JPS6180399A - 信号処理回路 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば自動車用エンジンに吸入される吸入空
気流量を測定するカルマン渦流量計に用いられる信号処
理回路に関するものである。

〔従来の技術〕

低周波から高周波まで広域に変動し、かつ様々なノイズ
成分が含まれた信号を処理する信号処理回路を備えた装
置として、エンジジの吸入空気流量を測定する一手段と
しての、カルマン渦を利用したカルマン渦流量計がある
。

このカルマン渦流量計は、第２図に示すように流路２１
内の路中夫に吸入空気流に対して略直交して渦発生体１
８が設けられており、吸入空気流量に対応してこの渦発
生体１８の下流側にはカルマン渦１９が発生し、このカ
ルマン渦１９を渦発生体１８の下流に位置する熱線式渦
検出器２を用いてカルマン渦１９の発生周波数を検出し
、これから吸入空気流量を検出している。

そして、熱線２は予めある一定温度になるように電流が
供給されており、カルマン渦１９が熱線２を通過するた
びに熱線２が冷却されるため、カルマン渦１９の発生周
波数と同じ周波数で、熱線２の抵抗値が変動する。また
熱線２は他の抵抗と共にブリッジ回路を構成しており、
熱線２の抵抗値変化に応じてブリッジ回路の平衡がくず
れ、この不平衡電圧が差動増幅器に入力され増幅され、
この差動増幅器の出力が電流増幅器に入力されて、この
電流増幅器より熱線２が一定温度となるように電流供給
が行われる。

また差動増幅器の出力信号は、カルマン渦が通過するた
びに生じるＡＣ的変化分と、吸入空気流量が増減し熱線
２の定常的冷却状態が変化するために生じるＤＣ的変化
分とを含んでおり、吸入空気流量に応じて第３図のごと
く変化する。

差動増幅器の出力信号は信号処理回路に入力され、まず
バンドパスフィルタ回路にてＤＣ的変化分をカットし、
カルマン渦発生周波数帯域のみ通遇させて、この信号を
交流増幅器で増幅し、この増幅された信号をコンパレー
タにて矩形波に変換することで、所望の矩形波を得てお
り、この矩形波を計数して吸入空気流量を求めている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、自動車用エンジンに吸入される吸入空気
流量の変化は極めて大きなものであって、その上微小流
量域の吸入空気流量も正確に測定する必要があるために
、カルマン渦流量針にはカルマン渦の発生周波数を低流
量域の低周波から高流量域の高周波まで正確に検出し、
かつノイズを除去し、確実に計数可能な所望の矩形波を
作り出すことのできる信号処理回路が必要である。そし
て゛　従来構成の信号処理回路においてバンドパスフィ
ルタ回路による場合、流量に応じてフィルタ特性を切替
える必要があり、この切替制御は困難なものであって、
全流量域に渡っての良好な信号を得ることが難しいとい
う問題点があった。

そして、特開昭５９−７２１５号公報に示される信号処
理回路においては、ローパスフィルタを低流量域のみ作
動させて、低流量域のＳ／Ｎの悪化を防いだ処理が提案
されている。

従って本発明の目的とするところは、低周波から高周波
まで広域に変動し、かつ様々なノイズ成分が含まれた信
号を、確実にノイズ除去して、所望の矩形波信号に変換
することを可能とした信号処理回路を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明においては、各々周
波数領域に応じた異なるフィルタ特性を備えた、並列に
設けられる複数のフィルタ回路と、前記フィルタ回路に
対応して接続され、このフィルタ回路からの出力信号を
パルス信号に変換する複数のコンパレータと、前記コン
パレータからの出力信号を合成する合成回路とを具備し
た信号処理回路としている。

Ｃ実施例〕 以下本発明の一実施例をカルマン渦流量計に適用した例
として図面を用いて説明する。

第２図に示すように、流路２１内の渦発生体１８の下流
側に発生したカルマン渦１９は熱線式渦検出器２により
検出される。そしてカルマン渦発生周波数より流量を求
めるカルマン渦流量計の信号処理回路の構成は第１図の
通りであり、渦検出器をなす熱線２、および抵抗３．４
．５より構成されるブリッジ回路１と、ブリッジ回路１
の不平衡を検出する差動増幅器６と、差動増幅器６の出
力信号をもとにブリッジ回路１に電流を印加する電流増
幅器７と、同じく差動増幅器６の出力端子側と接続され
た低流量域検出用フィルタ８１および高流量域検出用フ
ィルタ８２と、゛それぞれのフィルタ８１．８２の出力
波形を所定のしきい値と比較してパルス信号を成形する
コンパレータ９と、このコンパレータ９の出力信号を反
転させる反転回路１０と、コンパレータ９または反転回
路１０からの出力波形の立ち上がりエツジを検出して短
パルスを出力するエツジ検出回路１１と、このエツジ検
出回路１１の短パルスからカルマン渦１９の発生に同期
したパルス信号を作成するフリップ・フロップ回路１２
とから構成されている。

