信号方式による故障検出システムでは、出力側でパイロット信号を除去するためのフィルタが不可欠となり、信頼性の高い故障検出システムが実現できなかった。
【００３８】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、故障検出のため入力側にパイロット信号の合成回路は有するものの、信号の出力側における故障検出のための付加回路は皆無にして故障検出機能を付加することによる信頼性低下要素を最小限に抑えた信号処理回路の故障検出システムを得ることを目的とする。
【００３９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る信号処理回路の故障検出システムは、故障検出に用いるパイロット信号を発生するパイロット信号発生回路と、前記パイロット信号とセンサからの信号を合成する信号合成回路と、前記信号合成回路の出力データを伝送するデータ送受信手段と、前記データ送受信手段から受信したデータを積分して前記センサの信号を再現する積分回路と、前記データ送受信手段からの受信データからパイロット信号を抽出するパイロット信号検出回路と、前記検出されたパイロット信号のレベルに基づいて故障の判定を行う故障判定回路とを備えたものである。
【００４０】
この発明に係る信号処理回路の故障検出システムは、前記信号合成回路の出力をアナログからディジタルへ変換して前記データ送受信手段へ出力するＡ／Ｄ変換回路をさらに備え、前記データ送受信手段、前記積分回路、前記パイロット信号検出回路、及び前記故障判定回路は、前記各処理をディジタル処理により行うものである。
【００４１】
この発明に係る信号処理回路の故障検出システムは、前記データ送受信手段の出力をディジタルからアナログへ変換して前記積分回路、及び前記パイロット信号検出回路へ出力するＤ／Ａ変換回路をさらに備え、前記積分回路、前記パイロット信号検出回路、及び前記故障判定回路は、前記各処理をアナログ処理により行うものである。
【００４２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る信号処理回路の故障検出システムについて図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る信号処理回路の故障検出システムの構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００４３】
図１において、１は１次入力信号の微分値を出力とするロゴスキーコイルなどの微分系センサからのアナログ検出信号を入力する入力端子、２はアナログ検出信号を適切な信号レベルに変換するレベル調整回路、３は故障検出に用いるパイロット信号を発生するパイロット信号発生回路、４はレベル調整回路２の出力とパイロット信号を合成するための信号合成回路、５は信号合成回路４の出力をアナログ−ディジタル変換するＡ／Ｄ変換回路、６はＡ／Ｄ変換回路５の出力ディジタルデータを伝送するディジタルデータ送受信手段（送信側６ａ、受信側６ｂ）である。
【００４４】
また、同図において、７は受信したディジタルデータを積分し、上記センサの入力信号を再現するディジタル積分回路、８は受信ディジタルデータからパイロット信号を抽出するパイロット信号検出回路、９は検出されたパイロット信号のレベルから故障の判定及び故障信号の出力を行う故障判定回路、１０は信号処理回路の信号を出力する出力端子、１１は故障信号を出力する出力端子である。
【００４５】
つぎに、この実施の形態１に係る信号処理回路の故障検出システムの動作について図面を参照しながら説明する。
【００４６】
図２は、この発明の実施の形態１に係る信号処理回路の故障検出システムの積分回路の周波数特性を示す特性図である。
【００４７】
ロゴスキーコイルなどの微分系センサからの信号が入力端子１に入力されると、信号合成回路４によりパイロット信号発生回路３で生成したパイロット信号と合成される。この時、上記センサからの信号を、例えば、基本周波数６０Ｈｚ、振幅１Ｖｒｍｓフルスケールとすると、パイロット信号発生回路３は周波数６ｋＨｚ、振幅０．１Ｖｒｍｓのパイロット信号を発生させ、信号合成回路４で合成（加算）する。
【００４８】
