JPH1164042A - 波形整形回路と計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パルス形成用のしきい値を可変できると共に
各種演算ができる構成として、波形整形回路又はこれを
備えた計測装置の汎用性を高める。 【解決手段】 計測装置１は、第１のアナログ信号Ｓ０
を出力する第１のセンサ３と、第１のセンサ３からの出
力としきい値Ｖｔとを比較した比較結果に応じて波形整
形された信号Ｓ２を出力する比較部２２と、第２のアナ
ログ信号Ｓ２０を出力する第２のセンサ５と、を備え
る。計測装置１は、第１のセンサ３からの第１のアナロ
グ信号Ｓ０をデジタル信号Ｓ１に変換するＡ／Ｄ変換部
４を備え、比較部２２は、デジタル信号Ｓ１としきい値
Ｖｔとの比較を中央処理装置２での演算により行なう。
計測装置１は、波形整形された信号Ｓ２中のパルスに基
づいて第２のアナログ信号Ｓ２０を計測する。第１のセ
ンサ３と、Ａ／Ｄ変換部４と、しきい値生成部２１と、
比較部２２とにより波形整形回路を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アナログ信号を波
形整形する波形整形回路と、センサからのアナログ信号
を計測する計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開昭６０−４０９０１号公報には、エ
ンジン回転角センサ信号処理回路が開示されている。こ
の信号処理回路では、エンジン回転角センサ信号としき
い値とをコンパレータにより比較して波形整形する。セ
ンサ信号出力特性はセンサ信号の周波数の高低に応じて
変化するので、しきい値もセンサ信号の周波数に応じて
変化させる必要があり、そのための補正回路を備えてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】センサ信号にノイズが
含まれる場合、ノイズがしきい値よりも大きいとコンパ
レータ自体では除去できないため、センサとコンパレー
タとの間にノイズフィルタ等を付加することとなり、構
造が複雑化すると共に、ノイズが高周波であればローパ
スフィルタを使うといった手法になるため、センサ信号
に対する周波数応答性を低下させることになる。

【０００４】また、コンパレータの入力信号はアナログ
信号なので、しきい値の生成回路（補正回路）が複雑に
なり、センサを別のものと交換する場合にはしきい値の
生成回路（補正回路）も併せて交換する必要があり、信
号処理回路の汎用性が低くなる。更に、コンパレータを
ハードウェアにより構成しているので、その分だけ小型
化が困難である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では、アナログ信
号を出力するセンサと、センサ出力としきい値とを比較
した比較結果に応じて波形整形された信号を出力する比
較部と、を備えてなる波形整形回路であって、センサか
らのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換
部を備え、比較部は、デジタル信号としきい値との比較
を中央処理装置（ＣＰＵ）での演算により行なうことを
特徴とする。

【０００６】Ａ／Ｄ変換されたセンサ信号としきい値と
をＣＰＵで比較するので、ソフトウェア（プログラム）
の書換え等によってしきい値を変更することができると
共に、センサ信号としきい値についてＣＰＵで複雑な演
算を行うことができるので、波形整形回路の汎用性を高
めることができる。また、センサからのアナログ信号を
波形整形して機器の各種制御をＣＰＵで行う場合に、Ｃ
ＰＵと比較部は従来別個の構成であったが、本発明では
ＣＰＵのソフトウェアとして一体化することができ、従
来の補正回路等の構成を簡略化することができる。ま
た、波形整形回路にデジタルフィルタとしての機能を付
加することができ、センサ信号にノイズが含まれる場合
にノイズを除去することができる。

【０００７】本発明では、第１のアナログ信号を出力す
る第１のセンサと、第１のセンサからの出力としきい値
とを比較した比較結果に応じて波形整形された信号を出
力する比較部と、第２のアナログ信号を出力する第２の
センサと、を備えてなる計測装置であって、第１のセン
サからの第１のアナログ信号をデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換部を備え、比較部は、デジタル信号としきい
値との比較を中央処理装置での演算により行なう構成か
らなり、計測装置は、波形整形された信号中のパルスに
基づいて第２のアナログ信号を計測することを特徴とす
る。

