JP2008010959A - 信号処理装置及び信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信号源から入力されたアナログ信号を精度よく取得するとともに、当該アナログ信号の出力に係る回路の故障判定の精度を向上させることが可能な信号処理装置及び信号処理方法を提供する。
【解決手段】複数の信号入力部（信号入力部１２及び信号入力部１３）から夫々出力される出力信号の時系列的な切り換え順序が、その順序の前半部分と後半部分とで対称となるよう第１マルチプレクサ（マルチプレクサ１４）の切り換え動作を制御するとともに、当該第１マルチプレクサの切り換え動作に応じて第２マルチプレクサ（マルチプレクサ１６）の切り換え動作を制御し、この第２マルチプレクサから出力された対称関係にあるサンプリングデータの総和又は平均値を比較することで故障判定を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、信号処理装置及び信号処理方法に関し、特に、回路障害の検出及びノイズ除去を行うアナログ信号の信号処理装置及び信号処理方法に関する。

プラントを始めとするプロセス制御の分野においては、プラント側から入力される入力信号に基づいて、プラントが有する各種装置の状態の監視や制御を行うように構成されている。このような状況において、例えば、信号出力に係る回路（信号入力部）の異常等により、プラントからの入力信号が正確な値を示さないような場合には、プラントを正常に稼働させることができず、運転を停止しなければならないという虞もある。そのため、従来、信号出力に係る回路の異常を検出するための信号処理装置が提案されている。以下、図１０を参照して、従来の信号処理装置について説明する。

図１０は、上記した従来の信号処理装置２００の一例を示したブロック図である。図１０に示すとおり、信号処理装置２００は、信号源１１、信号入力部１２及び１３と、マルチプレクサ１４、Ａ／Ｄ変換器１５、マルチプレクサ１６、タイミングコントローラ１７、バッファ装置１８及び１９、比較器２０及びアラーム装置２１を備えている。

ここで、信号入力部１２及び信号入力部１３は、例えば抵抗等であって、信号源１１から入力されたアナログ信号に対し、所定の処理を施した出力信号をマルチプレクサ１４に出力する。マルチプレクサ１４は、信号入力部１２及び１３から出力される二つの出力信号の何れか一方を選択的に切り換えて取得し、一の出力信号としてＡ／Ｄ変換器１５に出力する。Ａ／Ｄ変換器１５は、マルチプレクサ１４からの出力信号をデジタル信号に変換した後、サンプリングデータとしてマルチプレクサ１６へと出力する。

マルチプレクサ１６は、サンプリングデータの出力先となる二つのバッファ装置１８及び１９の何れか一方のバッファ装置に選択的に切り換えて出力する。サンプリングデータが入力されたバッファ装置では、このサンプリングデータを一時的に保持する。比較器２０は、バッファ装置１８及び１９に保持されたサンプリングデータを比較し、この比較結果が一致しなかった場合又は両サンプリングデータの差が所定の閾値を超えた場合、アラーム装置は信号入力部の異常を報知する報知信号を外部装置に出力する。ここで、タイミングコントローラ１７は、クロック信号生成手段（図示せず）から出力された基準クロック信号に基づいて、マルチプレクサ１４及び１６の切り換え動作、Ａ／Ｄ変換器１５の動作を制御する。このような構成により、信号入力部１２又は１３の故障を検出することが可能となっている。なお、上記の構成では、Ａ／Ｄ変換器１５を一つ備えることとしているため、信号入力部１２又は１３からの出力信号は同時に処理することはできず、一つずつ処理することになる。

以下、図１１を参照して、信号処理装置２００の動作について説明する。なお、信号入力部１２から取得する出力信号をＭＡＩＮ、信号入力部１３から取得する出力信号をＳＵＢと称し、マルチプレクサ１４はタイミングコントローラ１７による切り換えタイミングの制御に応じ、ＭＡＩＮ（信号入力部１２）、ＳＵＢ（信号入力部１３）の順序で取得するものとする。

図１１（ａ）は、信号源１１から入力されたアナログ信号が、時間経過に伴って直線的に変化（増加）する場合を例示した図である。このとき、ＭＡＩＮ、ＳＵＢが夫々ｔ１、ｔ２のタイミングで取得されたとすると、ＭＡＩＮ（データ１）とＳＵＢ（データ２）との値には、下記式に示すとおり「Ｄ１」の差が生じる。
｜ＭＡＩＮ−ＳＵＢ｜＝｜データ１−データ２｜
＝｜データ１−（データ１＋Ｄ１）｜
＝Ｄ１

また、信号源１１から入力されたアナログ信号がステップ応答した場合には、図１１（ｂ）に示すように、時間経過に伴って曲線的に変化することがある。このとき、ＭＡＩＮ、ＳＵＢが夫々ｔ１、ｔ２のタイミングで取得されたとすると、ＭＡＩＮ（データ１）とＳＵＢ（データ２）との値には、下記式で示すとおり「Ｄ１」の差が生じる。
｜ＭＡＩＮ−ＳＵＢ｜＝｜データ１−データ２｜
＝｜データ１−（データ１＋Ｄ１）｜
＝Ｄ１

