JP2565847B2

JP2565847B2 - 開放回路検出装置及び熱電対試験方法

Info

Publication number: JP2565847B2
Application number: JP6192038A
Authority: JP
Inventors: スティーヴン・ディー・スイフト
Original assignee: John Fluke Manufacturing Co Inc
Current assignee: Fluke Corp
Priority date: 1993-07-26
Filing date: 1994-07-22
Publication date: 1996-12-18
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: US5418464A; EP0636867B1; KR0144437B1; JPH07174642A; EP0636867A3; KR950003832A; EP0636867A2; CN1120160A; DE69423676D1; DE69423676T2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱電対の開放回路（オ
ープン）状態を検出する回路（装置）及び方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】熱電対は、温度を電気的に測定するため
の２つの金属を接合した素子である。熱電対の２つの金
属の接合により、この熱電対の温度に応じて、その金属
接合に電圧降下を生じる。電圧計を用いて、この電圧を
読むと共に記録して、温度をモニタする。通常動作にお
いて、熱電対抵抗は非常に低い。しかし、２つの金属の
接合に関連したこれら２つの金属が互いに接触しなくな
ると、開放回路の故障状態となり、熱電対はもはや所望
の電圧を発生しなくなる。

【０００３】ある測定アプリケーションでは、システム
（装置）の温度を安定化させるのを援助するために、熱
電対をそのシステム内に挿入して、所定要素の温度をモ
ニタしている。熱電対が発生した電圧を測定器により読
み取り、所定要素の温度が所定しきい値を越えたことを
検出すると、補正動作が開始する。しかし、熱電対が故
障すると、システムも故障する。よって、熱電対の開放
回路状態を周期的にチェックして、装置の機能を確認す
ることが望ましい。

【０００４】図９は、熱電対の開放回路による故障を検
出する従来方法を示す。入力端１が受けた矩形波信号Ｖ
inが、結合コンデンサ２を介して、熱電対５に供給され
る。なお、矩形波信号源のソース（信号源）インピーダ
ンスは、Ｚs である。このソース・インピーダンス及び
熱電対５の抵抗は、抵抗回路網を構成し、入力信号の利
用できる振幅を分圧して、入力端１に分圧された信号を
発生する。熱電対５が普通に動作しており、その抵抗が
小さければ、関連した分圧回路網は、分圧された信号の
振幅を小さくする。一方、熱電対が故障し、開放回路に
なると、分圧された信号の振幅が大きくなる。ダイオー
ド３が入力端１及び比較器６の間に直列接続されている
が、そのアノードが入力端１に接続され、そのカソード
が比較器６の正（非反転）入力端に接続される。シャン
ト（分路）コンデンサ４が比較器６の正入力端に接続さ
れ、ダイオード３が整流した信号をろ波するシャントろ
波コンデンサとなる。比較器６の負（反転）入力端は、
基準電圧Ｖr を受ける。熱電対が低い抵抗で通常動作し
ているとき、整流ダイオード３及びコンデンサ４で構成
されるピーク検出回路は、入力端１で利用できる矩形波
の振幅に通常対応する低出力電圧を発生する。

【０００５】基準電圧Ｖr の値は、熱電対が通常動作を
しているときには、ろ波された整流電圧よりも高くなる
ように、また、熱電対が故障して開放回路状態になった
ときに、このろ波された整流電圧よりも低くなるように
設定されている。かかる故障が生じると、分圧された信
号の振幅が大きくなり、ろ波され整流された電圧が基準
電圧Ｖr よりも高くなる。よって、比較器６は、Ｖout
が低電圧から高電圧に変化することにより、この開放回
路状態を報告する。この従来回路の欠点の１つは、ノイ
ズに弱いことである。ノイズ環境下の熱電対５により、
この環境でのノイズがピーク検出回路に電気的に結合す
るので、このピーク検出回路は、誤動作し、比較器６は
間違った故障状態を報告する。

【０００６】図１０は、他の従来回路を示す。抵抗器１
１を介して、小電流パルスＩinを熱電対５に供給する。
この熱電対５は、この電流パルスに応答して、電圧パル
スを発生する。Ａ／Ｄ変換器１２は、この電圧パルスを
デジタル化し、デジタル信号Ｄout を発生する。このデ
ジタル信号を処理してパルス振幅の変化を求めることに
より、熱電対が開放回路であるか否かが判る。動作にお
いて、制御信号が周期的にスイッチ１０を閉じて、電流
を熱電対５に供給する。熱電対が通常に動作している
と、その抵抗は小さく、その結果発生する電圧パルスの
振幅は小さい。一方、熱電対５が開放回路状態である
と、電圧パルスの振幅は大きい。このパルス振幅の変化
を検出して、報告できる。この従来回路の欠点は、スト
リップ・チャート・レコーダ１４の如き外部機器を熱電
対５に並列接続すると、この外部機器が、供給パルスに
対応して望まずに発生したグリッチを受け、記録するこ
とである。

