JP6922692B2

JP6922692B2 - 熱流センサ用出力装置及び熱流センサ用出力方法

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Publication number: JP6922692B2
Application number: JP2017226961A
Authority: JP
Inventors: 拓矢松嶋; 尾崎　公洋; 公洋尾崎; 拓摩川井; 権藤　清彦; 清彦権藤
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2021-08-18
Anticipated expiration: 2037-11-27
Also published as: EP3490143A1; US20190162605A1; EP3490143B1; CN109839226B; CN109839226A; JP2019095378A

Description

本発明は、熱流センサ用出力装置及び熱流センサ用出力方法に関する。

従来、センサ出力データの補正装置として、光を受光して画像データを出力するセンサからの出力データを入力し、オフセット補正を行うオフセット回路と、ゲイン補正係数を出力データに乗じることでゲイン補正を行うゲイン補正回路と、ゲイン補正係数を補正し、ゲイン補正回路にフィードバックするゲイン補正係数算出回路と、を備えたものが知られている（特許文献１参照）。この補正装置では、オフセット補正及びゲイン補正を行うことにより、経時的な光量変化やセンサの経時的な感度変化に起因するセンサの出力レベルの変化を補正している。

特開２０１２−２６８０号公報

ここで、熱流センサは、経時変化により出力値が変化（ドリフト）する傾向があるため、熱流センサの出力値は、例えばゼロ等の基準値への補正（以下、「基準値補正」という）を行う必要がある。一方、熱流センサの出力値を利用する装置では、熱流センサの出力値に広いダイナミックレンジを要求することがある。

しかしながら、特許文献１のように、外部からの入力されるオフセット補正係数であって、あらかじめ設定されたオフセット補正係数を、センサの出力データに加算してオフセットする構成では、広いダイナミックレンジを有する出力データに単一のオフセット補正係数を加算しているので、センサの出力データの基準値補正を行うことは困難であった。

そこで、本発明は、熱流センサの出力値のダイナミックレンジを広げることができるとともに、熱流センサの出力値の基準値補正を行うことのできる熱流センサ用出力装置及び熱流センサ用出力方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る熱流センサ用出力装置は、複数のゲイン倍率について、ゲイン倍率毎にオフセット値を算出するオフセット値算出部と、熱流センサの出力値を複数のゲイン倍率のうちの第１ゲイン倍率で増幅する増幅部と、増幅された出力値から第１ゲイン倍率に対応するオフセット値を減算するオフセット部と、減算された出力値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部と、を備える。

この態様によれば、熱流センサの出力値が複数のゲイン倍率のうちの第１ゲイン倍率で増幅される。これにより、複数のゲイン倍率の倍率を幅広く設定することで、熱流センサの出力値のダイナミックレンジを広げることが可能となる。また、ゲイン倍率毎にオフセット値が算出され、増幅された出力値から第１ゲイン倍率に対応するオフセット値が減算される。これにより、複数のゲイン倍率の中から選択される第1ゲイン倍率が変更される場合でも、当該第１ゲイン倍率に対応するオフセット値を減算することによって、熱流センサの出力値の基準値補正を行うことができる。従って、熱流センサの出力値のダイナミックレンジを広げることができるとともに、熱流センサの出力値の基準値補正を行うことができる。

前述した態様において、オフセット値算出部は、ｎ個（ｎは２以上の整数）のデジタル値の平均値に基づいて、第１ゲイン倍率に対応するオフセット値を更新してもよい。

この態様によれば、ｎ個のデジタル値の平均値に基づいて、第１ゲイン倍率に対応するオフセット値が更新される。このように、所定期間における時系列データであるｎ個のデジタル値を平滑化した平均値に基づくことで、熱流センサの出力値の基準値補正に適したオフセット値に更新することができる。

前述した態様において、平均値は、最新のｎ個のデジタル値における移動平均値であってもよい。

この態様によれば、最新のｎ個のデジタル値における移動平均値に基づいて、第１ゲイン倍率に対応するオフセット値が更新される。このように、所定期間における直近の時系列データであるｎ個のデジタル値を平滑化した移動平均値に基づくことで、熱流センサの出力値の基準値補正にさらに適したオフセット値に更新することができる。

前述した態様において、デジタル値に基づいて、第１ゲイン倍率を複数のゲイン倍率のうちの第２ゲイン倍率に変更するゲイン倍率変更部を、さらに備えてもよい。

この態様によれば、デジタル値に基づいて、第１ゲイン倍率が複数のゲイン倍率のうちの第２ゲイン倍率に変更される。このように、第１ゲイン倍率から第２ゲイン倍率に変更することにより、複数のゲイン倍率の中から熱流センサの出力値に応じたゲイン倍率を設定することができる。従って、熱流センサの検出性能を高めることができる。

前述した態様において、ゲイン倍率変更部は、複数のデジタル値の最大値が第１ゲイン倍率に対応する下限値より小さいときに、複数のゲイン倍率のうち、第１ゲイン倍率の倍率より大きく、かつ、最も近い倍率を有する第２ゲイン倍率に変更してもよい。

この態様によれば、複数のデジタル値の最大値が第１ゲイン倍率に対応する下限値より小さいときに、複数のゲイン倍率のうち、第１ゲイン倍率の倍率より大きく、かつ、最も近い倍率を有する第２ゲイン倍率に変更される。これにより、ゲイン倍率を現在より一段階（１ステップ）大きい倍率に変更することができるので、ゲイン倍率を段階的に増加させることができる。従って、ゲイン倍率を変更することによって、増幅された熱流センサの出力値が非連続（離散的）になるのを抑制することができる。

