JP2011109653A5 - - Google Patents

Description

本発明は、高分解能データ取込みシステムの校正に関する。

典型的には、測定機器が所定分解能の測定を実行できると、校正に用いる基準ソースの測定パラメータは、測定機器の分解能よりも高い分解能で、通常は、測定処理でのノイズを考慮して少なくとも１又は２オーダー高い既知でなければならない。しかし、測定機器が高分解能ならば、一層高い分解能の基準ソースの測定パラメータを設計する工程が非常に高価となる。

（１）デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）を具え、第１分解能を有するデータ取込み（ＤＡＱ）システムであって、上記ＤＡＣが、上記第１分解能よりも低い分解能を有し、上記第１分解能よりも高い分解能を有する基準ソースを用いて上記ＤＡＱシステム及び上記ＤＡＣを最初に校正した後において、上記ＤＡＱシステムを校正するソースとして利用されるよう構成されることを特徴とするデータ取込みシステム。
（２）上記ＤＡＱシステムを最初に校正するには；複数の電気信号の第１セットを上記基準ソースから上記ＤＡＱに送り、上記ＤＡＱシステムからの複数の出力電気信号の第１セットを測定して得た複数のデータ・ポイントの第１セットを発生し；上記複数のデータ・ポイントの第１セットから上記ＤＡＱシステム用の複数の校正係数の第１セットを発生し；上記複数の校正係数の第１セットに基づいて上記ＤＡＱシステムの複数の測定値に第１ソフトウェア校正を適用し；さらに、上記ＤＡＣを最初に校正するには；複数のデジタル符号ワードを上記ＤＡＣに送って得た複数のデータ・ポイントの第２セットを発生して、上記ＤＡＱシステムから複数の出力電気信号の第２セットを発生し、上記ＤＡＱシステムからの複数の出力電気信号の第２セットを測定し、上記第１ソフトウェア補正を適用し、上記ＤＡＱシステムを校正するための上記ソースとしての上記ＤＡＣを用いるために上記複数のデータ・ポイントの第２セットを蓄積する概念１のデータ取込みシステム。
（３）第１組の校正係数を発生することは、上記複数のデータ・ポイントの第１セットに曲線をフィットさせ、上記曲線の傾斜及びオフセットを求める概念２のデータ取込みシステム。
（４）上記複数のデータ・ポイントの第１セットに曲線をフィットさせることに、最小二乗適合アルゴリズムを用いる概念３のデータ取込みシステム。
（５）上記ＤＡＱシステムを校正するソースとして上記ＤＡＣを用いることは、上記複数のデータ・ポイントの第２セットにおける各デジタル符号ワードを発生して、それを上記ＤＡＣに供給し、上記ＤＡＣの出力が上記ＤＡＱシステムの入力に結合し；上記ＤＡＱシステムからの対応する測定出力に各々を記録し；上記デジタル符号ワード及び対応する測定出力信号から複数の校正係数の第２セットを決定し；上記複数の校正係数の第２セットに基づいて、上記ＤＡＱシステムの複数の測定値に対する上記第１ソフトウェア補正に対して、第２ソフトウェア補正を適用する概念２のデータ取込みシステム。
（６）上記ＤＡＱシステムが多チャネルであり、各チャネルが複数のデータ・ポイントの第１セット、第１ソフトウェア補正、複数の校正係数の第１セット及び複数のデータ・ポイントの第２セットを有する概念２のデータ取込みシステム。
（７）１つ以上の上記多チャネルが利得を与える概念６のデータ取込みシステム。
（８）上記ＤＡＣが低温度係数を有する概念１のデータ取込みシステム。
（９）第１分解能を有し、該第１分解能よりも低い分解能のデジタル・アナログ変換器により校正されるデータ取込み（ＤＡＱ）システムであって、
入力電気信号を受けるように構成された信号チェーンと、
該信号チェーンの入力に結合されたデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）であって、該ＤＡＣが、デジタル符号ワード入力を受けて、対応するアナログ電気信号を上記信号チェーンの入力に出力し、上記ＤＡＣが上記第１分解能よりも低い第２分解能を有する上記ＤＡＣと、
上記信号チェーンの出力に結合されたアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）と、
