JPH034178A - 高周波アナログ信号の周波数測定装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は高周波アナログ信号の周波数測定装置に係り、
特に、そのアナログ信号が所定の時間間隔で断続的に供
給される場合の測定装置に関するものである。

従来の技術とその課題 アナログ信号の周波数を測定する場合、そのアナログ信
号をパルス信号に変換した後、予め定められた一定時間
内に発生するパルス数をカウンタ等によって計数するこ
とにより、その周波数を測定するようにしているのが普
通である。

一方、圧延ロールの温度や自動車のタイヤの空気圧等の
回転体の物理量を測定する一手段として、その物理量に
応じて共振周波数が変化する共振回路を回転体に設ける
とともに、その回転体の回転に伴って所定の時間間隔で
断続的に磁気結合する受信回路を固定側に設けて、前記
共振回路の共振周波数で振動する共振信号を受信回路で
受信し、その共振信号の周波数から物理量を測定するこ
とが考えられている。このような場合には、共振回路と
受信回路とが磁気結合する比較的短い時間で、周波数測
定を行うのに充分な共振信号を受信する必要があるとこ
ろから、回転体の回転速度によっては例えば周波数が数
百ｋ）Ｉｚ（周期：数μ秒）程度の高周波の共振信号が
発生するように共振回路を構成しなければならないこと
がある。

ところが、このように断続的に供給される高周波のアナ
ログ信号の周波数を上記のようにカウンタで計数しよう
とすると、複雑な有効信号弁別装置や高速度の信号処理
装置が必要となり、装置が高価になるという問題があっ
た。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その
目的とするところは、断続的に供給される高周波アナロ
グ信号の周波数を比較的ゆっくりした信号処理速度で測
定できる安価な装置を提供することにある。

課題を解決するための手段 かかる目的を達成するために、本発明は、所定の時間間
隔で断続的に供給される一連の高周波アナログ信号の周
波数を測定する装置であって、（ａ）前記高周波アナロ
グ信号をその高周波アナログ信号の周波数と同じかそれ
以下の周波数の矩形のパルス信号に変換するパルス変換
器と、（ロ）前記パルス信号を、前記高周波アナログ信
号の周波数よりも高い予め定められた一定の周波数のシ
フト信号に同期して、そのパルス信号の有無に対応する
２つの値から成る一連のビット信号として記憶するシフ
トレジスタと、（Ｃ）前記高周波アナログ信号の供給休
止期間において、前記シフトレジスタに記憶された前記
ビット信号を読み出すとともに、そのビット信号の同じ
値が連続する個数を計数する信号処理手段とを有するこ
とを特徴とする。

作用 このような周波数測定装置においては、周波数を測定す
べき高周波アナログ信号は先ずパルス変換器によってそ
の周波数と同じかそれ以下の周波数のパルス信号に変換
され、そのパルス信号は予め定められた一定の周波数の
シフト信号に同期してシフトレジスタに順次記憶される
。シフトレジスタには、パルス信号の有無に対応する２
つの値から成るビット信号が記憶されるが、シフト信号
の周波数は高周波アナログ信号の周波数よりも高いため
、上記ビット信号の２つの値はパルス信号のパルス幅お
よび間隔に対応してそれぞれ同じ数だけ連続して記憶さ
れる。この同し値が連続する個数ｎは、シフト信号の周
波数をｆｃ、パルス信号の周波数を（ｐとすると、’ｃ
／２ｆｐとなり、例えば周波数ｒ、が高周波アナログ信
号の周波数ｒの１／２の場合には、個数ｎはｆ　ｃ　／
　ｆとなる。

そして、このようにシフトレジスタに記憶されたビット
信号は、高周波アナログ信号の供給休止期間に信号処理
手段によって読み出され、上記個数ｎが計数される。こ
の個数ｎは上記のようにｒ。

