JP4677579B2

JP4677579B2 - 信号伝送装置

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Publication number: JP4677579B2
Application number: JP2000083547A
Authority: JP
Inventors: 忠司中沼
Original assignee: 株式会社関西コムネット
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2020-03-24
Also published as: JP2001273582A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一の機器から他の機器へ信号を伝送する技術に関し、特に、一の機器で測定される物理量に関する情報を含む信号を他の機器へ伝送する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ある地点に設置された測定装置により測定される物理量の変化をその地点から離れた別の地点に設置された監視装置で監視する場合、２つの地点を接続する何らかの信号伝送路を設け、それを通じて測定装置から監視装置へ物理量に関する情報を含む信号を伝送する。このような信号伝送用の伝送路は、電線や光ファイバのような有線のものだけでなく、今日では電磁波を媒体とした無線のものも利用可能であり、要求される測定精度、伝送すべき情報量、伝送距離、伝送信号に混入する雑音の多寡、伝送に係るコスト等の様々な要因を考慮して最適な伝送路が選択される。
【０００３】
従来の信号伝送装置においては、伝送路として電線を使用し、これを通じて所定形式の電気信号をやり取りするように構成されたものが最も一般的である。例えば、伝送路に電流を流し、その電流の強度を情報の内容に応じたパターンで変化させることにより情報を伝送するのである。このように電流の強度変化で情報を表現する場合、伝送路に流れる電流の強度変化が所定範囲（標準的には４〜２０ｍＡ）内に収まるようにシステムの各部を構成するのが一般的である。このような方法には次のような特徴がある。
【０００４】
（１）伝送路には最低でも４ｍＡの電流が流れており、これを利用して測定装置のセンサを駆動することができる。このため、センサ用に特別な電源を用意する必要がない。
（２）例えば、伝送路や測定装置内部に断線が生じると伝送路を流れる電流が４ｍＡを下回り、逆に伝送路や測定装置内部に短絡が生じるとその電流が２０ｍＡを上回る（ただし、伝送路に２０ｍＡ以上の電流を流す能力を有する電源が使用されていることを前提とする）。従って、監視装置では、伝送路に流れる電流が４〜２０ｍＡの範囲内に収まっているか否かを調べることにより、伝送路や測定装置の状態（異常の有無）を検査することができる。
（３）多くの場合、監視すべき物理量の変化は一般に緩やかである（変化率や周波数が低い）のに対し、商用交流電源等から発生する外乱信号の強度変化はそれよりはるかに急である（変化率や周波数が高い）。上記のように電流の強度変化により信号を伝送する場合、そこに含まれる高周波成分（雑音）は、例えばローパスフィルタを用いて容易に除去することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記信号伝送装置において、電流の強度、周波数等で物理量をアナログ表現する方式（アナログ方式）を採用する場合、物理量の測定範囲を広くすると測定精度（分解能）が低下する。また、アナログ方式では、達成できる測定精度は伝送路の品質に大きく影響され、高くても０．５％程度であるため、高い精度が要求される測定には利用できない。また、特に周波数変調方式の場合、周波数を高くするとローパスフィルタを用いたノイズ除去ができなくなる（正しい信号まで除去されてしまうため）ため、周波数は低く設定せざるを得ない。このように低い周波数で信号を伝送する場合、単位時間に伝送可能な情報量が少ないという問題や、物理量の連続的且つ急激な変化に追従できないという問題がある。
【０００６】
一方、物理量をパルス列によりデジタル表現する方式（デジタル方式）の例としてはデジタル通信方式が挙げられる。デジタル通信方式は、いわゆるＬＡＮ（Local Area Network）に見られる信号伝送方式である。この方式では、アナログ物理量をデジタルデータに変換して伝送するため、任意の時点における物理量の絶対値の情報を高い精度で伝送することが可能である。しかし、この方式では、物理量そのものの情報に様々な制御情報を付加して伝送するため、１度に伝送すべき情報量（ビット数）が大きく、それだけノイズの影響も受けやすい。従って、全ての情報を正しく伝送及び再生するためには複雑なフロー制御及びエラー検査を行う必要があり、１度の情報の伝送にかかる時間及び負荷が大きい。このため、デジタル通信方式では、物理量が連続的且つ急激に変化した場合、その変化に追従できず、十分な情報を伝送することができないという問題が生じる。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、簡単な構成でありながら高精度で信号を伝送することができる信号伝送装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明は、
