JPS63157014A

JPS63157014A - 高速高精度平均量計測方法

Info

Publication number: JPS63157014A
Application number: JP30474086A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Konishi; 小西　務
Original assignee: Toyo Kikai Co Ltd
Current assignee: Toyo Kikai Co Ltd
Priority date: 1986-12-19
Filing date: 1986-12-19
Publication date: 1988-06-30
Also published as: JPH0575247B2

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）本発明は種々の物理量あるいはパルス列をディジタル化
し、複数回サンプリングして計測する平均量計測方式に
係り、特に、物理量が時間により変化しても、最小の平
均化処理をすることにより、複数回サンプリングした物
理量の平均量を短時間に、かつ高精度に計測する機能に
関し、変化する長さ、圧力、流量、電圧、電流、電力等
、あらゆる物理量の高速、高精度の平均量計測方式とし
て有用である。

（従来の技術）物理量をディジタル化して、複数回サンプリング計測し
、その計測量の平均値を求めて出力する場合、通常計測
量の和を計測回数で除し、出力する方法が用いられる。

　すなわち、平均値Ｑは次式で与えられる。

る。

（発明が解決しようとする問題点）いま、物理ＬｉＱが時間ｔに関し、第１図に示すように
変化しながら漸増する場合について説明する。　この場
合、計測期間ＴごとにＴをｎ等分して、各サンプリング
期間ＴＳｔでは物理量Ｑ１、ＴＳ２ではＱ２、・・・・
・・・・・、ＴＳｎではＱｎをそれぞれ計測し、次式の
計算によりｊ番目の計測期間の平均値ｏｊを求める。

この方法によれば、計測期間Ｔの間の物理量の変動は平
均化される効果がある。　しかしながら、計測期間Ｔの
間の物理量の平均値は計測期間Ｔの後でないと得られず
、計測遅れが生ずるという欠点がある。　計測遅れがあ
ると、制御用検出器として使用する場合には制御系に不
安定現象を生じ問題となる。

また、第１図に示すように、物理量Ｑが変化しながら漸
増する場合、時間ｔが期間ｏ＜ｔ≦王の平均値Ｑ１と、
期間Ｔ＜ｔ≦２丁の平均値Ｑ２との間に、相当の段差が
生じ、計測誤差が大となる欠点がある。

以上の説明から明らかなように、従来の技術では計測の
応答、精度共に悪いという問題がある。

本発明は上記の問題点を解決するため、連続してｎ＋１
回のディジタル化された計測間をリフレッシュメモリに
記憶しておき、この１回の計測ごとに最小の回数の演算
をして平均値を求めることにより、期間Ｔの１／ｎごと
の短時間に第１図に示す平均値Ｇの近似値を計測できる
ようにしたものであり、従来の方法に比較してｎ倍の高
速で高精度の平均値計測方式を提供することを目的とす
る。

（問題を解決しようとする手段）本発明は、上述した従来の問題点を解決するために次の
ような構成を採用した。　即ち、特定発明は、連続した
物理量あるいはパルス列を複数回（ｎ＋１回）ディジタ
ル化した後、順次リフレッシュして記憶する第１の手段
と、間欠的にｎ回のディジタル量を累算する第２の手段
と、ディジタル量を順次リフレッシュして記憶する間、
先に求めたｎ回の累算値に今回のディジタル量とｎ＋１
回前のディジタル量の差を加算する第３の手段と、第３
の手段の結果をｎ回の計測値の和に比例した量として出
力する第４の手段とを有することを特徴とする高速高精
度平均値計測方式に係るものである。　併合発明は、連
続した物理量あるいはパルス列を複数回（ｎ＋１回）デ
ィジタル化した後、順次リフレッシュして記憶する第１
の手段と、間欠的にｎ回のディジタル量を累算する第２
の手段と、ディジタル量を順次リフレッシュして記憶す
る間、先に求めたｎ回の累算値に今回のディジタル量と
ｎ＋１回前のディジタル量の差を加律する第３の手段と
、第３の手段の結果を計測回数ｎで割る第５の手段と、
この第５の手段の結果をｎ回の計測値の平均値として出
力する第６の手段とを有することを特徴とする特許請求
の範囲第１記載の高速高精度平均量計測方式に係るもの
である。

（作　用）本発明の構成によれば、ｎ回のサンプリングによる計測
量を記録した後に、それらを累積し、平均値を求めるの
ではなく、１回のサンプリングにより、前回までに計測
した累積値と今回及びｎ回前の計測値とを加減算するこ
とにより、平均値に比例した量を得ることができ、又計
測回数ｎで割ることにより平均値を得ることができる。

（実　施　例）以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。

第２図は本発明の原理を示すための構成図である。

同図において、１は被計測物理ωあるいはパルス列、２
はディジタル化回路、３はリフレッシュメモリ、ＱｏＳ
Ｑｌ、・・・、Ｑｎはディジタル化された計測量、４は
各期間Ｔごとに１回目からｎ回目までの計測量の合計を
求める累積加算手段、５は前記４の計測量と最初の計測
量Ｑ。および最後の計測ＩＱｎとから期間Ｔの１／ｒｌ
のサンプリング期間ごとに平均計測量を算出する手段、
６は出力信号である。

