(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサの出力信号に対するＡ／Ｄ変換処理で得られた時系列の信号を入力信号として受け、該入力信号に含まれる所定周波数（Ｆａ）より高い高域雑音成分を除去し、該高域雑音成分が除去された第１処理信号（Ｙ（ｋ））から前記所定周波数以下の低域雑音成分を除去して、前記入力信号の直流成分を求める信号処理方法であって、
前記低域雑音成分を除去する処理は、
前記第１処理信号に対する１８０度の移相処理を行う段階（Ｓ５）と、
前記移相処理で得られた信号（Ｙ（ｋ）′）に基づいて、該移相処理の前記所定周波数以下の低域振幅誤差を生じさせる時間応答係数（α）を求める段階（Ｓ６）と、
前記求めた時間応答係数に基づいて、前記移相処理された信号の前記所定周波数以下の振幅を補正し、前記第１処理信号に含まれる低域雑音成分を１８０゜移相した雑音信号（ＮＬ１（ｋ））を生成する段階（Ｓ７）と、
前記第１処理信号と前記雑音信号とを加算して、前記第１処理信号から前記所定周波数以下の低域雑音成分を除去した信号（Ｚ（ｋ））を求める段階（Ｓ８）とを含み、
さらに、前記移相処理は、
入力する処理信号から位相が９０゜異なる直交信号を生成し、該直交信号から瞬時位相と瞬時振幅を算出する段階（Ｓ１００）と、
算出された瞬時位相と瞬時振幅に基づいて前記入力する処理信号に対して１８０゜移相した信号を生成する段階（Ｓ１０１）とを含んでいることを特徴とする信号処理方法。
【請求項２】
センサの出力信号に対するＡ／Ｄ変換処理で得られた時系列の信号を入力信号として受け、該入力信号に含まれる所定周波数（Ｆａ）より高い高域雑音成分を除去し、該高域雑音成分が除去された第１処理信号（Ｙ（ｋ））から前記所定周波数以下の低域雑音成分を除去して、前記入力信号の直流成分を求める信号処理方法であって、
前記低域雑音成分を除去する処理は、
前記第１処理信号に対する１８０度の第１の移相処理を行う段階（Ｓ５）と、
前記第１の移相処理で得られた信号（Ｙ（ｋ）′）に基づいて、該第１の移相処理の前記所定周波数からそれより低い境界周波数（Ｆｂ）までの第１の周波数範囲の低域振幅誤差を生じさせる時間応答係数（α）を求める段階（Ｓ６）と、
前記求めた時間応答係数に基づいて、前記移相処理された信号の前記第１の周波数範囲の振幅を補正し、前記第１処理信号の前記第１の周波数範囲に含まれる低域雑音成分を１８０゜移相した第１の雑音信号（ＮＬ１（ｋ））を生成する段階（Ｓ７）と、
前記第１処理信号と前記第１の雑音信号とを加算して、前記第１処理信号から前記第１の周波数範囲の低域雑音成分を除去した第２処理信号（Ｚ（ｋ））を求める段階（Ｓ８）と、
前記第２処理信号に対する１８０度の第２の移相処理を行う段階（Ｓ１１）と、
前記第２の移相処理で得られた信号（Ｚ（ｋ）′）に対して、該第２の移相処理によって生じる前記境界周波数から下限周波数（Ｆｃ）までの第２の周波数範囲における周波数対振幅の誤差を補正して、前記第２処理信号の前記第２の周波数範囲に含まれる低域雑音成分を１８０度移相した第２の雑音信号（ＮＬ２（ｋ））を生成する段階（Ｓ１３）と、
前記第２処理信号と前記第２の雑音信号とを加算して、前記第２処理信号から前記第２の周波数範囲の低域雑音成分を除去した第３処理信号（Ｗ（ｋ））を求める段階（Ｓ１４）とを含み、
さらに、前記移相処理は、
入力する処理信号から位相が９０゜異なる直交信号を生成し、該直交信号から瞬時位相と瞬時振幅を算出する段階（Ｓ１００）と、
算出された瞬時位相と瞬時振幅に基づいて前記入力する処理信号に対して１８０゜移相した信号を生成する段階（Ｓ１０１）とを含むことを特徴とする信号処理方法。
【請求項３】
センサの出力信号に対するＡ／Ｄ変換処理で得られた時系列の信号を入力信号として受け、該入力信号に含まれる所定周波数（Ｆａ）より高い高域雑音成分を除去し、該高域雑音成分が除去された第１処理信号（Ｙ（ｋ））から前記所定周波数以下の低域雑音成分を除去して、前記入力信号の直流成分を求める信号処理方法であって、
前記低域雑音成分を除去する処理は、
前記第１処理信号に対する１８０度の第１の移相処理を行う段階（Ｓ５）と、
前記第１の移相処理で得られた信号（Ｙ（ｋ）′）に基づいて、該第１の移相処理の前記所定周波数からそれより低い境界周波数（Ｆｂ）までの第１の周波数範囲の低域振幅誤差を生じさせる時間応答係数（α）を求める段階（Ｓ６）と、
前記求めた時間応答係数に基づいて、前記移相処理された信号の前記第１の周波数範囲の振幅を補正し、前記第１処理信号の前記第１の周波数範囲に含まれる低域雑音成分を１８０゜移相した第１の雑音信号（ＮＬ１（ｋ））を生成する段階（Ｓ７）と、
前記第１処理信号と前記第１の雑音信号とを加算して、前記第１処理信号から前記第１の周波数範囲の低域雑音成分を除去した第２処理信号（Ｚ（ｋ））を求める段階（Ｓ８）と、
前記第２処理信号に対する１８０度の第２の移相処理を行う段階（Ｓ１１）と、
前記第２の移相処理で得られた信号（Ｚ（ｋ）′）に対して、該第２の移相処理によって生じる前記境界周波数から下限周波数（Ｆｃ）までの第２の周波数範囲における周波数対振幅の誤差を補正して、前記第２処理信号の前記第２の周波数範囲に含まれる低域雑音成分を１８０度移相した第２の雑音信号（ＮＬ２（ｋ））を生成する段階（Ｓ１３）と、
前記第２処理信号と前記第２の雑音信号とを加算して、前記第２処理信号から前記第２の周波数範囲の低域雑音成分を除去した第３処理信号（Ｗ（ｋ））を求める段階（Ｓ１４）とを含み、
前記第３処理信号を求める際には、該第３処理信号から抽出した雑音成分の振幅情報と周波数情報から生成した第２の雑音信号を用いて補正処理を行うことを特徴とする信号処理方法。
【請求項４】
前記入力信号または前記第１処理信号に対するスペクトラム解析により少なくとも前記所定周波数以下の雑音成分を求める段階（Ｓ３）と、
前記スペクトラム解析により得られた雑音成分が、前記第１の周波数範囲と第２の周波数範囲のいずれにあるかを判定する段階（Ｓ４、Ｓ９、Ｓ１６）とを含み、
前記スペクトラム解析により得られた雑音成分が、前記第１の周波数範囲と第２の周波数範囲の両方にあるときには、前記第３処理信号を最終の処理結果とし、雑音成分が前記第１の周波数範囲にのみあるときには、前記第２処理信号を最終の処理結果とし、雑音成分が前記第２の周波数範囲にのみあるときには、前記第２処理信号の代わりに前記第１処理信号に対して前記第３処理信号を求める処理をおこない、その結果を最終処理結果として出力することを特徴とする請求項３記載の信号処理方法。
【請求項５】
前記移相処理は、
入力する処理信号から位相が９０゜異なる直交信号を生成し、該直交信号から瞬時位相と瞬時振幅を算出する段階（Ｓ１００）と、
算出された瞬時位相と瞬時振幅に基づいて前記入力する処理信号に対して１８０゜移相した信号を生成する段階（Ｓ１０１）とを含んでいることを特徴とする請求項３または請求項４記載の信号処理方法。
【請求項６】
センサ（１１）の出力信号に対するＡ／Ｄ変換処理を行うＡ／Ｄ変換器（２１）と、
