(57)【要約】【課題】カウント値の精度を向上させることが可能なカウント値生成回路を提供すること。【解決手段】入力信号に同期して基準信号のエッジをカウントし第１のカウント値を生成する第１のカウント部と、前記基準信号と前記入力信号との位相差に対応する時間デジタル値を生成する時間デジタル値生成部と、前記第１のカウント値の整数倍と、前記時間デジタル値との差を出力するカウント積算値合成部と、前記カウント積算値合成部から出力される第１の出力値と第２の出力値との差分に基づいてカウント値を生成するカウント値生成部と、を含む、カウント値生成回路。【選択図】図１
2019191067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に同期して基準信号のエッジをカウントし第１のカウント値を生成する第１のカウント部と、
前記基準信号と前記入力信号との位相差に対応する時間デジタル値を生成する時間デジタル値生成部と、
前記第１のカウント値の整数倍と、前記時間デジタル値との差を出力するカウント積算値合成部と、
前記カウント積算値合成部から出力される第１の出力値と第２の出力値との差分に基づいてカウント値を生成するカウント値生成部と、
を含む、カウント値生成回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記時間デジタル値生成部は、
発振部と、
前記基準信号を基準にして前記発振部からの出力信号をカウントし、第２のカウント値を生成する第２のカウント部と、
前記第２のカウント値を積算して積算値を求め、前記時間デジタル値として出力するカウント値積算部と、
を含む、カウント値生成回路。
【請求項３】
請求項２において、
前記発振部の発振回数と、前記整数が等しい、カウント値生成回路。
【請求項４】
請求項３において、
ｎを正の整数としたとき、
前記発振部は、
２のｎ乗回だけ発振すると発振を停止する、カウント値生成回路。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のカウント値生成回路と、
前記入力信号を出力する物理量センサーと、
を含む、物理量センサーモジュール。
【請求項６】
請求項５において、
前記物理量センサーは、物理量として、質量、加速度、角速度、角加速度、静電容量及び温度の少なくともいずれかを検出する、物理量センサーモジュール。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の物理量センサーモジュールと、
構造物に取り付けられている前記物理量センサーモジュールからの検出信号を受信する受信部と、
前記受信部から出力された信号に基づいて、前記構造物の傾斜角度を算出する算出部と、
を含む、構造物監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カウント値生成回路、物理量センサーモジュール及び構造物監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、並列に構成された複数の周波数デルタシグマ変調部（ＦＤＳＭ：Frequency Delta Sigma Modulator）を用いて被測定信号を周波数デルタシグマ変調し、アイドルトーンを分散させた周波数デルタシグマ変調信号を出力する周波数カウンターが記載されている。この周波数デルタシグマ変調信号は、基準信号（基準クロック）の周波数と被測定信号の周波数との比に対応する信号である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２２０５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のように、並列に接続された複数のＦＤＳＭを用いたカウント方式の周波数カウンターは、位相の異なる複数の信号を動作クロックとして用いているので、クロックスキューが大きくなってしまい、カウント値の精度を向上させることが難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るカウント値生成回路の一態様は、
入力信号に同期して基準信号のエッジをカウントし第１のカウント値を生成する第１のカウント部と、
前記基準信号と前記入力信号との位相差に対応する時間デジタル値を生成する時間デジタル値生成部と、
前記第１のカウント値の整数倍と、前記時間デジタル値との差を出力するカウント積算値合成部と、
