(57)【要約】【課題】入出力間の耐圧が十分に大きい絶縁アンプを提供する。【解決手段】絶縁アンプ２０は、受信したアナログ入力信号を変調して無線送信可能な形式の変調信号を出力する入力部４０と、変調信号を電波信号として送信する入力側アンテナ４６と、入力側アンテナ４６から送信された電波信号を受信する出力側アンテナ５１と、出力側アンテナ５１により受信された電波信号を復調してアナログ出力信号として出力する出力部５０と、を備える。【選択図】図３
2020010137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信したアナログ入力信号を変調して無線送信可能な形式の変調信号を出力する入力部と、
前記変調信号を電波信号として送信する入力側アンテナと、
前記入力側アンテナから送信された電波信号を受信する出力側アンテナと、
前記出力側アンテナにより受信された電波信号を復調してアナログ出力信号として出力する出力部と、を備える絶縁アンプ。
【請求項２】
前記入力部は、
前記アナログ入力信号をディジタル入力信号に変換するＡＤ変換器と、
前記ディジタル入力信号を前記変調信号に変調する変調回路と、を有し、
前記出力部は、
前記電波信号を復調してディジタル出力信号に変換する復調回路と、
前記ディジタル出力信号をアナログ出力信号に変換するＤＡ変換器と、を有する、請求項１記載の絶縁アンプ。
【請求項３】
複数の前記出力側アンテナと、前記複数の出力側アンテナにそれぞれ対応する前記出力部とを備える、請求項１又は２記載の絶縁アンプ。
【請求項４】
前記入力側アンテナ及び前記出力側アンテナは、いずれもチップアンテナである、請求項１〜３のいずれか一項記載の絶縁アンプ。
【請求項５】
前記入力側アンテナと前記出力側アンテナとの間の距離は、５ｍｍ以上３ｍ以下である、請求項１〜４のいずれか一項記載の絶縁アンプ。
【請求項６】
前記電波信号は微弱無線信号である、請求項１〜５のいずれか一項記載の絶縁アンプ。
【請求項７】
前記入力部は、４ｍＡ以上２０ｍＡ以下の範囲の直流電流信号又は１Ｖ以上５Ｖ以下の範囲の直流電圧信号を前記アナログ入力信号として受信可能であり、
前記出力部は、４ｍＡ以上２０ｍＡ以下の範囲の直流電流信号又は１Ｖ以上５Ｖ以下の範囲の直流電圧信号を前記アナログ出力信号として出力可能である、請求項１〜６のいずれか一項記載の絶縁アンプ。
【請求項８】
前記入力部及び前記出力部は半導体集積回路により構成される、請求項１〜７のいずれか一項記載の絶縁アンプ。
【請求項９】
前記入力部、前記入力側アンテナ、前記出力側アンテナ及び前記出力部を収容する筐体を更に備える請求項１〜８のいずれか一項記載の絶縁アンプ。
【請求項１０】
計測対象から物理量を取得する計測機器と、
前記計測機器から前記物理量に応じたアナログ入力信号を受信し前記アナログ入力信号に応じたアナログ出力信号を出力する絶縁アンプと、
前記絶縁アンプから出力された前記アナログ出力信号に基づき前記計測対象を制御する制御機器と、
を備え、
前記絶縁アンプは、前記アナログ入力信号を変調して無線送信可能な形式の変調信号を出力する入力部と、
前記変調信号を電波信号として送信する入力側アンテナと、
前記入力側アンテナから送信された電波信号を受信する出力側アンテナと、
前記出力側アンテナにより受信された電波信号を復調して前記アナログ出力信号として出力する出力部と、を備える、計装システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁アンプ及び計装システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入力側端子と出力側端子とを電気的に絶縁しながらアナログ信号量を入力側端子から出力側端子に伝送するための回路として、例えば、以下のような種々の回路が知られている。
【０００３】
特許文献１には、直流電流信号が入力され、この信号を断続してパルス信号の最大周波数より高い周波数の交流に変換するチョッパと、一次側端子に上記チョッパによって変換された交流が入力されるトランスと、上記トランスの二次側端子に誘起された交流を整流、平滑する整流平滑部と、を備える信号絶縁回路が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、ほぼ同一の特性を有する２つのフォトカプラと、それぞれのフォトカプラにおいて生じる歪みを打ち消し合って出力信号における歪みを低減させる歪み低減手段と、を備えるアイソレーションアンプ（絶縁アンプと同意）が記載されている。
