JP6439865B2 - センサ信号変換器及びセンサ信号変換方法 - Google Patents
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Description
このようなセンサ等で生じる誤差の補正に関する技術が特許文献1や2によって開示されている。
補正用アナログ回路を用いる場合、応答性の面では優れているが、各種の調整や補正機能をアナログ回路のみで構築すると、一般的に回路が大きく、また、複雑になり、コスト高となる問題がある。装置そのもののコストだけでなく、開発・設計の困難性やそれに基づく開発・設計期間の長期化等の原因にもなり得る。
デジタル回路にて補正処理をする場合、補正処理はソフト的に実現することができるため、回路自体は汎用の安価なデバイスを用いることが可能であるが、ソフト的処理である補正処理の処理時間に基づく遅延が生じ、応答性が悪くなるという問題がある。応答性を高くしようとすると、性能のよいデバイスを要することとなり、コスト高及び消費電力が大きくなるという問題がある。
センサから入力される信号に基づくアナログ信号を出力端子へ出力するアナログ信号線と、前記アナログ信号線から得られるアナログ信号をA/D変換するA/D変換部と、前記A/D変換部によって得られたデジタル信号に基づいて補正値算出処理を行うデジタル補正回路と、前記デジタル補正回路が算出した補正値をD/A変換するD/A変換部と、前記D/A変換部によって得られた補正値アナログ信号を前記アナログ信号に加算する補正値アナログ信号線と、を備えることを特徴とするセンサ信号変換器。
前記デジタル補正回路が、リニアライズ補正処理を行うことを特徴とする構成1に記載のセンサ信号変換器。
前記デジタル補正回路が、前記センサの近傍の温度を測定する温度検出部からの温度情報に基づき、センサの温度特性補正処理を行うことを特徴とする構成1又は構成2に記載のセンサ信号変換器。
回路部近傍の温度を測定する温度検出部を備え、当該温度検出部からの温度情報に基づき、前記デジタル補正回路が、回路部の温度特性補正処理を行うことを特徴とする構成1から構成3の何れかに記載のセンサ信号変換器。
前記デジタル補正回路が、ゼロ点補正処理又はフルスケール補正処理の少なくとも何れかを行い、前記補正値アナログ信号とは別系統で、前記アナログ信号にゼロ点補正値アナログ信号を加算する、又は、倍率変更することを特徴とする構成1から構成4の何れかに記載のセンサ信号変換器。
センサから入力される信号に基づくアナログ信号を出力端子へ出力し、前記センサからのアナログ信号をA/D変換することによって得られたデジタル信号に基づいてデジタル補正回路にて補正値算出処理を行い、前記算出された補正値デジタル信号をD/A変換することによって得られた補正値アナログ信号を前記アナログ信号に加算することを特徴とするセンサ信号変換方法。
前記デジタル補正回路が、リニアライズ補正処理を行うことを特徴とする構成6に記載のセンサ信号変換方法。
前記デジタル補正回路が、前記センサの近傍の温度を測定する温度検出部からの温度情報に基づき、センサの温度特性補正処理を行うことを特徴とする構成6又は構成7に記載のセンサ信号変換方法。
前記デジタル補正回路が、回路部近傍の温度を測定する温度検出部からの温度情報に基づき、回路部の温度特性補正処理を行うことを特徴とする構成6から構成8の何れかに記載のセンサ信号変換方法。
前記デジタル補正回路が、ゼロ点補正処理又はフルスケール補正処理の少なくとも何れかを行い、前記補正値アナログ信号とは別系統で、前記アナログ信号にゼロ点補正値アナログ信号を加算する、又は、倍率変更することを特徴とする構成6から構成9の何れかに記載のセンサ信号変換方法。
図1は、本発明に係る実施形態1のセンサ信号変換器を示すブロック図である。
センサ信号変換器1は、センサ素子から得られる信号を増幅・補正して出力するものであり、より具体的には、押出成形機において溶融樹脂等の圧力を計測する圧力センサからの信号を増幅・補正して出力するものである。
図1に示されるように、大まかには、センサ素子115から得られるアナログ信号を扱うアナログ回路11と、各種補正演算処理等を行うデジタル回路12と、回路部の温度を計測する回路部温度センサ(温度検出部)13と、出力端子14と、を備える。
