高周波成分除去装置
【課題】微弱な低周波信号を変調する際に用いられる変調のためのキャリアが復調後に高調波成分として信号情報に残存する場合に、このキャリアの高調波成分である周期的なリップルやサージ電圧成分を簡易な構成で且つ広帯域に亘って確実に除去する。
【解決手段】入力信号を当該入力信号にキャリアで変調された変調信号を高周波増幅し、当該高周波増幅された高周波信号を同期検波して低周波信号として出力し、当該低周波信号に重畳された高調波成分を除去する高調波成分除去装置において、前記入力信号の周波数に対して２倍より高い周波数で、且つ前記キャリアの周波数に対して整数倍又は整数分の一倍の周波数からなるサンプリング周波数で前記同期検波後の信号をサンプリングするサンプリング手段として、サンプリング信号生成回路７、サンプリング回路８及び低周波生成回路９を備え、前記サンプリング手段から出力される複数のサンプリング値に基づいて低周波信号に重畳された高調波成分を除去する。
【解決手段】入力信号を当該入力信号にキャリアで変調された変調信号を高周波増幅し、当該高周波増幅された高周波信号を同期検波して低周波信号として出力し、当該低周波信号に重畳された高調波成分を除去する高調波成分除去装置において、前記入力信号の周波数に対して２倍より高い周波数で、且つ前記キャリアの周波数に対して整数倍又は整数分の一倍の周波数からなるサンプリング周波数で前記同期検波後の信号をサンプリングするサンプリング手段として、サンプリング信号生成回路７、サンプリング回路８及び低周波生成回路９を備え、前記サンプリング手段から出力される複数のサンプリング値に基づいて低周波信号に重畳された高調波成分を除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低周波信号に重畳された高周波成分を除去する高周波成分除去装置に関し、特に微弱な低周波信号を変調・復調する際に出力に重畳されたキャリアの高周波成分若しくはサージ電圧等を除去する高周波成分除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、センサ等で検出されたアナログの微弱な信号から信号情報を出力する信号処理装置としては、この微弱な信号を高周波のキャリアで変調し、この変調された変調信号を高周波増幅し、この高周波増幅した変調信号を同期検波し、この同期検波した変調信号をローパスフィルタで低周波信号として復調する構成である。このローパスフィルタは、微弱な出力信号に重畳された変調波の高周波とスイッチングサージ電圧を除去している。
【０００３】
また、他の背景技術の高周波成分除去装置は、特許文献１に周期ノイズ除去装置として開示されるものがある。この周期ノイズ除去装置は、周期的に重畳されるノイズをその前後の信号成分を使って近似するとともに、ノイズを含むその前後一定期間では、サンプリング周波数をノイズ発生期間を基にした比較的高いものとし、それ以外の期間では、サンプリング周波数をノイズ以外のアナログ信号の上限周波数を基にした比較的低いものとするというようにサンプリング周波数をノイズ部分を含む一定期間とそれ以外の期間とで変えるようにしてデジタル処理によってノイズを除去する構成である。
【０００４】
このように従来の周期ノイズ除去装置は、ノイズ部分を含む前後一定期間の信号を他の期間よりも高い周波数でサンプリングする構成にすれば、近似補正時間合わせのための遅延回路規模の増大を前記一定期間分に抑えることができ、更に信号の高域成分におけるノイズ除去も簡略的な近似補正により行うことができる。
【０００５】
また、他の背景技術として特許文献２に記載される同期検波方法及び製造、磁気計測方法および装置がある。この他の背景技術の同期検波方法（又は装置） は、検波対象とな
る信号をＡ／Ｄ変換した後、ディジタル信号処理により同期検波を行う同期検波方法(又
は装置)において、前記Ａ／Ｄ変換する際のサンプリング周波数を、参照信号の周波数の
２倍よりも小さく、且つ、同期検波後の信号の最高周波数の２倍以上とする構成である。
【０００６】
この背景技術としての同期検波方法(又は装置)は、参照信号である励磁信号の励磁周波数が高い場合にも、励磁周波数の２倍より小さく、且つ、同期検波後の信号周波数の２倍以上の周波数で、Ａ／Ｄ変換を同期検波前に行うようにしているので、低コストで同期検波を行うことができる。
【０００７】
さらにまた、他の背景技術として特許文献３に記載される同期検波方法及び装置及びセンサ信号検出装置がある。
【０００８】
この他の背景技術の同期検波方法及び装置は、同期検波方法においては、同期検波後の信号を、同期検波の際に用いた基準信号若しくは該基準信号を１／ｍ分周（但し、ｍは正整数）した信号に同期した周期毎にアナログ移動平均処理することにより、同期検波後の信号から高周波ノイズを除去する構成である。このように他の背景技術に係る同期検波方法は、同期検波後の信号に含まれる不要な高周波ノイズを、従来のようにＣＲフィルタ等からなるローパスフィルタを用いて除去するのではなく、アナログ移動平均処理によって除去することができるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６４−７３６８号公報
【特許文献２】特開２００７−２２５３０３号公報
【特許文献３】特開２００３−６５７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
背景技術としてローパスフィルタを用いた信号処理装置は、復調後の平滑フィルタが十分でない場合、特に回路集積度が高くなり、若しくは回路基板自体を小さくすることにより配線間にクロストークが生じて変調信号であるキャリアが出力信号である低周波信号に重畳された場合に、このキャリアとその高周波からなる高周波成分を除去できないという課題を有する。
【００１１】
また、前記特許文献１に記載の周期ノイズ除去装置は、入力されるアナログ信号に対してほぼ一定の周期で発生するノイズに対して、このノイズを含むその前後の一定期間でサンプリングクロックの周波数を高くし、これ以外ではサンプリングクロックの周波数を低くするようにしているので、連続的に常時生じる高周波成分のノイズに対しては何ら除去できないという課題を有する。
【００１２】
特に、交流励磁磁界を使用する計測法を利用した（渦電流非破壊検査、磁気モーションキャプチャなど）においては、通常直流ないし低周波となる出力電圧を出す最終段に含まれる増幅回路に交流励磁磁界が直接磁気結合して、出力に不要な励磁磁界成分が現れることがある。
【００１３】
これらは、もともと小さい信号を高い増幅率で計測したいときに、高周波成分のノイズ成分として信号情報に含まれることとなり、しばしば問題となる。つまり、波形観測によって信号を補足しようとする場合は、不要な高周波の変調キャリア、あるいは、励磁磁界が大きくて視認を不可能にするという課題がある。
【００１４】
また、前記特許文献２に検出試合の同期検波方法(又は装置)は、参照信号の周波数の２倍よりも小さく、且つ、同期検波後の信号の最高周波数の２倍以上とするサンプリング周波数で、Ａ／Ｄ変換する際のサンプリングを行うことにより、ディジタル信号処理で低周波信号の検出を低コストの同期検波によって実行することができるものの、前記サンプリング時に周期的に生じるリップル成分若しくはサージ電圧成分については何ら除去できないという課題を有する。
【００１５】
即ち、特許文献２の同期検波方法(又は装置)は、同期検波後の信号に対してサンプリング定理を満足して低周波に周波数変換を可能とするが、参照信号の周波数の２倍よりも小さくされるという条件のみで何ら周波数が特定されていないことから、サンプリングによる直流化、即ち、サンプリングの信号処理で変調信号に重畳された周期的なリップル成分若しくはサージ電圧成分を除去できない。