【０００５】
特許文献３には、一次側回路と、二次側回路と、一次側回路の出力側端子と二次側回路の入力側端子との間に接続され、直流成分を遮断する機能を有するコンデンサと、を備える絶縁アンプ回路が記載されている。
【０００６】
特許文献４には、入力信号により振動振幅を変調可能な発振回路と、圧電セラミックスで構成される振動体と、を備える絶縁アンプが記載されている。入力信号は振動体の一次側振動部に接続された発振回路に入力され、出力信号は振動体の二次側振動部に接続された復調回路から出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２１７００４号公報
【特許文献２】特開２０１７−１６３３４２号公報
【特許文献３】特開２００９−２３２２８７号公報
【特許文献４】特開２０１３−２３９９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の信号絶縁回路に用いられるトランスは、一次側コイルと、二次側コイルと、を備える。この一次側コイル及び二次側コイルは、一次側コイルを貫通する磁束が二次側コイルをも貫通するように配置される必要がある。したがって、二次側コイルを一次側コイルから大きく離間させて（例えば、約２．５ｍｍ以上の絶縁距離を確保しながら）配置することは難しい。
【０００９】
また、特許文献２に記載のアイソレーションアンプに用いられるフォトカプラでは、受光素子への外乱光の入射を防止するために発光素子と受光素子とが近接した状態で一つのパッケージ内に封止される。このため、発光素子に接続される一次側回路と、受光素子に接続される二次側回路との間の絶縁距離を大きくとることができない。したがって、一次側回路と二次側回路との間の絶縁耐圧（以下、耐圧と称する）を十分に大きくすることは容易ではない。また、フォトカプラを用いた場合には、光（赤外線）の直進性との関係から発光素子と受光素子との位置関係が制約を受けるため、一次側回路及び二次側回路の配置の自由度を確保しにくい。
【００１０】
また、特許文献３に記載の絶縁アンプ回路におけるコンデンサは、互いに対向する一対の電極を備える。コンデンサの一方の電極から他方の電極へ交流信号を伝達するためには、当該コンデンサが、当該交流信号の周波数帯域において十分に低いインピーダンスを有する必要がある。コンデンサのインピーダンスは容量値に反比例し、コンデンサの容量値は電極間距離に反比例することから、コンデンサのインピーダンスを低く抑えるためには、電極間の距離を小さく（例えば０．２〜０．３ｍｍの範囲よりも小さく）する必要がある。その結果、一次側電極と二次側電極との間の耐圧を十分に大きくすることは容易ではない。
【００１１】
また、特許文献４に記載の絶縁アンプに用いられる振動体を構成する圧電セラミックスは、Ｑ値の温度依存性が高い材料である。このため、振動体の機械振動の伝達特性は、周囲温度の変化によって大きく変化する。したがって、振動体の一次側振動部に接続された発振回路に入力される入力信号を十分な精度で二次側振動部に接続された復調回路の出力信号として伝送することは容易ではない。
【００１２】
そこで、本発明は、入出力間の耐圧が大きく、且つ入出力間の配置の自由度を確保し易い絶縁アンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一側面に係る絶縁アンプは、受信したアナログ入力信号を変調して無線送信可能な形式の変調信号を出力する入力部と、変調信号を電波信号として送信する入力側アンテナと、入力側アンテナから送信された電波信号を受信する出力側アンテナと、出力側アンテナにより受信された電波信号を復調してアナログ出力信号として出力する出力部と、を備える。
【００１４】
この絶縁アンプでは、入力側アンテナと出力側アンテナとの間が電気的に絶縁されている。入力側アンテナから出力側アンテナまでの間では、信号は電波信号として伝送される。したがって、入力側アンテナと出力側アンテナとの間の距離が大きくなっても、信号の伝送が可能である。このため、入力側アンテナと出力側アンテナとの間の距離を十分に確保することにより、絶縁アンプの耐圧を十分に大きくすることができる。
【００１５】
