JPH10319115A - 無線データ収集装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 応答器の増幅回路におけるオフセット電圧の
影響を除去することを可能にした無線データ収集装置を
実現する。 【解決手段】 質問器と、この質問器からの質問波をデ
ータに基づき変調して応答波として反射する応答器とか
ら構成される無線データ収集装置において、質問波の受
信及び応答波を反射させるアンテナと、質問波を復調す
る復調回路と、質問波を変調する変調回路と、接続され
たセンサ回路の出力を増幅する増幅回路と、復調回路及
び増幅回路の出力が接続され変調回路及び増幅回路を制
御すると共にセンサ回路の出力の取り込み前毎にオフセ
ット電圧を取り込み、このデータに基づきオフセット電
圧成分を除去する制御手段とから構成される応答器を設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無線を用いて機器
のデータ収集を行う無線データ収集装置に関し、特に応
答器の増幅回路におけるオフセット電圧の影響を除去す
ることを可能にした無線データ収集装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の無線データ収集装置は機器等に取
り付けられたセンサ回路の出力信号を応答器を介して質
問器で収集し、この質問器で収集した測定データを上位
コンピュータ等にアップロードして必要な処理等を行っ
ていた。

【０００３】図５はこのような従来の無線データ収集装
置の一例を示す構成ブロック図である。

【０００４】図５において１及び１１は制御回路、２及
び１２は記憶回路、３はキーボード等の入力装置、４は
表示器、５は発振器、６は送受信回路、７及び９はアン
テナ、８及び１５はバッテリや電池等の電源供給手段、
１０は復調回路、１３は増幅回路、１４は変調回路、１
６はセンサ回路である。

【０００５】また、１〜８は質問器５０を、９〜１５は
応答器５１を、１，２，５及び６は信号処理手段５２
を、１１及び１２は制御手段５３をそれぞれ構成してい
る。

【０００６】質問器５０において信号処理手段５２には
入力装置３や表示器４等が設けられ、信号処理手段５２
の入出力はアンテナ７に接続される。また、電源供給手
段８からの電源電圧は質問器５０の各構成要素に供給さ
れる。

【０００７】一方、応答器５１においてアンテナ９の入
出力は復調回路１０の入力端子及び変調回路１４の出力
端子に接続され、復調回路１０の出力は制御回路１１に
接続される。

【０００８】また、センサ回路１６からの信号は増幅回
路１３を介して制御回路１１に接続され、制御回路１３
の出力は変調回路１４に接続される。

【０００９】さらに、制御回路１１の入出力は記憶回路
１２に接続され、電源供給手段１５からの電源電圧は応
答器５１の各構成要素に供給される。

【００１０】ここで、図５に示す従来例の動作を説明す
る。先ず、質問器５０は応答器５１に対してコマンド等
をＡＳＫ(Amplitude shift keying)変調等で変調して送
信する。

【００１１】応答器５１はこの変調信号をアンテナ９で
受信し、復調回路１０で復調して制御回路１１に出力す
る。制御回路１１は復調回路１０から入力された信号か
らコマンドを抽出して、このコマンドの内容を解釈して
必要な処理を行う。

【００１２】例えば、質問器５０からのコマンドがセン
サ回路１６からのデータの読出要求であった場合、制御
回路１１はセンサ回路１６の出力データを取り込む。そ
して、制御１１はセンサ回路１６からの出力データを変
調回路１４に出力する。

【００１３】変調回路１４は制御回路１１の出力に基づ
き質問器５０からの無変調の質問波をＢＰＳＫ(Binary
phase shift keying )変調等で変調して質問器５０に反
射させる。

【００１４】この結果、応答器５１は質問器５０から送
信されるコマンドに基づきセンサ回路１６の出力データ
を読み出し質問器５０に送信することが可能になる。

【００１５】また、通常状態で応答器５１はスリープ状
態で省電力化を図っており、質問器５０に対して応答動
作をする時に必要な回路を動作状態にしている。

【００１６】また、センサ回路１６が熱電対等でありそ
の出力信号が微小である場合には増幅回路１３として高
精度でオフセット電圧の小さいものが必要である。

【００１７】但し、このような高精度の増幅回路は高価
であるので一般にはオフセット電圧の大きな汎用の演算
増幅器等を用いた増幅回路を用いて増幅後演算処理等に
よりオフセット電圧を除去している。

