JPH0650842B2 - 無線式テレメ−タ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は，とくに直流信号の伝送に適した無線式テレ
メータ装置に関する。

温度等の外部環境の変化によって搬送波にドリフトが生
じる。たとえばＦＭ変調，ＰＭ変調の場合には周波数や
位相ドリフト，パルス変調の場合にはパスルのデューテ
イ，周波数または位相ドリフトが起こりうる。変調され
た直流信号を含む搬送波が受信され，復調されることに
より再生された直流信号には，搬送波の上記のようなド
リフトによってオフセットが加わり，元の直流信号の基
準レベルたとえば零電位レベルを正確に再現することは
困難である。

発明の概要 この発明の目的は，受信，復調後の直流信号の本来の基
準レベルたとえば零電位レベルを，外部環境変化に影響
されることなく正しく再現する無線式テレメータ装置を
提供することにある。

この発明による無線式テレメータ装置は，送信装置と受
信装置とから構成され，送信装置は，パルス信号を発生
するパルス発生回路，送信すべき信号と上記パルス信号
とを合成し，合成された信号中のパルス信号成分のピー
ク値が基準レベルを示すような合成信号を出力する合成
回路，および合成回路の出力信号を変調する変調回路を
含み，受信装置は，受信信号を復調する復調回路，復調
された信号に含まれるパルス信号のピーク値が基準レベ
ルに一致するよう復調された信号のレベルをシフトする
クランプ回路，およびクランプ回路の出力信号からパル
ス信号を除去する低域通過フィルタを含んでいることを
特徴とする。

上記基準レベルは接地レベル（零電位）であることが好
ましい。また上記ピーク値はパルス信号の最低または最
高レベルである。

変調方式はＦＭ変調が好ましいが，ＰＭ変調，アナログ
パルス変調等種々のものを採用することができる。信号
の送信には，電磁波，光その他の媒体を用いることがで
きる。

この発明によると，送信すべき信号の基準レベルたとえ
ば接地レベルを明確にするために送信すべき信号にパル
ス信号を合成し，受信，復調後，復調された信号をクラ
ンプ回路でクランプして基準レベルを再現しているの
で、元の送信すべき信号の基準レベルを正しく再現する
ことができる。

実施例の説明 (1) 光無線式ＡＥテレメータ装置の概要 工作機械における工具の摩耗，折損その他の異常を，切
削加工および折損時に発生するアコーステック・エミッ
ション（以下ＡＥという）を利用して，監視，自動検出
するシステムがある。光無線式ＡＥテレメータ装置は，
このようなシステムにおいて，ＡＥセンサから得られる
ＡＥ信号の特定周波数成分を送信器から光信号の形態で
変調，送信し，これを受信器側で受信し，復調すること
により，元の特定周波数成分を再現するものである。

第１図は，光無線式ＡＥテレメータ装置の電気的構成の
概要を，第２図は第１図の各ブロックの出力信号の波形
をそれぞれ示している。

工作機械の工具またはワークの近傍にＡＥセンサ11が配
置されている。ＡＥセンサ11から出力されるＡＥ信号ａ
は増幅機能をもつ狭帯域通過フィルタ12に送られる。Ａ
Ｅ信号のパワー・スペクトラムにおいて，正常な切削加
工時には50KHz 付近にピークが現われ，工具の摩耗，折
損時には100 〜300KHz付近にピークが現われることが多
くの実験結果より分っている。フィルタ12は 100〜300K
Hz付近に中心周波数をもつものである。このようにし
て，工具の異常の有無，程度を表わす周波数成分ｂがフ
ィルタ12を通過し，エンベロープ検波回路13に入力す
る。この検波回路13は信号ｂを整流，増幅し，さらにそ
のエンベロープをとるものである。検波回路13の出力信
号ｃの波形が工具の異常診断を行なう上で必要なすべて
の情報を含んでいる。

パルス発振回路14は，信号ｃの波形に含まれる情報を破
壊しない程度に低い周波数（たとえば100Hz 程度）でか
つ同様に考慮されたパルス幅をもつパルスｄを発生する
ものである。このパルスｄは信号ｃとともに合成回路15
に入力する。合成回路15はパルス信号ｄによってオン，
オフ制御される一種のスイッチング回路であり，信号ｃ
の表わすエンベロープを，パルスｄのパルス幅の間，零
レベルに落す働きをする。これにより，信号ｃの零レベ
ルが明確化される。

合成回路15の出力信号ｅはＦＭ変調回路16において適当
な周波数の搬送波を用いて周波数変調され，発光ダイオ
ードおよびその駆動回路17に入力する。信号ｅで変調さ
れた搬送波を表わす光信号が発光ダイオードから空中に
放射される。

送信器10は以上に述べた回路12〜17から構成され，これ
らの回路には電池，たとえばリチウム電池により電源が
供給される。

ＡＥセンサが複数個設けられている場合には，各ＡＥセ
ンサ11に対して送信器10がそれぞれ用意される。これら
複数の送信器10における搬送波の周波数はそれぞれ異な
っている。

受信側の装置は，複数の受信ヘッド21とこれらの受信ヘ
ッド21の受信信号を処理する受信器20とから構成されて
いる。受信ヘッド21は，発光ダイオード17から送信され
る光信号を受信し電気信号に変換するフォトダイオード
・アレイ22と，このフォトダイオード・アレイ２２の出
力信号の増幅回路23とから成る。複数の受信ヘッド21の
受信信号は受信器20の加算回路24で加算される。相互に
周波数の異なる搬送波を用いた複数の送信器10からの光
信号を同時に受信している場合には，加算回路24の出力
信号が中間周波数変換回路25でそれぞれ中間周波数に変
換されることにより，複数の送信器10の送信信号が相互
に分離される。

