JP4750266B2

JP4750266B2 - 信号処理装置

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Publication number: JP4750266B2
Application number: JP2000363606A
Authority: JP
Inventors: 素直論手
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2000-11-29
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2020-11-29
Also published as: JP2002163745A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流信号に交流の雑音信号が重畳された信号から直流信号成分を高速に且つ高精度に検出するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、物品の重量を測定する測定システムでは、物品の荷重に応じて電圧が変化する直流信号を出力するセンサを用い、このセンサの出力信号の電圧に基づいて物品の重量を求めるようにしている。
【０００３】
ところが、このような測定システムのセンサから出力される信号は、完全な直流信号ではなく外来雑音（振動や電源変動等）による交流の雑音信号が重畳されており、高精度な測定を行うためには、この雑音信号成分を除去して、直流信号成分のみを抽出する必要がある。
【０００４】
このように信号に含まれる直流信号成分を抽出するために、従来ではフィルタによって雑音信号成分の抑圧する方法と、センサと同一のダミーセンサを用いて雑音信号成分を相殺処理する方法とが用いられている。
【０００５】
フィルタによって雑音信号成分の抑圧する場合、図１４に示すように、センサ１から出力される信号Ｓａに対して、その直流信号成分Ｄｃは通過させ、交流の雑音信号成分Ｎは減衰させる低域通過フィルタ（以下ＬＰＦと記す）２を用いて信号Ｓａの直流信号成分Ｄｃのみを抽出する。
【０００６】
また、雑音信号成分を相殺する場合には、図１５に示すように、センサ１から出力される信号Ｓａとダミーセンサ３から出力される信号Ｓｂとを減算器４に入力して、Ｓａ−Ｓｂの減算処理を行い、信号Ｓａに含まれる雑音信号成分Ｎと信号Ｓｂに含まれる雑音信号成分Ｎとを相殺させて、信号Ｓａに含まれる直流信号成分Ｄｃを出力させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したフィルタを用いる方法は、信号Ｓａに含まれる雑音信号成分Ｎの周波数帯域が直流から大きく離れている場合には問題ないが、雑音信号成分Ｎの周波数帯域が直流に近い場合、ＬＰＦ２の遮断周波数を直流に近づけなければならず、このようにＬＰＦ２の遮断周波数を直流に近づけると、物品の荷重等によるセンサ１の出力信号の直流信号成分Ｄｃのレベル変化に対して、ＬＰＦ２から出力される信号のレベル変化が大きく遅延し、直流信号成分が安定するまでに長時間を要してしまう。
【０００８】
一方、ダミーセンサ３を用いて雑音信号成分を相殺する方法は、原理的に遅延が発生しないが、実際には両センサ１、３の特性の僅かな違いや設置環境の僅かな違い等により、雑音信号成分Ｎが完全に等しくならず、その誤差が出力されて精度が低下する。
【０００９】
本発明は、この問題を解決して、直流信号に交流の雑音信号が重畳された信号から直流信号成分を高速に且つ高精度に検出できるようにした信号処理装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の信号処理装置は、