前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号を受け、所定周波数（Ｆａ）より高い高域雑音成分を除去し、該高域雑音成分を除去して得られた第１処理信号（Ｙ（ｋ））を出力する高域雑音除去部（２２）と、
前記第１処理信号を受け、前記所定周波数以下の低域雑音成分を除去する低域雑音除去部（３０）とを有する信号処理装置であって、
前記低域雑音除去部が、
前記第１処理信号に対して１８０度の移相処理を行う移相手段（３１）と、
前記移相処理で得られた信号（Ｙ（ｋ）′）に基づいて、該移相処理の前記所定周波数以下の低域振幅誤差を生じさせる時間応答係数（α）を求める時間応答係数算出手段（３２）と、
前記求めた時間応答係数に基づいて、前記移相処理された信号の前記所定周波数以下の振幅を補正し、前記第１処理信号に含まれる低域雑音成分を１８０゜移相した雑音信号（ＮＬ１（ｋ））を生成する補正手段（３３）と、
前記第１処理信号と前記雑音信号とを加算し、前記第１処理信号から前記所定周波数以下の低域雑音成分を除去した第２処理信号を求める加算手段（３５）とを備え、
さらに、前記移相手段は、
入力する処理信号から位相が９０゜異なる直交信号を生成し、該直交信号から瞬時位相と瞬時振幅を算出する手段（１０１〜１０６）と、
前記算出された瞬時位相と瞬時振幅に基づいて前記入力する処理信号に対して１８０゜移相した信号を生成する手段（１０７〜１０９）によって構成されていることを特徴とする信号処理装置。
【請求項７】
センサ（１１）の出力信号に対するＡ／Ｄ変換処理を行うＡ／Ｄ変換器（２１）と、
前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号を受け、所定周波数（Ｆａ）より高い高域雑音成分を除去し、該高域雑音成分を除去して得られた第１処理信号（Ｙ（ｋ））を出力する高域雑音除去部（２２）と、
前記第１処理信号を受け、前記所定周波数以下の低域雑音成分を除去する低域雑音除去部（３０）とを有する信号処理装置であって、
前記低域雑音除去部が、
前記第１処理信号に対して１８０度の移相処理を行う第１の移相手段（３１）と、
前記第１の移相手段の出力信号（Ｙ（ｋ）′）に基づいて、該移相処理の前記所定周波数からそれより低い境界周波数（Ｆｂ）までの第１の周波数範囲の低域振幅誤差を生じさせる時間応答係数（α）を求める時間応答係数算出手段（３２）と、
前記求めた時間応答係数に基づいて、前記第１の移相手段の出力信号の前記第１の周波数範囲の振幅を補正し、前記第１処理信号の前記第１の周波数範囲に含まれる低域雑音成分を１８０゜移相した第１の雑音信号（ＮＬ１（ｋ））を生成する第１の補正手段（３３）と、
前記第１処理信号と前記第１の雑音信号とを加算し、前記第１処理信号から前記第１の周波数範囲の低域雑音成分を除去した第２処理信号（Ｚ（ｋ））を求める第１の加算手段（３５）と、
前記第２処理信号に対して１８０度の移相処理を行う第２の移相手段（４１）と、
前記第２の移相手段の出力信号（Ｚ（ｋ）′）に対して、前記第１の移相手段によって移相処理によって生じる前記境界周波数から下限周波数（Ｆｃ）までの第２の周波数範囲の周波数対振幅の誤差を補正して、前記第２処理信号に含まれる前記第２の周波数範囲の雑音成分を１８０度移相した第２の雑音信号（ＮＬ２（ｋ））を生成する第２の補正手段（４２）と、
前記第２処理信号と前記第２の雑音信号とを加算し、前記第１処理信号から前記第２の周波数範囲の低域雑音成分を除去した第３処理信号（Ｗ（ｋ））を求める第２の加算手段（４５）とを備え、
さらに、前記各移相手段は、
入力する処理信号から位相が９０゜異なる直交信号を生成し、該直交信号から瞬時位相と瞬時振幅を算出する手段（１０１〜１０６）と、
前記算出された瞬時位相と瞬時振幅に基づいて前記入力する処理信号に対して１８０゜移相した信号を生成する手段（１０７〜１０９）によって構成されていることを特徴とする信号処理装置。
【請求項８】
センサ（１１）の出力信号に対するＡ／Ｄ変換処理を行うＡ／Ｄ変換器（２１）と、
前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号を受け、所定周波数（Ｆａ）より高い高域雑音成分を除去し、該高域雑音成分を除去して得られた第１処理信号（Ｙ（ｋ））を出力する高域雑音除去部（２２）と、
前記第１処理信号を受け、前記所定周波数以下の低域雑音成分を除去する低域雑音除去部（３０）とを有する信号処理装置であって、
前記低域雑音除去部が、
前記第１処理信号に対して１８０度の移相処理を行う第１の移相手段（３１）と、
前記第１の移相手段の出力信号（Ｙ（ｋ）′）に基づいて、該移相処理の前記所定周波数からそれより低い境界周波数（Ｆｂ）までの第１の周波数範囲の低域振幅誤差を生じさせる時間応答係数（α）を求める時間応答係数算出手段（３２）と、
前記求めた時間応答係数に基づいて、前記第１の移相手段の出力信号の前記第１の周波数範囲の振幅を補正し、前記第１処理信号の前記第１の周波数範囲に含まれる低域雑音成分を１８０゜移相した第１の雑音信号（ＮＬ１（ｋ））を生成する第１の補正手段（３３）と、
前記第１処理信号と前記第１の雑音信号とを加算し、前記第１処理信号から前記第１の周波数範囲の低域雑音成分を除去した第２処理信号（Ｚ（ｋ））を求める第１の加算手段（３５）と、
前記第２処理信号に対して１８０度の移相処理を行う第２の移相手段（４１）と、
前記第２の移相手段の出力信号（Ｚ（ｋ）′）に対して、前記第１の移相手段によって移相処理によって生じる前記境界周波数から下限周波数（Ｆｃ）までの第２の周波数範囲の周波数対振幅の誤差を補正して、前記第２処理信号に含まれる前記第２の周波数範囲の雑音成分を１８０度移相した第２の雑音信号（ＮＬ２（ｋ））を生成する第２の補正手段（４２）と、
前記第２処理信号と前記第２の雑音信号とを加算し、前記第１処理信号から前記第２の周波数範囲の低域雑音成分を除去した第３処理信号（Ｗ（ｋ））を求める第２の加算手段（４５）とを備え、
前記第２の補正手段は、前記第３処理信号から抽出した雑音成分の振幅情報と周波数情報から生成した第２の雑音信号を用いて補正処理を行うこと特徴とする信号処理装置。
【請求項９】
前記入力信号または前記第１処理信号に対するスペクトラム解析により少なくとも前記所定周波数以下の雑音成分を求めるスペクトラム解析手段（２６）と、
前記スペクトラム解析手段で得られた雑音成分が、前記第１の周波数範囲と第２の周波数範囲のいずれにあるかを判定する雑音分布判定手段（２７）と、
前記スペクトラム解析手段で得られた雑音成分が、前記第１の周波数範囲と第２の周波数範囲の両方にあるときには、前記第３処理信号を最終の処理結果として出力させ、雑音成分が前記第１の周波数範囲にのみあるときには、前記第２処理信号を最終の処理結果として出力させ、雑音成分が前記第２の周波数範囲にのみあるときには、前記第２処理信号の代わりに前記第１処理信号を前記第２の移相手段に入力させ、該第１処理信号に対して前記第２の加算手段で得られた第３処理信号を最終処理結果として出力させる信号切換手段（２８ａ〜２８ｃ）とを有していることを特徴とする請求項８記載の信号処理装置。