分離された各受信信号は周波数復調回路26でそれぞれ復
調される。温度変化等により搬送波周波数がドリフトし
ている場合等においては，復調された信号ｆにオフセッ
トが加わり，その零レベルが，エンベロープを表わす信
号ｃの零レベルと必ずしも一致しないときがある。信号
ｃの零レベルは信号ｅからも分るようにパルス成分の最
低ピーク値として明確化されている。そこで，クランプ
回路27で，復調された信号ｆに含まれているパルスのピ
ーク（最低レベル）が受信器20の零レベルに一致するよ
うに信号ｆがクランプ（レベル・シフト）される。この
ようにしてエンベロープ信号の零レベルが正しく再現さ
れる。増幅機能をもつ低域通過フィルタ28で，クランプ
された後の信号ｇから零レベルを表わすパルス成分が除
去され，エンベロープ信号ｃが信号ｈとして再現され
る。

上述のようにエンベロープ信号ｃの波形は工具の異常診
断を行なう上で必要なすべての情報を含んでおり，受信
器20側でこの波形が正しく再現されなければならない。
ところが，搬送波における周波数ドリフト等に帰因して
復調後の信号ｆに直流成分が加算されてしまうことがあ
る。合成回路15においてエンベロープ信号ｃに零レベル
を明確化するためのパルス信号ｄを合成し、復調後，信
号ｆをクランプ回路27でクランプし零レベルを再現して
いるので，エンベロープ信号の振幅が正しく再現され
る。

このように構成することにより，たとえばＦＭ変調にお
いて復調をPLL（フェイズ・ロックト・ループ）を用い
て行なう場合に，被復調波信号の周波数と電圧（流）制
御発振回路の自己発振周波数とにずれがあってもその調
整が不要となるとともに，変復調回路を特に精密に構成
する必要もなくなる。

(2) 送信器と受信ヘッドの配置 ＡＥセンサ11および送信器10がロボットのアームのよう
な移動する物体に取付けられている場合や，送信器10と
受信ヘッド21との間の光路に障害物が侵入する可能性が
ある場合には，送信器10と受信ヘッド21ないしは受信器
20との光通信が妨げられる。これに対処するための配置
構成が第３図および第４図に示されている。

第３図は，移動する１つの送信器10（ＡＥセンサ11を含
む）に対処するために複数の受信ヘッド21が配置された
例を示している。送信器10は，位置Ｐ_１から破線で示す
ように位置Ｐ_２，Ｐ_３に移動する。移動する送信器10か
らの光信号を送信器10がどの位置にあっても受信できる
ように，複数のたとえば３個の受信ヘッド21が設けられ
ている。これらの受信ヘッド21は同軸ケーブルで受信器
20に接続されており，受信ヘッド21の受信信号は受信器
20の加算回路24で加算されたのち復調回路（第３図では
図示略）に送られる。

受信ヘッド21は適当な角度の受信指向性をもっている。
複数の受信ヘッド21の受信信号は加算回路24で加算され
るので，少なくとも１つの受信ヘッド21が充分な強度
（ＳＮ比）で送信光信号を受信していればその受信信号
は正常に復調される。送信器10といずれかの受信ヘッド
21との間に障害物18が存在しても，他の受信ヘッド21が
送信された光信号を受信するので支障はない。送信器10
が直線状に移動する場合には複数の受信ヘッド21を直線
状に配置すれば足りるが，送信器10が直線以外の軌跡を
描いて運動するときにはそれに応じて複数の受信ヘッド
21が配置されよう。もちろん受信ヘッド21の数は必要に
応じて選定される。

第４図は，ＦＭ変調のための搬送波の周波数が互いに異
なる複数台の送信器10が設けられた場合を示している。
複数の送信器10から送信される光信号のそれぞれを少な
くとも１個の受信ヘッド21が受信できるように，複数の
受信ヘッド21が配置されている。送信器10と受信ヘッド
21とは１：１に対応する必要はなく，図示のように３個
の受信ヘッド21でも５台の送信器10からの光信号の受信
が可能である。第１図に示された受信器20と同じよう
に，送信器10の数に等しい数の中間周波数変換回路25が
必要となる。

複数台の送信器10が移動する場合には，これらの送信器
10の移動範囲からの光信号をそれぞれ受信できるように
受信ヘッド21を配置すればよい。

第３図および第４図における加算回路は複数の入力信号
を単純に加算するものでよく，たとえば演算増幅器，そ
の帰還抵抗および入力信号の数に等しい入力抵抗からな
る回路で実現される。

(3) エンベロープ検波回路（その１） エンベローブ検波回路13の具体的構成の一例が第５図に
示されている。特性の等しい２つのｎｐｎトランジスタ
Ｔ₁₁，Ｔ₁₂，カレント・ミラーを構成するｐｎｐトラン
ジスタＴ₁₃，Ｔ₁₄，および定電流源31により単一出力差
動増幅回路が構成されている。この差動増幅回路の一方
の入力端子に入力信号Ｖin（第１図の信号ｂに担当）が
入力する。この入力端子とアース間には抵抗Ｒ₁₁が接続
されている。差動増幅回路の出力端子には増幅用のｎｐ
ｎトランジスタＴ₁₅が接続され，そのエミッタが差動増
幅回路の他方の入力端子に接続されることにより，負帰
還増幅回路が構成されている。トランジスタＴ₁₅のコレ
クタと電源電圧＋Ｖとの間に抵抗Ｒ₁₃が，同コレクタと
アースとの間にコンデンサＣ₁₁がそれぞれ接続され，こ
れらの抵抗Ｒ₁₃とコンデンサＣ₁₁とが低域通過フィルタ
（平滑回路）を構成する。これらの抵抗Ｒ₁₃とコンデン
サＣ₁₁との接続点Ｐ_d の電圧が出力電圧Ｖ_out となる。
トランジスタＴ₁₅のエミッタとアースとの間に抵抗Ｒ₁₂
が接続されている。

