JPS58103097A - 信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は各種流量や濃度等の情報を監視する計測器か
ら出力される信号の処理装置に関する。

前述した計測器の出力信号は普通直流電圧や直流電流信
号として配憶装置、印字装置、監視装誼や制御装置等に
伝送されてくる。これら信号は上記装＃に入力されるが
、それは信号はすべて測定対象からの信号とは限らず、
伝送線路に生じた外乱による信号等が混在してくること
がある。このため、外乱等の信号により各種装置が誤動
作したりするおそれが多分にある。上記外乱としては例
えば第１に電源や他系統の信号等に影響されて生じる外
乱と第２に計測器の原理等に係わる外乱がある。

前記第１の外乱には例えば計測器の電源等から侵入する
高周波等がある。これによる外乱が生じると計測器の出
力信号が小刻みに変動する要因となる。次に、第２の外
乱には例えば、散乱光を利用した計測器等がある。散乱
光の光量ケ計測する際、計測器と被計測物との間に光が
入射したりすると、得られる計測値には被計測物からの
散乱光に加えて、外乱としての光χも含んだ値となる。

また、計測器と被計測物との間に、光ｗＭぎるような物
質が存在するような状況の下では、そのような物質が計
測器と被計測物との間に粉ｉｔこむたびに、散乱の仕方
が変化してしまう。このことは検出原理に光線を使用す
るために生じる外乱である。通常、計測器には増幅回路
が組込まれているので、場合によっては上記外乱のため
に出力信号が大きく変動するおそれがある。

上記のように外乱があると計測値に誤った値が生じるた
め、普通これら外乱に対しては捗々の対策が施されてい
る。例えば第１の外乱に対しては電源から侵入する高周
波欠除去するため、時定数を調節して応答ケ意識的に遅
らせて、安定化を図る回路ケ設げる手段がある。しかし
、時定数７あまり長くすると応答性が低下する欠点が生
じる。

また、第２の外乱に対しては、例えば計測器を使用する
環境条件を整備したり、使用条件ヶ限定する等乞して、
原理等に係わる外乱が生じないようにしている。しかし
、間欠的匠光線が入射したり、光線が辿ぎられたすする
ような状況がどうしてもできる場合には、原理的にこの
外乱ケ分離することは困難である。

このため、近年、第１．第２の外乱を除去するために、
外乱をデジタル的に処理する手段がなされている。まず
、第１０外乱忙対しては、一定時間間隔毎にサンプリン
グして得られるデジタル信号（以下サンプリングデータ
と称す）をメモリに記憶させ、現在時間までの一定サン
プリングデータ数について平均値を演算する手段がある
。またサンプリングデータが得られる毎にデータを更新
して行く、いわゆる移動平均値法が利用されることが多
い。この移動平均値法に式であられすと次のようになる
。デジタル信号のサンプリング間隔なｚｔ　、現在時間
欠ｔ、また、データ数９Ｎとす＋　ｚｔ　）　　　　　
　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・（１）ここ
に、；：サンプリングデータの平均値”ｔ−（Ｎ−□）
、Δ６・・・ｘだサンプリングデータ（１）式はまた。

ｘＹメモＩＪ　Ｋ記憶されるＮ番目のデータとすれば、
次式のようにもあられされる。

上記のようにして得られた平均値を用いると、外乱によ
る変動を除去することができ、計測器からの出力信号を
安定化できる。しかし、上記平均値手段により外乱を除
去すると平均値を演算する故に、時間的Ｋ（第１図に示
すようＫ）遅れろ欠点がある。すなわち、（１）式で得
られる平均値はｔ−（Ｎ−１）・Δを時間から現在時間
ｔまでの平均値であり、時間的には現在時間ｔよりＮ・
Δｔ／２　　時間前の値を示しているためである。第１
図は上記した移動平均値法において平均値を算出するた
めのデータ個数２５１１聞、１（）個とした場合のもの
で、図中、破線は５個の場合、実線は１０個の場合であ
る。

この第１図から明らかのように、データ個数７多くとる
程、データの時間的な遅れが生じる。このため、上述し
たよつ１（、移動平均値法を利用すると応答性がある程
度低下してしまう。

また、第２の外乱に対しては、サンプリングしたデータ
ｒ次式のような範囲を与えることで解決する手段がとら
れろ。もし、ｉ番目のデータが正常なデータで、あった
とき、（ｊ＋１）番目のデータが正常と判定する範囲は
次のようになる。

