JPS61221661A - デイジタル電圧変化率計測器 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、検出電圧の単位時間当りの変化量を計測する
ディジタル電圧変化率計測器に関し、特に、前回電圧変
化率に対し一部オーバーラップさせつつ微小時間だけシ
フトした計測単位時間のスケールで電圧変化率を時系列
的に得るディジタル電圧変化率計測器に関する。

［従来技術］ 従来、水位計のような検出器から得られる経時的に変動
する検出電圧の変化率を得る電圧変化率計測器としては
、一般に、第２図に示す如くのものが使用されている。

これは、演算増幅器ＡＭの一入力端子にコンデンサＣを
直列に接続し、演算増幅器ＡＭの出力との間に抵抗Ｒを
並列に接続してなる演算増幅器による微分増幅回路であ
り、入力電圧として印加される検出電圧の変化率は、そ
の微分値として連続的に出力電圧に現われるものである
。

しかしらがら、かかる演算増幅器を用いた微分増幅回路
によれば、次の欠点が存在する。

■原理的に微分増幅回路の周波数特性上、周波数ｆ＝１
／２πＣＲ以下の範囲でのみ微分特性を示さず、急峻な
検出電圧変化を捉えることができない。

・■微分時定数ＣＲを長く設定すると、演算増幅器ＡＭ
の入力特性やドリフト特性の問題が生じ、またコンデン
サＣの漏洩等が起り、微分増幅回路自体の構成上、良質
なものの実現は極めて困難である。

■一般的にアナログ回路のキャリブレイションは難しく
、精度が悪く、信頼性が低い。

一方、検出電圧を一定時間毎に計測してこれを一時記憶
し、前回計測値と今回計測値との差値を時系列的に得る
ディジタル技術が知られている。

しかしながら、かかる技術において計測時間を長く設定
した場合には、計測時点間の電圧変化率については全く
知ることができない、すなわち、リアルタイムの変化率
を得ることができない、したがって、この場合は、経時
的に緩慢な検出電圧の変動計測にのみ限られる。逆に、
計測時間を短く設定した場合、検出電圧が比較的に低い
ときには計測値に大きい標準偏差が伴なうため、精度が
悪くなり、信頼性に欠ける。

いずれの場合にも不確定性があるので、検出電圧の特性
をあらかじめ考慮してから最適な計測時間に設定する必
要がある。しかし、その設定は非常に難しく、仮にその
設定が上手に行なわれたとしても、検出電圧の特性には
予期しない揺動が必然的に伴なうものであるから、検出
電圧の変化率を精度良く計測することは木質的にできな
いという問題点があった。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上記種々の欠点１問題点を解消するこ
とにある。すなわち、 第一に、如何なる変動特性を有する検出電圧についても
その電圧変化率を精度良く計測すること。

第二に、ブラインドの期間がなく、リアルタイムの電圧
変化率を計測すること。

のできるディジタル電圧変化率計測器を提供することで
ある。

［発明の構成］ 上記本発明の目的を達成するための、本発明に係るディ
ジタル電圧変化率計測器の構成は、検出電圧を受けそれ
に見合うディジタル量とした計測値を微小時間毎に逐次
出力するアナログ・ディジタル変換手段と、この逐次出
力される計測値にもとづき前回計測値と今回計測値との
差値を微小時間毎に逐次出力する差分手段と、その差値
を一定時間記憶した後逐次出力する一時記憶手段と、こ
の一時記憶手段の出力を減算入力とすると共に差分手段
の出力を加算入力として受けて両者の累積値を逐次出力
する加減算手段とからなるもので、前回電圧変化率に対
し一部オーバーラップさせつつ微小時間だけシフトした
計測単位時間のスケールで電圧変化率を逐次得るもので
ある。