また、信号源１１からのアナログ信号に、インバータや交流電源からのノイズ、ＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transducer）等の外乱信号（ノイズ）が重畳される場合がある。この場合、図１２に示すように、外乱信号に応じた周波数成分がアナログ信号に重畳されるため、取得するタイミングによって、その周波数成分が誤差分として加わることになる。なお、ここで外乱信号が重畳されていない純粋なアナログ信号Ａ１を波線で示し、外乱信号が重畳されたアナログ信号Ａ２を実線で示している。

図１２において、ＭＡＩＮ、ＳＵＢが夫々ｔ１、ｔ２のタイミングで取得されたとすると、ＭＡＩＮ（データ１）＝アナログ信号Ａ１−Ｄ１、ＳＵＢ（データ２）＝アナログ信号Ａ１＋Ｄ１となり、外乱信号の周波数成分による誤差はアナログ信号Ａ１からみて、最大±Ｄ１が誤差となる。このような誤差は、正常状態にある信号入力部１２及び１３を異常と検出する誤検出の要因となり得るため、故障判定の精度が低下するという問題がある。

また、従来、互いの組み合わせが逆位相との関係になるサンプリングデータにより外乱信号による周波数成分を除去するとともに、Ａ／Ｄ変換器から出力された一連のサンプリングデータ列からメインデータ（ＭＡＩＮ）のクロックに対して一定数シフトした関係にある複数のサンプリングデータをサブデータ（ＳＵＢ）データとして選択し、これらメインデータとサブデータの平均を比較することで、サンプリングデータの異常の有無を判断する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２３４６３９号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、図１０に示したＡ／Ｄ変換器１５より後段の構成についてしか言及されておらず、上記したようにＡ／Ｄ変換器１５の前段にアナログ信号の出力に係る二つの信号入力部（信号入力部１２及び１３）を備えた構成においては、直ちに適用することができない。
また、一のＡ／Ｄ変換器を使用する場合には、データを取得する間隔の最小の時間は自ずと限られ、また一方で、一定の時間内で取得可能なデータ数も限られるという、時間的な制約がある。
また、図１１（ａ）、（ｂ）で示したように、信号源１１から入力されたアナログ信号が、時間経過に伴って変化する場合には適用することができないため、故障判定の精度が低下するという問題がある。

本発明の課題は、信号源から入力されたアナログ信号を精度よく取得するとともに、当該アナログ信号の出力に係る回路の故障判定の精度を向上させることが可能な信号処理装置及び信号処理方法を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
一の信号源から出力されたアナログ信号が夫々入力される複数の信号入力部と、
前記複数の信号入力部から夫々出力された複数の出力信号の何れか一つを選択的に切り換えて出力する第１マルチプレクサと、
前記第１マルチプレクサから出力された出力信号をデジタル信号に変換し、サンプリングデータとして出力するＡ／Ｄ変換器と、
前記サンプリングデータを、当該サンプリングデータの出力先となる前記信号入力部と同数の出力端の何れか一つに選択的に切り換えて出力する第２マルチプレクサと、
前記複数の出力端の夫々に接続され、前記第２マルチプレクサから出力されたサンプリングデータを夫々保持する複数のバッファ装置と、
前記複数のバッファ装置に夫々保持された複数のサンプリングデータの総和又は平均を夫々算出する複数の加算器と、
前記算出された夫々の値を比較する比較器と、
前記出力信号の時系列的な切り換え順序が、その順序の前半部分と後半部分とで対称となるよう前記第１マルチプレクサの切り換え動作を複数回制御するとともに、当該第１マルチプレクサの切り換え動作に応じて前記第２マルチプレクサの切り換え動作を制御するタイミングコントローラと、
を備えたことを特徴としている。

更に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記タイミングコントローラは、前記第１マルチプレクサの切り換えタイミングが、前記切り換え順序の前半部分と後半部分とで対称となるよう前記第１マルチプレクサの切り換え動作を制御することを特徴としている。

更に、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、
前記タイミングコントローラは、前記アナログ信号が有する周波数成分の半周期分の時間間隔内又は時間間隔毎に前記第１マルチプレクサの切り換え動作を複数回制御することを特徴としている。

更に、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、
報知手段を更に備え、
前記比較器は、当該比較器による比較結果に基づいて前記報知手段により報知させることを特徴としている。

また、上記課題を解決するため、請求項５に記載の発明は、
一の信号源から出力されたアナログ信号を複数の信号入力部の夫々に入力する入力工程と、
前記複数の信号入力部から夫々出力された複数の出力信号のうち何れか一つを選択的に切り換えて出力する第１切換工程と、
前記第１切換工程で出力された出力信号をデジタル信号に変換し、サンプリングデータとして出力するＡ／Ｄ変換工程と、
前記サンプリングデータを、当該サンプリングデータの出力先となる前記信号入力部と同数の出力端の何れか一つに選択的に切り換えて出力する第２切換工程と、
前記複数の出力端の夫々に接続された複数のバッファ装置に、前記出力された複数のサンプリングデータを夫々保持する保持工程と、
前記複数のバッファ装置に夫々保持された複数のサンプリングデータの総和又は平均を夫々算出する算出工程と、
前記算出された夫々の値を比較する比較工程と、
前記出力信号の時系列的な切り換え順序が、その順序の前半部分と後半部分とで対称となるよう前記第１切換工程の切り換え動作を複数回制御するとともに、当該第１切換工程の切り換え動作に応じて前記第２切換工程の切り換え動作を制御するタイミング制御工程と、
を含むことを特徴としている。

