(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加電圧に対応して予定の被検出ガスに対する感度が高まるように設定された接触燃焼式センサと、前記センサに相異なる２値の印加電圧を交互に供給する電圧印加手段と、前記センサの出力を処理するＣＰＵと、前記センサの出力を前記ＣＰＵで処理可能な信号に変換するインタフェース手段とを並列に２組備えた信号処理装置において、
前記インタフェース手段の出力側をそれぞれ一方の組のＣＰＵおよび他方の組のＣＰＵに交互に接続する第１のスイッチ手段と、
前記各センサに対する前記電圧印加手段からの印加電圧の組み合わせを、前記第１のスイッチ手段の切り替えと同時に切り替える第２のスイッチ手段とを備え、
前記各ＣＰＵが、前記第１のスイッチ手段の切り替えに応じて各インタフェース手段から前記ＣＰＵに応じて入力されるそれぞれの信号が予定の関係にあるか否かを判断する手段と、該予定の関係の有無に応じた検出信号を出力する手段とを備えたことを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記各ＣＰＵの処理結果を他方のＣＰＵの処理結果と比較するための通信機能と、
前記各ＣＰＵに設けられ、前記第１および第２のスイッチ手段の切り替え前の自己の処理結果、および通信で得た前記両スイッチ手段の切り替え後の他方のＣＰＵによる処理結果を比較してＣＰＵの異常有無を判断する手段とを具備したことを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記予定の関係によって被検出ガス濃度が代表されることを特徴とする請求項１又は２記載の信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号処理装置に関し、特に、冗長系を構成する信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
センサ検知信号を処理する信号処理装置において、信号検知系および信号処理系のどの部分で故障が生じても支障がないように、これらの系を二重にした冗長化が行われる。この冗長系では、センサ、ＣＰＵ、およびこれらのインタフェースがすべて複数個設けられる。近年、安全性の観点から冗長系が法規によって要求されることがある。特に、安全性に関して重要度が高いと判断されるセンサ装置では、センサやセンサ回路のみならずＣＰＵまでもが、すべて二重化されることが要求される。
【０００３】
ガス検知装置は、安全性に関して重要度が高い。例えば、接触燃焼式ガスセンサにおいては、センサに被検知ガスが接触すると酸化反応熱によりセンサの抵抗値が変化することを利用し、この抵抗値に基づいてガス濃度を検出する。特開２０００−２２１１５３号公報には、センサへ供給する電圧を切り替えて触媒燃焼温度によるＣＯ感度を変化させるガス検知装置が開示されている。このガス検知装置では、単一のセンサでありながらＣＯ感度を変化させることにより、複数のガスを検出できる。すなわち、単一のセンサが、Ｈ2のみに対して感度を有するセンサと、Ｈ2およびＣＯの両方に感度を有するセンサとになり得るので、両者の検知信号の差分をとってＣＯ濃度を検出することができる。
【０００４】
図４は、上記ガス検地装置を冗長化したシステムの構成を示すブロック図である。同図において、センサＡ１，Ｂ１はＨ2およびＣＯの両方に感度を有するように高電圧が印加される。一方、センサＡ２，Ｂ２はＨ2のみに感度を有するように低電圧が印加される。
【０００５】
センサＡ１の出力はインタフェース１００を介してＣＰＵ１０１に入力され、センサＢ１の出力はインタフェース１０２を介してＣＰＵ１０３に入力される。
