JP5273444B2 - 多チャネル測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、多チャネル測定装置に関し、詳しくは、測定可能な信号の種類および点数の拡張に関するものである。

自動車の走行テストや回転機器の性能テストなどの相互に関連する電圧、温度、歪、加速度など多種の入力信号を１台で測定する装置として、それぞれの入力信号をデジタル信号に変換するように構成された測定装置本体に着脱可能なプラグイン・モジュール形式の複数種類の入力ユニットを備えた多チャネル測定装置が用いられている。

図２は、従来のこのような多チャネル測定装置の一例を示すブロック図である。図２において、入力ユニット群１は、それぞれが高速のＡ／Ｄ変換、高分解能のＡ／Ｄ変換、熱電対による温度測定、歪ゲージ測定、ロジック信号入力、周波数カウンタなどの測定機能を有する複数の入力ユニットで構成されるものであり、測定用途に応じた入力ユニットが選択的に装着される。

各入力ユニットは、アナログ信号やデジタル信号、パルス信号などの各種の信号形態の測定信号をデジタルデータの測定データに統一変換して収集制御部２に出力する。収集制御部２は、これら測定データをアクイジションメモリ３に格納する。

アクイジションメモリ３に格納された測定データは、内部バス４を介して収集制御部２にアクセスするＣＰＵ部５により読み出される。ＣＰＵ部５は、読み出した測定データの表示すべき部分をたとえば測定値の変化トレンドを表す波形データに変換し、内部バス４を介して表示制御部６に出力する。

表示制御部６は、波形データを表示器７に表示するように制御する。なお、表示器７としては、液晶ディスプレイ(ＬＣＤ）が多く用いられている。

また、ＣＰＵ部５は、内部バス４を介して記憶装置８と接続されている。記憶装置８としては、ＨＤＤやフラッシュメモリなどが用いられる。記憶装置８には、アクイジションメモリに格納された測定データや測定条件などが保存される。

さらに、ＣＰＵ部５は、内部バス４を介して通信制御部９とも接続されている。図示しない外部コンピュータ（ＰＣ）は、通信制御部９を通してＣＰＵ部５と通信を行い、必要に応じて測定データの読み取りや測定条件の設定などを行う。通信制御部９としては、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）やＵＳＢ（Universal Serial Bus）などの標準的な通信インタフェースが用いられている。

このように、図２に示した測定装置では、前述のように各種入力信号に対応した入力ユニットを複数種類用意し、入力信号に合わせて入力ユニットを交換することで、様々な用途に柔軟に対応できるようにしている。

特許文献１には、シリアルバスを流れる複数の測定データを複数チャネルとして表示する波形測定器の例が記載されている。
特開２００５−１５６２７７号公報

ところで、たとえば自動車において、ハイブリッド車などの電動化や電子制御の拡大に伴い、測定対象となる信号として電力、カメラなどの画像データ、前記シリアルバスを流れるデータ、あるいは電子制御ユニット内ＣＰＵのメモリ内容などの新しい信号が増えてきている。

図２に示す従来の測定装置では、これらの新しい信号の測定にあたり、入力ユニットとしてこれらの新しい信号入力に対応したものを用意することにより対応していた。

しかし、チャネル間を電気的に絶縁する必要がある多チャネル測定や、大電流の入力が必要な電力測定などは、他の１ないし２入力の入力ユニットと同じ大きさの実装スペースに測定機能を搭載することが以下の理由で困難であった。

チャネル間を電気的に絶縁する必要がある多チャネル測定については、チャネル毎に絶縁素子を実装するスペース的な余裕がなく、入力ユニットのパネル面に多チャネル接続可能な端子台を設けるスペースも無いため、入力ユニットあたりのチャネル数を増やすことが困難であり、測定器本体に搭載可能なユニット数とユニットあたりのチャネル数で、測定可能なチャネル数が制限される。

大電流の電力測定では、電流を測定するためのシャント抵抗の発熱が大きくなり、大電流が流れる導線をモジュールに接続するための端子も大型になることから実装スペースが大きくなり、入力ユニットへの実装が困難である。