直流信号に交流の雑音信号が重畳した入力信号から直流信号成分を抽出するための信号処理装置において、
前記入力信号の一定期間毎のレベル変動量を求め、該レベル変動量が、前記雑音信号の予測される最大振幅より僅かに広く設定した範囲に入るか否かを判定し、該範囲内にある期間を、前記入力信号に含まれる直流信号のレベルが安定している安定期間として検出する安定検出手段と、
前記安定期間の初期または直前の前記入力信号の振幅値またはその振幅値から算出した値を基準レベルとし、前記安定期間中の前記入力信号の前記基準レベルに対する振幅変化を、前記入力信号に含まれる雑音信号成分として抽出する雑音信号抽出手段と、
前記雑音信号抽出手段によって抽出された雑音信号成分を前記入力信号から減じる減算手段とを備え、
前記減算手段の出力に基づいて、前記入力信号に含まれる直流信号成分を抽出することを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の請求項２の信号処理装置は、請求項１の信号処理装置において、
前記雑音信号抽出手段から出力される雑音信号成分に含まれる直流誤差を検出する直流誤差検出手段と、
前記減算手段の出力と前記直流誤差検出手段によって検出された直流誤差との演算によって前記入力信号に含まれる直流信号成分を算出する演算手段とを備えている。
【００１２】
また、本発明の請求項３の信号処理装置は、請求項１または請求項２の信号処理装置において、
前記雑音信号抽出手段は、前記安定期間の初期の入力信号のピークレベルとボトムレベルのほぼ中間値を前記基準レベルとして、前記雑音信号成分を抽出するように構成されている。
【００１３】
また、本発明の請求項４の信号処理装置は、請求項１または請求項２または請求項３の信号処理装置において、
前記雑音信号抽出手段は、
前記入力信号を所定周期でサンプリングして得られるサンプリング値同士の差分を順次求める差分処理手段と、
前記差分処理手段と逆の処理を行う回復処理手段と、
前記安定期間が検出されていないときには零の値を前記回復処理手段に入力し、前記安定期間が検出されているときには前記差分処理手段の出力を前記回復処理手段に入力する切換手段とを有し、
前記安定期間に前記回復処理手段によって処理された信号を前記雑音信号成分として出力することを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を実施した信号処理装置２０の構成を示している。
【００１５】
図１において、ＬＰＦ２１は、前記センサ１から出力される信号のように、直流信号Ｄｃに交流の低周波の雑音信号Ｎが重畳されたアナログの信号Ｓａを受けて、後続のディジタル処理による折り返し歪みを除くためにその高域成分（雑音信号Ｎより高い周波数成分）を除去して、Ａ／Ｄ変換器２２へ出力する。
【００１６】
Ａ／Ｄ変換器２２は、ＬＰＦ２１から出力される信号Ｓｂを、ＬＰＦ２１の遮断周波数の２倍以上の周波数のクロック信号ｆｓに同期してサンプリングし、各サンプリング値をディジタル値ｘ（ｋ）に変換して、安定検出手段２３、雑音信号抽出手段２４および遅延手段３０に出力する。
【００１７】
安定検出手段２３は、信号Ｓｂに含まれる直流信号成分のレベルが安定している安定期間を検出するためのものであり、例えば図２に示すように、分周器２３ａ、第１の記憶回路２３ｂ、第２の記憶回路２３ｃ、減算器２３ｄ、およびコンパレータ２３ｅによって構成されている。
【００１８】
