JPH1127146A

JPH1127146A - アナログ入力信号の入力装置

Info

Publication number: JPH1127146A
Application number: JP9177240A
Authority: JP
Inventors: Toshiko Kimura; 寿子木村; Sakanobu Sato; 栄悦佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd; Nakajo Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Industrial Equipment Nakajo Engineering Co Ltd
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】ソフトウエア処理にて修正をするアナログ入力
装置を提供する。【解決手段】調整、計測モードとの切替部１３０と、
複数の任意のアナログ入力信号を選択するマルチプレク
サ１１１と、入力信号用増幅回路１１３、増幅信号を変
換するＡ／Ｄ変換器１１４と、ディジタル信号を取り込
むプロセッサ１１６と、上位接続装置１１９へ伝送する
アナログ入力装置で、調整モードは、任意の各アナログ
入力信号に対する変換後の各ディジタル値を上下限の各
フルスケール値とし、計測モードは、任意のアナログ入
力信号に対応するディジタル値を、両フルスケール値を
補間して求めることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アナログ入力信号
の入力方式に係り、特に、アナログ入力信号をＡ／Ｄ変
換器を介してディジタル信号に変換し、この変換信号を
外部へ出力するアナログ入力装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４を参照して、従来技術のアナログ入
力信号の入力方式を説明する。図４は、従来技術におけ
るアナログ入力装置の略示構成図である。アナログ入力
装置１には、各種センサやトランスデューサからのアナ
ログ入力信号（電流または電圧信号）（０）・・・
（ｎ）が取り込まれる。

【０００３】入力したアナログ入力信号（０）・・・
（ｎ）の内、マルチプレクサ１１により選択された一の
入力信号１２は、増幅回路１３により増幅後、Ａ／Ｄ変
換器１４にてディジタル信号１５に変換される。このよ
うな変換が入力信号の全点（０）・・・（ｎ）について
行われる。前記全点の入力信号について変換されたディ
ジタル信号１５は、ＣＰＵ１６にて各点の計測値１７と
してメモリ１８に格納される。前記計測値１７は、接続
されている上位装置１９へ伝送される。

【０００４】アナログ入力信号（０）・・・（ｎ）のフ
ルスケール値は、アナログ入力装置によって予め決めら
れており、４〜２０ｍＡ等通常のトランスデューサの出
力信号に対応されている。

【０００５】ここで、分解能１２ビット（０００Ｈ〜Ｆ
ＦＦＨ）のＡ／Ｄ変換器を用いた場合、理論的には下限
フルスケール値の４ｍＡを入力した時には、（０００
Ｈ）へ、上限フルスケール値の２０ｍＡを入力した時に
は、（ＦＦＦＨ）へディジタル変換されるように、増幅
回路１３が構成されている。

【０００６】前記増幅回路１３は、構成する各電子部品
の精度によって装置毎の誤差が異なり、増幅されるアナ
ログ信号に誤差が生じる。前記増幅回路毎の増幅誤差を
補正するため、上限調整用可変抵抗器２０および下限調
整用可変抵抗器２１が設けられ、理論的には増幅回路の
増幅誤差がゼロに近づくように調整が行われていた。

【０００７】また、上記のような調整モードと通常の計
測モードを切り替えるための切替部３０が設けられてい
る。更に、調整結果を外部に知らせる手段となる表示部
４０も設けられていた。

【０００８】本来、複数の入力信号を取り込むアナログ
入力回路であれば、その入力点毎の調整回路が必要であ
る。したがって、前記入力点数が多いほど個々に前記調
整回路を設けることは、コストの面もしくはハードウエ
アの構成上、制限がある。そこで、この制限に配慮し、
従来例のアナログ入力装置では、複数の入力点に対して
調整回路を１系統だけ設け、許容範囲に幅を持たせて、
全点のフルスケール値がその許容範囲内におさまれば調
整完了としていた。

【０００９】次に、上記従来技術のアナログ入力装置に
おける補正を行うためのソフトウエア処理を説明する。
図５は、図４のアナログ入力装置での手順を示すＰＡＤ
図、図６は、図４のアナログ入力装置のスケーリング図
である。

【００１０】図４に示すように、Ｓ００１において、図
４の切替部３０の調整／計測切替部を確認し、調整モー
ドとする。Ｓ００２において、さらに、切替部３０の上
限／下限切替部を確認して下限調整モードに切り替え、
フルスケール値の下限調整が行われる。前記アナログ入
力信号の下限フルスケール値が、全点に入力されている
状態で以下の処理が行われる。

