JP4871458B2 - データ変換装置及びテレメータ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定器から出力されたアナログデータをデジタルデータに変換してデータ信号として出力するデータ変換装置、及びそれを用いたテレメータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
測定地点に設置されている測定器で測定を行うことによって取得された測定データを遠隔から収集するシステムとして、テレメータシステムが用いられる。テレメータシステムでは、測定データを送信する子局装置として、測定器から出力されたデータに対して必要なデータ処理を行うとともに、所定の送信先（例えば親局装置）へと送信するテレメータ装置が各測定地点に設置される。
【０００３】
例えば、測定地点の環境に関する測定データを収集するための環境テレメータシステムでは、測定地点に設置された各種の測定器によって、風向、風速、温度等を測定する気象観測測定や、大気中にある化学物質、粉塵、粒子状物質等を測定する大気汚染物質測定などが行われる。そして、各測定器からのデータは、その測定地点に子局装置として設置された環境テレメータ装置に入力されてデータ処理され、環境データとして遠隔にある親局装置へと送信される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
環境テレメータ装置などのテレメータ装置でのデータ処理及び送信の対象となる測定器からのデータは、測定器の種類及び構成により、アナログデータまたはデジタルデータとして入力される。これに対して、データがアナログデータである場合には、入力されたアナログデータは、テレメータ装置においてデジタルデータにＡ／Ｄ変換され、その後にデータ処理及び送信が行われる。
【０００５】
ここで、テレメータ装置における上記したアナログデータのＡ／Ｄ変換においては、テレメータ装置内で生じるノイズのデータへの影響が問題となる。すなわち、テレメータ装置に接続される各種のセンサなどの測定器としては、アナログデータの電圧信号を絶縁して送るもの、あるいは、絶縁せずに送るものがある。このとき、例えば非絶縁の複数の測定器をテレメータ装置にそのまま接続すると、電源の回り込みや漏電、アナログ信号同士の干渉などから、それぞれの測定器からのデータに対するノイズが増大する可能性がある。
【０００６】
測定データに対するこのようなノイズの影響を抑制するため、テレメータ装置においては、測定器からのデータを入力する入力端子部、及びデータがアナログデータであった場合にＡ／Ｄ変換を行うデータ変換部などのデータ入力側の回路部分を、データ出力側の他の回路部分から絶縁することによって、データの精度を保持する構成が用いられる。
【０００７】
図４は、従来のテレメータ装置に用いられているデータ変換装置の構成を示すブロック図である。本構成例は、測定器からのアナログデータとして複数個のアナログデータが入力される場合の構成例を示している。このデータ変換装置６は、データ入力側であってそれぞれのアナログデータをデジタルデータに変換する複数のデータ変換部６０1、６０2、…と、データ出力側である入出力制御部７０1、７０2、…とを備えている。
【０００８】
それぞれの入出力制御部７０i（ｉ＝１、２、…）には、対応するデータ変換部６０iに設置されているＡ／Ｄ変換器８０iに対して制御信号、データ信号、及びクロック信号を入力または出力する制御信号入力部７１i、データ出力部７２i、及びクロック信号供給部７３iが設けられている。そして、これらの制御信号入力部７１i、データ出力部７２i、及びクロック信号供給部７３iと、Ａ／Ｄ変換器８０iとの間は、それぞれフォトカプラ９１i、９２i、及び９３iによって絶縁されている。また、それぞれのデータ変換部６０iに対して、ＤＣ／ＤＣ電源である絶縁電源９５iが設けられている。
【０００９】
図４に示したように、従来のテレメータ装置でのデータ変換装置においては、データ入力側のＡ／Ｄ変換器へのデータ出力側からの各信号の入出力について、それぞれ高速フォトカプラによって絶縁しつつ信号の伝送を行っている。しかしながら、高速フォトカプラは高価であり、したがって、このような絶縁構成では、データ変換装置及びそれを含むテレメータ装置のコストが増大してしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、装置内で生じるノイズの測定データへの影響を抑制するためのデータ入力側とデータ出力側との絶縁を低コストな絶縁構成によって行うことが可能なデータ変換装置、及びそれを用いたテレメータ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明によるデータ変換装置は、（１）測定器からのデータであるアナログデータを入力してデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器を有し、変換されたデジタルデータをデータ信号として出力するデータ変換手段と、（２）Ａ／Ｄ変換器を動作させるクロック信号を供給するクロック信号供給手段を有し、データ信号及びクロック信号を含む各信号のデータ変換手段に対する入出力を制御する入出力制御手段とを備え、（３）データ変換手段は、クロック信号供給手段から供給されるクロック信号をＡ／Ｄ変換器へと伝送させるとともに、クロック信号供給手段とＡ／Ｄ変換器とを絶縁する高周波トランスと、Ａ／Ｄ変換器を含む各回路要素に直流電圧を供給するとともに、入出力制御手段から絶縁された絶縁電源部とを有し、絶縁電源部は、クロック信号供給手段から高周波トランスを伝送して供給されたクロック信号を、直流電圧を生成させる電圧信号として用いることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明によるテレメータ装置は、（ａ）測定器からのデータであるアナログデータを入力するデータ入力手段と、（ｂ）データ入力手段から入力されたアナログデータをデジタルデータに変換して、データ信号として出力する上記したデータ変換装置と、（ｃ）データ変換装置からのデータ信号に基づいて生成された測定データを所定の送信先へと送信するデータ送信手段と、（ｄ）データ変換装置及びデータ送信手段の動作を制御するとともに、データ信号に基づいて測定データを生成する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
上記したデータ変換装置及びテレメータ装置においては、データ変換手段に設けられたＡ／Ｄ変換器に対して、入出力制御手段に設けられたクロック信号供給手段からクロック信号を供給している。そして、このクロック信号の供給を、高周波トランスを介して行うことによって、データ入力側のＡ／Ｄ変換器とデータ出力側のクロック信号供給手段とを絶縁している。
【００１４】
これにより、クロック信号の入力に対して高価な高速フォトカプラが不要となる。したがって、データ入力側とデータ出力側との絶縁を低コストな絶縁構成によって行って、装置内で生じるノイズの測定データへの影響を効率的に抑制することが可能なデータ変換装置、及びそれを用いたテレメータ装置が実現される。また、高周波トランスを用いることにより、装置をコンパクトにすることができる。
【００１５】
また、データ変換手段は、Ａ／Ｄ変換器を含む各回路要素に直流電圧を供給するとともに、入出力制御手段から絶縁された絶縁電源部を有し、絶縁電源部は、クロック信号供給手段から高周波トランスを伝送して供給されたクロック信号を、直流電圧を生成させる電圧信号として用いている。
【００１６】
このように、Ａ／Ｄ変換器へと供給されるクロック信号を、絶縁電圧を生成するための電圧信号に利用して絶縁電源部を構成することにより、汎用の絶縁電源が不要となる。これにより、データ変換装置をさらに低コストとすることができる。また、絶縁電源を動作させるための独立したクロック信号に起因するノイズの発生も抑制される。
【００１７】
また、データ変換手段として、複数の測定器からのアナログデータのそれぞれに対応して設けられた複数のデータ変換手段を備え、複数のデータ変換手段のそれぞれは、単一のクロック信号供給手段から供給されるクロック信号を互いに共用することを特徴とする。
