JP3679389B2 - パルス周波数信号出力方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス周波数信号出力方法及び装置に関し、特に、熱式流量計等の計測装置により計測した信号を伝送するために、計測信号の値をパルス周波数に変換して出力するパルス周波数信号出力方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的計測装置は、通常、マイクロプロセッサを有して、検知した電圧或いは電流信号に基づき、例えば流量値を演算し、この演算された流量値は、アナログ形態で、またデジタル形態で出力される。さらに、この計測値である流量値は、下流側の装置と結合するため、計測値を一定時間あたりのパルス数（パルス周波数）に変換したパルス信号として出力される。パルス信号を受信した下流側装置は、パルスの単位時間当たりのパルス数をカウントすることにより、瞬時流量値を得ることができ、また、パルス数を積算することにより、流量の総量を得ることができる。
【０００３】
図５は、マイクロプロセッサを用いて計測値（流量値）からパルス周波数信号に変換する従来のパルス周波数信号出力部の動作を説明するための図である。図示のパルス周波数信号出力部は、まず流量算出部１２において、検知した電圧或いは電流信号から、例えば流量が計測値として、一定周期（サンプリング周期）Ｔ毎に算出される。この算出された流量値は、パルス数算出部１３において、サンプリング周期毎に流量に比例したパルス数（Ｎ）に変換される。パルス数（Ｎ）が求まると、パルス周期が、パルス周期演算部１４においてサンプリング周期／パルス数（Ｔ／Ｎ）として演算され、この周期でパルスが出力される。
【０００４】
この場合、出力されるべきパルス数（Ｎ）は、整数として扱っているため、端数は、次の周期の流量に加算される。このため、流量が一定でも端数が加算され、繰り上がる場合と、それ以外の場合では出力するパルス数が異なることになる。これは、速い周波数では問題とならないが、遅い周波数では大きなバラツキとなってしまう。図５（Ｂ）に示したように、例えば、出力として１．５パルスに相当する流量を連続して検出した場合、整数パルスを出力しようとすれば、１パルスのみを出力し、端数は次の周期の流量に加算することになる。その結果、サンプリング周期Ｔ毎に、１パルス、２パルス、１パルス、２パルスと交互に出力することになる。このように、長い時間で見ると、周波数一定といえても、短い時間で見ると、大きな周波数の変化となってしまうために、受信側において、単位時間当たりのパルス数をカウントして瞬時流量値を出力するとき、単位時間の取り方によってカウント値が流量値を正確に表示しないこととなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、かかる問題点を解決して、計測値を表す数のパルスを一定周期内に出力するに際して、計測値に正確に比例したパルス周波数でパルスを出力し、特に、低速周波数のパルス出力時のパルス不等間隔を無くすことを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、計測装置により計測した信号を伝送するために、計測信号の値をそれに比例した周波数を有するパルス信号に変換して、パルス出力する。
【０００７】
本発明のパルス周波数信号出力方法は、計測瞬時値を一定周期毎に演算し、演算した計測瞬時値に基づき、基本クロックのパルス１個当たりの重み付けをし、この重み付けをした重みについて基本クロック毎に積算した積算値を、出力パルス１個に相当する計測信号値に等しいパルス出力単位と基本クロック毎に比較して、該パルス出力単位に達する毎にパルス１個を出力し、この積算値のパルス出力単位を越える端数は、次のパルス出力のために繰り越して上記の操作を繰り返す。
【０００８】
