特開 2024-64359 センサ信号変換器

(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】P2024064359

(43)【公開日】2024-05-14

(54)【発明の名称】センサ信号変換器

(51)【国際特許分類】

   H03M 1/12 20060101AFI20240507BHJP

   H04R 3/00 20060101ALI20240507BHJP

【ＦＩ】

H03M1/12 A

H04R3/00 320

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022172891

(22)【出願日】2022-10-28

(71)【出願人】

【識別番号】000145806

【氏名又は名称】株式会社小野測器

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】大島 良太

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 英昭

(72)【発明者】

【氏名】山田 計

(72)【発明者】

【氏名】清水 一博

【テーマコード（参考）】

5D220

5J022

【Ｆターム（参考）】

5D220BC08

5J022AA01

5J022BA08

5J022CC01

5J022CF09

(57)【要約】

【課題】計測センサの計測信号を変換してコンピュータ端末に伝送するセンサ信号変換器であって、伝送対象となるコンピュータ端末に、その計測センサ専用のアプリケーションやドライバが不要となるセンサ信号変換器を提供する。
【解決手段】センサ信号変換器２０は、コンピュータ端末にＵＳＢ接続され、計測センサの出力信号に含まれるアナログの計測信号をデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号をＵＳＢ Ａｕｄｉｏ Ｃｌａｓｓの信号（伝送信号）としてコンピュータ端末に伝送する。センサ信号変換器２０は、計測センサに応じたゲインが規定されたゲイン情報に基づいてゲインを設定する処理を実行するゲイン制御部２１と、設定されたゲインに基づいて計測信号を正規化する正規化部２２と、正規化された計測信号をデジタル信号に変換する変換部２３と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンピュータ端末にＵＳＢ接続され、計測センサの計測値を示すアナログの計測信号をデジタル信号に変換し、前記変換したデジタル信号をＵＳＢ Ａｕｄｉｏ Ｃｌａｓｓの信号として前記コンピュータ端末に伝送するセンサ信号変換器であって、
前記計測センサに応じたゲインが規定されたゲイン情報に基づいてゲインを設定する処理を実行するゲイン制御部と、
前記設定されたゲインに基づいて前記計測信号を正規化する正規化部と、
前記正規化された計測信号を前記デジタル信号に変換する変換部と、を備える
センサ信号変換器。

【請求項2】

前記計測センサの出力信号が、前記計測信号と当該計測センサの感度を示す感度信号とを含み、
前記ゲイン情報には、前記感度信号に応じたゲインが規定されており、
前記ゲイン制御部は、前記感度信号を取得し、前記取得した感度信号と前記ゲイン情報とに基づいてゲインを設定する
請求項１に記載のセンサ信号変換器。

【請求項3】

前記センサ信号変換器は、
前記出力信号が前記ゲイン制御部に入力されて前記ゲイン制御部が前記感度信号を取得してゲインを設定するゲイン設定状態と前記出力信号が前記正規化部に入力されて前記正規化部が前記計測信号を正規化する正規化状態とを有し、
前記ゲイン制御部によって制御されて前記出力信号の入力先を前記ゲイン制御部と前記正規化部との間で切り替える切替スイッチをさらに備える
請求項２に記載のセンサ信号変換器。

【請求項4】

前記センサ信号変換器は、前記ゲイン設定状態と前記正規化状態との間で切り替える手動スイッチをさらに備え、
前記ゲイン制御部は、前記手動スイッチの操作に応じて前記切替スイッチを制御する処理を実行する
請求項３に記載のセンサ信号変換器。

