JP5769130B2 - 信号入力回路の診断方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、アナログ信号を入力する信号入力回路に関し、入力される信号および信号入力回路の動作を診断することができる、簡単な構成の信号入力回路の診断方法およびその装置に関するものである。

プロセス制御システムは、信頼性が何より重要視される。図１５に、外部から入力されるプロセス信号および信号入力回路の動作を診断することができる診断装置の構成を示す。

図１５において、信号入力回路１０はマルチプレクサ１１および１２、プログラマブルゲインアンプ１３および１４，アナログデジタル変換器１５で構成される。

マルチプレクサ１１、１２は４つの入力端子ＩＮ１〜ＩＮ４、選択信号入力端子ＳＥＬ、および出力端子ＯＵＴを有している。マルチプレクサ１１、１２は、選択信号入力端子ＳＥＬに入力される２ビットの選択信号に基づいて入力端子ＩＮ１〜ＩＮ４に印加される信号の１つを選択し、この選択した信号を出力端子ＯＵＴに出力する。

マルチプレクサ１１の入力端子ＩＮ１〜ＩＮ４には、それぞれ基準電圧ＲｅｆＡ、入力信号＋、基準電圧ＲｅｆＢ、グランド電位ＧＮＤが入力される。基準電圧ＲｅｆＡ、ＲｅｆＢは外部から与えられるか、信号入力回路１０に内蔵される。

マルチプレクサ１２の入力端子ＩＮ２には入力信号−が入力され、ＩＮ１、ＩＮ３、ＩＮ４にはグランド電位ＧＮＤが入力される。なお、入力信号＋、入力信号−は、差動入力信号のプラス側、マイナス側を意味する。また、基準電圧ＲｅｆＡ、ＲｅｆＢは入力信号より大きな電圧とし、温度補正等で使用される。

プログラマブルゲインアンプ１３、１４にはそれぞれマルチプレクサ１１、１２の出力信号が入力される。プログラマブルゲインアンプ１３、１４はゲインを設定できるアンプであり、入力された信号を設定されたゲイン倍してアナログデジタル変換器１５に出力する。アナログデジタル変換器１５は、入力された２つの信号の差分をデジタル値に変換して出力する。

診断部２０はＡＤポート２１、ＩＯポート２２、および診断操作部２３で構成される。アナログデジタル変換器１５が出力するデジタル値は、ＡＤポート２１を経由して診断操作部２３に入力される。診断操作部２３は入力されたデジタル値に基づいて信号入力回路１０に入力される信号、および信号入力回路１０を診断し、またＩＯポート２２に選択信号を出力する。ＩＯポート２２は、入力された選択信号をマルチプレクサ１１、１２の選択信号入力端子ＳＥＬに出力する。診断部２０はマイクロプロセッサで構成される。

次に、この装置の動作を説明する。マルチプレクサ１１、１２は、２ビットの選択信号”００”、”０１”、”１０”、”１１”に対して、それぞれ入力端子ＩＮ１〜ＩＮ４に印加された信号を出力端子ＯＵＴに出力する。なお、マルチプレクサ１１、１２には同じ選択信号が入力される。

最初に、診断操作部２３は選択信号”０１”を出力する。マルチプレクサ１１、１２は入力信号＋、−を選択し、アナログデジタル変換器１５は入力された入力信号の差分をデジタル値に変換して、診断部２０に出力する。診断操作部２３は、入力されたデジタル値が範囲外であると、入力信号（入力信号＋、入力信号−）の異常であると判定する。

次に、診断操作部２３は選択信号”００”、”１０”、”１１”をこの順に出力する。アナログデジタル変換器１５の出力デジタル値は、それぞれ基準電圧ＲｅｆＡ、ＲｅｆＢ、０になる。診断操作部２３はこれらのデジタル値を評価し、範囲外であると基準電圧ＲｅｆＡ、ＲｅｆＢあるいは信号入力回路１０の異常であると判定する。信号入力回路１０の異常には、選択信号を伝送する線路の異常、プログラマブルゲインアンプ１３、１４の異常等がある。

特許文献１には、診断によって装置のＡ／Ｄ変換機能を監視して、装置の信頼性を保持することができる信号監視制御装置が記載されている。特許文献１では、制御ユニットからＡ／Ｄ変換コマンドと診断コマンドを出力し、Ａ／Ｄ変換コマンドが出力されると、センサからの監視対象アナログ信号をＡ／Ｄ変換ユニットに入力し、診断コマンドが出力されると、基準電圧をＡ／Ｄ変換ユニットに入力するようにする。適切な間隔で診断コマンドを出力するようにすることにより、データサンプリングに影響を与えることなく、監視対象を監視できる。