また、本発明のパルス周波数信号出力装置は、基本クロック周波数のクロックパルスを発生する基本クロック発生器と、計測瞬時値を一定周期毎に演算する瞬時流量演算部と、演算した計測瞬時値に基づき、基本クロックのパルス１個当たりの重み付けをする重み付け部と、この重み付けをした重みについて基本クロック毎に積算した積算値を、出力パルス１個に相当する計測信号値に等しいパルス出力単位と基本クロック毎に比較して、該パルス出力単位に達する毎にパルス１個を出力し、この積算値のパルス出力単位を越える端数は、次のパルス出力のために繰り越して次のパルス出力のための積算を開始するパルス判定部と、から構成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、例示に基づき、本発明を説明する。本発明は、計測装置により計測した信号を伝送する技術に適用することができる。図１は、本発明を具体化して、マイクロプロセッサを用いて計測値（流量値）からパルス周波数信号に変換して出力するパルス周波数信号出力部の概略ブロック図である。図示のパルス周波数信号出力部は、まず瞬時流量演算部１において、検知した電圧或いは電流信号などから、例えば流量の瞬時値Ｉが計測値として、一定周期（サンプリング周期）Ｔ毎に算出される。
【００１０】
この算出された流量値は、基本クロック毎の重み付け部２において、流量値を一定周波数で表したときのパルス１個当たりの流量、即ち重みＢを演算する。ここで、基本クロック周波数として、一定周波数を用いる。例えば、重みＢを、［瞬時流量値Ｉ／基本クロック周波数］として演算することができる。この場合、例えば、２０L（リットル）/secの流量を、１０個のパルスで表せば、各パルス当たり２L/secの重みとなり、また、３０L（リットル）/secの流量を、１０個のパルスで表せば、パルス当たり３L/secの重みとなる。或いは、重みＢとして、［瞬時流量値Ｉ］の値そのものを用いることができる。
【００１１】
パルス判定部３においては、基本クロックの重みＢをクロック毎に積算して、この積算した重みとパルス出力単位とを、基本クロック毎に比較して、積算した重みがパルス出力単位に達する毎に１個のパルスを出力する。同時に、この積算した重みのパルス出力単位を越える値、即ち端数は、次のパルスを出力するために繰り越すように構成したものである。なお、この場合、パルス出力単位とは、出力パルス１個に相当する計測値（流量値）そのものである。これに対して、上述したように、重みＢとして、［瞬時流量値Ｉ］の値そのものを用いる場合には、積算値と比較されるパルス出力単位として、［出力パルス１個に相当する計測値（流量値）×基本クロック周波数］の値を用いる。
【００１２】
以上説明した構成の動作について、さらに図２及び図３を参照して、具体例に基づき説明する。図２は、図１に例示したパルス判定部の動作を説明するためのフロー図である。図３は、パルス出力の発生を説明するタイミング図である。
【００１３】
この例において、基本クロックの重みＢをクロック毎に加算して、この加算値Ｑがパルス出力単位Ｃに達する毎にパルス１個を出力する。同時に、次のパルス出力のための加算を開始するために、加算値Ｑからパルス出力単位Ｃを減算する。さらに、動作の説明のために、以下のように仮定する。瞬時流量演算部１においては、２５０msecのサンプリング周期毎に、一定の瞬時流量５L/secが演算されたとする。基本クロックは、クロック発生器により発生させることができるし、また、マイクロプロセッサのタイマー割り込み機能を利用して、発生させることができる。基本クロック周波数は、１kHzとする。
【００１４】
それ故、図３に示すように、２５０msec（＝１／４sec）のサンプリング周期Ｔには、２５０個のクロックパルスが発生する。パルス１個の重みＢは、この例では、瞬時流量／クロック周波数として演算し、Ｂ＝5/1000＝0.005L/secとなる。そして、流量１L/sec当たり１個の出力パルスを、それ故、瞬時流量５L/secに対しては、５個/secのパルスを発生させるものとする。
【００１５】
以上の前提で、パルス判定部３の動作を図２に基づき説明する。まず、ステップＳ１において、初期設定が行われ、加算値Ｑ＝０，パルス出力単位Ｃ＝１L/sec、にそれぞれ設定する。また、パルス１個の重みＢ＝0.005L/secについては、前述したように、基本クロック毎の重み付け部２において、サンプリング周期毎に演算されて、所定のメモリ領域に格納される。
