JP2010203912A - State detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、温度等の物理量検出信号に重畳したノイズの影響を排除可能な状態検出装置に関するものである。 The present invention relates to a state detection apparatus capable of eliminating the influence of noise superimposed on a physical quantity detection signal such as temperature.
従来、熱電対等により温度等の物理量を検出する状態検出装置は、主に交流電源に起因するハムノイズの影響を排除するために、電源周波数に応じた検出周期で温度等の検出を行っていた。このような状態検出装置は、製造段階で、電源周波数の仕様に応じて、50Hzであれば検出周期を20ms、60Hzであれば16.7msと設定しておく。そのため、原則、設定変更はできなかった。そこで、個別に電源周波数が設定可能な複数の測定モジュールが装着されたモジュール型測定装置が、例えば特許文献1に開示されている。この測定装置では、測定モジュール毎に、電源周波数が設定できる積分型A/D変換器が実装され、熱電対等が出力するアナログ信号の積分時間をユーザが任意に設定することができる。ただし、個別に設定する必要があり、取り扱いが煩雑であった。
Conventionally, a state detection device that detects a physical quantity such as temperature by a thermocouple or the like has detected temperature or the like at a detection cycle corresponding to a power supply frequency in order to eliminate the influence of hum noise mainly caused by an AC power supply. In such a state detection device, the detection cycle is set to 20 ms if it is 50 Hz and 16.7 ms if it is 60 Hz, according to the specifications of the power supply frequency at the manufacturing stage. Therefore, in principle, the setting could not be changed. Therefore, for example,
このような設定の手間および取り扱いの煩雑さを解消するために、例えば特許文献2に開示された帰還形パルス幅変調A/D変換器では、交流電源の周波数を自動的に検出し、その測定信号に基づいてアナログ信号を積分するようにしていた。これにより、アナログ信号に重畳したハムノイズを除去していた。
In order to eliminate such trouble of setting and complicated handling, for example, in the feedback type pulse width modulation A / D converter disclosed in
従来の状態検出装置は以上のように構成されているので、交流電源駆動型の状態検出装置であれば自動的に電源周波数を検出してハムノイズを除去することはできるが、直流電源駆動型の状態検出装置には適用されておらず従来方法ではハムノイズを除去できないという課題があった。また、従来の状態検出装置は、アナログ信号に重畳したハムノイズの周波数を検出してノイズ除去するものであって、ハムノイズを直接検出するものではなかった。 Since the conventional state detection device is configured as described above, the AC power supply type state detection device can automatically detect the power supply frequency and remove hum noise. There is a problem that the hum noise cannot be removed by the conventional method because it is not applied to the state detection device. Further, the conventional state detection device detects the frequency of the hum noise superimposed on the analog signal and removes the noise, and does not directly detect the hum noise.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、交流電源周波数を自動検出し、電源周波数に応じた周期で対象物の物理量を検出することができる直流電源駆動型の状態検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a DC power supply driven state in which an AC power supply frequency is automatically detected and a physical quantity of an object can be detected in a cycle according to the power supply frequency. An object is to provide a detection device.
この発明に係る状態検出装置は、商用電源を変換した直流電源で駆動し、対象物の物理量を検出する状態検出装置であって、電源絶縁部と、電源絶縁部の一端を入力するコンデンサ部と、コンデンサ部の出力した出力信号を増幅する増幅部と、増幅部の出力した増幅信号の周波数を算出する周波数算出部とを備えるようにしたものである。 A state detection device according to the present invention is a state detection device that detects a physical quantity of an object by driving a commercial power source with a DC power source, and includes a power source insulating portion and a capacitor portion that inputs one end of the power source insulating portion. And an amplifying unit for amplifying the output signal output from the capacitor unit, and a frequency calculating unit for calculating the frequency of the amplified signal output from the amplifying unit.
