JP3771195B2 - 重量測定用ノイズ除去装置および重量測定用ノイズ除去方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル・フィルタを用いた重量測定用ノイズ除去装置および重量測定用ノイズ除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歪みゲージ式のロードセルやフォースバランスなどの荷重検出器から出力される計量信号には、計量系に起因する多種多様なノイズが含まれている。搬送系の荷重測定を行う場合には、例えば、ベルトコンベヤーを駆動するモーターや搬送ローラなどの回転系振動に起因するノイズや、商用電源などに起因する電気的なノイズなどが、定周期性の振動ノイズとして計量信号に重畳しているのが一般的である。また、構造物を含む計量系は当該構造物の固有振動数をもつ。この固有振動数を含む帯域の外部振動が計量系に作用したとき、その外部振動はその固有振動数付近で増幅され、振動ノイズとなって計量信号中に出現する。以下、定周期性の振動ノイズと固有振動数に起因する振動ノイズとを合わせて「定周期振動ノイズ」と呼ぶ。
【０００３】
近年、その定周期振動ノイズの除去のために、経年変化や周辺環境などの影響を受け難く、フィルタ特性を比較的容易に変更できるデジタル・フィルタが採用されており、デジタル・フィルタの中でも、特に安定性に優れた有限インパルス応答（ＦＩＲ）型フィルタが好まれて使用される。
【０００４】
また、従来は、計量信号から定周期振動ノイズを除去するため、その定周期振動ノイズに対応する周波数帯域において十分な減衰量を得られるローパスフィルタが採用されていた。この種のローパスフィルタを用いて、定周期振動ノイズを比較的短時間で減衰させる従来技術としては、特公昭６３−０５２６８４号公報記載の「定周期振動波除去方法」が知られている。この定周期振動波除去方法は、定周期振動ノイズの略整数周期分に相当するサンプリング数をタップ数とした移動平均フィルタを採用している。しかしながら、そのタップ数は、ノイズの周期（周波数）に応じて変動し得るため、その移動平均フィルタの遅れ時間が変動し得るという問題がある。また、定周期振動ノイズの整数周期分に相当するサンプリング数にタップ数が一致しない場合は、その不一致に相当する誤差が出現するという問題もある。
【０００５】
また、その定周期振動波除去方法では、周波数が相対的に高い電源ノイズや、それが相対的に低い機械振動ノイズのように、互いに周波数の異なる複数の定周期振動ノイズに対処するために、各ノイズに対応した移動平均フィルタを多段で用意しなければならない。１段のフィルタで複数のノイズ振動を減衰させるには、当該フィルタが、それらノイズ振動に対応した複数の阻止域（ノッチ）をもつ必要がある。
【０００６】
しかしながら、搬送計量系の場合であって、被計量物の搬送速度が可変であるがために、その搬送計量系を構成するモーターやローラの振動周波数が搬送速度に合わせて変化する場合では、定周期振動ノイズの周波数変動に対応するために複数段のフィルタを用意しなければならなかった。また、例えばモーターやローラに起因するノイズのようにその周波数が変動する場合と、電源周波数に起因するノイズのようにその周波数が殆ど不変の場合とにそれぞれ対応した複数種のフィルタ特性を用意する必要があるのが実状であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上の問題や実状などに鑑みて本発明が目的とするところは、定周期振動ノイズの周波数変動に対してフィルタ特性を追従して変更させ得て、周波数変動する定周期振動ノイズを高精度に減衰させ得るノイズ除去装置およびノイズ除去方法を提供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、被計量物の重量を検出して得た信号をデジタル化した計量信号に含まれる定周期振動ノイズを除去する重量測定用ノイズ除去装置であって、前記計量信号の周波数成分を複数のノッチで減衰させるフィルタリングを、可変のフィルタ係数を用いて実行する帯域通過フィルタと、前記フィルタ係数の系列を算出して前記帯域通過フィルタに供給する係数制御部と、を備え、前記帯域通過フィルタは、前記複数のノッチを含む周波数特性を有すると共に、当該帯域通過フィルタの伝達関数は、前記複数のノッチに対応する根をもつ複数の因子の積を含んで構成されており、前記係数制御部は、前記複数のノッチの中から指定されたノッチに対応する根を含む因子の当該根の周波数成分を変更する周波数変更手段と、前記帯域通過フィルタの伝達関数を構成する複数の因子の積を多項式に展開する展開手段と、前記多項式に基づいて前記フィルタ係数の系列を算出する係数算出手段と、を備えることを特徴としたものである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の重量測定用ノイズ除去装置であって、前記帯域通過フィルタは有限インパルス応答（ＦＩＲ）型のデジタル・フィルタである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の重量測定用ノイズ除去装置であって、前記周波数変更手段で変更される周波数成分の変化量を手動で入力せしめるデータ入力部を更に備えたものである。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の重量測定用ノイズ除去装置であって、前記計量信号の周波数特性を算出するフーリエ変換部と、前記周波数特性を解析して当該計量信号に含まれる定周期振動ノイズの周波数帯域の変化量を検出する変動検出部と、前記変動検出部で検出された当該変化量に基づいて前記周波数変更手段で変更される当該周波数成分の変化量を指定する制御部と、を更に備えたものである。
【００１２】
次に、請求項５に係る発明は、被計量物の重量を検出して得た信号をデジタル化した計量信号に含まれる定周期振動ノイズを除去する重量測定用ノイズ除去方法であって、（ａ）帯域通過フィルタ用のフィルタ係数の系列を算出する工程と、（ｂ）前記計量信号の周波数成分を複数のノッチで減衰させるフィルタリングを、前記フィルタ係数の系列をもつ帯域通過フィルタによって実行する工程と、を備え、前記帯域通過フィルタは、前記複数のノッチを含む周波数特性を有すると共に、当該帯域通過フィルタの伝達関数は、前記複数のノッチに対応する根をもつ複数の因子の積を含んで構成されており、前記工程（ａ）は、（ａ−１）前記複数のノッチの中から指定されたノッチに対応する根を含む因子の当該根の周波数成分を変更する工程と、（ａ−２）前記帯域通過フィルタの伝達関数を構成する複数の因子の積を多項式に展開する工程と、（ａ−３）前記多項式に基づいて前記フィルタ係数の系列を算出する工程と、を備える、ことを特徴としたものである。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の重量測定用ノイズ除去方法であって、前記帯域通過フィルタは有限インパルス応答（ＦＩＲ）型のデジタル・フィルタである。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項５または６記載の重量測定用ノイズ除去方法であって、（ｃ）前記工程（ａ−１）で変更される周波数成分の変化量を手動で入力せしめる工程、を更に備えたものである。