【０００８】Ａ／Ｄ変換されたセンサ信号としきい値と
をＣＰＵで比較するので、ソフトウェア（プログラム）
の書換え等によってしきい値を変更することができると
共に、センサ信号としきい値についてＣＰＵで複雑な演
算を行うことができるので、計測装置の汎用性を高める
ことができる。また、センサからのアナログ信号を波形
整形して機器の各種制御をＣＰＵで行う場合に、ＣＰＵ
と比較部は従来別個の構成であったが、本発明ではＣＰ
Ｕのソフトウェアとして一体化することができ、従来の
補正回路等の構成を簡略化することができる。第２のア
ナログ信号の処理もＣＰＵのソフトウェアとして組み込
むことができ、構成を簡略化することができる。また、
測定装置にデジタルフィルタとしての機能を付加するこ
とができ、第１のセンサ信号にノイズが含まれる場合に
ノイズを除去することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図１は、本発明の計測装置の
簡易ブロック構成図である。

【００１０】計測装置１は、第１のセンサ３と、第２の
センサ５と、Ａ／Ｄ変換部４，６と、しきい値生成部２
１と、比較部２２と、処理部２３と、モニタ７と、を備
える。しきい値生成部２１と、比較部２２と、処理部２
３とは、中央処理装置（ＣＰＵ）２からなり、ＣＰＵ２
はＣＰＵ２が実行する各種プログラムを格納する内部メ
モリを備える。計測装置１は、自動車のエンジンのクラ
ンク回転角（エンジン回転角）に対して燃焼室内の圧力
変動を測定し、解析する。

【００１１】第１のセンサ３は、第１のアナログ信号Ｓ
０を出力する。第１のセンサ３は、クランク回転角セン
サからなり、例えば一定のクランク回転角毎に変動する
アナログ信号を発生する。第１のアナログ信号Ｓ０は、
Ａ／Ｄ変換部４に供給され、第１のデジタル信号Ｓ１に
変換される。／Ｄ変換部４は、比較部２２のラッチ間隔
よりもかなり短い周期で第１のアナログ信号Ｓ０をＡ／
Ｄ変換する。

【００１２】しきい値生成部２１は、パルス形成用のし
きい値（のデータ）Ｖｔ，Ｖｔｈ，Ｖｔｌを生成して比
較部２２に出力する。しきい値は、クランク回転数に応
じて変化する構成としてもよい。比較部２２は、パルス
形成用のしきい値Ｖｔ（又はしきい値Ｖｔｈ，Ｖｔｌ）
と第１のデジタル信号Ｓ１とを比較し、Ａ／Ｄ変換部６
に波形整形して出力する。

【００１３】第２のセンサ５は、燃焼室内の圧力を検出
する圧力センサからなり、第２のアナログ信号Ｓ２０を
出力する。Ａ／Ｄ変換部６は、比較部２２からの波形整
形された信号Ｓ２中のパルスに基づいて第２のアナログ
信号Ｓ２０をＡ／Ｄ変換して処理部２３に出力する。例
えば、波形整形された信号Ｓ２のパルス立上り時に第２
のアナログ信号Ｓ２０をサンプリングして第２のデジタ
ル信号Ｓ２１に変換する。

【００１４】処理部２３では、一定期間中の第２のデジ
タル信号Ｓ２１をラッチして一時記憶すると共に記憶内
容を信号処理し、ＣＲＴ等のモニタ７に映像信号Ｓ７を
出力する。モニタ７は、処理部２３からの映像信号Ｓ７
に基づいて、第２のデジタル信号値をグラフ形式で映像
出力する。

【００１５】第１のデジタル信号Ｓ１としきい値Ｖｔと
をＣＰＵ２で比較するので、ソフトウェア（プログラ
ム）の書換え等によってしきい値Ｖｔを変更することが
できると共に、第１のデジタル信号Ｓ１としきい値Ｖｔ
についてＣＰＵ２で複雑な演算を行うことができるの
で、計測装置１の汎用性を高めることができる。また、
センサからのアナログ信号Ｓ０を波形整形して機器の各
種制御をＣＰＵ２で行う場合に、ＣＰＵ２と比較部２２
は従来別個の構成であったが、計測装置１ではＣＰＵ２
のソフトウェアとして一体化することができ、従来の補
正回路等の構成を簡略化することができる。

