JP2006079404A - Multiplexed transmitter / receiver for sensor signals - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄道車両の車輪回転速度や車軸ユニットの温度等を検出する複数のセンサからの信号を多重化して送受信する多重化送受信技術に関する。 The present invention relates to a multiplexing transmission / reception technique for multiplexing and transmitting and receiving signals from a plurality of sensors that detect wheel rotation speed of a railway vehicle, temperature of an axle unit, and the like.
例えば、鉄道車両の走行速度を求めたり、あるいは鉄道車両の車輪が偏摩耗するのを防止するための滑走制御を行なうためには、車輪回転速度を検出する必要がある。更には、車輪を支持する転がり軸受ユニット部分が焼きつくのを防止するためには、転がり軸受ユニットの温度を検出する必要がある。このため、転がり軸受ユニットに回転センサおよび温度センサを組み込んだセンサ付回転支持装置により、車輪を軸受箱に対して回転自在に支持するとともに、車輪の回転速度ならびに転がり軸受ユニットの温度を検出することが行なわれている。 For example, it is necessary to detect the wheel rotation speed in order to obtain the running speed of the railway vehicle or to perform sliding control for preventing the wheels of the railway car from being unevenly worn. Furthermore, in order to prevent the rolling bearing unit portion supporting the wheels from burning, it is necessary to detect the temperature of the rolling bearing unit. For this reason, a rotation support device with a sensor incorporating a rotation sensor and a temperature sensor in the rolling bearing unit supports the wheel rotatably with respect to the bearing housing, and detects the rotation speed of the wheel and the temperature of the rolling bearing unit. Has been done.
この種のセンサ付回転支持装置として、車軸の外側端部または車軸を支持する軸受の内輪側面に外周が歯車状のエンコーダを固定し、回転に伴う交互の磁気特性の変化を検出できる磁気センサをエンコーダの外周に対向配置して回転センサとするとともに、温度センサと振動センサをも含むセンサユニットを構成してハウジングに固定した装置が知られている。回転速度センサは、回転方向の判別を行なうために互いに90度の位相差がある2つのパルス列信号を生成する用途も有している。温度センサは、軸受の温度変化に伴うアナログ信号を生成する場合と、センサユニット内で予め設定されている危険温度とを比較して、危険温度を超えたら”1”信号、そうでなければ”0”信号を生成するといった具合にデジタル信号を生成する場合とがある(特許文献1参照)。 As this type of rotation support device with a sensor, there is provided a magnetic sensor capable of detecting an alternating magnetic characteristic change due to rotation by fixing an encoder having a gear-like outer periphery to an outer end of an axle or an inner ring side surface of a bearing supporting the axle. 2. Description of the Related Art There is known a device that is arranged to be opposed to the outer periphery of an encoder to serve as a rotation sensor and includes a sensor unit including a temperature sensor and a vibration sensor and is fixed to a housing. The rotational speed sensor also has a purpose of generating two pulse train signals having a phase difference of 90 degrees from each other in order to determine the rotational direction. The temperature sensor compares an analog signal generated when the bearing temperature changes with a dangerous temperature set in advance in the sensor unit. If the dangerous temperature is exceeded, a “1” signal is output. In some cases, a digital signal is generated such as generating a 0 "signal (see Patent Document 1).
更に、温度センサを有するセンサ付軸受装置を複数備え、それら複数のセンサ付軸受装置からの信号をコンピュータに取り込み、センサ信号の最大値、平均値、標準偏差等に基づいて異常なセンサ付軸受装置を判別するように構成した構造体も知られている(特許文献2参照)。 Furthermore, a plurality of sensor-equipped bearing devices having temperature sensors are provided, signals from the plurality of sensor-equipped bearing devices are taken into a computer, and an abnormal sensor-equipped bearing device based on the maximum value, average value, standard deviation, etc. of the sensor signal There is also known a structure configured to discriminate (see Patent Document 2).
このような軸受の監視が必要になるのは鉄道車両だけに限らない。例えば、自動車や機械設備などにおいても、軸受の監視は重要であり、そのために多くのセンサが用いられる。センサ信号を伝送するためには、センサの数だけ信号線が必要になる。従って、センサの数が多くなるほど、センサ信号を伝送するためのケーブルが多芯で太いものになり、ケーブル重量は増大するし、それを頑丈に固定するための配線工事も大がかりになる。 The monitoring of such bearings is not limited to rail vehicles. For example, monitoring of bearings is important also in automobiles and mechanical facilities, and many sensors are used for that purpose. In order to transmit a sensor signal, signal lines corresponding to the number of sensors are required. Therefore, as the number of sensors increases, the cable for transmitting sensor signals becomes multi-core and thick, the cable weight increases, and the wiring work for firmly fixing the cable also becomes large.
そこで、センサ信号を伝送するための信号線の数を減らす技術として、スイッチング回路と抵抗回路とを用いて、伝送する信号を少数に限定するようにした検知装置が提案された(特許文献3参照)。 Thus, as a technique for reducing the number of signal lines for transmitting sensor signals, a detection device has been proposed that uses a switching circuit and a resistance circuit to limit the number of signals to be transmitted to a small number (see Patent Document 3). ).
