特開 2016-52043 濾波装置および濾波方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-52043(P2016-52043A)

(43)【公開日】2016年4月11日

(54)【発明の名称】濾波装置および濾波方法

(51)【国際特許分類】

   H03H 17/08 20060101AFI20160314BHJP

   H03H 17/02 20060101ALI20160314BHJP

   G01D 3/028 20060101ALN20160314BHJP

【ＦＩ】

   H03H17/08 A

   H03H17/02 655Z

   G01D3/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-177185(P2014-177185)

(22)【出願日】2014年9月1日

(71)【出願人】

【識別番号】000000572

【氏名又は名称】アンリツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100067323

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 教光

(74)【代理人】

【識別番号】100124268

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 典行

(72)【発明者】

【氏名】論手 素直

【テーマコード（参考）】

2F075

【Ｆターム（参考）】

2F075AA05

2F075EE18

(57)【要約】

【課題】計算量を大幅に削減して正確な直流成分を得る。
【解決手段】濾波装置１は、雑音信号成分と所望の直流成分を含むアナログの入力信号Ｘから所望の直流成分の信号を抽出するため、入力信号Ｘを所定のサンプリング周期でサンプリングし、入力信号の略全ての信号帯域を含んだディジタルの全帯域信号Ａに変換するＡ／Ｄ変換部２と、Ａ／Ｄ変換部２からの全帯域信号Ａと、この全帯域信号Ａの１サンプル遅れの信号との差分を算出して差分信号Ｂを出力する差分器３と、予め設定された基準点Ｐを差分信号Ｂから検出する基準点検出部４と、基準点検出部４が基準点Ｐを検出したときの差分信号Ｂを基準点Ｐから積分して積分信号Ｃを出力する積分器７と、全帯域信号Ａと積分信号Ｃの入力タイミングを一致させて全帯域信号Ａから積分信号Ｃを減算する第１の減算器９とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

雑音信号成分と所望の直流成分を含むアナログの入力信号（Ｘ）から前記所望の直流成分の信号（Ｙ）を抽出するための濾波装置（１）において、
前記入力信号を所定のサンプリング周期でサンプリングし、前記入力信号の略全ての信号帯域を含んだディジタルの全帯域信号（Ａ）に変換するＡ／Ｄ変換部（２）と、
前記Ａ／Ｄ変換部からの全帯域信号と、該全帯域信号の１サンプル遅れの信号との差分、もしくは、該差分による差分信号の１サンプル遅れとの差分を算出して差分信号（Ｂ）を出力する差分器（３）と、
予め設定された基準点（Ｐ）を前記差分信号から検出する基準点検出部（４）と、
前記基準点検出部が前記基準点を検出したときの前記差分信号を該基準点から積分して積分信号（Ｃ）を出力する積分器（７）と、
前記全帯域信号と前記積分信号の入力タイミングを一致させて前記全帯域信号から前記積分信号を減算する第１の減算器（９）とを備えたことを特徴とする濾波装置。

【請求項2】

前記全帯域信号（Ａ）から前記基準点（Ｐ）を検出するための基準点検出用信号（Ｅ）を生成する基準点検出用信号生成部（１０）と、
前記基準点検出部（４）が前記基準点を検出したときは、前記全帯域信号を前記差分器（３）に入力するとともに、前記全帯域信号を前記第１の減算器（９）に入力させる経路（Ｒ１，Ｒ３）を選択し、前記基準点検出部が前記基準点を検出しないときは、前記全帯域信号を前記基準点検出用信号生成部に入力させるとともに、前記基準点検出用信号生成部からの基準点検出用信号を前記第１の減算器と前記差分器に入力させる経路（Ｒ２，Ｒ４）を選択するように経路を切り替える切替器（１１，１２）とを備えたことを特徴とする請求項１記載の濾波装置。

【請求項3】

雑音信号成分と所望の直流成分を含むアナログの入力信号（Ｘ）から前記所望の直流成分の信号（Ｙ）を抽出するための濾波方法において、
前記入力信号を所定のサンプリング周期でサンプリングし、前記入力信号の略全ての信号帯域を含んだディジタルの全帯域信号（Ａ）に変換するステップと、
前記全帯域信号と、該全帯域信号の１サンプル遅れの信号との差分、もしくは、該差分による差分信号の１サンプル遅れとの差分を算出するステップと、
予め設定された基準点（Ｐ）を前記差分による差分信号（Ｂ）から検出するステップと、
前記基準点を検出したときの前記差分信号を該基準点から積分するステップと、
前記全帯域信号と前記積分による積分信号（Ｃ）の入力タイミングを一致させて前記全帯域信号から前記積分信号を減算するステップとを含むことを特徴とする濾波方法。

【請求項4】

前記全帯域信号（Ａ）から前記基準点（Ｐ）を検出するための基準点検出用信号（Ｅ）を生成するステップと、
前記基準点を検出したときに、前記全帯域信号に基づく差分を算出するとともに、前記全帯域信号と前記積分による積分信号（Ｃ）の入力タイミングを一致させて前記全帯域信号から前記積分信号を減算する経路（Ｒ１，Ｒ３）を選択し、前記基準点を検出しないときに、前記全帯域信号から前記基準点検出用信号を生成し、該全帯域信号から前記基準点検出用信号を減算した減算信号に基づく差分を算出するとともに、前記差分による差分信号と該差分信号を積分した積分信号の入力タイミングを一致させて前記差分信号から前記積分信号を減算する経路（Ｒ２，Ｒ４）を選択するように経路を切り替えるステップとを含むことを特徴とする請求項３記載の濾波方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クラウドコンピュータ網やＭ２Ｍ通信に関連した各種センサとネットワーク間で利用されるセンサ信号の濾波装置および濾波方法に関する。

