JPH04349799A - テレメータ装置用送信機及びテレメータ装置用受信機並びにテレメータ装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は計測した各種データを離
れた場所に伝送する際に用いるテレメータ装置用送信機
及びテレメータ装置用受信機並びにテレメータ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自然環境や工業プラント等にお
ける各種物理量を計測するリモートセンシングシステム
や医療分野における患者の各種診断データを監視するモ
ニターシステム等においては、計測した各種データを離
れた場所まで伝送するテレメータ装置が用いられている
。

【０００３】ところで、この種のテレメータ装置では電
界強度が著しく低下或は変動を生ずる不安定な通信環境
下、例えば、山間部や離島等の遠方の場所からデータを
送信したり、病院等で不規則に動き回る患者からデータ
を送信する場合などの通信環境下においてもデータを忠
実に伝送することが要求される。

【０００４】このため、従来のテレメータ装置は周波数
変調（ＦＭ）方式を採用したり、或いは計測したデータ
を一旦パルス符号変調（ＰＣＭ）方式により変調した後
に、周波数変調するＰＣＭ−ＦＭ方式を採用し、上述し
た不安定な通信環境の影響を受けにくくすることにより
、安定性及び信頼性を確保していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のテレメ
ータ装置はＦＭ方式やＰＣＭ−ＦＭ方式を採用するため
に、データ信号の変復調処理や伝送処理が容易でなく、
しかも、アナログ信号処理系とディジタル信号処理系の
両分野におよぶため、回路構成が複雑となり、装置全体
の大型化及び高コスト化を招くとともに、被変調波の広
い周波数スペクトル分布によって、多重化が容易でなく
、また、チャンネル数も確保しにくい難点があった。

【０００６】本発明はこのような従来の技術に存在する
課題を解決したものであり、データ伝送の安定性及び信
頼性を確保しつつ、回路構成の簡略化を図ることにより
、装置の小型化と低コスト化を実現するとともに、多重
化及び多チャンネル化を容易に実現できるテレメータ装
置用送信機及びテレメータ装置用受信機並びにテレメー
タ装置の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るテレメータ
装置用送信機１は、被測定信号Ｓｄによりサブキャリア
Ｃｓをパルス幅変調するパルス幅変調部２と、パルス幅
変調された第一被変調信号ＳｆによりメインキャリアＣ
ｍを振幅変調する振幅変調部３と、振幅変調された第二
被変調信号Ｓｓを出力処理して有線又は無線により送信
する出力処理部４を備えることを特徴とする。この場合
、出力処理部４は出力増幅器５を備えて構成できる。

【０００８】また、本発明に係るテレメータ装置用受信
機１０は、受信信号Ｓｒを入力処理する受信処理部１１
と、入力処理された被処理信号Ｓｐを包絡線検波するこ
とによりメインキャリアＣｍに対応した高周波信号を除
去して被検波信号Ｓｅを得る検波処理部１２と、被検波
信号Ｓｅを復調して被測定信号Ｓｄに対応する出力信号
Ｓｏを得る復調処理部１３を備えることを特徴とする。 この場合、受信処理部１１は高周波増幅器１４及び周波
数分周器１５を備えて構成するとともに、復調処理部１
３はローパスフィルタ１３ｆを備えて構成できる。

【０００９】さらにまた、本発明に係るテレメータ装置
Ｘは、上述した送信機１と受信機１０により構成し、特
に、多重通信システムでは複数の送信機１ａ、１ｂ…及
び複数の受信機１０ａ、１０ｂ…により周波数多重によ
る有線通信を行うことができる。

【００１０】

【作用】本発明に係るテレメータ装置用送信機１によれ
ば、まず、パルス幅変調部２において、サブキャリアＣ
ｓはアナログ信号である被測定信号Ｓｄによりパルス幅
変調され、これにより、第一被変調信号Ｓｆを得る。次
に、振幅変調部３において、メインキャリアＣｍは第一
被変調信号Ｓｆにより振幅変調され、これにより、第二
被変調信号Ｓｓを得る。第二被変調信号Ｓｓは出力処理
部４における出力増幅器５により増幅され、有線又は無
線により送信される。

【００１１】一方、本発明に係るテレメータ装置用受信
機１０によれば、まず、受信信号Ｓｒは受信処理部１１
における高周波増幅器１４により高周波増幅されるとと
もに、周波数分周器１５により分周されて中間周波数に
変換され、これにより、被処理信号Ｓｐを得る。被処理
信号Ｓｐは検波処理部１２により包絡線検波され、メイ
ンキャリアＣｍに対応した高周波信号が除去された被検
波信号Ｓｅを得る。被検波信号Ｓｅはローパスフィルタ
１３ｆを用いた復調処理部１３により復調され、被測定
信号Ｓｄに対応する出力信号Ｓｏを得る。出力信号Ｓｏ
は被測定信号Ｓｄに対応するもので、必要により増幅し
て受信機１０から取出される。

