JPS63208714A - 高速デジタルリニヤライザ− - 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〕 この発明は、非線形入出力特性を有する各種変換器の出
力を補正する際に好適な高速のデジタルリニヤライザー
に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、例えばセンサー等から出力される非線形な検
出信号を補正するために、前記センサーの出力信号をデ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換
器の出力をアドレスデータとして予め書き込まれている
データを読み出すようにした固体メモリと、該固体メモ
リから読み出されたデータをアナログ信号に変換するＤ
／Ａ変換器を備え、前記センサーが動作したときに前記
固体メモリから規正された変換データを読み出す。

ことによって前記センサーから検出された非線形な変換
信号を高速でリニヤライズするようにしたものである。

〔従来の技術〕

一般に微少な信号成分を検出する各種センサーは、その
入出力特性に特異な非線形領域を含むことが多い。

第５図はかかる事例を示す微少動物の肺機能を測定する
センサ一部を示したもので、ＧＴは直径Ｄが２〜３＋ａ
ｍのガラス管、ＯＦはガラス管内の一部に形成されてい
るオリフィス、ＢＴはオリフィスの前側、及び後側に連
通しているバイパスチューブ、Ｓは圧力センサーを示す
。

Ｍはラット、又はマウス等の小動物における呼吸気道の
部分を示す。

かかる装置において小動物が呼吸を行うと、その呼気量
及び吸気量に応じた気流がガラスチューブ内Ｔ内を流通
するが、その流通路に設けであるオリフィスＯＦの両側
では流速に応じて圧力差Δｐ＝ｐ、−Ｐ２が生じる。そ
してこの圧力差ΔＰをバイパスチューブ内にある圧力セ
ンサーＳによって検出することにより、ガラスチューブ
内の気体流速を知ることができ、この流速を積分すると
小動物の呼吸量を検出することができるようになされて
いる。

かかる小動物の肺機能検査は、ΔＰを検出することによ
って正確な流速を求め、その積分値からガス流量を求め
ることになるが、ガスの流れはオリフィスＯＦの前後で
完全に層流となることはなくこの部分で乱流が発生する
。その上、圧力センサーＳの変換特性も完全にリニアな
ものが得られないため、検出信号は非直線性を有するこ
とになる。

そこで、圧力センサーＳから出力される検出信号の非直
線性を補正するためリニヤライザーが必要とされていた
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

非直線性信号のりニヤライズ方式としては、例えば第６
図に示すように増幅特性が動作点で変化するような複数
個の演算増幅器Ａ　Ｉ　＊　Ａ　２　＊　Ａ　３　＋・
・・・ＡＮを使用し、各演算増幅器には所定のオフセッ
ト電圧Ｅｌ、Ｅ２．Ｅ３．・・・・ＥＮを電圧源Ｂから
供給すると共に、センサー等の信号増幅器Ａｉから所定
の極性の出力信号を供給する。

又、各演算増幅器Ａ、、Ａ２．Ａ３．・・・・ＡＮの出
力を加算器ＡＯにより合成しリニヤライズした出力信号
を形成する。

この場合、各演算増幅器ＡＩ、Ａ２．Ａ３．・・・・Ａ
Ｎの折れ線の特性を調整することによって、非直線性の
補正を行うことが行われていたが、折れ線の数を増加し
て近似精度を高くすると、内部の素子や調整個所が急激
に増加し、Ｓ／Ｎの劣化やゼロ点の変動が発生す・ると
いう問題があった。

そこで、非線形の検出信号をデジタル信号に変換し、そ
の値をマイクロコンピュータ等で数値演算（一般に高次
多項式への代入による）したのち、Ｄ／Ａ変換してアナ
ログ的な出力を得ることが行われている。

この方式では任意のりニヤライズ特性を高精度で得るこ
とが可能であり、その特性の設定もコンピュータの支援
を得ることによりアナログ方式の　−ものより容易であ
るが、例えば、早い周波数成分を含む信号ではサンプル
数も多くする必要があるから、演算処理時間が長くなり
、特に、前述した小動物の呼吸数は環境状況に応じて毎
分数１００〜３００に及ぶものもあり、高速の応答速度
が得られないという問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はかかる事例にみられるように非線形信号をいか
に正確に、かつ早くリニヤライズするかという問題点に
かんがみてなされたもので、例えば非線形の入出力特性
を有する変換器等の検出信号を所定のサンプリング周期
でデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ
変換器の出力データをアドレスデータとして取り込み、
予め書き込まれた変換データを読み出すような固体メモ
リと、前記固体メモリから出力された変換データをアナ
ログ信号に変換するＤ／Ａ変換器により非直線性データ
を高速でリニヤライズするようにしたものである。

