JP3593697B2

JP3593697B2 - Noise canceling device

Info

Publication number: JP3593697B2
Application number: JP2001358091A
Authority: JP
Inventors: 昌士島田; 典昭小山; 昭範小場
Original assignee: RKC INSTRUMENT Inc
Current assignee: RKC INSTRUMENT Inc
Priority date: 2001-11-22
Filing date: 2001-11-22
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2021-11-22
Also published as: JP2003163603A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はノイズキャンセル装置に係り、例えば射出成形機、押出成形機、乾燥炉、半導体製造装置などの機械、装置から出力される温度、流量、圧力などの測定信号に含まれる互いに周期の異なる複数の周期性ノイズをキャンセルするノイズキャンセル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形機、押出成形機、乾燥炉、半導体製造装置などの機械、装置は、商用交流電源で動作したり、その設置環境内に別の機器が配置されることが多い。
【０００３】
そのため、それら機械、装置から得られる測定信号としてのアナログ信号には５０Ｈｚや６０Ｈｚの商用交流電圧がノーマルモードノイズとして測定値に混入し、測定値が商用交流電圧によって変動する心配があった。
【０００４】
さらに、５０Ｈｚや６０Ｈｚといった商用交流電圧以外にも種々の周期性ノイズが測定値に混入する心配もあった。
【０００５】
そして、従来、商用交流電圧などの周期性ノイズを除去する手法として、商用交流電圧周波数を減衰させるローパスフィルタ及びバンドエリミネーションフィルタ（帯域阻止フィルタ）などの各種フィルタや、商用交流電圧の複数周期を順次平均化して周期性ノイズの影響をキャンセルする移動平均処理が採用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、それらローパスフィルタやバンドエリミネーションフィルタを用いてフィルタ処理を行ったり、移動平均処理を行うと、フィルタの持つ周波数特性によって本来の測定信号に遅れが生じ、その後に続く処理、例えば設定値との偏差をＰＩＤ演算して操作量を得る処理が遅れるなど、応答性に好ましくない影響を及ぼし易い難点がある。
【０００７】
また、それら各種フィルタ処理や移動平均処理では、キャンセルするノイズ信号の周波数が既知であることが前提であり、周波数が分からない周期性ノイズや周期性ノイズの周波数が変動したり、それら周期性ノイズが複数混入した場合、それをキャンセルし難い欠点がある。
【０００８】
本発明はそのような従来の欠点を解決するためになされたもので、測定信号を遅延させることなく商用交流電圧などの周期の異なる複数の周期性ノイズをキャンセルできるうえ、各々の周期性ノイズの周波数が分からなくとも又は変動してもキャンセル可能なノイズキャンセル装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そのような課題を解決するために本発明に係るノイズキャンセル装置は、測定信号をＦＦＴ処理して互いに周期の異なる複数の周期性ノイズ信号の周波数を第１の周波数として複数検出する第１のノイズ周波数検出部と、それらの第１の検出周波数と測定信号とを解析し、それら各々の第１の検出周波数と測定信号との間の相互相関関数を複数求めるとともに、各々の相互相関関数に基づき、各相互相関関数の得られた時点以降について各々の周期性ノイズ信号に係る振幅及び位相を演算し、これら及びこれらに対応する第１の検出周波数をノイズ信号情報として出力するノイズ信号解析部と、そのノイズ信号情報からそれら複数の周期性ノイズ信号をキャンセルするキャンセル信号を作成するキャンセル信号作成部と、それら測定信号とキャンセル信号を演算してそれら複数の周期性ノイズ信号をキャンセルする信号キャンセル部とを有して構成されている。
【００１０】
そして、本発明では、複数のそれら周期性ノイズ信号をキャンセルする合成キャンセル信号を作成するよう上記キャンセル信号作成部を形成し、その合成キャンセル信号を用いて複数の周期性ノイズ信号をキャンセルするよう上記信号キャンセル部を形成することも可能である。
【００１１】
また、本発明は、複数のそれら相互相関関数に基づき、これらに対応する各々ノイズ信号情報を求めた時点における各々の周期性ノイズ信号の周波数を第２の検出周波数として複数検出する第２のノイズ周波数検出部を有し、各々の第２の検出周波数でこれらに対応する各々のノイズ信号情報を再演算して出力するよう上記ノイズ信号解析部を形成することが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明は、複数の上記第１の検出周波数とこれらに対応する各々の第２の検出周波数とを比較し、その第２の検出周波数がこれらに対応する第１の検出周波数に関する許容範囲内にあれば対応する第２の検出周波数を、その許容範囲外にあれば対応する第１の検出周波数を上記ノイズ信号解析部に出力する検出周波数判定部を有することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るノイズキャンセル装置の実施の形態を示すブロック図である。
【００１４】
図１において、図示しない射出成形機、押出成形機、乾燥炉、半導体製造装置などの機械、装置に配置された熱電対や測温抵抗体から出力された測定信号（図２参照）は、第１のノイズ周波数検出部１、信号キャンセル部３及びノイズ信号解析部５に入力される。
【００１５】
なお、以下の説明では、便宜上、測定信号に周期性ノイズとして１個の商用交流電圧（例えば５０Ｈｚ）に加えて周期の異なる別の１個のノイズ信号、すなわち２個の周期性ノイズ信号が含まれているとして説明する。
【００１６】
第１のノイズ周波数検出部１は、測定信号をＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）処理することにより測定信号を周波数領域のデータに変換し、得られた周波数成分の線スペクトルにより、商用電源周波数の近傍の周波数で突出して大きくなっている複数の線スペクトル周波数を商用交流電圧ノイズをはじめとする複数の周期性ノイズとして検出し、数秒毎例えば４秒毎に、当該第１の検出周波数としての２個のｃｏｓ波信号を出力するもので、ノイズ信号解析部５に接続されている。
【００１７】
第１のノイズ周波数検出部１は、ｃｏｓ波信号に代えてｓｉｎ波信号を第１の検出周波数として出力することも可能である。
【００１８】
第１のノイズ周波数検出部１については、測定信号をＦＦＴ処理する場合、ＦＦＴ処理で求められるすべての周波数領域について解析することも、予測できる周期性ノイズの周波数を考慮した領域などを処理範囲に設定して周波数を検出することも可能である一方、本来の測定信号の変動として考え難い周波数領域を処理範囲として設定しないようにすることも可能である。
【００１９】
ノイズ信号解析部５は、第１のノイズ周波数検出部１で検出された周期性ノイズ信号の周波数に関する２個のｃｏｓ波信号及び上記測定信号を入力し、それら個々のｃｏｓ波信号と測定信号との間の個々の相互相関関数を各周期性ノイズ信号毎に求めるものであり（図２参照）、キャンセル信号作成部７及び第２のノイズ周波数検出部９に接続されている。
【００２０】
ディジタル信号処理の分野では、相互相関関数は、２つの信号（次式のｘ（ｎ）、ｙ（ｎ））の類似度を数値として示す関数で、次式のようなｋの関数として定義されている。
【００２１】
【数１】