【００１２】このように、被測定信号Ｓｄはパルス幅変
調によりパルス幅の情報に変換されるため、不安定な通
信環境下であっても、被測定信号Ｓｄはその影響を受け
ることなく、送信機１から受信機１０に忠実に伝送され
る。また、振幅変調のため第二被変調信号Ｓｓ（受信信
号Ｓｒ）の周波数スペクトル分布は狭く、周波数多重通
信を容易に行うことができるとともに、多チャンネル化
も容易となる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図
面に基づき詳細に説明する。なお、図１〜図４における
実施例は無線方式によるテレメータ装置Ｘを示す。

【００１４】まず、本発明に係るテレメータ装置用送信
機１の構成について、図１及び図３を参照して説明する
。図１及び図３は送信機１のブロック回路及びその具体
的回路例を示す。

【００１５】送信機１は、大別してパルス幅変調を行う
パルス幅変調部２、振幅変調を行う振幅変調部３、無線
送信を行う出力処理部４を備える。

【００１６】また、パルス幅変調部２は例えば周波数１
ｋＨｚのサブキャリアＣｓを発振するサブキャリアパル
ス発振器２１、サブキャリアＣｓを積分する積分器２２
、被測定信号Ｓｄが入力するトランスジューサ２３、ト
ランスジューサ２３の出力と積分器２２の出力を比較す
る比較器２５及びＤフリップフロップ２６を含む比較処
理部２４、比較処理部２４の出力により積分器２２をリ
セットするリセット制御回路（アナログスイッチ）２７
を備える。さらに、振幅変調部３は例えば１００ＭＨｚ
のメインキャリアＣｍを発振するメインキャリア発振器
２８（同調増幅器２９を含む）、メインキャリアＣｍと
比較処理部２４の出力が入力するゲート回路（ＮＡＮＤ
回路）３０を備える。また、出力処理部４は出力増幅器
５を備え、出力増幅器５の出力側はアンテナ３１に接続
する。

【００１７】次に、本発明に係るテレメータ装置用受信
機１０の構成について、図２及び図４を参照して説明す
る。図２及び図４は受信機１０のブロック回路及びその
具体的回路例を示す。

【００１８】受信機１０は、大別して受信信号Ｓｒの入
力処理を行う受信処理部１１、包絡線検波を行う検波処
理部１２、復調処理を行う復調処理部１３を備える。ま
た、受信処理部１１はアンテナ３３により受信して得た
受信信号Ｓｒを入力する高周波増幅器１４、高周波増幅
器１４の出力に対し、周波数を例えば１／４に分周して
中間周波数に変換する周波数分周器１５を備える。さら
に、復調処理部１３は二次のアクティブフィルタを用い
たローパスフィルタ１３ｆ及び出力増幅器３４を備えて
構成する。

【００１９】なお、以上述べた送信機１及び受信機１０
によりテレメータ装置Ｘが構成される。

【００２０】次に、テレメータ装置Ｘにおける各部の機
能について、図３〜図５を参照して説明する。

【００２１】まず、送信機１の機能について説明する。 工業プラントにおける圧力等の被測定信号Ｓｄは、トラ
ンスジューサ２３により変換され、比較器２５の一方の
入力ポート（反転入力ポート）に供給される。なお、ト
ランスジューサ２３から得る変換信号は図５（Ｂ）中Ｅ
ｃで示すアナログ信号となり被測定信号Ｓｄに比例する
。

【００２２】一方、サブキャリアパルス発振器２１は図
５（Ａ）に示すサブキャリアＣｓを発振する。サブキャ
リアＣｓの周波数は被測定信号Ｓｄの周波数範囲が例え
ば０〜１００Ｈｚの場合、これが十分収まること及び受
信側で復調する際のフィルタ効果等を考慮して１ｋＨｚ
を選定する。また、取り扱う被測定信号Ｓｄのダイナミ
ックレンジを拡大するとともに、復調時のリプルをでき
るだけ小さくするために、デューティ比は０．９０〜０
．９５の範囲を選定する。そして、サブキャリアＣｓは
負帰還形の積分器２２により積分され、図５（Ｂ）中Ｅ
ｍで示すのこぎり波信号に変換されるとともに、のこぎ
り波信号Ｅｍは比較器２５の他方の入力ポート（非反転
入力ポート）に供給される。

