专利名称：计测单元、驱动单元、控制单元执行的计测、驱动、控制中的信号状态诊断方法和装置及用 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及计测单元、驱动单元、控制单元执行的计测、驱动、控制中的信号状态
诊断方法和装置及用于该装置的变压器，特别是涉及能够以简单的电路构成而高精度地进行下述的计测、驱动、控制中的信号状态的诊断的计测单元、驱动单元、控制单元执行的计
测、驱动、控制中的信号状态诊断方法和装置及用于该装置的变压器传感器、计测用传送器等计测单元执行的计测，以及包括伺服阀、继电器、电动机的促动器等控制单元或驱动单元执行的控制或驱动。
背景技术：
在用于成套设备、仪器类的控制中的计测、驱动、控制等计测单元、促动器等单元中，有如下述1 3那样以模拟值返回测定结果的单元。 1.像计测用传送器那样被供给电力并将温度/湿度或压力的测定结果转换为模拟电流值而输出的传感器 2.像热电偶、测温电阻那样将测定结果作为电压、电阻值的变化而输出的传感器
3.像被供给电力并与所输入的电压信号的电压对应而在从全开至全闭的期间被控制开度的伺服阀那样的控制用促动器 另外，具有如下述4 6那样以二值信号(数字信号)返回测定结果，或者通过二值信号被驱动的控制单元。 4.被供给电力并具有检测压力、温度达到规定值的情况而进行0N(接通)/OFF (断开)的接点以检测环境状态等的控制单元 5.根据二值0N/0FF信号进行动作的继电器接点、或由半导体构成的0N/0FF单元等控制单元 6.根据二值0N/0FF信号被供给电力而被驱动的电磁阀、电子管、继电器、小型直流电动机等促动器 这类计测装置、促动器等被驱动体根据用途，为了防止对人体造成影响或避免噪音等的影响，将向成套设备或仪器类提供指示的一侧(以下称为指示侧)和利用成套设备或仪器类进行计测、驱动或控制的一侧(以下称为设备侧)进行绝缘，因此，通常将供给电力的电源的变压器构成绝缘变压器，或使用光耦合器、信号绝缘继电器、绝缘放大器、绝缘变压器等将从设备侧向指示侧传送的计测结果的信号、从指示侧向设备侧传送的指示、控制的信号进行绝缘。 另外，在仪表领域，近年来，为了确认输出信号、电路配线的健全性，即配线中没有发生断路或短路、或控制及驱动等促动器按照指示进行动作等而提高系统的可靠性，对诊断电路的信号状态的健全性诊断的要求也增大。 对应于这类请求，传感器、计测用传送器等计测单元、以及包括伺服阀、继电器、电动机的促动器等驱动单元及控制单元等被驱动体的现有驱动电路例如图18至图27的框图所示。其中，图18至图23是没有进行所述的健全性诊断的情况，图24至图27是附加了健全性诊断用的电路的情况。 首先，对没有进行健全性诊断的现有电路例一一进行说明，图18是所述的"l.像计测用传送器那样被供给电力并将温度/湿度或压力的测定结果转换为模拟电流值而输出的传感器"的情况，通过由将来自电源102的电力转换为脉冲电压的脉冲发生电路103、将来自该脉冲发生电路103的脉冲电压进行电压转换且将设备侧和指示侧进行绝缘的绝缘变压器104、对由绝缘变压器104进行了电压转换的脉冲进行整流的整流电路105、使被整流后的脉冲平滑化并转换为定电压的定电压电路106等构成的电源电路101，向计测用传送器100供给例如24V的电力，向信号转换电路108、调制电路109等供给电力。
其中，信号转换电路108、调制电路109是用于将温度/湿度或压力的测定结果作为交流信号向用于分离计测用传送器100侧和指示侧的绝缘变压器110输入的电路。艮卩，由于计测用传送器100是通过的电流根据温度/湿度或压力变化4 20mA左右的形式的传感器，所以不能将测定结果的信号直接输入绝缘变压器110，因此将作为电流得到的测定结果通过信号转换电路108转换为电压信号，进而，通过调制电路109进行调制而作为交流信号输入绝缘变压器110。而且其后，使来自绝缘变压器110的输出通过解调电路111复原成电流信号或电压信号112，作为测定结果向外部输出。另外，在该图18中附加序号107的虚线表示将测定侧(指示侧)和测定数据(设备侧)进行绝缘的绝缘层。另外，在下面的说明中，对和该图18的结构要素相同的要素附加相同的序号，省略详细说明。
图19是上述的"2.像热电偶、测温电阻那样将测定结果作为电压、电阻值的变化而输出的传感器"的情况。电源电路101和上述的图18的情况一样，由电源102、脉冲发生电路103、绝缘变压器104、整流电路105、定电压电路106等构成，向信号转换电路121、调制电路122等供给电力。而且，来自热电偶、热敏电阻等传感器120的电压信号、电阻信号通过信号转换电路121转换为电压信号，通过调制电路122调制成交流信号，利用对设备侧和指示侧进行绝缘的信号绝缘单元即绝缘变压器123进行放大后，来自绝缘变压器123的输出通过解调电路124解调为电流信号或电压信号125，作为测定结果向外部输出。
图20是上述的"3.像被供给电力并与所输入的电压信号的电压对应而在从全开至全闭的期间被控制开度的伺服阀那样的控制用促动器130(以下简称为'对象')"的情况。电源电路101和上述图18、图19的情况一样，由电源102、脉冲发生电路103、绝缘变压器104、整流电路105、定电压电路106等构成。作为驱动对象的对象130中，驱动该对象130的电压信号131通过调制电路132调制成交流信号，该交流信号通过为了对设备侧和指示侧进行绝缘而设置的信号绝缘单元即绝缘变压器133进行放大后，通过从电源电路101供给电力的解调电路134进行解调，通过同样地从电源电路供给电力的信号转换电路135，驱动电力施加到对象130。 图21是上述的"4.被供给电力并具有检测压力、温度达到规定值的情况而进行ON/OFF的控制用接点以检测环境状态等的控制单元(以下简称为'接点')"的情况。驱动根据该压力、温度输出ON/OFF信号的接点140U43的电源电路101，和所述的图18、图19、图20的情况一样，由电源102、脉冲发生电路103、绝缘变压器104、整流电路105、定电压电路106等构成，但从即使在像这样具有多个接点的情况下也要降低成本的观点来看，通常，电源电路101相对于接点设置为共用。而且，接点140、143根据预先设定的压力、温度进行ON/OFF时，其信号传送给为了对设备侧和指示侧进行绝缘而设置的信号绝缘单元即光耦合器141、144，在接点140、 143为ON时，构成该光耦合器141 、144的发光元件发光，从受光元件向外部输出ON/OFF的二值信号142、 145，向指示侧、或控制对象传送设备侧的温度、压力状态。 图22是上述的"5.根据二值0N/0FF信号进行动作的继电器接点、或由半导体构成的0N/0FF单元等控制单元"的情况。使接点151、 152进行0N/0FF的二值信号153、 154和图21的情况一样，被输入用于绝缘的光MOS继电器155U56等，和图21的情况一样驱动接点151、152。另外，157的虚线表示利用光MOS继电器155、 156对设备侧和指示侧进行绝缘的绝缘层，该绝缘层也对传送给接点151U52的信号进行绝缘。 图23是上述的"6.根据二值0N/0FF信号被供给电力而被驱动的电磁阀、电子管、继电器、小型直流电动机等促动器(以下有时简称为'对象')163"的情况。该情况下，驱动电压信号160和图22的情况一样，被输入用于信号绝缘的信号绝缘继电器161，由另行设置的直流电源装置162输送的电力经由该信号绝缘继电器161，输送至电磁阀、电子管、继电器、小型直流电动机等对象物即促动器163，将这些对象物驱动。