分周器２３ａは、Ａ／Ｄ変換器２２のクロック信号ｆｓをｎ分周（ｎは複数）して、第１の記憶器２３ｂ、第２の記憶器２３ｃに出力する。なお、この分周比ｎは、分周信号ｆｓ′の周波数が入力信号に含まれる比較的大きいレベルの雑音信号Ｎの周波数と近くなるように設定されている。
【００１９】
第１の記憶回路２３ｂは、分周器２３ａから出力される分周信号ｆｓ′に同期して、Ａ／Ｄ変換器２２から出力されるサンプリング値ｘ（ｋ）をｎ個おきに一時記憶し、第２の記憶回路２３ｃは、第１の記憶回路２３ｂに記憶されているサンプリング値を分周信号ｆｓ′に同期して一時記憶する。
【００２０】
減算器２３ｄは、第１の記憶回路２３ｂに記憶されたサンプリング値ｘ（ｉ）から第２の記憶回路２３ｃに記憶されているサンプリング値ｘ（ｉ−ｎ）を減じ、その減算結果ｇ（ｉ）をコンパレータ２３ｅに出力する。
【００２１】
コンパレータ２３ｅは、減算器２３ｄの出力ｇ（ｉ）が、信号Ｓｂに含まれる雑音信号成分の予測される最大振幅Ａに対して予め設定した上限値Ａ＋αと下限値−Ａ−α（Ａ＞＞α＞０）の範囲に入るか否かを判定し、減算器２３ｄの出力ｇ（ｉ）が上限値Ａ＋αと下限値−Ａ−αの範囲内にあるときに安定期間を表すハイレベルとなり、範囲外のときに非安定期間を表すローレベルとなる信号Ｑを出力する。
【００２２】
雑音信号抽出手段２４は、Ａ／Ｄ変換器２２から出力されるサンプリング値ｘ（ｋ）に基づいて、安定期間に入力される信号Ｓｂに含まれる雑音信号成分を抽出する。
【００２３】
この雑音信号抽出手段２４は、安定検出手段２３によって安定期間が検出されたとき（直前および安定期間の初期も含む）の入力信号の振幅値あるいはその振幅値から求めた値を基準レベルとし、安定期間中の入力信号の基準レベルに対する振幅変化を、入力信号に含まれる雑音信号成分として抽出する。
【００２４】
ここで、雑音信号抽出手段２４は、例えば図３に示すように、差分処理手段２５、切換手段２６および回復処理手段２７によって構成されている。
【００２５】
差分処理手段２５は、サンプリングされた時系列信号（サンプリング値の信号列）の時間的差分を順次求める。つまり、Ｚ変換して伝達関数で表すと、
Ｆ＝１−α_１ｚ^−１−α_２ｚ^−２−α_３ｚ^−３−……
の差分処理を行うものであり、ここでは、最も次数の少ない差分処理
Ｆ＝１−ｚ^−１
を行うものとする。
【００２６】
この差分処理は、図４に示すように、Ａ／Ｄ変換器２２から出力されるサンプリング値ｘ（ｋ）をＡ／Ｄ変換器２２のクロック信号ｆｓに同期して一時記憶する記憶回路２５ａと、記憶回路２５ａに記憶されているサンプリング値ｘ（ｋ−１）をその次にＡ／Ｄ変換器２２から出力されるサンプリング値ｘ（ｋ）から減じる減算器２５ｂとによって実現することができ、Ａ／Ｄ変換器２２から出力されるサンプリング値同士の差分
ｙ（ｋ）＝ｘ（ｋ）−ｘ（ｋ−１）
を順次求める。
【００２７】
切換手段２６は、安定検出手段２３の出力信号Ｑが非安定期間を示している間は回復処理手段２７に零を入力させ、安定期間を示している間は差分処理手段２５から出力される差分値ｙ（ｋ）を回復処理手段２７に入力させる。
【００２８】
回復処理手段２７は、その伝達関数Ｇが差分処理手段２５の伝達関数Ｆの逆数１／Ｆに等しくなるような処理を行う。
【００２９】
即ち、前記したように、差分処理手段２５の伝達関数Ｆが、
Ｆ＝１−ｚ^−１
の場合、回復処理手段２７の伝達関数Ｇは、
Ｇ＝１／Ｆ＝１／（１−ｚ^−１）
となる。
【００３０】
この伝達関数Ｇを満たす回復処理手段２７は、図５に示すように、加算器２７ａと、この加算器２７ａの出力をクロック信号ｆｓに同期して一時記憶する記憶回路２７ｂとからなり、差分処理手段２５からの差分値ｙ（ｋ）（または零）と、記憶回路２７ｂの記憶値ｕ（ｋ−１）とを加算器２７ａで加算して、その結果ｕ（ｋ）を出力する。