【０００７】図１１は、更に他の従来回路を示す。小電
圧パルス（入力電圧）Ｖinを入力端１に供給して、出力
電圧Ｖout を発生する。このＶout の平均値は、熱電対
の状態に応じて決まる。第１経路では、コンデンサ２
０、ダイオード２６及び抵抗器２７を介して、入力パル
スＶinを熱電対５に供給する。第２経路では、ダイオー
ド２１を介して、入力パルスをＶh 制限ダイオード（Ｖ
inをＶh に制限するダイオード）２２に供給すると共
に、コンデンサ２４でシャントし、抵抗器２８を介して
熱電対５に供給する。センス（検知）ノード２５、即
ち、ダイオード２１の陰極、ダイオード２２の陽極、シ
ャント・コンデンサ２４及び抵抗器２８の共通接続点
は、シャント・コンデンサ２４の電荷の累積に応じたセ
ンス電圧を伝達する。第３経路において、タイミング・
ブロック２３を介して、入力電圧を積分／サンプリング
ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）２９のゲートに供給し
て、センス電圧を周期的にサンプリングする。

【０００８】図１１の回路の動作では、シャント・コン
デンサ２４が積分コンデンサとして作用し、入力パルス
Ｖinの各前縁により電荷を累積する。各前縁の後で、コ
ンデンサ２４、抵抗器２８及び熱電対５の抵抗値に関連
したＲＣ時定数（ＦＥＴ２９がオフのときのこのＦＥＴ
の抵抗値を無視し、ＦＥＴ２９がオンのときの電圧測定
器の抵抗値を無視する）に応じて、コンデンサ２４は、
累積した電荷を放電する。熱電対５が通常動作のとき、
積分コンデンサ２４は、各前縁の間で、抵抗器２８及び
熱電対５の低抵抗値から成る低抵抗放電経路を介して、
急速に放電を行うので、サンプリングされた際のセンス
電圧は低い。一方、熱電対５が故障で開放回路状態にな
ると、放電経路抵抗値が高くなり、積分コンデンサ２４
は、各パルスの前縁により電圧を累積するが、センス電
圧がＶh で制限されるまでの間、放電が生じない。ノー
ド２５の電圧レベルが所定しきい値を越えると、開放回
路状態が検出される。この回路の問題点は、積分コンデ
ンサが充分な電荷を累積し、センス電圧がしきい値電圧
に上昇するまでに、いくつかの入力パルスが必要なこと
である。すなわち、検出速度が遅い。

【０００９】図１２に示す更に別の従来回路において、
Ｖcompは、熱電対５が通常動作の際に直流電圧であり、
熱電対５が開放回路状態の故障の際に矩形波になる。矩
形波信号Ｖinが入力端１に供給され、更に、抵抗器３１
及び３５に供給される。抵抗器３１の反対端は、比較器
３９の負入力端に結合されると共に、抵抗器３３及び熱
電対５と直列配置されたコンデンサ３２にも結合され
る。抵抗器３５の入力端１と反対側の端部は、比較器３
９の正入力端及びシャント・コンデンサ３６に取り付け
られる。低バイアス電圧Ｖbias+ は、抵抗器３８を介し
て、比較器３９の正入力端に供給される。

【００１０】図１３は、図１２の回路動作を説明する波
形図である。熱電対５の抵抗値が低いとき、即ち、正常
動作のとき、比較器３９の負入力端に供給される（熱電
対５からの）帰還電圧Ｖfbは、比較器３９の正入力端に
供給される基準電圧Ｖr よりも常に低い。比較器３９の
負入力端の電圧Ｖfbは、振幅が正入力端のＶr と比較さ
れる矩形波であるが、Ｖr のちょうど下にオフセットさ
れている。なお、このＶr は、Ｖbias+ により、わずか
に直流オフセットされている。よって、比較器３９の出
力Ｖcompは、線５４で示す直流出力である。

【００１１】熱電対が故障すると、Ｖcompは矩形波にな
る。図１３は、故障時点ｔf にて、帰還電圧Ｖfb５３の
振幅が増加して、比較器３９の負入力端に、正入力端の
電圧より高い電圧が供給されて、Ｖcompが矩形波に変化
していることを示している。ロウ・パス（低域通過）フ
ィルタ（ＬＰＦ）３４は、Ｖcompをろ波して、Ｖcompの
平均直流電圧により電圧比較器３７を駆動する。比較器
３７は、ろ波された電圧が所定しきい値Ｖth未満に低下
したときを判断し、開放回路状態を知らせる。