更に、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、
前記タイミング制御工程は、前記第１切換工程の切り換えタイミングが、前記切り換え順序の前半部分と後半部分とで対称となるよう前記第１切換工程の切り換え動作を制御することを特徴としている。

更に、請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の発明において、
前記タイミング制御工程は、前記アナログ信号が有する周波数成分の半周期分の時間間隔内又は時間間隔毎に前記第１切換工程の切り換え動作を複数回制御することを特徴としている。

更に、請求項８に記載の発明は、請求項５〜７の何れか一項に記載の発明において、
報知工程を更に含み、
前記比較工程は、当該比較工程による比較結果に基づいて前記報知工程により報知させることを特徴としている。

本発明によれば、出力信号の時系列的な切り換え順序の前半部分と後半部分とで対称となるよう第１マルチプレクサ（第１切換工程）の切り換え動作制御するとともに、当該第１マルチプレクサの切り換え動作に応じて第２マルチプレクサ（第２切換工程）の切り換え動作を制御する。これにより、アナログ信号に重畳された周波数成分の影響や時間経過に伴う変化による影響を抑えることが可能であるため、サンプリングデータを精度よく取得することができる。また、周波数成分の影響や時間経過に伴う変化による影響を抑えたサンプリングデータの値を比較するため、アナログ信号の出力に係る信号入力部の故障判定の精度を向上させることができる。

また、本発明によれば、比較器の判定結果に基づいて報知を行うことが可能となるため、信号入力部の故障判定時に外部に報知することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されないものとする。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明を適用した信号処理装置１００の一実施形態を示す機能ブロック図である。なお、前述した図１０の構成と共通する要素については同一符号を付し、その詳細な説明は適宜省略する。以下、信号処理装置１００の構成について説明する。

図１に示すとおり、信号処理装置１００は、信号源１１、信号入力部１２及び信号入力部１３、マルチプレクサ１４、Ａ／Ｄ変換器１５、マルチプレクサ１６、タイミングコントローラ１７、バッファ装置１８及び１９、加算器２２及び加算器２３、比較器２０、アラーム装置２１を備える。

図１の構成において、タイミングコントローラ１７は、信号源１１から出力されたアナログ信号が有する周波数成分の半周期毎に、マルチプレクサ１４の切り換えを複数回制御する。ここで、マルチプレクサ１４の切り換え回数は、特に問わないものとするが、信号入力部の個数の整数倍となることが好ましい。なお、アナログ信号に重畳された周波数成分は予め測定されているものとするが、これに限らず、信号源１１からのアナログ信号に重畳された周波数成分を検出可能な図示しない検出装置を備え、この検出装置により検出された周波数成分に基づいて制御する態様としてもよい。

また、タイミングコントローラ１７は、Ａ／Ｄ変換器１５及びマルチプレクサ１６の動作を、マルチプレクサ１４の切換タイミングに応じて制御する。特に、マルチプレクサ１４の切り換え回数が偶数回毎に、Ａ／Ｄ変換器１５から出力されるサンプルデータがバッファ装置１８及び１９に交互に保持されるようマルチプレクサ１６の切り換えを制御する。なお、バッファ装置１８及び１９は、マルチプレクサ１６から入力されるデータ数分を保持可能な記憶容量を有するものとする。

加算器２２及び２３は、バッファ装置１８及びバッファ装置１９の夫々に保持された複数のサンプリングデータの総和又は平均を夫々算出し、この算出された値（データ）を比較器２０へと出力する。

比較器２０は、加算器２２及び２３から入力されたデータを比較し、両データの値が一致しなかった場合又は両データの差が所定の閾値を超えた場合、信号入力部１２又は信号入力部１３に障害が発生したと判断し、報知手段としてのアラーム装置２１に報知信号を出力することで当該アラーム装置２１により報知を行う。ここで、障害発生の判断の指標となる閾値は、任意の値を定めることが可能とするが、正常時に信号入力部１２及び信号入力部１３から出力される出力信号に基づいて定めることが好ましい。なお、本実施形態では、信号入力部１２及び信号入力部１３は同様であるものとするが、これに限らず、夫々異なる機能や構成を有した信号入力部を用いることとしてもよい。

以下、図２を参照して、本実施形態の信号処理装置１００の動作について説明する。
図２は、信号源１１から入力されたアナログ信号に、外乱信号として所定の周波数成分が重畳された信号の状態を示した図である。なお、図２において、波線で示したアナログ信号Ａ１は、外乱信号が重畳されていない純粋なアナログ信号を示しており、実線で示したアナログ信号Ａ２は、外乱信号が重畳されたアナログ信号を示している。

まず、タイミングコントローラ１７により、アナログ信号Ａ２が有する周波数成分の半周期分の時間間隔Ｔ毎にマルチプレクサ１４の切り換えが制御され、時間ｔ１と当該時間ｔ１から時間間隔Ｔずつ順次経過した時間ｔ２〜ｔ４とでマルチプレクサ１４の切り換えが４回行われたものとする。ここで取得されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器１５及びマルチプレクサ１６を経た後、サンプルデータとしてデータ１及び２（ＭＡＩＮ）、データ３及び４（ＳＵＢ）が、夫々バッファ装置１８、１９に保持されることになる。

