JPS595958B2 - 変量測定・伝送装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 液位、温度および圧力などのプロセス変量をデジタル量
として多重伝送するには、従来はパルス巾、パルス位置
伝送法、パルス符号伝送法によっていた。

しかしプロセス変量はアナログデータであるので、これ
をデジタル化するために特別のＡ／Ｄ変換器が必要とさ
れ、またこのデジタル信号を伝送用のパルス巾やパルス
位置に変換するためのバッファや複雑な装置が必要とさ
れて、いきおい装置費用が高（なる。

さらに周波数多重伝送を行なえば、確に伝送速度は速（
なるが、そのためには周波数帯域の広い専用回線が必要
とされ、これまた設備費が高（つ（という欠点がある。

本発明は以上の欠点を解消し、プロセス変量を回転走査
手段によって容易にパルス数として取り出して、これを
直接伝送信号に変調して送れるようにしたもので、伝送
信号中に同期信号とデータ識別信号を容易に挿入でき、
かつ受信側においてこれらの信号を特別な符号識別手段
等の高級な装置を用いずに識別して同期を取ることがで
き、データの判別、解読をして時分割多重方式により電
話回線を利用して遠隔地間のデータ送受信ができる変量
測定・伝送装置を提供できるようにした。

以下実施例図に基づいて本発明を説明する。

この実施例では、プロセス変量として液位、温度を選ん
であるが、他のプロセス変量を組合せることも可能であ
る。

１はタンク内に設けられたフロートであり、液面の変化
に伴うフロート１の変位は、テープ２により回転駆動装
置たる液面計６に伝達される。

３゜４はガイドローラであり、テープ２の方向を変える
役目を持っている。

液面計６の内部には、テープ２に一定の張力を加えるた
とえばつる巻バネなどの機構が設けられである。

液面が変化すると、テープ２が移動し、液面計６の内部
に設けたスプロケット（図示しない）がテープ２に設け
た等間隔孔にかみあって回転させられる。

このスプロケットの回転は、液面計６の出力軸７を回転
させる。

出力軸１０回転量は現場指示機構により現場で表示でき
るが、更にカップリング機構８により発信器の入力軸９
に伝達される。

入力軸９０回転は減速機構１０を介して、アーム１１，
１２，１３゜１４に伝達される。

このアーム１１〜１４０回転比は入力軸９０回転に対し
て例えば、１ ： １／１０゜１／１００ ： １／１
０００となっている。

したがってこれらのアーム１１〜１４０回転角を知れば
、入力軸９が何回転したか、すなわち液面かい（ら変位
したかを知ることが可能である。

２０は、基板２４上に、アーム１１〜１４と同心的に設
けた絶縁材製の円形走査板であり、その表面に導電体パ
ターン２１を放射状に１００個設けである。

２２は、アーム１１〜１４の先端部に設けた磁気ヘッド
の如き磁気感応素子である。

導電体パターン２１と磁気感応素子２２は、アーム１１
〜１４の回転角検出機構を構成する。

次に電気回路について説明する。

１５は水晶振動子、ＣＲ又はマルチバイブレータ等によ
るクロックパルス発振回路である。

１６は計測カウンタであり、発振回路１５からのクロッ
クパルスを計数し、１周（例えば１００〕＜ｙｖ、；ｚ
、／＠ ）毎に１パルスを出力する分局機能をもつ。

１１はプログラムカウンタであり、計測カウンタ１６か
らの出力パルスに基づき、マークパルスを発生するとと
もに、ゲート回路１８の出力にスペースを発生させ、順
次デジタルデータを時分割方式にて伝送する。

マークパルスは一連の信号伝送の開始信号となるもので
あり、例えばデータパルスの１００倍のパルス間隔をも
っている。

したがって、データパルスとは容易に識別できる。

スペースは各データ間に必ず存在し、各データ伝送の終
了を示す。

このスペースもデータパルスのパルス間隔の１００倍あ
り、これとは容易に識別できる。

受信側では、マークパルスの後のスペースの順位を判別
することにより、そのデータ信号の意味を識別すること
ができる。

したがって、送信側と、受信側との同期をとる必要もな
い。

１９は変位走査回路であり、プログラムカウンタ１７か
らの指令信号により導電性パターン２１に計測カウンタ
１６からのパルスを順次加え、これによりアーム１１〜
１４の変位角の走査を行う。