【背景技術】

【0002】

各種センサの信号は、測定対象に反応する物理現象を利用して、処理しやすい電圧や電流などの電気信号として変換されるのが通常である。そして、この電気信号は、所定の物理量を定量的に測る際の信号処理の手段となる。また、電気信号に変換された信号は、測定対象に応じて時間周波数特性を有している。

【0003】

ところで、測定対象の物理量のセンシングとそれを電気信号に変換する過程においては、物理現象以外の信号に不要な雑音が重畳された電気信号として出力される。例えば、温度計や秤などの物理量は直流付近の低い周波数域に変換されるが、周囲温度や風などの周囲環境の雑音や電気信号に変換するための供給電圧や電流の雑音は、それ以上の比較的高い周波数の変動を有するのが通常である。このような低域の信号を抽出する際に、直流よりも周波数の高い低周波の変動成分を抽出する手法は、時間周波数の不確定性の関係により、長い処理時間を必要とする技術課題がある。

【0004】

そこで、上述した技術課題を解消するため、雑音発生の学習情報を用いて処理時間の減少を図った研究例として、下記特許文献１に開示されるように、センサ信号をＡ／Ｄ変換し、ディジタル信号処理を用いたローパスフィルタを雑音除去に適用した報告がある。ローパスフィルタは、遮断周波数幅を低く設定することで低い周波数の雑音成分まで除去することが可能になる。

【0005】

例えば、図５に示す特許文献１の従来の計量装置においては、不図示の計量部から出力されるアナログの計量信号（入力信号Ｘ）をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部５１と、搬送手段が持つ定常的な低周期振動の周期を算出し、その周期に対応したトリガを発生する振動周期算出部５２と、搬送手段に測定対象物が無い状態で計量手段が出力する無負荷の計量信号の波形と近似する振動補正波形を振動周期算出部５２で算出された周期でなる基本の波形関数から生成するため位相及び振幅を含む波形生成条件を算出して記憶する波形条件記憶部５３と、振動周期算出部５２から発生されたトリガを基準として波形条件記憶部５３に記憶された振動波形を生成するための条件から計量信号を補正するための補正信号を生成する補正波形生成部５４と、計量信号（入力信号Ｘ）と補正波形生成部５４から出力される補正信号との差分により測定対象物の計量値を算出する補正部５５と、補正部５５が算出した測定対象物の計量値に基づいて良品・不良品などを判定する判定部５６と、判定部５６の判定結果の表示や各種操作を行う操作表示部５７を備えている。この特許文献１の計量装置では、計量信号から高周波成分を除去するために不図示のローパスフィルタを用い、またローパスフィルタによってフィルタ処理された計量信号の交流成分のピーク値を検出して振動周期を算出している。

【0006】

このように、ローパスフィルタによりセンサ信号から雑音成分を除去して、信号成分を高速高精度に抽出する研究が従来から行われていたが、その計算手法は線形演算によるものであった。

【0007】

そして、このような線形演算を用いた信号処理では、解析や評価の手順が一意的に決まる反面、処理遅延時間や時間周波数の不確定性に基づくフィルタの応答時間等には原理的な制約が伴う。具体的には、ローパスフィルタの遮断周波数を低く設定した場合、センシング期間を長くする必要があり、その分だけ応答速度が遅くなるという問題があった。

【0008】

また、センサ信号から雑音成分を除去する際、ローパスフィルタだけではなく、バンドパスフィルタ、ヒルベルト変換手法などが使用される場合がある。しかし、バンドパスフィルタでは、例えば５Ｈｚから４０Ｈｚを通過帯域とする低域のバンドパスフィルタを設計したとき、直流信号を減衰させることが極めて困難である。これに対し、ヒルベルト変換手法では、直流は減衰できるが低域の信号が減衰する。しかも、直流成分を抑圧する場合は、ディジタルフィルタのタップ数が著しく増加して処理遅延が著しく増加する。

【0009】

これらのフィルタリング手法は、センサ信号としての電気信号が有する振幅周波数特性や位相周波数特性の雑音の持つ局所性や偏りを利用して、目的となる信号成分である低域成分を抽出している。これらの処理を系（システム）として捉えると、センサ信号が有する周波数位相成分に、処理システムの有するインパルス応答を時間領域で畳み込み演算して、信号の周波数位相成分を加工処理する演算モデルで定式化できる。この畳み込み演算は抽出する低周波成分の周波数が低ければ低いほど、インパルス応答の応答点数を大きくしなければ所望の低域周波数を抽出できない性質を有する。すなわち、処理時間が長くかかり、処理時間は（インパルス応答の応答点数）＊（サンプリング時間Ｔ）／２で示される。この処理遅延はアナログ的手法を用いても、アナログ処理の主モードである処理系の時定数τという尺度でみると、ｅｘｐ（−ｔ／τ）に比例して、τ時間がその遅延処理時間を意味するため、低域処理はτが大きくなり、正常な信号を伝達するまでの遅延時間を増大させることになる。

