JP2009246711A - Signal processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流電源を駆動源として動作し、A/D変換器を介して取り込んだ入力信号に所定の演算処理を施すように構成された、例えば熱電対を用いた温度検出装置や温度制御装置のような信号処理装置に関する。 The present invention operates with an AC power source as a drive source, and is configured to perform predetermined arithmetic processing on an input signal taken in via an A / D converter, for example, a temperature detection device or temperature control using a thermocouple. The present invention relates to a signal processing device such as a device.
熱電対を用いた温度検出装置や温度制御装置においては、温度検出対象に設けられた上記熱電対の冷接点補償を行うべく、冷接点補償用温度センサを用いて検出される温度値に応じて前記熱電対の出力(起電力)を補償して前記温度検出対象の温度を求めるように構成される。図3はこの種の温度検出装置の概略構成を示す図で、1は熱電対TCが設けられる検出対象、2は温度検出装置を示している。この温度検出装置2は、例えばマイクロプロセッサ(CPU)3を主体として構成され、前記熱電対TCにて検出された温度情報および該温度検出装置2に組み込まれた冷接点補償用温度センサCJにより検出される温度値をA/D変換器4を介してそれぞれデジタル変換して前記マイクロプロセッサ(CPU)3に取り込むように構成される。また温度制御装置は、上述した温度検出装置2にて検出された温度値に応じて図示しない制御対象(加熱器や冷熱器等)を制御して前記検出対象1の温度を制御するように構成される[例えば特許文献1を参照]。
In a temperature detection device and a temperature control device using a thermocouple, in order to perform cold junction compensation of the thermocouple provided in the temperature detection target, according to a temperature value detected using a temperature sensor for cold junction compensation. It is configured to obtain the temperature of the temperature detection target by compensating the output (electromotive force) of the thermocouple. FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of this type of temperature detection device, in which 1 is a detection target provided with a thermocouple TC, and 2 is a temperature detection device. This
ところでこの種の温度検出装置や温度制御装置であって、商用交流電源を駆動源として動作する装置においては、A/D変換器4を介して取り込まれる入力信号に上記商用交流電源の周波数に起因するコモンモードノイズが重畳することが否めない。このコモンモードノイズは、特に前述した熱電対TCを用いて検出される温度情報の検出精度を大幅に劣化させる要因となる。そこで従来においては商用交流電源の周波数を検出し、検出した周波数に同期させてA/D変換器を動作させて入力信号を取り込む(サンプリングする)ようにしている[例えば特許文献2を参照]。そして商用交流電源の周波数に同期させて取り込んだ入力信号の、複数サンプルに亘るデジタル変換値を平均化することで上記コモンモードノイズを除去している。
しかしながら商用交流電源の周波数に応じてA/D変換器の動作周期(サンプリング周期)を変更するには、動作モードを切り換え可能なA/D変換器を用いることが必要であり、装置構成の複雑化を招来する要因となる。しかもA/D変換器の動作周期(サンプリング周期)を変更した場合には、これに伴ってA/D変換器内部のフィルタ定数やアルゴリズム等が変化する。この為、A/D変換器を介して入力信号を取り込んで所定の信号処理を実行するに際しての応答特性が変化すると言う不具合が生じる。 However, in order to change the operation cycle (sampling cycle) of the A / D converter according to the frequency of the commercial AC power supply, it is necessary to use an A / D converter capable of switching the operation mode, and the device configuration is complicated. It will be a factor inviting. In addition, when the operation cycle (sampling cycle) of the A / D converter is changed, the filter constant, algorithm, etc. inside the A / D converter change accordingly. For this reason, there arises a problem that response characteristics change when an input signal is taken in via the A / D converter and predetermined signal processing is executed.
