JPH0755554A

JPH0755554A - 周波数変化測定装置

Info

Publication number: JPH0755554A
Application number: JP20489293A
Authority: JP
Inventors: Kenta Mikuriya; 健太御厨; Gen Matsuno; 玄松野; Hiroshi Koyama; 弘小山
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1993-08-19
Filing date: 1993-08-19
Publication date: 1995-03-03
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: JP3139659B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ビット数の小さいカンウタを用いても周波数
変化を測定することが可能であり、ゼロ・リセットも容
易な周波数変化測定装置を実現する。【構成】センサの共振周波数変化を測定し、この測定
値を移動平均して出力する周波数変化測定装置におい
て、センサを駆動して共振周波数で共振させる発振回路
と、この発振回路の発振周波数を測定するカウンタと、
このカウンタから順次出力される測定値の内、前回の測
定値から過去ｎ個の測定値までを記憶し、過去ｎ個前の
測定値を現在の測定値から減算し、この差分を順次加算
して累積し、この累積値をｎで割ることにより移動平均
を行う演算制御手段とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水晶振動子、表面弾性
波素子等をセンサとして用い、前記センサの共振周波数
を測定して移動平均する周波数変化測定装置に関し、特
にビット数の小さいカウンタを用いることが可能な周波
数変化測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水晶振動子等を用いた従来の周波数変化
測定装置では、センサである水晶振動子の共振周波数の
変化を測定し、この測定値の移動平均を行って測定出力
として出力していた。

【０００３】図５はこのような従来の周波数変化測定装
置の一例を示す機能ブロック図である。図５において１
はセンサ、２は発振回路、３はカウンタ、４及び６は記
憶回路、５は減算回路、７は加算回路、８は除算回路、
９は周波数変換回路、１００は出力信号である。

【０００４】センサ１は発振回路２に接続され、発振回
路２の出力はカウンタ３に接続される。カウンタ３の出
力は減算回路５の一方の入力端子に接続され、減算回路
５の他方の入力端子には記憶回路４の出力が接続され
る。

【０００５】減算回路５の出力は記憶回路６に接続さ
れ、記憶回路６からの複数の出力は加算回路７の複数の
入力端子にそれぞれ接続される。また、加算回路７の出
力は除算回路８に接続され、除算回路８の出力は周波数
変換回路９に接続され、周波数変換回路９は出力信号１
００を出力する。

【０００６】ここで、図５に示す従来例の動作を説明す
る。センサ１は被測定気体中に配置され、発振回路２か
らの駆動によって共振する。この共振周波数信号はカウ
ンタ３に入力されて周波数が測定される。

【０００７】一方、記憶回路４には、例えば、被測定気
体が存在しない場合の共振周波数がオフセット値として
予め設定されている。前記カウントされた値は減算回路
５において前記オフセット値が減算され、記憶回路６に
入力される。

【０００８】記憶回路６は過去ｎ個のオフセット値が減
算された測定値を記憶し、新たな測定値の入力があった
場合には最も古い値を捨てて、この新たな測定値を記憶
する。また、記憶しているｎ個の測定値を加算回路７に
出力する。

【０００９】加算回路７は記憶回路６に記憶されている
ｎ個の測定値の全てを加算し、除算回路８に出力する。
除算回路８では加算回路７の出力信号をｎで割る。

【００１０】この結果、記憶回路６、加算回路７及び除
算回路８によってｎ個の測定値に対する移動平均が行わ
れることになる。さらに、除算回路８の出力は周波数変
換回路９により、カウント値から周波数値に変換されて
出力信号１００として出力される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図５に示す従
来例ではカウンタ３はセンサ１の共振周波数の絶対値を
カウントできる必要があり、記憶回路４もまた前記共振
周波数の絶対値を記憶できる必要がある。

【００１２】特に、匂いや気体等の検出に用いられる水
晶振動子等は周波数の変化分に対する共振周波数が大き
いため、大きなカウンタが必要になってしまう。

【００１３】例えば、センサ１の共振周波数が１０ＭＨ
ｚ、サンプル間隔が１秒間とすると、カウンタ３は２４
ビットのカウンタ以上の能力が必要となり、記憶回路４
も２４ビット以上のデータを記憶できる能力が必要とな
る。