【００３１】
このように構成された雑音信号抽出手段２４の場合、非安定期間中の出力ｕ（ｋ）は常に零であり、安定期間になると回復処理手段２７に差分値ｙ（ｋ_０）が入力されて、
ｕ（ｋ_０）＝ｙ（ｋ_０）＋０＝ｘ（ｋ_０）−ｘ（ｋ_０−１）
が最初に出力される。
【００３２】
そして、次のクロックタイミングにこのｕ（ｋ_０）（＝ｙ（ｋ_０））が記憶回路２７ｂに記憶され、この記憶値ｕ（ｋ_０）と次の差分値ｙ（ｋ_０＋１）とが加算されて、その加算結果ｕ（ｋ_０＋１）が出力される。
【００３３】
ここで、
ｕ（ｋ_０＋１）＝ｙ（ｋ_０＋１）＋ｕ（ｋ_０）
であり、
ｙ（ｋ_０＋１）＝ｘ（ｋ_０＋１）−ｘ（ｋ_０）
ｕ（ｋ_０）＝ｙ（ｋ_０）＝ｘ（ｋ_０）−ｘ（ｋ_０−１）
であるから、

となる。
【００３４】
以下同様に、安定期間中の回復処理手段２７の出力は、クロック信号ｆｓの入力毎に、
ｕ（ｋ_０＋２）＝ｘ（ｋ_０＋２）−ｘ（ｋ_０−１）
ｕ（ｋ_０＋３）＝ｘ（ｋ_０＋３）−ｘ（ｋ_０−１）
ｕ（ｋ_０＋４）＝ｘ（ｋ_０＋４）−ｘ（ｋ_０−１）
ｕ（ｋ_０＋５）＝ｘ（ｋ_０＋５）−ｘ（ｋ_０−１）
………
と変化することになる。
【００３５】
上記回復処理手段２７の各出力ｕ（ｋ_０）、ｕ（ｋ_０＋１）、…は、入力信号Ｓｂの直流信号成分が安定したと判定された後の各サンプル値ｘ（ｋ_０）、ｘ（ｋ_０＋１）、ｘ（ｋ_０＋２）、……からその直前のサンプル値ｘ（ｋ_０−１）をそれぞれ減じたものであり、サンプル値ｘ（ｋ_０−１）を基準レベルとする雑音信号の振幅値を表している。以下、この雑音信号抽出手段２４の出力を抽出雑音信号と記す。
【００３６】
遅延手段３０は、雑音信号抽出手段２４の雑音信号抽出処理に必要な時間だけ入力信号を遅延するためのものであり、ここではＡ／Ｄ変換器２２から出力されるサンプリング値ｘ（ｋ）を、雑音信号抽出手段２４が入力されたサンプリング値ｘ（ｋ）に対応する抽出雑音信号ｕ（ｋ）を出力させるのに必要な時間（クロック信号ｆｓのクロック数）だけ遅延する。
【００３７】
この遅延手段３０は、雑音信号抽出手段２４の処理遅延時間が例えば零であれば不要であり、Ａ／Ｄ変換器２２からのサンプリング値ｘ（ｋ）を減算手段３１に直接入力すればよい。
【００３８】
また、前記したように雑音信号抽出手段２４が差分処理や回復処理を行うように構成されている場合には、その遅延時間がクロック信号何個分に相当するかが既知であるので、そのクロック数分の段数を有するシフトレジスタを用い、このシフトレジスタにＡ／Ｄ変換器２２からのサンプリング値を入力して、クロック信号ｆｓによって順次シフトさせるようにすればよい。
【００３９】
また、サンプリング値に対する遅延時間を雑音信号抽出手段２４の遅延時間により厳密に合わせる必要がある場合には、図６に示す遅延手段３０のように、雑音信号抽出手段２４に用いた差分処理手段２５と回復処理手段２７と全く同一構成の遅延用差分処理手段３０ａと遅延用回復処理手段３０ｂを用いて、サンプリング値ｘ（ｋ）を遅延させればよい。
【００４０】
遅延手段３０によって遅延されたサンプリング値ｘ（ｋ）は、雑音信号抽出手段２４から出力される抽出雑音信号ｕ（ｋ）とともに減算手段３１に入力される。
【００４１】
減算手段３１は、遅延手段３０から出力されるサンプリング値ｘ（ｋ）から抽出雑音信号ｕ（ｋ）を減算する。
【００４２】