特開２００２−２６８７４１号公報

しかしながら、このような診断装置には、次のような課題があった。
基準電圧ＲｅｆＡ、ＲｅｆＢ、グランド電位ＧＮＤは、信号入力回路１０の信号の温度補正を行う際に重要であるが、信号入力回路１０の診断範囲を向上させるためには基準電圧の数を増加させなければならないので、コストが増加してしまうという課題があった。

また、製造時の不良やトラブル時等では、故障箇所を特定できた方がよい。プログラマブルゲインアンプ１３、１４のゲインが倍になる倍故障や半分になる半分故障が発生したときは基準電圧ＲｅｆＡ、ＲｅｆＢの値を正常値と比較することによって検出することができるが、どちらのプログラマブルゲインアンプが故障したかを判断することができないという課題もあった。

特許文献１記載の信号監視制御装置は、Ａ／Ｄ変換器の故障を検出することはできるが、その他の要素の故障を検出することができないという課題があった。

本発明の目的は、診断範囲を広く取ることができ、かつ故障箇所を特定することができる、簡単な構成の信号入力回路の診断方法およびその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、
アナログ入力信号および基準電圧を信号入力回路に入力し、これらの信号を用いて診断を行う信号入力回路の診断方法において、
アナログ入力信号、基準電圧、グランド電位が入力され、マルチプレクサを用いてこれら入力された信号のうち２つの信号を選択して、その差を演算することにより、アナログ入力信号電圧、基準電圧、基準電圧を極性反転した電圧、同じ信号の差電圧を測定する工程と、
前記アナログ入力信号電圧が想定された範囲内であるかを判定し、範囲外であると前記アナログ入力信号の異常と判定し、前記基準電圧および前記基準電圧を極性反転した電圧が範囲内であるかを判定し、両方が範囲外であると前記基準電圧が異常と判定し、前記同じ信号の差電圧が想定された範囲内であるかを判定し、範囲外であると前記マルチプレクサに選択信号を出力する選択線の異常あるいは前記マルチプレクサの固着故障であると判定する工程と、
を具備したものである。簡単な構成で多くの異常を検出することができる。

請求項２記載の発明は、
アナログ入力信号および基準電圧を信号入力回路に入力し、これらの信号を用いて診断を行う信号入力回路の診断装置において、
アナログ入力信号、基準電圧、グランド電位が入力され、
これらの信号のうち２つを選択して出力するマルチプレクサと、
前記マルチプレクサが選択した２つの信号の差を演算する差分演算部と、
を具備した信号入力回路と、
前記信号入力回路を操作して、前記アナログ入力信号電圧、前記基準電圧、この基準電圧を極性反転した電圧、および前記差分演算部に同じ信号を入力した電圧を測定し、前記アナログ入力信号電圧が想定された範囲内であるかを判定し、範囲外であると前記アナログ入力信号の異常と判定し、前記基準電圧および前記基準電圧を極性反転した電圧が範囲内であるかを判定し、両方が範囲外であると前記基準電圧が異常と判定し、前記同じ信号の差電圧が想定された範囲内であるかを判定し、範囲外であると前記マルチプレクサに選択信号を出力する選択線の異常あるいは前記マルチプレクサの固着故障であると判定する診断部と、
を具備したものである。簡単な構成で多くの異常を検出することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２に記載の発明において、
前記マルチプレクサと差分演算部との間に、ゲインを可変できるプログラマブルゲインアンプを配置し、前記診断部は、前記基準電圧および前記基準電圧を極性反転した電圧を加算した電圧が想定された範囲内であるかを判定し、範囲外であると前記プログラマブルゲインアンプのゲイン異常であると判定するようにしたものである。プログラマブルゲインアンプの故障をも判定できる。

請求項４記載の発明は、請求項２若しくは請求項３に記載の発明において、
前記マルチプレクサを、入力された信号のうち１つの信号を選択して出力する２つのマルチプレクサで構成するようにしたものである。既存の回路を利用して構成することができる。

請求項５記載の発明は、請求項２乃至請求項４いずれかに記載の発明において、
熱電対あるいは測温抵抗体を用いた温度測定装置に適用したものである。バーンアウト電流、測温抵抗体に流す電流の異常をも検出できる。

本発明によれば以下のような効果がある。
請求項１、２、３、４、および５の発明によれば、アナログ入力信号電圧、基準電圧、グランド電位から２つの電圧を選択して、この選択した電圧の差電圧を測定することによりアナログ入力信号電圧、基準電圧、基準電圧を極性反転した電圧、同じ電圧の差電圧を測定し、この測定値から異常を検出するようにした。

基準電圧を１つにできる等簡単な構成で種々の異常を検出することができ、かつ部品点数、実装面積を削減することができる。このため、コストを削減することができるという効果がある。