（１−α　）・Ｘ　　≦２　、　　　　≦　（１＋り　
）ｘ　、　　　　　　　　　　　・・・　・・・　・・
・　　（３）？、　　　　　ｊ＋１ ｚ、　Ａ≦２．＋、≦Ｚ７　＋Ａ　　　　　　　　−・
−−−＝　（４）このように、データの許容範囲ケ設定
することは、外乱により大六く変動するデータを除去す
るのに顕著な効果がある。しかし、このような手段では
計測対象量の変動と外乱による変動との区別ができない
欠点がある。例えば上記（３）　、　（４，）式で設定
した範囲ケ外れた計測対象量をあたかも、外乱であるか
のように見なし除外してしまうからである。また、瞬時
値を用いろ手段もあるが、その値自体が不安定なたぬ、
上記（’３．）　、’　（４）式のような範囲ケ設定す
る根拠が不具合である。

このため、この手段ケ改善するｒては、サンプリングデ
ータを上記（２）式で示した平均値法を用いて安定化さ
せる場合がある。すなわち、（３）、（４）式の代わり
匠、次式ケ用いろ。

（１−α）ｉ≦Ｚ７＋□≦（コ＋α）丁　　　　　　　
　　・・・　・・・　・・・　（５）、ｅ−Ａ≦”ｆｆ
ｉ＋１≦ｚ　＋Ａ　　　　　　　　・・・・・・・・・
（６）しかし、この（５）　、　（６）式も次のような
欠点がある。これは平均値ｚＹ算出することにより時間
的な遅れが生じることである。第１図により平均値を基
本にした範囲の設定では平均値算出のためのデータ個数
によって、設定の仕方が非常に難しい。

このため、平均値を用いる手段も困難となる。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、制御の
応答性の向上を図るとともに確実に外乱乞除去できる信
号処理装置を提供すること７目的とする。

以下図面を、参照してこの発明の一実施例ケ説明する。

第２図において、１ｏは図示しない計測器からのデータ
が入力される入力端で、この入力端１０に与えられたデ
ータはアナログ・デジタル変換器１１によりデジタルデ
ータＸ？ＬＫ変換される。このデジタルデータＸｎは入
力値平滑値比較部１２に入力される。この比較部１２は
後述する平滑値記憶部の出力ＹｔＬ−１ｌ！：＠記デー
タＸ？Ｉと乞比較し、その比較用カケ入力値係数乗算部
１３１Ｃ入力する。

この乗算部１３は係数αを入力データＸｆＬに乗算して
出力α・Ｘｎｗ得る。この出力α・Ｘｎは平滑値演算部
１’４に入力され、この演算部１４で演算されてその出
力に平滑値Ｙ％が得られる。この平滑値Ｙ％は記憶部１
６に入力される。この記憶部１５は平滑値Ｙｎが入力さ
れると、その平滑値ＹｔＬから１つ手前のｎ−１番目の
平滑値Ｙｎ−１ｙ出力するようになっている。この％−
１番目の平滑値Ｙ？！−１は平滑値係数乗算部１６［も
入力される。この乗算部１６でばｎ−１番目の平滑値Ｙ
ｔＬ−ＩＫ係数１−ａを乗算させ、その乗算出力コーα
・Ｙ？Ｌ−１と前記入力値係数乗算部１３の乗算出力σ
・Ｘｎとン加算させる。この加算出力は平滑値演算部１
４で演算される。演算された出力はデジタル・アナログ
変換器１７でアナログ・データに変換されて記録装置（
図示省略）等に入力される。入力値平滑値比較部１２で
は、アナログ会デジタル変換器１１からのデジタル化さ
れた信号と、平滑値記憶部１５に格納された平滑値演算
部し、間欠的に大きく変動する信号を次式のように除去
します。

新しく入力された（デジタル化された）信号ケＸ％＋１
とし、平滑値記憶部に記憶された平滑値ンＹｎとすれば
、入力値平滑値比較部１２で、（７）式又は（８）式 （１−Ａ　）　・Ｙｎ≦Ｘ？Ｌ＋１≦（１＋Ａ）　４Ｂ
　　・・・−（７）ＹｔＺ　　　Ａｊ　≦Ｘｎ　＋１　
　≦Ｙπ＋　Ａ′　　　　・・・・・・・・・　（８）
のように上下限の範囲を設定し、その範囲内にあるデー
タＸｔＬ＋１だけを次のステップの入力値乗算部１３へ
進める。

一方、（７）弐又は（８）式の範囲を外れた場合は、そ
のデータは大きく変動した外乱と見なし除外し、次のサ
ンプリングデータが１１７介して１２に入力される迄待
機する。尚、その間デジタル・アナログ変換器からの出
力信号はホールドする。

入力値係数乗算部１３へのデータＸｎ＋１は前述のよ５
Ｋ、（７）式又は（８）式により選択されたデータであ
る。このデータに対し応答性を犠牲にすることなく安定
化７図るため指数平滑処理ケ行うが、入力値係数乗算部
１３ではそのためにデー４ＸｔＬ＋ｌＫ係ａｃＬ′？：
乗算し、その結果得られたデータｃ−Ｘ％＋１乞平滑値
演算部１４へ出力する。

