(57)【要約】センサから出力された比較的高い周波数のセンサ信号を、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器用の比較的低い周波数の入力信号に変換する電子回路に関する。この電子回路は、差動増幅器、デジタルコンパレータ、デジタル分周器及びトランジスタスイッチを備える。差動増幅器は、センサ信号の周波数に関連付けてセンサ信号を増幅する。デジタルコンパレータは、増幅されたセンサ信号を固定の基準電圧と比較することにより矩形波信号を生成する。デジタル分周器は、矩形波信号を分周して、周波数を低下させた信号を生成する。トランジスタスイッチは、デジタル分周器から出力される周波数を低下させた信号に関連付けてスイッチングすることにより、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器用の比較的低い周波数の入力信号を生成する。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサから出力された比較的高い周波数のセンサ信号を、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器用の比較的低い周波数の入力信号に変換する電子回路であって、
前記センサ信号の周波数に関連付けて前記センサ信号を増幅する差動増幅器と、
増幅された前記センサ信号を固定の基準電圧と比較することにより矩形波信号を生成するデジタルコンパレータと、
前記矩形波信号を分周して、周波数を低下させた信号を生成するデジタル分周器と、
前記デジタル分周器から出力される前記周波数を低下させた信号に関連付けてスイッチングすることにより、前記ディスクリート入力ワイヤレス伝送器用の前記比較的低い周波数の入力信号を生成するトランジスタスイッチと
を備えることを特徴とする電子回路。
【請求項２】
前記トランジスタスイッチは、オープンコレクタ出力を備え、前記周波数を低下させた信号に関連付けて前記オープンコレクタ出力をスイッチングすることにより、前記ディスクリート入力ワイヤレス伝送器用の前記比較的低い周波数の入力信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の電子回路。
【請求項３】
前記トランジスタスイッチは、電界効果トランジスタからなり、前記デジタル分周器が生成した前記周波数を低下させた信号で前記電界効果トランジスタのゲートを駆動することにより、前記ディスクリート入力ワイヤレス伝送器用の前記比較的低い周波数の入力信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の電子回路。
【請求項４】
前記センサから出力された前記比較的高い周波数のセンサ信号は、タービン流量計、磁気流量計、及びフォトカップラのうちの少なくとも１つから出力された信号であることを特徴とする請求項１に記載の電子回路。
【請求項５】
前記差動増幅器は、前記センサ信号の周波数が低いほど前記センサ信号の振幅を増大させることにより、前記センサ信号の周波数帯域にわたって前記センサ信号の振幅を均一化することを特徴とする請求項１に記載の電子回路。
【請求項６】
前記差動増幅器は、差動増幅を行う周波数帯域を限定するフィルタを備えることを特徴とする請求項１に記載の電子回路。
【請求項７】
前記デジタル分周器は、２の累乗の分周比で前記矩形波信号を分周することにより、前記周波数を低下させた信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の電子回路。
【請求項８】
前記矩形波信号を分周するための前記２の累乗の分周比は、使用者による選択が可能であることを特徴とする請求項７に記載の電子回路。
【請求項９】
センサから出力された比較的高い周波数のセンサ信号を、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器用の比較的低い周波数の入力信号に変換する端子ブロックであって、
前記端子ブロックは、
前記比較的高い周波数のセンサ信号を受け取る複数の配線用端子と、
前記複数の配線用端子に生じる過渡的過電圧状態から前記端子ブロックの電子回路を保護する過渡電圧保護回路と、
ローカル電源から得た固定の基準電圧を前記端子ブロックの電子回路に供給する電源回路と、
前記センサから出力された前記比較的高い周波数のセンサ信号を、前記比較的低い周波数の入力信号に変換して、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器に供給する周波数変換回路とを備え、
前記周波数変換回路は、
前記センサ信号の周波数に関連付けて前記センサ信号を増幅する差動増幅器と、
増幅された前記センサ信号を固定の基準電圧と比較することにより矩形波信号を生成するデジタルコンパレータと、
前記矩形波信号を分周して、周波数を低下させた信号を生成するデジタル分周器と、
前記デジタル分周器から出力される前記周波数を低下させた信号に関連付けてスイッチングすることにより、前記ディスクリート入力ワイヤレス伝送器用の前記比較的低い周波数の入力信号を生成するトランジスタスイッチとを備える
