JPH0515212B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は非線形特性をもつ変換器用の誤差補正
方法およびその方法を実施する装置に関する。

（従来の技術） 測定技術では変換器の出力値が測定値に線形比
例することが必要である。そうでない場合は変換
器の特性を線形化する補正回路が備えられる。こ
のような補正回路は、たとえばダイオード回路網
であつて、それによつて非線形特性が反転曲率も
つた横断線のドラフトとして、ダイオード網の非
線形入力信号が線形信号として出力に現われるよ
うにして再生される。このような線形化または補
正回路の別の実施例では、変換器の出力信号は次
に続く回路の対数特性によつて増倍され、それに
よつて線形化される。両方の方法とも線形化が多
大の整合努力をしなければできないのが欠点で、
さらに整合が訓練工によつてなされなければなら
ない欠点がある。また、上記公知の方法は非常に
限定された補正用のもので、多くの場合において
耐えがたい程大きい不可避の誤差が残されたまま
である。

上記欠点に加えて、非線形特性を補正する回路
自身が付加的なゼロドリフトおよび付加的な温度
ドリフトを含む。これらの付加的な妨害は別の回
路によつて補正されなければならない。

特に、変換器が工業的に用いられる場合には、
十分に訓練されたスタツフは普通、これらの整合
処理を実施するためには得られない。したがつ
て、測定装置製造者の維持スタツフが調整をなさ
なければならず、非常にコスト高になる。変換器
が新しい測定目的で別の装置に設置されたり、損
傷のため交換しなければならない場合は、整合手
続を全部始めからやりなおさなければならない。

（発明の概要） 上記先行技術を前提として、本発明は、不可避
の測定誤差が今までより小さく、それにもかかわ
らず実施するのが容易な方法を提示するという問
題を基礎としている。

この問題は、コンピユータ支援測定回路を用い
て、段階ａにおいて、測定回路の最初の製作現場
における（Werksseitigen）調整の間に、変換器
の出力特性を調整して次の基本式のパワー関数、 Ｙ＝Ａ＋Ｂ（１／Ｘ＋Ｗ）^D 式(G) ここで、Ｙは線形化信号、Ｘは非線形測定値に
対応する、 を参照してコンピユータによつてできるだけ正確
な線形化の準備をなすことによつて解決される。
上記式(G)は経験から得られた式であり、非線形測
定値Ｘを線形化信号Ｙに変換するのに好適な式で
ある。この目的で、測定回路は、変換器の特性が
連続して均一に、しかも良好なＳ／Ｎ比を得るた
めにかなり大きな測定範囲にわたつて変化するよ
うに都合よく配置される。この特性に特有の値Ｄ
はいつたん固定されると、対応の変換器で固定さ
れる。値Ａ，ＢおよびＷは３つの式を有する式系
（復帰方法）および付加的な反復方法によつて、
出力特性と線形化特性の３つの交差点が測定範囲
の始点、中間、終点に位置するように都合よく決
定される。値Ａ，ＢおよびＷは、周囲の影響およ
び試験対象の異なつた材料によつて実際の測定の
場で製作現場における決定の値からはずれること
がある。それ故に、使用の場における段階ｂで、
測定範囲をほぼ等間隔で分ける、明確な
（defined）較正測定値を用いて設置変換器につい
て少なくとも３個の較正測定を行なう。段階Ｃで
は、式(G)が較正測定結果および記憶された定数を
用いて解かれ定数Ａ，ＢおよびＷを決定して、そ
れらを記憶させる。段階ｃでは全ての後続のサー
ビス測定の間に、実際の測定結果はＸ値として入
力され、対応のＹ値が誤差補償された測定値とし
て出力される。

上記補正式(G)を用いると所望の線形からの特性
のずれは特に小さい。これは、この関数が、広い
範囲にわたつて非常に少ないパラメータを変える
ことによつて基本的には任意に湾曲させることが
できる形状をしているからである。これは、無
論、変換器の特性の形状が一様に連続しているこ
とを前提としているが、この条件は少なくとも測
定範囲内で全ての変換器で満たすことができる。