更に、温度センサと振動センサからのアナログ信号を加算して送信し、受信した信号をローパスフィルタおよびハイパスフィルタに通すことにより、ローパスフィルタによって温度検出信号を抽出し、ハイパスフィルタにより振動検出信号を抽出するようにした伝送方法が提案された(特許文献4参照)。
上述したように、複数のセンサの信号を伝送するシステムにおいては、センサの数だけ信号線が必要になるため、センサの数が多くなるほど、センサ信号を伝送するためのケーブルが多芯で太いものになり、ケーブル重量が増大するといった問題があった。このような問題に対して、特許文献3、4記載の技術は、伝送する信号を少数に限定し、あるいは信号間の周波数の差異を利用して特定数のセンサからの信号を多重伝送するものであって、センサの数が増減した場合、回路設計や信号処理の大幅な変更が必要になるという問題がある。
As described above, in a system for transmitting signals from a plurality of sensors, signal lines are required as many as the number of sensors. Therefore, as the number of sensors increases, the cable for transmitting sensor signals is multi-core and thick. As a result, there is a problem that the weight of the cable increases. With respect to such problems, the techniques described in
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサの数に関係なく、1本の信号線で複数のセンサからの信号を送受信することができるセンサ信号多重化送受信装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is sensor signal multiplexing transmission / reception capable of transmitting / receiving signals from a plurality of sensors through a single signal line regardless of the number of sensors. To provide an apparatus.
前述した目的を達成するため、本発明に係るセンサ信号多重化送受信装置は、下記(1)、(2)、(3)、(4)および(5)を特徴としている。
(1) 複数のデジタルセンサからの総数n列のパルス列信号を1列のパルス列信号に多重化して送信する多重化送信回路と、
前記多重化送信回路からのパルス列信号を受信し、それを元のn列のパルス列信号に分配する受信分配回路と、
を備えたこと。
(2) 複数のアナログセンサからのアナログ信号を各々パルス列信号に変換する変調回路と、
前記変調回路からの総数n列のパルス列信号を1列のパルス列信号に多重化して送信する多重化送信回路と、
前記多重化送信回路からのパルス列信号を受信し、それを元のn列のパルス列信号に分配する受信分配回路と、
前記受信分配回路からのn列のパルス列信号を元のアナログ信号に復調して出力する復調回路と、
を備えたこと。
(3) アナログセンサからのアナログ信号をパルス列信号に変換する変調回路と、
前記変調回路からのパルス列信号と少なくとも一つのデジタルセンサからのパルス列信号とからなる総数n列のパルス列信号を1列のパルス列信号に多重化して送信する多重化送信回路と、
前記多重化送信回路からのパルス列信号を受信し、それを元のn列のパルス列信号に分配する受信分配回路と、
前記受信分配回路からのn列のパルス列信号のうち前記アナログセンサに対応する信号を元のアナログ信号に復調して出力するとともに前記デジタルセンサに対応する信号をそのまま出力する復調回路と、
を備えたこと。
(4) 上記(1)〜(3)のいずれかの構成のセンサ信号多重化送受信装置において、前記デジタルセンサが、車輪の回転速度、車輪の回転方向、軸受の振動、および軸受の温度のうち少なくともいずれか一つを検出するためのセンサであること。
(5) 上記(1)〜(3)のいずれかの構成のセンサ信号多重化送受信装置において、前記アナログセンサが、軸受の温度および軸受の振動のうち少なくとも一方を検出するためのセンサであること。
In order to achieve the above-described object, a sensor signal multiplexing transmission / reception apparatus according to the present invention is characterized by the following (1), (2), (3), (4) and (5).
(1) a multiplexed transmission circuit that multiplexes and transmits a total of n pulse train signals from a plurality of digital sensors into one pulse train signal;
A reception distribution circuit that receives the pulse train signal from the multiplexed transmission circuit and distributes it to the original n-sequence pulse train signal;
Having provided.
(2) a modulation circuit that converts analog signals from a plurality of analog sensors into pulse train signals;
A multiplexed transmission circuit that multiplexes and transmits a total of n pulse train signals from the modulation circuit into a single pulse train signal;
A reception distribution circuit that receives the pulse train signal from the multiplexed transmission circuit and distributes it to the original n-sequence pulse train signal;
A demodulation circuit that demodulates and outputs an n-sequence pulse train signal from the reception distribution circuit to an original analog signal;
Having provided.
(3) a modulation circuit that converts an analog signal from an analog sensor into a pulse train signal;
A multiplexed transmission circuit that multiplexes and transmits a total of n pulse train signals composed of a pulse train signal from the modulation circuit and a pulse train signal from at least one digital sensor into one pulse train signal;
A reception distribution circuit that receives the pulse train signal from the multiplexed transmission circuit and distributes it to the original n-sequence pulse train signal;
A demodulating circuit for demodulating and outputting a signal corresponding to the analog sensor out of n pulse train signals from the reception distribution circuit to an original analog signal and outputting a signal corresponding to the digital sensor as it is;
Having provided.
