(57)【要約】【課題】共通する信号線が接続された入力ポートが判別できる入出力切替装置を提供する。【解決手段】上記課題は、複数の入力ポートと、複数の出力ポートと、前記入力ポートの各ポートと前記出力ポートの各ポートとをそれぞれ接続するスイッチアレイと、電流源と、前記スイッチアレイと前記電流源とを接続する第１のスイッチと、所定電圧を印加する電圧印加手段と、前記スイッチアレイと前記電圧印加手段とを接続する第２のスイッチと、前記電流源の電圧を測定する測定手段と、前記測定の結果に基づいて、共通する信号線が接続された前記入力ポートを判別する判別手段とを備えたことを特徴とする入出力切替装置により解決する。【選択図】図１
2005341123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入力ポートと、
複数の出力ポートと、
前記入力ポートの各ポートと前記出力ポートの各ポートとをそれぞれ接続するスイッチアレイと、
電流源と、
前記スイッチアレイと前記電流源とを接続する第１のスイッチと、
所定電圧を印加する電圧印加手段と、
前記スイッチアレイと前記電圧印加手段とを接続する第２のスイッチと、
前記電流源の電圧を測定する測定手段と、
前記測定の結果に基づいて、共通信号線が接続された前記入力ポートを判別する判別手段とを備えたことを特徴とする入出力切替装置。
【請求項２】
前記入出力切替装置が、さらに、前記判別手段により判別された結果を表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の入出力切替装置。
【請求項３】
前記複数の入力ポートの各ポートが、信号端子、ガード端子および接地端子を備え、かつ、
前記ガード端子に接続された信号線が前記共通信号線であることを特徴とする請求項１または２に記載の入出力切替装置。
【請求項４】
前記判別手段が、ケルビンケーブルが接続された１組の入力ポートを判別する機能を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の入出力切替装置。
【請求項５】
前記判別手段が、前記入出力切替装置の電源投入時に動作することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の入出力切替装置。
【請求項６】
前記入出力切替装置が、前記判別手段に接続された制御手段からの要求に応じて、動作を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の入出力切替装置。
【請求項７】
共通信号線が接続されている前記入力ポートを判別する判別方法であって、
第１の入力ポートに電流源を接続するステップと、
第２の入力ポートを所定電位に設定するステップと、
前記第１の入力ポートの電圧を測定するステップと、
前記測定の結果に基づいて、前記共通信号線が接続されている前記入力ポートを判別するステップとを含むことを特徴とする判別方法。
【請求項８】
前記第１の入力ポートと前記第２の入力ポートとが、隣接して設置された入力ポートであることを特徴とする請求項７記載の判別方法。
【請求項９】
前記判別するステップが、所定の基準電位と前記第１の入力ポートの電圧との大小関係により、前記第１の入力ポートと前記第２の入力ポートとに前記共通信号線が接続されているかを判別することを特徴とする請求項７または８の記載に判別方法。
【請求項１０】
前記所定電位が接地電位であることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の判別方法。
【請求項１１】
前記判別方法が、さらに、前記共通信号線が接続されている前記入力ポートのポート番号を表示するステップを有することを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載の判別方法。  
【請求項１２】
前記判別方法が、さらに、前記共通信号線が接続されている前記入力ポートのポート番号を通信回線を通じて外部へ送信するステップを有することを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載の判別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は入出力切替装置に関し、特に共通の信号線が接続された入力ポートの判別手段を備えた入出力切替装置および判別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定デバイスを測定器で測定を行う場合、測定対象や測定物理量に応じて被測定デバイスと測定器との接続を変更する必要がある。接続の変更は被測定デバイスと測定器とに接続されたケーブルの結線を変更することにより行われるが、被測定デバイスの測定点や測定器の数が多くなるとケーブル数も増えるため、結線変更は非常に煩雑な作業となる。また、各測定点に対して複数の測定を繰り返し行う場合や、逆に複数の測定点からの出力に対して同一の測定を繰り返す場合のように、同様な結線変更行程を繰り返して行う場合には、結線変更に必要な時間を短くすることで、測定全体に必要な時間を飛躍的に削減することができる。