この発明に係る状態検出装置は、周波数算出部が、所定周期のパルス信号を発生させるタイマ部と、パルス信号の所定周期間の増幅信号をカウントするか、増幅信号の所定周期間に発生したパルス信号をカウントするカウンタ部とを有して、増幅信号の周波数を算出するようにしたものである。 In the state detection device according to the present invention, the frequency calculation unit counts the timer unit that generates a pulse signal having a predetermined period and the amplified signal for a predetermined period of the pulse signal, or the pulses generated during the predetermined period of the amplified signal. And a counter unit that counts the signal to calculate the frequency of the amplified signal.
この発明に係る状態検出装置は、周波数算出部が任意のタイミングで算出した増幅信号の周波数を記憶する記憶部を備え、検出部は、記憶部に記憶された増幅信号の周波数に合わせて、対象物の物理量を検出するようにしたものである。 The state detection device according to the present invention includes a storage unit that stores the frequency of the amplified signal calculated by the frequency calculation unit at an arbitrary timing, and the detection unit is configured to match the frequency of the amplified signal stored in the storage unit. It is designed to detect physical quantities of objects.
この発明に係る状態検出装置は、増幅部が、コンデンサ部の出力した出力信号を所定の電圧範囲内に制限する入力保護部と、所定の基準電位を出力する基準電位部と、出力信号と基準電位とを比較し、その差を増幅する比較部とを有するようにしたものである。 In the state detection device according to the present invention, the amplification unit has an input protection unit that limits the output signal output from the capacitor unit within a predetermined voltage range, a reference potential unit that outputs a predetermined reference potential, an output signal, and a reference It has a comparator for comparing the potential and amplifying the difference.
この発明に係る状態検出装置は、検出した物理量に基づいて対象物の状態を制御する状態制御部を備えるようにしたものである。 The state detection apparatus according to the present invention includes a state control unit that controls the state of an object based on the detected physical quantity.
この発明によれば、直流電源とフレームグランドとの間の浮遊容量を検出して、交流の商用電源の周波数を算出するようにしたので、直流電源駆動型状態検出装置において、交流電源周波数を自動検出してこの周波数に応じた周期で対象物の物理量を検出することができる。よって、物理量検出の際にハムノイズの影響を排除することができる。 According to the present invention, since the stray capacitance between the DC power supply and the frame ground is detected and the frequency of the AC commercial power supply is calculated, the AC power supply frequency is automatically set in the DC power supply drive type state detection device. It is possible to detect the physical quantity of the object with a period corresponding to this frequency. Therefore, it is possible to eliminate the influence of hum noise when detecting the physical quantity.
この発明によれば、タイマ部とカウンタ部を用いることにより、増幅信号の周波数を容易に算出することができる。 According to the present invention, the frequency of the amplified signal can be easily calculated by using the timer unit and the counter unit.
この発明によれば、任意のタイミングで算出した周波数に合わせて対象物の物理量を検出するようにしたので、物理量検出の際に発生しているハムノイズの周波数に合わせて物理量を検出することができる。 According to the present invention, since the physical quantity of the object is detected in accordance with the frequency calculated at an arbitrary timing, the physical quantity can be detected in accordance with the frequency of the hum noise generated at the time of detecting the physical quantity. .
この発明によれば、コンデンサ部が出力する出力信号を所定の電圧範囲内に制限して比較器に入力して増幅するようにしたので、浮遊容量を安定して検出することができる。 According to the present invention, since the output signal output from the capacitor unit is limited within a predetermined voltage range and input to the comparator for amplification, the stray capacitance can be detected stably.
