JPH0376054B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は上位計算機からの指令にもとづいて
測定データを光伝送路を介して上位計算機へ伝送
するようにした測定情報伝送システムにおける光
部品の故障検出方式に関するものである。 最近、電気信号による伝送方式にかわり光信号
による伝送方式が種々提案されている。これは、
従来の電気信号による伝送方式がノイズやサージ
に弱く、かつ防爆対策等を必要とするのに対し、
光による伝送方式が原理的にノイズやサージの影
響を受けず、したがつて信頼性が高く、しかも防
爆対策等の余計な手当てを必要としないことによ
る。そこで、このような光による信号伝送方式を
利用して測定データを伝送するようにしたシステ
ムもすでに提案されている。しかしながら、この
ようなシステムにおいて測定装置側に何らかの故
障が生じた場合に、従来は測定装置内の測定部の
故障によるものか、または光部品の故障によるも
のかを判別するための手段を有していないのが普
通である。 したがつて、この発明はこのような故障部位、
すなわち光部品の故障を少なくとも検出しうるよ
うにして故障に対する対策を用意にすることを目
的とするものである。 上記の目的は、この発明によれば、複数の測定
装置を光分岐結合手段を介して上位処理装置と互
いに並列に接続し、上位処理装置からの指示を受
けて測定情報を上位処理装置へ伝送する測定情報
伝送システムにおいて、 前記測定装置はそれぞれ、 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、 該演算測定部の入出力端子間に並列に設けら
れ、各測定装置毎に異なる遅延時間が設定された
遅延手段と、 前記測定結果および前記遅延手段により所定時
間遅延された上位処理装置からの制御情報を光情
報に変換して上位処理装置へ送出する電気−光変
換器および上位処理装置からの光情報を電気信号
に変換して受信する光−電気変換器からなる伝送
部と、 からなり、前記上位処理装置から各測定装置に一
斉に送られ、前記光−電気変換器により受信した
故障検出に関する制御情報を前記遅延手段により
各測定装置毎に異なる時間遅延させて、前記電気
−光変換器を介して前記上位処理装置に返送する
ことにより前記伝送部内の光部品の故障を検出し
得るようにした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１図はこの発明の実施例を示す構成概要図、
第１Ａ図はその動作を説明するためのタイムチヤ
ートである。 第１図において、SCは図示されない上位処理
装置から光フアイバOFAを介して送られてくる
光信号を複数の光フアイバOFBに分岐または分
配するとともに、複数の光フアイバOFBからの
光を集光して光フアイバOFAに結合するスター
カプラ（商品名）、ME１〜MENは測定装置であ
つて、それぞれ光−電気変換器OE１〜OENと、
電気−光変換器EO１〜EONと、この発明により
特に設けられたシフトレジスタ、モノマルチまた
はタイマー等の遅延回路DL１〜DLNと、物理量
の測定を行なう測定部PM１〜PMNとより構成
され、変換器OE１〜OEN、EO１〜EONと遅延
回路DL１〜DLNとによつて伝送部が形成されて
いる。 このような構成において、複数の測定装置ME
１−MENの故障検出を行なう場合には、図示さ
れない上位計算機から、スターカプラSCを介し
て個々の測定装置に対して制御信号を送出する。
この制御信号は測定装置ME１〜MENの光−電
気変換器OE１〜OENによつて、第１Ａ図イの如
く受信される。こゝで、測定装置の各遅延回路
DL１〜DLNの遅延時間を互いに異ならせておく
ことにより、受信された制御信号は第１Ａ図ロ〜
ニで示されるように、それぞれτ_A，τ_Bおよびτ_N時
間だけ遅れて各電気−光変換器EO１〜EONへ与
えられ、再びスターカプラSCを介して中央処理
装置へ返送されることになる。したがつて、中央
処理装置では制御信号を送出してから返送されて
くる迄の時間を監視することによつて、どの測定
装置から制御信号が返送されて来たかを知ること
ができる。なお、この動作は測定装置内のマイク
ロプロセツサの処理動作とは無関係に行なわれ、
したがつて、このためにマイクロプロセツサの負
担が増加することはない。 次に、測定装置の具体例について説明する。第
２図は測定装置の概略を示すブロツク構成図、第
３図は測定装置の詳細を示す回路構成図、第４図
は機械的な変位量を静電容量に変換して検出する
原理を説明するための原理図、第５図は第３図の
動作を説明するためのタイムチヤート、第６図は
容量検出部の他の具体例を示す回路図である。 すなわち、第１図に示された測定装置ME１〜
MENは、さらに第２図のブロツク図に示される
ように、例えば圧力等の機械的な変位をインピー
ダンスまたは電圧等の物理量に変換する検出部
１、該検出部１の選択を行なう選択回路２と、検
出結果を所定の周波数信号に変換する周波数変換
回路３と、該周波数信号を計数するカウンタ４
と、該カウンタ４により制御されて基準クロツク
発生回路６からのクロツク信号を所定数計数する
タイマー５と、該タイマー５からの出力にもとづ
いて所要の演算を行なうマイクロプロセツサ（μ
−COM演算回路）７等から構成される。なお、
１０は測定値のゼロ点およびスパンを調整するた
めの指示を与えるキーボードであり、９は測定装
置内の各部への電源を供給するためのバツテリ電
源回路である。また、第１図の伝送部に相当する
ところには光伝送回路８が設けられている。した
がつて、検出部１にて検出された物理量は検出部
選択回路２、周波数変換回路３、カウンタ４およ