【００１６】
さらに、前記特許文献３には記載の同期検波方法(又は装置)は、ＣＲフィルタ等のローパスフィルタを用いることなく、同期検波後の信号に含まれる高周波ノイズを一応除去できるものの、基準信号（キャリア）若しくは基準信号（キャリア）を１／ｍ分周（ｍ；正整数）した信号に同期した周期毎にアナログ移動平均処理では同期検波によって周期的に発生する不要な基準信号（キャリア）の高周波成分を確実に除去できないという課題を有する。
【００１７】
特に、前記背景技術において、信号の復調において電子的に開閉するスイッチで信号処理されることから、最終的な出力信号に当該スイッチング動作に伴う周期的なリップル若しくはサージ電圧が不可避的に含まれることとなる。この周期的なリップル若しくはサージ電圧に基づく高周波成分をアナログフィルタで除去する場合は、低次のフィルタ回路では極めて困難である。また、高次のフィルタ回路で高周波成分を除去しようとすると、広い帯域の信号情報を検出することができず、狭い帯域の信号情報に限定されるという課題を有すると共に、装置構成が複雑になるという課題を有する。
【００１８】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、微弱な低周波信号を変調する際に用いられる変調のためののキャリアが復調後に高周波成分として信号情報に残存する場合に、このキャリアの高周波成分周期的なリップルやサージ電圧成分を簡易な構成で且つ広帯域に亘って確実に除去できる高周波成分除去装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る高周波成分除去装置は、入力信号を当該入力信号にキャリアで変調された変調信号を高周波増幅し、当該高周波増幅された高周波信号を同期検波して低周波信号として出力し、当該低周波信号に重畳された高周波成分を除去する高周波成分除去装置において、前記入力信号の周波数に対して２倍より高い周波数で、且つ前記キャリアの周波数に対して整数倍又は整数分の一倍の周波数からなるサンプリング周波数で前記同期検波後の信号をサンプリングするサンプリング手段を備え、前記サンプリング手段から出力される複数のサンプリング値に基づいて低周波信号に重畳された高周波成分を除去することを特徴とするものである。
【００２０】
このように本発明によれば、入力信号に対してサンプリング定理を満足する２倍より高い周波数であって、入力信号を変調するキャリアの周波数に対して整数倍又は整数分の一倍の周波数からなるサンプリング周波数とし、このサンプリング周波数で入力信号に基づく検波信号をサンプリングして情報信号を出力することから、フィルタ回路、特に高次のフィルタ回路を用いることなく、単にサンプリングのみにより情報信号に残存するキャリアの高周波からなるリップル成分およびサージ電圧成分を除去できることとなり、簡易な構成で広帯域に亘って高周波成分を除去できる効果を奏する。
【００２１】
また、本発明に係る高周波成分除去装置は、必要に応じて、前記高周波成分除去装置において、前記サンプリング手段の複数のサンプリング値相互間を補間して補間曲線を出力する補間手段と、前記補間手段から出力された補間曲線に基づいて低周波信号を生成する低周波生成手段とを備えることを特徴とするものである。
【００２２】
このように本発明においては、補間手段によってサンプリング値相互間を補間して補間曲線を出力し、この補間曲線に基づいて低周波生成手段が低周波信号を生成することから、エイリアス等のノイズ成分をより確実に除去して正確な低周波信号の情報信号を出力できる効果を有する。
【００２３】
また、本発明に係る高周波成分除去装置は必要に応じて、前記の高調成分除去装置において、前記サンプリング手段が、前記キャリアの周波数の位相角πに相当する位相差の二つのサンプリング周波数を一対としてサンプリングし、前記低周波生成手段が、前記一対のサンプリング周波数に基づいてサンプリングされたサンプリング値の平均を求め、当該平均値に基づいて低周波を生成するものである。
【００２４】
このように本発明においては、位相角πだけ異なる二つのサンプリング周波数を一対としてサンプリングし、この一対のサンプリング周波数による二つのサンプリング値を平均して低周波を生成するようにしているので、変調信号からシフト演算によるオフセットを
行うことなく直接的キャリブレーションにより情報信号を正確に検出できる効果を有する。
【００２５】
また、本発明に係る高周波成分除去装置は必要に応じて、前記の高周波成分除去装置において、前記サンプリング手段が、前記同期検波された検波信号をローパスフィルタにより濾波された後の低周波信号をサンプリングすることを特徴とするものである。
【００２６】
このように本発明においては、ローパスフィルタにより検波信号を濾波した後の信号をサンプリングするようにしているので、サンプリング値に混入するリップル成分若しくはサージ電圧成分、さらにスパイク、エイリアス又はノイズ等の高周波成分をより正確に除去できることとなり、精密な情報信号が検出できる効果を有する。
【００２７】
また、本発明に係る高周波成分除去装置は必要に応じて、前記の高周波成分除去装置において、前記サンプリング手段から出力されるサンプリング値を変調信号に帰還して誤差を補正する誤差補正手段を備えることを特徴とするものである。
【００２８】
このように本発明においては、サンプリング手段からのサンプリング値を変調信号に帰還して各周期の誤差を誤差補正手段により補正していることから、キャリアの周期毎におけるスパイク、エイリアス若しくはノイズ等の高周波成分の重畳変動を補正できることとなり、より精密な情報信号を検出できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態に係る高周波成分除去装置のブロック回路構成図である。
【図２】図１に記載の高周波成分除去装置に係る動作時に出力される各波形図である。
【図３】図１に記載の高周波成分除去装置に係る動作動作時に出力される各波形図である。
【図４】本実施形態に係る高周波成分除去装置のブロック回路構成図である。
【図５】図３に記載の高周波成分除去装置に係る動作タイミングチャートを示す図である。
【図６】本実施形態に係る高周波成分除去装置のブロック回路構成図である。
【図７】図５に記載のサンプリング信号生成回路及びサンプリング回路の詳細ブロック構成図である。
【図８】図５及び図６に記載の高周波成分除去装置に係る動作タイミングチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（本発明の第1の実施形態）
以下、本発明の第1の実施形態に係る高周波成分除去装置を図１、図２及び図３に基づ
いて説明する。この図１は本実施形態に係る高周波成分除去装置のブロック回路構成図、図２及び図３は図１に記載の高周波成分除去装置に係る動作動作時に各々出力される各波形図を示す。
【００３１】
前記各図において本実施形態に高周波成分除去装置は、アナログ値の入力信号Ｓ０１を変調するキャリアＳ０を出力するキャリア出力部１と、被測定対象からの物理的変動状態が入力され、この入力状態をアナログ値を入力信号Ｓ０１として検出して、この入力信号Ｓ０１を変調するキャリアＳ０に基づき変調して変調信号Ｓ１を出力するセンサ部２と、このキャリアＳ０により変調された変調信号Ｓ１が入力され、この変調信号Ｓ１を高周波増幅する高周波増幅回路３と、前記キャリア出力部１から出力されるキャリアＳ０の位相をシフトされる移送回路４と、この位相がシフトされたキャリアＳ０の位相を検出して同
