JP2006284528A - Signal processing mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蛍光X線分析装置、質量分析装置、ガスクロマトグラフ、液体クロマトグラフをはじめとする各種計測装置(本明細書ではこれらをまとめて「計測装置」と称する)の検出器より検出される検出信号のノイズ成分を除去する技術に関する。とりわけ、蛍光X線分析に代表されるような、検出器より検出される信号の波形が階段状を呈するような検出信号のノイズ成分を除去する技術に関する。 The present invention is detected by the detectors of various measuring devices (collectively referred to herein as “measuring devices”) including fluorescent X-ray analyzers, mass spectrometers, gas chromatographs, and liquid chromatographs. The present invention relates to a technique for removing a noise component of a detection signal. In particular, the present invention relates to a technique for removing a noise component of a detection signal, such as a fluorescent X-ray analysis, in which a waveform of a signal detected by a detector has a stepped shape.
計測装置において検出されたアナログ信号は、A/D変換器によって所定のサンプリング周波数で以て、順次標本化(デジタル数値化)される。なお、本明細書では、計測装置において検出されたアナログ信号を「検出信号」と称し、A/D変換によって標本化された検出信号を「デジタル検出信号」と称する。そして、デジタル検出信号を構成する個々のデジタル数値のことを「検出信号値」と称するものとする。 The analog signals detected by the measuring device are sequentially sampled (digital numerical values) by the A / D converter at a predetermined sampling frequency. In this specification, an analog signal detected by the measurement device is referred to as a “detection signal”, and a detection signal sampled by A / D conversion is referred to as a “digital detection signal”. Each digital numerical value constituting the digital detection signal is referred to as a “detection signal value”.
デジタル検出信号は各種のノイズを含有しているため、その検出信号から所望のデータを最大限抽出するために、各種の信号処理装置によってノイズ処理が施される。これまでに各種の信号処理機構が考案・開示されてきたが、例えば特許文献1には、蛍光X線分析において階段状の電圧パルス信号の信号レベルを安定させ、分析精度を向上させる信号処理装置が記載されている。
Since the digital detection signal contains various noises, noise processing is performed by various signal processing devices in order to extract desired data from the detection signals to the maximum. Various signal processing mechanisms have been devised and disclosed so far. For example,
従来の計測装置における信号処理系の構成の一例を図5に示す。この信号処理系では、検出器から出力された検出信号が、プリアンプやA/D変換器を経由して階段状の波形を有するデジタル検出信号に変換される。このデジタル検出信号がデジタルフィルタ部を経由することによりフィルタリングデータが生成され、次いでマルチチャネルアナライザによってパルス検出閾値による閾値判定等が行われ、スペクトルヒストグラムが生成される。
上記のような構成の下で行われる信号処理では、A/D変換を経た後のデジタル検出信号におけるノイズが大きい場合に、特にフィルタの時定数が小さい場合には、そのノイズの影響によって本来検出すべきでない信号をパルスとして誤検出してしまうという問題があったが、この問題を解決する有効な技術はこれまでに存在していなかった。 In the signal processing performed under the above configuration, when the noise in the digital detection signal after A / D conversion is large, especially when the time constant of the filter is small, it is originally detected by the influence of the noise. There has been a problem that a signal that should not be detected is erroneously detected as a pulse, but there has been no effective technique for solving this problem.
本発明が解決しようとする課題は、階段状を呈するデジタル検出信号において、A/D変換後のデジタル検出信号のノイズ部分のみを低減させることであり、また、フィルタ時定数を小さくしたり、パルス検出閾値を小さくしたとしても、誤検出が発生しないようにすることである。 The problem to be solved by the present invention is to reduce only the noise part of the digital detection signal after A / D conversion in the digital detection signal having a stepped shape, and to reduce the filter time constant, Even if the detection threshold value is made small, no false detection occurs.
上記課題を解決するために成された本発明に係る信号処理機構は、
計測装置の検出器によって検出され、A/D変換されたデジタル検出信号のノイズを低減させる信号処理機構であって、
検出信号値が予め設定された回数連続して増加又は減少しているか否かの正否を出力する増減検出部と、
連続した前後の検出信号値の差分値を算出する差分値算出部と、
前記差分値を予め設定された数で除すことにより圧縮値を算出する差分値圧縮部と、
前記増減検出部の出力が正である場合には上記検出信号値をそのまま処理後出力値として出力し、前記出力が否である場合には直前に出力された処理後出力値に前記圧縮値を加算した値を処理後出力値として出力する処理部と、を備えることを特徴とする。
The signal processing mechanism according to the present invention, which has been made to solve the above problems,
A signal processing mechanism for reducing noise of a digital detection signal detected by a detector of a measurement device and A / D converted,
An increase / decrease detection unit that outputs whether or not the detection signal value is continuously increased or decreased a predetermined number of times,
A difference value calculation unit that calculates a difference value between the detection signal values before and after consecutive;
A difference value compression unit that calculates a compression value by dividing the difference value by a preset number;
When the output of the increase / decrease detection unit is positive, the detection signal value is output as it is as a processed output value, and when the output is negative, the compressed value is added to the processed output value output immediately before. And a processing unit that outputs the added value as a processed output value.