伝送物理量の変調パターンにより信号を伝送するための伝送路、
目的物理量に応じて変化する測定信号を出力する変換手段、
前記測定信号を受け、外部からトリガ信号を受けた時点における前記測定信号の値を参照値として保持する保持手段、
各時点において前記測定信号の値と前記参照値とを比較し、両値の差が所定の単位変化量より大きく且つ前者の値が後者の値より大きいときには正のインクリメント信号を、また両値の差が前記単位変化量より大きく且つ前者の値が後者の値よりも小さいときには負のインクリメント信号を発生させるとともに、前記トリガ信号を前記保持手段へ送るインクリメント信号発生手段、
前記測定信号の既知の値である基準値を示す基準信号を発生させる基準信号発生手段、
前記測定信号及び基準信号を受けて該測定信号の値と前記基準値を比較し、前記測定信号の値が前記基準値を含む所定範囲内に存在するか否かを示す信号である原点信号を発生させる原点信号発生手段、及び
前記正又は負のインクリメント信号を受けたときに該信号の符号に応じて異なるパターンで前記伝送物理量を変化させることにより前記伝送路へ正又は負の差分検出信号を送出すると共に、前記原点信号を受けたときに前記正及び負の差分検出信号のいずれとも異なるパターンの基準値検出信号を送出する信号送出手段、
を備えることを特徴とする信号伝送装置を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明において、伝送路は、信号の伝送のために一般的に使用される電線、光ファイバ、電波等の伝送媒体を利用して構成される。また、一般に信号は、ある物理量（伝送路に流される電流の量、伝送路の電位、伝送路を通過する光の強度等）を適宜方法（振幅変調、位相変調、周波数変調、パルス幅変調等）で変化させることにより伝送される。このように信号の伝送に利用される物理量を本発明では伝送物理量と呼ぶ。
【００１０】
変換手段は目的物理量（例えば、温度、水位、物体の位置等）の変化を測定信号（例えば、電圧、電流）に変換するためのセンサに相当する。
【００１１】
保持手段は、変換手段の出力する測定信号を受け、所定のトリガ信号を受けた時点における測定信号の値を参照値として記憶保持するとともに、その参照値を示す信号（参照信号）を出力する。このような保持手段は、例えばサンプル・ホールド回路を利用して構成することができる。
【００１２】
インクリメント信号発生手段は、測定信号の値と参照信号の値（参照値）とを常時比較し、両値の差が所定の単位変化量より大きく且つ前者の値が後者の値より大きいときには正のインクリメント信号を、また両値の差が前記単位変化量より大きく且つ前者の値が後者の値よりも小さいときには負のインクリメント信号を発生させるとともに、上記トリガ信号を保持手段へ送る。このようなインクリメント信号発生手段は、例えば比較器を利用して構成することができる。
【００１３】
なお、本発明に係る信号伝送装置のうち、上記変換手段、保持手段及びインクリメント信号発生手段から成る部分には、例えば、特開平３−２９３５２０号公報や特開平５−９９７０７号公報に記載の技術を応用することができる。
【００１４】
基準信号発生手段は、測定信号の値の可変範囲内で予め定められた既知の値（基準値）を示す基準信号を発生させるもので、例えば電圧発生器を用いて構成することができる。
【００１５】
原点信号発生手段は、測定信号の値と基準信号の値（基準値）とを比較し、基準値を含む所定範囲（以下、原点近傍範囲とよぶ）内に測定信号の値が存在するか否かを示す信号である原点信号を発生させる。原点信号は、例えば、測定信号の値が原点近傍範囲内に存在するときにはＯＮとなり、それ以外のときにはＯＦＦとなる二値信号とする。原点信号発生手段は、例えば、測定信号及び基準信号を受けて両者の値を比較する比較器を含む構成とする。
【００１６】
なお、本発明に係る信号伝送装置のうち、上記変換手段、保持手段、インクリメント信号発生手段、基準信号発生手段及び原点信号発生手段から成る部分には、特願平１１−２９６７５７号に記載された技術を応用することができる。
【００１７】
信号送出手段は、インクリメント信号発生手段から正又は負のインクリメント信号を受けたときにその信号の符号に応じたパターンで上記伝送物理量を変化させることにより正又は負の差分検出信号を伝送路へ出力する。この信号送出手段による伝送物理量の変化パターンの例について図１を参照しながら以下に説明する。なお、以下の説明においては、伝送路として電線を利用し、信号送出手段はこの電線を流れる電流の強度を変化させるものとする。
【００１８】