そして、」二記のフィルタ８１．８２ば、各々第４図に
示すような周波数特性８Ｌａ、８２ａを備えている。ま
たフリップフロップ回路１２はＮ。

Ｒ回路により構成されており、起動時の初期レベルをＬ
レベルに設定する回路１３が付加されている。

また上記の反転回路１０、エツジ検出回路」１、および
フリップフロップ回路１２は低流量域側の信号と高流量
域側の信号とを合成する合成回路を構成している。

なお、第１図において、低流量域検出用フィルタ８１を
介してコンパレータ９より出力される出力信号を■、こ
の出力信号のが直接入力されるエツジ検出回路１１の出
力信号■、出力信号■が反転回路１０を介して入力され
るエツジ検出回路１１の出力信号を◎、高流量域検出用
フィルタ８２を介してコンパレータ９より出力される信
号を◎、この出力信号◎が直接入力されるエツジ検出回
路１１の出力信号を■、出力信号◎が反転回路１０を介
して入力されるエツジ検出回路１１の出力信号を［Ｆ］
、上記出力信号■、◎、■、［Ｆ］が入力されるフリッ
プ・フロップ回路１２の出力信号を◎で示す。

上記構成の作動を以下に述べる。

流路２．１中に置かれた渦発生体１８の下流に設置され
た熱線２は、あらかじめある一定の温度になるよう、電
流増幅器７より電流が供給されている。このときカルマ
ン渦１９が熱線２を通過するたびに熱線２は冷却される
ため、カルマン渦１９の発生周波数と同じ周波数で、熱
線２の抵抗値が変化するので、これに応じブリッジ回路
１の平衡がくずれる。しかし、ブリッジ回路１の不平衡
電圧は直ちに差動増幅器６にて増幅され、その出力信号
をもとに電流増幅器７はブリッジ回路１に供給する電流
を加減するので、熱線２の温度は一定に保たれる。

差動増幅器６の出力信号は、カルマン渦１９が通過する
たびに生じるＡＣ的変化分と、流量が増減し熱線２の定
常的冷却状態が変化するために生じるＤＣ的変化分とを
含んでおり流量に応じて第３図のようになる。

第３図を見ても分かるように、差動増幅器６の出力信号
は、流量変化に対応してその波形が異なり、流量の低−
高の変化に応じてその周波数も低→高へと変化し、かつ
カルマン渦１９の発生に同期した周波数成分以外にも、
ノイズ成分としての多くの周波数成分を持っている。ま
たこのノイズ成分も流量に対応して異なっているが、本
実施例では第４図に示す周波数特性８１ａ、８２ａを備
えた低周波用の低流量域検出用フィルタ８１と高周波用
の高流量域検出用フィルタ８２とが設けられていて、各
フィルタ８１．８２が流量に応じて、各々機能してノイ
ズ成分を除去して、次段のコンパレータ９に入力してい
る。

低流量域検出用フィルタ８１では、第５図に示すごとく
、第４図に示す周波数特性８１ａに応じて低流量域の差
動増幅器６の出力信号のノイズ成分を除去した信号を出
力し、次段のコンパレータ９にて所定のしきい値と比較
してパルス信号に変換して出力信号■を出力する。また
低流量域検出用フィルタ８１の周波数特性８１ａが第４
図に示すごとくものであるため、高流量域の低流量域検
出用フィルタ８１の出力は小さくなって、次段のコンパ
レータ９からは高流量域でのパルス信号は出力されない
。

同じく、高流量域検出用フィルタ８２では、第６図に示
すごとく第４図に示す周波数特性８２ａに応じて高流量
域の差動増幅器６の出力信号のノイズ成分を除去した信
号を出力し、次段のコンパレータ９にて所定のしきい値
と比較してパルス信号に変換して出力信号◎を出力する
。また高流量域検出用フィルタ８２の周波数特性８２ａ
が第４図に示すごとくものであるため、低流量域の高流
量域検出用フィルタ８２の出力は小さくなって、次段の
コンパレータ９からは低流量域でのパルス信号は出力さ
れない。

上記のようにして各コンパレータ９にて得られた出力信
号の、または◎は直接にエツジ検出回路１１に入力され
ると共に、反転回路１０を介してエツジ検出回路１１に
入力される。そして各エラジ検出回路１１にてコンパレ
ーク９からの直接の出力信号■、またば◎の立ら上がり
エツジ、またコンパレータの出力信号の、または◎の反
転回路１０にて反転した信号の立ち上がりエツジを検出
して、短パルスの出力信号■、および◎、または■、お
よび■を出力する。

