(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定信号をＦＦＴ処理して周期性ノイズ信号の周波数を第１の周波数として検出する第１のノイズ周波数検出部と、
前記第１の検出周波数と前記測定信号とを解析し、これら第１の検出周波数と測定信号との間の相互相関関数を求めるとともに、この相互相関関数に基づき、この相互相関関数の得られた時点以降について前記周期性ノイズ信号の振幅及び位相を演算し、これら及び前記第１の検出周波数をノイズ信号情報として出力するノイズ信号解析部と、
前記ノイズ信号情報から前記周期性ノイズ信号をキャンセルするキャンセル信号を作成するキャンセル信号作成部と、
前記測定信号と前記キャンセル信号を演算して前記周期性ノイズ信号をキャンセルする信号キャンセル部と、
を具備することを特徴とするノイズキャンセル装置。
【請求項２】
前記相互相関関数に基づき、前記ノイズ信号情報を求めた時点における前記周期性ノイズ信号の周波数を第２の検出周波数として検出する第２のノイズ周波数検出部を有し、前記ノイズ信号解析部は、前記第２の検出周波数で前記ノイズ信号情報を再演算して出力するものである請求項１記載のノイズキャンセル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はノイズキャンセル装置に係り、例えば射出成形機、押出成形機、乾燥炉、半導体製造装置などの機械、装置から出力される温度、流量、圧力などの測定信号に含まれる周期性ノイズをキャンセルするノイズキャンセル装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形機、押出成形機、乾燥炉、半導体製造装置などの機械、装置は、商用交流電源で動作したり、その設置環境内に商用交流電源で動作する別の機器が配置されることが多い。
【０００３】
そのため、それら機械、装置から得られる測定信号としてのアナログ信号には５０Ｈｚや６０Ｈｚの商用交流電圧がノーマルモードノイズとして測定値に混入し、測定値が商用交流電圧によって変動する心配があった。
【０００４】
なお、５０Ｈｚや６０Ｈｚといった商用交流電圧以外の周期性ノイズについても同様のことがいえる。
【０００５】
そして、従来、商用交流電圧などの周期性ノイズを除去する手法として、商用交流電圧周波数を減衰させるローパスフィルタ及びバンドエリミネーションフィルタ（帯域阻止フィルタ）などの各種フィルタや、商用交流電圧の複数周期を順次平均化して周期性ノイズの影響をキャンセルする移動平均処理が採用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、それらローパスフィルタやバンドエリミネーションフィルタを用いてフィルタ処理を行ったり、移動平均処理を行うと、フィルタの持つ周波数特性によって本来の測定信号に遅れが生じ、その後に続く処理、例えば設定値との偏差をＰＩＤ演算して操作量を得る処理が遅れるなど、応答性に好ましくない影響を及ぼし易い難点がある。
【０００７】
また、それら各種フィルタ処理や移動平均処理では、キャンセルするノイズ信号の周波数が既知であることが前提であり、周波数が分からない周期性ノイズや周期性ノイズの周波数が変動すると、それをキャンセルし難い欠点がある。
【０００８】
本発明はそのような従来の欠点を解決するためになされたもので、測定信号を遅延させることなく商用交流電圧などの周期性ノイズをキャンセルできるうえ、周期性ノイズの周波数が分からなくとも又は変動してもキャンセル可能なノイズキャンセル装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そのような課題を解決するために本発明に係るノイズキャンセル装置は、測定信号をＦＦＴ処理して周期性ノイズ信号の周波数を第１の周波数として検出する第１のノイズ周波数検出部と、その第１の検出周波数と測定信号とを解析し、これら第１の検出周波数と測定信号との間の相互相関関数を求めるとともに、この相互相関関数に基づき、この相互相関関数の得られた時点以降について前記周期性ノイズ信号の振幅及び位相を演算し、これら及び第１の検出周波数をノイズ信号情報として出力するノイズ信号解析部と、そのノイズ信号情報からその周期性ノイズ信号をキャンセルするキャンセル信号を作成するキャンセル信号作成部と、それら測定信号とキャンセル信号を演算してその周期性ノイズ信号をキャンセルする信号キャンセル部とを有して構成されている。
【００１０】
