(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数が僅かに異なる２つの矩形波を発生させる矩形波発生手段と、
前記２つの矩形波を入力し、一方の矩形波の電圧値から他方の矩形波の電圧値を減算した差を出力する両極性の差動増幅手段と、
前記差動増幅手段の出力信号を入力し、交流信号を出力する両極性の低域通過型フィルター手段と
を備えたことを特徴とする両極性の交流信号発生装置。
【請求項２】
前記矩形波発生手段は、プログラムの処理に基づいて２つの単極性の矩形波信号を出力するマイクロコンピューターによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の交流信号発生装置。
【請求項３】
前記マイクロコンピューターは、２つの矩形波の初期の位相差が１８０度であり、周波数が僅かに異なる２つの矩形波を発生させ、２つの矩形波の位相差が０になる時点で矩形波の発生を終了することを特徴とする請求項２に記載の交流信号発生装置。
【請求項４】
前記２つの矩形波は論理１の長さが等しいことを特徴とする請求項３に記載の交流信号発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流信号発生装置に関するものであり、特に簡単な構成で減衰交流信号などの交流信号を発生させることが可能な交流信号発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁気比例方式直流電流センサー、磁気平衡方式直流電流センサー、ＣＲＴ等においては、外部磁気による磁性体への着磁によって性能、機能に悪影響を及ぼすので、磁性体に巻かれたコイルに消磁電流を流して消磁することが一般的に行われている。
【０００３】
消磁電流としては交流信号を大きな電流から徐々に減じて振幅が０で終息する減衰交流信号を使用する。減衰交流信号の生成方法は、例えば下記特許文献１に記載されているような、ウィーンブリッジ発振回路を応用して減衰信号を作る方法がある。また、ＣＲＴの場合には商用交流電源を利用し、消磁コイルと直列にサーミスターを使用して消磁電流による発熱による抵抗値の増加で電流を減衰させる例などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５１−１０８６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したような従来の減衰交流信号発生方法において、ウィーンブリッジ発振回路を用いた場合、アナログ発振回路のため、その発振条件や減衰特性を決める要素の部品が多く、部品の特性のばらつきや経年変化によって信号特性のずれや変化が発生する恐れがあるという問題点があった。また、サーミスターを使用する場合にはまず交流電流が必要であり、また発熱により電流を制限するので無駄な電力を消費するという問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記した従来の問題点を解決し、簡単な構成で減衰交流信号を発生させることが可能な交流信号発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の交流信号発生装置は、周波数が僅かに異なる２つの矩形波を発生させる矩形波発生手段と、前記２つの矩形波を入力し、一方の矩形波の電圧値から他方の矩形波の電圧値を減算した差を出力する両極性の差動増幅手段と、前記差動増幅手段の出力信号を入力し、交流信号を出力する低域通過型フィルター手段とを備えたことを主要な特徴とする。
【０００８】
また、上記した交流信号発生装置において、前記矩形波発生手段は２つの単極性の矩形波信号を出力するマイクロコンピューターによって構成されている点にも特徴がある。
また、上記した交流信号発生装置において、前記マイクロコンピューターは、２つの矩形波の初期の位相差が１８０度であり、周波数が僅かに異なる２つの矩形波を発生させ、２つの矩形波の位相差が０になる時点で矩形波の発生を終了する点にも特徴がある。
また、上記した交流信号発生装置において、前記２つの矩形波は論理１の長さが等しい点にも特徴がある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、以下のような効果がある。