【0010】

このようなセンサ信号の持つ処理遅延を許せば、時々刻々と変化する信号の性質を取り逃がすとともに、時間変動していく信号の取得機会損失を引き起こす可能性も生じるため、この処理遅延を少なくする信号処理は極めて重要な技術課題となる。

【0011】

そこで、上述した重要な技術課題を解決するため、処理遅延を少なくする信号処理を実現した濾波装置および濾波方法として下記特許文献２が開示されている。

【0012】

特許文献２に開示される濾波装置および濾波方法では、センサ信号の持つ時空間特性に対して、処理時間の長くかかる上述した畳み込み積分処理による低域信号抽出処理を行わず、所望の低域信号と反対側にある高域信号を抽出して、全体信号から高域処理信号を演算して低域信号を抽出する考え方を採用している。しかも、特許文献２では、信号処理の形態として信号の初期過程から逐次的に処理して結果が出る形態ではなく、信号区間のどこから始めても、その区間、区間ごとに測定結果が抽出できるリアルタイムな手法を採用している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】特開２００８−２６８０６８号公報

【特許文献2】特開２０１３−１９２０２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

しかしながら、上述した特許文献２に開示される濾波装置および濾波方法は、現信号が有する直流成分を抽出する手法であるが、直流を求めるために相関処理による演算を行い、探索的手法で最適値を求める手段を利用しているので、計算量が少ないとは言い切れず、処理に時間を要するという課題があった。このため、特許文献２に開示される濾波装置および濾波方法の利点を活かしつつ、計算量を大幅に削減して正確な直流成分を得ることができる濾波装置および濾波方法の提供が望まれていた。

【0015】

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、計算量を大幅に削減して正確な直流成分を得ることができる濾波装置および濾波方法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】

【0016】

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載された濾波装置は、雑音信号成分と所望の直流成分を含むアナログの入力信号Ｘから前記所望の直流成分の信号Ｙを抽出するための濾波装置１において、
前記入力信号を所定のサンプリング周期でサンプリングし、前記入力信号の略全ての信号帯域を含んだディジタルの全帯域信号Ａに変換するＡ／Ｄ変換部２と、
前記Ａ／Ｄ変換部からの全帯域信号と、該全帯域信号の１サンプル遅れの信号との差分、もしくは、該差分による差分信号の１サンプル遅れとの差分を算出して差分信号Ｂを出力する差分器３と、
予め設定された基準点Ｐを前記差分信号から検出する基準点検出部４と、
前記基準点検出部が前記基準点を検出したときの前記差分信号を該基準点から積分して積分信号Ｃを出力する積分器７と、
前記全帯域信号と前記積分信号の入力タイミングを一致させて前記全帯域信号から前記積分信号を減算する第１の減算器９とを備えたことを特徴とする。

【0017】

請求項２に記載された濾波装置は、請求項１の濾波装置において、
前記全帯域信号Ａから前記基準点Ｐを検出するための基準点検出用信号Ｅを生成する基準点検出用信号生成部１０と、
前記基準点検出部４が前記基準点を検出したときは、前記全帯域信号を前記差分器３に入力するとともに、前記全帯域信号を前記第１の減算器９に入力させる経路Ｒ１，Ｒ３を選択し、前記基準点検出部が前記基準点を検出しないときは、前記全帯域信号を前記基準点検出用信号生成部に入力させるとともに、前記基準点検出用信号生成部からの基準点検出用信号を前記第１の減算器と前記差分器に入力させる経路Ｒ２，Ｒ４を選択するように経路を切り替える切替器１１，１２とを備えたことを特徴とする。

【0018】

請求項３に記載された濾波方法は、雑音信号成分と所望の直流成分を含むアナログの入力信号Ｘから前記所望の直流成分の信号Ｙを抽出するための濾波方法において、
前記入力信号を所定のサンプリング周期でサンプリングし、前記入力信号の略全ての信号帯域を含んだディジタルの全帯域信号Ａに変換するステップと、
前記全帯域信号と、該全帯域信号の１サンプル遅れの信号との差分、もしくは、該差分による差分信号の１サンプル遅れとの差分を算出するステップと、
予め設定された基準点Ｐを前記差分による差分信号Ｂから検出するステップと、
前記基準点を検出したときの前記差分信号を該基準点から積分するステップと、
前記全帯域信号と前記積分による積分信号Ｃの入力タイミングを一致させて前記全帯域信号から前記積分信号を減算するステップとを含むことを特徴とする。

【0019】

請求項４に記載された濾波方法は、請求項３の濾波方法において、
前記全帯域信号Ａから前記基準点Ｐを検出するための基準点検出用信号Ｅを生成するステップと、
前記基準点を検出したときに、前記全帯域信号に基づく差分を算出するとともに、前記全帯域信号と前記積分による積分信号Ｃの入力タイミングを一致させて前記全帯域信号から前記積分信号を減算する経路Ｒ１，Ｒ３を選択し、前記基準点を検出しないときに、前記全帯域信号から前記基準点検出用信号を生成し、該全帯域信号から前記基準点検出用信号を減算した減算信号に基づく差分を算出するとともに、前記差分による差分信号と該差分信号を積分した積分信号の入力タイミングを一致させて前記差分信号から前記積分信号を減算する経路Ｒ２，Ｒ４を選択するように経路を切り替えるステップとを含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0020】