【００２３】また、比較器２５の出力ポートから得る出
力信号はＤフリップフロップ２６のリセット端子に付与
され、Ｄフリップフロップ２６の出力には図５（Ｃ）に
示す第一被変調信号Ｓｆを得る。第一被変調信号Ｓｆは
サブキャリアＣｓの各パルスの立上がりに同期して立上
がるとともに、比較器２５において、反転入力ポートに
付与される変換信号Ｅｃの大きさが非反転入力ポートに
付与されるのこぎり波信号Ｅｍの大きさより小さくなっ
た時点で立下がるパルス列となる。即ち、サブキャリア
Ｃｓは被測定信号Ｓｄによってパルス幅変調（ＰＷＭ）
されることになる。なお、第一被変調信号Ｓｆはリセッ
ト制御回路２７を構成するアナログスイッチをトリガし
、積分器２２に接続したスイッチ２７ｓ…をオン−オフ
制御することにより、のこぎり波信号Ｅｍを発生させる
。そして、第一被変調信号Ｓｆはゲート回路（ＮＡＮＤ
回路）３０の一方の入力ポートに供給される。

【００２４】他方、メインキャリア発振器２８からは１
００ＭＨｚのメインキャリアＣｍが発振する。メインキ
ャリアＣｍは同調増幅器２９により増幅された後、ゲー
ト回路３０の他方の入力ポートに供給される。この場合
、ドレイン負荷となるコイルＬ１及びコンデンサＣ１に
よる同調回路に同調し、抵抗Ｒ１及びＲ２による調整回
路によりレベル調整される。よって、ゲート回路３０の
出力ポートには図５（Ｄ）に示す第二被変調信号Ｓｓ、
即ち、第一被変調信号Ｓｆのパルス幅に対応して制御さ
れたメインキャリアＣｍが出力し、メインキャリアＣｍ
は第一被変調信号Ｓｆにより振幅変調（ＡＭ）されるこ
とになる。そして、第二被変調信号Ｓｓは出力処理部４
における出力増幅器５により増幅され、アンテナ３１か
ら電波として輻射される。

【００２５】このように、パルス幅変調と振幅変調を組
合わせるため、第二被変調信号Ｓｓの高調波成分は高次
成分ほど減衰し、周波数スペクトルはメインキャリアＣ
ｍの周波数（１００ＭＨｚ）付近に集中する。

【００２６】次に、受信機１０の機能について説明する
。まず、到来した電波はアンテナ３３により受信し、得
られた受信信号Ｓｒは受信処理部１１を構成する高周波
増幅器１４により増幅され、さらに、コンデンサＣ２及
び抵抗Ｒ３によるＣＲ回路により直流分が除去された後
、レベルシフトされるとともに、二段のＤフリップフロ
ップ１５ｄ、１５ｄを用いた周波数分周器１５により、
メインキャリアＣｍの周波数が１／４に分周される。こ
れにより、メインキャリアＣｍの周波数が２５ＭＨｚの
中間周波数に変換された被処理信号Ｓｐを得る。 なお、被処理信号ＳｐのパルスレベルはＤフリップフロ
ップ１５ｄに印加される電源電圧と一致して一定レベル
となる。

【００２７】一方、被処理信号Ｓｐは検波処理部１２に
より包絡線検波される。検波処理部１２はリトリガブル
・モノマルチ回路１２ｄにより構成され、入力端子１２
ｂがハイレベルの場合、被処理信号Ｓｐの立上がりによ
りトリガされ、出力端子１２ｑにはリトリガブルモード
で被検波信号Ｓｅを得る。この場合、被検波信号Ｓｅの
パルスレベルは印加される電源電圧と一致し、一定レベ
ルに保たれるため、信号源の移動などによるレベル変動
に影響されない検波出力を期待できる。

【００２８】そして、被検波信号Ｓｅはバッファ３６を
経て、ローパスフィルタ１３ｆに供給され、ローパスフ
ィルタ１３ｆによって高周波成分が除去される。ローパ
スフィルタ１３ｆの出力は出力増幅器３４により増幅さ
れ、出力端子からは被測定信号Ｓｄに対応する出力信号
Ｓｏを得る。

【００２９】このように、上記実施例ではサブキャリア
Ｃｓを１ｋＨｚに選定したが、送受信機間のレベル直線
性や周波数応答性が極めて良好であった。また、被測定
信号はサブキャリアのデューティ比の変動分に含まれて
伝送されるため、測定対象の不規則な動きに起因して受
信信号に任意のレベル変動が生じても、受信機からはこ
れに影響されない安定な出力信号を得れる。さらにまた
、分周器やリトリガブルモノマルチ回路を利用した容易
な信号処理により、回路構成の簡略化を実現できる。