ここで、抽出雑音信号ｕ（ｋ）が、入力信号に含まれる直流信号成分を基準レベルとする雑音信号成分を正確に表しているとすれば、この減算手段３１の出力ｄ（ｋ）は入力信号に含まれる直流信号成分に一致するが、実際には安定期間が検出される直前のサンプリング値は、入力信号の直流信号成分に一致するとは限らず、雑音信号の振幅以内の直流誤差を持っている。
【００４３】
したがって、減算手段３１の出力ｄ（ｋ）は、入力信号Ｓｂから、その入力信号Ｓｂに含まれる雑音信号成分と直流誤差とを減じた結果に等しく、この直流誤差分だけ精度が低下する。
【００４４】
このため、この実施形態の信号処理装置２０では、抽出雑音信号ｕ（ｋ）に含まれる直流誤差Ｅを直流誤差検出手段３２によって検出し、その検出した直流誤差Ｅと減算手段３１の出力ｄ（ｋ）とをこの実施形態の演算手段としての加算手段３３によって加算することにより直流誤差を補正して、直流信号成分を正確に求めている。
【００４５】
なお、この直流誤差検出手段３２は、例えばＦＩＲ型のＬＰＦによって構成されているが、この直流誤差検出手段３２に入力される信号は雑音信号と僅かな直流誤差のみなので、直流信号の大きなレベル変化にもとなう応答遅れは発生せず、その出力は速やかに収束する。
【００４６】
次に、この実施形態の信号処理装置２０の動作を説明する。
例えば図７の（ａ）に示す直流信号成分Ｄｃと図７の（ｂ）に示す交流の低周波の雑音信号成分Ｎとが重畳された図７の（ｃ）に示す信号ＳｂがＡ／Ｄ変換器２２に入力されたとする。
【００４７】
このとき、安定検出手段２３は、図７の（ｃ）に示しているように、信号Ｓｂのサンプリング値ｘ（ｋ）のうち、雑音信号成分Ｎの周波数に近い周期のサンプリング値ｘ（ｉ）、ｘ（ｉ＋ｎ）、ｘ（ｉ＋２ｎ）、……を順次抽出し、抽出したサンプリング値同士の差ｇ（ｉ）、ｇ（ｉ＋ｎ）、ｇ（ｉ＋２ｎ）、……を図７の（ｄ）のように順次検出し、その差が上限値Ａ＋αと下限値−Ａ−αの範囲に入るか否かを判定する。
【００４８】
そして、図７の（ｄ）に示しているように差ｇ（ｉ＋３ｎ）が所定範囲内に入ったｔ１時から差ｇ（ｊ＋ｎ）が所定範囲を超えたｔ２時までの期間を安定期間であると判定し、図７の（ｅ）のように、この安定期間だけハイレベルとなる信号Ｑを雑音信号抽出手段２４に出力する。
【００４９】
このハイレベルの信号Ｑを受けた雑音信号抽出手段２４は、前記したように、安定期間が検出される直前のサンプリング値をｘ（ｋ_０−１）と基準レベルとする抽出雑音信号ｕ（ｋ）を次のように出力する。
【００５０】
ｕ（ｋ_０）＝ｘ（ｋ_０）−ｘ（ｋ_０−１）
ｕ（ｋ_０＋１）＝ｘ（ｋ_０＋１）−ｘ（ｋ_０−１）
ｕ（ｋ_０＋２）＝ｘ（ｋ_０＋２）−ｘ（ｋ_０−１）
ｕ（ｋ_０＋３）＝ｘ（ｋ_０＋３）−ｘ（ｋ_０−１）
………
【００５１】
したがって、安定期間中に減算手段３１から出力される値ｄ（ｋ）は、
ｄ（ｋ_０）＝ｘ（ｋ_０）−ｕ（ｋ_０）＝ｘ（ｋ_０−１）
ｄ（ｋ_０＋１）＝ｘ（ｋ_０＋１）−ｕ（ｋ_０＋１）＝ｘ（ｋ_０−１）
ｄ（ｋ_０＋２）＝ｘ（ｋ_０＋２）−ｕ（ｋ_０＋２）＝ｘ（ｋ_０−１）
ｄ（ｋ_０＋３）＝ｘ（ｋ_０＋３）−ｕ（ｋ_０＋３）＝ｘ（ｋ_０−１）
………
となる。
【００５２】
この出力値ｄ（ｋ）＝ｘ（ｋ_０−１）は、図８の（ａ）に示すように、入力信号Ｓｂの直流信号成分が安定期間に入ったと判定される直前に入力されたサンプリング値であり、このとき、雑音信号抽出手段２４から出力される抽出雑音信号ｕ（ｋ）は、図８の（ｂ）のように、零ボルトからこの直流誤差分Ｅだけずれたレベルを基準として変化している。即ち、抽出雑音信号ｕ（ｋ）は、入力信号に含まれる雑音信号成分Ｎと直流誤差Ｅの和になる。
【００５３】