また、異常箇所を特定することができるので、製造時、あるいはトラブル時に迅速に対処できるという効果もある。

本発明の一実施例を示した構成図である。 図１実施例の動作を示すフローチャートである。 マルチプレクサ３１の割り付け対応表である。 診断操作部４３の動作を表す特性図である。 測定値と故障モードの対応表である。 本発明の他の実施例を示した構成図である。 図６実施例の動作を示すフローチャートである。 測定項目とマルチプレクサ３１、スイッチ６２、６３の割り付け対応表である。 診断操作部６７の動作を表す特性図である。 本発明の他の実施例を示した構成図である。 図１０実施例の動作を示すフローチャートである。 測定項目とマルチプレクサ３１、７４、スイッチ７２、７３の割り付け対応表である。 診断操作部７９の動作を表す特性図である。 本発明の他の実施例を示した構成図である。 従来の診断装置の構成図である。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る信号入力回路の診断装置の一実施例を示した構成図である。なお、図１５と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図１において、信号入力回路の診断装置は信号入力回路３０および診断部４０で構成される。信号入力回路３０はマルチプレクサ３１、プログラマブルゲインアンプ１３および１４、アナログデジタル変換器１５で構成される。アナログデジタル変換器１５は、差分演算部に相当する。

診断部４０はＡＤポート４１、ＩＯポート４２、診断操作部４３で構成される。診断部４０はマイクロプロセッサで構成され、診断操作部４３はこのマイクロプロセッサ上で動作するソフトウエアで実現される。

マルチプレクサ３１は、４つの入力端子ＩＮ１〜ＩＮ４、２つの出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２、および選択信号が入力される選択信号入力端子ＳＥＬを具備している。マルチプレクサ３１は、選択信号入力端子ＳＥＬに入力される選択信号に基づいて、入力端子ＩＮ１〜ＩＮ４に印加される信号から２つを選択し、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に出力する。

入力端子ＩＮ１には基準電圧Ｒｅｆが印加され、入力端子ＩＮ２、ＩＮ３にはそれぞれアナログ信号である入力信号Ｖｉｎ＋、Ｖｉｎ−が印加される。入力端子ＩＮ４には、グランド電位ＧＮＤが印加される。入力信号Ｖｉｎ＋、Ｖｉｎ−は、差動信号のプラス側、マイナス側を表している。なお、基準電圧Ｒｅｆは入力信号より大きな電圧とし、温度補正等に使用される。

マルチプレクサ３１の出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２から出力される信号は、それぞれプログラマブルゲインアンプ１３、１４を経由してアナログデジタル変換器１５に入力される。アナログデジタル変換器１５は、入力された２つの信号の差分をデジタル値に変換して出力する。プログラマブルゲインアンプ１３、１４には、アナログデジタル変換器１５の変換精度が最大になるように、適切なゲインが設定される。

アナログデジタル変換器１５が出力するデジタル値は、ＡＤポート４１を経由して診断操作部４３に入力される。また、診断操作部４３は、ＩＯポート４２を経由して、選択信号をマルチプレクサ３１の選択信号入力端子ＳＥＬに出力する。

次に、この実施例の動作、すなわち診断の手順を図２フローチャートに示す。診断操作部４３はこのフローチャートに従って選択信号を出力し、アナログデジタル変換器１５の出力デジタル値を評価して診断を行う。

図２において、工程（Ｐ２−１）で入力信号を測定する。このために、診断操作部４３はマルチプレクサ３１の出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に入力信号Ｖｉｎ＋、入力信号Ｖｉｎ−が出力されるような選択信号を出力し、そのときのアナログデジタル変換器１５の出力デジタル値を取り込む。

次に、工程（Ｐ２−２）で基準電圧Ｒｅｆ、工程（Ｐ２−３）で−Ｒｅｆを測定する。入力信号の場合と同様に、診断操作部４３はマルチプレクサ３１の出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に基準電圧Ｒｅｆ、―Ｒｅｆが出力されるような選択信号を出力し、そのときのアナログデジタル変換器１５の出力デジタル値を取り込む。

次に、工程（Ｐ２−４）〜（Ｐ２−７）で、ＺＥＲＯ１〜ＺＥＲＯ４の４つのゼロ値を測定する。診断操作部４３は、マルチプレクサ３１の出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に同じ信号が出力されるような選択信号を出力し、そのときのアナログデジタル変換器１５の出力デジタル値を取り込む。ＺＥＲＯ１〜ＺＥＲＯ４は、入力端子ＩＮ１〜ＩＮ４に印加された信号をそれぞれ出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に出力したときの測定値である。

最後に、工程（Ｐ２−８）で工程（Ｐ２−１）〜（Ｐ２−７）で取り込んだ測定値を用いて診断を行う。診断の詳細は後述する。

図３に、測定項目とマルチプレクサ３１の割り付けの対応表を示す。診断操作部４３は、この対応表を満たすような選択信号を、ＩＯポート４２を経由してマルチプレクサ３１に出力する。