バッファ装置１８、１９に保持されたＭＡＩＮ、ＳＵＢから、加算器２２、２３により夫々算出される平均の値は、下記式に示すとおり周波数成分の取り除かれたアナログ信号Ａ１と同値となる。なお、ここではＭＡＩＮ（データ１及び２）についての算出式を示したが、ＳＵＢ（データ３及び４）についても同様となる。また、Ｄ１は、各時間（ｔ１、ｔ２）におけるアナログ信号Ａ１とアナログ信号Ａ２との差分値である。
サンプルデータ＝（データ１＋データ２）／２
＝（（アナログ信号Ａ１＋Ｄ１）＋（アナログ信号Ａ１−Ｄ１））／２
＝アナログ信号Ａ１

続く比較器２０では、加算器２２、２３により夫々算出された算出値が比較され、所定値以上の差異が検出された場合には、アラーム装置２１を制御することで、当該アナログ信号Ａ１の出力に係る信号入力部１２、信号入力部１３に異常が発生していることを外部に報知する。

以上のように、本実施形態の信号処理装置１００によれば、信号源１１からのアナログ信号に周波数成分が重畳された場合であっても、当該周波数成分の半周期分の時間間隔毎にサンプリングデータを複数個取得し、その値の平均を算出することで、重畳された周波数成分を除去することができるため、サンプリングデータを精度よく取得することができる。また、周波数成分が除去されたサンプリングデータの値を比較することで、アナログ信号の出力に係る信号入力部１２、信号入力部１３の故障判定の精度を向上させることができる。

＜第２の実施形態＞
次に、上記した信号処理装置１００の第２の実施形態を説明する。なお、上記した実施形態１と同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。

まず、本実施形態のタイミングコントローラ１７の動作について説明する。
タイミングコントローラ１７は、信号入力部１２及び１３から出力される出力信号の時系列的な切り換え順序が、その順序の前半部分と後半部分とで対称となるようマルチプレクサ１４の切り換え動作を制御するとともに、当該マルチプレクサ１４の切り換え動作に応じてマルチプレクサ１６の切り換え動作を制御することで、その切り換え順序の前半部分と後半部分とにおいて対称関係にあるサンプリングデータが同一のバッファ装置に保持されるよう制御する。

ここで、「切り換え順序の前半部分と後半部分とで対称」とは、後半部分の切り換え順序が前半部分の順序と逆順であることを意味し、例えば、マルチプレクサ１４が信号入力部１２、信号入力部１２、信号入力部１３、信号入力部１３の順序で前半部分の出力信号を各信号入力部から取得したとすると、後半部分は信号入力部１３、信号入力部１３、信号入力部１２、信号入力部１２となるよう出力信号の取得を制御することを意味する。なお、本実施形態では、アナログ信号に周波数成分が重畳されている場合、マルチプレクサ１４の切り換えは当該周波数成分の半周期分の時間間隔Ｔ内において、同一の時間間隔ＴＡ毎に複数回行われるものとする。

以下、本実施形態の信号処理装置１００の動作について説明する。
図３は、信号源１１から入力されたアナログ信号に、外乱信号として所定の周波数成分が重畳された信号の状態を示した図である。なお、図３において、波線で示したアナログ信号Ａ１は、外乱信号が重畳されていない純粋なアナログ信号を示しており、実線で示したアナログ信号Ａ２は、外乱信号が重畳されたアナログ信号を示している。

まず、タイミングコントローラ１７により、切り換え順序が前半部分と後半部分とで対称となるようマルチプレクサ１４が制御され、Ａ／Ｄ変換器１５及びマルチプレクサ１６を経た後、サンプルデータとして夫々バッファ装置１８、１９に保持されることになる。

ここで、タイミングコントローラ１７により信号入力部１２、信号入力部１３、信号入力部１３、信号入力部１２となるようマルチプレクサ１４が切り換えられたとし、信号入力部１２からの出力信号に基づいて取得されるサンプルデータをＭＡＩＮ、信号入力部１３からの出力信号に基づいて取得されるサンプルデータをＳＵＢとすると、ＭＡＩＮ１（データ１）、ＭＡＩＮ２（データ４）がバッファ装置１８及び１９のうち一方に保持されることになり、他方のバッファ装置にＳＵＢ１（データ２）、ＳＵＢ２（データ３）が保持されることになる。

図３に示したタイミング（ｔ１〜ｔ４）でマルチプレクサ１４の切り換えが行われた場合、バッファ装置１８、１９に保持されたＭＡＩＮ１、２、ＳＵＢ１、２から、加算器２２、２３により夫々算出される平均の値（ＭＡＩＮ平均値又はＳＵＢ平均値）は、第１の実施形態と同様に周波数成分の取り除かれたアナログ信号Ａ１と同値となる。