164是对设备侧和指示侧进行绝缘的绝缘层。 这样处理，是为了进行用于从所述的1至6的成套设备、仪器类的控制中的、计测单元执行的计测、促动器等驱动单元执行的驱动、控制单元执行的控制，在这种现有电路中，对指示侧和设备侧进行绝缘时，如从上述的说明判明的那样，需要使用了伴随电力供给的绝缘变压器等的绝缘电源，从指示侧向设备侧、从设备侧向指示侧传送信号时，需要光耦合器、信号绝缘继电器、绝缘放大器等绝缘单元。 接着，对在上述已说明的电路中增加了健全性诊断电路的情况进行说明，该健全性诊断电路确认所述的输出信号、电路配线的健全性，即配线上没有产生断路或短路、控制及驱动等促动器按照指示进行动作等，提高系统的可靠性。另外，图18、图19所示的电路，即所述的"l.像计测用传送器那样被供给电力并将温度/湿度或压力的测定结果转换为模拟电流值而输出的传感器"、"2.像热电偶、测温电阻那样将测定结果作为电压、电阻值的变化而输出的传感器"的情况，可以根据没有将计测结果传送至指示侧、或计测结果没有从一定值发生变动等状态，进行某种程度的电路的健全性判断。 但是，图20 图23的"3.像被供给电力并与所输入的电压信号的电压对应而在从全开至全闭的期间被控制开度的伺服阀的控制用促动器"、"4.被供给电力并具有检测压力、温度达到规定值的情况而进行0N/0FF的接点以检测环境状态等的控制单元"、"5.根据二值0N/0FF信号进行动作的继电器接点、或由半导体构成的0N/0FF单元等控制单元"、"6.根据二值0N/0FF信号被供给电力而被驱动的电磁阀、电子管、继电器、小型直流电动机等促动器"等情况，为了提高可靠性，不仅需要确认在配线上没有产生断路或短路等，而且需要确认控制单元正常地动作。但是，控制单元、促动器按照指示而动作的确认，不具备相应的构成时不能实施。因此，图24 图27是表示所述3 6的示例中增加了健全性诊断的结构的例子的框图。另外，该图24 图27的例子分别对应于所述图20 图23，对于相同结构要素附加相同序号，所以省略说明。 首先，图24是在所述图20中已说明的"3.像被供给电力并与所输入的电压信号的电压对应而在从全开至全闭期间被控制开度的伺服阀那样的控制用促动器(以下有时简称为'对象')"的情况。电源电路101和所述图20的情况一样，由电源102、脉冲发生电路103、绝缘变压器104、整流电路105、定电压电路106等构成。另外，驱动对象即促动器130的驱动用信号也和所述图20—样，电压信号131利用调制电路132调制成交流信号，利用绝缘变压器133放大并利用解调电路134解调，利用信号转换电路135转换为与电压信号131对应的电压信号、电流信号而驱动对象130。 而且，为了确认该驱动对象即促动器130的动作，包括下述单元从电源电路101接受电力的供给并检测从信号转换电路135流向对象130的电流和电压且转换为电压信号的信号转换电路(电流检测)136a、(电压检测)136b、将该信号调制为交流信号以能够分别输入对应的绝缘变压器138a、138b的调制电路137a、137b、将利用绝缘变压器138a变压后的电压解调为电流信号的解调电路139a、139b等，根据电流流向对象130、或所施加的电压为对应于对象130的动作的电压等，诊断按照指示进行动作，或配线中没有产生断路或短路等。 图25是在所述图21中已说明的"4.被供给电力并具有检测压力、温度达到规定值的情况而进行ON/OFF的接点以检测环境状态等的控制单元(以下简称为'接点')"的情况。电源电路101和所述的图21的情况一样，由电源102、脉冲发生电路103、绝缘变压器104、整流电路105、定电压电路106等构成，它们也和上述一样，从成本的观点来看，通常相对于多个接点而共用地设置。接点140U43的根据预先设定的压力、温度进行0N/0FF的信号，通过模块146进行诊断，该模块146由微机等构成，使用A/D转换单元而模拟地读取接点的状态并进行评价，判断0N/0FF的状态、接点的短路或动作不良、配线的短路或断路等健全性。其结果被传送至对设备侧和指示侧进行绝缘的信号绝缘单元即光耦合器141，作为串行通信信号输出，传送给通信信号的接收部分147。 这时，如上所述，从降低成本的观点来看，相对于多个信号共用地设置电源，所以在连接地址的位置大不相同的两处以上连接有接点时，因信号线的长短不同而产生的电压下降造成的电位差给系统带来很大影响，故需要在基本上接近的位置进行评价。另外，通过共用电源，判断健全性的模块146在绝缘单元141的设备侧模拟地评价信号的值。
图26是在所述图22中已说明的"5.根据二值0N/0FF信号进行动作的继电器接点、或由半导体构成的0N/0FF单元等控制单元(以下简称为'接点')"的情况。所述图22的情况不使用电源电路101，但在该图26所示的电路中，为了进行健全性诊断，和图25的例子一样，每一个接点需要由诊断接点状态的微机等构成的诊断电路。而且，在指示侧和设备侧对各自的接点单独地进行绝缘时，为了驱动诊断电路，每个接点需要绝缘电源。但是，电源电路本身和上述一样，由电源102a、102b、脉冲发生电路103a、103b、绝缘变压器104a、104b、整流电路105a、105b、定电压电路106a、106b等构成。 使接点151、 152进行0N/0FF的二值信号153、 154和图22的情况一样，被输入到用于对设备侧和指示侧进行绝缘的光耦合器155、156，通过为了健全性诊断而设置、且从电源电路101a、101b供给电力的、监视接点信号及重读用的接点状态的监视电路158a、158b产生0N/0FF信号，驱动接点151、152。然后，利用该监视电路158a、 158b诊断接点状态，作为重读信号经由光耦合器159a、159b输出。 SP，为了进行光耦合器155U56、接点151U52等正常动作、电路没有断路或短路等电路的健全性诊断，需要监视电路158a、15S和用于驱动它们的电源电路101a、101b，由于它们是非常昂贵的电路，实际上所使用的例子仅限于非常特殊的用途。
图27是在所述图23中已说明的"6.根据二值ON/OFF信号被供给电力而被驱动的电磁阀、电子管、继电器、小型直流电动机等促动器(以下有时简称为'对象')"的情况。在所述图23的例子中，为了驱动电磁阀、电子管、继电器、小型直流电动机等的对象物即促动器163而设置有直流电源装置162，电力经由信号绝缘继电器161被传送至对象物即促动器163。这一点是相同的，但在该图27的情况下，为了诊断对象物即促动器163按照指示进行动作、配线中没有产生断路或短路等健全性，设置有检测促动器163的电流并转换为电压信号的信号转换电路164、将电压信号调制为交流信号的调制电路165、绝缘变压器166、将电压信号转换为电流信号的解调电路167，为了驱动信号转换电路164、调制电路165，和上述一样设置有由电源102、脉冲发生电路103、绝缘变压器104、整流电路105、定电压电路106等构成的电源电路101。 而且和上述一样，驱动电压信号160被输入用于信号绝缘的信号绝缘继电器161，由直流电源162传送来的电力经由该信号绝缘继电器161被输送至电磁阀、电子管、继电器、小型直流电动机等对象物即促动器163而驱动这些对象物。然后，利用电流检测用的信号转换电路164检测从直流电源162经由信号绝缘继电器161输送的电流，检测结果利用调制电路165被转换为交流电压信号而提供给绝缘变压器166，利用指示侧的解调电路167转换为电流信号，作为电流重读信号168而输出。 这样，图27的情况也和图26的情况一样，为了进行信号绝缘继电器161、对象即促动器163等正常地动作、电路没有断路或短路等电路的健全性诊断，需要信号转换电路164、调制电路165、绝缘变压器166、解调电路167等和用于驱动这些电路的电源电路101，由于是非常昂贵的电路，实际上使用的例子仅限于非常特殊的用途。 这样，在现有电路中，例如即使不进行电路的健全性诊断时，除所述的"5.根据二
