(57)【要約】【課題】被測定信号の周波数変化を高精度で，かつ，低消費電力で測定する．【解決手段】  物理量の変化に対応して周波数が変化する被測定信号と基準発振器の出力信号を各々分周し，互いの分周周期を異なる周期で発生させ，その周期時間差を求め，近接した複数の該周期時間差間における基準発振器の出力信号をカウントし，これらのカウント値の総和から被測定信号の周波数変化を測定する．【選択図】図４
2010139493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定の基準となる周波数信号を出力する発振手段と，その出力信号を分周する第１の分周手段と，物理量の変化に対応して周波数が変化する被測定信号を分周する第２の分周手段と，第１の分周手段と第２の分周手段の分周信号より周期時間差信号を作成する周期時間差発生回路と，該周期時間差発生回路の信号によりラッチ信号を発生するラッチ信号発生回路と，カウント用の信号を出力する基準発振器と，該基準発振器の出力信号をカウントするカウンタと，カウント値を読み取り演算する演算手段より構成され，
該発振手段による出力信号を第１の分周手段で分周した分周信号と，該被測定信号を第２の分周手段で分周した分周信号と，から周期時間差発生回路で周期時間差信号を発生させ，近接した複数の該周期時間差信号に対応してラッチ信号発生回路でラッチ信号を発生させ，該ラッチ信号をカウント用の信号を出力する基準発振器の出力信号をカウントしているカウンタに作用させ，複数の周期時間差信号間のカウンタの値を読み取り，演算手段によりこれらのカウント値の総和から被測定信号の周波数変化を測定することを特徴とする周波数変化測定法．
【請求項２】
測定の基準となる周波数信号を出力する前記第１の分周手段の出力信号と，標準時間を刻時する刻時手段による出力信号との，同期をとる信号同期手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の周波数変化測定法．
【請求項３】
物理量の変化に対応して出力周波数が変化する被測定信号が，発振式温度センサの周波数出力信号であることを特徴とし，請求項１，及び，請求項２に記載の周波数変化測定法に基づき温度の変化を測定する温度変化測定装置．
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は，被測定信号の周波数変化の測定方法，及び，測定装置に関わる．
【背景技術】
【０００２】  物理量の変化に対応して周波数が変化する被測定信号の周波数変化を測定する方法には，１）被測定信号の周波数変化を分周してゲート時間を作成し，そのゲート時間内に測定裝置内部の基準クロックをカウントする方法，２）測定装置内部の基準クロックを分周してゲート時間を作成し，そのゲート時間内に物理量の変化に対応して周波数が変化する被測定信号の周波数をカウントする方法等，が知られている．【０００３】  従来，例えば，精密な温度測定装置として，温度変化に対応して発振周波数が変化する水晶振動子を温度センサとして使用し，その水晶振動子を接続した発振器の発振周波数を分周し，分周信号によってゲートタイムを作成し，そのゲートタイム間に発生する測定装置内部の基準クロックをカウントして温度を測定する水晶温度計が知られている．【０００４】  この種の水晶温度計は，一般に，図１に示すように，温度センサとしての水晶振動子１，それを発振させる発振回路２，その発振周波数信号を分周する分周器３，その分周信号に基づきゲートタイムを作成するゲート回路５，クロック信号を発生する基準クロック発振器４，ゲートタイム間にクロックをカウントするカウンタ６，及び，カウンタ６の計数値を読み取り各種演算して温度に換算する演算手段であるマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）７等から構成されている．しかし，この種の水晶温度計では，基準クロック発振器４のクロック周波数の安定度が測定精度に大きく影響する．このため，この種の水晶温度計では，測定誤差を少なくし測定精度を保つため，基準クロック発振器４を恒温槽に入れ，クロックの出力周波数を安定化する必要があった．【０００５】  特許文献１で，基準発振器と被測定信号との相互間で非常に短い周期時間差時間を求め，その周期時間差に該当する信号により特定された短い時間差だけ，カウンタにより測定装置内部の基準クロックをカウントする方法が開示されている．この方法は，測定装置内部の基準クロックをカウントする時間が短いため，測定結果が基準クロックの不安定さの影響を受け難くする特徴がある．しかし，特許文献１の方法は，測定毎に基準発振器と被測定信号の分周回路をリセットし，２つの信号を同期させるため，リセット時に分周周期のずれによりデジタル誤差が生じる欠点があった．このデジタル誤差は，測定値の分解能を向上させるための障害になっている．特許文献２で，リセットによる分周周期の同期を避け，リセット時に発生するデジタル誤差の影響を少なくする方法が開示されている．
【特許文献１】  特許公報第２７４２６４２号