【００１８】図６はこのような従来の汎用の演算増幅器
を用いた増幅回路の詳細を示す回路図である。

【００１９】図６において１１，１３及び１６は図５と
同一符号を付してあり、１７，１８，１９及び２１は抵
抗、２０は汎用の演算増幅器、２２は容量である。

【００２０】また、１７〜２３は増幅回路１３を、１７
〜２０は増幅手段５４、２１及び２２はローパスフィル
タ手段５５をそれぞれ構成している。

【００２１】センサ回路１６の出力信号は抵抗１７の一
端及び演算増幅器２０の非反転入力端子に接続され、演
算増幅器２０の反転入力端子には抵抗１８及び１９の一
端が接続され、演算増幅器２０の出力は抵抗１９の他端
及び抵抗２１の一端に接続される。

【００２２】また、抵抗２１の他端は容量２２の一端及
び制御回路１１の入力端子に接続され、抵抗１７及び１
８の他端と容量２２の他端は接地される。

【００２３】ここで、図６に示す増幅回路１３の動作を
説明する。増幅回路１３の利得は抵抗１８及び１９の抵
抗値により、ローパスフィルタ手段５５の時定数は抵抗
２１の抵抗値及び容量２２の容量値によりそれぞれ設定
される。

【００２４】工場出荷時等において基準電圧がセンサ回
路１６からの信号の代わりとして増幅回路１３に印加さ
れる。基準電圧は増幅回路１３で増幅され制御回路１１
に取り込まれる。

【００２５】この時、図６中”イ”に示す演算増幅器２
１のオフセット電圧”Ｖｏｓ”もまた演算増幅器２１に
より増幅されて制御回路１１に取り込まれる。すなわ
ち、取り込まれた信号は基準電圧にオフセット電圧成分
が加わった値となっている。

【００２６】そして、制御回路１１はこの信号を校正用
データとしてＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable RO
M）等の不揮発性の記憶回路１２に格納する。

【００２７】実際に応答器５１が現場等に設置されたセ
ンサ回路１６からデータを取り込む場合にはセンサ回路
１６の信号は前述した演算増幅器２１のオフセット電圧
と共に増幅されて制御回路１１に取り込まれる。

【００２８】その後、制御回路１１は取り込んだ信号を
記憶回路１２に格納した校正用データに基づき校正して
オフセット電圧成分を除去する。

【００２９】この結果、工場出荷時にオフセット電圧の
校正用データを記憶回路１２に格納しておき、この校正
用データに基づき増幅信号のオフセット電圧成分を除去
することにより、オフセット電圧の大きな汎用の演算増
幅器を用いても微小な出力信号を取り扱うことが可能に
なる。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、工場出荷時に
設定された校正用データは工場内の温度環境下で設定さ
れたものであって、応答器５１の設置場所の温度環境に
一致していない。また、季節や時間帯によりその温度環
境は変動するので工場出荷時の校正用データではオフセ
ット電圧成分を正確に除去することは困難である。

【００３１】さらに、工場出荷時においては校正用デー
タの設定工程が必要になり工数の増加の要因となってし
まう。従って本発明が解決しようとする課題は、応答器
の増幅回路におけるオフセット電圧の影響を除去するこ
とを可能にした無線データ収集装置を実現することにあ
る。

【００３２】

【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明の第１では、質問器と、この質問器か
らの質問波をデータに基づき変調して応答波として反射
する応答器とから構成される無線データ収集装置におい
て、前記質問波の受信及び前記応答波を反射させるアン
テナと、前記質問波を復調する復調回路と、前記質問波
を変調する変調回路と、接続されたセンサ回路の出力を
増幅する増幅回路と、前記復調回路及び前記増幅回路の
出力が接続され前記変調回路及び前記増幅回路を制御す
ると共に前記センサ回路の出力の取り込み前毎にオフセ
ット電圧を取り込み、このデータに基づきオフセット電
圧成分を除去する制御手段とから構成される応答器を備
えたことを特徴とするものである。