(4) In the sensor signal multiplexing transmission / reception device according to any one of the above (1) to (3), the digital sensor includes wheel rotation speed, wheel rotation direction, bearing vibration, and bearing temperature. It is a sensor for detecting at least one of them.
(5) In the sensor signal multiplexing transmission / reception device having any one of the configurations (1) to (3), the analog sensor is a sensor for detecting at least one of a bearing temperature and a bearing vibration. .
上記(1)の構成のセンサ信号多重化送受信装置によれば、複数のデジタルセンサからの総数n列のパルス列信号を1列のパルス列信号に多重化して送信し、それを受信側で元のn列のパルス列信号に分配するので、デジタルセンサの数に関係なく、1本の信号線で複数のセンサからの信号を送受信することができる。
上記(2)の構成のセンサ信号多重化送受信装置によれば、複数のアナログセンサからのアナログ信号を各々パルス列信号に変換して総数n列のパルス列信号とした後、それらを1列のパルス列信号に多重化して送信し、それを受信側で元のn列のパルス列信号に分配し、元のアナログ信号に復調して出力するので、アナログセンサの数に関係なく、1本の信号線で複数のセンサからの信号を送受信することができる。
上記(3)の構成のセンサ信号多重化送受信装置によれば、アナログセンサからのアナログ信号をパルス列信号に変換するとともに、その変換したパルス列信号と少なくとも一つのデジタルセンサからのパルス列信号とからなる総数n列のパルス列信号を1列のパルス列信号に多重化して送信し、それを受信側で元のn列のパルス列信号に分配し、分配されたn列のパルス列信号のうちアナログセンサに対応する信号を元のアナログ信号に復調して出力するとともにデジタルセンサに対応する信号をそのまま出力するので、デジタルセンサおよびアナログセンサの数に関係なく、1本の信号線で複数のセンサからの信号を送受信することができる。したがて、このセンサ信号多重化送受信装置によれば、少なくとも1つのデジタルセンサと少なくとも1つのアナログセンサとの混用が可能になる。
上記(4)の構成のセンサ信号多重化送受信装置によれば、前記デジタルセンサが、車輪の回転速度、車輪の回転方向、軸受の振動、および軸受の温度のうち少なくともいずれか一つを検出することができる。
上記(5)の構成のセンサ信号多重化送受信装置によれば、前記アナログセンサが、軸受の温度および軸受の振動のうち少なくとも一方を検出することができる。
According to the sensor signal multiplexing transmission / reception apparatus having the above configuration (1), a total of n pulse train signals from a plurality of digital sensors are multiplexed into one pulse train signal and transmitted. Since the signals are distributed to the pulse train signals in a row, signals from a plurality of sensors can be transmitted and received through one signal line regardless of the number of digital sensors.
According to the sensor signal multiplexing transmission / reception apparatus having the above configuration (2), analog signals from a plurality of analog sensors are converted into pulse train signals, respectively, to obtain a total of n pulse train signals, which are then converted into one pulse train signal. Is multiplexed and transmitted to the original n-sequence pulse train signal on the receiving side, and demodulated and output to the original analog signal. Therefore, a plurality of signals can be transmitted by one signal line regardless of the number of analog sensors. It is possible to send and receive signals from the sensors.
According to the sensor signal multiplexing transmission / reception device having the configuration (3), the analog signal from the analog sensor is converted into a pulse train signal, and the total number of the converted pulse train signal and the pulse train signal from at least one digital sensor. An n-sequence pulse train signal is multiplexed and transmitted to a single train pulse train signal, and is distributed to the original n-sequence pulse train signal on the receiving side, and a signal corresponding to an analog sensor among the distributed n-sequence pulse train signals. Is demodulated and output to the original analog signal, and the signal corresponding to the digital sensor is output as it is, so that signals from a plurality of sensors can be transmitted and received by one signal line regardless of the number of digital sensors and analog sensors. be able to. Therefore, according to this sensor signal multiplexing transmission / reception apparatus, at least one digital sensor and at least one analog sensor can be mixedly used.
According to the sensor signal multiplexing transmission / reception apparatus having the configuration (4), the digital sensor detects at least one of the rotational speed of the wheel, the rotational direction of the wheel, the vibration of the bearing, and the temperature of the bearing. be able to.
According to the sensor signal multiplexing transmission / reception device having the configuration (5), the analog sensor can detect at least one of the temperature of the bearing and the vibration of the bearing.
本発明によれば、センサの数に関係なく、1本の信号線で複数のセンサからの信号を送受信することができる。 According to the present invention, signals from a plurality of sensors can be transmitted and received through one signal line regardless of the number of sensors.
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[第1の形態例]
図1は本発明にかかるセンサ信号多重化送受信装置の形態例を示す回路図である。図2は荷重センサ付ハブ軸受ユニットの構造を示す断面図である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a sensor signal multiplexing transmission / reception apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a hub bearing unit with a load sensor.
