JP4797831B2 - Signal processing apparatus and signal processing method - Google Patents
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Description
本発明は、信号処理装置及び信号処理方法に関し、特に、回路障害の検出及びノイズ除去を行うアナログ信号の信号処理装置及び信号処理方法に関する。 The present invention relates to a signal processing device and a signal processing method, and more particularly to a signal processing device and a signal processing method for an analog signal for detecting a circuit fault and removing noise.
プラントを始めとするプロセス制御の分野においては、プラント側から入力される入力信号に基づいて、プラントが有する各種装置の状態の監視や制御を行うように構成されている。このような状況において、例えば、信号出力に係る回路(信号入力部)の異常等により、プラントからの入力信号が正確な値を示さないような場合には、プラントを正常に稼働させることができず、運転を停止しなければならないという虞もある。そのため、従来、信号出力に係る回路の異常を検出するための信号処理装置が提案されている。以下、図10を参照して、従来の信号処理装置について説明する。 In the field of process control including a plant, it is configured to monitor and control states of various devices included in the plant based on an input signal input from the plant side. In such a situation, for example, when an input signal from the plant does not show an accurate value due to an abnormality in a circuit (signal input unit) related to signal output, the plant can be operated normally. There is also a risk that the operation must be stopped. Therefore, conventionally, a signal processing apparatus for detecting an abnormality of a circuit related to signal output has been proposed. Hereinafter, a conventional signal processing apparatus will be described with reference to FIG.
図10は、上記した従来の信号処理装置200の一例を示したブロック図である。図10に示すとおり、信号処理装置200は、信号源11、信号入力部12及び13と、マルチプレクサ14、A/D変換器15、マルチプレクサ16、タイミングコントローラ17、バッファ装置18及び19、比較器20及びアラーム装置21を備えている。
FIG. 10 is a block diagram showing an example of the conventional signal processing apparatus 200 described above. As shown in FIG. 10, the signal processing device 200 includes a
ここで、信号入力部12及び信号入力部13は、例えば抵抗等であって、信号源11から入力されたアナログ信号に対し、所定の処理を施した出力信号をマルチプレクサ14に出力する。マルチプレクサ14は、信号入力部12及び13から出力される二つの出力信号の何れか一方を選択的に切り換えて取得し、一の出力信号としてA/D変換器15に出力する。A/D変換器15は、マルチプレクサ14からの出力信号をデジタル信号に変換した後、サンプリングデータとしてマルチプレクサ16へと出力する。
Here, the
マルチプレクサ16は、サンプリングデータの出力先となる二つのバッファ装置18及び19の何れか一方のバッファ装置に選択的に切り換えて出力する。サンプリングデータが入力されたバッファ装置では、このサンプリングデータを一時的に保持する。比較器20は、バッファ装置18及び19に保持されたサンプリングデータを比較し、この比較結果が一致しなかった場合又は両サンプリングデータの差が所定の閾値を超えた場合、アラーム装置は信号入力部の異常を報知する報知信号を外部装置に出力する。ここで、タイミングコントローラ17は、クロック信号生成手段(図示せず)から出力された基準クロック信号に基づいて、マルチプレクサ14及び16の切り換え動作、A/D変換器15の動作を制御する。このような構成により、信号入力部12又は13の故障を検出することが可能となっている。なお、上記の構成では、A/D変換器15を一つ備えることとしているため、信号入力部12又は13からの出力信号は同時に処理することはできず、一つずつ処理することになる。
The
以下、図11を参照して、信号処理装置200の動作について説明する。なお、信号入力部12から取得する出力信号をMAIN、信号入力部13から取得する出力信号をSUBと称し、マルチプレクサ14はタイミングコントローラ17による切り換えタイミングの制御に応じ、MAIN(信号入力部12)、SUB(信号入力部13)の順序で取得するものとする。
Hereinafter, the operation of the signal processing apparatus 200 will be described with reference to FIG. Note that the output signal acquired from the
図11(a)は、信号源11から入力されたアナログ信号が、時間経過に伴って直線的に変化(増加)する場合を例示した図である。このとき、MAIN、SUBが夫々t1、t2のタイミングで取得されたとすると、MAIN(データ1)とSUB(データ2)との値には、下記式に示すとおり「D1」の差が生じる。
|MAIN−SUB|=|データ1−データ2|
=|データ1−(データ1+D1)|
=D1
FIG. 11A is a diagram illustrating a case where the analog signal input from the
| MAIN-SUB | = | data 1-
= | Data 1- (Data 1 + D1) |
= D1
また、信号源11から入力されたアナログ信号がステップ応答した場合には、図11(b)に示すように、時間経過に伴って曲線的に変化することがある。このとき、MAIN、SUBが夫々t1、t2のタイミングで取得されたとすると、MAIN(データ1)とSUB(データ2)との値には、下記式で示すとおり「D1」の差が生じる。
|MAIN−SUB|=|データ1−データ2|
=|データ1−(データ1+D1)|
=D1
Further, when the analog signal input from the
| MAIN-SUB | = | data 1-
= | Data 1- (Data 1 + D1) |
= D1
また、信号源11からのアナログ信号に、インバータや交流電源からのノイズ、HART(Highway Addressable Remote Transducer)等の外乱信号(ノイズ)が重畳される場合がある。この場合、図12に示すように、外乱信号に応じた周波数成分がアナログ信号に重畳されるため、取得するタイミングによって、その周波数成分が誤差分として加わることになる。なお、ここで外乱信号が重畳されていない純粋なアナログ信号A1を波線で示し、外乱信号が重畳されたアナログ信号A2を実線で示している。
In addition, a disturbance signal (noise) such as noise from an inverter or an AC power supply or HART (Highway Addressable Remote Transducer) may be superimposed on the analog signal from the
図12において、MAIN、SUBが夫々t1、t2のタイミングで取得されたとすると、MAIN(データ1)=アナログ信号A1−D1、SUB(データ2)=アナログ信号A1+D1となり、外乱信号の周波数成分による誤差はアナログ信号A1からみて、最大±D1が誤差となる。このような誤差は、正常状態にある信号入力部12及び13を異常と検出する誤検出の要因となり得るため、故障判定の精度が低下するという問題がある。
In FIG. 12, assuming that MAIN and SUB are acquired at timings t1 and t2, respectively, MAIN (data 1) = analog signal A1-D1, SUB (data 2) = analog signal A1 + D1, and an error due to the frequency component of the disturbance signal. When viewed from the analog signal A1, the maximum ± D1 is an error. Such an error may cause a false detection for detecting the