入力信号を測定するときは、入力端子ＩＮ２、ＩＮ３に印加された信号が、それぞれＯＵＴ１、ＯＵＴ２に出力されるようにする。図１から明らかなように、ＯＵＴ１には入力信号Ｖｉｎ＋が、ＯＵＴ２には入力信号Ｖｉｎ−が出力される。

基準電圧Ｒｅｆを測定するときは、入力端子ＩＮ１、ＩＮ４に印加された信号が、それぞれＯＵＴ１、ＯＵＴ２に出力されるようにする。ＯＵＴ１には基準電圧Ｒｅｆが、ＯＵＴ２にはグランド電位ＧＮＤが出力される。基準電圧―Ｒｅｆを測定するときは、ＩＮ１とＩＮ４を逆にする。出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２には、基準電圧Ｒｅｆの極性が逆転した−Ｒｅｆが出力される。

ＺＥＲＯ１〜ＺＥＲＯ４を測定するときは、出力端子ＯＵＴ１とＯＵＴ２に同じ信号が出力されるようにする。ＺＥＲＯ１では入力端子ＩＮ１に印加された信号（基準電圧Ｒｅｆ）、ＺＥＲＯ２では入力端子ＩＮ２に印加された信号（入力信号Ｖｉｎ＋）、ＺＥＲＯ３では入力端子ＩＮ３に印加された信号（入力信号Ｖｉｎ−）、ＺＥＲＯ４では入力端子ＩＮ４に印加された信号（グランド電位ＧＮＤ）が出力される。すなわち、ＺＥＲＯの測定では、全ての入力端子について、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に同じ入力端子を接続するようにする。

図４に、診断操作部４３が診断する手順を示す。図４において、５０は診断の基礎となる測定値を表し、５１は診断結果を、５２は論理積を取ることを、５３は入力された値を加算する加算部を表している。

先ず、（Ａ）で入力信号Ｖｉｎが想定される範囲内であるかを判定し、範囲外であると入力信号Ｖｉｎの異常と診断してエラーレベルＡを出力する。

次に、（Ｂ）で基準電圧Ｒｅｆが範囲内であるかどうかを判定し、（Ｃ）で基準電圧Ｒｅｆを極性反転した−Ｒｅｆが範囲内であるかどうかを判定する。そして、５２で両方が範囲外であるかどうかを判定し、範囲外であると基準電圧Ｒｅｆの異常と診断して、エラーレベルＢ、Ｃを出力する。

次に、（Ｄ）で加算部５３を用いて基準電圧Ｒｅｆと−Ｒｅｆを加算し、その加算結果が想定された範囲内であるかを判定する。−ＲｅｆはＲｅｆを極性反転した値なので、Ｒｅｆと−Ｒｅｆの加算値は誤差を除くと０になるはずである。この加算値が範囲外であると、プログラマブルゲインアンプ１３、１４のゲイン異常であると診断し、エラーレベルＤを出力する。

最後に、（Ｅ）でＺＥＲＯ１〜ＺＥＲＯ４が想定された範囲内であるかどうかを判定する。この値も誤差を除くと０になるはずである。この値が範囲外であると、選択信号をマルチプレクサ３１に出力する選択線の異常等であると判断し、エラーレベルＥを出力する。また、どのＺＥＲＯが範囲外になるかによって、異常選択線を特定することができる。

図５（Ａ）に、マルチプレクサ３１の出力端子が固着（選択信号に拘わらず、特定の入力端子に固定される）した場合の判定基準を示す。ＺＥＲＯ１〜４を測定することによって、マルチプレクサ３１の固着故障を判定することができる。

図５（Ａ）において、ＺＥＲＯ２〜４が範囲外であると、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２のいずれかが入力端子ＩＮ１に固着していると判定できる。同様に、ＺＥＲＯ１，３，４が範囲外であると出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２のいずれかが入力端子ＩＮ２に固着し、ＺＥＲＯ１、２、４が範囲外であると出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２のいずれかが入力端子ＩＮ３に固着していると判定できる。さらに、ＺＥＲＯ１〜３が範囲外であると、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２のいずれかが入力端子ＩＮ４に固着していると判定できる。

ＺＥＲＯ１〜４の測定では、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２には同じ信号が出力されるような選択信号が入力されるので、マルチプレクサ３１が正常であると、アナログデジタル変換器１５の出力デジタル値は小さな値（範囲内）になるはずである。従って、ＺＥＲＯ１〜４の１つのみ範囲内になると、そのときに選択された入力端子が出力端子に固着していると判定することができる。