【００１２】図１２の従来回路の問題点は、振幅とノイ
ズとの妥協の結果により生じる。入力電圧の振幅が低い
と、熱電対が無関係のノイズを拾い、比較器３９が、間
違って開放回路状態の検出を知らせる可能性がある。一
方、入力電圧の振幅が（ノイズ問題を克服するために）
高すぎると、外部に接続された機器、例えば、熱電対に
取り付けられたストリップ・チャートが、供給される入
力矩形波を観察し、発生した各グリッチを記録するかも
しれない。

【００１３】図１２から派生した従来回路は、同期検出
を行うので、図１２のロウパス・フィルタを同期検出器
に置換する。この回路では、矩形波を低帯域ろ波して直
流にし、その平均電圧がシフトするときを検出するので
はなく、同期検出器が、熱電対の故障により生じる矩形
波の存在を判断する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、熱電対が開放回路である故障状態を検出する改
善された非干渉装置及び方法を提供することである。

【００１５】本発明の他の目的は、ノイズに対して非常
に強く、開放回路状態をほぼ瞬時に検出すると共に、不
要に発生した信号を外部に取り付けた機器などに供給す
ることのない熱電対の開放回路の故障検出回路の提供に
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明による開放回路の
検出回路は、熱電対を試験するものであり、ノードに結
合された発生器及びモニタ回路を具えている。このノー
ドは、熱電対を電気的にインタフェースするが、所定の
ソース・インピーダンスの発生器は、既知の周波数及び
振幅のトーン信号を熱電対に供給する。モニタ回路は、
発生したトーン信号の内、既知の周波数を包含するスペ
クトラム部分の振幅をモニタして、その振幅に応じた出
力を発生する。

【００１７】本発明の実施例によれば、モニタ回路は、
コンバージョン（変換）装置と、トランスフォーム（変
換）装置と、検出器とを具えている。コンバージョン装
置は、トーン信号をデジタル的にサンプリングして、そ
の結果のトーン信号をデジタル形式に変換する。トラン
スフォーム装置は、このデジタル信号に対してディスク
リート・フーリエ変換を行い、周波数スペクトラムを求
める。検出器（装置）は、周波数スペクトラムを分析
し、所定周波数スパン内のパワーが所定しきい値を越え
たときを判断する。

【００１８】本発明の特定実施例によれば、発生器は、
クロック信号を受け、既知の値に対応する基本周波数の
信号にこのクロック信号を分周する分周器を具えてい
る。処理装置は、分周した信号を受け、ろ波し、増幅し
て、基本周波数を選択し、その振幅を既知の値にする。
出力回路網のソース・インピーダンスは既知の値とし、
発生器がトーン信号をノードに出力する。

【００１９】本発明の他の実施例によれば、上述の発生
器は、時間に対して周波数の変化するトーン信号を発生
し、上述のモニタ回路は、周波数変化を追跡する。

【００２０】本発明の要旨は、この明細書の特許請求の
範囲の欄に指摘してある。しかし、本発明の構成及び動
作方法と共に、その他の利点及び目的は、添付図を参照
した以下の説明より理解できよう。なお、添付図におい
て、同様な参照符号は、同様な素子を示す。

【００２１】

【実施例】添付図、特に図１は、本発明により、熱電対
の開放回路故障を検出する回路（装置）を示している。
所定のソース・インピーダンスＺs の発生器６０は、ス
イッチ６４に、既知の周波数及び振幅のトーン信号を供
給する。このスイッチ６４は、入力線６５からの制御信
号を受ける。この制御信号は、周期的にスイッチ６４が
閉じるようにイネーブルして、センス・ノード（ノード
手段）６６を介してトーン信号を熱電対５に供給する。
モニタ装置６２は、センス・ノード６６から信号を受
け、所定時に、この信号の所定周波数の振幅を解析し
て、熱電対が故障したときを判断する。

【００２２】熱電対５が正常動作のとき、その抵抗値は
小さいので、センス・ノード６６に発生するトーン信号
の振幅は、熱電対抵抗Ｒth及び発生器ソース・インピー
ダンスＺs で構成される分圧回路網が分圧した既知のト
ーン信号の振幅に対応する。モニタ装置６２は、絶縁さ
れており、得られたトーン信号の特定周波数成分の振幅
を試験する。なお、この周波数成分は、発生器６０が発
生する如きトーン信号の既知周波数に対応する。その周
波数の振幅が所定しきい値よりも小さい場合、モニタ装
置６２は、熱電対５が適切に動作していることを示すデ
ータＤout を発生する。一方、熱電対５が故障し、開放
回路であると、モニタ装置６２の出力は、その周波数成
分の振幅が、所定しきい値を越えて増加し、この熱電対
が動作していないことを示す。

【００２３】温度測定に熱電対を用いた場合、モニタ装
置は、熱電対の電圧を読み取る前に、スイッチ６４を開
く。非接続となった発生器６０により、センス・ノード
６６を高インピーダンスとして、測定のために、このセ
ンス・ノード６６で利用できる電圧を高くする。反対
に、開放回路の検出測定の際に、スイッチ６４が閉じ
て、トーン信号を熱電対５に供給すると、発生器６０
は、センス・ノード６６のインピーダンスを低くし、
（機能している）熱電対５によりセンス・ノード６６に
生じる直流電圧成分も低くする。