また、センサＡ２の出力はインタフェース１０４を介してＣＰＵ１０１に入力され、センサＢ２の出力はインタフェース１０５を介してＣＰＵ１０３に入力される。ＣＰＵ１０１，１０３ではそれぞれ入力された信号の差分に基づいてＣＯ濃度の異常を検知したり、各センサの出力異常を検知したりする。異常が検知されたときには、ガス供給を停止するため、ガス供給路に設けられる電磁弁を閉じる指令を出力する。
【０００６】
図５は、図４に示したシステムの処理を示すフローチャートである。このフローチャートではＣＰＵ１０１側の処理を示すが、ＣＰＵ１０３でも同様の処理が実行される。ステップＳ１００で初期設定した後、ステップＳ１０１でセンサＡ１の出力ｄ１を読み込み、ステップＳ１０２でセンサＡ１の出力ｄ１が設定範囲内か否かを判断する。ステップＳ１０２が肯定ならば、ステップＳ１０３で次のセンサＡ２の出力ｄ２を読み込むが、ステップＳ１０２が否定ならば、センサＡ１またはインタフェース１０４が故障と判断してガス供給を断つために電磁弁を閉じる（ステップＳ１０９）。
【０００７】
ステップＳ１０４では、センサＡ２の出力ｄ２が設定範囲内か否かを判断する。ステップＳ１０４が肯定ならば、ステップＳ１０５でセンサＡ１の出力ｄ１とセンサＡ２の出力ｄ２の差分Δｄを算出するが、ステップＳ１０４が否定ならば、センサＡ２またはインタフェース１０５が故障と判断して、ステップＳ１０９に進み、電磁弁を閉じる。
【０００８】
ステップＳ１０６では差分Δｄが基準値より大きいか否かによってＣＯ濃度が所定値より高いか否かを判断し、ＣＯが高濃度もしくは０より小さい場合であればステップＳ１０９で電磁弁を閉じる。ＣＯが高濃度でないときは、ステップＳ１０７に進み、ＣＰＵ１０１，１０３間で、これらＣＰＵの異常を判断するためデータ通信を行う。例えば、ステップＳ１０５で算出される差分ΔｄをＣＰＵ間で送受する。ステップＳ１０８では、自己で算出した差分Δｄと他方のＣＰＵで算出した差分Δｄとが同一（違いが予定の微小範囲内）か否かにより、他方のＣＰＵの異常有無を判断する。ＣＰＵ１０１，１０３で算出された差分Δｄが同一でないときは、ＣＰＵ１０１またはＣＰＵ１０３が異常であるとそれぞれ判断し、ステップＳ１０９で電磁弁を閉じる。
【０００９】
なお、センサＡ１またはセンサＢ１が故障していることによって、たまたま一方の系統で出力が正常と判断された場合であっても、他方の系統では、異なる印加電圧が同センサに印加されるので、両系統で正常と判断されることは少ない。
したがって、センサに異常がある場合には２つの系統のうちいずれかで異常が判断される。これにより、誤ったセンサ出力によりＣＯ濃度を判断することが回避される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来のシステムによれば、同一機能を２つの構成部分で重複して実行することができるので、高い安全性が確保される。しかし、同一の機能を有する部品を重複して設けるため、構成が複雑になるし、部品点数の増加によって故障率が上昇し、信頼性が低下するおそれがある。
【００１１】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い安全性を確保しつつ、部品点数の減少による構成の簡素化を図ることができる信号処理装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、印加電圧に対応した値の出力を発生するセンサと、前記センサに相異なる２値の印加電圧を交互に供給する電圧印加手段と、前記センサの出力を処理するＣＰＵと、前記センサの出力を前記ＣＰＵで処理可能な信号に変換するインタフェース手段とを並列に２組備えた信号処理装置において、前記インタフェース手段の出力側をそれぞれ一方の組のＣＰＵおよび他方の組のＣＰＵに交互に接続する第１のスイッチ手段と、前記各センサに対する前記電圧印加手段からの印加電圧の組み合わせを、前記第１のスイッチ手段の切り替えと同時に切り替える第２のスイッチ手段とを備え、前記各ＣＰＵが、前記第１のスイッチ手段の切り替えに応じて各インタフェース手段から前記ＣＰＵに応じて入力されるそれぞれの信号が予定の関係にあるか否かを判断する手段と、該予定の関係の有無に応じた検出信号を出力する手段とを備えた点に第１の特徴がある。