【００１８】
これにより、複数のデータ変換手段にそれぞれ設けられたＡ／Ｄ変換器に対して、単一のクロック信号供給手段からクロック信号を供給することができるので、クロック信号供給手段の個数が極力低減される。したがって、データ変換装置の小型化、構造の簡単化、及び低コスト化が可能となる。
【００１９】
また、このような構成において、上記のようにクロック信号を絶縁電源部への電圧信号としても利用することとすれば、各絶縁電源部が独立したクロック信号によって動作することに起因するノイズ、例えば各クロック信号同士でのクロックのずれによって生じるビートによるノイズの発生を抑制することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明によるデータ変換装置、及びそれを用いたテレメータ装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２１】
図１は、本発明によるテレメータ装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。このテレメータ装置Ｔは、各測定地点に設置されている測定器で測定を行うことによって取得された測定データを遠隔から収集するテレメータシステムにおいて、測定器から出力されたデータを収集して必要なデータ処理及び送信を行う子局装置として用いられるものである。
【００２２】
本実施形態によるテレメータ装置Ｔは、入出力部Ａと、通信部Ｂと、制御部Ｃと、電源部Ｄとを備えている。入出力部Ａは、測定器から出力されたデータを入力し、所定のデータ処理を行ってデータ信号として出力するものであり、入力端子部Ａ１、データ変換装置１、及び表示部Ａ２を有して構成されている。
【００２３】
入力端子部Ａ１は、測定器からのデータを入力するデータ入力手段である。この入力端子部Ａ１には、各測定器からのデータが伝送される配線を接続するための１または複数の入力端子を含む端子パネルと、この入力端子を介して測定器からのデータを入力するための入力用インターフェース（Ｉ／Ｆ）とが設けられている。
【００２４】
データ変換装置１は、入力端子部Ａ１から入力されたアナログデータをデジタルデータに変換して、データ信号として出力するものである。このデータ変換装置１には、アナログデータのデジタルデータへの変換を行うデータ変換部１０と、データ変換部１０に対する各信号の入出力を制御する入出力制御部２０とが設けられている。
【００２５】
測定器から入力端子部Ａ１を介して入力されたデータがアナログデータである場合には、そのアナログデータは、データ変換部１０に入力されてデジタルデータに変換された後、入出力制御部２０へと送られる。一方、入力されたデータがデジタルデータである場合には、そのデジタルデータは、入力端子部Ａ１から直接に入出力制御部２０へと送られる。
【００２６】
入出力制御部２０は、入力端子部Ａ１及びデータ変換部１０など、入出力部Ａに含まれる各部の動作を制御する。また、入出力制御部２０は、入力端子部Ａ１からデータ変換部１０を介して、または入力端子部Ａ１から直接に入力されたデジタルデータのデータ信号を処理して、シリアル信号として出力する。
【００２７】
また、表示部Ａ２は、ＬＥＤなどの表示手段からなり、入出力制御部２０からの情報に基づいて、入出力部Ａの動作状態（例えば入出力動作のＯＮ／ＯＦＦ）についての表示を行う。
【００２８】
通信部Ｂは、このテレメータ装置Ｔの外部にある通信先の装置との間で、デジタル回線などの通信手段を介してデータ通信を行うための通信用Ｉ／Ｆであり、接続される通信手段に応じたＩ／Ｆ（例えばターミナルアダプタ）が用いられる。この通信部Ｂは、入出力部Ａのデータ変換装置１からのデータ信号に基づいて生成された測定データを所定の通信先へと送信するデータ送信手段としての機能と、通信先からのデータを受信するデータ受信手段としての機能を有する。通信先としては、例えば、子局装置であるテレメータ装置Ｔからの測定データを遠隔から収集する親局装置などがある。
【００２９】
制御部Ｃは、データ変換装置１を含む入出力部Ａ、及び通信部Ｂなど、テレメータ装置Ｔに含まれる各部の動作を制御する制御手段である。この制御部Ｃは、ＣＰＵ、メモリ、各種のＩ／Ｆなどのハードウェアと、制御処理の実行に必要なプログラムなどのソフトウェアとを有して構成されている。
【００３０】
具体的な構成例としては、制御部Ｃは、入出力部Ａの入出力制御部２０からシリアル信号として出力されたデータ信号を入力する入力部（Ｉ／Ｆに対応）と、入力されたデータ信号に基づいて測定データを生成するデータ処理を行うデータ処理部（ＣＰＵ及びソフトウェアに対応）と、入力されたデータまたはデータ処理された測定データを蓄積する記憶部（メモリに対応）と、測定データを通信部Ｂへと出力する出力部（Ｉ／Ｆに対応）とを有する構成がある。
【００３１】
このような構成により、制御部Ｃは、測定器から入出力部Ａを介して入力されたデータを蓄積するとともに、それらのデータに対して測定対象となっている物理量を算出するための演算処理などの必要なデータ処理を行って、測定データを生成する。そして、生成された測定データを、通信部Ｂを介して親局装置などの送信先へと送信する。
【００３２】
電源部Ｄは、入出力部Ａ、通信部Ｂ、及び制御部Ｃを含むテレメータ装置Ｔの各部に必要な電源電圧を供給する電源である。この電源部Ｄは、例えば、商用ＡＣ電源を入力し、テレメータ装置Ｔの各部が必要とする直流電圧（例えば５Ｖ）を生成して出力するＤＣ電源供給部と、ＡＣラインからのノイズの進入を防止するノイズフィルタ部とを有して構成される。
【００３３】
図２は、図１に示したテレメータ装置に用いられる、本発明によるデータ変換装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態においては、測定器からのアナログデータとして、１個の測定器からのアナログデータが入力される場合の構成例を示している。このデータ変換装置１は、図１に示したように、データ変換部１０と、入出力制御部２０とを備えている。
【００３４】
データ変換部１０は、測定器からのデータがアナログデータである場合に、後段の入出力制御部２０等によるデータ処理が可能なデジタルデータに変換するデータ変換手段である。このデータ変換部１０には、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器３０と、信号絶縁部４０と、絶縁電源部５０とが設けられている。
【００３５】
本実施形態においては、データのＡ／Ｄ変換を行う素子として、逐次比較レジスタ方式のＡ／Ｄ変換器３０を用いている。逐次比較レジスタ方式のＡ／Ｄ変換器３０は、その動作のため、Ａ／Ｄ変換動作を外部から制御する外部制御信号、データ変換及びデータ転送を行うためのクロック信号、単一電源、及び基準電圧を必要とする。
【００３６】
図２に示した構成においては、Ａ／Ｄ変換器３０に対して、その正端子に測定器からのデータであるアナログデータが入力されている。また、その負端子に基準電圧が入力されている。また、Ａ／Ｄ変換動作を実行するため、上記した外部からの制御信号及びクロック信号が入力されている。以上の構成により、Ａ／Ｄ変換器３０は、入力端子部Ａ１を介して正端子に入力された測定器からのアナログデータをデジタルデータに変換し、データ信号として出力する。
【００３７】
なお、入力端子部Ａ１とデータ変換装置１のＡ／Ｄ変換器３０との間には、必要に応じて、アナログデータに所定の処理を行うためのアナログ回路が設けられる。このようなアナログ回路としては、例えば、測定器からのアナログデータを増幅するアンプ回路などがある。
【００３８】
このＡ／Ｄ変換器３０に対して、データ変換装置１内のデータ出力側に、入出力制御部２０が設置されている。入出力制御部２０は、制御信号及びクロック信号のデータ変換部１０への入力と、データ信号のデータ変換部１０からの出力とを含めて、各信号のデータ変換部１０に対する入出力を制御する入出力制御手段である。
【００３９】
