JPS5819201B2 - 検出部の出力信号を直線化する回路装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、検出部の出力信号を直線化する回路装置に関
する。

測定すべき物理量を基に電気信号（電圧、電流）を供給
する検出部は、しばしば非直線特性を有し、すなわち電
気的出力信号は測定すべき量に比例していない。

−図において出力電圧を測定量の関数として示すと、直
線ではなく、わん曲した曲線が得られる。

多くの場合に測定量に正比例した出力電圧を得ることは
、望ましいどころか必要でさえある。

この叩頭の公知の解決策は、非直線増幅特性を有する増
幅器を用いることにあり、この非直線増幅特性が、検出
部の非直線性を補償する。

複雑な油動を正確にシミュレートすることは困難なので
、通常所望の増幅特性を直線区間から成る折れ線に置き
換るような近似で動作させる。

この解決策の精度は、経済的な理由から制限された数の
可能な曲線区分のため制限されている。

対数特性を有する増幅器も公知であるが、これらの増幅
器は、測定量の指数関数である出力信号を有する検出部
出力信号を直線化することに限定されている。

このような非直線増幅器を使用した場合の別の問題は、
一般に多くの費用でしか得られない十分な温度安定性を
得ろことである。

例えば変曲点を有する複雑な経過の一連の曲線の曲線化
は、このような装置では非常に困難である。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第２４２１９２６号明細
書から、検出部の出力信号をアナログディジタル変換す
る回路装置もすでに公知であり、こ、の回路装置５にお
いて測定電圧は、抵抗コンデンサ組合せ、または抵抗誘
導コイル組合せから取出さ・れる比較電圧と比較される
。

同様にこの公知の回路装置は、測定すべき量の指数関数
である電気抵抗を有する検出部の出力信号を直線化する
ことに限定されている。

本発明の課題は、検出部の出力信号を直線化する装置を
提供することにあり、この装置が、極端なこう配変化お
よび変曲点を有する曲線形も任意の高精度で直線化でき
るようにし、かつ検出部のそれぞれの形式に容易に適合
できるようにする。

この課題を解決するため本発明による回路装置において
、第１の関数発生器が設けられており、この関数発生器
が、周期的にくり返しかつ時間関数として直線的な経過
の電圧を発生し、また第２の関数発生器が設け、られて
おり、この関数発生器が、第１の関数発生器に同期して
、周期的に（り返す経過の電圧を発生し、この電圧が、
時間関数として直線化すべき測定値曲線をシミュレート
し、また比端器が設けられており、この比較器が、一方
において直線化すべき検出部信号を、他方において第２
の関数発生器の出力電圧を受取り、かつ両方の信号が一
致した場合に、第１の関数発生器の出力電圧の瞬時値を
測定値信号として伝達させるようにし、第２の関数発生
器が可変の周波数でシフトされるパルスカウンタを有し
、該パルスカウンタの出力信号により、直線化すべき検
出部曲線である非直線関数がシミュレートされるように
したのである。

本発明による回路装置は、検出部出力信号の非直線性に
もかかわらず、測定量の実際値に正比例した測定値信号
をそれぞれの周期内に供給する。

コノためただ１つ重要なことは、第２の関数発生器から
周期的に発生される電圧曲線が、時間関数として直線化
すべき測定値曲線をシミュレートしているということで
ある。

従って測定値曲線が非常に複雑ケ経過、例えば変曲点を
持っていたとしても、常に直線化を行うことができる。

本発明の特別な利点は、両方の関数発生器をディジタル
的に構成できるということにある。

これにより一方において複雑な関数を簡単な手段でシミ
ュレートすることができ、他方においてディジタル技術
のすべての利点が得られ、例えば価格上有利であり動作
の確実な集積回路を使用でき、かつ温度変化または電圧
変動等のような外部作用を受けにくくなる。

それ故に本発明の有利な実施例によれば、第１の関数発
生器がパルスカウンタを有し、このパルスカウンタが、
クロック発生器に接続されかつ一定の分周係数を有する
パルス分周器の出力パルスを受取り、また第２の関数発
生器がパルスカウンタを有し、このパルスカウンタが、
クロック発生器に接続されかつ可変の分周係数を有する
パルス分周器の出力パルスを受取り、また第２の関数発
生器が、シミュレートすべき検出部曲線に応じてパルス
分周器の分周係数を変える制御装置を有する。