【００１３】
第１の特徴によれば、センサの検知信号を処理する手段が２系統設けられ、各系列のセンサに印加される電圧は、その値が交互に切り替えられる。そして、それぞれの印加電圧に対応して出力されるセンサ信号は、交互に自己の系列のＣＰＵと他の系列のＣＰＵに入力される。各ＣＰＵは２つのセンサの出力信号の組み合わせが予定の関係、例えば、差分値が予定値以下であるという関係にあるか否かを判断し、判断結果に応じた検出信号を発生する。
【００１４】
また、本発明は、各ＣＰＵの処理結果を他方のＣＰＵの処理結果と比較するための通信機能と、前記各ＣＰＵに設けられ、前記第１および第２のスイッチ手段の切り替え前の自己の処理結果、および通信で得た前記両スイッチ手段の切り替え後の他方のＣＰＵによる処理結果を比較して異常有無を判断する手段とを具備した点に第２の特徴がある。
【００１５】
第２の特徴によれば、各ＣＰＵで互いに通信される処理結果は、ＣＰＵやセンサが正常であれば、互いに同一ないしは微小誤差範囲内にあるはずである。したがって、互いの処理結果によって、異常の有無を判断できる。
【００１６】
また、本発明は、前記センサが印加電圧に応じて予定のガスに対する感度が高まる接触燃焼式センサであって、前記予定の関係によって被検出ガス濃度が代表される点に第３の特徴がある。
【００１７】
第３の特徴によれば、印加電圧の違いによって、各センサは予定のガスに高感度に反応して出力を生じる。したがって、印加電圧の変化に対応した各センサの検知信号によりガス濃度を検出することができるし、２系統の信号処理回路で処理されるので、信頼性の高いガス濃度検知システムを構成できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。ここでは、ＣＯ濃度が予定値より高い場合に、警報を鳴らしたりガスの供給を断ったりするためにガス検知センサの検知信号を冗長系で処理する信号処理装置を想定する。図１において、センサ１およびセンサ２は、印加電圧によって特定のガスに高い感度を示すよう設定されたものである。すなわち、センサ１、２は、高電圧を印加されるとＨ2およびＣＯの両方に感度を有する一方、低電圧を印加されるとＨ2のみに感度を有する特性を有する。センサ１，２としては、接触燃焼式ガスセンサとして公知のもの、例えば特開平２０００−２２１１５３号公報に開示されたものを使用することができる。
【００１９】
センサ１，２には高電圧発生器３および低電圧発生器４から交互に高電圧および低電圧が印加される。センサ１による検知信号ｄ１はインタフェース５を介してＣＰＵ６または７に供給される。また、センサ２による検知信号ｄ２はインタフェース８を介してＣＰＵ６または７に供給される。センサ１，２に印加される高電圧および低電圧の切り替え、ならびにセンサ検知信号ｄ１，ｄ２の、ＣＰＵ６またはＣＰＵ７への入力切り替えはスイッチ９によって行われる。
【００２０】
スイッチ９は、センサ１に高電圧がセンサ２に低電圧がそれぞれ印加されたときに、センサ１，２双方の検知信号ｄ１，ｄ２がＣＰＵ６に入力され、センサ１に低電圧がセンサ２に高電圧がそれぞれ印加されたときに、センサ１，２双方の検知信号ｄ１，ｄ２がＣＰＵ７に入力されるように切り替えられる。
【００２１】