同時に、指数平滑処理を行うために、平滑値記憶部１５
に記憶されたデータＹｔＬＫ対して、平滑値係数乗算部
１６において、係数１−αを乗算し、その結果得られた
データｌ−α・Ｙｎ　ｗ平滑値演算部１４に出力・する
。

平滑値演算部１４ではこれら２つのデータに対して加算
処理ケ行う。すなわち、加算処理の結果得られるデータ
が、データＸ　外＋　１に対する新しい平滑データＹ、
、＋　１となる。これは次式で示される。

Ｙ？Ｌ＋１＝α・ＸｔＬ＋ｘ　＋　（１−α）Ｙｔ、・
・・・・・（９）但し、０〈α〈１ この平滑値ＹｔＬ＋１は本装置からの出力信号として、
デジタル・アナログ変換器を介して、アナログ信号に変
換される。

一方、この平滑値ＹｔＬ＋１は平滑値記憶部１５に記憶
するために、平滑値Ｙ％の代わりにデータ更新する。従
って、平滑値記憶部１６では常にただ一点の平滑値が記
憶される。

上記実施例による平滑値法を用いてデジタル信号と時間
との関係ケ示すと第３図の一点鎖線のようになる。第３
図において、線分ＳＤはサンプリングデータで、このデ
ータＳＤと平滑値法によって得られた値を比較するとほ
とんど遅れがないのに対して第１図に示した平均値法Ｃ
項数１０個）の場合（第３図の実線Ｍ）は大幅に遅れる
。これにより、この発明のものは連応性が高いことがわ
かる。また、サンプリングデータＳＤ＋ｙ対してもより
安定間の高いデータが得られることがわかる。

なお、第４図はサンプリングデータ５ＤＫＮして、平滑
値法における初期平均値項数に３個の場合（線分Ａ）と
１０個の場合（線分Ｂ）７示すものであるが、３個の場
合も１０個の場合もサンプリングデータＳＤからほとん
ど遅れることなく出力信号が得られる。このようにこの
実施例を用いれば、初期値を出すためにサンプリング値
の平均値を求めず初期設定信号のみ与えてもよいことに
なる。

以上述べたようにこの発明によれば、データを平滑値法
による構成を用いることＫより、計測器からの出力信号
の変動が激しい場合でも確実に各積装＃Ｌを誤動作させ
ることなく動作させることかでき、しかも応答特性を低
下させない。また、外乱が生じても、各種装置を外乱に
よって誤動作させることもなくかつ連応性が大きいから
制御特性も向上する。さらに構成が簡単で製作が容易と
なる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来使用されている移動平均値法における平均
値項数乞比較した特性図、第２図はこの発明の一実施例
〉示すブロック図、第３図は移動平均値法と平滑値法を
比較して示す特性図、第４図はこの発明による平滑値法
における初期平均値項数欠比較して示す特性図である。 １１・・・アナログ−デジタル変換器、１２・・・入力
値平滑値比較器、１３・・・入力値係数乗算部、１４・
・・平滑値演算部、１５・・・記憶部、１６・・・平滑
値係数乗算部、１７・・・デジタル・アナログ変換器。 代理人弁理士　志賀富士弥 手続補正書（自発） 昭和　５７　イＬ５　　１１４　　　１＋！ＦＹ、許庁
長官殿　　　ウ 一―−−−」 １、事件の表示 昭和５６年特許願第２０１８３９号 ２、発明の名称 信号処理装置 ３、補正をする者 事件との関係　　出願人 （８１０）株式会社　明　電　舎 ４、代理人〒１０４ 東京都中央区明石町１番２９号　（でηｈ会ビル電話０
３（５４５）２２５１（代表） 弁理士（６２１９）志賀富士弥 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）明細＠：第２頁第９行目に記載の「それは」全「
それら」と補正する。 （２）　　同書第１１頁第１Ｏ行目に記載の１・・・よ
うに除去し、ます。」を「・・・よう［１，、、で除去
する。」と補正する、 以　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）アナログ信号欠デジタル信号に変換する変換部と
   、この変換部の出力信号が入力され、この信号と平滑値
   が記憶された記憶部出力信号と比較する入力値平滑値比
   較部と、この比較部の出力信号に係数を乗算する入力値
   係数乗算部と、前記平滑値ヶ記憶した記憶部から出力さ
   れる平滑値火入力し、この値に係数に乗算する平滑値係
   数乗算部と、この乗算部の出力信号と前記入力値係数乗
   算部の出力信号とを加算させて平滑値演算部に入力させ
   て演算させ、その演算結果を記憶部に平滑値として記憶
   させ、同時に演算結果を出力信号として供給されるデジ
   タル・アナログ変換部とを備えた信号処理装置。