前記カウント積算値合成部から出力される第１の出力値と第２の出力値との差分に基づいてカウント値を生成するカウント値生成部と、
を含む。
【０００６】
前記カウント値生成回路の一態様において、
前記時間デジタル値生成部は、
発振部と、
前記基準信号を基準にして前記発振部からの出力信号をカウントし、第２のカウント値を生成する第２のカウント部と、
前記第２のカウント値を積算して積算値を求め、前記時間デジタル値として出力するカウント値積算部と、
を含んでもよい。
【０００７】
前記カウント値生成回路の一態様において、
前記発振部の発振回数と、前記整数が等しくてもよい。
【０００８】
前記カウント値生成回路の一態様は、
ｎを正の整数としたとき、
前記発振部は、
２のｎ乗回だけ発振すると発振を停止してもよい。
【０００９】
本発明に係る物理量センサーモジュールの一態様は、
前記カウント値生成回路の一態様と、
前記入力信号を出力する物理量センサーと、
を含む。
【００１０】
前記物理量センサーモジュールの一態様において、
前記物理量センサーは、物理量として、質量、加速度、角速度、角加速度、静電容量及び温度の少なくともいずれかを検出してもよい。
【００１１】
本発明に係る構造物監視装置の一態様は、
前記物理量センサーモジュールの一態様と、
構造物に取り付けられている前記物理量センサーモジュールからの検出信号を受信する受信部と、
前記受信部から出力された信号に基づいて、前記構造物の傾斜角度を算出する算出部と、
を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態のレシプロカルカウント値生成回路の構成例を示す図。
【図２】時間デジタル値生成部の構成例を示す図。
【図３】発振部の構成例を示す図。
【図４】レシプロカルカウント値生成回路におけるタイミングチャートの一例を示す図。
【図５】レシプロカルカウント値生成回路におけるタイミングチャートの一例を示す図。
【図６】物理量センサーモジュールの外観構成を示す斜視図。
【図７】物理量センサーモジュールの構成を示す分解斜視図。
【図８】加速度センサー素子の構成を示す斜視図。
【図９】加速度検出器の構成を示す断面図。
【図１０】本実施形態の構造物監視装置を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１４】
周知の通り、周波数カウンターのカウント方式には、直接カウント方式とレシプロカルカウント方式とがある。直接カウント方式では、基準信号と被測定信号のうち、基準信号を動作クロックとして用いる。レシプロカルカウント方式では、直接カウント方式とは逆に、被測定信号を動作クロックとして用いる。また、基準信号の周波数と被測定信号の周波数とを比較して、基準信号の周波数の方が低い場合は、直接カウント方式を採用し、被測定信号の周波数の方が低い場合は、レシプロカルカウント方式を採用することで、分解能をより高くして計測を行うことができると考えられている。したがって、被測定信号と基準信号のうち、周波数が低い方の信号を動作クロックとして用いる方式を採用するのが一般的である。
【００１５】
以下では、本発明に係るカウント値生成回路の一例として、レシプロカルカウント方式を用いたレシプロカルカウント値生成回路を例に挙げて説明する。
【００１６】
１．レシプロカルカウント値生成回路
本実施形態のレシプロカルカウント値生成回路は、基準クロック信号ＣＬＫを被測定信号Ｘでレシプロカルカウントすることにより、被測定信号Ｘがハイレベルの時間に対応するレシプロカルカウント値を生成する。
【００１７】
図１は、本実施形態のレシプロカルカウント値生成回路の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施形態のレシプロカルカウント値生成回路１は、カウント回路１１、Ｄフリップフロップ１２、乗算器２１、減算器２２、時間デジタル値生成部３０、カウント値保持制御部４０、Ｄフリップフロップ５１、減算器５２及びＤフリップフロップ５３を含む。なお、図１では図示の簡略化のため、Ｄフリップフロップ１２、Ｄフリップフロップ５１及びＤフリップフロップ５３はそれぞれ１つのみ図示されているが、実際には、Ｄフリップフロップ１２はＬ個存在し、Ｄフリップフロップ５１はＭ個存在し、Ｄフリップフロップ５３はＮ個存在する。
【００１８】