特性の曲率（これは式(G)の指数Ｄで表わされて
いる）は一般に変換器に特有のものである。これ
は特に、うず電流原理に従つて導電性表面と発振
回路に配置された測定コイルの間の距離を測定す
る変換器はあてはまる。この場合、指数Ｄは変換
器の特定構造に特有だから、指数Ｄは一定型の変
換器に対して一回（たとえば曲線のあてはめによ
つて）決定するだけでよい。指数Ｄは周辺機器の
特性に応じて決定されるべき定数Ａ，ＢおよびＷ
と異なり、変換器に特有のものであるから、製作
現場において設定できる性質のものである。ま
た、この指数Ｄの設定作業は、複雑で且つ時間の
かかるものであるとともに、正確な設定が必要で
あることから、製作現場において熟練者がこれを
決定しておくことが望ましい。変換器に対応する
この値は変換器が用いられるときにコンピユータ
に入力することができる。

変換器は次に使用の場に設置され、較正測定が
明確な較正測定値を用いて行なわれ、それによつ
て、たとえば、最小距離、最大距離および平均距
離（距離変換器の場合）が各々正しく設定され
る。これら３つの測定値および既知の定数Ｄを用
いてＡ，ＢおよびＷに対して式(G)を解いて値Ａ，
ＢおよびＷを得ることができる。この過程はまた
コンピユータによつて実施される。

値Ａ，ＢおよびＷは記憶される。

全ての後続の測定の間に、変換器の出力値（こ
れは実際の測定値と非線形関係を有している）を
式(G)に関して補正して誤差補正された値を得るこ
とができる。この誤差補正の方法によつて、線形
化または誤差補正それ自身が、ダイオード網等が
用いたときのドリフト現象のため起るような誤差
を含まないようになる。

さらに、いくつかの工程で線形化が非熟練工に
よつて実施できる本発明の方法によつて、変換器
が異なつた場所で異なつた目的に非常な努力なし
に用いることができ、また、周囲の条件（これは
通常、変換器の特性に影響を及ぼす）に従つて訂
正できる。したがつて、ダイオード網によつて要
求されるような広範な調整（これは熟練者によつ
てのみ可能である）は必要ない。

本発明の方法の好程実施例は、次の工程で、定
数Ａ，ＢおよびＷを決定後またはこれらの定数を
記憶後、式(G)の複数の解答点が連続的なアドレス
に記憶され、各後続の測定の間に、実際の測定結
果は最も近い記憶値、および値Ｘに比例する値と
して出力されたメモリアドレスに割り当てられ
る。式は入力された各測定値に対して解く必要が
ないから（これは一定の計算時間が必要である）、
達成可能な測定頻度をかなり増大させることがで
きる。コンピユータは測定値をデイジタル化し、
それを丸め、測定値に対応するメモリアドレスを
さがすだけでよい。メモリアドレスの内容は誤差
補償された測定値またはそれに比例する値を表わ
す。

測定範囲は上記方法において比較的大ざつぱに
分割するだけでよい。それによつて補償値は実際
の測定値の位置に従つて２つの記憶点の間で補間
（interpolate）される。このような補間法は計算
時間は少ないが、測定システムの解明度はそれ程
の記憶容量を要しないでかなり増大できる。