なお、センサ部温度A/D変換値補正部123、回路部温度A/D変換値補正部124、リニアライズ補正部125、補正量算出処理部126によってデジタル補正回路が構成されるものであり、ブロック図としてはそれぞれハードとしての個別の回路が存在するような記載であるが、汎用のMCU(Micro Controller Unit)等にてソフト的に構成されるものである。ただし、一部若しくは全部がハード的に構成されるものであってもよい。
センサ素子115が測定対象(本実施形態では押出成形機における溶融樹脂等の圧力)をセンシングすることにより得られる信号は通常信号レベルが小さいので、これをセンサ信号変換回路113によって増幅する。なお、図1中に、各所の信号のイメージ図を付している。
増幅されたアナログ信号は、A/D変換部121へ入力されると共に、アナログ信号線111によって、アナログ出力生成部114を介して出力端子14へと出力される。即ち、センサ素子115からの信号に対して、センサ信号変換回路113における増幅やアナログ出力生成部114における出力調整(出力端子14に接続される指示計や制御器で取り込める電流や電圧に調整)をしただけのアナログ信号がベースとして出力端子14から出力される。
上記によって温度特性を補正された信号に対し、リニアライズ補正部125によって、入力(本実施形態では圧力)の変化に対するセンサ信号の変化に線形性が無い場合に、線形性を有するように変換する処理であるリニアライズ補正処理を行う。リニアライズ補正処理についても、補正処理自体は従来の各方式を利用することができる。
これらによって、温度補正及びリニアライズ補正が行われた補正後の信号と、補正前の信号(A/D変換部121によってA/D変換されただけの信号)と、の差分である補正量が補正量算出処理部126によって算出される。
補正量算出処理部126によって算出された補正値は、D/A変換部122によってD/A変換されて補正値アナログ信号として補正値アナログ信号線112へ出力され、アナログ信号線111に加算される。即ち、センサ信号変換回路113において増幅されたベースとなるアナログ信号に、補正値アナログ信号が加算されることで、信号の補正が行われる。
また、従来のごとくデジタル回路にて補正処理を行う場合、応答性を高くするためにはデジタル回路(MCU等)のクロック周波数を上げる必要があり、これに応じて消費電力も高くなってしまうものであるが、本実施形態のセンサ信号変換器1によれば、前述のごとく、センサ素子115から入力される信号に基づくアナログ信号自体には遅延は生じないため、応答性を高めるためにMCU等のクロック周波数を上げる必要は無い。従って、消費電力の少ないMCU等を用いることができ、高い応答性を有しつつ低消費電力とすることができる。
なお、入力が大きく変動した場合、即ちセンサ測定値が大きく変動した場合、デジタル回路12におけるソフト的な処理による遅延に基づき、出力に補正値が加算されるまでタイムラグが生じるが、入力の変動に追従してアナログ出力は変動している為、大きく出力値が異なる事はない。センサに対する入力が急峻に変動することはあり得、これに対する応答性は求められるが、一般的に、センサや回路が置かれている環境温度が急峻に変動することはそれほどなく、線形性の特性も急峻に変動することは無いと言えるため、温度補正やリニアライズ補正の補正値自体に高い応答性が求められることは稀と言える。従って、本実施形態のセンサ信号変換器1によれば、高い応答性を有しつつ、各種の補正を簡素な回路及び低コストにて問題無く実現できるものである。
図2は、本発明に係る実施形態2のセンサ信号変換器を示すブロック図である。
本実施形態のセンサ信号変換器2は、実施形態1と同様に、センサ素子から得られる信号を増幅・補正して出力するもの、具体的には押出成形機において溶融樹脂等の圧力を計測する圧力センサからの信号を増幅・補正して出力するものであり、実施形態1と同様の構成については同一の符号を使用し、ここでの説明を省略若しくは簡略化する。
なお、ゼロ点調整値算出処理部129と、フルスケール調整値算出処理部127もデジタル補正回路を構成するものであり、ブロック図としてはそれぞれハードとして個別に存在するような記載であるが、汎用のMCU(Micro Controller Unit)等にてソフト的に構成されるものである。ただし、一部若しくは全部がハード的に構成されるものであってもよい。
また、リニアライズ補正等の遅延が生じがちな補正値を算出するラインとは別系統としているため、ゼロ点調整やフルスケール調整を高速にて行うことができる。
