JP2010203912A - State detection device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a state detection device of a DC power driven type which automatically detects an AC power supply frequency and detects a physical quantity of an object within a period corresponding to the power supply frequency, and to provide a state control device to which the state detection device is applied. <P>SOLUTION: In the state detection device 10 driven by DC power obtained by converting an AC power supply 1 by an external AC-DC insulated power supply 2, one end of a logic transformer 11a included in a logic DC-DC insulated power supply 11 converting the DC power for a CPU logic part 12 is connected to a hum detection capacitor 17 to detect floating capacitance. An output signal of the hum detection capacitor 17 is amplified by a hum detection circuit 16, and the frequency is calculated by a frequency detection part of the CPU logic part 12 to obtain the frequency of the AC power supply 1. The effect of hum noise is eliminated by detecting the physical quantity of the object within the period corresponding to the AC power supply 1. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

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, Patent Document 1 discloses a module-type measuring apparatus in which a plurality of measuring modules whose power supply frequencies can be individually set are mounted. In this measurement apparatus, an integration type A / D converter capable of setting the power supply frequency is mounted for each measurement module, and the user can arbitrarily set the integration time of the analog signal output from the thermocouple or the like. However, it was necessary to set it individually, and handling was complicated.

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 Patent Document 2, the frequency of the AC power supply is automatically detected and measured. The analog signal is integrated based on the signal. As a result, the hum noise superimposed on the analog signal is removed.

特開２００７−２９２５８８号公報JP 2007-292588 A 特開平５−６３５７５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-63575

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.

この発明の実施の形態１に係る状態検出装置の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the state detection apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 実施の形態１において、交流電源の周波数を検出するためのハム検出回路、ハム検出コンデンサ部およびＣＰＵロジック部の詳細構成を示すブロック図である。In Embodiment 1, it is a block diagram which shows the detailed structure of the hum detection circuit for detecting the frequency of AC power supply, a hum detection capacitor | condenser part, and a CPU logic part. 図１に示すハム検出回路の構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a hum detection circuit shown in FIG. 1. 図１に示す状態検出装置を適用した状態検出装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the state detection apparatus to which the state detection apparatus shown in FIG. 1 is applied. 図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。FIG. 6 is a circuit diagram showing another configuration of the hum detection circuit shown in FIG. 1.

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。 Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing a configuration of a state detection apparatus 10 according to Embodiment 1 of the present invention. In the first embodiment, a temperature detection device using a physical quantity to be detected as a temperature and using a thermocouple, a resistance temperature detector, or the like as the sensor 3 will be described as an example. A state detection device 10 shown in FIG. 1 is a DC power supply type device that converts AC power supplied from an AC power source 1 that is a commercial power source into DC power by an external AC / DC insulated power source 2 and inputs the DC power. This state detection device 10 is a logic DC / DC isolated power source (power source insulating unit) that converts DC power supplied from an external AC / DC isolated power source 2 into a CPU logic unit 12 by a logic transformer (converter) 11a. ) 11 and an analog DC / DC isolated power source (power source insulating unit) 13 for conversion into an input A / D conversion unit 14 by a logic transformer (converting unit) 13a. The input A / D conversion unit 14 connects a sensor 3 such as a thermocouple or a resistance temperature detector, converts the detection signal output from the sensor 3 from analog to digital, and converts the converted signal via an insulation I / F 15. Output to the CPU logic unit 12. Then, the CPU logic unit 12 converts the converted signal into a temperature value.

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 state detection device 10 includes a detection unit that receives a thermoelectromotive force from the temperature measurement unit of the sensor 3 and detects the temperature of the object via the input A / D conversion unit 14 or the like. This is a DC power supply drive type state detection device. A predetermined stray capacitance C is generated between the power supply circuit including the primary side of the apparatus, the DC / DC isolated power supply 11 for logic in the state detection apparatus 10 and the frame ground (hereinafter referred to as FG) 4. A closed circuit is formed between the AC power source 1 and the FG 4. For example, a current leaking from the AC power source 1 flows through the closed circuit and the logic transformer 11 a, the CPU logic unit 12, the stray capacitance coupling, FG 4, the stray capacitance coupling, the AC power source It flows with 1. Therefore, the frequency component of the AC power supply 1 is superimposed as hum noise between the lines of the FG 4, the logic DC / DC isolated power supply 11, and the analog DC / DC isolated power supply 13. Further, this hum noise is also superimposed on the detection signal of the sensor 3.
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 CPU logic unit 12 and the FG 4 and the hum detection circuit (amplifier unit) 16 ham The frequency of the AC power supply 1 is detected from the output signal of the detection capacitor unit 17 (or the hum detection capacitor unit 18). And the influence of the hum noise superimposed on the detection signal of the sensor 3 is excluded by detecting the thermoelectromotive force of the sensor 3 at a period corresponding to the detected frequency of the AC power supply 1.

