(57)【要約】【課題】高速且つ正確に２つの信号の間の位相差を検出することを目的とする。【解決手段】検出信号Ｓ１とＳ２との間の位相差を検出するための位相差検出装置１であって、検出信号Ｓ１、Ｓ２を検出する信号検出部２と、検出信号Ｓ１とＳ２とのそれぞれについて設けられ、信号検出部２が検出した信号の波形を基準として、この信号の振幅に対して他方の信号と同じ係数を乗じた閾値を生成する閾値発生部３４、４４と、閾値発生部３４、４４が発生した閾値と信号検出部２が検出した信号との比較を行う比較部３５、４５と、検出信号Ｓ１とＳ２とのそれぞれの比較部３５、４５が比較した比較結果の排他的論理和の演算を行って位相差を検出する演算部２３と、を備えている。【選択図】  図１
2011169625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力した２つの信号の間の位相差を検出するための位相差検出装置であって、
前記２つの信号を検出する信号検出部と、
前記２つの信号のそれぞれについて設けられ、前記信号検出部が検出した信号の波形を基準として、この信号の振幅に対して他方の信号と同じ係数を乗じた閾値を生成する閾値発生部と、
この閾値発生部が発生した閾値と前記信号検出部が検出した信号との比較を行う比較部と、
前記２つの信号のそれぞれの比較部が比較した比較結果の排他的論理和の演算を行って前記位相差を検出する演算部と、
を備えたことを特徴とする位相差検出装置。
【請求項２】
入力した２つの信号の間の位相差を検出するための位相差検出装置であって、
前記２つの信号を検出する信号検出部と、
前記２つの信号のそれぞれについて設けられ、前記信号検出部が検出した信号の波形を基準として、この信号の振幅に対して他方の信号と同じであり且つそれぞれ値の異なる複数の係数を乗じて複数の閾値を発生する閾値発生部と、
この閾値発生部が発生した複数の閾値と前記信号検出部が検出した信号との比較を行う複数の比較部と、
前記２つの信号のそれぞれの比較部が比較した比較結果の排他的論理和の演算を、同じ係数を乗じた閾値により比較した比較結果同士について行う複数の演算部と、
各演算部が演算した演算結果の平均化を行って前記位相差を検出する平均化部と、
を備えたことを特徴とする位相差検出装置。
【請求項３】
前記閾値発生部は各演算部が演算した演算結果の全てが前記２つの信号の１／４周期内となるように前記複数の係数を設定したこと
を特徴とする請求項２記載の位相差検出装置。
【請求項４】
前記信号検出部と前記閾値発生部と前記比較部と前記演算部とは並列動作すること
を特徴とする請求項１または２記載の位相差検出装置。
【請求項５】
入力した２つの信号の間の位相差を検出する位相差検出方法であって、
前記２つの信号を検出する信号検出動作と、
前記２つの信号のそれぞれについて、前記信号検出動作により検出された信号の波形を基準として、この信号の振幅に対して他方の信号と同じ係数を乗じた閾値を発生する閾値発生動作と、
この閾値発生動作により発生された閾値と前記信号検出動作により検出された信号との比較を行う比較動作と、
この比較動作により比較された比較結果の排他的論理和の演算を行って前記位相差を検出する位相差検出動作と、
を有し、
前記信号検出動作と前記閾値発生動作と前記比較動作と前記位相差検出動作とを並列で行うこと
を特徴とする位相差検出方法。
【請求項６】
入力した２つの信号の間の位相差を検出する位相差検出方法であって、
前記２つの信号を検出する信号検出動作と、
前記２つの信号のそれぞれについて、前記信号検出動作により検出された信号の波形を基準として、この信号の振幅に対して他方の信号と同じであり且つそれぞれ値の異なる複数の係数を乗じて複数の閾値を発生する閾値発生動作と、
この閾値発生動作により発生された複数の閾値と前記信号検出動作により検出された信号との比較を行って複数の比較結果を得る比較動作と、
前記複数の比較結果のうち同じ係数を乗じた閾値により比較した比較結果同士について排他的論理和の演算を行って得られる複数の演算結果の平均化を行って前記位相差を検出する位相差検出動作と、
を有し、
前記信号検出動作と前記閾値発生動作と前記比較動作と前記位相差検出動作とを並列で行うこと
