JPS6022676Y2 - 変動アナログ量量子化装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、変動アナログ量量子化装置、即ち、一定刻
みに定められた各時点毎にその近辺での変動アナログ量
（例えば流量）に比例する回数でパルスを生ずる装置に
関する。

この種の装置は、前記一定刻みを、変動アナログ量の変
動の程度との関連において、各時点に対応するパルス回
数がその時点近辺の前記一定刻み内の変動アナログ量の
時間積分値に比例すると考え得る程度に短く定め、□か
つ１パルス当りの単位を予め正しく定めておく限り、各
時点のパルス回数から変動アナログ量の瞬間値を、又、
パルス回数の積算値から変動アナログ量の時間積分値を
、何れも直接に知ることを可能にするものである。

この種の装置としては、従来から第１図にブ陥ツク図を
示すものが知られている。

これは、第２図の線図ａで示すように一定刻みＴに定め
た各開始時点に続く期間に後記基準電圧ＥＤと各開始時
点からの経過時間との積に比例して漸増する漸増電圧■
０を生ずる漸増電圧器１と、基準電圧ＥＤを生ずる基準
電圧器２と、前記漸増電圧Ｖｏを変動アナログ量に比例
する電圧Ｖ Ｉ Ｎと比較して前者Ｖｏが後者Ｖ ｒ
Ｎに達した瞬間に終了信号を生ずる比較器３とをもち、
第２図の線図す、 ｃに示すように、前記一定刻みＴよ
りもきわめて小さい一定周期をもつ連続パルスを各開始
時点からその直後の終了信号に至る出力期間ｔにのみ出
力する出力端４をもつものである。

図において、クロック器５が一定刻みＴよりもきわめて
小さい一定周期をもつ連続パルス即ちクロックパルスを
生じ、サンプリング器６が一定刻みＴ毎に開始信号を生
じ、出力信号器７が開始信号かれその直後の終了信号に
至る出力期間ｔに出力信号を生じ、出力ゲート８が出力
期間ｔにのみクロックパルスを出力端４に伝達する。

なお、９は開始信号毎に帰零して出力ゲート８の出力パ
ルスを積算する瞬間値計数器である。

この種の装置では、基準電圧器２並びに比較器３として
は、現在の技術水準ではアナログＩＣを利用するほかは
なく、デジタルＩＣを利用することができないところ、
アナログＩＣはデジタルＩＣに比べて電力消費が格段に
大きくしかも前記従来のものでは常時連続的に作動状態
としているため１こ、電源として電池のみを使用してそ
かも長期に亘り電池の更新を要しないものは、現在のと
ころ実現していない。

近時、技術の進歩によって、長期に亘り保守作業を要し
ないものが実現可能となったのに伴い、電源電池の更新
作業をも長期に亘り不要とするものの要望が生ずるに至
った。

この考案は、この要望を満たす変動アナログ量量子化装
置の実現を目的とするもので、次に第３図に回路を示す
実施例についてその構威を説明する。

なお、この図では第１図の瞬間値計数器９に相当する部
分は省略しである。

第３図において、クロック器５とサンプリング器６とは
図示しない発振器から高い周波数のパルスを入力し、ク
ロック器５は２１３＝ ８１９２Ｈｚのクロックパルス
を生じ、サンプリング器６は、第４図の線図Ａに示しす
ように、２−２＝１／４Ｈｚ、即ち一定則みＴ＝４秒毎
に２−１３秒より短い開始信号を生ずる。

漸増電圧器１は、ｎ段の２進カウンタＮと、ｎ段のＲ−
２Ｒ抵抗器Ｒ１と、ｎ個のアナログスイッチＳ、−１〜
５ｌ−ｎとで構威しである。

アナログスイッチ５１−１〜５ｌ−ｎは、Ｒ−２Ｒ抵抗
器Ｒ１の各入力端の接続先を、２進カウンタＮの各出力
端Ｑ１〜Ｑ、の高低に対応して、基準電圧器２の出力す
る基準電圧ＥＤは又は接地側かの何れか一方に切換える
ものである。

２進カウンタＮは、入力端子φにクロック器５からのク
ロックパルスを受け、各出力端子Ｑ１〜Ｑｏの電位は、
リセット端子■が高電位の間は凡て低であるが、リセッ
ト端子■が低電位になるとクロックパルス毎にそれを２
進数で積算した各桁の数字０．１に対応して高低何れか
一方になる。

スイッチＳ １−１〜５ｔ−ｎとＲ−２Ｒ抵抗器Ｒ１と
は１のＤ−Ａ変換器を構威し、前記２進数が表わす積算
値と基準電圧Ｅ。

との積に比例する電圧を出力する。

基準電圧器２は、その出力端をツェナダイオードＤ□を
介して接地しかつ低抗Ｒ２を介して接地するとともに抵
抗Ｒ３を介して正電位Ｅ＋に接続するものである。

そして、抵抗Ｒ３と正電位Ｅ＋との間に、基準電圧制御
手段１０としてアナログスイッチＳ２を挿入して、基準
電圧器２の出力が、アナログスイッチＳ２が閉じている
間のみ一定値の基準電圧ＥＤであるが、開いている間は
Ｏとなるようにしである。