この抽出雑音信号ｕ（ｋ）に含まれる直流誤差Ｅは、直流誤差検出手段３２によって検出され、減算手段３１の出力ｄ（ｋ）とともに加算手段３３に入力される。
【００５４】
したがって、加算手段３３の出力は、
Ｓｂ−（Ｎ＋Ｅ）＋Ｅ
＝（Ｄｃ＋Ｎ）−（Ｎ＋Ｅ）＋Ｅ＝Ｄｃ
となり、入力信号Ｓｂの直流信号成分Ｄｃが出力される。
【００５５】
このように、実施形態の信号処理装置２０では、入力信号の直流信号成分が安定している安定期間を検出し、その安定期間中に入力信号に含まれる雑音信号成分を抽出し、その抽出した雑音信号成分を入力信号から減じて、入力信号に含まれる直流信号成分を抽出するようにしている。
【００５６】
このため、入力信号をＬＰＦに直接入力して直流信号成分を抽出する従来の方法に比べて、直流信号成分の大きなレベル遷移に対する応答遅れがなく、高速に直流信号成分を抽出することができる。
【００５７】
また、抽出した雑音信号成分に含まれる直流誤差を検出して補正するようにしているので、誤差の少ない直流抽出が行える。
【００５８】
なお、この実施形態の雑音信号抽出手段２４では、安定期間が検出される直前のサンプリング値ｘ（ｋ_０−１）を基準レベルとして雑音の振幅成分を抽出していたが、安定期間が検出されたときに入力されていたサンプリング値ｘ（ｋ_０）やその次のサンプリング値ｘ（ｋ_０＋１）を基準レベルとして雑音の振幅成分を抽出してもよい。
【００５９】
また、この基準レベルとして、入力信号に含まれる直流信号成分に近い振幅値を選択したり算出して、直流誤差Ｅを減らすこともできる。
【００６０】
例えば、図９に示す雑音信号抽出手段２４のように、安定検出手段２３からの信号Ｑが安定期間を示してから入力されるサンプリング値に基づいて、そのサンプリング値が直流信号成分にほぼ等しくなるタイミングをタイミング予測手段４０によって予測する。
【００６１】
そして、この予測したタイミングになったときに、切換遅延手段４１からの信号Ｐにより、切換手段２６を差分処理手段２５側へ切り換えるようにすれば、この雑音信号抽出手段２４から出力される抽出雑音信号ｕ（ｋ）の基準レベルを入力信号の直流信号成分にほぼ等しくすることができ、直流誤差Ｅを格段に少なくすることができる。
【００６２】
このように、抽出雑音信号ｕ（ｋ）の直流誤差Ｅを小さくすれば、前記したようにＬＰＦ型の直流誤差検出手段３２の出力は、入力する信号に含まれる直流レベルの絶対値が小さい分だけさらに短時間に収束して、より高速に直流信号成分を抽出することができる。
【００６３】
なお、このタイミング予測手段４０は、例えば図１０に示すように、安定期間に入ってから入力信号が最初にピークレベルＬｐに対するタイミングｔｐと最初にボトムレベルＬｂに達するタイミングｔｂとを求め、これらのタイミングから、入力信号がピークレベルＬｐとボトムレベルＬｂの中間値となるタイミングｔｃを、
ｔｃ＝ｔｂ＋（ｔｂ−ｔｐ）／２
の演算で求める。
【００６４】
そして、この求めたタイミングｔｃに最も近いサンプリングタイミングまたはその次のサンプリングタイミングを切換手段２６の切換タイミングとする。
【００６５】
また、前記説明では雑音信号抽出手段２４が差分処理と回復処理とを行って雑音信号成分を抽出する場合について説明したが、図１１に示す雑音信号抽出手段２４のように、安定検出手段２３からの信号Ｑが安定期間を示したときに入力されているサンプリング値、あるいは前記した切換遅延手段４１からの信号Ｐが予測タイミングに到達したことを示したときに入力されているサンプリング値を基準レベルとして基準レベル記憶回路４５に記憶し、減算器４７によって、その安定期間中に入力されるそれ以後のサンプリング値から基準レベル記憶回路４５に記憶されている基準レベルを減じれば、入力信号に含まれる雑音信号成分を前記同様に抽出することができる。