測定値が上記うず電流変換器のような源によつ
て送られる場合、源出力は変動し、たとえば、長
時間ドリフトまたは温度ドリフトを示すという問
題が生じる。これらの誤差は測定システム全体を
通じて変換器を経由して続き、測定結果を付加的
に誤まらせることになる。この場合、方法は次の
態様で修正されるのが望ましい。すなわち、定数
ＡおよびＢを記憶後または式(G)の点を記憶後、２
つの較正インピーダ（すなわちインピーダンス）
が変換器の代りに測定回路に逐次結合され、その
インピーダは測定インピーダを結合したとき測定
結果がほぼ測定範囲の端部領域にあるようなもの
であり、２つの較正インピーダ測定値は記憶さ
れ、２つの較正インピーダはサービス測定自身の
間に個々のサービス測定の間に結合され、生成さ
れた較正インピーダ測定値は記憶較正測定値と比
較され、測定アツセンブリの記憶値Ａ，Ｂ，Ｗの
いずれかが、各測定値に対して新たに式(G)を解く
ことによつて比較に関して訂正されるか、または
望ましくは、値Ａ，ＢおよびＷが保持できるよう
に、測定値を計算することによつて記憶測定点す
なわち平衡ゼロ点および比例変化は較正プロセス
の問に最初に決定された曲線に戻るように訂正さ
れる。

こうして、温度に関して非常に安定していて持
続性があり、それでも安価に得ることができる較
正インピーダを利用することによつて、源を含む
システム全体のゼロ点および利得率に関する整合
が得られる。

変換器の特性が多くの場合温度依存性があると
いう事実は、出力特性の温度変化が製作現場で決
定され、少なくとも各点別に記憶されるという点
において本発明の方法の別の好適実施例において
考慮される。サービス測定の間に変換器の実際の
温度が検出され、その際、出力測定結果はその結
果および記憶された温度特性点に関して訂正され
る。前述したように、温度変化は変換器の形式に
特有であるから、温度変化も製作現場で一度決定
するだけでよく、使用される変換器に応じて使用
の場所にあるコンピユータに送ることができる。
特性が温度によつてどのように変るかによつて、
比例率を記憶するだけでよい。すなわち、測定結
果は因子によつて増倍されるだけであり、そうで
なければ、温度が測定値に対して非線形関係を有
している場合、対応した数の点が記憶される。こ
れらの記憶点に関して、測定結果は測定値に依存
して、対応してはいるがお互いに異なつている因
子によつて増倍される。再び種々の点の間で補間
をなすのがよい。

温度は通常は比較的ゆつくり変化するから、本
発明のさらに他の好適実施例では、実際の温度は
比較的まれにしか検知されず、瞬間の温度が最後
の測定で検出された温度に対してかなり大幅に変
化した場合にそれに伴なつて式(G)の一組の解答点
が訂正される。

変換器の温度変化が補正されるかまたは、生成
された測定誤差が補正されるこの方法を用いて、
測定システムの長時間安定性をかなり増大させる
ことができる。この場合、日／夜サイクルだけで
通常起る温度変化およびその測定結果への影響は
除去される。

温度測定または補正の場合のように、ゼロ点お
よび利得が比較的ゆつくり変化するから補償抵抗
も比較的まれに用いることも可能であることはも
ちろんである。補正計算（コンピユータにおけ
る）はサービス測定の間バツクグランドでなすの
がよい。

特許請求の範囲の最初の２つの項に記載された
方法を実施するのに適したコンピユータまたはマ
イクロコンピユータはデイジタイザを経由して測
定値を得ることができる通常の態様で設置された
ものである。しかし、いずれにしても、コンピユ
ータの速度は、測定値に獲得されてからそれが再
生されるまでの間に十分に短い時間しか経過しな
い程高速でなければならない。そうでなければ、
通常の条件に合致する測定頻度は本発明の方法を
用いて得ることができない。

較正インピーダが測定回路に結合されている上
記方法は実施する装置は、第１ポール（極）を、
変換器または較正インピーダが接続される第２乃
至第４のポール（極）に選択的に接続する電気的
に制御可能な切換スイツチ、発振器と切換スイツ
チの第１の極の間に配置されたインピーダ、入力
が切換スイツチの第１のポール（極）に接続さ
れ、出力がデイジタイザに少なくとも間欠的に接
続された復調器、およびそのデータ入力インタフ
エースがデイジタイザに接続され、切換スイツチ
の制御入力に少なくとも１つの制御信号出力線を
有するマイクロプロセツサを有する。「復調器」
という用語はまたここでは、変換器の信号が処理
可能な信号、たとえば直流信号である場合の増幅
器も指す。