この場合、比較器２０により比較される加算器２２、２３からの算出値（ＭＡＩＮ平均値及びＳＵＢ平均値）は、下記式に示すとおり、信号入力部１２及び１３が正常な場合に一致するため、この算出値に基づいてアナログ信号Ａ１の出力に係る信号入力部１２、信号入力部１３に異常が発生したか否かを判定することができる。
｜ＭＡＩＮ平均値−ＳＵＢ平均値｜＝０

また、上記の切り換え制御を行った場合においても、マルチプレクサ１４の切り換えタイミングと、アナログ信号Ａ２の周波数成分とは非同期であるため、その切り換えタイミングによってはアナログ信号Ａ２から周波数成分を取り除くことができない場合がある。図４はこのような場合を示しており、ＭＡＩＮ平均値とＳＵＢ平均値との差が最大になる場合を示している。図４で示したタイミング（ｔ１〜ｔ４）でマルチプレクサ１４の切り換えが行われた場合、加算器２２及び２３により算出されるＭＡＩＮ平均値、ＳＵＢ平均値は下記式に示すとおりである。
ＭＡＩＮ平均値＝アナログ信号Ａ１
ＳＵＢ平均値＝（データ２＋データ３）／２＝アナログ信号Ａ１±Ｄ１

したがって、信号入力部１２及び１３の正常時において、比較器２０により比較されるＭＡＩＮ平均値とＳＵＢ平均値との差は、下記式のとおり「±Ｄ１」となる。
｜ＭＡＩＮ平均値−ＳＵＢ平均値｜＝±Ｄ１

なお、上述した図１０の従来の信号処理装置２００においては、ＭＡＩＮ、ＳＵＢに相当するサンプリングデータを１つずつしか取得しないため、ＭＡＩＮとＳＵＢの値は、下記式のように算出される。
ＭＡＩＮ＝アナログ信号Ａ１±Ｄ１
ＳＵＢ＝アナログ信号Ａ１±Ｄ１

したがって、従来の信号処理装置２００（図１０参照）の動作では、ＭＡＩＮとＳＵＢとの差の最大値は、下記式が示すとおり本実施形態の２倍の値となるため、本実施形態の信号処理装置１００と比べ精度に欠ける結果となる。
｜ＭＡＩＮ−ＳＵＢ｜＝±Ｄ１×２

このように、本実施形態の信号処理装置１００によれば、信号源１１からのアナログ信号に周波数成分が重畳された場合であっても、出力信号の時系列的な切り換え順序の前半部分と後半部分とで対称となるようマルチプレクサ１４の切り換え制御するとともに、当該マルチプレクサ１４の切り換え動作に応じてマルチプレクサ１６の切り換え動作を制御する。これにより、アナログ信号に重畳された周波数成分の影響を抑えることが可能であるため、サンプリングデータを精度よく取得することができる。また、周波数成分による影響を抑えたサンプリングデータの値を比較するため、アナログ信号の出力に係る信号入力部１２、信号入力部１３の故障判定の精度を向上させることができる。

なお、本実施形態の信号処理装置１００は、図３、４で示した所定の周波数成分が重畳されたアナログ信号に適用可能なのみならず、時間経過に伴って直線的に変化するアナログ信号や時間経過に伴って曲線的に変化するアナログ信号にも有効に適用することができる。以下、図５、６を参照して、時間経過に伴って直線的又は曲線的に変化するアナログ信号に適用した場合の動作を説明する。

図５は、信号源１１から入力されたアナログ信号が、時間経過に伴って直線的に変化（増加）する場合を例示した図である。ここで、タイミングコントローラ１７により信号入力部１２、信号入力部１３、信号入力部１３、信号入力部１２となるようマルチプレクサ１４が切り換えられたとし、信号入力部１２からの出力信号に基づいて取得されるサンプルデータをＭＡＩＮ、信号入力部１３からの出力信号に基づいて取得されるサンプルデータをＳＵＢとすると、ＭＡＩＮ１（データ１）、ＭＡＩＮ２（データ４）がバッファ装置１８及び１９のうち一方に保持されることになり、他方のバッファ装置にＳＵＢ１（データ２）、ＳＵＢ２（データ３）が保持されることになる。

この場合、加算器２２及び２３により算出されるＭＡＩＮ平均値及びＳＵＢ平均値の値は、下記式に示すとおりである。
ＭＡＩＮ平均値＝（データ１＋データ４）／２
＝（データ１＋（データ１＋Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３））／２
＝データ１＋（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３）／２
ＳＵＢ平均値＝（データ２＋データ３）／２
＝（（データ１＋Ｄ１）＋（データ１＋Ｄ１＋Ｄ２））／２
データ１＋（Ｄ１＋Ｄ１＋Ｄ２）／２

なお、信号源１１からのアナログ信号が時間経過に伴って直線的に変化する場合には、その変化率であるＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３となる。そのため、信号入力部１２及び１３の正常時において、比較器２０で比較されるＭＡＩＮ平均値とＳＵＢ平均値との差は「０」となる。

このように、信号源１１から入力されたアナログ信号が、時間経過に伴って直線的に変化するような場合であっても、その時間経過に伴う変化量を取り除いたサンプリングデータを取得することができるため、サンプリングデータを精度よく取得することができる。また、時間経過に伴う変化量を取り除いたサンプリングデータの値を比較するため、アナログ信号の出力に係る信号入力部１２、信号入力部１３の故障判定の精度を向上させることができる。