【請求項１０】
前記各移相手段は、
入力する処理信号から位相が９０゜異なる直交信号を生成し、該直交信号から瞬時位相と瞬時振幅を算出する手段（１０１〜１０６）と、
前記算出された瞬時位相と瞬時振幅に基づいて前記入力する処理信号に対して１８０゜移相した信号を生成する手段（１０７〜１０９）によって構成されていることを特徴とする請求項８または請求項９記載の信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサの出力信号からそのセンサに負荷された物理量に対応した直流成分を速やかに且つ精度よく得るための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の物理量を検出するためのセンサには、その物理量の変化に対して過渡的な応答を示すものが多い。
【０００３】
例えば、ロードセル等のように物品の質量を検出するためのセンサは、物品の荷重を受けて変形し、その変形量に応じた電圧の信号を出力するが、センサに対する物品の荷重が急激に行なわれた場合、このセンサの系の固有振動モードが励起されてセンサに伝達されるため、その出力信号は非線形振動をする。
【０００４】
この出力信号の非線形振動は時間が経過するにしたがって減衰して、最終的には物品の質量Ｍに対応した一定の値（直流値）に収束するが、ライン等で物品の質量検査を連続的に行う場合、この振動が完全に収束するまで待っていたのでは効率的な検査がおこなえない。
【０００５】
そこで、一般的には低域通過フィルタにより雑音成分を除去することが行われているが、数１０Ｈｚ以下の雑音成分を除去するためのフィルタの時定数はかなり大きく、収束予想値を高速に得ることは困難であった。
【０００６】
この問題を解決するための一つの技術として、本願出願人は、センサの出力信号に含まれる交流信号成分を抽出してその位相を反転させて原信号と加算することにより、センサの出力信号の雑音成分を除去する技術を開示している（特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２７４３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記特許文献１の技術を用いても、床振動等で生じる数１０Ｈｚ以下の雑音成分を精度よく且つ速やかに除去することが困難であった。
【０００９】
特に、位相反転用として一般的に用いられるヒルベルト変換器の周波数特性は基本的にハイパス型であり、極低域までその周波数特性を延ばそうとすれば、そのタップ数が非常に大きくなり、その処理による大きな遅延が生じてしまう。
【００１０】
本発明は、この点を改善し、センサの出力信号に含まれる低周波雑音成分を速やかに且つ精度よく除去して、センサに負荷された物理量に対応する直流成分を得ることができる信号処理方法および装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の信号処理方法は、
センサの出力信号に対するＡ／Ｄ変換処理で得られた時系列の信号を入力信号として受け、該入力信号に含まれる所定周波数（Ｆａ）より高い高域雑音成分を除去し、該高域雑音成分が除去された第１処理信号（Ｙ（ｋ））から前記所定周波数以下の低域雑音成分を除去して、前記入力信号の直流成分を求める信号処理方法であって、
前記低域雑音成分を除去する処理は、
前記第１処理信号に対する１８０度の移相処理を行う段階（Ｓ５）と、
前記移相処理で得られた信号（Ｙ（ｋ）′）に基づいて、該移相処理の前記所定周波数以下の低域振幅誤差を生じさせる時間応答係数（α）を求める段階（Ｓ６）と、
前記求めた時間応答係数に基づいて、前記移相処理された信号の前記所定周波数以下の振幅を補正し、前記第１処理信号に含まれる低域雑音成分を１８０゜移相した雑音信号（ＮＬ１（ｋ））を生成する段階（Ｓ７）と、
前記第１処理信号と前記雑音信号とを加算して、前記第１処理信号から前記所定周波数以下の低域雑音成分を除去した信号（Ｚ（ｋ））を求める段階（Ｓ８）とを含み、
さらに、前記移相処理は、
入力する処理信号から位相が９０゜異なる直交信号を生成し、該直交信号から瞬時位相と瞬時振幅を算出する段階（Ｓ１００）と、
算出された瞬時位相と瞬時振幅に基づいて前記入力する処理信号に対して１８０゜移相した信号を生成する段階（Ｓ１０１）とを含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項２の信号処理方法は、
センサの出力信号に対するＡ／Ｄ変換処理で得られた時系列の信号を入力信号として受け、該入力信号に含まれる所定周波数（Ｆａ）より高い高域雑音成分を除去し、該高域雑音成分が除去された第１処理信号（Ｙ（ｋ））から前記所定周波数以下の低域雑音成分を除去して、前記入力信号の直流成分を求める信号処理方法であって、
前記低域雑音成分を除去する処理は、
前記第１処理信号に対する１８０度の第１の移相処理を行う段階（Ｓ５）と、
前記第１の移相処理で得られた信号（Ｙ（ｋ）′）に基づいて、該第１の移相処理の前記所定周波数からそれより低い境界周波数（Ｆｂ）までの第１の周波数範囲の低域振幅誤差を生じさせる時間応答係数（α）を求める段階（Ｓ６）と、
前記求めた時間応答係数に基づいて、前記移相処理された信号の前記第１の周波数範囲の振幅を補正し、前記第１処理信号の前記第１の周波数範囲に含まれる低域雑音成分を１８０゜移相した第１の雑音信号（ＮＬ１（ｋ））を生成する段階（Ｓ７）と、
前記第１処理信号と前記第１の雑音信号とを加算して、前記第１処理信号から前記第１の周波数範囲の低域雑音成分を除去した第２処理信号（Ｚ（ｋ））を求める段階（Ｓ８）と、
前記第２処理信号に対する１８０度の第２の移相処理を行う段階（Ｓ１１）と、
前記第２の移相処理で得られた信号（Ｚ（ｋ）′）に対して、該第２の移相処理によって生じる前記境界周波数から下限周波数（Ｆｃ）までの第２の周波数範囲における周波数対振幅の誤差を補正して、前記第２処理信号の前記第２の周波数範囲に含まれる低域雑音成分を１８０度移相した第２の雑音信号（ＮＬ２（ｋ））を生成する段階（Ｓ１３）と、
前記第２処理信号と前記第２の雑音信号とを加算して、前記第２処理信号から前記第２の周波数範囲の低域雑音成分を除去した第３処理信号（Ｗ（ｋ））を求める段階（Ｓ１４）とを含み、
さらに、前記移相処理は、
入力する処理信号から位相が９０゜異なる直交信号を生成し、該直交信号から瞬時位相と瞬時振幅を算出する段階（Ｓ１００）と、
算出された瞬時位相と瞬時振幅に基づいて前記入力する処理信号に対して１８０゜移相した信号を生成する段階（Ｓ１０１）とを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項３の信号処理方法は、
