(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形波で変調された信号を同期検波する方法であって、
矩形波を印加することにより該矩形波で変調された信号に対して１ビットＡ／Ｄ変換を施し、１ビットＡ／Ｄ変換後の信号に対して、前記矩形波のレベルがローレベルである場合にレベル反転処理を施し、前記矩形波のレベルがハイレベルである場合にレベル非反転処理を施し、さらに高周波成分を除去するフィルタ処理を施すことを特徴とする同期検波方法。
【請求項２】
第１の物理量が物理系に供給されたことに応答して、第２の物理量を計測する物理量計測システムに適用される同期検波方法であって、
第１の物理量として矩形波状の物理量を採用して物理系に供給し、この物理系において計測される計測値に対して１ビットＡ／Ｄ変換を施し、１ビットＡ／Ｄ変換後の信号に対して、前記矩形波状の物理量のレベルがローレベルである場合にレベル反転処理を施し、前記矩形波状の物理量のレベルがハイレベルである場合にレベル非反転処理を施し、さらに高周波成分を除去するフィルタ処理を施すことを特徴とする同期検波方法。
【請求項３】
矩形波で変調された信号を同期検波する装置であって、
矩形波を出力する矩形波信号発生回路（１１）と、矩形波信号発生回路（１１）から出力される矩形波を印加することにより該矩形波で変調された信号に対して１ビットＡ／Ｄ変換を施す１ビットＡ／Ｄ変換手段（４）（１３）（２５ｂ）と、１ビットＡ／Ｄ変換後の信号に対して、前記矩形波のレベルがローレベルである場合にレベル反転処理を施し、前記矩形波のレベルがハイレベルである場合にレベル非反転処理を施すレベル処理手段（５）（１４）（３１）と、レベル処理後の信号から高周波成分を除去するフィルタ処理を施すローパスフィルタ処理手段（６）（１５）とを含むことを特徴とする同期検波装置。
【請求項４】
第１の物理量が物理系に供給されたことに応答して、第２の物理量を計測する物理量計測システムに適用される同期検波装置であって、
第１の物理量として矩形波状の物理量を採用して物理系に供給する物理量供給手段（２）（２５ａ）（２６）と、この物理系において第２の物理量を計測する物理量計測手段（３）（２８）と、物理量計測手段（３）（２８）により計測される計測値に対して１ビットＡ／Ｄ変換を施す１ビットＡ／Ｄ変換手段（４）（２５ｂ）と、１ビットＡ／Ｄ変換後の信号に対して、前記矩形波状の物理量のレベルがローレベルである場合にレベル反転処理を施し、前記矩形波状の物理量のレベルがハイレベルである場合にレベル非反転処理を施すレベル処理手段（５）（３１）と、レベル処理後の信号から高周波成分を除去するフィルタ処理を施すローパスフィルタ処理手段（６）とを含むことを特徴とする同期検波装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は同期検波方法およびその装置に関し、さらに詳細にいえば、矩形波で変調された信号を同期検波するための方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、信号伝送システムなど、種々のシステムに同期検波装置が適用されている。
ここで、同期検波は振幅復調手段の１つであり、側波帯成分に搬送波成分を乗じることにより生じた変調信号成分をローパスフィルタを用いて取出すものである。
【０００３】
例えば、側波帯成分Ｅmｃｏｓ｛（ωc±ωm）ｔ±φm｝に搬送波ｃｏｓωcｔを乗算すると、
Ｅmｃｏｓ｛（ωc±ωm）ｔ±ωm｝ｃｏｓωcｔ
＝Ｅm［ｃｏｓ（ωmｔ＋φm）＋ｃｏｓ｛（２ωc±ωm）ｔ±φm｝］／２となり、ローパスフィルタを通して低域成分のみを取出すと、変調信号Ｅmｃｏｓ（ωmｔ＋φm）が復調される。
【０００４】
そして、同期検波を行う装置としては、図１３に示す構成のデジタル方式のものが知られている。
