JP2009049496A - パルス検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受信結果を監視しながらパルス検出感度を自動調整することができるパルス検出装置を実現する。
【解決手段】入力信号の誤検出を防止するパルス検出装置に関する。ヒステリシスを調整可能なヒステリシスコンパレータで入力信号をパルス信号として検出するパルス入力検出部と、パルス信号の周波数を算出するパルス入力処理部と、この周波数を監視し、ヒステリシスコンパレータのヒステリシスを調整する調整データを制御する調整制御部と、調整データを記憶手段に保持するとともに、調整制御部の指令によりパルス入力検出部に調整データを出力するドライブ制御部とを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力信号をパルス信号として検出し、パルス信号の周波数を上位システムへ通知するパルス検出装置に関し、入力信号の誤検出を防止するパルス検出装置に関するものである。

パルス検出装置では、入力信号に重畳されるノイズの影響による誤検出を防止するため、入力信号をパルス信号として検出するコンパレータにヒステリシス機能を持たせたものを使用している。

図２は従来のパルス検出装置の構成例を示す図である。
パルス検出装置１０は入力信号Ｖｉをパルス信号として検出し、パルス信号の周波数を演算処理装置等の上位システム１に対して通知し、上位システムにおいてプロセスの制御や監視等の処理を行う。入力信号Ｖｉとしては、正弦波、のこぎり波、方形波、パルス波等がある。

入力信号Ｖｉは、パルス入力検出部１１でパルス信号として検出され、パルス入力処理部１２はこのパルス信号のパルス数をカウントし、単位時間当たりのパルス数から周波数を算出する。上位システム１は、パルス入力処理部１２からパルス信号の周波数を受け取り、入力信号Ｖｉの周波数として演算処理等を行う。

パルス入力検出部１１は、ヒステリシスコンパレータで構成されている。コンパレータＵ１の反転入力端子には入力信号Ｖｉが入力され、コンパレータＵ１の出力は抵抗Ｒ２を介して非反転入力端子に帰還される。ポテンショメータＵ２の端子ａは、基準電圧Ｖｒに接続され、ポテンショメータＵ２の端子ｃは、コンパレータＵ１の非反転入力端子に接続されている。

ポテンショメータＵ２とは、３個の端子ａ，ｂ，ｃをもち、その中の２個の端子ａ，ｂを抵抗素子の両終端に接続し、残りの端子ｃを抵抗素子に沿って移動する接点に接続し、主に分圧器として用いる抵抗器である。

ポテンショメータＵ２の端子ａｃ間の抵抗をＲ１とすると、パルス入力検出部１１のヒステリシスコンパレータの出力ＶｏがＨｉｇｈレベルのときの閾値ＶthHと、Ｌｏｗレベルのときの閾値ＶthLは次式で求まり、ヒステリシスコンパレータのヒステリシス（閾値電圧の差）は、抵抗Ｒ１とＲ２の抵抗値の比率で決まることになる。

ＶthH＝Ｖｒ＋（Ｖｏmax−Ｖｒ）Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）
ＶthL＝Ｖｒ＋（Ｖｏmin−Ｖｒ）Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）

図３はヒステリシスコンパレータの動作説明図である。
図３（ａ）は入力信号Ｖｉの波形とヒステリシスコンパレータの閾値、図３（ｂ）はその際のヒステリシスコンパレータの出力Ｖｏの波形を示している。
入力信号Ｖｉにノイズが重畳しているが、ノイズの振幅がヒステリシスコンパレータのヒステリシス幅以下であるので、閾値付近でのノイズの影響によるヒステリシスコンパレータの誤検出を防止でき、安定した出力を得ることができる。

このように、入力信号Ｖｉの受信をコンパレータで行うことによって、振幅の小さい信号や方形波以外の信号も検出可能としている。
また、ポテンショメータＵ２の抵抗Ｒ１の値を手動で調整し、ヒステリシスコンパレータのヒステリシス（各閾値）を変更することで、環境に応じてパルス入力検出部１１のパルス検出感度を変えてノイズによる誤検出を防止している。