【００１１】Ｓ０１１において、表示部４０に伝達する
表示情報の初期値として、図６に示す４ｍＡ：０００Ｈ
の下限許容値内を示す表示情報をセットする。Ｓ０１２
において、入力信号を変換するＡ／Ｄ変換器１４を起動
し、入力信号１〜ｎからマルチプレクサ１１により入力
信号１２を選択し、増幅器１３を介して取り込み、Ａ／
Ｄ変換される。

【００１２】Ｓ０１３において、ＣＰＵ１６にＡ／Ｄ変
換されたディジタル信号１５が取り込まれる。Ｓ０１４
において、ＣＰＵ１６で取り込まれた変換値ディジタル
信号１５が下限許容値より大であるかどうかを判断す
る。Ｓ０１５において、ＣＰＵ１６で取り込まれた変換
値：ディジタル信号１５が下限許容値より小であるかど
うかを判断する。Ｓ０１６において、この結果が表示情
報として表示部４０へ伝達される。

【００１３】その結果、全点の変換値：ディジタル信号
１５が全て下限許容値内に入っていれば調整ＯＫ、１点
でも下限許容値外の点があれば、調整ＮＧの旨を表示部
４０へ伝達される。これに対して、外部から前記表示部
４０の表示を確認しながらＯＫ表示となるように、下限
調整用可変抵抗器２０を調整し、図示太線矢印Ｂの如
く、フルスケール値の調整が正負の方向に行われ、下限
値が調整される。同様にして、Ｓ０２１〜Ｓ０２６にお
いて、同様に上限調整モードでも、図６２０ｍＡ：ＦＦ
ＦＨの上限許容値内におさまるように、可変抵抗器２１
による図示太線矢印Ｃの如く、上限フルスケール値の調
整が正負の方向に行われ、上限値が調整される。

【００１４】上記調整モードにて上限・下限の調整が行
われた後、計測モードに切り替えることによって、通常
の計測処理が行われる。Ｓ０３１〜Ｓ０３３において、
図６に示す如く、入力信号ｋに対してＡ／Ｄ変換値ｋＨ
が得られる。これを全点に対して行い、前記各点のＡ／
Ｄ変換値を各点の計測値として、メモリへ格納される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来技術では、
計測精度確保のため外部からの調整作業が必要である。
この場合、各点毎に調整できるようにすると調整回路が
増加し、コスト増となり、調整回路を１系統に集約する
と、最大公約数的に調整されるため、精度確保が困難と
なる欠点があった。

【００１６】そこで、上記欠点を改善した技術が種々提
案されている。その一つとして、アナログ信号のハード
ウエアの変換誤差をソフトウエア処理にて吸収するため
補正係数を算出し、補正する機能をプロセツサにもたせ
ると共に、そのためのスイッチと前記補正係数を保存す
る不揮発性メモリとを設けたものがある。これに関連す
るものとして特開平０５−３２４８５６号公報記載の技
術がある。この技術は、増幅回路の誤差調整用抵抗を省
くことができ優れた技術であるが、数個の切り替えスイ
ッチが必要であり、且つ手順が複雑であり、従来技術の
改善が十分とはいえないという問題点があった。

【００１７】本発明の目的は、かかる上記従来技術の問
題点を解決するためになされたもので、簡単な構成で、
ソフトウエア処理にて計測値を上、下限値から補間する
ことにより求めることができ、外部からの調整作業を不
要とし、計測精度を上げるだけでなく、より多点，多種
入力にも対応できるアナログ入力方式のアナログ入力装
置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るアナログ入力方式のアナログ入力装置
の構成は、調整モードと計測モードとの切り替え部と、
複数の任意のアナログ入力信号から一の入力信号を選択
するマルチプレクサと、前記選択された一の入力信号を
増幅する増幅回路、前記増幅された入力信号をディジタ
ル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記変換されたディ
ジタル信号を取り込むプロセッサと、前記プロセッサよ
り上位接続装置へ伝送するアナログ入力装置において、
前記調整モードでは、前記任意のアナログ入力信号に対
応するＡ／Ｄ変換後の各ディジタル値を下限、上限の各
フルスケール値とし、前記計測モードでは、前記任意の
アナログ入力信号に対応するディジタル値を、前記両フ
ルスケール値から補間もしくは補外のいずれかで求める
ことを特徴とするものである。