（１）波形生成にマイクロコンピューターを使用することによって特に減衰のための回路を必要とせず、外付け部品等による影響を殆ど受けずに安定した減衰信号が得られる。
（２）減衰交流信号の減衰特性等の変更はソフトウェアのみの変更で行なえるので、品質、拡張性、生産性を上げることができる。
（３）減衰交流信号の減衰特性については、二つの信号の周波数の差が重要であり、発振源としてクリスタル発振器等は必ずしも必要ではなく、マイクロコンピューターの内部発振器で十分であるため、小型化に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本発明の交流信号発生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は本発明の交流信号発生装置の構成を示す回路図である。
【図３】図３は本発明の実施例１のマイコンの処理内容を示すフローチャートである。
【図４】図４は本発明の実施例１における各部の波形を示す波形図である。
【図５】図５は本発明の実施例２のマイコンの処理内容を示すフローチャートである。
【図６】図６は本発明の実施例２における各部の波形を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を参照して実施例について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は本発明の交流信号発生装置の構成を示すブロック図である。ワンチップマイコン１０は、市販されている周知の１チップマイクロコンピューター回路である。マイコン１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、デジタル入出力回路、ハードウェアタイマ回路等を備えている。マイコン１０としては、本発明の機能や処理速度を備えたものであれば、市販されている任意の１チップマイクロコンピューターを採用可能である。
【００１３】
また、ＲＯＭには後述する処理を実行するためのプログラムが格納されており、マイコン１０はこのプログラムの処理に基づき、Ａ波およびＢ波の２つの単極性の矩形波を出力する矩形波発生手段として機能する。Ａ波およびＢ波は周波数が僅かに異なる矩形波であり、２つの矩形波の初期の位相差が１８０度（半サイクル）であり、２つの矩形波の位相差が０になる時点で矩形波の発生を終了する。
【００１４】
差動増幅回路１１は、Ａ波およびＢ波の２つの矩形波を入力し、一方の矩形波の電圧値から他方の矩形波の電圧値を減算した差（Ｂ−Ａ）を出力する両極性の差動増幅手段であり、周知の演算増幅器により実現できる。増幅率は例えば１であってもよい。
【００１５】
ローパスフィルタ回路１２は、差動増幅回路１１の出力信号を入力し、交流信号を出力する低域通過型フィルター手段として機能する。ローパスフィルタ回路１２は、実際には演算増幅器を使用した周知のアクティブフィルター回路により実現できる。
【００１６】
図２は本発明の交流信号発生装置の構成を示す回路図である。マイコン１０は、前記したように、本発明に関するプログラムを内蔵した周知の１チップマイクロコンピューターである。マイコン１０は単極性の電源（例えばＶcc＝３Ｖ）により動作し、外部からの起動信号に基づいてＡ波およびＢ波の２つの単極性の矩形波を出力する。なお、抵抗２０およびコンデンサ２１は電源オン時のリセット回路である。
【００１７】
差動増幅回路１１は、周知の演算増幅器により実現される両極性の差動増幅回路であり、全ての抵抗２３〜２６の値が等しく、増幅率が１であってもよい。電源としては両極の電源として例えば±１２Ｖが供給される。
【００１８】
ローパスフィルタ回路１２としては演算増幅器を使用した３次のアクティブフィルター回路を採用している。電源としてはやはり両極の電源として例えば±１２Ｖが供給される。周波数特性としては例えば遮断周波数が６０Ｈｚ程度であってもよい。なお、信号の用途によりフィルター回路の種類や段数（次数）を敵選変更してもよい。また、消磁目的であれば信号の歪はさほど問題とならず、ほぼ上下対称波形であれば良い。
【００１９】