【００２４】本発明の他の実施例では、スイッチ６４が
存在せず、発生器６０が熱電対５に常に接続されてい
る。

【００２５】本発明の別の実施例において、入力線６５
からの制御信号は、発生器６０がトーン信号を発生すべ
きときを制御すると共に、発生したトーン信号をモニタ
装置６２が分析するときを決定する。

【００２６】特に図１に示すような本発明の好適な実施
例において、モニタ装置６２は、Ａ／Ｄ変換器（コンバ
ージョン手段）７０及びプロセッサ７１を具えている。
Ａ／Ｄ変換器７０は、センス・ノード６６からのアナロ
グ・トーン信号を受け、これをサンプリングして、デジ
タル形式に変換する。このＡ／Ｄ変換器７０は、標準の
Ａ／Ｄ変換器でも良いし、本願出願人によるデシメータ
追従デルタ・シグマ変調オーバーサンプラーでもよい。
プロセッサ７１は、デジタル信号を受け、このデジタル
信号を変換し（例えば、ディスクリート・フーリエ変換
ＤＦＴ：トランスフォーム手段）、元のトーンの周波数
を包含する変換後の信号の特定のスペクトラムを選択す
る。プロセッサ７１の内部抵抗が、所定振幅のしきい値
を比較器（検出器手段）に与え、この比較器がその振幅
しきい値と選択した周波数成分の振幅と比較する。変換
後の信号の特定スペクトラムの振幅、即ち、トーン信号
周波数でのパワー・レベルがしきい値を越えると、プロ
セッサは、熱電対５が開放回路であることを知らせる。
この振幅がしきい値よりも小さいと、プロセッサは正常
動作である旨を報告する。

【００２７】理想的には、モニタ装置６２は、同じ装置
の他の測定システム内に既に存在する回路を利用する。
Ａ／Ｄ変換器７０及びプロセッサ７１の如き共通回路
は、温度判断の如きタスク（動作の流れ図である図４の
丸Ａ）と、熱電対が開放回路状態か試験するタスク（図
４のステップ１０５）との間で、時分割動作を行う。時
分割する回路の条件は、サンプリングに対して充分なク
ロック速度と処理速度とを有し、トーン信号の基本周波
数を選択して試験できることである。

【００２８】図３は、図１のモニタ装置６２内に用いる
プロセッサ７１を示す。このプロセッサ７１は、デジタ
ル信号プロセッサ８６（例えば、ＡＤＳＰ−２１０５Ｋ
Ｐ−４０型）と、適切なブートアップ・メモリ（ＲＯ
Ｍ）８０（例えば、ＴＭＳ２７ＰＣ５１２型）と、イン
タフェース（データＩ／Ｏ）８２（例えば、ＭＣ６８Ｈ
Ｃ３５ＦＮ型２重ポートＲＡＭ）と、制御回路（ブロッ
ク）８４（例えば、ＰＡＬＣ２２Ｖ１０３５ＪＣ型プロ
グラムＰＡＬ）とを適切に具えている。本発明の動作を
説明する図４及び図５の流れ図において、先ず、測定シ
ステムが付勢されると、プロセッサ７１は、パワーアッ
プ・ステップ１００に入り、メモリ・マップ８５のプロ
グラム・メモリ空間８５ａの永久ＲＯＭ内に配置された
パワーアップ・プログラムを実行する。このパワーアッ
プ期間中、プログラム制御器８１は、ブートアップＲＯ
Ｍ８０をアドレス指定するように命令され、制御ブロッ
ク８４に、制御信号を発生するように指示する。この制
御信号は、ブートアップＲＯＭ８０からメモリ・マップ
８５のプログラム・メモリ空間８５ａ及びデータ・メモ
リ空間８５ｂの各々にデータを転送するのに必要であ
り、コマンド・インタプリタをデジタル信号プロセッサ
８６にロードする（ステップ１０１）。次に、プログラ
ム制御器８１は、実行をスタンバイ・モードにし（ステ
ップ１０２）、パワーアップ期間中にプログラムを検索
する。スタンバイ・モード１０２において、デジタル信
号プロセッサ８６は、データ・インタフェース８２を介
して、外部コマンドを受ける。データ・インタフェース
８２は、バス８７からコマンドを取り込み、割り込みを
発生する。すると、デジタル信号プロセッサ８６が、コ
マンドを検索し、割り込みを肯定し、制御ブロック８４
に、インタフェース８２からデジタル信号プロセッサ８
６にコマンド・データを転送するのに必要な信号を発す
ることを促す。このプロセッサのプログラム制御器８１
は、コマンドを受けてインタプリト（翻訳）し、各プロ
グラム、即ち、測定プログラムＡ、Ｂ、Ｃ・・・の実行
を開始する。開放回路の検出コマンドを受けると、制御
器８１は、開放回路検出プログラム１０５に入る。