エツジ検出回路１１からの出力信号■および◎、または
■および０ばフリップ・フロップ回路１２のセット端子
Ｓおよびリセット端子Ｒに入力され、このフリップ・フ
ロップ回路１２のセット端子Ｓに工、ジ検出回路１１か
らの出力信号■またば■の少なくともどちらか一方が入
力されると、フリップフロップ回路１２はセントされ、
フリップ・フロップ回路１２のリセット端子Ｒに出力信
号◎、または［Ｆ］の少なくともどちらか一方が入力さ
れると、フリップ・フロップ回路Ｉ２はリセットされる
。このようにしてフリップ・フロップ回路１２がセット
、リセットされて、フリップ・フロップ回路１２からは
コンパレータ９からの出力信号のと◎とが合成されて、
全流量域でカルマン渦１９の発生に同期した周期でパル
スが発生する出力信号◎が出力される。

第７図には、上述したコンパレーク１で得られた出力信
号の、■が反転回路１０、エツジ検出回路１１を介して
フリップ・フロップ回路１２より出力信号◎として出力
されるまでの過程が示されており、低流量域では高流量
域検出用フィルタ８２からは出力がないので、低流量域
検出用フィルタ８１側のコンパレータ９からの出力信号
のだけが出力されており、この出力信号のが直接に、ま
た反転されてエツジ検出回路１１に入力され、その信号
の立ち上がりエツジを検出すると、短パルスの出力信号
■、◎を出力し、この出力信号■、◎がフリップ・フロ
ップ回路」２のセット端子Ｓ、リセット端子Ｒに入力さ
れて上述したごとく出力信号◎が出力される。また高流
量域では逆に低流量域検出用フィルタ８１からは出力が
ないので、高流量域検出用フィルタ８２側のコンパレー
タ９からの出力信号◎だけが出力されており、この出力
信号◎が直接に、また反転されてエツジ検出回路１１に
入力されて、短パルスの出力信号０、■を出力し、フリ
ップ・フロップ回路１２より出力信号◎が出力される。

さらに中間流量域では低流量域検出用フィルタ８１、高
流量域検出用フィルタ８２の双方から出力されており、
双方のコンパレータ９から出力信号■と◎が共に出力さ
れており、上述のごとく、直接に、また反転されてエツ
ジ検出回路１１に入力されて出力信号■および◎と、■
および■とが出力されて、フリップ・フロップ回路１２
に入力される。なおこれら出力信号■および◎と、■お
よび０とは同じカルマン渦１９から得られた信号である
から、出力信号■と■との短パルスは略同時に発生し、
同じく出力信号◎と０との短パルスも略同時に発生する
。従って、フリップ・フロップ回路１２のセント端子Ｓ
には出力信号０と■とが略同時に入力され、リセット端
子Ｒには出力信号◎と［Ｆ］とが略同時に入力される。

そして−に述したようにフリップ・フロップ回路１２か
らは出力信号◎が出力される。

このようにフリップ・フロップ回路１２は出力く１３） 信号■または■の短パルスの少なくとも１個がセット端
子Ｓに入力れるとセットされ、出力信号◎または［Ｆ］
の短パルスの少なくとも１個がリセット端子Ｒに入力さ
れるとリセットされるため、各コンパレータ９から得ら
れた低流量域および高流量域のパルスの出力信号のおよ
び◎は合成されて、フリップ・フロップ回路の出力信号
◎となって出力される。従ってフリップ・フロップ回路
１２からは全流量域に渡ってのカルマン渦１９の発生周
波数に対応した周波数のパルス状の出力信号◎が得られ
る。

従って、本実施例では各流量域に応じた周波数特性を備
えた低流量域検出用フィルタ８１と高流量域検出用フィ
ルタ８２とが差動増幅器６からの信号を各流量域に応じ
て適切なノイズ成分除去を実行し、コンパレータ９を介
して各流量域でのカルマン渦１９の発生周波数に対応し
たパルスの出力信号のまたは◎を確実に検出し、この出
力信号の、◎を反転回路１０、エツジ検出回路１１、フ
リップ・フロップ回路１２により上述した処理により合
成して全流量域に渡って出力信号◎を得ており、この出
力信号◎ば各流量域でのカルマン渦１９の発生周波数に
対応した信号の、◎を合成したものであることから、全
流量域に渡って安定したパルス信号が得られるようにな
って、従って正確な吸入空気流量がこのパルス信号（出
力信号◎）を計数することで測定される。

