JPH0140400B2

JPH0140400B2 -

Info

Publication number: JPH0140400B2
Application number: JP11841681A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yasuhara; Eiichi Nabeta
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1981-07-30
Filing date: 1981-07-30
Publication date: 1989-08-28
Also published as: JPS5819997A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は検出された物理量をデイジタル量に
変換し、該デイジタル量にもとづき所定の演算を
して物理量を測定するデイジタル演算部と、該演
算にもとづく測定情報を発光素子にて光信号に変
換して伝送するようにした測定装置、特にその発
光素子の点灯しきりまたは異常点灯を検出しうる
ようにした測定装置に関するものである。

第１図はこのような測定情報伝送システムを示
すシステム構成図である。

同図においてCEは集中管理室、CPUは中央処
理装置、COは電気―光変換器および光―電気変
換器からなる伝送部または変換部、TR₁〜TR_oは
中央処理装置CPUと同様に光―電気、電気―光
変換器を備え、種々の物理量を測定するデイジタ
ル式測定装置、SCは中央処理装置CPUと測定装
置TRとの間の光信号を分岐または結合するスタ
ーカプラ（商品名）、OFS，OFMは光フアイバ
で、中央処理装置CPUと測定装置TRとの間で光
による情報の伝送が行われるものである。このよ
うな光―電気変換器および電気―光変換器を用い
て情報を伝送するシステムにおいて、電気―光変
換器または発光素子が何らかの原因によつて異常
点灯（点灯しきり）すると、所要の情報が伝送さ
れないことになる。これは、中央処理装置と測定
装置との間で１対１伝送を行なう場合は勿論のこ
と、同図の如く複数台の測定装置を有するシステ
ムにおいては、１台の測定装置による誤動作がシ
ステム全体に波及するという欠陥を有しており、
したがつてこのためのしかるべき手段の出現が待
ち望まれていた。

この発明は上記に鑑みなされたもので、上述の
如き発光素子の点灯しきりまたは異常点灯を簡単
な手段にて検出しうるようにして、点灯しきりま
たは異常点灯による誤動作を防止することを目的
とするものである。

上記の目的は、この発明によれば、測定データ
を発光素子により光信号に変換して上位計算機へ
伝送するようにした測定装置において、前記発光
素子に流れる電流を積算する積算手段を設け、該
手段に積算された電流値が所定値に達したとき前
記発光素子の点灯回路を遮断して消灯することに
より達成される。

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明
する。

第２図はこの発明の実施例を概略的に示すブロ
ツク図、第３図はこの発明の実施例を詳細に示す
回路構成図、第４図は変位量を容量値に変換して
検出する検出原理を説明する原理図、第５図は第
３図の測定装置の動作を説明するタイムチヤー
ト、第６図は容量検出部の他の実施例を示す回路
図である。

第２図において１は検出部、２は検出部選択回
路、３は周波数変換回路、４はカウンタ、５はタ
イマー、６は基準クロツク発生回路、７はマイク
ロプロセツサ（以下、μ―COM演算回路ともい
う。）、８は発光ダイオードおよびフオトダイオー
ドからなる光伝送回路、９はバツテリを用いた電
源回路、１０はゼロまたはスパン調整を行なうた
めのキーボードである。