【００２９】開放回路検出測定を開始すると（図５のス
テップ１１０）、プロセッサ７１は、ステップ１１２
で、ブートアップＲＯＭ８０から開放回路検出プログラ
ムを検索する。制御ブロック８４は、制御信号を発生
し、ブートアップＲＯＭ８０からデジタル信号プロセッ
サ８６に開放回路の検出プログラム・データを転送させ
る。この測定用にプロセッサを構成する際、プログラム
制御器８１に命令して、所定のしきい振幅値を検索し
て、内部レジスタに蓄積させる。このしきい値は、ステ
ップ１１４にて、外部インタフェース・バスから求める
か、又はステップ１１５に示すように、デフォルトしき
い振幅値として、ブートアップＲＯＭ８０から得る。し
きい値がバスを介して供給されると、この値が転送され
ると共に、コマンドか又はそれに続くものを開始する。

【００３０】ステップ１１６において、プロセッサ７１
は、Ａ／Ｄ変換器７０の如き外部信号源からデータ・サ
ンプルを受ける一方、制御ブロック８４に適切な信号を
発生するように命令して、サンプルを順次受け、それを
メモリ・マップ８５のデータ空間８５ｂに蓄積する。好
適な実施例において、受けたサンプルの数は、デジタル
信号プロセッサ８６の内部データ空間に制限される。別
の実施例では、このデータ空間は、外部メモリを用いて
増大できる。

【００３１】サンプルを受けた後、プロセッサ７１は、
ディスクリート・フーリエ変換（ＤＦＴ）を用いてデー
タを変換し、周波数スペクトラムを求める（ステップ１
２０）。データ・サンプルに関連したサンプリング・レ
ートと、ＤＦＴに用いたデータ点の数とにより、求めた
周波数スペクトラムの分解能が決まる。例えば、ＤＦＴ
に用いたデータ点の数が５１２で、外部信号源を１ＭＨ
ｚのレートでサンプリングすると、得られる分解能は、
１ビン（ｂｉｎ）当たり次のようになる。分解能＝（サンプリング周波数）／（データ点の数）＝（１ＭＨｚ）／（５１２点）＝１,９５３（Ｈｚ／ｂｉｎ）

【００３２】ナイキストのカットオフ周波数は、求めた
サンプルの記録からデータを再構成できる最高周波数を
表し、これは、サンプリング周波数を２で割ったものに
対応する。例えば、サンプルを１ＭＨｚのサンプリング
・レートで発生した場合、カットオフ周波数は、５００
ＫＨｚである。変換器がオーバーサンプラーの場合、ナ
イキストのカットオフ周波数は、サンプリングした信号
の高い周波数よりも高く、プロセッサ７１が付加的なデ
シメーション（間引き）ステップ１１８（図５）を実行
して、フーリエ変換する前に、受けたデータの有効サン
プリング・レートを下げる。よって、このデシメーショ
ンは、周波数スペクトラムに利用可能な分解能を高める
ことができる。

【００３３】有効サンプリング・レートを低くすること
により、デシメーションは、ナイキストのカットオフ周
波数も下げる。デシメーション前の信号が、新たなナイ
キストのカットオフ周波数よりも高い周波数成分を含ん
でいる場合、これら高い周波数成分は、デシメーション
期間中に、カットオフを折り重ねて、得たデシメーショ
ン信号がエリアスするように低い帯域内に変調する。デ
シメーションした信号のエリアシングを防止するため
に、典型的には、デシメーションは、ろ波を行って、カ
ットオフ周波数よりも高い周波数成分を減衰させ、トー
ン信号の最大周波数で分周した元のカットオフ周波数に
応じて、デシメーションするデータに対するデシメーシ
ョン係数を制限する。例えば、トーン周波数が１００Ｋ
Ｈｚで入力サンプリング・レートが１ＭＨｚであると判
っている場合、元のカットオフ周波数が５００ＫＨｚで
あり、元のデータは、５００ＫＨｚ／１００ＫＨｚ＝５
の係数でデシメーションしたものかもしれない。上述の
例を用いて、高めたスペクトラム分解能が（１００ＫＨ
ｚ／２）／５１２＝３９１（Ｈｚ／ｂｉｎ）に等しいこ
とを示すことができる。