第６図は，第５図の回路の一部をｈパラメータを用いて
表わした等価回路を示している。第５図における接続点
Ｐ_a 〜Ｐ_d に相当する点が第６図に同じ符号を用いて示
されている。トランジスタＴ₁₂のベース電位（トランジ
スタＴ₁₅のエミッタ電位）（点Ｐ_b ）をＶ_b とすると，
次式が成立する。Ｉｂはベース電流である。

Ｖ_in−Ｖ_b ＝２h_ie・Ｉ_b ・・・(1) Ｖ_b ＝Ｒ₁₂・２h_fe ² ・Ｉ_b ・・・(2) ベース電流Ｉ_b は非常に小さいので第１式の右辺はほぼ
零と考えることができ， Ｖ_in＝Ｖ_b ・・・(3) が成立する。

第７図は，入力電圧信号Ｖ_in，点Ｐ_b に現われる電圧Ｖ
_b および出力信号Ｖ_out の波形を示している。入力電圧
Ｖ_inがアース電位に対して正の場合には，出力段のトラ
ンジスタＴ₁₅のエミッタ電位Ｖ_b は上述したように入力
電圧にＶ_inにほぼ等しい。入力電圧Ｖ_inが負の場合には
トランジスタＴ₁₅のエミッタ電位は負方向に引っぱられ
る（抵抗Ｒ₁₂を通ってトランジスタＴ₁₅のエミッタに流
入する方向に電流が流れようとする）のでトランジスタ
Ｔ₁₅はしゃ断状態となる。トランジスタＴ₁₅は入力電圧
Ｖ_inが正の場合にのみ動作するのでこれによって半波整
流作用が行なわれる。抵抗Ｒ₁₃とコンデンサＣ₁₁とは低
域通過フィルタを構成しているので，この回路により入
力信号Ｖinのエンベロープ検波が行なわれる。また第６
図において２h_fe ² ・Ｉ_b 》Ｉ_b と考えてよく，抵抗Ｒ
₁₂を流れる電流と，抵抗Ｒ₁₃とコンデンサＣ₁₁の並列回
路（Ｒ₁₃//Ｃ₁₁）を流れる電流とはほぼ等しい。低周波
帯域において Ｖ_out ／Ｖ_in≒Ｖ_out ／Ｖ_b ＝−Ｒ₁₃／Ｒ₁₂ ・・・(4) が成立し，入力信号Ｖ_inのエンベロープは−Ｒ₁₃／Ｒ₁₂
倍に増巾される。

このようにして，第５図の回路は，整流，エンベロープ
検波および増巾の３つの機能をもつ。

第８図は，第５図の回路におけるトランジスタＴ₁₁〜Ｔ
₁₄からなる差動増巾回路を演算増巾器ＯＰ₁ で置きかえ
た変形例を示している。この回路の動作は上述したもの
と同じである。

(4) エンベロープ検波回路（その２） 第５図の回路において，入力電圧Ｖ_inが負の場合にトラ
ンジスタＴ₁₂のベース電位Ｖ_b は負になる。トランジス
タＴ₁₅がしゃ断状態であるために，トランジスタＴ12の
ベースに抵抗Ｒ12を通って電流が流れこみ，これにより
トランジスタＴ12は飽和状態となる。トランジスタＴ₁₂
の飽和はその動作を遅くする。したがって，とくに高い
周波数の入力信号Ｖ_inに対して追従できなくなり，エン
ベロープ検波特性（線形性）が悪くなる。

これに対する対策としては，トランジスタＴ₁₂のベース
に抵抗Ｒ₁₂を通して電流が流れこむときに，トランジス
タＴ₁₂のコレクタ電流もそれに応じて流れるようにすれ
ばよい。この考え方を実現した回路が第９図の回路であ
る。第９図において第５図に示すものと同一物には同一
符号が付けられている。

第９図において，電源電圧＋Ｖと−Ｖとの間に２つのｎ
ｐｎトランジスタＴ₁₇，Ｔ₂₀が接続されている。一方の
トランジスタＴ₁₇のエミッタとトランジスタＴ₁₂のコレ
クタとの間にもう１つのトランジスタＴ₁₆が接続され，
このトランジスタＴ₁₆のベースはそのコレクタに接続さ
れている。トランジスタＴ₁₇のバイアス回路は＋Ｖ電源
とアースとの間に接続された抵抗Ｒ14および２つのトラ
ンジスタＴ₁₈，Ｔ₁₉により構成され，２つのトランジス
タＴ₁₈，Ｔ₁₉における降下電圧がトランジスタＴ₁₇のベ
ースに印加されている。トランジスタＴ₂₀は定電流源を
構成しており，抵抗Ｒ₁₅，Ｒ₁₆によって分圧された電圧
がそのベースに印加される。