入力部は、アナログ入力信号をディジタル入力信号に変換するＡＤ変換器と、ディジタル入力信号を変調信号に変調する変調回路と、を有し、出力部は、電波信号を復調してディジタル出力信号に変換する復調回路と、ディジタル出力信号をアナログ出力信号に変換するＤＡ変換器と、を有していてもよい。この場合、入力側アンテナから出力側アンテナへ伝送される信号を、ディジタル信号を変調した信号とすることにより、アナログ信号又はアナログ信号を変調した信号を無線送信する場合と比較して、ノイズの混入による信号の精度及び線形性の低下を抑制することができる。
【００１６】
絶縁アンプは、複数の出力側アンテナと、複数の出力側アンテナにそれぞれ対応する出力部とを備えていてもよい。この場合、一つのアナログ入力信号に基づくアナログ出力信号を複数の出力先に出力できるため、一つの信号を複数の装置で監視する用途に利用することができるため、絶縁アンプの汎用性が向上する。
【００１７】
入力側アンテナ及び出力側アンテナは、いずれもチップアンテナであってもよい。この場合、サイズの小さいチップアンテナを用いることにより、絶縁アンプを小型化することができる。
【００１８】
入力側アンテナと出力側アンテナとの間の距離は、５ｍｍ以上３ｍ以下であってもよい。このように入力側アンテナと出力側アンテナとの間の距離を設定することにより、入力側アンテナから３ｍの距離での電界強度を所定値以下（例えば微弱無線局のレベル）とすることができる。これにより、絶縁アンプの設置及び使用に際し無線局の免許を受ける必要がなくなる。したがって、入力側アンテナと出力側アンテナとの間で使用される電波信号が、周波数帯域の制限及び伝送プロトコルの制約を受けることもない。このため、絶縁アンプ２０の汎用性が向上する。なお、電波信号は、微弱無線信号であってもよい。
【００１９】
入力部４０は、４ｍＡ以上２０ｍＡ以下の範囲の直流電流信号又は１Ｖ以上５Ｖ以下の範囲の直流電圧信号をアナログ入力信号として受信可能であり、出力部は、４ｍＡ以上２０ｍＡ以下の範囲の直流電流信号又は１Ｖ以上５Ｖ以下の範囲の直流電圧信号をアナログ出力信号として出力可能であってもよい。この場合、計測信号の伝送のために広く利用されている統一信号を受信及び送信することができる。すなわち、一般の計装システムにおいては、４ｍＡ以上２０ｍＡ以下の範囲の直流電流信号は、現場（フィールド）からの信号伝送と現場への制御信号用に使われ、１Ｖ以上５Ｖ以下の範囲の直流電圧信号は、計器盤内の計器・変換器類への信号分配用に使われるため、それらの分野への適用が容易となる。
【００２０】
入力部及び出力部は、半導体集積回路により構成されていてもよい。この場合、サイズの小さい半導体集積回路を用いることにより、絶縁アンプを小型化することができる。
【００２１】
絶縁アンプは、入力部、入力側アンテナ、出力側アンテナ及び出力部を収容する筐体を更に備えていてもよい。この場合、入力部、入力側アンテナ、出力側アンテナ及び出力部の全てが一つの筐体に収容されていることにより、アナログ入力信号が入力されアナログ出力信号を出力する単一デバイスとして絶縁アンプが構成される。このため、絶縁アンプの使い勝手が向上する。
【００２２】
本発明の他の側面に係る計装システムは、計測対象から物理量を取得する計測機器と、計測機器からから物理量に応じたアナログ入力信号を受信しアナログ入力信号に応じたアナログ出力信号を出力する絶縁アンプと、絶縁アンプから出力されたアナログ出力信号に基づき計測対象を制御する制御機器と、を備え、絶縁アンプは、アナログ入力信号を変調して無線送信可能な形式の変調信号を出力する入力部と、変調信号を電波信号として送信する入力側アンテナと、入力側アンテナから送信された電波信号を受信する出力側アンテナと、出力側アンテナにより受信された電波信号を復調してアナログ出力信号として出力する出力部と、を備える。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、入出力間の耐圧が大きく、且つ入出力間の配置の自由度を確保し易い絶縁アンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】信号処理システムの概略を示す図である。
【図２】絶縁アンプの外形を模式的に示す図である。
【図３】絶縁アンプの機能的構成を示す図である。
【図４】絶縁アンプの変形例の外形を模式的に示す図である。
【図５】絶縁アンプの別の変形例の外形を模式的に示す図である。
【図６】絶縁アンプを備える電子デバイスの構成を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２６】
〔計装システム〕
本実施形態に係る計装システム１は、各種の計測対象から物理量を取得し、当該物理量に基づいて上記の計測対象を制御するためのシステムである。計装システム１は、例えば、工場等の設備、又は装置を遠隔制御又は遠隔監視するシステムであってもよい。