【００３４】通常又は強調した分解能の周波数スペクト
ラムを求めた後に、プロセッサ７１は、元のトーン周波
数に対応するスペクトラムのビン位置の振幅値を検索
し、この検索した値Ｐ（ｆtone）と前に蓄積したしきい
値Ｐthreshold （ＡＬＵ８３内）とを比較して、開放回
路状態である旨を知らせるか、知らせないかを判断する
（ステップ１２２）。ビン位置の振幅がしきい値よりも
大きければ（イエス）、プロセッサ７１は、ステップ１
２４にて、熱電対測定に対して、開放回路状態である旨
を知らせる。また、そうでなければ（ノー）、プロセッ
サ７１は、ステップ１２５にて、熱電対が機能している
旨を知らせる。

【００３５】この報告（知らせ）を行うために、各デー
タをデータ・インタフェース回路８２に転送するように
プログラム制御器８１に命令し、データ報告を転送する
のに必要な信号を供給するように制御ブロック８４に指
示する。インタフェース回路８２がデータ報告を受ける
と、このインタフェース回路８２は、データ・バス８７
に対してデータ報告を行い、この報告が利用可能なこと
を知らせるために、外部割り込みを発生する。この報告
を終えた後、この測定ルーチンは図５のステップ１２６
で終了し、プログラム実行をスタンバイ・モード１０２
（図４）に戻して、次のコマンド命令を待つ。

【００３６】本発明の実施例によれば、ＤＦＴは、米国
ニュージャージ州イングルウッド・クリフズのプレンテ
ィス・ホール社が発行しオッペンヘイム及びシェーファ
ー著作の「ディスクリート時間信号処理」に開示されて
いるＤＥＦ方法により、実行できる。

【００３７】図６は、別のプロセッサ７１’のブロック
図を示す。このプロセッサは、デジタル帯域通過（バン
ドパス）フィルタ（ＢＰＦ）９０と、デジタル・ピーク
検出器９２と、比較器９４と、データ・レジスタ９６と
を具えている。デジタル・バンドパス・フィルタ９０
は、トーン信号用のＡ／Ｄ変換器の如き外部信号源から
デジタル・データ（サンプル）を受け、この受けたデジ
タル・サンプルをデジタル的に処理して、受けた入力信
号の内の所定の周波数成分を選択する。ピーク検出器９
２は、所定周波数成分の振幅偏差を求めて、そのデータ
を比較器９４に送り、ピーク・ピークの様子を表す。デ
ータ・レジスタ９６は、以前にロードした所定しきい値
を蓄積している。次に、比較器９４は、このしきい値を
受け、検出した振幅と比較して、開放回路状態が存在す
るか否かを判断する。検出した振幅がしきい値よりも大
きければ、比較器９４は、開放回路状態である旨をＤou
t で報告する。また、そうでなければ、比較器９４は、
熱電対が機能している旨をＤout で報告する。

【００３８】図７は、モニタ装置６２として利用できる
アナログ形式の回路のブロック図を示す。この回路は、
バンドパス・フィルタ９７と、ピーク検出器９８と、比
較器９９とを具えている。バンドパス・フィルタ９７
は、得たトーン信号の所定周波数成分を選択する。ピー
ク検出器９８は、選択された周波数成分のピーク・ピー
ク偏差に対応する直流検出出力を発生する。比較器９９
は、検出した出力としきい値電圧とを比較して、開放回
路状態か否かを報告する。

【００３９】図２は、発生器６０を実施する回路のブロ
ック図であり、分周回路網７５と、フィルタ及び利得手
段（処理手段）７６と、インピーダンス回路（出力手
段）７７とを具えている。分周回路網７５は、周波数ｆ
clk のクロック信号を受け、Ｎで分周して、周波数ｆcl
k／Ｎの分周信号を発生する。フィルタ及び利得手段７
６は、この分周信号を受け、ろ波して、基本周波数成分
を抽出し、増幅する。インピーダンス回路７７は、所定
のソース・インピーダンスを与えて、ろ波し増幅した信
号をアナログ・トーン信号としてセンス・ノード６６に
供給する。

【００４０】本発明の更に別の実施例において、発生器
６０は、プログラマブル発生器を具えている。図８は、
図５の上述の流れ図におけるステップ１１６の細部を示
す。ステップ１３０において、発生器６０及びモニタ装
置６２をプログラムし、ｆ1のトーン周波数ｆtoneを夫
々発生し、モニタする。発生器６０は、データ・インタ
フェース８２を介してプログラムしてある。好適な実施
例においては、試験すべき周波数スペクトラムのビンを
変化させることにより、モニタ装置６２をプログラムす
る。

【００４１】本発明の更に他の実施例においては、発生
器６０をプログラムして、トーン信号を発生し、その出
力周波数を時間に応じて変化させる。かかる実施例にお
いて、制御信号が付加情報を発生器６０に供給して、周
波数変化を特定する。同様な情報をモニタ装置６２にも
供給して、発生器６０の周波数変化を追跡する。時間に
対してトーン信号の周波数を変化させることにより、周
囲のノイズが開放回路の検出を干渉する可能性が大幅に
減る。干渉ノイズは、一般的に、固定した有限周波数ス
ペクトラム（例えば、電源、ラジオ局など）を占める。
検出回路が種々の異なる周波数を用いる場合、任意の１
つの固定周波数にてかかる時間を、誤った報告を行う干
渉信号の可能性に応じて減少させる。図５及び図８にお
いて、ステップ１３０、１３２、１２０、１２２、１２
４及び１２５を、種々の異なるトーン信号ｆ１、ｆ２・
・・に対して、複数回実行する。そして、複数の各報告
を統計的に処理して、代表的な総合的報告を行う。