／２ｆ、であるため、ｆ　ｃ　／　２　ｎを算出するこ
とによってパルス信号の周波数ｆｐが求められ、前記パ
ルス変換器による周波数ｒＰと周波数【との関係から、
高周波アナログ信号の周波数ｆが求められる０例えば、
上記のように周波数ｆＰが周波数ｆの１／２の場合には
、ｆｃ／ｎが周波数ｆとなる。

なお、以上の説明から明らかなように、個数ｎは周波数
ｒの周期１／ｆに対応するため、この個数ｎに基づいて
その後の信号処理等を行うことも可能であり、必ずしも
周波数ｆそのものを求める必要はない。

発明の効果 このように、本発明では高周波アナログ信号と一定の関
係を有するパルス信号を−Ｈシフトレジスタに記憶させ
、高周波アナログ信号の供給休止期間にシフトレジスタ
からその記憶内容を表すビット信号を読み出して個数ｎ
を計数するようになっているため、必ずしも高速度の信
号処理が要求されず、信号処理速度が比較的遅い安価な
信号処理手段を用いて高周波アナログ信号の周波数を測
定することができるようになるのである。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

先ず、第１図は本実施例の周波数測定装置を備えた回転
体の物理量測定装置の構成を説明する図で、第２図は第
１図における各部の信号を示すタイムチャートである。

かかる第１図において、１０は圧延ローラや自動車のタ
イヤ等の回転体であり、その回転体１０には共振回路１
２が設けられている。共振回路１２は、回転体１０の回
転方向に沿って配置された第１コイル１４と、互いに並
列に設けられた一対のコンデンサ１６．１８とを備えて
おり、コンデンサ１８にはセンサ２０が直列に接続され
ている。センサ２０は、測定すべき物理量に応じて抵抗
が変化するもので、本実施例では予め定められた一定の
温度や圧力を境として抵抗値が略零の状態から急激に変
化するＰＴＣ素子（正特性サーミスタ）や圧力スイッチ
等が用いられている。

このような共振回路１２において、コンデンサ１６．１
８の静電容量をそれぞれＣＩ、Ｃ２とすると、センサ２
０の抵抗値が略零の時には共振回路１２の静電容量Ｃは
略（Ｃ，＋Ｃｚ）であり、センサ２０の抵抗値が大きく
てコンデンサ１８に殆ど電圧が印加されない時には静電
容量Ｃは略Ｃ１となる。また、かかる共振回路１２の共
振周波数ｒは、第１コイル１４のインダクタンスをＬと
すると次式（１）によって表され、静電容１ｃが変化す
ると共振周波数ｆも変化させられる。例えば上記静電容
ＩＣ１，Ｃ２をそれぞれ１０００ｐＦ、３３００ｐＦ、
インダクタンスＬを３３０μＨとすると、センサ２０の
抵抗値が略零の時の共振周波数ｆは約１３３．６　ｋ　
Ｈｚであるのに対し、センサ２０の抵抗値が大きい時の
共振周波数ｆは約２７７、１　ｋ　Ｈｚとなるのである
。

ｆ＝　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）２πＪ
「σ 一方、かかる回転体１０の近傍には受信回路２２が設け
られている。この受信回路２２は、回転体１０の回転に
伴って前記共振回路１２の第１コイル１４と断続的に磁
気結合させられる位置固定の第２コイル２４を備えてお
り、この第２コイル２４には発振器２６から励振パルス
ＤＰが供給されるようになっている。励振パルスＤＰは
、予め定められた一定の周期で発生させられるようにな
っており、第１コイル１４と第２コイル２４とが６ｎｎ
粘結されている状態でこの励振パルスＤＰが第２コイル
２４に供給されることにより、その励振パルスＤＰは第
２コイル２４から第１コイル１４に送られる。そして、
かかる励振パルスＤＰが第１コイル１４に供給されると
、前記共振回路１２は前記共振周波数ｆで共振させられ
、その共振周波数ｆで振動する共振信号ＳＳが第２コイ
ル２４によって受信される。この共振信号ＳＳは高周波
アナログ信号に相当する。