入出力制御部２０には、制御信号入力部２１、データ出力部２２、及び発振回路２３が設けられている。制御信号入力部２１は、Ａ／Ｄ変換器３０によるＡ／Ｄ変換動作を外部から制御するための制御信号のデータ変換部１０への入力を行う。また、データ出力部２２は、データ変換部１０で変換されたデジタルデータのデータ信号の出力を行う。また、発振回路２３は、Ａ／Ｄ変換器３０を動作させるクロック信号を供給するクロック信号供給手段である。
【００４０】
この入出力制御部２０は、例えば、ＣＰＵ、パルス入力部、及びアナログ入力部などを有して構成される。ここで、パルス入力部は、パルス電圧信号（デジタル電圧信号）の入力及び処理を行うものである。また、アナログ入力部は、アナログ電圧信号を入力し、データ変換部１０にフィードバックしてシリアルのデジタル信号を入力及び処理するものである。
【００４１】
入出力制御部２０とＡ／Ｄ変換器３０とは、信号絶縁部４０によって互いに絶縁される。信号絶縁部４０には、両者の絶縁を実現する絶縁構成として、高速フォトカプラ４１、４２、及びトランス（高周波トランス）４３が設けられている。これらのフォトカプラ４１、４２、及びトランス４３は、データ変換装置１におけるデータ入力側の回路部分であるデータ変換部１０内の回路と、データ出力側の回路部分である入出力制御部２０内の回路とを電気的に絶縁しつつ、各信号が伝送可能なように対応する回路同士を接続する。
【００４２】
すなわち、フォトカプラ４１は、制御信号入力部２１からの制御信号をＡ／Ｄ変換器３０へと伝送させるとともに、制御信号入力部２１とＡ／Ｄ変換器３０とを絶縁する。また、フォトカプラ４２は、Ａ／Ｄ変換器３０から出力されたデジタルデータのデータ信号をデータ出力部２２へと伝送させるとともに、Ａ／Ｄ変換器３０とデータ出力部２２とを絶縁する。また、高周波トランス４３は、発振回路２３から供給されたクロック信号をＡ／Ｄ変換器３０へと伝送させるとともに、発振回路２３とＡ／Ｄ変換器３０とを絶縁する。
【００４３】
データ変換装置１の各回路要素の動作に必要な直流電圧、例えばＡ／Ｄ変換器３０への基準電圧や他のアナログ回路への直流電圧などは、絶縁電源部５０によって供給される。この絶縁電源部５０は、Ａ／Ｄ変換器３０と同様に、入出力制御部２０から絶縁されている。
【００４４】
絶縁電源部５０には、高周波トランス４３、整流素子５１、及びレギュレータ素子５２が設けられている。このうち、高周波トランス４３は、Ａ／Ｄ変換器３０に対する信号絶縁部４０との共用になっている。すなわち、本実施形態における絶縁電源部５０は、クロック信号供給手段である発振回路２３から高周波トランス４３を伝送して供給されたＡ／Ｄ変換器３０へのクロック信号を、直流電圧を生成させる電圧信号として用いている。
【００４５】
発振回路２３からトランス４３を介して入力されたクロック信号は整流素子５１に入力されて、整流素子５１によって直流電圧が生成される。そして、生成された直流電圧は、電圧安定化部を構成しているレギュレータ素子５２によって安定化された後、入出力制御部２０から絶縁された絶縁電圧として各回路要素へと供給される。
【００４６】
本実施形態によるデータ変換装置１、及びそれを備えるテレメータ装置Ｔにおいては、データ変換部１０に設けられたＡ／Ｄ変換器３０に対して、入出力制御部２０に設けられた発振回路２３からクロック信号を供給している。そして、このクロック信号の供給を、高周波トランス４３を介して行うことによって、測定器からのデータに対してデータ入力側のＡ／Ｄ変換器３０と、データ出力側の発振回路２３とを絶縁している。
【００４７】
これにより、クロック信号の入力に対する絶縁構成において、高価な高速フォトカプラが不要となる。したがって、データ入力側とデータ出力側との絶縁を低コストな絶縁構成によって行って、装置内で生じるノイズの測定データへの影響を効率的に抑制することが可能なデータ変換装置１、及びそれを用いたテレメータ装置Ｔが実現される。また、高周波トランス４３を用いることにより、装置をコンパクトにすることができる。
【００４８】
また、データ変換部１０に含まれるＡ／Ｄ変換器３０などの各回路要素に必要な直流電圧を供給する絶縁電源として、上記した高周波トランス４３を含む絶縁電源部５０を構成し、Ａ／Ｄ変換器３０へと供給されるクロック信号を、絶縁電圧を生成させる電圧信号に利用している。これにより、比較的高価な汎用の絶縁電源の設置が不要となるので、装置をさらに低コストとすることができる。また、絶縁電源を動作させるための独立したクロック信号に起因するノイズの発生も抑制される。
【００４９】
上述した構成を有するデータ変換装置１及びテレメータ装置Ｔの具体的な例としては、測定地点に設置された各種の測定器によって気象観測測定や大気汚染物質測定などを行って、それらの環境データを収集する環境テレメータシステムでの環境テレメータ装置がある。
【００５０】
このような環境テレメータ装置では、テレメータ装置Ｔ（図１参照）の入力端子部Ａ１に含まれる複数の入力端子それぞれに、気象観測測定用や大気汚染物質測定用などの各種の測定器（１または複数の測定器）からの配線を接続する。そして、テレメータ装置Ｔにおいて、それらの測定器からのデータを収集または蓄積し、データのＡ／Ｄ変換を含む必要なデータ処理を行った後、得られた測定データを環境データとして環境テレメータシステムの親局装置へと転送する。
【００５１】
親局装置は、例えば、パーソナルコンピュータなどの処理装置及び表示装置などからなり、子局装置である環境テレメータ装置から送信された環境データに対してさらにデータ処理を行い、または、送信された環境データを表示装置に表示する。
【００５２】
また、上述したデータ変換装置１及びテレメータ装置Ｔは、このような環境テレメータシステム以外にも、様々なテレメータシステムに対して同様に適用することが可能である。
【００５３】
ここで、上記した実施形態において用いられている逐次比較レジスタ方式のＡ／Ｄ変換器３０の動作の概略について説明しておく。逐次比較レジスタ方式のＡ／Ｄ変換器３０は、上述したように、外部制御信号、クロック信号、単一電源、及び基準電圧を必要とする。
【００５４】
制御信号入力部２１からフォトカプラ４１を介して入力される制御信号は、Ａ／Ｄ変換器３０の変換開始と停止、伝送開始と停止などの一般的な一連動作を行い、また、その電圧値によって、アナログ入力の電圧範囲（Ａ／Ｄ変換を行う電圧範囲）を設定する。したがって、この外部制御信号は、測定器からのアナログデータに想定される電圧範囲に対応して設定された電圧値の制御信号とされる。また、クロック信号供給手段である発振回路２３から高周波トランス４３を介して入力される変換及び転送クロック信号は、その入力によってＡ／Ｄ変換器３０からの出力をシリアル供給するのに用いられる。
【００５５】
また、単一電源は、Ａ／Ｄ変換器３０の動作に必要な絶縁電圧を供給する絶縁電源部５０である。上記した実施形態では、発振回路２３からのクロック信号が共用されることによって、Ａ／Ｄ変換器３０と絶縁電源部５０とが同一の周波数で動作している。これにより、Ａ／Ｄ変換器３０の出力に対する絶縁電源部５０に起因するノイズの発生や、各クロック信号同士でのクロックの違いやずれによる干渉ビートの発生が抑えられる。
【００５６】
なお、Ａ／Ｄ変換器３０と発振回路２３とを絶縁するトランス４３としては、Ａ／Ｄ変換器３０の動作に用いられるクロック信号の周波数などの諸条件に応じて、クロック信号を好適に伝送させる構成の高周波トランスを選択して用いることが好ましい。また、周波数の設定については、周波数が低いとトランスの形状が大きくなる場合があり、また、可聴帯域では耳障りとなる場合もあるので、それらの条件を考慮して、高周波での所定の周波数範囲内で周波数を設定することが好ましい。具体的には、例えば、５０ｋＨｚ以上の周波数範囲、あるいはさらに１００ｋＨｚ以上の周波数範囲とすることが好ましい。
【００５７】
図３は、データ変換装置の他の実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態においては、測定器からのアナログデータとして複数個の測定器からのアナログデータが入力される場合の構成例を示している。
【００５８】