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 AC power supply 1 will be described. FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the hum detection circuit 16, the hum detection capacitor unit 17, and the CPU logic unit 12 used for detecting the frequency of the AC power supply 1. As shown in FIG. 2, the hum detection circuit 16 includes a low-pass filter unit 21, an input protection unit 22, a comparison unit 23, and a reference potential unit 24. FIG. 3 is an example of a circuit diagram of the ham detection circuit 16 shown in FIG. Further, a frequency calculation unit 30 included in the CPU logic unit 12 and a storage unit 33 that stores information on the frequency of the AC power source 1 calculated by the frequency calculation unit 30 are connected to the subsequent stage of the hum detection circuit 16. .

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 AC power supply 1 using the hum detection capacitor unit 17, one end of the hum detection capacitor unit 17 is connected to the primary side power input line of the logic DC / DC isolated power supply 11, and the other end is connected to the hum detection circuit. The voltage of the hum detection capacitor unit 17 is detected by the hum detection circuit 16. As illustrated in FIG. 3, the low-pass filter unit 21 includes a resistor R1 and a capacitor C1, and filters the signal detected by the hum detection capacitor unit 17. The input protection unit 22 includes diodes D1 and D2. The resistors R2 and R3 apply a bias voltage so that the output signal of the low-pass filter unit 21 falls within the power supply voltage range, and cut the overvoltage and input it to the subsequent comparator CP. The reference potential unit 24 includes resistors R4 and R5, and inputs the reference potential to the reference input terminal of the comparator CP. The comparison unit 23 includes a comparator CP (operational amplifier, MOSIC, etc.), compares the voltage of the hum detection capacitor unit 17 input via the low pass filter unit 21 and the input protection unit 22 with the reference potential input from the reference potential unit 24, The difference is amplified and output as an amplified signal. Further, a resistor R6 is connected to the comparator CP, and a hysteresis characteristic is given to the comparison unit 23. Note that the low-pass filter unit 21 in the hum detection circuit 16 may be omitted.

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 detection capacitor unit 17, that is, the sine wave (hum noise) indicating the power supply frequency of the AC power supply 1 is amplified by the hum detection circuit 16 and converted into a pulse signal.
When the hum detection capacitor unit 18 is used in place of the hum detection capacitor unit 17, the hum detection capacitor unit 18 is connected to the secondary power output line of the analog DC / DC isolated power source 13, and the like. The end may be connected to the hum detection circuit 16 to obtain an amplified signal as described above. The frequency of the hum noise can be detected by using either the hum detection capacitor unit 17 or the hum detection capacitor unit 18, but if the hum detection capacitor unit 17 is connected, the leakage current flowing to the sensor 3 side is reduced. The hum noise component superimposed on the detection signal of the sensor 3 can be reduced.

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 hum detection circuit 16 is input to the frequency calculation unit 30 of the CPU logic unit 12 shown in FIG. 2, and the frequency calculation unit 30 calculates the frequency of the AC power supply 1 based on the amplified signal. In the present embodiment, the frequency calculation unit 30 includes a timer unit 31 and a counter unit 32. The timer unit 31 generates a pulse signal having a predetermined period and outputs it to the counter unit 32.
The counter unit 32 calculates the frequency of the amplified signal by counting the amplitude of the amplified signal output from the ham detection circuit 16 during one cycle of the pulse signal generated by the timer unit 31. Alternatively, the counter unit 32 may calculate the frequency of the amplified signal by counting the pulse signal generated by the timer unit 31 during one cycle of the amplified signal output from the ham detection circuit 16. The frequency of the amplified signal calculated by the counter unit 32 in this way is the power supply frequency of the AC power supply 1.

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 state detection device 10, the output value from which the output value of the sensor 3 is detected corresponds to the cycle of the amplified signal calculated by the hum detection circuit 16, thereby detecting an output value from which the influence of hum noise caused by the AC power supply 1 is eliminated. can do. Thus, since the frequency can be detected directly and automatically using the hum detection capacitor unit 17, the hum detection circuit 16, and the frequency calculation unit 30, it is not necessary to manually set the frequency of the AC power supply 1. Note that the information on the frequency of the amplified signal may be stored in the storage unit 33 and read out as necessary.