１８はゲート回路であって、プログラムカウンタ１１か
らの指令信号と、クロックパルス発振回路からのクロッ
クパルスとにより、発信器１５のクロックパルスを、ア
ームの回転角に比例する時間内で通過させ、かつプログ
ラムカウンタ１７からの指令によりスペースを発信する
。

３０はプリアンプである。

３１は温度測定用の抵抗体、３２は温度測定回路である
。

温度測定回路３２は、温度測定用の抵抗体３１と対をな
すブリッジ回路、およびブリッジ回路の偏差出力を増幅
しかつそのアナログ量をデジタル量に変換する２重積分
形等のＡ／Ｄ変換器より構成されている。

そしてこの温度測定回路３２の出力は、ＢＣＤコードな
どの並列出力となっており、２桁づつ分けてデータ集積
回路３３に集積されている。

例えばデータが４桁であれば、１桁目はＡ、 ２桁目は
Ｂ１３桁目はＣ，４桁目はＤとなっている。

データ集積回路３３０３段目、４段目は、入力回路３５
から外部入力を取り入れることが可能となっている。

この場合、入力信号は、ＢＣＤコードの他、たがいにラ
ンダムな組合せとなる警報信号類でもよい。

しかし本実施例では、計測カウンタ１３が１００周期で
回っているため、ランダムな４ビツトの組合せでは、コ
ードオーバとなる。

これに対しては、１．２．４．８０８個のコードを抜い
て、１桁を３ビツトとじて使用すればよい。

受信側では、ＢＣＤデータについては直読であるが、Ｂ
ＣＤコードの各コードを警報類に当てている場合には、
受信側のカウンタのＢＣＤの該当コードの有無をもって
警報の有無を判別することができる。

３６はデータ選択回路、３４はデジタルコンパレータ、
３７はプログラムカラツタ１７からの指令信号を他計器
（圧力、ＰＨ計など）に伝送するための制御信号出力回
路である。

３８はパリティ発生回路であって、ゲート回路１８を通
過したパルスの総数の奇数又は偶数を判定する。

このパリティ発生回路３８のデータは、データ集積回路
３３０５段目■へ送られ、例えば、通過パルス総数が奇
数ならば１のコード、偶数ならば２のコードとなる。

受信側では、このパルスを検出して受信符号の良否を判
定する。

以上のように構成された本発明に係るデジタルデータ伝
送装置について、その作用を説明する。

まずはじめに液位のデジタル変換およびその伝送につい
て説明する。

発振器１５のクロックパルスを計数している計測カウン
タの計数値が１周値（１００パルス）に達すると、プロ
グラムカウンタ１７に、プログラムを１ステップ進める
パルスが供給される。

この人力パルスにより、プログラムカウンタ１７は、マ
ークパルスを発生する。

このマークパルスはゲート回路１８に加えられ、そのゲ
ートを開く。

したがって発振器１５からのクロックパルスがゲートさ
れ、高周波発振・変調回路３９に加えられ、電源・出力
回路４０から受信側に伝送される。

一方プログラムカウンタ１７のマークパルスは、同時に
変位走査回路１９にも加えられ、この走査回路１９によ
り、先ず最小桁のアーム１１の変位角が走査される。

その方法は、アーム１１の下方に同心放射状に設けた導
電体パターン２１のうち１つを基準パターンとし、順次
電流を流すことにより行う。

一つのパターンから次のパターンに移る切換え周期はマ
ークパルスの１／１００、シタ力って、発振器１５のク
ロックパルスと同じ周期で行われる。

パターン２１に電流が流れるとそのまわりに磁界を発生
する。

したがって、アーム１１に設けた磁気感応素子２２に対
応するパターンに電流が流れると、それによって発生す
る磁界が磁気感応素子２２によって検出される。

この検出信号をプリアンプ３０に入力して増幅し、ゲー
ト回路１８に入力することにより、ゲート回路１８を閉
じる。

この時、ゲート回路１８は、基準パターンからアーム１
１の磁気感応素子２０に対応するパターンに電流が流れ
るまでの間、発振器１５のクロックパルスを通過させた
ことになる。

この例では走査板２０に設けた導電体パターン２１は１
００個であり、発振器１５のクロックパルスと同じ周期
で走査するので、基準パターンに対するアーム１１の変
位は、１周を１００としてゲートを通過したパルス数ｎ
の比、すなわちｎ７１００回転で示される。