この合成されたアナログ信号を所定の時間間隔でＡ／Ｄ変換回路５によりディジタル変換し、それをディジタルデータ送受信手段６（送信側６ａ、受信側６ｂ）により伝送する。
【００４９】
出力端子１０における信号処理回路としての出力は、受信ディジタルデータをディジタル積分回路７で積分することによって得ることができる。また、故障検出側はパイロット信号を、ディジタルハイパスフィルタ等のパイロット信号検出回路８で抽出し、そのレベルを後段の故障判定回路９で判定する。
【００５０】
この故障判定回路９は、例えば、パイロット信号のレベルが一定範囲内（基準レベル±５％の範囲内）に入っている場合は正常と判断する。一方、一定範囲から外れている場合には、Ａ／Ｄ変換回路５などの信号処理回路でパイロット信号が正しく扱われていない故障であり、異常と判断し、出力端子１１に故障信号を出力する。
【００５１】
なお、信号処理回路の出力は、もし、ディジタル積分回路７が無ければ、入力信号のフルスケールに対して１０％のパイロット信号が含まれてしまうが、ディジタル積分回路７が存在することにより、ローパスフィルタとして作用し、パイロット信号の周波数（６ｋＨｚ）を入力信号の基本周波数（６０Ｈｚ）より１００倍高く設定しているため、１／１００に減衰し、そのため、パイロット信号のレベルは入力信号のフルスケールに対して１／１０００と微小なレベルに抑えることができる。その結果、従来例にあるようなフィルタを除去することができる。なお、ディジタル積分回路７の周波数特性例を図２に示す。
【００５２】
すなわち、この発明の実施の形態１は、ロゴスキーコイルなどの微分系センサの信号処理回路の最終段には、１次信号を復元するための積分回路が設置されることに着目して、この積分回路をパイロット信号の除去フィルタとして用い、パイロット信号重畳方式の故障検出システムには不可欠となるフィルタを不要にしたものである。
【００５３】
この発明の実施の形態１では、パイロット信号重畳方式に不可欠となる出力側のパイロット信号の除去フィルタを省略することができ、信頼性の高い信号処理回路の故障検出システムが実現できる。
【００５４】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る信号処理回路の故障検出システムについて図面を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態２に係る信号処理回路の故障検出システムの構成を示す図である。
【００５５】
図３において、１は１次入力信号の微分値を出力とするロゴスキーコイルなどの微分系センサからのアナログ検出信号を入力する入力端子、２はアナログ検出信号を適切な信号レベルに変換するレベル調整回路、３は故障検出に用いるパイロット信号を発生するパイロット信号発生回路、４はレベル調整回路２の出力とパイロット信号を合成するための信号合成回路、５は信号合成回路４の出力をアナログ−ディジタル変換するＡ／Ｄ変換回路、６はＡ／Ｄ変換回路５の出力ディジタルデータを伝送するディジタルデータ送受信手段（送信側６ａ、受信側６ｂ）である。
【００５６】
また、同図において、７は受信したアナログデータを積分し、上記センサの入力信号を再現するアナログ積分回路、８は受信アナログデータからパイロット信号を抽出するパイロット信号検出回路、９は検出されたパイロット信号のレベルから故障の判定及び故障信号の出力を行う故障判定回路、１０は信号処理回路の信号を出力する出力端子、１１は故障信号を出力する出力端子、１２はディジタルデータ送受信手段６の出力をディジタル−アナログ変換するＤ／Ａ変換回路である。
【００５７】
つぎに、この実施の形態２に係る信号処理回路の故障検出システムの動作について図面を参照しながら説明する。
【００５８】
この実施の形態２の動作については、Ｄ／Ａ変換回路１２により以降のアナログ積分回路７、パイロット信号検出回路８、及び故障判定回路９が、アナログ信号により動作するようになるが、基本的な動作は上記の実施の形態１と同じである。
【００５９】
【発明の効果】