カウント回路１１は、基準クロック信号ＣＬＫのエッジの数をカウントする。本実施形態では、カウント回路１１は、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジの数をカウントし、Ｌビットのカウント値ＣＮＴ１を出力する。
【００１９】
Ｌ個のＤフリップフロップ１２は、被測定信号Ｘに同期してＬビットのカウント値ＣＮＴ１を取り込んで保持する。本実施形態では、Ｌ個のＤフリップフロップ１２は、被測定信号Ｘの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジに同期して、Ｌビットのカウント値ＣＮＴ１を取り込んでＬビットのカウント値ＤＣＮＴ１として保持する。具体的には、Ｌ個のＤフリップフロップ１２は、被測定信号Ｘの立ち上がりエッジが到来したときのカウント値ＣＮＴ１を取り込み、被測定信号Ｘの立ち下がりエッジが到来するまでカウント値ＤＣＮＴ１として保持する。また、Ｌ個のＤフリップフロップ１２は、被測定信号Ｘの立ち下がりエッジが到来したときのカウント値ＣＮＴ１を取り込み、被測定信号Ｘの立ち上がりエッジが到来するまでカウント値ＤＣＮＴ１として保持する。
【００２０】
なお、カウント回路１１及びＬ個のＤフリップフロップ１２は、被測定信号Ｘに同期して基準クロック信号ＣＬＫのエッジをカウントし、カウント値ＤＣＮＴ１を生成する第１のカウント部１０を構成する。
【００２１】
時間デジタル値生成部３０は、基準クロック信号ＣＬＫと被測定信号Ｘとの位相差に対応する時間デジタル値ＴＤを生成する。本実施形態では、時間デジタル値生成部３０は、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジと被測定信号Ｘの立ち上がりエッジとの位相差に対応するＭビットの時間デジタル値ＴＤを生成し、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジと被測定信号Ｘの立ち下がりエッジとの位相差に対応するＭビットの時間デジタル値ＴＤを生成する。時間デジタル値生成部３０の詳細な説明は後述する。
【００２２】
カウント値保持制御部４０は、基準クロック信号ＣＬＫと被測定信号Ｘに基づいて、クロック信号ＤＣＬＫ及びリセット信号ＲＳＴを生成する。例えば、カウント値保持制御部４０は、被測定信号Ｘがローレベルからハイレベルに変化し、又は、ハイレベルからローレベルに変化してから、基準クロック信号の立ち上がりエッジが所定回（例えば８回）到来したときにハイパルスとなるクロック信号ＤＣＬＫを生成する。また、例えば、カウント値保持制御部４０は、被測定信号Ｘがローレベルからハイレベルに変化してから、基準クロック信号の最初の立ち上がりエッジが到来したときにハイパルスとなるリセット信号ＲＳＴを生成する。
【００２３】
乗算器２１は、Ｌビットのカウント値ＤＣＮＴ１と整数ｋとの乗算を行う。すなわち、乗算器２１は、カウント値ＤＣＮＴ１のｋ倍であるＭビットの値を出力する。なお、整数ｋが２のｎ乗であれば、乗算器２１は、カウント値ＤＣＮＴ１をｎビットシフトする簡易な回路として実現することができる。
【００２４】
減算器２２は、乗算器２１から出力されるＭビットの値からＭビットの時間デジタル値ＴＤを減算し、Ｍビットのカウント値ＣＮＴ３を出力する。
【００２５】
なお、乗算器２１及び減算器２２は、第１のカウント部１０が生成するカウント値ＤＣＮＴ１の整数ｋ倍と、時間デジタル値生成部３０が生成する時間デジタル値ＴＤとの差を出力するレシプロカルカウント積算値合成部２０を構成する。
【００２６】
Ｍ個のＤフリップフロップ５１は、クロック信号ＤＣＬＫに同期してＭビットのカウント値ＣＮＴ３を取り込んで保持する。本実施形態では、Ｍ個のＤフリップフロップ５１は、リセット信号ＲＳＴがローレベルのとき、クロック信号ＤＣＬＫの立ち上がりエッジが到来すると、Ｍビットのカウント値ＣＮＴ３を取り込んでＭビットのカウント値ＤＣＮＴ３として保持する。また、Ｍ個のＤフリップフロップ５１は、リセット信号ＲＳＴがハイレベルのとき、カウント値ＤＣＮＴ３をゼロに初期化する。
【００２７】
減算器５２は、Ｍビットのカウント値ＣＮＴ３からＭビットのカウント値ＤＣＮＴ３を減算し、Ｎビットのカウント値ＣＮＴＸを出力する。
【００２８】