前述した態様において、ゲイン倍率変更部は、デジタル値が第１ゲイン倍率に対応する上限値より大きいときに、複数のゲイン倍率のうち、第１ゲイン倍率の倍率より小さく、かつ、最も近い倍率を有する第２ゲイン倍率に変更してもよい。

この態様によれば、デジタル値が第１ゲイン倍率に対応する上限値より大きいときに、複数のゲイン倍率のうち、第１ゲイン倍率の倍率より小さく、かつ、最も近い倍率を有する第２ゲイン倍率に変更される。これにより、例えば１個のデジタル値によってゲイン倍率を小さい倍率にすぐに変更することができるので、熱流センサの出力値が飽和することを回避することができる。また、ゲイン倍率を現在より一段階（１ステップ）小さい倍率に変更することができるので、ゲイン倍率を段階的に減少させることができる。従って、ゲイン倍率を変更することによって、増幅された熱流センサの出力値が非連続（離散的）になるのを抑制することができる。

また、本発明の他の態様に係る光学式センサの検出方法は、複数のゲイン倍率について、ゲイン倍率毎にオフセット値をオフセット値算出部が算出するステップと、熱流センサの出力値を複数のゲイン倍率のうちの第１ゲイン倍率で増幅部が増幅するステップと、増幅された出力値から第１ゲイン倍率に対応するオフセット値をオフセット部が減算するステップと、減算された出力値をデジタル値にＡ／Ｄ変換部が変換するステップと、を含む。

前述した態様において、算出するステップは、ｎ個（ｎは２以上の整数）のデジタル値の平均値に基づいて、第１ゲイン倍率に対応するオフセット値をオフセット値算出部が更新することを含んでもよい。

この態様によれば、最新のｎ個のデジタル値における移動平均値に基づいて、第１ゲイン倍率に対応するオフセット値が算出される。このように、所定期間における直近の時系列データであるｎ個のデジタル値を平滑化した移動平均値に基づくことで、熱流センサの出力値の基準値補正にさらに適したオフセット値に更新することができる。

前述した態様において、デジタル値に基づいて、第１ゲイン倍率を複数のゲイン倍率のうちの第２ゲイン倍率にゲイン倍率変更部が変更するステップをさらに含んでもよい。

前述した態様において、変更するステップは、複数のデジタル値の最大値が第１ゲイン倍率に対応する下限値より小さいときに、複数のゲイン倍率のうち、第１ゲイン倍率の倍率より大きく、かつ、最も近い倍率を有する第２ゲイン倍率にゲイン倍率変更部が変更することを含んでもよい。

前述した態様において、変更するステップは、デジタル値が第１ゲイン倍率に対応する上限値より大きいときに、複数のゲイン倍率のうち、第１ゲイン倍率の倍率より小さく、かつ、最も近い倍率を有する第２ゲイン倍率にゲイン倍率変更部が変更することを含んでもよい。

本発明によれば、熱流センサの出力値のダイナミックレンジを広げることができるとともに、熱流センサの出力値の基準値補正を行うことのできる熱流センサ用出力装置及び熱流センサ用出力方法を提供することができる。

図１は、実施形態に係る熱流センサ用出力装置の概略構成を例示するブロック図である。図２は、熱流センサの電圧値とデジタル値との関係を例示するグラフである。図３は、熱流センサ用出力装置の概略動作を例示するフローチャートである。図４は、図３に示したオフセット値更新処理を例示するフローチャートである。図５は、図３に示したゲイン倍率変更処理を例示するフローチャートである。図６は、図３に示した表示処理を例示するフローチャートである。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

［構成例］
まず、図１を参照しつつ、本実施形態に係る熱流センサ用出力装置の構成の一例について説明する。図１は、本実施形態に係る熱流センサ用出力装置１００の概略構成を例示するブロック図である。

熱流センサ用出力装置１００は、熱流センサＨＳのための出力装置である。図１に示すように、熱流センサ用出力装置１００は、増幅部１０と、オフセット部２０と、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部３０と、制御部４０と、表示部５０と、を備える。

熱流センサＨＳは、被検出物における熱流を検出するように構成されている。熱流は、単位面積あたりに被検出物を通過する熱エネルギーであり、その単位は、例えば［Ｗ／ｍ²］である。また、熱流には方向があり、例えば、熱エネルギーが被検出物の一方の面から他方の面に移動する場合を正方向とすると、他方の面から一方の面に移動する場合が負方向となる。熱流センサＨＳは、例えば、板状の形状を有しており、被検出物の他方の面に設けられる。熱流によって熱流センサＨＳの両面に温度差が発生すると、熱流センサＨＳは、当該温度差を起電力、つまり、電圧に変換して出力する。熱流の方向が負方向である場合、熱流センサＨＳが出力する電圧はマイナス（−）になる。

なお、本実施形態の熱流センサ用出力装置１００が使用される熱流センサＨＳは、その検出原理を問わない。熱流センサは、例えば、熱電効果（ゼーベック効果）を利用するものであってもよいし、フーリエの法則を利用するものであってもよい。また、熱流センサの出力値は、電圧値である場合に限定されるものではなく、他の値であってもよい。