特開平６−２１６７２６号公報

ポテンショメータによりヒステリシスを手動で調整するため、パルス検出装置が設置されている現場へ出向いて調整する必要があり、また、調整の際は上位システムへ通知される結果を離れた調整現場へ逐次フィードバックする必要があり調整作業が困難であった。

また、ヒステリシスを大きくし過ぎると小振幅の信号を検出できなくなる等のような問題が起こらないように、ヒステリシス幅を適切に設定し把握する必要があるが、従来の回路では容易にヒステリシス幅を認識することができなかった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、設置現場での手動による調整を必要とせず、受信結果を監視しながらパルス検出感度を自動調整することができるパルス検出装置を実現することを目的とする。

このような課題を達成するために、本発明は次のとおりの構成になっている。
（１）入力信号をパルス信号として検出し、該パルス信号の周波数を上位システムへ通知するパルス検出装置において、
ヒステリシスを調整可能なヒステリシスコンパレータで前記入力信号をパルス信号として検出するパルス入力検出部と、
前記パルス信号の単位時間当たりのパルス数から周波数を算出するパルス入力処理部と、
前記周波数を監視し、前記ヒステリシスコンパレータのヒステリシスを調整する調整データを制御する調整制御部と、
前記調整データを記憶手段に保持するとともに、前記調整制御部の指令により前記パルス入力検出部に調整データを出力するドライブ制御部と、
を有することを特徴とするパルス検出装置。

（２）前記調整制御部は、前記上位システムから前記調整データの設定があった場合は、該調整データを優先することを特徴とする（１）記載のパルス検出装置。

（３）前記調整制御部は、前記入力信号の電圧レベルに応じて前記調整データを制御することを特徴とする（１）又は（２）記載のパルス検出装置。

（４）前記調整制御部は、前記入力信号の振幅に応じて前記調整データを制御することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のパルス検出装置。

（５）前記ドライブ制御部の記憶手段は、あらかじめ２段階の調整データを保持し、前記調整制御部は、前記２段階の調整データから前記記憶手段に保持されていない調整データを算出することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載のパルス検出装置。

（６）前記ドライブ制御部の記憶手段は、使用条件と調整データを対応させた調整テーブルを保持し、前記調整制御部は、使用条件に応じた調整データを選択することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載のパルス検出装置。

（７）前記ドライブ制御手段から前記パルス入力検出部へ出力した調整データと、前記パルス入力検出部から設定された調整データを読み返し、両データを比較する診断部を有することを特徴とする（１）乃至（６）のいずれかに記載のパルス検出装置。

本発明によれば次のような効果がある。
ヒステリシスコンパレータを構成するデジタルポテンショメータを、受信結果に基づいて自動調整することで、パルス検出装置のパルス検出感度を入力信号に応じて適切に設定することができる。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す構成図である。前出の図と同一のものは同一符号を付ける。
パルス検出装置２０は入力信号Ｖｉをパルス信号として検出し、パルス信号の周波数を演算処理装置等の上位システム１に対して通知する。
パルス入力検出部２１は、ヒステリシスコンパレータで構成され、入力信号Ｖｉをパルスとして検出する。

コンパレータＵ１の反転入力端子には入力信号Ｖｉが入力され、コンパレータＵ１の出力は抵抗Ｒ２を介して非反転入力端子に帰還される。デジタルポテンショメータＵ２０の端子ａは、基準電圧Ｖｒに接続され、デジタルポテンショメータＵ２０の端子ｃは、コンパレータＵ１の非反転入力端子に接続されている。デジタルポテンショメータＵ２０は、通信設定で任意に抵抗値を変更することができる。

デジタルポテンショメータＵ２０の端子ａｃ間の抵抗をＲ１とすると、抵抗Ｒ１とＲ２の抵抗値の比率を変えることでヒステリシスコンパレータのヒステリシス（閾値電圧の差）を変更することができる。
図１では抵抗Ｒ１の値をデジタルポテンショメータＵ２０を用いて変えるようにしているが、高分解能で切り替えられるアナログスイッチと抵抗値の組み合わせで抵抗Ｒ１部分の抵抗値を変える構成にしてもよい。

