(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベクトル信号の直交する３軸成分からなるアナログ信号をそれぞれ整流する３個の全波整流回路と、該全波整流回路の出力を加算する加算回路と、該加算回路出力を２値化判定するコンパレータとを具備するベクトル信号処理回路であって、
前記全波整流回路を略０．３ボルトの順方向電圧降下特性を有するダイオードにより形成したダイオードブリッジで構成すると共に、加算回路により処理した信号を前記ベクトル信号の擬似絶対値信号として前記コンパレータに入力し、コンパレータの閾値を略０．６ボルトとして２値化判定することを特徴とするベクトル信号処理回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のアナログ信号で構成されるベクトル信号を絶対値化し処理するベクトル信号処理回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
センサ、トランスデューサ等の微小アナログ信号から成るベクトル信号を絶対値化して、例えばマイコンの入力信号に対応したＴＴＬ等のデジタル信号を生成するには、次の３つの方法が一般的に知られている。
(a) オペアンプで増幅した後、Ａ／Ｄ変換し、マイコンで絶対値変換してデジタル信号とする。
(b) オペアンプで増幅した後、Ａ／Ｄ入力付マイコンを使用してデジタル信号とする。
(c) オペアンプで増幅した後、２個のオペアンプで形成した理想ダイオードによる絶対値回路を形成して処理し、その出力をコンパレータによりデジタル変換してデジタル信号とする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば都市ガスのガスメータ等は、地震によるガス漏れを防ぐために感震器を内蔵し、地震が発生した場合、その揺れを加速度センサにより検知してバルブを自動的に閉じるシステムが内蔵されるようになってきているが、このような屋外に設けられる機器に設けられる電気回路は電源の確保が難しいため、通常バッテリを内蔵し、それにより駆動する構成を採っている。そのため、消費電力を可能な限り少なくして、バッテリ寿命を伸ばす工夫が成されている。
【０００４】
この点、上記３つの方法を検討すると、(a)，(b)はＡ／Ｄ変換器やマイコンが必要であるし、(c) はオペアンプが多数必要なため、何れも消費電流は例えば１０μＡと比較的大きく、更に省電力化が望まれていた。
例えば、(c) の方法で演算しようとすると、理想ダイオードによる絶対値回路は１組に２個のオペアンプが必要であるし、コンパレータの手前には加算回路が必要となり、多数のオペアンプを使用することになる。
【０００５】
通常、加速度センサの出力から加速度の大きさを精度良く検出するためには、加速度ベクトルを３軸方向に分解した成分である３軸方向の各センサ信号であるアナログ信号を二乗平均してベクトルの絶対値を求めることになる。しかし、この絶対値を得ようとすると、二乗の計算でオペアンプを少なくとも２個必要とし、３軸方向の演算では少なくとも６個のオペアンプを必要とする。そして、更に平方根の計算にもオペアンプが必要であるし、入力するセンサ信号を増幅するオペアンプを含めると１０個以上のオペアンプを必要とし、回路が複雑で消費電流が大きくなってしまうし高価な構成となってしまう。
そのため、アナログ信号の絶対値化及びＴＴＬ等のデジタル信号化を省電力で行い且つ安価な回路が望まれていた。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、上記問題点に鑑み、消費電力が小さくまた安価に構成できるベクトル信号処理回路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
ダイオードは図２に示すように順方向に電流を通過させる場合でも、例えば０．３Ｖや０．５Ｖ程度の順方向電圧降下Ｖｆを生ずる。本発明者は、この特性を利用して、上記課題の解決を図ったもので、ダイオードブリッジを全波整流回路に用い、このダイオードの順方向電圧降下とコンパレータの比較用閾値となる基準電圧との組み合わせを選択することで、３軸方向の信号の絶対値を単純和するだけで自乗平均と同等のＴＴＬ等のデジタル電圧出力信号を得ることが可能であることを見出した。
【０００８】