増幅部１０には、熱流センサＨＳから出力された電圧値の信号が入力される。増幅部１０は、熱流センサＨＳの電圧値を所定倍率のゲイン（以下、「ゲイン倍率」という）で増幅するように構成されている。具体的には、増幅部１０は、複数のゲイン倍率のうちの一のゲイン倍率（以下、「第１ケイン倍率」という）で、熱流センサＨＳの電圧値を増幅する。これにより、複数のゲイン倍率の倍率を幅広く設定することで、熱流センサの出力値のダイナミックレンジを広げることが可能となる。

増幅部１０は、例えば、可変抵抗器と複数の作動増幅器とを含んで構成されるゲイン可変型のアンプである。増幅部１０は、制御部４０から入力される制御信号に基づいて、複数のゲイン倍率の中から第１ゲイン倍率を選択する。

オフセット部２０には、増幅部１０によって増幅された熱流センサＨＳの電圧値の信号が入力される。オフセット部２０は、増幅された熱流センサＨＳの電圧値から所定のオフセット値を減算するように構成されている。具体的には、オフセット部２０は、増幅された電圧値から第１ゲイン倍率に対応するオフセット値を減算する。これにより、熱流センサＨＳの電圧値に対し、基準値補正が行われる。

オフセット部２０は、例えばポテンションメータを含んで構成される。オフセット部２０は、制御部４０から入力される制御信号に基づいて、オフセット値とそのオフセット値を設定するタイミングを選択する。

Ａ／Ｄ変換部３０には、オフセット部２０によってオフセット値が減算された熱流センサＨＳの電圧値の信号が入力される。Ａ／Ｄ変換部３０は、減算された熱流センサＨＳの電圧値をデジタル値に変換するように構成されている。具体的には、Ａ／Ｄ変換部３０には、制御部４０から制御信号が入力される。Ａ／Ｄ変換部３０は、この制御信号に基づくタイミング（周期）で、オフセット値が減算された熱流センサＨＳの電圧値の信号に対し、標本化、量子化、及び符号化を行って、電圧値をデジタル値に変換する。Ａ／Ｄ変換部３０は、変換したデジタル値を制御部４０に出力する。

なお、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換部３０には、熱流センサＨＳの電圧値が負方向の最大値を基準値、例えばゼロとして、デジタル値に変換する。よって、熱流センサＨＳが検出する熱流の方向に関わらず、全ての値がプラスのデジタル値に変換される。但し、Ａ／Ｄ変換部３０は、例えば２の補数を用いて、熱流センサＨＳの電圧値が負方向の場合は、マイナスの値としてデジタル変換してもよい。

制御部４０は、熱流センサ用出力装置１００の各部の動作を制御するように構成されている。制御部４０は、例えば、ＣＰＵ(ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ)等のマイクロプロセッサと、ＲＯＭ(ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ)、ＲＡＭ(ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ)、バッファメモリ等のメモリと、を含んで構成される。制御部４０は、その機能構成として、例えば、オフセット値算出部４１と、ゲイン倍率変更部４２と、表示制御部４３と、を備える。

オフセット値算出部４１は、増幅部１０の複数のゲイン倍率について、ゲイン倍率毎にオフセット値を算出するように構成されている。前述したように、オフセット部２０によって、増幅された出力値から第１ゲイン倍率に対応するオフセット値が減算される。これにより、複数のゲイン倍率の中から選択される第１ゲイン倍率が変更される場合でも、当該第１ゲイン倍率に対応するオフセット値を減算することによって、熱流センサＨＳの出力値の基準値補正を行うことができる。

また、オフセット値算出部４１は、Ａ／Ｄ変換部３０によって変換されたデジタル値に基づいて、ゲイン倍率毎にオフセット値を更新するように構成されている。具体的には、オフセット値算出部４１は、ｎ個（ｎは２以上の整数）のデジタル値の平均値に基づいて、第１ゲイン倍率に対応するオフセット値を更新する。更新されたオフセット値はオフセット部２０に出力される。このように、所定期間における時系列データであるｎ個のデジタル値を平滑化した平均値に基づくことで、熱流センサＨＳの出力値の基準値補正に適したオフセット値に更新することができる。

具体的には、オフセット値算出部４１は、Ａ／Ｄ変換部３０から入力されるｎ回のデジタル値を、例えばメモリ又はバッファにそれぞれ記憶しておき、これらのｎ個のデジタル値から平均値を求める。

オフセット値算出部４１が用いる平均値は、最新のｎ個のデジタル値における移動平均値であることが好ましい。このように、所定期間における直近の時系列データであるｎ個のデジタル値を平滑化した移動平均値に基づくことで、熱流センサＨＳの出力値の基準値補正にさらに適したオフセット値に更新することができる。

なお、以下において、説明の簡略化のため、移動平均値として単純移動平均値を用いる例を説明するが、これに限定されるものではない。移動平均値は、例えば、荷重移動平均値であってもよいし、指数平滑移動平均値であってもよい。

ゲイン倍率変更部４２は、Ａ／Ｄ変換部３０によって変換されたデジタル値に基づいて、増幅部１０の現在のゲイン倍率である第１ゲイン倍率を、複数のゲイン倍率のうちの他のゲイン倍率（以下、「第２ゲイン倍率」という）に変更するように構成されている。