值0N/0FF信号进行动作的继电器接点、或由半导体构成的0N/0FF单元等控制单元"、"6.根
据二值ON/OFF信号被供给电力而被驱动的电磁阀、电子管、继电器、小型直流电动机等促
动器"的情况以外，为了进行正确的计测或驱动，需要具有定电压电路的绝缘电源，另外，在
利用计测或电压信号驱动对象的"l.像计测用传送器那样被供给电力并将温度/湿度或压
力的测定结果转换为模拟电流值而输出的传感器"、"2.像热电偶、测温电阻那样将测定结
果作为电压、电阻值的变化而输出的传感器"、"3.像被供给电力并与所输入的电压信号的
电压对应而在从全开至全闭的期间被控制开度的伺服阀那样的控制用促动器"的情况下，
需要由信号转换电路、调制电路、绝缘变压器、解调电路等构成的昂贵的绝缘放大器。 另外，图21所示的"4.被供给电力并具有检测压力、温度达到规定值的情况而进
行0N/0FF的接点以检测环境状态等的控制单元"中，即使在要想使来自多个接点的信号相
互绝缘并接收的这类情况下，从降低成本的观点来看，因电源相对于多个信号而共用地设
置，所以与连接地址的位置大不相同的两处以上连接时，因信号线的长短不同而产生的电
压下降造成的电位差对系统产生很大影响，所以需要在基本上接近的位置进行评价。 另外，在组入健全性诊断功能的情况下，具有如下所述的问题。 A.除计测、驱动、控制等指示信号及计测结果信号的传送电路外，需要增加用于健
全性诊断的电源及健全性诊断的电路，部件数量增加，同时电路构成复杂化，制造成本增加 B.如图26所示具有多个接点且单独地进行绝缘时，对每个接点设置健全性诊断电路，并且接点远离而设置时，必须对每个健全性诊断电路设置昂贵的绝缘电源，成本进一 步增加 C.因此，对多个接点共用昂贵的绝缘电源时，在接点彼此远离而设置的情况下，产
生因信号线的长短不同而产生的电压下降造成的电位差，给系统带来很大影响，因此需要 在基本上接近的位置进行评价 D.驱动电磁阀等的电源与仪表信号相比，容量增大，所以难以单独地设置绝缘电 源装置 E.经由绝缘变压器、绝缘放大器传送直流信号时，将直流信号暂时转换为交流信 号而通过绝缘变压器及绝缘放大器后，需要再次解调为直流信号的结构
另外，关于检测电线的断路的技术，例如在专利文献l(日本特开2006-023105号 公报)公开有下述电线的断路检测方法向电线施加脉冲信号，计测此时通过电线的电流 并将电流波形和对照用的电流波形进行比较，根据其波形差检测出断路；在专利文献2(日 本特开2004-198302号公报)中公开有下述断路检测电路经由阻抗元件向检测断路的信 号线施加检查用脉冲信号，比较从信号线得到的信号和检查用脉冲信号，判断信号线的断 路。 另外，对于电气电路的诊断，例如在专利文献3(日本特开平8-005708号公报) 中公开有下述电气电路诊断方法及用于该方法的电气电路诊断装置为了容易地实施测定 记录的管理并提高进行电路诊断时的作业效率，进一步减少人为的错误介入的余地，读出 已写入而保存在被嵌入作为诊断对象的电气设备中的非易失性存储器中的电气设备特性 的测定结果及与测定相关联的信息，或读出电气设备特性的测定结果或与测定相关联的信 息，与对电气设备得到的最新的测定结果及与测定相关联的信息进行比较，由此来诊断电 气设备的状态。 但是，这些专利文献1、专利文献2所示的技术是关于电线的断路检测的技术，需 要脉冲信号的施加单元、对照用电流波形的存储装置等，专利文献3所示的电气电路诊断 装置，是需要存储电气设备特性的测定结果、及与测定相关联的信息的存储器，并且需要用 于电路特性测定和状态诊断的比较单元等的复杂构成，不能成为如前述的A E所示的问 题的解决方法。
发明内容
本发明的课题在于提供一种计测单元、驱动单元、控制单元执行的计测、驱动、控 制中的信号状态诊断方法和装置及用于该装置的变压器，其解决了如下问题单独地绝缘 多个接点时或接点远离而设置时，需要在每个健全性诊断电路设置昂贵的绝缘电源，或需 要在传送直流信号时进行向交流信号的调制和向直流信号的解调，或难以在驱动电磁阀等 时单独地设置绝缘电源装置，本发明以简单的构成并通过相同的装置进行被驱动体的驱动 状态的信号、配线的断路或短路这种故障发生的信号的传送和电力的传送，该被驱动体执 行传感器、计测用传送器等计测单元执行的计测、包括伺服阀、继电器、电动机的促动器等 驱动单元或控制单元执行的驱动、控制中的任一项，本发明能够防止零件数量的增加及电 路构成的复杂化等造成的制造成本的增加，并且能够高精度地进行计测结果的传送及电路 健全性诊断。
为了解决上述课题，本发明的计测单元、驱动单元、控制单元执行的测定、驱动、控 制中的信号状态诊断方法， 在变压器的一次侧连接包括脉冲波状电压及交流的交变电压的发生单元，在二次 侧连接进行计测、驱动、控制中的任一项的被驱动体，进行所述被驱动体执行的计测、驱动、 控制中的信号状态诊断，其特征为， 通过经由所述变压器输送的电力使连接在所述二次侧的被驱动体动作，测定因被 该动作消耗的电力而产生的一次侧电流的变化，根据该测定结果进行所述被驱动体执行的 计测、驱动、控制中的信号状态诊断。
另外，实施该方法的装置， 具有包括脉冲波状电压及交流的交变电压的发生单元及变压器，所述变压器在一
次侧连接有该交流发生单元并在二次侧连接有进行计测、驱动、控制中的任一项的被驱动
体，进行所述被驱动体执行的计测、驱动、控制中的信号状态的诊断，其特征为， 具有电流测定单元，测定因经由所述变压器输送的电力被连接在所述二次侧的被
驱动体消耗而产生的一次侧电流的变化，根据该测定结果进行所述被驱动体执行的计测、
驱动、控制中的信号状态的诊断。 这样，可以提供一种计测单元、驱动单元、控制单元执行的计测、驱动、控制中的信 号状态诊断方法及装置，其测定经由变压器从一次侧传送的电力因被连接在二次侧的被驱 动体消耗而产生的一次侧电流的变化，由此，进行计测单元、驱动单元或控制单元执行的计 测、驱动、控制，并且进行信号状态的诊断，从而无需像现有装置那样对每个被驱动体设置 电源、绝缘变压器等绝缘单元、信号转换电路、解调电路，以非常简单的构成，防止零件数量 增加、电路构成复杂化等造成的制造成本的增加，并可高精度地进行计测结果的传送、电路 健全性诊断。 而且，所述变压器在一次侧绕组的中间部设置有中间抽头，所述电流计测单元与
该中间抽头连接，测定因向所述二次侧供给的电力被消耗而产生的一次侧电流的变化。 但是，这样一来，在进行模拟性的测定时或模拟性地进行被驱动体的状态诊断时，
在变压器中使用铁芯损耗因温度不同而产生较大变动的铁芯材料时，将不能正确地向指示
侧传送计测结果。因此，本发明中使用的变压器为用于如下装置的变压器， 该装置在一次侧连接有包括脉冲波状电压及交流的交变电压的发生单元，在二次
侧连接有进行计测、驱动、控制中的任一项的被驱动体，通过因所述被驱动体、或将所述被
驱动体的状态转换为电流信号的信号转换电路的驱动而产生的一次侧的电流变化的测定