図１において、最も上のグラフは測定信号Ｓの値の時間変化及びそれに応じて発生するインクリメント信号を示す。このグラフを見ると、時刻ｔ１、ｔ２及びｔ３に正のインクリメント信号が発生し、時刻ｔ４に負のインクリメント信号が発生しているのがわかる。その下にある３つのグラフ（Ａ）〜（Ｃ）は、上記のように発生するインクリメント信号の符号に応じた電流強度の変化パターンの例を示したものである。
【００１９】
図１（Ａ）の例では、電流値１２ｍＡをベース値として、正のインクリメント信号に対しては極性が正のパルスＰ１（ピークは２０ｍＡ）を、また負のインクリメント信号に対しては極性が負のパルスＰ２（ピークは４ｍＡ）を発生させている。なお、これらのパルスの幅はＷ０で同一である。
【００２０】
図１（Ｂ）の例では、電流値４ｍＡをベース値として、正のインクリメント信号に対しては幅の狭いパルスＰ１（幅はＷ１）を、また負のインクリメント信号に対しては幅の広いパルスＰ２（幅はＷ２）を発生させている。なお、これらのパルスのピークは２０ｍＡで同一である。
【００２１】
図１（Ｃ）の例では、電流値４ｍＡをベース値として、正のインクリメント信号に対しては高いパルスＰ１（ピークは２０ｍＡ）を、また負のインクリメント信号に対しては低いパルスＰ２（ピークは１２ｍＡ）を発生させている。なお、これらのパルスの幅はＷ０で同一である。
【００２２】
上記３例において、パルスＰ１が正の差分検出信号に相当し、パルスＰ２が負の差分検出信号に相当する。なお、上記３例の他にも様々な形態の差分検出信号が考えられる。本発明においては、正及び負の差分検出信号がその所定の特性値に基づいて互いに明確に識別可能であり、且つ、それらが他の信号（例えば、外乱信号や機器制御信号）からも明確に識別できさえすれば、いかなるパターンで伝送物理量を変化させてもよい。
【００２３】
また、本発明に係る信号伝送装置では、インクリメント信号及び原点信号に基づいて各時点における物理量の絶対値を求めることができる。その方法について図２を参照しながら以下に説明する。なお、以下の説明においては、ある物理量Ｘに応じてセンサ（変換手段）が出力する信号を測定信号Ｓとする。また、センサにより測定可能な物理量Ｘの範囲（入力範囲）を最小値Ｘ１〜最大値Ｘ２とし、その範囲に対応する測定信号Ｓの値の範囲（測定範囲）を最小値Ｓ１〜最大値Ｓ２とする。測定信号Ｓの値の単位変化量をΔＳとし、ΔＳに対応する物理量Ｘの変化量をΔＸとする。ここで、ΔＸは、本発明に係る信号伝送装置が出力する差分検出信号に基づいて外部系が物理量Ｘの変化量や絶対値を測定する際の分解能に相当する。また、物理量Ｘの既知の値Ｘ０に対して測定信号Ｓの基準値Ｓ０が対応することが予め分かっているものとし、基準値Ｓ０を含む幅Ｗの範囲を原点近傍範囲Ｒ０とする。
【００２４】
いま、入力範囲Ｘ１〜Ｘ２全体を走査するように物理量Ｘが変化する状況を考える。このとき、測定信号Ｓの値も、測定範囲Ｓ１〜Ｓ２全体を走査するように変化する。この間、インクリメント信号発生手段は、保持手段により保持された参照値と測定値Ｓとの差が単位変化量ΔＳに達する度毎に１個のインクリメント信号ＩＳを出力する。また、原点信号発生手段は、基準信号発生手段から送られてくる基準信号の値に基づいて原点近傍範囲Ｒ０の上限値及び下限値を決定し、原点近傍範囲Ｒ０内に測定信号Ｓの値が存在する間だけ原点信号ＢＳをＯＮにする。この原点信号ＢＳをインクリメント信号ＩＳとともに外部系へ入力すれば、その外部系では、原点信号ＢＳがＯＮである間に出力される１個のインクリメント信号ＩＳ０を、上記基準値Ｓ０及び物理量の既知の値Ｘ０に対応する基準インクリメント信号として識別することができる。このように物理量の既知の値Ｘ０に対応する１個のインクリメント信号が識別されれば、その後に出力されるインクリメント信号ＩＳに基づき、それに対応する物理量Ｘの値を算出することができる。
【００２５】
上記処理において、原点近傍範囲Ｒ０の幅Ｗが小さすぎると、原点近傍範囲Ｒ０内でインクリメント信号ＩＳが１個も発生しなくなる。逆に、原点近傍範囲Ｒ０の幅Ｗが大きすぎると、原点近傍範囲Ｒ０内で２個以上のインクリメント信号ＩＳが発生してしまう。このような問題を考慮すると、原点近傍範囲Ｒ０の幅Ｗは測定信号Ｓの値の単位変化量ΔＳと同一かそれよりも僅かに大きい程度に設定することが好ましい。このようにすると、原点近傍範囲Ｒ０内で少なくとも１個のインクリメント信号ＩＳが確実に発生し、しかも２個以上のインクリメント信号ＩＳが発生する可能性が極めて低くなる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような特徴を有する信号伝送装置が得られる。
（１）デジタル伝送方式の採用により、周知のフィルタ処理、エラー検査及びエラー処理を行うだけで伝送信号から外乱やノイズを除去し、情報を正確に再生することができる。
（２）インクリメント信号発生手段における比較処理で用いられる単位変化量ΔＳを適宜変更することにより、測定の分解能を容易に変更することができる。
（３）測定信号Ｓの基準値Ｓ０を取得した後は同信号の単位変化量分の増減を示す２値信号のみを伝送するという方法により、伝送情報の冗長性が低減されているため、従来のデジタル通信方式に比べて伝送すべき情報量がはるかに少ない。