パルス入力処理部２２は、パルス入力検出部２１で検出したパルス信号のパルス数をカウントし、単位時間当たりのパルス数から周波数を算出する。算出したパルス信号の周波数は、入力信号Ｖｉの周波数と同じであり、上位システム１へ通知されプロセスの制御や監視等の処理に用いられる。また、算出したパルス信号の周波数は、調整制御部２３へも送られる。

調整制御部２３は、パルス入力処理部２２から送られてきた周波数を監視し、パルス入力検出部２１のヒステリシスコンパレータのヒステリシスを調整する調整データを制御する。
ドライブ制御部２４は、調整制御部２３で求めた調整データをＲＡＭや不揮発性のＲＯＭ等の記憶手段２５に保持し、調整制御部２３からの指令に従いパルス入力検出部２１と通信してデジタルポテンショメータＵ２０の端子ａｃ間の抵抗値を変更する。

診断部２６は、ドライブ制御手段２４からパルス入力検出部２１へ出力した調整データと、パルス入力検出部２１のヒステリシスコンパレータに設定された調整データを読み返し、両データを比較する。このような診断を通常動作中に行うことで、パルス検出装置の信頼性を上げることができる。

ここで、ヒステリシスコンパレータのヒステリシスの調整方法について詳しく説明する。
まず、１つの調整方法として、製造工程において調整する場合について説明する。
製造工程においてはノイズのない環境で行われるので、調整の際にノイズを想定した既知の波形である入力信号Ｖｉ（模擬ノイズ）をパルス入力検出部２１へ入力する。
調整制御部２３は、最適なヒステリシスを決定するため、入力信号Ｖｉの周波数（単位時間当たりのパルス数）を監視しながら、ドライブ制御手段２４へ指令を出し、パルス入力検出部２１のヒステリシスコンパレータのヒステリシス幅を０からリニアに変化させる。

ヒステリシス幅が０の場合、パルス入力検出部２１は正常に入力信号Ｖｉ（模擬ノイズ）を検出することができるが、ヒステリシス幅をリニアに大きくしていき、ヒステリシス幅が模擬ノイズの振幅より大きくなるとパルス入力検出部２１は入力信号Ｖｉ（模擬ノイズ）を検出できなくなる。

調整制御部２３はパルス入力処理部２２から送られてくるパルス信号の周波数を監視しているので、パルス信号を検出することができなくなるレベルを把握することができ、模擬ノイズを除去することができる最適なヒステリシスとなる調整データを自動的に決定し、ドライブ制御部２４へ通知し、記憶手段２５で調整データを保管する。

調整データとヒステリシスとは、１次関数の関係にあるので、パルス検出装置２０の調整の際に２段階のノイズレベルの模擬ノイズを入力信号Ｖｉとして入れ、それぞれ模擬ノイズを除去することができる最適なヒステリシスとなる調整データをあらかじめ記憶手段２５に記憶しておく。このようにしておくことで、実動作中に他のノイズレベルの信号が入ってきた際にも、必要なヒステリシスの値から調整データを算出することができる。

次に、別の調整方法として、設置現場において説明する場合について説明する。
設置現場においては実際に入力信号Ｖｉにノイズが重畳した状態で行われる。調整の際に既知の波形である入力信号Ｖｉ（理想信号）をパルス入力検出部２１へ入力する。
調整制御部２３は、最適なヒステリシスを決定するため、入力信号Ｖｉの周波数（単位時間当たりのパルス数）を監視しながら、ドライブ制御手段２４へ指令を出し、パルス入力検出部２１のヒステリシスコンパレータのヒステリシス幅を０からリニアに変化させる。

ヒステリシス幅が０の場合、パルス入力検出部２１は入力信号Ｖｉにノイズが重畳しているため、パルス入力検出部２１のヒステリシスコンパレータＵ１の閾値付近のノイズの影響で入力信号Ｖｉを正確に検出することができない。ヒステリシス幅をリニアに大きくしていき、ヒステリシス幅が入力信号Ｖｉに重畳しているノイズの振幅より大きくなると、パルス入力検出部２１はノイズの影響を受けることなく入力信号Ｖｉを正確に検出することができるようになる。

調整制御部２３はパルス入力処理部２２から送られてくるパルス信号の周波数を監視しているので、パルス信号を正確に検出することができるようになるレベルを把握することができ、ノイズを除去することができる最適なヒステリシスとなる調整データを自動的に決定し、ドライブ制御部２４へ通知し、記憶手段２５で調整データを保管する。