この同期検波装置は、矩形波信号発生回路４１から出力される矩形波信号を印加回路４２を通して印加し、計測値を乗算部４３に供給するとともに、矩形波信号を信号変換回路４４を通して乗算部４３に供給し、乗算部４３からの出力信号をローパスフィルタ４５に供給することにより、同期検波出力を得る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１３の構成の同期検波装置を採用した場合には、構成が複雑であるとともに、処理が複雑であり、しかも高価な乗算部４３が必要であるという不都合がある。特に、Ａ／Ｄ変換後に、複数ビットでの積の演算を行わなければならないので、上記の不都合が顕著になってしまう。
【０００６】
したがって、多チャンネル化すれば、上記の不都合が顕著になってしまう。
また、アナログ方式の同期検波装置も考えられるが、構成が複雑になってしまうだけでなく、著しく高価になってしまうという不都合がある。
【０００７】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、処理が簡単な同期検波方法、および構成が簡単で、かつ安価な同期検波装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の同期検波方法は、矩形波を印加することにより該矩形波で変調された信号に対して１ビットＡ／Ｄ変換を施し、１ビットＡ／Ｄ変換後の信号に対して、前記矩形波のレベルがローレベルである場合にレベル反転処理を施し、前記矩形波のレベルがハイレベルである場合にレベル非反転処理を施し、さらに高周波成分を除去するフィルタ処理を施す方法である。
【０００９】
請求項２の同期検波方法は、第１の物理量が物理系に供給されたことに応答して、第２の物理量を計測するに当って、
第１の物理量として矩形波状の物理量を採用して物理系に供給し、この物理系において計測される計測値に対して１ビットＡ／Ｄ変換を施し、１ビットＡ／Ｄ変換後の信号に対して、前記矩形波状の物理量のレベルがローレベルである場合にレベル反転処理を施し、前記矩形波状の物理量のレベルがハイレベルである場合にレベル非反転処理を施し、さらに高周波成分を除去するフィルタ処理を施す方法である。
【００１０】
請求項３の同期検波装置は、矩形波を出力する矩形波信号発生回路と、矩形波信号発生回路から出力される矩形波を印加することにより該矩形波で変調された信号に対して１ビットＡ／Ｄ変換を施す１ビットＡ／Ｄ変換手段と、１ビットＡ／Ｄ変換後の信号に対して、前記矩形波のレベルがローレベルである場合にレベル反転処理を施し、前記矩形波のレベルがハイレベルである場合にレベル非反転処理を施すレベル処理手段と、レベル処理後の信号から高周波成分を除去するフィルタ処理を施すローパスフィルタ処理手段とを含むものである。
【００１１】
請求項４の同期検波装置は、第１の物理量が物理系に供給されたことに応答して、第２の物理量を計測する物理量計測システムに適用されるものであって、
第１の物理量として矩形波状の物理量を採用して物理系に供給する物理量供給手段と、この物理系において第２の物理量を計測する物理量計測手段と、物理量計測手段により計測される計測値に対して１ビットＡ／Ｄ変換を施す１ビットＡ／Ｄ変換手段と、１ビットＡ／Ｄ変換後の信号に対して、前記矩形波状の物理量のレベルがローレベルである場合にレベル反転処理を施し、前記矩形波状の物理量のレベルがハイレベルである場合にレベル非反転処理を施すレベル処理手段と、レベル処理後の信号から高周波成分を除去するフィルタ処理を施すローパスフィルタ処理手段とを含むものである。
【００１２】
請求項１の同期検波方法であれば、矩形波を印加することにより該矩形波で変調された信号に対して１ビットＡ／Ｄ変換を施し、１ビットＡ／Ｄ変換後の信号に対して、前記矩形波のレベルがローレベルである場合にレベル反転処理を施し、前記矩形波のレベルがハイレベルである場合にレベル非反転処理を施し、さらに高周波成分を除去するフィルタ処理を施すのであるから、簡単な処理で同期検波を達成することができる。
【００１３】
請求項２の同期検波方法であれば、第１の物理量が物理系に供給されたことに応答して、第２の物理量を計測するに当って、
第１の物理量として矩形波状の物理量を採用して物理系に供給し、この物理系において計測される計測値に対して１ビットＡ／Ｄ変換を施し、１ビットＡ／Ｄ変換後の信号に対して、前記矩形波状の物理量のレベルがローレベルである場合にレベル反転処理を施し、前記矩形波状の物理量のレベルがハイレベルである場合にレベル非反転処理を施し、さらに高周波成分を除去するフィルタ処理を施すのであるから、簡単な処理で同期検波を達成することができる。この結果、第２の物理量の計測結果を得ることができる。また、物理量計測システムの多チャンネル化に簡単に対処できる。