図６は、信号源１１から入力されたアナログ信号が、時間経過に伴って曲線的に変化（増加）する場合を例示した図である。ここで、タイミングコントローラ１７により信号入力部１２、信号入力部１３、信号入力部１３、信号入力部１２となるようマルチプレクサ１４が切り換えられたとし、信号入力部１２からの出力信号に基づいて取得されるサンプルデータをＭＡＩＮ、信号入力部１３からの出力信号に基づいて取得されるサンプルデータをＳＵＢとすると、ＭＡＩＮ１（データ１）、ＭＡＩＮ２（データ４）がバッファ装置１８及び１９のうち一方に保持されることになり、他方のバッファ装置にＳＵＢ１（データ２）、ＳＵＢ２（データ３）が保持されることになる。

この場合、加算器２２及び２３により算出されるＭＡＩＮ平均値及びＳＵＢ平均値の値は、下記式に示すとおりである。
ＭＡＩＮ平均値＝（データ１＋データ４）／２
＝（データ１＋（データ１＋Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３））／２
＝データ１＋（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３）／２
ＳＵＢ平均値＝（データ２＋データ３）／２
＝（（データ１＋Ｄ１）＋（データ１＋Ｄ１＋Ｄ２））／２
＝データ１＋（Ｄ１＋Ｄ１＋Ｄ２）／２

信号入力部１２及び１３の正常時において、比較器２０で比較されるＭＡＩＮ平均値とＳＵＢ平均値との差は、下記式のとおり「｜（Ｄ１−Ｄ３）／２｜」となる。
｜ＭＡＩＮ平均値−ＳＵＢ平均値｜＝｜（データ１＋（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３）／２）
−（データ１＋（Ｄ１＋Ｄ１＋Ｄ２）／２）｜
＝｜（Ｄ１−Ｄ３）／２｜

ここで、データ１〜４を取得する時間、即ち、マルチプレクサ１４の切り換えタイミングが、アナログ信号の変化する時間に比べて十分に短いときには、図６に示したアナログ信号の変化率は、図５に示したような直線的な変化率と近似的することができるため、その変化率Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、Ｄ１≒Ｄ２≒Ｄ３と考えることができる。この場合、信号入力部１２及び１３の正常時において、比較器２０で比較されるＭＡＩＮ平均値とＳＵＢ平均値との差は「０」となる。

このように、信号源１１から入力されたアナログ信号が、時間経過に伴って曲線的に変化するような場合であっても、その時間経過に伴う変化量を取り除いたサンプリングデータを取得することができるため、サンプリングデータを精度よく取得することができる。また、時間経過に伴う変化量を取り除いたサンプリングデータの値を比較するため、アナログ信号の出力に係る信号入力部１２、信号入力部１３の故障判定の精度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、信号入力部１２及び１３を、信号入力部１２、信号入力部１３、信号入力部１３、信号入力部１２の順序で切り換えることとしたが、その切り換え回数や順序はこれに限らず、例えば、信号入力部１２、信号入力部１２、信号入力部１３、信号入力部１３、信号入力部１３、信号入力部１３、信号入力部１２、信号入力部１２の順序で切り換える態様としてもよく、また、信号入力部１２、信号入力部１２、信号入力部１３、信号入力部１３、信号入力部１２、信号入力部１２の順序や信号入力部１２、信号入力部１３、信号入力部１２の順序で切り換える態様としてもよい。

また、本実施形態では、マルチプレクサ１４を一定の時間間隔で切り換える態様としたが、これに限らず、その切り換え時間の時間間隔が、切り換え順序の前半部分と後半部分とで対称となるよう切り換えた場合には、上記同様の効果を得ることができる。例えば、信号入力部１２、信号入力部１３、信号入力部１３、信号入力部１２の順序で切り換えた場合、前半部分の信号入力部１２から信号入力部１３までの時間間隔と、後半部分の信号入力部１３から信号入力部１２までの時間間隔が等しければ、中間部分の信号入力部１３から信号入力部１３までの時間間隔は問わないものとする。

上記の条件における信号処理装置１００の動作を、図７、８を参照して説明する。
図７は、信号源１１から入力されたアナログ信号が、時間経過に伴って直線的に変化（増加）する場合を例示した図である。

ここで、タイミングコントローラ１７により信号入力部１２、信号入力部１３、信号入力部１３、信号入力部１２となるようマルチプレクサ１４が切り換えられたとし、信号入力部１２からの出力信号に基づいて取得されるサンプルデータをＭＡＩＮ、信号入力部１３からの出力信号に基づいて取得されるサンプルデータをＳＵＢとすると、ＭＡＩＮ１（データ１）、ＭＡＩＮ２（データ４）がバッファ装置１８及び１９のうち一方に保持されることになり、他方のバッファ装置にＳＵＢ１（データ２）、ＳＵＢ２（データ３）が保持されることになる。なお、ここでデータ１〜４の取得に係るマルチプレクサ１４の切り換えタイミングは、その切り換え順序の前半部分と後半部分とで対称となるようタイミングコントローラ１７により制御されているものとし、ｔ１〜ｔ２及びｔ３〜ｔ４の時間間隔がＴＡ、ｔ２〜ｔ３の時間間隔がＴＢ（ＴＡ≠ＴＢ）であるとする。