【０００３】
このような結線変更を簡便に行うための装置として、複数の入力ポートからの信号線と複数の出力ポートからの信号線を格子状に直交配置して、各交点にスイッチを設けた入出力切替装置がある。入出力切替装置は、交点に設けられたスイッチをオンすることによって、該交点に接続された入力ポートからの信号を、該交点に接続された出力ポートに出力することができる。
【０００４】
ところで、被測定デバイスと測定器との間を伝送する信号が微小信号である場合や、有効桁数の多い精密測定が必要な被測定信号を伝送する場合には、伝送中における漏れ電流による損失や外部からのノイズの影響を抑制するために、伝送信号、ガード信号、接地信号を同軸ケーブルで伝送することが多い。ガード信号は伝送信号と同電位の信号であり、伝送信号と同時に伝送される。接地信号は常時接地電位を維持する信号である。
【０００５】
図３に代表的な同軸ケーブルの断面図を示す。図３（ａ）はトライアックス（Ｔｒｉａｘ）・ケーブル３０と呼ばれる同軸ケーブルで、被測定デバイスから測定器への信号伝送、またはその逆方向の信号伝送といった、一方向信号伝送に用いられる。トライアックス・ケーブル３０は、伝送信号を伝送する中心導体３１、ガード信号を伝送するガード導体３４、接地信号を伝送するシールド導体３６が同軸上に配置され、各導体間を絶縁体３３、３５で隔離し、表面を絶縁体３７で被覆している。
【０００６】
他方、図３（ｂ）は伝送信号が２本ある場合のケーブルでケルビン（Ｋｅｌｖｉｎ）・ケーブル４０と呼ばれている。ケルビン・ケーブル４０は、主に、測定器から所定の信号（フォース信号）を被測定デバイスに与え、被測定デバイスからの応答信号（センス信号）を測定器に伝送する双方向型の伝送に使用される。ケルビン・ケーブル４０の構造は、フォース信号を伝送する中心導体４１とセンス信号を伝送する中心導体４２の２本の中心導体がある他はトライアックス・ケーブル３０と同じ構造をもっている。すなわち、中心導体４１、４２を覆うように、中心導体４１と同軸上にガード導体４４とシールド導体４６が配置され、各導体間を絶縁体４３、４５で隔離して、表面を絶縁体４７が覆う構造をもつ。
【０００７】
ケルビンケーブルは、機能的にはトライアックスケーブル２組と同等であるが、電気性能的にはそれに比べて中心導体とガード導体間の容量が半分となる特徴がある。測定装置の多くには本質的にこの容量の制限があり、この制限を満足するため、ケルビン接続を実現するためにはケルビンケーブルを用いる必要がある。
【０００８】
被測定デバイスと測定器との接続を切り替える入出力切替装置は、トライアックス・ケーブル３０とケルビン・ケーブル４０の２つのケーブルのいずれのケーブルも接続できなければならない。しかし、入出力切替装置にトライアックス・ケーブル３０用の入力ポートとケルビン・ケーブル４０用の２種類の入力ポートを設けると、使用しない入力ポートの数が増えるため、ポートの使用効率が悪く、装置が大型化する。そこで、入出力切替装置にはトライアックス・ケーブル３０用の入出力ポートのみ設けて、ケルビン・ケーブル４０を図４のように２つのポートを使って入出力を行うことによって接続を行う方法がある。
【０００９】
図４では、フォース信号を伝送する中心導体４１と、ガード信号を伝送するガード導体４４、および接地信号を伝送するシールド導体４６が、それぞれ入力ポート１００の信号端子１０３、ガード端子１０２、接地端子１０１に接続されている。また、センス信号を伝送する中心導体４２、ガード信号を伝送するガード導体４４、および接地信号を伝送するシールド導体４６が、それぞれ別の入力ポート１１０の信号端子１１３、ガード端子１１２、接地端子１１１に接続されている。
【００１０】