センサの出力信号に対するＡ／Ｄ変換処理で得られた時系列の信号を入力信号として受け、該入力信号に含まれる所定周波数（Ｆａ）より高い高域雑音成分を除去し、該高域雑音成分が除去された第１処理信号（Ｙ（ｋ））から前記所定周波数以下の低域雑音成分を除去して、前記入力信号の直流成分を求める信号処理方法であって、
前記低域雑音成分を除去する処理は、
前記第１処理信号に対する１８０度の第１の移相処理を行う段階（Ｓ５）と、
前記第１の移相処理で得られた信号（Ｙ（ｋ）′）に基づいて、該第１の移相処理の前記所定周波数からそれより低い境界周波数（Ｆｂ）までの第１の周波数範囲の低域振幅誤差を生じさせる時間応答係数（α）を求める段階（Ｓ６）と、
前記求めた時間応答係数に基づいて、前記移相処理された信号の前記第１の周波数範囲の振幅を補正し、前記第１処理信号の前記第１の周波数範囲に含まれる低域雑音成分を１８０゜移相した第１の雑音信号（ＮＬ１（ｋ））を生成する段階（Ｓ７）と、
前記第１処理信号と前記第１の雑音信号とを加算して、前記第１処理信号から前記第１の周波数範囲の低域雑音成分を除去した第２処理信号（Ｚ（ｋ））を求める段階（Ｓ８）と、
前記第２処理信号に対する１８０度の第２の移相処理を行う段階（Ｓ１１）と、
前記第２の移相処理で得られた信号（Ｚ（ｋ）′）に対して、該第２の移相処理によって生じる前記境界周波数から下限周波数（Ｆｃ）までの第２の周波数範囲における周波数対振幅の誤差を補正して、前記第２処理信号の前記第２の周波数範囲に含まれる低域雑音成分を１８０度移相した第２の雑音信号（ＮＬ２（ｋ））を生成する段階（Ｓ１３）と、
前記第２処理信号と前記第２の雑音信号とを加算して、前記第２処理信号から前記第２の周波数範囲の低域雑音成分を除去した第３処理信号（Ｗ（ｋ））を求める段階（Ｓ１４）とを含み、
前記第３処理信号を求める際には、該第３処理信号から抽出した雑音成分の振幅情報と周波数情報から生成した第２の雑音信号を用いて補正処理を行うことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項４の信号処理方法は、請求項３記載の信号処理方法において、
前記入力信号または前記第１処理信号に対するスペクトラム解析により少なくとも前記所定周波数以下の雑音成分を求める段階（Ｓ３）と、
前記スペクトラム解析により得られた雑音成分が、前記第１の周波数範囲と第２の周波数範囲のいずれにあるかを判定する段階（Ｓ４、Ｓ９、Ｓ１６）とを含み、
前記スペクトラム解析により得られた雑音成分が、前記第１の周波数範囲と第２の周波数範囲の両方にあるときには、前記第３処理信号を最終の処理結果とし、雑音成分が前記第１の周波数範囲にのみあるときには、前記第２処理信号を最終の処理結果とし、雑音成分が前記第２の周波数範囲にのみあるときには、前記第２処理信号の代わりに前記第１処理信号に対して前記第３処理信号を求める処理をおこない、その結果を最終処理結果として出力することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項５の信号処理方法は、請求項３または請求項４記載の信号処理方法において、
前記移相処理は、
入力する処理信号から位相が９０゜異なる直交信号を生成し、該直交信号から瞬時位相と瞬時振幅を算出する段階（Ｓ１００）と、
算出された瞬時位相と瞬時振幅に基づいて前記入力する処理信号に対して１８０゜移相した信号を生成する段階（Ｓ１０１）とを含んでいることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項６の信号処理装置は、
センサ（１１）の出力信号に対するＡ／Ｄ変換処理を行うＡ／Ｄ変換器（２１）と、
前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号を受け、所定周波数（Ｆａ）より高い高域雑音成分を除去し、該高域雑音成分を除去して得られた第１処理信号（Ｙ（ｋ））を出力する高域雑音除去部（２２）と、
前記第１処理信号を受け、前記所定周波数以下の低域雑音成分を除去する低域雑音除去部（３０）とを有する信号処理装置であって、
前記低域雑音除去部が、
前記第１処理信号に対して１８０度の移相処理を行う移相手段（３１）と、
前記移相処理で得られた信号（Ｙ（ｋ）′）に基づいて、該移相処理の前記所定周波数以下の低域振幅誤差を生じさせる時間応答係数（α）を求める時間応答係数算出手段（３２）と、
前記求めた時間応答係数に基づいて、前記移相処理された信号の前記所定周波数以下の振幅を補正し、前記第１処理信号に含まれる低域雑音成分を１８０゜移相した雑音信号（ＮＬ１（ｋ））を生成する補正手段（３３）と、
前記第１処理信号と前記雑音信号とを加算し、前記第１処理信号から前記所定周波数以下の低域雑音成分を除去した第２処理信号を求める加算手段（３５）とを備え、
さらに、前記移相手段は、
入力する処理信号から位相が９０゜異なる直交信号を生成し、該直交信号から瞬時位相と瞬時振幅を算出する手段（１０１〜１０６）と、
前記算出された瞬時位相と瞬時振幅に基づいて前記入力する処理信号に対して１８０゜移相した信号を生成する手段（１０７〜１０９）によって構成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項７の信号処理装置は、
センサ（１１）の出力信号に対するＡ／Ｄ変換処理を行うＡ／Ｄ変換器（２１）と、
前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号を受け、所定周波数（Ｆａ）より高い高域雑音成分を除去し、該高域雑音成分を除去して得られた第１処理信号（Ｙ（ｋ））を出力する高域雑音除去部（２２）と、
前記第１処理信号を受け、前記所定周波数以下の低域雑音成分を除去する低域雑音除去部（３０）とを有する信号処理装置であって、
前記低域雑音除去部が、
前記第１処理信号に対して１８０度の移相処理を行う第１の移相手段（３１）と、
前記第１の移相手段の出力信号（Ｙ（ｋ）′）に基づいて、該移相処理の前記所定周波数からそれより低い境界周波数（Ｆｂ）までの第１の周波数範囲の低域振幅誤差を生じさせる時間応答係数（α）を求める時間応答係数算出手段（３２）と、
前記求めた時間応答係数に基づいて、前記第１の移相手段の出力信号の前記第１の周波数範囲の振幅を補正し、前記第１処理信号の前記第１の周波数範囲に含まれる低域雑音成分を１８０゜移相した第１の雑音信号（ＮＬ１（ｋ））を生成する第１の補正手段（３３）と、
前記第１処理信号と前記第１の雑音信号とを加算し、前記第１処理信号から前記第１の周波数範囲の低域雑音成分を除去した第２処理信号（Ｚ（ｋ））を求める第１の加算手段（３５）と、
前記第２処理信号に対して１８０度の移相処理を行う第２の移相手段（４１）と、
前記第２の移相手段の出力信号（Ｚ（ｋ）′）に対して、前記第１の移相手段によって移相処理によって生じる前記境界周波数から下限周波数（Ｆｃ）までの第２の周波数範囲の周波数対振幅の誤差を補正して、前記第２処理信号に含まれる前記第２の周波数範囲の雑音成分を１８０度移相した第２の雑音信号（ＮＬ２（ｋ））を生成する第２の補正手段（４２）と、
