(57)【要約】本発明は物理量を測定するためのデータ収集カードに関する。このカードは少なくとも１つのアナログ−ディジタル・コンバータとセンサーに接続するための少なくとも１つの入力コネクタとを備えている。本発明によれば、このデータ収集カードは、更に、電源と、前記電源とコネクタの入力端子との間に並列に配置された基準抵抗とを備えている。アナログ−ディジタル・コンバータは、前記基準抵抗の端子で取った電圧が供給された基準入力と、入力コネクタの端子で取った電圧が供給された変換入力とを備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量を測定するためのデータ収集モジュールであって、少なくとも１つのアナログ−ディジタル・コンバータと、センサーから受け取るようになった少なくとも１つの入力コネクタとを備え、その特徴は、更に、電源と、前記電源とコネクタの入力端子との間に並列に配置された基準インピーダンスとを備え、前記アナログ−ディジタル・コンバータは、基準インピーダンスの端子で取った電圧が供給された基準入力と、入力コネクタを介してセンサーの端子で取った電圧が供給された変換入力とを備え、このデータ収集モジュールは、更に、センサーによって測定された物理量のイメージを出力するための手段を備えていることからなるデータ収集モジュール。
【請求項２】
パラメータおよび変数を保存するためのメモリを備えていることを特徴とする請求項１に基づくデータ収集モジュール。
【請求項３】
マイクロコンピュータのような処理ユニットに挿入可能なカードからなることを特徴とする請求項１又は２に基づくデータ収集モジュール。
【請求項４】
電源は処理ユニットから来ることを特徴とする請求項３に基づくデータ収集モジュール。
【請求項５】
電源はアナログ・ディジタル・コンバータに対して内部的であることを特徴とする請求項１から３のいづれかに基づくデータ収集モジュール。
【請求項６】
電源はプログラム可能であることを特徴とする前記請求項のいづれかに基づくデータ収集モジュール。
【請求項７】
測定された物理量の値を決定するべくアナログ−ディジタル・コンバータからのディジタルデータを処理することの可能な処理手段を有することを特徴とする前記請求項のいづれかに基づくデータ収集モジュール。
【請求項８】
アナログ−ディジタル・コンバータと基準抵抗およびコネクタとの間に配置された過電圧に対する保護手段を備えていることを特徴とする前記請求項のいづれかに基づくデータ収集モジュール。
【請求項９】
アナログ・ディジタル・コンバータは作動入力型であることを特徴とする前記請求項のいづれかに基づくデータ収集モジュール。
【請求項１０】
アナログ・ディジタル・コンバータはデルタ・シグマ型コンバータであることを特徴とする請求項９に基づくデータ収集モジュール。
【請求項１１】
アナログ・ディジタル・コンバータは共通モード入力型であり、基準入力と基準インピーダンスとの間に配置された第１の差動増幅器とコンバータの入力とセンサーとの間に配置された第２の差動増幅器を有することを特徴とする請求項１から８のいづれかに基づくデータ収集モジュール。
【請求項１２】
複数の収集チャンネルを有することを特徴とする前記請求項のいづれかに基づくデータ収集モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量を測定するためのデータ収集モジュールに係り、特に、但し非限定的に、自律的なデータ収集カードに関する。このようなデータ収集カードは例えば温度のような物理量のセンサーに接続されたコネクタを備えている。
【背景技術】
【０００２】
データ収集カードはセンサーからアナログデータを受け取り、それをマイクロコンピュータ又は他の演算処理手段のためにディジタルデータに変換する。
【０００３】
一般に、データ収集カードは幾つかのデータ収集チャンネルを有する。夫々の収集チャンネルは過電圧に対する保護手段とアナログ信号濾過増幅手段を備えている。収集チャンネルは、単一の収集チャンネルを各瞬間にアナログ−ディジタル・コンバータに接続するための単一のマルチプレクサにアナログ信号を導入する。
【０００４】
従来技術のデータ収集カードは、所与の物理量について所定の入力を有する。例えば入力電圧を受け取るように設計された収集カードは、特殊なアダプタを使用しなければ、電流又は抵抗を測定することはできない。これらのアダプタは、特殊な配線を必要とし測定の実施を困難にするので、制約的である。
【０００５】
例えばアナログデバイス社（登録商標）によって製造されたデルタ・シグマ型のアナログ−ディジタル・コンバータは知られている。このコンバータの技術仕様書は幾つかの使用方法に言及しており、その中には白金プローブPT100（温度センサー）と熱電対による例えば２つの温度測定方法と、圧力変換器による圧力測定方法が特定してある。夫々の使用方法は特殊な配線と構成を必要としていることが明らかである。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は叙上の不便を解消することを目的とするもので、多数の物理量を測定することの可能な、即ち、データ収集カードの入力をほぼユニバーサルにすることが可能で、かつ、主として電圧、電流、抵抗の物理量のための、データ収集モジュールを提供するものである。