図2に示すように、荷重センサ付ハブ軸受ユニット(以下、単に軸受ユニットと記す。)1は、1つの内輪回転速度検出用センサ(以下、回転センサと記す。)2と、一対の保持器公転速度検出用センサ(以下、公転センサと記す。)3a、3bとを内蔵している。これらのセンサには、ホールセンサが用いられている。回転センサ2は、外周部が歯車状に形成されたABSエンコーダ4の外周面に対向させて設けられている。公転センサ3a、3bは、リング状に形成された一対の保持器公転速度検出用エンコーダ(多極磁石)5a、5bの内向面に各々対向させて設けられている。これらのセンサは、各々相対向するエンコーダとの相対回転に伴って、高電圧と低電圧との間で変化するパルス列信号を発生する。
As shown in FIG. 2, a hub bearing unit with a load sensor (hereinafter simply referred to as a bearing unit) 1 includes one inner ring rotational speed detection sensor (hereinafter referred to as a rotation sensor) 2 and a pair of cages. Revolution speed detection sensors (hereinafter referred to as revolution sensors) 3a and 3b are incorporated. Hall sensors are used for these sensors. The
図1に示すように、センサ信号多重化送受信装置10は、多重化送信回路20と受信分配回路30とを備えている。多重化送信回路20内には、4つの入力端子(In0、In1、In2、In3)に対し1つの出力端子(Out)を有する4対1の選択回路21と、4進カウンタ22とが設けられている。受信分配回路30内には、1つの入力端子(In)に対し4つの出力端子(Out0、Out1、Out2、Out3)を有する1対4の分配回路31と、4進カウンタ32とが設けられている。選択回路21の出力端子(Out)と分配回路31の入力端子(In)は、ケーブル40内の1本の信号線41によって互いに接続されている。ケーブル40内には、信号線41と共に電力線42が設けられている。
As shown in FIG. 1, the sensor signal multiplexing transmission /
選択回路21の第1の入力端子(In0)には、回転センサ2からのパルス列信号(sig0)が入力される。選択回路21の第2および第3の入力端子(In1、In2)には、公転センサ3a、3bからのパルス列信号(sig1、sig2)がそれぞれ入力される。また、選択回路21には、選択信号入力端子(Sel)が設けられており、4進カウンタ22から出力された2つの選択信号(Q1、Q2)が入力されるようになっている。
The pulse train signal (sig0) from the
選択回路21は、その内部で2つの選択信号(Q1、Q2)の論理積(AND)演算を行ない、その結果として生成される同期信号(sync)を自身の第4の入力端子(In3)に入力する。そして、選択回路21は、3つのセンサ2、3a、3bからのパルス列信号(sig0、sig1、sig2)と同期信号(sync)とを1列に多重化したパルス列信号(多重化信号)を出力する。
The
選択回路21から出力された多重化信号は、ケーブル40内の信号線41を通して受信分配回路30内の分配回路31に入力される。また、受信分配回路30には、分配信号入力端子(Div)が設けられており、4進カウンタ32から出力された2つの分配信号(Q1、Q2)が入力される。
The multiplexed signal output from the
選択回路21と分配回路31とが互いに同期している時、分配回路31の第1〜第3の出力端子(Out0、Out1、Out2)からはそれぞれ3つのセンサ2、3a、3bからのパルス列信号(sig0、sig1、sig2)が分配信号(Q1、Q2)の値に応じて時間的に選択されホールドされて出力される。この時、分配回路31は、その内部で2つの分配信号(Q1、Q2)のAND演算を行ない、その結果として生成される同期信号(sync*)を自身の第4の出力端子(Out3)から出力している。同期信号(sync*)は受信分配回路30側で同期を確立するために使用される。
When the
受信分配回路30内の4進カウンタ32は、分配信号(Q1、Q2)とクロック信号(clock)の否定(NOT)である逆相クロック信号(nclock)のAND演算結果と同期信号(sync*)との否定論理和(NOR)により作られる遅延したパルス(τ)と逆相クロック信号(nclock)との論理和(OR)出力により駆動される。
The
電源(+V,0)からの電力は、受信分配回路30側から多重化送信回路20側にケーブル40内の電力線42を通して供給され、多重化送信回路20を経て各センサ2、3a、3bに供給される。両回路20、30の動作タイミングを制御するためのクロック信号(clock)は、図示しないドライバからコンデンサ結合により+Vの電源線に重畳されるが、電源線の入力側にクロック信号(clock)がもれないようにコイルが挿入されている。多重化送信回路20側の電源線にもコイルが挿入されており、その前段でクロック信号(clock)を取り出すことによりセンサ側の電源線へのクロック信号(clock)のもれを防止している。
The power from the power supply (+ V, 0) is supplied from the
次に、このセンサ信号多重化送受信装置10の動作について、図3のタイミング図を用いて詳細に説明する。
Next, the operation of the sensor signal multiplexing transmitter /
クロック信号(clock)の立ち上がりエッジで4進カウンタ22が駆動されると、選択回路21から選択信号(Q1、Q2)のAND演算の結果である同期信号(sync)が出力され、これが選択回路21の第4の入力端子In3に入力される。選択回路21の第1の入力端子In1には、回転センサ2からのパルス列信号(sig0)が入力される。選択回路21の第2および第3の入力端子In1、In2には、公転センサ3a、3bからのパルス列信号(sig1、sig2)がそれぞれ入力される。そして、4進カウンタ22から選択回路21に入力される選択信号(Q1,Q2)が(0,0)、(1,0)、(0,1)および(1,1)の各組合せに対応する時間だけ、各入力パルス列信号(sig0、sig1、sig2)と同期信号(sync)とが選択されることにより、多重化信号が構成されて出力される。多重化信号のうち同期信号(sync)に相当する時間は常に1ビット分の時間である。従って、選択回路21の第4の入力端子In3には常時”1”を入力してもよいが、同期信号(sync)を別途生成することにより、後述するように多重化送信回路20側のカウンタ等の故障や誤動作を検出できるようにしている。