【００２２】
この式のｘ（ｎ）を上述したｃｏｓ波として、ｙ（ｎ＋ｋ）を上述した測定信号として求めた相互相関関数は、その測定信号に含まれるｃｏｓ波もしくはそのｃｏｓ波前後の周波数の周期信号として求められ、その波形からその測定信号に含まれる周波数、振幅および位相を求めることが可能となる。
【００２３】
つまり、ノイズ信号解析部５は、２個のノイズ信号に対応した２個の相互相関関数に基づき対応する各ノイズ信号の振幅と位相を求め、この時点以降の各々のノイズ信号の周波数、振幅及び位相をノイズ信号情報１、２として出力するものである。
【００２４】
すなわち、ノイズ信号解析部５は、２個の相互相関関数の得られた時点以降について、各周期性ノイズ信号の振幅及び位相を予測し、第１のノイズ周波数検出部１で検出された２個の第１の検出周波数とともにキャンセル信号作成部７へノイズ信号情報１、２として出力する機能を有している。
【００２５】
また、ノイズ信号解析部５は、求められた２個の相互相関関数を第２のノイズ周波数検出部９へ出力する機能も有している。
【００２６】
第２のノイズ周波数検出部９は、ノイズ信号解析部５で求めた２個の相互相関関数を入力し、それら各々の相互相関関数に基づき、各相互相関関数を求めた時点におけるそれら各々に対応する周期性ノイズ信号の周波数（ｃｏｓ波信号又はｓｉｎ波信号）を第２の検出周波数として、例えば数百ｍ秒毎に再検出するものであり、ノイズ信号解析部５に接続されている。
【００２７】
各相互相関関数から検出された対応する２個の第２の検出周波数は、各相互相関関数を求めた時点毎の実際の測定信号に含まれる周波数であり、第１のノイズ周波数検出部１からの各第１の検出周波数よりも誤差が少なく変動にも追随している。
【００２８】
そして、ノイズ信号解析部５は、上述した機能に加えて、第２のノイズ周波数検出部９から対応する２個の第２の検出周波数が入力されると、それらの第２の検出周波数に基づき２個の相互相関関数を再演算して求めるとともに、これらの相互相関関数に基づき対応する２個のノイズ信号の振幅と位相を再演算し、それら振幅、位相及び第２の検出周波数をノイズ信号情報１、２として出力する機能を有している。
【００２９】
そのため、第１のノイズ周波数検出部１にて周波数を検出した後に次の周波数を検出するまでの間、測定信号中に乗った各周期性ノイズ信号の周波数が多少変動しても、キャンセル信号の元になるノイズ信号情報１、２中の周波数の修正が可能となっている。
【００３０】
キャンセル信号作成部７は、図３に示すように、それらのノイズ信号情報１、２に基づき、測定信号に乗っているノイズ信号と周波数及び振幅が同じで逆位相のそれら各々のノイズ信号に対応する２個のキャンセル信号１、２を作成するとともに、それらを合成した合成キャンセル信号を作成するものであり、信号キャンセル部３に接続されている。
【００３１】
信号キャンセル部３は、図４に示すように、測定信号にキャンセル信号作成部７からの合成キャンセル信号を加算する機能を有し、測定信号から２個の周期性ノイズ信号をキャンセルした測定信号（出力信号）を出力するものであり、例えば図示しない制御装置の測定信号入力部に接続されている。
【００３２】
上述した図１の各ブロックは、一般に、検出機能、解析機能又は演算制御機能などを処理するＣＰＵなどや、このＣＰＵなどの動作プログラムを格納したＲＯＭ、それら検出機能、解析機能又は演算処理の過程で一次的にデータを格納するＲＡＭ、及び入出力インタフェースＩ／Ｏなどで構成される。以下の構成でも同様である。
【００３３】
次に、上述した本発明のノイズキャンセル装置の動作を簡単に説明する。
商用交流電圧ノイズと別の周期性ノイズが１個ずつ含まれた測定信号が第１のノイズ信号周波数検出部１に加えられると、その測定信号がＦＦＴ処理されて２個の周期性ノイズ信号の周波数が検出され、２個の第１の検出周波数がノイズ信号解析部５へ出力される。
【００３４】
ノイズ信号解析部５では、図２に示すように、測定信号及び各々の第１の検出周波数の相互相関関数を各々求め、対応する２個の相互相関関数に基づきそれら各々のノイズ信号の振幅及び位相を演算し、２個の第１の検出周波数とともにそれら各々の振幅及び位相をノイズ信号情報１、２としてキャンセル信号作成部７へ出力する一方、第２のノイズ周波数検出部９へそれら２個の相互相関関数を出力する。
【００３５】
第２のノイズ周波数検出部９では、各々の相互相関関数に基づきノイズ信号の相互相関関数を求めた時点における対応する２個の第２の検出周波数を検出し、これらの第２の検出周波数をノイズ信号解析部５へ出力する。
【００３６】
ノイズ信号解析部５では、第２のノイズ周波数検出部９から２個の第２の検出周波数が入力されると、それら各々の第２の検出周波数に基づき対応する相互相関関数を求めて振幅と位相を再演算し、これら第２の検出周波数と再演算した振幅及び位相をノイズ信号情報１、２としてキャンセル信号作成部７へ出力する。
【００３７】
キャンセル信号作成部７では、図３に示すように、測定信号に乗っている２個のノイズ信号と周波数及び振幅が同じで逆位相の各キャンセル信号１、２を作成するとともに、これらを合成した合成キャンセル信号を作成し、信号キャンセル部３では、図４に示すように、測定信号にその合成キャンセル信号を加算し、２個のノイズ信号をキャンセルして出力する。
【００３８】
このように本発明に係るノイズキャンセル装置は、第１のノイズ周波数検出部１にて測定信号をＦＦＴ処理して商用交流電圧ノイズ信号を含む２個のノイズ信号に関する２個の第１の検出周波数を検出し、ノイズ信号解析部５にてそれら第１の検出周波数と測定信号との相互相関関数を各々求め、これらの相互相関関数に基づき、これらの相互相関関数を求めた時点以降について、測定信号に乗っているノイズ信号の振幅及び位相を求め、これら及び第１の検出周波数をノイズ信号情報１、２として出力し、キャンセル信号作成部７ではそれらのノイズ信号情報１、２から周期性ノイズ信号をキャンセルする合成キャンセル信号を作成し、信号キャンセル部３にてそれら測定信号と合成キャンセル信号を演算し、その商用交流電圧ノイズ信号を含むノイズ信号をキャンセルするよう構成した。
【００３９】
そのため、本発明では、測定信号に乗っている商用交流電圧を含む周期性ノイズ信号の振幅及び位相を演算してキャンセルするから、商用交流電圧を含む複数の周期性ノイズを確実に除去できるし、測定信号を遅延させることがない。
【００４０】
しかも、商用交流電圧を含む周期性ノイズ信号の周波数、振幅及び位相を自動的に検出予測して合成キャンセル信号を作成できるから、商用交流電圧や周期性ノイズ信号の周波数が分からなくとも除去可能となる。
【００４１】
さらに、第２のノイズ周波数検出部９にて、それら相互相関関数に基づき、この相互相関関数を求めた時点における各々のノイズ信号の周波数を第２の検出周波数として再検出し、ノイズ信号解析部５ではそれらの第２の検出周波数によって対応する２個の相互相関関数を求めるとともにノイズ信号の振幅及び位相を再計算し、ノイズ信号情報１、２としてキャンセル信号作成部７へ出力するから、ノイズ信号の周波数が多少変動しても、合成キャンセル信号がそれに速やかに追随し、確実にキャンセル可能となる。
【００４２】
第１のノイズ周波数検出部１からの２個の第１の検出周波数にはＦＦＴ処理時の分解能誤差が含まれる可能性があり、第２のノイズ周波数検出部９からのより正確な対応する２個の第２の検出周波数を用いることにより、正確かつ確実なノイズキャンセルが可能である。
【００４３】
上述した構成においては、ＣＰＵの演算速度などに起因し、第１の検出周波数により相互相関関数を求めた時点でノイズ信号情報を第２のノイズ周波数検出部９からの第２の検出周波数によって再計算する時間がない場合などがあり、初回のノイズキャンセル動作は第１の周波数検出部１からの第１の検出周波数に基づいて行い、２回目以降のノイズキャンセル動作は第２のノイズ周波数検出部９からの第２の検出周波数を用いることも可能である。
【００４４】
このような使用形態は、周期性ノイズの周波数などが急激に変化しない場合や、装置自体が第２の検出周波数を２回目以降に用いるシーケンス構成である場合であり、第２の検出周波数を次回のノイズ信号情報に用いても周波数の誤差が少ないと考えられるケースに適用される。
【００４５】
上述した実施の形態は、キャンセル信号作成部７が、２個の周期性ノイズ信号毎にキャンセル信号を作成するとともに、これらを合成した１個の合成キャンセル信号を作成して信号キャンセル部３へ加えてキャンセルする構成であったが、各周期性ノイズ信号に対応したキャンセル信号を合成せずにそのまま信号キャンセル部へ加えてキャンセルする構成も可能であり、信号キャンセル部３はそれら合成前のキャンセル信号によって測定信号を順次キャンセルするよう形成すればよい。
【００４６】
次に、図５を参照して本発明に係るノイズキャンセル装置の他の実施の形態を説明する。
【００４７】