従って、アナログスイッチＳ２が開いている間は、２進
カウンタＮの出力ｆ、〜Ｑｎの電位の高低に無関係に、
Ｒ−２Ｒ抵抗器Ｒ１の出力がＯとなる。

比較器３は制御端子ｋをもち、それが低電位の間のみ差
動増幅動作をしかつアナログ素子としては電力消費が比
較的に少ない形式の演算増幅器を用いてあって、その（
＋）入力端子にＲ−２Ｒ抵抗器Ｒ□の出力電圧を入力し
、（−）入力端子に量子化すべき変動アナログ量に比例
する電圧を入力し、（＋）入力端子の電位が（−）入力
端子の電位に達した瞬間に、出力端の電位が低いから高
に反転するものである。

この電位の反転を終了信号として使用する。

比較器３の制御端子には、比較器制御手段１１としての
アナログスイッチＳ３によって、抵抗Ｒ１を介して正電
位Ｅ＋に、又は抵抗Ｒ５を介して負電位Ｅ−に、択一的
に接続する。

出力信号器７は次の示す第１表の真理値表をもつＲ−Ｓ
フリップフロップで、Ｒ入力端子にサンプリング器６の
開始信号を、Ｓ入力端子に比較器３の終了信号を受け、
その結果、開始信号の前縁から終了信号の前縁に至る出
力期間に、Ｑ端子には低電位、Ｑ端子には高電位の出力
信号を生ずる。

出力ゲート８はアンド回路で、一方の入力端にクロック
器５のクロックパルスを、他方の入力端に出力信号器の
頁端子から高電位の出力信号を受け、出力信号の期間の
みクロックパルスを出力端４に伝達する。

２進カウンタＮはそのリセット端子■が出力信号器７の
Ｑ端子に接続しているので、出力信号の間のみ作動状態
となる。

しかも、この出力信号の間のみ、後述するように基準電
圧器２が作動状態となるため、漸増電圧器１はこの出力
信号の間のみ作動状態となる。

更に、基準電圧器制御手段１０としてのアナログスイッ
チＳ２は、互端子の電位の高低に支配されてその高電位
でのみ閉じるようにしてあり、又、比較器制御手段１１
としてのアナログスイッチＳ３は、頁の電位の高低に支
配されてその高電位でのみ負電位Ｅ−の側と接続状態に
なるようにしであるから、基準電圧器２と比較器３とは
ともに出力期間にのみ作動状態であって、残りの期間に
は不作動状態である。

以上のように構成したから、第３図の装置は、一定刻み
Ｔ毎に、次の動作を反覆する。

なお、以下の説明では低電位をｒＯＪ高電位をｒＩＪと
表現する。

出力信号器７の入力端子Ｓ、 Ｈの電位がこの順序に０
，０のとき出力端子Ｑ、 Ｑの電位は不明であるが、開
始信号（第４図Ａ）の前縁でＳ、 Ｒの電位が０．１に
なりその後縁で０，０に戻る場合、０．１になったのと
同時に、Ｑ、 Ｑの電位が０゜１となり、漸増電圧器１
とともに、基準電圧器２及び比較器３が作動状態となる
。

この結果、漸増電圧器１の出力は第５図の線Ｖｏに示す
ように２−１３（＝１／８１９２）秒毎に段階的に漸増
する漸増電圧となり、開始信号の後縁以降もこの状態を
維持する。

この漸増電圧が変動アナログ量に比例する電圧（ｖｒＮ
）に達すると比較器３の出力は１となり、（終了信号の
前縁）前記Ｓ、 Ｈの電位は０，０から１．０となり、
その結果Ｑ、Ｑの電位は１．０となり、２進カウンタＮ
がリセットされて漸増電圧器１の出力が０となると同時
に、基準電圧器２及び比較器３はともに不作動状態とな
り、比較器３の出力はＯとなり（終了信号の前縁）、前
記Ｓ、 Ｒは０，０となる。

従って比較器３の出力は、１となった瞬時の後にＯに戻
る。

（第４図Ｂ）最初の開始信号の時の漸増電圧器１の出力
電圧は不確定であるが、第２回目の開始信号の前縁以降
の漸増電圧器１の出力電圧は、確実に０から出発して一
定の割合で段階的に漸増する。

このため、開始信号の前縁から終了信号の前縁に至る出
力期間（第４図Ｃ）のクロックパルスの数、即ち、出力
ゲート８を介して出力端４に現われるパルスの各刻みＴ
毎の数は、終了信号の時の変動アナログ量に比例するこ
とになる。