さらに、本発明に係る信号処理機構は、他の好適な形態として、
検出信号値が予め設定された回数連続して増加又は減少しているか否かの正否を出力する増減検出部と、
連続した前後の検出信号値の差分値を算出する差分値算出部と、
前記差分値を予め設定された数で除すことにより圧縮値を算出する差分値圧縮部と、
前記差分値と予め設定された閾値とを比較し、差分値の方が大きいか否かの正否を出力する閾値比較部と、
前記増減検出部の出力及び前記閾値比較部の出力を比較し、前記閾値比較部の出力が正である場合には前記増減検出部の出力にかかわらず常に正の値を出力し、前記閾値比較部の出力が否である場合には前記増減検出部の出力に基づき正又は否の値を出力する処理判断部と、
前記処理判断部の出力が正である場合には上記検出信号値をそのまま処理後出力値として出力し、前記出力が否である場合には直前に出力された処理後出力値に前記圧縮値を加算した値を処理後出力値として出力する処理部と、を備えることを特徴とすることができる。
Furthermore, the signal processing mechanism according to the present invention is another preferred embodiment,
An increase / decrease detection unit that outputs whether or not the detection signal value is continuously increased or decreased a predetermined number of times,
A difference value calculation unit that calculates a difference value between the detection signal values before and after consecutive;
A difference value compression unit that calculates a compression value by dividing the difference value by a preset number;
A threshold value comparing unit that compares the difference value with a preset threshold value and outputs whether the difference value is larger or not;
The output of the increase / decrease detection unit and the output of the threshold comparison unit are compared. When the output of the threshold comparison unit is positive, a positive value is always output regardless of the output of the increase / decrease detection unit, and the threshold comparison A process determination unit that outputs a positive or negative value based on the output of the increase / decrease detection unit when the output of the unit is NO,
When the output of the process determination unit is positive, the detection signal value is output as it is as a processed output value, and when the output is negative, the compressed value is added to the post-processed output value output immediately before. And a processing unit that outputs the added value as a post-processing output value.
本発明の信号処理機構を用いることにより、フィルタ時定数が小さくても、信号に含まれるノイズによる影響を受けにくくすることができ、フィルタリングデータが誤ってパルス検出閾値を超えてしまうことにより発生する誤検出が起こりにくくなる。この結果、スループットが向上し、また、パルス検出閾値を小さい値に設定することが可能となるので、低元素まで検出することが可能となり、分析精度が向上する。 By using the signal processing mechanism of the present invention, even if the filter time constant is small, it can be made less susceptible to noise included in the signal, and the filtering data is generated by mistakenly exceeding the pulse detection threshold. False detection is less likely to occur. As a result, the throughput is improved and the pulse detection threshold can be set to a small value, so that even a low element can be detected and the analysis accuracy is improved.
本発明の信号処理機構は、測定装置において、A/D変換器とデジタルフィルタとの間に設けられる。なお、本信号処理機構はソフトウェア的に構成されていても構わないし、回路などによってハードウエア的に構成されていてもよい。また、両者が組み合わされた構成であってもよい。 The signal processing mechanism of the present invention is provided between the A / D converter and the digital filter in the measuring apparatus. The signal processing mechanism may be configured by software, or may be configured by hardware such as a circuit. Moreover, the structure with which both were combined may be sufficient.