この装置によつて特に簡単な態様で源の供給振
幅を検出しまたはその変化を補正し、同時に、電
子システム全体のゼロドリフトおよび利得ドリフ
トを補正することが可能になる。このようにし
て、これらの誤差が同様に自動的に補正されるの
で、温度ドリフトまたは長時間ドリフト補正なし
に復調器やデイジタイザを比較的簡単に設計する
ことができる。源と切換スイツチの間に較正イン
ピーダとインピーダを安定した設計で備えること
が必要なだけである。

上記装置の他の利点は、変換器に給電するため
の電源の負荷の変化もまた補正されるということ
である。このような変化はたとえば、数個の変換
器が単一の電源によつて給電されるときに生じ
る。今日まで知られた線形化網では、電源は線形
化特性に対応する所定の値に再調整しなければな
らなかつた。これは本発明では必要ない。代り
に、本発明では、線形化された電圧が電源信号す
なわち発振器信号の変化にもかかわらず一定のま
まであるから非常に単純な電源（うず電流変換器
の場合はCMOS論理の単純な水晶発振器でそれ
には低域フイルタとトランジスタバツフアステー
ジが続く）を用いる。

また、給電線（これは従来の高精度変換器の場
合は非常に入念に設計しなければならない）の影
響も考慮する必要がないという利点もある。

以下、本発明の装置の好適実施例を図面を参照
してより詳細に説明する。

（実施例） 第１図はうず電流変換器２の非線形入力／出力
特性を補正するための回路図を示す。

第１図に見られるように、発振器たる電源１は
インピーダZvを介して電気的に制御可能な切換
スイツチ３の１つの極に接続される。

切換スイツチ３はインピーダZvの一方の極を
３つの出力極の１つに任意に接続することができ
る。出力極の１つのうず電流変換器２に接続され
る。変換器２の等価回路図はインピーダZpとイ
ンダクタンスコイルMSの並列回路によつて表わ
すことができる。切換スイツチ３の他の２つの出
力極は抵抗R₁およびR₂に接続され、その抵抗は
他の極が変換器２と同様に接地される。Zv、MS
およびZpは測定信号が測定範囲にわたつて大き
くかつ一様に連続して変わるように選ばれるのが
便利である。

測定信号U_SはインピーダZvと切換スイツチ３
の間で採り出され、復調器４の入力に向けられ
る。復調器４の出力は別の切換スイツチ５を介し
て少なくも間欠的にデイジタイザ（Ａ／Ｄ変換
器）６に接続され、そのデイジタイザは復調され
た値をデイジタル化し、それをマイクロプロセツ
サ７に転送する。

デイジタイザ６の入力にある切換スイツチ５は
復調器４の出力と、変換器２で温度を検知する温
度検知器１０の出力の間で入力の切換を行なう。
マイクロプロセツサ７と切換スイツチ５の間の接
続線は切換を制御するように働く。

マイクロプロセツサ７が電源（インピーダZv
を介しての）と変換器２、抵抗R₁または抵抗R₂
の接続を制御できるように、マイクロプロセツサ
７から切換スイツチ３へ別の制御線８が通じてい
る。

変換器２（これはここではうず電流変換器の形
式になつている）は電源によつて給電されなけれ
ばならない他の任意の変換器によつて置き換える
ことができる。このような変換器は第２図に示さ
れるような非線形特性すなわち、それが一様に連
続しているかぎり任意の曲率をもつた特性を有す
ることができる。