本発明のこの実施例において周期的にくり返す電圧曲線
は、階段ステップによって近似され、その際パルスくり
返し周波数が高い程、近似は正確になる。

この時第２の関数発生器のパルス分周器の分周係数を簡
単に変えることによって、任意に複雑なそれぞれの曲線
経過をシミュレートすることができる。

この実施例の有利な構成によれば、制御装置がプログラ
ム制御可能な固定メモリーを有し、この固定メモリー内
に、それぞれの周期の経過内で順に設定すべき分周係数
が記憶されている。

この構成においてシミュレートすべき非直線検出部曲線
は、プログラム制御可能な固定メモＩＪ−の内容によっ
て与えられる。

固定メモリーの適当なプログラム制御により、回路装置
をそれぞれ任意の検出部に合わせることができ、かつ同
様な検出部間のばらつきも考慮することができる。

さらに回路装置は、固定メモリを単に交換するだけでい
つでも別の検出部に合わせることができる。

本発明の実施例を以下図面によって煕明する。

第１図の線図において曲線Ａは、検出部の出力電圧ＵＭ
と測定量Ｍとの間の関係を示してい、る。

例えば検出部は、酸化アルミニウム湿度検出器にするこ
とができる。

曲線Ａはわん曲しており、、、これにより出力電圧ＵＭ
が測定量Ｍに直接比例せず、従って非直線的な関係を有
することがわかる。

直線的な検出部において出力電圧は曲線Ｂの経過をたど
る。

測定量が所定の時点において測定値Ｍ１を有すること、
検出部は、曲線Ａに相応して出力電圧Ｕ′Ｍ１ を供
給し、一方直線化した出力電圧は値Ｕ″ＭＩ を有する
はずである。

第２図は、第１図に示したよ）な伸出部曲線を直線化す
る回路装置の原理的回路図を示している。

この回路装置の動作は第３図の線図かもわかる。

回路は、第１の関数発生器１を含み、この関数発生器は
、時間ｔの関数として周期的に第３図に示した直線的に
上昇する電圧Ｕ１を発生する。

その際周期Ｔを有するのこぎり波曲線が得られる。

同期装置３によって第１の関数発生器１と同期した第２
の関数発生器２は、同一周期で（り返す電圧Ｕ２を発出
し１．この電圧は、時間ｔの関数として、測定量Ｍの関
数とし、て第１図の直線化すべき測定値曲線Ａと同−輌
過をたどる。

電圧Ｕ２は、比較器４の一方の入力端子に供給され、こ
の比較器の他方の入力端子は１．検出部の出力電圧ＵＭ
′を受取る。

比較器４は、電圧Ｕ２とＵＭ との一致を検出すると
、伝達制御回路５０制御入力端子に出力信号を供給し、
この伝達制御回路は、それから第１の関数発生器１の出
力電圧Ｕ１ の瞬時値を直線化された測定値信号ＵＬと
して伝達する。

これらの関係は、第３図の線図かもわかる。

周期Ｔの経過中に検出部の出力電圧が明らかには変化し
ないものと仮定する。

ことができる。曲線ＵＭとＵ２ との交点■において比
較器４は出力信号を送出し、この出力信号によって同一
時点にある電圧Ｕ１ の瞬時値が出力信号ＵＬとして伝
達されるようになる。

このことは、点Ｉを通る垂線と曲線Ｕ１ との間の交
点■に相当する。

この過程は周期的にくり返すので、伝達制御回路５の出
力端子に一連の電圧値が得られ、これらの電圧値は、測
定量との所望の直線関係を示している。

これらの電圧値は、周期ごとにメモリー６に一時記憶さ
些、このメモリーは、伝達制御回路５の後に接続されて
いるか、または伝達、制御回路といっしょにまとめられ
ている。

メモリーの出力端子に連続的に電圧が得られ、この電圧
は、直線的な検出部の電圧と等価である。

第４図は、第２図および第３図によって説明した作用を
行うディジタル回路装置を示している。

この回路の動作は、測定周期の間について第５図の線図
に示されている。

第４図の回路はクロック発生器１０を有し、このクロッ
ク発生器は、一定のくり返し周波数を有するクロツクパ
ノにスを錦生じ、かつこのクロックパルスのくり返し周
期、は、測定周期Ｔに対して非常に短い。