（４）図１及び図３に示したような方法で伝送路に最低でも一定の直流ベース電流を常時流すようにすれば、従来のシステムと同様に変換器の駆動電力を伝送路から供給することができ、また、伝送路の正常性検査（断線や短絡の検出）も可能である。
（５）差分検出信号を図２に示したパルスのように幾何学的且つ単純な波形の信号とし、更にその信号に外乱信号や他の信号では見られないような特性値を与えたため、差分検出信号を他の信号（ノイズ）から明確に識別することができ、測定の信頼性が高い。
（６）従来のアナログ伝送では、外乱（雑音、誘導、歪み等）の影響を避けるために低周波フィルタにより伝送帯域を制限していたため、応答が大変遅く、時定数の大きなプラント等に用途が限られていた。これに対し、本発明の装置では、外乱に強いデジタルパルス信号で情報を伝送できるため、伝送路からの制限を受けにくく、伝送速度を高くすることができる。
（７）従来のアナログ伝送では、上記外乱の影響を受けるため、伝送精度は高くても１〜０．２５％程度であった。これに対し、本発明の装置では、信号発信元となる機器の内部でアナログ信号をデジタル信号に変換して伝送路へ送出するため、目的物理量の測定精度と同レベルの高精度（０．０２５％のオーダー）での情報を伝送すること可能である。
【００２７】
【実施例】
本発明に係る信号伝送装置を遠隔監視システムに応用した例について図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図３に本実施例の遠隔監視システムの概略構成を示す。遠隔監視システム１は、目的物理量の測定地点に設置された測定装置１０、測定地点から離れた別の地点に設置された監視装置２０及び両装置を接続する伝送路３０から主として構成される。伝送路３０は、遠隔監視システムに一般に使用される電線で構成されている。伝送路３０は、監視装置２０から出て測定装置１０を経由し監視装置２０へ戻るループ構造を有している。伝送路３０の一端（設置端Ｅ）はアースされており、その電位は常に一定（基準電位）である。伝送路３０の他端（給電端Ｔ）には、監視装置２０に備えられた給電部２１（一定電圧を発生する電源Ｖ及び抵抗Ｒを含む）により電圧が印加されている。この給電部２１の働きにより伝送路３０には給電端Ｔからアース端Ｅへ向けて電流が流れる。この電流は測定装置１０の各部の駆動、及び、測定装置１０と監視装置２０との間での信号伝送に利用される。
【００２９】
測定装置１０は、目的物理量に応じた測定信号Ｓを出力する変換器（センサ）１１及び変換器１１の測定信号Ｓを受けて差分検出信号を出力する信号発生部１２を備えている。
【００３０】
信号発生部１２の概略構成を図４に示す。変換器１１が出力する信号は、Ａ／Ｄ変換器１２６によりデジタル信号（以下、この信号を測定信号と呼ぶ）に変換され、スイッチ系に送られる。このスイッチ系は２つのスイッチ１２７及び１２８を図のように接続したもので、これらの設定を図５（Ａ）〜（Ｃ）に示した３通りの設定から適宜選択することにより、保持器１２１へ送る信号の発信元として、Ａ／Ｄ変換器１２６、減算器１２９及び基準信号発生器１３０のいずれかを選択することができる。減算器１２９は、保持器１２１が出力する参照信号Ｓｈを受け、該参照信号Ｓｈの値よりも単位変化量ΔＳだけ小さい値（Ｓｈ−ΔＳ）を有する信号（以下、ダミー測定信号と呼ぶ）を出力する。基準信号発生器１３０は、測定信号Ｓの基準値Ｓ０を示す基準信号を発生する。なお、以下の説明では、基準値Ｓ０の値は測定信号Ｓの可変範囲の最大値Ｓ２に略等しく設定されているものとする。
【００３１】
スイッチ１２７及び１２８が図５（Ａ）に示したようにセットされているとき、Ａ／Ｄ変換器１２６の出力する測定信号Ｓが保持器１２１へ送られる。保持器１２１は、後述するトリガ信号を受けた時点における測定信号Ｓの値を参照値として保持するとともに、参照値を示す参照信号Ｓｈを出力する。測定信号Ｓ及び参照信号Ｓｈは２つの比較器１２２Ａ及び１２２Ｂに送られる。第一の比較器１２２Ａは測定信号Ｓの値と参照信号Ｓｈの値との差が所定の単位変化量ΔＳより大きく且つ測定信号Ｓの値が参照信号Ｓｈの値より大きいときに所定の信号を出力する。第二の比較器１２２Ｂは測定信号Ｓの値と参照信号Ｓｈの値との差が単位変化量ΔＳより大きく且つ測定信号Ｓの値が参照信号Ｓｈの値よりも小さいときに所定の信号を出力する。比較器１２２Ａ及び１２２Ｂの出力信号は微分器１２３Ａ及び１２３Ｂを介してＯＲゲート１２４及びパルス発生器１２５へそれぞれ送られる。ＯＲゲート１２４は、いずれかの微分器の出力信号を受けたときに保持器１２１へトリガ信号を送る。この結果、保持器１２１の保持する参照値がその時点において変換器１１の出力している測定信号Ｓの値で更新される。
【００３２】
パルス発生器１２５は、第一の微分器１２３Ａから信号を受けたときには第一のパルスＰ１を伝送路３０へ出力し、第二の微分器１２３Ｂから信号を受けたときには第一のパルスＰ１とは所定の特性値が異なる第二のパルスＰ２を伝送路３０へ出力する。これらのパルスが差分検出信号に相当する。これらのパルスを以下の説明では正の差分検出信号Ｐ１、負の差分検出信号Ｐ２と呼ぶ。