【００１４】
請求項３の同期検波装置は、矩形波を出力する矩形波信号発生回路により矩形波を出力し、１ビットＡ／Ｄ変換手段により、矩形波信号発生回路から出力される矩形波を印加することにより該矩形波で変調された信号に対して１ビットＡ／Ｄ変換を施し、レベル処理手段により、１ビットＡ／Ｄ変換後の信号に対して、前記矩形波のレベルがローレベルである場合にレベル反転処理を施し、前記矩形波のレベルがハイレベルである場合にレベル非反転処理を施し、ローパスフィルタ処理手段により、レベル処理後の信号から高周波成分を除去して元の信号を得ることができる。
【００１５】
したがって、同期検波装置の構成の簡単化、およびコストダウンを達成することができる。
請求項４の同期検波装置であれば、第１の物理量が物理系に供給されたことに応答して、第２の物理量を計測するに当って、
物理量供給手段により、第１の物理量として矩形波状の物理量を採用して物理系に供給し、物理量計測手段により、この物理系において第２の物理量を計測し、１ビットＡ／Ｄ変換手段により、物理量計測手段により計測される計測値に対して１ビットＡ／Ｄ変換を施し、レベル処理手段により、１ビットＡ／Ｄ変換後の信号に対して、前記矩形波状の物理量のレベルがローレベルである場合にレベル反転処理を施し、前記矩形波状の物理量のレベルがハイレベルである場合にレベル非反転処理を施し、ローパスフィルタ処理手段により、レベル処理後の信号から高周波成分を除去するフィルタ処理を施して同期検波を達成することができ、この結果、第２の物理量の計測結果を得ることができる。
【００１６】
したがって、同期検波装置の構成の簡単化、およびコストダウンを達成することができるとともに、物理量計測システムの多チャンネル化に簡単に対処できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明の同期検波方法およびその装置の実施の態様を詳細に説明する。
図１はこの発明の同期検波装置の一実施態様を示すブロック図である。
この同期検波装置は、矩形波信号発生回路１１と、矩形波信号を測定対象に印加する印加回路１２と、計測値を入力とする１ビットＡ／Ｄ変換部１３と、矩形波信号を制御信号として、１ビットＡ／Ｄ変換部１３から出力されるデジタル信号に対する反転／非反転処理を行うレベル処理部１４と、レベル処理部１４からの出力信号を入力として高周波成分を除去して同期検波信号を出力するローパスフィルタ１５とを有している 。
【００１８】
なお、前記レベル処理部１４においては、例えば、矩形波信号が正極性である場合に、デジタル信号を反転することなく出力し、矩形波信号が負極性である場合に、デジタル信号を反転して出力する。
上記の構成の同期検波装置の作用は次のとおりである。
矩形波信号発生回路１１から出力される矩形波信号を印加回路１２を通して測定対象に印加すれば、測定対象の自発波と矩形波の印加により誘起される信号（この誘起信号は、矩形波信号によって変調された信号と考えられる）とが重畳した信号が計測値として１ビットＡ／Ｄ変換回路１３に供給され、１ビット単位でデジタル信号に変換される。そして、このデジタル信号をレベル処理部１４に供給することにより、デジタル信号の反転／非反転処理を行うことにより、自発波の影響を除去し、次いで、ローパスフィルタ１５に供給することにより、矩形波信号成分を除去し、最終的に、矩形波信号の印加により誘起された信号の大きさのみを得ることができる。
【００１９】
図２はこの発明の同期検波方法を物理量計測システムに適用した場合の処理を説明するフローチャートである。
ステップＳＰ１において、物理系（入力物理量に応じて出力物理量が定まる系）に対して第１の物理量を矩形波として供給し、ステップＳＰ２において、第１の物理量が供給された物理系における第２の物理量を計測し、ステップＳＰ３において、計測された第２の物理量に対して１ビットＡ／Ｄ変換処理を施し、ステップＳＰ４において、第１の物理量のレベルがハイレベルか否か（正極性の第１の物理量が供給されているか、負極性の第１の物理量が供給されているか）を判定する。