【００３０】次に、変更実施例について図６〜図９を参
照して説明する。変更実施例は有線方式により多重通信
システムを構成する場合を示す。

【００３１】図６は多重通信システムＹのブロック構成
を示す。同システムＹは複数の送信機１ａ、１ｂ…１ｎ
を備える。各送信機１ａ…の構成は基本的に図１及び図
３に示した構成と同じであり、メインキャリアＣｍの周
波数を送信機１ａを例えば１００ｋＨｚ、他の送信機１
ｂ…を４００ｋＨｚ、７００ｋＨｚ…となるように、順
次３００ｋＨｚ間隔で設定した。そして、各送信機１ａ
…の出力側はマルチプレクサ５１に接続する。よって、
各送信機１ａ…の入力側に供給された異なる被測定信号
Ｓｄ（Ｓｄａ、Ｓｄｂ…Ｓｄｎで示す）は対応する送信
機１ａ…により変調され、さらに、マルチプレクサ５１
により周波数多重処理された後、伝送ケーブル（同軸ケ
ーブル）５２を介して受信側に有線伝送される。この場
合、サブキャリアＣｓの高調波成分中、１〜２％以下の
成分を無視すれば、各チャンネルにおける信号の占める
周波数帯域は、例えばメインキャリアＣｍが４００ｋＨ
ｚの場合、４００ｋＨｚ±Ｎ・１ｋＨｚ（Ｎ＜数十）に
近似できる。それ故、各メインキャリアＣｍの周波数間
隔は、各帯域が互いに重複しないように設定されている
。なお、伝送ケーブル５２は多重化信号を伝送可能な帯
域幅及び容量を備えている。

【００３２】一方、受信側には複数の受信機１０ａ、１
０ｂ…１０ｎを備えるとともに、各受信機１０ａ…の前
段には対応した分離部５３ａ、５３ｂ…５３ｎを備える
。各分離部５３ａ、５３ｂ、５３ｎはそれぞれ図７に示
すように、バンドパスフィルタ５４ａ、５４ｂ、５４ｎ
、増幅器５５ａ、５５ｂ、５５ｎ及びシュミット回路５
６ａ、５６ｂ、５６ｎを備える。この場合、各バンドパ
スフィルタ５４ａ…はＬＣフィルタにより構成し、その
中心周波数は各メインキャリアＣｍの周波数に一致させ
る。また、各バンドパスフィルタ５４ａ…の出力端には
ダンパー用の抵抗を接続することにより、各チャンネル
の信号分のみを忠実に分離できるように各バンドパスフ
ィルタ５４ａ…のＱ特性を設定する。例えば、チャンネ
ル数を１０とした場合、メインキャリアＣｍの周波数を
中心とする各チャンネルにおける帯域幅は±Ｎ・１ｋＨ
ｚでよいため、メインキャリアＣｍの周波数を前述した
１００ｋＨｚ、４００ｋＨｚ、７００ｋＨｚ…に設定す
れば、バンドパスフィルタ５４ａ…のＱは凡そ１．５〜
４０となり、隣接する各チャンネル間の相互干渉はほと
んど無くなる。なお、図８に示すバンドパスフィルタ５
４ａ…のフィルタ特性のように、任意の信号帯域に両側
の隣接チャンネルからの信号成分が多少混入するが、シ
ュミット回路５６ａ…によりこれらの混入成分は除去さ
れる。即ち、バンドパスフィルタ５４ａ…及び増幅器５
５ａ…を通過した後の信号波形は、図９（Ｅ）に示すよ
うに漏洩分Ｌを含んでいるが、シュミット回路５６ａ…
を用いることにより、その出力には図９（Ｆ）に示すよ
うな混入成分が十分に除去された信号波形（受信信号Ｓ
ｒ）が得れる。

【００３３】また、各受信機１０ａ…の構成は基本的に
図２及び図４の構成と同じであるが、メインキャリアＣ
ｍの周波数を低く設定できるため、周波数分周器１５は
不要となる。

【００３４】このように、変更実施例では多重通信シス
テムを簡易に構成でき、１０ＭＨｚ以内の比較的低域の
キャリア周波数では、チャンネル数が３０程度の多重通
信が可能となり、しかも、メインキャリアＣｍの周波数
スペクトル帯域がそれ程広くないために、受信側では簡
易なバンドパスフィルタにより各チャンネル信号を分離
できるとともに、隣接チャンネルからの漏洩分もシュミ
ット回路により効率的に除去できる。