前記第２処理信号と前記第２の雑音信号とを加算し、前記第１処理信号から前記第２の周波数範囲の低域雑音成分を除去した第３処理信号（Ｗ（ｋ））を求める第２の加算手段（４５）とを備え、
さらに、前記各移相手段は、
入力する処理信号から位相が９０゜異なる直交信号を生成し、該直交信号から瞬時位相と瞬時振幅を算出する手段（１０１〜１０６）と、
前記算出された瞬時位相と瞬時振幅に基づいて前記入力する処理信号に対して１８０゜移相した信号を生成する手段（１０７〜１０９）によって構成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項８の信号処理装置は、
センサ（１１）の出力信号に対するＡ／Ｄ変換処理を行うＡ／Ｄ変換器（２１）と、
前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号を受け、所定周波数（Ｆａ）より高い高域雑音成分を除去し、該高域雑音成分を除去して得られた第１処理信号（Ｙ（ｋ））を出力する高域雑音除去部（２２）と、
前記第１処理信号を受け、前記所定周波数以下の低域雑音成分を除去する低域雑音除去部（３０）とを有する信号処理装置であって、
前記低域雑音除去部が、
前記第１処理信号に対して１８０度の移相処理を行う第１の移相手段（３１）と、
前記第１の移相手段の出力信号（Ｙ（ｋ）′）に基づいて、該移相処理の前記所定周波数からそれより低い境界周波数（Ｆｂ）までの第１の周波数範囲の低域振幅誤差を生じさせる時間応答係数（α）を求める時間応答係数算出手段（３２）と、
前記求めた時間応答係数に基づいて、前記第１の移相手段の出力信号の前記第１の周波数範囲の振幅を補正し、前記第１処理信号の前記第１の周波数範囲に含まれる低域雑音成分を１８０゜移相した第１の雑音信号（ＮＬ１（ｋ））を生成する第１の補正手段（３３）と、
前記第１処理信号と前記第１の雑音信号とを加算し、前記第１処理信号から前記第１の周波数範囲の低域雑音成分を除去した第２処理信号（Ｚ（ｋ））を求める第１の加算手段（３５）と、
前記第２処理信号に対して１８０度の移相処理を行う第２の移相手段（４１）と、
前記第２の移相手段の出力信号（Ｚ（ｋ）′）に対して、前記第１の移相手段によって移相処理によって生じる前記境界周波数から下限周波数（Ｆｃ）までの第２の周波数範囲の周波数対振幅の誤差を補正して、前記第２処理信号に含まれる前記第２の周波数範囲の雑音成分を１８０度移相した第２の雑音信号（ＮＬ２（ｋ））を生成する第２の補正手段（４２）と、
前記第２処理信号と前記第２の雑音信号とを加算し、前記第１処理信号から前記第２の周波数範囲の低域雑音成分を除去した第３処理信号（Ｗ（ｋ））を求める第２の加算手段（４５）とを備え、
前記第２の補正手段は、前記第３処理信号から抽出した雑音成分の振幅情報と周波数情報から生成した第２の雑音信号を用いて補正処理を行うことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項９の信号処理装置は、請求項８記載の信号処理装置において、
前記入力信号または前記第１処理信号に対するスペクトラム解析により少なくとも前記所定周波数以下の雑音成分を求めるスペクトラム解析手段（２６）と、
前記スペクトラム解析手段で得られた雑音成分が、前記第１の周波数範囲と第２の周波数範囲のいずれにあるかを判定する雑音分布判定手段（２７）と、
前記スペクトラム解析手段で得られた雑音成分が、前記第１の周波数範囲と第２の周波数範囲の両方にあるときには、前記第３処理信号を最終の処理結果として出力させ、雑音成分が前記第１の周波数範囲にのみあるときには、前記第２処理信号を最終の処理結果として出力させ、雑音成分が前記第２の周波数範囲にのみあるときには、前記第２処理信号の代わりに前記第１処理信号を前記第２の移相手段に入力させ、該第１処理信号に対して前記第２の加算手段で得られた第３処理信号を最終処理結果として出力させる信号切換手段（２８ａ〜２８ｃ）とを有していることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項１０の信号処理装置は、請求項８または請求項９記載の信号処理装置において、
前記各移相手段は、
入力する処理信号から位相が９０゜異なる直交信号を生成し、該直交信号から瞬時位相と瞬時振幅を算出する手段（１０１〜１０６）と、
前記算出された瞬時位相と瞬時振幅に基づいて前記入力する処理信号に対して１８０゜移相した信号を生成する手段（１０７〜１０９）によって構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
このように本発明では、センサの出力信号に対するＡ／Ｄ変換処理で得られた時系列の信号に対して高域雑音除去処理を行い、その高域雑音除去処理後の第１処理信号に対する１８０度の移相処理を行い、その移相処理によって生じる低域振幅誤差を移相処理の時間応答係数を基づいて補正して、入力信号に含まれていた交流の雑音成分を１８０度移相した雑音信号を生成してから入力信号と加算して、その雑音成分を相殺除去しているので、移相処理帯域を極端に低域まで下げることなく、低域雑音成分を除去することができ、速やかに且つ精度よく直流成分を検出することができる。
【００２２】
また、移相処理の周波数特性の傾斜部以下の低域を、境界周波数を境にして２つの周波数範囲に分け、その高い方の第１の周波数範囲については時間応答係数により速やかに補正処理を行い、低い方の第２の周波数範囲については、周波数対振幅の特性に基づいて振幅補正しているから、床振動などの極めて低い雑音成分に対しても速やかに精度よくセンサへの負荷に対応した直流成分を検出することかできる。
【００２３】
また、入力信号あるいは第１処理信号のスペクトラム解析を行い、低域雑音がどの周波数範囲にあるかによって、雑音除去処理を選択的に行うものでは、実際に発生する雑音に応じて最短の処理時間でその雑音の除去が行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
先ず始めに、本発明の信号処理方法の一実施形態を図１のフローチャートに基づいて説明する。
【００２５】
図１に示しているように、この実施形態の信号処理方法は、質量、圧力等の物理量Ｍを受けたセンサの出力信号ｘ（ｔ）を、その周波数成分の上限の２倍より十分高い周波数でオーバサンプリングして、量子化雑音が極めて少ないデジタルの原信号Ｘ（ｋ）に変換する（Ｓ１）。
【００２６】
そして、この原信号Ｘ（ｋ）に含まれる所定周波数Ｆａ（例えば数１０Ｈｚ）以上の高域雑音成分を除去する（Ｓ２）。この所定周波数Ｆａは、後述する各移相手段の周波数振幅特性の平坦部と低域側の傾斜部の境界近傍に設定されているものとする（図３参照）。
【００２７】
高域雑音成分の除去処理については後述するが、例えば前記した特許文献１の処理が使用可能であり、この処理により、例えば、図２の（ａ）のような信号ｘ（ｔ）に対して、図２の（ｂ）のように低域の雑音成分のみが重畳した信号Ｙ（ｋ）を出力する。