本発明に係る濾波装置および濾波方法によれば、予め設定された基準点により特定した交流信号を生成し、この生成した交流信号を入力信号（現信号：全帯域信号）から除去している。これにより、従来の濾波装置および濾波方法と比較して、著しく計算量を削減して正確な直流成分を抽出して出力することができる。

【0021】

また、請求項２に記載された濾波装置および請求項４に記載された濾波方法によれば、所望の直流成分が周期の長い低周波ノイズに埋もれて基準点が検出できない場合であっても、入力信号を利用して基準点を検出するための信号を生成し、基準点を特定した交流信号を現信号から除去して正確な直流信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明に係る濾波装置の第１実施の形態の装置構成を示す概略ブロック図である。

【図2】図１の濾波装置を用いた濾波方法のフローチャート図である。

【図3】本発明に係る濾波装置の第２実施の形態の装置構成を示す概略ブロック図である。

【図4】図３の濾波装置を用いた濾波方法のフローチャート図である。

【図5】従来の計量装置の装置構成を示す概略ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

［本発明の技術分野］
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本発明に係る濾波装置および濾波方法は、クラウドコンピュータ網やＭ２Ｍ（Machine to Machine）通信に関連した各種センサネットワークで利用されるセンサ信号の情報処理技術に関し、センサ信号を高度化する信号処理技術である。

【0024】

［本発明の概要説明］
本発明に係る濾波装置および濾波方法は、クラウドコンピュータ網やＭ２Ｍ通信に関連した各種センサとネットワーク間で利用されるセンサ信号などに必ず含まれる低周波信号成分を切り出した測定区間において短時間に抽出処理する技術を提供し、低域の信号成分を減衰させないで所望の信号を濾波するものである。

【0025】

さらに言えば、本発明に係る濾波装置および濾波方法は、センサ信号のもつ時空間特性に対して、処理時間の長くかかる畳み込み積分処理による低域信号抽出処理でなく、所望の低域信号と反対側にある高域信号を抽出して、全体信号から高域処理信号を演算して低域信号を抽出する考え方を採用するとともに、信号区間のどこから始めても、その区間、区間ごとに測定結果が抽出できるリアルタイムな手法を採用するとともに、特許文献２の課題を解決するため、基準点（基準値）を定める決定的な手法を採用することで大幅な計算量の削減を実現するものである。

【0026】

［第１の実施形態による濾波装置の全体構成］
第１の実施形態による濾波装置１（１Ａ）は、図１に示すように、Ａ／Ｄ変換部２、差分器３、基準点検出部４、タイミング生成部５、第１の遅延器６、積分器７、第２の遅延器８、第１の減算器９を備えて概略構成される。

【0027】

Ａ／Ｄ変換部２は、アナログの入力信号Ｘを所定のサンプリング周期でサンプリングしてディジタル信号に変換し、入力信号Ｘの略全ての信号帯域を含んだ全帯域信号Ａを生成している。この全帯域信号Ａは、差分器３に入力されるとともに、第２の遅延器８を介して第１の減算器９に入力される。

【0028】

差分器３は、Ａ／Ｄ変換部２から入力される全帯域信号Ａと、この全帯域信号Ａを１サンプル遅延させた信号との差分を算出している。この算出により得られる差分信号Ｂは、直流がない交流信号であり、基準点検出部４に入力されるとともに、第１の遅延器６を介して積分器７に入力される。

【0029】

基準点検出部４は、差分器３から入力される差分信号Ｂに対し、予め設定された基準点Ｐがあるか否かを検出している。基準点Ｐは、差分器３の出力の最初の初期値であり、計算量を減らして適正な交流を求めることを考慮して、０を含む０近傍の値（電圧値又は電流値）に設定するのが好ましい。本例では、基準点Ｐ＝０としている。

【0030】

タイミング生成部５は、基準点検出部４が基準点Ｐを検出したときに、差分器３の出力を遅延するタイミングを与えるタイミング信号Ｔ１と、積分器７で差分信号Ｂの積分を開始するタイミングを与えるタイミング信号Ｔ２とを生成している。

【0031】

第１の遅延器６は、タイミング生成部５で生成されるタイミング信号Ｔ１をトリガとして、差分器３から入力される差分信号Ｂを所定時間（基準点検出部４の処理にかかった時間相当）遅延させ、積分器７に入力する差分信号Ｂの遅延時間を調整している。

【0032】

積分器７は、差分器３から第１の遅延器６を介して差分信号Ｂが入力されると、タイミング生成部５で生成されるタイミング信号Ｔ２をトリガとして、基準点Ｐを検出した時間から差分信号Ｂを積分している。積分器７は、入力信号Ｘの現波形の交流成分のプロフィールを再現するため、差分器３の周波数特性と逆特性を有している。この積分器７による基準点Ｐから始まる積分値は、明確な基準点Ｐを有する交流信号による積分信号Ｃとして第１の減算器９に入力される。

【0033】

第２の遅延器８は、Ａ／Ｄ変換部２から入力される全帯域信号Ａを、差分器３の差分処理にかかる時間、基準点検出部４の基準点Ｐの検出処理にかかる時間、第１の遅延器６の遅延時間、積分器７の積分処理にかかる時間の和と同等の時間だけ、その位相特性を保持したまま遅延している。すなわち、第２の遅延器８は、第１の減算器９に入力する全帯域信号Ａと、積分器７から第１の減算器９に入力する積分信号Ｃとの入力タイミングが一致するように、全帯域信号Ａの遅延時間を調整している。