この発明に係る信号処理回路の故障検出システムは、以上説明したとおり、故障検出に用いるパイロット信号を発生するパイロット信号発生回路と、前記パイロット信号とセンサからの信号を合成する信号合成回路と、前記信号合成回路の出力データを伝送するデータ送受信手段と、前記データ送受信手段から受信したデータを積分して前記センサの信号を再現する積分回路と、前記データ送受信手段からの受信データからパイロット信号を抽出するパイロット信号検出回路と、前記検出されたパイロット信号のレベルに基づいて故障の判定を行う故障判定回路とを備えたので、パイロット信号重畳方式に不可欠となる出力側のパイロット信号の除去フィルタを省略することができ、高い信頼性を実現することができるという効果を奏する。
【００６０】
この発明に係る信号処理回路の故障検出システムは、以上説明したとおり、前記信号合成回路の出力をアナログからディジタルへ変換して前記データ送受信手段へ出力するＡ／Ｄ変換回路をさらに備え、前記データ送受信手段、前記積分回路、前記パイロット信号検出回路、及び前記故障判定回路は、前記各処理をディジタル処理により行うので、パイロット信号重畳方式に不可欠となる出力側のパイロット信号の除去フィルタを省略することができ、高い信頼性を実現することができるという効果を奏する。
【００６１】
この発明に係る信号処理回路の故障検出システムは、以上説明したとおり、前記データ送受信手段の出力をディジタルからアナログへ変換して前記積分回路、及び前記パイロット信号検出回路へ出力するＤ／Ａ変換回路をさらに備え、前記積分回路、前記パイロット信号検出回路、及び前記故障判定回路は、前記各処理をアナログ処理により行うので、パイロット信号重畳方式に不可欠となる出力側のパイロット信号の除去フィルタを省略することができ、高い信頼性を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る信号処理回路の故障検出システムの構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る信号処理回路の故障検出システムの積分回路の周波数特性を示す特性図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る信号処理回路の故障検出システムの構成を示す図である。
【図４】従来の信号処理回路の故障検出システムの構成を示す図である。
【図５】従来の信号処理回路の故障検出システムのレベル検出回路の構成を示す図である。
【図６】従来の信号処理回路の故障検出システムのアラーム検出回路の構成を示す図である。
【図７】従来の信号処理回路の故障検出システムの動作波形を示す図である。
【図８】従来の信号処理回路の故障検出システムの動作波形を示す図である。
【図９】従来の信号処理回路の故障検出システムの動作波形を示す図である。
【符号の説明】
１　入力端子、２　レベル調整回路、３　パイロット信号発生回路、４　信号合成回路、５　Ａ／Ｄ変換回路、６　ディジタルデータ送受信手段（送信側６ａ、受信側６ｂ）、７　ディジタル積分回路、アナログ積分回路、８　パイロット信号検出回路、９　故障判定回路、１０　出力端子、１１　出力端子、１２　Ｄ／Ａ変換回路。

Claims

故障検出に用いるパイロット信号を発生するパイロット信号発生回路と、
前記パイロット信号とセンサからの信号を合成する信号合成回路と、
前記信号合成回路の出力データを伝送するデータ送受信手段と、
前記データ送受信手段から受信したデータを積分して前記センサの信号を再現する積分回路と、
前記データ送受信手段からの受信データからパイロット信号を抽出するパイロット信号検出回路と、
前記検出されたパイロット信号のレベルに基づいて故障の判定を行う故障判定回路と
を備えたことを特徴とする信号処理回路の故障検出システム。
前記信号合成回路の出力をアナログからディジタルへ変換して前記データ送受信手段へ出力するＡ／Ｄ変換回路をさらに備え、
前記データ送受信手段、前記積分回路、前記パイロット信号検出回路、及び前記故障判定回路は、前記各処理をディジタル処理により行う
ことを特徴とする請求項１記載の信号処理回路の故障検出システム。
前記データ送受信手段の出力をディジタルからアナログへ変換して前記積分回路、及び前記パイロット信号検出回路へ出力するＤ／Ａ変換回路をさらに備え、
前記積分回路、前記パイロット信号検出回路、及び前記故障判定回路は、前記各処理をアナログ処理により行う
ことを特徴とする請求項２記載の信号処理回路の故障検出システム。