(57)【要約】【課題】ノイズ周波数が変化しやすい場合であっても、フィルタリングに必要な回路の規模を増大させることなく、簡単にかつ適切にノイズ除去できるフィルタリング技術を提供する。【解決手段】重量測定装置のフィルタ係数演算部６は、所定の演算式を用いてフィルタ係数を求めて信号処理部５へ出力する。信号処理部５はそのフィルタ係数を用いて、計量信号Ｄｓに対してフィルタリングを実行する。上記演算式は、部分的に減衰量を大きくすべき減衰帯域の帯域位置を指定するパラメータを含んでおり、ユーザーはデータ入力部７を介して、その値を入力することができる。このように、減衰帯域の帯域位置という物理的意味が把握しやすいパラメータを用いてフィルタ係数を変更できるようになっているため、簡単に減衰帯域を変更することができ、その結果、簡単にかつ適切にノイズ除去できる。【選択図】        図１
2004150883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計量物の重量を検出して得た信号をデジタル化した計量信号のフィルタリングを、可変のフィルタ係数を用いて実行する信号処理部と、
所定の演算式を用いて前記フィルタ係数を求めて前記信号処理部に出力するフィルタ係数演算部と
を備え、
前記演算式は、前記フィルタリングの振幅特性の阻止域において減衰量を部分的に大きくすべき減衰帯域の帯域位置を指定するパラメータを含み、
前記フィルタ係数演算部が、入力される前記パラメータの値を前記演算式に代入して前記フィルタ係数を変更することによって、前記減衰帯域の帯域位置を前記パラメータで指定される帯域位置へと変更可能であることを特徴とする重量測定装置。
【請求項２】
前記演算式は、基準フィルタ係数少なくとも３つの系列に基づく近似式であって、
前記基準フィルタ係数の少なくとも３つの系列は、３以上の基準帯域位置のそれぞれにおける前記フィルタリングの理想振幅特性に対応しており、
前記３以上の基準帯域位置のうちの最小の基準帯域位置から最大の基準帯域位置までの周波数範囲内で、前記減衰帯域の帯域位置が前記パラメータによって指定可能とされていることを特徴とする、請求項１に記載の重量測定装置。
【請求項３】
前記パラメータに関して、前記重量測定装置の外部からの値の入力を受け付けるデータ入力部を更に備え、
前記データ入力部は、受け付けた前記パラメータの値を前記フィルタ係数演算部に出力することを特徴とする、請求項１及び請求項２のいずれか一つに記載の重量測定装置。
【請求項４】
前記演算式は前記パラメータについての多項式で表現されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の重量測定装置。
【請求項５】
前記信号処理部は、前記フィルタリングを、有限インパルス応答（ＦＩＲ）型のディジタルフィルタで実行することを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の重量測定装置。
【請求項６】
重量測定装置で採用されるノイズ除去方法であって、
（ａ）所定の演算式を用いてフィルタ係数を求める工程と、
（ｂ）被計量物の重量を検出して得た信号をデジタル化した計量信号のフィルタリングを、前記工程（ａ）で求められた前記フィルタ係数を用いて実行する工程と
を備え、
前記演算式は、前記フィルタリングの振幅特性の阻止域において減衰量を部分的に大きくすべき減衰帯域の帯域位置を指定するパラメータを含み、
前記工程（ａ）は、
（ａ−１）前記パラメータの値を前記演算式に代入して前記フィルタ係数を変更する工程を含み、
前記工程（ａ−１）を実行することによって、前記減衰帯域の帯域位置が前記パラメータで指定される帯域位置へと変更されることを特徴とするノイズ除去方法。
【請求項７】
前記演算式は、基準フィルタ係数の少なくとも３つの系列に基づく近似式であって、
前記基準フィルタ係数の少なくとも３つの系列は、３以上の基準帯域位置のそれぞれにおける前記フィルタリングの理想振幅特性に対応しており、
前記３以上の基準帯域位置のうちの最小の基準帯域位置から最大の基準帯域位置までの周波数範囲内で、前記減衰帯域の帯域位置が前記パラメータによって指定されることを特徴とする、請求項６に記載のノイズ除去方法。
【請求項８】
（ｃ）前記重量測定装置の外部から、前記パラメータの値の入力を受け付ける工程を更に備え、
前記工程（ａ−１）において、前記工程（ｃ）で受け付けられた前記パラメータの値を前記演算式に代入することを特徴とする、請求項６及び請求項７のいずれか一つに記載のノイズ除去方法。
【請求項９】
振幅特性の阻止域において減衰量を部分的に大きくすべき減衰帯域の帯域位置が可変のディジタルフィルタの設計方法であって、
（ａ）前記ディジタルフィルタの理想振幅特性から、基準フィルタ係数の複数の系列を求める工程と、
（ｂ）前記基準フィルタ係数の複数の系列に基づいて、前記ディジタルフィルタのフィルタ係数を、前記減衰帯域の帯域位置を指定するパラメータを含む所定の演算式で近似する工程と、