を特徴とする位相差検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの信号の間の位相差を検出する位相差検出装置および位相差検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
入力した２つの信号の間の位相差を検出する位相差検出装置としてコリオリ質量流量計が従来から用いられている。コリオリ質量流量計は流体が流れるチューブを振動させて、チューブの上流および下流における異なる２点の振動検出信号の位相差からチューブを流れる流体の質量流量を測定する装置になる。このコリオリ質量流量計を用いて位相差を検出する技術が特許文献１に開示されている。
【０００３】
この特許文献１の技術では、２つの信号（信号Ａおよび信号Ｂ）を入力して、各信号の波形（正弦波）をそれぞれゼロレベルと比較してトリガ波形を生成している。２つの信号について生成されたトリガ波形は排他的論理和の演算が行われ、演算結果を合算することにより合計値（合計パルス幅）を求めている。演算結果の合算は正弦波の１周期分について行われ、これにより直流オフセット成分や低周波のゆらぎの影響を排除することを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１１６６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術では、入力した正弦波信号をゼロレベルと比較しており、且つゼロレベルと正弦波信号とが交差する２箇所について時間差の観測を行い、時間差の合計を求めている。これにより、オフセット成分や低周波のゆらぎの影響を排除した位相差の検出を行っている。このため、ゼロレベルと正弦波信号とが交差する箇所の時間差を少なくとも２回は検出しなければならない。
【０００６】
波形の振幅中心がゼロレベルであれば、正弦波信号とゼロレベルとが交差する２箇所の最短時間は正弦波信号の１／２周期の時間になる。つまり、この１／２周期の時間が経過するまでは位相差を検出することができず、換言すれば１／２周期の時間分の待ち時間を生じる。この待ち時間は位相差信号を検出するための本来的な時間ではなく、オフセット成分や低周波のゆらぎの影響を排除するための時間である。このため、当該時間のために検出速度が低速化する。
【０００７】
また、正弦波信号には電源等の影響により所定のノイズが重畳される場合がある。電源等が与えるノイズは非常に周期の短いノイズ（微小周期ノイズ）があり、特許文献１の技術では、この微小周期ノイズの影響は排除されない。つまり、微小周期ノイズは周期が短いため、正弦波信号とゼロレベルとが交差する前記２箇所のうち何れか一方にのみ影響を与え、他方に影響を与えない場合がある。
【０００８】
この場合には、影響を与えられた方の時間差は正確な検出結果ではなくなる。これは、微小周期ノイズの影響により本来ゼロレベルより低く検出されるべきもの（高く検出されるべきもの）が高く（低く）検出されてしまうためである。従って、微小周期ノイズが重畳された場合における検出された位相差の正確性は失われることになる。
【０００９】
そこで、本発明は、高速且つ正確に２つの信号の間の位相差を検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するため、本発明の請求項１の位相差検出装置は、入力した２つの信号の間の位相差を検出するための位相差検出装置であって、前記２つの信号を検出する信号検出部と、前記２つの信号のそれぞれについて設けられ、前記信号検出部が検出した信号の波形を基準として、この信号の振幅に対して他方の信号と同じ係数を乗じた閾値を生成する閾値発生部と、この閾値発生部が発生した閾値と前記信号検出部が検出した信号との比較を行う比較部と、前記２つの信号のそれぞれの比較部が比較した比較結果の排他的論理和の演算を行って前記位相差を検出する演算部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この位相差検出装置によれば、波形を基準とした相対的な閾値により比較していることから、振幅方向に波形がずれたとしても、その影響を排除できる。これにより、１つの時間差を検出することにより位相差が検出されるため、高速に位相差検出を行うことができる。また、２つの信号の振幅が異なっていたとしても、振幅に同じ係数を乗じた値を閾値としているため、振幅の違いがあったとしても正確に位相差の検出を行うことができるようになる。