このデータ変換装置１は、入力される複数個のアナログデータの個数に対応して、複数のデータ変換部１０1、１０2、１０3、…と、データ変換部と同数の入出力制御部２０1、２０2、２０3、…とを備えている。このうち、データ変換部１０i（ｉ＝１、２、３、…）のそれぞれの構成は、図２に示したデータ変換部１０と同様である。一方、入出力制御部２０i（ｉ＝１、２、３、…）のそれぞれの構成については、１番目の入出力制御部２０1の構成は、図２に示した入出力制御部２０と同様であるが、２番目以降の入出力制御部２０2、２０3、…の構成は、図２に示した入出力制御部２０とは一部異なっている。
【００５９】
まず、１番目のアナログデータに対応するデータ変換部１０1及び入出力制御部２０1についてみると、データ変換部１０1には、アナログデータのＡ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ変換器３０1、Ａ／Ｄ変換器３０1を入出力制御部２０1から絶縁するフォトカプラ４１1、４２1、及びトランス４３1が設けられている。また、トランス４３1とともに絶縁電源部を構成する整流素子５１1、レギュレータ素子５２1が設けられている。また、対応する入出力制御部２０1には、制御信号入力部２１1、データ出力部２２1、及び発振回路２３1が設けられている。
【００６０】
次に、２番目のアナログデータに対応するデータ変換部１０2及び入出力制御部２０2についてみると、データ変換部１０2は、上記したデータ変換部１０1と同様の構成となっている。一方、入出力制御部２０2は、入出力制御部２０1とは異なり、発振回路を含まない構成となっている。
【００６１】
そして、データ変換部１０2のトランス４３2に対して、入出力制御部２０1の発振回路２３1が接続され、これにより、発振回路２３1によってＡ／Ｄ変換器３０2及び整流素子５１2へのクロック信号が供給されている。このような構成は、３番目以降のアナログデータに対応するデータ変換部１０3、…及び入出力制御部２０3、…についても同様である。
【００６２】
すなわち、本実施形態によるデータ変換装置１においては、複数のデータ変換部１０1、１０2、１０3、…のそれぞれが、単一のクロック信号供給手段である発振回路２３1から供給されるクロック信号を互いに共用している。このような構成によれば、Ａ／Ｄ変換器３０1、３０2、３０3、…のそれぞれを動作させるためのクロック信号を供給するクロック信号供給手段の個数を極力低減することができ、データ変換装置１の小型化、構造の簡単化、及び低コスト化が可能となる。
【００６３】
また、このように複数のデータ変換部がある場合に、データ変換部のそれぞれに独立したクロック信号によって動作する絶縁電源を別個に設けると、各絶縁電源でのクロック信号同士のずれによってノイズが発生する。これに対して、上記した実施形態では、データ変換部１０1、１０2、１０3、…が同一の周波数のクロック信号によって動作するため、データ変換部同士でのクロック信号の干渉などによるノイズの発生が抑制される。
【００６４】
例えば、環境テレメータシステムを考えると、環境データとして測定すべきデータは、風向、風速、温度などの気象データや、ＳＯ2、ＮＯなどの各種の化学物質、浮遊粉塵、浮遊粒子状物質などの大気汚染データなど多岐にわたり、場合によっては数１０個の測定器からのデータが収集される場合がある。これに対して、上記した構成のデータ変換装置１によれば、多数のデータを好適に処理及び送信することが可能なデータ変換装置及びテレメータ装置が実現される。
【００６５】
本発明によるデータ変換装置、及びそれを用いたテレメータ装置は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記した実施形態では発振回路２３からのクロック信号を共用するように絶縁電源部５０を構成しているが、絶縁電源部５０については、このような構成に限らずに他の構成としても良く、あるいは、ノイズの影響の大きさによっては、Ａ／Ｄ変換器３０に対するクロック信号とは別に動作する絶縁電源を用いても良い。また、複数のデータ変換部がある場合に、データ変換部毎に別個にクロック信号を供給する構成としても良い。なお、複数のクロック信号を用いる場合には、基板上での距離を離したり、別基板とするなどのノイズ対策を併せて行っても良い。
【００６６】
また、高周波トランスを介して出力されるクロック信号については、単一のクロックに限らず、クロックが互いに整数倍であればクロックのずれによるビートの発生は抑制されるので、そのようなクロックを利用する構成としても良い。
【００６７】
また、Ａ／Ｄ変換器については、上記した実施形態では逐次比較レジスタ方式によるＡ／Ｄ変換器について説明したが、これ以外にも、デルタ−シグマ方式などの他の方式によるＡ／Ｄ変換器を用いても良い。これらのＡ／Ｄ変換器においても、変換されたデジタルデータをシリアル出力するものは、クロック信号に同期させてデータ転送を行うので、高周波トランスを用いた上記の絶縁構成を同様に適用することができる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によるデータ変換装置、及びそれを用いたテレメータ装置は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、データ変換装置及びテレメータ装置のデータ入力側に設けられ、測定器からのデータであるアナログデータをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器に対し、データ出力側に設けられたクロック信号供給手段からクロック信号を供給するとともに、トランスによってＡ／Ｄ変換器とクロック信号供給手段とを絶縁する構成によれば、クロック信号の入力に対して高価な高速フォトカプラが不要となる。したがって、データ入力側とデータ出力側との絶縁を低コストな絶縁構成によって行うことが可能なデータ変換装置、及びそれを用いたテレメータ装置が実現される。
【００６９】
このようなテレメータ装置は、例えば、各測定地点での環境データを収集する環境テレメータシステムに適用することができる。また、環境テレメータシステム以外にも、様々なテレメータシステム、あるいは他の装置等に対して、上述したデータ変換装置、及びテレメータ装置を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】テレメータ装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】データ変換装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図３】データ変換装置の他の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図４】従来のテレメータ装置でのデータ変換装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ｔ…テレメータ装置、Ａ…入出力部、Ａ１…入力端子部、Ａ２…表示部、Ｂ…通信部、Ｃ…制御部、Ｄ…電源部、
１…データ変換装置、１０…データ変換部、２０…入出力制御部、２１…制御信号入力部、２２…データ出力部、２３…発振回路、３０…Ａ／Ｄ変換器、４０…信号絶縁部、４１、４２…高速フォトカプラ、４３…高周波トランス、５０…絶縁電源部、５１…整流素子、５２…レギュレータ素子。
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定器から出力されたアナログデータをデジタルデータに変換してデータ信号として出力するデータ変換装置、及びそれを用いたテレメータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
測定地点に設置されている測定器で測定を行うことによって取得された測定データを遠隔から収集するシステムとして、テレメータシステムが用いられる。テレメータシステムでは、測定データを送信する子局装置として、測定器から出力されたデータに対して必要なデータ処理を行うとともに、所定の送信先（例えば親局装置）へと送信するテレメータ装置が各測定地点に設置される。
【０００３】