期検波制御信号Ｓ２を出力する位相検出回路５と、この同期検波制御信号Ｓ２に基づいて高周波増幅された変調信号Ｓ１を同期検波して同期検波信号Ｓ５を出力する同期検波回路６と、前記同期検波制御信号Ｓ２に基づいてサンプリング信号Ｓ４を生成するサンプリング生成回路７と、このサンプリング信号Ｓ４に基づいて同期検波信号Ｓ５をサンプリングして各サンプリング値Ｓ６１を出力するサンプリング回路８と、このサンプリング値Ｓ６１に基づいて低周波信号Ｓ６を生成する低周波信号生成回路９とを備える構成である。この同期検波回路６は、スイッチング回路及び一次のローパスフィルタを備え、このスイッチング回路によりキャリアに同期してスイッチされて、変調信号Ｓ１と同期検波制御信号Ｓ２との積算で得られる変調波の検波信号Ｓ５１を生成し、この検波信号Ｓ５１を一次のローパスフィルタにより同期検波信号Ｓ５を生成して出力する。
【００３２】
前記サンプリング信号Ｓ４を生成するサンプリング生成回路７と、サンプリング値Ｓ６１を出力するサンプリング回路８と、低周波信号Ｓ６を生成する低周波信号生成回路９とでサンプリング手段を構成し、このサンプリング信号Ｓ４を生成するサンプリング生成回路７は、前記周期検波回路６から出力される同期検波信号Ｓ５に含まれる入力信号Ｓ０１の周波数に対して２倍より高い周波数で、且つ前記変調信号Ｓ５の周波数に対して整数倍又は整数分の一倍の周波数からなるサンプリング信号Ｓ４で前記同期検波信号Ｓ５をサンプリングしＳ６１生を成するものである。また、このサンプリング信号Ｓ４は、前記同期検波制御信号Ｓ２の位相に対して位相角がほぼ９０°ずれるタイミングで生成することができる。
【００３３】
次に、前記構成に基づく本実施形態に係る高周波成分除去装置の高周波成分を除去する動作について説明する。まず、アナログ信号のアナログ値の入力信号Ｓ０１がセンサ部２で検出されると、このアナログ値の入力信号Ｓ０１に対してキャリア出力部１が出力されるキャリアＳ０で変調されて変調信号Ｓ１が高周波増幅回路３に入力される。
【００３４】
前記キャリア出力部１から出力されるキャリアＳ０の基づき、このキャリアＳ０における四分の一周期以下の位相角α（＜（2π・１／４）だけ移相回路４で移相させ、この移
相されたタイミングにより位相検出回路５が同期検波制御信号Ｓ２を生成して同期検波回路６及びサンプリング信号生成回路７に入力する。この高周波増幅回路３に入力された変調信号Ｓ１が高周波増幅されて、この増幅された高周波の変調信号Ｓ１が同期検波回路６に入力される。
【００３５】
この同期検波回路６は、入力された高周波の変調信号Ｓ１及び同期検波制御信号Ｓ２に基づきスイッチング回路で検波信号Ｓ５１を生成し、この検波信号Ｓ５１を一次のローパスフィルタで同期検波信号Ｓ５を生成してサンプリング信号生成回路７及びサンプリング回路８へ入力する。このサンプリング信号生成回路７は、前記位相検出回路５からの位相検出信号Ｓ２及び同期検波回路６からの同期検波信号Ｓ５に基づきサンプリング信号Ｓ４を生成してサンプリング回路８へ出力する。
【００３６】
前記サンプリング回路８は、同期検波信号Ｓ５をサンプリング信号Ｓ４に基づきサンプリングしてサンプリング値Ｓ６１を出力する。このサンプリング値Ｓ６１に基づき低周波信号回路９は、低周波信号Ｓ６を出力する。このようにサンプリング信号Ｓ４が出力信号Ｓ０１の２倍より高い周波数でサンプリング定理を満足すると共に、出力信号Ｓ０１を変調するキャリアＳ０の周波数に対して整数倍（又は整数分の一倍）の周波数であることから、サンプリング回路８は出力信号Ｓ０１に重畳されるノイズ成分及び信号処理回路・信号処理動作中に生じるスパイク、エイリアス若しくはノイズ成分を除去する。このように，高次のローパスフィルタを用いることなくノイズ成分及び信号処理回路・信号処理動作中に生じるスパイク、エイリアス若しくはノイズ成分を除去できるのでセンサの検出周波数帯域を著しく低下させることなく情報信号を検出することができることとなる。
【００３７】
（本発明の第2の実施形態）
本発明の第2の実施形態に係る高周波成分除去装置を図３及び図４に基づいて説明する
。この図３は本実施形態に係る高周波成分除去装置のブロック回路構成図、図４は図３に記載の高周波成分除去装置に係る動作タイミングチャートを示す。
前記各図において本実施形態に係る高周波成分除去装置は、前記第1の実施形態と同様
に、キャリア出力部１、センサ部２、高周波増幅回路３、移相回路４、位相検出回路５、同期検波回路６、サンプリング信号生成回路７、サンプリング回路８、低周波信号生成回路９及び低周波増幅回路１１を備え、この構成に加えローパスフィルタ回路６１、補間回路１０及び低周波増幅回路１１を備える構成である。
【００３８】
前記ローパスフィルタ回路６１は、出力される同期検波信号Ｓ５の低周波成分のみを通過させて高周波成分を濾波（以下同じ）濾波し、この濾波した同期検波信号Ｓ５を濾波検波信号Ｓ５１としてサンプリング回路８へ出力する構成である。また、このローパスフィルタ回路６１は、比較的低次の信号成分を除去する、例えば一次フィルタ回路で構成することもできる。
【００３９】
また、前記補間回路１０は、前記サンプリング回路８でサンプリングされた複数のサンプリング値Ｓ６１における相互間を導関数の連続性を仮定して、近似的に演算し、この演算結果により滑らかな曲線となるように補間し、この演算結果を低周波信号生成回路９で生成された低周波信号Ｓ６を増幅して出力信号Ｓ１１として出力する構成である。
【００４０】
次に、前記構成に基づく本実施形態に係る高周波成分除去装置の高周波成分を除去する動作について説明する。本実施形態に係る高周波成分除去装置は、前記第1の実施形態の
図２に記載するタイミングチャートと同様にキャリアＳ０、入力信号Ｓ０１、変調信号Ｓ１、同期検波制御信号Ｓ２及びサンプリング信号Ｓ４が順次生成される。
【００４１】
まず、図４（Ａ）において実線で示す高周波の変調信号Ｓ１をサンプリング信号Ｓ４によりサンプリングし、その複数のサンプリング値Ｓ６１を黒ドットで示す。この複数のサンプリング値Ｓ６１に基づいて補間回路１０が補完し、図４（Ｂ）に破線で示す低周波信号の曲線から実線で示す低周波信号の曲線となるように
補完する。
【００４２】
前記低周波信号生成回路９は、図４（Ｃ）に示すように補完された低周波信号（図中破線で示す。）がオフセットされて実線で示す低周波信号Ｓ６を生成し、この低周波信号Ｓ６を低周波増幅回路１１が増幅して出力信号Ｓ１１として出力する。
【００４３】
このように本実施形態は、サンプリング回路８でサンプリングする前提としてローパスフィルタ回路６１で高周波成分を濾波し、さらに、補間回路１０でサンプリング値Ｓ６１を補間するようにしているので、低周波信号をより精密な情報信号として広帯域に検出できることとなる。
【００４４】
（本発明の第3の実施形態）
本発明の第3の実施形態に係る高周波成分除去装置を図５ないし図７に基づいて説明す
る。この図５は本実施形態に係る高周波成分除去装置のブロック回路構成図、図６は図５に記載のサンプリング信号生成回路及びサンプリング回路の詳細ブロック構成図、図７は図５及び図６に記載の高周波成分除去装置に係る動作タイミングチャートを示す。
【００４５】
前記各図において本実施形態に係る高周波成分除去装置は、前記第2の実施形態と同様
に、キャリア出力部１、センサ部２、高周波増幅回路３、移相回路４、位相検出回路５，
同期検波回路６、サンプリング信号生成回路７０（図３の７に相当）、サンプリング回路８０（図３の８に相当）、低周波信号回路９、ローパスフィルタ回路６１、補間回路１０及び低周波増幅回路１１を備え、この構成に加え、誤差補正回路１２を備えると共に、前記サンプリング信号生成回路７０及びサンプリング回路８０の構成内容を異にする構成である。