また前述したように2系統の入力信号をそれぞれ取り込んで所定の信号処理を実行するような場合、これらの2系統の入力信号にそれぞれ含まれるコモンモードノイズを除去するには、上記2系統の入力信号をそれぞれ複数サンプルに亘って取り込むことが必要である。従って1台のA/D変換器の入力を切り換えながら、コモンモードノイズを除去した2系統の入力信号(平均値)を得るには相当長い時間を必要とし、温度検出装置2における信号処理周期が長くなることが否めない。逆に温度検出装置2での信号処理の周期が規定されるような場合には、この動作周期の期間内に前述した2系統の入力信号をそれぞれ複数サンプルに亘って取り込む必要が生じるので、A/D変換器4におけるサンプリング周期を相当短く設定することが必要となる。
Further, as described above, when the two input signals are taken in and the predetermined signal processing is executed, in order to remove the common mode noise contained in each of these two input signals, the two input signals are input. It is necessary to acquire the signal over a plurality of samples. Accordingly, it takes a considerably long time to obtain two systems of input signals (average values) from which common mode noise is removed while switching the input of one A / D converter, and the signal processing cycle in the
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、駆動源として用いられる交流電源の周波数に拘わることなく一定のサンプリング周期で入力信号をデジタル変換して取り込みながら、上記交流電源の周波数に起因するコモンモードノイズの影響を低減して所定の信号処理を簡易に実行することのできる信号処理装置を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and the purpose of the present invention is to convert the input signal into a digital signal with a constant sampling period and capture the AC signal regardless of the frequency of the AC power source used as a drive source. An object of the present invention is to provide a signal processing apparatus that can easily execute predetermined signal processing by reducing the influence of common mode noise caused by the frequency of a power supply.
上述した目的を達成するべく本発明に係る信号処理装置は、交流電源を駆動源として動作するものであって、
第1および第2の入力信号をそれぞれデジタル変換して取り込むA/D変換手段と、
このA/D変換手段を介して取り込まれた前記第1の入力信号のデジタル変換値を平均化処理して該第1の入力信号に含まれる前記交流電源の周波数に起因したコモンモードノイズを除去する平均化処理手段と、
前記第1の入力信号のデジタル変換値の上記平均化処理手段にて求められた平均値と前記第2の入力信号のデジタル変換値とを用いて所定の演算処理を実行する演算処理手段とを備え、
特に前記A/D変換手段においては、前記演算処理手段に設定された一動作周期内において、前記第1の入力信号を前記交流電源の周波数に応じて定められる回数に亘って繰り返しサンプリングすると共に、前記第2の入力信号を少なくとも1回サンプリングし得る一定の周期で前記第1および第2の入力信号をそれぞれデジタル変換し、
前記平均化処理手段においては、前記交流電源の周波数に応じて定められる回数に亘って繰り返しサンプリングされた前記第1の入力信号のデジタル変換値の平均値を求めるように構成したことを特徴としている。
In order to achieve the above-described object, the signal processing apparatus according to the present invention operates using an AC power source as a drive source,
A / D conversion means for digitally converting the first and second input signals, respectively, and
A digital conversion value of the first input signal taken in via the A / D conversion means is averaged to remove common mode noise caused by the frequency of the AC power source included in the first input signal. Averaging means for
Arithmetic processing means for executing predetermined arithmetic processing using the average value obtained by the averaging processing means of the digital conversion value of the first input signal and the digital conversion value of the second input signal; Prepared,
Particularly, in the A / D conversion means, the first input signal is repeatedly sampled over a number of times determined according to the frequency of the AC power source within one operation cycle set in the arithmetic processing means, and Each of the first and second input signals is digitally converted at a fixed period in which the second input signal can be sampled at least once;
The averaging processing means is configured to obtain an average value of digital conversion values of the first input signal repeatedly sampled over a number of times determined according to the frequency of the AC power supply. .
好ましくは前記A/D変換手段を[10/(6n)]m秒(但し、nは自然数)の周期で前記第1および第2の入力信号を選択的にサンプリングするように構成し、また前記平均化処理手段については、前記交流電源の周波数が[50]Hzであるときには連続する[12n]サンプル回数に亘って前記第1の入力信号のデジタル変換値を平均化処理し、前記交流電源の周波数が[60]Hzであるときには連続する[10n]サンプル回数に亘って前記第1の入力信号のデジタル変換値を平均化処理するように構成することが望ましい。 Preferably, the A / D conversion means is configured to selectively sample the first and second input signals at a period of [10 / (6n)] m seconds (where n is a natural number), and For the averaging processing means, when the frequency of the AC power source is [50] Hz, the digital conversion value of the first input signal is averaged over the number of consecutive [12n] samples, and the AC power source When the frequency is [60] Hz, it is preferable that the digital conversion value of the first input signal is averaged over the number of consecutive [10n] samples.