また、従来、互いの組み合わせが逆位相との関係になるサンプリングデータにより外乱信号による周波数成分を除去するとともに、A/D変換器から出力された一連のサンプリングデータ列からメインデータ(MAIN)のクロックに対して一定数シフトした関係にある複数のサンプリングデータをサブデータ(SUB)データとして選択し、これらメインデータとサブデータの平均を比較することで、サンプリングデータの異常の有無を判断する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1の技術は、図10に示したA/D変換器15より後段の構成についてしか言及されておらず、上記したようにA/D変換器15の前段にアナログ信号の出力に係る二つの信号入力部(信号入力部12及び13)を備えた構成においては、直ちに適用することができない。
また、一のA/D変換器を使用する場合には、データを取得する間隔の最小の時間は自ずと限られ、また一方で、一定の時間内で取得可能なデータ数も限られるという、時間的な制約がある。
また、図11(a)、(b)で示したように、信号源11から入力されたアナログ信号が、時間経過に伴って変化する場合には適用することができないため、故障判定の精度が低下するという問題がある。
However, in the technique of Patent Document 1, only the configuration subsequent to the A /
In addition, when one A / D converter is used, the minimum time of the data acquisition interval is naturally limited, and on the other hand, the number of data that can be acquired within a certain time is limited. There are some restrictions.
Further, as shown in FIGS. 11A and 11B, since the analog signal input from the
本発明の課題は、信号源から入力されたアナログ信号を精度よく取得するとともに、当該アナログ信号の出力に係る回路の故障判定の精度を向上させることが可能な信号処理装置及び信号処理方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a signal processing device and a signal processing method capable of accurately acquiring an analog signal input from a signal source and improving the accuracy of circuit failure determination related to the output of the analog signal. It is to be.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、
一の信号源から出力されたアナログ信号が夫々入力される複数の信号入力部と、
前記複数の信号入力部から夫々出力された複数の出力信号の何れか一つを選択的に切り換えて出力する第1マルチプレクサと、
前記第1マルチプレクサから出力された出力信号をデジタル信号に変換し、サンプリングデータとして出力するA/D変換器と、
前記サンプリングデータを、当該サンプリングデータの出力先となる前記信号入力部と同数の出力端の何れか一つに選択的に切り換えて出力する第2マルチプレクサと、
前記複数の出力端の夫々に接続され、前記第2マルチプレクサから出力されたサンプリングデータを夫々保持する複数のバッファ装置と、
前記複数のバッファ装置に夫々保持された複数のサンプリングデータの総和又は平均を夫々算出する複数の加算器と、
前記算出された夫々の値を比較する比較器と、
前記出力信号の時系列的な切り換え順序が、その順序の前半部分と後半部分とで対称となるよう前記第1マルチプレクサの切り換え動作を複数回制御するとともに、当該第1マルチプレクサの切り換え動作に応じて前記第2マルチプレクサの切り換え動作を制御するタイミングコントローラと、
を備えたことを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1
A plurality of signal input units to which analog signals output from one signal source are respectively input;
A first multiplexer that selectively switches and outputs any one of a plurality of output signals respectively output from the plurality of signal input units;
An A / D converter that converts an output signal output from the first multiplexer into a digital signal and outputs the signal as sampling data;
A second multiplexer for selectively switching and outputting the sampling data to any one of the same number of output terminals as the signal input unit to which the sampling data is output;
A plurality of buffer devices connected to each of the plurality of output terminals and respectively holding sampling data output from the second multiplexer;
A plurality of adders for respectively calculating a sum or average of a plurality of sampling data respectively held in the plurality of buffer devices;
A comparator for comparing the calculated values;
The switching operation of the first multiplexer is controlled a plurality of times so that the time-series switching order of the output signals is symmetric between the first half and the second half of the order, and according to the switching operation of the first multiplexer. A timing controller for controlling the switching operation of the second multiplexer;
It is characterized by having.
更に、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、
前記タイミングコントローラは、前記第1マルチプレクサの切り換えタイミングが、前記切り換え順序の前半部分と後半部分とで対称となるよう前記第1マルチプレクサの切り換え動作を制御することを特徴としている。
Furthermore, the invention according to
The timing controller controls the switching operation of the first multiplexer so that the switching timing of the first multiplexer is symmetric between the first half and the second half of the switching order.
更に、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、
前記タイミングコントローラは、前記アナログ信号が有する周波数成分の半周期分の時間間隔内又は時間間隔毎に前記第1マルチプレクサの切り換え動作を複数回制御することを特徴としている。
Furthermore, the invention according to
The timing controller controls the switching operation of the first multiplexer a plurality of times within a time interval corresponding to a half cycle of the frequency component of the analog signal or at every time interval.
更に、請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の発明において、
報知手段を更に備え、
前記比較器は、当該比較器による比較結果に基づいて前記報知手段により報知させることを特徴としている。
Furthermore, the invention according to
Further comprising a notification means,
The comparator is characterized in that the informing means is informed based on a comparison result by the comparator.
