JPS6287812A - 非線形特性を有する変換器の誤差補正方法およびその方法を実施する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は非線形特性をもつ変換器用の誤差補正方法およ
びその方法を実施する装置に関する。

（従来の技術） 測定技術では変換器の出力値が測定値に線形比例するこ
とが必要である。そうでない場合は変換器の特性を線形
化する補正回路が備えられる。このような補正回路は、
たとえばダイオード回路網であって、それによって非線
形特性が反転曲率もった横断線のドラフトとして、ダイ
オード網の非線形入力信号が線形信号として出力に現わ
れるようにして再生される。このような線形化または補
正回路の別の実施例では、変換器の出力信号は次に続く
回路の対数特性うこよって増倍され、それによって線形
化される。両方の方法とも線形化が多大の整合努力をし
なければできないのが欠点で、さらに整合が訓練上によ
ってなされなければならない欠点がある。また、上記公
知の方法は非常に限定された補正用のもので、多くの場
合において耐えがたい程大きい不可避の誤差が践された
ままである。

上記欠点に加えて、非線形特性を補正する回路自身が付
加的なゼロドリフトおよび付加的な温度ドリフトを含む
。これらの付加的な妨害は別の回路によって補正されな
ければならない。

特に、変換器が工業的に用いられる場合には、十分に訓
練されたスタッフは普通、これらの整合処理を実施する
ためには得られない。したがって、測定装置製造者の維
持スタッフが調整をなさなければならず、非常にコスト
高になる。変換器が新しい測定目的で別の装置に設置さ
れたり、損傷のため交換しなければならない場合は、整
合手続を全部始めからやりなおさなければならない。

（発明の概要） 上記先行技術を前提として、本発明は、不可避の測定Ｊ
１″％差が今までより小さく、それにもかかわらず実施
するのが容易な方法を提示するという問題を基礎として
いる。

（Ｗｅｒｋｓｓｅｉｔｉ８ｅｎ　）調整の間に、変換器
の出力特性を調整して次の基本永代のパワー関数Ｉ、こ
こで、Ｙは線形化信号、Ｘは非線形測定値に対応する、 を参照してコンピュータによってできるだけ正確な線形
化の準備をなすことによって解決される。この目的で、
測定回路は、変換器の特性が連続して均一に、しかも良
好なＳ／Ｎ比を得るためにかなり大きな測定範囲にわた
って変化するように都合よく配置される。この特性に特
有の値りはいったん固定されると、対応の変換器で固定
される。値Ａ、ＢおよびＷは３つの弐を有する弐系（復
帰方法）および付加的な反復方法によって、出力特性と
線形化特性の３つの交差点が測定範囲の始点、中間、終
点に位置するように都合よ（決定される。値Ａ、Ｂおよ
びＷは、較正測定を行なう。段階Ｃでは、式（Ｇ）が較
正測定結果および記ｔなされた定数を用いて解かれ定数
Ａ、ＢおよびＷを決定して、それらを記憶させる。段階
Ｃでは全ての後続のサービス測定の間に、実際の測定結
果はＸ値として入力され、対応のＹ値が誤差補のずれは
特に小さい。これは、この関数が、広い範囲にわたって
非常に少ないパラメータを変えることによって基本的に
は任意に湾曲させることができる形状をしているからで
ある。これは、無論、変換器の特性の形状が一様に連続
していることを前提としているが、この条件は少なくと
も測定範囲内で全ての変換器で満たすことができる。

特性の曲率（これは弐（Ｇ）の指数りで表わされている
）は一般に変換器に特有のものである。これは特に、う
ず電流原理に従って導電性表面と発振回路に配置された
測定コイルの間の距離を測定する変換器はあてはまる。

この場合、指数りは変換器の特定構造に特有だから、指
数りば一定型の変換器に対して一回（たとえば曲線のあ
てはめによって）決定するだけでよい。変換器に対応す
るこの（＋！￥シよ変換器が用いられるときにコンピュ
ータに入力することが老較正測定値を用いて行なわれ、
それによって、たとえば、最小距離、最大距離および平
均距離（距離びＷに対して式（Ｇ）を解いて値Ａ、Ｂお
よびＷを得ることができる。この過程はまたコンピュー
タによって実施される。