【００１２】
本発明の請求項２の位相差検出装置は、入力した２つの信号の間の位相差を検出するための位相差検出装置であって、前記２つの信号を検出する信号検出部と、前記２つの信号のそれぞれについて設けられ、前記信号検出部が検出した信号の波形を基準として、この信号の振幅に対して他方の信号と同じであり且つそれぞれ値の異なる複数の係数を乗じて複数の閾値を発生する閾値発生部と、この閾値発生部が発生した複数の閾値と前記信号検出部が検出した信号との比較を行う複数の比較部と、前記２つの信号のそれぞれの比較部が比較した比較結果の排他的論理和の演算を、同じ係数を乗じた閾値により比較した比較結果同士について行う複数の演算部と、各演算部が演算した演算結果の平均化を行って前記位相差を検出する平均化部と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
この位相差検出装置によれば、閾値を複数生成して、演算結果の平均化を行っている。これにより、信号に微小周期のノイズが重畳されたとしても、位相差の検出精度を向上させることができるようになる。
【００１４】
本発明の請求項３の位相差検出装置は、請求項２の位相差検出装置であって、前記閾値発生部は各演算部が演算した演算結果の全てが前記２つの信号の１／４周期内となるように前記複数の係数を設定したことを特徴とする。
【００１５】
この位相差検出装置によれば、波形の１／４周期内となるように全ての演算結果を生成している。これにより、平均化を行うための全ての演算結果は１／４周期内に揃うため、高速に位相差検出を行うことができ、且つ微小周期のノイズの影響を低減させることができるようになる。
【００１６】
本発明の請求項４の位相差検出装置は、請求項１または２記載の位相差検出装置であって、前記信号検出部と前記閾値発生部と前記比較部と前記演算部とは並列動作することを特徴とする。
【００１７】
この位相差検出装置によれば、信号検出部と閾値発生部と比較部と演算部とを並列動作させていることから、位相差検出の速度が大幅に向上する。
【００１８】
本発明の請求項５の位相差検出方法は、入力した２つの信号の間の位相差を検出する位相差検出方法であって、前記２つの信号を検出する信号検出動作と、前記２つの信号のそれぞれについて、前記信号検出動作により検出された信号の波形を基準として、この信号の振幅に対して他方の信号と同じ係数を乗じた閾値を発生する閾値発生動作と、この閾値発生動作により発生された閾値と前記信号検出動作により検出された信号との比較を行う比較動作と、この比較動作により比較された比較結果の排他的論理和の演算を行って前記位相差を検出する位相差検出動作と、を有し、前記信号検出動作と前記閾値発生動作と前記比較動作と前記位相差検出動作とを並列で行うことを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項６の位相差検出方法は、入力した２つの信号の間の位相差を検出する位相差検出方法であって、前記２つの信号を検出する信号検出動作と、前記２つの信号のそれぞれについて、前記信号検出動作により検出された信号の波形を基準として、この信号の振幅に対して他方の信号と同じであり且つそれぞれ値の異なる複数の係数を乗じて複数の閾値を発生する閾値発生動作と、この閾値発生動作により発生された複数の閾値と前記信号検出動作により検出された信号との比較を行って複数の比較結果を得る比較動作と、前記複数の比較結果のうち同じ係数を乗じた閾値により比較した比較結果同士について排他的論理和の演算を行って得られる複数の演算結果の平均化を行って前記位相差を検出する位相差検出動作と、を有し、前記信号検出動作と前記閾値発生動作と前記比較動作と前記位相差検出動作とを並列で行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、２つの信号の位相差を検出するときに、入力した信号の波形を基準として、２つの信号の振幅に対して同じ係数を乗じた閾値により比較しているため、信号が振幅方向にずれたとしても１つの時間差により位相差の検出が可能になり、２つの信号の振幅が異なっていたとしても位相差の検出が可能になる。これにより、正確且つ高速に位相差の検出を行うことができる。また、波形に微小周期ノイズが重畳されている場合には、異なる閾値を乗じた複数の演算結果を平均化することにより、位相差の検出精度を向上させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態の半導体試験装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】２つの検出信号、コンパレータ信号および演算結果の波形を示すグラフである。