（ｃ）前記演算式を用いて前記フィルタ係数を求める工程と
を備え、
前記工程（ｃ）は、
（ｃ−１）前記パラメータの値を前記演算式に代入して前記フィルタ係数を変更する工程を含み、
前記工程（ｃ−１）を実行することによって、前記減衰帯域の帯域位置が前記パラメータで指定される帯域位置へと変更されることを特徴とするディジタルフィルタの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタルフィルタによるフィルタリング技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物品重量を測定する重量測定装置では、歪みゲージ式のロードセルやフォースバランスなどの重量センサーが使用される。この重量センサーは、物品重量と風袋重量との和の重量の影響を受ける固有振動数をもつ。この固有振動数を含む帯域の外部振動が計量系に作用したとき、その外部振動はその固有振動数付近で増幅され、振動ノイズとなって、重量センサーから出力される計量信号中に出現する。以後、この振動ノイズを、「固有振動ノイズ」と呼ぶ。
【０００３】
また、搬送系の荷重測定を行う場合には、例えば、ベルトコンベヤーを駆動するモーターや搬送ローラなどの回転系振動に起因するノイズや、商用電源などに起因する電気的なノイズなどが、振動ノイズとして計量信号に重畳されている。
【０００４】
近年の重量測定装置では、計量信号に含まれる上記振動ノイズの除去のために、経年変化や周辺環境などの影響を受け難く、フィルタ特性を比較的容易に変更できるディジタルフィルタが採用されており、その中でも、特に安定性に優れた有限インパルス応答（ＦＩＲ）型のフィルタ（ＦＩＲフィルタ）が好まれて使用される。
【０００５】
上述のように、重量センサーの固有振動数は物品重量及び風袋重量の影響を受けるため、物品重量あるいは風袋重量が変化した場合には、固有振動ノイズの周波数も変化する。以前では、コンベヤー等の風袋重量が支配的であったため、物品重量の変化による固有振動ノイズの周波数変化を無視することができたが、近年、軽い物品を高精度に重量測定したいという要請から、風袋重量が軽くなり、かかる周波数変化を無視することができなくなってきた。また、モーターや搬送ローラなどに起因する振動ノイズの周波数は、搬送系の仕様、例えば搬送速度などによって変化する。そのため、被計量物の種類や大きさなど、または搬送系の仕様変更によって振動ノイズの周波数が変化した場合であっても、かかる振動ノイズを確実に除去することが可能なディジタルフィルタが望まれる。
【０００６】
そこで従来では、多段の移動平均フィルタで構成されたディジタルフィルタを採用して、計量信号中の振動ノイズを確実に除去する技術が下記特許文献１に提案されている。
【０００７】
特許文献１で開示されている技術は、各移動平均フィルタの移動平均数を互いに異ならせることによって、振動ノイズが変化するであろう周波数範囲内に複数のノッチを設けて、振動ノイズを確実に除去する手法である。
【０００８】
なお、ＦＩＲフィルタの設計方法として、逐次射影法を用いる技術が下記の非特許文献１に記載されている。
【０００９】
【特許文献１】
特公平６−２１８１４号公報
【非特許文献１】
相川  直幸、外２名，「データ伝送のためのＦＩＲ送信・受信フィルタの設計」，電子情報通信学会論文誌，１９９６年３月，Ｖｏｌ．Ｊ７９−Ａ  Ｎｏ．３，ｐ．６０８−６１５
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１の手法では、ディジタルフィルタの設計段階で、振動ノイズが変化するであろう周波数範囲を想定し、かかる周波数範囲に応じて移動平均フィルタの段数を決定している。そのため、ディジタルフィルタ設計後の仕様の追加などによって、振動ノイズが、予め想定していた周波数範囲からずれるような場合には、ディジタルフィルタを最初から設計し直す必要があった。
【００１１】
また、重量測定装置での仕様の追加などを予め考慮してディジタルフィルタを設計する場合には、多くの段数の移動平均フィルタを事前に用意する必要があり、ディジタルフィルタの回路規模が増大する。
【００１２】
また、特許文献１とは異なる手法として、異なる減衰特性を示すフィルタ係数を予め複数記憶しておき、仕様変更などにより振動ノイズの周波数が変化するたびに、かかる周波数に対応したフィルタ係数を呼び出して使用する手法が提案されている。しかし、このような場合であっても、広い周波数範囲の振動ノイズを確実に除去するためには、多くのフィルタ係数を事前に記憶しておく必要があり、フィルタ係数を記憶するメモリの回路規模が増大する。
【００１３】