【００２０】
そして、第１の物理量のレベルがハイレベルである場合には、ステップＳＰ５において、Ａ／Ｄ変換処理が施された１ビットデータを、レベルを反転させることなく出力し、逆に、第１の物理量のレベルがローレベルである場合には、ステップＳＰ６において、Ａ／Ｄ変換処理が施された１ビットデータを、レベルを反転させて出力する。
【００２１】
ステップＳＰ５またはステップＳＰ６の処理が施された場合には、ステップＳＰ７において、出力されたデータをローパスフィルタに供給することにより高周波成分を除去して、同期検波された第２の物理量を得、ステップＳＰ８において、得られた第２の物理量を出力する。
なお、上記の一連の処理は、所定のサンプリング時間毎に行われる。
【００２２】
図３は第１の物理量を供給することにより実際に計測される第２の物理量（印加により出現する物理量）と、図２のフローチャートの処理を行うことにより得られる第２の物理量（出力値）との関係を示す図であり、両者が比例関係にあることが分かる 。
したがって、図２のフローチャートの処理を行うことにより、第２の物理量を出力することができる。
【００２３】
図４はこの発明の同期検波装置を、生体に電流を供給した状態で生体電位を計測するシステムに適用した状態を示す概略図、図５は多チャンネル化した状態を示すブロック図である。
このシステムは、生体（例えば、人体の頭部）１の所定位置間に、極性が交互に反転する矩形波状の電流を供給する電流供給部２と、生体１の所定位置間の電位を検出し、増幅する生体アンプ３と、生体アンプ３からの出力信号を入力として１ビット単位でＡ／Ｄ変換処理を行う１ビットＡ／Ｄ変換部４と、前記矩形波状の電流の極性に応答して、１ビット単位のＡ／Ｄ変換処理結果を反転して出力し、もしくは反転することなく出力するレベル処理部５と、レベル処理部５からの出力信号を入力として、高周波成分を除去すべくフィルタ処理を施すローパスフィルタ部６とを有している。
【００２４】
図５においては、矩形波信号発生回路１１からの、極性が交互に反転する矩形波状の出力電圧を印加回路１２に供給することにより、極性が反転する矩形波状の電流を出力し、生体の所定位置間に供給する。そして、生体の所定位置間の電位を検出し、増幅する複数個の生体アンプからの出力信号（計測値）を、それぞれ対応する１ビットＡ／Ｄ変換部１３に供給して、１ビット単位のＡ／Ｄ変換処理を行い、全ての１ビットＡ／Ｄ変換部１３のＡ／Ｄ変換処理結果をレベル処理部１４に供給し、矩形波状の出力電圧の極性に応答して、複数個の１ビット単位のＡ／Ｄ変換処理結果を反転して出力し、もしくは反転することなく出力する。そして、レベル処理部１４からの各出力信号を対応するローパスフィルタ１５に供給して高周波成分を除去し、生体の表面における複数箇所の電位の計測値を得ることができる。
【００２５】
なお、前記レベル処理部５、１４においては、例えば、矩形波状の信号が正極性である場合に、Ａ／Ｄ変換処理結果を反転することなく出力し、矩形波状の信号が負極性である場合に、Ａ／Ｄ変換処理結果を反転して出力する。
図６から図１０に示す各部の信号波形を参照してさらに詳細に説明する。なお、これらの信号波形図は１チャンネル分のみを示している。
【００２６】
図６に示すように、電流供給部２（矩形波信号発生回路１１および印加回路１２）によって、極性が反転する電流が生体の所定位置間に供給された場合に、生体アンプ３によって、図７に示すように、時間的に脈動する電位（人体の自発波の影響を受けた電位）が検出される。この電位に対して１ビット単位のＡ／Ｄ変換処理を行うことにより、図８に示すＡ／Ｄ変換処理結果が得られ、次いで、レベル処理を施すことにより、図９に示すように、電流が負極性の期間に対応するＡ／Ｄ変換処理結果のみのレベルを反転させてレベル処理結果を得る。その後、このレベル処理結果に対してローパスフィルタ処理を施すことにより、図１０に示すように、高周波成分が除去された出力信号を得ることができる。
【００２７】