【００２７】
図１に示すように、計装システム１は、計測機器１０と、絶縁アンプ２０と、制御機器３０と、を備える。計測機器１０は、例えば工場等の建物内、又は野外環境に設置され、計測対象から物理量を取得する。計測機器１０は、取得した物理量に応じた電気信号を、絶縁アンプ２０を介して制御機器３０に送信する。計測機器１０は、センサ１１と、２線式伝送器１２と、を備える。
【００２８】
センサ１１は、計測対象から物理量を取得し、当該物理量を電気信号に変換する。物理量としては、例えば、温度、圧力、流量、電圧、電流等が挙げられる。２線式伝送器１２は、センサ１１から受信した電気信号の大きさに応じて（例えば電気信号の大きさに比例して）電流信号を出力する。電流信号は、例えば４ｍＡ以上２０ｍＡ以下の範囲の直流電流信号、即ちいわゆる統一電流信号である。２線式伝送器１２は、電流信号に代えて電圧信号を出力してもよい。この場合、電圧信号は、例えば１Ｖ以上５Ｖ以下の範囲の直流電圧信号である。２線式伝送器１２としては、例えば、ヘッドマウント型信号変換器やフィールド型信号変換器が挙げられる。なお、ヘッドマウント型信号変換器とは、配管を流れる流体から当該配管に設けられるセンサを保護するための保護管のヘッドに、センサとともに設置されるタイプの信号変換器である。
【００２９】
絶縁アンプ２０は、伝送路１３を介して２線式伝送器１２の出力側端子に接続されている。絶縁アンプ２０は、２線式伝送器１２から受信した電気信号の大きさに比例する大きさの電流を制御機器３０に出力する。同時に、絶縁アンプ２０は、入力側（即ち２線式伝送器１２の側）端子と出力側（即ち制御機器３０の側）端子との間を直流的に絶縁する。絶縁アンプ２０及び制御機器３０と計測機器１０との間の距離（即ち伝送路１３の長さ）は、例えば１ｍから１００ｋｍであってもよい。したがって、計装システム１は、現場に設置された計測機器１０により各種物理量を計測し、当該物理量に基づいて、計測機器１０から離れた場所で制御機器３０により制御・監視対象を制御・監視するシステムであってもよい。絶縁アンプ２０の詳細な構成については後述する。
【００３０】
制御機器３０は、絶縁アンプ２０を介して計測機器１０から物理量に応じた電気信号を取得し、当該電気信号に応じて上記計測対象を制御する。なお、制御機器３０は、計測対象から計測機器１０及び絶縁アンプ２０を介して物理量を取得し、取得した物理量に基づき計測対象を単に監視するものであってもよい。なお、絶縁アンプ２０は、制御機器３０に内蔵されていてもよく、制御機器３０の外部に配置されていてもよい。
【００３１】
〔絶縁アンプ〕
図２及び図３を参照して、絶縁アンプ２０の構成について説明する。以下では、絶縁アンプ２０の構成の一例として、直接変調方式の無線送信機と、スーパーヘテロダイン方式の無線受信機との組合せによる構成を説明する。ただし、絶縁アンプ２０を、他の方式（例えば間接変調方式）の無線送信機と他の方式（例えばダイレクトコンバージョン方式）の無線受信機との組合せにより構成してもよい。
【００３２】
絶縁アンプ２０は、入力部４０と、入力側アンテナ４６と、出力側アンテナ５１と、出力部５０と、を備える。絶縁アンプ２０は、例えば、入力部４０、入力側アンテナ４６、出力側アンテナ５１及び出力部５０を収容する筐体２１を備えていてもよい。入力部４０は、２線式伝送器１２から受信したアナログ入力信号を変調して、無線送信可能な形式の変調信号を出力する。入力側アンテナ４６は、変調信号を電波信号として送信する。出力側アンテナ５１は、入力側アンテナ４６から送信された電波信号を受信する。出力部５０は、出力側アンテナ５１により受信された電波信号を復調してアナログ出力信号として出力する。以下、各部の構成について詳細に説明する。
【００３３】
入力部４０は、例えばＡＤ変換器（アナログ・ディジタル変換器）４１と、変調回路４２と、ＣＰＵ４３と、を備える。ＡＤ変換器４１は、アナログ入力信号をディジタル入力信号に変換する。ＡＤ変換器４１の出力ビット数、サンプリング周波数等は、絶縁アンプ２０に必要な精度、速度等に応じて適宜選択すればよい。ＡＤ変換器４１は、例えば差動電流入力型のＡＤ変換器である。
【００３４】