ＣＰＵ６、７では、高電圧印加時および低電圧印加時のセンサ１，２の検知電圧ｄ１，ｄ２に基づいてセンサ１，２ならびにインタフェース５，８が正常かどうかを判断する。また、ＣＰＵ６は、高電圧印加時のセンサ１の検知信号ｄ１と低電圧印加時のセンサ２の検知信号ｄ２との差分を算出する。一方、ＣＰＵ７では、低電圧印加時のセンサ１の検知信号ｄ１と高電圧印加時のセンサ２の検知信号ｄ２との差分を算出する。
【００２２】
ＣＰＵ６，７で算出された差分が予定の微小値の範囲内で一致しているかどうかによってＣＰＵ６，７の少なくとも一方が故障しているかどうかを判断する。
センサ１，２ならびにＣＰＵ６，７の故障が検出されたとき、またはセンサ１，２の検知信号ｄ１，ｄ２の差分（ｄ１−ｄ２）によりＣＯ濃度が予定値（例えば1000ppm）以上であることが検出されたとき、もしくはＣＯ濃度算出値が０より小さい時、ＣＰＵ６，７は異常信号Ｄを出力する。この異常信号Ｄにより、ガス供給経路に設けられる図示しない電磁弁を閉じるとともに、警報を鳴らしたり異常のランプを点灯させたりすることができる。なお、ＣＰＵ６，７間には互いに演算結果等を通信するための通信機能が設けられる。スイッチ９の切り替えは、次に示すフローチャート内で説明する。
【００２３】
図２はＣＰＵ６の要部処理を示すフローチャート、図３はＣＰＵ７の要部処理を示すフローチャートである。まず、図２において、ステップＳ１でメモリ等のイニシャライズ（初期設定）を行う。ステップＳ２では、センサ１の検知信号ｄ１を読み込み、ステップＳ３で検知信号ｄ１が設定範囲内か否かを判断する。ステップＳ３が肯定ならば、ステップＳ４で次のセンサ２の検知信号ｄ２を読み込むが、ステップＳ３が否定ならば、センサ１またはインタフェース５が故障と判断して異常信号Ｄを出力する（ステップＳ１２）。この検出信号Ｄによりガス供給を断つために電磁弁を閉じたり、警報を鳴らしたりできるのは既述の通りである。
【００２４】
ステップＳ５では、センサ２の検知信号ｄ２が設定範囲内か否かを判断する。
ステップＳ５が肯定ならば、ステップＳ６でセンサ１の検知信号ｄ１とセンサ２の検知信号ｄ２の差分Δｄ（Δｄ＝ｄ１−ｄ２）を算出する。ステップＳ５が否定ならば、センサ２またはインタフェース８が故障と判断して、ステップＳ１２に進み、異常信号Ｄを出力する。
【００２５】
ステップＳ７では差分Δｄが基準値より大きいか否かによってＣＯ濃度が所定値（例えば1000ppm）より高いか否かを判断し、ＣＯが高濃度であればステップＳ１２で異常信号Ｄを出力する。ＣＯが０より小さい場合は、センサもしくはインタフェースの故障として、異常信号Ｄを出力する。ＣＯが高濃度でないときは、ステップＳ８に進み、スイッチ９を現在の切り替え位置から他方の切り替え位置に切り替えて、センサ１，２に印加する電圧を切り替える。また、切替が完了するとそのことをＣＰＵ７に送信する。
【００２６】
ステップＳ８でスイッチ９の切り替え完了を他方のＣＰＵ７に送信したならば、ステップＳ９でＣＰＵ７からのスイッチ９の切り替え完了の通知を待機する。
ＣＰＵ７からの通知を受信したならばステップＳ９は肯定となってステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では演算データつまり検知信号ｄ１，ｄ２および差分ΔｄをＣＰＵ７に送信するとともに、ＣＰＵ７から、ＣＰＵ７でステップＳ６までの処理と同様に処理をして得られたデータつまりセンサ１，２による検知信号ｄ１，ｄ２と差分Δｄを受信する。
【００２７】
ステップＳ１１ではＣＰＵ７から受信した検知信号ｄ２と自己の検知信号ｄ１とを比較するとともに、ＣＰＵ７から受信した検知信号ｄ１と自己の検知信号ｄ２とを比較する。また、ＣＰＵ６およびＣＰＵ７で検出された差分Δｄを比較する。これらの比較結果により、検知信号ｄ１，ｄ２の差または差分Δｄの差がそれぞれ予定の微小値より大きい場合にはＣＰＵ６，７の少なくとも一方に異常が発生していると判断する。ＣＰＵ６，７の少なくとも一方が異常であると判断された場合は、ステップＳ１２に進み、検出信号Ｄを出力する。