结果，进行由所述被驱动体执行的计测、驱动、控制中的信号状态的诊断， 所述变压器的特征为， 所述变压器使用温度引起的铁芯损耗变化少的铁芯材料，并且在一次侧线圈上设 置有中间抽头而连接电流测定单元， 所述一次侧线圈以所述中间抽头为中心分成前半部和后半部两部分，通过所述前 半部和后半部的线圈夹持所述二次侧线圈而巻绕在所述铁芯材料上。 这样，使用温度引起的铁芯损耗变化少的、例如日本TDK株式会社制PC95之类的 铁芯材料，并且将一次侧线圈以中间抽头为中心分成前半部和后半部两部分，在前半部和 后半部的线圈的中间夹持二次侧线圈而巻绕，由此如后述的实验结果所示，在模拟信号传送中也可以精度非常高地传送信号。 而且，所述被驱动体中的计测单元是电压发生型或电阻变化型测定器件，具有由
所述变压器供给电力并将所述计测单元的测定结果转换为对应的电流而消耗的信号转换
单元，由此，即使是电压发生型测定器件或电阻变化型测定器件，也能够根据变压器一次侧
的电流而完全相同地得知计测结果。 另外，同样地，本发明的最佳实施方式为 所述被驱动体是根据与电压信号的电压值对应的驱动用电压进行动作的控制用 促动器，所述交变电压发生单元构成为根据所述输入电压信号而在所述变压器二次侧产 生所述驱动用电压，具有将因与所述被驱动体的正常驱动状态、异常驱动状态、或电路的断 路、短路的各状态对应而消耗的电流所产生的所述变压器一次侧电流，转换为与所述被驱 动体的正常驱动、异常驱动、电路的断路、短路的各状态对应的电压，并反馈到所述输入电 压信号的单元，根据该反馈后的所述输入电压信号和一次侧电流，进行所述被动体的信号 状态诊断； 所述被驱动体是根据预先设定的压力或温度进行0N/0FF的控制状态检测单元， 该控制状态检测单元具有与所述变压器二次侧连接并与所述控制状态检测单元的ON/OFF 对应而将二次侧的电流消耗量转换为不同的值的单元； 所述被驱动体是包括根据0N/0FF 二值信号进行动作的接点的控制单元，在所述 变压器一次侧设置有电压调整单元，该电压调整单元根据所述二值信号的ON信号产生使 所述控制单元在二次侧动作的电压，并根据OFF信号产生不使所述控制单元动作的电压， 并且，在所述变压器二次侧设置电流通过所述控制单元的动作而流动的控制单元动作状态 检测单元，通过电流流向所述控制单元动作状态检测单元而测定流动的所述变压器一次侧 的电流，由此检测所述控制单元的状态； 所述被驱动体是根据0N/0FF 二值信号被供给电力的控制单元，在所述变压器一
次侧设置有电压调整单元，该电压调整单元根据所述二值信号的ON信号产生使所述控制
单元在二次侧动作的电压，并根据OFF信号产生不使所述控制单元动作的电压。 如以上记载，本发明可提供计测单元、驱动单元、控制单元执行的计测、驱动、控制
中的信号状态诊断方法和装置及用于该装置的变压器，其无需像现有装置那样对每个被驱
动体设置电源或绝缘变压器等绝缘单元、信号转换电路、解调电路，能够以非常简单的构
成，防止零件数量的增加或电路构成的复杂化等造成的制造成本的增加，并且可高精度地
进行计测结果的传送、电路的健全性诊断。
图1是用于说明本发明的基本观点的图； 图2是表示用于本发明的变压器的铁芯材料的温度引起的铁芯损耗的特性(电力 /温度)的坐标图； 图3是示意地表示向用于本发明的变压器的铁芯巻绕1次线圈和2次线圈的巻绕 方法的图； 图4(A)是表示向用于本发明的变压器的铁芯巻绕线圈的巻绕方法产生的各温度 的信号(使用25t:的传送特性系数，使温度在-40 +851:变化时的各温度的传送特性的直线误差)传送特性的不同的实验结果的坐标图，图4(B)是表示用于该实验的变压器的各 元素的表图； 图5是根据本发明驱动计测单元的电路的框图，该计测单元是被供给电力而将温 度/湿度或压力的测定结果转换为模拟电流值而输出的传感器的一种即计测用传送器那 样的单元； 图6是根据本发明驱动计测单元的具体的电路构成，该计测单元是被供给电力而 将温度/湿度或压力的测定结果转换为模拟电流值而输出的传感器的一种即计测用传送 器那样的单元； 图7是根据本发明驱动传感器的电路的框图，该传感器将测定结果作为电压或电 阻值的变化而输出； 图8是根据本发明驱动传感器的具体的电路构成，该传感器将测定结果作为电压 或电阻值的变化而输出； 图9是根据本发明驱动控制用促动器的电路的框图，该控制用促动器是对应于电 压信号的电压，在全开、全闭及从全开至全闭的期间被控制开度的伺服阀那样的单元；
图10是根据本发明驱动控制用促动器的电路的具体的电路构成，该控制用促动 器是对应于电压信号的电压，在全开、全闭及从全开至全闭的期间被控制开度的伺服阀那 样的单元； 图11是根据本发明驱动控制单元的电路的框图，该控制单元具有检测压力或温 度达到规定值的情况而进行0N/0FF的接点，以检测环境状态； 图12是根据本发明驱动控制单元的具体的电路构成，该控制单元具有检测压力 或温度达到规定值的情况而进行0N/0FF的接点，以检测环境状态； 图13是根据本发明驱动外部控制单元的电路的框图，该外部控制单元是根据0N/
OFF 二值信号进行动作的继电器接点、或由半导体构成的0N/0FF单元等； 图14是根据本发明驱动外部控制单元的具体的电路构成，该外部控制单元是根
据0N/0FF 二值信号进行动作的继电器接点、或由半导体构成的0N/0FF单元等； 图15是根据本发明驱动促动器的电路的框图，该促动器是根据0N/0FF 二值电压
信号被供给电力而被驱动的电磁阀、电子管、继电器、小型直流电动机等； 图16是根据本发明驱动促动器的具体的电路构成，该促动器是根据0N/0FF 二值
电压信号被供给电力而被驱动的电磁阀、电子管、继电器、小型直流电动机等； 图17是表示根据本发明通过0N/0FF 二值电压信号被供给电力而被驱动的促动器
的正常驱动状态、配线的断路状态或短路状态各状态下的电流波形(电流/时间变化)的
坐标图； 图18是使用计测用传送器100测定温度/湿度或压力的现有电路的框图，该计测 用传送器100是将温度/湿度或压力的测定结果转换为模拟的电流值而输出的传感器的一 种； 图19是使用传感器120测定温度的现有的电路的框图，该传感器120是测定热电 动势温度的热电偶、电阻相对于温度变化而变化的热敏电阻等； 图20是用于驱动促动器的现有电路的框图，该促动器是被供给电压信号而全开 或全闭的电磁阀、或对应于施加的电压而在从全开至全闭的期间被控制开度的伺服阀那样
12的单元； 图21是使用了控制单元130、 133的现有电路的框图，该控制单元130、 133具有检 测压力或温度达到规定值的情况而输出ON/OFF信号的接点，以检测环境状态等；
图22是被供给ON/OFF 二值信号而使外部控制单元151、 152进行驱动控制时的现 有电路的框图； 图23是根据电压信号驱动电磁阀、放大器、继电器、小型直流电动机等对象物即 促动器时的现有电路的框图； 图24是驱动促动器并增加了进行信号状态的诊断的电路的现有电路的框图，该 促动器是被供给电压信号而全开或全闭的电磁阀、或对应于施加的电压而在从全开到全闭 的期间被控制开度的伺服阀那样的单元； 图25是使用了控制单元130、 133的现有电路的框图，该控制单元130、 133具有检 测压力或温度达到规定值的情况而输出0N/0FF信号的接点，以检测环境状态等；
图26是增加了被供给0N/0FF 二值信号而使外部控制单元151、 152进行驱动控制 并且进行信号诊断的电路时的现有电路的框图； 图27是驱动促动器并增加了进行信号状态的诊断的电路时的现有电路的框图， 该促动器是被供给电压信号而全开或全闭的电磁阀、或对应于施加的电压而在从全开到全 闭的期间被控制开度的伺服阀那样的单元。