このように、第１ゲイン倍率から第２ゲイン倍率に変更することにより、複数のゲイン倍率の中から熱流センサＨＳの出力値に応じたゲイン倍率を設定することができる。

具体的には、ゲイン倍率変更部４２は、あらかじめ、ゲイン倍率毎に上限値及び下限値をメモリ等に記憶している。また、増幅部１０によって現在の第1ゲイン倍率で増幅され、Ａ／Ｄ変換部３０によって変換された複数のデジタル値において、その最大値をバッファ等に記憶している。

ここで、図２を参照しつつ、ゲイン倍率の変更について説明する。図２は、熱流センサＨＳの電圧値とデジタル値との関係を例示するグラフである。なお、図２において、横軸は熱流センサＨＳの電圧値であり、縦軸はＡ／Ｄ変換部３０によって変換されたデジタル値である。図２では、熱流センサＨＳの電圧値について、４つのゲイン倍率ＧＭ１，ＧＭ２，ＧＭ３，ＧＭ４で増幅したときのそれぞれのデジタル値を実線で示し、４つのゲイン倍率ＧＭ１，ＧＭ２，ＧＭ３，ＧＭ４のうちから選択された１つのゲイン倍率で増幅したときのデジタル値を太線で示している。なお、４つのゲイン倍率ＧＭ１，ＧＭ２，ＧＭ３，ＧＭ４のうち、ゲイン倍率ＧＭ１は最小の倍率を有し、ゲイン倍率ＧＭ４は最大の倍率を有している。

図２に示すように、ゲイン倍率毎にデジタル値の上限値ＵＶ及び下限値ＬＶが設定されている。デジタル値の上限値ＵＶは、表示部５０に表示可能な最大値に対応するデジタル値より小さい値である。デジタル値の下限値ＬＶは、表示部５０に表示可能な最小値に対応するデジタル値より大きい値である。例えば、熱流センサＨＳの電圧値が電圧値ＶＶ１より大きい場合、図２において太線で示すように、熱流センサＨＳの電圧値をゲイン倍率ＧＭ１で増幅する。一方、熱流センサＨＳの電圧値が電圧値ＶＶ２より大きく電圧値ＶＶ１より小さい場合、図２において太線で示すように、熱流センサＨＳの電圧値をゲイン倍率ＧＭ２で増幅する。このとき、ゲイン倍率ＧＭ１で熱流センサＨＳの電圧値を増幅することも可能であるが、ゲイン倍率ＧＭ２で増幅したデジタル値の方が値が大きいので、熱流センサＨＳの検出性能を高めることができる。但し、熱流センサＨＳの電圧値ＶＶ１を超えてゲイン倍率ＧＭ２で増幅すると、そのデジタル値はゲイン倍率ＧＭ２の上限値ＵＶを超えてしまい、飽和するおそれがある。よって、熱流センサＨＳの電圧値ＶＶ１に対応するゲイン倍率ＧＭ１の下限値ＬＶ及びゲイン倍率ＧＭ２の上限値ＵＶを境界値してゲイン倍率ＧＭ１とゲイン倍率ＧＭ２とを変更する。

同様に、熱流センサＨＳの電圧値ＶＶ２に対応するゲイン倍率ＧＭ２の下限値ＬＶ及びゲイン倍率ＧＭ３の上限値ＵＶを境界値してゲイン倍率ＧＭ２とゲイン倍率ＧＭ３とを変更し、熱流センサＨＳの電圧値ＶＶ３に対応するゲイン倍率ＧＭ３の下限値ＬＶ及びゲイン倍率ＧＭ４の上限値ＵＶを境界値してゲイン倍率ＧＭ３とゲイン倍率ＧＭ４とを変更する。

各ゲイン倍率のデジタル値の上限値ＵＶ及び下限値ＬＶは、隣り合うゲイン倍率の倍率に基づいて設定することが好ましい。例えば、ゲイン倍率ＧＭ１の倍率が１倍でゲイン倍率ＧＭ２の倍率が４倍である場合、ゲイン倍率ＧＭ１のデジタル値の下限値ＬＶを「１００」とし、ゲイン倍率ＧＭ２のデジタル値の上限値ＵＶを「４００」とする。この場合、ゲイン倍率ＧＭ２からゲイン倍率ＧＭ１に変更するときに、その倍率比１／４がデジタル値の比であるゲイン倍率ＧＭ１の下限値ＬＶ／ゲイン倍率ＧＭ２の上限値ＵＶ（１００／４００）と同一になるので、ゲイン倍率の倍率比を考慮して表示部５０に表示することで、ゲイン倍率を変更しても熱流センサＨＳの電圧値が非連続にならない。

なお、図２では、説明の簡略化のため、各ゲイン倍率ＧＭ１，ＧＭ２，ＧＭ３，ＧＭ４のデジタル値の上限値ＵＶが同一であり、デジタル値の下限値ＬＶも同一である例を示したが、これに限定されるものではない。デジタル値の上限値及び下限値は、ゲイン倍率毎に異なる値であってもよい。

図１の説明に戻ると、ゲイン倍率変更部４２は、複数のデジタル値の最大値が第１ゲイン倍率に対応する下限値より小さいときに、複数のゲイン倍率のうち、第１ゲイン倍率の倍率より大きく、かつ、最も近い倍率を有する第２ゲイン倍率に変更する。これにより、ゲイン倍率を現在より一段階（１ステップ）大きい倍率に変更することができるので、ゲイン倍率を段階的に増加させることができる。従って、ゲイン倍率を変更することによって、増幅された熱流センサの出力値が非連続（離散的）になるのを抑制することができる。