また、本発明は、上記相互相関関数に基づき、そのノイズ信号情報を求めた時点における周期性ノイズ信号の周波数を第２の検出周波数として検出する第２のノイズ周波数検出部を有し、その第２の検出周波数でそのノイズ信号情報を再演算して出力するよう上記ノイズ信号解析部を形成することが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明は、上記第１の検出周波数と第２の検出周波数とを比較し、その第２の検出周波数が第１の検出周波数に関する許容範囲内にあればその第２の検出周波数を、その許容範囲外にあれば第１の検出周波数を上記ノイズ信号解析部に出力する検出周波数判定部を有することが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るノイズキャンセル装置の実施の形態を示すブロック図である。
【００１３】
図１において、図示しない射出成形機、押出成形機、乾燥炉、半導体製造装置などの機械、装置に配置された熱電対や測温抵抗体から出力されたアナログ測定信号（図２参照）は、第１のノイズ周波数検出部１及び信号キャンセル部３に入力される。
【００１４】
なお、以下の説明では測定信号に周期性ノイズとして商用交流電圧（例えば５０Ｈｚ）がノイズとして含まれているとして説明する。
【００１５】
第１のノイズ周波数検出部１は、測定信号をＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理することにより測定信号を周波数領域のデータに変換し、得られた周波数成分の線スペクトルにより、商用電源周波数の近傍の周波数で突出して大きくなっている線スペクトル周波数を商用交流電圧ノイズとして検出し、例えば数秒毎に、図２中にあるような当該第１の検出周波数としてのｃｏｓ波信号を出力するもので、ノイズ信号解析部５に接続されている。
【００１６】
第１のノイズ周波数検出部１は、ｃｏｓ波信号に代えてｓｉｎ波信号を第１の検出周波数として出力することも可能である。
【００１７】
第１のノイズ周波数検出部１については、測定信号をＦＦＴ処理する場合、ＦＦＴ処理で求められるすべての周波数領域について解析することも可能であるし、本来の測定信号の変動として考え難い周波数領域や、予測できる周期性ノイズの周波数を考慮した領域などを処理範囲として設定して周波数を検出することも可能である。
【００１８】
ノイズ信号解析部５は、第１のノイズ周波数検出部１で検出された商用交流電圧ノイズ信号の周波数に関するｃｏｓ波信号及び測定信号を入力し、図２に示すように、それらｃｏｓ波信号と測定信号との間の相互相関関数を演算処理して求めるものであり、キャンセル信号作成部７及び第２のノイズ周波数検出部９に接続されている。
【００１９】
ノイズ信号解析部５は、相互相関関数が測定信号に含まれるｃｏｓ波もしくはその前後の周波数の周期信号として求められるので、その相互相関関数に基づきノイズ信号の振幅と位相を求め、この時点以降のノイズ信号の周波数、振幅及び位相をノイズ信号情報として出力するものである。
【００２０】
すなわち、ノイズ信号解析部５は、相互相関関数の得られた時点以降について、周期性ノイズ信号の振幅及び位相を予測し、第１のノイズ周波数検出部１で検出された第１の検出周波数とともにキャンセル信号作成部７へノイズ信号情報として出力する機能を有している。
【００２１】
また、ノイズ信号解析部５は、求められた相互相関関数を第２のノイズ周波数検出部９へ出力する機能も有している。
【００２２】
第２のノイズ周波数検出部９は、ノイズ信号解析部５で求めた相互相関関数を入力し、その相互相関関数に基づき、相互相関関数を求めた時点におけるその商用交流電圧ノイズ信号の周波数（ｃｏｓ波信号）を第２の検出周波数として、例えば数百ｍ秒毎に再検出するものであり、ノイズ信号解析部５に接続されている。
【００２３】
相互相関関数から検出される第２の検出周波数は、相互相関関数を求めた時点毎の実際の測定信号に含まれる周波数であり、第１のノイズ周波数検出部１からの第１の検出周波数よりも誤差が少なく変動にも追随している。
【００２４】
そして、ノイズ信号解析部５は、上述した機能に加えて、第２のノイズ周波数検出部９から第２の検出周波数が入力されると、その第２の検出周波数に基づき相互相関関数を再演算して求めるとともに、この相互相関関数に基づきノイズ信号の振幅と位相を再演算し、それら振幅、位相及び第２の検出周波数をノイズ信号情報として出力する機能を有している。
【００２５】