ここで、上記第１コイル１４および第２コイル２４は、
前記励振パルスＤＰの発生周期の２倍以上の時間だけ磁
気結合されるように、回転体ＩＯの最高回転速度に応じ
てその長さが定められている。これにより、例えば第２
図に示されているように１つの励振パルスＤＰ、の発生
後に第１コイル１４と第２コイル２４とが磁気結合させ
られた場合でも、受信回路２２には少なくとも次の励振
パルスＤ　Ｐ　２に関連して発生する一連の共振信号Ｓ
Ｓが受信され得ることとなる。

そして、上記共振信号ＳＳは、波形整形器３０において
増幅されるとともに前記周波数ｆと同じ周波数のパルス
信号ＳＰに変換され、アンド回路３２および単安定マル
チバイブレータ３４に供給される。ア、ンド回路３２に
は、マイクロコンピュータ２８から前記励振パルスＤＰ
に同期して予め定められた一定時間だけゲート信号ＳＧ
Ｉが供給されるようになっており、前記パルス信号ＳＰ
はそのゲート信号ＳＧＩが供給されている間だけマイク
ロコンピュータ２日に採り入れられる。マイクロコンピ
ュータ２８には、前記発振器２６から励振パルスＤＰが
供給されるようになっており、上記ゲート信号ＳＧＩは
、前記共振信号ＳＳが比較的安定して受信される例えば
励振パルスＤＰの発生間隔の中央部分で出力される。上
記パルス信号ＳＰがマイクロコンピュータ２８に供給さ
れることにより、第２コイル２４に対して第１コイル１
４が磁気的結合位置に位置させられ、受信回路２２によ
り有効な共振信号ＳＳが受信されていることが検知され
る。

また、波形整形器３“０から前記単安定マルチバイブレ
ーク３４に供給されたパルス信号ＳＰは、その単安定マ
ルチバイブレータ３４およびフリップフロップ回路３６
により周波数が１／２のパルス信号ＳＰＰに変換された
後シフトレジスタ３８に供給される。このシフトレジス
タ３８は、クロック信号発生器Ａ４０から出力されるク
ロック信号ＳＣＡがアンド回路４２およびオア回路４４
を経て供給されることにより、そのクロック信号ＳＣＡ
に同期してパルス信号ＳＰＰを順次ビット信号ＳＢとし
て記憶する。上記クロック信号ＳＣＡはシフト信号に相
当するもので、前記共振信号ＳＳの周波数ｆよりも高い
周波数、例えばＩＭＨｚ程度の周波数で出力されるよう
になっており、マイクロコンピュータ２８から書込み信
号ＳＧ２がアンド回路４２に供給されている間だけシフ
トレジスタ３８に供給される。書込み信号ＳＧ２は、パ
ルス信号ＳＰＰがビット信号ＳＢとしてシフトレジスタ
３８に記憶された後、周波数計算のためにマイクロコン
ピュータ２８によるシフトレジスタ３８よりのビット信
号ＳＢの読込み動作が完了するまでの間だけ、前記アン
ド回路３２からパルス信号ＳＰが供給されることに基づ
いて一時的にその出力が停止される。なお、上記波形整
形器３０、単安定マルチパイプレーク３４．およびフリ
ップフロップ回路３６は、高周波アナログ信号である共
振信号ＳＳをパルス信号ＳＰＰに変換するパルス変換器
に相当する。

上記ビット信号ＳＢは、パルス信号ＳＰＰの有無に対応
する２つの値「ｌ」および「０」から成り、第３図に示
されているように、パルス信号ＳＰＰのパルス幅および
間隔に対応して「１」および「０」がそれぞれ略同じ数
だけ連続する状態でシフトレジスタ３８に記憶される。