【００１６】
ステップＳ２では、基本クロックの１つのパルスがオン（マイクロプロセッサのタイマー割り込みがオン）となると、ステップＳ３に進んで、Ｑ＝Ｑ＋Ｂを演算する。第１番目のパルスでは、Ｑ＝０＋0.005であり、第２番目のパルスでは、Ｑ＝0.005＋0.005＝0.01、第３番目のパルスでは、Ｑ＝0.01＋0.005＝0.015、以下同様となる。
【００１７】
ステップＳ４で、この演算した加算値Ｑがパルス出力単位Ｃ以下の場合はステップＳ２に戻るループを反復する。ステップＳ４で加算値Ｑがパルス出力単位Ｃに等しいかそれを越える場合は、ステップＳ５に進んで、Ｑ＝Ｑ−Ｃを演算して、１パルスを出力した後、ステップＳ２に戻る。そして、次のパルスを出力するための演算を開始する。
【００１８】
例示した仮定において、基本クロックの第２００番目のパルスで、加算値Ｑを演算した際に、Ｑ＝0.005×200＝１となって、パルス出力単位Ｃに等しくなってパルスを出力する。図３において、基本クロックの第２００番目のパルスの立ち上がり時に、パルス出力Ｐ２が示されている。この後も連続した同様な演算を繰り返し、次のサンプリング周期に入っても継続されるが、しかし、パルス１個の重みＢについては、サンプリング周期毎に演算されるので、その値自体は変更があり得る。次のサンプリング周期においても、パルス１個の重みＢ＝0.005L/secが演算されたとすると、パルス出力Ｐ２から数えて、再度２００番目のパルス位置で出力パルスＰ３が発生することになる。
【００１９】
なお、パルス１個の重みＢを、この例では、瞬時流量／クロック周波数として演算したが、例えば、パルス１個の重みＢとして、瞬時流量値そのものを用いる場合には、パルス出力単位Ｃとして、クロック周波数倍した値を用いる。
【００２０】
図４は、図２とは異なる別の例のパルス判定部の動作を説明するためのフロー図である。前述の例では、基本クロックパルス１個当たりの流量即ち重みＢを加算した加算値Ｑがパルス出力単位Ｃに達する毎にパルス１個を出力するように構成したが、図４に示した例においては、基本クロックパルス毎に、重みＢを減算値Ｑ（この例では、Ｑを“減算値”という。）から減算して、この減算値が０以下になったときにパルスを出力するように構成している。
【００２１】
このように減算して演算するのを除いて、この例では、先の例と同一の条件を仮定して、その動作を図４を参照して説明する。ステップＳ１０において、初期設定が行われ、パルス出力単位Ｃ＝１L/sec、減算値Ｑ＝Ｃ、即ち＝１L/sec、にそれぞれ設定する。また、パルス１個の重みＢ＝0.005L/secについては、前述した例と同様に、サンプリング周期毎に演算されて、所定のメモリ領域に格納される。
【００２２】
ステップＳ１１で、基本クロックの１つのパルスがオンとなると、ステップＳ１２に進んで、Ｑ＝Ｑ−Ｂを演算する。第１番目のパルスでは、Ｑ＝１−0.005＝0.995であり、第２番目のパルスでは、Ｑ＝0.995−0.005＝0.990、第３番目のパルスでは、Ｑ＝0.990−0.005＝0.885、以下同様となる。
【００２３】
ステップＳ１３で、この演算した減算値Ｑが０に達しない場合は、ステップＳ１１に戻るループを反復する。ステップＳ１３で減算値Ｑが０に等しいかそれ以下になった場合は、ステップＳ１４に進んで、Ｑ＝Ｑ＋Ｃを演算して、１パルスを出力した後、ステップＳ１１に戻る。そして、次のパルスを出力するための演算を開始する。
【００２４】
このように、基本クロック毎に積算した重みとパルス出力単位とを、基本クロック毎に比較して、積算した重みがパルス出力単位に達する毎に、１個のパルスを出力すると共に、この積算した重みのパルス出力単位を越える値、即ち端数は、次のパルスを出力するために繰り越すように構成したものである。
【００２５】
