JPH048753B2

JPH048753B2 -

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Publication number: JPH048753B2
Application number: JP55016507A
Authority: JP
Priority date: 1979-02-13
Filing date: 1980-02-13
Publication date: 1992-02-18
Also published as: US4338589A; JPS55107961A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、自ら較正機能を有するデータ変換装
置に関する。一般に、アナログ信号を直接取扱い
諸々の信号処理を行うよりは、これを一たんデイ
ジタル語に変換したのちデイジタル的に処理する
方が多くの点で好ましいことが多い。しかしなが
ら該アナログ信号をＡ／Ｄ変換するに当り、その
ダイナミツク・レンジが狭ければ少いビツト数の
語長をもつてあらわすことができて経済的であ
る。たとえばクロマトグラフイーにおける諸デイ
テクタの出力の如き１対2³¹のような大きなダイ
ナミツクレンジを有する信号の場合、単純な２進
表現によると31ビツトという長大な語長を必要と
する。しかし該信号の取扱いに対する相対的な分
解能は、該レンジの下端では１（あるか、ないか）
と粗く、逆に上端では（2³¹−１）分の１と必要
以上に細かくなる。

このような不釣合と不経済とを避け実用的に好
ましい設計を行うためには、現実の装置が扱い得
る信号のダイナミツクレンジは限られていること
から、自動レンジングが行われることが好まし
い。そして、第一義的には、相対感度を既知の一
定値に定めることが重要であり、オフセツトが生
じても、出力がダイナミツクレンジ内であれば情
報の損失はない。自動レンジング装置によれば、
上述の如き広いダイナミツクレンジ内に連接する
ように設けられたいくつかの区画を、より少いビ
ツト数により表現することができる。ところが、
このような自動レンジングを行うと、レンジ毎の
較正の問題に加えて、目下どのレンジを採用して
いるのか区別しなければならないという問題を伴
う。しかも、未だに各々のレンジの上端と下端と
では相対的な分解能が相違するという問題点は解
決されていない。

上記の如き諸問題点にかんがみ、本発明におい
ては広大なダイナミツクレンジの信号をまずハー
ドウエア的な電子回路により、予定された値の
“底”にもとづき対数変換し、然るのちにＡ／Ｄ
変換に付す。そして対数変換回路が有するであろ
う所のオフセツト値を、当該Ａ／Ｄ変換の結果得
られたデイジタル語の段階において予定された
“底”に対応させつつ補正したのち、必要に応じ
て再度指数変換し、もしくは引きつづき所望の信
号処理手続きに付す。

すなわち、上記“底”の値をデイジタル側
（AD変換器の後）から推定するために、予定さ
れた比率のレベルを有する２つの信号を補正用信
号として該対数変換回路に与える。そしてＡ／Ｄ
変換器の出力に与えるデイジタル語の値が観測さ
れる。よつてこの観測結果から、該変換結果を所
望の“底”にもとづく表現に変換するために該デ
イジタル語に乗ずるべき補正係数の値が導出され
る。前記所望の底にもとづく表現を用いる理由
は、対数変換回路の底が個々に異なること、温度
等で変化すること、及び一般の情報処理に適した
値でないことに寄因している。所望の底を用いる
ことは、出力データ間の比較を容易に行うために
必要である。また本発明では、所望の底への変換
が校正入力比により極めて容易に行えるというこ
とがわかる。このような補正を行つたのち、前記
補正用信号のいずれかの変換結果の真にあるべき
値との差異から、対数変換回路の出力が有する真
にあるべき値からのずれが導出される。次に前記
補正を経て変換された信号（デイジタル語）に適
当な値が加算せられ、その結果所望の底にもとづ
き変換がなされ、かつ入力の“１”に対して出力
の“０”が正しく対応している変換出力（デイジ
タル語）を得る。

以下図面を用いて本発明を詳述する。

第１Ａ図は本発明の一実施例による信号変換装
置を示すブロツク図である。また第１Ｂ図は、第
１Ａ図の動作を説明するためのグラフである。第
１Ａ図において信号源２は一例としてクロマトグ
ラフイーにおける検出器から必要に応じて、周波
数の変化、電流の変化、あるいは電圧の変化など
をあらわす信号を与える信号源（電流源）であ
る。該信号源２と対数変換回路との間にはスイツ
チS₁が挿入せられる。前記対数変換回路は演算増
幅器４と帰還用トランジスタＱにより構成され、
対数変換機能はトランジスタＱのベースを演算増
幅器６の非反転入力端とともに接地し、エミツタ
を出力端に、コレクタを反転入力端に接続するこ
とにより実現され、該反転入力端に向けての入力
電流が対数変換されて出力される。而して該変換
出力はＡ／Ｄ変換器６によりデイジタル語に変換
され、つづいて直線性補正のための乗算器８、係
数補正（ゲイン補正）用の加算器１０を経由した
のち指数変換器１２に導入せられる。もちろん指
数変換を行わないデイジタル語を導出し利用する
こともできる。