（直Ａ、Ｉ３およびＷは起重なされる。

全ての後続の測定の間に、変換器の出力値（これは実際
の測定値と非線形関係を有している）を式（Ｇ）に関し
て補正して誤差補正された値を得ることができる。この
誤差補正の方法によって、線形化または誤差補正それ自
身が、ダイオード網等が用いたときのドリフト現象のた
め起るような誤差を含まないようになる。

さらに、いくつかの工程で線形化が非熟練工によって実
施できる本発明の方法によって、変換器が異なった場所
で異なった目的に非常な努力なしに用いることができ、
また、周囲の条件（これは通常、変換器の特性に影響を
及ぼす）に従って訂正できる。

したがって、ダイオード網によって要求されるような広
範な調整（これは熟練者によってのみ可能である）は必
要ない。

本発明の方法の好適実施例は、次の工程で、定数Ａ、Ｂ
およびＷを決定後またはこれらの定数を記憶後、式（Ｇ
）の複数の解答点が連続的なアドレスに記憶さ′れ、各
後続の測定の間に、実際の測定結果は最も近い記憶値、
および値Ｘに比例する値として出力されたメモリアドレ
スに割り当てられる。式は入力された各測定値に対して
解く必要がないからコンピュータは測定値をディンタル
化し、それを丸め、測定値に対応するメモリアドレスを
さがすだけでよい。メモリアドレスの内容は誤差補償さ
れた測定値またはそれに比例する値を表わす。

測定範囲は上記方法において比較的大ざっばに分割する
だけでよい。それによって補償値は実際の測定値の位置
に従って２つの記憶点の間で補間ドリフトまたは温度ド
リフトも示すという問題が生じる。これらの誤差は測定
システム全体を通して変１Ａ器を経由して続き、測定結
果を付加的に誤まらせることになる。この場合、方法は
次の態様で修正されるのが望ましい。すなわち、定数Ａ
およびＢを記・れ、そのインビーダは測定インピーダを
結合したとき測定結果がほぼ測定範囲の端部領域にある
ようなものであり、２つの較正インピーダ測定値は記憶
され、２つの較正インピーダはサービス測定自身の間に
個々のサービス測定の間に結合され、生成された較正イ
ンピーダ測定値は記憶較正測定値と比較され、測定アワ
センブリの記ｔｔ値Ａ、Ｂ、Ｗのいずれかが、各測定値
に対して新たに式（Ｇ）を解くことによって比較に関し
て訂正されるか、または望ましくは、値Ａ、ＢおよびＷ
が保持できるように、測定値を計算することによって記
憶測定点すなわち平衡ゼロ点および比例変化は較正プロ
セスの間に最初に決定された曲線に戻るように訂正され
る。

こうして、温度に関して非常に安定していて持続性があ
り、それでも安価に得ることができる較正イ少なくとも
各点別に記憶されるという点において本発明の方法の別
の好適実施例において考慮される。

サービス測定の間に変換器の実際の温度が検出され、そ
の際、出力測定結果はその結果および記憶された温度特
性点に関して訂正される。前述したように、ことができ
る。特性が温度によってどのように変るかによって、比
例率を記憶するだけでよい。すなわち、測定結果は因子
によって増倍されるだけであり、そうでなければ、温度
が測定値に対して非線形関係を有している場合、対応し
た数の点が記憶される。

これらの記憶点に関して、測定結果は測定値に依存して
、対応してはいるがお互いに異なっている因子によって
増倍される。再び種々の点の間で補間をなすのがよい。

温度は通常は比較的ゆっくり変化するから、本発明のさ
らに他の好適実施例では、実際の温度は比較的まれにし
か検知されず、瞬間の温度が最後の測定で検出された温
度に対してかなり大幅に変化した場合にそれに伴なって
弐（Ｇ）の−組の解答点が訂正される。

変換器の温度変化が補正されるがまたは、生成された測
定誤差が補正されるこの方法を用いて、測定システムの
長時間安定性をがなり増大させることができる。この場
合、日／夜サイクルだけで通常起る温度変化およびその
測定結果への影響は除去される。