【００４６】
前記サンプリング信号生成回路７０は、移相回路４及び位相検出回路５からの同期検波制御信号Ｓ２及び同期検波信号Ｓ５に基づいてサンプリング信号Ｓ４を生成する第1のサ
ンプリング信号生成回路７１と、このサンプリング信号生成回路７１が生成したサンプリング信号Ｓ４に基づき、このサンプリング信号Ｓ４の周波数の位相角πに相当する位相差を有する新たなサンプリング周波数Ｓ４１を生成する第2のサンプリング信号生成回路７
２とを備える構成である。
【００４７】
前記サンプリング回路８０は、前記サンプリング信号生成回路７１が生成したサンプリング信号Ｓ４に基づき移相回路４からローパスフィルタ回路６１を演算する第1のサンプ
リング回路８１と、前記誤差補正回路８２が生成した
サンプリング周波数Ｓ４１に基づき移相回路４からローパスフィルタ回路６１を介して出力される濾波検波信号Ｓ５１をサンプリングしてサンプリング値Ｓ６２を演算する第2の
サンプリング回路８２とを備える構成である。
【００４８】
また、サンプリング回路８１及び第2のサンプリング回路８２後段には平均値演算回路
９０が配設され、この平均値演算回路９０は、第1のサンプリング回路８１及び第2のサンプリング回路と８２から各々出力されるサンプリング値Ｓ６１及びサンプリング値Ｓ６２を各々πの位相差で対応付けて平均値を演算して平均サンプリング値Ｓ６３として出力する構成である。
【００４９】
さらに、前記誤差補正回路１２は、サンプリング回路８の第1及び第2のサンプリング回路８１及び８２から出力されるサンプリング値Ｓ６１及びサンプリング値Ｓ６２を変調信号Ｓ１に帰還して入力信号及び変調信号Ｓ１の誤差を補正する構成である。
【００５０】
次に、前記構成に基づく本実施形態に係る高周波成分除去装置の高周波成分を除去する動作について説明する。本実施形態に係る高周波成分除去装置は、前記第1の実施形態の
図２に記載するタイミングチャートと同様にキャリアＳ０、入力信号Ｓ０１、変調信号Ｓ１、同期検波制御信号Ｓ２及びサンプリング信号Ｓ４が順次生成される。
【００５１】
まず、図７（Ａ）において実線で示す高周波の同期検波信号Ｓ５をサンプリング信号Ｓ４によりサンプリング回路８１がサンプリングし、その複数のサンプリング値Ｓ６１を黒丸のドットで示す。同様に、図７（Ａ）において同期検波信号Ｓ５をサンプリング周波数Ｓ４１により第２のサンプリング回路８２がサンプリングし、その複数のサンプリング値Ｓ６２を前記サンプリング信号生成回路７１のサンプリング値Ｓ６１に対して位相差πで出力され、このサンプリング値Ｓ６２を白丸のドットで示す。
【００５２】
次に、平均値演算回路９０は、前記サンプリング値Ｓ６１及びＳ６２の各位相差πで対応付けられた各値の平均値を演算して平均サンプリング値Ｓ６３を演算する。この演算された平均サンプリング値Ｓ６３を図７（Ｂ）に黒丸のドットで示す。
【００５３】
前記平均サンプリング値Ｓ６３は前記第２の実施形態の場合と同様に補間回路１０、低周波信号回路９及び低周波増幅回路１１により補間後のサンプリング値Ｓ１０、低周波信号Ｓ６を介して出力信号Ｓ１１として出力されることとなる。
【００５４】
このように本実施形態に係る高周波成分除去装置は、位相差πの二つの系列のサンプリング周波数Ｓ４、Ｓ４１で同期検波信号Ｓ５をサンプリングして各々のサンプリング値Ｓ６１、Ｓ６２を検出し、この各々のサンプリング値Ｓ６１、Ｓ６２から平均値演算回路９０が平均サンプリング値Ｓ６３を演算して低周波信号を出力するようにしているので、オフセット動作と高周波の除去処理とを同時に行えることとなり、精密且つ正確な情報信号の検出が可能となる。
【００５５】
（本発明の他の実施形態）
本発明の他の実施形態に係る高周波成分除去装置は、センサ部２で検出されたアナログ信号の入力信号をアナログ／デジタル変換し、この変換されたデジタル信号の入力信号を前記キャリア出力部１、高周波増幅回路３、移相回路４、位相検出回路５、同期検波回路６、サンプリング信号生成回路７、サンプリング回路８及び低周波信号回路９と同等の演算を実行する演算処理手段でデジタル処理する構成とすることもできる。
【００５６】
さらにまた、本発明の他の実施形態に係る高周波成分除去装置は、センサ部２が高感度のフラックスゲート磁気センサで構成し、このフラックスゲート磁気センサの励磁周波数用交流電源から印加される交流励磁磁界がキャリアとして外部の検出磁界の低周波を変調して変調信号とする構成とすることもできる。
【００５７】
この高感度のフラックスゲート磁気センサをセンサ部２として構成した実験例を以下に示す。一般に高感度のフラックスゲート磁気センサは、微弱な信号を高い増幅率で増幅し、且つ緩やかに変動する信号を捉えることができる。
【００５８】
このフラックスゲート磁気センサで地中に埋設された強磁性体の埋設位置を特定したり、一定速度で通過する物品中に含まれる強磁性ターゲットを検出する場合等を例として、フラックスゲート磁気センサの出力波形をオシロスコープで緩やかに変動する信号を観測することができる。
【００５９】
また、フラックスゲート磁気センサの交流励磁磁界が検出磁界に直接磁気結合して変調波となり、この変調波が十分に低減されず、この変調波の周波数は１００ｋＨｚとなる。前記オシロスコープの観測時間を１０秒とすると、１００ｋＨｚの変調波がエイリアスとならないようにするためには、１／（２００ｋＨｚ）＝５μｓより早いサンプリングで（且つ、サンプリング定理を満足することを前提とする。）波形を取り込むものとする。この波形を１０秒間観測するためには、１０／（５・１０−６）＝２・１０６個のサンプリング値が必要となる。
【符号の説明】
【００６０】
１：キャリア出力部
２：センサ部
３：高周波増幅回路
４：移相回路
５：位相検出回路
６：同期検波回路
７：サンプリング信号生成回路
８：サンプリング回路
９：低周波生成回路
１０：補間回路
１１：低周波増幅回路
１２：誤差補正回路
６１：ローパスフィルタ回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低周波信号に重畳された高周波成分を除去する高周波成分除去装置に関し、特に微弱な低周波信号を変調・復調する際に出力に重畳されたキャリアの高周波成分若しくはサージ電圧等を除去する高周波成分除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、センサ等で検出されたアナログの微弱な信号から信号情報を出力する信号処理装置としては、この微弱な信号を高周波のキャリアで変調し、この変調された変調信号を高周波増幅し、この高周波増幅した変調信号を同期検波し、この同期検波した変調信号をローパスフィルタで低周波信号として復調する構成である。このローパスフィルタは、微弱な出力信号に重畳された変調波の高周波とスイッチングサージ電圧を除去している。
【０００３】
また、他の背景技術の高周波成分除去装置は、特許文献１に周期ノイズ除去装置として開示されるものがある。この周期ノイズ除去装置は、周期的に重畳されるノイズをその前後の信号成分を使って近似するとともに、ノイズを含むその前後一定期間では、サンプリング周波数をノイズ発生期間を基にした比較的高いものとし、それ以外の期間では、サンプリング周波数をノイズ以外のアナログ信号の上限周波数を基にした比較的低いものとするというようにサンプリング周波数をノイズ部分を含む一定期間とそれ以外の期間とで変えるようにしてデジタル処理によってノイズを除去する構成である。
【０００４】
このように従来の周期ノイズ除去装置は、ノイズ部分を含む前後一定期間の信号を他の期間よりも高い周波数でサンプリングする構成にすれば、近似補正時間合わせのための遅延回路規模の増大を前記一定期間分に抑えることができ、更に信号の高域成分におけるノイズ除去も簡略的な近似補正により行うことができる。