【００２８】
高域雑音除去処理で所定周波数Ｆａ以上の雑音成分が短時間に除去された第１処理信号Ｙ（ｋ）は、低域雑音除去処理を受けるが、その低域雑音成分の存在を先に調べておくことで、以後の処理に無駄がなくなる。
【００２９】
即ち、スペクトラム解析処理（Ｓ３）を行い、周波数Ｆａ以下の所定レベル以上の雑音があるか否かを判定する（Ｓ４、Ｓ９、Ｓ１６）。
【００３０】
ここで、図３に示すように、移相処理の振幅周波数特性の周波数Ｆａから雑音除去処理の下限周波数Ｆｃの間を、境界周波数Ｆｂ（例えば１０Ｈｚ）を境にして高い方を第１の周波数範囲、低い方を第２の周波数範囲に分け、雑音成分がどちらの周波数範囲にあるかを判定する。
【００３１】
雑音成分が第１の周波数範囲にあるとき（Ｓ４）には、第１処理信号Ｙ（ｋ）に対する雑音除去処理が行われる。
【００３２】
この低域雑音除去処理は、基本的に元の信号に含まれる交流の雑音成分を１８０゜移相して加算することで雑音成分を相殺するものである。
【００３３】
即ち、第１処理信号Ｙ（ｋ）に対して１８０度の移相処理を行う（Ｓ５）。
この１８０度の移相処理は、単純には広帯域にわたり９０度の移相処理が可能なヒルベルト変換器を２段接続して実現できる。
【００３４】
また、後述するように入力信号からヒルベルト変換器を用いてＩＱ直交信号を生成し、そのＩ成分とＱ成分から、雑音成分の瞬時周波数、瞬時位相、瞬時振幅を求め、これらの情報から各雑音成分について１８０゜移相した信号を合成して出力する構成としてもよい。
【００３５】
ただし、前記したようにヒルベルト変換器はハイパス型で、図３で示したように周波数Ｆａより傾斜部で周波数とともに利得が低下し、図２の（ｃ）のように、移相処理した後の信号Ｙ（ｋ）′の低域成分の振幅が減衰してしまう。この利得が低下する周波数は、ヒルベルト変換処理のタップ数を多くすることでより低い方へずらすことができるが、そのために大きな遅延時間が生じてしまう。
【００３６】
そこで、この実施形態では、移相処理によって生じる低域振幅誤差を移相処理の時間応答係数αを求めて補正処理し、第１処理信号Ｙ（ｋ）に含まれていた第１の周波数範囲の雑音成分を１８０度移相した第１の雑音信号ＮＬ１（ｋ）を生成し、加算処理してその雑音成分を除去している。
【００３７】
つまり、図２の（ｃ）のように第１処理信号Ｙ（ｋ）に対して１８０゜の移相処理して得られた信号Ｙ（ｋ）′と、元の信号Ｙ（ｋ）とから時間応答係数αを求めて（Ｓ６）、その時間応答係数に応じた補正処理を行い（Ｓ７）、図２の（ｄ）のように第１処理信号Ｙ（ｋ）に含まれる第１の周波数範囲の雑音成分を１８０゜移相した第１の雑音信号ＮＬ１（ｋ）を求め、第１処理信号Ｙ（ｋ）と加算する（Ｓ８）ことで、図２の（ｅ）のようなに第１の周波数範囲の雑音が除去された第２処理信号Ｚ（ｋ）を得ている。
【００３８】
なお、時間応答係数αの算出は、例えば時刻ｍＴ、（ｍ＋１）Ｔの入力値をそれぞれＫ１、Ｋ２、そのときの直流値をＤｃで一定、ヒルベルト変換の出力値をそれぞれｈ［ｍＴ］、ｈ［（ｍ＋１）Ｔ］とすると、次の連立方程式が成り立つ。
【００３９】
Ｄｃ＋ｈ（ｍＴ）＝Ｋ１
Ｄｃ＋ｈ［（ｍ＋１）Ｔ］＝Ｋ２
【００４０】
また、元の信号をそれぞれｇ［ｍＴ］、ｇ［（ｍ＋１）Ｔ］とすれば、
α・ｇ［ｍＴ］＝ｈ［ｍＴ］
α・ｇ［（ｍ＋１）Ｔ］＝ｈ［（ｍ＋１）Ｔ］
となる。
【００４１】
これらの式を解くことで、直流分Ｄｃと時間応答係数αが得られるので、この時間応答係数α分の補正処理（逆数１／αを乗じる）を行うことで、前記したように第１の周波数範囲の低域雑音が除去された第２処理信号Ｚ（ｋ）を得ることができる。
【００４２】
この第２処理信号Ｚ（ｋ）に第２の周波数範囲の雑音がなければ、第２処理信号Ｚ（ｋ）が最終の処理結果として出力されることになる（Ｓ９、Ｓ１０）が、数Ｈｚの低い周波数の床振動があるような場合、図２の（ｅ）のように第２処理信号Ｚ（ｋ）にその雑音成分が重畳している。
【００４３】
そこで、次に第２の周波数範囲の雑音に対する除去処理を行う。
即ち、第２処理信号Ｚ（ｋ）に対して１８０゜の移相処理を行い（Ｓ１１）、図２の（ｆ）のような信号Ｚ（ｋ）′を求める。
【００４４】
そして、前記同様にその移相処理による低域振幅誤差を補正する。
この低域振幅誤差の補正処理としては、移相処理部の周波数特性が既知で固定であることから、その周波数特性を補償する固定周波数特性（ＬＰＦ）のフィルタ処理（畳み込み演算処理）を行うことで実現できる。
【００４５】
また、センサ１１の出力に含まれる低域雑音成分は、センサ１１に定常的に加わっている振動成分が主体である場合が多いので、その信号成分についてだけ低域振幅誤差を補正することで補正処理が容易となり、補正に必要な処理時間がより短くて済む。
【００４６】
さらに、雑音が例えば床振動のように定常的なものが主体である場合、振幅最大の雑音成分だけを除去対象とし、その雑音を抽出して周波数情報と振幅情報を求めておき、その情報から雑音信号を生成して補正処理することも可能である。
【００４７】
なお、図１の例では、第２処理信号Ｚ（ｋ）に対するスペクトラム解析を利用して、第２の周波数範囲に存在する雑音成分に対して前記移相処理で生じる低域振幅誤差を補正するために必要な係数（この場合ＦＩＲ型フィルタの係数）を求め（Ｓ１２）、そのフィルタ係数による補正演算処理（畳み込み演算処理）を信号Ｚ（ｋ）′に対して行い（Ｓ１３）、図２の（ｇ）のように、振幅誤差が補正され、且つ元の信号の低域雑音成分に対して１８０度移相した第２の雑音信号ＮＬ２（ｋ）を生成している。
【００４８】
そして、第２処理信号Ｚ（ｋ）と第２の雑音信号ＮＬ２（ｋ）とを加算して、図２の（ｈ）のように第２の周波範囲の低域雑音成分が除去された第３処理信号Ｗ（ｋ）を求め（Ｓ１４）、これを最終の処理結果として出力する（Ｓ１５）。
【００４９】
この最終の処理結果として出力された第３処理信号Ｗ（ｋ）から、センサの出力信号ｘ（ｔ）の直流成分Ｖｍ、即ち、センサに負荷された物理量を正確に予測できる。
【００５０】
また、スペクトラム解析の結果、第１の周波数範囲と第２の周波数範囲のいずれにも有害な雑音がないと判定された場合（Ｓ１６）には、第１処理信号Ｙ（ｋ）を最終の処理結果として出力し（Ｓ１７）、第２の周波数範囲にのみ有害な雑音があると判定された場合には、前記第２処理信号Ｚ（ｋ）の代わりに第１処理信号Ｙ（ｋ）に対する１８０°の移相処理を行って（Ｓ１８）、その移相信号に対してＳ１２〜Ｓ１４の処理を行い、その処理で得られた信号Ｗ（ｋ）を最終の処理結果とすればよい。
【００５１】
なお、ここでは、第２の周波数範囲に、精度に影響を与える低域雑音成分が複数ある場合を想定して、その複数の低域振幅誤差を補正するために必要なフィルタ係数を求めていたが、スペクトラム解析で得られた低域雑音成分のうちの第２の周波数範囲内でレベル最大の雑音成分だけに対して補正処理を行うことも可能であり、その場合には、対象となる雑音成分の振幅の減衰割合を係数として求め、その係数の逆数を移相処理後の信号に乗じる演算のみで補正処理が行え、最短の処理時間で済む。