この発明によれば、状態検出装置が交流電源周波数に応じた周期で対象物の物理量を検出するのでハムノイズの影響が排除でき、ハムノイズに影響されない物理量に基づいて状態を制御することができる。 According to this invention, since the state detection device detects the physical quantity of the object in a cycle corresponding to the AC power supply frequency, the influence of hum noise can be eliminated, and the state can be controlled based on the physical quantity that is not affected by hum noise.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る状態検出装置10の構成を示すブロック図である。実施の形態1では、検出対象の物理量を温度とし、センサ3に熱電対、測温抵抗体等を用いた温度検出装置を例にして説明する。図1に示す状態検出装置10は、商用電源である交流電源1から供給される交流電力を、外部AC/DC絶縁電源2で直流電力に変換して入力するDC電源駆動型装置である。この状態検出装置10は、外部AC/DC絶縁電源2から供給される直流電力を、ロジック用トランス(変換部)11aでCPUロジック部12用に変換するロジック用DC/DC絶縁電源(電源絶縁部)11と、ロジック用トランス(変換部)13aで入力用A/D変換部14用に変換するアナログ用DC/DC絶縁電源(電源絶縁部)13とを有する。この入力用A/D変換部14は、熱電対、測温抵抗体等のセンサ3を接続し、センサ3の出力する検出信号をアナログデジタル変換し、その変換信号を絶縁I/F15を介してCPUロジック部12へ出力する。そして、CPUロジック部12で変換信号から温度値に換算する。
1 is a block diagram showing a configuration of a
図1に示すように、状態検出装置10は、センサ3の測温部からの熱起電力を入力し、入力用A/D変換部14等を介して対象物の温度を検出する検出部を備えた、直流電源駆動型の状態検出装置である。本装置の1次側を含めた電源回路、状態検出装置10内部のロジック用DC/DC絶縁電源11等とフレームグランド(以下、FG)4の間にはそれぞれ所定の浮遊容量Cが発生するため、交流電源1とFG4間に閉回路が形成され、例えば交流電源1から漏れる電流が、閉回路を流れてロジック用トランス11a、CPUロジック部12、浮遊容量結合、FG4、浮遊容量結合、交流電源1と流れる。そのため、FG4、ロジック用DC/DC絶縁電源11およびアナログ用DC/DC絶縁電源13のライン間には交流電源1の周波数成分がハムノイズとして重畳される。また、このハムノイズはセンサ3の検出信号にも重畳してしまう。
そこで、本実施の形態では、CPUロジック部12とFG4間の浮遊容量結合の場所に、ハム検出コンデンサ部17(またはハム検出コンデンサ部18)を接続し、ハム検出回路(増幅部)16によってハム検出コンデンサ部17(またはハム検出コンデンサ部18)の出力信号から交流電源1の周波数を検出する。そして、検出した交流電源1の周波数に対応する周期でセンサ3の熱起電力を検出することによって、センサ3の検出信号に重畳したハムノイズの影響を排除する。
As shown in FIG. 1, the
Therefore, in the present embodiment, the hum detection capacitor unit 17 (or the hum detection capacitor unit 18) is connected to the place of the stray capacitance coupling between the
以下、交流電源1の周波数検出について説明する。図2は、交流電源1の周波数を検出するために用いるハム検出回路16、ハム検出コンデンサ部17およびCPUロジック部12の詳細構成を示すブロック図である。図2に示すように、ハム検出回路16は、ローパスフィルタ部21、入力保護部22、比較部23、および基準電位部24から構成される。図3は、図2に示すハム検出回路16の回路図の一例である。また、ハム検出回路16の後段には、CPUロジック部12が有する周波数算出部30と、この周波数算出部30で算出した交流電源1の周波数の情報を記憶しておく記憶部33が接続される。
Hereinafter, frequency detection of the