本発明の好ましい実施形態は、例えば前記第1の入力信号は熱電対により求められた検出対象の温度を示す情報であり、前記第2の入力信号は冷接点補償用温度センサにより求められた校正用温度値であって、前記演算処理手段は、前記第1の入力信号のデジタル変換値の平均値を、前記第2の入力信号のデジタル変換値を用いて補正して前記検出対象の温度を求めるように構成される。更には前記演算処理手段においては、上述した如く補正した検出対象の温度に従って外部の制御対象に対する制御信号を生成するように構成することが望ましい。 In a preferred embodiment of the present invention, for example, the first input signal is information indicating the temperature of the detection target obtained by a thermocouple, and the second input signal is a calibration obtained by a temperature sensor for cold junction compensation. The calculation processing means corrects an average value of the digital conversion value of the first input signal by using the digital conversion value of the second input signal, and calculates the temperature of the detection target. Configured to seek. Furthermore, it is desirable that the arithmetic processing means is configured to generate a control signal for an external control target according to the temperature of the detection target corrected as described above.
上記構成の信号処理装置によればA/D変換手段を一定のサンプリング周期で駆動し、演算処理手段に設定された一動作周期内において、第1の入力信号を交流電源の周波数に応じて定められる回数に亘って繰り返しサンプリングすると共に、第2の入力信号を少なくとも1回サンプリングし、上記交流電源の周波数に応じて定められる回数に亘って繰り返しサンプリングされた第1の入力信号のデジタル変換値の平均値を求めるだけなので、A/D変換手段の構成の複雑化を招くことなく、またその応答特性の変化を招来することなしに前記演算処理手段に設定された一動作周期内において第1および第2の入力信号を確実に取り込むことができる。 According to the signal processing apparatus configured as described above, the A / D conversion means is driven at a constant sampling period, and the first input signal is determined according to the frequency of the AC power source within one operation period set in the arithmetic processing means. The second input signal is sampled at least once, and the digital input value of the first input signal repeatedly sampled over the number of times determined according to the frequency of the AC power supply Since only the average value is obtained, the first and the first operation cycles are set in the arithmetic processing means without incurring a complicated configuration of the A / D conversion means and without causing a change in response characteristics thereof. The second input signal can be reliably captured.
しかもA/D変換手段を[10/(6n)]m秒(但し、nは自然数)のサンプリング周期で駆動し、前記平均化処理手段においては交流電源の周波数が[50]Hzであるときには連続する[12n]サンプル回数に亘って第1の入力信号のデジタル変換値を平均化処理し、また交流電源の周波数が[60]Hzであるときには連続する[10n]サンプル回数に亘って第1の入力信号のデジタル変換値を平均化処理するので、交流電源の周波数が[50]Hzであるか[60]Hzであるかに拘わりなく、該交流電源の周波数に起因するコモンモードノイズを確実に除去(低減)することができる。 In addition, the A / D conversion means is driven with a sampling period of [10 / (6n)] m seconds (where n is a natural number), and the averaging processing means is continuous when the frequency of the AC power source is [50] Hz. The digital conversion value of the first input signal is averaged over the number of [12n] samples, and when the frequency of the AC power source is [60] Hz, the first over the number of consecutive [10n] samples. Since the digital conversion value of the input signal is averaged, the common mode noise caused by the frequency of the AC power supply can be reliably ensured regardless of whether the frequency of the AC power supply is [50] Hz or [60] Hz. It can be removed (reduced).
特に本発明によれば、前記第1の入力信号が熱電対により求められた検出対象の温度を示す情報であって、前記第2の入力信号が冷接点補償用温度センサにより求められた校正用温度値であるような場合、計測対象である第1の入力信号を、連続する複数サンプルに亘って検出し、これを平均化処理することで該第1の入力信号に含まれるコモンモードノイズの除去するのでその信号値を精度良く検出することができ、また一般的に安定で上記第1の入力信号に対する補償基準となる第2の入力信号を、上記第1の入力信号の入力期間の合間をみて少なくとも1サンプル入力するだけなので、第1および第2の入力信号をそれぞれ取り込む上での周期がさほど長くなることがない。従って演算処理手段に設定された一動作周期内において、A/D変換手段のサンプリング周期を過度に短く設定しなくても、第1および第2の入力信号をそれぞれ安定に取り込むことが可能となる。 In particular, according to the present invention, the first input signal is information indicating the temperature of a detection target obtained by a thermocouple, and the second input signal is a calibration value obtained by a cold junction compensation temperature sensor. In the case of a temperature value, the first input signal to be measured is detected over a plurality of consecutive samples and averaged to detect the common mode noise included in the first input signal. Therefore, the second input signal that is generally stable and serves as a compensation reference for the first input signal can be detected between the input periods of the first input signal. Thus, since at least one sample is input, the period for capturing the first and second input signals does not become so long. Accordingly, the first and second input signals can be stably captured without setting the sampling period of the A / D conversion means too short within one operation cycle set in the arithmetic processing means. .