【００４２】本発明の他の実施例において、発生器６０
を制御入力に応じて（振幅）変調する。モニタ装置６２
は、この変調を検出するようにプログラムする。この変
調が所定しきい値より上だと識別されると、これら発生
器及びモニタ装置は、現在のトーン周波数を供給し、モ
ニタするようにプログラムされ続ける。例えばノイズに
より変調が感知されないと、モニタ装置及び発生器は、
異なる周波数用に再プログラムされる。

【００４３】システムがモニタ装置及び／又は信号発生
器の要素により一体的に既に構成されていた場合に、本
発明は特に有用である。なお、これら要素は、時分割動
作でもよい。被試験熱電対は、典型的には、温度測定シ
ステムなどのシステムに用いられている。デジタル信号
プロセッサがかかるシステムと既に一体になって、温度
測定のタスク、即ち、図４の丸Ａを援助／実行するなら
ば、本発明による開放回路の検出は、既にあるプロセッ
サを時分割することにより、最少の付加的コストで、望
むように組み込める。同様に、システムがクロックを既
に有する場合、このクロック分周し、ろ波し、分周した
信号を増幅することにより、上述の如く発生できる。

【００４４】本発明のいくつかの実施例を図示し説明し
たが、本発明の要旨を逸脱することなく種々の変更及び
変形が可能である。

【００４５】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、熱電対の故
障による開放回路状態を瞬間的に開放回路を検出でき
る。また、制限した周波数スパンにわたって得た信号を
解析することにより、ノイズ耐性を改善でき、従来技術
の増幅／ノイズの制限を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による熱電対の開放回路状態を検出する
装置の好適な実施例を示すブロック図である。

【図２】本発明に用いられ、周波数及び振幅が既知のト
ーン信号を発生する発生器のブロック図である。

【図３】図１に用いるモニタ装置のプロセッサ回路を示
すブロック図である。

【図４】図３に示すデジタル信号プロセッサによる開放
回路検出測定ルーチンのパアーアップ開始及び動作説明
する流れ図である。

【図５】図４のステップ１０５である開放回路の検出測
定手順を説明する流れ図である。

【図６】本発明に用いる他のプロセッサのブロック図で
ある。

【図７】本発明に用いるモニタ装置用のアナログ回路の
ブロック図である。

【図８】本発明に用いるプログラマブル発生器のプログ
ラムを示す流れ図である。

【図９】熱電対の受けた矩形波を整流して、この熱電対
の開放回路状態を検出する従来回路の回路図である。

【図１０】電流パルスに応答して熱電対が発生する電圧
を測定して、この熱電対の開放回路状態を検出する従来
回路の回路図である。

【図１１】放電経路内の熱電対を含む整流ＲＣ回路網に
パルスを供給し、このＲＣ回路網内の累積した電荷に対
応する積分電圧をモニタし、開放回路状態によりＲＣ放
電路が割り込まれて積分電圧が所定しきい値より高く上
昇した際に、熱電対の故障を知らせることにより、この
熱電対の開放回路状態を検出する従来回路の回路図であ
る。