【００２８】
ステップＳ１１で異常がないと判断されたならばステップＳ２に進み、先の処理とは異なる印加電圧が印加されるセンサ１，２の検知信号を処理する。
【００２９】
次に、図３において、ＣＰＵ７の処理を説明する。ＣＰＵ７では、ステップＳ２１で初期設定を行った後、ステップＳ２２でＣＰＵ６から送信されるスイッチ９の切り替え完了通知を待つ。スイッチ９の切り替え完了通知をＣＰＵ６から受信したならばステップＳ２３に進む。ステップＳ２３〜ステップＳ２８は前記ステップＳ２〜Ｓ７（図２）と同様に処理されるので説明は省略する。
【００３０】
ステップＳ２９では、スイッチ９を現在の切り替え位置から他方の切り替え位置に切り替える。切替が完了するとそのことをＣＰＵ６に送信する。この送信内容をＣＰＵ６が受信すると、前記ステップＳ９は肯定となる。ステップＳ３０では、ステップＳ２７での演算データつまり検知信号ｄ１，ｄ２および差分ΔｄをＣＰＵ６に送信するとともに、ＣＰＵ６から、同様に検知信号ｄ１，ｄ２および差分Δｄを受信する。
【００３１】
ステップＳ３１ではステップＳ１１と同様、ＣＰＵ６から受信した検知信号ｄ１，ｄ２および差分Δｄと、自己で検知および算出した検知信号ｄ１，ｄ２および差分Δｄとをそれぞれ比較してＣＰＵ６，７の異常有無を判断する。ＣＰＵ６，７に故障等、異常が発生していると判断された場合は、ステップＳ３２に進み、検出信号Ｄを出力する。ステップＳ３１で異常がないと判断されたならばステップＳ２２に進む。
【００３２】
本実施形態によれば、少ない数の部品で構成される簡略化された２系統の回路で同様の処理をして、ＣＯ濃度を判断したり、センサやインタフェースおよびＣＰＵの異常有無を判断したりする。そして、異常が判断された場合に異常信号Ｄが出力され、これによって、ガス供給を停止するための電磁弁を閉じたり、警報を発したりすることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１〜請求項３の発明によれば、第２のスイッチ手段の切り替えによって、各系列のセンサに印加される電圧の値が交互に切り替えられる。そして、それぞれの印加電圧に対応して出力されるセンサ信号は、第１のスイッチ手段によって交互に自己の系列のＣＰＵと他の系列のＣＰＵに入力される。これによって、センサの数の削減や回路構成の簡素化を図ることができ、また、構成部品の削減によって故障率を低下させてシステムの信頼性を向上させることができる。
【００３４】
また、請求項２の発明によれば、各ＣＰＵで互いに通信される処理結果によって、ＣＰＵやセンサの異常の有無を判断できる。
【００３５】
さらに、請求項３の発明によれば、印加電圧の変化に対応した各センサの検知信号によりガス濃度を検出することができるし、２系統の信号処理回路で処理されるので、信頼性の高いガス濃度検知システムを構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る信号処理装置の要部構成を示す回路図である。
【図２】信号処理装置の一方の系統の処理を示すフローチャートである。
【図３】信号処理装置の他方の系統の処理を示すフローチャートである。
【図４】従来の信号処理装置の要部構成を示すブロック図である。
【図５】従来の信号処理装置の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１，２…センサ、  ３…高電圧発生器、  ４…低電圧発生器、  ５，８…インタフェース、  ６，７…ＣＰＵ
【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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