また、上記課題を解決するため、請求項5に記載の発明は、
一の信号源から出力されたアナログ信号を複数の信号入力部の夫々に入力する入力工程と、
前記複数の信号入力部から夫々出力された複数の出力信号のうち何れか一つを選択的に切り換えて出力する第1切換工程と、
前記第1切換工程で出力された出力信号をデジタル信号に変換し、サンプリングデータとして出力するA/D変換工程と、
前記サンプリングデータを、当該サンプリングデータの出力先となる前記信号入力部と同数の出力端の何れか一つに選択的に切り換えて出力する第2切換工程と、
前記複数の出力端の夫々に接続された複数のバッファ装置に、前記出力された複数のサンプリングデータを夫々保持する保持工程と、
前記複数のバッファ装置に夫々保持された複数のサンプリングデータの総和又は平均を夫々算出する算出工程と、
前記算出された夫々の値を比較する比較工程と、
前記出力信号の時系列的な切り換え順序が、その順序の前半部分と後半部分とで対称となるよう前記第1切換工程の切り換え動作を複数回制御するとともに、当該第1切換工程の切り換え動作に応じて前記第2切換工程の切り換え動作を制御するタイミング制御工程と、
を含むことを特徴としている。
Moreover, in order to solve the said subject, invention of Claim 5 is the following.
An input step of inputting an analog signal output from one signal source to each of a plurality of signal input units;
A first switching step of selectively switching and outputting any one of a plurality of output signals respectively output from the plurality of signal input units;
An A / D conversion step of converting the output signal output in the first switching step into a digital signal and outputting it as sampling data;
A second switching step of selectively switching and outputting the sampling data to any one of the same number of output terminals as the signal input unit to which the sampling data is output;
A holding step of holding the plurality of output sampling data in a plurality of buffer devices respectively connected to the plurality of output ends;
A calculation step of calculating a total or average of a plurality of sampling data respectively held in the plurality of buffer devices;
A comparison step of comparing the calculated values;
The switching operation of the first switching step is controlled a plurality of times so that the time-series switching order of the output signals is symmetric between the first half and the second half of the order, and the switching operation of the first switching step is also performed. In response, a timing control step for controlling the switching operation of the second switching step;
It is characterized by including.
更に、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、
前記タイミング制御工程は、前記第1切換工程の切り換えタイミングが、前記切り換え順序の前半部分と後半部分とで対称となるよう前記第1切換工程の切り換え動作を制御することを特徴としている。
Furthermore, the invention according to claim 6 is the invention according to claim 5,
The timing control step is characterized in that the switching operation of the first switching step is controlled so that the switching timing of the first switching step is symmetric between the first half and the second half of the switching order.
更に、請求項7に記載の発明は、請求項5又は6に記載の発明において、
前記タイミング制御工程は、前記アナログ信号が有する周波数成分の半周期分の時間間隔内又は時間間隔毎に前記第1切換工程の切り換え動作を複数回制御することを特徴としている。
Furthermore, the invention according to claim 7 is the invention according to claim 5 or 6,
The timing control step is characterized in that the switching operation of the first switching step is controlled a plurality of times within a time interval corresponding to a half cycle of the frequency component of the analog signal or every time interval.
更に、請求項8に記載の発明は、請求項5〜7の何れか一項に記載の発明において、
報知工程を更に含み、
前記比較工程は、当該比較工程による比較結果に基づいて前記報知工程により報知させることを特徴としている。
Furthermore, the invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 5 to 7,
Further comprising a notification step,
The comparison step is characterized in that the notification step is notified based on the comparison result of the comparison step.
本発明によれば、出力信号の時系列的な切り換え順序の前半部分と後半部分とで対称となるよう第1マルチプレクサ(第1切換工程)の切り換え動作制御するとともに、当該第1マルチプレクサの切り換え動作に応じて第2マルチプレクサ(第2切換工程)の切り換え動作を制御する。これにより、アナログ信号に重畳された周波数成分の影響や時間経過に伴う変化による影響を抑えることが可能であるため、サンプリングデータを精度よく取得することができる。また、周波数成分の影響や時間経過に伴う変化による影響を抑えたサンプリングデータの値を比較するため、アナログ信号の出力に係る信号入力部の故障判定の精度を向上させることができる。 According to the present invention, the switching operation of the first multiplexer (first switching step) is controlled so that the first half portion and the second half portion of the time-series switching order of the output signal are symmetrical, and the switching operation of the first multiplexer is performed. Accordingly, the switching operation of the second multiplexer (second switching step) is controlled. Thereby, since it is possible to suppress the influence of the frequency component superimposed on the analog signal and the influence due to the change with the passage of time, the sampling data can be obtained with high accuracy. Further, since the values of sampling data in which the influence of frequency components and the influence of changes with time are suppressed are compared, it is possible to improve the accuracy of the failure determination of the signal input unit related to the output of the analog signal.
また、本発明によれば、比較器の判定結果に基づいて報知を行うことが可能となるため、信号入力部の故障判定時に外部に報知することができる。 Further, according to the present invention, since it is possible to perform notification based on the determination result of the comparator, it is possible to notify the outside when determining the failure of the signal input unit.
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されないものとする。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. However, the scope of the invention is not limited to the illustrated examples.