変調回路４２は、ＡＤ変換器４１から受信したディジタル入力信号を変調信号に変調する。変調回路４２は、例えば、発振器を内蔵し、変調信号に基づいて発振器の出力信号を変調する回路であってもよい。変調信号を生成するための変調方式は特に限定されない。変調信号の周波数帯域も特に制限されない。一例として、変調回路４２は、ディジタル入力信号を予め定められたプロトコルに従ってビット列に変換し、このビット列に基づいて一次変調及び二次変調を行い、変調信号を生成する。一次変調の方式としては、例えば振幅偏移（ＡＳＫ）、周波数偏移（ＦＳＫ）、位相偏移（ＰＳＫ）、直交振幅変調（ＱＡＭ）が挙げられる。二次変調の方式としては、例えば直接拡散（ＤＳＳＳ）、周波数ホッピング（ＦＨＳＳ）、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）、コード拡散（ＣＤＭＡ）が挙げられる。なお、二次変調を行うことは必須ではない。
【００３５】
ＣＰＵ４３は、ＡＤ変換器４１及び変調回路４２を制御する。例えば、ＣＰＵ４３は、ＡＤ変換器４１及び変調回路４２を適切なタイミングで動作させる。一例として、ＣＰＵ４３は、ＡＤ変換器４１が一定のタイミングで２線式伝送器１２からのアナログ入力信号をサンプリングし、ＡＤ変換器４１がＡＤ変換動作を終了してディジタル信号を出力したタイミングで変調回路４２に変調動作を開始させるように、ＡＤ変換器４１及び変調回路４２を制御する。ＣＰＵ４３は、ＡＤ変換器４１及び変調回路４２に対し、ＡＤ変換器４１及び変調回路４２の動作を変化させるためのパラメータを出力してもよい。
【００３６】
なお、入力部４０は、ＡＤ変換器４１を有しなくてもよい。この場合、変調回路４２は、アナログ入力信号を変調信号に変調する。入力部４０がＡＤ変換器４１を有しない場合の変調方式としては、例えば振幅変調（ＡＭ），周波数変調（ＦＭ）、位相変調（ＰＭ）が挙げられる。入力部４０は、例えば４ｍＡ以上２０ｍＡ以下の範囲の直流電流信号又は１Ｖ以上５Ｖ以下の直流電圧信号をアナログ出力信号として受信可能である。入力部４０は、半導体集積回路により構成されていてもよい。
【００３７】
パワーアンプ４４は、変調回路４２から出力された変調信号を、入力側アンテナ４６から送信されるのに適した強度にまで増幅する。フィルタ４５は、変調信号の周波数帯域外の信号を遮断するバンドパスフィルタである。
【００３８】
入力側アンテナ４６は、フィルタ４５を通過した変調信号を電波信号として送信する。入力側アンテナ４６は、例えばチップアンテナである。ここで、チップアンテナとは、１辺が例えば０．２ｍｍ〜５ｍｍ程度の略直方体状の外形を有する、いわゆるチップ電子部品型のアンテナである。チップアンテナは、例えばセラミック等の誘電体からなる略直方体状の基体の表面に、例えば螺旋状又はジグザグ状に導体を配置した構成を有する。入力側アンテナ４６は、例えば、誘電体からなる基板の表面に所定の形状の金属箔を配置して構成されるプリントアンテナであってもよい。入力側アンテナ４６は、オンチップアンテナであってもよい。例えば、入力側アンテナ４６は、入力部４０、パワーアンプ４４及びフィルタ４５の少なくとも一部と一体化された集積回路として構成されていてもよい。
【００３９】
入力側アンテナ４６から送信される電波信号は、例えば微弱無線信号である。即ち、当該電波信号の強度は、例えば、微弱無線局が送信する電波信号の強度の範囲内に設定される。言い換えれば、絶縁アンプ２０は、例えば微弱無線局である。ここで、微弱無線局とは、電波法施行規則第６条第１項第１号に規定される無線局を意味する。即ち、微弱無線局とは、当該無線局の無線設備から３ｍの距離において、その電界強度が、３２２ＭＨｚ以下の周波数帯においては５００μＶ／ｍ以下、３２２ＭＨｚを超え１０ＧＨｚ以下の周波数帯においては３５μＶ／ｍ以下、１０ＧＨｚを超え１５０ＧＨｚ以下の周波数帯においては（３．５×ｆ）μＶ／ｍ（ただしｆは周波数（単位：ＧＨｚ））及び５００μＶ／ｍのうち小さい方以下、１５０ＧＨｚを超える周波数帯においては５００μＶ／ｍ以下である無線局である。
【００４０】
出力側アンテナ５１は、入力側アンテナ４６から送信された電波信号を受信する。出力側アンテナ５１は、例えばチップアンテナである。出力側アンテナ５１は、例えばプリントアンテナであってもよい。出力側アンテナ５１は、オンチップアンテナであってもよい。例えば、出力側アンテナ５１は、フィルタ５２、ＬＮＡ５３、ミキサ５４及び出力部５０の少なくとも一部と一体化された集積回路として構成されていてもよい。入力側アンテナ４６と出力側アンテナ５１との間の距離は、例えば５ｍｍ以上３ｍ以下であってもよく、５ｍｍ以上３０ｃｍ以下であってもよく、５ｍｍ以上５ｃｍ以下であってもよい。
【００４１】