記憶手段２５においては、周囲温度、使用場所、入力信号の種類、対象機器、ノイズレベル等の使用条件と調整データを対応させた調整テーブルを保持しておくようにすることもできる。このようにすることで調整制御部２３は、使用条件に応じた調整データを選択するだけで、適切なパルス検出感度を設定することができる。

調整制御部２３は、上位システム１からの要求により、調整アルゴリズムの選択と設定、調整の開始及び終了等の制御を行う。
また、調整制御部２３は、パルス入力処理部２２から送られてくるパルス信号の周波数を監視して求めた調整データの他、上位システム１から直接ヒステリシスの調整データの設定を受け付けることで、任意に調整アルゴリズムを上位システム１で構築し、リモートで調整を実施することもできる。例えば、調整制御部２３は、上位システム１から調整データの設定があった場合は、この調整データを優先するように動作する。このように、パルス入力処理部２２から送られてくるパルス信号の周波数の監視結果及び上位システム１からの指令により適切にパルス検出感度を設定することができる。

また、調整制御部２３において、入力信号Ｖｉの電圧レベル、振幅を直接又は間接的に監視するようにし、入力信号Ｖｉの電圧レベル、振幅のそれぞれに応じて調整データを制御するようにしてもよい。例えば、入力信号Ｖｉの電圧レベルが高ければ、ヒステリシスコンパレータを構成する基準電圧Ｖｒの電圧値を可変制御し、ヒステリシスの閾値を上げることができる。

また、本発明のパルス検出装置を二重化構成とすることにより、パルス検出装置の信頼性を上げることができる。例えば、それぞれのパルス信号の検出結果からどちらか一方のパルス検出装置が誤検出していると想定される場合、両方のパルス検出装置のパルス入力処理部２２でのパルス信号の周波数が同じになるように、それぞれのヒステリシスコンパレータのヒステリシスを調整することで、自動で適切なパルス検出感度を設定することができる。

本発明の一実施例を示す構成図である。 従来のパルス検出装置の構成例を示す図である。 ヒステリシスコンパレータの動作説明図である。

符号の説明

１ 上位システム
２０ パルス検出装置
２１ パルス入力検出部
２２ パルス入力処理部
２３ 調整制御部
２４ ドライブ制御部
２５ 記憶手段
２６ 診断部

Claims (7)

1. 入力信号をパルス信号として検出し、該パルス信号の周波数を上位システムへ通知するパルス検出装置において、
   ヒステリシスを調整可能なヒステリシスコンパレータで前記入力信号をパルス信号として検出するパルス入力検出部と、
   前記パルス信号の単位時間当たりのパルス数から周波数を算出するパルス入力処理部と、
   前記周波数を監視し、前記ヒステリシスコンパレータのヒステリシスを調整する調整データを制御する調整制御部と、
   前記調整データを記憶手段に保持するとともに、前記調整制御部の指令により前記パルス入力検出部に調整データを出力するドライブ制御部と、
   を有することを特徴とするパルス検出装置。
2. 前記調整制御部は、前記上位システムから前記調整データの設定があった場合は、該調整データを優先することを特徴とする請求項１記載のパルス検出装置。
3. 前記調整制御部は、前記入力信号の電圧レベルに応じて前記調整データを制御することを特徴とする請求項１又は２記載のパルス検出装置。
4. 前記調整制御部は、前記入力信号の振幅に応じて前記調整データを制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のパルス検出装置。
5. 前記ドライブ制御部の記憶手段は、あらかじめ２段階の調整データを保持し、前記調整制御部は、前記２段階の調整データから前記記憶手段に保持されていない調整データを算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のパルス検出装置。
6. 前記ドライブ制御部の記憶手段は、使用条件と調整データを対応させた調整テーブルを保持し、前記調整制御部は、使用条件に応じた調整データを選択することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のパルス検出装置。
7. 前記ドライブ制御手段から前記パルス入力検出部へ出力した調整データと、前記パルス入力検出部から設定された調整データを読み返し、両データを比較する診断部を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のパルス検出装置。

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