較正を行うためには、較正用制御装置１４（以
下較正器と略する）がスイツチ駆動回路１６を介
してまず前記スイツチS₁をOFFせしめ、次に同
様なスイツチ駆動回路１８を介してスイツチS₂を
ONせしめ、信号“Ｌ”を信号源２２により増幅
器４に導入せしめる。また別な時間帯においては
同様にしてスイツチS₃がONせられ信号“Ｈ”が
印加される（S₁，₂，₃はいずれか１つがONの時、
他の２つはOFFとされることはもちろんであ
る）。このときＡ／Ｄ変換器６の出力は較正器１
４にも導入さられ、監視せられる。同様にして乗
算器８の出力も較正器１４に導入せられ、監視せ
られる。また較正器１４は補正用データを演算す
ることができる。すなわち第１Ｂ図に示されたグ
ラフに示される如く、本来所望せられる所の正し
い変換曲線（一例として２を底とする）２８に対
し、係数（被変換真数に対する）の相違する（即
ちDCオフセツトを有する）３４の如き、またさ
らには加えて底の相違する（即ちゲインの異る）
３２ないし３６の如き応答が現実には得られるの
で、これらからまずオフセツトを取除いて２６，
２８，３０等の位置にもつて来た上で適当な補正
係数を乗じて２８のグラフと一致させる。

２を底とする変換が所望されていても、現実に
はグラフ３２の如くh₁を底とし、一般的にはｈを
底とし、かつオフセツトを有する変換が行われ
る。このような場合について考える。まずloghA
をlog₂Aに変換すべき係数を求めるためには、S₁
を開きS₂を閉じて較正用信号“Ｌ”の与える変換
結果を観測する。それは、loghLにオフセツトを
加えた値を与えるであろう。つづいてS₂の代りに
S₃を閉じて較正用信号“Ｈ”を印加すれば、同じ
くloghHに同じオフセツトを加えた値を得るであ
ろう。

而して、 loghＨ／Ｌ＝loghH−loghL (1) であることから、Ｈ／Ｌが知られ、かつオフセツ
トは消去せられる。対数の数学的性質より、底の
変換に関して、 log（Ｈ／Ｌ）Ａ＝loghA／logh（Ｈ／Ｌ） (2) が成立つため、グラフ３２から得られる適当な値
Ａの変換結果を、すなわち第１図における演算増
幅器４の出力を、上記(1)式で得られる値で割れば
底としてＨ／Ｌを有する変換結果を得ることがで
きる。Ｈ／Ｌの値は任意に設計し得るから、たと
えばこれを所望の値すなわち２とすればよい。

しかしながら、設定されたＨ／Ｌそのものが所
望の値２より多少異ることも考えられる。そのよ
うな場合には、 log₂A＝log（Ｈ／Ｌ）Ａ／log（Ｈ／Ｌ）２ (3) であることから、(2)式の分母をおきかえて、 log2A＝loghA／logh（Ｈ／Ｌ）×log（Ｈ／Ｌ）２(4) を得る。前記式中の分母は直線性補正用の係数と
して適用すべき値を意味し、若しＨ／Ｌ＝２の時
にはlog_(H/L)２＝１である。それ故にグラフ３２の
変換結果を(1)式で得られるlogh（Ｈ／Ｌ）で割れ
ば、グラフ３４が得られる。

かくして直線性の補正は行われたが、残る問題
は真数に対する係数の誤り、すなわち変換結果に
含まれるオフセツトの除去である。較正用信号、
たとえば“Ｈ”の真の値はすでにわかつているわ
けだから、それの与えるべき正しい変換結果
log₂Hもわかつている。それ故に前記補正を行つ
た結果のグラフ３４より、（ゲイン補正）＝｛グラフ３４から得られ
る“log₂H”の値｝−｛真のlog₂H｝(5) の如くすればよい。而して第１図全体を通じて行
われるべき処理内容は、下式の如く表わされる。