【図３】微小周期ノイズが重畳されている場合の２つの検出信号、コンパレータ信号および演算結果の波形を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は位相差検出装置としてコリオリ質量流量計１を示しており、コリオリ質量流量計１は振動センサ部２と位相差信号生成部３とを有して概略構成している。図１ではコリオリ質量流量計１を位相差検出装置として示しているが、入力した２つの信号の間の位相差を検出するものであれば、任意の装置を適用することができる。
【００２３】
コリオリ質量流量計１は図示しない流管（チューブ）を振動させて、その上流および下流における振動の位相差を検出する。流管の中央部分には共振駆動装置が設けられており、流管に対して所定の振動が与えられる。そして、振動センサ部２は流管の上流側の振動を検出するための上流側振動センサ１１と下流側の振動を検出するための下流側振動センサ１２とを備えて概略構成している。
【００２４】
上流側振動センサ１１および下流側振動センサ１２が検出した信号はそれぞれ検出信号Ｓ１およびＳ２として位相差信号生成部３に出力される。検出信号Ｓ１およびＳ２は所定の周期的変化を示す波形になっており、ここでは正弦波の波形を示す信号になっている。また、検出信号Ｓ１とＳ２とでは位相が異なっており、従って位相差が存在する。
【００２５】
位相差信号生成部３は検出信号Ｓ１とＳ２との間の位相差を位相差信号として検出する。このために、位相差信号生成部３は上流側信号処理部２１と下流側信号処理部２２と演算部２３と平均化部２４とを備えて概略構成している。このうち、上流側信号処理部２１と下流側信号処理部２２とは入力する検出信号がＳ１であるかＳ２であるかの差があるだけで、その構成はほぼ同じになっている。
【００２６】
上流側信号処理部２１は増幅部３１と最大値検出部３２と最小値検出部３３と閾値発生部３４と３つのコンパレータ３５、３６、３７とを備えて概略構成している。増幅部３１は検出信号Ｓ１を増幅して出力を行う。検出信号Ｓ１は正弦波になっており、振幅方向における最大値（ＭＡＸ１）および最小値（ＭＩＮ１）を得るために、最大値検出部３２および最小値検出部３３はピーク検出を行っている。
【００２７】
閾値発生部３４は最大値ＭＡＸ１および最小値ＭＩＮ１を入力して、検出信号Ｓ１の振幅Ａ１を求める。この振幅Ａ１は「Ａ１＝ＭＡＸ１−ＭＩＮ１」になる。そして、この振幅Ａ１に異なる係数α、β、γ（α＜β＜γ、０＜α、β、γ＜１）を乗じて閾値Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１３を発生している。各閾値は正弦波の波形を基準とした相対的な閾値になっており、このため基準を最小値ＭＩＮ１としている（最大値ＭＡＸ１を基準とするものであってもよい）。
【００２８】
なお、ここでは、３つの閾値を発生するようにしているが、複数の閾値であれば任意の数の閾値を発生してもよい。このとき、閾値の数と係数の数とは同じになるように設定する。また、閾値発生部３４としては、例えば直列に接続した複数（３つ）の抵抗を備えた回路構成とすることができ、各抵抗の値を異なることにより、分圧値を異ならせて閾値とすることができる（抵抗ストリングス）。
【００２９】
従って、閾値Ｔ１１〜Ｔ１３は以下のようになる。
「Ｔ１１＝α×（ＭＡＸ１−ＭＩＮ１）＋ＭＩＮ１＝α×Ａ１＋ＭＩＮ１」
「Ｔ１２＝β×（ＭＡＸ１−ＭＩＮ１）＋ＭＩＮ１＝β×Ａ１＋ＭＩＮ１」
「Ｔ１３＝γ×（ＭＡＸ１−ＭＩＮ１）＋ＭＩＮ１＝γ×Ａ１＋ＭＩＮ１」
となる。そして、発生した閾値Ｔ１１はコンパレータ３５に、Ｔ１２はコンパレータ３６に、Ｔ１３はコンパレータ３７に入力される。
【００３０】
コンパレータ３５、３６、３７は入力した閾値と検出信号Ｓ１との比較を行う。比較の結果、検出信号Ｓ１が閾値よりも低い場合にはＬｏｗ、高い場合にはＨｉｇｈを示すコンパレータ信号（比較結果）を生成する。コンパレータ３５、３６、３７が生成するコンパレータ信号をそれぞれＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３とし、演算部２３に出力する。