【００１５】
そして、請求項８に係る発明は、請求項５〜７の何れか１項に記載の重量測定用ノイズ除去方法であって、（ｅ）前記計量信号の周波数特性を算出するフーリエ変換工程と、（ｆ）前記周波数特性を解析して当該計量信号に含まれる定周期振動ノイズの周波数帯域の変化量を検出する工程と、（ｇ）前記工程（ｆ）で検出された当該変化量に基づいて前記工程（ａ−１）で変更される当該周波数成分の変化量を指定する工程と、を更に備えたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る重量測定用のノイズ除去装置１を示す機能ブロック図である。
【００１７】
このノイズ除去装置１は、計量装置３から出力された測定信号ｍｓを増幅するアンプ１０、アナログ・フィルタ１１、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）１２、デジタル・フィルタ１４、係数制御部１３およびデータ入力部１５を備えて構成されている。また、計量装置（ロードセル）３は、計量系２から受けた重量を測定して得た測定信号ｍｓをノイズ除去装置１に出力する。
【００１８】
前記アンプ１０は、計量装置３から入力した測定信号ｍｓを増幅して得た増幅信号ＭＳをアナログ・フィルタ１１に出力する。アナログ・フィルタ１１は、その増幅信号ＭＳから不要な高域成分を除去したアナログ信号Ａｓを出力する。Ａ／Ｄ変換器１２は、アナログ・フィルタ１１から入力するアナログ信号Ａｓに対して、所定のサンプリング周期でサンプリングし、所定の量子化ビット数で量子化したデジタル信号（以下、計量信号と呼ぶ。）Ｄ（ｎ）（ｎ：整数）をデジタル・フィルタ１４と係数制御部１３とにそれぞれ出力する。
【００１９】
図２は、その計量信号Ｄ（ｎ）をフィルタリングする有限インパルス応答（ＦＩＲ）型のデジタル・フィルタ１４を示す概略構成図である。
【００２０】
このデジタル・フィルタ１４は、係数制御部１３から供給されたフィルタ係数の系列｛ａi｝（ｉ＝０，１，２，…，Ｋ−１）を用いたフィルタリング機能を有する。デジタル・フィルタ１４は、Ｋタップ（Ｋ：２以上の整数）の帯域通過フィルタ（ローパスフィルタ）であり、入力する一連の計量信号Ｄ（ｎ）を１周期遅延させる遅延素子１７1，１７2，１７3，…，１７K-1と、係数乗算器１８0，１８1，…，１８K-1と、加算器１９とで構成されている。（Ｋ−１）個の遅延素子１７1〜１７K-1は、Ｄフリップ・フロップなどで構成され、（Ｋ−１）段で直列接続されている。これら遅延素子１７1〜１７K-1は、サンプリング周期Ｔでパルス（図示せず）が供給される度に、前段から入力する計量信号Ｄ（ｓ）（ｓ＝ｎ〜ｎ−Ｋ＋１）を取り込み保持して出力する。また、係数乗算器１８0〜１８K-1は、それぞれ、係数制御部１３から供給されたフィルタ係数ａ0〜ａK-1を用いて係数乗算処理を行う。各係数乗算器１８m（ｍ＝０〜Ｋ−１）は、入力信号Ｄ（ｎ−ｍ）にフィルタ係数ａmを乗算して加算器１９に出力する。そして、加算器１９は、係数乗算器１８0〜１８K-1から伝達した全ての信号を加算して得た積和信号Ｘ（ｎ）を出力する。
【００２１】
このデジタル・フィルタ１４のｚ変換形式の伝達関数Ｈ（ｚ）は次式（１）の通りである。
【００２２】
【数１】
【００２３】
前記デジタル・フィルタ１４は、複数のノッチ（阻止域）を含む周波数特性を有するノッチ・フィルタである。一般に、デジタル・フィルタの通過域の振幅特性は略一定になることが望ましく、そのノッチは等リップル特性をもつことが望ましい。等リップル特性をもつデジタル・フィルタの設計法としてはＲｅｍｅｚアルゴリズムが知られている。図３は、Ｒｅｍｅｚアルゴリズムによって設計されたデジタル・フィルタ１４の振幅特性を示すグラフである。ここで、同グラフの縦軸は信号の減衰量（ゲイン）を示し、その横軸は規格化周波数（ωＴ／π）を示している。その振幅特性は、次式（２）に示す伝達関数Ｈ（ｅj ω T）の絶対値｜Ｈ（ｅj ω T）｜に従って算出される。
【００２４】
【数２】
【００２５】
上式（２）中、ｊ2＝−１、ωは角周波数、Ｔはサンプリング周期を表している。
【００２６】
図３に示す通り、その振幅特性は、減衰量が大きい部分にノッチ１６，１６，…を形成する。デジタル・フィルタ１４の伝達関数Ｈ（ｚ）は、次式（３）に示すように各ノッチ１６，…の一部または全部に対応するゼロ点の複素根λ1，λ2，…，λM（Ｍ：根の数）を有している。ここで、「ゼロ点」とは、伝達関数Ｈ（ｚ）がゼロ値をとるときのｚ平面の点を意味しており、計量時の基準点を意味するものではない。
【００２７】
【数３】
【００２８】
また、前記伝達関数Ｈ（ｚ）は、複素根λ1，λ2，…，λMを含む因子（ｚ-1−λ1），（ｚ-1−λ2），…，（ｚ-1−λM）の積からなり、因数分解された形をもつ。図４は、上式（３）で表現される伝達関数Ｈ（ｚ）の複素根の配置を示すグラフである。同グラフの横軸は複素数ｚの実数部を示し、その縦軸は複素数ｚの虚数部を示している。また、全ての複素根λ1，λ2，…，λMが単位円２４上に配置されている。
【００２９】
尚、本実施の形態では、前記伝達関数Ｈ（ｚ）は、複数の因子（ｚ-1−λ1），（ｚ-1−λ2），…，（ｚ-1−λM）の積だけで構成されるが、本発明ではこれに限らず、その積を含むものであればよい。例えば、伝達関数Ｈ（ｚ）がその分母に極を含む形を有していてもよい。
【００３０】
前記複素根λk（ｋ＝１，２，…，Ｍ）は、極座標で表現されると、次式（４）のようになる。
【００３１】
【数４】
【００３２】