例えば、測定地点の環境に関する測定データを収集するための環境テレメータシステムでは、測定地点に設置された各種の測定器によって、風向、風速、温度等を測定する気象観測測定や、大気中にある化学物質、粉塵、粒子状物質等を測定する大気汚染物質測定などが行われる。そして、各測定器からのデータは、その測定地点に子局装置として設置された環境テレメータ装置に入力されてデータ処理され、環境データとして遠隔にある親局装置へと送信される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
環境テレメータ装置などのテレメータ装置でのデータ処理及び送信の対象となる測定器からのデータは、測定器の種類及び構成により、アナログデータまたはデジタルデータとして入力される。これに対して、データがアナログデータである場合には、入力されたアナログデータは、テレメータ装置においてデジタルデータにＡ／Ｄ変換され、その後にデータ処理及び送信が行われる。
【０００５】
ここで、テレメータ装置における上記したアナログデータのＡ／Ｄ変換においては、テレメータ装置内で生じるノイズのデータへの影響が問題となる。すなわち、テレメータ装置に接続される各種のセンサなどの測定器としては、アナログデータの電圧信号を絶縁して送るもの、あるいは、絶縁せずに送るものがある。このとき、例えば非絶縁の複数の測定器をテレメータ装置にそのまま接続すると、電源の回り込みや漏電、アナログ信号同士の干渉などから、それぞれの測定器からのデータに対するノイズが増大する可能性がある。
【０００６】
測定データに対するこのようなノイズの影響を抑制するため、テレメータ装置においては、測定器からのデータを入力する入力端子部、及びデータがアナログデータであった場合にＡ／Ｄ変換を行うデータ変換部などのデータ入力側の回路部分を、データ出力側の他の回路部分から絶縁することによって、データの精度を保持する構成が用いられる。
【０００７】
図４は、従来のテレメータ装置に用いられているデータ変換装置の構成を示すブロック図である。本構成例は、測定器からのアナログデータとして複数個のアナログデータが入力される場合の構成例を示している。このデータ変換装置６は、データ入力側であってそれぞれのアナログデータをデジタルデータに変換する複数のデータ変換部６０1、６０2、…と、データ出力側である入出力制御部７０1、７０2、…とを備えている。
【０００８】
それぞれの入出力制御部７０i（ｉ＝１、２、…）には、対応するデータ変換部６０iに設置されているＡ／Ｄ変換器８０iに対して制御信号、データ信号、及びクロック信号を入力または出力する制御信号入力部７１i、データ出力部７２i、及びクロック信号供給部７３iが設けられている。そして、これらの制御信号入力部７１i、データ出力部７２i、及びクロック信号供給部７３iと、Ａ／Ｄ変換器８０iとの間は、それぞれフォトカプラ９１i、９２i、及び９３iによって絶縁されている。また、それぞれのデータ変換部６０iに対して、ＤＣ／ＤＣ電源である絶縁電源９５iが設けられている。
【０００９】
図４に示したように、従来のテレメータ装置でのデータ変換装置においては、データ入力側のＡ／Ｄ変換器へのデータ出力側からの各信号の入出力について、それぞれ高速フォトカプラによって絶縁しつつ信号の伝送を行っている。しかしながら、高速フォトカプラは高価であり、したがって、このような絶縁構成では、データ変換装置及びそれを含むテレメータ装置のコストが増大してしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、装置内で生じるノイズの測定データへの影響を抑制するためのデータ入力側とデータ出力側との絶縁を低コストな絶縁構成によって行うことが可能なデータ変換装置、及びそれを用いたテレメータ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明によるデータ変換装置は、（１）測定器からのデータであるアナログデータを入力してデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器を有し、変換されたデジタルデータをデータ信号として出力するデータ変換手段と、（２）Ａ／Ｄ変換器を動作させるクロック信号を供給するクロック信号供給手段を有し、データ信号及びクロック信号を含む各信号のデータ変換手段に対する入出力を制御する入出力制御手段とを備え、（３）データ変換手段は、クロック信号供給手段から供給されるクロック信号をＡ／Ｄ変換器へと伝送させるとともに、クロック信号供給手段とＡ／Ｄ変換器とを絶縁する高周波トランスと、Ａ／Ｄ変換器を含む各回路要素に直流電圧を供給するとともに、入出力制御手段から絶縁された絶縁電源部とを有し、絶縁電源部は、クロック信号供給手段から高周波トランスを伝送して供給されたクロック信号を、直流電圧を生成させる電圧信号として用いることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明によるテレメータ装置は、（ａ）測定器からのデータであるアナログデータを入力するデータ入力手段と、（ｂ）データ入力手段から入力されたアナログデータをデジタルデータに変換して、データ信号として出力する上記したデータ変換装置と、（ｃ）データ変換装置からのデータ信号に基づいて生成された測定データを所定の送信先へと送信するデータ送信手段と、（ｄ）データ変換装置及びデータ送信手段の動作を制御するとともに、データ信号に基づいて測定データを生成する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
上記したデータ変換装置及びテレメータ装置においては、データ変換手段に設けられたＡ／Ｄ変換器に対して、入出力制御手段に設けられたクロック信号供給手段からクロック信号を供給している。そして、このクロック信号の供給を、高周波トランスを介して行うことによって、データ入力側のＡ／Ｄ変換器とデータ出力側のクロック信号供給手段とを絶縁している。
【００１４】
これにより、クロック信号の入力に対して高価な高速フォトカプラが不要となる。したがって、データ入力側とデータ出力側との絶縁を低コストな絶縁構成によって行って、装置内で生じるノイズの測定データへの影響を効率的に抑制することが可能なデータ変換装置、及びそれを用いたテレメータ装置が実現される。また、高周波トランスを用いることにより、装置をコンパクトにすることができる。
【００１５】
また、データ変換手段は、Ａ／Ｄ変換器を含む各回路要素に直流電圧を供給するとともに、入出力制御手段から絶縁された絶縁電源部を有し、絶縁電源部は、クロック信号供給手段から高周波トランスを伝送して供給されたクロック信号を、直流電圧を生成させる電圧信号として用いている。
【００１６】
このように、Ａ／Ｄ変換器へと供給されるクロック信号を、絶縁電圧を生成するための電圧信号に利用して絶縁電源部を構成することにより、汎用の絶縁電源が不要となる。これにより、データ変換装置をさらに低コストとすることができる。また、絶縁電源を動作させるための独立したクロック信号に起因するノイズの発生も抑制される。
【００１７】
また、データ変換手段として、複数の測定器からのアナログデータのそれぞれに対応して設けられた複数のデータ変換手段を備え、複数のデータ変換手段のそれぞれは、単一のクロック信号供給手段から供給されるクロック信号を互いに共用することを特徴とする。
【００１８】
これにより、複数のデータ変換手段にそれぞれ設けられたＡ／Ｄ変換器に対して、単一のクロック信号供給手段からクロック信号を供給することができるので、クロック信号供給手段の個数が極力低減される。したがって、データ変換装置の小型化、構造の簡単化、及び低コスト化が可能となる。
【００１９】
また、このような構成において、上記のようにクロック信号を絶縁電源部への電圧信号としても利用することとすれば、各絶縁電源部が独立したクロック信号によって動作することに起因するノイズ、例えば各クロック信号同士でのクロックのずれによって生じるビートによるノイズの発生を抑制することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明によるデータ変換装置、及びそれを用いたテレメータ装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２１】