ことを特徴とする端子ブロック。
【請求項１０】
前記トランジスタスイッチは、オープンコレクタ出力を備え、前記周波数を低下させた信号に関連付けて前記オープンコレクタ出力をスイッチングすることにより、前記ディスクリート入力ワイヤレス伝送器用の前記比較的低い周波数の入力信号を生成することを特徴とする請求項９に記載の端子ブロック。
【請求項１１】
前記トランジスタスイッチは、電界効果トランジスタからなり、前記デジタル分周器が生成した前記周波数を低下させた信号で前記電界効果トランジスタのゲートを駆動することにより、前記ディスクリート入力ワイヤレス伝送器用の前記比較的低い周波数の入力信号を生成することを特徴とする請求項９に記載の端子ブロック。
【請求項１２】
前記センサから出力された前記比較的高い周波数のセンサ信号は、タービン流量計、磁気流量計、及びフォトカップラのうちの少なくとも１つから出力された信号であることを特徴とする請求項９に記載の端子ブロック。
【請求項１３】
前記差動増幅器は、前記センサ信号の周波数が低いほど前記センサ信号の振幅を増大させることにより、前記センサ信号の周波数帯域にわたって前記センサ信号の振幅を均一化することを特徴とする請求項９に記載の端子ブロック。
【請求項１４】
前記差動増幅器は、差動増幅を行う周波数帯域を限定するフィルタを備えることを特徴とする請求項９に記載の端子ブロック。
【請求項１５】
前記デジタル分周器は、２の累乗の分周比で前記矩形波信号を分周することにより、前記周波数を低下させた信号を生成することを特徴とする請求項９に記載の端子ブロック。
【請求項１６】
前記矩形波信号を分周するための前記２の累乗の分周比は、使用者による選択が可能であることを特徴とする請求項１５に記載の端子ブロック。
【請求項１７】
比較的高い周波数のセンサ信号を、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器用の比較的低い周波数の入力信号に変換する方法であって、
前記センサ信号の周波数に関連付けて前記センサ信号を差動増幅する工程と、
差動増幅された前記センサ信号を矩形波信号に変換する工程と、
前記矩形波信号を分周して、周波数を低下させた矩形波信号を生成する工程と、
前記周波数を低下させた矩形波信号に関連付けてトランジスタの出力をスイッチングすることにより、前記ディスクリート入力ワイヤレス伝送器用の前記比較的低い周波数の入力信号を供給する工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記トランジスタの出力は、オープンコレクタ出力であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記比較的高い周波数のセンサ信号は、タービン流量計の出力信号、磁気流量計の出力信号、及びフォトカップラの出力信号のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記センサ信号を差動増幅する工程は、前記センサ信号の周波数が低いほど前記センサ信号を大きく増幅することにより、前記センサ信号の振幅を均一化する工程を備えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
流量を計測するためのワイヤレスフィールドデバイスであって、
ディスクリート入力信号を検出し、検出した前記ディスクリート入力信号を計数し、前記ディスクリート入力信号の計数値をワイヤレスで制御システムまたは監視システムに伝送するディスクリート入力ワイヤレス伝送器と、
流量を計測し、出力するパルス信号の周波数によって前記流量の計測結果が示され、前記ディスクリート入力ワイヤレス伝送器が検出可能なディスクリート入力信号の周波数より、前記パルス信号の周波数の方が高いタービン流量計と、
前記タービン流量計から出力された前記パルス信号を、前記ディスクリート入力ワイヤレス伝送器が検出可能な比較的低い周波数のディスクリート入力信号に変換する電子回路とを備え、
前記電子回路は、
前記パルス信号の周波数に関連付けて前記パルス信号を増幅する差動増幅器と、
増幅された前記パルス信号を固定の基準電圧と比較することにより矩形波信号を生成するデジタルコンパレータと、
前記矩形波信号を分周して、周波数を低下させた信号を生成するデジタル分周器と、
前記デジタル分周器から出力される前記周波数を低下させた信号に関連付けてスイッチングすることにより、前記ディスクリート入力ワイヤレス伝送器用の前記比較的低い周波数の入力信号を生成するトランジスタスイッチとを備える
ことを特徴とするワイヤレスフィールドデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ねプロセスの計測及び制御のためのフィールドデバイスに関するものであり、具体的には、ディスクリート入力伝送器用に入力信号を変換するための電子回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フィールドデバイスには、圧力、温度、流量などの変数を計測し制御するプロセス管理デバイスが広い範囲で包含される。伝送器は、例えばセンサやアクチュエータといったトランスデューサとの通信を行い、コンピュータなどの遠隔制御デバイスまたは遠隔監視デバイスとも通信を行うようなフィールドデバイスである。例えば、センサの出力信号は、遠隔制御デバイスや遠隔監視デバイスと有効な通信を行うには不十分であるのが一般的である。伝送器は、センサからの通信を受信し、この信号を、例えば４−２０ｍＡ電流ループ信号、或いはワイヤレスプロトコル信号など、長距離の通信に有効な形式に変換し、変換した信号を、電流ループまたはワイヤレスフィールドデバイスネットワークを介して遠隔制御デバイスまたは遠隔監視デバイスに伝送することにより、このような問題を克服するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ワイヤレスフィールドデバイスは、産業用途において広く普及しつつある。ワイヤレスフィールドデバイスネットワークの構成要素として、ワイヤレスデバイスは、有線デバイスの適用範囲を超え、配線が困難であったり、配線費用が多大であったりするような場所にまで、プロセス制御システムやプロセス監視システムの適用範囲を拡大している。より低消費電力の電子機器や高周波無線機器の使用は、ワイヤレスフィールドデバイスネットワークのようなトランスデューサを基にした適用を目的として構成されるワイヤレスネットワークシステムにとって必須である。高額な設置費用を生じることなく設備及びトランスデューサを配置しなければならないのに、１２０Ｖ交流商用電源や電力供給型データバスなどといった電力設備が近くに配備されていなかったり、このような電力設備を危険な場所には導入することができなかったりするので、ネットワークにおける多くのデバイスは、ローカル電源による電力供給を必要とする。ローカル電源の共通の特徴は、長寿命バッテリの場合のように蓄えるもの、及び太陽電池パネルの場合のように生成するもののいずれも、電力容量が限られることである。バッテリは、５年以上にわたる継続使用が予測され、適用製品の寿命程度の期間にわたって継続して使用できることが望ましい。
【０００４】
そこで、低消費電力に構成された電子機器を有し、プロセス監視やプロセス制御に適用するための圧力、温度、流量などの変数を通信することが可能な産業用ワイヤレス伝送器が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、センサから出力された比較的高い周波数のセンサ信号を、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器用の比較的低い周波数の入力信号に変換する電子回路を具現化するものである。この電子回路は、差動増幅器、デジタルコンパレータ、デジタル分周器及びトランジスタスイッチを備える。差動増幅器は、センサ信号の周波数に関連付けてセンサ信号を増幅する。デジタルコンパレータは、増幅されたセンサ信号を固定の基準電圧と比較することにより矩形波信号を生成する。デジタル分周器は、この矩形波信号を分周して、周波数を低下させた信号を生成する。トランジスタスイッチは、デジタル分周器から出力される周波数を低下させた信号に関連付けてスイッチングすることにより、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器用の比較的低い周波数の入力信号を生成する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明のディスクリート入力ワイヤレス伝送器用信号変換回路の一実施形態を備えたプロセス監視及び制御システムの代表例を示す図である。
【図２Ａ】端子ブロックに組み込まれ、本発明のディスクリート入力ワイヤレス伝送器用信号変換回路の一実施形態を備えたディスクリート入力ワイヤレス伝送器の代表例を示す図である。
【図２Ｂ】端子ブロックに組み込まれ、本発明のディスクリート入力ワイヤレス伝送器用信号変換回路の一実施形態を備えたディスクリート入力ワイヤレス伝送器の代表例を示す図である。
【図３】本発明のディスクリート入力ワイヤレス伝送器用信号変換回路の一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明は、産業用ワイヤレス伝送器用の信号変換回路に関する。この信号変換回路は、例えば、タービン流量計のような産業用流量計から出力される、信号処理を施していない比較的高い周波数のパルス信号を、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器に適合した比較的低い周波数のパルス信号に変換する。
【０００８】
例えば、ダニエル（Daniel、登録商標）シリーズ１２００液体タービン流量計などのタービン流量計は、流路に設けられて流体の流動に応じて回転するタービンロータを用いることにより、配管内を通過する流体の流量を検出する。この回転により、ロータのブレード（またはロータのリム部に配設されたボタン状部材）が磁気センサの磁界を通過し、即ち回転が電気信号に変換され、センサパルス信号が生成される。一連のセンサパルス信号は、流体の流動に応じ、流路内においてタービンロータが回転する際に、正弦波形で生成される。体積流量は、一定期間におけるパルス数を計数することで求められる。高精度の流量計は、ロータに数個のブレード（またはボタン状部材）を有している。流量が大きい場合には、出力されるパルス信号の周波数が５０００Ｈｚ以上になることがある。