図５に示す構成は、図１の構成と比較すると、検出周波数判定部１１を有し、第１のノイズ周波数検出部１及び第２のノイズ周波数検出部９の出力側が検出周波数判定部１１のみに接続されており、他の構成は図１と同様である。
【００４８】
検出周波数判定部１１は、第１のノイズ周波数検出部１と第２のノイズ周波数検出部９で検出された２個の第１の検出周波数及びこれらに対応する２個の第２の検出周波数のいずれを出力するかを各々の検出周波数毎に判定するものであり、ノイズ信号解析部５に接続されている。
【００４９】
検出周波数判定部１１は、第１のノイズ周波数検出部１から２個の第１の検出周波数が出力される毎に、その時点でそれらの第１の検出周波数がすでに検出されている各々の第２の検出周波数に近い場合、例えば各第２の検出周波数が第１のノイズ周波数検出部１における周波数分解能の範囲内である場合には、それらの第２の検出周波数をノイズ信号解析部５に選択的に出力して第１の検出周波数を出力せず、逆に、その第２の検出周波数が第１の検出周波数の周波数分解能の範囲を超えている場合には、第１のノイズ周波数検出部１からのそれらの第１の検出周波数を出力する機能を有している。
【００５０】
換言すれば、検出周波数判定部１１は、第１のノイズ周波数検出部１から２個の第１の検出周波数が出力される都度、この時点においてこれとすでに検出されている対応する各々の第２の検出周波数とを比較し、各々第２の検出周波数が第１の検出周波数に対する許容範囲内にあれば、それらの第２の検出周波数を各第１の検出周波数と同一と判定して第２の検出周波数の方を、その許容範囲外にあれば、それらの第２の検出周波数が各第１の検出周波数と異なっていると判定してそれらの第１の検出周波数の方を上記ノイズ信号解析部に選択的に出力する機能を有している。
【００５１】
選択条件であるその許容範囲としては、第１のノイズ周波数検出部１における周波数検出分解能の誤差範囲内とする以外に、第２の周波数を第１の周波数と同一と判定する任意の許容範囲を設定する方法なども可能である。
【００５２】
そして、図５に示す構成では、測定信号が入力されると、第１及び第２のノイズ周波数検出部１、９が２個の第１及び第２の検出周波数を検出周波数判定部１１へ出力し、検出周波数判定部１１が、２個の第１の検出周波数の入力時点において、これらとすでに検出されている各第２の検出周波数とを比較し、各々第２の検出周波数がこれらに対応する第１の検出周波数と同一であると判定すると第２の検出周波数を、周波数が異なると判定すると第１の検出周波数をノイズ信号解析部５へ出力する。
【００５３】
ノイズ信号解析部５は、検出周波数判定部１１からの２個の第１又は第２の検出周波数及び測定信号を解析してそれらの間の各々の相互相関関数を求め、これらの相互相関関数に基づき対応する２個のノイズ信号の振幅及び位相を演算し、２個の第１又は第２の検出周波数とともにそれら振幅及び位相をノイズ信号情報１、２としてキャンセル信号作成部７へ出力する。
【００５４】
第２のノイズ周波数検出部９及びキャンセル信号作成部７の動作は、図１の構成と同様である。
【００５５】
このような図５に示す構成では、検出周波数判定部１１が、第１のノイズ周波数検出部１で検出された２個の周波数と、すでに検出されている対応する第２の検出周波数を比較判定し、各々同一の周波数と判定されれば、第２の検出周波数より誤差の大きい第１の検出周波数をノイズ信号解析部５へ出力しないため、測定信号からノイズ信号を常に確実かつ正確にキャンセルできる。
【００５６】
すなわち、検出周波数判定部１１を設けることにより、第２のノイズ周波数検出部９が正確な周波数を検出している状態で、第１のノイズ周波数検出部１が検出した誤差を含む周波数をノイズ信号解析部５で使用することを防ぐことができる。
【００５７】
他方、各々のノイズ信号について急激な周波数変動が発生し、第２のノイズ周波数検出部９で検出できないほどノイズ信号の周波数がずれた場合、第１のノイズ周波数検出部１からの第１の検出周波数をノイズ信号解析部５へ出力することが可能となり、図１の構成で説明したように、測定信号からノイズ信号をキャンセル可能である。
【００５８】
そして、本発明では、キャンセルする周期性ノイズ信号は２個に限定されず、２個以上複数の周期性ノイズ信号のキャンセルが可能であり、第１のノイズ周波数検出部１について、例えば検出レベルの大きな順に周期性ノイズの周波数を検出するよう形成したり、あるレベルの振幅より大きな振幅の周期性ノイズの周波数を検出するよう形成したり、周期性ノイズの数を限定して周波数を検出するよう形成することが可能である。
【００５９】
ノイズ信号解析部５，キャンセル信号作成部７、第２のノイズ周波数検出部９及び検出周波数判定部１１は、除去する周期性ノイズの数に合わせて形成すれば良い。
【００６０】
さらに、上述した信号キャンセル部３は加算機能を有するものであったが、減算機能を有するよう形成可能であり、測定信号に含まれる商用交流電圧ノイズ信号と同位相の信号をキャンセル信号として減算するよう形成すれば良い。
【００６１】
さらにまた、上述した実施の形態では、周期性ノイズ信号として商用交流電圧ノイズ信号をキャンセルする例を説明したが、本発明ではこれ以外に各種の周期性ノイズ信号の除去に応用可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明のノイズキャンセル装置によれば、測定信号を遅延させることなく商用交流電圧ノイズ信号などの複数の周期性ノイズを除去できるうえ、各々の周期性ノイズの周波数が分からなくとも、それらの周期性ノイズを確実に除去できる。
また、複数のノイズ信号の各相互相関関数を求めた時点におけるそれらのノイズ信号に対応する周波数を再検出する第２のノイズ周波数検出部を設け、ノイズ信号解析部においてそれらの第２の検出周波数でノイズ信号の周波数を再演算する構成では、第１の検出周波数に基づいた複数の第２の検出周波数を使用することにより、より正確な周波数で各々のノイズ除去が可能となるとともに、それらの周期性ノイズ信号の周波数が変動しても速やかに追随してキャンセル可能となる利点がある。
さらに、第１のノイズ周波数検出部１が複数の第１の検出周波数を出力した時点において、それら各々の第１の検出周波数とこれらに対応する第２の検出周波数とを比較し、各々の第２の検出周波数が第１の検出周波数に対する許容範囲内にあれば各々の第２の検出周波数を、その許容範囲外にあれば各々の第１の検出周波数を上記ノイズ信号解析部に出力する検出周波数判定部を有する構成では、検出された周波数の誤差を大きくすることがなく、より正確なノイズキャンセル動作がなされるし、第２のノイズ周波数検出部９が対応できないほど速く周波数変動が起こった場合でも、同様に確実なノイズキンセル動作を確保できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るノイズキャンセル装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１のノイズキャンセル装置の動作を説明する波形図である。
【図３】図１のノイズキャンセル装置の動作を説明する波形図である。
【図４】図１のノイズキャンセル装置の動作を説明する波形図である。
【図５】本発明に係るノイズキャンセル装置の他の実施の形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１第１のノイズ周波数検出部
３信号キャンセル部
５ノイズ信号解析部
７キャンセル信号作成部
９第２のノイズ周波数検出部
１１検出周波数判定部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a noise canceling device, for example, an injection molding machine, an extrusion molding machine, a drying furnace, a machine such as a semiconductor manufacturing device, a plurality of devices having different periods included in measurement signals such as temperature, flow rate, and pressure output from the device. The present invention relates to a noise canceling device for canceling the periodic noise of the above.
[0002]
[Prior art]
Machines and apparatuses such as an injection molding machine, an extrusion molding machine, a drying furnace, and a semiconductor manufacturing apparatus are often operated by a commercial AC power supply, or another apparatus is arranged in an installation environment.