上記第１分解能よりも高い分解能の基準ソースによる上記ＤＡＱシステムの校正に基づいた上記ＤＡＱシステムの複数の測定値に対する第１ソフトウェア補正と、複数のデジタル符号ワードの１セットを上記ＤＡＣに送り、上記ＤＡＣから複数の電気信号の１セットを発生して上記信号チェーンへと送り、上記ＡＤＣからの複数の出力電気信号の１セットを測定することにより得たデータの１セットとを蓄積するように構成されたメモリと、
少なくとも上記データの１セットに基づいて上記ＤＡＣを制御し、上記ＤＡＱシステムを校正するように構成されたプロセッサとを具え、
上記ＤＡＱシステムの校正処理が、
上記データの１セット中の上記デジタル符号ワードのそれぞれを発生して上記ＤＡＣに供給する処理と、
上記ＤＡＱシステムからの対応する測定出力のそれぞれを記録する処理と、
上記ＤＡＣに供給された上記デジタル符号ワード及び上記測定出力から複数の校正係数の１セットを決定する処理と、
上記複数の校正係数の１セットに基づいて第２ソフトウェア補正を適用し、上記ＤＡＱシステムを校正する処理とを具え、
上記第１ソフトウェア補正を生成するための上記第１分解能よりも高い第３分解能を有する基準ソースにより上記ＤＡＱシステムを最初に校正するデータ取込みシステム。
（１０）最小二乗適合アルゴリズムを用いて、上記デジタル符号ワード及び測定出力から上記校正係数を決定する概念１１のシステム。
（１１）上記ＤＡＣは低温度係数である概念１１のシステム。
（１２）上記信号チェーンが多チャネルを具え、１組の校正係数を各チャネル毎に蓄積する概念１１のシステム。
（１３）上記信号チェーン内の１つ以上のチャネルが利得を有する概念１２のシステム。
（１４）上記第１分解能よりも高い第３分解能の上記基準ソースによる校正は、複数の電気信号の第１セットを上記基準ソースから上記信号チェーンに送ると共に上記ＡＤＣからの複数の出力電気信号の第１セットを測定して得た複数のデータ・ポイントの第１セットを発生し；上記複数のデータ・ポイントの第１セットから上記ＤＡＱシステム用の複数の校正係数の第１セットを発生し；上記複数の校正係数の第１セットに基づいて上記ＤＡＱシステムの複数の測定値に上記第１ソフトウェア補正を適用する概念９のシステム。
（１５）データ取込み（ＤＡＱ）システムよりも低い分解能の基準ソースを用いて上記ＤＡＱシステムを校正する方法であって、
上記ＤＡＱシステムよりも高い分解能の高精度基準ソースにより上記ＤＡＱシステムを予め校正し、上記ＤＡＱシステムよりも低い分解能を有するデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）に複数のデジタル符号ワードのそれぞれを送って、上記ＤＡＱシステムに入力する複数の電気信号の第１セットを上記ＤＡＣから生成することによって、複数のデジタル符号ワード及び対応する複数の測定ＤＡＱシステム出力信号から成るデータの第１セットを得た上で、該データの第１セットを参照する処理と、
上記ＤＡＱシステムからの複数の出力電気信号の第１セットを測定する処理と、
上記デジタル符号ワードのそれぞれを上記ＤＡＣに送り、上記ＤＡＱシステムへ入力される複数の電気信号の第２セットを上記ＤＡＣから発生する処理と、
上記ＤＡＱシステムからの上記第２セットの上記複数の電気信号のそれぞれを測定する処理と、
データの第２セットとして、上記データの第１セットから生成され測定された複数の出力電気信号のそれぞれ及び測定された上記第２セットの上記複数の電気信号のそれぞれとを記録する処理と、
上記データの第２セットを曲線に適合させる処理と、
上記曲線から校正係数を決定する処理と、
少なくとも上記決定した校正係数に基づいて上記ＤＡＱシステムにソフトウェア補正を適用する方法。
（１６）ＤＡＱシステムが多チャネルを具え、各チャネルが独立に校正される概念１５の方法。
（１７）上記チャネルの１つ以上が利得を提供する概念１６の方法。
（１８）上記ＤＡＱシステムの予めの校正は；上記高精度基準ソースから複数の電気信号の基準セットを上記ＤＡＱシステムに送ると共に上記ＤＡＱシステムからの複数の出力電気信号の基準セットを測定して得た複数のデータ・ポイントの基本セットを発生し；上記複数のデータ・ポイントの基本セットから上記ＤＡＱシステム用の複数の校正係数の基準セットを発生し；上記複数の校正係数の基準セットに基づいて上記ＤＡＱシステムの複数の測定値に基準ソフトウェア補正を適用する概念１５の方法。
（１９）上記ＤＡＣが低温度係数を有する概念１５の方法。
（２０）最小二乗適合アルゴリズムを用いて、上記データを上記曲線に適合させる概念１５の方法。