【０００５】
また、他の背景技術として特許文献２に記載される同期検波方法及び製造、磁気計測方法および装置がある。この他の背景技術の同期検波方法（又は装置） は、検波対象とな
る信号をＡ／Ｄ変換した後、ディジタル信号処理により同期検波を行う同期検波方法(又
は装置)において、前記Ａ／Ｄ変換する際のサンプリング周波数を、参照信号の周波数の
２倍よりも小さく、且つ、同期検波後の信号の最高周波数の２倍以上とする構成である。
【０００６】
この背景技術としての同期検波方法(又は装置)は、参照信号である励磁信号の励磁周波数が高い場合にも、励磁周波数の２倍より小さく、且つ、同期検波後の信号周波数の２倍以上の周波数で、Ａ／Ｄ変換を同期検波前に行うようにしているので、低コストで同期検波を行うことができる。
【０００７】
さらにまた、他の背景技術として特許文献３に記載される同期検波方法及び装置及びセンサ信号検出装置がある。
【０００８】
この他の背景技術の同期検波方法及び装置は、同期検波方法においては、同期検波後の信号を、同期検波の際に用いた基準信号若しくは該基準信号を１／ｍ分周（但し、ｍは正整数）した信号に同期した周期毎にアナログ移動平均処理することにより、同期検波後の信号から高周波ノイズを除去する構成である。このように他の背景技術に係る同期検波方法は、同期検波後の信号に含まれる不要な高周波ノイズを、従来のようにＣＲフィルタ等からなるローパスフィルタを用いて除去するのではなく、アナログ移動平均処理によって除去することができるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６４−７３６８号公報
【特許文献２】特開２００７−２２５３０３号公報
【特許文献３】特開２００３−６５７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
背景技術としてローパスフィルタを用いた信号処理装置は、復調後の平滑フィルタが十分でない場合、特に回路集積度が高くなり、若しくは回路基板自体を小さくすることにより配線間にクロストークが生じて変調信号であるキャリアが出力信号である低周波信号に重畳された場合に、このキャリアとその高周波からなる高周波成分を除去できないという課題を有する。
【００１１】
また、前記特許文献１に記載の周期ノイズ除去装置は、入力されるアナログ信号に対してほぼ一定の周期で発生するノイズに対して、このノイズを含むその前後の一定期間でサンプリングクロックの周波数を高くし、これ以外ではサンプリングクロックの周波数を低くするようにしているので、連続的に常時生じる高周波成分のノイズに対しては何ら除去できないという課題を有する。
【００１２】
特に、交流励磁磁界を使用する計測法を利用した（渦電流非破壊検査、磁気モーションキャプチャなど）においては、通常直流ないし低周波となる出力電圧を出す最終段に含まれる増幅回路に交流励磁磁界が直接磁気結合して、出力に不要な励磁磁界成分が現れることがある。
【００１３】
これらは、もともと小さい信号を高い増幅率で計測したいときに、高周波成分のノイズ成分として信号情報に含まれることとなり、しばしば問題となる。つまり、波形観測によって信号を補足しようとする場合は、不要な高周波の変調キャリア、あるいは、励磁磁界が大きくて視認を不可能にするという課題がある。
【００１４】
また、前記特許文献２に検出試合の同期検波方法(又は装置)は、参照信号の周波数の２倍よりも小さく、且つ、同期検波後の信号の最高周波数の２倍以上とするサンプリング周波数で、Ａ／Ｄ変換する際のサンプリングを行うことにより、ディジタル信号処理で低周波信号の検出を低コストの同期検波によって実行することができるものの、前記サンプリング時に周期的に生じるリップル成分若しくはサージ電圧成分については何ら除去できないという課題を有する。
【００１５】
即ち、特許文献２の同期検波方法(又は装置)は、同期検波後の信号に対してサンプリング定理を満足して低周波に周波数変換を可能とするが、参照信号の周波数の２倍よりも小さくされるという条件のみで何ら周波数が特定されていないことから、サンプリングによる直流化、即ち、サンプリングの信号処理で変調信号に重畳された周期的なリップル成分若しくはサージ電圧成分を除去できない。
【００１６】
さらに、前記特許文献３には記載の同期検波方法(又は装置)は、ＣＲフィルタ等のローパスフィルタを用いることなく、同期検波後の信号に含まれる高周波ノイズを一応除去できるものの、基準信号（キャリア）若しくは基準信号（キャリア）を１／ｍ分周（ｍ；正整数）した信号に同期した周期毎にアナログ移動平均処理では同期検波によって周期的に発生する不要な基準信号（キャリア）の高周波成分を確実に除去できないという課題を有する。
【００１７】
特に、前記背景技術において、信号の復調において電子的に開閉するスイッチで信号処理されることから、最終的な出力信号に当該スイッチング動作に伴う周期的なリップル若しくはサージ電圧が不可避的に含まれることとなる。この周期的なリップル若しくはサージ電圧に基づく高周波成分をアナログフィルタで除去する場合は、低次のフィルタ回路では極めて困難である。また、高次のフィルタ回路で高周波成分を除去しようとすると、広い帯域の信号情報を検出することができず、狭い帯域の信号情報に限定されるという課題を有すると共に、装置構成が複雑になるという課題を有する。
【００１８】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、微弱な低周波信号を変調する際に用いられる変調のためののキャリアが復調後に高周波成分として信号情報に残存する場合に、このキャリアの高周波成分周期的なリップルやサージ電圧成分を簡易な構成で且つ広帯域に亘って確実に除去できる高周波成分除去装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る高周波成分除去装置は、入力信号を当該入力信号にキャリアで変調された変調信号を高周波増幅し、当該高周波増幅された高周波信号を同期検波して低周波信号として出力し、当該低周波信号に重畳された高周波成分を除去する高周波成分除去装置において、前記入力信号の周波数に対して２倍より高い周波数で、且つ前記キャリアの周波数に対して整数倍又は整数分の一倍の周波数からなるサンプリング周波数で前記同期検波後の信号をサンプリングするサンプリング手段を備え、前記サンプリング手段から出力される複数のサンプリング値に基づいて低周波信号に重畳された高周波成分を除去することを特徴とするものである。
【００２０】
このように本発明によれば、入力信号に対してサンプリング定理を満足する２倍より高い周波数であって、入力信号を変調するキャリアの周波数に対して整数倍又は整数分の一倍の周波数からなるサンプリング周波数とし、このサンプリング周波数で入力信号に基づく検波信号をサンプリングして情報信号を出力することから、フィルタ回路、特に高次のフィルタ回路を用いることなく、単にサンプリングのみにより情報信号に残存するキャリアの高周波からなるリップル成分およびサージ電圧成分を除去できることとなり、簡易な構成で広帯域に亘って高周波成分を除去できる効果を奏する。
【００２１】
また、本発明に係る高周波成分除去装置は、必要に応じて、前記高周波成分除去装置において、前記サンプリング手段の複数のサンプリング値相互間を補間して補間曲線を出力する補間手段と、前記補間手段から出力された補間曲線に基づいて低周波信号を生成する低周波生成手段とを備えることを特徴とするものである。
【００２２】