When the
受信分配回路30側では、多重化信号を受け取ると、同期が確立している場合は、4進カウンタ32から出力される分配信号(Q1,Q2)の組合せ(0,0)、(1,0)、(0,1)および(1,1)に応じて、分配回路31が多重化信号を時間的に区切って分配し、それらをホールドするために図示しないラッチレジスタに書き込む。4進カウンタ32およびラッチレジスタは逆相クロック信号(nclock)で駆動されている。各ラッチレジスタの出力端子からは、多重化送信回路20側の入力パルス列信号(sig0、sig1、sig2)が再生されて出力される。同期確立時には同期信号(sync*)は常に”1”である。
When the
本発明においては、多重化送信回路20側の選択回路21の入力端子(In0、In1、In2)における信号と受信分配回路30側の分配回路31の出力端子(Out0、Out1、Out2)における信号とが完全に同じ並びになっていることが必要である。そのためには、選択回路21の各入力端子(In0、In1、In2)と分配回路31の対応する各出力端子(Out0、Out1、Out2)とが同時に選択されるように同期を確立しなければならない。同期が確立されていない場合(図4参照)、同期信号(sync*)の出力端子には何れかのセンサ信号に対応する信号が現れているので、同期信号(sync*)が”0”になることがあり得る。同期信号(sync*)が”0”の場合、分配信号(Q1,Q2)のAND演算の値が”1”の時の逆相クロック信号(nclock)をもとに遅延したパルスが作られ、その逆相クロック信号(nclock)に加えられるので、加えられたパルス数分だけカウンタ値が進むことになる。”0”の同期信号(sync*)が続くとき最大3パルス以内で同期が確立され、同期信号(sync*)が”1”になると遅延したパルスは作られなくなる。図4には、同期ずれがクロックの周期T(周波数分の1)の場合、2Tの場合および3Tの場合に同期が確立される様子が示されている。また、多重化送信回路20側の4進カウンタ22または選択回路21に何らかの異常が発生して正常な同期信号(sync)が生成されない場合は、受信分配回路30側の同期信号(sync*)による同期が確立できないので、前記遅延したパルスの発生が続くことになり、容易に異常を検出できる。
In the present invention, the signal at the input terminal (In0, In1, In2) of the
上記のように、このセンサ信号多重化送受信装置10によれば、3つのセンサ2、3a、3bからの総数3列のパルス列信号(sig0、sig1、sig2)を1列のパルス列信号に多重化して送信し、それを受信側で元の3列のパルス列信号に分配するので、1本の信号線41で3つのセンサ2、3a、3bからの信号を送受信することができる。
As described above, according to the sensor signal multiplexing transmitter /
また、4進カウンタ22、32に代えてn+1進以上のカウンタを用いるとともに、選択回路21をn+1以上対1、分配回路31を1対n+1以上の回路とし、これらに対応してsyncおよびsync*を作ることにより、センサ数nの増減に対しても柔軟に対応できる。
上例の場合、センサ数nを対象として構成されたセンサ信号多重化送受信装置を、n個より少ないセンサに対して用いることができる。この場合は選択回路21の残りの入力端子は“0”に設定すべきである。“1”に設定すると、選択回路21の出力において同期信号(sync)との区別が不可能となり、同期に誤りが生じるからである。他の同期方式の場合にはこの限りではない。
In addition, instead of the quaternary counters 22 and 32, counters of n + 1 or higher are used, the
In the case of the above example, a sensor signal multiplexing transmission / reception device configured for n sensors can be used for fewer than n sensors. In this case, the remaining input terminals of the
尚、多重化送信回路20側と受信分配回路30側との同期のとり方は、上述した方法に限らない。例えば、多重化送信回路20側と受信分配回路30側の一方のみでカウンタを用いてクロック信号(clock)の4サイクルに1回の同期信号を発生し、それを他方に送って同期を確立することも可能である。また、選択回路21および分配回路31の機能は、信号の直列/並列変換および並列/直列変換であるともいえるので、これらに代えて、よく知られているシフトレジスタを用いることも可能である。更に、上記の例では、ケーブル40内の電線数の最小化を意図してクロック信号(clock)を電力線42に重畳して送信し、受信側で分岐させて取り出すように構成したが、クロック信号(clock)を発生側から受信側へ専用の信号線を用いて送るように構成してもよい。クロック信号(clock)の周波数は、センサからのパルス検出時間の許容誤差(あるいは時間分解能)に応じて決められる。すなわち、10μsecを時間分解能とすれば、その半分の5μsecでサンプリング可能な200kHz以上が適当である。
The method of synchronizing the multiplexed
[第2の形態例]
図5は本発明にかかるセンサ信号多重化送受信装置の第2の形態例を示す回路図である。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a circuit diagram showing a second embodiment of the sensor signal multiplexing transmission / reception apparatus according to the present invention.