【００１４】また、記憶回路６、加算回路７及び除算回
路８によってｎ個の測定値に対する移動平均を行うの
で、加算回路７は毎回ｎ個の加算処理を行う必要があ
る。

【００１５】さらに、記憶回路４の設定内容を変化させ
た場合、すでに記憶回路６に記憶されているｎ個の測定
値も変化してしまうので、記憶回路６に記憶されている
ｎ個の測定値を変更しなければならないといった問題点
がある。従って本発明の目的は、ビット数の小さいカン
ウタを用いても周波数変化を測定することが可能であ
り、ゼロ・リセットも容易な周波数変化測定装置を実現
することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明では、センサの共振周波数変化を測定
し、この測定値を移動平均して出力する周波数変化測定
装置において、前記センサを駆動して前記共振周波数で
共振させる発振回路と、この発振回路の発振周波数を測
定するカウンタと、このカウンタから順次出力される測
定値の内、前回の測定値から過去ｎ個の測定値までを記
憶し、前記過去ｎ個前の測定値を現在の測定値から減算
し、この差分を順次加算して累積し、この累積値を前記
ｎで割ることにより移動平均を行う演算制御手段とを備
えたことを特徴とするものである。

【００１７】

【作用】過去ｎ個前の測定値を新たな測定値から減算
し、この差分を累積し、この累積値をｎで割ることによ
り、ビット数の小さいカンウタを用いても周波数変化を
測定することが可能になる。また、累積値を”０”にす
ることにより、容易にゼロ・リセットすることが可能に
なる。

【００１８】

【実施例】以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明に係る周波数変化測定装置の一実施例を示
す構成ブロック図である。ここで、１及び２は図５と同
一符号を付してある。

【００１９】図１において１０はタイマ回路、１１はカ
ウンタ、１２は演算制御手段であるマイクロプロセッ
サ、１０１，１０２及び１０４は制御信号、１０３はデ
ータ信号である。

【００２０】センサ１の出力は発振回路２に接続され、
発振回路２の出力はカウンタ１１に接続される。また、
カウンタ１１にはタイマ回路１０からの制御信号１０２
と、マイクロプロセッサ１２からのデータ信号１０３及
び制御信号１０４がそれぞれ接続される。

【００２１】また、タイマ回路１０からの制御信号１０
２はマイクロプロセッサ１２に接続され、マイクロプロ
セッサ１２からの制御信号１０１はタイマ回路１０に接
続される。

【００２２】ここで、図１に示す実施例の動作を説明す
る。センサ１は水晶振動子の表面に匂い感応膜を付着さ
せたものであり、匂い等を吸着すると共振周波数が変化
する。このセンサ１は被測定気体中に配置され、発振回
路２からの駆動によって共振する。

【００２３】タイマ回路１０はマイクロプロセッサ１２
からの制御信号１０１によって動作を開始し、制御信号
１０２によりカウンタ１１の動作及び停止のタイミング
を制御する。

【００２４】また、マイクロプロセッサ１２はタイマ回
路１０からの制御信号１０２を受けて、カウンタ１１に
対して制御信号１０４を出力し、カウンタ１１内の測定
値をデータ信号１０３として取り出すと共にカウンタ１
１を初期化する。さらに、データ信号１０３に基づき周
波数変化の演算等を行う。

【００２５】ここで、カウンタ１１は共振周波数の下位
部分、即ち周波数変化分のみを保持すれば良く、共振周
波数の上位部分、即ち周波数変化分以外はオバーフロー
させる。

【００２６】ここで、図１中のマイクロプロセッサ１２
内での演算処理の動作を図２，図３及び図４を用いて説
明する。図２はマイクロプロセッサ１２での演算処理を
ハードウェア的に示す機能ブロック図、図３はマイクロ
プロセッサ１２での演算処理のフローチャート、図４は
演算処理の一例を示す説明図である。

【００２７】図２において１，２，８及び９は図５と同
一符号を付してあり、１１はカウンタ、１３及び１６は
記憶回路、１４は減算回路、１５は加算回路、１００ａ
は出力信号、１０５はゼロ・リセット信号である。

【００２８】センサ１は発振回路２に接続され、発振回
路２の出力はカウンタ１１に接続される。カウンタ１１
の出力は減算回路１４の一方の入力端子及び記憶回路１
３にそれぞれ接続され、減算回路１４の他方の入力端子
には記憶回路１３の出力が接続される。

【００２９】減算回路１４の出力は加算回路１５に接続
され、加算回路１５からの出力は記憶回路１６に接続さ
れる。また、記憶回路１６にはゼロ・リセット信号１０
５が入力される。

【００３０】記憶回路１６の出力は除算回路８に接続さ
れ、除算回路８の出力は周波数変換回路９に接続され、
周波数変換回路９は出力信号１００ａを出力する。

【００３１】図２に示すような回路では、センサ１は被
測定気体中に配置され、発振回路２からの駆動によって
共振する。この共振周波数信号はカウンタ１１に入力さ
れて周波数が測定される。