【請求項5】

前記ゲイン制御部は、
前記センサ信号変換器への前記計測センサの接続を契機として前記出力信号の入力先を一時的に前記ゲイン制御部に切り替える
請求項３に記載のセンサ信号変換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、計測センサの計測値を示すアナログの計測信号を正規化してデジタル信号に変換し、ＵＳＢ Ａｕｄｉｏ Ｃｌａｓｓの信号として伝送するセンサ信号変換器に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１のように、騒音やスピーカなどの音圧を計測する音圧センサは、音圧に応じたアナログの計測信号を出力する。こうしたアナログの計測信号に基づく計測値をコンピュータ端末に取り込むことにより、各種のデータ処理を行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－７２９４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、音圧センサが出力する計測信号のスケールは機種ごとに様々である。そのため、機種ごとの計測値の比較といったデータ処理をコンピュータ端末で行う場合にはスケールの正規化が必要となる。こうしたスケールの正規化は計測値に高い精度が求められる場合に重要であることから、音圧センサの機種ごとに専用のアプリケーションやドライバがコンピュータ端末に必要とされていた。なお、こうしたことは、音圧センサに限らず、各種の計測センサにおいて共通するものである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するセンサ信号変換器は、コンピュータ端末にＵＳＢ接続され、計測センサの計測値を示すアナログの計測信号をデジタル信号に変換し、前記変換したデジタル信号をＵＳＢ Ａｕｄｉｏ Ｃｌａｓｓの信号として前記コンピュータ端末に伝送する。前記センサ信号変換器は、前記計測センサに応じたゲインが規定されたゲイン情報に基づいてゲインを設定する処理を実行するゲイン制御部と、前記設定されたゲインに基づいて前記計測信号を正規化する正規化部と、前記正規化された計測信号を前記デジタル信号に変換する変換部と、を備える。

【0006】

上記構成によれば、計測信号の正規化が計測センサに応じたゲインで行われる。そして、正規化後の計測信号を変換したデジタル信号がＵＳＢ Ａｕｄｉｏ Ｃｌａｓｓの信号としてコンピュータ端末に出力される。その結果、センサ信号変換器の伝送対象となるコンピュータ端末に専用のアプリケーションやドライバが不要となる。

【0007】

上記構成のセンサ信号変換器に伝送される計測センサの出力信号は、前記計測信号と当該計測センサの感度を示す感度信号とを含み、前記ゲイン情報には、前記感度信号に応じたゲインが規定されていてもよい。この場合、前記ゲイン制御部は、前記感度信号を取得し、前記取得した感度信号と前記ゲイン情報とに基づいてゲインを設定する。

【0008】

上記構成によれば、計測センサの感度信号に基づいてゲインを設定することができる。これにより、センサ信号変換器に接続される計測センサが変更されたとしても、変更後の計測センサに応じたゲインを設定することができる。

【0009】

上記構成のセンサ信号変換器は、前記出力信号が前記ゲイン制御部に入力されて前記ゲイン制御部が前記感度信号を取得してゲインを設定するゲイン設定状態と前記出力信号が前記正規化部に入力されて前記正規化部が前記計測信号を正規化する正規化状態とを有し、前記ゲイン制御部によって制御されて前記出力信号の入力先を前記ゲイン制御部と前記正規化部との間で切り替える切替スイッチをさらに備えていてもよい。

【0010】

上記構成によれば、例えばセンサ信号変換器への計測センサの接続を契機としてゲイン制御部が出力信号の入力先を一時的にゲイン制御部に切り替えることにより、ゲイン制御部による感度信号の取得およびゲインの設定を行うことができる。そのため、センサ信号変換器に接続される計測センサが変更されたとき、変更後の計測センサに応じたゲインの設定を行うことができる。

【0011】

上記構成のセンサ信号変換器は、前記ゲイン設定状態と前記正規化状態との間で切り替える手動スイッチをさらに備え、前記ゲイン制御部は、前記手動スイッチの操作に応じて前記切替スイッチを制御する処理を実行してもよい。この構成によれば、手動スイッチによってセンサ信号変換器の状態を切り替えることができるため、変更後の計測センサに応じたゲインの設定をより確実に行うことができる。

【0012】

上記構成のセンサ信号変換器において、前記ゲイン制御部は、前記センサ信号変換器への前記計測センサの接続を契機として前記出力信号の入力先を一時的に前記ゲイン制御部に切り替えてもよい。この構成によれば、センサ信号変換器に計測センサが接続されることで自動的に感度信号の取得およびゲインの設定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】センサ信号変換器の使用例を模式的に示す図である。

【図2】センサ信号変換器の第１実施形態の概略構成を示すブロック図である。

【図3】第１実施形態のセンサ信号変換器の具体例を示すブロック図である。

【図4】第１実施形態のセンサ信号変換器の具体例を示すブロック図である。

【図5】センサ信号変換器の第２実施形態の概略構成を示すブロック図である。

【図6】センサ信号変換器の第３実施形態の概略構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（第１実施形態）
図１～図４を参照して、センサ信号変換器の第１実施形態について説明する。
図１に示すように、センサ信号変換器２０には、計測センサ１０とコンピュータ端末１５とが接続される。計測センサ１０は、例えばマイクロホンや加速度センサである。センサ信号変換器２０は、コンピュータ端末１５に対してＵＳＢ接続される。センサ信号変換器２０は、電源が内蔵されていてもよいし、ＵＳＢ接続されたコンピュータ端末１５から電源が供給されてもよい。計測センサ１０は、計測値を示すアナログの計測信号を含む出力信号をセンサ信号変換器２０に出力する。センサ信号変換器２０は、計測センサ１０からの計測信号をデジタル信号に変換し、その変換したデジタル信号をＵＳＢ Ａｕｄｉｏ Ｃｌａｓｓの信号（伝送信号）としてコンピュータ端末１５に伝送する。