そこで、本発明は、ベクトル信号の直交する３軸成分からなるアナログ信号をそれぞれ整流する３個の全波整流回路と、該全波整流回路の出力を加算する加算回路と、該加算回路出力を２値化判定するコンパレータとを具備するベクトル信号処理回路であって、
前記全波整流回路を略０．３ボルトの順方向電圧降下特性を有するダイオードにより形成したダイオードブリッジで構成すると共に、加算回路により処理した信号を前記ベクトル信号の擬似絶対値信号として前記コンパレータに入力し、コンパレータの閾値を略０．６ボルトとして２値化判定することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を基に詳細に説明する。図１は本発明に係るベクトル信号処理回路の回路図であり、ｘ，ｙ，ｚの３軸方向のセンサ信号を出力する公知の加速度センサ、例えば特開平５−２６７４４号公報に開示された圧電素子を用いた加速度センサの３軸方向それぞれのアナログ出力信号を入力して増幅回路２で増幅し、４個のダイオードを組み合わせたダイオードブリッジ３から成る全波整流回路４により全波整流し、加算回路５で単純加算してコンパレータ６によりＨ，Ｌ信号化、即ちＴＴＬ等のデジタル信号化している。
【００１０】
この回路において、全波整流回路４で使用しているダイオードに、順方向電圧降下特性がほぼ０．３Ｖのものを選択すると、整流回路を通過することで０．５Ｖの信号が入力した場合、０．２Ｖに低下することになる。そのため、例えば図３に示すようなＡ，Ｂ，Ｃの３方向に対し、同じ絶対値０．８７Ｖのベクトル（ａ＝０．５の場合、３軸のベクトルの絶対値はａ2＋ａ2＋ａ2の平方根であり、０．８７となる）の絶対値計算を本回路で演算すると、まず各方向の成分は、
Ａ方向  ｘ，ｙ，ｚ＝０．５  ，０．５  ，０．５
Ｂ方向  ｘ，ｙ，ｚ＝０      ，０      ，０．８７
Ｃ方向  ｘ，ｙ，ｚ＝０．６１，０．６１，０
であり、整流回路通過後はそれぞれ次の大きさとなる。
Ａ方向  ｘ，ｙ，ｚ＝０．２０，０．２０，０．２０
Ｂ方向  ｘ，ｙ，ｚ＝０      ，０      ，０．５７
Ｃ方向  ｘ，ｙ，ｚ＝０．３１，０．３１，０
その後、加算回路を通過すると、
Ａ方向＝０．６０
Ｂ方向＝０．５７
Ｃ方向＝０．６２
となり、各方向に対して二乗平均を採らなくとも、３方向の絶対値ばらつきを１０％程度に留めることができる。
【００１１】
このことは、何れの方向のベクトルに対しても、その絶対値が所定の大きさ以上になった場合、１０％程度の誤差で検出可能であることを意味している。
従って、この実施の形態の場合、コンパレータ６の閾値を例えば０．６Ｖとすれば、何れの方向のベクトルに対しても同等の閾値とすることができ、０．３Ｖの順方向電圧降下を有するダイオードで形成する全波整流回路を使用することで、ベクトルの擬似絶対値検出回路を形成することができる。
【００１２】
このように、整流回路を形成するダイオードの順方向電圧降下特性を選択することで、例えば加算回路に１個のオペアンプを使用するだけで、また各アナログ信号の増幅で使用されているオペアンプを加味しても、合計４個のオペアンプで済み、Ａ／Ｄ変換器やマイコンを使うこと無く、３軸方向の微小アナログ信号からなるベクトル信号の絶対値出力を発生させることが可能であり、消費電流が少なく而も安価な回路で、ベクトルの絶対値化が可能となる。
また、この回路は、コンパレータの閾値を上述するように０．６Ｖ程度とすることができるため、２．２Ｖ〜３．０Ｖ程度の駆動電圧、即ちバッテリ電源下で駆動するセンサ信号検出回路に好適に利用することができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、整流回路を形成するダイオードの順方向電圧降下特性を選択することで、例えば４個という少数のオペアンプを使用するだけで、Ａ／Ｄ変換器やマイコンを使うこと無く、３軸方向の微小アナログ信号からなるベクトル信号の絶対値出力を消費電力が小さく而も安価な回路で発生させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示すベクトル信号処理回路の回路図である。
【図２】ダイオードの順方向特性を示す図である。
【図３】ベクトルの３軸方向分解説明図である。
【符号の説明】
２・・増幅回路、３・・ダイオードブリッジ、４・・全波整流回路、５・・加算回路、６・・コンパレータ。
【図１】
0003675256.tif 000002
【図２】
0003675256.tif 000003
【図３】
0003675256.tif 000004