ハム検出コンデンサ部17を用いて交流電源1の周波数を検出する場合、ハム検出コンデンサ部17の一端をロジック用DC/DC絶縁電源11の一次側電源入力線に接続し、他端をハム検出回路16に接続して、ハム検出コンデンサ部17の電圧をハム検出回路16で検出する。図3に例示すように、ローパスフィルタ部21は抵抗器R1およびコンデンサC1を備え、ハム検出コンデンサ部17が検出した信号をフィルタ処理する。入力保護部22はダイオードD1,D2を備える。抵抗器R2,R3により、ローパスフィルタ部21の出力信号が電源電圧範囲に収まるようバイアス電圧を印加すると共に、過電圧をカットして後段のコンパレータCPへ入力する。基準電位部24は抵抗器R4、R5を備え、基準電位をコンパレータCPの基準入力端子に入力する。比較部23はコンパレータCP(オペアンプ、MOSIC等)を備え、ローパスフィルタ部21および入力保護部22を介して入力したハム検出コンデンサ部17の電圧を基準電位部24から入力した基準電位と比較し、その差を増幅して増幅信号として出力する。また、コンパレータCPには抵抗器R6が接続され、比較部23にヒステリシス特性を与える。なお、ハム検出回路16においてローパスフィルタ部21は省略してもよい。
When detecting the frequency of the
このように、ハム検出コンデンサ部17が出力するアナログ信号、即ち交流電源1の電源周波数を示す正弦波(ハムノイズ)をハム検出回路16で増幅してパルス信号に変換する。
なお、ハム検出コンデンサ部17に代えて、ハム検出コンデンサ部18を用いた場合には、このハム検出コンデンサ部18をアナログ用DC/DC絶縁電源13の二次側電源出力線に接続し、他端をハム検出回路16に接続して、上記同様に増幅信号を得ればよい。ハム検出コンデンサ部17またはハム検出コンデンサ部18のどちらを用いてもハムノイズの周波数を検出することが可能であるが、ハム検出コンデンサ部17を接続すればセンサ3側に流れる漏れ電流が少なくなるため、センサ3の検出信号に重畳するハムノイズ成分を少なくすることができる。
In this manner, the analog signal output from the hum
When the hum
ハム検出回路16が出力する増幅信号は、図2に示すCPUロジック部12の周波数算出部30に入力され、この周波数算出部30が増幅信号をもとに交流電源1の周波数を算出する。本実施の形態では、周波数算出部30をタイマ部31およびカウンタ部32で構成する。このタイマ部31は、所定周期のパルス信号を発生させて、カウンタ部32へ出力する。
カウンタ部32は、タイマ部31で発生したパルス信号の1周期の間に、ハム検出回路16が出力した増幅信号の振幅をカウントして、増幅信号の周波数を算出する。または、カウンタ部32が、ハム検出回路16が出力した増幅信号の1周期の間に、タイマ部31で発生したパルス信号をカウントして、増幅信号の周波数を算出してもよい。このようにしてカウンタ部32が算出した増幅信号の周波数が、交流電源1の電源周波数である。
The amplified signal output from the
The
状態検出装置10において、センサ3の出力値を検出する周期を、ハム検出回路16で算出した増幅信号の周期に対応させることにより、交流電源1に起因するハムノイズの影響を排除した出力値を検出することができる。このように、ハム検出コンデンサ部17、ハム検出回路16および周波数算出部30を用いて周波数を直接かつ自動的に検出できるため、交流電源1の周波数を手動で設定する必要がない。なお、増幅信号の周波数の情報を、記憶部33に格納しておき、必要に応じて読み出すことができるように構成してもよい。
In the
次に、上述の交流電源1の周波数検出を利用して、センサ3の検出信号に重畳したハムノイズの影響を排除可能な状態検出装置40について説明する。図4は、この発明の実施の形態1に係る状態検出装置10を適用した状態検出装置40のハードウェア構成を示すブロック図であり、図1〜3と同一または相当の部分については同一の符号を付す。また、図4において点線は絶縁を示す。なお、図4では、ハム検出回路16およびハム検出コンデンサ部17(またはハム検出コンデンサ部18)は図示を省略する。直流電源駆動型の状態検出装置40は、センサ3が増幅信号の周波数に応じた周期で検出した制御対象装置の物理量に基づいてアクチュエータ43を動作させて、制御対象装置を制御するものである。
Next, a
この状態検出装置40は、周波数算出部30の処理内容を記述したプログラム、センサ3の物理量検出処理、アクチュエータ43の制御処理内容を記述したプログラム等を格納しているROM/RAMプログラム部51と、ROM/RAMプログラム部51に格納されたプログラムを実行して周波数算出部30の処理、センサ3の物理量検出処理、アクチュエータ43の制御処理等を行うCPU52とを有する。ROM/RAMプログラム部51およびCPU52は、図1,2に示すCPUロジック部12に相当する。
また、CPU52は表示/操作部54の動作を制御し、外部からの入力操作を受け付けると共に、外部への表示を行う。また、CPU52は通信部55の動作を制御し、外部の上位装置等と通信を行って外部から入力情報を受け付けたり、物理量の検出結果(即ち温度検出結果)を出力したりする。
The
Further, the