【００１９】前記記載のアナログ入力信号のアナログ入
力装置において、前記計測モードで、前記アナログ入力
信号の変化を前記両フルスケール値間では線型関数とし
たことを特徴とするものである。前記記載のアナログ入
力信号のアナログ入力装置において、前記計測モード
で、前記アナログ入力信号の変化を両フルスケール値間
では二次関数としたことを特徴とするものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る一実施の形態
を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るアナロ
グ入力装置の略示構成図、図２は、図１のアナログ入力
装置での手順を示すＰＡＤ図、図３は、図１のアナログ
入力装置のスケーリング図である。基本的な構成につい
ては、図４で説明した従来例のアナログ入力装置と共通
するので、再度の説明は煩瑣となるので簡単に説明す
る。

【００２１】アナログ入力装置１には、アナログ入力信
号（０）・・・（ｎ）が取り込まれる。前記アナログ入
力信号（０）・・・（ｎ）の内、マルチプレクサ１１１
により選択された一の入力信号１１２は、増幅回路１１
３により増幅後、Ａ／Ｄ変換器１１４にてディジタル信
号１１５に変換される。このような変換が入力信号の全
点（０）・・・（ｎ）について行われる。前記ディジタ
ル信号１１５は、ＣＰＵ１１６にて各点の計測値１１７
としてメモリ１１８に格納され、上位装置１１９へ伝送
される。

【００２２】従来の増幅回路１３では、当該増幅回路毎
の誤差を補正するため、上限調整用可変抵抗器２０およ
び下限調整用可変抵抗器２１が設けられていたが、本実
施形態における増幅器１３０には省略されている。ま
た、上記調整モードと上記計測モードを切り替えるため
の切替部１３０が設けられるが、調整結果を外部に知ら
せる手段となる表示部は省略されている。上記切替部１
３０の調整モードと上記計測モードの切り替えは、図示
しないが、切替部１３０内に設けられている一個の切り
替えスイッチ、すなわち調整モード／計測モード切り替
えスイッチで行われることになる。

【００２３】以下、本発明に係るアナログ入力方式の一
実施形態のソフトウエア処理を説明する。Ｓ１０１にお
いて、切替部１３０の調整モード／計測モード切替スイ
ッチが調整モードであれば、フルスケール値を取り込む
処理が行われる。Ｓ１０２において、調整モードであ
り、更に切替部１３０の上限調整／下限調整切替部を確
認し、下限調整モードにおいては、下限フルスケール値
を取り込む処理が行われる。

【００２４】Ｓ１１１において、入力信号を変換するＡ
／Ｄ変換器１１４が起動される。Ｓ１１２において、下
限フルスケール値となる任意のアナログ入力信号が、各
点に入力されている状態で入力信号１〜ｎから、マルチ
プレクサ１１１により入力信号１１２を選択し、増幅器
１１３を介して取り込まれＡ／Ｄ変換され、ディジタル
信号１１５としてＣＰＵ１６に取り込まれる。

【００２５】Ｓ１１３において、ＣＰＵ１１６に取り込
まれたディジタル信号１５を下限フルスケール値ｘｋと
して格納する。これを入力信号１〜ｎの全てについて実
施し、下限フルスケール値ｘｋ：ｋは１からｎまでとし
て、ｎ個の下限フルスケール値が格納される。

【００２６】次は、上限調整モードにおいて、同様にし
て、Ｓ１２１〜Ｓ１２３に従い、上限フルスケール値ｙ
ｋとして、ｋは１からｎまでとして、ｎ個の上限フルス
ケール値が格納される。なお、下限調整モードと上限調
整モードの切り替えは、図示しないが、切替部１３０内
に設けられている一つの下限調整モード／上限調整モー
ド切り替えスイッチで行われる。

【００２７】計測モードでは、Ｓ１３０において、調整
モードにて上限、下限フルスケール値の設定が行われた
ことを確認したのち、計測モードに切り替えられ、計測
処理が行われる。Ｓ１３１において、計測処理対象信号
１〜ｎに対して、Ａ／Ｄ変換器１１４が起動され、当該
Ａ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換され、Ｓ１３２に
おいて、前記ディジタル信号がＣＰＵ１１６に取り込ま
れる。

【００２８】Ｓ１３３において、計測処理対象信号１〜
ｎにそれぞれ応じて、前記Ｓ１１３、前記Ｓ１２３で格
納した下限フルスケール値ｘｋ、上限フルスケール値ｙ
ｋを用いて補間もしくは補外される。いま、前記補間方
法について図３を参照して詳しく説明する。いま、計測
処理対象信号１〜ｎの内、ｋ回路にアナログ入力信号ｋ
が入力したものとする。