〔作用〕

センサー等から出力される検出信号の非線形性は、あら
かじめ基準の入力値を入れたときの出力を計測すること
によって測定することが可能であるから、その非線形性
特性を補償するようなデータをコンピュータ等によって
演算し、固体メモリの所定のアドレスに書き込んでおく
と、センサーの出力をＡ／Ｄ変換したデータをアドレス
データとして固体メモリのデータを読み出すことにより
、非線形特性をリニヤライズした正確な検出値がＤ／Ａ
変換器から得られるようになる。

〔実施例〕

第１図は本発明の高速デジタルリニヤライザーの原理図
を示すブロック図であって、１は物理量（圧力、温度、
変位）を電気信号に変換する変換器（変換機器を含む）
、２はアナログ信号を所定のサンプリング周期でデジタ
ル信号（２准将号）に変換するＡ／Ｄ変換器を示し、サ
ンプリング定理を満足するようなりロック信号によって
標本化し、次のサンプリング期間まで出力データをホー
ルドすることが好ましい。

３は半導体記憶回路からなる固体メモリを示し、Ａ／Ｄ
変換器の変換ビット数、例えば１２ビツトのアドレスコ
ード領域を備えたＲＡＭ　（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓ
　Ｍｅｍｏｒｙ　）によって構成されている。４は固体
メモリ３から読み出された出力データをアナログ信号に
変換するＤ／Ａ変換器、５は所定のカットオフ周波数に
設定されているローパスフィルタである。

なお、６は前記Ａ／Ｄ変換器２、固体メモリ３、Ｄ／Ａ
変換器４にタイミング信号及び制御信号を供給するため
の制御部を示し、例えば、マイクロコンピュータ（ＣＰ
Ｕ）とすることができる。

この発明の高速デジタルリニヤライザーは上述したよう
な回路ブロックによって、変換器１の変換特性が、例え
ば第２図の曲線Ａに示すように非線形の入−出力特性を
有する場合でも、その出力値をＡ／Ｄ変換器２において
入力レベルに対応するデジタルコード信号に変換し、こ
の変換されたデジタルコード信号によって固体メモリ３
のアドレスをアクセスして、そのアドレス領域に予め記
録されている変換データを読み出すと、第２図の直線Ｂ
に示すように、変換器１の入力値例えば、圧力（ｇ／ｃ
ｍ２）に比例した信号を作り出すことができる。

固体メモリ３から読み出された変換データは再びＤ／Ａ
変換器４、及びローパスフィルタ５を介してアナログ信
号に変換される。

ところで、このように変換器１の非線形特性をリニヤラ
イズするための変換データは、予め固体メモリ３に記録
しておく必要があるが、以下、この変換データの入力方
法の１例を第３図において説明する。

変換器ｌが例えば第５図に示したようにガラスチューブ
ＧＴ及びセンサーＳからなる流量センサーであるときは
、その前段階に所定の電圧が加えられたとき、規定の流
速Ｖのガスを放出するようニ基準の変ｉ装置１０（マス
フローコントローラ）を設け、この基準の変換装置１０
をＤ／Ａ変換器４の出力信号によって駆動する。そして
第１図に示したようなり／Ａ変換器４の入力として例え
ばｎビットの階段状に上昇するようなコード信号発生器
２０を接続しておく。２は流量センサー（１）の検出信
号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、３は前記し
た第１図における変換データが格納される固体メモリで
ある。

かかる装置において、コード信号発生器２０から階段状
に上昇又は下降するようなコード信号を出力し、このコ
ード信号をＤ／Ａ変換器４によりアナログ信号に変換す
る。そして、基準の流速Ｖのガスを発生する変換装置ｌ
Ｏを駆動すると、基準の流速ガスに応答して流量センサ
ー（１）から電気信号が出力されるが、この電気信号は
Ａ／Ｄ変換器２を介してｎビットのコード信号に変換さ
れ、固体メモリ３のアドレスを指定する。そして、この
指定されたアドレスの領域には前記コード信号発生器２
０の出力データが書き込まれるようにする。