具体实施例方式
下面，参照附图示例地详细说明本发明的最佳实施例。但该实施例所记载的构成 部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等只要没有特别地进行特定的记载，就不意味着将 本发明的范围限定于此，只不过仅仅是说明例。
实施例1 图1是用于说明本发明的基本观点的图。图中1是电源，2是使来自电源1的电力 转换为脉冲电压的脉冲发生电路，3是将来自该脉冲发生电路2的脉冲电压进行电压转换 并对设备侧和指示侧进行绝缘的绝缘变压器，4是对利用绝缘变压器3进行了电压转换的 脉冲进行整流的整流电路，5是由传感器、计测用传送器等计测单元、包括伺服阀、继电器、 电动机的促动器等驱动单元及控制单元等构成的被驱动体，6是在绝缘变压器3的一次侧 流动的电流，7的虚线是前述的绝缘层。另外，在绝缘变压器3的一次侧流动的电流6作为 利用未图示的电流测定装置测定的电流，脉冲发生电路2产生的脉冲优选矩形波，但也可 以是由正弦曲线构成的交流，这是不言自明的。 在本发明中，像这样在绝缘变压器2的一次侧连接将来自电源1的电力转换为脉
冲电压的脉冲发生电路2，在二次侧直接或经由整流电路连接由传感器、计测用传送器等计
测单元、包含伺服阀、继电器、电动机的促动器等驱动单元及控制单元的任一种构成的被驱
动体5，测定通过在二次侧连接的被驱动体5电力被消耗所产生的一次侧的电流6的变化，
进行作为被驱动体5的计测单元执行的计测、及驱动单元或控制单元执行的驱动或控制、
以及对象电路中的断路或短路等的有无或信号状态的诊断，即健全性诊断。 通过这样处理，在如前述的图18中说明的"l.像计测用传送器那样被供给电力并
将温度/湿度或压力的测定结果转换为模拟电流值而输出的传感器"的情况下，如果直接测定在绝缘变压器3的一次侧流动的电流，即可判明由计测用传送器消耗的电流，因此，可以 据此测定温度/湿度或压力。 另外，在如图19的"2.像热电偶、测温电阻那样将测定结果作为电压、电阻值的变 化而输出的传感器"的情况下，设置将传感器的电压或电阻转换为对应的电流而消耗的信 号转换电路，测定根据流向该信号转换电路的电流而变化的绝缘变压器3的一次侧电流， 从而可以同样地获知传感器的电压或电阻。 另外，在如图20、图24中说明的"3.像被供给电力并与所输入的电压信号的电压 对应而在从全开至全闭期间被控制开度的伺服阀那样的控制用促动器"的情况下，其构成 为，使脉冲发生电路2的输出根据输入电压信号变成在绝缘变压器3的二次侧生成控制用 促动器的驱动用电压的电压，设置将由与被驱动体即促动器的正常驱动状态、异常驱动状 态、或驱动电路中的断路、短路的各状态对应而消耗的电流所产生的一次侧电流转换为与 被驱动体的正常驱动、异常驱动、电路的断路、短路的各状态对应的电压并反馈给所述输入 电压信号的单元，通过该反馈后的输入电压和一次侧电流的测定结果，对被驱动体即促动 器正常地动作、没有产生断路或短路进行诊断。 另外，在如图21、25中说明的"4.被供给电力并具有检测压力、温度达到规定值的 情况而进行0N/0FF的接点以检测环境状态等的控制单元"中，设置转换成与接点等控制单 元产生的0N/0FF状态对应的不同的电流消耗量的单元，由此测定变化的一次侧电流，对接 点的ON/OFF状态、电路配线的短路或断路等健全性进行诊断。使用多个接点时，如果对每 个接点设置绝缘变压器3，则不必对每个接点设置绝缘电源电路就可以绝缘，利用流向对应 于各个接点的绝缘变压器3的电流，可以进行每个接点的0N/0FF状态、健全性诊断。
另外，在图22、图26中说明的"5.根据二值0N/0FF信号进行动作的继电器接点、 或由半导体构成的0N/0FF单元等控制单元"的情况下，在变压器3的一次侧设置电压调整 单元，其根据二值信号的0N信号生成使控制单元在变压器二次侧动作的电压，并根据OFF 信号生成不使控制单元动作的电压。另外，在变压器3的二次侧设置电流根据控制单元的 动作而流动的控制单元动作检测单元，通过电流流向该控制单元动作状态检测单元而计测 流动的绝缘变压器3的一次侧电流，对接点等控制单元的动作状态及健全性进行诊断。
另外，在图23、图27中说明的"6.根据二值0N/0FF信号被供给电力而被驱动的电 磁阀、电子管、继电器、小型直流电动机等促动器"的情况下，在绝缘变压器3的一次侧设置 使用FET晶体管(以下简称为FET)等的开关电路，其构成为在二值电压信号为0N时从绝 缘变压器3输出例如24V的电压，在二值电压信号为OFF时从绝缘变压器3输出例如IV的 电压，以能够对由电磁阀、电子管、继电器、小型直流电动机等促动器构成的被驱动体施加 对应于电压信号的电压，并且，计测根据0N/0FF的状态而在绝缘变压器3的一次侧流动的 电流，进行被驱动体的动作状态和健全性的诊断。 这样，通过在电源电路的一部分设置抽出表示被驱动体的状态的信号的结构，除 了如前所述的计测、驱动、控制等指示信号、计测结果信号的传送电路之外，没有必要增加 用于健全性诊断的电源、健全性诊断电路，并且，即使例如施加到被驱动体的电压产生变 动，只要伴随其的电流在计测、驱动、控制等各状态中为一定，就不会对状态判断产生影响， 所以作为电源没有必要是定电压电源，相应地能够抑制电源成本。另外，即使在有多个接点 而单独地进行绝缘的情况下，对每个接点仅设置绝缘变压器即可，因此根据这一点对降低成本也是有利的。 另外，在像这样使用没有设置定电压电路的电源，经由绝缘变压器3进行被驱动 体的驱动和计测、驱动、控制状态的信号传送(因被驱动体的动作而产生的电力消耗在变 压器一次侧产生的电流的变化)的情况下，特别是在模拟信号的传送中，其精度成为问题。 但是，这类信号传送的误差只要处于要求的精度所允许的误差范围以下就没有问题，因此 在例如可以是0. 2% 0. 25%左右的精度时，也可以使用通常的变压器。
另外，在要求上述以上的精度、例如0. 1%以下的精度时，最大的问题是变压器的 温度产生的铁芯损耗变化，但如果例如该铁芯损耗相对于温度大致恒定，那么只要将该部 分加入测定结果进行判断即可，可以进行保持精度的测定、模拟信号的传送。因此，在本发 明中，如图2中温度引起的铁芯损耗的特性(电力/温度)所示，例如相对于日本TDK株式 会社制的PC44、PC47之类的通常在IO(TC左右具有峰值特性的铁芯材料，可以使用日本TDK 株式会社制的称为PC95的铁芯材料构成变压器，该PC95峰值特性比该PC44、 PC47差，但 在较宽温度范围中铁芯损耗变动较少。另外，该图2中横轴表示温度(°C )，纵轴表示电力 (Pcv单位kW/cm3)。由此，能够以简单的电路构成提供高精度的被驱动体的计测或控制单 元的信号状态的诊断装置。 此外，本发明人发现，在该变压器的一次侧绕组的大致中间部设置中间抽头，将电 流测定单元与该中间抽头连接，以测定向二次侧供给的电力消耗所产生的一次侧电流的变 化，但如在图3所示的这些一次侧的线圈和二次侧的线圈的示意图，将一次侧线圈以中间 抽头为中心分成前半部11和后半部13两部分，在由前述的PC95形成的铁芯10上以通过 前半部11和后半部13的线圈夹持二次侧线圈12的方式进行巻绕，由此可以得到良好的信 号传送特性。 图4(A)的坐标图表示这种情况的实验结果。该坐标图中，使用如上所述的日本 TDK株式会社制的称为PC95的铁芯材料，使用如图3所示将一次侧线圈以中间抽头为中心 分成前半部11和后半部13两部分并用前半部11和后半部13的线圈夹持二次侧线圈12 的方式巻绕而成的绝缘变压器，构成隔离分配放大器，计测直线性和温度偏差的状态。