図３は本発明の実施例１のマイコンの処理内容を示すフローチャートである。電源がオンされると、Ｓ１０においては図示しない外部回路からの減衰交流信号発生の起動信号が入力されるまで待ち、入力された場合にはＳ１１に移行する。Ｓ１１においてはハードウェアタイマー回路に計数時間を設定し、起動する。計数時間としては例えば２５μ秒であってもよい。このタイマー回路によって２５μ秒毎にタイマー割り込みが発生する。
【００２０】
Ｓ１２においてはＡ波用およびＢ波用ソフトタイマーをリセットする。即ち、タイムアップ値を設定して計数値を初期化＝０とする。また、波形カウンタも０にリセットする。ソフトタイマーはタイマー割り込みによってレジスタあるいはＲＡＭに記憶されているカウント値をカウントアップ（＋１）し、予め設定されたタイムアップ値になったか否かを判定するプログラムである。
【００２１】
実施例の場合には、Ａ波用タイマーにｔA＝１／５０×１／２＝１／１００＝１０ｍｓを計数するタイムアップ値として１０ｍｓ／２５μｓ＝４００を設定する。また、Ｂ波用タイマーに１／４９．８７５×１／２＝１／９９．７５＝１０．０２５ｍｓを計数するタイムアップ値として１０．０２５ｍｓ／２５μｓ＝４０１を設定する。従って、Ａ波は周波数５０Ｈｚ、Ｂ波は周波数４９．８７５Ｈｚとなる。
【００２２】
Ｓ１３においてはＡ波の初期値である論理１（＋Ｖcc）およびＢ波の初期値である論理０（０Ｖ）をそれぞれのデジタル出力端子に出力する。初期値においてはＡ波とＢ波の位相のずれは１８０度ある。Ｓ１４においてはハードウェアタイマー割込が有るまで待ち、割り込みが発生した場合にはＳ１５に移行する。Ｓ１５においてはＡ波およびＢ波のソフトタイマー計数値にそれぞれ１を加算する。
【００２３】
Ｓ１６においてはＡ波タイマーがタイムアップしたか（起動から所定時間が経過したか＝計数値が４００になったか）否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ２０に移行するが、肯定の場合にはＳ１７に移行する。Ｓ１７においてはＡ波の出力値を反転させる（＋Ｖccなら０Ｖに、０Ｖなら＋Ｖccにする）と共にＡ波タイマーにｔAに相当する４００をセットして再びＡ波タイマーを起動（計数値を０に）する。
【００２４】
Ｓ１８においてはメモリあるいはレジスタ上にある波形カウンタの値に１を加算する。Ｓ１９においては波形カウンタの値が所定値に達したか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ１４に移行するが、肯定の場合には減衰交流信号の発生処理が終了したので、Ａ波およびＢ波の出力値を共に０としてＳ１０に移行する。
【００２５】
なお、波形カウンタの所定値は起動時に１８０度（半サイクル、５０Ｈｚで１０ｍｓ）ずれていたＡ波およびＢ波の位相のずれが無くなる時間に相当する値であり、１０ｍｓ毎に２５μｓづつずれが小さくなるので、波形カウンタの値が４００のとき（１０ｍｓ×１０ｍｓ／２５μｓ＝１０ｍｓ×４００＝４秒）に位相のずれが無くなる。
【００２６】
Ｓ２０においてはＢ波タイマーがタイムアップ（起動から所定時間が経過＝計数値が４０１になったか）したか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ１４に移行するが、肯定の場合にはＳ２１に移行する。Ｓ２１においてはＢ波の出力値を反転させる（０Ｖなら＋Ｖccに、＋Ｖccなら０Ｖにする）と共にＢ波タイマーにｔBに相当する４０１をセットして再びＢ波タイマーを起動し、Ｓ１４に移行する。
【００２７】
図４は本発明の実施例１における各部の波形を示す波形図である。本発明においては、２つの周波数が僅かに異なる矩形波であるＡ波、Ｂ波の差信号を利用する。Ａ波、Ｂ波は前記したようにマイコン１０によって生成される。ここで、Ａ波、Ｂ波は単極性（単電源＋Ｖcc）である。
【００２８】
次に、差動増幅回路１１の＋入力、−入力にＢ波とＡ波をそれぞれ加える。差動増幅回路１１は両極性（両電源（±））のものを使用する。増幅率が１の場合、−入力に加えられたＡ波が＋Ｖcc（論理１）で、＋入力に加えられたＢ波が０Ｖ（論理０）の時は差動増幅回路１１の出力である差信号は−Ｖccとなる。
【００２９】
一方、−入力に加えられたＡ波が０Ｖで、＋入力に加えられたＢ波が＋Ｖccの時は差動増幅回路１１の出力である差信号は＋Ｖccとなる。また、Ａ波およびＢ波が双方とも０Ｖあるいは＋Ｖccの場合には差動増幅回路１１の出力である差信号は０Ｖとなる。