この信号は、画データ（第３図）となる。

計測カウンタ１６が、発振器１５のクロックパルスをさ
らに計数し、フルカウント（ここでは１００カウント）
になると、プログラムカウンタ１７が１ステップ進み、
ゲート回路１８にスペースの発信を指令する。

すると、ゲート回路１８は、計測カウンタ１６の次の１
周（１００パルス）の間、発振器１５からのクロックパ
ルスの通過を閉鎖する。

これでスペースＡが生じる。次に、スペースＡが経過す
ると計測カウンタ１６からの入力パルスにより、プログ
ラムカウンタ１７は、１ステップ進み、ゲート回路１８
が開かれると同時に、変位走査回路１９に対してアーム
１２の変位角走査指令が与えられる。

これによりアーム１２と対になっているパターン２１が
次次と通電され、磁気感応素子２２により、変位角が検
出され、その検出信号でゲート回路１８が閉じるまでの
間、発振器１５からのクロックパルスがゲートされ、０
．１ｍデータとして高周波発振・変調回路３９および電
源・出力回路４０を介して伝送される。

以下同様の経過によりアーム１３および１４の変位角走
査が順次行われ、ｌｒｎ、１０ｍのデジタルデータが伝
送される。

受信側において、マークパルスの後のスペースの順位を
判別することにより、計数したデジタル量を識別し、各
々１／１０づつ減速されているアーム１Ｌ１２，１３，
１４が、どの位づつ変位しているかを知り、総体的な変
位量を４桁の数字で読取ることができる。

次に前記液面計測データのほかに、他のプロセス変量と
しての温度データの伝送について説明する。

アーム１４の変位角走査が終了すると、プログラムカウ
ンタ１１は、ゲート回路１８にスペースＤの発信を指令
し、その間ゲート回路１８は閉じられている。

計測カウンタ１６が次の１周のパルス（１００パルス）
を計数すると、プログラムカウンタ１７のプログラムが
１ステップ進み、ゲート回路１８が開かれ、発振器１５
のクロックパルスカケートを通過する。

同時にプログラムカウンタ１７からは、データ選択回路
３６に温度計測指令が出される。

データ選択回路３６は、データ集積回路３３０１段目の
ＡとＢのデータをデジタルコンパレータ３４へ送出する
。

たとえば温度が７５．３１度であれば、そのときのデー
タＡは７″、データＢは５″である。

デジタルコンパレータ３４には計測カウンター１６が計
数しているクロックパルスのデータが送られ、温度デー
タと一致しているか否かの比較が行われる。

これによって最初の温度データＡ、Ｂが′″７５″であ
れば、クロックパルスが７５発ゲート回路１８を通過す
るとデジタルコンパレータ３４からゲート回路１８に信
号が送られてゲートが閉ざされる。

この結果、１の桁、２の桁の温度データが高周波発振・
変調回路３９を介して電源・出力回路４０から伝送され
る。

次に計測カウンタ１６がフルカウントすると、プログラ
ムカウンタ１γがゲート回路１８にスペースＥを発信さ
せることになるので、データ伝送は行われない。

計測カウンタ１６がさらにフルカウントすると、上記の
例で温度が７５．３１度であれば、３桁目の３″や４桁
目の″１″のデータが入ったＣ、Ｄのデータ“３１″が
前記Ａ、Ｂのときと同様の過程により伝送される。

入力回路３５を介して外部入力があった場合も同様の作
用により、データ伝送がなされる。

これらのプロセス変量のデータが伝送され、スペースＨ
（Ｆ″）が発信された後、データ集積回路３３０５段目
からデータ選択回路３６、デジタルコンパレータ３４の
作用によって、パリティ−データが伝送される。

ゲート回路１８を通過したパルスの総数が奇数ならば、
伝送されるパリティデータは１パルスであり、偶数なら
ば２パルスである。

このパリティデータの発信により、データ伝送の全サイ
クルが終了した事となり、プログラムカウンタ１７は、
初期状態に戻り、同様のサイクルを繰返す。

以上のように、本発明によれば液面変化などのプロセス
変量は、円周方向に多数のパターンを有する走査板面を
磁気感応素子を有するアームで回転走査されることによ
りパルス信号として取り出されるので、特別のＡ／Ｄ変
換器は必要でなく、また取り出されたパルス信号は前述
した電子回路によって伝送信号中に同期信号とデータ識
別信号を容易に挿入でき、かつ受信側においてこれら信
号を特別な符号識別手段等の高級な装置を用いずに識別
して同期を取ることができ、送受信間で容易に同期を取
りながらデータの判別、解読をして時分割多重方式によ
り電話回線で遠隔地間のデータ送受信ができ、さらに周
波数帯域の広い専用回線は必要とされない。