【００３３】
上記のように構成された信号発生部１２は、変換器１１の出力する測定信号Ｓが単位変化量ΔＳだけ増加又は減少する度毎に正又は負の差分検出信号Ｐ１又はＰ２を伝送路３０へ送出するものであって、いわゆる２方向インクリメンタルエンコーダのように機能する。このような信号発生部１２を利用すれば、次のような方法で任意の時点ｔにおける目的物理量の値を求めることができる。
【００３４】
（ステップＳ１）基準時点（例えば、電源投入時、リセット操作時）おける測定信号Ｓの値を取得する。なお、その取得方法については後述する。
（ステップＳ２）基準時点以降、信号発生部１２が正の差分検出信号Ｐ１を出力したときにはカウント値Ｎに１を加算する一方、負の差分検出信号Ｐ２を出力したときにはカウント値Ｎから１を減ずるというカウント処理を実行する。
（ステップＳ３）時点ｔにおけるカウント値Ｎ、測定信号Ｓの基準値Ｓ０及び単位変化量ΔＳに基づいて、次式
Ｓ＝Ｓ０＋ΔＳ×Ｎ（１）
により、時点ｔにおける測定信号Ｓの値を求める。
（ステップＳ４）予め用意しておいた変換テーブル（又は変換関数）を用いて、測定信号Ｓの値を目的物理量の値に変換する。
【００３５】
上記のような方法で各時点の目的物理量を求めるため、遠隔監視システム１では、監視装置２０に基準値記憶部２２、信号識別部２３、物理量算出部２４、カウンタ２５及び変換テーブル２６が備えられている。基準値記憶部２２には上記ステップＳ１で取得される基準値Ｓ０が保存される。信号識別部２３は伝送路３０の終端Ｔの電圧変化に基づいて伝送路３０を流れる電流変化を検出し、その波形を解析する。例えば、信号発生部１２が図１（Ａ）のような波形のパルスを発生するように構成されている場合、信号識別部２３は、幅がＷ、ピークが２０ｍＡであるパルスを正の差分検出信号として、また幅がＷ、ピークが４ｍＡであるパルスを負の差分検出信号として識別する。
【００３６】
物理量算出部２４は、信号識別部２３が正又は負の差分検出信号を検出したとき、上記ステップＳ２のカウント処理を実行し、得られたカウント値をカウンタ２５に保存する。また、物理量算出部２４は、基準値記憶部２２に保存された基準値及びカウンタ２５に保存されたカウント値を用いて上記ステップＳ３の方法で各時点ｔにおける測定信号Ｓの値を求め、更に変換テーブル２６を用いて上記ステップＳ４の方法で目的物理量の値を計算する。
【００３７】
基準時点における測定信号Ｓの値は、次のような方法で取得できる。
【００３８】
まず、図５（Ａ）に示したようにスイッチ１２７、１２８をセットする。この場合、変換器１１の出力電圧をＡ／Ｄ変換器１２６で変換して得られる測定信号Ｓが保持器１２１へ送られるようになる。差分検出信号のカウント値に基づく通常の測定動作は信号発生部１２のスイッチ１２７、１２８を図５（Ａ）のようにセットした状態で行う。
【００３９】
次に、図５（Ｂ）に示したようにスイッチ１２７、１２８をセットする。すると、保持器１２１には基準信号発生器１３０が発生する基準信号が送られ、保持器１２１が保持する参照信号Ｓｈの値は基準値Ｓ０にリセットされる（この動作を以下では参照値リセットと呼ぶ）。このとき、もしパルス発生器１２５が差分検出信号を発生させなければ、それは測定信号Ｓの値が基準値Ｓ０と略等しい（すなわち、両値の差は単位変化量ΔＳより小さい）ことを意味する。従って、監視装置２０においては、参照値リセットを行ったときに差分検出信号が検出されないことをもって、その時点における測定信号Ｓの値が基準値Ｓ０に等しいと判断することができる。そして、基準値Ｓ０を基準値記憶部２２に保存し、図５（Ａ）に示したようにスイッチ１２７、１２８をセットすれば、その後は先に説明したような方法で各時点の測定信号Ｓの値を求めることができる。
【００４０】
一方、上記参照値リセットを行ったときにパルス発生器１２５が差分検出信号を発生させたら、それは、その時点における測定信号Ｓの値が基準値Ｓ０と異なること（ここでは、基準値Ｓ０を測定信号Ｓの最大値Ｓ２と略等しく設定しているから、測定信号Ｓの値が基準値Ｓ０より小さいこと）を意味する。このような場合、スイッチ１２８を図５（Ｃ）に示したようにセットする。このとき、スイッチ１２７はＡ／Ｄ変換器１２６及び基準信号発生器１３０のいずれの側にセットしてもよい。図５（Ｃ）のようにスイッチ１２８をセットすると、保持器１２１の出力する参照信号Ｓｈの値を減算器１２９により単位変化量ΔＳだけ減じた値を有するダミー測定信号（Ｓｈ−ΔＳ）が保持器１２１へ入力され、そのダミー測定信号の値が新たな参照値とされる。そして、次にはこの新たな参照値と測定信号Ｓの値とが比較器１２２Ａにより比較され、両値の差がΔＳよりまだ大きければ、パルス発生器１２５から更に負の差分検出信号Ｐ２が出力されるとともに、ＯＲゲート１２４からトリガ信号が保持器１２１へ送られる。この結果、上記新たな参照値より更にΔＳだけ値を小さくしたダミー測定信号が減算器１２９から保持器１２１へ送られる。こうして、比較器１２２Ａでは、ダミー測定信号の値が基準値Ｓ０を初期値として単位変化量ΔＳずつデクリメントされながら、参照信号Ｓｈの値と測定信号Ｓの値との比較が繰り返され、パルス発生器１２５からは、参照信号Ｓｈの値と測定信号Ｓの値との差がΔＳよりも小さくなるまで、一定時間間隔で負の差分検出信号Ｐ２が出力される。