[0003]
Therefore, there is a concern that a commercial AC voltage of 50 Hz or 60 Hz is mixed into the measured value as a normal mode noise in an analog signal as a measurement signal obtained from the machine or the device, and the measured value fluctuates due to the commercial AC voltage.
[0004]
Further, there was a concern that various periodic noises other than the commercial AC voltage such as 50 Hz and 60 Hz may be mixed into the measured values.
[0005]
Conventionally, as a method for removing periodic noise such as commercial AC voltage, various filters such as a low-pass filter and a band elimination filter (band rejection filter) for attenuating the commercial AC voltage frequency, and a plurality of cycles of the commercial AC voltage are used. Moving averaging processing for sequentially averaging and canceling the influence of periodic noise is employed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the filter processing is performed using the low-pass filter or the band elimination filter or the moving average processing is performed, a delay occurs in an original measurement signal due to a frequency characteristic of the filter, and subsequent processing, for example, a setting value and There is a disadvantage that the response is likely to be unfavorably affected, such as a delay in the process of obtaining the manipulated variable by PID calculation of the deviation of.
[0007]
Also, in these various filter processes and moving average processes, it is assumed that the frequency of the noise signal to be canceled is known, and the frequency of the periodic noise whose frequency is not known or the frequency of the periodic noise fluctuates. There is a drawback that it is difficult to cancel when a plurality of are mixed.
[0008]
The present invention has been made in order to solve such a conventional disadvantage, and it is possible to cancel a plurality of periodic noises having different periods such as a commercial AC voltage without delaying a measurement signal. It is an object of the present invention to provide a noise canceling device that can cancel even if the frequency is unknown or fluctuates.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, a noise canceling apparatus according to the present invention employs a first noise that performs FFT processing on a measurement signal and detects a plurality of frequencies of a plurality of periodic noise signals having different periods from each other as a first frequency. The frequency detector and the first detection frequency and the measurement signal are analyzed to obtain a plurality of cross-correlation functions between the first detection frequency and the measurement signal, and based on each cross-correlation function. A noise signal analysis unit that calculates the amplitude and phase of each periodic noise signal from the time when each cross-correlation function is obtained, and outputs these and the first detection frequency corresponding thereto as noise signal information. A cancel signal creating unit for creating a cancel signal for canceling the plurality of periodic noise signals from the noise signal information; It calculates the Nseru signal is configured to have a signal cancellation unit for canceling a plurality of periodic noise signal.
[0010]
In the present invention, the cancel signal creating section is formed to create a combined cancel signal for canceling the plurality of periodic noise signals, and the cancel signal creating section cancels the plurality of periodic noise signals using the combined cancel signal. It is also possible to form a signal cancellation section.
[0011]