なお、ＺＥＲＯ１〜４の全てが範囲外であると、マルチプレクサ３１に入力される選択信号が異常であるので、選択信号を伝送する線路の異常と判定できる。

図５（Ｂ）に、プログラマブルゲインアンプ１３、１４のゲインが設定値の倍になる倍故障、あるいは半分になる半分故障が発生したときの判定基準を示す。なお、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２には基準電圧Ｒｅｆが出力されるように、マルチプレクサ３１に選択信号を与える。また、基準電圧Ｒｅｆの電圧値を同じ記号のＲｅｆで表す。

図５（Ｂ）において、アナログデジタル変換器１５の出力デジタル値が０Ｖ（範囲内）であると、プログラマブルゲインアンプ１３、１４のゲインはいずれも正常であると判定できる。

アナログデジタル変換器１５の出力デジタル値がＲｅｆであると、その正側入力端子に入力される信号レベルが倍になっているので、プログラマブルゲインアンプ１３のゲインが倍になる倍故障が発生していると判定できる。同様に、アナログデジタル変換器１５の出力デジタル値が−Ｒｅｆであると、その負側入力端子に入力される信号レベルが倍になっているので、プログラマブルゲインアンプ１４のゲインが倍になる倍故障が発生していると判定できる。

アナログデジタル変換器１５の出力デジタル値が−Ｒｅｆ／２であると、その正側入力端子に入力される信号レベルが半分になっているので、プログラマブルゲインアンプ１３のゲインが半分になる半分故障が発生していると判定できる。同様に、アナログデジタル変換器１５の出力デジタル値がＲｅｆ／２であると、その負側入力端子に入力される信号レベルが半分になっているので、プログラマブルゲインアンプ１４のゲインが半分になる半分故障が発生していると判定できる。

このように、本実施例ではマルチプレクサを１つにすることができ、かつ基準電圧Ｒｅｆと極性反転した−Ｒｅｆの両方を測定するようにしたので、基準電圧の数を１つにすることができる。このため、部品点数を少なくすることができるので、実装面積を削減し、かつ故障率を小さくすることができる。

また、マルチプレクサ３１の出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に同じ入力端子の信号が出力されるＺＥＲＯ１〜ＺＥＲＯ４を測定するようにしたので、マルチプレクサ３１の出力端子の固着や選択信号を伝送する選択線の異常を判定することもできる。

さらに、プログラマブルゲインアンプ１３、１４の倍故障、半分故障も判定することができる。

なお、図１実施例では入力信号の数を１種類としたが、入力信号が入力される入力端子の数を増やして、２種類以上の入力信号を入力するようにすることもできる。この場合、基準電圧Ｒｅｆおよびグランド電位の入力端子は共用することができるので、部品点数および実装面積を更に削減することができる。

図６に、熱電対を用いた温度測定装置に本発明の信号入力回路の診断装置を適用した例を示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。この実施例では、バーンアウト電流が正常であるかどうかをも判定できる。

図６において、６０は熱電対であり、マルチプレクサ３１の入力端子ＩＮ１、ＩＮ２に接続される。６１は電流源であり、バーンアウト電流を出力する。６２はスイッチであり、バーンアウト電流をマルチプレクサ３１の出力端子ＯＵＴ１に供給し、また供給を停止する。６３はスイッチであり、マルチプレクサ３１の出力端子ＯＵＴ２をグランド電位ＧＮＤに接続し、また切り離す。６４は抵抗であり、マルチプレクサ３１の入力端子ＩＮ３とＩＮ４の間に接続される。入力端子ＩＮ３には、基準電圧Ｒｅｆが入力される。

６５は診断部であり、ＡＤポート４１、ＩＯポート６６、および診断操作部６７で構成される。ＩＯポート６６はマルチプレクサ３１に選択信号を出力し、またスイッチ６２、６３を制御する。診断操作部６７は、測定値を判定して診断を行い、またＩＯポート６６に制御信号を出力する。

なお、マルチプレクサ３１は便宜上ＩＮ１〜ＩＮ４を入力端子、ＯＵＴ１、ＯＵＴ２を出力端子としているが、アナログ信号を扱うマルチプレクサなので、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２から入力端子ＩＮ１〜ＩＮ４に信号を伝送することもできる。

図７は、この実施例の動作を表したフローチャートである。なお、図２と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図７において、最初に工程（Ｐ７−１）で熱電対６０を用いて温度を測定し、続いて工程（Ｐ２−２）、（Ｐ２−３）で基準電圧Ｒｅｆ、−Ｒｅｆを測定する。次に工程（Ｐ７−２）でバーンアウト電流を測定して、工程（Ｐ２−４）〜（Ｐ２−７）でＺＥＲＯ１〜ＺＥＲＯ４を測定する。そして、最後に工程（Ｐ７−３）で診断処理を行う。