【特許文献２】  特開２００２−２１４２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  特許文献２の技術では，高い分解能で被測定信号を測定するためには，
１）被測定信号と基準発振器との作用による周期時間差信号の発生間隔を長くしてその時間差信号の間，測定装置内部の基準クロックをカウントし，周波数測定に関わるカウント値の差を大きくする，
２）特定された周期時間差信号の間，高速発振する測定装置内部の基準クロックをカウントし，周波数測定に関わるカウント値の差を大きくする，
等の方法が必要である．分解能を２倍か３倍に向上させることはできても，例えば２０倍向上させることは容易ではない．１）の場合は，測定間隔が２０倍になり，早い応答が必要とされる用途に適さなくなる．また，２）の場合は，基準クロックの発振周波数を２０倍高くする必要があり，カウンタ等を含めて消費電流が２０倍程度になり，好ましくない．また，２０倍の高速発振する基準クロックが製作できない場合も想定される．
【課題を解決するための手段】
【０００７】  この発明は上記課題を解決すべくなされたものであり，この発明の第１の局面は次のように規定される．
測定の基準となる周波数信号を出力する発振手段と，その出力信号を分周する第１の分周手段と，物理量の変化に対応して周波数が変化する被測定信号を分周する第２の分周手段と，第１の分周手段と第２の分周手段の分周信号より周期時間差信号を作成する周期時間差発生回路と，該周期時間差発生回路の信号によりラッチ信号を発生するラッチ信号発生回路と，カウント用の信号を出力する基準発振器と，該基準発振器の出力信号をカウントするカウンタと，カウント値を読み取り演算する演算手段より構成され，
該発振手段による出力信号を第１の分周手段で分周した分周信号と，該被測定信号を第２の分周手段で分周した分周信号と，から周期時間差発生回路で周期時間差信号を発生させ，近接した複数の該周期時間差信号に対応してラッチ信号発生回路でラッチ信号を発生させ，該ラッチ信号をカウント用の信号を出力する基準発振器の出力信号をカウントしているカウンタに作用させ，複数の周期時間差信号間のカウンタの値を読み取り，演算手段によりこれらのカウント値の総和から被測定信号の周波数変化を測定する周波数変化測定法．【０００８】  本発明の周波数変化測定法は，図２の構成図に示すように，測定の基準となる周波数信号を出力する発振手段１３と，１３からの出力信号を分周する分周手段である第１の分周器１４と，周波数信号である被測定信号１１を分周する分周手段である第２の分周器１２と，前記２つの分周器１２，１４から出力される分周信号の周期時間差を持つ周期時間差信号を発生する周期時間差発生回路１５と，周期時間差信号から特定された時間にラッチ信号を発生させるラッチ信号発生回路１７と，カウント用の信号を出力する基準発振器１６と，１６の出力信号をカウンとするカウンタ１８と，該ラッチ信号発生回路１７に基づくラッチ信号によりラッチされたカウンタ１８のカウント値を取り込み，そのカウント値に基づいて被測定信号の周波数変化を演算する演算手段１９と，を備えて構成される．【０００９】  このように規定される第１の局面の周波数変化測定方法を図２の構成図と図３のタイミングチャートに基づいて説明する．図３の上段のＴは，測定の基準となる周波数信号を出力する発振手段１３の出力信号を分周する第１の分周器１４の出力である分周信号Ｔのネガティブエッジ（横軸は時間であり，図示した時間は分周周期Ｔの連続するネガティブエッジｔ０，ｔ１，ｔ２近傍である），及び，被測定信号１１を分周する第２の分周器１２の出力である分周信号Ｑの変化を示すタイムチャートである．図３の中段は該分周信号Ｔのネガティブエッジｔ０近傍を拡大したタイムチャート，図３の下段は，同じくｔ１近傍を拡大したタイムチャートである．分周信号Ｑと分周信号Ｔが図３で示すような関係である場合を例に説明する．図３の横軸は時間軸とし，ｔ０のとき，分周信号Ｔのネガティブエッジと分周信号Ｑのネガティブエッジが一致しているとする（時刻ｔ０と時刻ｑ００が一致しているとする）．そして，分周信号Ｔの周期をＴ’，分周信号Ｑの周期をＱ’とし，Ｑ’のＮ倍（以下ではＮ＊Ｑ’とする）に近い時間における被測定信号の周波数変化を求めることを想定する．具体的には，カウント用の信号を出力する基準発振器１６の出力信号をカウントすることを想定し，この時間にカウントしたカウント値の差から演算によりこの時間内の周波数変化を求めることとする．【００１０】  周期Ｔ’と周期Ｑ’との関係が，Ｔ’＝Ｎ＊Ｑ’であるとし，測定の基準となる周波数信号を出力する発振手段１３の発振周波数は安定で分周信号の周期Ｔ’が一定であると仮定する．また，以下に記載するカウント及びカウント値とは，何れも基準発振器１６の出力信号をカウントすること，及び，その結果得られるカウント値を意味する．図３の中段の図で示すように，時刻ｔ０では図２に示した構成要素である１３の分周信号Ｔと，被測定信号１１の分周信号Ｑが一致していると仮定した．したがって，分周信号Ｔの時系列上の時刻ｔ０と，分周信号Ｑの時系列上の時刻ｑ００は一致する．