すなわち、一定の電流を生体に供給した状態における生体の所定位置の電位を検出することが目的であるが、上述のように、供給電流を矩形波状に変調し、この状態において生体の所定位置で計測される電位に対して１ビット単位のＡ／Ｄ変換処理を用いた同期検波を適用することにより、目的とする電位を検出することができる。そして、検出された電位から生体の導電率を知ることができる。さらに、生体の導電率を知ることで、生体の活動部位を正確に特定できるなどの効果を奏する。
【００２８】
図１０に示す出力信号は、一定の電流を生体に供給した状態における生体の所定位置の電位を示しているので、上記のように同期検波装置を適用することにより生体の所定位置の電位を検出できることが分かる。
図１１は図５のブロック図に対応する多チャンネル化を実現するための従来の構成を示すブロック図である。
【００２９】
図１１のブロック図においては、矩形波信号発生回路４１からの、極性が交互に反転する矩形波状の出力電圧を入力として信号変換処理を行う信号変換部４４を複数個設け、各生体センサからの出力信号と、該当する信号変換部４４からの出力信号とを入力として両信号どうしを乗算する乗算部４３を複数個設けている。なお、印加回路４２を１個設けている点、およびローパスフィルタ４５を複数個設けている点は図５のブロック図と同様である。
【００３０】
したがって、図１１のブロック図における信号変換部４４および乗算部４３とは、図５のブロック図における１ビットＡ／Ｄ変換部１３および１チャンネル分のレベル処理部１４の構成と比較して著しく構成が複雑であるとともに、構成の複雑さに伴ってサイズが大型化する。
この結果、図５のブロック図を採用することにより、１つのＩＣで複数ビットの処理を行うことが可能になり、多チャンネル化が簡単かつ安価に実現できる。
【００３１】
図１２はこの発明の同期検波方法を導電率測定システムに適用した例を示すブロック図である。
このシステムにおいては、冷却水タンク２１内に電流経路制限筒２２を設け、電流経路制限筒２２により包囲された空間内の所定位置に、電流供給のための１対の電流供給電極２３および電圧測定のための１対の電圧測定電極２４を設けている。そして、１チップマイコン２５による発振器２５ａの出力（極性が正負に交互に切り替わる矩形波状の出力）を電圧−電流変換器２６により電流に変換して、一方の電流供給電極２３に供給している。なお、他方の電流供給電極２３に対して、中心電圧をオペアンプ２７を介して供給している。このオペアンプ２７は、非反転入力端子に対して中心電圧が印加されているとともに、反転入力端子と出力端子とが短絡されている。
【００３２】
さらに、１対の電圧測定電極２４により計測される電圧をアンプ２８により増幅し、加算器２９および積分器３０を通して１チップマイコン２５の１ビットＡ／Ｄ変換部２５ｂに供給し、１ビットＡ／Ｄ変換部２５ｂの出力を反転させて加算器２９に供給している。すなわち、加算器２９、積分器３０および１ビットＡ／Ｄ変換部２５ｂにより１ビットＡ／Ｄ変換同期検波器を構成している。さらに説明すると、加算器２９によりアンプ２８からの出力信号と１ビットＡ／Ｄ変換部２５ｂの出力との差を算出し、積分器３０により時間で積分して積分信号を得、積分信号を１ビットＡ／Ｄ変換部２５ｂに供給して１ビットのデジタルデータに変換する。ここで、１ビットＡ／Ｄ変換部２５ｂは、例えば、入力であるアナログ信号の積分値と、自身の出力値を１サンプル遅延したものの積分値とを比較し、比較結果に応じてハイレベルまたはローレベルのデジタルデータを出力するものである。
【００３３】
さらにまた、１ビットＡ／Ｄ変換同期検波出力信号を１チップマイコン２５の通信部２５ｃを通してレベル変換器３１に供給している。ここで、レベル変換器３１は、単なる１ビットの論理演算を行うものであり、印加信号（制御信号）Ａがハイレベルである場合に、入力信号Ｉをそのまま出力信号Ｏとして出力し、印加信号（制御信号）Ａがローレベルである場合に、入力信号Ｉを反転して出力信号Ｏとして出力するものである。換言すれば、数１の論理演算を行うものである。そして、レベル変換器３１からの出力信号を図示しないローパスフィルタに供給している。なお、３２は流体を流す状態と流さない状態とを切り換えるべきことを指示するブロースイッチである。