本発明の信号処理機構の構成に関し、図1を参照しつつ説明する。まず、A/D変換されたデジタル検出信号の、個々の検出信号値が、検出信号値シフトレジスタ1に順次格納される。この検出信号値シフトレジスタ1にM個の検出信号値が保持される場合、第M番目の検出信号値と第M-1番目の検出信号値の差分値が差分値算出部2によって順次算出される。差分値算出部2の後段に設けられている差分値圧縮部3は、その差分値を予め定められた値Lで除すことによって、圧縮差分値を算出する。この値Lは、無限大を含め、自由に設定すればよいが、発明者の行った実測によれば、通常は2〜4程度が適当である。
The configuration of the signal processing mechanism of the present invention will be described with reference to FIG. First, individual detection signal values of the A / D converted digital detection signal are sequentially stored in the detection signal
一方、増減検出部4は、検出信号値シフトレジスタ1に格納されている第1番目の検出信号値と第2番目の検出信号値とを比較して、値が増加しているか減少しているかを示す増減検出値(通常は二値)を検出し、その増減検出値を検出結果シフトレジスタ41に格納する。なお、検出結果シフトレジスタ41に格納される増減検出値の個数は検出信号値シフトレジスタ1に格納される検出信号値の個数Mと同一とする。次いで増減検出部4は検出結果シフトレジスタ41に格納されていた前記増減検出値を順次受け取り、その増減検出値が、予め設定された回数連続しているかどうか、すなわち、検出信号値が所定回数連続増加又は連続減少しているか否かを判定し、所定回数連続増加・減少している場合には1を、それ以外の場合には0を出力する。予め設定しておく前記回数の値は特に限定されるものではないが、この値がスルーレート(ノイズとみなさない)時間に相当するため、適切な値を設定する必要がある。発明者の実測によれば、4〜8程度が適当である。
On the other hand, the increase /
処理部5においてセレクタ52は、増減検出部4から出力された値が1の場合には、検出信号値シフトレジスタ1に格納された第M番目の検出信号値をそのまま処理後出力値として出力する。増減検出部4から出力された値が0の場合には、セレクタ52は、差分値圧縮部3によって算出された圧縮差分値を、セレクタ52から直前に出力された処理後出力値に加算した値を処理後出力値として出力する。このことは、本来のノイズ成分を1/Lに圧縮していることを意味する。
In the
図3に、本発明に係る信号処理機構へ入力されるデジタル検出信号(上段)及び処理後の出力信号(下段)の一例を示す。検出信号の平坦部においてはノイズが低減されているが、階段部(本来の信号成分)はノイズではないと判断され、ノイズのみが低減された波形が得られていることがわかる。 FIG. 3 shows an example of the digital detection signal (upper stage) and the processed output signal (lower stage) input to the signal processing mechanism according to the present invention. Although the noise is reduced in the flat portion of the detection signal, it is determined that the step portion (original signal component) is not noise, and a waveform in which only the noise is reduced is obtained.
A/D変換されたデジタル検出信号によっては、本来は階段部であっても、検出信号値が所定回数単調に増加又は減少しないことがある。このような場合でも階段部を正しく認識させるために、すなわち、本発明に係る信号処理の精度をさらに向上させるために、以下に説明するように、上述の信号処理機構にさらに閾値比較部及び処理判断部を設け、所定の閾値に基づく処理を行うようにすることもできる。 Depending on the A / D converted digital detection signal, the detection signal value may not monotonously increase or decrease a predetermined number of times even if it is originally a stepped portion. Even in such a case, in order to correctly recognize the staircase, that is, to further improve the accuracy of the signal processing according to the present invention, as described below, the signal processing mechanism further includes a threshold comparison unit and a processing. A determination unit may be provided to perform processing based on a predetermined threshold value.
閾値による判定機能をさらに備えた本発明に係る信号処理機構の構成を図2に示す。閾値比較部6は、差分値算出部2において算出された差分値と、予め設定された閾値とを比較し、前記閾値の方が差分値よりも大きい場合には1を、それ以外の場合には0を出力する。
FIG. 2 shows the configuration of a signal processing mechanism according to the present invention further provided with a determination function based on a threshold. The threshold
処理判断部7は、閾値比較部6から出力される0又は1の値と、増減検出部4から出力される0又は1の値とを受け取る。閾値比較部6の出力値が1である場合には、増減検出部4の出力値にかかわらず、処理部5のセレクタ52に対して1の値を出力する。このときセレクタ52は、検出信号値シフトレジスタ1に格納された第M番目の検出信号値を処理後出力値として出力する。一方、閾値比較部6の出力値が0である場合には、処理判断部7は増減検出部4の出力値である0又は1の値を出力し、セレクタ52はその値に基づき、ノイズ成分を圧縮する(0の場合)か、検出信号値をそのまま通過させる(1の場合)かの処理を行う。
The process determination unit 7 receives the
図4に、閾値による判定機能を備えた信号処理機構による検出信号処理例のグラフを示す。デジタル検出信号(A)の波形及び処理後出力信号(B)の波形から、信号の平坦部においてノイズ成分が低減されており、階段部が正しく認識されていることがわかる。また、フィルタ出力波(C)及び閾値以上パルス(D)から、本発明に係る処理により、処理後出力信号の持つ信号成分が正しくパルスとして認識されることも確認された。
FIG. 4 shows a graph of an example of detection signal processing by a signal processing mechanism having a determination function based on a threshold value. From the waveform of the digital detection signal (A) and the waveform of the processed output signal (B), it can be seen that the noise component is reduced in the flat portion of the signal and the staircase portion is correctly recognized. It was also confirmed that the signal component of the processed output signal was correctly recognized as a pulse by the processing according to the present invention from the filter output wave (C) and the pulse (D) above the threshold.