【非特許文献１】特開平７−４５１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、入出力切替装置の２つのポートを利用してケルビン・ケーブルを接続することにより、効率的なポートの利用ができる反面、１本のケルビン・ケーブルの入出力ポートを切替に、２ポート分の設定が必要となり、切替作業が煩雑化することになる。そこで、入出力切替装置の電源投入時やケーブル接続変更時に入力ポートに接続されているケーブルの種類を判別する方法の確立が望まれていた。接続ケーブルの種類がわかっていれば、２ポート分の設定を１回の設定で行うようにしたり、ユーザが容易に入出力切替え装置の設定を行うことができるからである。この点につき、自動判別を実施するために判別装置がついた接続ケーブルを用意する方法も考えられるが、従来から使用されてきた接続ケーブルとの互換性がなくなってしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題は、複数の入力ポートと、複数の出力ポートと、前記入力ポートの各ポートと前記出力ポートの各ポートとをそれぞれ接続するスイッチアレイと、電流源と、前記スイッチアレイと前記電流源とを接続する第２のスイッチと、所定電圧を印加する電圧印加手段と、前記スイッチアレイと前記電圧印加手段とを接続する第３のスイッチと、前記電流源の電圧を測定する測定手段と、前記測定の結果に基づいて、共通する信号線が接続された前記入力ポートを判別する判別手段とを備えたことを特徴とする入出力切替装置により、解決することができる。
【００１３】
より具体的には、一方のポートのガード端子に所定電圧を印加し、他方のポートのガード端子に電流源を接続して、電流源を接続した端子の電圧を測定することより、ケーブルの種類を判別する。ケルビン・ケーブルが接続された２つのポートは、ガード信号が共通信号線であることから、測定電位は印加電圧とほぼ等しくなる。これに対して、２つのポートの一方または双方にトライアックス・ケーブルが接続されていたり、異なるケルビン・ケーブルからの信号が接続されている場合には、測定電位は印加電圧と等しくならない。このような判別作業を各ポートについて実施することにより、ケルビン・ケーブルが接続された入力ポートの組み合わせを判別することができる。
【発明の効果】
【００１４】
共通する信号線が接続された入力ポートが判別でき、入出力切替作業の効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図５に本発明に係る入出力切替装置５０のブロック図を、切替部１０の回路図を図１に示す。
入出力切替装置５０は、切替部１０と、切替部１０の電圧計１１に接続されたプロセッサ５２（判別手段）と、プロセッサ５２に接続されたディスプレイ５１（表示手段）からなる。さらに、切替部１０は、複数の入出力ポート（１００、２００等）と、各入出力ポートに接続されたスイッチアレイ１２と、電流源１６と、スイッチアレイ１２と電流源１６との導通／非導通切替を行うスイッチ１３と、電流源１６の両端に接続された電圧計１１（測定手段）と、スイッチアレイ１２と接地端子１４（電圧印加手段）との導通／非導通切替を行うスイッチ（５１０、５２０等）とを有する。なお、プロセッサ５２は、測定器やコンピュータなどの外部の制御装置５３とＧＰ−ＩＢ、ＬＡＮ等により、有線あるいは無線通信が可能である。
【００１６】
入出力切替装置５０は、４つの入力ポート１００、１１０、１２０、１３０および４つの出力ポート２００、２１０、２２０、２３０を有する。本発明において、入力ポートと出力ポートの数は複数であればよく、本実施例のように４つに限るものではない。入力ポート１００は、外側より同軸状に接地端子１０１、ガード端子１０２、および信号端子１０３の３端子を有する。接地端子１０１は接地線１５に接続され、常時接地されている。ガード端子１０２はガード信号が入力される端子であり、ガード信号線１０４に接続されている。信号端子１０３は、フォース信号またはセンス信号が入力される端子であり、信号線１０５に接続されている。他の入力ポート１１０、１２０、１３０および出力ポート２００、２１０、２２０、２３０の構成も入力ポート１００の構成と同じである。
【００１７】
入力ポートからの信号線（１０４、１０５等）と、出力ポートからの信号線（２０４、２０５等）は、スイッチアレイ１２で格子状に直交交差しており、各交点にリレースイッチ（３１１、４１１等）が設けられている。リレースイッチ３１１は図２のように、一端が入力ポートからの信号線１０４に、他端が出力ポートからの信号線２０４に接続されており、スイッチがオンすることにより入力ポート１００のガード端子１０２から入力された信号を出力ポート２００のガード端子２０２へ伝送する。他のリレースイッチ（３１２、４１１等）も同様な作用を奏する。なお、本実施例ではスイッチ（３１１、４１１等）としてリレースイッチを用いているが、これに限られるものではなく、半導体スイッチなどのスイッチを用いてもよい。
【００１８】