【００３３】このような課題を達成するために、本発明
の第２では、本発明の第１において、前記センサ回路の
出力若しくはオフセット電圧を選択する信号選択手段
と、この信号選択手段の出力を増幅する増幅手段と、こ
の増幅手段の出力の高周波成分を除去するローパスフィ
ルタ手段とから構成される前記増幅回路を用いることを
特徴とするものである。

【００３４】このような課題を達成するために、本発明
の第３では、本発明の第２において、前記オフセット電
圧の取り込み時に抵抗値を変化させて時定数を変化させ
る前記ローパスフィルタ手段を用いることを特徴とする
ものである。

【００３５】このような課題を達成するために、本発明
の第４では、本発明の第２において、前記オフセット電
圧の取り込み時に容量値を変化させて時定数を変化させ
る前記ローパスフィルタ手段を用いることを特徴とする
ものである。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に
説明する。図１は本発明に係る無線データ収集装置の一
実施例を示す構成ブロック図である。

【００３７】図１において１〜１１，１４，１５，１
６，５０及び５２は図５と同一符号を付してあり、１２
ａ及び１２ｂは第１及び第２の記憶回路、１３ａは増幅
回路である。

【００３８】また、９〜１１，１２ａ，１２ｂ，１３
ａ，１４及び１５は応答器５１ａを、１１，１２ａ及び
１２ｂは制御手段５３ａをそれぞれ構成している。

【００３９】接続関係については基本的に図５と同一で
あり異なる点は記憶回路が便宜的に記憶回路１２ａ及び
１２ｂに分割して表記されている点である。

【００４０】ここで、図１に示す実施例を図２を用いて
説明する。図２は増幅回路１３ａの詳細を示す回路図で
ある。図２において１１，１３ａ，１６〜２２，５４及
び５５は図６と同一符号を付してあり、２３はスイッチ
回路である。

【００４１】さらに、１７〜２３は増幅回路１３ａを、
２３は信号選択手段５６をそれぞれ構成している。

【００４２】センサ回路１６の出力信号はスイッチ回路
２３の一端に接続され、スイッチ回路２３の他端は抵抗
１７の一端及び演算増幅器２０の非反転入力端子に接続
される。

【００４３】演算増幅器２０の反転入力端子には抵抗１
８及び１９の一端が接続され、演算増幅器２０の出力は
抵抗１９の他端及び抵抗２１の一端に接続される。

【００４４】また、抵抗２１の他端は容量２２の一端及
び制御回路１１の入力端子に接続され、抵抗１７及び１
８の他端と容量２２の他端は接地される。

【００４５】先ず、質問器５０はコマンド等をＡＳＫ変
調等で変調し、アンテナ７を介して応答器５１ａに送信
する。

【００４６】応答器５１ａはこの変調信号をアンテナ９
で受信し、復調回路１０で復調して制御回路１１に出力
する。制御回路１１は復調回路１０から入力された信号
からコマンドを抽出して、このコマンドの内容を解釈し
て必要な処理を行う。

【００４７】例えば、前記コマンドがセンサ回路１６か
らのデータの読み出しである場合を考える。

【００４８】制御回路１１はセンサ回路１６からのデー
タを取り込む前にスイッチ回路２３を”ｏｆｆ”にして
増幅回路１３ａからの出力信号を取り込む。

【００４９】この時、演算増幅器２０の非反転入力端子
は抵抗１７によってプルダウンされているので”０Ｖ”
となり、図２中”イ”に示す演算増幅器２０のオフセッ
ト電圧”Ｖｏｓ”のみが演算増幅器２０により増幅され
て制御回路１１に取り込まれる。

【００５０】制御回路１１はこの増幅されたオフセット
電圧を校正用データとして第１の記憶回路１２ａに格納
する。その後、制御回路１１はスイッチ回路２３を”ｏ
ｎ”にしてセンサ回路１６の信号を増幅回路１３ａに入
力させる。

【００５１】センサ回路１６の信号は前述した演算増幅
器２０のオフセット電圧と共に増幅されて制御回路１１
に取り込まれる。

【００５２】その後、制御回路１１は取り込んだ信号を
第２の記憶回路１２ｂに格納する。そして第１の記憶回
路１２ａに格納した校正用データに基づき第２の記憶回
路１２ｂに格納されているデータを校正しオフセット電
圧成分を除去する。