【００３２】測定された値は記憶回路１３及び減算回路
１４に入力される。この記憶回路１３は過去ｎ個の測定
値を記憶し、新たな測定値の入力があった場合には記憶
しているｎ個の測定値の内で最も古い値、即ち、ｎ個前
の測定値を減算回路１４に出力すると共に、この新たな
測定値を記憶する。

【００３３】減算回路１４では新たな測定値から記憶回
路１３より出力されたｎ個前の測定値を引いて加算回路
１５に出力する。但し、この差分は正負の値であってカ
ウンタ１１はこの差分を測定可能な能力が必要となる。

【００３４】また、加算回路１５では記憶回路１６に記
憶されている累積値と減算回路１４の出力信号とを加算
して再び記憶回路１６に記憶させる。

【００３５】さらに、除算回路８では記憶回路１６の出
力信号をｎで割り、周波数変換回路９は除算回路８の出
力をカウント値から周波数値に変換して出力信号１００
ａとして出力する。

【００３６】一方、図３に示すフローチャートでは、タ
イマ回路１０を用いない場合の動作を示している。図３
中”ＳＴ１”においてマイクロプロセッサ１２内の累積
値、過去ｎ個の測定値等の格納に用いるレジスタ等を初
期化する。図３中”ＳＴ２”においてカウンタ１１を初
期化し、図３中”ＳＴ３”においてカウンタ１１を起動
させる。

【００３７】次に、図３中”ＳＴ４”のループにおいて
一定時間を待ち、図３中”ＳＴ５”においてカウンタ１
１から測定値を読み込む。図３中”ＳＴ６”においてｎ
個前の測定値を図３中”ＳＴ５”で得た測定値から減算
する。

【００３８】また、図３中”ＳＴ７”において過去ｎ個
の測定値の格納用レジスタをシフトさせ、図３中”ＳＴ
５”で得た測定値を格納する。

【００３９】図３中”ＳＴ８”において、図３中”ＳＴ
６”で求めた差分を累積値格納用レジスタに加算する。

【００４０】さらに、図３中”ＳＴ９”において累積値
格納用レジスタの累積値をｎで割り、図３中”ＳＴ１
０”において前記除算結果の周波数変換を行う。

【００４１】ここで、図４を用いて上述の演算処理の一
例を説明する。図４では簡単のため”ｎ＝３”とし、Ａ
１〜Ａ８は各測定値として説明している。

【００４２】また、図４では左から右に新たな測定値、
過去３個の測定値の格納用レジスタの内容、差分及び累
積値をそれぞれ示している。さらに、前記レジスタは簡
単のため左からＲ１，Ｒ２及びＲ３と呼ぶことにする。

【００４３】図４中（ａ）において測定値Ａ１がＲ１に
格納され、シフトの結果出力されるＲ３の内容が”０”
であるので測定値Ａ１がそのまま累積値になる。

【００４４】図４中（ｂ）において測定値Ａ１がＲ２に
シフトし、測定値Ａ２がＲ１に格納される。このとき、
シフトの結果出力されるＲ３の内容が”０”であるので
測定値Ａ２がそのまま累積値Ａ１に加算される。

【００４５】図４中（ｃ）において測定値Ａ１及びＡ２
がＲ３及びＲ２にシフトし、測定値Ａ３がＲ１に格納さ
れる。このとき、シフトの結果出力されるＲ３の内容
が”０”であるので測定値Ａ３がそのまま累積値（Ａ１
＋Ａ２）に加算される。

【００４６】図４中（ｄ）において測定値Ａ２及びＡ３
がＲ３及びＲ２にシフトし、測定値Ａ４がＲ１に格納さ
れる。このとき、シフトの結果出力されるＲ３の内容
が”Ａ１”であるので測定値Ａ４との差分（Ａ４−Ａ
１）が累積値（Ａ１＋Ａ２＋Ａ３）に加算されて累積値
が（Ａ２＋Ａ３＋Ａ４）となる。

【００４７】この結果、上述のように新たな測定値から
過去３個前の測定値を減算し、この差分を累積し、更に
この累積値を３で割ることにより、（Ａ１＋Ａ２＋Ａ
３）／３若しくは（Ａ２＋Ａ３＋Ａ４）／３等の移動平
均を求めることができる。即ち、従来例のように３個の
測定値に対する移動平均を行うのに毎回３個の加算処理
が不要になる。

【００４８】また、新たな測定値と過去３個前の測定値
との差分を累積しておけば良く、従来例のようにカウン
タ及び記憶回路に共振周波数の絶対値を測定及び記憶で
きる能力は不要になる。