図示はしてないが，２つの時間間隔の関係が，Ｔ’＝Ｎ＊Ｑ’であり，時間間隔Ｔ’が時間軸上でｔ０からｔ１であるとする．そして，分周信号Ｔのネガティブエッジに対応する時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２と同時ないしは直後に変化する分周信号Ｑのネガティブエッジでラッチ信号を出力しカウンタ１８の値をラッチし演算手段等で読み取ることとする．この場合，Ｎ＊Ｑ’の時間だけカウント用の信号を出力する基準発振器１６の出力信号をカウントすると想定すれば，この間に被測定信号１１の周波数信号が変化すればその周波数変化に対応してカウント値に差が生じる．Ｎ＝１０００で，時刻ｔ０からｔ１の間が１秒であり，１６の出力信号が１０ＭＨｚであったとする．ｔ０からｔ１まで連続して１６の出力信号をカウントする場合，
１０ＭＨｚ＊１ｓｅｃ＝１０００００００                              （１）
カウントになる．また，Ｎ＝１０００で，ｔ０からｔ１までが１秒と仮定したことで，ｑ０１−ｑ００は１ｍｓｅｃとなり，この間のカウント値は，
１０ＭＨｚ＊１ｍｓｅｃ＝１００００                                  （２）
カウントになる．図３で被測定信号１１の発振周波数が変化しないとすれば（この場合は下段で図示した時刻ｔ１とｑ１０も重なる），時刻ｑ００から時刻ｑ１０，時刻ｑ０１からｑ１１まで，１６の出力信号をカウントしても，それぞれ，Ｎ＊Ｑ’時間に相当するカウント値，１０００００００になる．【００１１】  被測定信号１１の発振周波数が変化し，１０ｐｐｍ程度遅くなり分周周期が長くなった状態が図３で示されているとする．何れも，分周信号Ｔのネガティブエッジを測定の基準時間とし，直後に変化する分周信号Ｑのネガティブエッジでカウンタ値を読み取ることとする．この場合，図３の中段で示す時刻ｔ０（時刻ｑ００と一致している）からｑ０１までのカウント値をｋ０１，時刻ｔ０からｑ０２までのカウント値をｋ０２，ｔ０からｑ０３までのカウント値をｋ０３とする．同様に，図３の下段で示す時刻ｔ１からｑ１０，ｑ１１，ｑ１２，ｑ１３までのカウント値をｋ１０，ｋ１１，ｋ１２，ｋ１３とする．被測定信号１１の発振周波数が変化し，分周周期が長くなったと仮定したから，時刻ｔ０からｑ０１までの時間は，
１ｍｓｅｃ＊（１＋０．００００１０）＝１．００００１ｍｓｅｃ        （３）
であり，この間のカウント値は，
１０ＭＨｚ＊１．００００１ｍｓｅｃ＝１００００．１                  （４）
カウントである．また，時刻ｑ１０からｑ１１までの時間も，
１ｍｓｅｃ＊（１＋０．００００１０）＝１．００００１ｍｓｅｃ        （５）
であり，この間のカウント値は，
１０ＭＨｚ＊１．００００１ｍｓｅｃ＝１００００．１                  （６）
カウントになる．時刻ｔ１からｑ１０までの時間は，時刻ｔ０を基準にすると，
１ｓｅｃ＊（１．００００１０）−１ｓｅｃ＝０．０１ｍｓｅｃ          （７）
であり，この間のカウント値は，
１０ＭＨｚ＊０．００１＊０．０１＝１００                            （８）
カウントである．ここでは周波数変化の割合が１０ｐｐｍと仮定したが，割合が無理数等の値であれば，式（８）の結果は整数にならない．時刻ｔ０からｑ１０までの時間は，式（７）に１秒を加算した時間であり，
０．０１ｍｓｅｃ＋１ｓｅｃ＝１．００００１ｓｅｃ                    （９）
である．そして，この間のカウント値は，
１０ＭＨｚ＊１．００００１＝１００００１００                      （１０）
カウントとなる．また，式（３）と式（５）より，時刻差ｑ０１−ｔ０とｑ１１−ｑ１０が同じで，ｔ０からｔ１までが１秒であることから，時刻ｑ０１からｑ１１までの間隔は，ｑ１０−ｔ０と同じになる．同様にして，時刻ｑ０２からｑ１２までの間隔は，ｑ１０−ｔ０と同じになる．このように，分周周期Ｔの連続するネガティブエッジ直後に変化する，分周周期Ｑのネガティブエッジのそれぞれに対し，個別に時間差を求めれば，式（９）と同じ値になる．言い換えれば，ｑ０１からｑ１１までの時間は，ｔ０からｑ１０の時間である式（９）の結果と一致する．同様にして，時刻ｑ０２からｑ１２，ｑ０３からｑ１３までの時間も式（９）と一致する．【００１２】  この式（９）で示される時間，連続して基準発振器１６の出力信号をカウントしてカウント値の変化から被測定信号１１の周波数変化を求めてもよいが，時刻ｔ０からｔ１までが時間が既知であるから，この間はカウントしなくても，測定の基準時間とした時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２からカウントを開始し，Ｔ’＝Ｎ＊Ｑ’の関係から既知となるカウント値を加算すればよい．