【０００７】
本発明の他の目的は、データ収集カードの入力の上流におけるアダプタの使用、特に、外部の測定用コンバータの使用、を制限することである。
【０００８】
前記目的は本発明のデータ収集モジュールによって達成されるもので、このモジュールは、少なくとも１つのアナログ−ディジタル・コンバータと、センサーから受け取るようになった少なくとも１つの入力コネクタとを備えている。
【０００９】
本発明によれば、このデータ収集モジュールは、更に、電源と、前記電源とコネクタの入力端子との間に並列に配置された基準インピーダンスとを備えている。アナログ−ディジタル・コンバータは、基準インピーダンスの端子で取った電圧が供給された基準入力と、入力コネクタを介してセンサーの端子で取った電圧が供給された変換入力とを備えている。更に、このデータ収集モジュールは、センサーによって測定された物理量のイメージを出力するための手段を備えている。
【００１０】
本発明は有利なことに外部の基準を必要とするアナログ−ディジタル・コンバータを使用したことを特徴とするものである。このコンバータは差動入力型のものであることができ、非限定的な例として、デルタ・シグマ型のコンバータ、連続近似式のコンバータ、フラッシュ・コンバータ、又はランプ・コンバータを挙げることができる。
【００１１】
アナログ−ディジタル・コンバータは、また、共通モード入力型でもよく、基準入力と基準インピーダンスとの間に配置された第１の差動増幅器と、コンバータの入力とセンサーとの間に配置された第２の差動増幅器を有することができる。この場合、これら２つの増幅器に共通のアースを設けるのがよい。
【００１２】
最も日常的な測定のためには、一般に、電源は電圧であり、インピーダンスは抵抗である。電圧源および基準抵抗の特性が分かれば、アナログ−ディジタル・コンバータによって生成されたディジタル値に基づいて、測定された物理量の値を決定することができる。電流源を用いても同じ結果が得られる。
【００１３】
好ましくは、収集モジュールはあらゆるパラメータや変数を格納するためのメモリを有することができる。
【００１４】
従来技術のカードとは異なり、本発明のデータ収集カードは、カードのアーキテクチャを修正することなくかつ、如何なるアダプタを介在させることなく、電圧又は抵抗を測定することができる。
【００１５】
好ましくは、夫々のコネクタは、４本のピンを使用しながら４線について測定するか、或いは２本のピンしか使用しないで電流又は電圧を測定するような、複数のタイプの組立てを想定できるように４本の出力ピンを備えている。
【００１６】
本発明の方法によれば、電源からの独立および測定分肢を通過する電流からの独立が得られる。
【００１７】
電流の測定に関しては、収集モジュールは更に入力コネクタの端子に接続された測定用抵抗を有する。この場合には、測定用抵抗には測定すべき電流が流れると共に、電圧源から来た電流が流れる。電流の測定には単に測定用抵抗の追加を必要とするにすぎない。この追加的な抵抗はカードに予め設けた抵抗でよく、その認識はアナログスイッチなどを用いて自動的にこの抵抗に対して入力スイッチを切換えることによって行われる。
【００１８】
本発明の好ましい特徴によれば、収集モジュールはマイクロコンピュータのような処理ユニットに挿入可能なカードからなる。従って、それはPCI（Peripheral Component Interconnect）型のコネクタを有することができる。
【００１９】
電源はユーザが供給してもよいし、独立の電源から供給してもよい。この独立の電源は例えばUSB（Universal Serial Bus）型のリンクによって収集モジュールが接続されたマイクロコンピュータであることができる。
【００２０】
或いは、電源はアナログ−ディジタル・コンバータに対して内部的でもよい。それは、また、プログラム可能であり得る。
【００２１】
本発明の実施態様においては、収集モジュールは測定された物理量の値を決定するべくアナログ−ディジタル・コンバータからのディジタルデータを処理することの可能な処理手段を有することができる。この特徴は、特定用途に関連づけられたマイクロコンピュータのような集積された知能を備えた収集モジュールの場合に自律的な作動のために有利であろう。
【００２２】
更に、アナログ−ディジタル・コンバータと基準抵抗およびコネクタとの間に過電圧に対する保護手段を設けることができる。
【００２３】
本発明の実施例によれば、収集モジュールは複数の収集チャンネルを有することができる。
本発明の他の特徴や利点は非限定的な実施例に関する以下の記載から更に明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明のデータ収集カードは、２つの端子３、４を備えたコネクタで代表される少なくとも１つのアナログ入力チャンネルを備えている。測定対象は端子３と４との間に接続するようになっている。収集カードはデルタ・シグマ型のアナログ−ディジタル・コンバータ２を備え、後者のための変換入力はコネクタの端子（３、４）の電圧によって供給される。
【００２５】