【００３０】
この結果、差動増幅回路１１の出力である差信号は図示するような両極性のパルスとなり、時間の経過と共にパルス幅が狭くなっていく。この信号をローパスフィルター（ＬＰＦ）回路１２を通過させてサイン波に近い減衰交流波形にする。
【００３１】
Ａ波の周波数は希望する信号の周波数（例えばＦa＝５０Ｈｚ）とする。信号の長さ（Ｔ）はＡ波の周期の整数倍とする（例えば４秒）。Ｂ波はＴ秒間で１／２周期位相がずれる、Ａ波よりも周波数が低い信号とする。即ち、Ｆb＝（（Ｔ秒間のＡ波のサイクル数−１／２サイクル）÷Ｔ）＝（（Ｔ＊Ｆa−０．５）／Ｔ）となる。従って、例えばＴが４秒、Ａ波の周波数が５０Ｈｚの場合、Ｆb＝４９．８７５Ｈｚとなる。
【００３２】
実施例１においては周波数５０Ｈｚ、信号時間４秒で振幅がＶccから０になる減衰交流信号の発生について開示したが、本発明の信号発生装置においては、交流信号の周波数、信号継続時間、減衰速度、交流信号発生開始および終了時の振幅などをプログラムによって制御可能である。
【実施例２】
【００３３】
実施例１においては交流信号の半サイクル毎に矩形波の幅が短くなるので、厳密には＋側の波形と−側の波形は等しくない。実施例２は、実施例１よりも正負の波形がより等しい交流信号を発生するものである。実施例２において実施例１と異なる点はマイコン１０のプログラムのみで、回路は実施例１と同一である。実施例２においては１サイクル毎に差信号のプラス側、マイナス側に同じ長さの波形がバランスして出力される。
【００３４】
実施例２においては、Ａ波は実施例１と同一である。Ｂ波については周期は実施例１と同一とするが、出力が論理１（Ｖcc）である時間をＡ波の出力が論理１（Ｖcc）である時間「ｔA」と同じにする。従って、デューティー比は５０％より小さくなる。
【００３５】
Ｂ波の論理０（０Ｖ）時間ｔBは、下記計算式により求める。Ａ波の周波数Ｆaは希望する信号の周波数（例えばＦa＝５０Ｈｚ、ｔA＝１０ｍｓ）とする。信号の長さ（Ｔ）はＡ波の周期の整数倍とする（例えば４秒）。ｔBは、Ｔ秒の合計でｔAよりもｔAだけ長くなる時間であるので、ｔB＝ｔA＋ｔA／（Ｆa＊Ｔ）となり、周波数はＦb＝１／（ｔA＋ｔB）となる。
【００３６】
従って、例えばＴが４秒、Ａ波の周波数が５０Ｈｚの場合、ｔA＝１０ｍｓ、ｔB＝１０ｍｓ＋（１０ｍｓ／（５０×４））＝１０．０５ｍｓとなり、Ｆb＝１／２０．０５ｍｓ≒４９．８７５Ｈｚとなる。
【００３７】
図５は本発明の実施例２のマイコンの処理内容を示すフローチャートである。電源がオンされると、Ｓ３０においては図示しない外部回路からの減衰交流信号発生の起動信号が入力されるまで待ち、入力された場合にはＳ３１に移行する。Ｓ３１においてはハードウェアタイマー回路に計数時間を設定し、起動する。計数時間としては例えば２５μ秒であってもよい。このタイマー回路によって２５μ秒毎にタイマー割り込みが発生する。
【００３８】
Ｓ３２においてはＡ波用ソフトタイマーをリセットする。即ち、タイムアップ値を設定して計数値を初期化＝０とする。ソフトタイマーはタイマー割り込みによってレジスタあるいはＲＡＭに記憶されているカウント値をカウントアップ（＋１）し、予め設定されたタイムアップ値になったか否かを判定するプログラムである。実施例の場合には、Ａ波用タイマーにｔA＝１／５０×１／２＝１／１００＝１０ｍｓを計数するタイムアップ値として１０ｍｓ／２５μｓ＝４００を設定する。
【００３９】
Ｓ３３においてはＡ波の初期値である論理１（＋Ｖcc）およびＢ波の初期値である論理０（０Ｖ）をそれぞれのデジタル出力端子に出力する。初期値においてはＡ波とＢ波の位相のずれは１８０度ある。Ｓ３４においてはハードウェアタイマー割込が有るまで待ち、割り込みが発生した場合にはＳ３５に移行する。Ｓ３５においてはＡ波のソフトタイマー計数値に１を加算する。
【００４０】
Ｓ３６においてはＡ波タイマーがタイムアップしたか（起動から所定時間が経過したか＝計数値が４００になったか）否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ３４に移行するが、肯定の場合にはＳ３７に移行する。Ｓ３７においてはＡ波およびＢ波の出力値をそれぞれ反転させる（＋Ｖccなら０Ｖに、０Ｖなら＋Ｖccにする）と共にＡ波タイマーおよびＢ波タイマーの双方にｔAに相当する４００をセットしてＡ波タイマーおよびＢ波タイマーの双方を起動（計数値を０に）する。また、波形カウンタを０にリセットする。