<第1の実施形態>
図1は、本発明を適用した信号処理装置100の一実施形態を示す機能ブロック図である。なお、前述した図10の構成と共通する要素については同一符号を付し、その詳細な説明は適宜省略する。以下、信号処理装置100の構成について説明する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of a
図1に示すとおり、信号処理装置100は、信号源11、信号入力部12及び信号入力部13、マルチプレクサ14、A/D変換器15、マルチプレクサ16、タイミングコントローラ17、バッファ装置18及び19、加算器22及び加算器23、比較器20、アラーム装置21を備える。
As shown in FIG. 1, the
図1の構成において、タイミングコントローラ17は、信号源11から出力されたアナログ信号が有する周波数成分の半周期毎に、マルチプレクサ14の切り換えを複数回制御する。ここで、マルチプレクサ14の切り換え回数は、特に問わないものとするが、信号入力部の個数の整数倍となることが好ましい。なお、アナログ信号に重畳された周波数成分は予め測定されているものとするが、これに限らず、信号源11からのアナログ信号に重畳された周波数成分を検出可能な図示しない検出装置を備え、この検出装置により検出された周波数成分に基づいて制御する態様としてもよい。
In the configuration of FIG. 1, the
また、タイミングコントローラ17は、A/D変換器15及びマルチプレクサ16の動作を、マルチプレクサ14の切換タイミングに応じて制御する。特に、マルチプレクサ14の切り換え回数が偶数回毎に、A/D変換器15から出力されるサンプルデータがバッファ装置18及び19に交互に保持されるようマルチプレクサ16の切り換えを制御する。なお、バッファ装置18及び19は、マルチプレクサ16から入力されるデータ数分を保持可能な記憶容量を有するものとする。
The
加算器22及び23は、バッファ装置18及びバッファ装置19の夫々に保持された複数のサンプリングデータの総和又は平均を夫々算出し、この算出された値(データ)を比較器20へと出力する。
The
比較器20は、加算器22及び23から入力されたデータを比較し、両データの値が一致しなかった場合又は両データの差が所定の閾値を超えた場合、信号入力部12又は信号入力部13に障害が発生したと判断し、報知手段としてのアラーム装置21に報知信号を出力することで当該アラーム装置21により報知を行う。ここで、障害発生の判断の指標となる閾値は、任意の値を定めることが可能とするが、正常時に信号入力部12及び信号入力部13から出力される出力信号に基づいて定めることが好ましい。なお、本実施形態では、信号入力部12及び信号入力部13は同様であるものとするが、これに限らず、夫々異なる機能や構成を有した信号入力部を用いることとしてもよい。
The
以下、図2を参照して、本実施形態の信号処理装置100の動作について説明する。
図2は、信号源11から入力されたアナログ信号に、外乱信号として所定の周波数成分が重畳された信号の状態を示した図である。なお、図2において、波線で示したアナログ信号A1は、外乱信号が重畳されていない純粋なアナログ信号を示しており、実線で示したアナログ信号A2は、外乱信号が重畳されたアナログ信号を示している。
Hereinafter, the operation of the
FIG. 2 is a diagram illustrating a state of a signal in which a predetermined frequency component is superimposed on the analog signal input from the
まず、タイミングコントローラ17により、アナログ信号A2が有する周波数成分の半周期分の時間間隔T毎にマルチプレクサ14の切り換えが制御され、時間t1と当該時間t1から時間間隔Tずつ順次経過した時間t2〜t4とでマルチプレクサ14の切り換えが4回行われたものとする。ここで取得されたアナログ信号は、A/D変換器15及びマルチプレクサ16を経た後、サンプルデータとしてデータ1及び2(MAIN)、データ3及び4(SUB)が、夫々バッファ装置18、19に保持されることになる。
First, the
バッファ装置18、19に保持されたMAIN、SUBから、加算器22、23により夫々算出される平均の値は、下記式に示すとおり周波数成分の取り除かれたアナログ信号A1と同値となる。なお、ここではMAIN(データ1及び2)についての算出式を示したが、SUB(データ3及び4)についても同様となる。また、D1は、各時間(t1、t2)におけるアナログ信号A1とアナログ信号A2との差分値である。
サンプルデータ=(データ1+データ2)/2
=((アナログ信号A1+D1)+(アナログ信号A1−D1))/2
=アナログ信号A1
The average values calculated by the
Sample data = (Data 1 + Data 2) / 2
= ((Analog signal A1 + D1) + (analog signal A1-D1)) / 2
= Analog signal A1
続く比較器20では、加算器22、23により夫々算出された算出値が比較され、所定値以上の差異が検出された場合には、アラーム装置21を制御することで、当該アナログ信号A1の出力に係る信号入力部12、信号入力部13に異常が発生していることを外部に報知する。
In the
以上のように、本実施形態の信号処理装置100によれば、信号源11からのアナログ信号に周波数成分が重畳された場合であっても、当該周波数成分の半周期分の時間間隔毎にサンプリングデータを複数個取得し、その値の平均を算出することで、重畳された周波数成分を除去することができるため、サンプリングデータを精度よく取得することができる。また、周波数成分が除去されたサンプリングデータの値を比較することで、アナログ信号の出力に係る信号入力部12、信号入力部13の故障判定の精度を向上させることができる。
As described above, according to the
<第2の実施形態>
次に、上記した信号処理装置100の第2の実施形態を説明する。なお、上記した実施形態1と同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the
まず、本実施形態のタイミングコントローラ17の動作について説明する。
タイミングコントローラ17は、信号入力部12及び13から出力される出力信号の時系列的な切り換え順序が、その順序の前半部分と後半部分とで対称となるようマルチプレクサ14の切り換え動作を制御するとともに、当該マルチプレクサ14の切り換え動作に応じてマルチプレクサ16の切り換え動作を制御することで、その切り換え順序の前半部分と後半部分とにおいて対称関係にあるサンプリングデータが同一のバッファ装置に保持されるよう制御する。
First, the operation of the
The
ここで、「切り換え順序の前半部分と後半部分とで対称」とは、後半部分の切り換え順序が前半部分の順序と逆順であることを意味し、例えば、マルチプレクサ14が信号入力部12、信号入力部12、信号入力部13、信号入力部13の順序で前半部分の出力信号を各信号入力部から取得したとすると、後半部分は信号入力部13、信号入力部13、信号入力部12、信号入力部12となるよう出力信号の取得を制御することを意味する。なお、本実施形態では、アナログ信号に周波数成分が重畳されている場合、マルチプレクサ14の切り換えは当該周波数成分の半周期分の時間間隔T内において、同一の時間間隔TA毎に複数回行われるものとする。