図８は、測定項目とマルチプレクサ３１、スイッチ６２、６３の割り付け対応表である。温度を測定するときは、マルチプレクサ３１の出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２をそれぞれ入力端子ＩＮ１，ＩＮ２に接続し、スイッチ６２、６３をオンにする。熱電対６０の起電力はアナログデジタル変換器１５に入力されてデジタル値に変換され、またスイッチ６２、出力端子ＯＵＴ１、入力端子ＩＮ１、熱電対６０、入力端子ＩＮ２、出力端子ＯＵＴ２、スイッチ６３の経路に電流源６１の出力電流（バーンアウト電流）が流れる。温度測定およびバーンアウト検出は従来の温度測定装置と同じなので、説明を省略する。

基準電圧Ｒｅｆ、−Ｒｅｆ、ＺＥＲＯ１〜ＺＥＲＯ４を測定するときは、スイッチ６２、６３をオフにする。基準電圧Ｒｅｆを測定するときは出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２をそれぞれ入力端子ＩＮ３、ＩＮ４に接続し、―Ｒｅｆを測定するときは逆にする。ＺＥＲＯ１〜ＺＥＲＯ４の測定では、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２をそれぞれ入力端子ＩＮ１〜ＩＮ４に接続する。これらの測定は、接続されている入力端子は異なるが、図１実施例と同じなので、説明を省略する。

バーンアウト電流測定では、スイッチ６２、６３をオンにして、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２をそれぞれ入力端子ＩＮ３、ＩＮ４に接続する。バーンアウト電流（電流源６１の出力電流）は、スイッチ６２、出力端子ＯＵＴ１、入力端子ＩＮ３、抵抗６４、入力端子ＩＮ４、出力端子ＯＵＴ２、スイッチ６３の経路を流れる。抵抗６４の両端電圧はアナログデジタル変換器１５に入力され、デジタル値に変換される。このデジタル値から、電流源６１の出力電流値を算出できる。

図９に、診断操作部６７が診断する手順を示す。なお、図４と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図９において、（Ａ）で測定した温度が予想される範囲内であるかを判定し、範囲外であると、熱電対６０の異常とする。また、（Ｆ）でバーンアウト電流検出を行い、異常であると電流源６１の異常と判定する。なお、（Ｂ）〜（Ｅ）は図４と同じなので、説明を省略する。

なお、図６実施例ではマルチプレクサ３１の入力端子ＩＮ３に基準電圧Ｒｅｆを入力するようにしたが、抵抗６４両端の電圧を基準電圧Ｒｅｆとして用いることもできる。

図１０に、測温抵抗体を用いた温度測定装置に本発明の信号入力回路の診断装置を適用した例を示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図１０において、７４は入力端子ＩＮ１〜ＩＮ４、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２を有し、マルチプレクサ３１と同様の構成を有するマルチプレクサである。

７０、７１は電流源、７２、７３はスイッチである。電流源７０の出力電流Ｉ１は、スイッチ７２を介してマルチプレクサ７４の出力端子ＯＵＴ１に入力される。電流源７１の出力電流Ｉ２は、スイッチ７３を介してマルチプレクサ７４の出力端子ＯＵＴ２に入力される。

マルチプレクサ３１と７４の入力端子ＩＮ１〜ＩＮ４はそれぞれ接続される。マルチプレクサ３１、７４の入力端子ＩＮ１とＩＮ２の間には、測温抵抗体７５が接続される。また、同入力端子ＩＮ３とＩＮ４の間には、抵抗７６が接続される。マルチプレクサ３１、７４の入力端子ＩＮ４は、グランド電位ＧＮＤに接続される。

７７は診断部であり、ＡＤポート４１、ＩＯポート７８、および診断操作部７９で構成される。診断操作部７９は、ＡＤポート４１を経由して入力されたアナログデジタル変換器１５の出力デジタル値を取り込んで診断を行い、またＩＯポート７８を介してマルチプレクサ３１、７４に選択信号を出力し、スイッチ７２、７３に操作信号を出力する。

この実施例では、抵抗７６は抵抗値が変化しない固定抵抗であり、電流源７０、７１の出力電流Ｉ１、Ｉ２は変化しない定電流である。従って、抵抗７６の両端電圧は基準電圧Ｒｅｆに相当する。

図１１は、図１０実施例の動作を示すフローチャートである。なお、図２と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図１１において、工程（Ｐ１１−１）で測温抵抗体７５を用いて温度測定を行う。そして、工程（Ｐ１１−２）、（Ｐ１１−３）で抵抗７６に電流Ｉ１を流して、その両端電圧の順極性、逆極性電圧を測定し、工程（Ｐ１１−４）、（Ｐ１１−５）で抵抗７６に電流Ｉ２を流して、その両端電圧の順極性、逆極性電圧を測定する。

