JP2004258015A

JP2004258015A - 電圧計測方法及び装置

Info

Publication number: JP2004258015A
Application number: JP2003098655A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ogasawara; 雄二小笠原; Masashi Konno; 正史金野
Original assignee: Straight Ltd
Current assignee: IPL Plastics PLC
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】計測電圧の計測分解能を向上させ、さらに計測電圧範囲を拡大させることを目的とする。
【解決手段】デジタルーアナログ変換部の制御を連続的に行い、計測電圧を前記デジタルーアナログ変換部からの出力電圧分だけマイナス側にオフセットさせ、そのオフセットさせた電圧信号を増幅し、アナログーデジタル変換部にて受け、制御部にて処理することにより、電圧計測を高分解能に行い、同時に計測電圧範囲を拡大させるものである。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電圧計測装置及び、計測した電圧値により制御を行う制御装置に係わり、被計測電圧をアナログーデジタル変換し、電圧計測をデジタル信号によって行う場合に、アナログーデジタル変換部の電圧計測分解能向上と、計測電圧範囲を拡大させた電圧計測装置である。
【０００２】
【従来の技術】一般に被計測電圧を測定する手段としては、アナログーデジタル変換が用いられているが、被計測電圧が、電圧計測装置におけるアナログーデジタル変換部入力可能電圧範囲を超えている場合、従来の電圧計測装置はアナログーデジタル変換部の前段に、被計測電圧を縮小変換する縮小変換部を設けることにより、アナログーデジタル変換部入力可能電圧範囲に縮小変換している。しかしこの方法では、アナログーデジタル変換部への電圧範囲を拡大させようとすると、被計測電圧の計測分解能が低下していくという欠点を持っている。
【０００３】図１は従来の電圧計測装置のブロック図である。被計測電圧５を計測するアナログーデジタル変換部１と、アナログーデジタル変換部の出力の処理を行うマイコン２と、アナログーデジタル変換部に入力可能な電圧範囲に縮小変換する縮小変換部３と、計測した電圧値をマイコン２から出力する表示部４から構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の電圧計測装置は、アナログーデジタル変換部入力可能電圧範囲に被計測電圧を縮小変換するため、アナログーデジタル変換部への電圧範囲を拡大させようとすると被計測電圧の計測分解能が低下していく。本発明は上記問題を解決し、アナログーデジタル変換部の被計測電圧の計測分解能を向上させ、さらに計測電圧範囲を拡大させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の電圧計測装置は、被計測電圧をアナログーデジタル変換部入力可能電圧範囲に被計測電圧を変換する縮小変換部と、前記縮小変換部からの出力電圧を受けるアナログーデジタル変換部Ａと、前記アナログーデジタル変換部Ａからのデジタル信号を処理する制御部と、前記制御部からの制御にて任意な電圧を出力可能なデジタルーアナログ変換部と、被計測電圧と前記デジタルーアナログ変換部からの出力電圧を受け、被計測電圧を前記デジタルーアナログ変換部からの出力電圧分だけマイナス側にオフセットさせる電圧オフセット部と、前記電圧オフセット部からの出力電圧を増幅するための増幅部と、前記増幅部からの増幅された出力電圧を受けるアナログーデジタル変換部Ｂとを備え、被計測電圧を前記デジタルーアナログ変換部からの出力電圧分だけマイナス側にオフセットさせる前記電圧オフセット部からの出力電圧を増幅部にて増幅し、これを受ける前記アナログーデジタル変換部Ｂから出力を前記制御部にて処理することにより、電圧計測を高分解能にて行い、計測電圧範囲を拡大させるものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。図２は本発明の電圧計測方法を用いた装置のブロック図である。図２に示すように接続された被計測電圧１０と、この被計測電圧を縮小変換する縮小変換部１と、この縮小変換部からの出力電圧を受けるアナログーデジタル変換部Ａ２と、このアナログーデジタル変換部Ａ２からのデジタル信号を処理する制御部（マイコン）３と、この制御部（マイコン）３からの制御にて任意な電圧を出力可能なデジタルーアナログ変換部４と、被計測電圧１０出力電圧とデジタルーアナログ変換部４出力電圧との二つを受け、被計測電圧１０出力電圧からデジタルーアナログ変換部４出力電圧を差し引いた電圧を出力する、差動増幅アンプを持つ電圧オフセット部５と、この電圧オフセット部５からの出力電圧を増幅する非反転増幅アンプを持つ２５０倍増幅部６と、この２５０倍増幅部６からの増幅されたオフセット増幅電圧を受けるアナログーデジタル変換部Ｂ７と、計測した電圧値を制御部（マイコン）３から出力する表示部８と、計測した電圧値を制御部３からデジタル信号にて出力する出力部９から構成される。