この場合、ｔ１〜ｔ２とｔ３〜ｔ４とにおける変化率は等しく、増分値Ｄ１とＤ３は等しくなることから、加算器２２及び２３により算出されるＭＡＩＮ平均値及びＳＵＢ平均値の値は、下記式に示すとおりとなる。
ＭＡＩＮ平均値＝（データ１＋データ４）／２
＝（データ１＋（データ１＋Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３））／２
＝データ１＋Ｄ１＋Ｄ２／２
ＳＵＢ平均値＝（データ２＋データ３）／２
＝（（データ１＋Ｄ１）＋（データ１＋Ｄ１＋Ｄ２））／２
＝データ１＋Ｄ１＋Ｄ２／２

したがって、信号入力部１２及び１３の正常時において、比較器２０により比較されるＭＡＩＮ平均値とＳＵＢ平均値との差は、下記式のとおり「０」となる。

また、図８に示すように、アナログ信号Ａ１に所定の周波数成分が重畳されたアナログ信号Ａ２が入力されるような場合であっても、マルチプレクサ１４の切り換えタイミングをｔ１〜ｔ２とｔ３〜ｔ４との時間間隔が等しくなるよう制御することにより、上記と同様、信号入力部１２及び１３の正常時において、比較器２０により比較されるＭＡＩＮ平均値とＳＵＢ平均値との差を、−Ｄ１≦０≦Ｄ１とすることができる。

このように、ＭＡＩＮ平均値＝ＳＵＢ平均値となるため、本実施形態の効果と同様、サンプリングデータを精度よく取得することができる。

なお、本実施形態では、信号入力部を２つ備えた信号処理装置１００を例示したが、信号入力部の数量はこれに限らず、複数個であればその数は問わないものとする。この場合、信号入力部と同数のバッファ装置及び比較器を備えるものとし、第１マルチプレクサの切り換え動作に応じて前記第２切換工程の切り換え動作が制御されることで、その切り換え順序の前半部分と後半部分とにおいて対称関係にあるサンプリングデータが同一のバッファ装置に保持されるよう制御されるものとする。

また、本実施形態では、アナログ信号に周波数成分が重畳されている場合、当該周波数成分の半周期分の時間間隔内に第１マルチプレクサの切り換え動作を複数回制御することで、複数のサンプリングデータを取得する態様としたが、これに限らず、例えば、図２に示したように、周波数成分の半周期分の時間間隔毎にサンプリングデータを取得する態様としてもよい。

上記実施形態における信号処理装置１００の細部構成および詳細動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、加算器２２及び２３は、バッファ装置１８及び１９に夫々保持された複数のサンプリングデータの平均を夫々算出することとしたが、これに限らず、複数のサンプリングデータの総和を夫々算出する態様としてもよい。

また、上記実施形態では、マルチプレクサ１６、タイミングコントローラ１７、バッファ装置１８及び１９、加算器２２及び２３、比較器２０を、個別に備える構成としたが、これに限らず、上記各機能部の機能をＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access memory）等を備えたプロセッサにより実現させる態様としてもよい。

図９は、上記プロセッサ３０を備えた信号処理装置１００の構成例を示した図である。ここで、マルチプレクサ１４ａ、マルチプレクサ１４ｂは、複数の入力チャネル（１ｃｈ、２ｃｈ…Ｎｃｈ）を備え、各入力チャネルには図中Ｂと同様の構成が夫々接続されているものとする。マルチプレクサ１４ａ、マルチプレクサ１４ｂは、プロセッサ３０の制御の下、各入力チャネルを選択的に切り換え、これら各入力チャネルを介して入力される信号入力部としての抵抗器１２１及び１３１からの出力信号を夫々取得した後、マルチプレクサ１４ｃへと出力する。

マルチプレクサ１４ｃは、プロセッサ３０の制御の下、マルチプレクサ１４ａ、マルチプレクサ１４ｂからの出力信号を選択的に切り換えて取得した後、Ａ／Ｄ変換器１５に出力する。

Ａ／Ｄ変換器１５は、マルチプレクサ１４ｃからの出力信号をデジタル信号に変換した後、サンプリングデータとしてプロセッサ３０へと出力する。

プロセッサ３０は、図示しないＲＯＭに記憶された所定のプログラムとの協働により、上述したマルチプレクサ１６、タイミングコントローラ１７、バッファ装置１８及び１９、加算器２２及び２３、比較器２０としての機能を実現させる。なお、バッファ装置１８及び１９としての機能は図示しないＲＡＭの記憶領域を用いて実現されるものとする。

プロセッサ３０は、Ａ／Ｄ変換器１５から複数のサンプリングデータを取得すると、マルチプレクサ１４ａ及びマルチプレクサ１４ｂの各系統毎に上記形態と同様サンプリングデータの平均を算出し、これら算出値を比較する。そして、これら算出値が一致しなかった場合又は当該算出値の差が所定の閾値を超えた場合に、アラーム装置２１を制御して報知するようになっている。この構成により、上記実施形態と同様の効果を奏することが可能となる。