第１図は本発明の詳細な説明するグラフである。

まず、測定しようとする連続した物理量あるいはパルス
列１がディジタル化回路２に与えられると、第１図のサ
ンプリング期間Ｔｓｉ（ｉ＝１．２、・・・ｎ）ごとに
数値化されたディジタル量Ｑｉに変換され、それらがリ
フレッシュメモリ３に記憶される。　ここに、ＱｏはＱ
ｌより１サンプリング期間前の計測量である。　リフレ
ッシュメモリ３は、たとえば必要なビット数用意された
シフトレジスタで実現される。　リフレッシュメモリ３
の容量以上、すなわちｎ＋１個以上の測定量は消滅する
。　累積加算手段４では、第１図の期間Ｔごを求める。

　平均計測量算出手段５では前回の期の測定量Ｑｎと最
初の測定量Ｑｏとの差を加算し、平均値に比例した量Ｑ
ｐを求める。　すなわち、この結果を出力信号６として
出力する。

あるいは、上記のＱｐをサンプリング回数ｎで除した平
均値Ｑを計算して出力する。

このように期間ｏ＜ｔ≦Ｔにおいて、サンプリング期間
ｌｓｉことに平均値に比例したｍＱｐ、あるいは平均値
ひを出力するとともに、計測量Ｑｉを累算し、その値を
次の期間ｌ＜ｔ≦２丁に使用する。

第３図は本発明の一実施例のブロック図である。

ただし、第３図のうち、リフレッシュメモリ９の機能を
マイクロコンピュータ１０のソフトウェア処理とする方
法もあるが、第３図はリフレッシュメモリ９がマイクロ
コンピュータ１０の外部にある場合である。

第３図において、７は連続した被計測物理量、あるいは
パルス列、８はディジタル化回路、たとえばアナログ−
ディジタル変換器あるいはパルス・カウンタ、３はリフ
レッシュメモリ、ＱＱｌＱｌ、・・・、Ｑｎ−１、Ｑｎ
は記憶されたディジタル値、１０はマイクロコンピュー
タである。　マイクロコンピュータ１０はＱ。入力レジ
スタ１１、Ｑｎ入カレジスタ１２、データを記憶する書
き換え可能メモリ１３、プログラムを記憶する読出し専
用メモリ１４、中央処理装置１５およびＣ出力レジスタ
１６から構成されている。

連続した物理量、あるいはパルス列７が与えられると、
これをディジタル化回路８により、サンプリング期間ご
とにディジタル量、すなわち数値に変換される。　この
変換されたディジタル量は、サンプリング期間ごとにリ
フレッシュメモリに記憶される。　リフレッシュメモリ
９は、この数値を１サンプリングごとにシフトしながら
記憶する。

図において、Ｑ□　、　Ｑｌ　、・・・、Ｑｎはそれぞ
れサンプリング期間Ｔ３０Ｓｌｓｉ、・・・、ｌ’−ｓ
ｎに記憶された数値である。　各サンプリング期間の数
値は最初リフレッシュメモリの初段に次々と入力される
ので、この数値をＱｎ入力レジスタ１２を通してマイク
ロコンピュータ１０の書き換え可能メモリ１３に入力さ
れる。　これらの数値は、ｉ＝０から１＝ｎ−１のｎ回
のサンプリング期間ごとに累積加算される。　すなわち
、この累積値Ｑ　（Ｔ）はびＱｎがＱｏ入力レジスタ１
１、およびＱｎ入力レジスタ１２に入力され、マイクロ
コンピュータの書き換え可能メモリ１３に記憶される。

　これらの数値は、読出し専用メモリ１４に記憶されて
いるプログラムに従い中央処理装置１５により下この処
理方法によれば、すでに前のＴ期間に求めた値ＱｍにＱ
ｎ−Ｑｏを加算し、全体をｎで割ることにより、サンプ
リング期間Ｔｓｉごとに平均値０が計測できる。　この
結果が、出力レジスタ１６を通して出力される。

平均値に比例した量が必要な場合には、上述の゛うちｎ
で割る処理を省略できる。

以下、第４図を用いて、平均値Ｑを求めるマイクロコン
ピュータ１０の処理内容について詳細に説明する。

第４図において、Ｑｉは各サンプリング期間ごとに読み
込まれた計測数値であって、Ｑはそれらの数値の累積加
算値、ｉはｉ番目のサンプリング回数、ｎ−ｉはｎ−１
番目のサンプリング回数、Ｑｎはｎ番目のサンプリング
回数の数値、ＱＴはｎ回のサンプリング期間に計測され
た累ｎ値、Ｑはサンプリング期間ごとに計測される瞬間
平均値である。