【００５２】
このように、実施形態の信号処理方法では、センサ１の出力信号に対するＡ／Ｄ変換処理で得られた時系列の信号に対して高域雑音除去処理を行い、その結果得られた第１処理信号に対して１８０度の移相処理を行い、その移相処理により生じる低域振幅誤差を移相処理の時間応答係数に基づいて補正して第１処理信号と加算することで、低域雑音成分を相殺除去しているので、低域成分に対する移相処理のために大きな遅延時間を発生させることなく、極めて低い周波数の雑音成分の除去を速やか行うことができ、センサに負荷された物理量を高速且つ高精度に検出できる。
【００５３】
さらに低域を第１の周波数範囲と第２の周波数範囲に分け、その高い方の第１の周波数範囲については時間応答係数に基づいて補正した雑音信号を用いて雑音除去処理を行い、低い方の第２の周波数範囲については移相処理の周波数対振幅の特性に基づいて補正され雑音信号を用いて雑音除去処理を行い、第２の周波数範囲の低域雑音成分を相殺させ、センサの出力信号の直流成分を得ているので、より効率的に雑音を除去できる。
【００５４】
なお、高域雑音除去の処理は任意であり、簡単にはローパスフィルタのみで高域雑音成分を除去してもよく、また、前記した特許文献１の処理で極めて高速な雑音除去処理を行うこともできる。
【００５５】
図４は、上記実施形態の信号処理方法を用いた実施形態の信号処理装置２０の構成を示している。
【００５６】
この信号処理装置２０は、ロードセル等のセンサ１１の出力信号ｘ（ｔ）を、Ａ／Ｄ変換器２１により例えば数ｋＨｚでオーバサンプリングして、量子化雑音が少ないデジタルの原信号Ｘ（ｋ）を得て、高域雑音除去部２２に入力している。
【００５７】
高域雑音除去部２２は、移相手段２３、遅延手段２４および加算手段２５により構成されている。
【００５８】
原信号Ｘ（ｋ）を受ける移相手段２３は、９０度の移相を行う２つのヒルベルト変換器２３ａ、２３ｂを直列に接続したものであり、そのタップ数は、周波数Ｆａ以上の周波数成分に対して平坦な周波数特性が得られる最小数に設定されている。
【００５９】
なお、上記のようにヒルベルト変換器を用いた移相手段２３の場合、原理的に直流分は除去されているので、原信号に重畳している交流成分に対して１８０度移相した雑音信号ＮＨ（ｋ）を生成できる。ただし、低域の雑音成分については元の成分に対して振幅が低下している。
【００６０】
また、遅延手段２４は、信号Ｘ（ｋ）に対し、移相手段２３の移相処理に必要な処理時間分の遅延を与え、加算器２５に出力する。
【００６１】
加算手段２５には、原信号Ｘ（ｋ）と、その原信号に含まれていた周波数Ｆａ以上の高域雑音成分を１８０度移相した雑音信号ＮＨ（ｋ）とが入力されることになり、その加算処理により高域雑音成分が相殺除去された第１処理信号Ｙ（ｋ）が前記図２の（ｂ）のように出力されることになる。
【００６２】
このようにして得られた第１処理信号Ｙ（ｋ）は、スペクトラム解析手段２６、低域雑音除去部３０の移相手段３１および遅延手段３４に入力される。
【００６３】
スペクトラム解析手段２６は、第１処理信号Ｙ（ｋ）に対するスペクトラム解析を行い、周波数Ｆａ以下の雑音成分を求める。
【００６４】
雑音分布判定手段２７は、スペクトラム解析手段２６で得られた雑音成分が、第１の周波数範囲と第２の周波数範囲のいずれにあるかを判定する。この判定結果によって後述する信号切換用のスイッチ２８ａ〜２８ｃが切り替わる。
【００６５】
第１処理信号Ｙ（ｋ）はスイッチ２８ａを介して低域雑音除去部３０の移相手段３１に入力される。移相手段３１は例えば、図示のように９０度の移相を行う２つのヒルベルト変換器３１ａ、３１ｂを直列に接続して構成でき、そのタップ数は、周波数Ｆａより低い周波数成分に対しては、前記図３で示したように周波数が低くなる程振幅が減衰する特性となり、図２の（ｃ）で示したように、その帯域の信号の振幅を下げてしまうが、その振幅低下は後続の補正手段３３によって補正される。
【００６６】
つまり、時間応答係数算出手段３２により出力信号Ｙ（ｋ）′と入力信号Ｙ（ｋ）とから時間応答係数αが算出されて補正手段３３に与えられ、信号Ｙ（ｋ）′の振幅が補正されて、図２の（ｄ）に示したように第１処理信号Ｙ（ｋ）の第１の周波数範囲に含まれる雑音成分を１８０゜移相した第１の雑音信号ＮＬ１（ｋ）が求められ、加算器３５に与えられる。この加算器３５には、第１処理信号Ｙ（ｋ）が、時間応答算出手段３２および補正手段３３の処理遅延分だけ遅延手段３４で遅延されて入力されており、その加算処理により、第１処理信号Ｙ（ｋ）からその第１の周波数範囲に含まれる雑音成分が除去されて、図２の（ｅ）に示した第２処理信号Ｚ（ｋ）が得られる。
【００６７】
このようにして得られた第２処理信号Ｚ（ｋ）は、スイッチ２８ｂを介して移相手段４１および遅延手段４４に入力される。
【００６８】
移相手段４１は、例えば前記同様に２つのヒルベルト変換器４１ａ、４１ｂで構成され、入力する処理信号Ｚ（ｋ）（後述するようにＹ（ｋ）の場合もある）の交流成分に対して１８０°の移相処理を行うが、前記したように低周波域ではその周波数振幅特性の傾斜により振幅が低下しており、特に第２の周波数範囲では、振幅誤差が大きくなっており、補正処理が必要となる。
【００６９】
この補正には、ヒルベルト変換器を用いた移相手段４１の低域の周波数特性と逆の周波数特性を持つフィルタによってその低域全体の低域振幅誤差を補償する方法、実際に存在する低域雑音成分のうち、精度に影響を与える可能性のあるレベルが大きい雑音成分に対してのみ振幅誤差を補償する方法とがあるが、ここでは前者について説明する。
【００７０】
即ち、補正手段４２は、図３の周波数特性と逆の周波数特性をもつＦＩＲ型の低域通過フィルタであり、上記した移相処理によって生じる第２の周波数範囲の低域振幅誤差を補正する。
【００７１】
補正係数算出手段４３は、前記スペクトラム解析手段２６等により得られた第２の周波数範囲の雑音成分の情報を受け、精度に影響する可能性のある所定レベル以上の低域雑音成分に対して移相手段４１により生じる低域振幅誤差を補正するためのフィルタ係数を求め、これを補正手段４２に設定する。このフィルタ係数は、例えばスペクトラム解析情報から補正に必要な振幅位相特性を求め、その特性に対して逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を行ってインパルス応答を求め、そのインパルス応答を、要求する精度に対応した広さで切り出すことにより得ている。
【００７２】
また、前記したように最もレベルが高い雑音成分（単信号）だけに対して補正処理を行う場合には、図４で点線で示しているように出力信号Ｗ（ｋ）から得られた雑音成分の周波数情報と振幅情報に基づいて、その雑音信号に対して１８０゜移相した雑音信号を生成する雑音生成手段４６を用い、その生成された雑音信号と移相処理された信号とを補正手段１２で加算することで、雑音成分を除去することもでき、この場合最も短い処理時間で済む。なお、この場合、雑音成分の周波数情報と振幅情報は、出力Ｗ（ｋ）から定期的に抽出して更新する方法と、メモリに記憶している固定の情報を用いる方法のいずれであってもよい。