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 state detection device 40 that can eliminate the influence of hum noise superimposed on the detection signal of the sensor 3 using the frequency detection of the AC power supply 1 described above will be described. FIG. 4 is a block diagram showing a hardware configuration of a state detection device 40 to which the state detection device 10 according to the first embodiment of the present invention is applied, and the same reference numerals are used for the same or corresponding parts as in FIGS. Is attached. In FIG. 4, the dotted line indicates insulation. In FIG. 4, the hum detection circuit 16 and the hum detection capacitor unit 17 (or the hum detection capacitor unit 18) are not shown. The DC power supply driven state detection device 40 controls the control target device by operating the actuator 43 based on the physical quantity of the control target device detected by the sensor 3 at a cycle corresponding to the frequency of the amplified signal.

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 state detection device 40 includes a ROM / RAM program unit 51 that stores a program that describes the processing content of the frequency calculation unit 30, a physical quantity detection process of the sensor 3, a program that describes the control processing content of the actuator 43, and the like. A CPU 52 that executes a program stored in the ROM / RAM program unit 51 to perform processing of the frequency calculation unit 30, physical quantity detection processing of the sensor 3, control processing of the actuator 43, and the like. The ROM / RAM program unit 51 and the CPU 52 correspond to the CPU logic unit 12 shown in FIGS.
Further, the CPU 52 controls the operation of the display / operation unit 54, accepts an input operation from the outside, and performs display to the outside. Further, the CPU 52 controls the operation of the communication unit 55, communicates with an external host device and the like, receives input information from the outside, and outputs a physical quantity detection result (that is, a temperature detection result).

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 nonvolatile memory 53 corresponds to the storage unit 33 illustrated in FIG. 2 and stores information on the frequency of the AC power source 1 calculated by the frequency calculation unit 30. For example, immediately after the power supply of the state detection device 40 shown in FIG. 4 is established, when a manual operation is instructed by the display / operation unit 54 for a predetermined period, the hum detection capacitor unit 17 (or not shown) (or The hum detection capacitor unit 18), the hum detection circuit 16 and the frequency calculation unit 30 perform the above-described series of processing to calculate the frequency of the AC power supply 1 and store the frequency information in the nonvolatile memory 53. Then, when the CPU 52 performs the physical quantity detection process of the sensor 3, the detection period of the sensor 3 is determined with reference to the frequency information of the AC power supply 1 stored in the nonvolatile memory 53. Then, the CPU 52 controls the actuator 43 based on the physical quantity detected in accordance with the detection cycle.

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 CPU 52 outputs a control signal for controlling the operation of the actuator 43, the output D / A converter 42 converts the control signal from digital to analog and outputs it to the actuator 43. The output D / A converter 42 is a DC power obtained by converting the DC power supplied from the external AC / DC isolated power supply 2 to the output D / A converter 42 by the analog output DC / DC isolated power supply 41. To drive.

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 state detection device 10 detects the physical quantity of an object by driving the AC power source 1 as a commercial power source with DC power converted by the external AC / DC insulated power source 2. The hum detection capacitor unit 17 that inputs one end of the logic transformer 11a included in the logic DC / DC isolated power source 11 that converts the DC power to the CPU logic unit 12, and the output signal output from the hum detection capacitor unit 17 The hum detection circuit 16 for amplifying the signal, the frequency calculation unit 30 for calculating the frequency of the amplified signal output from the hum detection circuit 16, and the analog DC / DC insulation for converting the DC power converted by the external AC / DC insulation power supply 2 A power source 13, an input A / D converter 14 driven by the DC power of the analog DC / DC isolated power source 13, and a sensor 3 for detecting a physical quantity of the object; It was configured to include. For this reason, it is possible to calculate the frequency of the AC power supply 1 by detecting the stray capacitance between the DC / DC insulated power supply 11 for logic and the FG 4. Therefore, in the DC power supply drive type state detection apparatus 10, it is possible to automatically detect the power supply frequency of the AC power supply 1, and to detect the physical quantity of the object at a cycle according to this frequency. The influence of can be eliminated.

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 timer unit 31 that generates a pulse signal having a predetermined period and a counter unit 32 that counts an amplification signal of the pulse signal for a predetermined period, and calculates the frequency of the amplification signal. It was configured as follows. For this reason, the frequency of the amplified signal can be easily calculated.
The same effect can be obtained even when the counter unit 32 is configured to count the pulse signal generated by the timer unit 31 during a predetermined period of the amplified signal.

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 hum detection circuit 16 limits the output signal output from the hum detection capacitor unit 17 within a predetermined voltage range, a reference potential unit 24 that outputs a predetermined reference potential, an output signal, and a reference The comparison unit 23 is configured to compare the potential and amplify the difference. For this reason, stray capacitance can be detected stably.