高分解能データ取込み（ＤＡＱ）システムよりも高い分解能の基準ソースにより、ＤＡＱシステムを最初に校正する。ＤＡＱシステムの動作範囲にわたる測定を行い、この測定値から特性校正係数を求める。校正係数に基づくソフトウェア補正をＤＡＱシステムの測定値に対して行う。その後、ＤＡＱシステムよりも低い分解能で、ＤＡＱシステムにオンボードのデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）を校正するのに、入力デジタル符号ワードと校正済みＤＡＱシステムが測定した出力電気信号とのルックアップ・テーブルを作成して発生した信号を、ＤＡＣが発生した信号として参照する。次に、高分解能基準が利用できないフィールド校正において、ルックアップ・テーブルを用いて、低分解能ＤＡＣによりＤＡＱシステムを校正できる。

ＤＡＱシステムのアナログ・フロント・エンド１１０は、デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）１１２と、信号チェーン１１４と、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１１６とを具えている。信号チェーン１１４は、一連の電気コンポーネントであり、ＤＡＱシステムを介して信号をＡＤＣ１１６に送り、明瞭にするため図示しないが信号条件要素を含んでいる。信号チェーンは、１つ以上の異なるチャネルを有することができる。信号チェーン１１４内の各チャネルは、異なる利得を有することができる。利得エラー、オフセット及び非直線性はチャネル毎に変化するので、各チャネルを個別に校正しなければならない。ＡＤＣ１１６は、連続的なアナログ信号をディスクリート・デジタル値に変換する電子回路である。ＡＤＣ１１６は、信号チェーン１１４の出力に結合され、ＤＡＱシステムの測定値をプロセッサ１１９に出力する。

動作において、信号チェーン１１４への入力は、必要なデータであり、例えば、電圧測定値又は他の電気信号である。しかし、ＤＡＱシステムの校正セットアップにおいて、入力校正期間中に高精度基準ソース１２０により１つの入力を供給し、ＤＡＱシステムのその後の校正期間中に校正済みＤＡＣ１１２により他の入力を供給する。ＤＡＣ１１２は、入力としてデジタル符号ワードを受け、アナログ電気信号を出力する電気回路であり、このアナログ電気信号の分解能は、ＤＡＱシステムの分解能よりも低い。例えば、デジタル符号ワードは、発生すべき特定の電気信号に対応するｎビットのデジタル符号ワード（例えば、ｎが４に等しい場合に１１００）にできる。ＤＡＣの分解能は、ＤＡＣが用いるビット数を単位として量子化できる。更に、ＤＡＣ１１２は、低い温度係数、又はフィールドにてＤＡＱシステムを校正できると期待できる温度範囲にわたって比較的一定に留まる温度係数でなければならない。

フィールド、又は、高分解能基準ソース１２０が利用できない場所にて、校正ソースとしてのＤＡＣ１１２を用いて、ＤＡＱシステムのアナログ・フロント・エンド１１０を校正するために、プロセッサ１１９はメモリ１１８にアクセスできる。更に、ユーザに表示する前に、プロセッサ１１９も、メモリ１１８に蓄積された任意のソフトウェア校正補正を、ＡＤＣ１１６による測定に適用する。

ブロック２０５にて、高分解能基準ソース１２０を用いて、信号チェーン１１４のチャネルの１つに供給する直流（ＤＣ）電圧を発生する。代わりに、高分解能基準ソース１２０は、データ取込みシステムが受け入れ測定できる任意の他の種類の電気信号を発生できる。発生したＤＣ電圧は、ＡＤＣ１１６の動作範囲内でなければならない。高分解能基準ソース１２０は、プロセッサ１１９、又は、例えば、LabVIEW（商標）コントローラで動作する外部コンピュータにより制御できる。