【0034】

第１の減算器９は、Ａ／Ｄ変換部２から第２の遅延器８を介して入力される全帯域信号Ａから積分器７による積分信号Ｃを減算し、現信号である入力信号Ｘに含まれる正確な直流成分による所望の直流信号Ｙを出力している。

【0035】

［第１の実施形態の濾波装置による処理動作例］
第１の実施形態の濾波装置１Ａを用いた濾波方法として、入力信号Ｘから正確な直流成分を抽出して所望の直流信号Ｙを出力するまでの処理動作について図２のフローチャートを参照しながら説明する。

【0036】

Ａ／Ｄ変換部２は、入力信号（センサ電気信号）Ｘが入力されると、入力信号Ｘを所定のサンプリング周期でサンプリングし、入力信号Ｘの略全ての信号帯域を含んだ全帯域信号Ａを生成する（ＳＴ１：サンプリング処理）。このＡ／Ｄ変換部２で生成された全帯域信号Ａは、差分器３と第２の遅延器８にそれぞれ入力される。

【0037】

差分器３は、Ａ／Ｄ変換部２から全帯域信号Ａが入力されると、この全帯域信号Ａと、全帯域信号Ａの１サンプル遅れの全帯域信号との差分を算出する（ＳＴ２：差分処理）。この差分器３で算出された差分信号Ｂは、基準点検出部４と第１の遅延器６にそれぞれ入力される。

【0038】

基準点検出部４は、差分器３から差分信号Ｂが入力され、この差分信号Ｂから予め設定された基準点Ｐを検出すると、基準点Ｐを検出した旨の信号をタイミング生成部５に出力する（ＳＴ３：基準点検出処理）。

【0039】

タイミング生成部５は、基準点検出部４から基準点Ｐを検出した旨の信号が入力されると、差分器３の出力を遅延するタイミングを与えるタイミング信号Ｔ１と、積分器７の積分を開始するタイミングを与えるタイミング信号Ｔ２とを生成する。

【0040】

そして、差分器３の差分信号Ｂは、タイミング生成部５で生成されるタイミング信号Ｔ１をトリガとして、第１の遅延器６により遅延時間が調整され、積分器７に入力される。

【0041】

積分器７は、差分器３から第１の遅延器６を介して差分信号Ｂが入力されると、タイミング生成部５のタイミング信号Ｔ２をトリガとして、基準点Ｐを検出した時間から差分信号Ｂを積分する（ＳＴ４：積分処理）。

【0042】

第２の遅延器８は、Ａ／Ｄ変換部２から分岐される全帯域信号Ａを、差分器３の差分処理にかかる時間、基準点検出部４の基準点Ｐの検出処理にかかる時間、第１の遅延器６の遅延時間、積分器７の積分処理にかかる時間の和と同等の時間だけ、その位相特性を保持したまま遅延して出力する。

【0043】

そして、第１の減算器９は、Ａ／Ｄ変換部２から第２の遅延器８を介して入力される全帯域信号Ａから積分器７による積分信号Ｃを減算し、現信号の入力信号Ｘに含まれる正確な直流成分を抽出して所望の直流信号Ｙを出力する（ＳＴ５：直流成分抽出処理）。

【0044】

［第２の実施形態による濾波装置の全体構成］
第２の実施形態による濾波装置１（１Ｂ）は、図３に示すように、上述した第１の実施形態による濾波装置１ＡのＡ／Ｄ変換部２、差分器３、基準点検出部４、タイミング生成部５、第１の遅延器６、積分器７、第２の遅延器８、第１の減算器９の構成に加え、基準点検出用信号生成部１０、第１の切替器１１、第２の切替器１２をさらに備えている。

【0045】

この第２の実施形態による濾波装置１Ｂでは、基準点検出用信号生成部１０、第１の切替器１１、第２の切替器１２の追加構成により、上述した第１の実施形態による濾波装置１Ａの基準点検出部４が基準点Ｐを検出できないときの問題を解消している。尚、第２の実施形態による濾波装置１Ｂにおいて、第１の実施形態による濾波装置１Ａと同一の構成要素には同一番号を付して説明する。

【0046】

Ａ／Ｄ変換部２は、アナログの入力信号Ｘを所定のサンプリング周期でサンプリングしてディジタル信号に変換し、入力信号Ｘの略全ての信号帯域を含んだ全帯域信号Ａを生成している。この全帯域信号Ａは、基準点検出用信号生成部１０に入力されるとともに、第１の切替器１１及び第２の切替器１２の接点切替により差分器３、第２の遅延器８に選択的に入力される。

【0047】

差分器３は、Ａ／Ｄ変換部２から第２の切替器１２を介して入力される全帯域信号Ａと、この全帯域信号Ａを１サンプル遅延させた信号との差分を算出している。この算出により得られる差分信号Ｂは、直流がない交流信号であり、基準点検出部４に入力されるとともに、タイミング生成部５で生成されるタイミング信号により第１の遅延器６を介して積分器７に入力される。

【0048】

基準点検出部４は、差分器３から入力される差分信号Ｂに対し、予め設定された基準点Ｐがあるか否かを検出している。基準点Ｐは、差分器３の出力の最初の初期値であり、計算量を減らして適正な交流を求めることを考慮して、０を含む０近傍の値（電圧値又は電流値）に設定するのが好ましい。本例では、基準点Ｐ＝０としている。