【０００９】
例えば、ローズマウント（Rosemount、登録商標）社製７０２ワイヤレスディスクリート伝送器などのディスクリート入力ワイヤレス伝送器は、ディスクリート入力信号（例えばスイッチの開閉信号）を検知することが可能であって、ワイヤレスフィールドデバイスネットワークを介し、検知情報を制御システムまたは監視システムに伝送する前に、ディスクリート入力信号のパルス数を計数することが可能な産業用ワイヤレス伝送器である。タービン流量計から出力されたセンサパルス信号のパルスをディスクリート入力信号として認識するように、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器を変更すれば、制御システムまたは監視システムは、時間の経過に伴う計数情報の変化を用い、配管中の流量を求めることが可能となる。但し、公知のディスクリート入力ワイヤレス伝送器は、計数可能な周波数が１００Ｈｚ以下に限られている。これは、５０００Ｈｚ以上の周波数での計数が可能な電子回路を有したワイヤレス伝送器が著しく電力を消費し、ワイヤレスデバイスの使用可能な寿命を大幅に制限してしまうことに起因する。本発明では、タービン流量計から出力される５０００Ｈｚ以上のパルスのように、センサから出力される比較的高い周波数のパルスを、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器が正確に計数し、この計数結果を出力することが可能となる、１００Ｈｚ以下の比較的低い周波数のディスクリート入力信号に変換する。
【００１０】
図１は、本発明のディスクリート入力ワイヤレス伝送器用信号変換回路の一実施形態を備えたプロセス監視及び制御システムの代表例を示す図である。図１には、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２、タービン流量計１４、センサケーブル１６及びプロセス配管１８を備えたプロセス監視ポイントまたはプロセス制御ポイント１０が示されている。また、図１には、ワイヤレスフィールドデバイスネットワーク２０も示されている。プロセス配管１８には、プロセス流体Ｆが収容されて流動する。ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２は、図２Ａ、図２Ｂ及び図３に基づき後述するような信号変換回路２６を備えた端子ブロック２４に具現化された本発明の部分を除けば、１００Ｈｚ以下となるようなディスクリート入力信号の検出及び計数のみが通常は可能な、標準的なディスクリート入力ワイヤレス伝送器である。
【００１１】
タービン流量計１４は、プロセス流体Ｆがタービン流量計１４を通過して流動するように、プロセス配管１８の内部に挿入されている。ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２は、タービン流量計１４の近傍に配置される。図１に示すように、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２は、プロセス配管１８に固定されたポールに取り付けられている。これに代えて、タービン流量計１４の近傍にある別の機材にディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２を取り付けてもよいし、タービン流量計１４に物理的に取り付けるようにしてもよい。センサケーブル１６は、端子ブロック２４を介し、タービン流量計１４をディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２に接続する。ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２は、ワイヤレスフィールドデバイスネットワーク２０の構成要素であり、例えばＩＥＣ６２９５１（ワイヤレスＨＡＲＴ（登録商標））などの産業用ワイヤレス通信プロトコルにより、ワイヤレスフィールドデバイスネットワーク２０の残りの構成要素と接続される。ワイヤレスフィールドデバイスネットワーク２０は、ゲートウエイ（図示せず）を介し、制御システムまたは監視システムと接続されている。
【００１２】