不揮発メモリ53は図2に示す記憶部33に相当し、周波数算出部30で算出した交流電源1の周波数の情報を格納しておく。例えば、図4に示す状態検出装置40の電源投入時の電源確立直後、所定の周期、表示/操作部54で手動操作による指示があったとき等に、不図示のハム検出コンデンサ部17(またはハム検出コンデンサ部18)、ハム検出回路16および周波数算出部30が上述した一連の処理を行って交流電源1の周波数を算出し、不揮発メモリ53にその周波数の情報を記憶させておく。そして、CPU52がセンサ3の物理量検出処理を行う際に、不揮発メモリ53に格納された交流電源1の周波数の情報を参照してセンサ3の検出周期を決定する。そして、CPU52は、その検出周期に合わせて検出した物理量に基づいてアクチュエータ43の制御を行う。
The
CPU52が、アクチュエータ43の動作を制御するための制御信号を出力すると、出力用D/A変換部42がこの制御信号をデジタルアナログ変換してアクチュエータ43へと出力する。この出力用D/A変換部42は、外部AC/DC絶縁電源2から供給される直流電力をアナログ出力用DC/DC絶縁電源41で出力用D/A変換部42用に変換した直流電力で駆動する。
When the
以上のように、実施の形態1によれば、商用電源である交流電源1を外部AC/DC絶縁電源2で変換した直流電力で駆動し、対象物の物理量を検出する状態検出装置10であって、この直流電力をCPUロジック部12用に変換するロジック用DC/DC絶縁電源11が有するロジック用トランス11aの一端を入力するハム検出コンデンサ部17と、ハム検出コンデンサ部17の出力した出力信号を増幅するハム検出回路16と、ハム検出回路16の出力した増幅信号の周波数を算出する周波数算出部30と、外部AC/DC絶縁電源2で変換した直流電源を変換するアナログ用DC/DC絶縁電源13と、このアナログ用DC/DC絶縁電源13の直流電力で駆動する入力用A/D変換部14と、対象物の物理量を検出するセンサ3とを備えるように構成した。このため、ロジック用DC/DC絶縁電源11とFG4との間の浮遊容量を検出して、交流電源1の周波数を算出することができる。よって、直流電源駆動型の状態検出装置10において、交流電源1の電源周波数を自動検出して、この周波数に応じた周期で対象物の物理量を検出することが可能となり、物理量検出の際にハムノイズの影響を排除することができる。
As described above, according to the first embodiment, the
また、周波数算出部30が、所定周期のパルス信号を発生させるタイマ部31と、このパルス信号の所定周期間の増幅信号をカウントするカウンタ部32とを有して、増幅信号の周波数を算出するように構成した。このため、増幅信号の周波数を容易に算出することができる。
なお、カウンタ部32が、増幅信号の所定周期間にタイマ部31が発生させたパルス信号をカウントするように構成しても、同様の効果が得られる。
The frequency calculation unit 30 includes a
The same effect can be obtained even when the
また、ハム検出回路16が、ハム検出コンデンサ部17の出力した出力信号を所定の電圧範囲内に制限する入力保護部22と、所定の基準電位を出力する基準電位部24と、出力信号と基準電位とを比較し、その差を増幅する比較部23とを有するように構成した。このため、浮遊容量を安定して検出することができる。
The
また、状態検出装置10にアナログ出力用DC/DC絶縁電源41、出力用D/A変換部42、アクチュエータ43等からなる状態制御部を組み合わせた状態検出装置40は、ハムノイズの影響を排除したセンサ3の出力値に基づいて対象物の状態を制御することができる。なお、アナログ出力用DC/DC絶縁電源41の一端にハム検出コンデンサ部を接続して、交流電源1の周波数を検出することも可能である。
In addition, the
なお、ハム検出コンデンサ部17に代えてハム検出コンデンサ部18を用い、アナログ用DC/DC絶縁電源13の有するロジック用トランス13aの一端にハム検出コンデンサ部18を接続する構成の場合にも、ハム検出コンデンサ部17を用いた場合と同様の効果が得られる。
The hum
また、上記実施の形態1では、ハム検出コンデンサ部17またはハム検出コンデンサ部18を用いて交流電源1の周波数を検出する構成であったが、これ以外にも浮遊容量を検出できる場所であればハム検出コンデンサ部を接続することができる。例えば、絶縁されたセンサ線、絶縁された通信のGND信号等にハム検出コンデンサ部の一端を接続すれば、交流電源1の周波数を検出することが可能となる。
In the first embodiment, the hum
図5は、上記実施の形態1に示すハム検出回路のその他の構成を示す回路図である。図5において図3と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。図5の例では、状態検出装置内に、FG線として通信コネクタ用シールド60が配線されている。この通信コネクタ用シールド60は、一端がFGに接続され、他端が通信コネクタ61に接続されている。通信コネクタ61には通信ケーブルが接続されて、例えば図4の通信部55が外部と通信を行うための通信信号を出力する。このように装置内にFG線があれば、FG線である通信コネクタ用シールド60に状態検出装置の金属筐体62とハム検出コンデンサ部19の一端とを接続し、ハム検出コンデンサ部19の他端をハム検出回路に接続してハム検出回路で電圧を検出する。この構成の場合であっても、金属筐体62とFGとの間の浮遊容量を検出して、交流電源1の周波数を得ることができる。