【００５３】この結果、データ取り込み前毎に予めオフ
セット電圧を取り込み、このデータに基づき増幅信号の
オフセット電圧成分を除去することにより、オフセット
電圧の大きな汎用の演算増幅器を用いても微小な出力信
号を取り扱うことが可能になる。

【００５４】また、データ取り込み前の応答器５１の設
置場所の温度環境下におけるオフセット電圧に基づいて
オフセット電圧成分を除去するので従来例と比較してオ
フセット電圧成分を正確に除去することが可能になる。

【００５５】また、工場出荷時において校正用データの
設定工程が不要になるので工数の削減が可能になる。

【００５６】但し、増幅回路１３ａにおけるローパスフ
ィルタ手段５５の時定数は外来ノイズ対策として大きな
時定数となっている。従って、特に外来ノイズが問題と
ならないオフセット電圧の増幅に際しても大きな時定数
で処理がなされる。

【００５７】このため、応答器５１ａの動作時間が長く
なる。特に電源供給手段１５として電池等を用いている
応答器５１ａにとっては動作時間が長くなると製品寿命
が短くなってしまう。

【００５８】図３はこのような問題点を解決した増幅回
路の詳細を示す回路図である。図３において１７〜２
３，５４及び５６は図２と同一符号を付してあり、２４
はスイッチ回路、２５は抵抗である。

【００５９】また、１７〜２５は増幅回路１３ｂを、２
１，２２，２４及び２５はローパスフィルタ手段５５ａ
をそれぞれ構成している。

【００６０】接続関係については図２とほぼ同じであ
り、異なる点は抵抗２１と並行にスイッチ回路２４と抵
抗２５の直列回路が設けられた点である。

【００６１】熱電対等のセンサ回路１６からの信号を増
幅する場合にはスイッチ回路２３を”ｏｎ”にすると共
に、スイッチ回路２４を”ｏｆｆ”にする。

【００６２】この場合のローパスフィルタ手段５５ａの
時定数は図２に示す増幅回路と同一であり、抵抗２１の
抵抗値を”Ｒ２１”、容量２２の容量値を”Ｃ２２”と
すると、時定数”τ１”は、 τ１＝Ｃ２２×Ｒ２１ （１） となる。

【００６３】また、演算増幅器２０のオフセット電圧を
増幅する場合にはスイッチ回路２３を”ｏｆｆ”にする
と共にスイッチ回路２４を”ｏｎ”にする。

【００６４】この場合の抵抗２５の抵抗値を”Ｒ２５”
とするとローパスフィルタ手段５５ａの時定数”τ２”
は、 τ２＝Ｃ２２×{Ｒ２１・Ｒ２５／(Ｒ２１＋Ｒ２５)} （２） となる。

【００６５】ここで、”Ｒ２５≪Ｒ２１”とすれば”τ
２≪τ１”となり、オフセット電圧を増幅する際の時定
数が小さくなり制御回路１１での取り込み時間が短くな
る。言い換えれば動作時間の短縮が図れる。

【００６６】この結果、オフセット電圧の取り込み時に
増幅回路１３ｂのローパスフィルタ手段５５ａの時定数
を小さくすることにより、応答器５１ａの動作時間の短
縮が可能になる。

【００６７】また、ローパスフィルタ手段の時定数を変
える回路しては図４に示す回路も考えられる。図４はロ
ーパスフィルタ手段の他の例を示す回路図である。

【００６８】図４において１１，２１及び２２は図２と
同一符号が付してあり、２６はスイッチ回路、２７は容
量である。また、２１，２２，２６及び２７はローパス
フィルタ手段５５ｂを構成している。

【００６９】接続関係については図２とほぼ同じであ
り、異なる点は容量２２の他端にスイッチ回路２６の入
力端子が接続され、スイッチ回路２６の一方の出力端子
に容量２７の一端が接続され、スイッチ回路２６の他方
の出力端子及び容量２７の他端が接地される点である。

【００７０】容量２７の容量値を”Ｃ２７”とし、スイ
ッチ回路２６の”イ”側を選択するとにするとローパス
フィルタ手段５５ｂの時定数”τ３”は、 τ３＝Ｒ２１×{Ｃ２２・Ｃ２７／(Ｃ２２＋Ｃ２７)} （３） となる。