上式（４）中、ｒkは複素根λkの振幅（絶対値）、Re(λk)は複素根λkの実数部、Im(λk)は複素根λkの虚数部を表している。また、上式（４）中、θkは、図４に示すグラフの原点回りの角度を意味し、本実施の形態では、周波数成分ωとサンプリング周期Ｔとの積ω×Ｔに等しい。デジタル・フィルタ１４は、その積ω×Ｔを−π〜πの区画で規格化した規格化周波数（ω×Ｔ／π）の−１〜＋１の区画でゼロ点を有するが、図４に示すように、ゼロ点は、実軸２４Ｒに対して軸対称の位置に存在するため、図３に示すグラフでは、規格化周波数の０〜＋１の区画に限定した振幅特性が示されている。
【００３３】
従来、ノッチ１６に対応する周波数（以下、ノッチ周波数と呼ぶ。）を変える方法としては、デジタル・フィルタのタップ数を変更する方法、或いは、サンプリング周期Ｔを変更する方法の何れかが採用されていた。しかしながら、これら従来法では、周波数変動する定周期振動ノイズに対して実際上対応することが困難であった。また、サンプリング周期Ｔを変更する従来法を採用して、サンプリング周期Ｔを、定周期振動ノイズの変動に合わせて連続的に変化させることは現実的ではない。たとえサンプリング周期Ｔの連続的な変化が実現可能であるとしても、その変化によって、例えば商用電源に起因するノイズのように、周波数変動しないノイズに対応したノッチ周波数が一緒に変化してしまう。以下に説明するように、本発明では、複数のノッチ１６，１６，…の中から任意のノッチ１６を選択し、選択した当該ノッチ１６のみを変化させることが可能である。
【００３４】
図５は、図１に示した係数制御部１３の概略構成を示す機能ブロック図である。この係数制御部１３は、ノッチ選択部２０、周波数変更手段２１、展開手段２２および係数算出手段２３を備えて構成されている。周波数変更手段２１は、ノッチ選択部２０もしくはデータ入力部１５から、ノッチ１６とこのノッチ１６に対応するノッチ周波数の変化量δωとを指定される。周波数変更手段２１は、複数のノッチ１６，１６，…の中から指定されたノッチ１６に対応する複素根λkの周波数成分ωkを（ωk＋δω）に変更する。また、周波数変更手段２１は、変更後の周波数成分（ωk＋δω）を用いて、変更後の複素根λk’を生成して次段の展開手段２２に出力する。その変更後の複素根λk’は、次式（５）のようになる。
【００３５】
【数５】
【００３６】
次に、展開手段２２は、その変更後の複素根λk’を用いて再構成されるデジタル・フィルタ１４の伝達関数Ｈ（ｚ）を多項式に展開する。再構成された伝達関数Ｈ（ｚ）は次式（６Ａ）のようになり、この式（６Ａ）が多項式に展開されると次式（６Ｂ）のようになる。
【００３７】
【数６】
【００３８】
次に、係数算出手段２３は、前記展開手段２２から出力された上式（６Ｂ）の多項式の展開情報に基づいてフィルタ係数の新たな系列｛ａi’｝を得て出力する。従って、変更前のフィルタ係数の系列｛ａi｝から、新たな系列｛ａi’｝が生成され、デジタル・フィルタ１４に出力される。そして、デジタル・フィルタ１４においては、図２に示した係数乗算器１８0〜１８K-1は、係数制御部１３から伝達した更新後のフィルタ係数ａ0’〜ａK-1’を保持し、これらフィルタ係数ａ0’〜ａK-1’と入力信号Ｄ（ｎ）〜Ｄ（ｎ−Ｋ＋１）とを乗算して加算器１９に出力する。加算器１９は、係数乗算器１８0〜１８K-1から出力された全信号を加算し、上記定周期振動ノイズが除去された計量信号Ｘ（ｎ）を出力する。
【００３９】
このように上記ノイズ除去装置１によれば、周波数変動する定周期振動ノイズに対して、デジタル・フィルタ１４の複数のノッチ１６，１６，…の中から指定された任意のノッチ１６に対応する複素根の値を変化させて、当該ノッチ周波数をその定周期振動ノイズの変動に合わせて変更できる。従来法のように、サンプリング周期Ｔを変更したりタップ数を変更したりする必要が無いことから、デジタル・フィルタ１４の応答が速く、複数種類の定周期振動ノイズを効率良く且つ迅速に除去し得るノイズ除去装置１を実現できる。更に、一組のフィルタ係数の系列｛ａi｝から新たな系列｛ａi’｝を算出できるため、フィルタ係数を格納するメモリ容量が小さくて済むという利点もある。
【００４０】
また、上記ノイズ除去装置１は、周波数変更手段２１で変更される周波数成分ωの変化量δωを手動で入力せしめるデータ入力部（ユーザー・インターフェース）１５を備えている。このデータ入力部１５は、ユーザーのデータ入力によって指定された変更対象のノッチ１６とノッチ周波数の変化量δωとを周波数変更手段２１に供給する。これにより、ユーザーは、データ入力部１５を操作することで、定周期振動ノイズの変動に合わせてノッチ周波数を手動で変化させることが可能である。また、ユーザーは、ノッチ１６を指定し変化量δωを指定するだけで、フィルタ係数ａ0〜ａK-1を簡便且つ正確に微調整できる。
【００４１】
また、周波数変動するノッチ１６とそのノッチ周波数の変化量δωとが予測可能な場合には、計量系の状況に応じて変更対象となるノッチ１６や変化量δωなどを予約登録しておくのが望ましい。前記データ入力部１５は、その予約登録内容を保持し一覧で表示することできる。ユーザーは、一覧で表示された予約登録内容を確認して手動で選択することが可能である。
【００４２】
また、上記ノイズ除去装置１は、計量信号Ｄ（ｎ）に含まれる定周期振動ノイズの周波数帯域の変動に合わせてノッチ１６，１６，…を自動的に変化させ追従させる機能をもつ。この機能は、図５に示すノッチ選択部２０によって実現される。図６は、そのノッチ選択部２０の概略構成を示す機能ブロック図である。ノッチ選択部２０は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を実行するＦＦＴ演算器３０、変動検出部３１および制御部３４を備えて構成される。ＦＦＴ演算器３０は、Ａ／Ｄ変換器１２から入力する計量信号Ｄ（ｎ）に対してＦＦＴを実行し、その計量信号Ｄ（ｎ）の周波数特性ｄ（ｎ）を算出して変動検出部３１に出力する。
【００４３】
前記変動検出部３１は、その計量信号Ｄ（ｎ）に含まれる定周期振動ノイズを検出するノイズ検出手段３２と、単数または複数の定周期振動ノイズの周波数帯域の変化量を検出する変化量検出手段３３とで構成されている。
【００４４】
前記ノイズ検出手段３２は、ＦＦＴ演算器３０から入力する周波数特性ｄ（ｎ）を解析して計量信号Ｄ（ｎ）に含まれる定周期振動ノイズを検出し、定周期振動ノイズの中心周波数などの検出情報を変化量検出手段３３に供給する。図７に、その周波数特性ｄ（ｎ）のスペクトルの例を示す。実線で示したスペクトルのノイズ成分４０，４１，４２，４３，４４は、それぞれ、互いに異種の定周期振動ノイズの周波数成分を示すものである。これら定周期振動ノイズを除去するデジタル・フィルタ１４の振幅特性を図８に示す。図８に示すノッチ（阻止域）１６1，１６2，１６3，１６4，１６5は、それぞれ、図７に示すノイズ成分４０，４１，４２，４３，４４を減衰させる特性を示している。このデジタル・フィルタ１４の伝達関数Ｈ（ｚ）は、各ノッチ１６1〜１６5に対応したゼロ点（複素根）を有する。