本発明は、これらの課題を解決するものであり、その目的は、入力ユニットでの測定が困難な信号についても測定できるように、測定機能を柔軟に拡張できる多チャネル測定装置を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
各種の信号形態の測定信号をデジタルデータの測定データに統一変換して収集制御部に出力するように構成された複数の入力ユニットを備えた多チャネル測定装置において、
通信制御部を介して測定装置本体の内部バスに接続される単体測定器と、
前記測定装置本体の内部バスに接続され前記単体測定器の測定データが格納される一時メモリと、
前記入力ユニットの測定データと前記一時メモリに格納された前記単体測定器の測定データを選択的に前記収集制御部に出力する複数の切換スイッチ、
とで構成されたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の多チャネル測定装置において、
前記一時メモリは、前記複数の切換スイッチに応じた複数の出力系統を有することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の多チャネル測定装置において、
前記単体測定器は、制御信号出力機能を有することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の多チャネル測定装置において、
測定装置本体と前記単体測定器に、両者の時刻を同期させる時刻同期機能が搭載されたことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、前記単体測定器を制御して測定装置本体に測定データを取り込むための通信制御プログラムを、使用者が測定装置本体に内蔵された補助記憶装置に追加できるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、測定機能を柔軟に拡張でき、入力ユニットで測定することが困難な信号についても測定が行える多チャネル測定装置を実現できる。

以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図２と共通する部分には同一の符号を付けている。図１が図２と異なる点は、入力ユニット群１と収集制御部２の間に入力ユニットに対応した複数の切換スイッチよりなる切換スイッチ群１０を設けていること、内部バス４に一時メモリ１１を接続してその出力を切換スイッチ群１０で選択できるようにしていること、そして、通信制御部９を介して外部に少なくとも１台の単体測定器１２が接続されていることである。

図１において、切換スイッチ群１０を構成する複数の切換スイッチの一方の固定接点には入力ユニット群１を構成する入力ユニットの対応する出力が接続され、他方の固定接点には一時メモリ１１に設けられている複数の出力系統のうち対応する出力系統が接続されている。

一時メモリ１１に設けられている複数の出力系統は、たとえば複数の単体測定器１２の全測定チャネルを一つの入力ユニットに割り当てたり、単体測定器別に異なる入力ユニットに割り当てる。

図１の収集制御部２は、切換スイッチ群１０を構成する各切換スイッチを個別に切換制御することにより、入力ユニットからの測定データを収集するか、一時メモリ１１に格納された測定データを収集するかを入力ユニットごとに切り換えることができる。

また、ＣＰＵ部５は、一時メモリ１１のデータを更新することができる。なお、単体入力測定器１２としては、たとえば横河技報 Vol.49 No.1 p.27〜30「PCベース高速データアクイジションユニットDAQMASTER MX100のハードウェア」あるいは横河技報 Vol.49 No.1 p.17〜20「プレシジョンパワーアナライザWT3000」に記載されているような測定データを出力する測定器を用いる。

図１の動作を説明する。
測定を開始する前に、オペレータはＣＰＵ部５を操作し、通信制御部９を用いて単体測定器１２との間で通信路を確立する。そして、スイッチ群１０を制御し、たとえば収集制御部２が入力ユニット＃８に相当するチャネルにおいて、一時メモリ１１に格納されたデータを収集するように設定する。

測定を開始すると、ＣＰＵ部５は通信制御部９を通して単体測定器１２にもコマンドを送り、単体測定器１２での測定も同時に開始させる。そして、ＣＰＵ部５は、定期的に通信制御部９を通して単体測定器１２から測定したデータを読み取り、内部バス４を介して一時メモリ１１に格納する。

収集制御部２は、入力ユニット＃１〜入力ユニット＃７の測定データと、一時メモリ１１に格納された単体測定器１２が測定したデータをまとめてアクイジションメモリ３に格納する。

アクイジションメモリ３に格納された入力ユニット＃１〜入力ユニット＃７と単体測定器１２の測定データは、内部バス４を介して収集制御部２にアクセスするＣＰＵ部５により読み出される。

ＣＰＵ部５は、読み出した測定データの表示すべき部分をたとえば測定値の変化トレンドを表す波形データに変換し、内部バス４を介して表示制御部６に出力する。ここで、測定データのトレンド表示にあたっては、入力ユニット群９の測定条件設定および単体測定器１２の測定条件設定を参照して、所望の表示形態になるように編集する。

表示制御部６は、ＣＰＵ部５で編集された波形データを表示器７に表示するように制御する。

また、ＣＰＵ部５は、必要に応じて通信制御部９を通して単体測定器１２と通信を行い、測定データの読み取り範囲や測定条件の設定などを行う。

なお、図１の例では入力ユニット＃８に対応するチャネルで一時メモリ１１に格納されたデータを収集するように設定したが、一時メモリ１１に格納されたデータを収集する入力ユニットは＃８に限るものではなく、任意に設定することができる。