【００１６】第２のアナログ信号Ｓ２０の処理もＣＰＵ
２のソフトウェアとして組み込むことができ、構成を簡
略化することができる。なお、第２のアナログ信号Ｓ２
０は、ラッチしてからＡ／Ｄ変換してもよい。

【００１７】図２は、比較部２２の入出力信号の一例を
示す簡易説明図である。図２（Ａ）は、比較部２２に入
力する第１のデジタル信号Ｓ１の波形図である。図２
（Ｂ）は、比較部２２から出力される第１のデジタル信
号Ｓ２の波形図である。図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）の第
１のデジタル信号Ｓ２と対比される信号Ｓ３の波形図で
ある。

【００１８】図２（Ａ）に示すように、比較部２２は、
Ａ／Ｄ変換部４からの第１のデジタル信号Ｓ１を一定時
間毎にラッチする。第１のデジタル信号Ｓ１のラッチ時
をａ〜ｉ点で表わし、ａ点よりもｉ点の方が時間は後で
ある。ａ，ｂ，ｄ，ｇ，ｈ，ｉ点でのデジタル信号値
は、しきい値Ｖｔよりも小さい。ｃ，ｅ，ｆ点でのデジ
タル信号値は、しきい値Ｖｔよりも大きい。ｄ点でのデ
ジタル信号値は、ノイズによってしきい値Ｖｔよりも小
さい値となっている。

【００１９】図２（Ｂ）に示すように、比較部２２はＣ
ＰＵ２での演算により、ａ，ｂ，ｇ，ｈ，ｉ点でのデジ
タル信号値をＬレベルとして判定する。また、ｃ，ｄ，
ｅ，ｆ点でのデジタル信号値をＨレベルとして判定す
る。

【００２０】比較部２２は、ｄ点の前後のｃ点とｅ点の
デジタル信号値がＨレベルの場合は、ｄ点のデジタル信
号値をＨレベルとして判定する。このような演算によ
り、図２（Ｃ）に示す信号Ｓ３のような、ノイズによる
パルス波形のひずみを防止することができる。

【００２１】図３は、比較部２２の入出力信号の他の一
例を示す簡易説明図である。図３（Ａ）は、比較部２２
に入力する第１のデジタル信号Ｓ１の波形図である。図
３（Ｂ）は、比較部２２から出力される第１のデジタル
信号Ｓ２の波形図である。図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）の
第１のデジタル信号Ｓ２と対比される信号Ｓ３の波形図
である。

【００２２】図３（Ａ）に示すように、比較部２２は、
Ａ／Ｄ変換部４からの第１のデジタル信号Ｓ１を一定時
間毎にラッチする。第１のデジタル信号Ｓ１のラッチ時
をｊ〜ｓ点で表わし、ｊ点よりもｓ点の方が時間は後で
ある。ｊ，ｋ，ｍ，ｒ，ｓ点でのデジタル信号値は、し
きい値Ｖｔｌよりも小さい。ｎ，ｏ，ｑ点でのデジタル
信号値は、しきい値Ｖｔｈよりも大きい。ｌ，ｐ点での
デジタル信号値は、ノイズによってしきい値Ｖｔｌより
も大きく、しきい値Ｖｔｈよりも小さい値となってい
る。

【００２３】図３（Ｂ）に示すように、比較部２２はＣ
ＰＵ２での演算により、ｊ，ｋ，ｌ，ｍ，ｒ，ｓ点での
デジタル信号値をＬレベルとして判定する。また、ｎ，
ｏ，ｐ，ｑ点でのデジタル信号値をＨレベルとして判定
する。

