JPH0387667A - 特性線変換回路 - 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） 本発明は特性線変換回路に関し、特に各種物理量を電は
気量に変換するセンサーの入出力物性線を所定の特性線
に変換する特性線変換回路に関する。

（従来の技術） 例えば、温度、気圧、濃度等のような物理量を電磁気量
に変換して出力するセンサーは近年各種のものが開発、
利用されている。

−ａに、この種センサーの入出力関係は、その梢造、特
性上に起因してそれぞれ様々な特性線となっている。そ
こで、センサー出力を用いて処理および測定に利用する
場合にはこの入出力関係の特性線を補償するために、特
別の処理を施したり、格別の目盛りや較正曲線を利用せ
ざるを得ない場合が多い。

第９図には代表的センサー特性が示されて丸４る。

入力（始点から終点まで）と出力（始点から終点家で）
との関係は図に示す如く非直線特性となっており、従来
、この非直線特性を補償し、て直線特性等の所定の特性
線を何らかの処理を施して得ている。このような直線特
性等の所定の特性線の人出力関係を得るためには、第６
図に示すよ）に、センサー１１の出力を変換回路１２で
所定の変換処理を施して出力Ｋｘを得る回路を用いれば
よい。

第９図に示すセンサー特性において、入力の始点と出力
の始点とを回路のオフセラＬ量を適当に調節することに
より、第１０図に示すように各始点位置をＸ＋’ｌ座標
の原点に移動させることは簡単にできる。第１０図に示
す形で入力を考え、出力を利用することは種々便利であ
るので、この形での利用が多い、特に、これらオフセッ
ト量が必要であるときには、出力にオフセット量を加え
てやればよい。

第７図には、センサー出力ｙに対する補償後の出力Ｋｘ
を予め測定等により得ておいて、ｙとＫｘの関係として
記憶回路１３に記憶しておき、センサー出力ｙを入力ア
ドレスとして対応する出力に、　ｘを読み出し、出力す
る回路がン’ｌ＜されている。

第１０図に示すセンサーの入出力関係の非直線状の特性
線を直線状の特性線に変換する場合について述べる。第
４図において、入力Ｘに対するセンサー特性における出
力ｙと、直線補償出力線上の点１）の出力ｙ、ヒの差ｙ
、（＝ｙ、　−ｙ）が予め得られれば、センサー出力ｙ
に各人力凡に対する補償値ｙｃを加算することにより直
線特性が得られることになる４図において、入力の終点
をＸｏ、出力の終点をｙ、とじている。

こうして得らｈたセンサー出力ｙの原点がら終点ｙ、ま
での各出力ｙを横軸として、各出力ｙ毎の補償量ｙつの
関係を示したのが第１１図である。

即ち、第１１図は、第１０図のセンサー特性曲線より、
センサー出力ｙ時、入出力関係を直線特性とするために
ｙに加えるべき補Ｉｔｌ量ｙ０との関係を示している。

したがって、第８図に示す如く、ｙ００記載路１４に平
め測定して得られた第１１図に示すような各出力ｙに対
するｙ、の鎖を記憶させておいて、第６図のセンサー１
１の出力をｙ、記憶回路１４の入力ｙとすれば、ｙ、記
憶回路１４の出力ｙ０が得られ、このｙ９と入力ｙとを
加算量！ｉ！８１５で加算することにより直線特性出力
Ｋｘ（＝、ｙ（・ｙ、）を容易に得ることができる。

（発明が解決しようとする課題） 以上に説明した従来の特性線変換回路のうち、第６図に
示す回路の変換回路１２として第７図に示すような記憶
回路１３を用いる回路では、各センサー毎に入出力特性
を実測し、各センサー出力ｙ毎の補償後の出力Ｋｘを対
応付けて記憶させなければならないため、各センサー毎
に、それぞれ大容量のメモリを必要εしてしまい、回路
の簡易化が困難になるだけでなく、汎用性の面で問題が
あった。