11...アナログ回路
111...アナログ信号線
112...補正値アナログ信号線
115...センサ素子
116...センサ部温度センサ(温度検出部)
12...デジタル回路
121...A/D変換部
122...D/A変換部
123...センサ部温度A/D変換値補正部(デジタル補正回路)
124...回路部温度A/D変換値補正部(デジタル補正回路)
125...リニアライズ補正部(デジタル補正回路)
126...補正量算出処理部(デジタル補正回路)
13...回路部温度センサ(温度検出部)
14...出力端子
2...センサ信号変換器
127...フルスケール調整値算出処理部(デジタル補正回路)
128...D/A変換部
129...ゼロ点調整値算出処理部(デジタル補正回路)
Claims (8)
- センサから入力される信号に基づくアナログ信号を出力端子へ出力するアナログ信号線と、
前記アナログ信号線から得られるアナログ信号をA/D変換するA/D変換部と、
前記A/D変換部によって得られたデジタル信号に基づいて補正値算出処理を行うデジタル補正回路と、
前記デジタル補正回路が算出した補正値をD/A変換するD/A変換部と、
前記D/A変換部によって得られた補正値アナログ信号を前記アナログ信号に加算する補正値アナログ信号線と、
を備え、
前記デジタル補正回路が、ゼロ点補正処理を行うゼロ点調整値算出処理部と、フルスケール補正処理を行うフルスケール調整値算出処理部と、を備え、
前記ゼロ点調整値算出処理部は、前記アナログ信号線上の、前記補正値アナログ信号線による加算点よりも上流側から入力を受け、前記補正値アナログ信号とは別系統で、前記アナログ信号にゼロ点補正値アナログ信号を加算し、
前記フルスケール調整値算出処理部は、前記アナログ信号線上の、前記補正値アナログ信号線による加算点よりも下流側から入力を受け、前記補正値アナログ信号とは別系統で、前記アナログ信号の倍率変更をすることを特徴とするセンサ信号変換器。 - 前記デジタル補正回路が、リニアライズ補正処理を行うことを特徴とする請求項1に記載のセンサ信号変換器。
- 前記デジタル補正回路が、前記センサの近傍の温度を測定する温度検出部からの温度情報に基づき、センサの温度特性補正処理を行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のセンサ信号変換器。
- 回路部近傍の温度を測定する温度検出部を備え、当該温度検出部からの温度情報に基づき、前記デジタル補正回路が、回路部の温度特性補正処理を行うことを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載のセンサ信号変換器。
- センサから入力される信号に基づくアナログ信号を出力端子へ出力し、
前記センサからのアナログ信号をA/D変換することによって得られたデジタル信号に基づいてデジタル補正回路にて補正値算出処理を行い、
前記算出された補正値デジタル信号をD/A変換することによって得られた補正値アナログ信号を前記アナログ信号に加算し、
前記補正値アナログ信号を前記アナログ信号に加算する加算点よりも上流側からの入力に基づいてゼロ点補正処理を行い、前記補正値アナログ信号とは別系統で、前記アナログ信号にゼロ点補正値アナログ信号を加算し、
前記補正値アナログ信号を前記アナログ信号に加算する加算点よりも下流側からの入力に基づいてフルスケール補正処理を行い、前記補正値アナログ信号とは別系統で、前記アナログ信号の倍率変更をすることを特徴とするセンサ信号変換方法。 - 前記デジタル補正回路が、リニアライズ補正処理を行うことを特徴とする請求項5に記載のセンサ信号変換方法。
- 前記デジタル補正回路が、前記センサの近傍の温度を測定する温度検出部からの温度情報に基づき、センサの温度特性補正処理を行うことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のセンサ信号変換方法。
- 前記デジタル補正回路が、回路部近傍の温度を測定する温度検出部からの温度情報に基づき、回路部の温度特性補正処理を行うことを特徴とする請求項5から請求項7の何れかに記載のセンサ信号変換方法。
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