Ｎ個のＤフリップフロップ５３は、クロック信号ＤＣＬＫに同期してＮビットのカウント値ＣＮＴＸを取り込んで保持する。本実施形態では、Ｎ個のＤフリップフロップ５３は、リセット信号ＲＳＴがローレベルのとき、クロック信号ＤＣＬＫの立ち上がりエッジが到来すると、Ｎビットのカウント値ＣＮＴＸを取り込んでＮビットのレシプロカルカウント値ＣＮＴとして保持する。また、Ｎ個のＤフリップフロップ５３は、リセット信号ＲＳＴがハイレベルのとき、レシプロカルカウント値ＣＮＴをゼロに初期化する。このレシプロカルカウント値ＣＮＴは、被測定信号Ｘがハイレベルの時間に対応した値である。すなわち、レシプロカルカウント値ＣＮＴは、被測定信号Ｘがハイレベルの時間が長いほど大きな値となり、被測定信号Ｘがハイレベルの時間が短いほど小さな値となる。
【００２９】
Ｍ個のＤフリップフロップ５１、減算器５２及びＮ個のＤフリップフロップ５３は、レシプロカルカウント積算値合成部２０から出力されるカウント値ＣＮＴ３とカウント値ＤＣＮＴ３との差分に基づいてレシプロカルカウント値ＣＮＴを生成するレシプロカルカウント値生成部５０を構成する。なお、レシプロカルカウント値生成部５０は本発明における「カウント値生成部」の一例である。また、レシプロカルカウント値ＣＮＴは本発明における「カウント値」の一例である。
【００３０】
なお、被測定信号Ｘは本発明における「入力信号」の一例である。また、基準クロック信号ＣＬＫは本発明における「基準信号」の一例である。また、カウント値ＤＣＮＴ１は本発明における「第１のカウント値」の一例である。時間的に連続する２つのカウント値ＣＮＴ３のうち、先のカウント値ＣＮＴ１は本発明における「第１の出力値」の一例であり、後のカウント値ＣＮＴ１は本発明における「第２の出力値」の一例である。
【００３１】
図２は、時間デジタル値生成部３０の構成例を示す図である。図２に示すように、時間デジタル値生成部３０は、制御部３１、発振部３２、カウント回路３３、Ｄフリップフロップ３４、加算器３５及びＤフリップフロップ３６を含む。なお、図２では図示の簡略化のため、Ｄフリップフロップ３４及びＤフリップフロップ３６はそれぞれ１つのみ図示さ
れているが、実際には、Ｄフリップフロップ３４はＫ個存在し、Ｄフリップフロップ３６はＭ個存在する。
【００３２】
制御部３１は、被測定信号Ｘの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを検出してイネーブル信号ＥＮをアクティブ（例えば、ハイレベル）にして出力する。本実施形態では、イネーブル信号ＥＮはハイレベルがアクティブであるものとする。制御部３１は、イネーブル信号ＥＮをハイレベルにした後に、カウント回路３３から出力されるカウント値ＣＮＴ２に基づいて、発振部３２から出力されるクロック信号ＣＫの立ち上がりエッジの数が所定数まで達した場合にイネーブル信号ＥＮをハイレベルからローレベルに切り替える。また、制御部３１は、イネーブル信号ＥＮをハイレベルからローレベルに切り替えた後、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが所定回到来するとリセット信号ＲＳＴをアクティブにして出力する。本実施形態では、リセット信号ＲＳＴはハイレベルがアクティブであるものとする。制御部３１は、リセット信号ＲＳＴをハイレベルにした後に所定時間が経過した時点で、リセット信号ＲＳＴをハイレベルからローレベルに切り替える。イネーブル信号ＥＮは発振部３２に供給され、リセット信号ＲＳＴＸはカウント回路３３、Ｋ個のＤフリップフロップ３４及びＭ個のＤフリップフロップ３６に供給される。
【００３３】
発振部３２は、イネーブル信号ＥＮがハイレベルのときに発振し、イネーブル信号ＥＮがローレベルのときに発振を停止する。例えば、図３に示すように、発振部３２は、２入力の論理積回路３７及び論理反転回路３８を含む。論理積回路３７は、イネーブル信号ＥＮと論理反転回路３８の出力信号とが入力され、イネーブル信号ＥＮと論理反転回路３８の出力信号の論理積信号を出力する。論理反転回路３８は、論理積回路３７の出力信号が入力され、論理積回路３７の出力信号の論理反転信号を出力する。
【００３４】
カウント回路３３は、クロック信号ＣＫのエッジの数をカウントする。本実施形態では、カウント回路３３は、クロック信号ＣＫの立ち上がりエッジの数をカウントし、Ｋビットのカウント値ＣＮＴ２を出力する。
【００３５】