つまり，測定の基準時間である分周周期Ｔのネガティブエッジと同期するか，その後の分周周期Ｑのネガティブエッジの同期する時間にカウント値を読み取るだけで，Ｔ’＝Ｎ＊Ｑ’間はカウンターでカウントしなくても，この期間の被測定信号の周波数変化が求められる．上記の議論は，分周周期Ｔが一定していると仮定している．測定基準としている分周周期Ｔが変動すればその割合で測定結果は変動する．また，上記議論は，分周周期Ｔに比較して分周周期Ｑが１０００倍程度異なり，時刻ｑ００とｑ０１，時刻ｑ１０とｑ１１等が時刻ｔ０とｔ１の間隔に比較して充分短いことを仮定している．これらの仮定した条件が崩れれば，測定誤差の要因になることは言うまでもない．【００１３】  具体的には，分周信号Ｔのネガティブエッジである時刻ｔ０を基準にしてカウントを開始し，それと同期かその直後に変化する分周信号Ｑのネガティブエッジである，ｑ０１，ｑ０２．ｑ０３までのカウント値，ｋ０１，ｋ０２，ｋ０３等を必要回数読み取る．そして，引き続いて分周信号Ｔのネガティブエッジである時刻ｔ１を基準にしてカウントを開始し，その直後に引き続いて変化する分周信号Ｑのネガティブエッジ，ｑ１０，ｑ１１，ｑ１２．ｑ１３までのカウント値，ｋ１０，ｋ１１，ｋ１２，ｋ１３等を必要回数読み取る．その後，これらの該当時間のカウント値の差から，演算手段で，時刻ｔ０からｔ１，時刻ｔ１からｔ２等に該当する被測定信号１１の周波数変化を求める．【００１４】  仮に，被測定信号が１０ｐｐｍ程度変化した場合でも，Ｎが１０００のような大きな値であれば，カウント値ｋ０１，ｋ０２，ｋ０３，はデジタル誤差の範囲で式（４）のカウント値の整数倍に近い値になる．また，ｋ１１−ｋ０１，ｋ１２−ｋ０２，ｋ１３−ｋ０３等の値は，デジタル誤差の範囲内で，式（８）の値と一致する．したがって，測定の基準となる周波数信号を出力する発振手段１３の分周信号Ｔとその近傍の被測定信号１１の分周信号Ｑとの時間差に相当する時間，カウント用の信号を出力する基準発振器１６の出力信号をカウントし，このカウント値とＴ’＝Ｎ＊Ｑ’の関係に基づいて，１６の出力信号を，ｔ０からｔ１まで連続してカウントしなくても，演算で被測定信号１１の周波数変化が求められる．言い換えれば，Ｔ’＝Ｎ＊Ｑ’間は，（１）式の関係から，１６の出力信号をカウントすれば１０００００００カウントになることが分かっているから，この間はカウントしなくても単純に１０００００００を加算するだけでよい．【００１５】  仮に，被測定信号が２０ｐｐｍ程度変化した場合でも，時刻ｔ１−ｔ０に比べて，時刻ｑ０１−ｑ００，ｑ０２−ｑ００，ｑ１１−ｑ１０，ｑ１２−ｑ１０等が充分小さな値（短い時間）であればカウント値の差，ｋ１１−ｋ０１，ｋ１２−ｋ０２，ｋ１３−ｋ０３は概ね一致し，時刻ｔ０からｑ１０までの間の周波数変化を反映する．つまり，時刻ｔ０からｑ１０まで連続して基準発振器１６の出力信号をカウントしなくても，時刻ｔ０，ｔ１近傍で，被測定信号１１の分周信号に同期してカウント用の信号を出力する基準発振器１６の出力信号をカウントしているカウンタのカウント値を読み取れば，被測定信号１１の周波数変化の情報（この例ではカウント値ｋ１０が該当する）が得られる．しかも，カウント値の差，ｋ１１−ｋ０１，ｋ１２−ｋ０２，ｋ１３−ｋ０３のように，複数の近接したデータの平均値を得れば，１回の読み取りで得られる結果より，分解能が高い分周周期変化情報が得られ，結果として，分解能が高い周波数変化が得られる．なお，時間差ｑ１０−ｔ０は，ｔ１−ｔ０と概ね一致するから，時刻ｔ０から時刻ｑ１０までの被測定信号１１の周波数変化は，時刻ｔ０からｔ１までの周波数変化と同じであると考えてよい．【００１６】  例えば，Ｎが１０００の如く充分大きければ，分周信号Ｔのネガティブエッジを基準にした，そのエッジ近傍の１０パルス程度離れた時間における分周信号Ｑのネガティブエッジを個別に利用しカウント値の差を求め，カウント値の差の単純な積算を行えば，従前の特許文献１や２の方法に比較して，分解能が１０倍の周波数変化が得られる．従前の方法では，カウント値の差は１回しか求められないが，本発明による方法であれば，１０回のデータが求められ，その積算ができるためである．この実施例では，Ｎ＝１０００の場合，分周信号Ｑの１０パルスに相当する時間は，分周信号Ｔの１パルスの相当する時間の１％であり，この時間だけカウント用の信号を出力する基準発振器１６の出力信号をカウントすることになる．具体的に，基準発振器１６の出力信号が１０ＭＨｚであるとし，±２０ｐｐｍ程度の乱れがある場合，カウント値には，
±２０ｐｐｍ＊０．０１＝±０．２ｐｐｍ
相当の影響が生じることになる．１６の出力信号の周波数が安定していることが望ましいが，この例のように，±２０ｐｐｍ相当の周波数の乱れがある場合でも，その影響を±０．２ｐｐｍ相当にすることができる．仮に，時刻ｔ０からｔ１まで１６の出力信号をカウントする場合，この実施例と同様の精度の周波数測定を実施するためには，１６の出力信号の周波数の安定度として，±０．２ｐｐｍが要求され，恒温槽のある水晶発振器が必要である．恒温槽のある水晶発振器は高価であるし，消費電流が多くなる欠点がある．しかし，量産されている安価な水晶発振器でも±２０ｐｐｍ程度の周波数の安定度は簡単に得ることが可能で，本発明による手法であれば，その安価な水晶発振器使用する場合でも，従前の手法で恒温槽付きの水晶発振器を使用する場合と実質的に同じ精度の測定が実施できる．このことは実用的に大きな利点である．