アナログ−ディジタル・コンバータの基準入力は抵抗Rの端子で取った電圧VRefによって供給される。抵抗Rは電圧STと入力コネクタの端子３との間に配置されており、入力コネクタの端子４は直接にアース５に接続されている。アナログ・ディジタル・コンバータ２の出力におけるディジタル値は、処理ユニット６（収集カードに設けたマイクロコントローラ或いは収集カードが集積化されたマイクロコンピュータのマイクロプロセッサで構成することができる）に送られる。収集カードに設けたデータ格納手段７は、処理ユニットが測定された物理量の値を決定するのを可能にするべく電源STと抵抗Rの特性値をメモリに保存する。例示として、端子３と４の間に温度センサーを接続する場合には、処理ユニットは端子３と４で測定した電圧のディジタル値に基づいてセンサーの温度を決定するのを可能にする。
【００２６】
図２には、例えばPT100又はPT1000型白金プローブ又はストレインゲージを測定するための本発明の収集カードの実施例を示す。図１に較べて、幾つかの追加的な素子が集積してある。起こり得る過電圧に対してコンバータ２の入力を保護するのを可能にする保護兼テスト手段８に留意すべきである。電圧源STと基準抵抗Rとの間に保護抵抗１０が配置してある。コンバータ入力は最高の精度で４線法による測定を行うのを可能にする４本のピン（又は端子）3a、3b、4a、4bを有する。これら４本のピンがあることは多数の組立てを許容する。
【００２７】
測定すべき白金プローブ９は４本の線を用いて入力コネクタに直接に接続されている。
【００２８】
図３は、電流を測定するための本発明の収集カード１の他の実施例を示す。
【００２９】
このため、基準抵抗Rの抵抗値と同じ値を有する新たな抵抗１１が追加してある。この抵抗１１は入力コネクタの端子に配置してある。測定すべき電流はこの場合この抵抗１１の端子に印加される。後に変換されるアナログ電圧はこの抵抗１１の端子における電圧である。
【００３０】
図３の組立ては、また、あらゆる形式の熱電対の計測に使用することができる。コールドジャンクションの温度補償は、この場合、カードの利用可能な１つのチャンネルによって行うことができ、ソフトウェアは処理ユニット内で測定を補償し線形化する。
【００３１】
図４には、電圧を測定するための本発明の収集カードの他の実施例を示す。測定すべき電圧は入力コネクタの端子に直接に印加される。
【００３２】
電流と電圧を測定するためには（図３および４）、供給電圧はアナログ・ディジタル・コンバータの内部の基準電圧源であることができ、これは測定を最適化するのを可能にする安定化された電圧である。
【００３３】
本発明は、特に、高精度で信頼性のある忠実なやり方で前後連続する測定が行われることを特徴としている。このため、供給電源又は測定電流に因って起こり得るドリフトに対して予め備えをする。即ち、例えば電圧又は白金プローブ（抵抗的センサー）の測定に関しては、測定分肢（Imes）を通る電流は基準抵抗を通る電流（Iref）と等しい。
【００３４】
更に：VReF ＝ R ＊ IReF−−基準抵抗の端子に存在し、アナログ・ディジタル・コンバータの基準入力によって測定される電圧。
同様に、測定すべき抵抗（センサー）の端子のところでは： VMES ＝ Rセンサー ＊ IMES。ところで：Imes ＝ Iref。従って、コンバータが出力するように、 S ＝ K VMES ／VReF ＝ ＝＞ S ＝ K ＊ Rセンサー／R
又は、 S ＝ KI Rセンサー
従って、測定は供給電圧にも測定電流にも依存しない（KとKIは２つの係数である）。
【００３５】
図示したすべての実施例から分かるように、本発明の収集カードはアーキテクチャを大幅に改変することなく多数の物理量を測定するのを可能にする。電流測定のためだけに、測定用抵抗をコネクタ入力の端子に配置しなければならない。
【００３６】
図５は、アナログ・ディジタル・コンバータが作動入力型ではない実施例を示す。この場合、基準入力および変換入力の上流に２つの増幅器１２と１６を配置する。そして共通のアース１５が設けてある。
【００３７】
図６は、複数の収集チャンネルを有する本発明の変化形を示すもので、２つのチャンネルのみが図示してある。２つのセンサー１３および１４が２つのコネクタ入力に配置してある。基準電圧VReFが保持され、アナログ・ディジタル・コンバータは２つの測定電圧VIN1およびVIN2を受け取る。
【００３８】
勿論、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく多数の修正を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は本発明の物理量収集カードのアナログ入力チャンネルを示すブロック図である。
【図２】図２は本発明に基づく白金プローブの測定のための本発明の収集カードの簡素化された回路図である。
【図３】図３は本発明に基づく電流の測定のための基本原理を示す簡素化された回路図である。
【図４】図４は本発明に基づく電圧の測定のための基本原理を示す簡素化された回路図である。
【図５】図５は図１の簡素化された回路図を複製したもので、作動増幅器を組み込んだところを示す。
【図６】図６は測定分岐上に複数の収集チャンネルを備えた本発明の収集モジュールを示す回路図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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