以下、本発明の一実施形態に係る信号処理装置について、熱電対を用いた温度検出装置を例に説明する。尚、上記温度検出装置が有する機能に、更に検出した温度値に基づいて外部の、例えば加熱器や冷熱器等の制御対象機器の動作を制御する温度制御装置についても本発明を同様に適用することができる。
図1は本発明の一実施形態に係る温度検出装置の概略構成図であって、1は温度検出対象部位に設けられる温度センサとしての熱電対である。温度検出装置10は、第1の前置増幅器(入力バッファ)11を介して上記熱電対1にて検出される温度情報(第1の入力信号)を入力すると共に、第2の前置増幅器(入力バッファ)12を介して該温度検出装置10に組み込まれた冷接点補償用温度センサ13にて求められる温度情報(第2の入力信号)を入力する。そしてこれらの第1および第2の入力信号は、A/D変換器14を介して所定の周期でサンプリングされ、デジタル変換されて該装置の本体部を構成するマイクロプロセッサ(CPU)15に取り込まれるように構成されている。尚、上記A/D変換器14は、前記マイクロプロセッサ(CPU)15が内蔵するA/D変換機能であっても良い。
Hereinafter, a signal processing device according to an embodiment of the present invention will be described using a temperature detection device using a thermocouple as an example. It should be noted that the present invention is similarly applied to the function of the above-described temperature detection device and also to a temperature control device that controls the operation of an external control target device such as a heater or a refrigerator based on the detected temperature value. be able to.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a temperature detection device according to an embodiment of the present invention.
そして前記マイクロプロセッサ(CPU)15は、基本的には前記熱電対1を用いて検出された温度情報(第1の入力信号)を前記冷接点補償用温度センサ13にて求められる温度情報(第2の入力信号)を用いて冷接点補償することで、前記熱電対1が設けられた温度検出対象部位の温度を高精度に検出するものとなっている。このようにして検出された温度は該温度検出装置10に組み込まれた表示器16にて表示され、或いは検出温度情報として外部機器等に出力される。
The microprocessor (CPU) 15 basically has temperature information (first input signal) detected using the
基本的に上述した如く構成される温度検出装置は、例えば商用交流電源(AC)を直接的または間接的に駆動源として用いて動作するものであって、電源部17は交流電源を整流・平滑化して前述したA/D変換器14やマイクロプロセッサ(CPU)15等をそれぞれ駆動する所定の直流電源電圧Vccを生成している。またこの電源部17に付随して前記交流電源の周波数を前記マイクロプロセッサ(CPU)15に設定する周波数判定部18が設けられている。
The temperature detection device basically configured as described above operates, for example, using a commercial AC power supply (AC) as a drive source directly or indirectly, and the
さて本発明に係る温度検出装置(信号処理装置)が特徴とするところは、前記A/D変換器14を一定のサンプリング周期Tsで駆動し、前記マイクロプロセッサ(CPU)15の1動作周期Tの期間内において前述した熱電対1から入力される温度情報(第1の入力信号)を、後述するように前記商用交流電源の周波数に応じて定められる回数に亘って繰り返しサンプリングしてそのデジタル変換値を順次求めると共に、前記マイクロプロセッサ(CPU)15の1動作周期Tの残された時間内において、前記冷接点補償用温度センサ13にて求められる温度情報(第2の入力信号)を少なくとも1回サンプリングしてそのデジタル変換値を求めるようにした点にある。このA/D変換器14を介する上記第1の入力信号および第2の入力信号の選択的なサンプリングは、前記マイクロプロセッサ(CPU)15における入力制御部15aの制御の下で切り換えられる。