この例の様に１０パルスに相当する時間測定を実施し，分解能を１０倍にした場合でも，測定間隔は１パルス相当の場合と変わらず，対応できる応答速度は同じである．また，基準クロックの発振周波数を１０倍にする必要はなく，カウント時間が０．９％長くなり，その長くなった割合だけ消費電流が増加する．【００１７】  通常，カウント用の信号を出力する基準発振器１６の出力信号にはジッタが含まれるため，複数の分周周期を利用してカウントした総和を測定値とすれば，ジッタの影響を統計的に小さくすることができ，測定精度が向上する効果がある．なお，本発明の場合，周波数変化の測定には，測定の基準となる周波数信号を出力する発振手段１３の分周信号Ｔのネガティブエッジを測定基準に用いるため，１３の出力周波数が安定していることが好ましい．もちろん，分周信号Ｔのポジティブエッジを測定基準とすることもできるし，分周信号Ｑのポジティブエッジでカウント値を読み取ってもよい．【００１８】  この発明の第２の局面は次のように規定される．すなわち，
測定の基準となる周波数信号を出力する発振手段の出力信号を分周する分周手段の出力信号と，標準時間を刻時する刻時手段による出力信号との，同期をとる信号同期手段を備え，標準時間を測定基準とし前記の第１の局面における工程で被測定信号の周波数変化を測定する周波数変化測定法であり，
このように規定される本発明の周波数変化測定法は，図４の構成図に示すように，測定の基準となる周波数信号を出力する発振手段１３と，１３からの出力信号を分周する第１の分周器１４と，１４の周波数出力と標準時間を刻時する刻時手段（ここでは図示してない）による出力信号との同期をとる信号同期手段１３Ａと，周波数信号である被測定信号１１を分周する第２の分周器１２と，前記２つの分周器１２，１４から出力される分周信号の周期時間差を持つ周期時間差信号を発生する周期時間差発生回路１５と，周期時間差信号から特定された時間にラッチ信号を発生させるラッチ信号発生回路１７と，カウント用の信号を出力する基準発振器１６からの出力信号をカウンとするカウンタ１８と，該ラッチ信号発生回路１７に基づくラッチ信号により，ラッチされたカウンタ１８のカウント値を取り込み，そのカウント値に基づいて被測定信号の変化を演算処理する演算手段１９と，を備えて構成される．【００１９】  このように規定される第２の局面の周波数変化測定方法を，図３のタイムチャートと図４を用いて説明する．すなわち，この周波数測定方法は，図２の測定の基準となる周波数信号を出力する発振手段１３の出力信号を分周する分周器１４を，図４で示すように，標準時間を刻時する刻時手段に同期する信号同期手段１３Ａで制御する．例えば，標準時刻に同期した信号で，分周器１４を構成しているカウンタをリセットし，分周器１４の出力信号を標準時刻に同期させる．このようにすれば，第１の局面におけると同様の工程で標準時刻に同期した時間を測定基準とする周波数変化のデータが得られる．標準時間を刻時する手段に同期した信号を測定基準とすれば，基準発振器をデータロガー等で使用する時計と併用できる．また，離れた場所における測定結果であっても，標準時間に同期してサンプリングされたデータであり同じ時間軸上で時系列解析できる．なお，ここでは，標準時間を刻時する刻時手段として，測地衛星の電波を受信して標準時刻の情報を得るＧＰＳ時計等を想定しているが，ここでは図示してない．ＧＰＳ時計を基準にすれば，常時，±５μｓｅｃ程度の精度で，絶対時刻と測定の基準となる周波数信号を出力する発振手段１３の出力信号を分周する分周器１４の出力信号を同期させることが可能で，長期間にわたり精度の高い周波数変化の測定ができる．２０分間（１２００秒間）で±６μｓｅｃの精度がある場合，
６μｓｅｃ／１２００ｓｅｃ＝０．００５ｐｐｍ                      （１１）
の精度に相当し，恒温槽付きの水晶発振器でも容易に達成できない精度である．【００２０】  この発明の第３の局面は次のように規定される．
物理量の変化に対応して出力周波数が変化する被測定信号が，発振式温度センサの周波数出力信号であることを特徴とし，前記の第１の局面，及び，第２の局面と同様の工程で周波数変化測定法に基づき温度の変化を測定する温度変化測定装置．【００２１】  このように規定される第３の局面の温度変化測定装置を，図５を用いて説明する．