また、ゲイン倍率変更部４２は、デジタル値が第１ゲイン倍率に対応する上限値より大きいときに、複数のゲイン倍率のうち、第１ゲイン倍率の倍率より小さく、かつ、最も近い倍率を有する第２ゲイン倍率に変更する。これにより、例えば１個のデジタル値によってゲイン倍率を小さい倍率にすぐに変更することができるので、熱流センサＨＳの出力値が飽和することを回避することができる。また、ゲイン倍率を現在より一段階（１ステップ）小さい倍率に変更することができるので、ゲイン倍率を段階的に減少させることができる。従って、ゲイン倍率を変更することによって、増幅された熱流センサの出力値が非連続（離散的）になるのを抑制することができる。

表示制御部４３は、Ａ／Ｄ変換部３０によって変換されたデジタル値に基づいて、表示部５０への表示を制御するように構成されている。

表示部５０は、情報を出力するように構成されている。表示部５０は、例えば、熱流センサＨＳの出力値、設定内容等を表示する。表示部５０は、例えば、７セグメントディスプレイを含んで構成される。また、表示部５０は、例えば警告等を知らせるための表示灯をさらに含んで構成されていてもよい。

本実施形態では、熱流センサ用出力装置１００の構成として、図１に示す例を示したが、これに限定されるものではない。熱流センサ用出力装置は、例えば、スイッチ、ボタン等を含んで構成され、利用者（ユーザ）の操作によって情報を入力するための操作部をさらに備えていてもよい。また、熱流センサ用出力装置は、外部機器との間でデータや信号をやり取りするための入出力インターフェースを備えていてもよい。

［動作例］
次に、図３から図６を参照しつつ、本実施形態に係る熱流センサ用出力装置１００の動作の一例について説明する。図３は、熱流センサ用出力装置１００の概略動作を例示するフローチャートである。図４は、図３に示したオフセット値更新処理Ｓ２１０を例示するフローチャートである。図５は、図３に示したゲイン倍率変更処理Ｓ２３０を例示するフローチャートである。図６は、図３に示した表示処理Ｓ２５０を例示するフローチャートである。

熱流センサ用出力装置１００は、例えば電源を入れる等によって起動されると、図３に示す熱流センサ用出力処理Ｓ２００を実行する。

最初に、増幅部１０は、熱流センサＨＳの電圧値を第１ゲイン倍率で増幅する（Ｓ２０１）。熱流センサ用出力処理Ｓ２００の開始直後は、第１ゲイン倍率として、例えば、複数のゲイン倍率の中で最大の倍率を有するものが設定されている。

次に、オフセット部２０は、増幅された熱流センサＨＳの電圧値から、第１ゲイン倍率に対応するオフセット値を減算する（Ｓ２０２）。

次に、Ａ／Ｄ変換部３０は、オフセット値が減算された熱流センサＨＳの電圧値をデジタル値に変換する（Ｓ２０３）。これにより、制御部４０は、熱流センサＨＳの電圧値のデジタル値を取得することができる。

以下の説明において、ステップＳ２０３で取得した最新のデジタル値を、過去のデジタル値と区別するために、特にデジタル値ＤＶと表記する。

次に、オフセット値算出部４１は、後述するオフセット値更新処理Ｓ２１０を行う。オフセット値更新処理Ｓ２１０では、ｎ個のデジタル値の平均値に基づいて、現在の第１ゲイン倍率に対応するオフセット値が更新される。

次に、ゲイン倍率変更部４２は、後述するゲイン倍率変更処理Ｓ２３０を行う。ゲイン倍率変更処理Ｓ２３０では、ステップＳ２０３で取得したデジタル値ＤＶに基づいて、第１ゲイン倍率が第２ゲイン倍率に変更される。

次に、表示制御部４３は、後述する表示処理Ｓ２５０を行う。表示処理Ｓ２５０では、ステップＳ２０３で取得したデジタル値ＤＶが表示される。

表示処理Ｓ２５０の後、熱流センサ用出力装置１００は、ステップＳ２０１に戻り、例えば電源を切る等によって停止されるまで、ステップＳ２０１から表示処理Ｓ２５０を繰り返す。

＜オフセット値更新処理Ｓ２１０＞
オフセット値更新処理Ｓ２１０が開始されると、図４に示すように、最初に、オフセット値算出部４１は、図３に示すステップＳ２０３で取得したデジタル値ＤＶを加算してｎ個のデジタル値の合計であるオフセット値用総和ＳＯＶを算出する（Ｓ２１１）。オフセット値用総和ＳＯＶは、例えば、デジタル値ＤＶを用いて以下の式（１）で算出される。
ＳＯＶ＝ＳＯＶ＋ＤＶ …（１）

ここで、Ｓ２０３で取得したデジタル値ＤＶが（ｎ＋１）個目のデジタル値である場合、過去のｎ個のデジタル値のうちで最も古いデジタル値を、オフセット値用総和ＳＯＶから減算する。これにより、移動平均値を求めるためのオフセット値用総和ＳＯＶが算出される。以下の説明において、ｎをオフセット値用平均数ｎと表記する。

次に、オフセット値算出部４１は、加算回数ＡＮに「１」を加算する（Ｓ２１２）。なお、加算回数ＡＮには、初期値としてゼロがあらかじめ設定されている。また、加算回数ＡＮの初期値として「ｎ」をあらかじめ設定しておき、ステップＳ２１２において、オフセット値算出部４１が、加算回数ＡＮから「１」を減算するようにしてもよい。