【００４１】
一方、監視装置２０では、上記参照値リセット以降、上記のように一定時間間隔で発生する負の差分検出信号Ｐ２を計数し、先に説明したカウント処理を実行する。そして、先の差分検出信号Ｐ２の発生後、上記一定時間より長く設定された所定時間の間に次の差分検出信号が検出されなかった場合に、参照信号Ｓｈの値が測定信号Ｓの値と等しくなった（両値の差がΔＳより小さくなった、すなわち測定信号の現在値が検出された）ものとみなすことができる。この時点における差分検出信号のカウント値Ｎ、基準値Ｓ０及び単位変化量ΔＳに基づいて、式（１）により測定信号Ｓの現在値を計算し、その値を基準値記憶部２２に保存して、図５（Ａ）に示したようにスイッチ１２７、１２８をセットすれば、その後は先に説明したような方法で各時点の測定信号の値を求めることができる。
【００４２】
なお、上記信号発生部１２では、変換器１１の出力信号をＡ／Ｄ変換器１２６でデジタル信号に変換するものとしたが、信号発生部１２内での処理をアナログ信号で行う場合は、Ａ／Ｄ変換器１２６は不要である。
【００４３】
また、上記説明では、測定信号Ｓの基準値Ｓ０が測定信号の可変範囲の最大値と略等しく設定されているものとしたが、基準値Ｓ０を上記可変範囲の最小値Ｓ１と略等しく設定するとともに、減算器１２９の代わりに加算器を用いても、上記と同様に測定信号Ｓの現在値を求めることができる。
【００４４】
また、測定信号Ｓの現在値に対応する差分検出信号のカウント値Ｎは次のような方法で取得しても良い。すなわち、参照値リセット以降、監視装置２０において、上記のように差分検出信号をカウントするとともに、参照値リセット時点からの経過時間を計測する。そして、その経過時間が、参照信号Ｓｈの値が基準値Ｓ０から段階的に変化して測定信号Ｓの現在値に達するのに十分な時間として予め定められた最大経過時間に達したら、その時点における差分検出信号のカウント値Ｎを、測定信号Ｓの現在値に対応するカウント値とする。なお、上記最大経過時間は例えば次のようにして定める。すなわち、参照信号Ｓｈの値を１回デクリメントさせる動作にかかる時間をΔｔとするとき、参照値リセットから現在値検出までの時間の最大値ｔｘは、次式
ｔｘ＝Δｔ×（Ｓ２−Ｓ１）／ΔＳ（２）
で与えられる。従って、最大経過時間を上記ｔｘの値より大きく設定しておけば、確実に測定信号Ｓの現在値を求めることができるのである。
【００４５】
また、信号発生部１２には、測定信号Ｓの値と基準信号Ｓ０の値を比較し、Ｓ０を中心として単位変化量ΔＳよりやや大きく設定された信号値範囲内にＳが存在するときにパルス発生器１２５へ原点信号ＢＳを送る比較器１３２が設けられている。この原点信号ＢＳは、例えば次のようにしてパルス発生器１２５による信号発生に利用することができる。すなわち、パルス発生器１２５は、微分器１２３Ａ又は１２３Ｂから信号を受け取ったときに、比較器１３２から原点信号ＢＳが出力されているかどうかを検査する。原点信号ＢＳが出力されていなければ、パルス発生器１２５は既に説明したような手順で正又は負の差分検出信号を伝送路３０へ送出する。一方、原点信号ＢＳが出力されていたら、パルス発生器１２５は、上記正及び負の差分検出信号のいずれとも異なるパターンの信号（基準値検出信号）を伝送路３０へ送出する。監視装置２０においては、上記基準検出信号を受信したときに、カウンタ２５のカウント値Ｎを０にリセットする。このようにすれば、特にリセット動作を行わなくても、測定信号Ｓの値が基準値Ｓ０になる度に監視装置２０における測定値が正しい基準値にリセットされる。
【００４６】
信号発生部１２において、更に、最後の差分検出信号の出力時点を起点とする経過時間をモニタするタイマ（図示せず）を設け、前記経過時間が所定時間に達したらタイマが信号発生部１２へ報知信号を送り、これを受けるとパルス発生器１２５がダミー検出信号を出力するようにしてもよい。このようにすると、監視装置２０では、上記所定時間以内に差分検出信号及びダミー検出信号のいずれも検出されないことをもって、測定装置１０及び伝送路３０の少なくとも一方に何らかの異常が発生したものと判断し、異常報知動作（例えば、警告音の発生、警告灯の点灯）を実行することができる。
【００４７】
ダミー検出信号の例を図６に示す。図６において、最も上のグラフは測定信号Ｓの値の時間変化の例を示し、その下のグラフ（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれパルス発生器１２５が図１（Ａ）及び（Ｂ）に示したような差分検出信号を出力するように構成された場合に対応するダミー検出信号の例を示す。図６（Ａ）の例では、最後の差分検出信号の出力時点ｔ１から所定時間ｔｉだけ経過した時点で、正及び負の差分検出信号Ｐ１及びＰ２を極めて短い時間間隔で連続して発生させている。この一対の差分検出信号Ｐ１及びＰ２がダミー検出信号に相当する。図６（Ｂ）の例では、正の差分検出信号Ｐ１よりも更に幅の狭い第三のパルス（幅はＷ３）をダミー検出信号として発生させている。なお、この他にも、差分検出信号の態様に応じて様々なダミー検出信号が考えられることは言うまでもない。