初期値処理をした債、各サンプリング期間ごとに計測値
Ｑｉが入力される。　サンプリング期間は、ｉ＝０から
１＝ｎ−１までの一括して繰返す。

計測数値Ｑｉは、次のステップで累算される。

１＝ｎ−ｉ、すなわちｎ回のサンプリング期間ごとに、
その期間の数値の累算値ＱＴが記録される。

０≦ｉ＜ｎの間、各サンプリング期間ごとに、Ｑｏ、Ｑ
ｉが読み込まれ、次式の計算により瞬時この結果が出力
される。

以上の説明のうち、ＱＴ　＝ΣＱｉの計算は、原理的に
は、このプログラムが起動した１回目だけ必要で、もし
誤動作がなければ、１回だけで十分である。　したがっ
て、これを期間Ｔごとに計算することにより、前回との
異常な差が発生した場合などの合理性のチェックに用い
ることができる。

この計測方式は、１回のサンプリングごとにｎ回の平均
値を求めることができるので、従来の計測速度のｎ倍の
高速で平均値が出力できるとともに、従来の約１／ｎの
高精度で計測できる。　また、計算ステップが２回です
み、従来のｎ回に比し２／ｎの比率となるため、計算ミ
スの確率もそれだけ減少する。

また、平均値に比例した量で十分な場合には、ｎで割る
必要がなくなるので、必ずしもマイクロコンピュータを
用いる必要がなく、リフレッシュメモリ、累痺器、加算
器等で構成できる。

（発明の効果）以上、説明したごとく、本発明によれば、ｎ回のサンプ
リングによる計測量を記録した後に、それらを累算し、
平均値を求めるのではなく、１回のサンプリングにより
前回までに計測した累算値と、今回およびｎ回前の計測
値とを加減算することにより、平均値に比例した量を１
ｑることができ、計測回数ｎで割ることにより平均値を
得ることができる。　そのため、従来の方法のｎ倍の高
速計測および約１／ｎの計測誤差で、変化する物理量の
平均値を計測できる効果がある。また、計算ステップが
従来の２／ｎですむので、計算ミスの確率が２／ｎに減
少する効果がある。　また、この平均化方法は、連続し
て変化する長さ１．圧力、流量、電圧、電流、電力等あ
らゆる物理量およびパルス列の高速、高精度平均量計測
方式として効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するグラフ、第２図は本発
明の原理を示すための構成図、第３図は、本発明の一実
施例のブロック図、第４図は本発明の動作を示すフロー
チＶ−トである。（符号の説明）１・・・被計測物理量あるいはパルス列、２・・・ディ
ジタル化回路、３・・・リフレッシュメモリ、４・・・累積加締手段、５・・・平均ｈ１測量詐出手段、６・・・出力信号、７・・・被計測物理量あるいはパルス列、８・・・ディ
ジタル化回路、９・・・リフレッシュメモリ、１０・・・マイクロコンピュータ、１１・・・ＱＯ人力レジスタ、１２・・・Ｑｎ入力レジスタ、１３・・・書き換え可能メモリ、１４・・・読出し専用メモリ、１５・・・中央処理装置、１６・・・Ｑ出力レジスタ。（符号の説明）１・・・波計２１１Ｉ＃　Ｊ！ｌ！　！あるいはパルス
列２・・・ディジタル化回路３・・・リフレッシュメモリ４・・・累積加梓手段５・・・平均計測量算出手段６・・・出力信号、７・・・被計測物理量あるいはパルス列８・・・ディジ
タル化回路９・・・リフレッシュメモリ１０・・・マイクロコンピュータ１１・・・ＱＯ人力レジスタ１２・・・Ｑｎ入力レジスタ１３・・・出き換え可能メモリ１４・・・読出し専用メモリ１５・・・中央処理装置１６・・・百出力レジスタ第１図第２図第４図（符号の説明）１３・・・書き換え可能メモリ１４・・・読出し専用メモリ１５・・・中央処理装置１６・・・回出力レジスタ第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）連続した物理量あるいはパルス列を複数回（ｎ＋
１回）ディジタル化した後、順次リフレッシュして記憶する第１の手段と、間欠的にｎ回の
ディジタル量を累算する第２の手段と、ディジタル量を
順次リフレッシュして記憶する間、先に求めたｎ回の累
算値に今回のディジタル量とｎ＋１回前のディジタル量
の差を加算する第３の手段と、第３の手段の結果をｎ回
の計測値の和に比例した量として出力する第４の手段と
を有することを特徴とする高速高精度平均値計測方式。
（２）連続した物理量あるいはパルス列を複数回（ｎ＋
１回）ディジタル化した後、順次リフレッシュして記憶する第１の手段と、間欠的にｎ回の
ディジタル量を累算する第２の手段と、ディジタル量を
順次リフレッシュして記憶する間、先に求めたｎ回の累算値に今回のディジタル量とｎ＋１回前のディジタル量の差を加算する第３の手段と、第３の手段の結果を計測回数ｎで割る第５の手段と、この第５の手段の結果をｎ回の計測値の平均値として出力する第６の手段とを有することを特徴とする高速高精度平均量計測方式。