【００３１】
下流側信号処理部２２は増幅部４１と最大値検出部４２と最小値検出部４３と閾値発生部４４と３つのコンパレータ４５、４６、４７とを備えて概略構成している。下流側信号処理部２２は検出信号Ｓ２を入力する点で上流側信号処理部２１と異なるが、それ以外の構成はほぼ同じである。
【００３２】
検出信号Ｓ２は最小値ＭＩＮ２、最大値ＭＡＸ２、振幅Ａ２（＝ＭＡＸ２−ＭＩＮ２）の正弦波の信号になる。振幅Ａ２は検出信号Ｓ１の振幅Ａ１と同じであってもよいし、異なっていてもよい。ここでは、「Ａ２＞Ａ１」とする。また、検出信号Ｓ１とＳ２との振幅中心は同じであってもよいし、異なっていてもよい。電源ノイズ等の影響により（直流）オフセット成分が生じる場合には、振幅中心にずれを生じる。ここでは、検出信号Ｓ１の振幅中心はゼロレベルになっているが、検出信号Ｓ２の振幅中心はゼロレベルからプラス方向にずれを生じているものとする。なお、検出信号Ｓ１とＳ２との周期（波形）は同じになる。
【００３３】
閾値発生部４４は検出信号Ｓ２を比較するための閾値Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ２３を発生する。閾値Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ２３はそれぞれ閾値Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１３を求めたときと同じ係数α、β、γを振幅Ａ２に乗じることにより発生している。ただし、閾値Ｔ２１〜Ｔ２３は検出信号Ｓ２の波形を基準とした相対的な閾値であり、このため基準を最小値ＭＩＮ２としている（最大値ＭＡＸ２を基準としてもよい）。
【００３４】
従って、閾値Ｔ２１〜Ｔ２３は以下のようになる。
「Ｔ２１＝α×（ＭＡＸ２−ＭＩＮ２）＋ＭＩＮ２＝α×Ａ２＋ＭＩＮ２」
「Ｔ２２＝β×（ＭＡＸ２−ＭＩＮ２）＋ＭＩＮ２＝β×Ａ２＋ＭＩＮ２」
「Ｔ２３＝γ×（ＭＡＸ２−ＭＩＮ２）＋ＭＩＮ２＝γ×Ａ２＋ＭＩＮ２」
となる。そして、コンパレータ４５、４６、４７は検出信号Ｓ２と閾値Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ２３と比較して、コンパレータ信号Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ２３として生成および出力を行う。
【００３５】
演算部２３は３つの排他的論理和回路５１、５２、５３を有して構成している。各排他的論論理和回路は入力した２つの信号の排他的論理和の演算を行う。排他的論理和回路５１には同じ係数αを乗じた閾値Ｔ１１、Ｔ２１により比較されたコンパレータ信号Ｃ１１、Ｃ２１が入力され、５２には同じ係数βを乗じた閾値Ｔ１２、Ｔ２２により比較されたコンパレータ信号Ｃ１２、Ｃ２２が入力され、５３には同じ係数γを乗じた閾値Ｔ１３、Ｔ２３により比較されたコンパレータ信号Ｃ１３、Ｃ２３が入力される。つまり、１つの排他的論理和回路には同じ係数を乗じた閾値により比較された異なる検出信号についてのコンパレータ信号が入力される。
【００３６】
各排他的論理和回路５１、５２、５３は入力した２つのコンパレータ信号の排他的論理和の演算を行って、演算した結果をそれぞれ演算結果Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３として平均化部２４に出力する。平均化部２４は入力した演算結果Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の平均化を行って位相差ΔＰを位相差信号として出力する。つまり、位相差ΔＰを求めるために「ΔＰ＝（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／３」の計算を行って、位相差信号として出力する。
【００３７】
以上が概略構成である。次に動作について説明する。前述したように、検出信号Ｓ１とＳ２との間には所定の位相差ΔＰが存在している。この位相差ΔＰを検出するためにコリオリ質量流量計１を設けている。ここでは、位相差ΔＰを検出するための動作は、信号検出動作、閾値発生動作、比較動作、位相差信号生成動作の順番に４つの動作を有して構成されている。