クロック発生器１０の出力端子は、一定の分周係数を有
する分周器１１０入力端子に接続されている。

分周器１１の出力端子にパルスカウンタ１２が接続され
、ている。

回路部１１および１２は、いっしょになって第１の関数
発生器を形成している。

パルスカウンタ１２の内容は、計数状態Ｏからこのカウ
ンタの計数容量によって決まる最高値へ、時間と共に直
線的に上昇し、かつそれから再び値０へ復帰する。

それによりパルスカウンタ１２の計数状態は、第５図の
階段曲線Ｆの形をして直線的のこぎり波関数をシミュレ
ートする。

周期Ｔ内に分周器１１から送出されるパルスの数が多い
程、近似は正確になる。

従って分周器１１の出力パルスのくり返し周波数は、パ
ルスカウンタ１２の計数容量と関連して直線化すべき範
囲の分解能を決めているざ クロック発生器１０の出力端子に第２０分周器１３が接
続されており、この分周器の分周係数は、制御入力端子
に加えられる２通信号によって調節できる。

分周器１３から送出されるパルスは第２のパルスカウン
タ１４内で計数される。

分周器１３０分周係数の変更は、プログラムユニット１
５によって行われる。

回路部１３，１４および１５は、第２の関数発生器をな
している。

分周器１３０分周係数の変化によって、パルスカウンタ
１４の内容は、パルスカウンタ１２の内容より早くまた
は遅く変化するので、パルスカウンタ１４の計数状態を
表わす階段曲線は、第５図に曲線Ｇによって示すように
わん曲した所望の経過をたどる。

プログラムユニット１５は、プログラム制御可能な固定
メモリー（ＦＲＯＭ）１６を有し、このメモリー内に、
順に分周器１３に設定すべき分周係数が２進数の形で記
憶されており、またこのプログラムユニットは、プログ
ラムカウンタ１７を有し、このプログラムカウンタは、
プログラム制御可能な固定メモリー１６の記憶場所を、
このカウンタの計数状態に応じて順に制御する。

プログラム制御可能な固定メモリー１６の出力端子は、
調節可能な分周器１３０制御入力端子に接続されている
ので、記憶場所を指定した際ここに記憶された２進数が
分周器１３０分周係数を決める。

プログラムカウンタ１７の加算計数は、パルスカウンタ
１２の中間出力端子１８によ、つて行われる。

パルスカウンタ１２が、分周器１１から送出されたパル
スの固定の所定の数を計数すると、その都度この中間出
力端子に１つのパルスが生じる。

この構成により周期Ｔが複数の同一セグメントに分割さ
れ、これらのセグメントが、それぞれ分周器１１の出力
パルスの一定の同一数に対応するような作用が得られる
。

例えば第５図において周期Ｔは４つのセグメントＳ１．
Ｓ２．Ｓ３．Ｓ４に分割されているものとする。

しかし所望の近似の精度に応じてもちろんそれぞれの周
期内のセグメント数を任意に大きくすることも可能であ
る。

それぞれのセグメント内において分周器１３の分周係数
は一定である。

これに反して同様に分周係数は１つのセグメントから次
のセグメントへ変化している。

これは、２つの関数発生器１３．１４によってシミュレ
ートされる曲線を一連の直線区間によって近似するとい
□う意味であり、これら区間の数はセグメントの数に相
当する。

プログラム制御可能な固定メモリー１６は、それぞれの
セグメントに対して１つの記憶場所を有し、この記憶場
所にセグメントに対応する分周係数が記憶されており、
またプログラムカウンタ１７は、セグメントの最大数に
相当する計数容量を有する。

パルスカウンタ１４の各段の出力端子に、ディジタルア
ナログ変換器１９が接続されており、この変換器は、カ
ウンタ１４のそれぞれの計数状態を表わすアナログ信号
を送出する。

ディジタルアナログ変換器の出力端子は、比較器２０の
一方の入力端子に接続されている。

比較器２０の他方の入力端子は、検出部の出力電圧ＵＭ
を、プログラムユニット１５に含まれた正規化回路２１
内において、比較器の入力端子に供給される正規化され
た電圧ＵＮが０と一定の調節すべき最大値との間にある
ように正規化した後に受取る。