そこで本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、ノイズ周波数が変化しやすい場合であっても、フィルタリングに必要な回路の規模を増大させることなく、簡単にかつ適切にノイズ除去できるフィルタリング技術を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、被計量物の重量を検出して得た信号をデジタル化した計量信号のフィルタリングを、可変のフィルタ係数を用いて実行する信号処理部と、所定の演算式を用いて前記フィルタ係数を求めて前記信号処理部に出力するフィルタ係数演算部とを備え、前記演算式は、前記フィルタリングの振幅特性の阻止域において減衰量を部分的に大きくすべき減衰帯域の帯域位置を指定するパラメータを含み、前記フィルタ係数演算部が、入力される前記パラメータの値を前記演算式に代入して前記フィルタ係数を変更することによって、前記減衰帯域の帯域位置を前記パラメータで指定される帯域位置へと変更可能であることを特徴とする重量測定装置である。
【００１５】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の重量測定装置であって、前記演算式は、基準フィルタ係数の少なくとも３つの系列に基づく近似式であって、前記基準フィルタ係数の少なくとも３つの系列は、３以上の基準帯域位置のそれぞれにおける前記フィルタリングの理想振幅特性に対応しており、前記３以上の基準帯域位置のうちの最小の基準帯域位置から最大の基準帯域位置までの周波数範囲内で、前記減衰帯域の帯域位置が前記パラメータによって指定可能とされていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項３の発明は、請求項１及び請求項２のいずれか一つに記載の重量測定装置であって、前記パラメータに関して、前記重量測定装置の外部からの値の入力を受け付けるデータ入力部を更に備え、前記データ入力部は、受け付けた前記パラメータの値を前記フィルタ係数演算部に出力することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の重量測定装置であって、前記演算式は前記パラメータについての多項式で表現されていることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の重量測定装置であって、前記信号処理部は、前記フィルタリングを、有限インパルス応答（ＦＩＲ）型のディジタルフィルタで実行することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項６の発明は、重量測定装置で採用されるノイズ除去方法であって、（ａ）所定の演算式を用いてフィルタ係数を求める工程と、（ｂ）被計量物の重量を検出して得た信号をデジタル化した計量信号のフィルタリングを、前記工程（ａ）で求められた前記フィルタ係数を用いて実行する工程とを備え、前記演算式は、前記フィルタリングの振幅特性の阻止域において減衰量を部分的に大きくすべき減衰帯域の帯域位置を指定するパラメータを含み、前記工程（ａ）は、（ａ−１）前記パラメータの値を前記演算式に代入して前記フィルタ係数を変更する工程を含み、前記工程（ａ−１）を実行することによって、前記減衰帯域の帯域位置が前記パラメータで指定される帯域位置へと変更されることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項７の発明は、請求項６に記載のノイズ除去方法であって、前記演算式は、基準フィルタ係数の少なくとも３つの系列に基づく近似式であって、前記基準フィルタ係数の少なくとも３つの系列は、３以上の基準帯域位置のそれぞれにおける前記フィルタリングの理想振幅特性に対応しており、前記３以上の基準帯域位置のうちの最小の基準帯域位置から最大の基準帯域位置までの周波数範囲内で、前記減衰帯域の帯域位置が前記パラメータによって指定されることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項８の発明は、請求項６及び請求項７のいずれか一つに記載のノイズ除去方法であって、（ｃ）前記重量測定装置の外部から、前記パラメータの値の入力を受け付ける工程を更に備え、前記工程（ａ−１）において、前記工程（ｃ）で受け付けられた前記パラメータの値を前記演算式に代入することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項９の発明は、振幅特性の阻止域において減衰量を部分的に大きくすべき減衰帯域の帯域位置が可変のディジタルフィルタの設計方法であって、（ａ）前記ディジタルフィルタの理想振幅特性から、基準フィルタ係数の複数の系列を求める工程と、（ｂ）前記基準フィルタ係数の複数の系列に基づいて、前記ディジタルフィルタのフィルタ係数を、前記減衰帯域の帯域位置を指定するパラメータを含む所定の演算式で近似する工程と、（ｃ）前記演算式を用いて前記フィルタ係数を求める工程とを備え、前記工程（ｃ）は、（ｃ−１）前記パラメータの値を前記演算式に代入して前記フィルタ係数を変更する工程を含み、前記工程（ｃ−１）を実行することによって、前記減衰帯域の帯域位置が前記パラメータで指定される帯域位置へと変更されることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る重量測定装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態に係る重量測定装置は、歪みゲージ式のロードセルやフォースバランスなどの重量センサー１と、アンプ２と、アナログフィルタ３と、Ａ／Ｄ変換器（以後「ＡＤＣ」と呼ぶ）４と、信号処理部５と、フィルタ係数演算部６と、データ入力部７と、係数記憶部８とを備えている。