次に、オフセット値算出部４１は、加算回数ＡＮがオフセット値用平均数ｎ以上であるか否かを判定する（Ｓ２１３）。

ステップＳ２１３の判定の結果、加算回数ＡＮがオフセット値用平均数ｎ以上である場合、オフセット値算出部４１はオフセット値ＯＶを算出する（Ｓ２１４）。オフセット値ＯＶは、例えば、基準値ＲＶを用いて以下の式（２）で算出される。
ＯＶ＝ＲＶ−ＳＯＶ／ｎ …（２）
なお、基準値ＲＶは、ゲイン倍率毎に定められた基準となる値であり、式（２）では、現在の第１ゲイン倍率に対応する基準値が使用される。

次に、オフセット値算出部４１は、ステップＳ２１４で算出したオフセット値ＯＶをオフセット部２０に出力し、現在の第１ゲイン倍率に対応するオフセット値を更新する（Ｓ２１５）。そして、ステップＳ２１５の後、オフセット値算出部４１は、オフセット値更新処理Ｓ２１０を終了する。

一方、ステップＳ２１３の判定の結果、加算回数ＡＮがオフセット値用平均数ｎより小さい場合、オフセット値算出部４１は、何もせずに、オフセット値更新処理Ｓ２１０を終了する。

＜ゲイン倍率変更処理Ｓ２３０＞
ゲイン倍率変更処理Ｓ２３０が開始されると、図５に示すように、最初に、ゲイン倍率変更部４２は、図３に示すＳ２０３で取得したデジタル値ＤＶが、第１ゲイン倍率に対応する上限値ＵＶより大きいか否かを判定する（Ｓ２３１）。

ステップＳ２３１の判定の結果、デジタル値ＤＶが第１ゲイン倍率に対応する上限値ＵＶより大きい場合、第１ゲイン倍率で増幅された熱流センサＨＳの電圧値のデジタル値が飽和するおそれがある。よって、ゲイン倍率変更部４２は、増幅部１０に制御信号を出力して、複数のゲイン倍率のうち、第１ゲイン倍率の倍率より小さく、かつ、最も近い倍率を有する第２ゲイン倍率に変更する、すなわち、一段階（１ステップ）小さいゲイン倍率に下げる（Ｓ２３２）。

本実施形態では、ステップＳ２３１において、最新のデジタル値ＤＶの一つで第１ゲイン倍率の上限値ＵＶより大きいか否かを判定し、当該デジタル値ＤＶが第１ゲイン倍率の上限値ＵＶより大きい場合に、ゲイン倍率を一段階下げる例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、最新のｋ個（ｋは２以上の整数）のデジタル値における平均値が、第１ゲイン倍率の上限値ＵＶより大きいか否かを判定し、当該平均値が第１ゲイン倍率の上限値ＵＶより大きい場合に、ゲイン倍率を一段階下げるようにしてもよい。

ステップＳ２３２の後、ゲイン倍率変更部４２は、リセット処理を行う（Ｓ２３３）。リセット処理では、ゲイン倍率変更部４２は、ゲイン倍率に依存した値を初期値に戻す。ゲイン倍率変更部４２は、例えば、図４に示すステップＳ２１１で算出されるオフセット値用総和ＳＯＶ、ステップＳ２１２で加算される加算回数ＡＮ、後述する判定回数ＪＮ及び最大値ＭＶに、それぞれゼロを設定する。

ステップＳ２３３の後、ゲイン倍率変更部４２は、ゲイン倍率変更処理Ｓ２３０を終了する。

一方、ステップＳ２３１の判定の結果、デジタル値ＤＶが第１ゲイン倍率に対応する上限値ＵＶ以下である場合、ゲイン倍率変更部４２は判定回数ＪＮに「１」を加算する（Ｓ２３４）。なお、判定回数ＪＮには、初期値としてゼロがあらかじめ設定されている。また、判定回数ＪＮの初期値として、後述する判定必要数ＲＮを設定しておき、ステップＳ２３４において、ゲイン倍率変更部４２が、判定回数ＪＮから「１」を減算するようにしてもよい。

次に、ゲイン倍率変更部４２は、デジタル値ＤＶが、過去の複数回のデジタル値における最大値ＭＶより大きいか否かを判定する（Ｓ２３５）。

ステップＳ２３５の判定の結果、デジタル値ＤＶが最大値ＭＶより大きい場合、ゲイン倍率変更部４２は、デジタル値ＤＶを新たな最大値として最大値ＭＶを更新する（Ｓ２３６）。

一方、ステップＳ２３５の判定の結果、デジタル値ＤＶが最大値ＭＶ以下である場合、ゲイン倍率変更部４２は、ゲイン倍率変更処理Ｓ２３０を終了する。

ステップＳ２３６の後、ゲイン倍率変更部４２は、判定回数ＪＮが判定必要数ＲＮ以上であるか否かを判定する（Ｓ２３７）。判定必要数ＲＮには、第１ゲイン倍率より大きい倍率を有するゲイン倍率に上げるか否かを判定するために、必要と考えられるデジタル値の個数があらかじめ設定されている。