ＤＣ電圧を信号チェーン・チャネルに供給した後に、ブロック２１５にて、発生したＤＣ電圧と共に、信号チェーン１１４の出力のＡＤＣ測定を読み出してメモリ１１８に記録する。

ブロック２０５で正確なソース１２０が発生した入力電圧とＡＤＣ１１６から読み出されブロック２１５で記録された対応出力電圧は、ＤＡＱシステムの測定データ・ポイントである。曲線をこれらデータ・ポイントに適合でき、その結果の曲線をＤＡＱシステムのフロント・エンド・チェーンの特性曲線として使用できる。フロント・エンド・チャネルの曲線の傾斜及びオフセットをブロック２２５で決定する。最小二乗適合アルゴリズムを用いて、曲線からのデータ・ポイントのオフセットの二乗の和を最小にすることにより、データに最良に適合する曲線を見つけることができる。このアルゴリズムをどのように適合させるかの説明を後述する。

ＤＡＣ１１２が独自の利得及びオフセット・エラーを有するので、ＤＡＣ１１２も校正しなければならない。ブロック２３５にて、特定のＤＣ電圧に対応するデジタル符号ワードをＤＡＣ１１２の入力に供給する。代わりに、ＤＡＣ１１２を用いて、データ取込みシステムが受けることができる任意の他の形式の電気信号を発生できる。対応するアナログ電圧は、ＤＡＣ１１２により発生され、信号チェーン１１４のチャネルの入力に送られる。ブロック２４０にて、ＡＤＣ１１６の出力の測定を行う。ここで、上述のように、ソフトウェアにより利得及び／又はオフセット調整に対して測定が補正され、対応するＤＡＣ出力電圧を決定する。ブロック２４２にて、対応ＤＡＣ出力電圧は、メモリ１１８内のルックアップ・テーブルに記録される。高精度基準ソース１２０を用いてＤＡＱシステムのアナログ・フロント・エンド１１０を既に校正したので（ブロック２０５〜ブロック２３２）、ＤＡＣ１１２が発生した電圧を正確に決定できる。よって、ＤＡＣ１１２は高精度基準ソース１２０と同様に正確な電圧を発生しないが、校正済み高分解能ＡＤＣ１１６が測定した対応アナログ電圧を、ＤＡＣ１１２への対応デジタル符号ワードと共に記録し、発生したＤＡＣ１１２電圧を基準ソース１２０の電圧とする。その結果、ＤＡＣ１１２は、基準ソース１２０のように高精度を必要としない。更に、基準ソースが出力電圧を発生するのと同じ精度で、ＤＡＣ出力電圧が繰り返す。

以前に試験した電圧がＡＤＣ１１６の測定範囲を充分にスパンし、更なる電圧を試験する必要がなければ（ブロック２４５でノー）、処理はブロック２９９で終了する。ＤＡＱシステムの信号チェーンのチャネルの１つを校正する処理は、ブロック２９９で終了する。処理２００は、ＤＡＱシステム信号チェーンの他のチャネルの各々に対しても繰り返さなければならない。

ブロック３０５にて、ブロック２４０でのルックアップ・テーブル内に蓄積されたデジタル符号ワードの１つをプロセッサ１１９が発生し、ＤＡＣ１１２に供給して、ＤＡＣが対応するアナログ電圧を発生するように刺激する。代わりに、ＤＡＣ１１２を用いて、データ取込み装置が受けることのできる任意の他の形式のアナログ電気信号を発生できる。ブロック３１０にて、ＤＡＣ１１２が発生したアナログ電圧が信号チェーン１１４を介して伝搬した後、このアナログ電圧をＡＤＣ１１６により測定する。次に、ブロック３２５にて、ＤＡＣ１１２に供給されたデジタル符号ワードに対応し、第１ルックアップ・テーブル内に蓄積されたＡＤＣ１１６により測定された電圧と、ブロック３１０にてＡＤＣ１１６により測定された電圧とを、メモリ１１８内の第２ルックアップ・テーブル内に１つのエントリとして蓄積する。ＡＤＣ１１６によって生成される測定値は、上述のブロック２３２で説明したように、プロセッサ１１９によりインプリメンテーションされたソフトウェア補正を自動的に含む点に留意されたい。