図１は、本発明によるテレメータ装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。このテレメータ装置Ｔは、各測定地点に設置されている測定器で測定を行うことによって取得された測定データを遠隔から収集するテレメータシステムにおいて、測定器から出力されたデータを収集して必要なデータ処理及び送信を行う子局装置として用いられるものである。
【００２２】
本実施形態によるテレメータ装置Ｔは、入出力部Ａと、通信部Ｂと、制御部Ｃと、電源部Ｄとを備えている。入出力部Ａは、測定器から出力されたデータを入力し、所定のデータ処理を行ってデータ信号として出力するものであり、入力端子部Ａ１、データ変換装置１、及び表示部Ａ２を有して構成されている。
【００２３】
入力端子部Ａ１は、測定器からのデータを入力するデータ入力手段である。この入力端子部Ａ１には、各測定器からのデータが伝送される配線を接続するための１または複数の入力端子を含む端子パネルと、この入力端子を介して測定器からのデータを入力するための入力用インターフェース（Ｉ／Ｆ）とが設けられている。
【００２４】
データ変換装置１は、入力端子部Ａ１から入力されたアナログデータをデジタルデータに変換して、データ信号として出力するものである。このデータ変換装置１には、アナログデータのデジタルデータへの変換を行うデータ変換部１０と、データ変換部１０に対する各信号の入出力を制御する入出力制御部２０とが設けられている。
【００２５】
測定器から入力端子部Ａ１を介して入力されたデータがアナログデータである場合には、そのアナログデータは、データ変換部１０に入力されてデジタルデータに変換された後、入出力制御部２０へと送られる。一方、入力されたデータがデジタルデータである場合には、そのデジタルデータは、入力端子部Ａ１から直接に入出力制御部２０へと送られる。
【００２６】
入出力制御部２０は、入力端子部Ａ１及びデータ変換部１０など、入出力部Ａに含まれる各部の動作を制御する。また、入出力制御部２０は、入力端子部Ａ１からデータ変換部１０を介して、または入力端子部Ａ１から直接に入力されたデジタルデータのデータ信号を処理して、シリアル信号として出力する。
【００２７】
また、表示部Ａ２は、ＬＥＤなどの表示手段からなり、入出力制御部２０からの情報に基づいて、入出力部Ａの動作状態（例えば入出力動作のＯＮ／ＯＦＦ）についての表示を行う。
【００２８】
通信部Ｂは、このテレメータ装置Ｔの外部にある通信先の装置との間で、デジタル回線などの通信手段を介してデータ通信を行うための通信用Ｉ／Ｆであり、接続される通信手段に応じたＩ／Ｆ（例えばターミナルアダプタ）が用いられる。この通信部Ｂは、入出力部Ａのデータ変換装置１からのデータ信号に基づいて生成された測定データを所定の通信先へと送信するデータ送信手段としての機能と、通信先からのデータを受信するデータ受信手段としての機能を有する。通信先としては、例えば、子局装置であるテレメータ装置Ｔからの測定データを遠隔から収集する親局装置などがある。
【００２９】
制御部Ｃは、データ変換装置１を含む入出力部Ａ、及び通信部Ｂなど、テレメータ装置Ｔに含まれる各部の動作を制御する制御手段である。この制御部Ｃは、ＣＰＵ、メモリ、各種のＩ／Ｆなどのハードウェアと、制御処理の実行に必要なプログラムなどのソフトウェアとを有して構成されている。
【００３０】
具体的な構成例としては、制御部Ｃは、入出力部Ａの入出力制御部２０からシリアル信号として出力されたデータ信号を入力する入力部（Ｉ／Ｆに対応）と、入力されたデータ信号に基づいて測定データを生成するデータ処理を行うデータ処理部（ＣＰＵ及びソフトウェアに対応）と、入力されたデータまたはデータ処理された測定データを蓄積する記憶部（メモリに対応）と、測定データを通信部Ｂへと出力する出力部（Ｉ／Ｆに対応）とを有する構成がある。
【００３１】
このような構成により、制御部Ｃは、測定器から入出力部Ａを介して入力されたデータを蓄積するとともに、それらのデータに対して測定対象となっている物理量を算出するための演算処理などの必要なデータ処理を行って、測定データを生成する。そして、生成された測定データを、通信部Ｂを介して親局装置などの送信先へと送信する。
【００３２】
電源部Ｄは、入出力部Ａ、通信部Ｂ、及び制御部Ｃを含むテレメータ装置Ｔの各部に必要な電源電圧を供給する電源である。この電源部Ｄは、例えば、商用ＡＣ電源を入力し、テレメータ装置Ｔの各部が必要とする直流電圧（例えば５Ｖ）を生成して出力するＤＣ電源供給部と、ＡＣラインからのノイズの進入を防止するノイズフィルタ部とを有して構成される。
【００３３】
図２は、図１に示したテレメータ装置に用いられる、本発明によるデータ変換装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態においては、測定器からのアナログデータとして、１個の測定器からのアナログデータが入力される場合の構成例を示している。このデータ変換装置１は、図１に示したように、データ変換部１０と、入出力制御部２０とを備えている。
【００３４】
データ変換部１０は、測定器からのデータがアナログデータである場合に、後段の入出力制御部２０等によるデータ処理が可能なデジタルデータに変換するデータ変換手段である。このデータ変換部１０には、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器３０と、信号絶縁部４０と、絶縁電源部５０とが設けられている。
【００３５】
本実施形態においては、データのＡ／Ｄ変換を行う素子として、逐次比較レジスタ方式のＡ／Ｄ変換器３０を用いている。逐次比較レジスタ方式のＡ／Ｄ変換器３０は、その動作のため、Ａ／Ｄ変換動作を外部から制御する外部制御信号、データ変換及びデータ転送を行うためのクロック信号、単一電源、及び基準電圧を必要とする。
【００３６】
図２に示した構成においては、Ａ／Ｄ変換器３０に対して、その正端子に測定器からのデータであるアナログデータが入力されている。また、その負端子に基準電圧が入力されている。また、Ａ／Ｄ変換動作を実行するため、上記した外部からの制御信号及びクロック信号が入力されている。以上の構成により、Ａ／Ｄ変換器３０は、入力端子部Ａ１を介して正端子に入力された測定器からのアナログデータをデジタルデータに変換し、データ信号として出力する。
【００３７】
なお、入力端子部Ａ１とデータ変換装置１のＡ／Ｄ変換器３０との間には、必要に応じて、アナログデータに所定の処理を行うためのアナログ回路が設けられる。このようなアナログ回路としては、例えば、測定器からのアナログデータを増幅するアンプ回路などがある。
【００３８】
このＡ／Ｄ変換器３０に対して、データ変換装置１内のデータ出力側に、入出力制御部２０が設置されている。入出力制御部２０は、制御信号及びクロック信号のデータ変換部１０への入力と、データ信号のデータ変換部１０からの出力とを含めて、各信号のデータ変換部１０に対する入出力を制御する入出力制御手段である。
【００３９】
入出力制御部２０には、制御信号入力部２１、データ出力部２２、及び発振回路２３が設けられている。制御信号入力部２１は、Ａ／Ｄ変換器３０によるＡ／Ｄ変換動作を外部から制御するための制御信号のデータ変換部１０への入力を行う。また、データ出力部２２は、データ変換部１０で変換されたデジタルデータのデータ信号の出力を行う。また、発振回路２３は、Ａ／Ｄ変換器３０を動作させるクロック信号を供給するクロック信号供給手段である。
【００４０】
この入出力制御部２０は、例えば、ＣＰＵ、パルス入力部、及びアナログ入力部などを有して構成される。ここで、パルス入力部は、パルス電圧信号（デジタル電圧信号）の入力及び処理を行うものである。また、アナログ入力部は、アナログ電圧信号を入力し、データ変換部１０にフィードバックしてシリアルのデジタル信号を入力及び処理するものである。
【００４１】
入出力制御部２０とＡ／Ｄ変換器３０とは、信号絶縁部４０によって互いに絶縁される。信号絶縁部４０には、両者の絶縁を実現する絶縁構成として、高速フォトカプラ４１、４２、及びトランス（高周波トランス）４３が設けられている。これらのフォトカプラ４１、４２、及びトランス４３は、データ変換装置１におけるデータ入力側の回路部分であるデータ変換部１０内の回路と、データ出力側の回路部分である入出力制御部２０内の回路とを電気的に絶縁しつつ、各信号が伝送可能なように対応する回路同士を接続する。