The temperature detection device (signal processing device) according to the present invention is characterized in that the A /
そして前記マイクロプロセッサ(CPU)15においては、平均化処理部15bにおいて前記商用交流電源の周波数に応じて定められる回数に亘って繰り返しサンプリングされた前記第1の入力信号のデジタル変換値の平均値を求めることで、前記第1の入力信号に重畳している前記商用交流電源の周波数に起因するコモンモードノイズを除去(軽減)するものとなっている。その上で前記マイクロプロセッサ(CPU)15は、その演算部15cを駆動し、前述した平均化処理によってコモンモードノイズを除去した前記熱電対1の出力が示す温度情報(第1の入力信号)を、前記冷接点補償用温度センサ13の出力が示す温度値(第2の入力信号)を用いて冷接点補償し、これによって前記熱電対1が設けられた温度検出対象部位の温度を高精度に求めるものとなっている。
In the microprocessor (CPU) 15, an average value of the digital conversion values of the first input signal repeatedly sampled over the number of times determined in accordance with the frequency of the commercial AC power in the averaging
ここで前記A/D変換器14のサンプリング周期Ts、前記マイクロプロセッサ(CPU)15における動作周期T、および平均化処理に供するサンプリング回数について説明する。この温度検出装置(信号処理装置)を駆動する商用交流電源の周波数は[50]Hzまたは[60]Hzであって、入力信号に重畳するコモンモードノイズは上記商用交流電源の周波数に依存する周期で略一定の変化を呈する。従ってコモンモードノイズが重畳した入力信号を、例えば前記商用交流電源の1波長分に亘って一定の周期Tsで繰り返しサンプリングし、これらのサンプリング値の平均値を求めれば、基本的には商用交流電源の周波数に同期した1波長分に亘るコモンモードノイズの変化を相殺し、これによって上記入力信号からコモンモードノイズを除去することができる。
Here, the sampling period Ts of the A /
故に入力信号から商用交流電源の周波数に依存するコモンモードノイズを除去して高精度な温度検出を行うには、前記マイクロプロセッサ(CPU)15における1動作周期Tは、電源周波数が[50]Hzの場合には[1/50]秒以上であれば良く、また電源周波数が[60]Hzの場合には[1/60]秒以上であれば良い。換言すれば前記マイクロプロセッサ(CPU)15の1動作周期Tを[100]m秒以上に設定すれば、基本的には上記1動作周期T内において1波長分のコモンモードノイズを対称性良く検出することができるので、電源周波数に拘わりなくコモンモードノイズの影響を除去した高精度な温度検出を行い得る。 Therefore, in order to remove the common mode noise depending on the frequency of the commercial AC power supply from the input signal and perform the highly accurate temperature detection, the power supply frequency is [50] Hz in one operation cycle T in the microprocessor (CPU) 15. In this case, it may be [1/50] seconds or more, and may be [1/60] seconds or more when the power supply frequency is [60] Hz. In other words, if one operation cycle T of the microprocessor (CPU) 15 is set to [100] msec or more, basically, common mode noise for one wavelength is detected with good symmetry within the one operation cycle T. Therefore, it is possible to perform highly accurate temperature detection that eliminates the influence of common mode noise regardless of the power supply frequency.