このセンサ信号多重化送受信装置50は、図1の装置10に加えて、複数のアナログセンサからのアナログ信号を各々パルス列信号に変換して多重化送信回路20の選択回路21に入力する変調回路60と、受信分配回路30の分配回路31からのm列のパルス列信号を元のアナログ信号に復調して出力する復調回路70とを備えている。ただし、図1の装置10において、4進カウンタ22、32の代わりにm+1進のカウンタを用いるとともに、選択回路21はm+1対1、分配回路31は1対m+1の回路とし、これらに対応してsyncおよびsync*を作っている。
In addition to the
ここではアナログセンサが、鉄道車両の複数の軸受の温度を監視する温度センサあるとし、変調回路60に入力されるm個の温度センサからのアナログ信号(センサ信号)をそれぞれT1、・・・、Tm-1、Tmとする。
Here, it is assumed that the analog sensor is a temperature sensor that monitors the temperature of a plurality of bearings of the railway vehicle, and analog signals (sensor signals) from m temperature sensors input to the
変調回路60内には、各アナログ信号が個別に入力されるm個のPWM回路(即ち、パルス幅変調回路)61(1)〜61(m)と、PWM回路61(1)〜61(m)に三角波を供給する三角波発生器62とが設けられている。各PWM回路61(1)〜61(m)は、各々に入力されたアナログ信号T1、・・・、Tm-1、Tmを、三角波との大小関係に応じたパルス幅変調波に変換する。すなわち、図6に示すように、入力されたアナログ信号を、そのアナログ信号の電圧が三角波のそれより大きい間は高電圧になり、小さい間は低電圧になるPWM信号に変換する。この変調回路60により、m個の温度センサからのアナログ信号がすべてパルス幅変調され、並列のパルス列信号となって選択回路21の対応する入力端子In(0)〜In(m-1)へ入力される。
In the
選択回路21は、変調回路60からの総数m列のパルス列信号を1列のパルス列信号に多重化し、それをケーブル40内の1本の信号線41を通して分配回路31に送信する。分配回路31は、選択回路21からのパルス列信号を受信し、それを元のm列のPWM信号に再生する。
The
分配回路31により分配されたm列のPWM信号は、復調回路70に入力される。
The m columns of PWM signals distributed by the
復調回路70内には、分配回路31からの各PWM信号が個別に入力されるm個のローパスフィルタ71(1)〜71(m)が設けられている。各ローパスフィルタ71(1)〜71(m)は、各々入力されたPWM信号を平均化して元の各温度センサの出力信号(アナログ信号)T1、・・・、Tm-1、Tmと等価なアナログ信号を出力する。この復調回路70により、分配回路31からのPWM信号がすべて元のアナログ信号T1、・・・、Tm-1、Tmと等価なアナログ信号に復調される。
In the
上記のように構成されたセンサ信号多重化送受信装置50によれば、m個の温度センサからのアナログ信号を各々パルス幅変調して総数m列のPWM信号とした後、それらを1列のパルス列信号に多重化して送信し、それを受信側で元のm列のPWM信号に再生し、元の温度センサの出力信号と等価なアナログ信号に復調して出力するので、温度センサの数に関係なく、1本の信号線で複数の温度センサからの信号を送受信することができる。
According to the sensor signal multiplexing transmitter /
尚、三角波発生器62を復調回路70内に置き、発生した三角波を変調回路60内のPWM回路61(1)〜61(m)に送信するように構成してもよい。いずれの場合も、三角波の周期(Tとする)は、時間分解能(ΔTとする)とアナログ信号の要求精度(ε%)から例えば、T≧ΔT÷ε×100となるように決めることができる。従って、ΔT=1μsec、ε=0.1ならば、T≧1msec、すなわち1KHz以下の周波数の三角波とすべきである。
Note that the
[第3の形態例]
本発明の第3の形態例として、複数のデジタルセンサと複数のアナログセンサの混用が可能なセンサ信号多重化送受信装置について説明する。例えば鉄道車両の軸受の保守のためには、軸受の温度と同じく振動も重要な監視項目である。また、安全な制御のために車輪の回転速度と同時に回転方向(前進回転、後進回転)の監視もなされることがある。そのために、車輪の回転方向によって異なる2相(A相、B相)の信号を生成するセンサが軸受ユニットに装置される。この種のセンサは、例えば軸受の内輪または軸に磁性体材料からなる歯車を装着し、その歯車の外周に対向して2つのホールセンサを配置して、歯車の回転に伴ってA相とB相の2相のパルス列を発生するように構成される。図8に示すように、A相とB相の位置関係によって前進回転か後進回転かが判り、同時にパルスの発生割合で回転速度を評価することができる。振動の監視には加速度センサが用いられる。加速度センサは衝撃的な高周波数域の振動に敏感であるから、軸受の内輪と外輪の剥離等の重大な損傷の検出に有効である。加速度センサから出力される振動信号はピークホールド回路に入力される。ピークホールド回路は、入力された振動信号のピークを検出して、それを暫く維持しながらゆっくり減衰するように構成されているので、軸受の損傷による周期的な衝撃に対してはピークホールド波形のわずかな減衰に続いて新たにピークホールドされる。これにより長い周期の衝撃あるいは突発的な衝撃によるピークホールド信号は大きく減衰してしまうので、軸受の損傷とは区別できる。
[Third embodiment]
As a third embodiment of the present invention, a sensor signal multiplexing transmission / reception device capable of intermixing a plurality of digital sensors and a plurality of analog sensors will be described. For example, for the maintenance of railway vehicle bearings, vibration is an important monitoring item as well as bearing temperature. For safe control, the rotation direction (forward rotation, reverse rotation) may be monitored simultaneously with the rotation speed of the wheel. For this purpose, a sensor that generates two-phase (A-phase, B-phase) signals that differ depending on the rotation direction of the wheel is installed in the bearing unit. In this type of sensor, for