【００４２】
すなわち、フォトカプラ４１は、制御信号入力部２１からの制御信号をＡ／Ｄ変換器３０へと伝送させるとともに、制御信号入力部２１とＡ／Ｄ変換器３０とを絶縁する。また、フォトカプラ４２は、Ａ／Ｄ変換器３０から出力されたデジタルデータのデータ信号をデータ出力部２２へと伝送させるとともに、Ａ／Ｄ変換器３０とデータ出力部２２とを絶縁する。また、高周波トランス４３は、発振回路２３から供給されたクロック信号をＡ／Ｄ変換器３０へと伝送させるとともに、発振回路２３とＡ／Ｄ変換器３０とを絶縁する。
【００４３】
データ変換装置１の各回路要素の動作に必要な直流電圧、例えばＡ／Ｄ変換器３０への基準電圧や他のアナログ回路への直流電圧などは、絶縁電源部５０によって供給される。この絶縁電源部５０は、Ａ／Ｄ変換器３０と同様に、入出力制御部２０から絶縁されている。
【００４４】
絶縁電源部５０には、高周波トランス４３、整流素子５１、及びレギュレータ素子５２が設けられている。このうち、高周波トランス４３は、Ａ／Ｄ変換器３０に対する信号絶縁部４０との共用になっている。すなわち、本実施形態における絶縁電源部５０は、クロック信号供給手段である発振回路２３から高周波トランス４３を伝送して供給されたＡ／Ｄ変換器３０へのクロック信号を、直流電圧を生成させる電圧信号として用いている。
【００４５】
発振回路２３からトランス４３を介して入力されたクロック信号は整流素子５１に入力されて、整流素子５１によって直流電圧が生成される。そして、生成された直流電圧は、電圧安定化部を構成しているレギュレータ素子５２によって安定化された後、入出力制御部２０から絶縁された絶縁電圧として各回路要素へと供給される。
【００４６】
本実施形態によるデータ変換装置１、及びそれを備えるテレメータ装置Ｔにおいては、データ変換部１０に設けられたＡ／Ｄ変換器３０に対して、入出力制御部２０に設けられた発振回路２３からクロック信号を供給している。そして、このクロック信号の供給を、高周波トランス４３を介して行うことによって、測定器からのデータに対してデータ入力側のＡ／Ｄ変換器３０と、データ出力側の発振回路２３とを絶縁している。
【００４７】
これにより、クロック信号の入力に対する絶縁構成において、高価な高速フォトカプラが不要となる。したがって、データ入力側とデータ出力側との絶縁を低コストな絶縁構成によって行って、装置内で生じるノイズの測定データへの影響を効率的に抑制することが可能なデータ変換装置１、及びそれを用いたテレメータ装置Ｔが実現される。また、高周波トランス４３を用いることにより、装置をコンパクトにすることができる。
【００４８】
また、データ変換部１０に含まれるＡ／Ｄ変換器３０などの各回路要素に必要な直流電圧を供給する絶縁電源として、上記した高周波トランス４３を含む絶縁電源部５０を構成し、Ａ／Ｄ変換器３０へと供給されるクロック信号を、絶縁電圧を生成させる電圧信号に利用している。これにより、比較的高価な汎用の絶縁電源の設置が不要となるので、装置をさらに低コストとすることができる。また、絶縁電源を動作させるための独立したクロック信号に起因するノイズの発生も抑制される。
【００４９】
上述した構成を有するデータ変換装置１及びテレメータ装置Ｔの具体的な例としては、測定地点に設置された各種の測定器によって気象観測測定や大気汚染物質測定などを行って、それらの環境データを収集する環境テレメータシステムでの環境テレメータ装置がある。
【００５０】
このような環境テレメータ装置では、テレメータ装置Ｔ（図１参照）の入力端子部Ａ１に含まれる複数の入力端子それぞれに、気象観測測定用や大気汚染物質測定用などの各種の測定器（１または複数の測定器）からの配線を接続する。そして、テレメータ装置Ｔにおいて、それらの測定器からのデータを収集または蓄積し、データのＡ／Ｄ変換を含む必要なデータ処理を行った後、得られた測定データを環境データとして環境テレメータシステムの親局装置へと転送する。
【００５１】
親局装置は、例えば、パーソナルコンピュータなどの処理装置及び表示装置などからなり、子局装置である環境テレメータ装置から送信された環境データに対してさらにデータ処理を行い、または、送信された環境データを表示装置に表示する。
【００５２】
また、上述したデータ変換装置１及びテレメータ装置Ｔは、このような環境テレメータシステム以外にも、様々なテレメータシステムに対して同様に適用することが可能である。
【００５３】
ここで、上記した実施形態において用いられている逐次比較レジスタ方式のＡ／Ｄ変換器３０の動作の概略について説明しておく。逐次比較レジスタ方式のＡ／Ｄ変換器３０は、上述したように、外部制御信号、クロック信号、単一電源、及び基準電圧を必要とする。
【００５４】
制御信号入力部２１からフォトカプラ４１を介して入力される制御信号は、Ａ／Ｄ変換器３０の変換開始と停止、伝送開始と停止などの一般的な一連動作を行い、また、その電圧値によって、アナログ入力の電圧範囲（Ａ／Ｄ変換を行う電圧範囲）を設定する。したがって、この外部制御信号は、測定器からのアナログデータに想定される電圧範囲に対応して設定された電圧値の制御信号とされる。また、クロック信号供給手段である発振回路２３から高周波トランス４３を介して入力される変換及び転送クロック信号は、その入力によってＡ／Ｄ変換器３０からの出力をシリアル供給するのに用いられる。
【００５５】
また、単一電源は、Ａ／Ｄ変換器３０の動作に必要な絶縁電圧を供給する絶縁電源部５０である。上記した実施形態では、発振回路２３からのクロック信号が共用されることによって、Ａ／Ｄ変換器３０と絶縁電源部５０とが同一の周波数で動作している。これにより、Ａ／Ｄ変換器３０の出力に対する絶縁電源部５０に起因するノイズの発生や、各クロック信号同士でのクロックの違いやずれによる干渉ビートの発生が抑えられる。
【００５６】
なお、Ａ／Ｄ変換器３０と発振回路２３とを絶縁するトランス４３としては、Ａ／Ｄ変換器３０の動作に用いられるクロック信号の周波数などの諸条件に応じて、クロック信号を好適に伝送させる構成の高周波トランスを選択して用いることが好ましい。また、周波数の設定については、周波数が低いとトランスの形状が大きくなる場合があり、また、可聴帯域では耳障りとなる場合もあるので、それらの条件を考慮して、高周波での所定の周波数範囲内で周波数を設定することが好ましい。具体的には、例えば、５０ｋＨｚ以上の周波数範囲、あるいはさらに１００ｋＨｚ以上の周波数範囲とすることが好ましい。
【００５７】
図３は、データ変換装置の他の実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態においては、測定器からのアナログデータとして複数個の測定器からのアナログデータが入力される場合の構成例を示している。
【００５８】
このデータ変換装置１は、入力される複数個のアナログデータの個数に対応して、複数のデータ変換部１０1、１０2、１０3、…と、データ変換部と同数の入出力制御部２０1、２０2、２０3、…とを備えている。このうち、データ変換部１０i（ｉ＝１、２、３、…）のそれぞれの構成は、図２に示したデータ変換部１０と同様である。一方、入出力制御部２０i（ｉ＝１、２、３、…）のそれぞれの構成については、１番目の入出力制御部２０1の構成は、図２に示した入出力制御部２０と同様であるが、２番目以降の入出力制御部２０2、２０3、…の構成は、図２に示した入出力制御部２０とは一部異なっている。
【００５９】
まず、１番目のアナログデータに対応するデータ変換部１０1及び入出力制御部２０1についてみると、データ変換部１０1には、アナログデータのＡ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ変換器３０1、Ａ／Ｄ変換器３０1を入出力制御部２０1から絶縁するフォトカプラ４１1、４２1、及びトランス４３1が設けられている。また、トランス４３1とともに絶縁電源部を構成する整流素子５１1、レギュレータ素子５２1が設けられている。また、対応する入出力制御部２０1には、制御信号入力部２１1、データ出力部２２1、及び発振回路２３1が設けられている。