【００２４】
重量センサー１は、計量系から受けた被計量物の重量を検出して、その結果を測定信号ｍｓとしてアンプ２に出力する。アンプ２は、入力された測定信号ｍｓを増幅して増幅信号ＭＳとしてアナログフィルタ３に出力する。アナログフィルタ３は、その増幅信号ＭＳから不要な高域成分を除去してアナログ信号Ａｓとして出力する。ＡＤＣ４は、アナログフィルタ３から出力されるアナログ信号Ａｓに対して所定のサンプリング周期でサンプリングし、所定の量子化ビット数で量子化したテジタル信号を計量信号Ｄｓとして信号処理部５に出力する。
【００２５】
信号処理部５は、ＦＩＲフィルタを用いて、入力された計量信号Ｄｓをフィルタリングし、その結果を信号Ｘｓとして図示しないマイクロコンピュータに出力する。そして、マイクロコンピュータが信号Ｘｓに基づいて被計量物の重量を計算し、図示しない表示部に表示する。なお、一般に２Ｎ次のＦＩＲフィルタの周波数応答Ｈ（ｅｊω）は以下の式（１）で示される。
【００２６】
【数１】
2004150883.tif 000003
【００２７】
ただし、ａｉ（ｉ＝０，１，２，・・・，Ｎ）はフィルタ係数である。また、ωは正規化角周波数であって、フィルタリング時のデータのサンプリング周波数で正規化した角周波数である。本実施の形態で言えば、信号処理部５でのフィルタリング時のデータのサンプリング周波数で正規化した角周波数である。以後「正規化角周波数」と言えば、このようにサンプリング周波数で正規化した角周波数を意味するものとする。
【００２８】
図２は、信号処理部５でのフィルタリングの振幅特性の一例を示す図である。図２に示されるように、信号処理部５で用いられるＦＩＲフィルタはローパスフィルタであって、その振幅特性の阻止域において、部分的に減衰量が大きい減衰帯域９が存在する。そして、本実施の形態に係る重量測定装置は、この減衰帯域９の帯域位置を変更できる機能を備えている。つまり、減衰帯域９の位置を周波数の高い方へ移動させたり、低い方へ移動させたりできる機能を備えている。なお、以後単に「減衰帯域」と言えば、図２に示される減衰帯域９のように、阻止域において部分的に減衰量を大きくすべき減衰帯域を意味するものとする。
【００２９】
フィルタ係数演算部６は、上記式（１）中のフィルタ係数ａｉの系列｛ａｉ｝を以下の演算式（２）を用いて求めて、信号処理部５へ出力する。
【００３０】
【数２】
2004150883.tif 000004
【００３１】
ただし、ｇｉ，ｊ（ｊ＝０，１，２，・・・，Ｍ）は係数である。またｘは、減衰帯域の帯域位置を指定するパラメータであって、代入される値は、減衰帯域の帯域位置に対応している。式（２）に示されるように、フィルタ係数ａｉはパラメータｘについての多項式で表現されている。ここで、式（２）を式（１）に代入すると、周波数応答Ｈ（ｅｊω）は以下の式で表される。
【００３２】
【数３】
2004150883.tif 000005
【００３３】
係数記憶部８は、例えばＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）であって、係数ｇｉ，ｊの値を予め記憶している。そして、この係数ｇｉ，ｊの値はフィルタ係数演算部６によって係数記憶部８から読み出される。
【００３４】
データ入力部７は、例えばキーボードであって、ユーザーによる重量測定装置の外部からのパラメータｘの値の入力を受け付ける。そして、受け付けたパラメータｘの値をフィルタ係数演算部６に出力する。
【００３５】
次に、本実施の形態に係る重量測定装置における被計量物の重量測定動作について図３を参照して説明する。
【００３６】
図３に示されるように、ステップｓ１において重量測定装置に電源が投入されると、ステップｓ２において、フィルタ係数演算部６は係数記憶部８から係数ｇｉ，ｊの値を読み出す。そしてフィルタ係数演算部６は、予め内部に記憶しているパラメータｘの初期値を読み出す。
【００３７】
次にステップｓ３において、フィルタ係数演算部６は、係数ｇｉ，ｊ及びパラメータｘの値を式（２）に代入してフィルタ係数の１つの系列｛ａｉ｝を求め、信号処理部５へ出力する。これにより、信号処理部５でのフィルタ特性における減衰帯域の帯域位置が、パラメータｘで指定される初期位置に設定される。なおこのとき、フィルタ係数ａｉの演算式（２）は多項式で表現されているため、迅速にフィルタ係数ａｉを求めることができる。
【００３８】
次にステップｓ４において、信号処理部５はステップｓ３で求められたフィルタ係数の系列｛ａｉ｝を用いて、計量信号Ｄｓに対してフィルタリングを実行する。そして、その結果を信号Ｘｓとしてマイクロコンピュータに出力し、当該マイクロコンピュータが被計量物の重量をＣＲＴなどの表示部に表示する。