【００４５】
前記変化量検出手段３３は、ノイズ検出手段３２から入力する検出情報に基づいて各定周期振動ノイズのスペクトル上の変化量を個別に検出し、検出した変化量を制御部３４に出力する。その変化量としては、各ノイズ成分のピークにおける中心周波数などが挙げられる。制御部３４は、前記変化量に基づいて周波数変更手段２１で変更される周波数成分ωkの変化量δωを決定し、それを次段の周波数変更手段２１に供給する。これにより、ノイズ成分の変動に合わせてノッチ１６，…を自動的に変化させることができる。
【００４６】
図７に示したスペクトルは搬送計量系から得たものであり、同図中、点線で示したスペクトルは、その搬送計量系の搬送速度を増した後のスペクトルを示している。その搬送速度の変更によってノイズ成分４１，４２の分布は高域へシフトし、ノイズ成分４１’，４２’へ変化している。その他のノイズ成分４０，４３，４４に変化は見られない。図８に示した点線は、本実施の形態に係るノイズ除去装置１によって、ノイズ成分４１，４２の変動に合わせてノッチ１６2，１６3を高域へシフトさせたときの振幅特性を示している。この図８に示すように、ノイズ除去装置１は、多数のノッチ１６1〜１６5の中からノッチ１６2，１６3を指定し、当該ノッチ１６2，１６3を指定した変化量だけシフトさせることが可能である。
【００４７】
以上に述べたように、本実施の形態に係るノイズ除去装置１では、計量信号Ｄ（ｎ）に含まれる複数種の定周期振動ノイズの周波数変動を監視しつつ、各周波数変動に合わせてフィルタ係数ａ0〜ａK-1を変化させ、デジタル・フィルタ１４のノッチ１６，１６，…を自動的に変化させてその周波数変動に追従させることができる。また、定周期振動ノイズの小さく速い変動に対しても高精度且つ迅速にノッチ１６，１６，…を追従させることが可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上の如く、本発明の請求項１に係るノイズ除去装置および請求項５に係るノイズ除去方法によれば、周波数変動する定周期振動ノイズに対し、帯域通過フィルタの複数のノッチのうち指定されたノッチに対応する根の値のみを変化させて、当該ノッチをその定周期振動ノイズの変動に追従させることができるため、定周期振動ノイズを高精度且つ迅速に除去することが可能である。更に、一組のフィルタ係数の系列から、定周期振動ノイズの変動に対応した新たな系列を算出できるため、フィルタ係数を格納するメモリ容量が小さくて済む。従って、定周期振動ノイズを効率良く除去し得るノイズ除去装置が実現可能である。
【００４９】
請求項２および請求項６によれば、ＦＩＲ型のデジタル・フィルタを用いることで動作安定性に優れた重量測定用ノイズ除去装置を実現できる。
【００５０】
請求項３および請求項７によれば、この重量測定用ノイズ除去装置のユーザーは、データ入力部を介して、定周期振動ノイズの変動に合わせて手動でノッチを変化させ追従させることが可能である。また、ユーザーは、ノッチを指定し周波数成分の変化量を指定するだけで、フィルタ係数を簡便且つ正確に微調整することができる。
【００５１】
請求項４および請求項８によれば、前記定周期振動ノイズの周波数帯域の変動を監視しつつ、その変動に合わせてフィルタ係数を変化させ、ノッチをノイズ変動に自動的に追従させられる。また、定周期振動ノイズの小さく速い変動に対しても高精度且つ迅速にフィルタのノッチを追従させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る重量測定用のノイズ除去装置を示す機能ブロック図である。
【図２】ＦＩＲ型のデジタル・フィルタを示す概略構成図である。
【図３】デジタル・フィルタの振幅特性を示すグラフである。
【図４】デジタル・フィルタの伝達関数Ｈ（ｚ）の複素根の配置を示すグラフである。
【図５】本実施の形態に係るノイズ除去装置を構成する係数制御部の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図６】本実施の形態に係るノイズ除去装置を構成するノッチ選択部の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図７】計量信号の周波数スペクトルの例を示すグラフである。
【図８】デジタル・フィルタの振幅特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ノイズ除去装置
２ 計量系
３ 計量装置
１０ アンプ
１１ アナログ・フィルタ
１２ Ａ／Ｄ変換器
１３ 係数制御部
１４ デジタル・フィルタ
１５ データ入力部
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル・フィルタを用いた重量測定用ノイズ除去装置および重量測定用ノイズ除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歪みゲージ式のロードセルやフォースバランスなどの荷重検出器から出力される計量信号には、計量系に起因する多種多様なノイズが含まれている。搬送系の荷重測定を行う場合には、例えば、ベルトコンベヤーを駆動するモーターや搬送ローラなどの回転系振動に起因するノイズや、商用電源などに起因する電気的なノイズなどが、定周期性の振動ノイズとして計量信号に重畳しているのが一般的である。また、構造物を含む計量系は当該構造物の固有振動数をもつ。この固有振動数を含む帯域の外部振動が計量系に作用したとき、その外部振動はその固有振動数付近で増幅され、振動ノイズとなって計量信号中に出現する。以下、定周期性の振動ノイズと固有振動数に起因する振動ノイズとを合わせて「定周期振動ノイズ」と呼ぶ。
【０００３】
近年、その定周期振動ノイズの除去のために、経年変化や周辺環境などの影響を受け難く、フィルタ特性を比較的容易に変更できるデジタル・フィルタが採用されており、デジタル・フィルタの中でも、特に安定性に優れた有限インパルス応答（ＦＩＲ）型フィルタが好まれて使用される。
【０００４】