【００４８】
上記のようなダミー検出信号の出力は、信号発生部１２に計時手段を設けることにより信号発生部１２が自発的にこれを行うようにすることができる。また、監視装置２０に計時手段を設け、最後の差分検出信号を検出してからの経過時間が所定時間に達したときに監視装置２０が測定装置１０へ動作確認信号を送り、これを受けた測定装置１０がダミー検出信号を出力するようにしてもよい。
【００４９】
上記のようにダミー検出信号を出力する場合、測定装置１０から監視装置２０へ少なくとも所定時間に１個は有効な信号が伝送されることになる。これを利用して、測定装置１０から監視装置２０へ定期的に別の情報（以下、付帯情報と呼ぶ）を伝送することができる。以下では、付帯情報の伝送方法の一例として、信号発生部１２が図１（Ｂ）及び図６（Ｂ）で示したようにパルス幅で識別される差分検出信号及びダミー検出信号を出力し、伝送する付帯情報が測定信号Ｓの値である場合について説明する。
【００５０】
図７に本例におけるパルス幅と信号種別との関係を示す。図７によれば、幅１０〜５０μ秒のパルスはダミー検出信号、幅５０〜９０μ秒のパルスは正の差分検出信号、幅９０〜１３０μ秒のパルスは負の差分検出信号、それ以外の幅の信号はエラー信号と識別される。ダミー検出信号、正及び負の差分検出信号のパルス幅帯域はそれぞれ２分割され、一方にビット値０、他方にビット値１が割り当てられている。例えば、ダミー検出信号帯域１０〜５０μ秒を見ると、１０〜３０μ秒がビット値０、３０〜５０μ秒がビット値１に対応する。
【００５１】
測定装置１０には、伝送しようとする別の値（例えば、物理量の現在値）を示すビット列を保存するビット列保持部（図示せず）が設けられる。ビット列保持部に保持させるビット数はどの程度の精度（分解能）で上記別の値を伝送するかに応じて決定する。ここでは、ビット数が８であるものとし、伝送する値が１０進数の１６５であるものとする。１０進数の１６５は２進数では１０１００１０１と表されるから、ビット列保持部には、図８（ｂ）に示したようなビット列がセットされる。ビット列保持部には、一のビット位置を示すビット位置カウンタが備えられている。
【００５２】
その後、パルス発生器１２５は、既に説明したように正の差分検出信号（＋）、負の差分検出信号（−）又はダミー検出信号（＊）を発生させる。いま、物理量の変化に応じてパルス発生器１２５が
＋＋−−＊＊＋＋
というパターンで信号を発生させるものとする。この時、パルス発生器１２５は、各信号の発生の度にビット位置カウンタを参照し、ビット列保持部において前記カウンタが示すビット位置に保持されたビット値を取得する。そして、図７に示したパルス幅と信号種別／ビット値との関係に基づいて、物理量の変化を示す値（＋、−又は＊）及びビット値（０又は１）の組み合わせに応じたパルス幅の信号を発生させる。ビット位置カウンタの値には信号の出力の度に１が加算され、その値が７を超えたら該値は０にリセットされる。監視装置２０においては、信号識別部２３が、上図７のようなパルス幅と信号種別／ビット値との関係に基づき、信号のパルス幅から信号種別を識別するだけでなく、その信号が表すビット値も取得する。
【００５３】
以上のような方法で、例えば、ある時点における測定信号Ｓの値を定期的に測定装置１０から監視装置２０へ伝送するようにすれば、監視装置２０において、電源投入やリセットを行わなくても、測定信号Ｓの値を定期的に取得することができる。例えば、ビット列のビット数が２０で、ダミー検出信号を発生させる所定時間が１０ミリ秒であるとすれば、少なくとも０．２秒毎に測定信号Ｓの値を取得することができる。更に、監視装置２０は、上記のように定期的に取得される値と、差分検出信号のカウント値に基づいて計算で求めた測定信号Ｓの値とを照合することにより、測定動作の正常性を検査することもできる。
【００５４】
上記のようなパルス列を利用した付帯情報の伝送において、その付帯情報の正確な取得時点を監視装置２０へ通知する必要がある場合は、例えば、一般にデータ通信において調歩同期と呼ばれている同期方式を応用し、付帯情報がないときには常にビット値１を送信する一方、付帯情報を取得したらビット値０を送信し、それに引き続いて付帯情報に対応するビット列を送信する、というようにすればよい。この場合、監視装置２０においては、ビット値が連続的に１である状態から０に変わった時点を付帯情報の取得時点と認識し、それに引き続く所定長さのビット列から付帯情報を取得する。もちろん、付帯情報のビット列の識別方法は上記に限られず、従来よりデータ通信の分野で知られている様々な同期方式を利用することができる。
【００５５】