Here, “symmetric between the first half and the second half of the switching order” means that the switching order of the second half is reverse to the order of the first half. For example, the
以下、本実施形態の信号処理装置100の動作について説明する。
図3は、信号源11から入力されたアナログ信号に、外乱信号として所定の周波数成分が重畳された信号の状態を示した図である。なお、図3において、波線で示したアナログ信号A1は、外乱信号が重畳されていない純粋なアナログ信号を示しており、実線で示したアナログ信号A2は、外乱信号が重畳されたアナログ信号を示している。
Hereinafter, the operation of the
FIG. 3 is a diagram showing a state of a signal in which a predetermined frequency component is superimposed on the analog signal input from the
まず、タイミングコントローラ17により、切り換え順序が前半部分と後半部分とで対称となるようマルチプレクサ14が制御され、A/D変換器15及びマルチプレクサ16を経た後、サンプルデータとして夫々バッファ装置18、19に保持されることになる。
First, the
ここで、タイミングコントローラ17により信号入力部12、信号入力部13、信号入力部13、信号入力部12となるようマルチプレクサ14が切り換えられたとし、信号入力部12からの出力信号に基づいて取得されるサンプルデータをMAIN、信号入力部13からの出力信号に基づいて取得されるサンプルデータをSUBとすると、MAIN1(データ1)、MAIN2(データ4)がバッファ装置18及び19のうち一方に保持されることになり、他方のバッファ装置にSUB1(データ2)、SUB2(データ3)が保持されることになる。
Here, it is assumed that the
図3に示したタイミング(t1〜t4)でマルチプレクサ14の切り換えが行われた場合、バッファ装置18、19に保持されたMAIN1、2、SUB1、2から、加算器22、23により夫々算出される平均の値(MAIN平均値又はSUB平均値)は、第1の実施形態と同様に周波数成分の取り除かれたアナログ信号A1と同値となる。
When the
この場合、比較器20により比較される加算器22、23からの算出値(MAIN平均値及びSUB平均値)は、下記式に示すとおり、信号入力部12及び13が正常な場合に一致するため、この算出値に基づいてアナログ信号A1の出力に係る信号入力部12、信号入力部13に異常が発生したか否かを判定することができる。
|MAIN平均値−SUB平均値|=0
In this case, the calculated values (MAIN average value and SUB average value) from the
| MAIN average value−SUB average value | = 0
また、上記の切り換え制御を行った場合においても、マルチプレクサ14の切り換えタイミングと、アナログ信号A2の周波数成分とは非同期であるため、その切り換えタイミングによってはアナログ信号A2から周波数成分を取り除くことができない場合がある。図4はこのような場合を示しており、MAIN平均値とSUB平均値との差が最大になる場合を示している。図4で示したタイミング(t1〜t4)でマルチプレクサ14の切り換えが行われた場合、加算器22及び23により算出されるMAIN平均値、SUB平均値は下記式に示すとおりである。
MAIN平均値=アナログ信号A1
SUB平均値=(データ2+データ3)/2=アナログ信号A1±D1
Even when the above switching control is performed, the switching timing of the
MAIN average value = analog signal A1
SUB average value = (
したがって、信号入力部12及び13の正常時において、比較器20により比較されるMAIN平均値とSUB平均値との差は、下記式のとおり「±D1」となる。
|MAIN平均値−SUB平均値|=±D1
Therefore, when the
MAIN average value−SUB average value | = ± D1
なお、上述した図10の従来の信号処理装置200においては、MAIN、SUBに相当するサンプリングデータを1つずつしか取得しないため、MAINとSUBの値は、下記式のように算出される。
MAIN=アナログ信号A1±D1
SUB=アナログ信号A1±D1
In the above-described conventional signal processing apparatus 200 of FIG. 10, only one sampling data corresponding to MAIN and SUB is acquired, so that the values of MAIN and SUB are calculated as follows.
MAIN = Analog signal A1 ± D1
SUB = Analog signal A1 ± D1
したがって、従来の信号処理装置200(図10参照)の動作では、MAINとSUBとの差の最大値は、下記式が示すとおり本実施形態の2倍の値となるため、本実施形態の信号処理装置100と比べ精度に欠ける結果となる。
|MAIN−SUB|=±D1×2
Therefore, in the operation of the conventional signal processing apparatus 200 (see FIG. 10), the maximum value of the difference between MAIN and SUB is twice the value of the present embodiment as shown in the following equation. The result is less accurate than the
| MAIN-SUB | = ± D1 × 2
このように、本実施形態の信号処理装置100によれば、信号源11からのアナログ信号に周波数成分が重畳された場合であっても、出力信号の時系列的な切り換え順序の前半部分と後半部分とで対称となるようマルチプレクサ14の切り換え制御するとともに、当該マルチプレクサ14の切り換え動作に応じてマルチプレクサ16の切り換え動作を制御する。これにより、アナログ信号に重畳された周波数成分の影響を抑えることが可能であるため、サンプリングデータを精度よく取得することができる。また、周波数成分による影響を抑えたサンプリングデータの値を比較するため、アナログ信号の出力に係る信号入力部12、信号入力部13の故障判定の精度を向上させることができる。
As described above, according to the