［実施例の説明］ 次に、本発明の一実施例を図面にもとづて説明する。

〈実施例の構成〉 第１図は、本発明に係るディジタル電圧変化率計測器の
一実施例を示すブロック図である。

図中、１はアナログ・ディジタル変換器で、検出電圧を
受けそれに見合うディジタル量とした計測値を出力する
ものであり、クロック発生回路２より発生するクロック
パルスに同期してその微小時間間隔で逐次計測値を差分
回路３に出力するものである。差分回路３は、アナログ
拳ディジタル変換器ｌから逐次出力される計測値を一時
記憶し、これにもとづき前回計測値と今回計測値との差
値をクロック発生回路２からのクロックパルスに同期し
て微小時間毎に逐次出力するものである。この差分回路
３は、例えばカウンタとディジタルコンパレータまたは
レジスタとフルアダーにより構成することができる。４
は一時記憶手段としてのシフトレジスタで、差分回路３
からの逐次出力され、る差値を一定時間記憶した後、ク
ロックパルスに同期して出力するものである０例えば、
シフトレジスタ４がｎ段の場合は、クロック発生回路２
からのクロックパルスに同期して差分回路３からの養分
値をその初段から順次シフトさせてその終段より遅延的
に出力するものであり、その差値の一時記憶時間は、（
シフトレジスタ４の段数ｎ×クロックパルスの周期ｔ）
で与えられる。

５は加減算回路で、シフトレジスタ４の出力を受ける減
算入力端子５ａと差分回路３の出力を受ける加算入力端
子５ｂを有しており、クロック発生回路２からのクロッ
クパルスに同期して、遅延した差値を減算蓄積すると共
に現実の差値を加算蓄積し、その全蓄積値を逐次出力す
るものである。

この加減算回路５は、例えばレジスタとカウンタまたは
フルアダーとＡＬＵにより構成することができる。

（実施例の作用効果） 次に、上記実施例の動作につき説明するに、今、アナロ
グ・ディジタル変換器１．差分回路３、シフトレジスタ
４．および加減算回路５の内容をクリア状態とし、しか
る後、検出電圧がアナログ・ディジタル変換器１に印加
されたとする。

アナログ拳ディジタル変換器ｌは、アナログ量の検出電
圧をそれに見合うディジタル量の計測値に変換してクロ
ック周期間隔で逐次出力し続ける。

ここで、動作開始から各クロック周期毎の計測値を順次
Ｖｌ　　、　Ｖ２　、　Ｖ３、−・・−、Ｖｎ−１、Ｖ
ｎ　・−とする、アナログ・ディジタル変換器１からの
計測値をクロック周期間隔で逐次受けた差分回路３は、
ソノ計測値：　Ｖｌ　　、　Ｖ２　、　Ｖ３、−、　Ｖ
ｎ−１、Ｖｎ・・・にもとづき、前回計測値と今回計測
値との差値：　０−Ｖｌ　　、Ｖｌ　−Ｖ２　、Ｖ２−
Ｖ３、−・・、　Ｖｎ−１−Ｖｎ　、・・・　をシフト
レジスタ４と加減算回路５に対して逐次供給する。シフ
トレジスタ４は、入力される差値：　０−Ｖｌ　　、Ｖ
ｌ　−Ｖ２　　。

Ｖ２−　Ｖ３　、　・・・＝　、　Ｖｎ−１−Ｖｎ　、
　”−を一定時間記憶した後これらを順次出力する。こ
こで、シフトレジスタ４の段数を２段とすると、入力さ
れる差値の一時記憶時間は、（２×クロツクパルスの周
期ｔ）であり、したがって、差分回路３から加減算回路
５に直接供給される差値と同一の差値が（２×クロツク
パルス周期ｔ）の時間だけ遅延して加減算回路５に直接
供給されることになる。

すなわち、出カニ０．Ｏ，０−Ｖｌ　　、Ｖｌ　−Ｖ２
、　Ｖ２−Ｖ３　、−−−−・・、　Ｖｎ−１−Ｖｎ　
　、　・・・が順次に供給される。シフトレジスタ４か
らの遅延し？、Ｍ値をその減算入力端子５ａに、差分回
路３からの直接の差値をその加算入力端子５ｂに印加さ
れる加減算回路５は、前回累積値に対し夫々減算、加算
を行ないその結果値をクロック周期間隔で順次出力する
。すなわち、加算入力端子５ｂによる累積値は、０−Ｖ
ｌ　　、０−Ｖ２．０−Ｖ３　、　・・・・、−。