そして、工程（Ｐ２−４）〜（Ｐ２−７）でＺＥＲＯ１〜ＺＥＲＯ４を測定して、工程（Ｐ１１−６）でこれらの測定値から診断を行う。

図１２は、各測定におけるマルチプレクサ３１と７４、スイッチ７２と７３の割り付け表である。なお、ＺＥＲＯ１〜ＺＥＲＯ４の測定は図１実施例と同じであるので、説明を省略する。この測定では、マルチプレクサ７４とスイッチ７２、７３の設定は何であってもよい（×で表している）。

温度を測定するときは、マルチプレクサ７４の入力端子ＩＮ１、ＩＮ２をそれぞれ出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に接続する。電流源７０の出力電流Ｉ１は測温抵抗体７５と抵抗７６の両方を流れ、電流源７１の出力電流Ｉ２は抵抗７６を流れる。この状態でマルチプレクサ３１の出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２を入力端子ＩＮ１とＩＮ２、ＩＮ３とＩＮ４に接続して測温抵抗体７５と抵抗７６の両端電圧を測定し、これらの測定値から温度を算出する。

電流源７０の出力電流Ｉ１による測定では、マルチプレクサ７４の出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２をそれぞれ入力端子ＩＮ３、ＩＮ４に接続して抵抗７６に電流Ｉ１を流す。そして、マルチプレクサ３１の出力端子ＯＵＴ１とＯＵＴ２をそれぞれ入力端子ＩＮ３、ＩＮ４に接続して抵抗７６両端の順極性電圧を測定し、入力端子ＩＮ３とＩＮ４を逆にして逆極性電圧を測定する。

電流源７１の出力電流Ｉ２による測定では、マルチプレクサ７４の出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２をそれぞれ入力端子ＩＮ４、ＩＮ３に接続して抵抗７６に電流Ｉ２を流す。そして、マルチプレクサ３１の出力端子ＯＵＴ１とＯＵＴ２をそれぞれ入力端子ＩＮ３、ＩＮ４に接続して抵抗７６両端の順極性電圧を測定し、入力端子ＩＮ３とＩＮ４を逆にして逆極性電圧を測定する。

図１３に、診断操作部７９が診断する手順を示す。なお、図４と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図１３において、（Ａ）で測温抵抗体７５を用いて温度を測定し、この測定した温度が範囲外であると、測温抵抗体７５の異常と判定し、エラーレベルＡを出力する。

次に、（Ｂ）、（Ｃ）で電流源７０の出力電流Ｉ１を抵抗７６に流し、抵抗７６の順極性電圧、逆極性電圧を測定する。これらの測定値の両方が範囲外であると電流源７０の異常と判定し、エラーレベルＢ、Ｃを出力する。

同様に、（Ｅ）、（Ｆ）で電流源７１の出力電流Ｉ２を抵抗７６に流し、抵抗７６の順極性電圧、逆極性電圧を測定する。これらの測定値の両方が範囲外であると電流源７１の異常と判定し、エラーレベルＤ、Ｅを出力する。

次に、（Ｄ）で電流Ｉ１による２つの測定値を加算した値を判定し、（Ｇ）で電流Ｉ２による２つの測定値を加算した値を判定して、これらの両方が範囲外であると、プログラマブルゲインアンプ１３、１４のゲイン異常として、エラーレベルＦ、Ｇを出力する。

次に、（Ｈ）でＺＥＲＯの測定を行い、異常であると選択線等の異常とし、エラーレベルＨを出力する。これは、図４、図９と同じである。

図１４に、更に他の実施例を示す。（Ａ）はマルチプレクサ３１を２つのマルチプレクサで構成した例である。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図１４（Ａ）において、８０は信号入力回路であり、４つの入力端子ＩＮ１〜ＩＮ４と１つの出力端子ＯＵＴを有するマルチプレクサ８１および８２、プログラマブルゲインアンプ１３および１４、アナログデジタル変換器１５で構成される。

マルチプレクサ８１と８２の入力端子ＩＮ１〜ＩＮ４は相互に接続され、基準電圧Ｒｅｆ、入力信号＋、入力信号−、グランド電位ＧＮＤが入力される。マルチプレクサ８１の出力はプログラマブルゲインアンプ１３に入力され、マルチプレクサ８２の出力はプログラマブルゲインアンプ１４に入力される。マルチプレクサ８１、８２には、ＩＯポート４２から選択信号が入力される。

動作は図１実施例と同じなので、説明を省略する。このような構成にすることにより、図１５に示した従来の信号入力回路を用いることができる。

図１４（Ｂ）は、信号入力回路がシリアルインターフェイスを有する例である。なお、同図（Ａ）と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図１４（Ｂ）において、９０は信号入力回路であり、マルチプレクサ８１および８２、プログラマブルゲインアンプ１３および１４、アナログデジタル変換器１５、シリアルインターフェイス９１、およびセレクタ９２で構成される。また、９３は診断部であり、シリアルポート９４、診断操作部９５で構成される。