パルスカウンタ１２の各段の出力端子にメモリー２２が
接続されており、このメモリーは、伝達制御入力端子２
３を有する。

比較器２０の出力端子は、伝達制御入力端子２３に接続
されている。

比較器２０が、ディジタルアナログ変換器１９の出力信
号と正規化電圧ＵＮとの間の一致を検出すると、この比
較器は、出力信号を送出し、この出力信号は、伝達制御
入力端子２３に供給され、かつこの瞬間に存在するカウ
ンタ１２の計数状態をメモリー２２に伝達する。

これにより直線化された測定値が、次の測定周期までメ
モリー２２内に記憶されており、かつメモリ出力端子か
ら取出すことができる。

メモリー２２の内容は任意に使用できる。

例えばメモリー２２の出力端子に、一方においてデイジ
タル表示装置２４が、他方においてディジタルアナログ
変換器２５を介してアナログ表示装置２６が接続されて
′いる。

従ってこれら表示装置は、連続的に測定値を表示し、こ
の測定値は、測定量と直線的な関係を有する。

それにより直線化すべき関数は、プログラム制御可能な
固定メモリー１６の内容によってシミュレートされ、こ
の固定メモリーは、例えばダイオードマトリクスの形で
、または集積回路として構成することができる。

この固定メモリー内に記憶すべき分周係数は、次のよう
にして簡単に決めることができる。

カウンタ１４の計数容量２１４は、正規化した電圧の最
大値ＵＮｍａＸに相当することを前提とする。

従ってカウンタ１４内で計数されるパルスのそれぞれに
、ステップ電圧δＵ＝ＵＮｍａＸ／Ｚ１４が相当する。

同じ電圧の尺度は、カウンタ１２にもあてはまる。

シミュレートすべき関数に対してそれぞれのセグメント
Ｓ１．Ｓ２・・・・・・・・・内の電圧変化△Ｕ１．△
Ｕ２・・・・・・・・・が決められる（第５図）。

これによりそれぞれのセグメント内でカウンタ１４に供
給すべきパルスの数ｎｌ 、 ｎ２・・・・・・・・・
が次式によってわかる。

それぞれのセグメントＳ１．Ｓ２・・・・・・・・・内
に分周器１１からカウンタ１２に供給されるパルスの一
定数をｎ。

で示し、かつ分周器１１の分周係数をＴＦｌｌで示すと
、それぞれのセグメント内に分周器１３に設定すべき分
周係数ＴＦ１３は次式で与えられる。

測定周期Ｔの期間は、クロック発生器１００周波数Ｆか
ら次式で与えられる。

測定周期の最後は、カウンタ１２が０になったことによ
って示される。

この時点にこのカウンタの最後の段の出力端子２７に送
出される信号は、初期設定を必要とするすべての構成要
素、例えばプログラムカウンタ１７およびパルスカウン
タ１４を初期状態にリセットするために使用できる。

何となればこれら構成要素は、測定サイクルの最後に必
らず最終計数状態に達しているとは限らないからである
。

パルスカウンタ１４をカウンタ１２より大きな計数容量
を有するように構成すると有利であり、これによりシミ
ュレートすべき曲線に関して一層良好な適合能力および
多面性が得られる。

わかり易くするため第５図において、セグメントあたり
のパルス数およびセグメント数は非常に少なく決められ
ている。

実際にはずっと多くのパルス数およびセグメント数で動
作するので、複雑な関数も、良好なステップ分解能でシ
ミュレートすることができる。

変曲点を有する曲線は、１周期内の分周器１３０分周係
数をまず減少し、それから増加するようにして得られる
。

プログラム制御可能な固定メモリー１６の最も簡単な交
換によって前記の回路はどのような形式の検出部にも適
合できる。

回路を複数の検出部と組合せて使用することもでき、そ
の際それぞれの検出部に対して個有のプログラムユニッ
ト１５を設けるだけでよく、一方その他の回路構成要素
は、すべての検出部に対して共通である。