びタイマー５等によつてデイジタル信号に変換さ
れ、これによりμ−COM演算回路７にて所要の
演算が行なわれ、物理量の測定が行なわれる。 上記の如き測定装置はさらに第３図に示される
ように、検出部１はこゝではコンデンサ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C_S、サーミ
スタR_Sの選択を行なうＣ−MOS（相補形MOS）
タイプのアナログスイッチSW２（SW２１，SW
２２）より構成され、周波数変換回路３はコンデ
ンサC₁，C₂の充放電の切換えおよびフリップフ
ロップＱ１のクリアまたはリセツトを行なうアナ
ログスイッチ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R_f、コンデン
サC_f）によつて決まる一定時間後にリセツトされ
るフリップフロップＱ１（Ｄ型）とから構成され
ている。なお、従来の一般的なＤ形フリップフロ
ッ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
フリップフロップ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
シユ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
ナログスイッチ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R_S、コンデンサC_S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なわせ、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、測定誤差を
回避すべくゼロ点またはスパンの調整を行なうた
めの操作を指示するキーボード１０、また省電力
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を間欠的に動作させるためのス
タンバイモード回路１２、さらには管理室側の上
位計算機との間で光による情報の授受を行なうた
めの光伝送回路８および該回路８における発光ダ
イオードLEDの異常検出回路１１等が接続され
ている。なお、９は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。 こゝで用いら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
デイジタル量に変換して測定するものであるか
ら、こゝで、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＝εS／（ｄ−Δd） CA₂＝εS／（ｄ＋Δd） として求められる。ここで、これらの容量の和お
よび差を考えると、 CA₁＋CA₂＝εS・2d／（d²−Δd²） CA₁−CA₂＝εS・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＝εS／ｄ、CA₂＝εS／（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＝εS・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、スイッチ
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
圧がフリップフロップＱ１のスレツシユホールド
電圧V_THを超えると、該フリップフロップ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R_fおよびコンデンサC_fに与え
られるとともに、アナログスイッチSW１にも与
えられる。その結果、スイッチSW１２が開放さ
れて抵抗R_fとコンデンサC_fによる充電回路が形成
される。なお、このときスイッチSW１１が点線
の位置へ切替えられ、コンデンサC₁の放電が行
なわれる。コンデンサC_f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、フリップフロップＱ１はクリアされ、その結
果、フリップフロップ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
リップフロップＱ１のリセツトによつてアナログ
スイッチSW１もオフとなるので、スイッチSW
１２は第３図の如き状態に復帰し、コンデンサC_f
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
リップフロップ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、上記フリップフロップＱ１のスレツシ
ユホールド電圧をV_THとすれば、

【式】 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＝−RC₁log_e（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＝−R_fC_flog_e（１−V_TH／V_DD） として表わされる。なお、R_f，C_f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によつてスイッチ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 ＝nR（C₁＋C₂）log_e（１−V_TH／V_DD） T₁−T₂＝nR（C₁−C₂）log_e（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物理的な変位量、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……（