【００７３】
このようにして第２の周波数範囲の低域振幅誤差が補正されて、前記図２の（ｇ）に示したように、第２処理信号Ｚ（ｋ）の第２の周波数範囲の低域雑音成分を１８０度移相した第２の雑音信号ＮＬ２（ｋ）が得られる。
【００７４】
一方、遅延手段４４は、信号Ｚ（ｋ）に、移相手段４１および補正手段４２の処理時間分の遅延を与えて、加算手段４５に出力する。
【００７５】
したがって、加算手段４５には、第２処理信号Ｚ（ｋ）と、その信号Ｚ（ｋ）の第２の周波数範囲に含まれていた低域雑音成分を１８０度移相した第２の雑音信号ＮＬ２（ｋ）とが入力されることになり、前記図２の（ｈ）のようにその低域雑音成分が相殺除去された第３処理信号Ｗ（ｋ）が得られ、スイッチ２８ｃを介して最終の処理結果として出力されることになる。
【００７６】
以上、第１の周波数範囲と第２の周波数範囲に雑音が存在する場合について説明したが、雑音分布判定手段２７によって第１の周波数範囲にのみ有害な雑音信号が存在すると判定された場合には、第１処理信号Ｙ（ｋ）を移相手段３１に入力させ、加算手段３５から出力される第２処理信号Ｚ（ｋ）をスイッチ２８ｃで最終の処理結果として出力すればよい。
【００７７】
また、第２の周波数範囲にのみ有害な雑音信号が存在すると判定された場合には、第２処理信号Ｚ（ｋ）の代わりに第１処理信号Ｙ（ｋ）を、スイッチ２８ｂを介して移相手段４１に入力させ、加算手段４５から出力される第３処理信号Ｗ（ｋ）をスイッチ２８ｃで最終の処理結果として出力すればよい。
【００７８】
このようにスペクトラム解析を行って実際に存在する低域雑音信号を求め、その低域雑音信号の分布に対して選択的に補正処理を行うようにすれば、補正のためのフィルタ構成が簡単に済み、遅延時間を短くすることができる。
【００７９】
なお、上記実施形態では、１８０°の移相処理として２段のヒルベルト変換を行う場合について説明したが、図５のフローチャートに示すように、ヒルベルト変換を用いて入力する処理信号から直交信号Ｉ、Ｑを生成して、その瞬時位相、瞬時振幅を求め（Ｓ１００）、得られた瞬時位相にπ／４を加えた位相値に対応する振幅１の直交成分を求め、瞬時振幅をそれぞれに乗算して加算合成することで、入力する処理信号に対して最終的に１８０゜移相した信号を生成することができる。ただし、この場合もヒルベルト変換処理の低域振幅歪みの影響を受けるので前記した補正処理が必要となる。
【００８０】
図６は、図５の処理を実現する移相手段１００で前記した各移相手段２３、３１、４１に適用可能な構成例を示している。
【００８１】
この移相手段１００は、Ｘ（ｋ）、Ｙ（ｋ）、Ｚ（ｋ）のいずれかの入力信号を、１段のヒルベルト変換器１０１で９０°移相して、ヒルベルト変換器１段分の遅延を遅延手段１０２で与えた信号Ｉと、入力信号を２段のヒルベルト変換器１０３、１０４で１８０゜移相した信号Ｑとで、直交ＩＱ信号を生成し、その直交信号Ｉ、Ｑを位相・周波数算出手段１０５および振幅算出手段１０６に与えて、雑音成分の瞬時周波数ｆ、瞬時位相φ、瞬時振幅Ａを求め、加算手段１０７で位相φにπ／４を加え、得られた位相φ′を瞬時位相とする振幅１の直交信号成分Ｉ′、Ｑ′を直交信号生成手段１０８により生成し、合成手段１０９において、振幅Ａを乗算して加算合成することで、入力信号に含まれる雑音成分を１８０゜移相した信号を合成して出力する。
【００８２】
次に、上記図６の移相処理を用いた場合の実施形態のシミュレーションを図７〜図９に示す。なお、図７〜図９の縦軸の単位はグラム、横軸の単位は秒であり、シミュレーション条件は、以下の通りである。
【００８３】
自由度バネマスダンパ系に０．３秒の台形波を入力（この振幅を１００パーセントとする）
固有振動数  約４５Ｈｚ（振幅２０パーセント）
第２の周波数範囲の低域雑音  ５Ｈｚ（振幅５パーセント）
第１の周波数範囲の低域雑音  ２１Ｈｚ、２３Ｈｚ（ともに振幅１パーセント）
高域雑音  ５１Ｈｚ、６１Ｈｚ、６３Ｈｚ、７１Ｈｚ（ともに振幅３パーセント）
サンプリング時間５ｍｓ
【００８４】
図７の（ａ）は、センサの出力Ｘ（ｋ）とその信号に対して高域雑音除去処理を行った結果Ｙ（ｋ）を示し、図７の（ｂ）は、信号Ｙ（ｋ）と、比較のために線形時不変の直線位相のＦＩＲ型のＬＰＦを用いて高域を除去した結果（ＬＰＦと示す）とを拡大したものである。
【００８５】
ここで、高域雑音除去処理の下限周波数Ｆａを４０Ｈｚとし、それ以上で測定精度が１／５０００になる周波数平坦度を有するタップ数１００のヒルベルト変換処理を用いている。
【００８６】
図７から、低周波の５Ｈｚ、２１Ｈｚ、２３Ｈｚの雑音が残っていることが判る。また、ＬＰＦの特性には、実施形態の処理に比べて急峻に上に延びた応答が見られている。
【００８７】
図８は、第２処理信号Ｚ（ｋ）と、前記ＬＰＦ出力を拡大したものである。この図８から、第２処理信号Ｚ（ｋ）には、低周波の第１の周波数範囲の２１Ｈｚ、２３Ｈｚの雑音が除去されているが、５Ｈｚの雑音が残留していることが判る。
【００８８】
図９は、前記した補正係数を求めてフィルタで補正することで得られた第３処理信号Ｗ（ｋ）の拡大図である。５Ｈｚの雑音が除去され、上部がほぼ平坦な台形波が得られており、低周波雑音は十分除去されていることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の実施形態の信号処理方法の手順を示すフローチャート
【図２】本発明の実施形態の動作例を示す信号図
【図３】ヒルベルト変換器の周波数特性図
【図４】本発明の実施形態の信号処理装置の構成図
【図５】移相処理の別の方法例を示す図
【図６】図５の移相処理の実現する具体的な構成例を示す図
【図７】高域雑音を除去した後の信号図
【図８】低域の第１の周波数範囲の雑音を除去した後の信号図
【図９】低域の第２の周波数範囲の雑音を除去した後の信号図
【符号の説明】
【００９０】
１１……センサ、２０……信号処理装置、２１……Ａ／Ｄ変換器、２２……高域雑音除去部、２３……移相手段、２４……遅延手段、２５……加算手段、２６……スペクトラム解析手段、２７……雑音分布判定手段、３０……低域雑音除去部、３１……移相手段、３２……時間応答係数算出手段、３３……補正手段、３４……遅延手段、３５……加算手段、４１……移相手段、４２……補正手段、４３……補正係数算出手段、４４……遅延手段、４５……加算手段、４６……雑音信号生成手段、１００……移相手段、１０１、１０３、１０４……ヒルベルト変換器、１０２……遅延手段、１０５……位相・周波数算出手段、１０６……振幅算出手段、１０７……加算手段、１０８……直交信号生成手段、１０９……合成手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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