フィルタ５２は、出力側アンテナ５１で受信された電波信号のうち、変調回路４２によって生成される変調信号の周波数帯域の外にある信号を遮断するバンドパスフィルタである。ＬＮＡ５３は、フィルタ５２を通過した変調信号を増幅する。ミキサ５４は、ＬＮＡ５３から受信した変調信号に、局部発振器（不図示）で生成した局部発振信号を混合し、変調信号の周波数と局部発振信号の周波数との差の周波数の中間周波数信号を生成する。
【００４２】
ＩＦフィルタ５５は、ミキサ５４から受信した信号のうち中間周波数信号を通過させ、不要な周波数成分（例えば変調信号の周波数と局部発振信号の周波数との和の周波数の信号）を遮断するバンドパスフィルタである。
【００４３】
出力部５０は、ＩＦフィルタ５５から受信した中間周波数信号を復調して、アナログ出力信号として出力する。アナログ出力信号は、例えば４ｍＡ以上２０ｍＡ以下の範囲の直流電流信号又は１Ｖ以上５Ｖ以下の範囲の直流電圧信号である。出力部５０は，半導体集積回路により構成されていてもよい。出力部５０は、例えば復調回路５６と、ＤＡ変換器（ディジタル・アナログ変換器）５７と、ＣＰＵ５８と、を備える。復調回路５６は、中間周波数信号を復調し、その結果をディジタル出力信号として出力する。復調回路５６による復調動作は、変調回路４２が変調信号を生成するための変調方式と同じ変調方式に基づいて行われる。
【００４４】
ＤＡ変換器５７は、復調回路５６から出力されたディジタル出力信号をアナログ信号に変換し、アナログ出力信号として出力する。ＤＡ変換器５７の入力ビット数、サンプリング周波数等は、絶縁アンプ２０に必要な精度、速度等に応じて適宜選択すればよい。ＤＡ変換器５７は、例えば差動電流出力式のＤＡ変換器である。なお、入力部４０がＡＤ変換器４１を有しない場合、出力部５０はＤＡ変換器５７を有しない。
【００４５】
ＣＰＵ５８は、復調回路５６及びＤＡ変換器５７を制御する。例えば、ＣＰＵ５８は、復調回路５６及びＤＡ変換器５７を適切なタイミングで動作させる。一例として、ＣＰＵ５８は、復調回路５６が一定のタイミングでＩＦフィルタ５５からの中間周波数信号を復調し、復調回路５６が復調動作を終了してディジタル信号を出力したタイミングでＤＡ変換器５７が当該ディジタル信号をサンプリングするように、復調回路５６及びＤＡ変換器５７を制御する。ＣＰＵ５８は、復調回路５６及びＤＡ変換器５７に対し、復調回路５６及びＤＡ変換器５７の動作を変化させるためのパラメータを出力してもよい。
【００４６】
以上の構成により、ＤＡ変換器５７が出力するアナログ出力信号は、例えば、ＡＤ変換器４１に入力されるアナログ入力信号にほぼ比例する。ＤＡ変換器５７が出力するアナログ出力信号は、例えば、ＡＤ変換器４１に入力されるアナログ入力信号の約１倍であってもよい。
【００４７】
〔本実施形態の作用効果〕
以上に説明したように、絶縁アンプ２０は、受信したアナログ入力信号を変調して無線送信可能な形式の変調信号を出力する入力部４０と、変調信号を電波信号として送信する入力側アンテナ４６と、入力側アンテナ４６から送信された電波信号を受信する出力側アンテナ５１と、出力側アンテナ５１により受信された電波信号を復調してアナログ出力信号として出力する出力部５０と、を備える。
【００４８】
この絶縁アンプ２０では、入力側アンテナ４６と出力側アンテナ５１との間が電気的に絶縁されている。入力側アンテナ４６から出力側アンテナ５１までの間では、信号は電波信号として伝送される。したがって、入力側アンテナ４６と出力側アンテナ５１との間に一定の距離（例えば５ｍｍ〜３ｍ）があっても、信号の伝送が可能である。このため、入力側アンテナ４６と出力側アンテナ５１との間の距離を十分に確保することにより、絶縁アンプ２０の耐圧を十分に大きくすることができる。
【００４９】
入力部４０は、アナログ入力信号をディジタル入力信号に変換するＡＤ変換器４１と、ディジタル入力信号を変調信号に変調する変調回路４２と、を有し、出力部５０は、電波信号を復調してディジタル出力信号に変換する復調回路５６と、ディジタル出力信号をアナログ出力信号に変換するＤＡ変換器５７と、を有していてもよい。この場合、入力側アンテナ４６から出力側アンテナ５１へ伝送される信号を、ディジタル信号を変調した信号とすることにより、アナログ信号又はアナログ信号を変調した信号を無線送信する場合と比較して、ノイズの混入による信号の精度及び線形性の低下を抑制することができる。
【００５０】
入力側アンテナ４６及び出力側アンテナ５１は、いずれもチップアンテナであってもよい。この場合、サイズの小さいチップアンテナを用いることにより、絶縁アンプ２０を小型化することができる。