【００３９】
次にステップｓ５において、データ入力部７は、重量測定装置のユーザーによってパラメータｘの値が入力されると、その値をフィルタ係数演算部６に出力する。
【００４０】
上述のように、被計量物の種類の変更などによって重量センサー１の固有振動数が変化し、計量信号Ｄｓに含まれる固有振動ノイズの周波数が変化するため、かかる固有振動ノイズを確実に除去するために、ユーザーは、変化後の固有振動数を含む帯域位置を示すパラメータｘの値を入力する。例えば、被計量物の種類ごとに重量センサー１の固有振動数の情報を予め準備しておき、被計量物の種類を変更する際に、ユーザーはこの情報を参照して、パラメータｘの値をデータ入力部７に入力する。
【００４１】
なおここでは、パラメータｘの値をデータ入力するように構成しているが、例えば重量チェッカーのような計量装置ではコンベア速度が決まれば減衰させたい周波数が決定するので、自動的にパラメータｘを設定するように構成してもよい。また、測定信号の振動波形のＦＦＴ等によって周波数解析を行い、最も振幅の大きいところを検出して自動的にパラメータｘを設定するという構成にしてもよい。
【００４２】
次にステップｓ６において、フィルタ係数演算部６は、受け取ったパラメータｘの値を式（２）に代入してフィルタ係数の系列｛ａｉ｝を変更し、信号処理部５へ出力する。これにより、信号処理部５でのフィルタ特性における減衰帯域の帯域位置が、パラメータｘで指定される帯域位置へと変更される。そして、ステップｓ７において、信号処理部５はステップｓ６で変更されたフィルタ係数の系列｛ａｉ｝を用いてフィルタリングを実行し、その結果を信号Ｘｓとして出力する。
【００４３】
ユーザーは、減衰帯域の帯域位置を再度変更する必要がある場合には、データ入力部７にパラメータｘの新たな値を入力する。そして、ステップｓ６，ｓ７が実行されて、減衰帯域の帯域位置はパラメータｘで指定される帯域位置に変更される。
【００４４】
このように、本実施の形態に係る重量測定装置では、減衰帯域の帯域位置という物理的意味が把握しやすいパラメータｘを用いてフィルタ係数ａｉを変更できるようになっている。そのため、重量センサー１の固有振動数の変化等によって、信号処理部５での減衰すべき周波数が変わった際にも、新たな減衰対象周波数の情報を参照して簡単に減衰帯域を変更することが可能となる。従って、変化しやすい計量信号Ｄｓのノイズ周波数を、簡単にかつ適切にフィルタリングできる。
【００４５】
更に、式（２）に示されるように、フィルタ係数ａｉは所定の演算式で表現されているため、特許文献１に記載の従来技術のように多段のフィルタを準備したり、異なる特性を示すフィルタ係数を予め記憶しておく必要がない。従って、フィルタリングに必要な回路の規模を低減することができ、ローコストの重量測定装置をユーザーに提供できる。
【００４６】
次に、係数ｇｉ，ｊの値の決定方法について説明する。まず、減衰帯域の帯域位置が可変のＦＩＲフィルタについて、以下の理想振幅特性Ｍ（ｅｊω，ψ）と重み関数Ｗ（ｅｊω，ψ）とを考える。
【００４７】
【数４】
2004150883.tif 000006
【００４８】
ただし、ωｐは通過域正規化角周波数、ωｓは阻止域端正規化角周波数、ｗは減衰帯域の帯域幅、ψは減衰帯域の帯域位置をコントロールするパラメータであって、ωｓ＜ψ＜π−ｗである。
【００４９】
本実施の形態では、上述の式（４）にも示されるように、理想振幅特性における減衰帯域は、角周波数ψ〜（ψ＋ｗ）までの周波数範囲にわたって存在し、パラメータψの値によって、その帯域位置が特定される。ここで、理想振幅特性における減衰帯域の帯域位置を「基準帯域位置」と呼ぶ。
【００５０】
次に、パラメータψに代入される値ψｋ（ｋ＝０，１，２，・・・，Ｋ）のそれぞれについて最適フィルタを設計する。なお値ψｋは、ｋの値が大きいほど大きい値を示す。本実施の形態では、逐次射影法を用いて最適フィルタを設計する。以下に具体的に説明する。
【００５１】
各値ψｋにおけるフィルタ係数ａｉをａｉ，ｋとすると、各値ψｋにおけるディジタルフィルタの周波数応答Ｈ（ｅｊω，ψｋ）は以下の式（６）で示される。
【００５２】
【数５】
2004150883.tif 000007
【００５３】
そして、フィルタ係数ａｉ，ｋを逐次射影法で求めるために、ｎ回目の繰り返し誤差ｅ（ω）を以下の式（７）で表す。
【００５４】
【数６】
2004150883.tif 000008
【００５５】
ただし、Ｍ（ω）は理想振幅特性Ｍ（ｅｊω，ψ）である。なお、フィルタ係数ａｉ，ｋの右肩のｎは単に繰り返し数を示すものであり、指数を示すものではない。
【００５６】
ここで、最も仕様を満たさない点をωＭ、理想振幅特性からの許容誤差をλ（ω）とすると、以下の式が成立する。
【００５７】
【数７】
2004150883.tif 000009
【００５８】
重み関数Ｗ（ｅｊω，ψ）＝１のときの許容誤差をδとして、λ（ω）を以下の式（９）で表す。
【００５９】
【数８】