【0049】

また、基準点検出部４は、第１の切替器１１の接点を切り替えるための切替信号Ｓ１と、第２の切替器１２の接点を切り替えるための切替信号Ｓ２を基準点Ｐの検出の有無に応じて出力している。

【0050】

タイミング生成部５は、基準点検出部４が基準点Ｐを検出したときに、差分器３の出力を遅延するタイミングを与えるタイミング信号Ｔ１と、積分器７で差分信号Ｂの積分を開始するタイミングを与えるタイミング信号Ｔ２とを生成している。

【0051】

第１の遅延器６は、タイミング生成部５で生成されるタイミング信号Ｔ１をトリガとして、差分器３から入力される差分信号Ｂを所定時間（基準点検出部４の処理にかかった時間相当）遅延させ、積分器７に入力する差分信号Ｂの遅延時間を調整している。

【0052】

積分器７は、差分器３から第１の遅延器６を介して差分信号Ｂが入力されると、タイミング生成部５で生成されるタイミング信号Ｔ２をトリガとして、基準点Ｐを検出した時間から差分信号Ｂを積分している。積分器７は、入力信号Ｘの現波形の交流成分のプロフィールを再現するため、差分器３の周波数特性と逆特性を有している。この積分器７による基準点Ｐから始まる積分値は、明確な基準点Ｐを有する交流信号による積分信号Ｃとして第１の減算器９に入力される。

【0053】

第２の遅延器８は、Ａ／Ｄ変換部２と第２の遅延器８との間が第１の切替器１１を介して接続され、Ａ／Ｄ変換部２と差分器３との間が第２の切替器１２を介して接続されているときに、差分器３の差分処理にかかる時間、第１の遅延器６の遅延時間、積分器７の積分処理にかかる時間の和と同等の時間だけ、Ａ／Ｄ変換部２から第２の切替器１２を介して入力される全帯域信号Ａの位相特性を保持したまま遅延している。

【0054】

また、第２の遅延器８は、基準点検出用信号生成部１０と第２の遅延器８との間が第１の切替器１１を介して接続され、差分器３と基準点検出用信号生成部１０との間が第２の切替器１２を介して接続されているときに、差分器３の差分処理にかかる時間、第１の遅延器６の遅延時間、積分器７の積分処理にかかる時間の和と同等の時間だけ、基準点検出用信号生成部１０から第２の切替器１２を介して入力される基準点検出用信号Ｅの位相特性を保持したまま遅延している。

【0055】

第１の減算器９は、Ａ／Ｄ変換部２と第２の遅延器８との間が第１の切替器１１を介して接続されているときに、第２の遅延器８により遅延された全帯域信号Ａから積分器７による積分信号Ｃを減算し、現信号である入力信号Ｘに含まれる正確な直流成分による所望の直流信号Ｙを出力している。

【0056】

また、第１の減算器９は、基準点検出用信号生成部１０と第２の遅延器８との間が第１の切替器１１を介して接続されているときに、第２の遅延器８により遅延された基準点検出用信号Ｅから積分器７による積分信号Ｃを減算し、基準点検出用信号Ｅに含まれる直流成分による直流信号Ｙを出力している。

【0057】

基準点検出用信号生成部１０は、基準点Ｐを検出するための基準点検出用信号Ｅを生成するもので、図３に示すように、信号生成部１０ａ、第３の遅延器１０ｂ、第２の減算器１０ｃを備えている。

【0058】

信号生成部１０ａは、第２の減算器１０ｃと第２の遅延器８との間が第１の切替器１１を介して接続され、第２の減算器１０ｃと差分器３との間が第２の切替器１２を介して接続されているときに、Ａ／Ｄ変換部２から入力される全帯域信号ＡのＩ信号とＱ信号を抽出し、この抽出したＩ信号とＱ信号に基づき、全帯域信号Ａに対して位相を１８０度反転した反転信号Ｄを生成している。この反転信号Ｄは、第２の減算器１０ｃに入力され、第２の減算器１０ｃで全帯域信号Ａから減算されるときの基準点Ｐとなる信号である。

【0059】

第３の遅延器１０ｂは、第２の減算器１０ｃと第２の遅延器８との間が第１の切替器１１を介して接続され、第２の減算器１０ｃと差分器３との間が第２の切替器１２を介して接続されているときに、信号生成部１０ａの信号生成処理にかかる時間と同等の時間だけ、Ａ／Ｄ変換部２から入力される全帯域信号Ａを遅延させて出力している。

【0060】

第２の減算器１０ｂは、第２の減算器１０ｃと第２の遅延器８との間が第１の切替器１１を介して接続され、第２の減算器１０ｃと差分器３との間が第２の切替器１２を介して接続されているときに、第３の遅延器１０ｂで遅延された全帯域信号Ａから信号生成部１０ａで生成された反転信号Ｄを減算し、この減算により得られる信号（交流的に平均０の信号）を基準点検出用信号Ｅとして第１の切替器１１を介して第２の遅延器８に入力するとともに、第２の切替器１２を介して差分器３に入力している。

【0061】

第１の切替器１１は、図３に示すように、２つの固定接点１１ａ，１１ｂと１つの可動接点１１ｃを有している。第１の切替器１１は、固定接点１１ａがＡ／Ｄ変換部２と信号生成部１０ａと第３の遅延器１０ｂにそれぞれ接続され、固定接点１１ｂが第２の減算器１０ｃと第２の切替器１２に接続され、可動接点１１ｃが第２の遅延器８に接続されている。