なお、本実施形態の信号処理装置100は、図3、4で示した所定の周波数成分が重畳されたアナログ信号に適用可能なのみならず、時間経過に伴って直線的に変化するアナログ信号や時間経過に伴って曲線的に変化するアナログ信号にも有効に適用することができる。以下、図5、6を参照して、時間経過に伴って直線的又は曲線的に変化するアナログ信号に適用した場合の動作を説明する。
The
図5は、信号源11から入力されたアナログ信号が、時間経過に伴って直線的に変化(増加)する場合を例示した図である。ここで、タイミングコントローラ17により信号入力部12、信号入力部13、信号入力部13、信号入力部12となるようマルチプレクサ14が切り換えられたとし、信号入力部12からの出力信号に基づいて取得されるサンプルデータをMAIN、信号入力部13からの出力信号に基づいて取得されるサンプルデータをSUBとすると、MAIN1(データ1)、MAIN2(データ4)がバッファ装置18及び19のうち一方に保持されることになり、他方のバッファ装置にSUB1(データ2)、SUB2(データ3)が保持されることになる。
FIG. 5 is a diagram illustrating a case where the analog signal input from the
この場合、加算器22及び23により算出されるMAIN平均値及びSUB平均値の値は、下記式に示すとおりである。
MAIN平均値=(データ1+データ4)/2
=(データ1+(データ1+D1+D2+D3))/2
=データ1+(D1+D2+D3)/2
SUB平均値=(データ2+データ3)/2
=((データ1+D1)+(データ1+D1+D2))/2
データ1+(D1+D1+D2)/2
In this case, the MAIN average value and the SUB average value calculated by the
MAIN average value = (data 1 + data 4) / 2
= (Data 1+ (Data 1 + D1 + D2 + D3)) / 2
= Data 1+ (D1 + D2 + D3) / 2
SUB average value = (
= ((Data 1 + D1) + (Data 1 + D1 + D2)) / 2
Data 1+ (D1 + D1 + D2) / 2
なお、信号源11からのアナログ信号が時間経過に伴って直線的に変化する場合には、その変化率であるD1、D2、D3は、D1=D2=D3となる。そのため、信号入力部12及び13の正常時において、比較器20で比較されるMAIN平均値とSUB平均値との差は「0」となる。
When the analog signal from the
このように、信号源11から入力されたアナログ信号が、時間経過に伴って直線的に変化するような場合であっても、その時間経過に伴う変化量を取り除いたサンプリングデータを取得することができるため、サンプリングデータを精度よく取得することができる。また、時間経過に伴う変化量を取り除いたサンプリングデータの値を比較するため、アナログ信号の出力に係る信号入力部12、信号入力部13の故障判定の精度を向上させることができる。
Thus, even if the analog signal input from the
図6は、信号源11から入力されたアナログ信号が、時間経過に伴って曲線的に変化(増加)する場合を例示した図である。ここで、タイミングコントローラ17により信号入力部12、信号入力部13、信号入力部13、信号入力部12となるようマルチプレクサ14が切り換えられたとし、信号入力部12からの出力信号に基づいて取得されるサンプルデータをMAIN、信号入力部13からの出力信号に基づいて取得されるサンプルデータをSUBとすると、MAIN1(データ1)、MAIN2(データ4)がバッファ装置18及び19のうち一方に保持されることになり、他方のバッファ装置にSUB1(データ2)、SUB2(データ3)が保持されることになる。
FIG. 6 is a diagram illustrating a case where the analog signal input from the
この場合、加算器22及び23により算出されるMAIN平均値及びSUB平均値の値は、下記式に示すとおりである。
MAIN平均値=(データ1+データ4)/2
=(データ1+(データ1+D1+D2+D3))/2
=データ1+(D1+D2+D3)/2
SUB平均値=(データ2+データ3)/2
=((データ1+D1)+(データ1+D1+D2))/2
=データ1+(D1+D1+D2)/2
In this case, the MAIN average value and the SUB average value calculated by the
MAIN average value = (data 1 + data 4) / 2
= (Data 1+ (Data 1 + D1 + D2 + D3)) / 2
= Data 1+ (D1 + D2 + D3) / 2
SUB average value = (
= ((Data 1 + D1) + (Data 1 + D1 + D2)) / 2
= Data 1+ (D1 + D1 + D2) / 2
信号入力部12及び13の正常時において、比較器20で比較されるMAIN平均値とSUB平均値との差は、下記式のとおり「|(D1−D3)/2|」となる。
|MAIN平均値−SUB平均値|=|(データ1+(D1+D2+D3)/2)
−(データ1+(D1+D1+D2)/2)|
=|(D1−D3)/2|
When the
| MAIN average value−SUB average value | = | (data 1+ (D1 + D2 + D3) / 2)
− (Data 1+ (D1 + D1 + D2) / 2) |
= | (D1-D3) / 2 |
ここで、データ1〜4を取得する時間、即ち、マルチプレクサ14の切り換えタイミングが、アナログ信号の変化する時間に比べて十分に短いときには、図6に示したアナログ信号の変化率は、図5に示したような直線的な変化率と近似的することができるため、その変化率D1、D2、D3は、D1≒D2≒D3と考えることができる。この場合、信号入力部12及び13の正常時において、比較器20で比較されるMAIN平均値とSUB平均値との差は「0」となる。
Here, when the time for acquiring the data 1 to 4, that is, the switching timing of the
このように、信号源11から入力されたアナログ信号が、時間経過に伴って曲線的に変化するような場合であっても、その時間経過に伴う変化量を取り除いたサンプリングデータを取得することができるため、サンプリングデータを精度よく取得することができる。また、時間経過に伴う変化量を取り除いたサンプリングデータの値を比較するため、アナログ信号の出力に係る信号入力部12、信号入力部13の故障判定の精度を向上させることができる。
Thus, even if the analog signal input from the
なお、本実施形態では、信号入力部12及び13を、信号入力部12、信号入力部13、信号入力部13、信号入力部12の順序で切り換えることとしたが、その切り換え回数や順序はこれに限らず、例えば、信号入力部12、信号入力部12、信号入力部13、信号入力部13、信号入力部13、信号入力部13、信号入力部12、信号入力部12の順序で切り換える態様としてもよく、また、信号入力部12、信号入力部12、信号入力部13、信号入力部13、信号入力部12、信号入力部12の順序や信号入力部12、信号入力部13、信号入力部12の順序で切り換える態様としてもよい。