【００４１】
Ｓ３８においてはハードウェアタイマー割込が有るまで待ち、割り込みが発生した場合にはＳ３９に移行する。Ｓ３９においてはＡおよびＢ波のソフトタイマー計数値に１を加算する。Ｓ４０においては、Ａ波タイマーがタイムアップしたか（起動から所定時間が経過したか＝計数値が４００になったか）否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ４４に移行するが、肯定の場合にはＳ４１に移行する。
【００４２】
Ｓ４１においてはＡ波の出力値を反転させる（＋Ｖccなら０Ｖに、０Ｖなら＋Ｖccにする）と共にＡ波タイマーにｔAに相当する４００をセットしてＡ波タイマーを起動（計数値を０に）する。Ｓ４２においては波形カウンタの値に１を加算する。Ｓ４３においては波形カウンタの値が所定値に達したか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ４４に移行するが、肯定の場合には減衰交流信号の発生処理が終了したので、Ａ波およびＢ波の出力値を共に０としてＳ３０に移行する。
【００４３】
なお、波形カウンタの所定値は起動時に１８０度（半サイクル、５０Ｈｚで１０ｍｓ）ずれていたＡ波およびＢ波の位相のずれが無くなる時間に相当する値であり、２０ｍｓ毎に５０μｓづつずれが小さくなるので、波形カウンタの値が４００のとき（１０ｍｓ×２０ｍｓ／５０μｓ＝１０ｍｓ×４００＝４秒）に位相のずれが無くなる。
【００４４】
Ｓ４４においてはＢ波タイマーがタイムアップ（起動から所定時間が経過＝計数値が４００（出力０の時）あるいは４０２（出力１（Ｖcc）の時）になったか）したか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ３８に移行するが、肯定の場合にはＳ４５に移行する。
【００４５】
Ｓ４５においてはＢ波の出力値を反転させる。（０Ｖなら＋Ｖccに、＋Ｖccなら０Ｖにする）Ｓ４６においてはＢ波の出力値が０か否かが判定され、判定結果が否定の場合（出力値が１）にはＳ４７に移行するが、肯定の場合にはＳ４８に移行する。Ｓ４７においてはＢ波タイマーにｔAに相当する４００をセットして再びＢ波タイマーを起動し、Ｓ３８に移行する。Ｓ４８においてはＢ波タイマーにｔBに相当する４０２（＝１０．０５ｍｓ／２５μｓ）をセットして再びＢ波タイマーを起動し、Ｓ３８に移行する。
【００４６】
図６は本発明の実施例２における各部の波形を示す波形図である。実施例２においては、やはり２つの周波数が僅かに異なる単極性（単電源＋Ｖcc）の矩形波であるＡ波、Ｂ波の差信号を利用する。但し、Ａ波、Ｂ波の出力が論理１（Ｖcc）である時間は同一（＝ｔA）であり、出力が論理０（０Ｖ）である時間のみが異なる。
【００４７】
次に、差動増幅回路１１の＋入力、−入力にＢ波とＡ波をそれぞれ加える。これ以降の動作は実施例１と同一である。差信号は、最初の半サイクルを除き、各サイクル毎に＋側の矩形波の長さと−側の矩形波の長さが等しくなり、かつ長さが段々と短くなる。
【００４８】
以上、実施例について説明したが、以下のような変形例も考えられる。実施例においては、マイコンを用いてＡ波、Ｂ波を発生させる例を開示したが、例えばロジック回路によってＡ波、Ｂ波を発生させてもよい。また、フィルター回路としてはアクティブフィルターの他、インダクタやコンデンサからなるフィルター回路を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は例えば磁性体の消磁回路など交流減衰信号を必要とする任意の装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０…ワンチップマイコン
１１…差動増幅回路
１２…ローパスフィルター回路
【図１】
0005414570.tif 000002
【図２】
0005414570.tif 000003
【図３】
0005414570.tif 000004
【図４】
0005414570.tif 000005
【図５】
0005414570.tif 000006
【図６】
0005414570.tif 000007