また、信号線１０４と接地線１５の間には、１００マイクロアンペアの定電流源１６と電圧計１１がリレースイッチ１３（第１のスイッチ）を介して接続されている。リレースイッチ１３の接続は、図２に示したリレースイッチ３１１と同じである。定電流源１６は出力電流が１００マイクロアンペアとなるように出力電圧を調整するが、１２Ｖを印加しても１００マイクロアンペアの電流が流れない場合には、出力１２Ｖを維持する。電圧計１１は、信号線１０４と５Ｖの定電圧源（基準電圧）が接続されたコンパレータで構成されており、信号線１０４の電圧が基準電位の５Ｖよりも大きいか小さいかを判定する。なお、電圧計１１は、リレースイッチが所望の制御可能か否かを判定するためのリレーテスト装置を、そのまま利用することができる。また、電圧計１１は必ずしもコンパレータで構成する必要はなく、Ｄ／Ａコンバータをなどで物理量（電圧値）を測定してもよい。
【００１９】
出力ポート２００のガード端子２０２に接続された信号線２０４は、リレースイッチ５１０に接続されており、スイッチ５１０がオンするとガード信号線２０２と接地端子１４に接続される。スイッチ５１０の接続は、図２に示したスイッチ３１１と同じである。他の出力ポート２１０、２２０、２３０のガード端子に接続された信号線も、それぞれリレースイッチ５２０、５３０、５４０を介して接地端子１４に接続されている。
【００２０】
プロセッサ５２は、電圧計１１からの出力に基づいて入力ポートに接続されているケーブルがケルビン・ケーブルであるかを判別する機能（判別手段）と、入出力切替装置５０全体の動作を制御する機能を有する。また、ディスプレイ５１は液晶表示装置であり、入力ポートの番号と該ポートに接続されているケーブルの種類を表示する。なお、ポート番号１、２、３、４は、それぞれ入力ポート１００、１１０、１２０、１３０を示す。
【００２１】
また、制御装置５３が接続されている場合には、プロセッサ５２は、制御装置５３と通信を行って、入出力切替装置５０の制御を行う。例えば、制御装置５３から入力ポート判別命令要求に応じて、ケルビン・ケーブルが接続されているポートの判別動作を開始して、制御装置５３にポート番号を出力する。また、処理中にエラーが生じた場合には、エラー情報やステータス情報を出力する。
【００２２】
次に、本発明に係る入出力切替装置５０の判別動作について、図６のフローチャート参照下に説明を行う。入出力切替装置５０は、電源投入時または制御装置５３からのカップルポート判別命令要求があった場合に、判別動作を行う。
【００２３】
始めに判別対象となるポート番号を示す変数ｎを１に初期化する（ステップ６０）。ｎ＝１のときには、ポート１（入力ポート１００）とポート２（入力ポート１１０）にケルビン・ケーブルが接続されているか否かを判別する。
【００２４】
スイッチ１３をオンにして、ポート１のガード信号線１０４に電流源１６を接続する（ステップ６１）。同時に、スイッチ３１２とスイッチ５１０をオンにして、ポート２のガード信号線１１４を接地する（ステップ６２）。この状態で、電流源１６の両端の電圧Ｖを電圧計１１で測定し（ステップ６３）、基準電圧との大小関係を求める（ステップ６４）。
【００２５】
ポート１とポート２に同一のケルビン・ケーブルからの信号が接続されていれば、ガード信号線は共通信号線となるため、ポート１の信号線１０４の電圧は接地電位となり、電圧計１１の測定結果は、基準電位よりも小さくなる。プロセッサ５２は、信号線１０４の電圧が基準電圧より低い場合には、ディスプレイ５１のポート１とポート２に対応するポート種類欄に「Ｃ」（カップル・ポート（Ｃｏｕｐｌｅ  Ｐｏｒｔ）の略）と表示する（ステップ６５）。他方、両ポートに同一のケルビン・ケーブルが接続されていない場合には、定電流源１１はいくら電圧をあげても１００マイクロアンペアの電流を流すことができないため、電圧Ｖは最大電圧である１２Ｖとなり、基準電位よりも大きくなる。プロセッサ５２は、電圧Ｖが基準電圧が高い場合には、ディスプレイ５１に何ら表示を行うことなく、次行程に進む。
【００２６】
なお、判別動作が制御装置５３からの要求による場合には、ディスプレイ５１への表示とあわせて、通信回線を通じて外部の制御装置５３へ接続情報を送信する。本実施例の入出力切替装置５０は、ケルビン・ケーブルは隣り合うポートを使用する仕様のため、プロセッサ５２は小さいポート番号（１）のみを出力する。なお、制御装置５３の仕様に応じてケルビン・ケーブルが接続された全てのポート番号（本実施例の接続例では１と２）を出力するようにしてもよい。
【００２７】
ここで、基準電位との比較により電圧測定を行う理由を簡単に説明する。共通信号線を判別するためには、理論上は、電流源１６の電圧Ｖと電圧印加手段（本実施例では接地電位を接地端子１４により印加）とが同電位であるか否かを判別すれはよく、基準電位は不要である。しかし、入出力切替装置５０内部の回路抵抗やケーブルの抵抗によって起こる電圧降下のため、実際には必ずしも電圧Ｖと電圧印加手段の電圧は同一電位とはならない。このため、電圧Ｖと基準電位との大小関係を比較する方法によって、かかる電圧降下による影響を排除することができる。本実施例では、理論上は、ポート１とポート２に同一のケルビン・ケーブルからの入力信号が接続されている場合には電圧Ｖは０Ｖとなり、異なるケーブルが接続されている場合には１２Ｖとなるはずであるが、電圧降下の影響で両電圧がそれぞれ４Ｖ、８Ｖとなったとしても誤判別することがない。