【0062】

第１の切替器１１は、基準点Ｐの検出の有無に応じた基準点検出部４からの切替信号Ｓ１により、可動接点１１ｃが固定接点１１ａ又は固定接点１１ｂに選択的に切り替えられる。さらに説明すると、第１の切替器１１は、濾波装置１Ｂの起動時の初期状態及び基準点検出部４が基準点Ｐを検出しているときの切替信号Ｓ１により、可動接点１１ｃが固定接点１１ａ側に切り替えられる。これにより、Ａ／Ｄ変換器２と第２の遅延器８との間を接続する経路Ｒ１が選択される。

【0063】

また、第１の切替器１１は、基準点検出部４が基準点Ｐを検出していないときの切替信号Ｓ１により、図３に示すように、可動接点１１ｃが固定接点１１ｂ側に切り替えられる。これにより、第２の減算器１０ｃと第２の遅延器８との間を接続する経路Ｒ２が選択される。

【0064】

第２の切替器１２は、図３に示すように、２つの固定接点１２ａ，１２ｂと１つの可動接点１２ｃを有している。第２の切替器１２は、固定接点１２ａがＡ／Ｄ変換部２、第２の遅延器８、信号生成部１０ａ、第３の遅延器１０ｂにそれぞれ接続され、固定接点１２ｂが第２の減算器１０ｃと第１の切替器１１に接続され、可動接点１２ｃが差分器３に接続されている。

【0065】

第２の切替器１２は、基準点Ｐの検出の有無に応じた基準点検出部４からの切替信号Ｓ２により、可動接点１２ｃが固定接点１２ａ又は固定接点１２ｂに選択的に切り替えられる。さらに説明すると、第２の切替器１２は、濾波装置１Ｂの起動時の初期状態や基準点検出部４が基準点Ｐを検出しているときの切替信号Ｓ２により、可動接点１２ｃが固定接点１２ａ側に切り替えられる。これにより、Ａ／Ｄ変換器２と差分器３との間を接続する経路Ｒ３が選択される。

【0066】

また、第２の切替器１２は、基準点検出部４が基準点Ｐを検出していないときの切替信号Ｓ２により、図３に示すように、可動接点１２ｃが固定接点１２ｂ側に切り替えられる。これにより、第２の減算器１０ｃと差分器３との間を接続する経路Ｒ４が選択される。

【0067】

［第２の実施形態による濾波装置の処理動作例］
第２の実施形態の濾波装置１Ｂを用いた濾波方法として、入力信号Ｘから正確な直流成分を抽出して所望の直流信号Ｙを出力するまでの処理動作について図４のフローチャートを参照しながら説明する。

【0068】

尚、図３に示す第２の実施形態の濾波装置１Ｂにおいて、基準点Ｐを検出している状態、すなわち、第１の切替器１１の可動接点１１ｃが固定接点１１ａ側に切り替えられ、第２の切替器１２の可動接点１２ｃが固定接点１２ａ側に切り替えられている状態では、前述した第１の実施形態の濾波装置１Ａと同様の処理動作を行う。

【0069】

第２の実施形態による濾波装置１Ｂでは、基準点検出部４が基準点Ｐを検出しないときに、切替信号Ｓ１によって第１の切替器１１の可動接点１１ｃが固定接点１１ｂ側に切り替えられ、切替信号Ｓ２によって第２の切替器１２の可動接点１２ｃが固定接点１２ｂ側に切り替えられる（ＳＴ１１：接点切替処理）。この状態で、Ａ／Ｄ変換部２と差分器３との間の接続およびＡ／Ｄ変換部２と第２の遅延器８との間の接続が切り離され、Ａ／Ｄ変換部２からの全帯域信号Ａが信号生成部１０ａおよび第３の遅延器１０ｂにそれぞれ入力される。

【0070】

信号生成部１０ａは、Ａ／Ｄ変換部２から全帯域信号Ａが入力されると、この全帯域信号Ａに対し、位相を１８０度反転した反転信号Ｄを生成する（ＳＴ１２：反転信号生成処理）。この信号生成部１０ａで生成された反転信号Ｄは第２の減算器１０ｃに入力される。

【0071】

第２の減算器１０ｃは、信号生成部１０ａから入力される反転信号Ｄを、第３の遅延器１０ｂで遅延された全帯域信号Ａから減算し、基準点Ｐを検出するための基準点検出用信号Ｅを生成する（ＳＴ１３：基準点検出用信号生成処理）。この減算により得られる基準点検出用信号Ｅは、基準点Ｐを含む交流的に平均０の信号であり、第１の切替器１１を介して第２の遅延器８に入力されるとともに、第２の切替器１２を介して差分器３に入力される。

【0072】

差分器３は、第２の減算器１０ｃから基準点検出用信号Ｅ（交流的に平均０の信号）が入力されると、この基準点検出用信号Ｅ（全帯域信号と全帯域信号の１サンプル遅れの信号との差分による差分信号に相当）と、基準点検出用信号Ｅの１サンプル遅れの基準点検出用信号との差分（２次差分）を算出する（ＳＴ１４：差分処理）。この差分器３で算出された差分信号Ｂは、基準点検出部４と第１の遅延器６にそれぞれ入力される。