さらに、これらの各部は第３図に示されるよう
に、検出部１はコンデンサC₁，C₂によつて構成
され、検出部選択回路２はコンデンサC₁，C₂お
よび測温用のコンデンサCs、サーミスタRsの選
択を行なうＣ―MOS（相補形MOS）タイプのア
ナログスイツチSW２（SW２１，SW２２）より
構成され、周波数変換回路３はコンデンサC₁，
C₂の充放電の切替えおよびフリツプフロツプＱ
１のクリアまたはリセツトを行なうアナログスイ
ツチSW１（SW１１，SW１２）と、コンデンサ
C₁またはC₂の充電々圧が所定の電圧レベル（ス
レツシユホールドレベル）を超えたときセツトさ
れ、所定の時定数（抵抗Rf、コンデンサCf）に
よつて決まる一定時間後にリセツトされるフリツ
プフロツプＱ１（Ｄ型）とから構成されている。
なお、従来の一般的なＤ形フリツプフロツプを使
用する場合は、その前段にスレツシユホールドレ
ベルを判別するための特別な回路（例えば、シユ
ミツト回路）が必要となるが、Ｃ―MOS形のフ
リツプフロツプ回路を使用する場合はこのような
回路を必要とせず、その切り替わり電圧をそのま
まスレツシユホールド電圧として使用することが
できる。同様に、タイマー５は２段のカウンタ
CT２，CT３から構成され、μ―COM演算回路
７からのリセツト信号PO３の解除によつて基準
クロツク発生回路６から与えられるクロツク信号
の計数を開始し、カウンタ（CT１）４からのカ
ウントアツプ信号によつて計数を停止する。μ―
COM演算回路７は基準クロツク発生回路６から
のクロツク信号によつて駆動され種々の演算、制
御動作を行なう。例えば、検出部選択回路２のア
ナログスイツチSW２にモード選択信号PO１，
PO２を送出してコンデンサC₁測定モード、コン
デンサC₂測定モード、または温度測定モード
（抵抗Rs、コンデンサCsによる測定）の選択を行
ない、非測定時にはカウンタ４およびタイマー５
に対してリセツト信号PO３を与えてこれらのリ
セツトを行なうとともに、測定時には該リセツト
信号PO３を解除して計数動作を行わせ、カウン
タ４からのカウントアツプ信号を割込信号IRQと
して受け、タイマー５からの計数出力を端子PI
０〜PI１５を介して読取り、所定の演算処理を
行なう。μ―COM演算回路７には、管理室側の
上位計算機との間で光による情報の授受を行なう
ための発光ダイオードLEDおよびフオトダイオ
ードPDからなる光伝送回路８、キーボード１０、
さらには省力化を図るべく基準クロツク発生回路
６またはμ―COM演算回路７自体を間欠的に駆
動させるためのスタンバイモード回路１２等が接
続されているが、この発明は、特に光伝送回路８
内の発光ダイオードLEDの異常（点灯しきり）
を検出する検出回路１１を設けた点に特徴を有す
るものである。なお、９は第２図または第３図に
示される所要の各部へ電源を供給するためのバツ
テリ電源回路である。

この実施例に示される測定装置は、圧力等の機
械的な変位量を容量値に変換して検出し、該検出
結果をさらにデイジタル量に変換して測定するも
のであるから、ここでその検出原理について第４
図を参照して説明する。

同図Ａには２つの固定電極EL_F間に可動電極
EL_Vが配置され、該可動電極EL_Vは圧力等の機械
的な変位に応じて図の左右（矢印Ｒ参照）方向に
移動する。この場合、各電極間の容量CA₁，CA₂
は一方が増大すれば他方は減少する、つまり差動
的に変化する。こゝで、各電極の面積をＳ、電極
間の誘電率をε、可動電極EL_Vと固定電極EL_Fと
の間隔をｄとし、例えば同図Ａの点線で示される
如く可動電極EL_VがΔdだけ変位したときの容量
CA₁，CA₂は CA₁＝εA／ｄ−Δd CA₂＝εA／ｄ＋Δd として求められる。こゝで、これら容量の和およ
び差を考えると、 CA₁＋CA₂＝εA・2d／d²−Δd² CA₁−CA₂＝εA・2Δd／d²−Δd² となり、したがつてその比をとると、 CA₁−CA₂／CA₁＋CA₂＝Δd／ｄが得られ、変
位量Δdを容量値CA₁−CA₂／CA₁＋CA₂によつて
求めることができる。

同様にして、第４図Ｂでは２つの固定電極EL_F
に対して可動電極EL_Vが図の如く配置され、外部
圧力等の変位によつて図の点線位置にΔdだけ変
位した場合は次のようになる。この場合、容量
CA₁は固定、CA₂は可変であつて、それぞれの値
は上記と同様にして CA₁＝εA／ｄ，CA₂＝εA／ｄ＋Δd と表わすことができる。そこで、これらの差を考
えると、 CA₁−CA₂＝εA・Δd／ｄ（ｄ＋Δd）であり、したがつてCA₁−CA₂とCA₂との比をと
ると、 CA₁−CA₂／CA₂＝Δd／ｄとなり、変位量Δdを静電容量値の変化として検
出することができる。これらの式からも明らかな
ように、変位量は静電容量のみの関数となるか
ら、電極間の誘電率や浮遊容量の影響を受けず、
このため容量によつて機械的な変位量を正確に検
出することが可能となる。