【００２８】
再び、判別ステップの説明に戻る。変数ｎに２を加えｎ＝３とする（ステップ６６）。ｎ＜４なのでステップ６１からステップ６６の行程を繰り返すことにより、ポート３とポート４に同一のケルビン・ケーブルが接続されているか判定することができる（ステップ６７）。２順目のステップ６１では、スイッチ１０４、３１１、３１３をオンにすることにより、電流源１６をポート３のガード信号線１２４に接続する。また、ステップ６２では、スイッチ３２４とスイッチ５２０をオンすることにより、ポート４のガード信号線１３４を接地する。ポート３とポート４の判別が終了するとステップ６６でｎ＝５となり、判別作業を終了する。
【００２９】
また、本実施例の入出力切替装置５０では、ケルビン・ケーブルをポート１とポート２、またはポート３とポート４の組み合わせでしか接続することを想定していないため、各組み合わせでの判別しか行っていないが、ポート２とポート３の組み合わせもありえる装置においては、ステップ６６で変数ｎの増分を１に設定し、ステップ６１からステップ６６までを３回繰り返す（ポート１と２の判別、ポート２と３の判別、ポート３と４の判別）ことにより、ポート種類の判別を行うことができる。さらに、隣り合うポート以外（例えば、ポート１と３）でケルビン・ケーブルが接続されることが想定される場合には、全ての組み合わせ（ポート１と２、ポート１と３、ポート１と４、ポート２と３、ポート２と４、ポート３と４）の判別を行うことになる。
【００３０】
以上、本発明に係る技術的思想を特定の実施例を参照しつつ詳細にわたり説明したが、本発明の属する分野における当業者には、請求項の趣旨及び範囲から離れることなく様々な変更及び改変を加えることが出来ることは明らかである。例えば、本実施例ではケルビン・ケーブルの接続判別を例にとって共通信号線の判別方法について説明をおこなってきたが、本技術は一般に共通信号線が接続されたポートを判別する方法として様々な応用が可能である。
【００３１】
例えば、ガード信号線に被測定デバイスや測定器の接地電位を印加することにより、同一の被測定デバイスや測定器から接続されているポートがどのポートなのかを判別することができる。また、電圧印加手段によって印加する電圧は接地電位である必要はなく、任意の電圧を選択することができる。この場合、プロセッサ５２は、電圧印加手段により印加された電圧Ｖａと、電圧計１１で測定された電圧Ｖｂがほぼ一致するか否かにより、共通信号線が接続されているか否かの判別を行うことができる。もちろん、上述した実施例のように判別に際して電圧降下などの影響が想定される場合には、ＶａとＶｂを直接比較するのではなく、Ｖｂと、ＶａとＶｂとの中間電圧値Ｖｃとの大小関係により、共通信号線が接続されているか否かの判別を行うことにより、誤判定を防止することができる。
【００３２】
なお、本発明で使用する電流源、電圧源などは、ケーブル判別のために入出力切替装置内部に専用で設ける必要はなく、それらのうち一部、もしくは全部が外部にあっても同様の機能を実現できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例の切替部の拡大図である。
【図２】実施例のリレースイッチの拡大図である。
【図３】ケーブルの説明図である。
【図４】ケルビン・ケーブルと入出力切替装置の接続図である。
【図５】本発明に係る入出力切替装置の構成図である。
【図６】本発明に係る判別方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１１  電圧計
１２  スイッチアレイ
１６  電流源
１３、５１０、５２０、５３０、５４０  スイッチ
５０  入出力切替装置
５１  ディスプレイ
５２  プロセッサ
１００、１１０、１２０、１３０  入力ポート
１０１、１１１  接地端子
１０２、１１２  ガード端子
１０３、１１３  信号端子
２００、２１０、２２０、２３０  出力ポート
【図１】
2005341123.tif 000003
【図２】
2005341123.tif 000004
【図３】
2005341123.tif 000005
【図４】
2005341123.tif 000006
【図５】
2005341123.tif 000007
【図６】
2005341123.tif 000008