例示の流量計エレクトロニクスは、マイクロプロセッサを有して、検知した信号に基づき流量値を演算する。この演算された計測値は、アナログ形態で、またデジタル形態で出力されると共に、この計測値である流量値は、下流側の装置と結合するため、計測値を表す周波数を有するパルス信号として出力されるが、本発明は、このパルス信号の出力に適用される。パルス信号を受信した下流側装置は、パルスの単位時間当たりのパルス数をカウントすることにより、瞬時質量流量値を得ることができ、また、パルス数を積算することにより、質量流量の総量を得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、計測値を表す数のパルスを一定周期内に出力するに際して、計測値に正確に比例したパルス周波数でパルスを出力することができ、特に、低速周波数のパルス出力時に、パルス不等間隔を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化して、マイクロプロセッサを用いて計測値（流量値）からパルス周波数信号に変換して出力するパルス周波数信号出力部の概略ブロック図である。
【図２】図１に例示したパルス判定部の動作を説明するためのフロー図である。
【図３】パルス出力の発生を説明するタイミング図である。
【図４】図２とは異なる別の例のパルス判定部の動作を説明するためのフロー図である。
【図５】マイクロプロセッサを用いて計測値（流量値）からパルス周波数信号に変換する従来のパルス周波数信号出力部の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【符号の説明】
１ 瞬時流量演算部
２ 基本クロック毎の重み付け部
３ パルス判定部
１２ 流量算出部
１３ パルス数算出部
１４ パルス周期演算部

Claims (6)

1. 計測装置により計測した信号を伝送するために、計測信号の値をそれに比例した周波数を有するパルス信号に変換して、パルス出力するパルス周波数信号出力方法において、
   計測瞬時値を一定周期毎に演算し、
   演算した計測瞬時値に基づき、基本クロックのパルス１個当たりの重み付けをし、
   この重み付けをした重みについて基本クロック毎に積算した積算値を、出力パルス１個に相当する計測信号値に等しいパルス出力単位と基本クロック毎に比較して、該パルス出力単位に達する毎にパルス１個を出力し、
   この積算値のパルス出力単位を越える端数は、次のパルス出力のために繰り越して上記の操作を繰り返す、
   ことから成るパルス周波数信号出力方法。
2. 前記重みとして、演算した計測瞬時値を基本クロック周波数により除算した値を用いる請求項１に記載のパルス周波数信号出力方法。
3. 前記重みとして、演算した計測瞬時値そのものを用い、その積算値と比較すべきパルス出力単位として、基本クロック周波数倍した値を用いる請求項１に記載のパルス周波数信号出力方法。
4. 前記重みを積算した積算値とパルス出力単位の比較は、重みを基本クロック毎に加算して、この加算値をパルス出力単位と比較することにより行う請求項１に記載のパルス周波数信号出力方法。
5. 前記重みを積算した積算値とパルス出力単位の比較は、パルス出力単位に等しい初期値から基本クロック毎に重みを減算して、この減算値を０の値と比較することにより行う請求項１に記載のパルス周波数信号出力方法。
6. 計測装置により計測した信号を伝送するために、計測信号の値をそれに比例した周波数を有するパルス信号に変換して、パルス出力するパルス周波数信号出力装置において、
   基本クロック周波数のクロックパルスを発生する基本クロック発生器と、
   計測瞬時値を一定周期毎に演算する瞬時流量演算部と、
   演算した計測瞬時値に基づき、基本クロックのパルス１個当たりの重み付けをする重み付け部と、
   この重み付けをした重みについて基本クロック毎に積算した積算値を、出力パルス１個に相当する計測信号値に等しいパルス出力単位と基本クロック毎に比較して、該パルス出力単位に達する毎にパルス１個を出力し、この積算値のパルス出力単位を越える端数は、次のパルス出力のために繰り越して次のパルス出力のための積算を開始するパルス判定部と、
   から成るパルス周波数信号出力装置。

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