【0015】

このようにして正規化された計測センサ１０の計測値がコンピュータ端末１５に伝送されることにより、正規化後の計測値に基づいて計測センサ１０の校正（感度設定）や機種ごとの計測値の比較などを行うことができる。なお、センサ信号変換器２０は、特定の機能を有する機器にＯＴＧ（Ｏｎ－Ｔｈｅ－Ｇｏ）ケーブルを介してＵＳＢ接続することもできる。

【0016】

図２に示すように、センサ信号変換器２０は、ゲイン制御部２１、正規化部２２、変換部２３を備える。
ゲイン制御部２１は、たとえばｃｉｒｃｕｉｔｒｙ、すなわち、ＡＳＩＣのような１つ以上の専用のハードウェア回路、コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って動作する１つ以上の処理回路、或いは両者の組み合わせによって実現することができる。処理回路は、ＣＰＵと、ＣＰＵによって実行されるプログラムを記憶したメモリ（ＲＯＭおよびＲＡＭ等）と、を有する。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。

【0017】

ゲイン制御部２１は、正規化部２２が計測信号を正規化する際のゲインを設定する。ゲイン制御部２１は、ゲイン情報記憶部２５を有する。ゲイン情報記憶部２５は、計測センサ１０に応じたゲインが規定されたゲイン情報、具体的には計測センサ１０の機種とその機種に対応するゲインとが規定されたゲイン情報を記憶している。ゲイン制御部２１は、ゲイン情報記憶部２５が記憶するゲイン情報に基づいてゲインを設定する。

【0018】

正規化部２２は、ゲイン制御部２１が設定したゲインに基づいて計測信号を正規化する。正規化された計測信号は、ＵＳＢ Ａｕｄｉｏ Ｃｌａｓｓに対応するスケールのアナログ信号となる。正規化部２２は、例えば、増幅度Ａで計測信号を増幅するアンプ回路と、アンプ回路の出力の一部を帰還率βで帰還させる帰還回路と、によって構成される。こうした構成において、ゲイン制御部２１は、帰還回路における帰還率βを調整することにより、計測センサ１０に応じたゲインを設定する。正規化部２２は、正規化した計測信号を変換部２３に出力する。変換部２３は、正規化部２２が正規化した計測信号をデジタル信号に変換し、その変換したデジタル信号をＵＳＢ Ａｕｄｉｏ Ｃｌａｓｓの信号（伝送信号）としてコンピュータ端末１５に伝送する。

【0019】

図３および図４を参照して、ゲイン制御部２１によるゲイン設定の具体例について説明する。
例えば、図３に示すように、ゲイン制御部２１は、センサ信号変換器２０の筐体に設けられたセンサ選択スイッチ２６の操作に基づいてゲインを設定する。センサ選択スイッチ２６は、手動操作可能なスイッチであって、センサ信号変換器２０に接続される計測センサ１０の機種を指定するスイッチである。こうした構成のセンサ信号変換器２０においては、選択中の計測センサ１０の機種名が表示される表示部２７が設けられていることが好ましい。

【0020】

また例えば、図４に示すように、ゲイン制御部２１は、ＵＳＢ接続されたコンピュータ端末１５などの外部端末２８から入力される計測センサ１０の機種に基づいてゲインを設定する構成であってもよい。この場合、ゲイン制御部２１は、センサ信号変換器２０と外部端末２８とがＵＳＢ接続されると、ゲイン情報に規定されている計測センサ１０を示すセンサ情報を外部端末２８に出力する。外部端末２８においては、そのセンサ情報に基づいて計測センサ１０の機種選択が行われる。

【0021】

なお、ゲイン情報は、メーカー側において、センサ信号変換器２０に接続された外部端末２８を通じて書換え可能であることが好ましい。こうした構成によれば、ユーザーからの要望などに応じてゲイン情報に更新することができる。また、ゲイン情報は、センサ信号変換器２０に接続される計測センサ１０が特定のセンサである場合、その計測センサ１０に対応するゲインのみが規定されている構成であってもよい。