装置は次のように動作する。

第１に、変換器の出力特性は、別々の測定点を
もつた特性を取ることによつて第１の製作現場調
整においてコンピユータで決定される。そこで、
基本式のパワー関数、すなわち、 Ｙ＝Ａ＋２（１／Ｘ＋Ｗ）^D 式(G) がコンピユータ７（または別のコンピユータ）に
よつて所定の特性に合わせられる（ここでＸは変
換器の出力信号に対応し、Ｙは測定値に対応す
る。Ａ，Ｂ，ＤおよびＷは定数である）。

定数Ｄはそれがこの型式の全ての変換器でたと
えば数値として得られるように記憶または印字さ
れる。

使用の場で、画定された較正測定値（たとえば
距離）、すなわち、測定範囲の下限、上限、中間
のそれぞれにある値を用いて設置変換器２に関し
て少なくとも３つの較正測定が行なわれる。

式(G)をコンピユータ７によつて解き、較正測定
結果および定数Ｄを設定して、定数Ａ，Ｂおよび
Ｗを決定する。定数Ａ，ＢおよびＷはコンピユー
タ７に記憶される。これらの準備の後で、測定シ
ステムはサービス測定の準備ができている。実際
の測定結果は（コンピユータにおいて）式にＸ値
として代入でき、対応するＹ値は誤差補正測定結
果として出力することができる。無論、増倍率
は、１（１または1V）の出力値（Ｄ−Ａ変換器を
任意の出力電圧）がたとえば、１mmの測定距離に
対応するように与えられる。

しかし、式(G)の複数個の解答点を定数Ａ，Ｂの
決定後コンピユータに記憶し、測定値に対応する
訂正された測定値だけをサービス測定の間にメモ
リ内で探索し、これらの値を出力する（必要なら
補間の後）のが望ましい。

第１図に示された装置によつてまた、変換器２
の代りに２つの別々の較正インピーダR₁および
R₂を（必らずしも直接である必要はないが）
個々の測定の間に測定回路へ連続して接続するこ
とが可能になる。この場合、較正インピーダR₁
およびR₂は、それらがその測定範囲の限界での
変換器２の１インピーダンスに対応する値であ
る。較正測定値が次にマイクロプロセツサ７に記
憶される。サービス測定の間に較正インピーダは
変換器２の代りに、復調器４に、マイクロプロセ
ツサ７の線８を介して制御されるスイツチによつ
て繰返して結合され、測定結果は記憶された較正
インピーダ測定値と比較される。次に訂正値を比
較結果から計算して、その間に起つたかもしれな
いゼロシフトまたは比例率の変化を補償すること
ができる。これらの訂正値のいずれかが各個別の
測定結果に加えられるか、または式(G)の記憶解答
点がコンピユータ７において訂正される。