【００６０】
次に、２番目のアナログデータに対応するデータ変換部１０2及び入出力制御部２０2についてみると、データ変換部１０2は、上記したデータ変換部１０1と同様の構成となっている。一方、入出力制御部２０2は、入出力制御部２０1とは異なり、発振回路を含まない構成となっている。
【００６１】
そして、データ変換部１０2のトランス４３2に対して、入出力制御部２０1の発振回路２３1が接続され、これにより、発振回路２３1によってＡ／Ｄ変換器３０2及び整流素子５１2へのクロック信号が供給されている。このような構成は、３番目以降のアナログデータに対応するデータ変換部１０3、…及び入出力制御部２０3、…についても同様である。
【００６２】
すなわち、本実施形態によるデータ変換装置１においては、複数のデータ変換部１０1、１０2、１０3、…のそれぞれが、単一のクロック信号供給手段である発振回路２３1から供給されるクロック信号を互いに共用している。このような構成によれば、Ａ／Ｄ変換器３０1、３０2、３０3、…のそれぞれを動作させるためのクロック信号を供給するクロック信号供給手段の個数を極力低減することができ、データ変換装置１の小型化、構造の簡単化、及び低コスト化が可能となる。
【００６３】
また、このように複数のデータ変換部がある場合に、データ変換部のそれぞれに独立したクロック信号によって動作する絶縁電源を別個に設けると、各絶縁電源でのクロック信号同士のずれによってノイズが発生する。これに対して、上記した実施形態では、データ変換部１０1、１０2、１０3、…が同一の周波数のクロック信号によって動作するため、データ変換部同士でのクロック信号の干渉などによるノイズの発生が抑制される。
【００６４】
例えば、環境テレメータシステムを考えると、環境データとして測定すべきデータは、風向、風速、温度などの気象データや、ＳＯ2、ＮＯなどの各種の化学物質、浮遊粉塵、浮遊粒子状物質などの大気汚染データなど多岐にわたり、場合によっては数１０個の測定器からのデータが収集される場合がある。これに対して、上記した構成のデータ変換装置１によれば、多数のデータを好適に処理及び送信することが可能なデータ変換装置及びテレメータ装置が実現される。
【００６５】
本発明によるデータ変換装置、及びそれを用いたテレメータ装置は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記した実施形態では発振回路２３からのクロック信号を共用するように絶縁電源部５０を構成しているが、絶縁電源部５０については、このような構成に限らずに他の構成としても良く、あるいは、ノイズの影響の大きさによっては、Ａ／Ｄ変換器３０に対するクロック信号とは別に動作する絶縁電源を用いても良い。また、複数のデータ変換部がある場合に、データ変換部毎に別個にクロック信号を供給する構成としても良い。なお、複数のクロック信号を用いる場合には、基板上での距離を離したり、別基板とするなどのノイズ対策を併せて行っても良い。
【００６６】
また、高周波トランスを介して出力されるクロック信号については、単一のクロックに限らず、クロックが互いに整数倍であればクロックのずれによるビートの発生は抑制されるので、そのようなクロックを利用する構成としても良い。
【００６７】
また、Ａ／Ｄ変換器については、上記した実施形態では逐次比較レジスタ方式によるＡ／Ｄ変換器について説明したが、これ以外にも、デルタ−シグマ方式などの他の方式によるＡ／Ｄ変換器を用いても良い。これらのＡ／Ｄ変換器においても、変換されたデジタルデータをシリアル出力するものは、クロック信号に同期させてデータ転送を行うので、高周波トランスを用いた上記の絶縁構成を同様に適用することができる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によるデータ変換装置、及びそれを用いたテレメータ装置は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、データ変換装置及びテレメータ装置のデータ入力側に設けられ、測定器からのデータであるアナログデータをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器に対し、データ出力側に設けられたクロック信号供給手段からクロック信号を供給するとともに、トランスによってＡ／Ｄ変換器とクロック信号供給手段とを絶縁する構成によれば、クロック信号の入力に対して高価な高速フォトカプラが不要となる。したがって、データ入力側とデータ出力側との絶縁を低コストな絶縁構成によって行うことが可能なデータ変換装置、及びそれを用いたテレメータ装置が実現される。
【００６９】
このようなテレメータ装置は、例えば、各測定地点での環境データを収集する環境テレメータシステムに適用することができる。また、環境テレメータシステム以外にも、様々なテレメータシステム、あるいは他の装置等に対して、上述したデータ変換装置、及びテレメータ装置を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】テレメータ装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】データ変換装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図３】データ変換装置の他の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図４】従来のテレメータ装置でのデータ変換装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ｔ…テレメータ装置、Ａ…入出力部、Ａ１…入力端子部、Ａ２…表示部、Ｂ…通信部、Ｃ…制御部、Ｄ…電源部、
１…データ変換装置、１０…データ変換部、２０…入出力制御部、２１…制御信号入力部、２２…データ出力部、２３…発振回路、３０…Ａ／Ｄ変換器、４０…信号絶縁部、４１、４２…高速フォトカプラ、４３…高周波トランス、５０…絶縁電源部、５１…整流素子、５２…レギュレータ素子。
Claims (3)
- 測定器からのデータであるアナログデータを入力してデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器を有し、変換された前記デジタルデータをデータ信号として出力するデータ変換手段と、
前記Ａ／Ｄ変換器を動作させるクロック信号を供給するクロック信号供給手段を有し、前記データ信号及び前記クロック信号を含む各信号の前記データ変換手段に対する入出力を制御する入出力制御手段とを備え、
前記データ変換手段は、前記クロック信号供給手段から供給される前記クロック信号を前記Ａ／Ｄ変換器へと伝送させるとともに、前記クロック信号供給手段と前記Ａ／Ｄ変換器とを絶縁する高周波トランスと、前記Ａ／Ｄ変換器を含む各回路要素に直流電圧を供給するとともに、前記入出力制御手段から絶縁された絶縁電源部とを有し、
前記絶縁電源部は、前記クロック信号供給手段から前記高周波トランスを伝送して供給された前記クロック信号を、前記直流電圧を生成させる電圧信号として用いることを特徴とするデータ変換装置。 - 前記データ変換手段として、複数の前記測定器からのアナログデータのそれぞれに対応して設けられた複数のデータ変換手段を備え、
前記複数のデータ変換手段のそれぞれは、単一の前記クロック信号供給手段から供給される前記クロック信号を互いに共用することを特徴とする請求項１記載のデータ変換装置。 - 測定器からのデータであるアナログデータを入力するデータ入力手段と、
前記データ入力手段から入力された前記アナログデータをデジタルデータに変換して、データ信号として出力する請求項１または２記載のデータ変換装置と、
前記データ変換装置からの前記データ信号に基づいて生成された測定データを所定の送信先へと送信するデータ送信手段と、
前記データ変換装置及び前記データ送信手段の動作を制御するとともに、前記データ信号に基づいて前記測定データを生成する制御手段と
を備えることを特徴とするテレメータ装置。
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