Claims (3)

1. デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）を具え、第１分解能を有するデータ取込み（ＤＡＱ）システムであって、
   上記ＤＡＣが、上記第１分解能よりも低い分解能を有し、上記第１分解能よりも高い分解能を有する基準ソースを用いて上記ＤＡＱシステム及び上記ＤＡＣを最初に校正した後において、上記ＤＡＱシステムを校正するソースとして利用されるよう構成されることを特徴とするデータ取込みシステム。
2. 第１分解能を有し、該第１分解能よりも低い分解能のデジタル・アナログ変換器により校正されるデータ取込み（ＤＡＱ）システムであって、
   入力電気信号を受けるように構成された信号チェーンと、
   該信号チェーンの入力に結合されたデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）であって、該ＤＡＣが、デジタル符号ワード入力を受けて、対応するアナログ電気信号を上記信号チェーンの入力に出力し、上記ＤＡＣが上記第１分解能よりも低い第２分解能を有する上記ＤＡＣと、
   上記信号チェーンの出力に結合されたアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）と、
   上記第１分解能よりも高い分解能の基準ソースによる上記ＤＡＱシステムの校正に基づいた上記ＤＡＱシステムの複数の測定値に対する第１ソフトウェア補正と、複数のデジタル符号ワードの１セットを上記ＤＡＣに送り、上記ＤＡＣから複数の電気信号の１セットを発生して上記信号チェーンへと送り、上記ＡＤＣからの複数の出力電気信号の１セットを測定することにより得たデータの１セットとを蓄積するように構成されたメモリと、
   少なくとも上記データの１セットに基づいて上記ＤＡＣを制御し、上記ＤＡＱシステムを校正するように構成されたプロセッサとを具え、
   上記ＤＡＱシステムの校正処理が、
   上記データの１セット中の上記デジタル符号ワードのそれぞれを発生して上記ＤＡＣに供給する処理と、
   上記ＤＡＱシステムからの対応する測定出力のそれぞれを記録する処理と、
   上記ＤＡＣに供給された上記デジタル符号ワード及び上記測定出力から複数の校正係数の１セットを決定する処理と、
   上記複数の校正係数の１セットに基づいて第２ソフトウェア補正を適用し、上記ＤＡＱシステムを校正する処理とを具え、
   上記第１ソフトウェア補正を生成するための上記第１分解能よりも高い第３分解能を有する基準ソースにより上記ＤＡＱシステムを最初に校正するデータ取込みシステム。
3. データ取込み（ＤＡＱ）システムよりも低い分解能の基準ソースを用いて上記ＤＡＱシステムを校正する方法であって、
   上記ＤＡＱシステムよりも高い分解能の高精度基準ソースにより上記ＤＡＱシステムを予め校正し、上記ＤＡＱシステムよりも低い分解能を有するデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）に複数のデジタル符号ワードのそれぞれを送って、上記ＤＡＱシステムに入力する複数の電気信号の第１セットを上記ＤＡＣから生成することによって、複数のデジタル符号ワード及び対応する複数の測定ＤＡＱシステム出力信号から成るデータの第１セットを得た上で、該データの第１セットを参照する処理と、
   上記ＤＡＱシステムからの複数の出力電気信号の第１セットを測定する処理と、
   上記デジタル符号ワードのそれぞれを上記ＤＡＣに送り、上記ＤＡＱシステムへ入力される複数の電気信号の第２セットを上記ＤＡＣから発生する処理と、
   上記ＤＡＱシステムからの上記第２セットの上記複数の電気信号のそれぞれを測定する処理と、
   データの第２セットとして、上記データの第１セットから生成され測定された複数の出力電気信号のそれぞれ及び測定された上記第２セットの上記複数の電気信号のそれぞれとを記録する処理と、
   上記データの第２セットを曲線に適合させる処理と、
   上記曲線から校正係数を決定する処理と、
   少なくとも上記決定した校正係数に基づいて上記ＤＡＱシステムにソフトウェア補正を適用する方法。

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