JPH11514167A - 渦電流測定用多周波信号の同時復調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 演算により復調を行うプロセッサ（27）を具備した多周波信号の同時復調装置。この装置は、渦電流測定に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 渦電流測定用多周波信号の同時復調装置 説明 技術分野 本発明は、多周波信号、特に、渦電流による測定のための同時復調（simultan eous demodulation）装置に関する。従来技術 図１に示す渦電流測定装置の模式図は、平衡発振器（balancing oscillator） １０，インジェクタ１１および、復調器１２からなり、ディジタル出力ＳＮを供 給する。 この発振器は、１からＮまでの純粋な正弦波の合計に基づいて多周波信号を発 生する機能を有する。平衡器の機能は、変調信号（渦電流信号）を相対的に増幅 するために、搬送波の影響を減らすことにある。インジェクタ１１の機能は、渦 電流変調を行うセンサ１３に電源を供給することにある。復調器１２の機能は、 使用される搬送波から変調信号（渦電流変調）を抽出することにある。 上述したような装置において、仕様（technical data）は、概括的に次の通り である。 −正弦波搬送波は、１ｋＨｚと４ＭＨｚの間の周波数を有する。 −測定装置は、現在、同時に１つから４つの搬送波を用いる。 −渦電流信号の通過帯域は、１ｋＨｚを超えない。 −渦電流変調は、振幅および位相の複合変調である。 −復調器の機能は、各搬送波についてこれらの２つの情報を抽出し、かつ、 以下の方程式を有するセンサで変調された信号を直交形式（cartesian form ）で抽出する。 Ｘcos(wt)＋Ｙsin(wt)。 復調器はＸとＹを抽出する。 現存する装置は、とりわけ２つの復調方法を用いる。 ［同期正弦波復調］ 使用される模式図を図２に示す。 インジェクタ１１から入力される信号は、２つの同一のチャネルに分配される 。一方には、使用している搬送波の１つの周波数の純粋な正弦波Ｓ１が乗算され る。他方には、同じ周波数ではあるが、最初のものに対して直角位相の正弦波信 号Ｓ２が乗算される。これらの乗算結果は、インジェクタの信号をベースバンド に置き換える効果がある。渦電流の最大周波数（例えば、fc=500Hz）で低域濾過 する（フィルタ２０，２１）ことにより、Ｘ，Ｙを抽出することができる。 この復調方法は、図３に示すように、同時に使用される周波数f1,f2,fnがある 場合、図２の図形（diagram）の複製物を同じ数だけ設ける必要がある。 ［直角位相サンプリングによる復調］ この方法は、図４に示す模式図を用いる。 インジェクタ１１から出力される信号は、２つの同一のチャネルに分配される 。一方では、復調したい搬送波の正弦波の周期のごく僅かな時間、フィルタ２０ に接続される。この時間の残りの間、サンプルされた電圧はフィルタの入力で維 持される。他方のチャネルでは、同じ周波数ではあるが９０°位相シフト（直角 位相）でサンプリングが行われる。 前述した復調方法と同様に、この復調方法は、同時に使用される周波数が複数 ある場合、図４に示す模式図の複製物を同じ数だけ設ける必要がある。また、搬 送波信号のいかなる高調波も効率よく除去することができない。発明の説明 本発明は、演算によって復調を行うプロセッサを具備した多周波信号の同時復 調装置に関する。好ましくは、前記装置は、インジェクタを具備し、その出力信 号が以下の形態を有する複合信号で乗算される。 S3 = a₁sin{2π(f₁+ε₁)t+φ₁}+a₂sin{2π(f₂+ε₂)t+φ₂}+ ……+a_nsin{2π(f_n+ε_n)t+φ_n} ε₁は僅かな周波数偏差、φ₁は位相であり、Ｎ個の正弦波の周波数は、注入信 号を中間周波数に置き換えるように、周波数シフトされた搬送波の周波数である 。 好ましくは、この装置は、乗算器とローパスフィルタが接続されたインジェク タを具備する。アンチエイリアシング機能を持つこのフィルタには、ディジタル コンバータが接続される。 好ましくは、前記装置は、渦電流による測定に使用することができる。図面の簡単な説明 図１は、渦電流測定装置の従来技術を示す。 図２，３は、同期式の正弦波復調装置の従来技術を示す。 図４は、直角位相サンプリング復調装置を示す。 図５は、本発明に従った処理を説明するための復調装置を示す。実施形態の詳細な説明 この発明は、いくつかの振幅および位相変調された搬送波の合計である多周波 信号の復調の処理に関する。図５に示すように、インジェクタから入力される信 号には、いくつかの基本信号から形成される複合信号、例えば、 S3 = a₁sin{2π(f₁+ε₁)t+φ₁}+a₂sin{2π(f₂+ε₂)t+φ₂}+ ……+a_nsin{2π(f_n+ε_n)t+φn} が乗算される。 もし、Ｎ個の搬送波が同時に使用されるならば、乗算に用いられる信号は、Ｎ 個の正弦波の合計である。このＮ個の正弦波の周波数は、例えば数kHz 毎に周波 数シフトされたＮ個の搬送波の周波数である。例えば、もし100kHz,240kHz,500k Hzの搬送波が同時に使用されたならば、この信号には101kHz,242.5kHz,505kHzが 乗算される（上記の値は、例示した方法で与えられたものであって、これに限定 されるものではない）。 この乗算（product）は、インジェクタ１１の信号を中間周波数に置き換える 効果がある。これらの中間周波数は、搬送波信号の周波数と演算数（operand） の周波数との間の、それぞれの差である。上述した例では、中間周波数は、1kHz ,2.5kHz,5kHzである。 後続のローパスフィルタ２５（fc=10kHz）は、１６ビットの信号のディジタル 変換（変換器２６）に先立って、約 20kHzでアンチエイリアシング機能を果たす （これらすべての値はこれに限定されるものではない）。 ディジタル信号プロセッサ２７は、実際の復調を実行する、すなわち、信号を ベースバンドに置き換える機能を有する。どんなディジタル復調方法でも使用す ることができる。 この方法の創意は、図５の装置が同時に存在するＮ個の周波数の復調器である ということに基づいている。より多くの搬送波を復調するために、この図と同じ ものを必要としない。また、この復調器は、図３に示したものと同じ位、高調波 に対して鈍感である。復調の品質は、プロセッサ２７に用いられるアルゴリズム による。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．演算により復調を行うプロセッサ（27）を具備してなり、 ε₁を僅かな周波数偏差、φ₁を位相とし、Ｎ個の正弦波の周波数を、注入信号 が中間周波数に置き換わるように周波数シフトされた搬送波の周波数として、 S3 = a₁sin{2π(f₁+ε₁)t+φ₁}+a₂sin{2π(f₂+ε₂)t+φ₂}+ ……+a_nsin{2π(f_n+ε_n)t+φ_n} なる形式の複合信号が、その出力信号に乗算されるインジェクタ（11） を具備することを特徴とする多周波信号の同時復調装置。 ２．乗算器およびローパスフィルタ（25）が接続されたインジェクタ（11）を具 備し、アンチエイリアシング機能を有する前記ローパスフィルタ（25）に、ディ ジタル変換器（26）が接続されている ことを特徴とする請求項１に記載の多周波信号の同時復調装置。 ３．渦電流による測定に使用されることを特徴とする請求項１又は２のいずれか に記載の多周波信号の同時復調装置。