【００５１】
入力側アンテナ４６と出力側アンテナ５１との間の距離は、５ｍｍ以上３ｍ以下であってもよい。このように入力側アンテナ４６と出力側アンテナ５１との間の距離を設定することにより、入力側アンテナ４６から３ｍの距離での電界強度を一定以下（例えば微弱無線局のレベル）とすることができる。これにより、絶縁アンプ２０の設置及び使用に際し無線局の免許を受ける必要がなくなる。したがって、入力側アンテナ４６と出力側アンテナ５１との間で使用される電波信号が、周波数帯域の制限及び伝送プロトコルの制約を受けることもない。このため、絶縁アンプ２０の汎用性が向上する。なお、電波信号は、微弱無線信号であってもよい。
【００５２】
入力部４０は、４ｍＡ以上２０ｍＡ以下の範囲の直流電流信号又は１Ｖ以上５Ｖ以下の範囲の直流電圧信号をアナログ入力信号として受信可能であり、出力部５０は、４ｍＡ以上２０ｍＡ以下の範囲の直流電流信号又は１Ｖ以上５Ｖ以下の範囲の直流電圧信号をアナログ出力信号として出力可能であってもよい。この場合、計測信号の伝送のために広く利用されている統一信号を受信及び送信することができるため、汎用性を向上できる。すなわち、一般の計装システムにおいては、４ｍＡ以上２０ｍＡ以下の範囲の直流電流信号は、現場（フィールド）からの信号伝送と現場への制御信号用に使われ、１Ｖ以上５Ｖ以下の範囲の直流電圧信号は、計器盤内の計器・変換器類への信号分配用に使われるため、それらの分野への適用が容易となる。
【００５３】
入力部４０及び出力部５０は、半導体集積回路により構成されていてもよい。この場合、サイズの小さい半導体集積回路を用いることにより、絶縁アンプ２０を小型化することができる。
【００５４】
絶縁アンプ２０は、入力部４０、入力側アンテナ４６、出力側アンテナ５１及び出力部５０を収容する筐体２１を更に備えていてもよい。この場合、入力部４０、入力側アンテナ４６、出力側アンテナ５１及び出力部５０の全てが一つの筐体２１に収容されていることにより、アナログ入力信号が入力されアナログ出力信号を出力する単一デバイスとして絶縁アンプ２０が構成される。このため、絶縁アンプ２０の使い勝手が向上する。
【００５５】
以上、実施形態について説明したが、本開示は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、図４に示すように、絶縁アンプ２０は、複数（図４に示す例では２個）の出力側アンテナ５１と、複数の出力側アンテナ５１にそれぞれ対応する出力部５０とを備えていてもよい。この場合、一つのアナログ入力信号に基づくアナログ出力信号を複数の出力先に出力できるため、一つの信号を複数の装置（例えば制御用コンピュータと計器）で監視する用途に利用することができるため、絶縁アンプ２０の汎用性が向上する。
【００５６】
また、図５に示すように、絶縁アンプ２０は、入力部４０及び入力側アンテナ４６を収容する筐体２１Ａと、出力側アンテナ５１及び出力部５０を収容する筐体２１Ｂとを備えていてもよい。この場合、例えば図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、絶縁アンプ２０を備える電子デバイス２２内の基板２３上において、筐体２１Ａ及び筐体２１Ｂを自在に配置することができる。このような入力側素子及び出力側素子の自在な配置は、一次側コイルと二次側コイルの両方を磁束が貫通する必要のあるトランスを用いた絶縁アンプ、及び一次側電極と二次側電極とを近接させるコンデンサを用いた絶縁アンプでは実現することは難しい。また、フォトカプラを用いた絶縁アンプでも、光の直進性や外乱光の入射抑制等の制約から、入力側回路と出力側回路との配置の自由度は大きいとはいえない。
【００５７】
また、絶縁アンプ２０が筐体２１Ａ及び筐体２１Ｂを備える場合、１個の筐体２１Ａに対応して設けられる筐体２１Ｂの数を自由に増減させることができる。例えば図６の（ｃ）に、絶縁アンプ２０が１個の筐体２１Ａと３個の筐体２１Ｂとを備える場合を示す。このような構成によれば、出力側アンテナ５１、出力部５０及びこれらを収容する筐体２１Ｂの個数を増減させることにより、絶縁アンプ２０の出力の個数を容易に増減させることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１…計装システム、１０…計測機器、２０…絶縁アンプ、２１…筐体、３０…制御機器、４０…入力部、４１…ＡＤ変換器、４２…変調回路、４６…入力側アンテナ、５０…出力部、５１…出力側アンテナ、５６…復調回路、５７…ＤＡ変換器。