FIG. 5 is a circuit diagram showing another configuration of the hum detection circuit shown in the first embodiment. In FIG. 5, the same or corresponding parts as in FIG. In the example of FIG. 5, a
1 交流電源(商用電源)
2 外部AC/DC絶縁電源
3 センサ
4 FG
10,40 状態検出装置
11 ロジック用DC/DC絶縁電源(電源絶縁部)
11a ロジック用トランス(変換部)
12 CPUロジック部
13 アナログ用DC/DC絶縁電源(電源絶縁部)
13a ロジック用トランス(変換部)
14 入力用A/D変換部
15 絶縁I/F
16 ハム検出回路(増幅部)
17,18,19 ハム検出コンデンサ部(コンデンサ部)
21 ローパスフィルタ部
22 入力保護部
23 比較部
24 基準電位部
30 周波数算出部
31 タイマ部
32 カウンタ部
33 記憶部
41 アナログ出力用DC/DC絶縁電源(電源絶縁部)
42 出力用D/A変換部(状態制御部)
43 アクチュエータ(状態制御部)
51 ROM/RAMプログラム部
52 CPU
53 不揮発メモリ
54 表示/操作部
55 通信部
60 通信コネクタ用シールド
61 通信コネクタ
62 金属筐体
1 AC power (commercial power)
2 External AC / DC isolated
10, 40
11a Transformer for logic (conversion unit)
12
13a Transformer for logic (conversion unit)
14 Input A /
16 Ham detection circuit (amplifier)
17, 18, 19 Ham detection capacitor section (capacitor section)
21 Low-
42 D / A converter for output (state controller)
43 Actuator (state control unit)
51 ROM /
53
Claims (8)
電源絶縁部と、
前記電源絶縁部の一端を入力するコンデンサ部と、
前記コンデンサ部の出力した出力信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部の出力した増幅信号の周波数を算出する周波数算出部とを備えたことを特徴とする状態検出装置。 A state detection device that drives a commercial power source with a converted DC power source and detects a physical quantity of an object,
Power insulation,
A capacitor portion for inputting one end of the power insulating portion;
An amplifying unit for amplifying the output signal output from the capacitor unit;
A state detection apparatus comprising: a frequency calculation unit that calculates a frequency of an amplified signal output from the amplification unit.
前記記憶部に記憶された増幅信号の周波数に合わせて、対象物の物理量を検出することを特徴とする請求項1から請求項5のうちのいずれか1項記載の状態検出装置。 A storage unit for storing the frequency of the amplified signal calculated by the frequency calculation unit at an arbitrary timing;
6. The state detection device according to claim 1, wherein a physical quantity of an object is detected in accordance with a frequency of an amplified signal stored in the storage unit.
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