パルス信号ＳＰＰの周波数はパルス信号ＳＰや共振信号
ＳＳの周波数ｆの１７２であるため、上記ビット信号Ｓ
Ｂの値ｒｌＪまたは「０」が連続する一連の個数ｎは、
パルス信号ＳＰや共振信号ＳＳの周期１／ｆに対応し、
前記クロック信号ＳＣＡの周波数をｆｃとすると次式（
２）で表される。したがって、前述したように周波数ｆ
、がＩＭＨ２で周波数ｆが１３３．６ｋＨｚの場合には
個数ｎは約７．５となり、ビット信号ＳＢの値「ｌ」ま
たはｒＱＪは７若しくは８個ずつ連続する。また、周波
数ｆ、がＩＭＨｚで周波数ｆが２７７．１ｋＨｚの場合
には個数ｎは約３．６となり、ビット信号ＳＢの値ｒｌ
Ｊまたは「０」は３若しくは４個ずつ連続する。

ｎ＝ｆｃ／ｆ　　　　　　　　　　　・・・（２）前記
シフトレジスタ３８にはまた、前記マイクロコンピュー
タ２８からアンド回路４６に読出し信号ＳＧ３が供給さ
れることにより、前記クロック信号ＳＣＡよりも周波数
が低いクロック信号ＳＣＢがクロック信号発生器Ｂ４１
から供給されるようになっており、これにより、シフト
レジスタ３８に記憶された前記ビット信号ＳＢがクロッ
ク信号ＳＣＢに同期して順次マイクロコンピュータ２８
に読み込まれる。クロック信号ＳＣＢの周波数はマイク
ロコンピュータ２８の性能に応じて例えば１ｋＨｚ程度
に定められ、ＩＭＨｚ程度の高周波数のクロック信号Ｓ
ＣＡに従って高速度でシフトレジスタ３８に記憶された
ビット信号ＳＢは、１ｋＨｚ程度の周波数のクロック信
号ＳＣＢに従って比較的低速でマイクロコンピュータ２
８に読み込まれる。なお、このクロック信号ＳＣＢはマ
イクロコンピュータ２８にも供給されるようになってい
る。

上記マイクロコンピュータ２８は、ＣＰＬＪ、　　ＲＡ
Ｍ、およびＲＯＭを備えて構成されており、ＲＡＭの一
時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログ
ラムに従って信号処理を行い、前記回転体１０の物理量
すなわち温度や圧力等がセンサ２０の特性によって予め
定められる一定値よりも高いか低いかを判定し、その判
定結果を表示器４８に表示させる。以下、このマイクロ
コンピュータ２８による一連の信号処理を、第４図のフ
ローチャートを参照しつつ説明する。

先ず、ステップＳｌにおいては、発振器２６から供給さ
れる励振パルスＤＰに同期してゲート信号ＳＧｌがアン
ド回路３２に出力されることによりパルス信号ＳＰが供
給されたか否かが判断される。このパルス信号ＳＰは、
前記回転体ｌＯの回転中に第１コイル１４と第２コイル
２４とが磁気結合した状態において励振パルスＤＰが第
１コイル１４に送られることに関連して共振回路１２が
共振させられ、共振信号ＳＳが受信回路２２に受信され
ることによって供給されるため、例えば、前記第２図に
おいて励振パルスＤＰ、の発生後に第１コイル１４と第
２コイル２４とが磁気結合させられた場合には、次の励
振パルスＤＰ！に同期してゲート信号ＳＧＩが出力され
ることによりパルス信号ＳＰが供給される。

パルス信号ＳＰが供給されると、次にステップＳ２が実
行され、アンド回路４２に出力されていた書込み信号Ｓ
Ｇ２が、パルス信号ＳＰが供給された後の励振パルスＤ
Ｐ、の発生直前に停止される。これにより、シフトレジ
スタ３８による記憶が停止させられるが、そのシフトレ
ジスタ３８には、前記励振パルスＤＰ、に関連して発生
させられた一連の共振信号ＳＳに関するパルス信号ＳＰ
Ｐがビット信号ＳＢとして記憶されている。

その後、ステップＳ３が実行されて読出し信号ＳＧ３が
出力され、上記シフトレジスタ３８に記憶されたビット
信号ＳＢが順次読み込まれるとともに、ステップＳ４に
おいてそのビット信号ＳＢの値ｒｌＪおよびｒＱＪが連
続する一連の個数ｎが計数され、そのｎの平均値Ｎが算
出される。そして、次のステップＳ５では、この平均値
Ｎと前記クロック信号ＳＣの周波数ｆ、とから、前記（
２）式に基づいて得られる次式（３）に従って共振信号
ＳＳの周波数ｆが算出される。