2004150883.tif 000010
【００６０】
ただし、Ｗ（ω）は重み関数Ｗ（ｅｊω，ψ）である。
【００６１】
式（９）及び上述の式（５）に示されるように、最適フィルタを設計する際に採用される、理想振幅特性の減衰帯域における許容誤差は、重み関数によって、他の帯域における許容誤差の１／１０倍に設定される。
【００６２】
そして、逐次射影法における係数更新に、以下の式（１０）を使用する。
【００６３】
【数９】
2004150883.tif 000011
【００６４】
ただし、ｅＭはｅ（ωＭ）である。
【００６５】
この式（１０）を用いて、収束するまで、すなわちｅＭ≦λ（ωＭ）となるまでフィルタ係数の更新を繰り返して、最適なフィルタ係数ａｉ，ｋを求める。
【００６６】
このようにして、パラメータψに値ψ０，ψ１，・・・，ψＫを代入した際の理想振幅特性と重み関数とから、フィルタ係数ａｉ，ｋのＫ個の系列｛ａｉ，０｝，｛ａｉ，１｝，・・・，｛ａｉ，Ｋ｝をそれぞれ求める。ここで、理想振幅特性と重み関数とから求められた最適なフィルタ係数ａｉ，ｋを、基準フィルタ係数ａｉ，ｋ’（ｋ＝０，１，２，・・・，Ｋ）とする。
【００６７】
次に、式（２）中のＭ次多項式ｂｉ（ｘ）で、基準フィルタ係数ａｉ，ｋ’を最小二乗的に近似を行って、係数ｇｉ，ｊの値を決定する。
【００６８】
そこで、まずパラメータｘに値ψｋを代入したときのｂ０（ψｋ）と、基準フィルタ係数ａ０，ｋ’について考えると、
【００６９】
【数１０】
2004150883.tif 000012
【００７０】
が最小となるベクトルＢ０＝［ｇ０，０  ｇ０，１  ・・・  ｇ０，Ｍ］Ｔを求めることが統計学的に好ましい性質を持つことが知られている。具体的な計算方法としては、以下の式（１２）で与えられる極大極小の条件を連立方程式として、ｇ０，０，ｇ０，１，・・・，ｇ０，Ｍについて解く。
【００７１】
【数１１】
2004150883.tif 000013
【００７２】
そして、式（１２）を正規方程式で表現すると以下のようになる。
【００７３】
【数１２】
2004150883.tif 000014
【００７４】
式（１２）の行列Ｘは値ψｋから求まり、ベクトルＡ０，ｋは逐次射影法で求めた基準フィルタ係数ａｉ，ｋ’から求まるため、左辺の（ＸＴＸ）及び右辺の（ＸＴＡ０，ｋ）を求めることができる。従って、ベクトルＢ０を求めることができる。
【００７５】
同様の手順で、ｂ１（ψｋ）と基準フィルタ係数ａ１，ｋ’，ｂ２（ψｋ）と基準フィルタ係数ａ２，ｋ’，・・・，ｂＮ（ψｋ）と基準フィルタ係数ａＮ，ｋ’について考えて、ベクトルＢｉ＝［ｇｉ，０  ｇｉ，１  ・・・  ｇｉ，Ｍ］Ｔを求める。
【００７６】
本実施の形態では、このようにして求められた値を、式（２）中の係数ｇｉ，ｊの値として採用することによって、パラメータｘによる減衰帯域の帯域位置の指定が可能となる。
【００７７】
また本実施の形態では、理想振幅特性を式（４）のように定義した場合、ユーザーが入力することができるパラメータｘの値の範囲は、ψ０≦ｘ≦ψＫとする。例えば、ユーザーがデータ入力部７に対して、パラメータｘの値として値ψ０を入力すると、減衰帯域について、周波数ψ０〜（ψ０＋ｗ）までで規定される帯域位置が指定される。また、ユーザーが値ψＫを入力すると、周波数ψＫ〜（ψＫ＋ｗ）までで規定される帯域位置が指定される。
【００７８】
このように、パラメータｘによって、ψ＝ψ０における理想振幅特性の基準帯域位置から、ψ＝ψＫにおける理想振幅特性の基準帯域位置までの周波数範囲内で、ユーザーは減衰帯域の帯域位置を指定することができる。そして、パラメータｘの値と、減衰帯域の帯域位置との対応表を予め準備することによって、ユーザーは簡単に希望の帯域位置を指定することができる。
【００７９】
なお上述のように、重み関数Ｗ（ｅｊω，ψ）は、最適フィルタを設計する際に使用される許容誤差の各周波数領域における重みを決定しているため、信号処理部５でのフィルタ特性における減衰帯域の減衰量は、この重み関数Ｗ（ｅｊω，ψ）のψ≦｜ω｜≦ψ＋ｗの値によって指定される。本実施の形態では、式（５）に示されるように、信号処理部５での減衰帯域の減衰量は、阻止域の他の帯域での減衰量の１０倍に設定されている。
【００８０】
次に、係数ｇｉ，ｊに具体的数値を代入して、パラメータｘの値によって減衰帯域の帯域位置が周波数軸上を具体的にどのように変化するかについて説明する。
【００８１】
そこで、一例として以下の条件を考える。
【００８２】
【数１３】
2004150883.tif 000015
【００８３】
また、０．３π≦ψ≦０．４πを考え、その間を１１等分に離散化した値を値ψｋ（ｋ＝０，１，・・・，１０）とする。つまり、ψ０＝０．３π，ψ１＝０．３１π，ψ２＝０．３２π，・・・，ψ１０＝０．４πとする。従って、パラメータｘに代入可能な値の範囲は、０．３π≦ｘ≦０．４πとなる。
【００８４】