【００３５】以上、実施例について詳細に説明したが、
本発明はこのような実施例に限定されるものではない。 例えば、有線方式による伝送は光ファイバケーブルを用
いる光通信等の他の伝送形式を含む。その他、細部の回
路構成及び数値等において、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で任意に変更できる。

【００３６】

【発明の効果】このように、本発明に係るテレメータ装
置用送信機及びテレメータ装置用受信機並びにテレメー
タ装置は、パルス幅変調と振幅変調の組合わせにより被
測定信号に係わるデータを伝送するようにしたため、Ｆ
Ｍ方式或はＰＣＭ−ＦＭ方式等と同等の安定性及び信頼
性を確保できると同時に、回路構成の著しい簡略化を図
ることができる。特に、大幅なＩＣ化により、装置全体
の小型化及び低コスト化を実現できるとともに、周波数
多重通信における多チャンネル化の容易性により、多信
号を扱う集中モニターシステム等も容易に構築できると
いう顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るテレメータ装置用送信機のブロッ
ク回路図、

【図２】本発明に係るテレメータ装置用受信機のブロッ
ク回路図、

【図３】本発明に係るテレメータ装置用送信機の具体的
回路図、

【図４】本発明に係るテレメータ装置用受信機の具体的
回路図、

【図５】本発明に係るテレメータ装置用送信機における
各部の信号波形図、

【図６】本発明に係るテレメータ装置を用いた多重通信
システムの構成図、

【図７】同多重通信システムの具体的回路図、

【図８】
同多重通信システムに用いるバンドパスフィルタのフィ
ルタ特性図、

【図９】同多重通信システムにおける各部の信号波形図
、

【符号の説明】

１　　　　　　　　テレメータ装置用送信機１ａ…　　
　　テレメータ装置用送信機２　　　　　　　　パルス
幅変調部 ３　　　　　　　　振幅変調部 ４　　　　　　　　出力処理部 ５　　　　　　　　出力増幅器 １０　　　　　　テレメータ装置用受信機１０ａ…　　
テレメータ装置用受信機 １１　　　　　　受信処理部 １２　　　　　　検波処理部 １３　　　　　　復調処理部 １３ｆ　　　　ローパスフィルタ １４　　　　　　高周波増幅器 １５　　　　　　周波数分周器 Ｘ　　　　　　　　テレメータ装置 Ｓｄ　　　　　　被測定信号 Ｃｓ　　　　　　サブキャリア Ｓｆ　　　　　　第一被変調信号 Ｃｍ　　　　　　メインキャリア Ｓｓ　　　　　　第二被変調信号 Ｓｒ　　　　　　受信信号 Ｓｐ　　　　　　被処理信号 Ｓｅ　　　　　　被検波信号 Ｓｏ　　　　　　出力信号

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被測定信号によりサブキャリアをパル
   ス幅変調するパルス幅変調部と、パルス幅変調された第
   一被変調信号によりメインキャリアを振幅変調する振幅
   変調部と、振幅変調された第二被変調信号を出力処理し
   て有線又は無線により送信する出力処理部を備えるテレ
   メータ装置用送信機。
2. 【請求項２】　　受信信号を入力処理する受信処理部と
   、入力処理された被処理信号を包絡線検波することによ
   りメインキャリアに対応した高周波信号を除去し、パル
   ス幅変調された被検波信号を得る検波処理部と、被検波
   信号を復調して被測定信号に対応した出力信号を得る復
   調処理部を備えるテレメータ装置用受信機。
3. 【請求項３】　　受信処理部は高周波増幅器及び周波数
   分周器を備えることを特徴とする請求項２記載のテレメ
   ータ装置用受信機。
4. 【請求項４】　　次の（ａ）及び（ｂ）を具備すること
   を特徴とするテレメータ装置。 （ａ）被測定信号によりサブキャリアをパルス幅変調す
   るパルス幅変調部と、パルス幅変調された第一被変調信
   号によりメインキャリアを振幅変調する振幅変調部と、
   振幅変調された第二被変調信号を出力処理して有線又は
   無線により送信する出力処理部を備える送信機、（ｂ）
   受信信号を入力処理する受信処理部と、入力処理された
   被処理信号を包絡線検波することによりメインキャリア
   に対応した高周波信号を除去し、パルス幅変調された被
   検波信号を得る検波処理部と、被検波信号を復調して被
   測定信号に対応した出力信号を得る復調処理部を備える
   受信機、
5. 【請求項５】　　複数の送信機及び複数の受信機により
   周波数多重有線通信を行うことを特徴とする請求項４記
   載のテレメータ装置。