一方、電源周波数に拘わりなく入力信号を一定の周期Tsで繰り返しサンプリングし、1波長分に亘るコモンモードノイズを含む入力信号を検出してその平均値を求めるには、基本的には電源周波数[50]Hzおよび[60]Hzの最小公倍数によって規定される[1/300]秒の[1/n]の周期Tsで入力信号をサンプリングすれば良い。具体的にはA/D変換器4のサンプリング周期Tsを[10/(3n)]m秒として設定すれば良い。但し、上記nは自然数である。
On the other hand, the input signal is repeatedly sampled at a constant period Ts regardless of the power supply frequency, the input signal including common mode noise for one wavelength is detected, and the average value is obtained. The input signal may be sampled at a period Ts of [1 / n] of [1/300] seconds defined by the least common multiple of 50] Hz and [60] Hz. Specifically, the sampling period Ts of the A /
しかしこの場合には、1波長分のコモンモードノイズを含む入力信号のサンプリング回数が奇数となり、サンプリングタイミングにずれがある場合には1波長分のコモンモードノイズを対称性良く検出することができなくなる虞がある。従って実際的にはA/D変換器4のサンプリング周期Tsを[10/(6n)]m秒として設定し、1波長分のコモンモードノイズを必ず正負対称にサンプリングし得るように設定することが好ましい。
However, in this case, the number of sampling times of the input signal including common mode noise for one wavelength becomes an odd number, and when there is a deviation in sampling timing, it is impossible to detect common mode noise for one wavelength with good symmetry. There is a fear. Therefore, in practice, the sampling period Ts of the A /
このような観点に立脚して本装置においては、前記A/D変換器4を[10/(6n)]m秒なる一定のサンプリング周期Tsで駆動するようにしている。そして商用交流電源の周波数が[50]Hzであるときには連続する[12n]回に亘って第1の入力信号をサンプリングし、そのデジタル変換値を求めている。また商用交流電源の周波数が[60]Hzであるときには連続する[10n]回に亘って第1の入力信号をサンプリングし、そのデジタル変換値を求めている。この第1の入力信号の連続したサンプル回数は、前述した周波数判定部18にて設定された電源周波数に基づく前記入力制御部15aの制御の下で実行される。
Based on such a viewpoint, in this apparatus, the A /
そして前述した平均化処理部15bにおいては、上述した如く検出された商用交流電源の周波数に応じて、具体的には電源周波数が[50]Hzであるときには前記第1の入力信号の連続する[12n]サンプル、また電源周波数が[60]Hzであるときには前記第1の入力信号の[10n]サンプルのデジタル変換値を平均化処理し、その平均化デジタル値としてコモンモードノイズを除去した入力値(温度検出値)を求めている。
Then, in the above-described
一方、前記入力制御部15aは、上述した如く第1の入力信号を[12n]サンプルまたは[10n]サンプルに亘ってサンプリングするべく前記A/D変換器14を制御した後には、前述したマイクロプロセッサ(CPU)15の1動作周期Tにおける残された時間を利用して前記第2の入力信号を少なくとも1回以上サンプルするべく、その入力系を切り換えている。そしてサンプル入力した第2の入力信号のデジタル変換値を前記演算部15cに与え、所定の演算処理に供している。
On the other hand, after controlling the A /
ちなみに前記第1の入力信号は、前述したように熱電対1によって検出される温度検出対象部位の温度情報であり、また前記第2の入力信号は上記熱電対1の冷接点補償を行う為の温度値である。そして第1の入力信号(熱電対1の出力)は、外乱の影響を受けることなく正確に検出すべきものであり、これに対して第2の入力信号(冷接点補償用温度センサ13の出力)は比較的安定で、略一定であると看做しうる温度値である。このようなことからこの温度検出装置(信号処理装置)においては、第1の入力信号(熱電対1の出力)を前述した如く[12n]サンプルまたは[10n]サンプルに亘ってサンプル入力し、その平均値を求めることでコモンモードノイズの影響を除去した後、上述した比較的安定で一定であると看做し得る第2の入力信号(冷接点補償用温度センサ13の出力)を用いて、その冷接点補償を行うものとなっている。
Incidentally, the first input signal is temperature information of the temperature detection target portion detected by the
かくして上述した如く構成された温度検出装置(信号処理装置)によれば、その駆動源である商用交流電源の周波数に拘わりなく、前記マイクロプロセッサ(CPU)15の1動作周期T内において第1の入力信号(熱電対1の出力)に含まれるコモンモードノイズを除去した後、これを第2の入力信号(冷接点補償用温度センサ13の出力)を用いて冷接点補償するので、熱電対1が設けられた温度検出対象部位の温度を高精度に検出することができる。
Thus, according to the temperature detection device (signal processing device) configured as described above, the first frequency within one operation period T of the microprocessor (CPU) 15 regardless of the frequency of the commercial AC power source that is the drive source. Since the common mode noise included in the input signal (the output of the thermocouple 1) is removed, this is compensated for the cold junction using the second input signal (the output of the