図４〜８は、上述の条件で求められた基準フィルタ係数ａｉ，ｋ’をもつ最適フィルタの振幅特性を示す図であって、それぞれψ＝ψ０，ψ２，ψ５，ψ８，ψ１０のときの振幅特性を示している。なお図中の実線１０は、各図の振幅特性が対応する理想振幅特性の基準帯域位置（周波数ψ〜ψ＋ｗ）を示している。
【００８５】
図４〜８を参照すると、最適フィルタにおける減衰帯域９の帯域位置がパラメータψの値によって変化すること、また、減衰帯域９以外の阻止域では等リップル特性になっていることが理解できる。
【００８６】
次に、上述の条件で求められた基準フィルタ係数ａｉ，ｋ’を、Ｍ＝５、すなわち５次の多項式で近似し、係数ｇｉ，ｊの値を決定する。図９はこのときの係数ｇｉ，ｊの値を示している。
【００８７】
図１０〜１３は、式（２）の係数ｇｉ，ｊに図９に示す値を採用した際に信号処理部５で実行されるフィルタリングの振幅特性を示す図である。図１０は、パラメータｘに値ψ０，ψ１，・・・，ψ１０を代入したときの特性を示しており、図１１〜１３は、それぞれパラメータｘに０．３０５π，０．３５５π，０．３９５πを代入したときの特性を示している。なお図中の実線１０は、図４〜８と同様に、各図の振幅特性が対応する理想振幅特性の基準帯域位置（周波数ψ〜ψ＋ｗ）を示している。
【００８８】
図１１に示されるように、パラメータｘに０．３０５πが代入されると、ほぼ周波数０．３０５π〜０．４０５πまでの周波数範囲（実線１０の示す範囲）の減衰量が大きくなる。また、図１２，１３に示されるように、パラメータｘに０．３５５πが代入されると、ほぼ周波数０．３５５π〜０．４５５πまでの周波数範囲の減衰量が大きくなり、パラメータｘに０．３９５πが代入されると、ほぼ周波数０．３９５π〜０．４９５πまでの周波数範囲の減衰量が大きくなる。
【００８９】
このように、図１１〜１３を参照すると、パラメータｘによって指定される帯域位置で、部分的に減衰量が大きくなっていることが理解できる。また、図１０〜１３を参照すると、減衰帯域９での減衰量が、阻止域における他の帯域の減衰量の約１０倍（２０ｄＢ）であることが理解できる。
【００９０】
図１４は、上述の条件で求められた基準フィルタ係数ａｉ，ｋ’をもつ最適フィルタの振幅特性における最大誤差と、図９に示す係数ｇｉ，ｊを有するＭ次多項式ｂｉ（ｘ）で近似されたフィルタ係数ａｉをもつフィルタ、つまり信号処理部５でのフィルタの振幅特性における最大誤差とを示す図である。なお、図中の周波数範囲▲１▼〜▲４▼は、それぞれ０≦｜ω｜≦ωｐ，ωｓ≦｜ω｜≦ψｋ，ψｋ≦｜ω｜≦ψｋ＋ｗ，ψｋ＋ｗ≦｜ω｜≦πを示している。
【００９１】
図１４に示されるように、基準フィルタ係数の系列｛ａｉ，ｋ’｝に基づく５次の多項式でフィルタ係数を近似すると、最適フィルタと信号処理部５でのフィルタとの最大誤差はほぼ同様の値を示す。
【００９２】
以上のように、本実施の形態に係る重量測定装置では、減衰帯域の帯域位置という物理的意味が把握しやすいパラメータｘを用いてフィルタ係数ａｉを変更できるようになっているため、簡単に減衰帯域の帯域位置を変更することができ、変化しやすい計量信号のノイズ周波数を、簡単にかつ適切にフィルタリングできる。
【００９３】
なお、係数ｇｉ，ｊを求める際のパラメータψに代入する値ψｋ（ｋ＝０，１，・・・，Ｋ）の個数は３つ以上、つまりＫ≧３の方が望ましい。理由は以下の通りである。
【００９４】
本発明では、周波数軸上に幅を有する減衰帯域をパラメ−タｘによって移動させるため、パラメータｘによって帯域位置として指定可能な周波数範囲（以後、単に「指定周波数範囲」と呼ぶ）の両端だけでなく、その中間部分でも、減衰帯域の帯域幅を所望の帯域幅（式（４）中の帯域幅ｗ）に近づけることが望まれる。
【００９５】
そこで、値ψｋの個数を３つ以上に設定すると、指定周波数範囲の両端での理想振幅特性、つまりψ＝ψ０のときの理想振幅特性及びψ＝ψＫのときの理想振幅特性だけでなく、中間的な帯域位置での理想振幅特性にも基づいて基準フィルタ係数の系列｛ａｉ，ｋ’｝を求めることになり、求めた系列｛ａｉ，ｋ’｝を用いて式（２）の係数ｇｉ，ｊの値を決定することになる。言い換えれば、値ψｋの個数を３つ以上に設定すると、指定周波数範囲の両端での理想振幅特性だけでなく、中間的な帯域位置での理想振幅特性に関する情報も利用してフィルタ係数の演算式（２）を導出することになる。そのため、指定周波数範囲の中間部分あたりでも、減衰帯域の帯域幅が理想特性である帯域幅ｗから大きく外れることがなくなる。
【００９６】
また本実施の形態では、重量測定装置に関する発明として説明したが、一般的なディジタルフィルタの設計方法に関する発明として上述の内容を捉えることができる。すなわち、減衰帯域の帯域位置が可変のディジタルフィルタを以下の方法で設計する。
【００９７】
まず、上述のように理想振幅特性から基準フィルタ係数ａｉ，ｋ’の複数の系列｛ａｉ，ｋ’｝を求める。そして、求めた系列｛ａｉ，ｋ’｝を用いて係数ｇｉ，ｊを決定し、ディジタルフィルタのフィルタ係数ａｉを上述の式（２）で近似する。そして、式（２）のパラメータｘに値を代入して、ディジタルフィルタのフィルタ係数ａｉの系列｛ａｉ｝を求める。
【００９８】