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 state detection device 40 that combines the state detection device 10 with the state control unit including the analog output DC / DC isolated power supply 41, the output D / A conversion unit 42, the actuator 43, etc. is a sensor that eliminates the influence of hum noise. The state of the object can be controlled based on the output value of 3. Note that it is also possible to detect the frequency of the AC power supply 1 by connecting a hum detection capacitor unit to one end of the analog output DC / DC insulated power supply 41.

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 detection capacitor unit 18 is used in place of the hum detection capacitor unit 17, and the hum detection capacitor unit 18 is connected to one end of the logic transformer 13a of the analog DC / DC insulated power supply 13. The same effect as when the detection capacitor unit 17 is used is obtained.

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 detection capacitor unit 17 or the hum detection capacitor unit 18 is used to detect the frequency of the AC power supply 1. However, any other place where stray capacitance can be detected is also possible. A hum detection capacitor can be connected. For example, if one end of the hum detection capacitor unit is connected to an insulated sensor line, an insulated communication GND signal, or the like, the frequency of the AC power supply 1 can be detected.

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 communication connector shield 60 is wired as an FG line in the state detection device. The communication connector shield 60 has one end connected to the FG and the other end connected to the communication connector 61. A communication cable is connected to the communication connector 61, and for example, the communication unit 55 in FIG. 4 outputs a communication signal for communicating with the outside. Thus, if there is an FG line in the device, the metal housing 62 of the state detection device and one end of the hum detection capacitor unit 19 are connected to the communication connector shield 60 which is an FG line. The end is connected to the hum detection circuit, and the voltage is detected by the hum detection circuit. Even in this configuration, the frequency of the AC power supply 1 can be obtained by detecting the stray capacitance between the metal casing 62 and the FG.

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 power supply 3 Sensor 4 FG
10, 40 State detection device 11 DC / DC isolated power supply for logic (power insulation)
11a Transformer for logic (conversion unit)
12 CPU logic 13 DC / DC isolated power supply for analog (power insulation)
13a Transformer for logic (conversion unit)
14 Input A / D converter 15 Insulation I / F
16 Ham detection circuit (amplifier)
17, 18, 19 Ham detection capacitor section (capacitor section)
21 Low-pass filter unit 22 Input protection unit 23 Comparison unit 24 Reference potential unit 30 Frequency calculation unit 31 Timer unit 32 Counter unit 33 Storage unit 41 DC / DC isolated power supply for analog output (power supply insulation unit)
42 D / A converter for output (state controller)
43 Actuator (state control unit)
51 ROM / RAM program section 52 CPU
53 Nonvolatile Memory 54 Display / Operation Unit 55 Communication Unit 60 Communication Connector Shield 61 Communication Connector 62 Metal Enclosure

Claims (8)

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、
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. 電源絶縁部は、直流電源を入力し、所定の直流電圧に変換する変換部であることを特徴とする請求項１記載の状態検出装置。   2. The state detection apparatus according to claim 1, wherein the power insulating unit is a conversion unit that receives a DC power and converts the DC power into a predetermined DC voltage. 電源絶縁部は、グランド接続されている本装置の筐体であることを特徴とする請求項１記載の状態検出装置。   The state detection device according to claim 1, wherein the power supply insulating portion is a casing of the device that is grounded. 周波数算出部は、所定周期のパルス信号を発生させるタイマ部と、当該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とを有して、当該増幅信号の周波数を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の状態検出装置。   The frequency calculation unit includes a timer unit that generates a pulse signal having a predetermined cycle and a counter unit that counts an amplified signal of the pulse signal for a predetermined cycle, and calculates the frequency of the amplified signal. The state detection device according to any one of claims 1 to 3. 周波数算出部は、所定周期のパルス信号を発生させるタイマ部と、増幅信号の所定周期間に発生した当該パルス信号をカウントするカウンタ部とを有して、当該増幅信号の周波数を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の状態検出装置。   The frequency calculation unit includes a timer unit that generates a pulse signal having a predetermined period and a counter unit that counts the pulse signal generated during a predetermined period of the amplified signal, and calculates the frequency of the amplified signal. The state detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the state detection device is characterized in that: 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、
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. 増幅部は、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、前記出力信号と前記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ことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の状態検出装置。   The amplifying unit compares the output signal and the reference potential with 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, The state detection apparatus according to claim 1, further comprising a comparison unit that amplifies the difference. 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ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の状態検出装置。   The state detection device according to any one of claims 1 to 7, further comprising a state control unit that controls a state of the object based on the detected physical quantity.
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