そのため、第１のノイズ周波数検出部１にて周波数を検出した後に次の周波数を検出するまでの間、測定信号中に乗った商用交流電圧ノイズ信号の周波数が多少変動しても、キャンセル信号の元になるノイズ信号情報中の周波数の修正が可能となっている。
【００２６】
キャンセル信号作成部７は、図３に示すように、測定信号に乗っているノイズ信号と周波数及び振幅が同じで逆位相のキャンセル信号を、そのノイズ信号情報に基づいて作成するものであり、信号キャンセル部３に接続されている。
【００２７】
信号キャンセル部３は、図３に示すように、測定信号にキャンセル信号作成部７からのキャンセル信号を加算する機能を有し、測定信号から商用交流電圧ノイズ信号をキャンセルした測定信号（出力信号）を出力するものであり、例えば図示しない制御装置の測定信号入力部に接続されている。
【００２８】
上述した図１の各ブロックは、一般に、検出機能、解析機能又は演算制御機能などを処理するＣＰＵなどや、このＣＰＵなどの動作プログラムを格納したＲＯＭ、それら検出機能、解析機能又は演算処理の過程で一次的にデータを格納するＲＡＭ、及び入出力インタフェースＩ／Ｏなどで構成される。以下の構成でも同様である。
【００２９】
次に、上述した本発明のノイズキャンセル装置の動作を簡単に説明する。
商用交流電圧ノイズが含まれた測定信号が第１のノイズ周波数検出部１に加えられると、その測定信号がＦＦＴ処理されて商用交流電圧ノイズの周波数が検出され、第１の検出周波数がノイズ信号解析部５へ出力される。
【００３０】
ノイズ信号解析部５では、それら測定信号及び第１の検出周波数の相互相関関数を求め、図２に示すように、この相互相関関数に基づきその商用交流電圧ノイズ信号の振幅及び位相を演算し、第１の検出周波数とともにそれら振幅及び位相をノイズ信号情報としてキャンセル信号作成部７へ出力する一方、第２のノイズ周波数検出部９へ相互相関関数を出力する。
【００３１】
第２のノイズ周波数検出部９では、相互相関関数に基づきノイズ信号の相互相関関数を求めた時点における第２の検出周波数を検出し、この第２の検出周波数をノイズ信号解析部５へ出力する。
【００３２】
ノイズ信号解析部５では、第２のノイズ周波数検出部９から第２の検出周波数が入力されると、その第２の検出周波数に基づき相互相関関数を求めて振幅と位相を再演算し、これら第２の検出周波数と再演算した振幅及び位相をノイズ信号情報としてキャンセル信号作成部７へ出力する。
【００３３】
キャンセル信号作成部７では、図３に示すように、測定信号に乗っているノイズ信号と周波数及び振幅が同じで逆位相のキャンセル信号を作成し、信号キャンセル部３では測定信号にキャンセル信号を加算し、商用交流電圧ノイズ信号をキャンセルして出力する。
【００３４】
このように本発明に係るノイズキャンセル装置は、第１のノイズ周波数検出部１にて測定信号をＦＦＴ処理して商用交流電圧ノイズ信号に関する第１の検出周波数を検出し、ノイズ信号解析部５にてそれら第１の検出周波数と測定信号との相互相関関数を求め、この相互相関関数に基づき、この相互相関関数を求めた時点以降について、測定信号に乗っている商用交流電圧ノイズ信号の振幅及び位相を求め、これら及び第１の検出周波数をノイズ信号情報として出力し、キャンセル信号作成部７ではそのノイズ信号情報からその周期性ノイズ信号をキャンセルするキャンセル信号を作成し、信号キャンセル部３にてそれら測定信号とキャンセル信号を演算してその商用交流電圧ノイズ信号をキャンセルするよう構成した。
【００３５】
そのため、測定信号に乗っている商用交流電圧ノイズ信号の振幅及び位相を演算してキャンセルするから、商用交流電圧ノイズを確実に除去できるし測定信号を遅延させることがない。
【００３６】
しかも、商用交流電圧ノイズ信号の周波数、振幅及び位相を自動的に検出予測してキャンセル信号を作成できるから、商用交流電圧ノイズ信号の周波数が分からなくとも除去可能となる。
【００３７】
さらに、第２のノイズ周波数検出部９にて、それら相互相関関数に基づき、この相互相関関数を求めた時点におけるノイズ信号の周波数を第２の検出周波数として再検出し、ノイズ信号解析部５ではその第２の検出周波数によって相互相関関数を求めるとともにノイズ信号の振幅及び位相を再計算し、ノイズ信号情報としてキャンセル信号作成部７へ出力するから、商用交流電圧ノイズ信号の周波数が多少変動しても、キャンセル信号がそれに速やかに追随し、確実にキャンセル可能となる。
【００３８】