Ｋ個のＤフリップフロップ３４は、基準クロック信号ＣＬＫに同期してＫビットのカウント値ＣＮＴ２を取り込んで保持する。本実施形態では、Ｋ個のＤフリップフロップ３４は、リセット信号ＲＳＴがローレベルのとき、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが到来すると、Ｋビットのカウント値ＣＮＴ２を取り込んでＫビットのカウント値ＤＣＮＴ２として保持する。また、Ｋ個のＤフリップフロップ３４は、リセット信号ＲＳＴがハイレベルのとき、カウント値ＤＣＮＴ２をゼロに初期化する。
【００３６】
なお、カウント回路３３及びＫ個のＤフリップフロップ３４は、基準クロック信号ＣＬＫを基準にして発振部３２からの出力信号をカウントし、カウント値ＤＣＮＴ２を生成する第２のカウント部６０を構成する。カウント値ＤＣＮＴ２は本発明における「第２のカウント値」の一例である。
【００３７】
加算器３５は、Ｍ個のＤフリップフロップ３６が保持して出力するＭビットの値とＫ個のＤフリップフロップ３４が保持するＫビットのカウント値ＤＣＮＴ２とを加算してＭビットの計算値を出力する。
【００３８】
Ｍ個のＤフリップフロップ３６は、基準クロック信号ＣＬＫに同期してＫビットのカウント値ＣＮＴ２を取り込んで保持する。本実施形態では、Ｍ個のＤフリップフロップ３６は、リセット信号ＲＳＴがローレベルのとき、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが到来すると、加算器３５から出力されるＭビットの計算値を取り込んでＭビットの時間デジタル値ＴＤとして保持する。また、Ｍ個のＤフリップフロップ３６は、リセット信号ＲＳＴがハイレベルのとき、時間デジタル値ＴＤをゼロに初期化する。
【００３９】
なお、加算器３５及びＭ個のＤフリップフロップ３６は、カウント値ＤＣＮＴ２を積算して積算値を求め、時間デジタル値として出力するカウント値積算部７０を構成する。
【００４０】
次に、図４及び図５を用いて、レシプロカルカウント値生成回路１の詳細な動作を説明する。図４及び図５は、レシプロカルカウント値生成回路１におけるタイミングチャートの一例を示す図である。なお、図４及び図５の例では、乗算器２１に入力される整数ｋは３２である。
【００４１】
図４に示すように、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが到来する毎にカウント値ＣＮＴ１が１ずつ増えていく。そして、時刻ｔ０において、被測定信号Ｘがローレベルからハイレベルに遷移すると、この時のカウント値ＣＮＴ１が１０であるので、カウント値ＤＣＮＴ１が１０に変わり、カウント値ＣＮＴ３が３２０に変わる。また、被測定信号Ｘがローレベルからハイレベルに遷移すると、発振部３２の発振が開始し、クロック信号ＣＫの立ち上がりエッジが到来する毎にカウント値ＣＮＴ２が１ずつ増えていく。
【００４２】
時刻ｔ０から時間Ｐ１が経過した時刻ｔ１において、被測定信号Ｘがハイレベルに遷移した後の基準クロック信号ＣＬＫの最初の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期してカウント値ＤＣＮＴ２が０から４に変わる。また、当該エッジに同期してリセット信号ＲＳＴがローレベルからハイレベルに遷移し、カウント値ＤＣＮＴ３及びレシプロカルカウント値ＣＮＴが０に初期化される。その後、リセット信号ＲＳＴがハイレベルからローレベルに遷移し、カウント値ＤＣＮＴ３及びレシプロカルカウント値ＣＮＴの初期化動作が解除される。
【００４３】
時刻ｔ２において、基準クロック信号ＣＬＫの２番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期してカウント値ＤＣＮＴ２が４から１２に変わり、時間デジタル値ＴＤが０から４に変わる。また、当該エッジに同期してカウント値ＣＮＴ３が３２０から３１６に変わる。
【００４４】
時刻ｔ３において、基準クロック信号ＣＬＫの３番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、カウント値ＤＣＮＴ２が１２から２０に変わり、時間デジタル値ＴＤが４から１６に変わる。また、当該エッジに同期してカウント値ＣＮＴ３が３１６から３０４に変わる。
【００４５】
時刻ｔ４において、基準クロック信号ＣＬＫの４番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、カウント値ＤＣＮＴ２が２０から２９に変わり、時間デジタル値ＴＤが１６から３６に変わる。また、当該エッジに同期してカウント値ＣＮＴ３が３０４から２８４に変わる。その後、カウント値ＣＮＴ２が３２に達すると発振部３２の発振が停止し、カウント値ＣＮＴ２は３２に保持される。