example, a gear made of a magnetic material is attached to an inner ring or shaft of a bearing, and two Hall sensors are arranged opposite to the outer periphery of the gear so that the A phase and B are rotated as the gear rotates. It is configured to generate a two-phase pulse train of phases. As shown in FIG. 8, the forward rotation or the reverse rotation can be determined from the positional relationship between the A phase and the B phase, and at the same time, the rotation speed can be evaluated based on the pulse generation rate. An acceleration sensor is used for monitoring the vibration. Since the acceleration sensor is sensitive to shocking vibrations in the high frequency range, it is effective in detecting serious damage such as separation of the inner ring and outer ring of the bearing. The vibration signal output from the acceleration sensor is input to the peak hold circuit. The peak hold circuit is configured to detect the peak of the input vibration signal and slowly attenuate it while maintaining it for a while. Following a slight attenuation, a new peak hold is made. As a result, the peak hold signal due to a long-period impact or sudden impact is greatly attenuated, so that it can be distinguished from bearing damage.
図7は本発明にかかるセンサ信号多重化送受信装置の第3の形態例を示す回路図である。このセンサ信号多重化送受信装置80の変調回路60内には、2つのPWM回路61(1)、61(2)と、両PWM回路61(1)、61(2)に三角波を供給する三角波発生器62と、一方のPWM回路61(1)の入力端子に接続されたピークホールド回路63とが設けられている。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a third embodiment of the sensor signal multiplexing transmission / reception apparatus according to the present invention. In the
ピークホールド回路63には、加速度センサからの振動信号αが入力される。そして、ピークホールド回路63によるピークホールド信号(アナログ信号)が一方のPWM回路61(1)に入力される。もう一方のPWM回路61(2)には、温度センサの出力信号(アナログ信号)Tが入力される。各PWM回路61(1)、61(2)は、各々に入力されたアナログ信号を、三角波との大小関係に応じたパルス幅変調波に変換する(図6参照)。この変調回路60により、加速度センサと温度センサからのアナログ信号がすべてパルス幅変調され、並列のパルス列信号となって選択回路21の対応する入力端子In(2)、In(3)に入力される。また、2つのホールセンサ(回転センサ)からのA相とB相の2相信号は、選択回路21の対応する入力端子In(0)、In(1)に入力される。
A vibration signal α from the acceleration sensor is input to the
選択回路21は、変調回路60からの総数4列のパルス列信号を1列のパルス列信号に多重化し、それをケーブル40内の1本の信号線41を通して受信分配回路30内の分配回路31に送信する。分配回路31は、選択回路21からのパルス列信号を受信し、それを元の4列のパルス列信号に分配する。
The
分配回路31により分配された4列のパルス列信号は、復調回路70に入力される。
The four pulse train signals distributed by the
復調回路70内には、分配回路31からの4列のパルス列信号のうち、対応する各PWM信号が個別に入力される2個のローパスフィルタ71(1)、71(2)が設けられている。各ローパスフィルタ71(1)、71(2)は、各々入力されたPWM信号を平均化し、それぞれ加速度センサの振動信号のピークホールド信号と温度センサのアナログ信号とを再生する。分配回路31からのA相とB相の2相信号A、Bは、復調回路70を通して図示しない回転判別回路に送られ、車輪の回転方向と回転速度の評価に用いられる。
In the
上記のように、第3の形態例によれば、アナログセンサからのアナログ信号はパルス幅変調することによってパルス列信号に変換し、デジタルセンサからのパルス列信号と同様に多重化して送受信し、受信側で多重化信号を並列的なパルス列信号に分配した後、アナログセンサに対応するパルス列信号を復調(PWM復調)して元のアナログ信号を再生できるので、アナログセンサとデジタルセンサとの混用が可能である。 As described above, according to the third embodiment, the analog signal from the analog sensor is converted to a pulse train signal by performing pulse width modulation, multiplexed and transmitted / received in the same manner as the pulse train signal from the digital sensor, and the receiving side. After the multiplexed signal is distributed to the parallel pulse train signal, the pulse train signal corresponding to the analog sensor can be demodulated (PWM demodulated) to reproduce the original analog signal, so the analog sensor and digital sensor can be mixed. is there.