第１のノイズ周波数検出部１からの第１の検出周波数にはＦＦＴ処理時の分解能誤差が含まれる可能性があり、第２のノイズ周波数検出部９からのより正確な第２の検出周波数を用いることにより、正確かつ確実なノイズキャンセルが可能である。
【００３９】
上述した構成においては、ＣＰＵの演算速度などに起因し、第１の検出周波数により相互相関関数を求めた時点でノイズ信号情報を第２のノイズ周波数検出部９からの第２の検出周波数によって再計算する時間がない場合などがあり、初回のノイズキャンセル動作は第１の周波数検出部１からの第１の検出周波数に基づいて行い、２回目以降のノイズキャンセル動作は第２のノイズ周波数検出部９からの第２の検出周波数を用いることも可能である。
【００４０】
このような使用形態は、周期性ノイズの周波数などが急激に変化しない場合や、装置自体が第２の検出周波数を２回目以降に用いるシーケンス構成である場合であり、第２の検出周波数を次回のノイズ信号情報に用いても周波数の誤差が少ないと考えられるケースに適用される。
【００４１】
次に、図４を参照して本発明に係るノイズキャンセル装置の他の実施の形態を説明する。
【００４２】
図４に示す構成は、図１の構成と比較すると、検出周波数判定部１１を有し、第１のノイズ周波数検出部１及び第２のノイズ周波数検出部９の出力側が検出周波数判定部１１のみに接続されており、他の構成は図１と同様である。
【００４３】
検出周波数判定部１１は、第１のノイズ周波数検出部１と第２のノイズ周波数検出部９で検出された第１及び第２の検出周波数のいずれを出力するかを判定するものであり、ノイズ信号解析部５に接続されている。
【００４４】
検出周波数判定部１１は、第１のノイズ周波数検出部１から第１の検出周波数が出力される毎に、その時点でその第１の検出周波数がすでに検出されている第２の検出周波数に近い場合、例えば第２の検出周波数が第１のノイズ周波数検出部１における周波数分解能の範囲内である場合には、その第２の検出周波数をノイズ信号解析部５に選択的に出力して第１の検出周波数を出力せず、逆に、その第２の検出周波数が第１の検出周波数の周波数分解能の範囲を超えている場合には、第１のノイズ周波数検出部１からの第１の検出周波数を出力する機能を有している。
【００４５】
換言すれば、検出周波数判定部１１は、第１のノイズ周波数検出部１から第１の検出周波数が出力される都度、この時点においてこれとすでに検出されている第２の検出周波数とを比較し、その第２の検出周波数が第１の検出周波数に対する許容範囲内にあれば、その第２の検出周波数を第１の検出周波数と同一と判定して第２の検出周波数を、その許容範囲外にあれば、その第２の検出周波数が第１の検出周波数と異なっていると判定して第１の検出周波数を上記ノイズ信号解析部に選択的に出力する機能を有している。
【００４６】
選択条件であるその許容範囲としては、第１のノイズ周波数検出部１における周波数検出分解能の誤差範囲内とする以外に、第２の周波数を第１の周波数と同一と判定する任意の許容範囲を設定する方法なども設定可能である。
【００４７】
そして、図４に示す構成では、測定信号が入力されると、第１及び第２のノイズ周波数検出部１、９が第１及び第２の検出周波数を検出周波数判定部１１へ出力し、検出周波数判定部１１が、第１の検出周波数の入力時点において、これとすでに検出されている第２の検出周波数とを比較し、第２の検出周波数が第１の検出周波数と同一であると判定すると第２の検出周波数を、周波数が異なると判定すると第１の検出周波数をノイズ信号解析部５へ出力する。
【００４８】
ノイズ信号解析部５は、検出周波数判定部１１からの第１又は第２の検出周波数及び測定信号を解析してそれらの間の相互相関関数を求め、この相互相関関数に基づきノイズ信号の振幅及び位相を演算し、第１又は第２の検出周波数とともにそれら振幅及び位相をノイズ信号情報としてキャンセル信号作成部７へ出力する。
【００４９】
第２のノイズ周波数検出部９及びキャンセル信号作成部７の動作は、図１の構成と同様である。
【００５０】
このような図４に示す構成では、検出周波数判定部１１が第１のノイズ周波数検出部１で検出された周波数とすでに検出されている第２の検出周波数を比較判定し、同一の周波数と判定されれば、第２の検出周波数より誤差の大きい第１の検出周波数をノイズ信号解析部５へ出力しないため、測定信号からノイズ信号を常に確実かつ正確にキャンセルできる。
【００５１】
すなわち、検出周波数判定部１１を設けることにより、第２のノイズ周波数検出部９が正確な周波数を検出している状態で、第１のノイズ周波数検出部１が検出した誤差を含む周波数をノイズ信号解析部５で使用することを防ぐことができる。