【００４６】
時刻ｔ５において、基準クロック信号ＣＬＫの５番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、カウント値ＤＣＮＴ２が２９から３２に変わり、時間デジタル値ＴＤが３６から６５に変わる。また、当該エッジに同期してカウント値ＣＮＴ３が２８４から２５５に変わる。
【００４７】
時刻ｔ６において、基準クロック信号ＣＬＫの６番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、時間デジタル値ＴＤが６５から９７に変わり、カウント値ＣＮＴ３が２５５から２２３に変わる。なお、カウント値ＤＣＮＴ２は３２のまま変わらない。
【００４８】
時刻ｔ７において、基準クロック信号ＣＬＫの７番目の立ち上がりエッジが到来し、当
該エッジに同期して、時間デジタル値ＴＤが９７から１２９に変わり、カウント値ＣＮＴ３が２２３から１９１に変わる。なお、カウント値ＤＣＮＴ２は３２のまま変わらない。
【００４９】
時刻ｔ８において、基準クロック信号ＣＬＫの８番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、クロック信号ＤＣＬＫがローレベルからハイレベルに遷移し、カウント値ＤＣＮＴ３及びレシプロカルカウント値ＣＮＴが０から１９１に変わる。また、当該エッジに同期してリセット信号ＲＳＴＸがローレベルからハイレベルに遷移し、カウント値ＣＮＴ２、カウント値ＤＣＮＴ２及び時間デジタル値ＴＤが０に初期化される。時間デジタル値ＴＤが０に変わったため、カウント値ＣＮＴ３が１９１から３２０に変わる。その後、リセット信号ＲＳＴＸがハイレベルからローレベルに遷移し、カウント値ＣＮＴ２、カウント値ＤＣＮＴ２及び時間デジタル値ＴＤの初期化が解除される。
【００５０】
その後、時間が経過し、図５に示すように、時刻ｔ９において、基準クロック信号ＣＬＫの１１番目の立ち上がりエッジが到来し、カウント値ＣＮＴ１が２０から２１に変わる。そして、時刻ｔ１０において、被測定信号Ｘがハイレベルからローレベルに遷移すると、この時のカウント値ＣＮＴ１が２１であるので、カウント値ＤＣＮＴ１が１０から２１に変わり、カウント値ＣＮＴ３が３２０から６７２に変わる。また、被測定信号Ｘがハイレベルからローレベルに遷移すると、発振部３２の発振が開始し、クロック信号ＣＫの立ち上がりエッジが到来する毎にカウント値ＣＮＴ２が１ずつ増えていく。
【００５１】
時刻ｔ１０から時間Ｐ２が経過した時刻ｔ１１において、基準クロック信号ＣＬＫの１２番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期してカウント値ＤＣＮＴ２が０から６に変わる。
【００５２】
時刻ｔ１２において、基準クロック信号ＣＬＫの１３番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、カウント値ＤＣＮＴ２が６から１４に変わり、時間デジタル値ＴＤが０から６に変わる。また、当該エッジに同期してカウント値ＣＮＴ３が６７２から６６６に変わる。
【００５３】
時刻ｔ１３において、基準クロック信号ＣＬＫの１４番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、カウント値ＤＣＮＴ２が１４から２２に変わり、時間デジタル値ＴＤが６から２０に変わる。また、当該エッジに同期してカウント値ＣＮＴ３が６６６から６５２に変わる。
【００５４】
時刻ｔ１４において、基準クロック信号ＣＬＫの１５番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、カウント値ＤＣＮＴ２が２２から３１に変わり、時間デジタル値ＴＤが２０から４２に変わる。また、当該エッジに同期してカウント値ＣＮＴ３が６５２から６３０に変わる。その後、カウント値ＣＮＴ２が３２に達すると発振部３２の発振が停止し、カウント値ＣＮＴ２は３２に保持される。
【００５５】
時刻ｔ１５において、基準クロック信号ＣＬＫの１６番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、カウント値ＤＣＮＴ２が３１から３２に変わり、時間デジタル値ＴＤが４２から７３に変わる。また、当該エッジに同期してカウント値ＣＮＴ３が６３０から５９９に変わる。
【００５６】