｛出力｝＝２（（Ａ／Ｄコンバータの出力
）／（直線性補正係数）−（ゲイン補正量））(6) 以上に説明した本発明における較正方式を実施
するに当り、各較正用信号“Ｈ”又は“Ｌ”を印
加し、Ａ／Ｄコンバータ６の出力をデイジタルデ
イスプレイ装置３７により見ながら入手を介して
行つてもよいが、最も好適なる手法はこれをプロ
グラム制御されたコンピユーターによつて行うこ
とである。以下に述べる第２，３，４，５，６お
よび７図はこの機能を実現するための各フローチ
ヤートを示し、経験者ないし有識者においてこれ
らをもとに具体的なプログラムを作ることは容易
である。

第２図は、本発明において実行せんとする全て
の機能を表わしたフローチヤートである。図示さ
れたブロツク３８において、経験的に事前に決定
されたゲイン補正値及びオフセツト補正値が初期
値として、それぞれ乗算器８及び加算器１０に設
定される。つづくブロツク４０は較正が必要であ
ることを示し、この状態は装置の電源を投入した
とき常に、また操作者がその必要を認め所定の操
作を行つたときに発生する。ブロツク４２は較正
の開始に先立ち必要な項目、たとえば所定の電源
が与えられているか、をチエツクする。本発明に
係る装置がこのようなチエツク項目のチエツクを
経て較正作業を開始してよい状態であるときに
は、以下の種々のプロブラム４４，４６，４８が
実行に移される。ブロツク４４はＡ／Ｄコンバー
タ６が準備完了であること、すなわち所定の電源
が供給せられ、かつ熱平衡状態にあることをたし
かめる。またブロツク４６は、すべての状態がと
とのつたならば実行される所の、先にくわしく説
明した方式にもとづく較正処理手順を示す。

第３図は、自動較正を行うか否かを決定する際
に実行される機能を表したフローチヤートであ
る。自動較正が要求された場合（ブロツク４５）
その旨が表示され（ブロツク４７）、そしてブロ
ツク４９により前記較正手続きへ実行指令が下さ
れる。

第４図は、自動較正を行う際に必要とされるス
テツプを表わしたフローチヤートである。較正手
続きの実行において、前記較正用（参照用）信号
“Ｈ”がまず入力に与えられ、その時のＡ／Ｄコ
ンバータ６の出力が読み取られる（ブロツク５
２）。同様に参照用信号“Ｌ”に関する読み取り
がブロツク５４において行われ、その後ブロツク
５６において補正係数が演算されたのちブロツク
５８により各スイツチがもとにもどされ、手続き
が終了する。

第５図は、第４図に示されたブロツク５６の内
容を詳細に表わしたフローチヤートである。換言
すれば較正器１４（第１図参照）の実行する機能
を表わしたフローチヤートが第５図である。図示
された判定ブロツク６２において較正手続きを本
当に実行すべきか否かが判別され、たとえばＡ／
Ｄコンバーターの準備未了とか、電源が投入され
ていないとかの理由で諸手続きを行うべきでない
ときにはこれを行わない。そのような中止すべき
条件のすべてが該当しないならば、まず直線性補
正のための係数K′LINが求められる。これは既
述の如く、“Ｈ”と“Ｌ”の両変換結果を差引く
ことにより行われる。ブロツク６６においては、
ブロツク６４において求められた上記K′LINが、
上記“Ｈ”の変換結果から差引かれる。ブロツク
６８においてはつづいてゲイン補正係数K′GAIN
が求められ、これは実際に得られたlog₂Hと称す
る値から、真にしかるべきlog₂Hの値を差引くこ
とにより求められる。ブロツク６４〜ブロツク６
８の区間の両端に位置する所のブロツク７０と７
２は、較正作業を行つている間はこれらの補正係
数が装置内の他の部分に誤つて利用されることを
防止するためのものである。

第６図は、第５図に示した直線性及びゲインに
係る各補正係数の計算結果をそれぞれ乗算器８及
び加算器１０（第１図参照）に与えるための手続
きを表わしたフローチヤートである。まず、原始
データ、すなわち信号ＡがＡ／Ｄコンバーター６
に与えられ、つづいてその出力が乗算器８に与え
られる。そしてブロツク７６に示される如く第５
図中のブロツク６４にて計算された直線性補正係
数により除算される。そののちにブロツク７８と
して示す如く、同様にブロツク６４にて計算され
たゲイン補正係数が差引かれる。ブロツク８０は
かくして補正を完了したデータを装置内の引続く
部分、たとえば一例として指数変換器１２に与え
る手続きである。ブロツク７６と７８を囲むブロ
ツク８２と８４は、実際にあるデータの補正動作
を行つている間に両補正係数が第５図に示す計算
手続きにより再度変更されることを防止するため
のものである。