【００３８】
信号検出動作は検出信号Ｓ１およびＳ２を取得する動作になる。つまり、上流側振動センサ１１が検出信号Ｓ１を取得し、下流側振動センサ１２が検出信号Ｓ２を取得する。そして、検出信号Ｓ１、Ｓ２はそれぞれ増幅部３１、４１で増幅される。この信号検出動作は検出信号Ｓ１とＳ２とについて並行で行われる。
【００３９】
閾値発生動作は閾値Ｔ１１〜Ｔ１３、Ｔ２１〜Ｔ２３を発生する動作になる。つまり、最大値検出部３２、４２および最小値検出部３３、４３がピーク検出を行って、最大値ＭＡＸ１、ＭＡＸ２および最小値ＭＩＮ１、ＭＩＮ２を検出する。閾値発生部３４、４４は振幅Ａ１、Ａ２に対して所定の係数α、β、γを乗じて、閾値Ｔ１１〜Ｔ１３、Ｔ２１〜Ｔ２３を発生する。この閾値発生動作も検出信号Ｓ１とＳ２とについて並行で行われる。
【００４０】
比較動作は閾値と検出信号との比較を行う動作になる。つまり、コンパレータ３５〜３７が検出信号Ｓ１と閾値Ｔ１１〜Ｔ１３との比較を行い、コンパレータ４５〜４７が検出信号Ｓ２と閾値Ｔ２１〜Ｔ２３との比較を行う。そして、コンパレータ信号Ｃ１１〜Ｃ１３、Ｃ２１〜Ｃ２３を演算部２３に出する。この比較動作も検出信号Ｓ１とＳ２とについて並列的に行われる。
【００４１】
位相差信号生成動作は位相差ΔＰを位相差信号として生成する動作になる。このために、演算部２３の各排他的論理和回路５１、５２、５３は入力した２つのコンパレータ信号の排他的論理和の演算を行う。そして、平均化部２４は演算結果Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に基づいて平均化を行って、位相差ΔＰを位相差信号として生成および出力を行う。位相差信号生成動作はこれまでの動作と異なり、並行で行われることがない。
【００４２】
振動センサ部２が検出する検出信号Ｓ１、Ｓ２は周期的に変化する正弦波の波形であり、この波形は順次位相差信号生成部３に出力される。そして、位相差信号生成部３において、閾値発生動作、比較動作、位相差信号生成動作の順番で順次各動作が行われる。
【００４３】
閾値発生動作は信号検出動作により取得された検出信号に基づいて行う動作であり、比較動作は閾値発生動作が発生した閾値に基づいて行う動作であり、位相差信号生成動作は比較動作により発生したコンパレータ信号に基づいて行う動作である。つまり、各動作は直前の動作の結果を利用して行う動作になる。
【００４４】
また、各動作は全て別個独立の装置により実現されるものになる。つまり、信号検出動作は振動センサ部２（および増幅部３１、４１）が行い、閾値発生動作は最大値検出部３２、４２、最小値検出部３３、４３、閾値発生部３４、４４が行い、比較動作はコンパレータ３５〜３７、４５〜４７が行い、位相差信号生成動作は演算部２３および平均化部２４が行っている。
【００４５】
そして、振動センサ部２は連続的に正弦波の波形を検出している。このため、信号検出動作と閾値発生動作と比較動作と位相差信号生成動作とは前段の動作の結果を順次利用して動作することから、並列的に行うことができる。つまり、各動作をそれぞれオーバラップさせて処理することが可能になる（パイプライン動作）。このため、各動作のうちの最も長い時間に他の動作の時間をオーバラップさせることができ、位相差の検出速度を大幅に高速化させることができる。
【００４６】
また、振動センサ部２が直近に取得した検出信号Ｓ１、Ｓ２に基づいて位相差信号を生成することができるため、リアルタイムに位相差検出を行うことが可能になる。これにより、位相差検出の精度向上を図ることができる。
【００４７】
次に、図２（ａ）〜（ｃ）を用いて、実際の波形を用いて説明する。各図は検出信号Ｓ１、Ｓ２を示しており、位相差ΔＰを検出するための閾値が異なっている。各図の検出信号Ｓ１とＳ２とはそれぞれ以下のような式になっている。なお、図２（図３も同様）において、縦軸は振幅、横軸は時刻を示している。
「Ｓ１：ｙ＝５×ｓｉｎ（ｔ）」
「Ｓ２：ｙ＝１０×ｓｉｎ（ｔ＋０．３）＋２」
【００４８】