このように本発明においては、補間手段によってサンプリング値相互間を補間して補間曲線を出力し、この補間曲線に基づいて低周波生成手段が低周波信号を生成することから、エイリアス等のノイズ成分をより確実に除去して正確な低周波信号の情報信号を出力できる効果を有する。
【００２３】
また、本発明に係る高周波成分除去装置は必要に応じて、前記の高調成分除去装置において、前記サンプリング手段が、前記キャリアの周波数の位相角πに相当する位相差の二つのサンプリング周波数を一対としてサンプリングし、前記低周波生成手段が、前記一対のサンプリング周波数に基づいてサンプリングされたサンプリング値の平均を求め、当該平均値に基づいて低周波を生成するものである。
【００２４】
このように本発明においては、位相角πだけ異なる二つのサンプリング周波数を一対としてサンプリングし、この一対のサンプリング周波数による二つのサンプリング値を平均して低周波を生成するようにしているので、変調信号からシフト演算によるオフセットを
行うことなく直接的キャリブレーションにより情報信号を正確に検出できる効果を有する。
【００２５】
また、本発明に係る高周波成分除去装置は必要に応じて、前記の高周波成分除去装置において、前記サンプリング手段が、前記同期検波された検波信号をローパスフィルタにより濾波された後の低周波信号をサンプリングすることを特徴とするものである。
【００２６】
このように本発明においては、ローパスフィルタにより検波信号を濾波した後の信号をサンプリングするようにしているので、サンプリング値に混入するリップル成分若しくはサージ電圧成分、さらにスパイク、エイリアス又はノイズ等の高周波成分をより正確に除去できることとなり、精密な情報信号が検出できる効果を有する。
【００２７】
また、本発明に係る高周波成分除去装置は必要に応じて、前記の高周波成分除去装置において、前記サンプリング手段から出力されるサンプリング値を変調信号に帰還して誤差を補正する誤差補正手段を備えることを特徴とするものである。
【００２８】
このように本発明においては、サンプリング手段からのサンプリング値を変調信号に帰還して各周期の誤差を誤差補正手段により補正していることから、キャリアの周期毎におけるスパイク、エイリアス若しくはノイズ等の高周波成分の重畳変動を補正できることとなり、より精密な情報信号を検出できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態に係る高周波成分除去装置のブロック回路構成図である。
【図２】図１に記載の高周波成分除去装置に係る動作時に出力される各波形図である。
【図３】図１に記載の高周波成分除去装置に係る動作動作時に出力される各波形図である。
【図４】本実施形態に係る高周波成分除去装置のブロック回路構成図である。
【図５】図３に記載の高周波成分除去装置に係る動作タイミングチャートを示す図である。
【図６】本実施形態に係る高周波成分除去装置のブロック回路構成図である。
【図７】図５に記載のサンプリング信号生成回路及びサンプリング回路の詳細ブロック構成図である。
【図８】図５及び図６に記載の高周波成分除去装置に係る動作タイミングチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（本発明の第1の実施形態）
以下、本発明の第1の実施形態に係る高周波成分除去装置を図１、図２及び図３に基づ
いて説明する。この図１は本実施形態に係る高周波成分除去装置のブロック回路構成図、図２及び図３は図１に記載の高周波成分除去装置に係る動作動作時に各々出力される各波形図を示す。
【００３１】
前記各図において本実施形態に高周波成分除去装置は、アナログ値の入力信号Ｓ０１を変調するキャリアＳ０を出力するキャリア出力部１と、被測定対象からの物理的変動状態が入力され、この入力状態をアナログ値を入力信号Ｓ０１として検出して、この入力信号Ｓ０１を変調するキャリアＳ０に基づき変調して変調信号Ｓ１を出力するセンサ部２と、このキャリアＳ０により変調された変調信号Ｓ１が入力され、この変調信号Ｓ１を高周波増幅する高周波増幅回路３と、前記キャリア出力部１から出力されるキャリアＳ０の位相をシフトされる移送回路４と、この位相がシフトされたキャリアＳ０の位相を検出して同
期検波制御信号Ｓ２を出力する位相検出回路５と、この同期検波制御信号Ｓ２に基づいて高周波増幅された変調信号Ｓ１を同期検波して同期検波信号Ｓ５を出力する同期検波回路６と、前記同期検波制御信号Ｓ２に基づいてサンプリング信号Ｓ４を生成するサンプリング生成回路７と、このサンプリング信号Ｓ４に基づいて同期検波信号Ｓ５をサンプリングして各サンプリング値Ｓ６１を出力するサンプリング回路８と、このサンプリング値Ｓ６１に基づいて低周波信号Ｓ６を生成する低周波信号生成回路９とを備える構成である。この同期検波回路６は、スイッチング回路及び一次のローパスフィルタを備え、このスイッチング回路によりキャリアに同期してスイッチされて、変調信号Ｓ１と同期検波制御信号Ｓ２との積算で得られる変調波の検波信号Ｓ５１を生成し、この検波信号Ｓ５１を一次のローパスフィルタにより同期検波信号Ｓ５を生成して出力する。
【００３２】
前記サンプリング信号Ｓ４を生成するサンプリング生成回路７と、サンプリング値Ｓ６１を出力するサンプリング回路８と、低周波信号Ｓ６を生成する低周波信号生成回路９とでサンプリング手段を構成し、このサンプリング信号Ｓ４を生成するサンプリング生成回路７は、前記周期検波回路６から出力される同期検波信号Ｓ５に含まれる入力信号Ｓ０１の周波数に対して２倍より高い周波数で、且つ前記変調信号Ｓ５の周波数に対して整数倍又は整数分の一倍の周波数からなるサンプリング信号Ｓ４で前記同期検波信号Ｓ５をサンプリングしＳ６１生を成するものである。また、このサンプリング信号Ｓ４は、前記同期検波制御信号Ｓ２の位相に対して位相角がほぼ９０°ずれるタイミングで生成することができる。
【００３３】
次に、前記構成に基づく本実施形態に係る高周波成分除去装置の高周波成分を除去する動作について説明する。まず、アナログ信号のアナログ値の入力信号Ｓ０１がセンサ部２で検出されると、このアナログ値の入力信号Ｓ０１に対してキャリア出力部１が出力されるキャリアＳ０で変調されて変調信号Ｓ１が高周波増幅回路３に入力される。
【００３４】
前記キャリア出力部１から出力されるキャリアＳ０の基づき、このキャリアＳ０における四分の一周期以下の位相角α（＜（2π・１／４）だけ移相回路４で移相させ、この移
相されたタイミングにより位相検出回路５が同期検波制御信号Ｓ２を生成して同期検波回路６及びサンプリング信号生成回路７に入力する。この高周波増幅回路３に入力された変調信号Ｓ１が高周波増幅されて、この増幅された高周波の変調信号Ｓ１が同期検波回路６に入力される。
【００３５】
この同期検波回路６は、入力された高周波の変調信号Ｓ１及び同期検波制御信号Ｓ２に基づきスイッチング回路で検波信号Ｓ５１を生成し、この検波信号Ｓ５１を一次のローパスフィルタで同期検波信号Ｓ５を生成してサンプリング信号生成回路７及びサンプリング回路８へ入力する。このサンプリング信号生成回路７は、前記位相検出回路５からの位相検出信号Ｓ２及び同期検波回路６からの同期検波信号Ｓ５に基づきサンプリング信号Ｓ４を生成してサンプリング回路８へ出力する。
【００３６】