フィルタ特性における減衰帯域の帯域位置を変更したい場合には、パラメータｘの値を変更することによってフィルタ係数を変更する。これによって、減衰帯域の帯域位置がパラメータｘで指定される帯域位置へと変更される。
【００９９】
このようなディジタルフィルタの設計方法を採用することによって、簡単に減衰帯域を変更することが可能になる。従って、ノイズ周波数が変化しやすい場合であっても、簡単にかつ適切にノイズ除去できる。更に、フィルタ係数は演算式で表現されているため、特許文献１の従来技術のようにフィルタを多段で構成する必要がない。従って、ディジタルフィルタの回路規模を低減することができる。
【０１００】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１及び請求項６の発明によれば、減衰帯域の帯域位置という物理的意味が把握しやすいパラメータを用いてフィルタ係数を変更できるようになっているため、減衰すべき周波数が変わった際にも、新たな減衰対象周波数の情報を参照して簡単に減衰帯域を変更することが可能となる。従って、変化しやすい計量信号のノイズ周波数を、簡単にかつ適切にフィルタリングできる。更に、フィルタ係数は演算式で表現されているため、多段のフィルタを準備したり、異なる特性を示すフィルタ係数を予め記憶しておく必要がない。従って、フィルタリングに必要な回路の規模を低減することができ、ローコストの重量測定装置をユーザーに提供できる。
【０１０１】
また、請求項２及び請求項７の発明によれば、パラメータによって帯域位置として指定可能な周波数範囲の両端での理想振幅特性だけでなく、中間的な帯域位置での理想振幅特性に関する情報も利用してフィルタ係数の演算式を求めているため、上記周波数範囲の中間部分あたりで減衰帯域の帯域幅が理想特性から大きく外れることがない。
【０１０２】
また、請求項３及び請求項８の発明によれば、重量測定装置のユーザーが阻止域の減衰帯域を簡単に変更することができる。
【０１０３】
また、請求項４の発明によれば、フィルタ係数が多項式で表現されているため、迅速にフィルタ係数を求めることができる。
【０１０４】
また、請求項５の発明によれば、ＦＩＲ型のディジタルフィルタを用いることで動作安定性に優れたフィルタリングを実行できる。
【０１０５】
また、請求項９の発明によれば、減衰帯域の帯域位置という物理的に把握しやすいパラメータを用いてフィルタ係数を変更するため、減衰すべき周波数が変わった際にも、新たな減衰対象周波数の情報を参照して簡単に減衰帯域を変更することが可能となる。従って、ノイズ周波数が変化しやすい場合であっても、本発明の設計方法を採用することによって、簡単にかつ適切にノイズ除去できる。更に、フィルタ係数は演算式で表現されているため、フィルタを多段で構成する必要がない。従って、ディジタルフィルタの回路規模を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る重量測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る信号処理部でのフィルタリングの振幅特性を示す図である。
【図３】本実施の形態に係る重量測定装置での重量測定動作を示すフローチャートである。
【図４】最適フィルタの振幅特性を示す図である。
【図５】最適フィルタの振幅特性を示す図である。
【図６】最適フィルタの振幅特性を示す図である。
【図７】最適フィルタの振幅特性を示す図である。
【図８】最適フィルタの振幅特性を示す図である。
【図９】係数ｇｉ，ｊの値を示す図である。
【図１０】本実施の形態に係る信号処理部でのフィルタリングの振幅特性を示す図である。
【図１１】本実施の形態に係る信号処理部でのフィルタリングの振幅特性を示す図である。
【図１２】本実施の形態に係る信号処理部でのフィルタリングの振幅特性を示す図である。
【図１３】本実施の形態に係る信号処理部でのフィルタリングの振幅特性を示す図である。
【図１４】最適フィルタ及び本実施の形態に係る信号処理部のフィルタでの最大誤差を示す図である。
【符号の説明】
１  信号処理部
２  フィルタ係数演算部
３  データ入力部
９  減衰帯域
【図１】
2004150883.tif 000016
【図２】
2004150883.tif 000017
【図３】
2004150883.tif 000018
【図４】
2004150883.tif 000019
【図５】
2004150883.tif 000020
【図６】
2004150883.tif 000021
【図７】
2004150883.tif 000022
【図８】
2004150883.tif 000023
【図９】
2004150883.tif 000024
【図１０】
2004150883.tif 000025
【図１１】
2004150883.tif 000026
【図１２】
2004150883.tif 000027
【図１３】
2004150883.tif 000028
【図１４】
2004150883.tif 000029