また、従来は、計量信号から定周期振動ノイズを除去するため、その定周期振動ノイズに対応する周波数帯域において十分な減衰量を得られるローパスフィルタが採用されていた。この種のローパスフィルタを用いて、定周期振動ノイズを比較的短時間で減衰させる従来技術としては、特公昭６３−０５２６８４号公報記載の「定周期振動波除去方法」が知られている。この定周期振動波除去方法は、定周期振動ノイズの略整数周期分に相当するサンプリング数をタップ数とした移動平均フィルタを採用している。しかしながら、そのタップ数は、ノイズの周期（周波数）に応じて変動し得るため、その移動平均フィルタの遅れ時間が変動し得るという問題がある。また、定周期振動ノイズの整数周期分に相当するサンプリング数にタップ数が一致しない場合は、その不一致に相当する誤差が出現するという問題もある。
【０００５】
また、その定周期振動波除去方法では、周波数が相対的に高い電源ノイズや、それが相対的に低い機械振動ノイズのように、互いに周波数の異なる複数の定周期振動ノイズに対処するために、各ノイズに対応した移動平均フィルタを多段で用意しなければならない。１段のフィルタで複数のノイズ振動を減衰させるには、当該フィルタが、それらノイズ振動に対応した複数の阻止域（ノッチ）をもつ必要がある。
【０００６】
しかしながら、搬送計量系の場合であって、被計量物の搬送速度が可変であるがために、その搬送計量系を構成するモーターやローラの振動周波数が搬送速度に合わせて変化する場合では、定周期振動ノイズの周波数変動に対応するために複数段のフィルタを用意しなければならなかった。また、例えばモーターやローラに起因するノイズのようにその周波数が変動する場合と、電源周波数に起因するノイズのようにその周波数が殆ど不変の場合とにそれぞれ対応した複数種のフィルタ特性を用意する必要があるのが実状であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上の問題や実状などに鑑みて本発明が目的とするところは、定周期振動ノイズの周波数変動に対してフィルタ特性を追従して変更させ得て、周波数変動する定周期振動ノイズを高精度に減衰させ得るノイズ除去装置およびノイズ除去方法を提供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、被計量物の重量を検出して得た信号をデジタル化した計量信号に含まれる定周期振動ノイズを除去する重量測定用ノイズ除去装置であって、前記計量信号の周波数成分を複数のノッチで減衰させるフィルタリングを、可変のフィルタ係数を用いて実行する帯域通過フィルタと、前記フィルタ係数の系列を算出して前記帯域通過フィルタに供給する係数制御部と、を備え、前記帯域通過フィルタは、前記複数のノッチを含む周波数特性を有すると共に、当該帯域通過フィルタの伝達関数は、前記複数のノッチに対応する根をもつ複数の因子の積を含んで構成されており、前記係数制御部は、前記複数のノッチの中から指定されたノッチに対応する根を含む因子の当該根の周波数成分を変更する周波数変更手段と、前記帯域通過フィルタの伝達関数を構成する複数の因子の積を多項式に展開する展開手段と、前記多項式に基づいて前記フィルタ係数の系列を算出する係数算出手段と、を備えることを特徴としたものである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の重量測定用ノイズ除去装置であって、前記帯域通過フィルタは有限インパルス応答（ＦＩＲ）型のデジタル・フィルタである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の重量測定用ノイズ除去装置であって、前記周波数変更手段で変更される周波数成分の変化量を手動で入力せしめるデータ入力部を更に備えたものである。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の重量測定用ノイズ除去装置であって、前記計量信号の周波数特性を算出するフーリエ変換部と、前記周波数特性を解析して当該計量信号に含まれる定周期振動ノイズの周波数帯域の変化量を検出する変動検出部と、前記変動検出部で検出された当該変化量に基づいて前記周波数変更手段で変更される当該周波数成分の変化量を指定する制御部と、を更に備えたものである。
【００１２】
次に、請求項５に係る発明は、被計量物の重量を検出して得た信号をデジタル化した計量信号に含まれる定周期振動ノイズを除去する重量測定用ノイズ除去方法であって、（ａ）帯域通過フィルタ用のフィルタ係数の系列を算出する工程と、（ｂ）前記計量信号の周波数成分を複数のノッチで減衰させるフィルタリングを、前記フィルタ係数の系列をもつ帯域通過フィルタによって実行する工程と、を備え、前記帯域通過フィルタは、前記複数のノッチを含む周波数特性を有すると共に、当該帯域通過フィルタの伝達関数は、前記複数のノッチに対応する根をもつ複数の因子の積を含んで構成されており、前記工程（ａ）は、（ａ−１）前記複数のノッチの中から指定されたノッチに対応する根を含む因子の当該根の周波数成分を変更する工程と、（ａ−２）前記帯域通過フィルタの伝達関数を構成する複数の因子の積を多項式に展開する工程と、（ａ−３）前記多項式に基づいて前記フィルタ係数の系列を算出する工程と、を備える、ことを特徴としたものである。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の重量測定用ノイズ除去方法であって、前記帯域通過フィルタは有限インパルス応答（ＦＩＲ）型のデジタル・フィルタである。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項５または６記載の重量測定用ノイズ除去方法であって、（ｃ）前記工程（ａ−１）で変更される周波数成分の変化量を手動で入力せしめる工程、を更に備えたものである。
【００１５】
そして、請求項８に係る発明は、請求項５〜７の何れか１項に記載の重量測定用ノイズ除去方法であって、（ｅ）前記計量信号の周波数特性を算出するフーリエ変換工程と、（ｆ）前記周波数特性を解析して当該計量信号に含まれる定周期振動ノイズの周波数帯域の変化量を検出する工程と、（ｇ）前記工程（ｆ）で検出された当該変化量に基づいて前記工程（ａ−１）で変更される当該周波数成分の変化量を指定する工程と、を更に備えたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る重量測定用のノイズ除去装置１を示す機能ブロック図である。
【００１７】
このノイズ除去装置１は、計量装置３から出力された測定信号ｍｓを増幅するアンプ１０、アナログ・フィルタ１１、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）１２、デジタル・フィルタ１４、係数制御部１３およびデータ入力部１５を備えて構成されている。また、計量装置（ロードセル）３は、計量系２から受けた重量を測定して得た測定信号ｍｓをノイズ除去装置１に出力する。