プログラムユニットは同一の分周器１３を並列に制御し
、かつその都度選ばれた検出部が、ディジタル信号によ
って所属のプログラムユニットを動作させる。

第４図の回路装置のその他の変形は次のようにして行う
ことができる。

すなわち比較器２０をディジタル的に構成し、この比較
器の一方の入力端子（桁数に応じて多重に構成されてい
る）をカウンタ１４の各段の出力端子に直接接続し、従
ってディジタルアナログ変換器１９が省略される。

このためアナログディジタル変換器を、正規化回路２１
の入力端子と比較器２０の他方の入力端子との間に挿入
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の課題を説明するための線図、第２図
は、本発明による回路装置の原理図、第３図は、第２図
の回路の動作を説明するための線図、第４図は、本発明
による回路装置のディジタル的な実施例を示す回路図、
第５図は、第４図の回路装置の動作を説明するための線
図である。 １．２・・・・・・関数発生器、３・・・・・・同期装
置、４・・・・・・比較器、５・・・・・・伝達制御回
路、６・・・・・・メモリー、１１．１３・・・・・・
分周器、１２，１４・・・・・・パルスカウンタ、１５
・・・・・・プログラムユニット、２２・・・・・・メ
モリー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の関数発生器が設けられており、この関数発生
   器が、周期的にくり返しかつ時間関数として直線的な経
   過の電圧を発生し、また第２の関数発生器が設けられて
   おり、この関数発生器が、第１の関数発生器に同期して
   、周期的にくり返す経過の電圧を発生し、この電圧が、
   時間関数として直線化すべき検出部曲線をシミュレート
   し、また比較器が設けられており、この比較器が、一方
   において直線化すべき検出部信号を、他方において第２
   の関数発生器の出力電圧を受取り、かつ両方の信号が一
   致した場合に、第１の関数発生器の出力電圧の瞬時値を
   測定信号として伝達させるようにし、第２の関数発生器
   が可変の周波数でシフトされるパルスカウンタを有し、
   該パルスカウンタの出力信号により、直線化すべき検出
   部曲線である非直線関数をシミュレートするようにした
   ことを特徴とする検出部の出力信号を直線化する回路装
   置。 ２ 第１の関数発生器がパルスカウンタを有し、このパ
   ルスカウンタが、クロック発生器に接続されかつ一定の
   分周係数を有するパルス分周器の出力パルスを受取り、
   また第２の関数発生器がパルスカウンタを有し、このパ
   ルスカウンタが、クロック発生器に接続されかつ可変の
   分周係数を有するパルス分周器の出力パルスを受取り、
   また第２の関数発生器が、シミュレートすべき検出部曲
   線に応じてパルス分周器の分周係数を変える制御装置を
   有する、特許請求の範囲第１項記載の回路装置。 ３ 制御装置がプログラム制御可能な固定メモリーを有
   し、この固定メモリー内に、それぞれの周期の経過内で
   順に設定すべき分周係数が記憶されている、特許請求の
   範囲第２項記載の回路装置。 ４ プログラム制御可能な固定メモリーを制御するため
   にプログラムカウンタが設げられており、このプログラ
   ムカウンタが、その都度第１の関数発生器のパルスカウ
   ンタから一定数のパルスを計数した後に送出される信号
   によって加算計数される、特許請求の範囲第３項記載の
   回路装置。 ５ 第２の関数発生器のパルスカウンタの各段の出力端
   子が、ディジタルアナログ変換器の入力端子に接続され
   てお似、このディジタルアナログ変換器の出力端子が、
   比較器の入力端子に接続されている、特許請求の範囲第
   ２項ないし第４項のいずれかに記載の回路装置。 ６ 第１の関数発生器のパルスカウンタの各段の出力端
   子が、メモリーの入力端子に接続されており、また比較
   器の出力信号が、メモリーヘパルスカウンタの瞬時計数
   状態を伝達させる、特許請求の範囲第２項ないし第５項
   のいずれかに記載の回路装置。 ７ メモリーの出力端子に、ディジタル表示装置が接続
   されている、特許請求の範囲第６項記載の回路装置。 ８ メモリーの出力端孟に、ディジタルアナログ変換器
   を介してアナログ表示装置が接続されている、特許請求
   の範囲第６項または第７項記載の回路装置。 ９ 検出部信号が、正規化回路を介して比較器に供給さ
   れる、特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかに
   記載の回路装置。