０−Ｖｎ−１、０−Ｖｎ−であり、また、減算入力端子
５ａによる累積値は、ｏ、ｏ、ｖｔ　　、Ｖ２　。

Ｖ３　、・・・・・・、Ｖｎ−１、Ｖｎ・・・であるか
ら、加減算回路５から出力される全累積値は、０−Ｖｌ
　　。

０−Ｖ２　　、　Ｖｌ　−Ｖ３　、　Ｖ２−Ｖ４　、　
・−・・−・Ｖｋ−２−Ｖｋ、・・・・・・、Ｖｎ−２
−Ｖｎ、・・・の順になる。

一般に、シフトレジスタ４の段数をｎ段とし、動作開始
から（ｎＸクロックパルス周期ｔ）以後の計測時におい
ては、Ｓｋ　＝Ｖｋ−ｎ−Ｖｋで与えられる検出電圧の
変化率を得ることができる。この変化率Ｓｋの計測時間
間隔は、シフトレジスタ４の段数ｎとクロックパルス周
期ｔとにより決定され、適宜長短変更することができる
。

次のクロックパルスが印加されると、Ｓｋ　＋１＝　（
Ｖｋ−ｎ　−１）　−（Ｖｋ　＋１　）　ノ変化率を得
ることができる。このＳｋ　＋１の計測単位時間のスケ
ールは、前回のＳｋのそれに対してクロックパルス周期
ｔだけシフトしており、それ以外の（（ｎ−１）Ｘクロ
ックパルス周期ｔ）の時間がオーバーラツプしたもので
ある。

すなわち、この変化率の時系列は、計測単位時間内の電
圧変化率についての情報をも反映しており、ブラインド
の期間がなく、リアルタイムの電圧変化率を提供するも
のである。また、特に計測単位時間を比較的に長くする
ことにより、低速。

極低速の電圧変化率を精度良く得ることができる。

したがって、かかる特長から、本ディジタル電圧変化率
計測器は、例えば次の技術分野に広く利用し得る。

■原子炉周期系の計測 ■ケミカルプラント等における貯蔵槽やダムの水位変動
の計測 ■一般に積分型計測器の出力の微分値を得ること ■サーボメカニズムにおいて、例えば位置出力を微分し
て速度サーボをかけること ■画像処理において高速の微分器として利用すること なお、上記実施例においては、差分回路３から逐次出力
される差値をシフトレジスタ４を介して一定時間遅延さ
せた後加減算回路５の減算入力端子５ａに印加せしめで
あるが、遅延させた数クロックパルスにわたる差値の平
均値を加減算回路５の減算入力端子５ａに印加せしめる
構成としてもよい。

また、クロック発生回路２．差分回路３．シフトレジス
タ４．および加減算回路５は、コンピュータにより実現
してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係るディジタル電圧変化
率計測器は、自己相関的に、一部オーバーラップさせつ
つ微小時間だけシフトした計測単位時間のスケールで電
圧変化率を時系列的に得る点に特長を有するものである
から１次の効果を奏する。

■計測においてブラインドの期間がなく、常にリアルタ
イムの電圧変化率を計測することできる。

■時々刻々変動する急峻な又は緩慢な変動特性を有する
検出電圧に対しても柔軟に対応してその電圧変化率を精
度高く計測し得、汎用性があり、特に低速、極低速の電
圧変化率の計測において有利である。

■ディジタル技術により構成されているため、回路設計
が容易であると共に、キャリブレイションが行ないやす
く、精度が良く、信頼性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るディジタル電圧変化率計測器の
一実施例を示すブロック図である。 第２図は、従来のディジタル電圧変化率計測器の一例を
示す回路図である。 １・・・アナログ拳ディジタル変換器 ２・・・クロック発生回路 ３・・・差分回路 ４・φ・シフトレジスタ ５・・・加減算回路 ５ａφ・・減算入力端子 ５ｂ・・・加算入力端子 ＡＭ・・・演算増幅器 Ｃ・・・コンデンサ Ｒ・・・抵抗

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 検出電圧を受けそれに見合うディジタル量とした計測値
   を微小時間毎に逐次出力するアナログ・ディジタル変換
   手段と、 この逐次出力される計測値にもとづき前回計測値と今回
   計測値との差値を微小時間毎に逐次出力する差分手段と
   、 該差値を一定時間記憶した後逐次出力する一時記憶手段
   と、 該一時記憶手段の出力を減算入力とすると共に前記差分
   手段の出力を加算入力として受け両者の累積値を逐次出
   力する加減算手段と、 からなることを特徴とするディジタル電圧変化率計測器
   。