【００２４】比較部２２は、ｌ点の前後のｋ点とｍ点の
デジタル信号値がＬレベルの場合は、しきい値Ｖｔｌ〜
Ｖｔｈ間に位置するｌ点のデジタル信号値をＬレベルと
して判定する。比較部２２は、ｐ点の前後のｏ点とｑ点
のデジタル信号値がＨレベルの場合は、しきい値Ｖｔｌ
〜Ｖｔｈ間に位置するｐ点のデジタル信号値をＨレベル
として判定する。このような演算により、図３（Ｃ）に
示す信号Ｓ３のような、ノイズによるパルス波形のひず
みを防止することができる。

【００２５】本発明の計測装置１によれば、しきい値Ｖ
ｔ，Ｖｔｈ，Ｖｔｌをデジタルデータとして扱うことが
できるので、しきい値をクランク回転数などに応じて変
化させる場合に、しきい値設定をソフトウェアにより簡
単に行うことができる。

【００２６】図４は、第２のアナログ信号Ｓ２０と、比
較部２２からの波形整形された信号（波形整形信号）Ｓ
２の波形図である。Ａ／Ｄ変換部６は、波形整形信号Ｓ
２の立上り時ｔ０〜ｔ８における第２のアナログ信号Ｓ
２０の値をＡ／Ｄ変換する。

【００２７】図５は、第２のアナログ信号Ｓ２０をＡ／
Ｄ変換したデータ値と、波形整形信号Ｓ２を比較部２２
が信号処理したデータ値を説明する説明図である。立上
り時ｔ０〜ｔ８における第２のアナログ信号Ｓ２０は、
Ｑ０〜Ｑ８点での値がＡ／Ｄ変換され、デジタル信号Ｓ
２１に変換される。

【００２８】信号Ｓ２２は、Ｑ０〜Ｑ８点を結線して得
られる信号波形である。信号Ｓ２２の波形から、波形整
形信号Ｓ２の立上り時ｔ０〜ｔ８における第２のアナロ
グ信号Ｓ２０の変動を検出することができる。

【００２９】波形整形信号Ｓ２の立上り時の時間間隔
は、比較部２２（内のタイマ）で計測される。ｔ０〜ｔ
１の時間間隔をＰ１点のデータ値により表わす。ｔ１〜
ｔ２の時間間隔をＰ２点のデータ値により表わす。ｔ２
〜ｔ７も同様であり、ｔ７〜ｔ８の時間間隔をＰ８点の
データ値により表わす。信号Ｓ４は、Ｐ０〜Ｐ８点を結
線して得られる信号波形である。信号Ｓ４の波形から、
波形整形信号Ｓ２の立上り時ｔ０〜ｔ８の時間間隔の変
動を検出することができる。信号Ｓ４の波形をモニタ７
に映像出力してもよい。

【００３０】波形整形信号Ｓ２の立上り時の時間間隔
を、比較部２２で計測することで、高精度のＦ／Ｖ変換
器を構成することができる。例えば、波形整形信号Ｓ２
の立上り時の時間間隔を測定して、測定データの逆数か
ら周波数を算出し、この算出結果に比例した電圧を出力
する構成としてもよい。これにより、特開昭６０−４０
９０１号公報のＦ／Ｖ変換器とは異なり、微分回路を不
要とすることができ、構成を簡潔化することができる。
波形整形信号Ｓ２の立下り時の時間間隔を、比較部２２
で計測してもよい。

【００３１】第１のセンサ３と、Ａ／Ｄ変換部４と、比
較部２２と、しきい値生成部２１とにより波形整形回路
を構成している。Ａ／Ｄ変換されたセンサ信号Ｓ１とし
きい値ＶｔとをＣＰＵ２で比較するので、ソフトウェア
（プログラム）の書換え等によってしきい値Ｖｔを変更
することができると共に、センサ信号Ｓ１としきい値Ｖ
ｔについてＣＰＵ２で複雑な演算を行うことができる。