第３図の漸増電圧器１の２進カウンタＮ及びＲ−２Ｒ抵
抗Ｒ工の段階従ってアナログスイッチＳニー１〜５１−
ｎの数ｎを１０とすると、第５図の出力電圧Ｖｏの段数
の最大値は２”＝１０２４となり、全変化範囲の約１７
１０００程度の誤差で変動アナログ量を量子化できるこ
とになる。

第４図Ｃは第５図に大げさに示した漸増電圧器１の出力
Ｖｏの変化を表現の便宜上傾斜が一定の直線で描いて、
出力期間ｔが変動アナログ量に比例する電圧ＶＩＮに比
例する事情を示している。

第４図りは出力信号器７のＱ端子が出力期間ｔのみ高電
位の出力信号を生ずることを示している。

なお図示してはいないが、Ｑ端子従って２進カウンタＮ
のリセット端子■の電位はＱ端子の電位とは高低反対と
なる。

この結果、先記のようにして漸増電圧器１、基準電圧器
２及び比較器３は出力期間にのみ作動状態となり残りの
期間は不作動状態であるから、これを含む第３図の全回
路の電力消費量は第４図Ｅに示すように変化し、漸増電
圧器１や基準電圧器２や比較器３を常時作動状態におく
前記従来のものに比して数分の−となる。

このため、電源電池の更新作業は長期に亘り不要となり
、先記の目的が遠戚される。

なお、第４図Ｃからも判るように、変動アナログ量を検
出する時点は開始信号の時ではなくそれより後の終了信
号の時にはＳ゛合致るから、検出値孫ち各刻みでの出力
パルス数は、変動アナログ量の各開始信号時点の大きさ
に対応する値に対して、変動アナログ量の増加時は大き
めに、減少時は小さめになる。

これは従来のものにも存在する問題であるが、この考案
によると、開始信号の一定則みＴに対して出力期間ｔを
小さく、即ちこの実施例でのクロツクパルスの周波数を
大きくすることによって、悪影響を緩和することができ
る。

しかし、更に抜本的に解決するためには、比較器３の（
−）入力線に第６図にさ線で囲んで示すように、出力信
号の間のみ開くアナログスイッチＳ、を挿入し、その比
較器３の側をコンデンサＣを介して接地し、反対側を抵
１１３を介して接地するとよい。

これにより比較器３の（−）端子の入力電圧は、コンデ
ンサＣが記憶する開始信号時のＶＩＮとなるからである
。

この考案によると、基準電圧器２だけでなく、漸増電圧
器１と比較器３の電力まで大巾に低減できるため電源電
池の更新作業が長期に亘り不要となることから、電池を
内蔵して商用電源を使用せずしかも長期間無保守で満足
に作動する変動アナログ量量子化装置を実現することが
でき、この結果、山間、へき地、海中などに設置して無
人のま）長期間の積算量を知り、或いは瞬間値の記憶装
置に入力することができるから、とくに、長期無人計装
の分野に広く応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図ａ、 ｂ、 ｃは、従来の変動アナロ
グ量量子化装置について、それぞれ、ブロック図及び各
部分の電位変化図である。 第３図及び第４図Ａ、 Ｂ、 Ｃ，Ｄは、この考案の１
実施例にいて、それぞれ、回路図及び各部分の電位変化
図である。 第４図Ｅはその消費電力図、第５図は第４図Ｃの線図の
説明的拡大図である。 第６図は第３図の回路の部分的別宴を示す回路図である
。 １・・・・・・漸増電圧器、２・・・・・・基準電圧器
、３・・・・・・比較器、４・・・・・・出力端、６・
・・・・・サンプリング器、１０・・・・・・基準電圧
器制御手段、１１・・・・・・比較器制御手段。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 一定刻みに定めた各開始時点に続く期間に後記基準電圧
   と各開始時点からの経過時間との積に比例して漸増する
   漸増電圧を生ずる漸増電圧器１と、基準電圧を生ずる基
   準電圧器２と、前記漸増電圧を変動アナログ量に比例す
   る電圧と比較して前者が後者に達した瞬間に終了信号を
   生ずる比較器３とをもち、開始時点の前記一定刻みより
   もきわめて小さい一定周期をもつ連続パルスを各開始時
   点からその直後の終了信号に至る出力期間にのみ出力す
   る出力端４をもつ変動アナログ量量子化装置において、
   一定刻みＴ毎に開始信号を生ずるサンプリング器６と、
   この開始信号をＲ入力端子に、前記終了信号をＳ入力端
   子に受けて前記出力期間に出力信号を生じ、この出力信
   号に前記漸増電圧器１を前記出力期間にのみ作動状態と
   するＲ−Ｓフリップフロップと、その出力信号により前
   記基準電圧器２を前記出力期間にのみ作動状態とする基
   準電圧器制御手段１０と、前記出力信号により前記比較
   器３を前記出力期間にのみ作動状態とする比較器制御手
   段１１とを設けた変動アナログ量量子化装置。