In this embodiment, the
また、本実施形態では、マルチプレクサ14を一定の時間間隔で切り換える態様としたが、これに限らず、その切り換え時間の時間間隔が、切り換え順序の前半部分と後半部分とで対称となるよう切り換えた場合には、上記同様の効果を得ることができる。例えば、信号入力部12、信号入力部13、信号入力部13、信号入力部12の順序で切り換えた場合、前半部分の信号入力部12から信号入力部13までの時間間隔と、後半部分の信号入力部13から信号入力部12までの時間間隔が等しければ、中間部分の信号入力部13から信号入力部13までの時間間隔は問わないものとする。
In this embodiment, the
上記の条件における信号処理装置100の動作を、図7、8を参照して説明する。
図7は、信号源11から入力されたアナログ信号が、時間経過に伴って直線的に変化(増加)する場合を例示した図である。
The operation of the
FIG. 7 is a diagram illustrating a case where the analog signal input from the
ここで、タイミングコントローラ17により信号入力部12、信号入力部13、信号入力部13、信号入力部12となるようマルチプレクサ14が切り換えられたとし、信号入力部12からの出力信号に基づいて取得されるサンプルデータをMAIN、信号入力部13からの出力信号に基づいて取得されるサンプルデータをSUBとすると、MAIN1(データ1)、MAIN2(データ4)がバッファ装置18及び19のうち一方に保持されることになり、他方のバッファ装置にSUB1(データ2)、SUB2(データ3)が保持されることになる。なお、ここでデータ1〜4の取得に係るマルチプレクサ14の切り換えタイミングは、その切り換え順序の前半部分と後半部分とで対称となるようタイミングコントローラ17により制御されているものとし、t1〜t2及びt3〜t4の時間間隔がTA、t2〜t3の時間間隔がTB(TA≠TB)であるとする。
Here, it is assumed that the
この場合、t1〜t2とt3〜t4とにおける変化率は等しく、増分値D1とD3は等しくなることから、加算器22及び23により算出されるMAIN平均値及びSUB平均値の値は、下記式に示すとおりとなる。
MAIN平均値=(データ1+データ4)/2
=(データ1+(データ1+D1+D2+D3))/2
=データ1+D1+D2/2
SUB平均値=(データ2+データ3)/2
=((データ1+D1)+(データ1+D1+D2))/2
=データ1+D1+D2/2
In this case, the rate of change at t1 to t2 and t3 to t4 are equal, and the increment values D1 and D3 are equal. Therefore, the values of the MAIN average value and the SUB average value calculated by the
MAIN average value = (data 1 + data 4) / 2
= (Data 1+ (Data 1 + D1 + D2 + D3)) / 2
= Data 1 + D1 + D2 / 2
SUB average value = (
= ((Data 1 + D1) + (Data 1 + D1 + D2)) / 2
= Data 1 + D1 + D2 / 2
したがって、信号入力部12及び13の正常時において、比較器20により比較されるMAIN平均値とSUB平均値との差は、下記式のとおり「0」となる。
Therefore, when the
また、図8に示すように、アナログ信号A1に所定の周波数成分が重畳されたアナログ信号A2が入力されるような場合であっても、マルチプレクサ14の切り換えタイミングをt1〜t2とt3〜t4との時間間隔が等しくなるよう制御することにより、上記と同様、信号入力部12及び13の正常時において、比較器20により比較されるMAIN平均値とSUB平均値との差を、−D1≦0≦D1とすることができる。
Further, as shown in FIG. 8, even when the analog signal A2 in which a predetermined frequency component is superimposed on the analog signal A1 is input, the switching timing of the
このように、MAIN平均値=SUB平均値となるため、本実施形態の効果と同様、サンプリングデータを精度よく取得することができる。 Thus, since the MAIN average value = SUB average value, the sampling data can be obtained with high accuracy as in the effect of the present embodiment.
なお、本実施形態では、信号入力部を2つ備えた信号処理装置100を例示したが、信号入力部の数量はこれに限らず、複数個であればその数は問わないものとする。この場合、信号入力部と同数のバッファ装置及び比較器を備えるものとし、第1マルチプレクサの切り換え動作に応じて前記第2切換工程の切り換え動作が制御されることで、その切り換え順序の前半部分と後半部分とにおいて対称関係にあるサンプリングデータが同一のバッファ装置に保持されるよう制御されるものとする。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、アナログ信号に周波数成分が重畳されている場合、当該周波数成分の半周期分の時間間隔内に第1マルチプレクサの切り換え動作を複数回制御することで、複数のサンプリングデータを取得する態様としたが、これに限らず、例えば、図2に示したように、周波数成分の半周期分の時間間隔毎にサンプリングデータを取得する態様としてもよい。 Further, in this embodiment, when a frequency component is superimposed on an analog signal, a plurality of sampling data can be obtained by controlling the switching operation of the first multiplexer a plurality of times within a time interval corresponding to a half cycle of the frequency component. However, the present invention is not limited to this. For example, as illustrated in FIG. 2, the sampling data may be acquired every time interval corresponding to a half cycle of the frequency component.