） 上記の具体例においては、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図は検出部の他の具体例を示す回路図
で、第７図は抵抗値に変換する場合、第８図は周
波数に変換する場合、そして第９図は電圧値に変
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R_Cの抵抗値はともに一定であり、また
スイッチSW１１，SW２１およびフリップフロ
ップＱ１は第３図具体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
ッチSW２１をR_X側に倒してその充放電時間T₁
を測定し、次にR_C側に倒して同様に充放電時間
T₂を求め、 R_X／R_C＝T₁−（ｎ−１）t_C／T₂−（ｎ−１）
t_C なる演算によつてR_Xの抵抗値を求める。 同じく同図ｃに示されるものは、先の具体例に
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R_lが
変動する場合である。したがつて、スイッチSW
２１を順次切替えることによつてR_X＋2R_l、2R_l
およびR_C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＝R_X／R_C なる演算式より抵抗値R_X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図具体例の如き周波数
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(I)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OP１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ップフロッ
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なわれるの
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、スイッチ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
替えたときのそれをT₁とすると T₂−T₁＝Ｃ／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はコンデンサに
与えられる電流、Ｃはコンデンサの容量値であ
る。 以上のように、この発明によれば、上位計算機
からの制御信号を測定装置毎に所定の時間だけ遅
延させるという簡単な手段を付加するだけで測定
装置内の少なくとも光部品の故障を検出すること
ができるから故障部位を絞ることができ、したが
つて誤動作対策が容易となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す構成図、第１
Ａ図はその動作を説明するためのタイムチヤー
ト、第２図は測定装置の概要を示すブロツク図、
第３図は測定装置の詳細を示す回路構成図、第４
図は機械的な変位量を静電容量値に変換して検出
する原理を説明するための原理図、第５図は第３
図の動作を説明するためのタイムチヤート、第６
図は容量検出部の他の具体例を示す回路図、第７
図は抵抗検出部の具体例を示す回路図、第８図は
周波数検出部の具体例を示す回路図、第９図は電
圧検出部の具体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……基準クロツク発生器、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、SC……カプラ、ME１〜MEN……測
定装置、OE１〜OEN……光−電気変換器、EO
１〜EON……電気−光変換器、DL１〜DLN…
…遅延回路、PM１〜PMN……測定部、OFA，
OFB……光フアイバ、Ｑ１……フリップフロッ
プ、SW１，SW２……アナログスイッチ、CT１
〜CT３……カウンタ、EL_F，EL_V……電極、OP
１，OP２……演算増巾器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の測定装置を光分岐結合手段を介して上
   位処理装置と互いに並列に接続し、上位処理装置
   からの指示を受けて測定情報を上位処理装置へ伝
   送する測定情報伝送システムにおいて、 前記測定装置はそれぞれ、 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、 該演算測定部の入出力端子間に並列に設けら
   れ、各測定装置毎に異なる遅延時間が設定された
   遅延手段と、 前記測定結果および前記遅延手段により所定時
   間遅延された上位処理装置からの制御情報を光情
   報に変換して上位処理装置へ送出する電気−光変
   換器および上位処理装置からの光情報を電気信号
   に変換して受信する光−電気変換器からなる伝送
   部と、 からなり、前記上位処理装置から各測定装置に一
   斉に送られ、前記光−電気変換器により受信した
   故障検出に関する制御情報を前記遅延手段により
   各測定装置毎に異なる時間遅延させて、前記電気
   −光変換器を介して前記上位処理装置に返送する
   ことにより前記伝送部内の光部品の故障を検出し
   得るようにしたことを特徴とする測定情報伝送シ
   ステムにおける故障検出方式。