【０００７】この構成により、本発明にて被計測電圧の測定を実施した場合の動作を説明する。被計測電圧１０（７．２０Ｖ）を接続すると、被計測電圧（７．２０Ｖ）を縮小変換部１でアナログーデジタル変換部の入力可能な電圧範囲に縮小変換し、縮小変換部１の出力電圧をアナログーデジタル変換部Ａ２で計測する。この計測した被計測電圧よりも０．０１Ｖ低い電圧を、制御部（マイコン）３からの制御によりデジタルーアナログ変換部４から出力（７．１９Ｖ）させる。これにより電圧オフセット回路２からは被計測電圧（７．２０Ｖ）− デジタルーアナログ変換部４出力電圧（７．１９Ｖ）＝０．０１Ｖのオフセット電圧が出力される。このオフセット電圧（０．０１Ｖ）を高分解能にデジタル信号化するするために、この電圧オフセット回路２から出力されたオフセット電圧（０．０１Ｖ）を２５０倍増幅部６により、２５０倍に増幅し、オフセット増幅電圧（２．５０Ｖ）として出力する。その結果、アナログーデジタル変換部Ｂ７は、２５０倍増幅部６から出力されたオフセット増幅電圧（２．５０Ｖ）を計測する。このオフセット増幅電圧（２．５０Ｖ）はアナログーデジタル変換部Ｂ７により１０ビットの分解能にてデジタル信号化され、制御部（マイコン）３に送られる。またこの状態から、被計測電圧が上昇して行く場合はオフセット増幅電圧も上昇して行くが、オフセット増幅電圧が４．９０Ｖに達した場合は、制御部（マイコン）３によりデジタルーアナログ変換部４からの出力電圧を上昇させ、また被計測電圧が下降して行く場合はオフセット増幅電圧も下降して行くが、オフセット増幅電圧が０．１０Ｖに達した場合は、制御部（マイコン）３によりデジタルーアナログ変換部４からの出力電圧を下降させることにより、オフセット増幅電圧をアナログーデジタル変換部Ｂ７へ入力可能な範囲に制御する。このようにして被測定電圧の変化に対応させて、常にオフセット増幅電圧がアナログーデジタル変換部Ｂ７の入力可能電圧範囲に収まるように、制御部（マイコン）３にてデジタルーアナログ変換部４の出力電圧を連続的に制御する。この状態の被計測電圧の絶対値は、デジタルーアナログ変換部４出力電圧の制御情報とアナログーデジタル変換部Ｂ７によりデジタル信号化されたオフセット増幅電圧を同じ電圧スケールに直し、加算することにより求められる。これは、デジタルーアナログ変換部４出力電圧（７．１９Ｖ）＋アナログーデジタル変換部Ｂ７によりデジタル信号化されたオフセット電圧（０．０１Ｖ）＝被計測電圧の絶対値（７．２０Ｖ）になる。
【０００８】実施例ではアナログーデジタル変換部Ｂ７の最大入力可能電圧が（５．００Ｖ）のため、入力可能なオフセット増幅電圧の最大電圧は（５．００Ｖ）になる。オフセット増幅電圧は２５０倍増幅回路４にて２５０倍に増幅されているので、アナログーデジタル変換部Ｂ７に入力されているオフセット増幅電圧（５．００Ｖ）を、被計測電圧と同じスケールに直すと、オフセット増幅電圧（５．００Ｖ）／２５０＝０．０２Ｖになる。アナログーデジタル変換部Ｂ７が１０ビットの分解能を持っているので、オフセット電圧（０．０２Ｖ）／１０２３（１０ビット）＝０．００００１９５Ｖの分解能を得られていることになる。
【０００９】
【発明の効果】電圧オフセット部５にて、被計測電圧をマイナス側にオフセットさせるために出力されているデジタルーアナログ変換部４を制御している制御部（マイコン）３の出力電圧情報と、２５０倍増幅部６とアナログーデジタル変換部Ｂ７で高分解能計測され、デジタル信号化されているオフセット電圧情報を加算することにより、被計測電圧の絶対値叉は被計測電圧変化を、高分解能に計測可能になる。またアナログーデジタル変換部Ｂで受けた電圧情報と前記デジタルーアナログ変換部の制御電圧情報を、制御部（マイコン）３にて加算することにより、被計測電圧の全範囲をアナログーデジタル変換部Ｂに入力することなく、被計測電圧の絶対値を求めることができるため、計測電圧範囲を拡大させることが可能になる。さらにアナログーデジタル変換部Ｂ７へ入力される電圧を入力可能な範囲に制御する基準として、アナログーデジタル変換部Ａ２により計測した電圧を使用することにより、不特定な被計測電圧を、アナログーデジタル変換部Ｂ７の入力電圧範囲内に絞り込む速度，すなわち計測電圧レンジを絞り込む速度が、通常の逐次変換手順よりも早いという効果もある。これは被計測電圧の計測処理の高速化と、この電圧計測装置を使用した制御装置の高速化につながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電圧計測装置のブロック図である。
【図２】本発明の電圧計測装置のブロック図である。
【符号の説明】
１…縮小変換部
２…アナログーデジタル変換部Ａ
３…制御部（マイコン）
４…デジタルーアナログ変換部
５…電圧オフセット部
６…２５０倍増幅部
７…アナログーデジタル変換部Ｂ
８…表示部
９…出力部
１０…被計測電圧