変換器２の温度変化が既に製作現場でわかつて
いるとすれば、温度補正は第１図に示された装置
で実行することができる。この目的で、マイクロ
プロセツサ７は切換スイツチ５を温度検知器１０
に繰返しスイツチするので、変換器２の温度に比
例する信号がデイジタイザ６およびマイクロプロ
セツサ７に達する。次に出力される測定結果はマ
イクロプロセツサ７に記憶された出力特性の温度
変化の点に関して訂正される。マイクロプロセツ
サ７はスイツチ５を制御線９を介して制御するの
が比較的少ないのがよく、また、温度検知器によ
つて瞬時に測定された値が前の温度測定において
検出された値から大きくはずれるときには式(G)の
記憶解答点の訂正を常になすのがよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適実施例のブロツク図であ
り、第２図は典型的な非線形特性を示すグラフで
ある。 １……発振器、２……変換器、３……切換スイ
ツチ、４……復調器、５……切換スイツチ、６…
…デイジタイザ、７……マイクロプロセツサ、８
……制御信号線、１０……温度検知器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 非線形特性を有し、コンピユータ支援測定回
   路を備えた変換器用の誤差補正方法であつて、 ａ） 基本式のパワー関数、 Ｙ＝Ａ＋Ｂ（１／Ｘ＋Ｗ）^D 式(G) ここで、Ｘは変換器の出力信号に対応し、Ｙ
   は測定値に対応し、Ａ，Ｂ，Ｗ及びＤは定数で
   ある、によつてコンピユータにより変換器の出
   力特性を最初の製作現場調整において再生し、
   定数Ｄを記憶させる段階、 ｂ） 使用の場で、測定範囲をほぼ等間隔で分離
   する明確な較正測定値を用いて設置変換器に関
   して少なくとも３つの較正測定を行う段階、 ｃ） 較正測定結果および記憶させた定数Ｄを用
   いて式(G)を解き、定数Ａ，ＢおよびＷを決定
   し、これら定数を記憶させる段階、および ｄ） 全ての後続のサービス測定の間に、Ｘ値と
   して実際の測定結果を入力し、対応のＹ値を誤
   差補正測定結果として出力する段階、を含むこ
   とを特徴とする前記誤差補正方法。 ２ 測定範囲を等間隔に分離する式(G)の複数の解
   答点を連続したメモリアドレスに記憶させる段階
   ｃに続く段階c′、および実際の測定結果を最も近
   い記憶値に割り当て、メモリアドレスを値Ｘに比
   例する値として出力し、望ましくは、実際の測定
   結果を２つの最も近い記憶値の補間値に割り当
   て、この補間値を値Ｘに比例する値として出力す
   る前記段階ｄを含むことを特徴とする、特許請求
   の範囲第１項に記載の方法。 ３ 変換器は電源によつて給電され、段階ｃまた
   はc′に続いて、測定インピーダが結合されるとき
   には測定結果が測定範囲のほぼ端部領域にあるよ
   うな２つの異なつた較正インピーダを変換器の代
   りに逐次測定回路に結合し、この２つの較正イン
   ピーダ測定値を記憶させる段階、およびサービス
   測定の間に、２つの較正インピーダを結合し、得
   られた較正インピーダ測定値を記憶較正インピー
   ダ測定値と比較し、記憶させた定数ＡおよびＢま
   たは、比較に関して測定装置のゼロポイントおよ
   び比例率を補正する前記段階ｄを含むことを特徴
   とする、特許請求の範囲第１項又は第２項に記載
   の方法。 ４ 記憶値は較正インピーダ測定値に関して訂正
   されることを特徴とする、特許請求の範囲第２項
   又は第３項に記載の方法。 ５ 段階ａにおいて出力特性の温度変化が決定さ
   れ、少なくとも点列に記憶され、段階ｄにおいて
   変換器の実際の温度が測定され、出力された測定
   結果がその結果および記憶された温度／特性点に
   関して訂正されることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項に記載の方法。 ６ 記憶値は一定の温度／特性点に関して訂正さ
   れることを特徴とする、特許請求の範囲第２項又
   は第３項に記載の方法。 ７ 非線形特性を有し、コンピユータ支援測定回
   路を備えた変換器用の誤差補正装置であつて、 発振器１につながる第１極と、変換器２及びイ
   ンピーダR₁，R₂にそれぞれ接続されている第２
   乃至第４極とを選択的に接続するための電気的に
   制御可能な切換スイツチ３、発振器１と切換スイ
   ツチ３の第１極の間に配置されたインピーダZv、 入力が切換スイツチ３の第１極に接続され、出
   力がデイジタイザ６に少なくとも間欠的に接続さ
   れた復調器４、及び そのデータ入力インタフエースがデイジタイザ
   ６に接続され、切換スイツチ３の制御入力に接続
   された少なくとも１本の制御信号線８を有するマ
   イクロプロセツサ７を有することを特徴とする装
   置。 ８ マイクロプロセツサ７の制御信号に応答して
   デイジタイザ６の入力を復調器４の出力または温
   度検知器１０の出力に任意に接続する別の電気的
   に制御可能な切換スイツチ５がさらに備えられて
   いることを特徴とする、特許請求の範囲第７項に
   記載の装置。