次に、このような検出原理にもとづく測定動作
について、主に第３図および第５図を参照して説
明する。

初期状態においては、μ―COM演算回路７か
らはモード選択信号PO１，PO２は与えられず、
リセツト信号PO３によつてカウンタ（CT１）４
およびタイマー５はリセツト状態にある。ここ
で、第５図イの如きコンデンサC₁の測定モード
信号が与えられ、第５図ロの如くリセツト信号
PO３が解除されると、コンデンサC₁、スイツチ
SW２１，SW１１、抵抗Ｒ、電源V_DDなる径路が
形成されるので、コンデンサC₁が第５図ハで示
されるように充電される。t₁時間後にこの充電々
圧がフリツプフロツプＱ１のスレツシユホールド
電圧V_THを超えると、該フリツプフロツプＱ１が
セツトされ、その出力端子Ｑより出力が得られ
る。この出力は抵抗RfおよびコンデンサCfに与
えられるとともに、アナログスイツチSW１にも
与えられる。その結果、スイツチSW１２が開放
されて抵抗RfとコンデンサCfによる充電回路が
形成される。なお、このときスイツチSW１１が
点線の位置へ切替えられ、コンデンサC₁の放電
が行われる。コンデンサCfの充電々圧が第５図
ホで示されるように、所定時間t_c後に所定の値に
なると、フリツプフロツプＱ１はクリアされ、そ
の結果、フリツプフロツプＱ１からは第５図ニの
如き一定幅（t_c）の出力パルスが得られる。な
お、フリツプフロツプＱ１のリセツトによつてア
ナログスイツチSW１もオフとなるので、スイツ
チSW１２は第３図の如き状態に復帰し、コンデ
ンサCfの放電回路を形成する。上記の時間t₁はコ
ンデンサC₁および抵抗Ｒの大きさに比例するか
ら、フリツプフロツプＱ１の出力からはコンデン
サC₁の容量に比例した周波数のパルス信号が得
られることになる。このパルス信号はカウンタ４
によつて計数され、所定数に達すると第５図ヘに
示される如きパルス（カウントUP出力）を発し
てタイマー５を第５図トの如く計数停止させる。
タイマー５は先のリセツト信号PO３の解除とと
もにパルス発生回路６からのクロツクパルスを計
数しており、該計数結果がカウンタ４からのカウ
ントUP信号を受けたμ―COM演算回路７により
端子PI０〜PI１５を介して読取られる。

こゝで、上記フリツプフロツプＱ１のスレツシ
ユホールド電圧をV_THとすれば、として表わされ、したがつてコンデンサC₁の充
電時間t₁（第５図ニを参照）は、 t₁＝−RC₁loge（１−V_TH／V_DD）の如く表わされる。

また、上記の時間t_cも同様にして t_c＝−RfCfloge（１−V_TH／V_DD）として表わされる。なお、Rf，Cfの値は既知で
あり、したがつてt_cは一定の値である。

したがつて、コンデンサC₁の充、放電動作を
ｎ回カウントする迄の基準クロツク発生回路６か
らのクロツクパルスを数えることにより、すなわ
ちタイマー５からの出力によつてコンデンサC₁
による充放電時間T₁を求めることができる。こ
の充放電時間T₁は第５図ニからも明らかなよう
に、充電（t₁）はｎ回であるのに対して放電（t_c）
は（ｎ−１）回であるから T₁＝nt₁＋（ｎ−１）t_c ……（）として求めることができる。なお、このようにｎ
回カウントするのは、時間測定カウンタ（CT２，
CT３）の分解能を上げるためであり、その数ｎ
は基準クロツク発生回路６の出力周波数、抵抗Ｒ
の抵抗値またはコンデンサC₁の容量値等に応じ
て適宜選択される。

このようにして、コンデンサC₁の充放電時間
T₁を求めた後、μ―COM演算回路７は信号PO
１またはPO２によつてスイツチSW２１を切換
えてコンデンサC₂の検出モードとし、コンデン
サC₂の充放電時間T₂を測定する。この場合の動
作態様は上記と全く同様であり、そのタイムチヤ
ートは第５図の右半分に示されている。なお、充
放電時間T₂は（）式と同様にして T₂＝nt₂＋（ｎ−１）t_c ……（）となる。