温度測定または補正の場合のように、ゼロ点および利得
が比較的ゆっくり変化するがら補償抵抗も比較的まれに
用いることも可能であることはもちろんである。補正計
算（コンピュータにおける）はサービス測定の間バック
グラウンドでなすのがよい。

特許請求の範囲の最初の２つの項に記載された方法を実
施するのに適したコンピュータまたはマイクロコンビ二
一夕はディジタイザを経由して測定値を得ることができ
る通常のＢ様で設置されたものである。しかし、いずれ
にしても、コンピュータの速度は、測定値が獲得されて
からそれが再生されるまでの間に十分に短い時間しか経
過しない程高速でなけできない。

較正インピーダが測定回路に結合されている上記方法は
実施する装置は、第１ボール（極）を、変換器または較
正インピーダが接続される第２乃至第４のボール（極）
に選択的に接続する電気的に制御可能な切換スイッチ、
発振器と切換スイッチの第１の極の間に配室されたイン
ビーダ、入力が切換スイッチＱ第１のボール（極）に接
続され、出力がディジタイザに少なくとも間欠的に接続
された復調器、およびそのデータ入力インタフェースが
ディジタイザに接続され、切換スイッチの制御入力に少
なくとも１つの制御信号出力線を有するマイクロプロセ
ッサを有する。「復調器」という用語はまたここでは、
変換器の信号が処理可能な信号、たとえば直流信号体の
ゼロドリフトおよび利得ドリフトを補正することが可能
になる。このようにして、これらの誤差が同様に自動的
に補正されるので、温度ドリフトまたは長時間ドリフト
補正なしに復ＫＮ　器やディジタイザを比較的節華に設
計することができる。源と切換スイッチの間に較正イン
ビーダとインピーダを安定した設計で備えることが必要
なだけである。

上記装置の他の利点は、変換器に給電するための電源の
負荷の変化もまた補正されるということである。このよ
うな変化はたとえば、数個の変換器が単一の電源によっ
て給電されるときに生しる。今日まで知られた線形化網
では、電源は線形化特性に対応する所定の値に再調整し
なければならなかった。これは本発明では必要ない。代
りに、本発明では、線形化された電圧が電源信号すなわ
ち発振器信号の変化にもかかわらず一定のままであるか
ら非常に単純な電＃（うず電流変換器の場合はＣＭＯ３
論理の単純な水晶発振器でそれには低域フィルタとトラ
ンジスタバッファステージが続＜）を用いる。

また、給電線（これは従来の高精度変換器の場合は非常
に入念に設計しなければならない）の影響も考慮する必
要がないという利点もある。

以下、本発明の装置の好適実施例を図面を参照してより
詳細に説明する。

（実施例） 第１図はうず電流変換器２の非線形人力／出力特性を補
正するための回路図を示す。

第１図に見られるように、発振器たる電源ｌはインピー
ダＺＶを介して電気的に制御可能な切換スイッチ３の１
つの極に接続される。

切換スイッチ３はインピーダＺｖの一方の極を３つの出
力積の１つに任意に接続することができる。

出力積の１つはうず電流変換器２に接続される。変換器
２の等価回路図はインピーダＺｐとインダクタンスコイ
ルＭＳの並列回路によって表わすことができる。切換ス
イッチ３の他の２つの出力棒は抵抗Ｒ５およびＲ２に接
続され、その抵抗は他の極が変換器２と同様に接地され
る。αｖ、ＭＳおよびＺｐは測定信号が測定範囲にわた
って大きくかつ一様に連続して変わるように選ばれるの
が便利である。

ジタイザは復調された値をディジタル化し、それをマイ
クロプロセッサ７に転送する。

ディジタイザ６の入力にある切換スイッチ５は復調器４
の出力と、変換器２で温度を検知する温度検知器ｌＯの
出力の間で入力の切換を行なう。マイクロプロセッサ７
と切換スイッチ５の間の接続線は切換を制御するように
働く。