前記サンプリング回路８は、同期検波信号Ｓ５をサンプリング信号Ｓ４に基づきサンプリングしてサンプリング値Ｓ６１を出力する。このサンプリング値Ｓ６１に基づき低周波信号回路９は、低周波信号Ｓ６を出力する。このようにサンプリング信号Ｓ４が出力信号Ｓ０１の２倍より高い周波数でサンプリング定理を満足すると共に、出力信号Ｓ０１を変調するキャリアＳ０の周波数に対して整数倍（又は整数分の一倍）の周波数であることから、サンプリング回路８は出力信号Ｓ０１に重畳されるノイズ成分及び信号処理回路・信号処理動作中に生じるスパイク、エイリアス若しくはノイズ成分を除去する。このように，高次のローパスフィルタを用いることなくノイズ成分及び信号処理回路・信号処理動作中に生じるスパイク、エイリアス若しくはノイズ成分を除去できるのでセンサの検出周波数帯域を著しく低下させることなく情報信号を検出することができることとなる。
【００３７】
（本発明の第2の実施形態）
本発明の第2の実施形態に係る高周波成分除去装置を図３及び図４に基づいて説明する
。この図３は本実施形態に係る高周波成分除去装置のブロック回路構成図、図４は図３に記載の高周波成分除去装置に係る動作タイミングチャートを示す。
前記各図において本実施形態に係る高周波成分除去装置は、前記第1の実施形態と同様
に、キャリア出力部１、センサ部２、高周波増幅回路３、移相回路４、位相検出回路５、同期検波回路６、サンプリング信号生成回路７、サンプリング回路８、低周波信号生成回路９及び低周波増幅回路１１を備え、この構成に加えローパスフィルタ回路６１、補間回路１０及び低周波増幅回路１１を備える構成である。
【００３８】
前記ローパスフィルタ回路６１は、出力される同期検波信号Ｓ５の低周波成分のみを通過させて高周波成分を濾波（以下同じ）濾波し、この濾波した同期検波信号Ｓ５を濾波検波信号Ｓ５１としてサンプリング回路８へ出力する構成である。また、このローパスフィルタ回路６１は、比較的低次の信号成分を除去する、例えば一次フィルタ回路で構成することもできる。
【００３９】
また、前記補間回路１０は、前記サンプリング回路８でサンプリングされた複数のサンプリング値Ｓ６１における相互間を導関数の連続性を仮定して、近似的に演算し、この演算結果により滑らかな曲線となるように補間し、この演算結果を低周波信号生成回路９で生成された低周波信号Ｓ６を増幅して出力信号Ｓ１１として出力する構成である。
【００４０】
次に、前記構成に基づく本実施形態に係る高周波成分除去装置の高周波成分を除去する動作について説明する。本実施形態に係る高周波成分除去装置は、前記第1の実施形態の
図２に記載するタイミングチャートと同様にキャリアＳ０、入力信号Ｓ０１、変調信号Ｓ１、同期検波制御信号Ｓ２及びサンプリング信号Ｓ４が順次生成される。
【００４１】
まず、図４（Ａ）において実線で示す高周波の変調信号Ｓ１をサンプリング信号Ｓ４によりサンプリングし、その複数のサンプリング値Ｓ６１を黒ドットで示す。この複数のサンプリング値Ｓ６１に基づいて補間回路１０が補完し、図４（Ｂ）に破線で示す低周波信号の曲線から実線で示す低周波信号の曲線となるように
補完する。
【００４２】
前記低周波信号生成回路９は、図４（Ｃ）に示すように補完された低周波信号（図中破線で示す。）がオフセットされて実線で示す低周波信号Ｓ６を生成し、この低周波信号Ｓ６を低周波増幅回路１１が増幅して出力信号Ｓ１１として出力する。
【００４３】
このように本実施形態は、サンプリング回路８でサンプリングする前提としてローパスフィルタ回路６１で高周波成分を濾波し、さらに、補間回路１０でサンプリング値Ｓ６１を補間するようにしているので、低周波信号をより精密な情報信号として広帯域に検出できることとなる。
【００４４】
（本発明の第3の実施形態）
本発明の第3の実施形態に係る高周波成分除去装置を図５ないし図７に基づいて説明す
る。この図５は本実施形態に係る高周波成分除去装置のブロック回路構成図、図６は図５に記載のサンプリング信号生成回路及びサンプリング回路の詳細ブロック構成図、図７は図５及び図６に記載の高周波成分除去装置に係る動作タイミングチャートを示す。
【００４５】
前記各図において本実施形態に係る高周波成分除去装置は、前記第2の実施形態と同様
に、キャリア出力部１、センサ部２、高周波増幅回路３、移相回路４、位相検出回路５，
同期検波回路６、サンプリング信号生成回路７０（図３の７に相当）、サンプリング回路８０（図３の８に相当）、低周波信号回路９、ローパスフィルタ回路６１、補間回路１０及び低周波増幅回路１１を備え、この構成に加え、誤差補正回路１２を備えると共に、前記サンプリング信号生成回路７０及びサンプリング回路８０の構成内容を異にする構成である。
【００４６】
前記サンプリング信号生成回路７０は、移相回路４及び位相検出回路５からの同期検波制御信号Ｓ２及び同期検波信号Ｓ５に基づいてサンプリング信号Ｓ４を生成する第1のサ
ンプリング信号生成回路７１と、このサンプリング信号生成回路７１が生成したサンプリング信号Ｓ４に基づき、このサンプリング信号Ｓ４の周波数の位相角πに相当する位相差を有する新たなサンプリング周波数Ｓ４１を生成する第2のサンプリング信号生成回路７
２とを備える構成である。
【００４７】
前記サンプリング回路８０は、前記サンプリング信号生成回路７１が生成したサンプリング信号Ｓ４に基づき移相回路４からローパスフィルタ回路６１を演算する第1のサンプ
リング回路８１と、前記誤差補正回路８２が生成した
サンプリング周波数Ｓ４１に基づき移相回路４からローパスフィルタ回路６１を介して出力される濾波検波信号Ｓ５１をサンプリングしてサンプリング値Ｓ６２を演算する第2の
サンプリング回路８２とを備える構成である。
【００４８】
また、サンプリング回路８１及び第2のサンプリング回路８２後段には平均値演算回路
９０が配設され、この平均値演算回路９０は、第1のサンプリング回路８１及び第2のサンプリング回路と８２から各々出力されるサンプリング値Ｓ６１及びサンプリング値Ｓ６２を各々πの位相差で対応付けて平均値を演算して平均サンプリング値Ｓ６３として出力する構成である。
【００４９】
さらに、前記誤差補正回路１２は、サンプリング回路８の第1及び第2のサンプリング回路８１及び８２から出力されるサンプリング値Ｓ６１及びサンプリング値Ｓ６２を変調信号Ｓ１に帰還して入力信号及び変調信号Ｓ１の誤差を補正する構成である。
【００５０】
次に、前記構成に基づく本実施形態に係る高周波成分除去装置の高周波成分を除去する動作について説明する。本実施形態に係る高周波成分除去装置は、前記第1の実施形態の
図２に記載するタイミングチャートと同様にキャリアＳ０、入力信号Ｓ０１、変調信号Ｓ１、同期検波制御信号Ｓ２及びサンプリング信号Ｓ４が順次生成される。
【００５１】
まず、図７（Ａ）において実線で示す高周波の同期検波信号Ｓ５をサンプリング信号Ｓ４によりサンプリング回路８１がサンプリングし、その複数のサンプリング値Ｓ６１を黒丸のドットで示す。同様に、図７（Ａ）において同期検波信号Ｓ５をサンプリング周波数Ｓ４１により第２のサンプリング回路８２がサンプリングし、その複数のサンプリング値Ｓ６２を前記サンプリング信号生成回路７１のサンプリング値Ｓ６１に対して位相差πで出力され、このサンプリング値Ｓ６２を白丸のドットで示す。
【００５２】
次に、平均値演算回路９０は、前記サンプリング値Ｓ６１及びＳ６２の各位相差πで対応付けられた各値の平均値を演算して平均サンプリング値Ｓ６３を演算する。この演算された平均サンプリング値Ｓ６３を図７（Ｂ）に黒丸のドットで示す。
【００５３】
前記平均サンプリング値Ｓ６３は前記第２の実施形態の場合と同様に補間回路１０、低周波信号回路９及び低周波増幅回路１１により補間後のサンプリング値Ｓ１０、低周波信号Ｓ６を介して出力信号Ｓ１１として出力されることとなる。
【００５４】
このように本実施形態に係る高周波成分除去装置は、位相差πの二つの系列のサンプリング周波数Ｓ４、Ｓ４１で同期検波信号Ｓ５をサンプリングして各々のサンプリング値Ｓ６１、Ｓ６２を検出し、この各々のサンプリング値Ｓ６１、Ｓ６２から平均値演算回路９０が平均サンプリング値Ｓ６３を演算して低周波信号を出力するようにしているので、オフセット動作と高周波の除去処理とを同時に行えることとなり、精密且つ正確な情報信号の検出が可能となる。