図７の例ではパルス発生器１２５の発生する各パルス信号に１ビットの情報を持たせるようにしたが、例えば図９のように、各信号のパルス幅帯域を４分割し、各分割帯域に００、０１、１０及び１１という２ビット値を割り当てるようにすれば、１個のパルス信号により付帯情報の２ビット分を伝送することができる。更にパルス幅帯域の分割数を増やせば、１個のパルス信号でより多くのビット数の情報を伝送できることは言うまでもない。
【００５６】
上記例では付帯情報として測定信号Ｓの値を選んだが、これ以外でも、例えば、信号伝送装置の機種番号、製品番号、物理量の測定範囲、分解能、１パルスの基準値等、デジタル値で表現できる情報であればどのようなものでも上記のような方法で伝送することができる。
【００５７】
以上、本発明に係る信号伝送装置を遠隔監視システムに応用した例について説明したが、本発明は遠隔監視システム以外の様々なシステムに応用可能である。例えば、コンピュータ、マイクロプロセッサ、シーケンス回路等の制御装置により工作機械の駆動部（例えば、バルブ、ヒータ、モータ等）の動作状態をモニタし、その状態に応じて駆動部の動作を制御する制御システムにおいて、駆動部の動作状態を示す物理量（位置、角度、電圧、電流、温度等）を図１の測定装置１０により測定し、伝送路を通じて制御装置へ伝送するようにすることができる。
【００５８】
また、上記実施例では、伝送路３０として電線を利用することにより、伝送路３０を通じて信号伝送だけでなく測定装置１０への駆動電力の供給も行うものとしたが、例えば、測定装置１０の駆動電源を別途確保する場合は、他の伝送媒体（例えば、光ファイバ、電波等）を利用して伝送路３０を構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】差分検出信号の各種例を示すグラフ。
【図２】インクリメント信号及び原点信号に基づく物理量の算出手順を説明するための図。
【図３】本発明に係る信号伝送装置を応用した遠隔監視システムの概略構成図。
【図４】上記システムの信号発生部の概略構成図。
【図５】図４の信号発生部の３通りのスイッチ設定を示す図。
【図６】ダミー検出信号の例を示すグラフ。
【図７】パルス幅と信号種別／ビット値の関係の一例を示す図。
【図８】図７の関係テーブルを用いた情報の伝送例。
【図９】パルス幅と信号種別／ビット値の関係の別の例を示す図。
【符号の説明】
１…遠隔監視システム
１０…測定装置
１１…変換器（センサ）
１２…信号発生部
２０…監視装置
２１…給電部
２２…基準値記憶部
２３…信号識別部
２４…物理量算出部
２５…カウンタ
２６…変換テーブル
３０…伝送路

Claims

伝送物理量の変調パターンにより信号を伝送するための伝送路、
目的物理量に応じて変化する測定信号を出力する変換手段、
前記測定信号を受け、外部からトリガ信号を受けた時点における前記測定信号の値を参照値として保持する保持手段、
各時点において前記測定信号の値と前記参照値とを比較し、両値の差が所定の単位変化量より大きく且つ前者の値が後者の値より大きいときには正のインクリメント信号を、また両値の差が前記単位変化量より大きく且つ前者の値が後者の値よりも小さいときには負のインクリメント信号を発生させるとともに、前記トリガ信号を前記保持手段へ送るインクリメント信号発生手段、
前記測定信号の既知の値である基準値を示す基準信号を発生させる基準信号発生手段、
前記測定信号及び基準信号を受けて該測定信号の値と前記基準値を比較し、前記測定信号の値が前記基準値を含む所定範囲内に存在するか否かを示す信号である原点信号を発生させる原点信号発生手段、及び
前記正又は負のインクリメント信号を受けたときに該信号の符号に応じて異なるパターンで前記伝送物理量を変化させることにより前記伝送路へ正又は負の差分検出信号を送出すると共に、前記原点信号を受けたときに前記正及び負の差分検出信号のいずれとも異なるパターンの基準値検出信号を送出する信号送出手段、
を備えることを特徴とする信号伝送装置。
上記伝送物理量は所定の直流ベース電流を含む電流強度であり、上記差分検出信号は前記直流ベース電流に重畳される２つのパルス電流であって、所定の特性値により識別可能な２つのパルス電流の形で生成されることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送装置。
最後の差分検出信号の送出から所定時間内に次の差分検出信号が送出されないときに報知信号を上記信号送出手段へ送る計時手段を備え、
上記信号送出手段は、前記報知信号を受けたときに上記正及び負の差分検出信号とは異なるパターンのダミー検出信号を上記伝送路へ送出することを特徴とする請求項１又は２に記載の信号伝送装置。
上記正の差分検出信号、負の差分検出信号、基準値検出信号及びダミー検出信号以外で表される付帯情報を示すデジタル信号を生成する付帯情報信号生成手段を備え、
上記信号送出手段は、受け取った信号が上記正のインクリメント信号、負のインクリメント信号、原点信号及び報知信号のいずれであるか、及び、前記付帯情報信号生成手段により生成されたデジタル信号の値に応じて異なるパターンで上記伝送物理量を変化させることを特徴とする請求項３に記載の信号伝送装置。