【００１８】
前記アンプ１０は、計量装置３から入力した測定信号ｍｓを増幅して得た増幅信号ＭＳをアナログ・フィルタ１１に出力する。アナログ・フィルタ１１は、その増幅信号ＭＳから不要な高域成分を除去したアナログ信号Ａｓを出力する。Ａ／Ｄ変換器１２は、アナログ・フィルタ１１から入力するアナログ信号Ａｓに対して、所定のサンプリング周期でサンプリングし、所定の量子化ビット数で量子化したデジタル信号（以下、計量信号と呼ぶ。）Ｄ（ｎ）（ｎ：整数）をデジタル・フィルタ１４と係数制御部１３とにそれぞれ出力する。
【００１９】
図２は、その計量信号Ｄ（ｎ）をフィルタリングする有限インパルス応答（ＦＩＲ）型のデジタル・フィルタ１４を示す概略構成図である。
【００２０】
このデジタル・フィルタ１４は、係数制御部１３から供給されたフィルタ係数の系列｛ａi｝（ｉ＝０，１，２，…，Ｋ−１）を用いたフィルタリング機能を有する。デジタル・フィルタ１４は、Ｋタップ（Ｋ：２以上の整数）の帯域通過フィルタ（ローパスフィルタ）であり、入力する一連の計量信号Ｄ（ｎ）を１周期遅延させる遅延素子１７1，１７2，１７3，…，１７K-1と、係数乗算器１８0，１８1，…，１８K-1と、加算器１９とで構成されている。（Ｋ−１）個の遅延素子１７1〜１７K-1は、Ｄフリップ・フロップなどで構成され、（Ｋ−１）段で直列接続されている。これら遅延素子１７1〜１７K-1は、サンプリング周期Ｔでパルス（図示せず）が供給される度に、前段から入力する計量信号Ｄ（ｓ）（ｓ＝ｎ〜ｎ−Ｋ＋１）を取り込み保持して出力する。また、係数乗算器１８0〜１８K-1は、それぞれ、係数制御部１３から供給されたフィルタ係数ａ0〜ａK-1を用いて係数乗算処理を行う。各係数乗算器１８m（ｍ＝０〜Ｋ−１）は、入力信号Ｄ（ｎ−ｍ）にフィルタ係数ａmを乗算して加算器１９に出力する。そして、加算器１９は、係数乗算器１８0〜１８K-1から伝達した全ての信号を加算して得た積和信号Ｘ（ｎ）を出力する。
【００２１】
このデジタル・フィルタ１４のｚ変換形式の伝達関数Ｈ（ｚ）は次式（１）の通りである。
【００２２】
【数１】
前記デジタル・フィルタ１４は、複数のノッチ（阻止域）を含む周波数特性を有するノッチ・フィルタである。一般に、デジタル・フィルタの通過域の振幅特性は略一定になることが望ましく、そのノッチは等リップル特性をもつことが望ましい。等リップル特性をもつデジタル・フィルタの設計法としてはＲｅｍｅｚアルゴリズムが知られている。図３は、Ｒｅｍｅｚアルゴリズムによって設計されたデジタル・フィルタ１４の振幅特性を示すグラフである。ここで、同グラフの縦軸は信号の減衰量（ゲイン）を示し、その横軸は規格化周波数（ωＴ／π）を示している。その振幅特性は、次式（２）に示す伝達関数Ｈ（ｅj ω T）の絶対値｜Ｈ（ｅj ω T）｜に従って算出される。
【００２４】
【数２】
上式（２）中、ｊ2＝−１、ωは角周波数、Ｔはサンプリング周期を表している。
【００２６】
図３に示す通り、その振幅特性は、減衰量が大きい部分にノッチ１６，１６，…を形成する。デジタル・フィルタ１４の伝達関数Ｈ（ｚ）は、次式（３）に示すように各ノッチ１６，…の一部または全部に対応するゼロ点の複素根λ1，λ2，…，λM（Ｍ：根の数）を有している。ここで、「ゼロ点」とは、伝達関数Ｈ（ｚ）がゼロ値をとるときのｚ平面の点を意味しており、計量時の基準点を意味するものではない。
【００２７】
【数３】
また、前記伝達関数Ｈ（ｚ）は、複素根λ1，λ2，…，λMを含む因子（ｚ-1−λ1），（ｚ-1−λ2），…，（ｚ-1−λM）の積からなり、因数分解された形をもつ。図４は、上式（３）で表現される伝達関数Ｈ（ｚ）の複素根の配置を示すグラフである。同グラフの横軸は複素数ｚの実数部を示し、その縦軸は複素数ｚの虚数部を示している。また、全ての複素根λ1，λ2，…，λMが単位円２４上に配置されている。
【００２９】
尚、本実施の形態では、前記伝達関数Ｈ（ｚ）は、複数の因子（ｚ-1−λ1），（ｚ-1−λ2），…，（ｚ-1−λM）の積だけで構成されるが、本発明ではこれに限らず、その積を含むものであればよい。例えば、伝達関数Ｈ（ｚ）がその分母に極を含む形を有していてもよい。
【００３０】
前記複素根λk（ｋ＝１，２，…，Ｍ）は、極座標で表現されると、次式（４）のようになる。
【００３１】
【数４】
上式（４）中、ｒkは複素根λkの振幅（絶対値）、Re(λk)は複素根λkの実数部、Im(λk)は複素根λkの虚数部を表している。また、上式（４）中、θkは、図４に示すグラフの原点回りの角度を意味し、本実施の形態では、周波数成分ωとサンプリング周期Ｔとの積ω×Ｔに等しい。デジタル・フィルタ１４は、その積ω×Ｔを−π〜πの区画で規格化した規格化周波数（ω×Ｔ／π）の−１〜＋１の区画でゼロ点を有するが、図４に示すように、ゼロ点は、実軸２４Ｒに対して軸対称の位置に存在するため、図３に示すグラフでは、規格化周波数の０〜＋１の区画に限定した振幅特性が示されている。
【００３３】
従来、ノッチ１６に対応する周波数（以下、ノッチ周波数と呼ぶ。）を変える方法としては、デジタル・フィルタのタップ数を変更する方法、或いは、サンプリング周期Ｔを変更する方法の何れかが採用されていた。しかしながら、これら従来法では、周波数変動する定周期振動ノイズに対して実際上対応することが困難であった。また、サンプリング周期Ｔを変更する従来法を採用して、サンプリング周期Ｔを、定周期振動ノイズの変動に合わせて連続的に変化させることは現実的ではない。たとえサンプリング周期Ｔの連続的な変化が実現可能であるとしても、その変化によって、例えば商用電源に起因するノイズのように、周波数変動しないノイズに対応したノッチ周波数が一緒に変化してしまう。以下に説明するように、本発明では、複数のノッチ１６，１６，…の中から任意のノッチ１６を選択し、選択した当該ノッチ１６のみを変化させることが可能である。
【００３４】
図５は、図１に示した係数制御部１３の概略構成を示す機能ブロック図である。この係数制御部１３は、ノッチ選択部２０、周波数変更手段２１、展開手段２２および係数算出手段２３を備えて構成されている。周波数変更手段２１は、ノッチ選択部２０もしくはデータ入力部１５から、ノッチ１６とこのノッチ１６に対応するノッチ周波数の変化量δωとを指定される。周波数変更手段２１は、複数のノッチ１６，１６，…の中から指定されたノッチ１６に対応する複素根λkの周波数成分ωkを（ωk＋δω）に変更する。また、周波数変更手段２１は、変更後の周波数成分（ωk＋δω）を用いて、変更後の複素根λk’を生成して次段の展開手段２２に出力する。その変更後の複素根λk’は、次式（５）のようになる。