即ち、図2にその概念を示すように、本発明に係る温度検出装置(信号処理装置)においては、図2(a)に示すような第1の入力信号に含まれる電源周波数に応じたコモンモードノイズを、図2(b)に示すように[10/(6n)]m秒として設定されたサンプリング周期Tsで入力する。そして電源周波数が[50]Hzであるときには図2(c)に示すように第1の入力信号を[12n]サンプルに亘って入力してその平均値を求め、また電源周波数が[60]Hzであるときには図2(d)に示すように第1の入力信号を[10n]サンプル亘って入力してその平均値を求めるものとなっている。従って電源周波数に拘わることなく該電源周波数に依存するコモンモードノイズを1波長(n波長)分に亘って正確に正負対称に検出し、平均化処理によってコモンモードノイズを除去することができる。その上で、図2(d)に示すマイクロプロセッサ(CPU)15の1動作周期T内の残された時間を利用して第2の入力信号をサンプリングすることができるので、これらの第1および第2の入力信号をそれぞれ安定に、しかも確実に取り込むことが可能となる。 That is, as shown in FIG. 2, in the temperature detection device (signal processing device) according to the present invention, the common according to the power supply frequency included in the first input signal as shown in FIG. The mode noise is input at the sampling period Ts set as [10 / (6n)] m seconds as shown in FIG. When the power supply frequency is [50] Hz, as shown in FIG. 2C, the first input signal is input over [12n] samples to obtain the average value, and the power supply frequency is [60] Hz. In this case, as shown in FIG. 2 (d), the first input signal is inputted over [10n] samples to obtain the average value. Therefore, the common mode noise depending on the power supply frequency can be accurately and symmetrically detected for one wavelength (n wavelength) regardless of the power supply frequency, and the common mode noise can be removed by the averaging process. In addition, since the second input signal can be sampled using the remaining time within one operation period T of the microprocessor (CPU) 15 shown in FIG. The second input signals can be captured stably and reliably.
従って本発明に係る温度検出装置(信号処理装置)によれば、電源周波数に応じてA/D変換器14のサンプリング周波数Tsを変更することがないので、その構成の簡素化を図ることができ、サンプリング周波数Tsを変更可能な特殊なA/D変換器を準備する必要もない。またサンプリング周波数Tsの変更に伴うA/D変換器の応答特性の変化もないので、予め設定された仕様の下で第1および第2の入力信号をそれぞれ安定にデジタル変換して取り込み、所定の信号処理に供することができる。特にマイクロプロセッサ(CPU)15の1動作周期Tが25m秒と短く設定された場合であっても、前述した条件において第1の入力信号を20m秒で取り込むことが可能となるので、簡易にして効果的に温度検出装置(信号処理装置)の高速処理動作に対応させることができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
Therefore, according to the temperature detection device (signal processing device) according to the present invention, the sampling frequency Ts of the A /
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここでは熱電対を用いた温度検出装置や温度制御装置に適用する場合を例に説明したが、商用交流電源にて駆動されるその他の信号処理装置にも同様に適用することができる。また周波数判定部18による電源周波数の設定は、自動検出であってもマニュアル操作であっても良い。更にはここでは商用交流電源を直接的に駆動源として用いる装置について説明したが、商用交流電源を一旦直流変換した後、その直流変換した電力を駆動源として用いるような、商用電源を間接的に用いる装置や、インバータを介して商用電源を昇圧して用いるような装置についても同様に適用することができる。
The present invention is not limited to the embodiment described above. Here, a case where the present invention is applied to a temperature detection device or a temperature control device using a thermocouple has been described as an example, but the present invention can be similarly applied to other signal processing devices driven by a commercial AC power supply. The setting of the power supply frequency by the
また商用交流電源以外の交流電源を駆動源とする場合や、直流電源を交流変換し、その交流電源を駆動源として用いる場合にも同様に実施することができる。特にインバータにおける高周波スイッチングに伴うスパイクノイズがコモンモードノイズとして影響するような場合であっても、同様な手法にてその影響を除去することができる。要は本発明は、前述した如くして交流電源の周波数に起因するコモンモードノイズの影響を除去するものであり、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 The present invention can also be implemented in the same manner when an AC power supply other than a commercial AC power supply is used as a drive source, or when a DC power supply is converted into an AC and used as a drive source. In particular, even if spike noise associated with high-frequency switching in the inverter affects the common mode noise, the influence can be removed by the same method. In short, the present invention eliminates the influence of common mode noise caused by the frequency of the AC power supply as described above, and can be implemented with various modifications without departing from the scope of the present invention.