【図１２】電圧Ｖcompが矩形波になったときを検知し
て、熱電対の開放回路状態の存在を検出する従来回路の
回路図である。

【図１３】図１２の従来回路の動作を説明する波形図で
ある。

【符号の説明】

５熱電対６０トーン信号発生器６２モニタ装置６４スイッチ６６センス・ノード（ノード手段）７１プロセッサ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】熱電対を試験して開放回路を検出する装
置であって、トーン信号を受け、上記熱電対が上記トーン信号を受け
るようにインタフェースするノード手段と、既知のソース・インピーダンスで、既知の周波数及び既
知の振幅の上記トーン信号を上記ノード手段に供給する
発生器手段と、上記ノード手段に得られたトーン信号のスペクトラム部
分をモニタし、上記トーン信号のスペクトラム部分の振
幅に応じて出力を発生するモニタ手段とを具えた開放回
路検出装置。
【請求項２】上記スペクトラム部分は、既知の周波数
を包含する周波数をスパンすることを特徴とする請求項
１の開放回路検出装置。
【請求項３】上記発生器手段及び上記ノード手段間に
直列結合され、上記トーン信号及び制御信号を受け、上
記トーン信号を選択的に上記ノード手段に供給するスイ
ッチ手段を更に具えたことを特徴とする請求項１の開放
回路検出装置。
【請求項４】上記発生器手段は、クロック信号を受けて分周し、上記既知の周波数に対応
する基本周波数の分周信号を発生する分周手段と、上記分周信号をろ波し増幅して上記トーン信号を発生
し、上記基本周波数成分を選択し、所定振幅を確立する
処理手段と、上記既知のソース・インピーダンスを与えて、上記処理
手段が発生した上記トーン信号を上記ノード手段に与え
る出力手段とを具えたことを特徴とする請求項１の開放
回路検出装置。
【請求項５】上記モニタ手段は、上記トーン信号をデジタル的にサンプリングして、上記
トーン信号をデジタル信号に変換するコンバージョン手
段と、ディスクリート・フーリエ変換により上記デジタル信号
を変換し、その周波数スペクトラムを発生するトランス
フォーム手段と、上記周波数スペクトラムのスパンを解析し、上記既知周
波数を含む上記スパン内のパワーが所定しきい値を越え
たときを検出する検出器手段とを具えたことを特徴とす
る請求項１の開放回路検出装置。
【請求項６】上記発生器手段は、時間に応じて周波数
が変化するトーン信号を発生し、上記モニタ装置は、上記周波数の変化を追跡することを
特徴とする請求項１の開放回路検出装置。
【請求項７】既知のソース・インピーダンスを介し
て、周波数及び振幅が既知のトーン信号を熱電対に供給
し、上記熱電対に影響された結果信号を求め、上記結果信号のスペクトラム部分の振幅に応じて出力を
発生することを特徴とする熱電対試験方法。
【請求項８】上記スペクトラム部分は、上記既知の周
波数を包含することを特徴とする請求項７の熱電対試験
方法。
【請求項９】上記出力発生過程は、上記スペクトラム
部分の振幅が所定のしきい値に達したときに、上記出力
を発生することを特徴とする請求項８の熱電対試験方
法。
【請求項１０】トーン信号を発生する過程を含み、該トーン信号発生過程は、クロック信号を分周して、上記既知の周波数に対応した
基本周波数の分周信号を発生し、上記分周信号をろ波し増幅して、上記基本周波数成分を
選択し、所定振幅として上記トーン信号を発生し、上記トーン信号を出力する上記既知のソース・インピー
ダンスを与えることを特徴とする請求項８の熱電対試験
方法。
【請求項１１】上記供給ステップは、制御信号に応じ
て、上記トーン信号を上記熱電対に選択的に供給するこ
とを特徴とする請求項８の熱電対試験方法。
【請求項１２】周波数が時間に応じて変化する上記ト
ーン信号を発生する過程を含み、上記トーン信号の周波
数に関連した周波数を追跡して上記スペクトラム部分を
試験することを特徴とする請求項８の熱電対試験方法。
【請求項１３】熱電対の開放回路状態を試験する方法
であって、周波数及び振幅が既知のトーン信号を上記熱電対に供給
し、上記熱電対から利用可能な結果信号を受け、上記結果信号をデジタル的にサンプリングし、上記結果
信号をデジタル信号に変換し、ディスクリート・フーリエ変換により上記デジタル信号
を処理し、上記結果信号の周波数スペクトラムを求め、上記周波数スペクトラムのスパン内のパワー・レベルが
所定の閾値を越えたときを検出することを特徴とする熱
電対試験方法。
【請求項１４】上記スパンは、上記既知の周波数を包
含することを特徴とする請求項１３の熱電対試験方法。
【請求項１５】干渉ノイズに影響されない上記結果信
号の周波数スパンに応じて、上記トーン信号用の上記既
知の周波数を判断する過程を更に具えたことを特徴とす
る請求項１３の熱電対試験方法。
【請求項１６】上記判断する過程は、（ａ）第１周波数の試験信号を熱電対に供給し、（ｂ）上記熱電対で利用可能な結果試験信号を受け、（ｃ）上記試験信号を変調し、（ｄ）上記変調が上記結果試験信号にて識別できない場
合、上記試験信号の周波数を変化させ、（ｅ）上記変調が上記結果試験信号にて識別できるま
で、ステップ（ｄ）を繰り返し、（ｆ）上記変調が識別できる上記試験信号の周波数をト
ーン信号の上記既知の周波数として用いることを特徴と
する請求項１５の熱電対試験方法。
【請求項１７】熱電対を試験する試験信号の周波数を
選択する方法であって、（ａ）既知の周波数の試験信号を上記熱電対に供給し、（ｂ）上記熱電対での結果信号を受け、（ｃ）上記試験信号を変調し、（ｄ）該変調が上記結果信号にて識別できない場合、上
記試験信号の周波数を変更することを特徴とする試験信
号の周波数選択方法。
【請求項１８】上記変調は振幅変調であることを特徴
とする請求項１７の熱電対試験方法。