本発明の温度変化測定装置は，図５の構成図に示すように，測定の基準となる周波数信号を出力する発振手段１３と，１３からの出力信号を分周する第１の分周器１４と，１４の周波数出力と標準時間を刻時する刻時手段（ここでは図示してない）による出力信号との同期をとる信号同期手段１３Ａ，測定する温度に応じた局波数信号を発生する発振式温度センサを有する温度測定用発振器１１Ｂ，１１Ｂから出力された周波数信号を分周する第２の分周器１２と，前記２つの分周器１２，１４から出力される分周信号の周期時間差を持つ周期時間差信号を発生する周期時間差発生回路１５と，カウント用の信号を出力する基準発振器１６と，１５から出力される周期時間差信号により特定された時間に，１６からの出力信号をカウンとしているカウンタ１８にラッチ信号を送るラッチ信号発生回路１７と，１６からの出力信号をカウントしたカウンタ１８からカウント値を取り込み，そのカウント値に基づいて対象とする温度の変化を演算する演算手段１９と，を備えて構成される．【００２２】  このように規定される第３の局面の温度変化測定装置による温度測定方法を，図３のタイムチャートと図５を用いて説明する．すなわち，第１及び第２の局面における被測定信号を環境温度の変化によって発振周波数が変化する発振式温度センサ（図では，温度測定用発振器１１Ｂとした）に置き換えれば，第１の局面及び第２局面の工程と同様の工程で，温度変化に対応する周波数変化が測定できる．周波数変化が測定できれば，測定した周波数変化を，ここでは図示してないが，前もって作成した「周波数変化と環境温度の変化との間の関係」を示す関係式，あるいは，変換表を用いて演算手段１９により環境温度を求める．図５の構成であれば，信号同期手段１３Ａにより，分周器１４の出力信号のタイミングを制御することが可能で，図４で説明した工程により標準時間に同期した時間を測定の基準時間にできる．【００２３】  本発明の場合，温度変化測定装置では，測定の基準となる周波数信号を出力する発振手段１３の分周周期Ｔを測定基準に用いるため，１３を温度測定用発振器１１Ｂの近傍に設置する場合，１１Ｂと１３が同じ環境温度の影響で変化し，１３の周波数変化も環境温度を反映するため，ここでは図示しない「周波数変化と環境温度の変化との間の関係」や換算表を作成する際，１３に与える環境温度の影響も考慮した関係や換算表が作成できる．１１Ｂと１３の環境温度の変化が異なっていれば，温度変化による１３の周波数変化が，僅かであるが測定結果に影響を与える．
【発明の効果】
【００２４】  本発明では，第１，第２，第３の局面において，カウンタが作動する時間は，被測定信号１１，及び，温度測定用発振器１１Ｂと，測定の基準となる周波数信号を出力する発振手段１３の分周信号の周期時間差信号の間のみで，図３で示したタイムチャートにおいて，Ｎの値が大きくなる比率に分周周期を設定すれば，周期時間差信号が占める割合は短くなり，その割合に対応する短時間だけ基準発振器１６の出力信号をカウンタでカウントすれば周波数変化が測定できる．カウンタ回路では高速発振する信号が作動する時間が短ければその割合に応じて消費電力を軽減できる．したがって，被測定信号１１及び，発振式温度センサを測定手段とする温度測定用発振器１１Ｂの分周周期と，１３の分周周期が１０００倍違う設定にすれば，１回の測定には，分周周期の０．１％の時間をカウンタでカウントすればよい．測定を１０回実施し分解能を１０倍にする場合でも，測定時間はゲート時間ｔ１−ｔ０の間カウントを持続する方法に比較し，
１０＊０．１％＝１％
であり，この時間だけカウンタが作動することになり，エネルギーを節約する効果がある．また，短い時間だけカウントするため，周波数出力の安定度が高い基準発振器をカウント用に使用する必要はない．【００２５】  一方，汎用のカウンタ用のＩＣの１つであるＨＣ５９０は，カウントを持続しつつ必要に応じて外部信号でカウント値をラッチできる機能がある．このような構成のカウンタ回路を利用すれば，複数回の測定を同じカウンタ回路で実施できる．すなわち，図２，図４，図５の構成であれば，時刻ｔ０の時に分周器１４の信号に基づいてカウンタの値を読み取り時刻ｔ０の基準値とし，ｔ０に同期ないしはその直後の分周周期Ｑのネガティブエッジでカウンターの値をラッチしながら，例えば１０回のカウント値を読み取り保存する．また，時刻ｔ１の時に分周器１４の信号に基づいて，カウンターの値を読み取り時刻ｔ１の基準値とし，ｔ１に同期ないしはその直後の分周周期Ｑのネガティブエッジでカウンターの値をラッチしながら，先と同じく１０回のカウント値を読み取る．そして，時刻ｔ０とｔ１の２回の近接した分周周期Ｔのネガティブエッジを測定の基準時間とする１０組のカウント値の差を演算に用いれば，周波数変化や温度変化が１０回測定できる．したがって，本発明の構成であれば回路の部品総数を増やすことなく測定手法と演算方法を変更すれば測定回数を増やすことが可能であり，得られたデータを平均化することで分解能が向上する．【００２６】  ここでは図示してないが，測定の基準となる周波数信号を出力する発振手段１３の出力信号を分周する分周器１４の信号を複数の周期時間差発生回路に作用させ，複数の周波数信号である被測定信号１１を分周する複数の分周器１２との間で周期時間差信号を作成すれば，１３，分周器１４を兼用でき，多チャンネル構成にした場合でも，電子部品の個数が軽減でき，プリント基板を小型化できる効果がある．