マイクロプロセッサ７が電ａｈ（インピーダＺＶヒ を介しての）変換器２、抵抗Ｒ，または抵抗Ｒ２の変換
器２（これはここではうず電流変換器の形式になってい
る）は電源によって給電されなければならない他の任意
の変換器によって置き換えることができる。このような
変換器は第２図に示されるような非線形特性すなわち、
それが一様に連続しているかぎり任意の曲率をもった特
性を有することができる。

装置は次のように動作する。

てコンピュータで決定される。そこで、基本式のパワー
関数、すなわち、 がコンピュータ７　（または別のコンピュータ）によっ
て所定の特性に合わせられる（ここでＸは変換器の出力
信号に対応し、Ｙは測定値に対応する。Ａ１、ワ ＢおよびＷは定数である）。

定数りはそれがこの型式の全ての変換器でたとえば数値
として得られるように記憶または印字される。

使用の場で、画定された較正測定値（たとえば距離）、
すなわち、測定範囲の下限、上限、中間のそれぞれにあ
る値を用いて設置変換器２に関して少なくとも３つの較
正測定が行なわれる。

を決定する。定数Ａ、ＢおよびＷはコンピュータ７に記
憶される。これらの準備の後で、測定システムはサービ
ス測定の準備ができている。実際の測定結果はくコンピ
ュータにおいて）式にＸ値として代入でき、対応するＹ
値は誤差補正測定結果として出力することができる。無
論、増倍率は、１　　（１またはＩＶ）の出力値（Ｄ−
Ａ変換器を任意の出力電圧）がたとえば、１ｍｍの測定
距離に対応するように与えられる。

しかし、式（Ｇ）の複数個の解答点を定数Ａ、Ｂの決定
後コンピュータに記憶し、測定値に対応する訂正された
測定値だけをサービス測定の間にメモリ内で探索し、こ
れらの値を出力する（必要なら補間の後）のが望ましい
。

第１図に示された装置によってまた、変換器２の代りに
２つの別々の較正インピーダＲ３およびＲｔを（必らず
しも直接である必要はないが）個々の測定の間に測定回
路へ連続して接続することが可能になる。この場合、較
正インピーダＲ，およびＲ２は、それらがその測定範囲
の限界での変換器２の１インピーダンスに対応する値で
ある。較正測定値が次にマイクロプロセッサ７に記憶さ
れる。サービス測定の間に較正インピーダは変換器２の
代りに、復調器４に、マイクロプロセッサ７の線８を介
して制御されるスイッチによって繰返して結合され、測
定結果は記ｔ１）された較正インピーダ測定値と比較さ
れる。

次に訂正値を比較結果から計算して、その間に起ったか
もしれないゼロシフトまたは比例率の変化を補償するこ
とができる。こられの訂正値のいずれかが各個別の測定
結果に加えられるか、または式（Ｇ）とすれば、温度補
正は第１図に示された装置で実行することができる。こ
の目的で、マイクロプロセッサ７は切換スイッチ５を温
度検知器１０に繰返しスイッチするので、変換器２の温
度に比例する信号がディジタイザ６およびマイクロプロ
セッサ７に達する。

次に出力される測定結果はマイクロプロセッサ７に記ｊ
１！された出力特性の温度変化の点に関して訂正される
。マイクロプロセッサ７はスイッチ５を制御線９を介し
て制御するのが比較的少ないのがよく、また、温度検知
器によって瞬時に測定された値が前の温度測定において
検出された値から大きくはずれるときには式（Ｇ）の記
憶解答点の訂正を常になすのがよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適実施例のブロック図であり、第２
図は典型的な非線形特性を示すグラフである。 ■・・発振器　　　　　　　　２・・・変換器３・・・
切換スイッチ　　　　　４・・・復調器５・・切換スイ
ッチ　　　　　６・・・ディジタイザ７・・・マイクロ
プロセッサ　　８・・・制御信号線ｌＯ・・・温度検知
器 第２図 距離