つまり、検出信号Ｓ１の振幅Ａ１が１０であり、検出信号Ｓ２の振幅Ａ２が２０である。また、検出信号Ｓ１は振幅中心がゼロレベルになっているが、検出信号Ｓ２の振幅中心はゼロレベルからプラス方向に２だけずれを生じている。検出信号Ｓ１の最小値ＭＩＮ１は「−５」になり、検出信号Ｓ２の最小値ＭＩＮ２は「−８」になる。そして、検出信号Ｓ１とＳ２との間には位相差ΔＰとして０．３を生じている。
【００４９】
ここで、α＝０．６４７７６、β＝０．７８２３１、γ＝０．８９１６６３とすると、「Ｔ１１＝α×Ａ１＋ＭＩＮ１＝０．６４７７６×１０−５＝１．４７７６」になる。同様の計算により「Ｔ１２＝２．８２３１」、「Ｔ１３＝３．９１６６３」になる。また、「Ｔ２１＝α×Ａ２＋ＭＩＮ２＝０．６４７７６×２０―８＝４．９５５２」になる。同様の計算により「Ｔ２２＝７．６４６４２」、「Ｔ２３＝９．８３３２７」になる。
【００５０】
図２（ａ）に示すように、同じ係数αを乗じた閾値Ｔ１１、Ｔ２１により比較されたコンパレータ信号Ｃ１１、Ｃ２１のうちＣ１１は時刻０．３を境界としてＬｏｗ→Ｈｉｇｈに変化する。一方、Ｃ２１は時刻０を境界としてＬｏｗ→Ｈｉｇｈに変化する。このため、コンパレータ信号Ｃ１１とＣ２１との排他的論理和の演算を行った演算結果Ｒ１は時刻０から０．３までの時間差０．３の間だけＨｉｇｈになる波形を示す。
【００５１】
図２（ｂ）は同じ係数βを乗じた閾値Ｔ１２、Ｔ２２により比較されたコンパレータ信号Ｃ１２、Ｃ２２、そして演算結果Ｒ２を示している。閾値Ｔ１２における時刻は０．６になり、閾値Ｔ２２における時刻は０．３になる。よって、演算結果Ｒ２は０．３から０．６までの時間差０．３の間だけＨｉｇｈになる波形を示す。
【００５２】
図２（ｃ）は同じ係数γを乗じた閾値Ｔ１３、Ｔ２３により比較されたコンパレータ信号Ｃ１３、Ｃ２３、そして演算結果Ｒ３を示している。閾値Ｔ１３における時刻は０．９になり、閾値Ｔ２３における時刻は０．６になる。よって、演算結果Ｒ３は０．６から０．９までの時間差０．３の間だけＨｉｇｈになる波形を示す。
【００５３】
従って、演算結果Ｒ１とＲ２とＲ３とは何れも同じ時間差０．３を示し、この時間差０．３は前記式の位相差ΔＰ（＝０．３）と一致している。図２（ａ）から（ｃ）は何れも検出信号Ｓ１とＳ２とについてそれぞれ異なる閾値（αを乗じた閾値、βを乗じた閾値、γを乗じた閾値）で比較を行っている。ただし、何れの閾値で比較を行った場合であっても、同じ演算結果、つまり同じ位相差ΔＰが得られている。
【００５４】
本発明では、閾値の設定をゼロレベルのような絶対的な値を基準としているのではなく、検出信号Ｓ１とＳ２との波形を基準としている。つまり、検出信号Ｓ１、Ｓ２のそれぞれの最小値ＭＩＮ１、ＭＩＮ２を基準とした相対的な値を閾値としている。これにより、検出信号Ｓ１とＳ２とのうち何れか一方または両方が振幅方向にずれを生じたとしても、生じたずれは何等の影響を与えることはない。
【００５５】
なお、波形を基準とした相対的な値として閾値を設定するためには、波形の最小値ではなく最大値を基準としてもよい。また、最小値と最大値との半分の値といったように、波形の中で相対的に決定できれば、任意の箇所を基準とすることができる。
【００５６】
従って、波形を基準とした相対的な値に閾値を設定しているため、直流オフセット成分やゼロレベルの揺らぎの影響は排除される。背景技術では、波形とゼロレベルとが交差する２箇所の時間差を検出して、時間差の合計を求めることにより直流オフセット成分やゼロレベルの揺らぎの影響を排除していたが、本発明では１箇所の時間差の検出のみで影響の排除が可能になる。
【００５７】
これにより、１／２周期分の待ち時間を生じることなく位相差の検出を行うことができ、検出速度が大幅に高速化する。
【００５８】
また、本発明では、検出信号Ｓ１とＳ２との振幅が異なる場合であっても位相差の検出が可能になっている。このために、検出信号Ｓ１とＳ２とのそれぞれについて、振幅に対して同じ係数を乗じた閾値により比較を行っている。振幅が異なることにより、検出信号Ｓ１とＳ２との波形の差分が変化するが、振幅に応じて同じ係数を乗じた閾値により比較を行っていることから、２つの信号の振幅の違いによる影響は排除される。
【００５９】
以上は、検出信号Ｓ１とＳ２とに電源ノイズ等の微小周期ノイズが重畳されていない場合を説明した。閾値を発生させるための係数を何れに設定するにせよ、常に同じ位相差ΔＰを検出することができる。例えば、演算結果Ｒ１からＲ３の何れを用いたとしても必ず同じ位相差ΔＰが検出される。つまり、任意の１つの係数を用いて（１箇所の時間差のみで）高速且つ正確に位相差ΔＰを検出できる。