1 熱電対
13 冷接点補償用温度センサ
14 A/D変換器
15 マイクロプロセッサ(CPU)
15a 入力制御部
15b 平均化処理部
15c 演算部
17 電源部
18 周波数検出部
DESCRIPTION OF
15a
Claims (4)
第1および第2の入力信号をそれぞれデジタル変換して取り込むA/D変換手段と、
このA/D変換手段を介して取り込まれた前記第1の入力信号のデジタル変換値を平均化処理して該第1の入力信号に含まれる前記交流電源の周波数に起因したコモンモードノイズを除去する平均化処理手段と、
前記第1の入力信号のデジタル変換値の上記平均化処理手段にて求められた平均値と前記第2の入力信号のデジタル変換値とを用いて所定の演算処理を実行する演算処理手段とを備え、
前記A/D変換手段は、前記演算処理手段に設定された一動作周期内において、前記第1の入力信号を前記交流電源の周波数に応じて定められる回数に亘って繰り返しサンプリングすると共に、前記第2の入力信号を少なくとも1回サンプリングし得る一定の周期で前記第1および第2の入力信号をそれぞれデジタル変換し、
前記平均化処理手段は、前記交流電源の周波数に応じて定められる回数に亘って繰り返しサンプリングされた前記第1の入力信号のデジタル変換値の平均値を求めることを特徴とする信号処理装置。 A signal processing device that operates using an AC power source as a drive source,
A / D conversion means for digitally converting the first and second input signals, respectively, and
A digital conversion value of the first input signal taken in via the A / D conversion means is averaged to remove common mode noise caused by the frequency of the AC power source included in the first input signal. Averaging means for
Arithmetic processing means for executing predetermined arithmetic processing using the average value obtained by the averaging processing means of the digital conversion value of the first input signal and the digital conversion value of the second input signal; Prepared,
The A / D conversion means repeatedly samples the first input signal for a number of times determined according to the frequency of the AC power source within one operation cycle set in the arithmetic processing means, and Each of the first input signal and the second input signal is converted into a digital signal at a constant period at which two input signals can be sampled at least once;
The signal processing apparatus, wherein the averaging processing means obtains an average value of digital conversion values of the first input signal repeatedly sampled over a number of times determined according to the frequency of the AC power supply.
前記平均化処理手段は、前記交流電源の周波数が[50]Hzであるときには連続する[12n]サンプル回数に亘って前記第1の入力信号のデジタル変換値を平均化処理し、前記交流電源の周波数が[60]Hzであるときには連続する[10n]サンプル回数に亘って前記第1の入力信号のデジタル変換値を平均化処理するものである請求項1に記載の信号処理装置。 The A / D conversion means selectively samples the first and second input signals at a period of [10 / (6n)] m seconds (where n is a natural number),
The averaging processing means averages the digital conversion value of the first input signal over the number of consecutive [12n] samples when the frequency of the AC power source is [50] Hz, and the AC power source 2. The signal processing device according to claim 1, wherein when the frequency is [60] Hz, the digital conversion value of the first input signal is averaged over the number of consecutive [10n] samples.
前記演算処理手段は、前記第1の入力信号のデジタル変換値の平均値を、前記第2の入力信号のデジタル変換値を用いて補正して前記検出対象の温度を求めるものである請求項1に記載の信号処理装置。 The first input signal is information indicating the temperature of a detection target obtained by a thermocouple, and the second input signal is a calibration temperature value obtained by a cold junction compensation temperature sensor,
2. The arithmetic processing unit obtains the temperature of the detection target by correcting an average value of digital conversion values of the first input signal using a digital conversion value of the second input signal. A signal processing device according to 1.
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JP2013117416A (en) * | 2011-12-02 | 2013-06-13 | Rkc Instrument Inc | Device, method, and system for measuring temperature |
JP2015087139A (en) * | 2013-10-29 | 2015-05-07 | 株式会社チノー | Noise frequency discrimination device |
JP2020021139A (en) * | 2018-07-30 | 2020-02-06 | アズビル株式会社 | Ad conversion device |
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- 2008-03-31 JP JP2008091176A patent/JP2009246711A/en active Pending
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