作動時、流動するプロセス流体Ｆがタービン流量計１４を通過すると、タービン流量計１４内のロータが回転し、一連のパルスからなるセンサパルス信号が生成される。プロセス流体Ｆの流量が増大するに従い、センサパルス信号の周波数が上昇し、センサパルス信号の振幅も増大する。センサパルス信号の周波数は、０Ｈｚから５０００Ｈｚ以上となる高さまでの範囲で変動する。センサパルス信号の振幅は、４０ｍＶから１００００ｍＶまでか、もしくはそれ以上の範囲で変動する。タービン流量計１４から出力されたセンサパルス信号は、センサケーブル１６を介してディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２に伝達される。ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２では、信号変換回路２６が、センサパルス信号を０Ｈｚから１００Ｈｚまでの範囲内の一連のパルスからなるディスクリート入力信号に変換する。この結果、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２は、単位時間当たりに計数されたディスクリート入力信号のパルス数に基づき、タービン流量計１４から出力されたセンサパルス信号のパルス数を求めることが可能となり、ワイヤレスフィールドデバイスネットワーク２０を介し、この情報を制御システムまたは監視システムに伝送することができる。これに代えて、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２が、単位時間当たりに計数されたディスクリート入力信号のパルス数を、ワイヤレスフィールドデバイスネットワーク２０により制御システムまたは監視システムに伝送し、制御システムまたは監視システムが、ディスクリート入力信号のパルスの計数結果に基づき、タービン流量計１４から出力されたセンサパルス信号のパルス数を求めるようにしてもよい。
【００１３】
一般的にはタービン流量計１４から出力されたセンサパルス信号のパルスを検知して計数することができなかったディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２が、本発明を適用することにより、このセンサパルス信号のパルスを正確に検知して計数し、制御システムまたは監視システムに結果を伝達可能となり、流量の計測情報を得ることができるようになる。また、比較的低い周波数に変換することにより、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２の重要な低消費電力性能が保持される。
【００１４】
図２Ｂ及び図２Ｂは、端子ブロックに組み込まれ、本発明のディスクリート入力ワイヤレス伝送器用信号変換回路の一実施形態を備えたディスクリート入力ワイヤレス伝送器の代表例を示す図である。図２Ａは、伝送器ハウジング３０、ハウジングカバー３２、取付用支柱３４、アンテナ３６及びコンジット入口３８を示す、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２の側面図である。伝送器ハウジング３０は、ディスクリート入力信号を受け取り、ディスクリート入力信号のパルスを計数して記録し、ワイヤレスによるワイヤレスフィールドデバイスネットワーク２０との情報交換に必要な、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２用の電子回路を全て収容している。ハウジングカバー３２は、伝送器ハウジング３０に装着されており、現場において作業可能な電気的接続を保護している。コンジット入口３８は、現場での配線によりディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２に接続するための２つの入口のうちの１つである（図２Ｂには２つの入口を示す）。取付用支柱３４は、伝送器ハウジング３０に固定されており、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２をタービン流量計１４の近傍にある取付用ポールまたは固定部材に固定するのに用いることができる。アンテナ３６は、伝送器ハウジング３０に結合されている。
【００１５】
図２Ｂは、取付用支柱３４を中心として、図２Ａのディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２を回転させ、ハウジングカバー３２を取り外した状態で示す図である。図２Ｂに示すとおり、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２は端子ブロック２４を備えている。端子ブロック２４は、現場でセンサケーブル１６をディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２に接続するための端子４０（２個を図示）を備える。端子ブロック２４は、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２に一般的に設けられる端子ブロックを置き換えたものである。タービン流量計１４からのセンサケーブル１６は、コンジット入口３８の１つから中に入って端子４０に接続される。ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２に一般的に設けられる端子ブロックのような現場におけるセンサケーブル１６の接続機能に加え、端子ブロック２４は、図３に基づき後述するように、信号変換回路２６及び過渡電圧保護回路を備えている。
【００１６】