入力電圧Ｖ_inが正の場合にはトランジスタＴ₁₆はしゃ断
状態にある。トランジスタＴ₁₇，Ｔ₂₀を通って一定電流
が流れている。

入力電圧Ｖ_inが負の場合に，トランジスタＴ₁₂のコレク
タ電位が低下しアース・レベルに近づくと，トランジス
タＴ₁₆が導通し，トランジスタＴ₁₇，Ｔ₁₆を通ってトラ
ンジスタＴ₁₂に電流が流れ込みトランジスタＴ₁₂の飽和
が防止される。

このようにして，第９図の回路の動作の高速性が担保さ
れる。

トランジスタＴ₁₂が飽和するかどうかは定電流源31の電
流容量にも依存する。この定電流源31の電流容量が大き
ければ，入力電圧Ｖ_inが負のときトランジスタＴ12のベ
ースに電流が流れ込んでもトランジスタＴ₁₂が飽和に至
らないようそのコレクタ電流を流すことが可能であろ
う。定電流源31の電流容量が小さいとそれだけトランジ
スタＴ₁₂が飽和しやすくなる。しかしながら，たとえそ
うであったとしてもトランジスタＴ₁₆〜Ｔ₂₀を含む回路
の働きによって上述のようにトランジスタＴ₁₂の飽和が
防止されるので，低消費電流でかつ高速性，高安定性の
回路が実現される。

(5) 合成回路 第１０図は，第１図の合成回路15の具体的な一例を示し
ている。この回路では，エンベロープ検波回路13の出力
信号ｃが入力信号Ｉ_i として，パルス発振回路14の出力
パルス信号ｄが電圧信号Ｖ_c として与えられている。出
力信号ｅは出力電流Ｉ_o である。

２つのｐｎｐトランジスタＴ₂₁，Ｔ₂₂はカレント・ミラ
ーを構成し，一方のトランジスタＴ₂₁に入力信号Ｉ_i が
与えられる。他方のトランジスタＴ₂₂にはこの入力信号
Ｉ_i に等しい電流が流れる。他方のトランジスタＴ22の
コレクタには２つのｐｎｐトランジスタＴ₂₃，Ｔ₂₄のエ
ミッタがそれぞれ接続されている。トランジスタＴ₂₃の
コレクタが出力端子につながっている。このトランジス
タＴ₂₃のベースは接地されている。トランジスタＴ₂₄の
コレクタには定電流源として作用するトランジスタＴ₂₅
が接続されている。トランジスタＴ₂₄のベースにはパル
ス信号Ｖ_c が与えられる。トランジスタＴ₂₅は抵抗
Ｒ₂₁，Ｒ₂₂により固定的にバイアスされている。

第１１図は，入力電流Ｉ_i ，パルス電圧Ｖ_c および出力
電流Ｉ_o の波形を示している。

パルス電圧信号Ｖ_c が正レベルのときトランジスタＴ₂₄
はオフである。トランジスタＴ₂₂を流れる入力電流Ｉ_i
に等しい電流はトランジスタＴ₂₃に流れ，出力電流とな
る。すなわちＩ_i ＝Ｉ_o である。信号Ｖ_c が負になると
トランジスタＴ₂₄がオンとなり，トランジスタＴ₂₂を流
れる電流はトランジスタＴ₂₄，Ｔ₂₅を通って流れてしま
うのでトランジスタＴ₂₃はオフとなる。したがって出力
電流はＩ_o ＝０となる。

このようにして，信号Ｖ_c が負レベルのときに零レベル
となる出力電流Ｉ_o が得られる。第２図ではパルス信号
ｄは直流パルスであるのに対して，第１１図のパルス信
号Ｖ_c は交流パルスとなっているが，全く問題はない。
要は，合成された信号ｅまたはＩ_o 中に基準レベル（零
レベル）を示すパルス状信号成分が含まれていればよ
い。

(6) 発光ダイオード駆動回路 第１２図は発光ダイオード駆動回路（第１図の回路17に
相当）を示している。第１図の変調回路16の出力信号が
入力電流Ｉ₁ で与えられており，発光ダイオード33の駆
動電流がＩ₂ である。

ｐｎｐトランジスタＴ₃₁とＴ₃₂はカレント・ミラーを構
成している。一方のトランジスタＴ₃₁に入力電流Ｉ₁ が
与えられると他方のトランジスタＴ₃₂に同じ値の電流Ｉ
₁ が流れる。

特性の等しい２つのｎｐｎトランジスタＴ₃₃，Ｔ₃₄，カ
レント・ミラーを構成するｐｎｐトランジスタＴ₃₅，Ｔ
₃₆および電流源32により単一出力差動増巾回路が構成さ
れている。トランジスタＴ₃₂のコレクタはトランジスタ
Ｔ₃₃のベースに接続されている。この差動増巾回路の出
力側にトランジスタＴ₃₇のベースが接続され，このトラ
ンジスタＴ₃₇のエミッタがトランジスタＴ₃₄のベースに
接続されている。さらに一端がトランジスタＴ₃₃，Ｔ₃₄
のベースにそれぞれ接続された抵抗Ｒ₃₁，Ｒ₃₂の他端が
発光ダイオード33のアノードに接続されている。これら
のトランジスタＴ₃₇，抵抗Ｒ₃₁，Ｒ₃₂が加えられて負帰
還増巾回路が構成されている。