このような方法で、ガスの各流速値Ｖに対するデータを
固体メモリ３に順次書き込むと、このデータは流量セン
サー（１）の非線形特性を補償することができる変換デ
ータとすることができる。

なお、上記のような方法による変換データのメモリへの
書き込みは、マイクロコンピュータの支援によって予め
行われるものであり、この方法によるとＡ／Ｄ変換器２
、Ｄ／Ａ変換器４の変換特性も同時に補償することがで
きる。

第４図は、本発明の他の実施例を示すマルチチャネル高
速デジタルリニヤライザーを示したもので、Ｓｌ、Ｓ２
．Ｓ３．Ｓ４は異なる物理量を検出しているセンサー、
Ｓ／Ｈは前記各センサーの検出信号を標本化するための
サンプリング回路、ＭＸ−１は入力信号を順序選択する
マルチプレクサ、Ｍ１〜Ｍ４は前記各センサー８１〜Ｓ
４の非線形特性を補償するデータがそれぞれ記憶されて
いるメモリ、ＭＸ−２は前記マルチプレクサＭＸ−１と
同期して入力信号をサンプルホールド回路Ｓ／Ｈを介し
てＣＨ−１〜ＣＨ−４に分配するデマルチプレクサを示
す。

この実施例の場合は、中央制御装置ＣＰＵからのコント
ロールによって各センサー５１〜Ｓ４から検出された信
号をサンプリング回路Ｓ／Ｈを介して取り込み、その出
力を時分割的にマルチプレクサＭＸ−１を介してＡ／Ｄ
変換器に入力し、各センサー３１〜Ｓ４に対応した補正
データがあらかじめ記憶されているメモリＭｌ−Ｍ４の
アドレスデータとしてそれぞれ入力されるようになされ
ている。そして各メモリＭ１〜Ｍ４から読み出された変
換データはＤ／Ａ変換器を介してデマルチプレクサＭＸ
−２に入力され、各センサーＳｌ　〜Ｓ２の非線形特性
が補正された信号として、サンプルホールド回路Ｓ／Ｈ
を介し各チャンネルＣＨ１−ＣＨ４にそれぞれ出力され
る。

したがって、多数のセンサーの非線形データを同時刻に
高速で補正して出力することができるという利点があり
、例えば、小動物の肺機能、血圧変化、体温の変化等の
規正データを同時に得ることができる。

本発明の高速デジタルリニヤライザーの変換速度は、Ａ
／Ｄ　、Ｄ／Ａ変換器の動作速度、及びメモリの読み出
し速度の総和であるから、汎用のコンピュータを使用し
ても、数ルＳで１サンプルの信号処理が可能になり、変
換サンプル数も増加させることが容易である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の高速デジタルリニヤライザ
ーは、非線形のセンサーや、変換器から出力される検出
信号をリニヤライズする時間はＡ／Ｄ変換時間＋メモリ
アクセス時間＋Ｄ／Ａ変換時間とすることができるから
マイクロコンピュータ等によって数値計算で規正データ
を得るものに比較して早い信号処理が行われるという効
果があり、非線形特性の性質にかかわらず一定時間内で
規正データが得られる。又、時分割方式を導入すること
によって多数の検出データを処理することが容易に行わ
れ、かつ、高速の演算機能を必要としないから機器コス
トの低減をはかることができ、かつ、変換特性のきわめ
て正確なも、のが容易に構成できる等の多数の効果を奏
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高速デジタルリニヤライザーの基本的
なブロック図、第２図は非線形特性の一例を示すグラフ
、第３図は変換データの入力方法の一例を示すブロック
図、第４図は本発明をマルチチャンネルに適用したとき
の実施例を示すブロック図、第５図は小動物の肺機能を
検査するセンサーの一例を示す説明図、第６図は従来の
アナログリニヤライザーの回路図である。 図中、１は変換器、２はＡ／Ｄ変換器、３は固体メモリ
、４はＤ／Ａ変換器、５はローパスフィルタを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 非線形な入出力特性とされている変換器と、該変換器の
   出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該
   Ａ／Ｄ変換器の出力をアドレスデータとして読み出され
   るように接続されている固体メモリと、この固体メモリ
   から読み出されたデータをアナログ信号に変換するＤ／
   Ａ変換器を備え、前記固体メモリには予め前記変換器の
   非線形出力信号の規正変換データが書き込まれているこ
   とを特徴とする高速デジタルリニヤライザー。