しかも回転走査機構は複数としであるので、その数に相
当する桁数の数値、換言すれば桁数に応じた精度の高い
変量・測定伝送装置を提供できるのである。

、 以上では、本発明装置を液面測定用に実施した例を
示し、しかも、液面変動を回転運動に変換せしめる回転
駆動装置としては、フロート、パーフォレーションテー
プ、スプロケットよりなる一般的な機構のものを示した
が、同装置には、フロートの動きをラック・ピニオンで
回転運動に変換する等各種の手段があるので、それらに
ついての具体的な説明は省略する。

また、本装置は液面測定用のほかに、例えば流量測定用
にも実施できる。

たとえば、流量の変化によって浮子がテーパー管内を上
下動し、かつ浮子と磁気結合して、浮子の上下動に伴い
水平軸線まわりに追従レバが回動させられる面積流量計
においては、追従レバを回転駆動装置ならしめて、その
回転軸を出力軸とし、これによって磁気ヘッドのアーム
が走査板面を回転させられるようにする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る変量測定・伝送装置のブロック図
、正面図、第２図は側面図、第３図はデジタル伝送の説
明図である。 図中、１１〜１４・・・・・回転アーム、１５・・・・
・・クロックパルス発振回路、１６・・・・・・計測カ
ウンタ、１７・・・・・・プログラムカウンタ、１８・
・・・・・ゲート回路、１９・・・・・・変位走査回路
、２０・・・・・・走査板、２１・・・・・・導伝体パ
ターン、２２・・・・・・磁気感応素子、２４・・・・
・・基板、３０・・・・・・プリアンプ、３１・・・・
・・測温抵抗体、３２・・・・・・温度測定回路、３３
・・・・・・データ集積回路、３４・・・・・・デジタ
ルコンパレータ、３５・・・・・・入力回路、３６・・
・・・・データ選択回路、３７・・・・・・制御信号出
力回路、３８・・・・・・パリティ発生回路、３９・・
・・・・変調回路、４０・・・・・・送信回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）被測定物の変量を回転軸の回転変位量に変換し
   て出力する回転駆動装置と、 （ｂ） 絶縁材製にして円周方向へ多数の線状導電性
   パターンが１周分等間隔に配設された複数の走査板と、 （ｅ） 回転軸が前記回転駆動装置の出力軸に結合さ
   れ、かつ前記走査板のパターンに沿って回転させられ、
   しかもパターンが発生した磁気を検知する磁気感応素子
   を遊端に備える前記走査板と同数の回転アームと、 （ｄ） クロックパルス発生回路と、 （ｅ） このクロックパルス発生回路の出力端子に接
   続され、フルカウントの１周毎にフルカウントパルスを
   出力する分周回路たる計測カウンタと、（ｆ） この
   計測カウンタの出力端子に接続され、前記フルカウント
   パルスの第１番目と第２番目との間マークパルスを発生
   するとともに、測定信号送出時間の後のフルカウントパ
   ルスから次のフルカウントの間スペースパルスを発生す
   るこｋを複数回行う８５４＋宙１１回路たるプログラム
   カウンタと、 （ｇ） このプログラムカウンタからのマークパルス
   信号の立下りによって始動し、前記クロックパルスに応
   じて前記走査板の複数の導電性パターンへ基準のものか
   ら逐次通電せしめるスペース信号によって次の走査板に
   逐次通電することを順次行う変位走査回路と、 （ｈ） 前記プログラムカウンタからのマークパルス
   の立下りによってゲートを開く反面前記磁気感応素子か
   らの磁気検出信号が入力することによりゲートを閉じ、
   かつプログラムカウンタからの前記スペース信号のある
   間引き続き閉じる制御を行い、この開いた時間のみ前記
   クロックパルスの発生回路の出力端子に接続された入力
   端のクロックパルスを通過させ逐次出力するゲート回路
   と、 （ｉ） このゲート回路の出力端子に変調回路を介し
   て接続され、受信側へ信号を伝送する送信回路、とを備
   えることを特徴とする変量測定・伝送装置。