トランジスタＴ₃₂，抵抗Ｒ₃₁を流れる電流Ｉ₁ が増加す
るとトランジスタＴ₃₃のベース電位が上昇するので，こ
のトランジスタＴ₃₃を流れる電流が増大する。トランジ
スタＴ₃₅，Ｔ₃₆より構成されるカレント・ミラーの働き
によりトランジスタＴ₃₆を流れる電流も増大し，トラン
ジスタＴ₃₇のベース電流も増加し，トランジスタＴ₃₇を
流れる電流Ｉ₃ も増加する。しかしながら，電流Ｉ₃ の
増加はトランジスタＴ₃₄のコレクタ電流を増加させるの
で，トランジスタＴ37のベース電流が減少し，電流Ｉ₃
も減少する。

第１２図の回路において次式が成立する。

Ｒ₃₁・Ｉ₁ ＝Ｒ₃₂・Ｉ₃ ・・・(5) Ｉ₂ ＝Ｉ₁ ＋Ｉ₃ ・・・(6) したがって，電流増巾率は次式で与えられる。

Ｉ₂ ／Ｉ₁ ＝１＋（Ｒ₃₁／Ｒ₃₂） ・・・(7) 第７式よりも分るように，電流増巾率は抵抗Ｒ₃₁，Ｒ₃₂
の値のみによって定まり，トランジスタ特性の影響をほ
とんど受けない。抵抗Ｒ₃₁，Ｒ₃₂として温度係数の小さ
いものを使用することにより温度等の変化の影響を小さ
くすることが可能である。温度の変化，電源電圧の変動
によってトランジスタ特性，動作点等に変化があっても
電流増巾率Ｉ₂ ／Ｉ₁ は一定に保たれる。

また負帰還回路であるから，たとえば電流Ｉ₃ に雑音が
加わってもそれによる変動を打ち消すように上記の増巾
回路が働くので耐ノイズ性のある増巾が可能である。

このようにして，電気的雑音，温度，電源電圧変動など
の外乱による発光ダイオード等の発光素子の輝度への影
響をおさえ，光通信におけるＳＮ比を向上させることが
できる。

さらに電流増巾率は上述のように２つの抵抗の値によっ
て定まるので，消費電流ができるだけ少なくなるように
通信距離に応じた輝度設定，すなわち駆動電流Ｉ₂ の調
整を容易に行なえる。上述のように送信器は電池を電源
としている。電池交換の期間をできるだけ長くするため
には送信器の消費電流をできるだけ少なくする必要があ
る。他方，通信距離に応じて発光ダイオードの輝度を設
定しなければならない。必要なＳＮ比を満足する範囲で
発光ダイオードの駆動電流を調整できれば，消費電流の
浪費を防止することができる。

第１３図は発光ダイオード駆動回路の変形例を示してい
る。第１２図のトランジスタＴ₃₃〜Ｔ₃₆を含む差動増巾
回路が演算増巾器ＯＰ₂ で置きかえられている。動作は
第１２図に示すものと同じである。

第１２図および第１３図において，直列に接続された複
数の発光ダイオード33が図示されているが，もちろん１
個の発光ダイオードでもよい。

(7) クランプ回路（その１） 第１４図はクランプ回路（第１図，符号２７）の具体的
構成の一例を示している。第１４図の入力信号Ｖ_inは第
１図の信号ｆに相当し，出力信号Ｖ_out は信号ｇに相当
する。電圧信号源34はクランプのための基準レベル±Ｖ
_R を与えるもので，第１図の実施例ではこの基準レベル
は零に設定されている。第１４図の回路における入，出
力信号Ｖ_in，Ｖ_out の波形が第１５図に示されている。

このクランプ回路は演算増巾器ＯＰ₃ を含んでいる。こ
の演算増巾器ＯＰ₃ の反転入力側にクランプ・コンデン
サＣ₄₁を介して入力端子が接続されているとともに，こ
の反転入力側は抵抗Ｒ₄₁を介して接地されている。演算
増巾器ＯＰ₃ の非反転入力側には基準電圧源34が接続さ
れている。演算増巾器ＯＰ₃ の出力はダイオードＤ₁ を
介して反転入力側にフィードバックされ，この反転入力
側が出力端子につながっている。

コンデンサＣ41に蓄えられている電荷は零，このコンデ
ンサＣ₄₁の両端間の電位差も零とする。このときＶ_out
＝Ｖ_inである。Ｖ_out ＞Ｖ_R であるから演算増巾器ＯＰ
₃ の出力は電圧Ｖ_R 以下となり，ダイオードＤ₁ に電流
は流れない。

時刻ｔ₁ で入力信号Ｖ_inが電圧Ｖ_R 以下に立下りその最
底ピークとなる。コンデンサＣ₄₁の両端間の電位差は零
であるからＶ_out ＝Ｖ_in＜Ｖ_R となり，演算増巾器ＯＰ
₃ の出力電圧はＶ_R 以上となってダイオードＤ₁ が導通
する。ダイオードＤ₁ を流れる電流によってコンデンサ
Ｃ₄₁が充電され，出力Ｖ_out は急上昇していく。Ｖ_out
＝Ｖ_R になると演算増巾器ＯＰ₃ の出力は電圧Ｖ_R 以下
に立下るのでダイオードＤ₁ がオフとなり，コンデンサ
Ｃ₄₁への充電が停止する。したがって，出力電圧Ｖ_out
は基準レベルＶ_R にクランプされる。