ｆ　＝　ｆ　ｃ　／　Ｎ　　　　　　　　　　　・・・
（３）ここで、上記周波数ｆの算出精度を高める上で、
より多くの個数ｎに関するデータを読み込むことが望ま
しく、本実施例では励振パルスＤＰの発生周期が、回転
体ｌＯの回転速度や周波数ｆ等を考慮して６０μ秒程度
に設定されている。これにより、例えば共振信号ＳＳの
周波数ｆが前述したように約１３３．６ｋＨｚ　　（周
期：約７．５μ秒）の場合には、個数ｎに関するデータ
が８つ程度得られる一方、周波数ｆが約２７７．１ｋＨ
ｚ（周期：約３．６μ秒）の場合には、個数ｎに関する
データが１６程度得られ、より正確な周波数ｆが算出さ
れるのである。また、共振回路１２のコンデンサ１６．
１８の静電容量Ｃ２，Ｃｔや第１コイル１４のインダク
タンスしは、第１コイル１４と第２コイル２４とが磁気
結合する期間内に周波数測定を行うのに充分な共振信号
ＳＳが受信回路２２によって受信されるように、回転体
１０の回転速度等を考慮して共振周波数ｆが前述したよ
うに数百ｋＨｚ程度となるように定められているのであ
る。

なお、上記個数ｎは共振回路１２の共振周波数ｆから予
め予想されるため、平均値Ｎを算出する際には、予想さ
れる個数ｎと大きく異なるものについては除去するよう
になっている。

このようにして周波数ｆが算出されると、次にステップ
Ｓ６が実行され、その算出した周波数ｆが予め設定され
た周波数１０よりも大きいか否かが判断される。この周
波数ｆ０は、前記センサ２０によって変化する共振回路
１２の周波数ｆに基づいて定められ、例えば周波数ｆが
前述したように１３３．６ｋＨｚまたは２７７．１ｋＨ
ｚになる場合には、その中間の２００ｋＨｚ程度に設定
される。これにより、センサ２０の抵抗値が急激に変化
する物理量の値よりも測定時の物理量が大きいか否か、
換言すれば圧延ロールの温度やタイヤの空気圧が予め定
められた値よりも高いか否か等が判別され、その旨がス
テップＳ７またはＳ８において表示器４日に表示される
。

なお、上記ステップ３３以下は、回転体ｌＯが１回転し
て再び第１コイル１４と第２コイル２４とが磁気結合さ
せられるまでの間に実行されれば良い０本実施例ではマ
イクロコンピュータ２８による一連の信号処理のうち、
上記ステップＳ３およびＳ４を実行する部分が信号処理
手段に相当する。

ここで、本実施例の測定装宜においては、共振信号ＳＳ
に関するデータを一旦シフトレジスタ３８に記憶させ、
回転体ＩＯが１回転する間にそのデータをマイクロコン
ピュータ２８に読み込んで信号処理し、周波数ｒを算出
するようになっているため、マイクロコンピュータ２８
の機能として必ずしも高い高速性能が要求されず、装置
が安価に構成され得るのである。すなわち、回転体ｌＯ
の物理量に関するデータを有する共振信号ＳＳは、回転
体１０の回転に伴って所定の時間間隔で断続的に供給さ
れるため、その共振信号ＳＳが得られない時に信号処理
を行うことにより、物理量の測定に何等影響を与えるこ
となく比較的ゆっくりした信号処理速度で信号処理でき
るようになったのである。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明し
たが、本発明は他の態様で実施することもできる。

例えば、前記実施例では共振信号ＳＳの周波数ｆの１／
２の周波数のパルス信号ＳＰＰがシフトレジスタ３８に
供給されるようになっているが、周波数ｆと同じ周波数
のパルス信号ＳＰをシフトレジスタ３８に供給するよう
にしても差支えなく、或いは周波数ｆの１／４の周波数
のパルス信号等を供給するようにすることも可能である
。