【0073】

基準点検出部４は、差分器３から差分信号Ｂが入力されると、この差分信号Ｂから基準点Ｐを検出し（ＳＴ１５：基準点検出処理）、基準点Ｐを検出した旨の信号をタイミング生成部５に出力する。

【0074】

タイミング生成部５は、基準点検出部４から基準点Ｐを検出した旨の信号が入力されると、差分器３の出力を遅延するタイミングを与えるタイミング信号Ｔ１と、積分器７の積分を開始するタイミングを与えるタイミング信号Ｔ２とを生成する。

【0075】

そして、差分器３の差分信号Ｂは、タイミング生成部５で生成されるタイミング信号Ｔ１をトリガとして、第１の遅延器６により遅延時間が調整され、積分器７に入力される。

【0076】

積分器７は、差分器３から第１の遅延器６を介して差分信号Ｂが入力されると、タイミング生成部５のタイミング信号Ｔ２をトリガとして、基準点Ｐを検出した時間から差分信号Ｂを積分する（ＳＴ１６：積分処理）。

【0077】

第２の遅延器８は、第２の減算器１０ｃから第１の切替器１１を介して基準点検出用信号Ｅが入力されると、第２の減算器１０ｃから入力される基準点検出用信号Ｅに対して差分器３の差分処理にかかる時間、第１の遅延器６の遅延時間、積分器７の積分処理にかかる時間の和と同等の時間だけ、その位相特性を保持したまま遅延して基準点検出用信号Ｅを第１の減算器９に入力する。

【0078】

そして、第１の減算器９は、第２の遅延器８を介して入力される基準点検出用信号Ｅから積分器７による積分信号Ｃを減算し（ＳＴ１７：減算処理）、基準点検出用信号Ｅに含まれる直流信号Ｙを出力する。

【0079】

以上の動作により、全帯域信号Ａから生成される基準点検出用信号Ｅによって基準点検出部４が差分信号Ｂから基準点Ｐを検出すると、１つの測定セッションが終了し、次の測定セッションに移行するために、切替信号Ｓ１により第１の切替器１１の可動接点１１ｃを固定接点１１ａ側に切り替えるとともに、切替信号Ｓ２により第２の切替器１２の可動接点１２ｃを固定接点１２ａ側に切り替え（ＳＴ１８：接点切替処理）、前述した図２のＳＴ１〜５の処理を実行する。そして、基準点検出部４が基準点Ｐを再び検出しなくなると、上述したＳＴ１１〜１８の処理を繰り返し、基準点検出用信号Ｅによって基準点検出部４が差分信号Ｂから基準点Ｐを検出すると、前述した図２のＳＴ１〜５の処理を実行する。

【0080】

尚、上述した濾波装置１Ａ，１Ｂによる処理動作を測定区間で繰り返して実行し、この処理動作によって得られる直流信号Ｙの平均化処理を行うようにしてもよい。これにより、測定区間における安定区間に微視点変動がある場合でも、この微視点変動の影響を取り除き、正確な直流成分を抽出して所望の直流信号Ｙを得ることができ、より精度の高い測定値（直流信号Ｙ）を提供することができる。

【0081】

また、特に図示はしないが、上述した濾波装置１Ａ，１Ｂにおいて、入力信号Ｘの直流成分に重畳される雑音を除去するため、Ａ／Ｄ変換部２の直後にローパスフィルタを設ける構成としても良い。

【0082】

このように、本発明に係る濾波装置および濾波方法によれば、特許文献２に開示されるような相関処理による演算や相関値の最大値である推定値を見つけるための探索的な手法を必要とせず、予め設定される基準点Ｐによる決定的な手法、すなわち、基準点Ｐを特定した交流信号を現信号（全帯域信号Ａ）から除去している。これにより、特許文献２と比較して、著しく計算量を削減して正確な直流成分を抽出することができ、直流付近の周波数成分を損なわない帯域フィルタを構成することができる。

【0083】

また、第２の実施形態による濾波装置１Ｂ及び濾波方法によれば、所望の直流成分が周期の長い低周波ノイズに埋もれて基準点Ｐが検出できない場合であっても、現信号を利用して基準点Ｐを検出するための基準点検出用信号Ｅを生成し、この生成した基準点検出用信号Ｅにより基準点検出部４が差分信号Ｂから基準点Ｐを検出している。これにより、基準点Ｐを特定した交流信号を現信号から除去し、著しく計算量を削減して正確な直流成分を抽出し、所望の直流信号を得ることができる。

【0084】

以上、本発明に係る濾波装置および濾波方法の最良の形態について説明したが、この形態による記述および図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例および運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。

【符号の説明】

【0085】

１（１Ａ，１Ｂ） 濾波装置
２ Ａ／Ｄ変換部
３ 差分器
４ 基準点検出部
５ タイミング生成部
６ 第１の遅延器
７ 積分器
８ 第２の遅延器
９ 第１の減算器
１０ 基準点検出用信号生成部
１０ａ 信号生成部
１０ｂ 第３の遅延器
１０ｃ 第２の減算器
１１ 第１の切替器
１２ 第２の切替器
Ｘ 入力信号
Ｙ 直流信号
Ａ 全帯域信号
Ｂ 差分信号
Ｃ 積分信号
Ｄ 反転信号
Ｅ 基準点検出用信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】