入力電圧Ｖ_inがその最底レベルからレベルＶ_R を超えて
立上ると出力電圧Ｖ_out もこれに追従して立上り，Ｖ
_out ＝Ｖ_inとなる。

入力電圧Ｖinが最初に最底ピークに立下り（時刻ｔ₁ ）
その後ダイオードＤ₁ がオンからオフに移行した時点か
ら次に最底ピークに立下る時刻ｔ₂ までの間，ダイオー
ドＤ₁ はオフの状態に保持され，この間にコンデンサＣ
₄₁の電荷は抵抗Ｒ₄₁を通してゆっくりと放電される。こ
の間の放電によるコンデンサＣ₄₁の両端間の電位差の変
化分をΔＶ_q とする。

入力信号Ｖ_inが基準レベルＶ_R 以下に再び立下った時刻
ｔ₂ において，コンデンサＣ₄₁の電位は放電によってΔ
Ｖ_q だけ低下しているから，Ｖ_out ＝Ｖ_R −ΔＶ_q とな
る。Ｖ_out ＜Ｖ_R であるから再びダイオードＤ₁ が導通
し，Ｖ_out ＝Ｖ_R になるまでコンデンサＣ₄₁が充電され
る。

このようにして，入力信号Ｖ_inの最底ピークが常に基準
レベルＶ_R にクランプされる。

(8) クランプ回路（その２） 第１４図の回路では，時刻ｔ₁ における入力信号Ｖ_inの
最低ピーク値と時刻ｔ₂ における同信号の最底ピーク値
との差（変動分）が＋ΔＶ_q 以下であれば，Ｖ_out ＝Ｖ
Ｒのクランプ作用が正常に達成される。

ＡＥテレメータ装置の通常の使用状態においては上記の
正常なクランプ動作が確実に行なわれる。

ところが，何らかの異常が発生することにより，入力信
号Ｖ_inの最低ピーク値が上昇してしまうとクランプ作用
に支障をきたすことがある。たとえば第１５図に示され
ているように，時刻ｔ₃ における入力信号Ｖ_inの最底ピ
ーク値が時刻ｔ₂ のそれに比べて＋ΔＶだけ変動したと
する。前回（時刻ｔ₂ ）のクランプ時にＶ_out ＝Ｖ_R に
クランプされていたとすれば，時刻ｔ₃ における出力は
Ｖ_out ＝Ｖ_R −ΔＶ_q ＋ΔＶとなる。ΔＶ＞ΔＶ_q であ
るとＶ_out ＞Ｖ_R となり，ダイオードＤ₁ はオフの状態
に保たれ，Ｖ_out は基準レベルＶ_R にクランプされなく
なってしまう。

このように，第１４図の回路は入力信号Ｖ_inのピーク値
が著しく変動したときにはクランプ状態からはずれてし
まうという問題が起こりうる。第１図に示されるクラン
プ回路27の目的は，入力信号のピーク値を基準レベル
（たとえば零電位）に一致させることによって直流信号
の基準レベルの再現を図ることにあるので，クランプ回
路が正常に動作しなければ直流信号の基準レベルを失う
こととなり，早急にクランプ状態に戻す必要がある。

第１６図は上述の問題点を克服するように改良されたク
ランプ回路を示している。この図において第１４図に示
すものと同一物には同一符号が付けられている。

上限レベルを定める電圧Ｖ_L を発生する電圧源35と，こ
の電圧源35，出力Ｖ_out の出力端子がそれぞれ反転入力
側，非反転入力側に接続された比較器としての演算増巾
器ＯＰ₄ と，抵抗Ｒ₄₁に並列に接続され演算増巾器ＯＰ
₄ の出力信号によってオン，オフ制御されるスイッチン
グ・トランジスタＴ₄₁とが追加されている。この追加さ
れた回路は，出力Ｖ_out がレベルＶ_L 以上になるとトラ
ンジスタＴ₄₁を導通させ，コンデンサＣ₄₁の電荷をトラ
ンジスタＴ₄₁を通して放電させることにより，出力Ｖ
_out をレベルＶ_L 以上に上昇させないように働く。

第１７図は第１６図の入，出力信号およびダイオード，
トランジスタの状態を示している。時刻ｔ₁₁，ｔ₁₂にお
ける動作は第１５図の時刻ｔ₁ ，ｔ₂ におけるそれと同
じである。

何らかの異常発生により時刻ｔ₁₃において出力電圧Ｖ
_out が上限レベルＶ_L を超えるとこれが演算増巾器ＯＰ
₄ によって検知され，トランジスタＴ₄₁ がオンとな
る。これによりコンデンサＣ₄₁の電荷が放電されるの
で，出力Ｖ_out はレベルＶ_L に保たれる。入力信号Ｖ_in
に最低ピークが現われその電圧が下降すればもちろん出
力電圧Ｖ_out はこれに追従して下降する。

時刻ｔ₁₄付近において入力電圧Ｖ_inが下降をはじめると
それにともなって出力電圧Ｖ_out も下降する。トランジ
スタＴ₄₁はこのときオフとなり，コンデンサＣ₄₁の電荷
は抵抗Ｒ₄₁を通してゆっくり放電する元の状態に戻る。

時刻ｔ₁₅において入力信号Ｖ_inに最底ピークが現われる
とこれに追従して出力電圧Ｖ_out は基準レベルＶR 以下
になる。このときには演算増巾器ＯＰ₃ の出力が上昇し
ダイオードＤ₁ が導電し，コンデンサＣ₄₁が充電され出
力Ｖ_out が基準レベルＶ_R にクランプされる。