1…検出信号値シフトレジスタ
2…差分値算出部
3…差分値圧縮部
4…増減検出部
41…検出結果シフトレジスタ
5…処理部
51…加算器
52…セレクタ
6…閾値比較部
7…処理判断部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
検出信号値が予め設定された回数連続して増加又は減少しているか否かの正否を出力する増減検出部と、
連続した前後の検出信号値の差分値を算出する差分値算出部と、
前記差分値を予め設定された数で除すことにより圧縮値を算出する差分値圧縮部と、
前記増減検出部の出力が正である場合には上記検出信号値をそのまま処理後出力値として出力し、前記出力が否である場合には直前に出力された処理後出力値に前記圧縮値を加算した値を処理後出力値として出力する処理部と、
を備えることを特徴とする信号処理機構。 A signal processing mechanism for reducing noise of a digital detection signal detected by a detector of a measurement device and A / D converted,
An increase / decrease detection unit that outputs whether or not the detection signal value is continuously increased or decreased a predetermined number of times,
A difference value calculation unit that calculates a difference value between the detection signal values before and after consecutive;
A difference value compression unit that calculates a compression value by dividing the difference value by a preset number;
When the output of the increase / decrease detection unit is positive, the detection signal value is output as it is as a processed output value, and when the output is negative, the compressed value is added to the processed output value output immediately before. A processing unit that outputs the added value as an output value after processing;
A signal processing mechanism comprising:
検出信号値が予め設定された回数連続して増加又は減少しているか否かの正否を出力する増減検出部と、
連続した前後の検出信号値の差分値を算出する差分値算出部と、
前記差分値を予め設定された数で除すことにより圧縮値を算出する差分値圧縮部と、
前記差分値と予め設定された閾値とを比較し、差分値の方が大きいか否かの正否を出力する閾値比較部と、
前記増減検出部の出力及び前記閾値比較部の出力を比較し、前記閾値比較部の出力が正である場合には前記増減検出部の出力にかかわらず常に正の値を出力し、前記閾値比較部の出力が否である場合には前記増減検出部の出力に基づき正又は否の値を出力する処理判断部と、
前記処理判断部の出力が正である場合には上記検出信号値をそのまま処理後出力値として出力し、前記出力が否である場合には直前に出力された処理後出力値に前記圧縮値を加算した値を処理後出力値として出力する処理部と、
を備えることを特徴とする信号処理機構。 A signal processing mechanism that reduces noise of a detection signal after being detected by a detector of a measurement device and A / D converted,
An increase / decrease detection unit that outputs whether or not the detection signal value is continuously increased or decreased a predetermined number of times,
A difference value calculation unit that calculates a difference value between the detection signal values before and after consecutive;
A difference value compression unit that calculates a compression value by dividing the difference value by a preset number;
A threshold value comparing unit that compares the difference value with a preset threshold value and outputs whether the difference value is larger or not;
The output of the increase / decrease detection unit and the output of the threshold comparison unit are compared. When the output of the threshold comparison unit is positive, a positive value is always output regardless of the output of the increase / decrease detection unit, and the threshold comparison A process determination unit that outputs a positive or negative value based on the output of the increase / decrease detection unit when the output of the unit is NO,
When the output of the process determination unit is positive, the detection signal value is output as it is as a processed output value, and when the output is negative, the compressed value is added to the post-processed output value output immediately before. A processing unit that outputs the added value as an output value after processing;
A signal processing mechanism comprising:
The signal processing mechanism according to claim 1, wherein the measurement device is a fluorescent X-ray analysis device.
Priority Applications (1)
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JP2005108326A JP2006284528A (en) | 2005-04-05 | 2005-04-05 | Signal processing mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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-
2005
- 2005-04-05 JP JP2005108326A patent/JP2006284528A/en active Pending
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