【００５２】
他方、ノイズ信号について急激な周波数変動が発生し、第２のノイズ周波数検出部９で検出できないほどノイズ信号の周波数がずれた場合、第１のノイズ周波数検出部１からの第１の検出周波数をノイズ信号解析部５へ出力することが可能となり、図１の構成で説明したように、測定信号からノイズ信号をキャンセル可能である。
【００５３】
上述した信号キャンセル部３は加算機能を有するものであったが、減算機能を有するよう形成可能であり、測定信号に含まれる商用交流電圧ノイズ信号と同位相の信号をキャンセル信号として減算するよう形成すれば良い。
【００５４】
また、上述した実施の形態では、周期性ノイズ信号として商用交流電圧ノイズ信号をキャンセルする例を説明したが、本発明ではこれ以外に各種の周期性ノイズ信号の除去に応用可能である。
【００５５】
また、複数の周期性ノイズ信号が含まれる測定信号に対しては、第１の周波数検出部１において、ＦＦＴ処理結果より複数の周期性ノイズの周波数を検出し、各々の周波数に対して個別に上述したキャンセル信号を求め、それらのキャンセル信号を合成した合成キャンセル信号を用いて、複数の周期性ノイズ信号の除去が可能となる。
【００５６】
さらに、本発明のノイズキャンセル装置は、これを複数段に直列接続して多段構成することも可能である。
【００５７】
すなわち、ＦＦＴ処理により求められる周波数が離散的であるため、例えば５０．２Ｈｚや５０．３Ｈｚといった隣接する周波数の周期性ノイズについては、１つの周波数として求められ、その結果より大きな振幅を持つ例えば５０．２Ｈｚの周波数信号がキャンセルされる一方、若干離れた５０．３Ｈｚの周波数信号がキャンセルされずに残る心配がある。
【００５８】
このような場合、本発明のノイズキャンセル装置を多段構成し、前段でより大きな振幅を持つ周期性ノイズ信号をキャンセルした測定信号を後段のノイズキャンセル装置に加え、後段のノイズキャンセル装置で残りの周期性ノイズ信号を順次キャンセルすることが可能となる。
【００５９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明のノイズキャンセル装置によれば、測定信号を遅延させることなく商用交流電圧ノイズ信号などの周期性ノイズを除去できるうえ、周期性ノイズの周波数が分からなくとも、その周期性ノイズを確実に除去できる。
また、ノイズ信号の相互相関関数を求めた時点におけるそのノイズ信号の周波数を再検出する第２のノイズ周波数検出部を設け、ノイズ信号解析部においてその第２の検出周波数でノイズ信号の周波数を再演算する構成では、第１の検出周波数に基づいた第２の検出周波数を使用することにより、より正確な周波数でノイズ除去が可能となるとともに、その周期性ノイズ信号の周波数が変動しても速やかに追随してキャンセル可能となる利点がある。
さらに、第１のノイズ周波数検出部１が第１の検出周波数を出力した時点において、第１の検出周波数と第２の検出周波数とを比較し、その第２の検出周波数が第１の検出周波数に対する許容範囲内にあればその第２の検出周波数を、その許容範囲外にあれば第１の検出周波数を上記ノイズ信号解析部に出力する検出周波数判定部を有する構成では、検出された周波数の誤差を大きくすることがなく、より正確なノイズキャンセル動作がなされるし、第２のノイズ周波数検出部９が対応できないほど速く周波数変動が起こった場合でも、同様に確実なノイズキャンセル動作を確保できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るノイズキャンセル装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１のノイズキャンセル装置の動作を説明する波形図である。
【図３】図１のノイズキャンセル装置の動作を説明する波形図である。
【図４】本発明に係るノイズキャンセル装置の他の実施の形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  第１のノイズ周波数検出部
３  信号キャンセル部
５  ノイズ信号解析部
７  キャンセル信号作成部
９  第２のノイズ周波数検出部
１１  検出周波数判定部
【図１】
0003591718.tif 000002
【図２】
0003591718.tif 000003
【図３】
0003591718.tif 000004
【図４】
0003591718.tif 000005