【図１】
2020010137.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年1月10日(2019.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力側端子と、
出力側端子と、
前記入力側端子から受信したアナログ入力信号を変調して無線送信可能な形式の変調信号を出力する入力部と、
前記変調信号を電波信号として送信する入力側アンテナと、
前記入力側アンテナから送信された電波信号を受信する出力側アンテナと、
前記出力側アンテナにより受信された電波信号を復調してアナログ出力信号として前記出力側端子に出力する出力部と、
前記入力部、前記入力側アンテナ、前記出力側アンテナ及び前記出力部を収容する筐体と、
を備える絶縁アンプ。
【請求項２】
前記入力部は、
前記アナログ入力信号をディジタル入力信号に変換するＡＤ変換器と、
前記ディジタル入力信号を前記変調信号に変調する変調回路と、を有し、
前記出力部は、
前記電波信号を復調してディジタル出力信号に変換する復調回路と、
前記ディジタル出力信号をアナログ出力信号に変換するＤＡ変換器と、を有する、請求項１記載の絶縁アンプ。
【請求項３】
複数の前記出力側アンテナと、前記複数の出力側アンテナにそれぞれ対応する複数の前記出力部及び複数の前記出力側端子とを備える、請求項１又は２記載の絶縁アンプ。
【請求項４】
前記入力側アンテナ及び前記出力側アンテナは、いずれもチップアンテナである、請求項１〜３のいずれか一項記載の絶縁アンプ。
【請求項５】
前記入力側アンテナと前記出力側アンテナとの間の距離は、５ｍｍ以上３０ｃｍ以下である、請求項１〜４のいずれか一項記載の絶縁アンプ。
【請求項６】
前記電波信号は微弱無線信号である、請求項１〜５のいずれか一項記載の絶縁アンプ。
【請求項７】
前記入力部は、４ｍＡ以上２０ｍＡ以下の範囲の直流電流信号又は１Ｖ以上５Ｖ以下の範囲の直流電圧信号を前記アナログ入力信号として受信可能であり、
前記出力部は、４ｍＡ以上２０ｍＡ以下の範囲の直流電流信号又は１Ｖ以上５Ｖ以下の範囲の直流電圧信号を前記アナログ出力信号として出力可能である、請求項１〜６のいずれか一項記載の絶縁アンプ。
【請求項８】
前記入力部及び前記出力部は半導体集積回路により構成される、請求項１〜７のいずれか一項記載の絶縁アンプ。
【請求項９】
計測対象から物理量を取得する計測機器と、
前記計測機器から前記物理量に応じたアナログ入力信号を受信し前記アナログ入力信号に応じたアナログ出力信号を出力する絶縁アンプと、
前記絶縁アンプから出力された前記アナログ出力信号に基づき前記計測対象を制御する制御機器と、を備え、
前記絶縁アンプは、
入力側端子と、
出力側端子と、
前記入力側端子が受信した前記アナログ入力信号を変調して無線送信可能な形式の変調信号を出力する入力部と、
前記変調信号を電波信号として送信する入力側アンテナと、
前記入力側アンテナから送信された電波信号を受信する出力側アンテナと、
前記出力側アンテナにより受信された電波信号を復調して前記アナログ出力信号として前記出力側端子に出力する出力部と、
前記入力部、前記入力側アンテナ、前記出力側アンテナ及び前記出力部を収容する筐体と、
を備える、計装システム。
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月20日(2019.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象から物理量を取得する計測機器と、
前記計測機器から前記物理量に応じたアナログ入力信号を受信し前記アナログ入力信号に応じたアナログ出力信号を出力する絶縁アンプと、
前記絶縁アンプから出力された前記アナログ出力信号に基づき前記計測対象を制御する制御機器と、を備え、
前記絶縁アンプは、
入力側端子と、
出力側端子と、
前記入力側端子が受信した前記アナログ入力信号を変調して無線送信可能な形式の変調信号を出力する入力部と、
前記変調信号を電波信号として送信する入力側アンテナと、
前記入力側アンテナから送信された電波信号を受信する出力側アンテナと、
前記出力側アンテナにより受信された電波信号を復調して前記アナログ出力信号として前記出力側端子に出力する出力部と、
前記入力部、前記入力側アンテナ、前記出力側アンテナ及び前記出力部を収容する筐体と、
を備える、計装システム。