【００３５】
【数５】
次に、展開手段２２は、その変更後の複素根λk’を用いて再構成されるデジタル・フィルタ１４の伝達関数Ｈ（ｚ）を多項式に展開する。再構成された伝達関数Ｈ（ｚ）は次式（６Ａ）のようになり、この式（６Ａ）が多項式に展開されると次式（６Ｂ）のようになる。
【００３７】
【数６】
次に、係数算出手段２３は、前記展開手段２２から出力された上式（６Ｂ）の多項式の展開情報に基づいてフィルタ係数の新たな系列｛ａi’｝を得て出力する。従って、変更前のフィルタ係数の系列｛ａi｝から、新たな系列｛ａi’｝が生成され、デジタル・フィルタ１４に出力される。そして、デジタル・フィルタ１４においては、図２に示した係数乗算器１８0〜１８K-1は、係数制御部１３から伝達した更新後のフィルタ係数ａ0’〜ａK-1’を保持し、これらフィルタ係数ａ0’〜ａK-1’と入力信号Ｄ（ｎ）〜Ｄ（ｎ−Ｋ＋１）とを乗算して加算器１９に出力する。加算器１９は、係数乗算器１８0〜１８K-1から出力された全信号を加算し、上記定周期振動ノイズが除去された計量信号Ｘ（ｎ）を出力する。
【００３９】
このように上記ノイズ除去装置１によれば、周波数変動する定周期振動ノイズに対して、デジタル・フィルタ１４の複数のノッチ１６，１６，…の中から指定された任意のノッチ１６に対応する複素根の値を変化させて、当該ノッチ周波数をその定周期振動ノイズの変動に合わせて変更できる。従来法のように、サンプリング周期Ｔを変更したりタップ数を変更したりする必要が無いことから、デジタル・フィルタ１４の応答が速く、複数種類の定周期振動ノイズを効率良く且つ迅速に除去し得るノイズ除去装置１を実現できる。更に、一組のフィルタ係数の系列｛ａi｝から新たな系列｛ａi’｝を算出できるため、フィルタ係数を格納するメモリ容量が小さくて済むという利点もある。
【００４０】
また、上記ノイズ除去装置１は、周波数変更手段２１で変更される周波数成分ωの変化量δωを手動で入力せしめるデータ入力部（ユーザー・インターフェース）１５を備えている。このデータ入力部１５は、ユーザーのデータ入力によって指定された変更対象のノッチ１６とノッチ周波数の変化量δωとを周波数変更手段２１に供給する。これにより、ユーザーは、データ入力部１５を操作することで、定周期振動ノイズの変動に合わせてノッチ周波数を手動で変化させることが可能である。また、ユーザーは、ノッチ１６を指定し変化量δωを指定するだけで、フィルタ係数ａ0〜ａK-1を簡便且つ正確に微調整できる。
【００４１】
また、周波数変動するノッチ１６とそのノッチ周波数の変化量δωとが予測可能な場合には、計量系の状況に応じて変更対象となるノッチ１６や変化量δωなどを予約登録しておくのが望ましい。前記データ入力部１５は、その予約登録内容を保持し一覧で表示することできる。ユーザーは、一覧で表示された予約登録内容を確認して手動で選択することが可能である。
【００４２】
また、上記ノイズ除去装置１は、計量信号Ｄ（ｎ）に含まれる定周期振動ノイズの周波数帯域の変動に合わせてノッチ１６，１６，…を自動的に変化させ追従させる機能をもつ。この機能は、図５に示すノッチ選択部２０によって実現される。図６は、そのノッチ選択部２０の概略構成を示す機能ブロック図である。ノッチ選択部２０は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を実行するＦＦＴ演算器３０、変動検出部３１および制御部３４を備えて構成される。ＦＦＴ演算器３０は、Ａ／Ｄ変換器１２から入力する計量信号Ｄ（ｎ）に対してＦＦＴを実行し、その計量信号Ｄ（ｎ）の周波数特性ｄ（ｎ）を算出して変動検出部３１に出力する。
【００４３】
前記変動検出部３１は、その計量信号Ｄ（ｎ）に含まれる定周期振動ノイズを検出するノイズ検出手段３２と、単数または複数の定周期振動ノイズの周波数帯域の変化量を検出する変化量検出手段３３とで構成されている。
【００４４】
前記ノイズ検出手段３２は、ＦＦＴ演算器３０から入力する周波数特性ｄ（ｎ）を解析して計量信号Ｄ（ｎ）に含まれる定周期振動ノイズを検出し、定周期振動ノイズの中心周波数などの検出情報を変化量検出手段３３に供給する。図７に、その周波数特性ｄ（ｎ）のスペクトルの例を示す。実線で示したスペクトルのノイズ成分４０，４１，４２，４３，４４は、それぞれ、互いに異種の定周期振動ノイズの周波数成分を示すものである。これら定周期振動ノイズを除去するデジタル・フィルタ１４の振幅特性を図８に示す。図８に示すノッチ（阻止域）１６1，１６2，１６3，１６4，１６5は、それぞれ、図７に示すノイズ成分４０，４１，４２，４３，４４を減衰させる特性を示している。このデジタル・フィルタ１４の伝達関数Ｈ（ｚ）は、各ノッチ１６1〜１６5に対応したゼロ点（複素根）を有する。
【００４５】
前記変化量検出手段３３は、ノイズ検出手段３２から入力する検出情報に基づいて各定周期振動ノイズのスペクトル上の変化量を個別に検出し、検出した変化量を制御部３４に出力する。その変化量としては、各ノイズ成分のピークにおける中心周波数などが挙げられる。制御部３４は、前記変化量に基づいて周波数変更手段２１で変更される周波数成分ωkの変化量δωを決定し、それを次段の周波数変更手段２１に供給する。これにより、ノイズ成分の変動に合わせてノッチ１６，…を自動的に変化させることができる。
【００４６】
図７に示したスペクトルは搬送計量系から得たものであり、同図中、点線で示したスペクトルは、その搬送計量系の搬送速度を増した後のスペクトルを示している。その搬送速度の変更によってノイズ成分４１，４２の分布は高域へシフトし、ノイズ成分４１’，４２’へ変化している。その他のノイズ成分４０，４３，４４に変化は見られない。図８に示した点線は、本実施の形態に係るノイズ除去装置１によって、ノイズ成分４１，４２の変動に合わせてノッチ１６2，１６3を高域へシフトさせたときの振幅特性を示している。この図８に示すように、ノイズ除去装置１は、多数のノッチ１６1〜１６5の中からノッチ１６2，１６3を指定し、当該ノッチ１６2，１６3を指定した変化量だけシフトさせることが可能である。
【００４７】