アナログデジタル変換器１５の出力デジタル値はシリアルインターフェイス９１でシリアル信号に変換され、診断部９３のシリアルポート９４に出力される。また、診断操作部９５が出力する選択信号はシリアルポート９４でシリアル信号に変換され、シリアルインターフェイス９１に出力される。受信した選択信号はセレクタ９２で分配され、マルチプレクサ８１、８２に出力される。

なお、図１、図６、図１０、図１４実施例ではプログラマブルゲインアンプ１３、１４を用いたが、ゲインが固定のアンプを用いてもよい。また、状況によってはこれらのアンプを用いなくてもよい。

また、入力信号等の測定値をデジタル値に変換して診断部に出力するようにしたが、必ずしもデジタル値に変換する必要はなく、アナログ信号のままで診断するようにしてもよい。要は、マルチプレクサの２つの出力の差分を取る構成であればよい。

さらに、これらの実施例では差動信号を入力するようにしたが、必ずしも差動信号でなくてもよい。差動信号でない場合には、入力信号−としてグランド電位ＧＮＤを用いればよい。

１３、１４ プログラマブルゲインアンプ
１５ アナログデジタル変換器
３０、８０、９０ 信号入力回路
３１、７４、８１、８２ マルチプレクサ
４０、６５、７７、９３ 診断部
４１ ＡＤポート
４２、６６、７８ ＩＯポート
４３、６７、７９、９５ 診断操作部
６０ 熱電対
６１、７０、７１ 電流源
６２、６３、７２、７３ スイッチ
６４、７６ 抵抗
７５ 測温抵抗体
９１ シリアルインターフェイス
９２ セレクタ
９４ シリアルポート

Claims (5)

1. アナログ入力信号および基準電圧を信号入力回路に入力し、これらの信号を用いて診断を行う信号入力回路の診断方法において、
   アナログ入力信号、基準電圧、グランド電位が入力され、マルチプレクサを用いてこれら入力された信号のうち２つの信号を選択して、その差を演算することにより、アナログ入力信号電圧、基準電圧、基準電圧を極性反転した電圧、同じ信号の差電圧を測定する工程と、
   前記アナログ入力信号電圧が想定された範囲内であるかを判定し、範囲外であると前記アナログ入力信号の異常と判定し、前記基準電圧および前記基準電圧を極性反転した電圧が範囲内であるかを判定し、両方が範囲外であると前記基準電圧が異常と判定し、前記同じ信号の差電圧が想定された範囲内であるかを判定し、範囲外であると前記マルチプレクサに選択信号を出力する選択線の異常あるいは前記マルチプレクサの固着故障であると判定する工程と、
   を具備したことを特徴とする信号入力回路の診断方法。
2. アナログ入力信号および基準電圧を信号入力回路に入力し、これらの信号を用いて診断を行う信号入力回路の診断装置において、
   アナログ入力信号、基準電圧、グランド電位が入力され、
   これらの信号のうち２つを選択して出力するマルチプレクサと、
   前記マルチプレクサが選択した２つの信号の差を演算する差分演算部と、
   を具備した信号入力回路と、
   前記信号入力回路を操作して、前記アナログ入力信号電圧、前記基準電圧、この基準電圧を極性反転した電圧、および前記差分演算部に同じ信号を入力した電圧を測定し、前記アナログ入力信号電圧が想定された範囲内であるかを判定し、範囲外であると前記アナログ入力信号の異常と判定し、前記基準電圧および前記基準電圧を極性反転した電圧が範囲内であるかを判定し、両方が範囲外であると前記基準電圧が異常と判定し、前記同じ信号の差電圧が想定された範囲内であるかを判定し、範囲外であると前記マルチプレクサに選択信号を出力する選択線の異常あるいは前記マルチプレクサの固着故障であると判定する診断部と、
   を具備したことを特徴とする信号入力回路の診断装置。
3. 前記マルチプレクサと差分演算部との間に、ゲインを可変できるプログラマブルゲインアンプを配置し、前記診断部は、前記基準電圧および前記基準電圧を極性反転した電圧を加算した電圧が想定された範囲内であるかを判定し、範囲外であると前記プログラマブルゲインアンプのゲイン異常であると判定するようにしたことを特徴とする請求項２記載の信号入力回路の診断装置。
4. 前記マルチプレクサを、入力された信号のうち１つの信号を選択して出力する２つのマルチプレクサで構成するようにしたことを特徴とする請求項２若しくは請求項３記載の信号入力回路の診断装置。
5. 前記アナログ入力信号は、熱電対あるいは測温抵抗体の出力信号であることを特徴とする請求項２乃至請求項４いずれかに記載の信号入力回路の診断装置。

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