本発明を適用した信号処理装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。 第１の実施形態における情報処理装置の動作を説明するための図である。 第２の実施形態における情報処理装置の動作を説明するための図である。 第２の実施形態における情報処理装置の動作を説明するための図である。 第２の実施形態における情報処理装置の動作を説明するための図である。 第２の実施形態における情報処理装置の動作を説明するための図である。 第２の実施形態における情報処理装置の動作を説明するための図である。 第２の実施形態における情報処理装置の動作を説明するための図である。 本発明の他の態様を示す機能ブロック図である。 従来の信号処理装置の一例を示す機能ブロック図である。 従来の信号処理装置の信号処理装置の動作を説明するための図であって、（ａ）アナログ信号が時間経過に伴って直線的に変化する場合を例示した図であり、（ｂ）アナログ信号が時間経過に伴って曲線的に変化する場合を例示した図である。 従来の信号処理装置の信号処理装置の動作を説明するための図である。

符号の説明

１００ 信号処理装置
１１ 信号源
１２ 信号入力部
１２１ 抵抗器
１３ 信号入力部
１３１ 抵抗器
１４ マルチプレクサ
１４ａ マルチプレクサ
１４ｂ マルチプレクサ
１４ｃ マルチプレクサ
１５ Ａ／Ｄ変換器
１６ マルチプレクサ
１７ タイミングコントローラ
１８ バッファ装置
１９ バッファ装置
２０ 比較器
２１ アラーム装置
２２ 加算器
２３ 加算器
３０ プロセッサ
２００ 信号処理装置

Claims (8)

1. 一の信号源から出力されたアナログ信号が夫々入力される複数の信号入力部と、
   前記複数の信号入力部から夫々出力された複数の出力信号の何れか一つを選択的に切り換えて出力する第１マルチプレクサと、
   前記第１マルチプレクサから出力された出力信号をデジタル信号に変換し、サンプリングデータとして出力するＡ／Ｄ変換器と、
   前記サンプリングデータを、当該サンプリングデータの出力先となる前記信号入力部と同数の出力端の何れか一つに選択的に切り換えて出力する第２マルチプレクサと、
   前記複数の出力端の夫々に接続され、前記第２マルチプレクサから出力されたサンプリングデータを夫々保持する複数のバッファ装置と、
   前記複数のバッファ装置に夫々保持された複数のサンプリングデータの総和又は平均を夫々算出する複数の加算器と、
   前記算出された夫々の値を比較する比較器と、
   前記出力信号の時系列的な切り換え順序が、その順序の前半部分と後半部分とで対称となるよう前記第１マルチプレクサの切り換え動作を複数回制御するとともに、当該第１マルチプレクサの切り換え動作に応じて前記第２マルチプレクサの切り換え動作を制御するタイミングコントローラと、
   を備えたことを特徴とする信号処理装置。
2. 前記タイミングコントローラは、前記第１マルチプレクサの切り換えタイミングが、前記切り換え順序の前半部分と後半部分とで対称となるよう前記第１マルチプレクサの切り換え動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
3. 前記タイミングコントローラは、前記アナログ信号が有する周波数成分の半周期分の時間間隔内又は時間間隔毎に前記第１マルチプレクサの切り換え動作を複数回制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の信号処理装置。
4. 報知手段を更に備え、
   前記比較器は、当該比較器による比較結果に基づいて前記報知手段により報知させることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の信号処理装置。
5. 一の信号源から出力されたアナログ信号を複数の信号入力部の夫々に入力する入力工程と、
   前記複数の信号入力部から夫々出力された複数の出力信号のうち何れか一つを選択的に切り換えて出力する第１切換工程と、
   前記第１切換工程で出力された出力信号をデジタル信号に変換し、サンプリングデータとして出力するＡ／Ｄ変換工程と、
   前記サンプリングデータを、当該サンプリングデータの出力先となる前記信号入力部と同数の出力端の何れか一つに選択的に切り換えて出力する第２切換工程と、
   前記複数の出力端の夫々に接続された複数のバッファ装置に、前記出力された複数のサンプリングデータを夫々保持する保持工程と、
   前記複数のバッファ装置に夫々保持された複数のサンプリングデータの総和又は平均を夫々算出する算出工程と、
   前記算出された夫々の値を比較する比較工程と、
   前記出力信号の時系列的な切り換え順序が、その順序の前半部分と後半部分とで対称となるよう前記第１切換工程の切り換え動作を複数回制御するとともに、当該第１マルチプレクサの切り換え動作に応じて前記第２切換工程の切り換え動作を制御するタイミング制御工程と、
   を含むことを特徴とする信号処理方法。
6. 前記タイミング制御工程は、前記第１切換工程の切り換えタイミングが、前記切り換え順序の前半部分と後半部分とで対称となるよう前記第１切換工程の切り換え動作を制御することを特徴とする請求項５に記載の信号処理方法。
7. 前記タイミング制御工程は、前記アナログ信号が有する周波数成分の半周期分の時間間隔内又は時間間隔毎に前記第１切換工程の切り換え動作を複数回制御することを特徴とする請求項５又は６に記載の信号処理方法。
8. 報知工程を更に含み、
   前記比較工程は、当該比較工程による比較結果に基づいて前記報知工程により報知させることを特徴とする請求項５〜７の何れか一項に記載の信号処理方法。

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