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】  この発明の第１実施例として，演算手段にＣＰＵを用いる周波数変化測定法について，図６の周波数変化測定手段の構成図で説明する．図６では，１１から１９までは図２と同じ構成であり，カウンタ回路１８にはラッチ回路が含まれている．また，分周器１４であるカウンタのビットをビット選択回路２０で選択する構成である．さらに周波数変化測定用の回路の電源２１も図示してある．図６の２２は，１１，１２，１３，１４，１５，１７，２０を含む第１実施例としての周波数変化測定手段のセンサ部であり，図６の２３は，１６，１８，１９を含む該周波数変化測定手段のデータ処理部である．【００２８】  被測定信号１１を分周して分周信号を作成する際に，カウンタ用のＩＣを利用すると，ビットの選択により，測定に利用する分周信号より分周周期が長い信号が簡単に作成できる．例えば分周器１４が２進カウンタの場合，第１のビット選択回路２０により選択したｎ乗のビットとｍ乗のビットの負論理のＡＮＤ信号より，ｎ乗の負論理のビット信号は短い間隔で出力する．仮に，ｎ乗の負論理のビット信号で演算手段１９であるＣＰＵをウエイクアップさせ，その信号によりデータ処理部２３に電源を入れる．その後，ｎ乗とｍ乗の負論理のＡＮＤ信号を，図３で記した測定の基準となる周波数信号を出力する発振手段１３の分周信号Ｔのレベルが変化するタイミングと見なし，この変化時間を基準として，分周器１２の出力である分周信号Ｑを利用しラッチ信号を発生させ，カウンタの値を演算手段に取り込む，なお，上記したｎ乗，ｍ乗は，２のｎ乗，２のｍ乗を意味する．【００２９】  測定に利用した分周信号が予め設定した予定回数に達した後，演算手段であるＣＰＵの制御でデータ処理部２３の電源を切る．このような構成であれば，高速発振する信号が使用され消費電力が大きな，基準発振器１６やカウンタ回路１８，演算手段であるＣＰＵを必要な時間だけ作動させることで測定ができる．その結果，測定装置全体の消費電流を軽減でき，野外等で電池を電源とする長時間の測定が可能になる．【００３０】  この発明の第２実施例として，演算手段にＣＰＵを用いる周波数変化測定手段について，図７を用いて説明する．図７では，１１から２３までは図６と同じ構成であり，第２のビット選択回路２４を付加し、第１のビット選択回路２０の出力信号が周期時間差発生回路１５に入力される前に，２４によりｎ乗のビットとｋ乗のビットの負論理のＡＮＤ信号を発生させ，ラッチ信号発生回路１７に入力する．さらに，２４より発生する信号を，図３のタイムチャートで記した測定時間の基準である発振手段の分周信号Ｔのレベルが変化するタイミングと見なす．この実施例では測定基準である信号が複数回出力され測定基準が複数回になる（図８参照，図８のｔ１０だけでなく，ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３等が測定の基準時間になる）．そして，その後発生する周期時間差発生回路１５及びラッチ信号発生回路１７によるラッチ信号に基づいて，カウンタの値を演算手段に取り込み，演算処理して周波数変化を求める．演算処理では，図８のタイミングチャートで示すように（図３のタイムチャートのｔ１近郷に相当する時間を拡大した），ｔ１０，ｔ１１，ｔ１２のように，���定の基準となる周波数信号を出力する発振手段１３の信号が複数で，それぞれ分周器１４の分周比に基づいて遅延して出力され，カウントを開始する測定基準の時間が順次遅延する．したがって，ラッチされたデータの総和を取る際，測定基準の時間が遅延するタイミングを考慮して演算する必要がある．測定時間の基準である発振手段の分周周期Ｔが一定していれば，図８の時刻ｔ１０，ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３は一定の間隔であり，上記の遅延によるカウント値は予め予測できる値である．【００３１】  この場合，演算に利用する複数の測定基準としてのタイミング（ｔ１０，ｔ１１，ｔ１２等）が，図８で示したように，図３のタイムチャートのｑ０１時間の前に終了するような分周比の設定と，ビット選択回路２０，２４に入力するビットを選択をすることが好ましい．なお，上記したｎ乗，ｋ乗は，２のｎ乗，２のｋ乗を意味する．【００３２】  第１施例である周波数変化測定手段では，図６で記した発振手段１３の分周信号Ｔのレベルが変化するタイミングを基準として，分周信号Ｑのネガティブエッジを利用しカウンタの値を演算手段に取り込み，温度変化を演算していた．この場合，分周信号Ｔのレベルが変化するタイミングである測定基準の検出にデジタル誤差がある場合，この基準時間に基づいて測定したカウント値にはデジタル誤差が重畳する．すなわち，この基準時間を利用する測定回数が１０回の場合，この測定基準に基づいて測定した１０回の測定の総和を取ると，デジタル誤差が累積し，１０倍になる可能性がある．このデジタル誤差の影響を避けるため，図８のタイムチャートで示した第２の実施例のように測定基準を複数回設ければ，測定基準のデジタル誤差が平均化され，誤差の累積が避けられる．また，測定基準に偶発誤差が生じる場合も，複数回の測定基準を設けることで統計的に偶発誤差の大きさを軽減できる効果がある．