また、第８図に示す如く、センサー出力に対する補償量
ｙ、を記憶して、出力ｙと加算する回路では、第７図の
回路と比較して少ないメモリ容量で済み、特に、センサ
ー特性の直線性が良い場合には、そのメモリ容量はより
少なくて済むことになるが、第７図の回路と同様にセン
サー出力ｙと補償値ｙ、とめ関係は、各センサー毎に実
測して得ておく必要があるため、対象とするセンサーの
数が増加すると、メモリ容量もそれに伴い増加してしま
い、回路構成の簡易化は達成できず、また、多種類のセ
ンサーへの対応という面での汎用性に欠けるという問題
があった。

そこで、本発明の目的は、少ないメモリ容量で、多種類
のセンサーに対応できる簡易構成の特性線変換回路を提
供することにある。

（課題を解決するための手段） 前述の課題を解決するために本発明の特性線変換回路は
、入力と出力との関係を示す特性線の変換をして所定の
特性線を生成する特性線変換回路において、 前記変換に必要な補償値ｙｃと前記出力ｙにより３’ｏ
　／ｙで定義されるパラメータβを前記出力対応のパラ
メータの予め定めた関数として定め、前記出力ｙに対応
して前記パラメータβを出力するβ値出力回路と： 前記β値出力回路の出力と前記出力ｙとに基づいて前記
変換結果を出力する演算回路とを備える。

（作用） 本発明では、各センサー毎にセンサー出力と補償値との
関係を近似関数で代表せしめ、この近似関数を一義的に
定める係数をセンサー毎に付与することで、各センサー
出力における補償後の所定の特性線に対応したセンサー
出力を得ている。また、近似関数を定義するパラメータ
として正規化パラメータを用いることにより汎用性を向
上せしめている。

（実施例） 次に本発明について図面を参照しながら詳細に説明する
。

第１図は本発明による特性線変換回路の一実施例を示す
ブロック図で、センサー出力ｙを受けて所定の特性線へ
の補償に必要なパラメータβに１を加えた値を出力する
近似数値発生回路１および近似数値（β＋１）にセンサ
ー出力ｙを掛け算する掛算回路２を備える。

本実施例では、センサー出力ｙの所定の特性線への補償
のためのパラメータとしてβを用いる。

パラメータβは次のように定義される。もう一つのパラ
メータαを次のように定義し、 α＝ｙ／ｙ・ β＝ｙ、　／ｙ とする。

即ち、αはセンサー出力ｙをｙの終点ｙ、で正規化した
値で、こうして正規化されたセンサー出力を用いている
ため、センサーの種類に依存しないで一律なパラメータ
設定ができることになる。

また、βは特性線変換に必要な補償値ｙ、をセンサー出
力ｙで割った値である。

上記の如く定義されたαとβの関係を、例えば、第１０
図の如くセンサー特性について示したのが第３図である
。

一般にセンサー特性は単調に増加するか、または減少す
るものが多いのでαとβとの関係は第３図に示すように
単純な関数で表わされる曲線となる。

したがって、βをαの単純な関数で表わし、幾つかのα
値（例えばαｌとα、）に対するβ値（例えばβ１とβ
２）を求めておき、当該関数の係数を予め決定しておけ
ば、各センサー出力のそれぞれについての補償値ｙゆを
求めて記憶しておく必要がなくなり、第７図や第８図に
示した従来の特性線変換回路のように多量な記憶容量が
不要となる。上記予め求めるα、β値の数は任意で良く
、その数が増加するほど関数の近似精度は上昇する。

また、センサーの入出力関係は第１０図に示すような特
性が一般的であるが、Ｓ字曲線で表わされる特性の場合
には、ｙとｙ、関係が途中で零となり、その前後で符号
が反転した曲線で表わされる。

以上のように、第１図の近似数ｆ７ｆ発生回路１では、
βの鉋ヲ・’ｐｉｔぬたα（−ｙ　／’　ｙｃ）の関数
として発生８させるも０で、センサー出力ｙを愛け１、
得られたα値を基にして、関数慎βを求ぬ（β＋１）の
鉄を掛算凹銘１２に供給する。掛算回＃ｉ２は、センサ
ー出力ｙと（β（１）を受け、ｙ（ρ＋　１　）＝ｙ６
−＋−ｙ＝Ｋｘを補償出力とし７て出力する。