上記実施形態における信号処理装置100の細部構成および詳細動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
The detailed configuration and detailed operation of the
例えば、上記実施形態では、加算器22及び23は、バッファ装置18及び19に夫々保持された複数のサンプリングデータの平均を夫々算出することとしたが、これに限らず、複数のサンプリングデータの総和を夫々算出する態様としてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the
また、上記実施形態では、マルチプレクサ16、タイミングコントローラ17、バッファ装置18及び19、加算器22及び23、比較器20を、個別に備える構成としたが、これに限らず、上記各機能部の機能をCPU(Central Processing Unit)やROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access memory)等を備えたプロセッサにより実現させる態様としてもよい。
In the above embodiment, the
図9は、上記プロセッサ30を備えた信号処理装置100の構成例を示した図である。ここで、マルチプレクサ14a、マルチプレクサ14bは、複数の入力チャネル(1ch、2ch…Nch)を備え、各入力チャネルには図中Bと同様の構成が夫々接続されているものとする。マルチプレクサ14a、マルチプレクサ14bは、プロセッサ30の制御の下、各入力チャネルを選択的に切り換え、これら各入力チャネルを介して入力される信号入力部としての抵抗器121及び131からの出力信号を夫々取得した後、マルチプレクサ14cへと出力する。
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of the
マルチプレクサ14cは、プロセッサ30の制御の下、マルチプレクサ14a、マルチプレクサ14bからの出力信号を選択的に切り換えて取得した後、A/D変換器15に出力する。
The
A/D変換器15は、マルチプレクサ14cからの出力信号をデジタル信号に変換した後、サンプリングデータとしてプロセッサ30へと出力する。
The A /
プロセッサ30は、図示しないROMに記憶された所定のプログラムとの協働により、上述したマルチプレクサ16、タイミングコントローラ17、バッファ装置18及び19、加算器22及び23、比較器20としての機能を実現させる。なお、バッファ装置18及び19としての機能は図示しないRAMの記憶領域を用いて実現されるものとする。
The
プロセッサ30は、A/D変換器15から複数のサンプリングデータを取得すると、マルチプレクサ14a及びマルチプレクサ14bの各系統毎に上記形態と同様サンプリングデータの平均を算出し、これら算出値を比較する。そして、これら算出値が一致しなかった場合又は当該算出値の差が所定の閾値を超えた場合に、アラーム装置21を制御して報知するようになっている。この構成により、上記実施形態と同様の効果を奏することが可能となる。
When acquiring a plurality of sampling data from the A /
100 信号処理装置
11 信号源
12 信号入力部
121 抵抗器
13 信号入力部
131 抵抗器
14 マルチプレクサ
14a マルチプレクサ
14b マルチプレクサ
14c マルチプレクサ
15 A/D変換器
16 マルチプレクサ
17 タイミングコントローラ
18 バッファ装置
19 バッファ装置
20 比較器
21 アラーム装置
22 加算器
23 加算器
30 プロセッサ
200 信号処理装置
100
Claims (8)
前記複数の信号入力部から夫々出力された複数の出力信号の何れか一つを選択的に切り換えて出力する第1マルチプレクサと、
前記第1マルチプレクサから出力された出力信号をデジタル信号に変換し、サンプリングデータとして出力するA/D変換器と、
前記サンプリングデータを、当該サンプリングデータの出力先となる前記信号入力部と同数の出力端の何れか一つに選択的に切り換えて出力する第2マルチプレクサと、
前記複数の出力端の夫々に接続され、前記第2マルチプレクサから出力されたサンプリングデータを夫々保持する複数のバッファ装置と、
前記複数のバッファ装置に夫々保持された複数のサンプリングデータの総和又は平均を夫々算出する複数の加算器と、
前記算出された夫々の値を比較する比較器と、
前記出力信号の時系列的な切り換え順序が、その順序の前半部分と後半部分とで対称となるよう前記第1マルチプレクサの切り換え動作を複数回制御するとともに、当該第1マルチプレクサの切り換え動作に応じて前記第2マルチプレクサの切り換え動作を制御するタイミングコントローラと、
を備えたことを特徴とする信号処理装置。 A plurality of signal input units to which analog signals output from one signal source are respectively input;
A first multiplexer that selectively switches and outputs any one of a plurality of output signals respectively output from the plurality of signal input units;
An A / D converter that converts an output signal output from the first multiplexer into a digital signal and outputs the signal as sampling data;
A second multiplexer for selectively switching and outputting the sampling data to any one of the same number of output terminals as the signal input unit to which the sampling data is output;
A plurality of buffer devices connected to each of the plurality of output terminals and respectively holding sampling data output from the second multiplexer;
A plurality of adders for respectively calculating a sum or average of a plurality of sampling data respectively held in the plurality of buffer devices;
A comparator for comparing the calculated values;
The switching operation of the first multiplexer is controlled a plurality of times so that the time-series switching order of the output signals is symmetric between the first half and the second half of the order, and according to the switching operation of the first multiplexer. A timing controller for controlling the switching operation of the second multiplexer;
A signal processing apparatus comprising:
前記比較器は、当該比較器による比較結果に基づいて前記報知手段により報知させることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の信号処理装置。 Further comprising a notification means,
The signal processing apparatus according to claim 1, wherein the comparator causes the notifying unit to notify based on a comparison result by the comparator.
前記複数の信号入力部から夫々出力された複数の出力信号のうち何れか一つを選択的に切り換えて出力する第1切換工程と、
前記第1切換工程で出力された出力信号をデジタル信号に変換し、サンプリングデータとして出力するA/D変換工程と、
前記サンプリングデータを、当該サンプリングデータの出力先となる前記信号入力部と同数の出力端の何れか一つに選択的に切り換えて出力する第2切換工程と、
前記複数の出力端の夫々に接続された複数のバッファ装置に、前記出力された複数のサンプリングデータを夫々保持する保持工程と、
前記複数のバッファ装置に夫々保持された複数のサンプリングデータの総和又は平均を夫々算出する算出工程と、
前記算出された夫々の値を比較する比較工程と、
前記出力信号の時系列的な切り換え順序が、その順序の前半部分と後半部分とで対称となるよう前記第1切換工程の切り換え動作を複数回制御するとともに、当該第1マルチプレクサの切り換え動作に応じて前記第2切換工程の切り換え動作を制御するタイミング制御工程と、
を含むことを特徴とする信号処理方法。 An input step of inputting an analog signal output from one signal source to each of a plurality of signal input units;
A first switching step of selectively switching and outputting any one of a plurality of output signals respectively output from the plurality of signal input units;
An A / D conversion step of converting the output signal output in the first switching step into a digital signal and outputting it as sampling data;
A second switching step of selectively switching and outputting the sampling data to any one of the same number of output terminals as the signal input unit to which the sampling data is output;
A holding step of holding the plurality of output sampling data in a plurality of buffer devices respectively connected to the plurality of output ends;
A calculation step of calculating a total or average of a plurality of sampling data respectively held in the plurality of buffer devices;
A comparison step of comparing the calculated values;
The switching operation of the first switching step is controlled a plurality of times so that the time-series switching order of the output signals is symmetric between the first half and the second half of the order, and according to the switching operation of the first multiplexer. A timing control step for controlling the switching operation of the second switching step;
A signal processing method comprising:
前記比較工程は、当該比較工程による比較結果に基づいて前記報知工程により報知させることを特徴とする請求項5〜7の何れか一項に記載の信号処理方法。 Further comprising a notification step,
The signal processing method according to any one of claims 5 to 7, wherein the comparison step is caused to notify the notification step based on a comparison result of the comparison step.
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