Further, the present invention provides a method of detecting a plurality of second noises based on a plurality of these cross-correlation functions as a second detection frequency using a frequency of each periodic noise signal at a time when corresponding noise signal information is obtained. It is preferable that the noise signal analyzing section is provided so as to have a frequency detecting section and re-calculate and output each corresponding noise signal information at each of the second detected frequencies.
[0012]
Further, the present invention compares the plurality of first detection frequencies with their corresponding second detection frequencies, and determines that the second detection frequency is an allowable range for the corresponding first detection frequency. It is preferable to have a detection frequency determination unit that outputs the corresponding second detection frequency to the noise signal analysis unit if it is within the allowable detection range and the corresponding first detection frequency if it is outside the allowable range.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a noise canceling device according to the present invention.
[0014]
In FIG. 1, a measurement signal (see FIG. 2) output from a thermocouple or a resistance thermometer disposed in a machine, such as an injection molding machine, an extrusion molding machine, a drying furnace, or a semiconductor manufacturing device, which is not shown, 1 is input to the noise frequency detector 1, the signal canceller 3, and the noise signal analyzer 5.
[0015]
In the following description, for convenience, the measurement signal includes, as periodic noise, another one noise signal having a different cycle, that is, two periodic noise signals, in addition to one commercial AC voltage (for example, 50 Hz). It will be described as having been performed.
[0016]
The first noise frequency detection unit 1 converts the measurement signal into data in the frequency domain by performing FFT (Fast Fourier Transform) processing on the measurement signal, and obtains a line spectrum of the frequency near the commercial power supply frequency by using the obtained line spectrum of the frequency component. A plurality of line spectrum frequencies that are prominently increased in frequency are detected as a plurality of periodic noises including a commercial AC voltage noise, and every two seconds, for example, every four seconds, the two detected frequencies are used as the first detection frequency. It outputs a cosine wave signal, and is connected to the noise signal analyzer 5.
[0017]
The first noise frequency detection unit 1 can also output a sine wave signal as the first detection frequency instead of the cosine wave signal.
[0018]
When the first noise frequency detection unit 1 performs the FFT processing on the measurement signal, the first noise frequency detection unit 1 may analyze all the frequency domains obtained by the FFT processing, or may set a processing area including the frequency of the predictable periodic noise in the processing range. While it is possible to detect the frequency by setting the frequency range, it is also possible not to set the frequency range that is hardly considered as the fluctuation of the original measurement signal as the processing range.
[0019]
The noise signal analyzer 5 receives two cos-wave signals related to the frequency of the periodic noise signal detected by the first noise frequency detector 1 and the above-described measurement signal, and outputs the respective cos-wave signals and the measurement signals. Are obtained for each periodic noise signal (see FIG. 2), and are connected to the cancel signal generator 7 and the second noise frequency detector 9.
[0020]
In the field of digital signal processing, a cross-correlation function is a function indicating a similarity between two signals (x (n) and y (n) in the following equation) as a numerical value, and is defined as a function of k as in the following equation. ing.
[0021]
(Equation 1)