パラメータβをパラメータαの開数εして近似する関数
と１．ではできるだけ簡単な関数が望ましい。例えば、
２次関数、３次関数の他、４次以上の高次関数、寸鉄関
数等が用いられ得る。複雑な関数を用いた場合には、実
測値との誤差ができるだｉｔ少なくなるような例えば最
小二乗誤差の係数をもつ関数を設定する。

以下に第４図に示すようにセンサー出力が非直線特性で
あるものを所定の特性線として直線特性に変換するとき
に、関数とし７て２次関数を用いる場合について説明す
る。２次関数はαの変化に対し、てβの値が単純に増加
または減少するような場合に高い近似特性が得られる。

関数をβｎとすれば、βｒ１はαの関数りして（１）式
のように表わされる。

βｎ＝ａｏ　＋ａ＋　　ｃｚ＋ａｚ　ａ’　　　　　　
−（１）２次関数の場合、第３閃のように、α１とα２
に対するβ１とβ２奢与え５．α−１でβ＝＝０である
ことを考慮すると、係数ａ６　、ａｔ　、ａｚは次のよ
うに求まる。

βｌ＝”ａｏ　＋ａｌｔ！＋　＋−β２（Ｚｔ　　　　
’□”　（２）β２　＝ａｏ　＋ａ＋　Ｑｘ　＋−β２
（ｒ＊　　　　・”　（３）０＝τａｏ＋ａ＋→ａ２　
　　　　　　・・・（４）＜２＞、（３）、（４）式を
連立させて解くと、ａｏ”・（β２　（α、−α１２）
−β！（α２−α２２）） ／（（α＋−１）（α２１．）（α１−α２））ａ、＝
　（βｘ　　（ａｔ　　２−１　）　　−βｋ（α２２
−１．）） ／（（α＝１＞（α２−Ｘ）（α、−１ｚａ２−　（β
＋、（α２−１）−β２　（αｌ　−１））／（（α＋
−１，）（α２−１）（α１−　α７　））・・・　（
５） αｌとα１をどの錆とするかは設定する開数βｒｉと実
際の関数βεの誤差が少なければ良いので、α、として
はαの小さな値を、α２はβが大きな値のときが好まし
い。

他の関数についても所定数のαおよびβを与えて同様な
手法で関数を決定することができる。

次に第５図に示すようにセンサー出力を変換して求める
所定の特性線が直線でない一般的なときに前記（１）式
の各定数ａｏ　、ａｔ　＋　ａｏを求める場合について
説明する。所定の特性線を第５図中の曲線とすると原点
を通る所定の特性袖助線は所定の特性線をｙ＠方向にｂ
ｏだ（す平行移動させるこεで求められる。第５図にお
いてセンサー出力と所定の特性線との関係は第４図の場
合ε同様である。

なるから、α−・１のときにβ−β、とじて（１）式に
α１とα２に対応するβ１とβ２をそれぞれ与えること
で係数ａｏ　、ａｔ　、β２を決定することができる。

この第５図の特性図にお〜）て（１）穴以外の関数につ
いてαおよびβを与えることで関数を決定できることは
第４図の特性図の場合と同様である。

また、第４図および第５図におい”（センサー出力特性
が直線に近似であって所定の特性線が簡単な場合は、セ
ンサー出力から簡単な関数形を用いて所定の特性線に近
似の出力を得る変換回路をつくることができる。センサ
ー出力が複雑な特性線の場合には、センサー出力を数ブ
ロックに分割して各ブロック毎に前記関数のαとβを−
９・えて各ブロック毎の近似出力を得る関数を求めると
全体として実測値との誤差の少ない所定の特性線を得る
ことができる。

第２図は、本発明のその他の実施例を示ず１１１７２図
である。この実施例では、第１図のようにセンサー出力
に基づいて所定の関数鎮を得るものとは異なり、センサ
ー出力ｙに基づき得られるいくつかのα値に対応するβ
値を予め求めておき、これをβ記憶回路３に記憶してお
き、出力として（β＋１）を掛算回路２に供給するもの
である。