【0022】

第１実施形態の作用および効果について説明する。
（１－１）センサ信号変換器２０においては、計測信号の正規化が計測センサ１０に応じたゲインで行われるとともに、正規化後の計測信号を変換したデジタル信号がＵＳＢ Ａｕｄｉｏ Ｃｌａｓｓの信号としてコンピュータ端末１５に出力される。これにより、計測センサ１０の計測信号が所定のスケールのもとでデジタル信号に変換されることから、センサ信号変換器２０の伝送対象となるコンピュータ端末１５に専用のアプリケーションやドライバが不要となる。

【0023】

（１－２）センサ信号変換器２０が表示部２７を有することにより、選択中の計測センサ１０を表示部２７に表示させることができる。これにより、計測センサ１０に応じたゲインをより確実に設定することができるとともに、ゲイン情報に規定できる計測センサ１０の数を増やすことができる。また、ゲイン情報に規定されている計測センサ１０をセンサ選択スイッチ２６の操作で順番に表示させることもできるため、センサ選択スイッチ２６のスイッチ形状の自由度を高めることもできる。

【0024】

（１－３）センサ信号変換器２０から外部端末２８にセンサ情報が出力され、その外部端末２８において機種選択できることで、センサ信号変換器２０に表示機能が不要となる。これにより、センサ信号変換器２０の構成の複雑化を抑えることができる。

【0025】

（１－４）ゲイン情報が書換え可能であることにより、センサ信号変換器２０の汎用性を高めることができる。
（１－５）センサ信号変換器２０を用いることで、加速度センサやマイクロホンといった高い精度が求められるセンサの出力が正確となるように感度補正することができる。

【0026】

（第２実施形態）
図５を参照して、センサ信号変換器の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態のセンサ信号変換器は、第１実施形態のセンサ信号変換器と同じ構成を備える。そのため、第２実施形態においては、第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、第１実施形態と同じ構成については同じの符号を付すことによりその詳細な説明は省略する。

【0027】

図５に示すように、計測センサ１０は、ＴＥＤＳ（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ）情報を組み込んだセンサである。計測センサ１０は、アナログの計測信号のほか、自身の感度を示すデジタルの感度信号を含む出力信号を出力する。

【0028】

センサ信号変換器３０は、ゲイン制御部３１、正規化部２２、変換部２３、手動スイッチ３２、および、切替スイッチ３３を備える。
ゲイン制御部３１は、正規化部２２が計測信号を正規化する際のゲインを設定する。ゲイン制御部３１は、ゲイン情報記憶部３５を有する。ゲイン情報記憶部３５は、計測センサ１０の出力信号に含まれる感度信号に基づく感度と各感度に応じたゲインとが規定されたゲイン情報を記憶している。ゲイン制御部３１は、計測センサ１０の出力信号が入力されると該出力信号に含まれる感度信号に基づいて感度を取得する。そして、ゲイン制御部３１は、その取得した感度とゲイン情報とに基づいて正規化部２２のゲインを設定する。

【0029】

手動スイッチ３２は、センサ信号変換器３０の筐体に設けられている手動操作可能なスイッチである。手動スイッチ３２は、手動操作により設定位置と正規化位置との間で切替可能に構成されている。手動スイッチ３２は、スイッチ位置が設定位置に切り替えられると設定位置信号をゲイン制御部３１に出力する。また手動スイッチ３２は、スイッチ位置が正規化位置に切り替えられると正規化位置信号をゲイン制御部３１に出力する。ゲイン制御部３１は、手動スイッチ３２からの信号に基づいて切替スイッチ３３を制御する。

【0030】

切替スイッチ３３は、出力信号の入力先をゲイン制御部３１と正規化部２２との間で切替可能なスイッチである。ゲイン制御部３１は、手動スイッチ３２から設定位置信号が入力されると、計測センサ１０の出力信号の入力先をゲイン制御部３１に切り替える。ゲイン制御部３１は、手動スイッチ３２から正規化位置信号が入力されると、計測センサ１０の出力信号の入力先を正規化部２２に切り替える。

【0031】

手動スイッチ３２が設定位置にあるとき、センサ信号変換器３０は、ゲイン設定状態にある。ゲイン設定状態においては、計測センサ１０の出力信号がゲイン制御部３１に入力されることでゲイン制御部３１によってゲインが設定される。