Claims

本発明の電圧計測方法は、被計測電圧をデジタル信号化するアナログーデジタル変換部の前段に、被計測電圧を変換せずに入力する電圧オフセット部と、入力電圧範囲を拡大するため、被計測電圧を縮小変換する縮小変換部の二つを持ち、縮小変換部からの出力電圧をアナログーデジタル変換部Ａで受け、制御部がデジタルーアナログ変換部から、前記アナログーデジタル変換部Ａで計測した電圧よりも低い電圧を出力させ、被計測電圧と前記デジタルーアナログ変換部からの出力電圧を受け、被計測電圧を前記デジタルーアナログ変換部からの出力電圧分だけマイナス側にオフセットさせる電圧オフセット部により、被計測電圧から前記デジタルーアナログ変換部出力電圧を差し引き、その差し引いた電圧を増幅し、アナログーデジタル変換部Ｂで受けることにより、電圧計測分解能を向上させ、かつ、アナログーデジタル変換部Ｂで受けた電圧情報と前記デジタルーアナログ変換部の制御電圧情報を、前記制御部にて加算することにより、被計測電圧の全範囲をアナログーデジタル変換部Ｂに入力することなく、被計測電圧の絶対値を求めることができるため、電圧計測分解能を向上させると同時に、計測電圧範囲を拡大させることが可能になることを特徴とする電圧計測方法。
本発明の電圧計測装置は、被計測電圧をアナログーデジタル変換部の入力可能電圧範囲に縮小変換する縮小変換部と、前記縮小変換部からの出力電圧を受けるアナログーデジタル変換部Ａと、前記アナログーデジタル変換部Ａからのデジタル信号を処理する制御部と、前記制御部からの制御にて任意な電圧を出力可能なデジタルーアナログ変換部と、被計測電圧と前記デジタルーアナログ変換部からの出力電圧を受け、被計測電圧を前記デジタルーアナログ変換部からの出力電圧分だけマイナス側にオフセットさせる電圧オフセット部と、前記電圧オフセット部からの出力電圧を増幅するための増幅部と、前記増幅部からの増幅された出力電圧を受けるアナログーデジタル変換部Ｂとを備え、前記制御部がデジタルーアナログ変換部から、前記アナログーデジタル変換部Ａで計測した電圧よりも低い電圧を出力させ、被計測電圧と前記デジタルーアナログ変換部からの出力電圧を受け、被計測電圧を前記デジタルーアナログ変換部からの出力電圧分だけマイナス側にオフセットさせる電圧オフセット部により、被計測電圧から前記デジタルーアナログ変換部出力電圧を差し引き、その差し引いた電圧を増幅し、アナログーデジタル変換部Ｂで受けることにより、電圧計測分解能を向上させ、かつ、アナログーデジタル変換部Ｂで受けた電圧情報と前記デジタルーアナログ変換部の制御電圧情報を、制御部にて加算することにより、被計測電圧の全範囲をアナログーデジタル変換部Ｂに入力することなく、被計測電圧の絶対値を求めることができるため、電圧計測分解能を向上させると同時に、計測電圧範囲を拡大させることが可能になることを特徴とする電圧計測装置。