[0022]
The cross-correlation function obtained by using x (n) as the above-described cos wave and y (n + k) as the above-described measurement signal in this equation is expressed as a cos wave included in the measurement signal or a periodic signal having frequencies before and after the cosine wave. It is possible to determine the frequency, amplitude and phase included in the measurement signal from the obtained waveform.
[0023]
That is, the noise signal analyzer 5 calculates the amplitude and phase of each corresponding noise signal based on the two cross-correlation functions corresponding to the two noise signals, and calculates the frequency, amplitude, and The phase is output as

noise signal information

1 and 2.
[0024]
That is, the noise signal analysis unit 5 predicts the amplitude and phase of each periodic noise signal from the time when two cross-correlation functions are obtained, and calculates the two noise signals detected by the first noise frequency detection unit 1. And a function of outputting the

noise signal information

1 and 2 to the cancel signal creation unit 7 together with the first detection frequency.
[0025]
Further, the noise signal analyzer 5 has a function of outputting the obtained two cross-correlation functions to the second noise frequency detector 9.
[0026]
The second noise frequency detection unit 9 receives the two cross-correlation functions obtained by the noise signal analysis unit 5 and, based on the respective cross-correlation functions, corresponds to each of the cross-correlation functions at the time of obtaining each cross-correlation function. The frequency (cos wave signal or sine wave signal) of the periodic noise signal to be detected is used as a second detection frequency, for example, every several hundred milliseconds, and is connected to the noise signal analyzer 5.
[0027]
The corresponding two second detection frequencies detected from each cross-correlation function are the frequencies included in the actual measurement signal at each point in time when each cross-correlation function is obtained. The first detection frequency has a smaller error than the first detection frequency and follows the fluctuation.
[0028]
Then, in addition to the above-described functions, the noise signal analysis unit 5 receives two corresponding second detection frequencies from the second noise frequency detection unit 9, and based on those second detection frequencies, The two cross-correlation functions are obtained by recalculation, the amplitudes and phases of the corresponding two noise signals are recalculated based on these cross-correlation functions, and the amplitude, phase, and second detection frequency are determined by the noise signal. It has a function of outputting as

information

1 and 2.
[0029]
Therefore, even if the frequency of each periodic noise signal included in the measurement signal fluctuates slightly until the next frequency is detected after the first noise frequency detection unit 1 detects the frequency, the cancellation signal is not detected. The frequency in the original

noise signal information

1 and 2 can be corrected.
[0030]
As shown in FIG. 3, the cancel signal generator 7 corresponds to the noise signal having the same frequency and amplitude and opposite phase to the noise signal on the measurement signal based on the

noise signal information

1 and 2. In addition to creating two cancel

signals

1 and 2 to be combined, a combined cancel signal is created by combining them, and is connected to the signal canceling unit 3.
[0031]
As shown in FIG. 4, the signal cancellation unit 3 has a function of adding the composite cancellation signal from the cancellation signal generation unit 7 to the measurement signal, and cancels two periodic noise signals from the measurement signal ( Output signal) and is connected to, for example, a measurement signal input unit of a control device (not shown).
[0032]
Each block in FIG. 1 described above generally includes a CPU for processing a detection function, an analysis function, an arithmetic control function, and the like, a ROM storing an operation program of the CPU and the like, and a process for the detection function, the analysis function, or the arithmetic processing. And a RAM for temporarily storing data, and an input / output interface I / O. The same applies to the following configurations.
[0033]
Next, the operation of the above-described noise canceling device of the present invention will be briefly described.
When a measurement signal containing one commercial AC voltage noise and another periodic noise is added to the first noise signal frequency detection unit 1, the measurement signal is subjected to FFT processing to generate two periodic noise signals. The frequency is detected, and the two first detected frequencies are output to the noise signal analyzer 5.
[0034]
As shown in FIG. 2, the noise signal analyzer 5 obtains a cross-correlation function between the measurement signal and each of the first detection frequencies, and based on the two corresponding cross-correlation functions, the amplitude and the noise signal of each noise signal. The phase is calculated, and the two first detection frequencies and their respective amplitudes and phases are output to the cancel signal generation unit 7 as

noise signal information

1 and 2, while the two noises are output to the second noise frequency detection unit 9. Outputs the cross-correlation function of.
[0035]
The second noise frequency detector 9 detects two corresponding second detection frequencies at the time when the cross-correlation function of the noise signal is obtained based on the respective cross-correlation functions, and determines these second detection frequencies. Output to the noise signal analyzer 5.
[0036]
When the two second detection frequencies are input from the second noise frequency detection unit 9, the noise signal analysis unit 5 obtains a corresponding cross-correlation function based on each of the second detection frequencies to determine the amplitude and the amplitude. The phase is recalculated, and the second detection frequency and the recalculated amplitude and phase are output to the cancel signal generation unit 7 as

noise signal information

1 and 2.
[0037]
As shown in FIG. 3, the cancel signal creating section 7 creates cancel