一方，目的とする周波数帯域の信号を取り出す目的でフィルター効果を持たせるように測定の基準時間を遅延させ，この遅延に対応させてカウント値の読み取りも遅延させる方法もある．【００３３】  この発明の第３の実施例として，基準発振器として標準時間を刻時する刻時手段に同期する周波数出力手段を，演算手段にＣＰＵを用いる温度変化測定装置について，図９を用いて説明する．図９では，図５の構成要素である温度測定用発振器１１Ｂとその出力信号の分周器１２をセンサ部３０とし，他の構成要素を第２のデータ処理部２３Ａに移動し，図５におけると同様に測定の基準となる周波数信号を出力する発振手段１３の出力信号を分周する分周器１４の出力信号が標準時間を刻時する刻時手段に同期する信号同期手段１３Ａの制御を受け，図示してない標準時間を刻時する刻時手段の信号と，１４の出力信号が同期する構成になっている．図９には記してないが，図７と同様にビット選択回路２０を付加した場合であれば，図８で示したタイムチャートに準じて，分周器１４のｎ乗の負論理のビット信号で演算手段１９であるＣＰＵをウエイクアップさせ，その信号によりデータ処理部２３に電源を入れる．なお，図９では図６，７に図示した電源２１は図示してない．【００３４】  この場合，図９では図示してないが図７の場合と同様に第２��ビット選択回路２４を付加した場合であれば，２４により発振手段１３の出力信号を分周した分周器１４のｎ乗のビットとｋ乗のビットの負論理のＡＮＤ信号を発生させ，ラッチ信号発生回路１７に入力する．１７による複数のラッチ信号を，図３で記した測定の基準となる周波数信号を出力する発振手段１３の分周信号Ｔのレベルが変化するタイミングと見なし，この複数の変化時間を基準とする．その後，分周器１４のｎ乗とｍ乗の負論理の複数のＡＮＤ信号によるラッチ利用し，複数のカウント値を得る．そして，演算処理では，図８のタイムチャートで示すと同様に（図８は図３のタイムチャートのｔ１近郷に相当する時間を拡大した），ｔ１０，ｔ１１，ｔ１２のように，測定の基準となる周波数信号を出力する発振手段１３の信号を分周する分周器１４の分周比に基づいて，測定基準が遅延するタイミングを考慮して演算する．【００３５】  第３の実施例では，標準時計の出力信号が測定基準である信号に同期する構成である．データロガー等の測定では，通常，標準時刻にしたがってデータ処理する．したがって，ＧＰＳ時計等の標準時刻に基づいて，データ処理部２３に電源を入れ，基準発振器を作動させ，その信号に基づいて複数の温度測定用発振器からの複数の周波数変化を測定でき，測定に必要な時間だけ，データ処理部２３に電源を入れることで消費電流を節減できる．また，時分割処理をする場合であれば，１３から２４まで，全ての構成要素を複数設ける必要が無く，多くの構成要素を兼用できる．この場合，演算に利用する複数の測定基準としてのタイミング（ｔ１０，ｔ１１，ｔ１２等）が，図８のタイムチャートで示したように，図３のタイムチャートのｑ０１時間の前に終了するような分周比の設定と，ビット選択回路２０，２４に入力するビットを選択をすることが好ましい．なお，上記したｎ乗，ｍ乗，ｋ乗は，２のｎ乗，２のｍ乗，２のｋ乗を意味する．【００３６】  本発明は，上記の実施例の説明に何ら限定されるものではない．特許請求の範囲を逸脱せず，当事者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる．
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】  従前の技術で使用される水晶温度計の構成図．
【図２】  本発明による周波数変化測定法を適用する第１の構成図．
【図３】  本発明による周波数変化測定法を説明するためのタイムチャート．
【図４】  本発明による周波数変化測定法を適用する第２の構成図．
【図５】  本発明による周波数変化測定法を適用する第３の構成図．
【図６】  本発明による周波数変化測定法を適用する第１実施例．
【図７】  本発明による周波数変化測定法を適用する第２実施例．
【図８】  本発明による周波数変化測定法を説明するためのタイムチャート．
【図９】  本発明による温度変化測定装置の実施例．
【符号の説明】
【００３８】１  …  水晶振動子
２  …  発振回路
３，１２，１４  …  分周器
４  …  基準クロック発振器
５  …  ゲート回路
６，１８  …  カウンタ
７  …  マイクロコンピュータ
１１  …  被測定信号
１３  …  発振手段
１３Ａ  …  信号同期手段
１５  …  周期時間差発生回路
１６  …  基準発振器
１７  …  ラッチ信号発生回路
１９  …  演算手段
２０，２４  …  ビット選択回路
２１  …  電源
２２，３０  …  センサ部
２３，２３Ａ  …  データ処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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