作動時、タービン流量計１４から出力されたセンサパルス信号は、センサケーブル１６を介し、端子４０から端子ブロック２４に伝達される。端子ブロック２４では、信号変換回路２６が、センサパルス信号を０Ｈｚから１００Ｈｚまでの範囲内の一連のディスクリート入力信号に変換し、このディスクリート入力信号を伝送器ハウジング３０内の電子回路に送り、この電子回路においてディスクリート入力信号の検出及び計数が行われる。
【００１７】
図３は、本発明のディスクリート入力ワイヤレス伝送器用信号変換回路の一実施形態の代表例を示す図である。図３には、信号変換回路２６、端子４０及び過渡電圧保護回路４２を備えた端子ブロック２４が示されている。過渡電圧保護回路４２は、過渡的過電圧状態からディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２を保護するための受動フィルタを備えている。信号変換回路２６は、差動増幅器４４、デジタルコンパレータ４６、デジタル分周器４８、トランジスタスイッチ５０及び電源回路５２を備え、差動増幅器４４はフィルタ５４を備えている。
【００１８】
差動増幅器４４は、比較的周波数の低い信号の方が比較的周波数の高い信号よりも大きな増幅率となるような、可変利得増幅器である。上述したように、タービン流量計１４から出力されるセンサパルス信号の周波数が上昇するに従い、センサパルス信号の振幅も増大する。従って、差動増幅器４４は、タービン流量計１４から出力されるセンサパルス信号の振幅を、センサパルス信号の全周波数帯域にわたって均一化する特性を有する。フィルタ５４は、差動増幅器４４によって増幅される信号の周波数を、タービン流量計１４から出力が予測されるセンサパルス信号の最高周波数以下に制限するローパスフィルタである。デジタルコンパレータ４６は、例えば正弦波信号が固定の基準電圧を横切るのに対応して出力を反転させることにより、当該正弦波信号に対応した矩形波信号を生成する公知のデバイスである。デジタル分周器４８は、入力信号の周波数より低い周波数の出力信号を生成する公知のデバイスである。この出力信号の周波数は、ｎを０より大きい整数としたときに、２のｎ乗の選択可能な除数によって入力信号の周波数を除した（即ち、分周した）ものである。例えば、５０００Ｈｚのセンサパルス信号は、デジタル分周器４８により、ｎを６とした分周比により７８Ｈｚの周波数に分周される。トランジスタスイッチ５０は、入力信号の変化に応じて出力信号を反転させる公知のデバイスであって、例えば、オープンコレクタ出力を有した電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）としてもよい。電源回路５２は、ある範囲内の電圧を供給されると、固定電圧の電力を生成する公知のデバイスである。電源回路５２は、例えば、電力消費を最小限に抑えたスイッチングレギュレータである。
【００１９】
図３に示すように、センサケーブル１６が端子４０を介して端子ブロック２４に接続される。過渡電圧保護回路４２は、フィルタ５４を介して差動増幅器４４に端子４０を接続する。デジタルコンパレータ４６は、差動増幅器４４をデジタル分周器４８に接続する。デジタル分周器４８は、トランジスタスイッチ５０に接続されており、トランジスタスイッチ５０は、ディスクリート入力信号を検出して計数するべくディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２内に設けられた電子回路に接続されている。電源回路５２は、例えば７．２Ｖ出力のバッテリなど、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２用のローカル電源に接続されている。また、電源回路５２は、信号変換回路２６のデバイスにも接続されており、電源電圧より低い、例えば３．０Ｖの固定電圧を当該デバイスに供給する。
【００２０】
作動時、センサケーブル１６から端子４０において受け取ったセンサパルス信号は、過渡電圧保護回路４２を経て差動増幅器４４に伝達される。過渡電圧保護回路４２は、センサパルス信号に付随したあらゆる過渡的過電圧状態を除去する。差動増幅器４４では、フィルタ５４により、タービン流量計１４が生成しうる周波数を上回るあらゆる周波数の信号が遮断される。次に、差動増幅器４４が、低い周波数のセンサパルス信号を、高い周波数のセンサパルス信号よりも大きい増幅率で増幅し、センサパルス信号の全周波数域にわたってセンサパルス信号の振幅を均一化する。上述したように、タービン流量計１４が生成するセンサパルス信号は、比較的低い周波数のセンサパルス信号が比較的小さな振幅を有し、比較的高い周波数のセンサパルス信号が比較的大きな振幅を有しており、振幅が大きく異なるため、このような処理は必須である。正弦波形のセンサパルス信号を矩形波信号に変換するデジタルコンパレータ４６にセンサパルス信号を伝達する前に、このセンサパルス信号の振幅を均一化する必要があり、もし振幅を均一化しなければ、デジタルコンパレータ４６は、センサパルス信号の限られた周波数の範囲でしか矩形波信号を生成できず、検出可能な流量の範囲が狭まることになる。差動増幅されたセンサパルス信号はデジタルコンパレータ４６に伝達され、この正弦波形と、電源回路５２が供給する固定の基準電圧とが比較される。