另外，用于该计测的绝缘变压器的诸因素如图4(B)所示的表，计测使用10ppm广C 的精密电阻进行。图4(A)的坐标图中，横轴是隔离分配放大器的输出电流值，单位是mA， 纵轴是全刻度误差％ (将4 20mA作为100% )，使用25°C的传送特性系数，描绘使温度 在-40 +851:变化时的各温度的传送特性的直线误差。 在使用目前所用的、例如日本TDK株式会社制的称为PC44、 PC47的铁芯材料，将 前半部11和后半部13连续而巻绕一次侧线圈，并在其上巻绕二次侧线圈12时，在直线性 为±0.05%以下、0 60°〇的环境下为±0. 25X左右，但如从该图4(A)的坐标图判明的那 样，通过如上述构成绝缘变压器，在直线性为±0.01%以下、0 85°〇的环境下为±0. 1%， 在-40 85t:的环境下为+0. 15%/-0. 1%，表明可以得到直线性、温度偏差都良好的结果。 另外可以考虑，通过对绝缘变压器的形状、大小下功夫，并使线圈匝数增加等，能够实现以 提高温度特性为代表的进一步高精度化。 以上是本发明的基本观点，下面，对应于前述图18 图27所示的各个电路例，使 用图5 图17详细地说明本发明的电路。 首先，图5、图6是前述图18所示的"1.像计测用传送器那样被供给电力并将温度/湿度或压力的测定结果转换为模拟电流值而输出的传感器"的驱动框图(图5)和具体 的电路例(图6)，对和前述图1 一样的结构要素附加相同序号而进行简单说明，1是电源，2 是脉冲发生电路，3是绝缘变压器，其在前述的一次侧绕组的大致中间部设置中间抽头，将 电流测定单元与该中间抽头连接，并且将一次侧线圈和2次线圈如图3所示的示意图那样， 以一次侧线圈的中间抽头为中心分成前半部11和后半部13两部分并在利用PC95等形成 的铁芯10上通过前半部11和后半部13的线圈夹持二次侧线圈12的方式进行巻绕，4是整 流电路，20是被驱动体即计测用传送器，6是在绝缘变压器3的一次侧流动的电流的信号，7 的虚线是绝缘层，21、22是构成整流电路4的二极管，23、24都是构成整流电路4的电容器， 25是电流测定用的电阻，26是电容器。 另外，从脉冲发生电路2向绝缘变压器3的一次侧绕组的两端交替施加进行0N/ OFF的脉冲电压，因此对中间抽头不使用特别的整流电路，来自脉冲发生电路2的电流从一 次侧绕组的两端流过。另外，也可以代替该脉冲电压而使用由正弦曲线构成的交流电压，这 对下面说明的电路全部相同。 在该图5、图6所示的电路中，由脉冲发生电路2产生的脉冲利用绝缘变压器3升 压，利用构成整流电路4的二极管21、22、电容器23、24进行整流，向连接的计测用传送器 20供给电力。而且，对应于温度/湿度或压力的电流流向计测用传送器20，所以，与计测用 传送器20中消耗的电流对应的电流在绝缘变压器3的一次侧流动，利用未图示的电流测定 装置测定从绝缘变压器3的中间抽头经由电阻25、电容器26流动的一次侧电流6，由此可 以推断流向计测用传送器20的电流。 另外，同时，在绝缘变压器3的二次侧的电路中的配线上有断路而电流没有流向 计测用传送器20时，无法检测出来自绝缘变压器3的中间抽头的电流信号6，另外，短路时 因大电流流过，所以无法测定这种过大电流或全电流，所以也可以进行电路的健全性诊断。
通过这样构成电路，能够得到和在用于供给电力的脉冲电压或交流电压上叠加计 测用传送器20的测定结果即信号电流一样的效果，所以不用设置前述图18的信号绝缘用 的信号转换电路108、调制电路109、绝缘变压器110、解调电路111等，而且如在前述(图 4)中已说明的那样，可以构成将模拟信号即计测用传送器20的计测结果高精度地向指示 侧传送的驱动电路。 图7、图8是在前述图19中已说明的"2.像热电偶、测温电阻那样将测定结果作为 电压、电阻值的变化而输出的传感器"的驱动框图(图7)和具体的电路例(图8)，对和前 述图1、图5、图6—样的结构要素附加相同序号而进行简单说明，1是电源，2是脉冲发生电 路，3是绝缘变压器，4是整流电路，6是流过绝缘变压器3的一次侧的电流的信号，7的虚线 是绝缘层，25是电流测定用的电阻，26是电容器，30是被驱动体即如热电偶、测温电阻那样 将测定结果作为电压或电阻值的变化而输出的传感器，31是形成对应于电压、电阻的电流 而消耗的信号转换电路，32是三极管，33是放大器，34、35、36是电阻。
在该图7、图8所示的电路中也和图5、图6的情况一样，由脉冲发生电路2产生的 脉冲利用绝缘变压器3升压，利用构成整流电路4的二极管21、22、电容器23、24进行整流， 并施加在由三极管32、放大器33、电阻34、35、36构成的信号转换电路31上。而且，来自如 热电偶、测温电阻那样的传感器30的电压值、电阻值被输入该信号转换电路31，利用放大 器33形成对应于该电压值、电阻值的电压，施加在三极管32的基极上，所以向三极管32流入对应于该电压值、电阻值的电流。 因此，在绝缘变压器3的一次侧，与流向信号转换电路31的三极管32的电流对应 的电流流动，利用未图示的电流测定单元测定从绝缘变压器3的中间抽头经由电阻25、电 容器26流动的一次侧电流6，从而可以推测传感器30的电压、电阻，同时和前述一样，绝缘 变压器3的二次侧的电路的配线的断路、短路等健全性也可以根据一次侧电流6是否为异 常电流、即在变压器3的二次侧没有过大电流或全电流流动等进行诊断。
图9、图10是在前述图20、图24中说明的"3.像被供给电力并与所输入的电压信 号的电压对应而在从全开至全闭的期间被控制开度的伺服阀那样的控制用促动器"的驱动 框图(图9)和具体的电路例(图IO)，对和前述一样的结构要素附加相同序号而进行简单 说明，2是脉冲发生电路，其产生与驱动作为对象的控制用促动器40(以下有时简称为"对 象")的电压信号41的电压值对应的振幅的脉冲，3是绝缘变压器，4是整流电路，6是流过 绝缘变压器3的一次侧的电流的信号，7的虚线是绝缘层。另外，25、26是电流测定用的电 阻和电容器，40是作为上述对象的控制用促动器，41是用于驱动该控制用促动器40的驱动 电压信号，42是加法器，43是测定结果的电流信号，44是放大器，其作用是例如
a.在控制用促动器40正常动作时，将电流信号6转换为OV ;
b.在过电流流过或电路断路、短路时，将与绝缘变压器3的二次侧电流对应的一 次侧电流6分别转换为对应于过电流、断路、短路的电压，45是用于诊断对应于驱动电压信 号41的电压是否被施加在控制用促动器40上的电压信号，46是进行图9的框图中的加法 器42、放大器44的功能的控制用微机，47是用于将对应于电压信号41的电压传送给绝缘 变压器3的FET，48、49是用于在绝缘变压器3的一次侧绕组两端交替施加电压的FET，50 是电感器，51是二极管。 首先，说明图9所示的方框电路，被施加在脉冲发生电路2的控制用促动器40的 驱动用电压信号41成为应施加在作为对象的控制用促动器40上的电流指令，所以通过脉 冲发生电路2形成对应于该驱动用电压信号41的振幅的脉冲，传送给绝缘变压器3。因此， 从绝缘变压器3输出对应于驱动用电压信号41的电压，并利用整流电路4进行整流，驱动 控制用促动器40。然后，被整流电路4整流且与流向控制用促动器40的电流对应的电流 流向绝缘变压器3的一次侧，所以该电流信号6利用放大器44转换为如前述a、b所述的电 压，加在加法器42上，将其结果作为绝缘变压器3的施加电压信号45输出。因此，通过观 察该电流信号6、电压信号45，可以得知施加在促动器40上的电压、电流，由此可判明促动 器40的电阻值，所以能够诊断促动器40的正常动作、异常动作、电路的断路、短路等。