また、上述したいずれの形態例のセンサ信号多重化送受信装置も、複数のセンサ信号を多重化して1本の信号線で送受信できるので、ケーブルの軽量化、配線工事の軽減に大きく寄与する。 In addition, any of the above-described sensor signal multiplexing transmission / reception apparatuses can multiplex a plurality of sensor signals and transmit / receive them with a single signal line, greatly contributing to the weight reduction of the cable and the reduction of wiring work.
1: 軸受ユニット
2: 回転センサ
3a、3b: 公転センサ
10: センサ信号多重化送受信装置
20: 多重化送信回路
21: 選択回路
30: 受信分配回路
31: 分配回路
40: ケーブル
41: 信号線
50: センサ信号多重化送受信装置
60: 変調回路
61(1)〜61(m): PWM回路
63: ピークホールド回路
70: 復調回路
71(1)〜71(m): ローパスフィルタ
80: センサ信号多重化送受信装置
sig0、sig1、sig2: パルス列信号
T1、・・・、Tm-1、Tm: アナログ信号
1: Bearing unit 2: Rotation sensor 3a, 3b: Revolution sensor 10: Sensor signal multiplexing transmission / reception device 20: Multiplex transmission circuit 21: Selection circuit 30: Reception distribution circuit 31: Distribution circuit 40: Cable 41: Signal line 50: Sensor signal multiplexing transmission / reception device 60: modulation circuit 61 (1) to 61 (m): PWM circuit 63: peak hold circuit 70: demodulation circuit 71 (1) to 71 (m): low-pass filter 80: transmission / reception of sensor signal multiplexing Devices sig0, sig1, sig2: pulse train signals T1, ..., Tm-1, Tm: analog signals
Claims (5)
前記多重化送信回路からのパルス列信号を受信し、それを元のn列のパルス列信号に分配する受信分配回路と、
を備えたことを特徴とするセンサ信号多重化送受信装置。 A multiplexed transmission circuit that multiplexes and transmits a total of n pulse train signals from a plurality of digital sensors into one pulse train signal;
A reception distribution circuit that receives the pulse train signal from the multiplexed transmission circuit and distributes it to the original n-sequence pulse train signal;
A sensor signal multiplexing transmission / reception apparatus comprising:
前記変調回路からの総数n列のパルス列信号を1列のパルス列信号に多重化して送信する多重化送信回路と、
前記多重化送信回路からのパルス列信号を受信し、それを元のn列のパルス列信号に分配する受信分配回路と、
前記受信分配回路からのn列のパルス列信号を元のアナログ信号に復調して出力する復調回路と、
を備えたことを特徴とするセンサ信号多重化送受信装置。 A modulation circuit that converts analog signals from a plurality of analog sensors into pulse train signals, and
A multiplexed transmission circuit that multiplexes and transmits a total of n pulse train signals from the modulation circuit into a single pulse train signal;
A reception distribution circuit that receives the pulse train signal from the multiplexed transmission circuit and distributes it to the original n-sequence pulse train signal;
A demodulation circuit that demodulates and outputs an n-sequence pulse train signal from the reception distribution circuit to an original analog signal;
A sensor signal multiplexing transmission / reception apparatus comprising:
前記変調回路からのパルス列信号と少なくとも一つのデジタルセンサからのパルス列信号とからなる総数n列のパルス列信号を1列のパルス列信号に多重化して送信する多重化送信回路と、
前記多重化送信回路からのパルス列信号を受信し、それを元のn列のパルス列信号に分配する受信分配回路と、
前記受信分配回路からのn列のパルス列信号のうち前記アナログセンサに対応する信号を元のアナログ信号に復調して出力するとともに前記デジタルセンサに対応する信号をそのまま出力する復調回路と、
を備えたことを特徴とするセンサ信号多重化送受信装置。 A modulation circuit that converts an analog signal from an analog sensor into a pulse train signal;
A multiplexing transmission circuit for multiplexing and transmitting a total of n pulse train signals consisting of a pulse train signal from the modulation circuit and a pulse train signal from at least one digital sensor into one pulse train signal;
A reception distribution circuit that receives the pulse train signal from the multiplexed transmission circuit and distributes it to the original n-sequence pulse train signal;
A demodulating circuit for demodulating and outputting a signal corresponding to the analog sensor out of n-sequence pulse train signals from the reception distribution circuit and outputting the signal corresponding to the digital sensor as it is;
A sensor signal multiplexing transmission / reception apparatus comprising:
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