【００７１】ここで、”Ｃ２７≪Ｃ２２”とすれば”τ
３≪τ１”となり、図３の場合と同様にオフセット電圧
を増幅する際の時定数が小さくなり制御回路１１での取
り込み時間が短くなる。言い換えれば動作時間の短縮が
図れる。

【００７２】なお、説明のために記憶回路１２ａ及び１
２ｂと分割して例示したが、１つの記憶回路を用いても
勿論構わない。

【００７３】また、実施例においては入力装置３や表示
器４等を備えた例示をしたがこれらは必須な構成要素で
はない。

【００７４】また、ローパスフィルタ手段の時定数を変
える方法としては並列接続された抵抗を若しくは直列接
続された容量をスイッチ回路により切り替えているが、
可変抵抗や可変容量等を用いても構わない。

【００７５】

【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。データ取り込み
前毎に予めオフセット電圧を取り込み、このデータに基
づき増幅信号のオフセット電圧成分を除去することによ
り、オフセット電圧の大きな汎用の演算増幅器を用いて
も微小な出力信号を取り扱うことが可能な無線データ収
集装置が実現できる。

【００７６】また、オフセット電圧の取り込み時に増幅
回路のローパスフィルタ手段の時定数を小さくすること
により、応答器の動作時間の短縮が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る無線データ収集装置の一実施例を
示す構成ブロック図である。

【図２】増幅回路の詳細を示す回路図である。

【図３】増幅回路の詳細を示す回路図である。

【図４】ローパスフィルタ手段の他の例を示す回路図で
ある。

【図５】従来の無線データ収集装置の一例を示す構成ブ
ロック図である。

【図６】従来の汎用の演算増幅器を用いた増幅回路の詳
細を示す回路図である。

【符号の説明】

１，１１ 制御回路 ２，１２，１２ａ，１２ｂ 記憶回路 ３ 入力装置 ４ 表示器 ５ 発振器 ６ 送受信回路 ７，９ アンテナ ８，１５ 電源供給手段 １０ 復調回路 １３，１３ａ 増幅回路 １４ 変調回路 １６ センサ回路 １７，１８，１９，２１，２５ 抵抗 ２０ 演算増幅器 ２２，２７ 容量 ２３，２４，２６ スイッチ回路 ５０ 質問器 ５１，５１ａ 応答器 ５２ 信号処理手段 ５３，５３ａ 制御手段 ５４ 増幅手段 ５５，５５ａ，５５ｂ ローパスフィルタ手段 ５６ 信号選択手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】質問器と、この質問器からの質問波をデー
   タに基づき変調して応答波として反射する応答器とから
   構成される無線データ収集装置において、 前記質問波の受信及び前記応答波を反射させるアンテナ
   と、前記質問波を復調する復調回路と、前記質問波を変
   調する変調回路と、接続されたセンサ回路の出力を増幅
   する増幅回路と、前記復調回路及び前記増幅回路の出力
   が接続され前記変調回路及び前記増幅回路を制御すると
   共に前記センサ回路の出力の取り込み前毎にオフセット
   電圧を取り込み、このデータに基づきオフセット電圧成
   分を除去する制御手段とから構成される応答器を備えた
   ことを特徴とする無線データ収集装置。
2. 【請求項２】前記センサ回路の出力若しくはオフセット
   電圧を選択する信号選択手段と、この信号選択手段の出
   力を増幅する増幅手段と、この増幅手段の出力の高周波
   成分を除去するローパスフィルタ手段とから構成される
   前記増幅回路を用いることを特徴とする特許請求の範囲
   請求項１記載の無線データ収集装置。
3. 【請求項３】前記オフセット電圧の取り込み時に抵抗値
   を変化させて時定数を変化させる前記ローパスフィルタ
   手段を用いることを特徴とする特許請求の範囲請求項２
   記載の無線データ収集装置。
4. 【請求項４】前記オフセット電圧の取り込み時に容量値
   を変化させて時定数を変化させる前記ローパスフィルタ
   手段を用いることを特徴とする特許請求の範囲請求項２
   記載の無線データ収集装置。