【００３２】第２のセンサ５としては、点火プラグの取
付け座面の温度を検出する熱電対により構成してもよ
い。冷却水温度を検出する温度センサにより構成しても
よい。吸気管内負圧を検出する圧力センサにより構成し
てもよい。点火プラグ印加電圧を検出する電圧センサに
より構成してもよい。点火火花電流を検出する電流セン
サにより構成してもよい。そして、測定装置１として
は、第２のセンサ５で検出したセンサ情報を測定する構
成としてもよい。

【００３３】計測装置１に高速の基準クロックを発生す
る発振器を設けて、第１のデジタル信号Ｓ１のパルス幅
又はパルス間隔を基準クロックで計測し、この計測値を
加味してモニタ７に画像出力する構成としてもよい。Ａ
／Ｄ変換部４，６とＣＰＵ２とを１個のＬＳＩにまとめ
て構成してもよい。

【００３４】

【発明の効果】本発明の波形整形回路によれば、Ａ／Ｄ
変換されたセンサ信号としきい値とをＣＰＵで比較する
ので、ソフトウェア（プログラム）の書換え又は演算等
によってしきい値を変更することができると共に、セン
サ信号としきい値についてＣＰＵで複雑な演算を行うこ
とができるので、波形整形回路の汎用性を高めることが
できる。また、センサからのアナログ信号を波形整形し
て機器の各種制御をＣＰＵで行う場合に、従来必要とし
ていた補正回路等の構成をソフトウェアにより構成する
ことができ、計測装置全体の構成を簡略化することがで
きる。

【００３５】本発明の計測装置によれば、Ａ／Ｄ変換さ
れたセンサ信号としきい値とをＣＰＵで比較するので、
ソフトウェア（プログラム）の書換え又は演算等によっ
てしきい値を変更することができると共に、センサ信号
としきい値についてＣＰＵで複雑な演算を行うことがで
きるので、計測装置の汎用性を高めることができる。ま
た、センサからのアナログ信号を波形整形して機器の各
種制御をＣＰＵで行う場合に、ソフトウェアにより構成
を簡略化することができる。第２のアナログ信号の処理
もＣＰＵのソフトウェアとして組み込むことができ、構
成を簡略化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の計測装置の簡易ブロック構成図

【図２】比較部の入出力信号の一例を示す簡易説明図

【図３】比較部の入出力信号の他の一例を示す簡易説明
図

【図４】第２のアナログ信号Ｓ２０と比較部２２からの
波形整形信号Ｓ２の波形図

【図５】第２のアナログ信号Ｓ２０をＡ／Ｄ変換したデ
ータ値と、波形整形信号Ｓ２を比較部２２が信号処理し
たデータ値を説明する説明図

【符号の説明】

１…計測装置、２…中央処理装置（ＣＰＵ）、３…第１
のセンサ、４，６…Ａ／Ｄ変換部、５…第２のセンサ、
７…モニタ、２１…しきい値生成部、２２…比較部、２
３…処理部、Ｓ０，Ｓ２０…アナログ信号、Ｓ１…比較
部２２に入力するデジタル信号、Ｓ２…比較部２２から
出力されるデジタル信号（波形整形信号）、Ｓ３…デジ
タル信号Ｓ２と対比される信号。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アナログ信号を出力するセンサと、 センサ出力としきい値とを比較した比較結果に応じて波
   形整形された信号を出力する比較部と、を備えてなる波
   形整形回路であって、 センサからのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ
   ／Ｄ変換部を備え、 比較部は、デジタル信号としきい値との比較を中央処理
   装置での演算により行なうことを特徴とする波形整形回
   路。
2. 【請求項２】 第１のアナログ信号を出力する第１のセ
   ンサと、 第１のセンサからの出力としきい値とを比較した比較結
   果に応じて波形整形された信号を出力する比較部と、 第２のアナログ信号を出力する第２のセンサと、 を備えてなる計測装置であって、 第１のセンサからの第１のアナログ信号をデジタル信号
   に変換するＡ／Ｄ変換部を備え、 比較部は、デジタル信号としきい値との比較を中央処理
   装置での演算により行なう構成からなり、 計測装置は、波形整形された信号中のパルスに基づいて
   第２のアナログ信号を計測することを特徴とする計測装
   置。