【００６０】
一方、検出信号Ｓ１とＳ２とのうち何れか一方または両方に微小周期ノイズが重畳される場合には、演算結果Ｒ１〜Ｒ３にばらつきを生じる。図３（ａ）〜（ｃ）は検出信号Ｓ１の波形に微小周期ノイズ（少なくとも検出信号Ｓ１、Ｓ２よりも周期の短いノイズ）が重畳されている例を示している。微小周期ノイズが重畳されると、波形と閾値との交差箇所が変化する。図３（ａ）では本来的な時刻よりも遅い時刻で閾値よりも波形が大きくなり、図３（ｂ）では本来的な時刻よりも早い時刻で閾値よりも波形が大きくなる。
【００６１】
従って、係数γを乗じた場合の演算結果Ｒ３の位相差ΔＰ３は変化がないが、係数αを乗じた場合の演算結果Ｒ１の位相差ΔＰ１はΔＰ３よりも大きくなり、係数βを乗じた場合の演算結果Ｒ２の位相差ΔＰ２はΔＰ３よりも小さくなる。
【００６２】
そこで、本発明では、演算結果Ｒ１〜Ｒ３の平均を平均化部２４で求め、求めた平均値を位相差ΔＰとしている。このように、Ｎ（Ｎは２以上の自然数：ここではＮ＝３）個のサンプル（演算結果Ｒ１〜Ｒ３）を取得して、その平均値を取ることで、検出結果の正確性を向上させることができる。Ｎ個のサンプルを取得した場合における精度誤差は１／√Ｎにすることができる。ここでは、Ｎ＝３であるため、１個のサンプルを取得した場合に比べて、精度誤差を１／√３＝約５７％にすることができる。
【００６３】
従って、本発明では、同じ係数を検出信号Ｓ１とＳ２との振幅に乗じた閾値により比較して演算結果を生成し、複数の演算結果を取得して平均化していることから、微小周期ノイズが波形に重畳されていたとしても、高精度に位相差の検出を行うことができる。
【００６４】
ここで、複数のサンプルを取得して位相差の検出を行う場合には、１つの演算結果だけでなく複数の演算結果を検出する必要がある。つまり、全ての演算結果が揃うまで位相差の検出は行うことができない。この点、サンプルを取得する範囲を無制限に許容する場合には、背景技術で説明した１／２周期或いはそれ以上の待ち時間を要する場合がある。
【００６５】
そこで、本発明では、１つの波形の１／２周期よりも前までに全てのサンプルを取得するように係数を設定することが望ましい。例えば、１／４周期が経過する間に全てのサンプルを取得するように係数を設定するようにする。図２および図３では、１／４周期が経過するまでの間に３つのサンプルを取得して、その平均を求めている。このように、サンプルを取得する範囲を限定することで、位相差検出の高速化を図ることができ、且つ微小周期ノイズの影響を排除することが可能になる。
【００６６】
また、Ｎ個のサンプルを取得する場合に、各サンプル（演算結果）の間の時間はできるだけ等しくするようにことが望ましい。サンプルの取得に偏りがあると、位相差検出の精度が低下するからである。例えば、前記の範囲を限定した場合には、当該範囲をサンプルの個数分で均等に分割するように係数を設定することが望ましい。
【００６７】
また、サンプルの個数（Ｎ）を大きくすることにより、精度誤差を少なくすることができ、これにより位相差検出の精度向上を図ることができる。ただし、排他的論理和回路はＮ個、コンパレータは２×Ｎ個が必要になるため、回路が複雑化且つ大規模化する。よって、回路構成と検出精度との両者を考慮してＮを設定することが望ましい。なお、前述したように、微小周期ノイズが重畳されていない場合には、複数のサンプルを取得して平均化する必要がない。この場合には、平均化部２４は不要な構成になる。
【符号の説明】
【００６８】
１    コリオリ質量流量計        ２    振動センサ部
３    位相差信号生成部        １１    上流側振動センサ
１２    下流側振動センサ        ２１    上流側信号処理部
２２    下流側信号処理部        ２３    演算部
２４    平均化部            ３２、４２    最大値検出部
３３、４３    最小値検出部        ３４、４４    閾値発生部
３５、３６、３７、４５、４６、４７    コンパレータ
５１、５２、５３    排他的論理和回路
【図１】
2011169625.tif 000003
【図２】
2011169625.tif 000004
【図３】
2011169625.tif 000005