なお差動増幅器６からの信号が、低流量域の低周波信号
であって、この信号の上に高周波のノイズが含まれてい
る場合、低流量域検出用フィルタ８１からはカルマン渦
１９に同期した信号が次段のコンパレータ９に入力され
、高流量域検出用のフィルタ８２からは信号の上に含ま
れた高周波ノイズが出力されるようになり、次段のコン
パレータ９に入力される。しかしながらこの高周波ノイ
ズの振幅は極めて小さいので、次段のコンパレータ９の
所定のしきい値を高周波ノイズより高く、高流量域の高
流量域検出用フィルタ８２から出力されるカルマン渦１
９の発生に同期した信号より低く設定しておけば、低流
量域での高周波ノイズは確実に除去される。

なお、上述の実施例では低流量域検出用フィルタ８１と
高流量域検出用フィルタ８２との各流量域を担当する２
個のフィルタを備えていたが、３個以上のフィルタを備
えてもよく、第８図に示すごとく、各々周波数特性の異
なるフィルタ回路８１〜８ｎを並列に接続し、これに応
じてコンパレータ９、反転回路１０、エツジ検出回路１
１を備えて、このエツジ検出回路１１の全出力を入力す
るフリップフロップ回路１２を設けて、各フィルタ回路
８１〜８ｎが各流量域を担当するようにしてもよく、各
フィルタ回路８１〜８ｎが各流量域のカルマン渦の信号
のノイズ成分を除去して所望のパルス信号を得ることで
より正確な吸入空気量の測定が可能となる。

また上記実施例のフリップフロップ回路１２はＮＯＲ回
路で構成していたが、ＡＮＤ回路等の他の論理回路で構
成してもかまわない。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明においては、各々周波数領域に
応じた異なるフィルタ特性を備えた、並列に設けられる
複数のフィルタ回路と、前記フィルタ回路に対応して接
続され、このフィルタ回路からの出力信号をパルス信号
に変換する複数のコンパレータと、前記コンパレータか
らの出力信号を合成する合成回路とを具備したことを特
徴とする信号処理回路としたことから、個々の前記フィ
ルタ回路がそのフィルタ特性に応じた周波数領域でのノ
イズ成分を確実に除去しており、前記フィルタ回路が全
周波数領域を網羅するように複数個備えられているので
、任意の周波数領域においては前記フィルタ回路の少な
くとも１個からはノイズ成分を除去した出力信号が得ら
れ、この信号がコンパレータにてパルス信号に変換され
、合成回路にて合成されて得られた出力信号は全周波数
領域に渡って安定したパルス信号として得られるものと
なっており、従って低周波から高周波までの広域に変動
し、かつ様々なノイズ成分を含んだ信号は確実にノイズ
除去され、所望のパルス信号に変換されて出力されるよ
うになるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例をカルマン渦流量計に適用し
た場合の要部構成を示す回路図、第２図は流路内に設け
られた渦発生体により発生ずるカルマン渦の状態を示す
図、第３図は差動増幅器がらの出力信号を示す波形図、
第４図は低流量域検出用フィルタと高流量域検出用フィ
ルタとの周波数特性を示す特性図、第５図ｆａｔ、（ｂ
ｌは低流量域検出用フィルタの出力信号とコンパレータ
により信号処理された出力信号のを示す波形図、第６図
（ａ＋、（ｂｌは高流量域検出用フィルタの出力信号と
コンパレータにより信号処理された出力信号■を示す波
形図、第７図はコンパレータからの出力信号の、■が合
成されてフリップフロップ回路の出力信号◎の得られる
様子を示すシグナルタイムチャート、第８図は本発明の
他の実施例の要部構成を示す回、略図である。 ８１．８２．８ｎ・・・フィルタ回路、９・・・コンパ
レータ、１０・・・反転回路、１１・・・エツジ検出回
路。 １２・・・フリップ・フロップ回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）各々周波数領域に応じた異なるフィルタ特性を備
   えた、並列に設けられる複数のフィルタ回路と、 前記フィルタ回路に対応して接続され、このフィルタ回
   路からの出力信号をパルス信号に変換する複数のコンパ
   レータと、 前記コンパレータからの出力信号を合成する合成回路と
   を具備したことを特徴とする信号処理回路。
2. （２）前記合成回路は、上記の複数のコンパレータから
   出力されるパルス信号の立ち上がり、立ち下がりの信号
   変化を検出し、これに応じて短パルスの信号を出力する
   エッジ検出回路と、 このエッジ検出回路から出力される短パルスの信号が入
   力されることで、セット、リセットされるフリップ・フ
   ロップ回路とから構成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の信号処理回路。