signals

1 and 2 having the same frequency and amplitude and opposite phases as those of the two noise signals on the measurement signal, and combining them. As shown in FIG. 4, the signal cancellation unit 3 creates a combined cancel signal, adds the combined cancel signal to the measurement signal, cancels the two noise signals, and outputs the result.
[0038]
As described above, in the noise canceling device according to the present invention, the first noise frequency detection unit 1 performs the FFT processing on the measurement signal and performs the two first detection frequencies related to the two noise signals including the commercial AC voltage noise signal. , And the noise signal analyzer 5 calculates cross-correlation functions between the first detection frequency and the measurement signal. Based on these cross-correlation functions, measurement is performed for points after the cross-correlation functions are calculated. The amplitude and phase of the noise signal on the signal are obtained, and these and the first detection frequency are output as

noise signal information

1 and 2, and the cancel signal generation unit 7 extracts the periodic noise from the

noise signal information

1 and 2. A composite cancel signal for canceling the signal is created, and the measured cancel signal and the synthetic cancel signal are calculated by the signal cancel unit 3, and the commercial AC voltage noise signal is calculated. Configured to cancel a noise signal containing.
[0039]
Therefore, in the present invention, since the amplitude and phase of the periodic noise signal including the commercial AC voltage included in the measurement signal are calculated and canceled, a plurality of periodic noises including the commercial AC voltage can be reliably removed, There is no delay in the measurement signal.
[0040]
In addition, since the synthesized cancel signal can be created by automatically detecting and predicting the frequency, amplitude, and phase of the periodic noise signal including the commercial AC voltage, it can be removed without knowing the frequency of the commercial AC voltage or the periodic noise signal. Become.
[0041]
Further, the second noise frequency detector 9 re-detects the frequency of each noise signal at the time when the cross-correlation function is obtained as the second detection frequency based on the cross-correlation function, and In 5, the two cross-correlation functions corresponding to these second detection frequencies are obtained, and the amplitude and phase of the noise signal are recalculated and output to the cancellation signal creation unit 7 as

noise signal information

1 and 2. Even if the frequency of the signal slightly fluctuates, the combined cancel signal immediately follows the signal, and the signal can be reliably canceled.
[0042]
The two first detection frequencies from the first noise frequency detection unit 1 may include a resolution error at the time of the FFT processing, and the two more accurate detection signals from the second noise frequency detection unit 9 By using the second detection frequencies, accurate and reliable noise cancellation is possible.
[0043]
In the above-described configuration, the noise signal information is regenerated by the second detection frequency from the second noise frequency detection unit 9 when the cross-correlation function is obtained from the first detection frequency due to the calculation speed of the CPU and the like. In some cases, there is no time for calculation, the first noise canceling operation is performed based on the first detection frequency from the first frequency detecting unit 1, and the second and subsequent noise canceling operations are performed based on the second noise frequency detecting unit. It is also possible to use the second detection frequency from 9.
[0044]
Such a usage pattern is when the frequency of the periodic noise does not change rapidly, or when the apparatus itself has a sequence configuration in which the second detection frequency is used for the second time or later, and the second detection frequency is changed to the next time. This is applied to the case where it is considered that the frequency error is small even when used for the noise signal information.
[0045]
In the above-described embodiment, the cancel signal creating unit 7 creates a cancel signal for each of the two periodic noise signals, creates one combined cancel signal by combining these, and adds the combined cancel signal to the signal cancel unit 3. However, a configuration is also possible in which the cancellation signals corresponding to the respective periodic noise signals are added to the signal cancellation unit without being combined without being combined. May be formed so as to sequentially cancel the measurement signals.
[0046]
Next, another embodiment of the noise canceling device according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0047]
The configuration shown in FIG. 5 has a detection frequency determination unit 11 as compared with the configuration of FIG. 1, and the output sides of the first noise frequency detection unit 1 and the second noise frequency detection unit 9 are only the detection frequency determination unit 11. The other configuration is the same as that of FIG.
[0048]
The detection frequency determination unit 11 calculates two first detection frequencies detected by the first noise frequency detection unit 1 and the second noise frequency detection unit 9 and two second detection frequencies corresponding thereto. Which is output is determined for each detection frequency, and is connected to the noise signal analyzer 5.
[0049]
Each time two first detection frequencies are output from the first noise frequency detection unit 1, the detection frequency determination unit 11 determines whether each of the first detection frequencies has already been detected at that time. In the case where the second detection frequencies are close to the second detection frequency, for example, when each second detection frequency is within the range of the frequency resolution of the first noise frequency detection unit 1, those second detection frequencies are sent to the noise signal analysis unit 5. If the first detection frequency is not output and the first detection frequency is not output, and if the second detection frequency exceeds the frequency resolution range of the first detection frequency, the first noise frequency detection is performed. It has a function of outputting those first detection frequencies from the unit 1.
[0050]
In other words, each time two first detection frequencies are output from the first noise frequency detection unit 1, the detection frequency determination unit 11 determines at this time the corresponding second detection frequency that has already been detected. And if each of the second detection frequencies is within the allowable range for the first detection frequency, the second detection frequency is determined to be the same as each first detection frequency, and the second detection frequency is determined. If the detected frequencies are out of the permissible range, it is determined that their second detected frequencies are different from the first detected frequencies, and the first detected frequencies are determined by the noise signal. It has a function of selectively outputting to the analysis unit.
[0051]
As the allowable range, which is a selection condition, an arbitrary allowable range in which the second frequency is determined to be the same as the first frequency besides being within the error range of the frequency detection resolution in the first noise frequency detecting unit 1. A setting method and the like are also possible.
[0052]
In the configuration shown in FIG. 5, when the measurement signal is input, the first and second noise frequency detection units 1 and 9 output the two first and second detection frequencies to the detection frequency determination unit 11. Then, at the time of input of the two first detection frequencies, the detection frequency determination unit 11 compares these with the respective second detection frequencies that have already been detected, and the second detection frequencies correspond to these. If it is determined that the detected frequency is the same as the first detected frequency, the second detected frequency is output to the noise signal analyzer 5 if the frequency is determined to be different.
[0053]
The noise signal analysis unit 5 analyzes the two first or second detection frequencies and the measurement signal from the detection frequency determination unit 11 to obtain a cross-correlation function between them, and calculates these cross-correlation functions. The amplitude and phase of the corresponding two noise signals are calculated based on the calculated values, and the amplitude and phase are output to the cancellation signal creation unit 7 as