接着，对将图9的框图形成为具体的电路的图10进行说明，图9的框图的加法器 42、放大器44的功能利用控制用微机46、FET47、二极管51及电感器50来实现。控制用微 机46为了使施加的控制用促动器40的驱动用电压信号41成为相当的值的促动器40的驱 动信号，将P丽信号施加在FET三极管47上，对应于驱动用电压信号41的电压被施加在供 给有来自脉冲发生电路2的脉冲的FET三极管48、49上。因此，来自脉冲发生电路2的脉 冲的振幅成为对应于电压信号41的振幅，向绝缘变压器3的二次侧输出对应于驱动用电压 信号41而被升压的电压，经由整流电路4驱动控制用促动器40。 因此，与流向控制用促动器40的电流对应的电流流向绝缘变压器3的一次侧，所 以将从绝缘变压器3的中间抽头经由电阻25、电容器26流动的一次侧电流6输入控制用微机46，将该一次侧电流6如前所述进行如下转换 a.在控制用促动器40正常动作时，将一次侧电流6转换为0V ;
b.在过电流流过或电路断路、短路时，将与绝缘变压器3的二次侧电流对应的一 次侧电流6转换为对应于过电流、断路、短路的电压，加在从电感器50经由FET48、49施加 于绝缘变压器3的电压中，形成电压信号45。 S卩，该电压信号45、电流信号6成为与控制用促动器40的电阻值对应的电压、电 流，所以通过观察该电压信号45、电流信号6，可以计测在作为对象的控制用促动器40中产 生的电压，因此可获知其是否正常动作，在短路时测得电压信号为小值，在断路时测得电压 信号为大值，因此，只要是过电流、过小电流就应该怀疑电路断路、短路，由此，无需设置前 述的图20、图24所示的调制电路132、信号绝缘用的绝缘变压器133、解调电路134、信号转 换电路135等，可以构成高精度地向指示侧传送模拟信号即流向控制用促动器40的电流、 电压的驱动电路。 图11、图12是在前述图21、图25中说明的"4.被供给电力并具有检测压力、温度 达到规定值的情况而进行0N/0FF的接点以检测环境状态等的控制单元"的驱动框图(图 11)和具体的电路例(图12(A))，对和前述一样的结构要素附加相同序号而进行简单说明， 1是电源，2是脉冲发生电路，3a、3b是绝缘变压器，4a、4b是整流电路，7是绝缘层，55、56是 根据压力、温度进行0N/0FF的接点等控制单元(以下简称为"接点")，57是控制用微机，其 测定绝缘变压器3的一次侧的电流，模拟地评价接点55、56的状态，对0N/0FF状态、及电路 的断路、短路等电路健全性进行诊断。另外，接点55、56如在图12(A)中示出的一例，由与整 流电路4连接的电阻60、61、根据压力或温度进行0N/0FF的接点62构成。另夕卜，图12(B) 中纵轴表示一次侧电流，横轴表示一次侧电流的状态，作为"短路"而表示的区域为配线中 有短路的情况，"ON"是接点62为ON状态时的情况，"OFF"是接点62为OFF状态时的情况， "断"是在配线中有断路的情况。 作为该控制单元的接点62，如图12(A)所示，根据压力、温度进行切换而切换到ON 侧、0FF侦U，但通过该切换而切换到ON时电阻60、61与整流电路4连接，切换到OFF时仅有 电阻61与整流电路4连接。因此，二次侧的电流通过该电阻60、61的连接状态进行切换， 由此流向绝缘变压器3的一次侧的电流也产生变化，所以通过一次侧电流可以得知压力、 温度产生的接点0N/0FF状态。另外，即使接点在0FF状态，因电阻61存在电流流动，如以 纵轴表示一次侧电流、以横轴表示接点55、56(图12(A)中为62)的状态的图12(B)所示， 除接点62的0N/0FF以外，可判明下述等异常发生的情况断路时变为电流O，短路时变为 最大电流，在ON和OFF的中间时则说明接点的一部分融着。 因此，测定绝缘变压器3的一次侧电流，利用诊断健全性的控制用微机57对测定 结果进行评价，从而可以在指示侧诊断接点62的ON/OFF状态、电路的断路或短路、或接点 的融着等异常状态。而且，只要对每个接点设置绝缘变压器3，就可以使接点相互绝缘并进 行该诊断，能够防止部件数量的增加、电路构成的复杂化等造成的制造成本的增加，并可高 精度地进行该诊断。 图13、图14是在前述的图22、图26中说明的"5.根据二值0N/0FF信号进行动作 的继电器接点、或由半导体构成的0N/0FF单元等控制单元"的驱动框图(图13)和具体的 电路例(图14)，对和前述一样的结构要素附加相同序号并进行简单说明，1是电源，2是脉冲发生电路，3a、3b是绝缘变压器，4是整流电路，7是绝缘层，25、26是电流测定用的电阻和 电容器，65、66是根据二值信号进行动作的接点，67a、67b、68a、68b是使用FET(图14中的 68、73、74)等的开关电路，69a、69b是二极管，70a、70b是电阻，71a、71b是使接点65、66进 行ON/OFF的驱动信号，72a、72b是绝缘变压器3a、3b的一次侧电流，73、74是用于对绝缘变 压器3的二次侧施加使接点65、66进行0N的电压和使其进行OFF的微小电压的FET， 75是 电阻，76、77是用于在绝缘变压器3的一次侧绕组的两端交替施加0N/0FF脉冲的FET。
该图13的接点65、66为继电器接点、或由半导体构成的0N/0FF单元等，根据0N/ OFF 二值驱动信号71a、71b进行切换，但该二值驱动信号71a、71b被输入使用FET73、74等 的开关电路67a、67b，通过电流经由连接于绝缘变压器3的一次侧的中间抽头的电阻75、25 流动，或电流仅经由电阻25流动，使施加到一次侧的电压发生变化，使二次侧的电压变化 为使接点65、66进行0N的电压(电流仅经由电阻25流动的情况)、使其进行OFF的电压 (电流经由电阻75、25流动的情况)，施加于构成开关68a、68b的FET(68)的电压改变，进 行接点65 、66的0N/0FF。 二极管69a、69b、电阻70a、70b是为了确认开关68a、68b是否实际为ON的电流流 动而设置的，接点65、66为0N、即图14中用68表示的FET为ON时，电流流向该二极管69a、 69b、电阻70a、70b，为OFF时没有电流流过，所以和前述一样，利用在绝缘变压器3的一次侧 的电流信号72中显现的电流变化对其进行检测。由此，可以监视最终段的接点65、66是否 真正地为0N、电路是否断路、短路。 图15、图16、图17是在前述的图23、图27中说明的"6.根据二值0N/0FF信号被 供给电力而被驱动的电磁阀、电子管、继电器、小型直流电动机等促动器"的驱动框图(图 15)和具体的电路例(图16)及表示对象80即促动器的动作状态、配线的断路或短路的各 状态的电流值的坐标图(图17)。