【0032】

手動スイッチ３２が正規化位置にあるとき、センサ信号変換器３０は、正規化状態にある。正規化状態においては、計測センサ１０の出力信号が正規化部２２に入力される。正規化部２２は、ゲイン制御部３１が設定したゲインに基づいて、計測センサ１０の出力信号に含まれる計測信号を正規化し、その正規化した計測信号を変換部２３に出力する。変換部２３は、正規化部２２が正規化した計測信号をデジタル信号に変換し、その変換したデジタル信号をＵＳＢ Ａｕｄｉｏ Ｃｌａｓｓの信号（伝送信号）としてコンピュータ端末１５に出力する。

【0033】

第２実施形態のセンサ信号変換器３０によれば、第１実施形態に記載した（１－１）に準ずる効果のほか、以下に記載する作用および効果を得ることができる。
（２－１）センサ信号変換器３０によれば、計測センサ１０の感度信号に基づいてゲインが設定される。これにより、センサ信号変換器３０に接続される計測センサ１０が変更されたとしても、変更後の計測センサ１０に応じたゲインを設定することができる。

【0034】

（２－２）手動スイッチ３２によってセンサ信号変換器３０の状態を切り替えることができる。これにより、センサ信号変換器３０に接続される計測センサ１０が変更されたとしても、変更後の計測センサ１０に応じたゲインの設定をより確実に行うことができる。

【0035】

（第３実施形態）
図６を参照して、センサ信号変換器の第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態のセンサ信号変換器は、第２実施形態のセンサ信号変換器と同じ構成を備える。そのため、第３実施形態においては、第２実施形態と異なる部分について詳細に説明し、第２実施形態と同様の構成には同じの符号を付すことによりその詳細な説明は省略する。

【0036】

図６に示すように、計測センサ１０は、ＴＥＤＳセンサである。計測センサ１０は、アナログの計測信号のほか、自身の感度を示すデジタルの感度信号を含む出力信号を出力する。

【0037】

センサ信号変換器４０は、ゲイン制御部４１、正規化部２２、変換部２３、および、切替スイッチ３３を備える。
ゲイン制御部４１は、センサ信号変換器４０のセンサ接続端子４２への計測センサ１０の接続を契機として、該計測センサ１０からの出力信号の入力先を一時的にゲイン制御部４１に設定する。すなわち、ゲイン制御部４１は、センサ信号変換器４０への計測センサ１０の接続を契機として切替スイッチ３３を制御することにより、センサ信号変換器４０を一時的にゲイン設定状態に制御する。

【0038】

ゲイン制御部４１は、計測センサ１０の出力信号に含まれる感度信号に基づいてゲインを設定すると、計測センサ１０の出力信号の入力先が正規化部２２となるように切替スイッチ３３を制御することでセンサ信号変換器４０を正規化状態へと制御する。

【0039】

第３実施形態のセンサ信号変換器４０によれば、第１実施形態に記載した（１－１）、第２実施形態に記載した（２－１）に準ずる効果のほか、以下に記載する作用および効果を得ることができる。

【0040】

（３－１）センサ信号変換器４０においては、計測センサ１０が接続されると自動的にゲイン設定状態に制御されたのち正規化状態へと制御される。これにより、センサ信号変換器４０に計測センサ１０が接続されるだけで自動的に感度信号の取得およびゲインの設定を行うことができる。その結果、ユーザーの利便性を向上させることができる。

【0041】

以上、センサ信号変換器の第１～第３実施形態について説明したが、本発明は上記の第１～第３実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、第１～第３実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0042】

・上記実施形態においては、センサ信号変換器に接続される計測センサ１０をマイクロホンや加速度センサとした。これに限らず、計測センサ１０は、例えば速度センサや電圧センサ、電流センサ、音圧センサなどであってもよい。

【符号の説明】

【0043】

１０…計測センサ、１５…コンピュータ端末、２０…センサ信号変換器、２１…ゲイン制御部、２２…正規化部、２３…変換部、２５…ゲイン情報記憶部、２６…センサ選択スイッチ、２７…表示部、２８…外部端末、３０…センサ信号変換器、３１…ゲイン制御部、３２…手動スイッチ、３３…切替スイッチ、３５…ゲイン情報記憶部、４０…センサ信号変換器、４１…ゲイン制御部、４２…センサ接続端子。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】