【００６６】
なお、この場合、切換手段４６は、非安定期間中の減算器４７の出力が零となるようにその入力を切り換える。
【００６７】
また、図１２に示す雑音信号抽出手段２４のように、安定期間の初期にピークボトム検出手段５１によって入力信号のピークレベルＬｐとボトムレベルＬｂを検出し、その中間値Ｒを中間値算出手段５２によって算出し、この算出した中間値Ｒを基準レベルとして基準レベル記憶回路４５に記憶してもよい。この場合、切換遅延手段５３は、中間値算出手段５２によって基準レベルが基準レベル記憶回路４５に記憶されたときに切換手段４６が減算器４７の入力を基準レベル記憶回路４５側に切り換えるようにする。
【００６８】
また、前記した信号処理装置２０では、直流誤差検出手段３２によって雑音信号抽出手段２４が抽出した雑音信号に含まれる直流誤差を検出し、減算手段３１の出力に加算して直流信号成分を求めていたが、前記した図１１、図１２のように直流誤差の小さい雑音信号成分を抽出する雑音信号抽出手段２４を用いる場合には、図１３に示す信号処理装置２０′のように、直流誤差検出手段３２と加算手段３３とを省略することもできる。
【００６９】
また、図１１や図１２のように処理遅延がない雑音信号抽出手段２４を用いた場合には、遅延手段３０を省略して、図１３に示しているように、Ａ／Ｄ変換器２２からのサンプリング値を減算手段３１に直接入力してもよい。
【００７０】
また、上記説明では、アナログの入力信号をＡ／Ｄ変換器２２によってサンプリングしてディジタル値に変換していたが、Ａ／Ｄ変換器２２を省略するとともに、前記各手段をアナログ構成にして、入力信号をアナログ信号のまま処理してもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１の信号処理装置は、
直流信号に交流の雑音信号が重畳した入力信号から直流信号成分を抽出するための信号処理装置において、
前記入力信号の一定期間毎のレベル変動量を求め、該レベル変動量が、前記雑音信号の予測される最大振幅より僅かに広く設定した範囲に入るか否かを判定し、該範囲内にある期間を、前記入力信号に含まれる直流信号のレベルが安定している安定期間として検出する安定検出手段と、
前記安定期間の初期または直前の前記入力信号の振幅値またはその振幅値から算出した値を基準レベルとし、前記安定期間中の前記入力信号の前記基準レベルに対する振幅変化を、前記入力信号に含まれる雑音信号成分として抽出する雑音信号抽出手段と、
前記雑音信号抽出手段によって抽出された雑音信号成分を前記入力信号から減じる減算手段とを備え、
前記減算手段の出力に基づいて、前記入力信号に含まれる直流信号成分を抽出することを特徴としている。
【００７２】
このため、ＬＰＦによって直流成分を直接抽出する方法に比べて、格段に高速に直流成分を抽出することができる。
【００７３】
また、本発明の請求項２の信号処理装置は、請求項１の信号処理装置において、
前記雑音信号抽出手段から出力される雑音信号成分に含まれる直流誤差を検出する直流誤差検出手段と、
前記減算手段の出力と前記直流誤差検出手段によって検出された直流誤差との演算によって前記入力信号に含まれる直流信号成分を算出する演算手段とを備えている。
【００７４】
このため、入力信号に含まれる直流信号成分をさらに高精度に抽出することができる。
【００７５】
また、本発明の請求項３の信号処理装置は、請求項１または請求項２の信号処理装置において、
前記雑音信号抽出手段は、前記安定期間の初期の入力信号のピークレベルとボトムレベルのほぼ中間値を前記基準レベルとして、前記雑音信号成分を抽出するように構成されている。