μ−COM演算回路７では、上記（）、（）
式より次の如き演算を行なう。

T₁＋T₂−２（ｎ−１）t_c ＝−Ｒ（C₁＋C₂）loge（１−V_TH／V_DD） T₁−T₂＝−Ｒ（C₁−C₂）loge（１−V_TH／V_DD） T₁−T₂／T₁＋T₂−２（ｎ−１）t_c＝C₁−C₂／C₁＋C₂…
（）この式は先の原理図における説明からも明ら
かなように、変位に比例するから、μ―COM演
算回路７では上記の如き演算を行なうことによつ
てその変位を測定することができる。

なお、上記ではコンデンサC₁，C₂の容量を差
動的に変化させることにより機械的な変位量、例
えば差圧ΔPを測定するようにしたが、第６図に
示されるように、コンデンサの一方（C₂）を固
定とし、他方（C₁）を可変とするものについて
も同様に適用しうることは、先の原理図の説明か
らも明らかである。ただし、この場合は上記の差
圧ΔPのかわりに圧力Ｐを求めることとなり、そ
の演算式は上記と同様にして次のように表わされ
る。

Ｐ＝C₁−C₂／C₂＝T₁−T₂／T₂−（ｎ−１）t_c…（）上記の実施例においては、機械的な変位量を静
電容量値に変換して検出するようにしたが、これ
を抵抗、周波数または電圧に変換して検出するこ
とも可能である。

第７〜９図は検出部の他の実施例を示す回路図
で、第７図は抵抗に変換する場合、第８図は周波
数に変換する場合、そして第９図は電圧に変換し
て検出する場合をそれぞれ示すものである。

これらの図において、コンデンサＣの容量値お
よび抵抗Rcの抵抗値はともに一定であり、また
スイツチSW１１，SW２１およびフリツプフロ
ツプＱ１は第３図実施例に示されるものと同様の
ものである。

第７図ａ〜ｃにおける検出原理はいずれも容量
による検出原理と全く同様であつて、充放電時間
が抵抗とコンデンサとの積に比例することを利用
して、ここでは抵抗値を検出するようにしたもの
である。すなわち、同図ａに示されるものはスイ
ツチSW２１をRx側に倒してその充放電時間T₁
を測定し、次にRc側に倒して同様に充放電時間
T₂を求め、 Rx／Rc＝T₁−（ｎ−１）t_c／T₂−（ｎ−１）t_c なる演算によつてRxの抵抗値を求める。

同じく同図ｃに示されるものは、先の実施例に
おけるコンデンサC₁，C₂を抵抗R₁，R₂におきか
えたものに相当するから、その演算式も T₁−T₂／T₁＋T₂−２（ｎ−１）t_c＝R₁−R₂／R₁＋R₂ の如く全く同様に表わされることになる。

また、同図ｂに示されるものはライン抵抗Rl
が変動する場合である。したがつて、スイツチ
SW２１を順次切替えることによつてRx＋2Rl、
2RlおよびRcによるそれぞれの充放電時間T₁，
T₂およびT₃を求め、 T₁−T₂／T₃−（ｎ−１）t_c＝Rx／Rc なる演算式より抵抗値Rxを測定する。

第８図においては、検出部にてすでに周波数に
変換されているから、第３図実施例の如き周波数
変換回路は不要となり、検出部からの出力は適宜
増巾されて直接カウンタへ導入される。この場
合、カウンタが所定数Ｎを計数する迄にどれだけ
の時間Ｔがかゝるかを演算することによつてその
周波数（Ｎ／Ｔ）を求めることができる。

第９図は電圧E₁に変換して検出する場合であ
つて、コンデンサＣに一定の電流（）を流して
充電を行ない、該充電による電圧を演算増巾器
OP２の一方に与え、もう一方には演算増巾器PO
１によつて増巾された入力電圧E₁を導入し、該
入力電圧E₁を充電々圧が超えたときフリツプフ
ロツプＱ１をセツトするようにしたものである。
コンデンサＣによる充電は一定の態様で行われる
のに対し入力電圧レベルE₁が変動するので、電
圧値に応じた時間信号を得ることができる。ここ
で、スイツチSW２１が図示の状態にあるときの
時間測定出力をT₂、図示とは反対側の状態に切
り替わつたときのそれをT₁とすると、 T₂−T₁＝Cx／Ｉ・E₁ なる演算によつて電圧値E₁を求めることができ
る。こゝに、E₁は測定電圧、ＩはコンデンサＣ
に与えられる電流、CxはコンデンサＣの容量値
である。