また、前記実施例ではシフトレジスタ３８の書込みおよ
び読出しが別々のクロック信号ＳＣＡおよびＳＣＢに基
づいて行われるようになっているが、マイクロコンピュ
ータ２日によるビット信号ＳＢの読込み速度が間に合え
ばクロック信号ＳＣＡだけでも良い。

また、前記実施例では励振パルスＤＰやクロック信号Ｓ
ＣＢが発振器２６．クロック信号発生器Ｂ４１から得ら
れるようになっているが、それ等の信号ＤＰ、ＳＣＢを
マイクロコンピュータ２８内のプログラムにより発生さ
せるようにしても差支えない。

また、前記実施例ではビット信号ＳＢの同じ値が連続す
る個数ｎの平均値Ｎから周波数ｒを算出し、その周波数
ｒを周波数１０と比較するようになっているが、平均値
Ｎは前記（２）式から明らかなように共振信号ＳＳの周
期に対応するものであるため、その平均値Ｎと予め定め
られた個数Ｎ０とを比較して物理量の大きさを判別する
こともできる。

また、前記実施例では複数の個数ｎの平均値Ｎを算出す
るようになっているが、ｒｌ、または「ＯＪが連続する
何れか１つの個数ｎのみから周波数ｆを求めるようにす
ることもできる。

また、前記実施例では物理量が予め定められた一定値を
超えて変化した時に抵抗値が急激に変化するセンサ２０
が用いられているが、物理量の変化に対応して抵抗値が
連続的に変化する抵抗体を用いて共振回路１２の共振周
波数ｆを連続的に変化させ、物理量を極め細かく測定す
るようにしたり、複数のセンサを用いて共振周波数ｆを
多段階で変化させるようにしたりすることもできる。

また、温度や圧力等によって静電容量が変化するセンサ
を、前記コンデンサ１８およびセンサ２０の替わりに、
或いはコンデンサ１６．１８およびセンサ２０の替わり
に設けることも可能である。

また、前記実施例では回転体１０の物理量を共振回路１
２の共振周波数ｆに基づいて測定する装置に本発明が適
用された場合について説明したが、所定の時間間隔で供
給される高周波アナログ信号の周波数を測定する他の装
置にも本発明は同様に適用され得る。高周波アナログ信
号の周波数についても必ずしも数百ｋＨｚ程度に限定さ
れるものではない。

その他−々例示はしないが、本発明は当業者の知識に基
づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である周波数測定装置を備え
た物理量測定装置の構成を説明する図である。第２図は
第１図における各部の信号を示すタイムチャートである
。第３図は第１図の装置におけるシフトレジスタの記憶
内容の一例を説明する図である。第４図は第１図の装置
の作動を説明するフローチャートである。 ２８：マイクロコンピュータ（信号処理手段）３８：シ
フトレジスタ ＳＳ：共振信号（高周波アナログ信号）ＳＰＰ　：パル
ス信号 ＳＣＡ：クロック信号（シフト信号） ＳＢ二ビット信号

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定の時間間隔で断続的に供給される一連の高周波アナ
   ログ信号の周波数を測定する装置であって、 前記高周波アナログ信号を該高周波アナログ信号の周波
   数と同じかそれ以下の周波数の矩形のパルス信号に変換
   するパルス変換器と、 前記パルス信号を、前記高周波アナログ信号の周波数よ
   りも高い予め定められた一定の周波数のシフト信号に同
   期して、該パルス信号の有無に対応する２つの値から成
   る一連のビット信号として記憶するシフトレジスタと、 前記高周波アナログ信号の供給休止期間において、前記
   シフトレジスタに記憶された前記ビット信号を読み出す
   とともに、該ビット信号の同じ値が連続する個数を計数
   する信号処理手段と を有することを特徴とする高周波アナログ信号の周波数
   測定装置。