ステップＳ２３７の判定の結果、判定回数ＪＮが判定必要数ＲＮ以上である場合、ゲイン倍率変更部４２は、ステップＳ２３６で更新した最大値ＭＶが、第１ゲイン倍率に対応する下限値ＬＶより小さいか否かを判定する（Ｓ２３８）。

ステップＳ２３８の判定の結果、最大値ＭＶが第１ゲイン倍率に対応する下限値ＬＶより小さい場合、第１ゲイン倍率で増幅された熱流センサＨＳの電圧値のデジタル値は、より大きい倍率を有する第２ゲイン倍率で増幅すれば、当該第２ゲイン倍率に対応する上限値ＵＶの付近の値になる蓋然性が高い。増幅後の値がゲイン倍率の上限値ＵＶ付近になるときに、熱流センサＨＳの電圧値の検出性能を向上させることができる。よって、ゲイン倍率変更部４２は、増幅部１０に制御信号を出力して、複数のゲイン倍率のうち、第１ゲイン倍率の倍率より大きく、かつ、最も近い倍率を有する第２ゲイン倍率に変更する、すなわち、一段階（１ステップ）大きいゲイン倍率に上げる（Ｓ２３９）。

ステップＳ２３９の後、ゲイン倍率変更部４２は、前述したステップＳ２３３のリセット処理を行い、その後、ゲイン倍率変更処理Ｓ２３０を終了する。

一方、ステップＳ２３７の判定の結果、判定回数ＪＮが判定必要数ＲＮより小さい場合、あるいは、ステップＳ２３８の判定の結果、最大値ＭＶが第１ゲイン倍率に対応する下限値ＬＶ以上である場合、ゲイン倍率変更部４２は、何もせずに、ゲイン倍率変更処理Ｓ２３０を終了する。

＜表示処理Ｓ２５０＞
表示処理Ｓ２５０が開始されると、図６に示すように、最初に、表示制御部４３は、最新のデジタル値ＤＶに基づいて、表示値ＩＶを算出する（Ｓ２５１）。表示値ＩＶは、例えば、デジタル値ＤＶに所定の定数を乗算して求められる。

次に、表示制御部４３は、ステップＳ２５１で算出した表示値ＩＶを加算してｍ個（ｍは２以上の整数）の表示値ＩＶの合計である表示判定用総和ＳＩＤを算出する（Ｓ２５２）。表示判定用総和ＳＩＤは、例えば、表示値ＩＶを用いて以下の式（３）で算出される。
ＳＩＤ＝ＳＩＤ＋ＩＶ …（３）

ここで、ステップＳ２５１で算出した表示値ＩＶが（ｍ＋１）個目の表示値ＩＶである場合、過去のｍ個の表示値ＩＶのうちで最も古い表示値ＩＶを、表示判定用総和ＳＩＤから減算する。これにより、移動平均値を求めるための表示判定用総和ＳＩＤが算出される。以下の説明において、ｍを表示判定値用平均数ｍと表記する。

次に、表示制御部４３は、表示判定用平均値が表示下限しきい値以上、かつ、表示上限しきい値以下であるか否かを判定する（Ｓ３５３）。表示判定用平均値は、表示判定用総和ＳＩＤを表示判定値用平均数ｍで除算した値（ＳＩＤ／ｍ）である。表示下限しきい値及び表示上限しきい値は、表示部５０に表示可能な値の範囲に基づいて、表示判定用平均値のために定められた値である。

ステップＳ３５３の判定の結果、表示判定用平均値が表示下限しきい値以上、かつ、表示上限しきい値以下である場合、ステップＳ２５１で算出した表示値ＩＶは、表示部５０に表示可能であると考えられる。よって、表示制御部４３は、ステップＳ２５１で算出した表示値ＩＶを表示部５０に出力して表示させる（Ｓ３５４）。

一方、ステップＳ３５３の判定の結果、表示判定用平均値が、表示下限しきい値未満である場合、又は、表示上限しきい値より大きい場合、ステップＳ２５１で算出した表示値ＩＶは、表示部５０に表示できないと考えられる。よって、表示制御部４３は、エラーを示す制御信号を表示部５０に出力してエラーを表示させる（Ｓ３５５）。

ステップＳ３５４の後、又はステップＳ３５５の後、表示制御部４３は、表示処理Ｓ２５０を終了する。

以上のように、本実施形態では、複数のゲイン倍率のうちの第１ケイン倍率で、熱流センサＨＳの電圧値が増幅される。これにより、複数のゲイン倍率の倍率を幅広く設定することで、熱流センサの出力値のダイナミックレンジを広げることが可能となる。また、ゲイン倍率毎にオフセット値が算出され、増幅された出力値から第１ゲイン倍率に対応するオフセット値が減算される。これにより、複数のゲイン倍率の中から選択される第１ゲイン倍率が変更される場合でも、当該第１ゲイン倍率に対応するオフセット値を減算することによって、熱流センサＨＳの出力値の基準値補正を行うことができる。従って、熱流センサの出力値のダイナミックレンジを広げることができるとともに、熱流センサの出力値の基準値補正を行うことができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