以上に述べたように、本実施の形態に係るノイズ除去装置１では、計量信号Ｄ（ｎ）に含まれる複数種の定周期振動ノイズの周波数変動を監視しつつ、各周波数変動に合わせてフィルタ係数ａ0〜ａK-1を変化させ、デジタル・フィルタ１４のノッチ１６，１６，…を自動的に変化させてその周波数変動に追従させることができる。また、定周期振動ノイズの小さく速い変動に対しても高精度且つ迅速にノッチ１６，１６，…を追従させることが可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上の如く、本発明の請求項１に係るノイズ除去装置および請求項５に係るノイズ除去方法によれば、周波数変動する定周期振動ノイズに対し、帯域通過フィルタの複数のノッチのうち指定されたノッチに対応する根の値のみを変化させて、当該ノッチをその定周期振動ノイズの変動に追従させることができるため、定周期振動ノイズを高精度且つ迅速に除去することが可能である。更に、一組のフィルタ係数の系列から、定周期振動ノイズの変動に対応した新たな系列を算出できるため、フィルタ係数を格納するメモリ容量が小さくて済む。従って、定周期振動ノイズを効率良く除去し得るノイズ除去装置が実現可能である。
【００４９】
請求項２および請求項６によれば、ＦＩＲ型のデジタル・フィルタを用いることで動作安定性に優れた重量測定用ノイズ除去装置を実現できる。
【００５０】
請求項３および請求項７によれば、この重量測定用ノイズ除去装置のユーザーは、データ入力部を介して、定周期振動ノイズの変動に合わせて手動でノッチを変化させ追従させることが可能である。また、ユーザーは、ノッチを指定し周波数成分の変化量を指定するだけで、フィルタ係数を簡便且つ正確に微調整することができる。
【００５１】
請求項４および請求項８によれば、前記定周期振動ノイズの周波数帯域の変動を監視しつつ、その変動に合わせてフィルタ係数を変化させ、ノッチをノイズ変動に自動的に追従させられる。また、定周期振動ノイズの小さく速い変動に対しても高精度且つ迅速にフィルタのノッチを追従させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る重量測定用のノイズ除去装置を示す機能ブロック図である。
【図２】ＦＩＲ型のデジタル・フィルタを示す概略構成図である。
【図３】デジタル・フィルタの振幅特性を示すグラフである。
【図４】デジタル・フィルタの伝達関数Ｈ（ｚ）の複素根の配置を示すグラフである。
【図５】本実施の形態に係るノイズ除去装置を構成する係数制御部の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図６】本実施の形態に係るノイズ除去装置を構成するノッチ選択部の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図７】計量信号の周波数スペクトルの例を示すグラフである。
【図８】デジタル・フィルタの振幅特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ノイズ除去装置
２ 計量系
３ 計量装置
１０ アンプ
１１ アナログ・フィルタ
１２ Ａ／Ｄ変換器
１３ 係数制御部
１４ デジタル・フィルタ
１５ データ入力部
Claims (8)
- 被計量物の重量を検出して得た信号をデジタル化した計量信号に含まれる定周期振動ノイズを除去する重量測定用ノイズ除去装置であって、
前記計量信号の周波数成分を複数のノッチで減衰させるフィルタリングを、可変のフィルタ係数を用いて実行する帯域通過フィルタと、
前記フィルタ係数の系列を算出して前記帯域通過フィルタに供給する係数制御部と、を備え、
前記帯域通過フィルタは、前記複数のノッチを含む周波数特性を有すると共に、当該帯域通過フィルタの伝達関数は、前記複数のノッチに対応する根をもつ複数の因子の積を含んで構成されており、
前記係数制御部は、
前記複数のノッチの中から指定されたノッチに対応する根を含む因子の当該根の周波数成分を変更する周波数変更手段と、
前記帯域通過フィルタの伝達関数を構成する複数の因子の積を多項式に展開する展開手段と、
前記多項式に基づいて前記フィルタ係数の系列を算出する係数算出手段と、
を備える、ことを特徴とする重量測定用ノイズ除去装置。 - 請求項１記載の重量測定用ノイズ除去装置であって、前記帯域通過フィルタは有限インパルス応答（ＦＩＲ）型のデジタル・フィルタである、重量測定用ノイズ除去装置。
- 請求項１または２記載の重量測定用ノイズ除去装置であって、前記周波数変更手段で変更される周波数成分の変化量を手動で入力せしめるデータ入力部を更に備える重量測定用ノイズ除去装置。
- 請求項１〜３の何れか１項に記載の重量測定用ノイズ除去装置であって、
前記計量信号の周波数特性を算出するフーリエ変換部と、
前記周波数特性を解析して当該計量信号に含まれる定周期振動ノイズの周波数帯域の変化量を検出する変動検出部と、
前記変動検出部で検出された当該変化量に基づいて前記周波数変更手段で変更される当該周波数成分の変化量を指定する制御部と、
を更に備える重量測定用ノイズ除去装置。 - 被計量物の重量を検出して得た信号をデジタル化した計量信号に含まれる定周期振動ノイズを除去する重量測定用ノイズ除去方法であって、
（ａ）帯域通過フィルタ用のフィルタ係数の系列を算出する工程と、
（ｂ）前記計量信号の周波数成分を複数のノッチで減衰させるフィルタリングを、前記フィルタ係数の系列をもつ帯域通過フィルタによって実行する工程と、を備え、
前記帯域通過フィルタは、前記複数のノッチを含む周波数特性を有すると共に、当該帯域通過フィルタの伝達関数は、前記複数のノッチに対応する根をもつ複数の因子の積を含んで構成されており、
前記工程（ａ）は、
（ａ−１）前記複数のノッチの中から指定されたノッチに対応する根を含む因子の当該根の周波数成分を変更する工程と、
（ａ−２）前記帯域通過フィルタの伝達関数を構成する複数の因子の積を多項式に展開する工程と、
（ａ−３）前記多項式に基づいて前記フィルタ係数の系列を算出する工程と、を備える、ことを特徴とする重量測定用ノイズ除去方法。 - 請求項５記載の重量測定用ノイズ除去方法であって、前記帯域通過フィルタは有限インパルス応答（ＦＩＲ）型のデジタル・フィルタである、重量測定用ノイズ除去方法。
- 請求項５または６記載の重量測定用ノイズ除去方法であって、
（ｃ）前記工程（ａ−１）で変更される周波数成分の変化量を手動で入力せしめる工程、
を更に備える重量測定用ノイズ除去方法。 - 請求項５〜７の何れか１項に記載の重量測定用ノイズ除去方法であって、
（ｅ）前記計量信号の周波数特性を算出するフーリエ変換工程と、
（ｆ）前記周波数特性を解析して当該計量信号に含まれる定周期振動ノイズの周波数帯域の変化量を検出する工程と、
（ｇ）前記工程（ｆ）で検出された当該変化量に基づいて前記工程（ａ−１）で変更される当該周波数成分の変化量を指定する工程と、
を更に備える重量測定用ノイズ除去方法。
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