以上のようにして，入力信号のレベルが異常に上昇した
としても，出力信号はすみやかにレベルＶ_R にクランプ
された状態に戻ることができる。もし，上述の付加され
た回路が存在しない場合には第１７図に破線で示される
ように，出力信号Ｖ_out は入力信号Ｖ_in に追従して上
昇し，時刻ｔ₁₅に至っても出力Ｖ_out は基準レベルＶ_R
以上となっている。コンデンサＣ₄₁の電荷が抵抗Ｒ₄₁を
通してゆっくり放電していって出力Ｖ_out がレベルＶ_R
以下になるまでクランプされない状態が続くことにな
る。

出力信号Ｖ_out が上限レベルＶ_L を超えた場合には出力
信号Ｖ_out はレベルＶ_L でカットされ，忠実な信号波形
の再現が部分的に行なわれなくなるが，出力信号Ｖ_out
がレベルＶ_L を超えるのは何らかの異常が生じた場合で
あるから，無線式テレメータ装置に何ら悪影響を及ぼす
ことはない。

第１６図の回路は，入力信号の最底ピークを基準電位に
クランプするものである。このようなタイプの回路にお
いては，出力電圧が上限レベル（基準レベルよりも高
い）を超えたことを検知し，この検知にもとづいてクラ
ンプ・コンデンサを強制的に放電させ，出力電圧が上記
上限レベルを超えないようにクランプ・コンデンサの電
荷を制御している。

入力信号の最高ピークを基準レベルにクランプするタイ
プの回路においては，出力電圧が下限レベル（基準レベ
ルよりも低い）を下まわったことを検知してクランプ・
コンデンサを強制的に充電し，出力電位が上記下限レベ
ルを下らないようにクランプ・コンデンサの電荷を制御
すればよい。

(9) クランプ回路（その３） 第１８図はクランプ回路の変形例を示している。この回
路の基準レベルは接地レベルに設定されている。

この図において，トランジスタＴ₅₇，Ｔ₅₈，Ｔ₅₉，
Ｔ₆₀，Ｔ₆₃および電流源36は差動増巾回路を構成してい
る。トランジスタＴ₆₃に直列に接続されたトランジスタ
Ｔ₆₁ともう１つのトランジスタＴ₆₂が出力段のカレント
・ミラーを構成し，トランジスタＴ₆₂に出力抵抗Ｒ₅₃が
接続されている。クランプ・コンデンサＣ₅₁にクランプ
のための電荷を供給するフィードバック素子はトランジ
スタＴ₅₄である。このトランジスタＴ₅₄にはトランジス
タＴ₅₁と抵抗Ｒ₅₄とからなる回路によりバイアスが加え
られ，トランジスタＴ₅₄のエミッタはトランジスタＴ₅₈
のコレクタ（点Ｑ_c）に接続されている。トランジスタ
Ｔ₅₄は，トランジスタＴ₅₂，Ｔ₅₃からなるカレント・ミ
ラーを介してコンデンサＣ₅₁に電荷を供給する。トラン
ジスタＴ₅₄のエミッタにはトランジスタＴ₅₆が接続され
ている。入力信号Ｖ_inが異常に上昇したときにコンデン
サＣ₅₁の電荷を放電させるよう制御するスイッチング素
子はトランジスタＴ₅₅である。トランジスタＴ₅₈のベー
ス（点Ｑ_b）とアースとの間に分圧抵抗Ｒ₅₁，Ｒ₅₂が接
続されており，この接続点（点Ｑｄ）の電圧がトランジ
スタＴ₅₅，Ｔ₅₆に加えられる。

第１９図は第１８図の回路における各点の電圧波形およ
びトランジスタＴ₅₄，Ｔ₅₅の状態を示している。

時刻ｔ₂₁以前においてコンデンサＣ₅₁にはある量の電荷
が蓄えられているものとする。入力信号Ｖ_inとトランジ
スタＴ₅₇のベース電位（点Ｑ_a）との間にはコンデンサ
Ｃ₅₁に充電されている電荷量に応じた電位差がある。コ
ンデンサＣ₅₁の電荷はトランジスタＴ₅₇のベース電流と
してゆっくりと放電されている。トランジスタＴ₅₇〜Ｔ
₆₀およびＴ₆₃は上述のように負帰還増巾回路を構成して
いるので点Ｑ_a とＱ_b の電位は等しい。点Ｑ_a の電位が
正であればある値の電流Ｉ₁₁がトランジスタＴ₆₁，Ｔ₆₃
を通って流れ，トランジスタＴ₆₁，Ｔ₆₂よりなるカレン
ト・ミラーの作用により抵抗Ｒ₅₃にもトランジスタＴ₆₂
を通って電流Ｉ₁₁が流れ，正の出力電圧Ｖ_out＝Ｉ₁₁・
Ｒ₅₃が出力端子に現われる。

時刻ｔ21において入力電圧Ｖinが最底ピーク値になる
と，点Ｑ_a の電位はコンデンサＣ₅₁に充電された電荷に
よって負になる。点Ｑ_c の電位は点Ｑ_a のそれにしたが
って変化するのでこの点Ｑ_c の電位も下り，トランジス
タＴ₅₄が導通状態になる。このときトランジスタＴ₅₆は
オフである。これによってトランジスタＴ₅₃，Ｔ₅₄を通
して電流Ｉ₁₂が流れ，トランジスタＴ₅₂，Ｔ₅₃からなる
カレント・ミラーによりトランジスタＴ₅₂を通してコン
デンサＣ₅₁が充電される。これにより点Ｑ_a の電位が上
昇しＱ_c の電位も上昇し，点Ｑ_a の電位が零電位（アー
ス電位）になるとトランジスタＴ₅₄がオフとなる。した
がってＩ₁₂＝０となりコンデンサＣ₅₁への充電は止ま
る。点Ｑ_a およびＱ_b の電位はともに零電位であり，ト
ランジスタＴ₆₃はしゃ断状態であり，出力電圧Ｖ_out も
零電位に保持される。