このように構成される測定装置からの測定デー
タは、図示されない上位計算機からの指令にもと
づいて第２図または第３図に示される光伝送回路
８を介して上位計算機へ伝送される。

こゝで、再び第３図を参照して、光伝送回路８
における発光ダイオードの点灯しきりを検出する
検出動作について説明する。

上記光伝送回路８には発光ダイオードLEDの
ほかにトランジスタTRAが設けられ、また、
LED異常検出回路１１には抵抗R_Lおよびコンデ
ンサC_Lからなる充電回路、ゲートＧおよびトラ
ンジスタTRBが設けられている。通常は、μ―
COM演算回路７の出力端子SOから与えられるパ
ルスによつてトランジスタTRA，TRBが導通し
て発光ダイオードLEDの動作回路が形成され、
発光ダイオードLEDが発光する。ここで、何ら
かの事情によつてμ―COM演算回路７の出力端
子SOから出力が出つ放しになると、P₀点の電位
は次第に上昇し、該電位が所定時間後に所定値に
達すると、該電圧がゲートＧを介してトランジス
タTRBに与えられ、これによりトランジスタ
TRBはオフとなつて発光ダイオードLEDの動作
回路が遮断され、発光ダイオードは消灯する。点
P₀の電位は抵抗R_LとコンデンサC_Lとの時定数に
よつて決まる所定時間後に所定値に達するから、
これによつて発光ダイオードLEDが所定時間以
上点灯していることを検出して、その消灯を行な
うことができる。なお、この検出動作はμ―
COM演算回路の処理動作とは全く無関係に行な
うことができるので、このための負担がμ―
COM演算回路にかかることがない。

以上のように、この発明によれば、測定データ
を光信号に変換して伝送するための発光素子に流
れる電流を積算する手段を設け、該手段にて積算
電流値が所定値に達したとき前記発光素子を消灯
するようにしたから簡単な構成で光伝送における
致命的な障害を回避することができ、したがつて
信頼性がより一段と向上するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は測定情報伝送システムを示す構成図、
第２図はこの発明の実施例の概要を示すブロツク
図、第３図はこの発明の実施例を詳細に示す回路
構成図、第４図は変位量を容量値に変換して検出
する検出原理を説明する原理図、第５図は第３図
の測定装置の動作を説明するタイムチヤート、第
６図は容量検出部の他の実施例を示す回路図、第
７図は抵抗検出部の実施例を示す回路図、第８図
は周波数検出部の実施例を示す回路図、第９図は
電圧検出部の実施例を示す回路図である。符号説明、１…検出部、２…検出部選択回路、
３…周波数変換回路、４…カウンタ、５…タイマ
ー、６…基準クロツク発生回路、７…μ―COM
演算回路、８…光伝送回路、９…バツテリ電源回
路、１０…キーボード、１１…LED異常検出回
路、１２…スタンバイモード回路、Ｑ１…フリツ
プフロツプ、SW１，SW２…アナログスイツチ、
CT１〜CT３…カウンタ、LED…発光ダイオー
ド、PD…フオトダイオード、TRA，TRB…ト
ランジスタ、Ｇ…ゲート回路、CE…集中管理室、
CPU…中央処理装置、CO…変換部、SC…スター
カプラ、TR₁〜TR_o…測定装置、OFS，OFM…
光フアイバ。

Claims

【特許請求の範囲】

１検出された物理量をデイジタル量に変換し、
該デイジタル量にもとづき所定の演算をして物理
量を測定する演算測定部と、該測定結果を光情報
に変換して上位処理装置へ送出する発光素子とを
有してなる測定装置であつて、該発光素子を流れ
る電流を積算する積算手段を備え、該手段にて積
算された電流値が所定のレベルに達したとき前記
発光素子の点灯回路を遮断することにより、発光
素子の異常点灯を防止するようにしたことを特徴
とする測定装置。