（附記）
１．複数のゲイン倍率について、ゲイン倍率毎にオフセット値を算出するオフセット値算出部４１と、
熱流センサＨＳの出力値を複数のゲイン倍率のうちの第１ゲイン倍率で増幅する増幅部１０と、
増幅された出力値から第１ゲイン倍率に対応するオフセット値を減算するオフセット部２０と、
減算された出力値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部３０と、を備える、
熱流センサ用出力装置１００。
７．複数のゲイン倍率について、ゲイン倍率毎にオフセット値をオフセット値算出部４１が算出するステップと、
熱流センサＨＳの出力値を複数のゲイン倍率のうちの第１ゲイン倍率で増幅部１０が増幅するステップと、
増幅された出力値から第１ゲイン倍率に対応するオフセット値をオフセット部２０が減算するステップと、
減算された出力値をデジタル値にＡ／Ｄ変換部３０が変換するステップと、を含む、
熱流センサ用出力方法。

１０…増幅部、２０…オフセット部、３０…Ａ／Ｄ変換部、４０…制御部、４１…オフセット値算出部、４２…ゲイン倍率変更部、４３…表示制御部、５０…表示部、１００…熱流センサ用出力装置、ＡＮ…加算回数、ＤＶ…デジタル値、ＧＭ１、ＧＭ２，ＧＭ３，ＧＭ４…ゲイン倍率、ＨＳ…熱流センサ、ＩＶ…表示値、ＪＮ…判定回数、ＬＶ…下限値、ｍ…表示判定値用平均数、ＭＶ…最大値、ｎ…オフセット値用平均数、ＯＶ…オフセット値、ＲＮ…判定必要数、ＲＶ…基準値、Ｓ２００…熱流センサ用出力処理、Ｓ２１０…オフセット値更新処理、Ｓ２３０…ゲイン倍率変更処理、Ｓ２５０…表示処理、ＳＩＤ…表示判定用総和、ＳＯＶ…オフセット値用総和、ＵＶ…上限値、ＶＶ１，ＶＶ２，ＶＶ３…電圧値

Claims

複数のゲイン倍率について、ゲイン倍率毎にオフセット値を算出するオフセット値算出部と、
ゲイン可変型の増幅部であって、熱流センサの出力値を前記複数のゲイン倍率のうちの第１ゲイン倍率で増幅する増幅部と、
前記増幅された出力値から前記第１ゲイン倍率に対応する前記オフセット値を減算するオフセット部と、
前記減算された出力値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部と、を備える、
熱流センサ用出力装置。
前記オフセット値算出部は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の前記デジタル値の平均値に基づいて、前記第１ゲイン倍率に対応する前記オフセット値を更新する、
請求項１に記載の熱流センサ用出力装置。
前記平均値は、最新の前記ｎ個のデジタル値における移動平均値である、
請求項２に記載の熱流センサ用出力装置。
前記デジタル値に基づいて、前記第１ゲイン倍率を前記複数のゲイン倍率のうちの第２ゲイン倍率に変更するゲイン倍率変更部をさらに備える、
請求項１から３のいずれか一項に記載の熱流センサ用出力装置。
前記ゲイン倍率変更部は、複数の前記デジタル値の最大値が前記第１ゲイン倍率に対応する下限値より小さいときに、前記複数のゲイン倍率のうち、前記第１ゲイン倍率の倍率より大きく、かつ、最も近い倍率を有する前記第２ゲイン倍率に変更する、
請求項４に記載の熱流センサ用出力装置。
前記ゲイン倍率変更部は、前記デジタル値が前記第１ゲイン倍率に対応する上限値より大きいときに、前記複数のゲイン倍率のうち、前記第１ゲイン倍率の倍率より小さく、かつ、最も近い倍率を有する前記第２ゲイン倍率に変更する、
請求項４又は５に記載の熱流センサ用出力装置。
複数のゲイン倍率について、ゲイン倍率毎にオフセット値をオフセット値算出部が算出するステップと、
熱流センサの出力値を前記複数のゲイン倍率のうちの第１ゲイン倍率でゲイン可変型の増幅部が増幅するステップと、
前記増幅された出力値から前記第１ゲイン倍率に対応する前記オフセット値をオフセット部が減算するステップと、
前記減算された出力値をデジタル値にＡ／Ｄ変換部が変換するステップと、を含む、
熱流センサ用出力方法。
前記算出するステップは、ｎ個（ｎは２以上の整数）の前記デジタル値の平均値に基づいて、前記第１ゲイン倍率に対応する前記オフセット値を前記オフセット値算出部が更新することを含む、
請求項７に記載の熱流センサ用出力方法。
前記平均値は、最新の前記ｎ個のデジタル値における移動平均値である、
請求項８に記載の熱流センサ用出力方法。
前記デジタル値に基づいて、前記第１ゲイン倍率を前記複数のゲイン倍率のうちの第２ゲイン倍率にゲイン倍率変更部が変更するステップをさらに含む、
請求項７から９のいずれか一項に記載の熱流センサ用出力方法。
前記変更するステップは、複数の前記デジタル値の最大値が前記第１ゲイン倍率に対応する下限値より小さいときに、前記複数のゲイン倍率のうち、前記第１ゲイン倍率の倍率より大きく、かつ、最も近い倍率を有する前記第２ゲイン倍率に前記ゲイン倍率変更部が変更することを含む、
請求項１０に記載の熱流センサ用出力方法。
前記変更するステップは、前記デジタル値が前記第１ゲイン倍率に対応する上限値より大きいときに、前記複数のゲイン倍率のうち、前記第１ゲイン倍率の倍率より小さく、かつ、最も近い倍率を有する前記第２ゲイン倍率に前記ゲイン倍率変更部が変更することを含む、
請求項１０又は１１に記載の熱流センサ用出力方法。