【００５５】
（本発明の他の実施形態）
本発明の他の実施形態に係る高周波成分除去装置は、センサ部２で検出されたアナログ信号の入力信号をアナログ／デジタル変換し、この変換されたデジタル信号の入力信号を前記キャリア出力部１、高周波増幅回路３、移相回路４、位相検出回路５、同期検波回路６、サンプリング信号生成回路７、サンプリング回路８及び低周波信号回路９と同等の演算を実行する演算処理手段でデジタル処理する構成とすることもできる。
【００５６】
さらにまた、本発明の他の実施形態に係る高周波成分除去装置は、センサ部２が高感度のフラックスゲート磁気センサで構成し、このフラックスゲート磁気センサの励磁周波数用交流電源から印加される交流励磁磁界がキャリアとして外部の検出磁界の低周波を変調して変調信号とする構成とすることもできる。
【００５７】
この高感度のフラックスゲート磁気センサをセンサ部２として構成した実験例を以下に示す。一般に高感度のフラックスゲート磁気センサは、微弱な信号を高い増幅率で増幅し、且つ緩やかに変動する信号を捉えることができる。
【００５８】
このフラックスゲート磁気センサで地中に埋設された強磁性体の埋設位置を特定したり、一定速度で通過する物品中に含まれる強磁性ターゲットを検出する場合等を例として、フラックスゲート磁気センサの出力波形をオシロスコープで緩やかに変動する信号を観測することができる。
【００５９】
また、フラックスゲート磁気センサの交流励磁磁界が検出磁界に直接磁気結合して変調波となり、この変調波が十分に低減されず、この変調波の周波数は１００ｋＨｚとなる。前記オシロスコープの観測時間を１０秒とすると、１００ｋＨｚの変調波がエイリアスとならないようにするためには、１／（２００ｋＨｚ）＝５μｓより早いサンプリングで（且つ、サンプリング定理を満足することを前提とする。）波形を取り込むものとする。この波形を１０秒間観測するためには、１０／（５・１０−６）＝２・１０６個のサンプリング値が必要となる。
【符号の説明】
【００６０】
１：キャリア出力部
２：センサ部
３：高周波増幅回路
４：移相回路
５：位相検出回路
６：同期検波回路
７：サンプリング信号生成回路
８：サンプリング回路
９：低周波生成回路
１０：補間回路
１１：低周波増幅回路
１２：誤差補正回路
６１：ローパスフィルタ回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低周波の入力信号を当該入力信号にキャリアで変調された変調信号を同期検波して低周波信号として出力し、当該低周波信号に重畳された高周波成分を除去する高周波成分除去装置において、
前記入力信号の周波数に対して２倍より高い周波数で、且つ前記キャリアの周波数に対して整数倍又は整数分の一倍の周波数からなるサンプリング周波数で前記同期検波後の信号をサンプリングするサンプリング手段を備え、
前記サンプリング手段から出力される複数のサンプリング値に基づいて低周波信号に重畳された高周波成分を除去することを
特徴とする高周波成分除去装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の高周波成分除去装置において、
前記サンプリング手段の複数のサンプリング値相互間を補間して補間曲線を出力する補間手段と、
前記補間手段から出力された補間曲線に基づいて低周波信号を生成する低周波生成手段とを備えることを
特徴とする高周波成分除去装置。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載の高調成分除去装置において、
前記サンプリング手段が、前記キャリアの周波数の位相角πに相当する位相差の二つのサンプリング周波数を一対としてサンプリングし、
前記低周波生成手段が、前記一対のサンプリング周波数に基づいてサンプリングされたサンプリング値の平均を求め、当該平均値に基づいて低周波を生成することを
特徴とする高周波成分除去装置。
【請求項４】
前記請求項１ないし３のいずれかに記載の高周波成分除去装置において、
前記サンプリング手段が、前記同期検波された検波信号をローパスフィルタにより濾波された後の低周波信号をサンプリングすることを
特徴とする高周波成分除去装置。
【請求項５】
前記請求項１ないし４のいずれかに記載の高周波成分除去装置において、
前記サンプリング手段から出力されるサンプリング値を変調信号に帰還して誤差を補正する誤差補正手段を備えることを
特徴とする高周波成分除去装置。
【請求項１】
低周波の入力信号を当該入力信号にキャリアで変調された変調信号を同期検波して低周波信号として出力し、当該低周波信号に重畳された高周波成分を除去する高周波成分除去装置において、
前記入力信号の周波数に対して２倍より高い周波数で、且つ前記キャリアの周波数に対して整数倍又は整数分の一倍の周波数からなるサンプリング周波数で前記同期検波後の信号をサンプリングするサンプリング手段を備え、
前記サンプリング手段から出力される複数のサンプリング値に基づいて低周波信号に重畳された高周波成分を除去することを
特徴とする高周波成分除去装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の高周波成分除去装置において、
前記サンプリング手段の複数のサンプリング値相互間を補間して補間曲線を出力する補間手段と、
前記補間手段から出力された補間曲線に基づいて低周波信号を生成する低周波生成手段とを備えることを
特徴とする高周波成分除去装置。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載の高調成分除去装置において、
前記サンプリング手段が、前記キャリアの周波数の位相角πに相当する位相差の二つのサンプリング周波数を一対としてサンプリングし、
前記低周波生成手段が、前記一対のサンプリング周波数に基づいてサンプリングされたサンプリング値の平均を求め、当該平均値に基づいて低周波を生成することを
特徴とする高周波成分除去装置。
【請求項４】
前記請求項１ないし３のいずれかに記載の高周波成分除去装置において、
前記サンプリング手段が、前記同期検波された検波信号をローパスフィルタにより濾波された後の低周波信号をサンプリングすることを
特徴とする高周波成分除去装置。
【請求項５】
前記請求項１ないし４のいずれかに記載の高周波成分除去装置において、
前記サンプリング手段から出力されるサンプリング値を変調信号に帰還して誤差を補正する誤差補正手段を備えることを
特徴とする高周波成分除去装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１９５６７１（Ｐ２０１２−１９５６７１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５６５４３（Ｐ２０１１−５６５４３）
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２３年３月４日 「平成２３年電気学会全国大会 講演論文集」に発表
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２３年３月４日 「平成２３年電気学会全国大会 講演論文集」に発表
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【Ｆターム（参考）】
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