このように、本発明では、多チャネルの入力ユニットや電力測定ユニットを用意する代わりに、通信回線を介して接続された単体の単体測定器１２を用いている。

これにより、チャネル数の多い測定や、電力などの入力ユニット群９がサポートしていない信号の測定を行うことができる。

そして、単体測定器１２で測定したデータと入力ユニット群９で測定したデータをまとめてアクイジションメモリ３に格納するため、両方の測定データを統一的に扱うことができる。

なお、上記の実施例では、通信制御部９を介して外部に接続される測定器が入力専用の例について説明したが、出力機能を搭載した測定器を接続することも可能である。単体測定器１２に出力機能が搭載されている場合、ＣＰＵ部５は、収集制御部２から測定データを読み取り、演算などを行って出力データを生成し、通信制御部９を用いて単体測定器１２に送る。単体測定器１２は、送られてきたデータを出力する。

出力データの例としては、以下のものがある。
１）入力ユニット群１で測定したデータをスケーリングして出力する
２）測定データがアラーム条件を満たしたとき接点出力をＯＮにする
３）測定器本体の動作状態（測定開始・停止など）を接点信号として出力する

また、上記実施例における単体測定器１２で測定したデータは、一時メモリ１１に格納された後さらに収集制御部２によりアクイジションメモリ３に格納されるだけであるが、単体測定器１２で測定した信号により、
１）測定データが指定した条件を満たしたときに収集を開始あるいは停止する
２）測定データが指定した条件を満たしたときにトリガを発生する
などの制御を行うようにしてもよい。

また、上記実施例では単体測定器１２がデータロガーと電力計の例を示したが、これに限るものではなく、デジタルマルチメータ、デジタル圧力計、デジタルオシロスコープなどの測定器を使用することができる。

従来技術では、高精度の電圧測定や電力などの入力ユニットを用意することが難しい信号の測定ができなかったが、本発明によればデジタル出力機能を有する高精度の単体測定器を組み合わせて測定することが可能となる。また、単体測定器に代えてシーケンサのような多チャネルの入出力が可能な装置を使うこともできる。

また、上記実施例では、信号入力部が交換可能なユニット形式となっている場合を示したが、複数チャネルの測定が可能な測定器であれば必ずしも入力部分が交換可能なユニット形式になっていなくてもよい。

さらに、本発明に基づく測定装置本体と単体測定器１２の双方に、ＮＴＰ(Network Time Protocol) またはＩＥＥＥ１５８８などの時刻同期機能を搭載し、両者の時刻を同期させてデータ収録のタイミングを一致させるようにしてもよい。

また、上記実施例ではＣＰＵ部５が通信制御部９を介して単体測定器１２を制御するプログラムは予め測定装置本体に組み込まれていることを想定しているが、単体測定器１２を制御するプログラムを使用者が記憶装置８に格納し、ＣＰＵ部５が単体測定器１２の型式に応じて適当な制御プログラムを記憶装置８から読み出して実行するようにすることもできる。

このようにすれば、予め測定装置本体に組み込まれた制御プログラムで対応していない単体測定器を使用することも可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、測定機能を柔軟に拡張できることから、入力ユニットで測定することが困難な信号についても測定が行える多チャネル測定装置が実現できる。

本発明の一実施例を示すブロック図である。 従来のこのような多チャネル測定装置の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 入力ユニット群
２ 収集制御部
３ アクイジションメモリ
４ 内部バス
５ ＣＰＵ部
６ 表示制御部
７ 表示器
８ 補助記憶装置
９ 通信制御部
１０ 切換スイッチ群
１１ 一時メモリ
１２ 単体測定器

Claims (5)

1. 各種の信号形態の測定信号をデジタルデータの測定データに統一変換して収集制御部に出力するように構成された複数の入力ユニットを備えた多チャネル測定装置において、
   通信制御部を介して測定装置本体の内部バスに接続される単体測定器と、
   前記測定装置本体の内部バスに接続され前記単体測定器の測定データが格納される一時メモリと、
   前記入力ユニットの測定データと前記一時メモリに格納された前記単体測定器の測定データを選択的に前記収集制御部に出力する複数の切換スイッチ、
   とで構成されたことを特徴とする多チャネル測定装置。
2. 前記一時メモリは、前記複数の切換スイッチに応じた複数の出力系統を有することを特徴とする請求項１記載の多チャネル測定装置。
3. 前記単体測定器は、制御信号出力機能を有することを特徴とする請求項１または２記載の多チャネル測定装置。
4. 測定装置本体と前記単体測定器に、両者の時刻を同期させる時刻同期機能が搭載されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の多チャネル測定装置。
5. 前記単体測定器を制御して測定装置本体に測定データを取り込むための通信制御プログラムを、使用者が測定装置本体に内蔵された補助記憶装置に追加できるようにしたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の多チャネル測定装置。

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