【００３４】
【数１】
0004154624.tif 000002
【００３５】
このシステムを採用した場合には、電流経路制限筒２２により包囲された空間内の所定位置において、発振器２５ａにより、１対の電流供給電極２３を通して、極性が正負に交互に切り替わる矩形波状の電流を供給し、１対の電圧測定電極２４により電圧を検出する。この検出された電圧を、加算器２９、積分器３０および１ビットＡ／Ｄ変換部２５ｂにより構成される１ビットＡ／Ｄ変換同期検波器に供給して、同期検波を行うことにより、電極反応に起因する低周波の電圧変動、商用電源ノイズなどの影響を排除して、正確な電圧計測値を得る。そして、この電圧計測値および既知の、１対の電流供給電極２３どうしの距離から導電率を算出することができる。さらに、冷却水の導電率を知ることで、冷却水の汚れ具合が分かるため、汚れ具合に対処することにより、冷却効率の低下、配管の腐食などを防止することができる。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、簡単な処理で同期検波を達成することができるという特有の効果を奏する。
請求項２の発明は、簡単な処理で同期検波を達成することができ、この結果、第２の物理量の計測結果を得ることができ、しかも、物理量計測システムの多チャンネル化に簡単に対処できるという特有の効果を奏する。
【００３７】
請求項３の発明は、同期検波装置の構成の簡単化、およびコストダウンを達成することができるという特有の効果を奏する。
請求項４の発明は、同期検波装置の構成の簡単化、およびコストダウンを達成することができるとともに、物理量計測システムの多チャンネル化に簡単に対処できるという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の同期検波装置の一実施態様を示すブロック図である。
【図２】この発明の同期検波方法を物理量計測システムに適用した場合の処理を説明するフローチャートである。
【図３】第１の物理量を供給することにより実際に計測される第２の物理量と、図２のフローチャートの処理を行うことにより得られる第２の物理量との関係を示す図である。
【図４】この発明の同期検波装置を、生体に電流を供給した状態で生体電位を計測するシステムに適用した状態を示す概略図である。
【図５】多チャンネル化した状態を示すブロック図である。
【図６】矩形波状の供給電流を示す波形図である。
【図７】検出電位を示す図である。
【図８】検出電位のＡ／Ｄ変換結果を示す図である。
【図９】検出電位のＡ／Ｄ変換結果に対してレベル処理を施した結果を示す図である。
【図１０】レベル処理結果に対してローパスフィルタ処理を施した結果を示す図である。
【図１１】図５のブロック図に対応する多チャンネル化を実現するための従来の構成を示すブロック図である。
【図１２】この発明の同期検波方法を導電率測定システムに適用した例を示すブロック図である。
【図１３】従来のデジタル方式の同期検波装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
２  電流供給部    ３  生体アンプ
４、１３、２５ｂ  １ビットＡ／Ｄ変換部    ５、１４、３１  レベル処理部
６、１５  ローパスフィルタ    ２５ａ  発振器
２６  電圧−電流変換器    ２８  アンプ
【図１】
0004154624.tif 000003
【図２】
0004154624.tif 000004
【図３】
0004154624.tif 000005
【図４】
0004154624.tif 000006
【図５】
0004154624.tif 000007
【図６】
0004154624.tif 000008
【図７】
0004154624.tif 000009
【図８】
0004154624.tif 000010
【図９】
0004154624.tif 000011
【図１０】
0004154624.tif 000012
【図１１】
0004154624.tif 000013
【図１２】
0004154624.tif 000014
【図１３】
0004154624.tif 000015