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）非線形特性を有し、コンピュータ支援測定回路を
   備えた変換器用の誤差補正方法であって、ａ）基本式の
   パワー関数、 Ｙ＝Ａ＋Ｂ（１／（Ｘ＋Ｗ））＾Ｄ　式（Ｇ）ここで、
   Ｘは変換器の出力信号に対応し、Ｙは測定値に対応し、
   Ａ、Ｂ、Ｗ及びＤは定数である、によってコンピュータ
   により変換器の出力特性を最初の製作現場調整において
   再生し、定数Ｄを記憶させる段階、 ｂ）使用の場で、測定範囲をほぼ等間隔で分離する明確
   な較正測定値を用いて設置変換器に関して少なくとも３
   つの較正測定を行なう段階、 ｃ）較正測定結果および記憶させた定数Ｄを用いて式（
   Ｇ）を解き、定数Ａ、ＢおよびＷを決定し、これら定数
   を記憶させる段階、および ｄ）全ての後続のサービス測定の間に、Ｘ値として実際
   の測定結果を入力し、対応のＹ値を誤差補正測定結果と
   して出力する段階、を含むことを特徴とする前記誤差補
   正方法。
2. （２）測定範囲を等間隔に分離する式（Ｇ）の複数の解
   答点を連続したメモリアドレスに記憶させる段階ｃに続
   く段階ｃ′、および実際の測定結果を最も近い記憶値に
   割り当て、メモリアドレスを値Ｘに比例する値として出
   力し、望ましくは、実際の測定結果を２つの最も近い記
   憶値の補間値に割り当て、この補間値を値Ｘに比例する
   値として出力する前記段階ｄを含むことを特徴とする、
   特許請求の範囲第（１）項に記載の方法。
3. （３）変換器は電源によって給電され、段階ｃまたはｃ
   ′に続いて、測定インピーダが結合されるときには測定
   結果が測定範囲のほぼ端部領域にあるような２つの異な
   った較正インピーダを変換器の代りに逐次測定回路に結
   合し、この２つの較正インピーダ測定値を記憶させる段
   階、およびサービス測定の間に、２つの較正インピーダ
   を結合し、得られた較正インピーダ測定値を記憶較正イ
   ンピーダ測定値と比較し、記憶させた定数ＡおよびＢま
   たは、比較に関して測定装置のゼロポイントおよび比例
   率を補正する前記段階ｄを含むことを特徴とする、前記
   特許請求の範囲のいずれかに記載の方法。
4. （４）記憶値は較正インピーダ測定値に関して訂正され
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第（２）項および
   第（３）項に記載の方法。
5. （５）段階ａにおいて出力特性の温度変化が決定され、
   少なくとも点列に記憶され、段階ｄにおいて変換器の実
   際の温度が測定され、出力された測定結果がその結果お
   よび記憶された温度／特性点に関して訂正されることを
   特徴とする、特許請求の範囲第（１）項に記載の方法。
6. （６）記憶値は一定の温度／特性点に関して訂正される
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第（２）項および第
   （３）項記載の方法。
7. （７）特許請求の範囲第（１）項乃至第（３）項のいず
   れかに記載の方法を実施する装置であって、第１極を変
   換器（２）またはインピーダ（Ｒ＿１、Ｒ＿２）が接続
   される第２乃至第４極に選択的に接続するための電気的
   に制御可能な切換スイッチ（３）、 発振器（１）と切換スイッチ（３）の第１極の間に配置
   されたインピーダ（Ｚｖ）、 入力が切換スイッチ（３）の第１極に接続され、出力が
   ディジタイザ（６）に少なくとも間欠的に接続された復
   調器（４）、及び そのデータ入力インタフェースがディジタイザ（６）に
   接続され、切換スイッチ（３）の制御入力に接続された
   少なくとも１本の制御信号線（８）を有するマイクロプ
   ロセッサ（７）を有することを特徴とする装置。
8. （８）マイクロプロセッサ（７）の制御信号に応答して
   ディジタイザ（６）の入力を復調器（４）の出力または
   温度検知器（１０）の出力に任意に接続する別の電気的
   に制御可能な切換スイッチ（５）がさらに備えられてい
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第（１）項乃至第
   （６）項のいずれかに記載の方法を実施する特許請求の
   範囲第（７）項に記載の装置。