【００４９】即ち、例えば、サンプル時間が１秒、前記
差分の最大変化が２ｋＨｚであるとすると、１２ビット
のカウンタ程度で周波数変化を十分測定することが可能
となる。

【００５０】また、ここで、図４中（ｄ）と（ｅ）との
間でゼロ・リセット信号１０５が入力され、累積値が”
０”にリセットされた場合を考える。

【００５１】図４中（ｅ）において測定値Ａ３及びＡ４
がＲ３及びＲ２にシフトし、測定値Ａ５がＲ１に格納さ
れる。このとき、シフトの結果出力されるＲ３の内容
が”Ａ２”であるので測定値Ａ５との差分（Ａ５−Ａ
２）が累積値”０”にそのまま加算されて累積値が（Ａ
５−Ａ２）となる。

【００５２】図４中（ｆ）において測定値Ａ４及びＡ５
がＲ３及びＲ２にシフトし、測定値Ａ６がＲ１に格納さ
れる。このとき、シフトの結果出力されるＲ３の内容
が”Ａ３”であるので測定値Ａ６との差分（Ａ６−Ａ
３）が累積値（Ａ５−Ａ２）に加算されて累積値が（Ａ
５＋Ａ６−（Ａ２＋Ａ３））となる。

【００５３】図４中（ｇ）において測定値Ａ５及びＡ６
がＲ３及びＲ２にシフトし、測定値Ａ７がＲ１に格納さ
れる。このとき、シフトの結果出力されるＲ３の内容
が”Ａ４”であるので測定値Ａ７との差分（Ａ７−Ａ
４）が累積値（Ａ５＋Ａ６−（Ａ２＋Ａ３））に加算さ
れて累積値が（Ａ５＋Ａ６＋Ａ７−（Ａ２＋Ａ３＋Ａ
４））となる。

【００５４】さらに、図４中（ｈ）において測定値Ａ６
及びＡ７がＲ３及びＲ２にシフトし、測定値Ａ８がＲ１
に格納される。このとき、シフトの結果出力されるＲ３
の内容が”Ａ５”であるので測定値Ａ８との差分（Ａ８
−Ａ５）が累積値（Ａ５＋Ａ６＋Ａ７−（Ａ２＋Ａ３＋
Ａ４））に加算されて累積値が（Ａ６＋Ａ７＋Ａ８−
（Ａ２＋Ａ３＋Ａ４））となる。

【００５５】この結果、図４中（ｇ）及び（ｈ）に示す
ように、ゼロ・リセット信号１０５が入力された時点の
累積値（Ａ２＋Ａ３＋Ａ４）がオフセット値として常時
減算されることになり、累積値を”０”にするだけで簡
単にゼロ・リセットを行うことができる。

【００５６】なお、前述の図３の説明のように、タイマ
回路１０はこのタイマ機能をマイクロプロセッサ１２内
で実現すれば省略することが可能である。また、カウン
タ１１についてもマイクロプロセッサ１２内で前記カウ
ンタの機能を実現できれば省略可能である。また、移動
平均を行わない場合はｎ＝１にするだけで良い。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。新たな測定値か
ら過去ｎ個前の測定値を減算し、この差分を累積し、こ
の累積値をｎで割ることにより、ビット数の小さいカン
ウタを用いても周波数変化を測定することが可能な周波
数変化測定装置を実現できる。また、累積値を”０”に
することにより、ゼロ・リセットすることが可能な周波
数変化測定装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る周波数変化測定装置の一実施例を
示す構成ブロック図である。

【図２】演算処理をハードウェア的に示す機能ブロック
図である。

【図３】演算処理のフローチャートである。

【図４】演算処理の一例を示す説明図である。

【図５】従来の周波数変化測定装置の一例を示す機能ブ
ロック図である。

【符号の説明】

１センサ２発振回路３，１１カウンタ４，６，１３，１６記憶回路５，１４減算回路７，１５加算回路８除算回路９周波数変換回路１０タイマ回路１２マイクロプロセッサ１００，１００ａ出力信号１０１，１０２，１０４制御信号１０３データ信号１０５ゼロ・リセット信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】センサの共振周波数変化を測定し、この測
定値を移動平均して出力する周波数変化測定装置におい
て、前記センサを駆動して前記共振周波数で共振させる発振
回路と、この発振回路の発振周波数を測定するカウンタと、このカウンタから順次出力される測定値の内、前回の測
定値から過去ｎ個の測定値までを記憶し、前記過去ｎ個
前の測定値を現在の測定値から減算し、この差分を順次
加算して累積し、この累積値を前記ｎで割ることにより
移動平均を行う演算制御手段とを備えたことを特徴とす
る周波数変化測定装置。