入力電圧Ｖ_inが最底ピークから立上ったのち次の最底ピ
ークが訪ずれる時点ｔ22までの間においては，出力電圧
Ｖ_out は入力電圧Ｖ_inにしたがって変化する。この間に
コンデンサＣ51はトランジスタＴ₅₇のベース電流を供給
し，ゆっくりと放電する。したがって，時刻ｔ₂₂におい
て入力信号Ｖ_inが再び最底ピークになると，点Ｑ_a の電
位は時刻ｔ₂₁で零電位にクランプされていたので負電位
となる。これにより出力電圧Ｖ_out は再び零電位にクラ
ンプされる。

入力電圧Ｖ_inの急激なレベル上昇によって点Ｑ_a の電位
が上昇すると（時刻ｔ₂₃），点Ｑ_bの電位が上昇し，点
Ｑ_dの電位も上る。点Ｑ_dの電位がトランジスタＴ₅₅のＶ
_BE以上に上昇するとトランジスタＴ₅₅は導通し，コンデ
ンサＣ₅₁の電荷が放電するので（電流Ｉ₁₃），点Ｑ_aの
電位上昇が防止される。したがって，出力電圧Ｖ_out も
ある一定電位Ｖ_L 以上になることはない。トランジスタ
Ｔ₆₁（Ｔ₆₃）と同Ｔ₆₂を流れる電流は等しいので，この
一定電位Ｖ_L は次式で与えられる。

Ｖ_L ＝（Ｒ₅₃／Ｒ₅₁）・Ｖ_BE ・・・(8) 時刻ｔ₂₄において入力電圧Ｖ_inが下降しはじめると点Ｑ
_aの電位も下るので点Ｑ_b，Ｑ_cの電位も下り，トランジ
スタＴ55はオフとなり出力電圧Ｖ_out はＶ_L 以下にな
る。

以上のリミッタ作用の有無によって，第１９図の出力電
圧Ｖ_out に実線と破線で示した差異が生じる。リミッタ
作用があるときには実線で示すように，時刻ｔ₂₄以降の
時刻ｔ₂₅において出力電圧Ｖ_out は再び零電位にクラン
プされた状態に復帰する。これに対してリミッタ作用が
無い場合には，破線で示すように，出力電圧Ｖ_out は電
圧Ｖ_L 以上になり，クランプ状態に復帰するのが遅れ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は無線式ＡＥテレメータ装置の電気的構成を示す
ブロック図であり，第２図は同ブロックの出力信号を示
す波形図である。 第３図および第４図は送信器と受信ヘッドの配置関係を
示すもので，第３図は１個の送信器が動く場合，第４図
は複数の送信器が設けられた場合をそれぞれ示してい
る。 第５図はエンベロープ検波回路を示す回路図，第６図は
その等価回路図，第７図はその波形図，第８図は変形例
を示す回路図，第９図は改良されたエンベロープ検波回
路を示す回路図である。 第１０図は合成回路の一例を示す回路図，第１１図はそ
の波形図である。 第１２図は発光ダイオード駆動回路の一例を示す回路
図，第１３図はその変形例を示す回路図である。 第１４図はクランプ回路の一例を示す回路図，第１５図
はその入，出力信号等を示す波形図，第１６図は改良さ
れたクランプ回路を示す回路図，第１７図はその波形
図，第１８図はクランプ回路の他の例を示す回路図，第
１９図はその波形図である。 10……送信器，14……パルス発振回路， 15……合成回路，16……ＦＭ変調回路， 20……受信器，26……復調回路， 27……クランプ回路，28……低域通過フィルタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢井田 光一 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 立 石電機株式会社内 (72)発明者 ダフイツト・セーハー・フアンマーレン オランダ国 2628セーデー，デルフト，メ ーケルウエーフ ４番地 (72)発明者 エルンスト・ハー・ノルトホルト オランダ国 2628セーデー，デルフト，メ ーケルウエーフ ４番地

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送信装置と受信装置とから構成され，送信
   装置は， パルス信号を発生するパルス発生回路， 送信すべき信号と上記パルス信号とを合成し，合成され
   た信号中のパルス信号成分のピーク値が基準レベルを示
   すような合成信号を出力する合成回路，および 合成回路の出力信号を変調する変調回路を含み， 受信装置は， 受信信号を復調する復調回路， 復調された信号に含まれるパルス信号のピーク値が基準
   レベルに一致するよう復調された信号のレベルをシフト
   するクランプ回路，および クランプ回路の出力信号からパルス信号を除去する低域
   通過フィルタを含んでいる， 無線式テレメータ装置。
2. 【請求項２】上記基準レベルが接地レベルである，特許
   請求の範囲第（１）項に記載の無線式テレメータ装置。
3. 【請求項３】上記ピーク値がパスル信号の最低レベルで
   ある，特許請求の範囲第（１）項に記載の無線式テレメ
   ータ装置。
4. 【請求項４】上記ピーク値がパスル信号の最高レベルで
   ある，特許請求の範囲第（１）項に記載の無線式テレメ
   ータ装置。
5. 【請求項５】複数の送信装置があり，これらの搬送波信
   号の周波数が異なる場合に，受信装置が各送信装置から
   送信された信号を共通の中間周波数信号にそれぞれ変換
   する回路を備えている，特許請求の範囲第（１）項に記
   載の無線式テレメータ装置。