即ち、本実施例では、α値のＯから１．ｔでの値を適当
な数の区間に分割しておき、各分割点でのβ値を記憶し
ておき、各分割点間の各点は、上記分割点のβ値を代表
値としてそのまま用いるか（階段関数による近似）、ま
たは２つの分割点におけるβ値を用いて所定の補間処理
を施して得られる補間値を用いている（補間近似）。

第２図に示す実施例は、第１図の実施例と比較してメモ
リ容量が若干増加する。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明ではセンサー出力を所定の
特性線に変換するために必要な補償値に基づいて得られ
るパラメータα、βで定まる関数を各センサー毎に定め
ておき、センサー出力に応じてこの関数またはパラメー
タβを用いて所定の特性線に変換された出力を得るよう
にしている。

また、センサー毎に関数およびその係数だけを定めてお
けば良い、その結果、メモリ容量が少なく、且つ、回路
構成が簡易化されるとともに多数のセンサーに対しても
容易に対処できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本発明のその他の実施例を示すブロック図、第３図は本
発明で用いるパラメータαとβの関係を示す特性図、第
４図は非直線特性のセンサー出力を直線特性の所定の特
性線に変換した特性図、第５図は非直線特性のサンサー
出力を非直線特性の所定の特性線に変換した特性図、第
６図は通常の特性線変換回路を示す構成国、第７図は従
来の特性線変換回路を示すブロック図、第８図はその他
の従来の特性線変換回路を示すブロック図、第９図はセ
ンサーの入出力特性図、第１０図は第９図の特性図の始
点を原点に移動したときのセンサーの入出力特性図、第
１１図はセンサー出力と補償値との関係を示す一例図で
ある。 １・・・近似数値発生回路、２・・・掛算回路、３・・
・β記憶回路、１１・・・センサー　１２・・・変換回
路、３・・・記憶回路、 １４・・・ｙｃ 記憶回路、 ５・・・加 算回路。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力と出力との関係を示す特性線の変換をして所
   定の特性線を生成する特性線変換回路において、 前記変換に必要な補償値ｙ＿ｃと前記出力ｙによりｙ＿
   ｃ／ｙで定義されるパラメータβを前記出力対応のパラ
   メータの予め定めた関数として定め、前記出力ｙに対応
   して前記パラメータβを出力するβ値出力回路と； 前記β値出力回路の出力と前記出力ｙとに基づいて前記
   変換結果を出力する演算回路とを備えて成ることを特徴
   とする特性線変換回路。
2. （２）前記β値出力回路は、前記出力ｙに基づいて（β
   ＋１）を出力する近似値発生回路であり、前記演算回路
   は前記出力ｙと（β＋１）とを掛け算する掛算回路であ
   ることを特徴とする請求項１記載の特性線変換回路。
3. （３）前記β値出力回路は、前記出力ｙの零から最終値
   までを複数分割した各分割点に対応するβ値を記憶する
   回路であり、前記演算回路は前記出力ｙと（β＋１）と
   を掛け算する回路であることを特徴とする請求項１記載
   の特性線変換回路。
4. （４）前記入力と出力はセンサーにより測定されるべき
   入力と測定結果であることを特徴とする請求項１記載の
   特性線変換回路。
5. （５）前記予め定めた関数は、２次関数または３次関数
   であることを特徴とする請求項１記載の特性線変換回路
   。
6. （６）前記分割点間の出力ｙに対するβ値は前記分割点
   におけるβ値を代表値として用いることを特徴とする請
   求項３記載の特性線変換回路。
7. （７）前記分割点間の出力ｙに対するβ値としては、前
   後の２つの前記分割点におけるβ値に基づく補間値を出
   力することを特徴とする請求項３記載の特性線変換回路
   。
8. （８）前記出力対応のパラメータはｙ／ｙ＿ｃ（ｙ＿ｃ
   は出力ｙの最終値）で定義されるパラメータαであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の特性線変換回路。