noise signal information

1 and 2 together with the two first or second detection frequencies.
[0054]
The operations of the second noise frequency detector 9 and the cancel signal generator 7 are the same as those in the configuration of FIG.
[0055]
In the configuration shown in FIG. 5, the detection frequency determination unit 11 compares and determines the two frequencies detected by the first noise frequency detection unit 1 and the corresponding second detection frequency that has already been detected. However, if the frequencies are determined to be the same, the first detection frequency having a larger error than the second detection frequency is not output to the noise signal analyzer 5, so that the noise signal can always be reliably and accurately canceled from the measurement signal. .
[0056]
That is, by providing the detection frequency determination unit 11, the frequency including the error detected by the first noise frequency detection unit 1 can be changed to a noise signal while the second noise frequency detection unit 9 is detecting an accurate frequency. Use in the analysis unit 5 can be prevented.
[0057]
On the other hand, if the frequency of the noise signal is shifted so much that the noise signal cannot be detected by the second noise frequency detector 9, the first detection from the first noise frequency detector 1 The frequency can be output to the noise signal analyzer 5, and the noise signal can be canceled from the measurement signal as described in the configuration of FIG.
[0058]
Further, in the present invention, the number of periodic noise signals to be canceled is not limited to two, and two or more periodic noise signals can be canceled. Formed to detect the frequency of periodic noise in the descending order, formed to detect the frequency of periodic noise having an amplitude greater than a certain level, or to detect the frequency by limiting the number of periodic noises It is possible to form.
[0059]
The noise signal analyzer 5, cancel signal generator 7, second noise frequency detector 9, and detected frequency determiner 11 may be formed in accordance with the number of periodic noises to be removed.
[0060]
Further, the above-described signal canceling unit 3 has an adding function, but can be formed to have a subtracting function, and subtracts a signal having the same phase as the commercial AC voltage noise signal included in the measurement signal as a canceling signal. What is necessary is just to form it.
[0061]
Furthermore, in the above-described embodiment, an example has been described in which the commercial AC voltage noise signal is canceled as the periodic noise signal. However, the present invention can be applied to removal of various other periodic noise signals.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the noise canceling device of the present invention, a plurality of periodic noises such as a commercial AC voltage noise signal can be removed without delaying the measurement signal, and the frequency of each periodic noise cannot be determined. In both cases, those periodic noises can be reliably removed.
Further, a second noise frequency detecting section for re-detecting a frequency corresponding to each of the cross-correlation functions of the plurality of noise signals at the time of obtaining the cross-correlation functions is provided. In the configuration in which the frequency of the noise signal is recalculated by using a plurality of second detection frequencies based on the first detection frequency, it is possible to remove each noise at a more accurate frequency, and There is an advantage that even if the frequency of the periodic noise signal fluctuates, it can be quickly followed and canceled.
Further, when the first noise frequency detection unit 1 outputs a plurality of first detection frequencies, each of the first detection frequencies is compared with the corresponding second detection frequency, and each of the first detection frequencies is compared with the second detection frequency. The second detection frequency is output to the noise signal analysis unit if the second detection frequency is within the allowable range for the first detection frequency, and the second detection frequency is output to the noise signal analysis unit if the second detection frequency is outside the allowable range. In the configuration having the frequency determination unit, a more accurate noise cancellation operation is performed without increasing the error of the detected frequency, and the frequency variation occurs so quickly that the second noise frequency detection unit 9 cannot cope. Even in this case, there is an advantage that a reliable noise cancellation operation can be similarly secured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a noise canceling apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram illustrating an operation of the noise canceling device of FIG.
FIG. 3 is a waveform diagram illustrating an operation of the noise canceling device of FIG. 1;
FIG. 4 is a waveform diagram illustrating an operation of the noise canceling device of FIG. 1;
FIG. 5 is a block diagram showing another embodiment of the noise canceling device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st noise frequency detection part 3 signal cancellation part 5 noise signal analysis part 7 cancellation signal creation part 9 2nd noise frequency detection part 11 detection frequency judgment part

Claims

A first noise frequency detection unit that performs FFT processing on the measurement signal and detects a plurality of frequencies of a plurality of periodic noise signals having different periods from each other as a first frequency;
The plurality of first detection frequencies and the measurement signal are analyzed to obtain a plurality of cross-correlation functions between the individual first detection frequencies and the measurement signals, and each cross-correlation function is determined based on each cross-correlation function. A noise signal analyzer that calculates the amplitude and phase of each of the periodic noise signals for the time after the correlation function is obtained, and outputs these and the first detection frequency corresponding thereto as noise signal information;
A cancel signal creating unit that creates a cancel signal that cancels the plurality of periodic noise signals from the noise signal information,
A signal canceling unit that calculates the measurement signal and the cancel signal to cancel the plurality of periodic noise signals,
A noise canceling device comprising:

The noise cancellation according to claim 1, wherein the cancellation signal creation unit creates a combined cancellation signal for canceling the plurality of periodic noise signals, and the signal cancellation unit is configured to cancel using the combined cancellation signal. apparatus.

A second noise frequency detection unit that detects a plurality of frequencies of each of the periodic noise signals as a second detection frequency at a time when the corresponding noise signal information is obtained based on the plurality of cross-correlation functions. The noise canceling device according to claim 1, wherein the noise signal analyzer recalculates and outputs each of the noise signal information corresponding to each of the second detection frequencies .