【００２９】前記Ｓ１１３、Ｓ１２３で格納したｋ回路
のアナログ信号ｋに対応する下限フルスケール値、上限
フルスケール値ｘｋ、ｙｋがそれぞれ呼出される。前記
呼出された両フルスケール値ｘｋ、ｙｋ間を直線で結
び、補間法で前記入力信号ｋに対する変換値ｋＨを、下
記式（１）の補間式に、Ａ／Ｄ変換されたディジタル変
換値を代入して計測値を算出する。この計測値をメモリ
へ格納する。

【数１】なお、上記は補間について説明したが、補外についても
同様であり、補間と補外の場合では、上式の（変換値−
ｘｋ）の正負の符号がことなる。

【００３０】なお、上式における誤差を検討すると、下
限，上限フルスーケルとなるアナログ信号は、同一の増
幅回路を経由するため、上記式（１）における下記（変換値−ｘｋ）／（ｙｋ−ｘｋ）の誤差は、相互に相殺となり零となり、高精度で変換す
ることができる。

【００３１】また、上記説明においては、両フルスケー
ル値ｘｋ、ｙｋ間を一次線型関数とし、補間法もしくは
補外法を適用したが、回路部品の温度特性の誤差等を考
慮して、前記一次線型関数を二次関数ｆ（ｘ）として、
補間法もしくは補外法を適用しても差し支えない。この
場合には、二次関数ｆ（ｘ）をｆ（ｘ₁）、・・・ｆ
（ｘ_n）を通る多項式で近似する。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明の構成によれ
ば、ソフトウエア処理にて計測値の修正を行うことによ
り、外部からの調整作業が不要となるため、外部からの
調整手段である可変抵抗器，表示部等が不要となる。ま
た、調整モードでの上限，下限のアナログ入力値をその
ままフルスケール値として個別に設定して取り込み、こ
のフルスケール値から補間により、各入力点に対し、個
別に各ハードウエアの誤差を調整したと同様の精度を有
する計測値が得られる効果がある。また、各点調整が可
能となり、さらに多点，多種のアナログ入力が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るアナログ入力装置の
略示構成図である。

【図２】図１のアナログ入力装置での手順を示すＰＡＤ
図である。

【図３】図１のアナログ入力装置のスケーリング図であ
る。

【図４】従来技術におけるアナログ入力装置の略示構成
図である。

【図５】図４のアナログ入力装置での手順を示すＰＡＤ
図である。

【図６】図４のアナログ入力装置のスケーリング図であ
る。

【符号の説明】

１，１０１…アナログ入力装置、１１，１１１…マルチ
プレクサ、１２，１１２…入力信号、１３，１１３…増
幅回路、１４，１１４…Ａ／Ｄ変換器、１５，１１５…
ディジタル信号、１６，１１６…ＣＰＵ、１７，１１７
…計測値、１８，１１８…メモリ、１９，１１９…上位
装置、２０，２１…可変抵抗器、３０，１３０…切替
部、４０…表示部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】調整モードと計測モードとの切り替え部
と、複数の任意のアナログ入力信号から一の入力信号を
選択するマルチプレクサと、前記選択された一の入力信
号を増幅する増幅回路と、前記増幅された入力信号をデ
ィジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記変換され
たディジタル信号を取り込むプロセッサと、前記プロセ
ッサより上位接続装置へ伝送するアナログ入力装置にお
いて、前記調整モードでは、前記任意のアナログ入力信号に対
応するＡ／Ｄ変換後の各ディジタル値を下限、上限の各
フルスケール値とし、前記計測モードでは、前記任意のアナログ入力信号に対
応するディジタル値を、前記両フルスケール値から補間
もしくは補外のいずれかで求めることを特徴とするアナ
ログ入力信号の入力装置。
【請求項２】請求項１記載のアナログ入力信号のアナ
ログ入力装置において、前記計測モードで、前記アナログ入力信号の変化を前記
両フルスケール値間では線型関数としたことを特徴とす
るアナログ入力信号の入力装置。
【請求項３】請求項１記載のアナログ入力信号のアナ
ログ入力装置において、前記計測モードで、前記アナログ入力信号の変化を両フ
ルスケール値間では二次関数としたことを特徴とするア
ナログ入力信号の入力装置。