对和前述一样的结构要素附加相同序号进行简单说明， 1是电源，2是脉冲发生电路，3是绝缘变压器，4是整流电路，6是绝缘变压器3的一次侧电 流，7是绝缘层，80是根据0N/0FF的二值电压信号被供给电力而被驱动的电磁阀、电子管、 继电器、小型直流电动机等促动器(以下有时简称为"对象")，81是使用FET(在图16中 为83)等的开关电路，82是用于驱动促动器80的驱动电压信号，83是根据驱动电压信号82 进行0N/0FF的FET，85、86是用于在绝缘变压器3的1次绕组两端交替地施加脉冲电压的 FET，84是电阻，在图17中纵轴用于表示电流信号6的电流，横轴用于表示0N/0FF状态，在 上部以"0N"表示的坐标图是促动器80为ON状态时的电流值，以"OFF"表示的坐标图是促 动器80为0FF状态时的电流值，在坐标图中以"正常"表示的是在0N/0FF各情况下流过的 电流值的范围，在坐标原点以"断"表示的是在电路中产生断路时的电流值，以"短路"表示 的是在电路中产生短路时的电流值。 该图15、图16的促动器80在0N/0FF 二值驱动电压信号82的ON状态下，从绝缘 变压器3经由整流电路4被供给10 20W的电力，在OFF状态下被供给不足以驱动促动器 80的电力。即0N/0FF二值驱动电压信号82使利用FET83(参照图16)等的开关电路81进 行0N/0FF，在ON状态下，从FET85、86施加在变压器3的1次绕组上的脉冲只通过电阻25， 在OFF状态下通过电阻84、25，所以向促动器80的电力供给如上所述，在驱动电压信号82 的ON状态下为高电压，在OFF状态下为不足以驱动促动器80的电压。
然后，驱动促动器80，电流流向绝缘变压器3的二次侧，如图17中以"ON"表示的，对应于促动器80的驱动电流的、记作"正常"的范围的电流，流向绝缘变压器3的一次侧。 另外，在驱动电压信号82的0FF状态下，如图17中以"OFF"表示的，流过不足以驱动促动 器80的、记为"正常"的范围的电流。因此，利用未图示的电流测定单元测定从变压器3的 中间抽头经由电阻25、电容器26流过的一次侧电流6，从而能够判明分别对应于0N/0FF的 状态，也可以同时进行促动器80被正常地驱动、电路中的配线中没有断路、短路等之类的 健全性诊断。 产业上的可利用性 根据本发明，能够以简单的构成且不会导致零件数量的增加及电路构成的复杂化 等造成的制造成本的增加，来实施目前因成本增加而被搁置的被驱动体的动作确认、电路 健全性诊断，并能够容易地适用于希望确保可靠性的电路。
权利要求
一种计测单元、驱动单元、控制单元执行的计测、驱动、控制中的信号状态诊断方法，在变压器的一次侧连接包括脉冲波状电压及交流的交变电压的发生单元，在二次侧连接进行计测、驱动、控制中的任一项的被驱动体，进行所述被驱动体执行的计测、驱动、控制中的信号状态的诊断，其特征在于，通过经由所述变压器输送的电力使连接在所述二次侧的被驱动体动作，测定因被该动作消耗的电力而产生的一次侧电流的变化，根据该测定结果进行所述被驱动体执行的计测、驱动、控制中的信号状态的诊断。
2. —种计测单元、驱动单元、控制单元执行的计测、驱动、控制中的信号状态诊断装置，具有包括脉冲波状电压及交流的交变电压的发生单元及变压器，所述变压器在一次侧连接有该交流发生单元并在二次侧连接有进行计测、驱动、控制中的任一项的被驱动体，进行所述被驱动体执行的计测、驱动、控制中的信号状态的诊断，其特征在于，具有电流测定单元，测定因经由所述变压器输送的电力被连接在所述二次侧的被驱动体消耗而产生的一次侧电流的变化，根据该测定结果进行所述被驱动体执行的计测、驱动、控制中的信号状态的诊断。
3. 如权利要求2所述的计测单元、驱动单元、控制单元执行的计测、驱动、控制中的信号状态诊断装置，其特征在于，所述变压器在一次侧绕组的中间部设置有中间抽头，所述电流计测单元与该中间抽头连接。
4. 如权利要求2或3所述的计测单元、驱动单元、控制单元执行的计测、驱动、控制中的信号状态诊断装置，其特征在于，所述被驱动体中的计测单元是电压发生型或电阻变化型测定器件，具有由所述变压器供给电力并将所述计测单元的测定结果转换为对应的电流而消耗的信号转换单元。
5. 如权利要求2或3所述的计测单元、驱动单元、控制单元执行的计测、驱动、控制中的信号状态诊断装置，其特征在于，所述被驱动体是根据与电压信号的电压值对应的驱动用电压进行动作的控制用促动器，所述交变电压发生单元构成为根据所述输入电压信号而在所述变压器二次侧产生所述驱动用电压，具有将因与所述被驱动体的正常驱动状态、异常驱动状态、或电路的断路、短路的各状态对应而消耗的电流所产生的所述变压器一次侧电流，转换为与所述被驱动体的正常驱动、异常驱动、电路的断路、短路的各状态对应的电压，并反馈到所述输入电压信号的单元，根据该反馈后的所述输入电压信号和一次侧电流，进行所述被动体的信号状态诊断。
6. 如权利要求2或3所述的计测单元、驱动单元、控制单元执行的计测、驱动、控制中的信号状态诊断装置，其特征在于，所述被驱动体是根据预先设定的压力或温度进行接通/断开的控制状态检测单元，该控制状态检测单元具有与所述变压器二次侧连接并与所述控制状态检测单元的接通/断开对应而将二次侧的电流消耗量转换为不同的值的单元。
7. 如权利要求2或3所述的计测单元、驱动单元、控制单元执行的计测、驱动、控制中的信号状态诊断装置，其特征在于，所述被驱动体是包括根据接通/断开二值信号进行动作的接点的控制单元，在所述变压器一次侧设置有电压调整单元，该电压调整单元根据所述二值信号的接通信号产生使所述控制单元在二次侧动作的电压，并根据断开信号产生不使所述控制单元动作的电压，并且，在所述变压器二次侧设置通过所述控制单元的动作而流有电流的控制单元动作状态检测单元，通过使电流流至所述控制单元动作状态检测单元而测定流动的所述变压器一次侧的电流，由此检测所述控制单元的状态。
8. 如权利要求2或3所述的计测单元、驱动单元、控制单元执行的计测、驱动、控制中的信号状态诊断装置，其特征在于，所述被驱动体是根据接通/断开二值信号由电源供给电力而进行动作的控制单元，在所述变压器一次侧设置有电压调整单元，该电压调整单元根据所述二值信号的接通信号产生使所述控制单元在二次侧动作的电压，并根据断开信号产生不使所述控制单元动作的电压。
9. 一种在计测单元、驱动单元、控制单元执行的计测、驱动、控制中的信号状态诊断装置中使用的变压器，所述装置在一次侧连接有包括脉冲波状电压及交流的交变电压的发生单元，在二次侧连接有进行计测、驱动、控制中的任一项的被驱动体，通过因所述被驱动体、或将所述被驱动体的状态转换为电流信号的信号转换电路的驱动而产生的一次侧的电流变化的测定结果，进行由所述被驱动体执行的计测、驱动、控制中的信号状态的诊断，所述变压器的特征在于，所述变压器使用温度引起的铁芯损耗变化少的铁芯材料，并且在一次侧线圈上设置有中间抽头而连接电流测定单元，所述一次侧线圈以所述中间抽头为中心分成前半部和后半部两部分，通过所述前半部和后半部的线圈夹持所述二次侧线圈而巻绕在所述铁芯材料上。
全文摘要
本发明提供一种计测单元、驱动单元、控制单元执行的计测、驱动、控制中的信号状态的诊断方法及装置，其能够以简单的结构来防止因部件数量的增加、电路构成的复杂化等造成的制造成本的增加，并且能够高精度地进行计测结果的传送、电路的健全性诊断。在变压器的一次侧连接包括矩形脉冲的交流的发生单元，在二次侧直接或经由整流电路连接进行计测、驱动、控制中的任一项的被驱动体，经由变压器输送的电力被连接在二次侧的被驱动体的动作消耗，由此测定一次侧电流变化的情况，根据该测定结果，进行所述被驱动体的动作和信号状态的诊断。
文档编号G01R31/02GK101765782SQ20098010003
公开日2010年6月30日 申请日期2009年1月9日 优先权日2008年1月11日
发明者江本英晃 申请人:三菱重工业株式会社