【００７６】
このため、入力信号に含まれる直流信号成分をより高精度に且つ高速に抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図
【図２】実施形態の要部の構成例を示すブロック図
【図３】実施形態の要部の構成例を示すブロック図
【図４】実施形態の要部の動作を説明するための図
【図５】実施形態の要部の構成例を示すブロック図
【図６】実施形態の要部の構成例を示すブロック図
【図７】実施形態の要部の動作を説明するための図
【図８】実施形態の要部の動作を説明するための図
【図９】本発明の要部の他の構成例を示す図
【図１０】図９の構成の動作を説明するための図
【図１１】本発明の要部の他の構成例を示す図
【図１２】本発明の要部の他の構成例を示す図
【図１３】本発明の他の実施形態の構成を示すブロック図
【図１４】従来装置の構成を示すブロック図
【図１５】従来装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
２０、４０、５０信号処理装置
２１ＬＰＦ
２２Ａ／Ｄ変換器
２３安定検出手段
２４雑音信号抽出手段
２５差分処理手段
２６切換手段
２７回復処理手段
３０遅延手段
３１減算手段
３２直流誤差検出手段
３３加算手段

Claims

直流信号に交流の雑音信号が重畳した入力信号から直流信号成分を抽出するための信号処理装置において、
前記入力信号の一定期間毎のレベル変動量を求め、該レベル変動量が、前記雑音信号の予測される最大振幅より僅かに広く設定した範囲に入るか否かを判定し、該範囲内にある期間を、前記入力信号に含まれる直流信号のレベルが安定している安定期間として検出する安定検出手段と、
前記安定期間の初期または直前の前記入力信号の振幅値またはその振幅値から算出した値を基準レベルとし、前記安定期間中の前記入力信号の前記基準レベルに対する振幅変化を、前記入力信号に含まれる雑音信号成分として抽出する雑音信号抽出手段と、
前記雑音信号抽出手段によって抽出された雑音信号成分を前記入力信号から減じる減算手段とを備え、
前記減算手段の出力に基づいて、前記入力信号に含まれる直流信号成分を抽出することを特徴とする信号処理装置。
前記雑音信号抽出手段から出力される雑音信号成分に含まれる直流誤差を検出する直流誤差検出手段と、
前記減算手段の出力と前記直流誤差検出手段によって検出された直流誤差との演算によって前記入力信号に含まれる直流信号成分を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
前記雑音信号抽出手段は、前記安定期間の初期の入力信号のピークレベルとボトムレベルのほぼ中間値を前記基準レベルとして、前記雑音信号成分を抽出するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の信号処理装置。
前記雑音信号抽出手段は、
前記入力信号を所定周期でサンプリングして得られるサンプリング値同士の差分を順次求める差分処理手段と、
前記差分処理手段と逆の処理を行う回復処理手段と、
前記安定期間が検出されていないときには零の値を前記回復処理手段に入力し、前記安定期間が検出されているときには前記差分処理手段の出力を前記回復処理手段に入力する切換手段とを有し、
前記安定期間に前記回復処理手段によって処理された信号を前記雑音信号成分として出力することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の信号処理装置。