正弦波形のセンサパルス信号が固定の基準電圧を横切るのに対応してデジタルコンパレータ４６の出力が反転し、センサパルス信号の矩形波が生成される。矩形波となったセンサパルス信号はデジタル分周器４８に供給され、センサパルス信号の最高周波数が５０００Ｈｚとなる例について上述したように、センサパルス信号の最高周波数が１００Ｈｚ以下となるような２の累乗の分周比によって分周が行われる。この処理により、センサパルス信号の周波数は、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２内の低消費電力の電子回路が検出可能な周波数範囲内に収まる。最後に、分周されたセンサパルス信号がトランジスタスイッチ５０に供給され、トランジスタスイッチ５０の出力信号が制御される。例えば、オープンコレクタ出力のＦＥＴをトランジスタスイッチ５０に用いた場合、デジタル分周器４８から出力されたセンサパルス信号は、トランジスタスイッチ５０のゲートに加えられ、一連のオン・オフ反転信号がトランジスタスイッチ５０の出力に得られる。次に、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２内の電子回路により、このオン・オフ反転信号がディスクリート入力信号として検出される。
【００２１】
本発明では、デジタル分周器４８がセンサパルス信号の周波数を分周する際の分周比を定める２の累乗値が、特定の端子ブロック２４用の固定値となっている。これに代えて、デジタル分周器４８が用いる２の累乗値を、例えば、端子ブロック２４に設けたジャンパ線回路またはスイッチの切り換えによって使用者が選択可能としてもよい。このようにして、単一の端子ブロック２４をディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２内に設け、最高周波数の異なるさまざまなタービン流量計１４を用いることが可能となる。また、さまざまな最高周波数に対応し、ジャンパ線またはスイッチによってフィルタ５４も選択するようにしてもよい。いずれの場合においても、デジタル分周器４８が用いる２の累乗値は、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２内の電子回路、または制御システムもしくは監視システムにおいて、単位時間当たりのディスクリート入力信号の計数値を、正しい流量の検出に用いる単位時間当たりのセンサパルス信号のパルス計数値に換算する際にも用いる必要がある。
【００２２】
本発明により、消費電力を著しく増大させることなく、１００Ｈｚより高い周波数のセンサパルス信号のパルスを検出して計数可能なディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２が提供される。上述した信号変換回路２６に用いる構成部品は、作動の際に２０μＡ未満となるような微小電力を消費する。また、比較的低い周波数に変換することにより、ディスクリート入力ワイヤレス伝送器１２の重要な低消費電力性能が保持される。
【００２３】
本発明の実施形態は、いずれも、センサパルス信号の発生源として磁気によるピックオフを用いたタービン流量計を有するものであるが、本発明は、センサパルス信号の周波数に計測情報が含まれるようなセンサパルス信号の発生源であれば、どのようなものにも適用可能であることが判る。別の適用例には、磁気流量計や、フォトカップラのような光学センサを用いたデバイスが含まれる。
【００２４】
本発明の信号変換回路により、例えばタービン流量計のような産業用センサから出力される１００Ｈｚより高い周波数のセンサパルス信号を検出することが可能であると共に、ワイヤレスフィールドデバイスに求められる低消費電力性能を維持することが可能なディスクリート入力ワイヤレス伝送器が提供される。ディスクリート入力ワイヤレス伝送器用の端子ブロックに信号変換回路を組み込めば、容易に信号変換回路を装着して、互換性のあるディスクリート入力ワイヤレス伝送器を改良することが可能である。本発明により、本発明の信号変換回路が組み込まれたディスクリート入力ワイヤレス伝送器を介し、信号処理を施していないタービン流量計のような産業用センサをワイヤレスフィールドデバイスネットワークに組み入れることが可能となる。
【００２５】
具体的な実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能であると共に、均等物で各構成要素を置き換えることが可能であることが当業者に理解されよう。また、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況やものを本発明の教示に適合させるためのさまざまな変形が可能である。従って、本発明は、開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内に含まれる全ての形態を含むものである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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