第７図は、自動補正が要求された場合に行われ
る機能を表わしたフローチヤートである。

第８図は、本発明の第２実施例による信号変換
装置を示すブロツク図である。第１Ａ図〜第７図
において述べた説明は対数変換を行う場合である
が、諸々の事情により信号の振幅領域（ダイナミ
ツクレンジ）をＡ／Ｄ変換に先立つて圧縮するた
めには他の関数形、たとえば平方根（ないしは多
乗根）を利用するのが好適な場合もある。第８図
はそのような場合の一例として“Ｒ乗根”を用い
る場合の一例を示すブロツク図である。図示され
た各ブロツクには対応する第１図中のブロツクと
同じ番号がふつてある。そして“Ｒ乗根”を求め
るため、対数増幅器４′の出力は分圧器４０によ
り１／Ｒに分圧されたのち指数変換器４２により
指数変換される。このように得られる圧縮された
信号は第１図の場合と同様に、その段階でＡ／Ｄ
変換に付される。その後再び対数変換４４がデイ
ジタル的に行われ、所望の底を用いた対数に変換
される。そして直線性補正用乗算器８′に導入さ
れる。

若しも指数変換（ブロツク４２により行われ
る）により得られる“底”が上記対数変換機能４
４のそれと同一のものであるならば、それらはお
互いに相殺し合つて何もおこらない。しかし両者
は必ずしも同一の値である必要は全くなく、現象
は一種の直線性誤差と等価に観測されるため、第
１Ａ図に関連してすでに述べた補正手続きにより
補正が行われる。このことを念頭におくならば、
対数変換器４４の出力信号は第１Ａ図に示される
Ａ／Ｄコンバーター６の出力と全く立場を同じく
する。ここで、対数変換器（対数増幅器）４′の
出力に課された１／Ｒの分圧係数は、単に直線性
係数の相違をもたらすのみとなる。この１／Ｒの
分圧を含む結果として、第１Ａ図に示された装置
の有する特性は異る底による対数変換であつた
が、第８図のそれは異る値Ｒのべき乗根への変換
であることが理解される。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は本発明の一実施例による信号変換装
置を示すブロツク図、第１Ｂ図は第１Ａ図の動作
を説明するためのグラフ、第２図ないし第７図は
第１Ａ図に示された装置の動作を表わしたフロー
チヤート、第８図は本発明の第２実施例による信
号変換装置を示したブロツク図である。

Claims

【特許請求の範囲】１入力信号を所望の底で対数変換する信号変換
装置において、 (イ) その入力を固有の底ｈで対数変換し、固有の
DCオフセツトとともに出力する対数変換回
路； (ロ) 前記対数変換回路の出力信号を受け入れ、こ
れをデイジタル語に変換するＡ／Ｄ変換器； (ハ) 前記Ａ／Ｄ変換器の前記デイジタル語を受け
入れ、該デイジタル語に第１の補正値を乗ずる
乗算器； (ニ) 前記対数変換回路の入力側に配置され、前記
入力信号、第１較正用信号源の既知出力Ｈと第
２較正用信号源の既知出力Ｌとを択一的に選択
し、前記対数変換回路の前記入力とするスイツ
チ手段； (ホ) 前記乗算器の入力に接続されて、前記デイジ
タル語を入力し、前記ｈを底とするＨ／Ｌの対
数とＨ／Ｌを底とする前記所望の底の対数の積
を直線性補正係数として算出する手段； (ヘ) 前記直線性補正係数の逆数を前記第１の補正
値として前記乗算器に乗算を指令する手段；を
含む自動較正式信号変換装置。２前記信号変換装置がさらに、 (ト) 前記乗算器に接続され、該乗算器の出力を受
け入れ、該出力に第２の補正値を加算する加算
器； (チ) 前記対数変換回路の前記入力が前記Ｈあるい
は前記Ｌであるとき、前記乗算器出力と前記所
望の底での前記Ｈの対数との差を第２の補正値
として算出する前記乗算器の出力に接続された
算出手段； (リ) 前記算出手段と前記加算器に接続され、前記
第２の補正値を前記加算器に入力する手段；を
含む特許請求の範囲第１項記載の自動較正式信
号変換装置。３前記Ｈ／Ｌを所望の底となるように選択した
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項あるいは
第２項記載の自動較正式信号変換装置。