時刻ｔ１６において、基準クロック信号ＣＬＫの１７番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、時間デジタル値ＴＤが７３から１０５に変わり、カウント値ＣＮＴ３が５９９から５６７に変わる。なお、カウント値ＤＣＮＴ２は３２のまま変わらない。
【００５７】
時刻ｔ１７において、基準クロック信号ＣＬＫの１８番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、時間デジタル値ＴＤが１０５から１３７に変わり、カウント値ＣＮＴ３が５６７から５３５に変わる。なお、カウント値ＤＣＮＴ２は３２のまま変わらない。
【００５８】
時刻ｔ１８において、基準クロック信号ＣＬＫの１９番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、クロック信号ＤＣＬＫがローレベルからハイレベルに遷移し、カウント値ＤＣＮＴ３が１９１から５３５に変わり、レシプロカルカウント値ＣＮＴが１９１から３４４に変わる。また、当該エッジに同期してリセット信号ＲＳＴＸがローレベルからハイレベルに遷移し、カウント値ＣＮＴ２、カウント値ＤＣＮＴ２及び時間デジタル値ＴＤが０に初期化される。時間デジタル値ＴＤが０に変わったため、カウント値ＣＮＴ３が５３５から６７２に変わる。その後、リセット信号ＲＳＴＸがハイレベルからローレベルに遷移し、カウント値ＣＮＴ２、カウント値ＤＣＮＴ２及び時間デジタル値ＴＤの初期化が解除される。
【００５９】
ここで、図５に示す時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの時間Ｐ２は、図４に示す時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間Ｐ１よりも長い。また、時刻ｔ１２から時刻ｔ１８までの各時刻における時間デジタル値ＴＤは、時刻ｔ２から時刻ｔ８までの各時刻における時間デジタル値ＴＤよりも大きい値となるように遷移している。したがって、被測定信号Ｘのエッジと基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジとの時間間隔が長いほど、時間デジタル値ＴＤが大きな値となる。そして、時刻ｔ７において変化した後の時間デジタル値ＴＤ、すなわち１２９は時間Ｐ１に対応し、時刻ｔ１７において変化した後の時間デジタル値ＴＤ、すなわち１３７は時間Ｐ２に対応している。
【００６０】
図４及び図５の例では、基準クロック信号ＣＬＫの１周期の時間をＴとすると、被測定信号がハイレベルの時間はＴ×（２１−１０）＋Ｐ１−Ｐ２＝（Ｔ×２１−Ｐ２）−（Ｔ×１０−Ｐ１）である。ここで、時刻ｔ７において変化した後のカウント値ＣＮＴ３、すなわち１９１（＝３２×１０−１２９）は（Ｔ×１０−Ｐ１）に対応し、時刻ｔ１７において変化した後のカウント値ＣＮＴ３、すなわち５３５（＝３２×２１−１３７）は（Ｔ×２１−Ｐ２）に対応する。したがって、時刻ｔ１８において変化した後のレシプロカルカウント値ＣＮＴ、すなわち３４４（＝５３５−１９１）は被測定信号がハイレベルの時間に対応する。
【００６１】
このように、本実施形態のレシプロカルカウント値生成回路１によれば、位相の異なる複数の被測定信号を用いることなく被測定信号がハイレベルの時間に対応するレシプロカルカウント値ＣＮＴを求めるので、レシプロカルカウント値ＣＮＴの精度を向上させることができる。
【００６２】
また、本実施形態のレシプロカルカウント値生成回路１によれば、第１のカウント部１０、レシプロカルカウント積算値合成部２０、時間デジタル値生成部３０及びレシプロカルカウント値生成部５０を用いた簡易な構成で実現可能であり、時間デジタル値生成部３０も発振部３２と第２のカウント部６０とを用いた簡易な構成で実現可能であるので、回路面積を低減させることができる。
【００６３】
また、図４及び図５の例では、発振部３２は３２回発振すると停止し、カウント値ＤＣＮＴ２が３２に保持されるので、発振部３２が停止した後、基準クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが到来する毎に時間デジタル値ＴＤは３２ずつ増える。一方、整数ｋは発振回数と同じ３２であるため、第１のカウント部１０のカウント値ＤＣＮＴ１のｋ倍と時間デジタル値ＴＤの整合性が取れるので、これらの差分により求まるレシプロカルカウント値ＣＮＴの精度が高まる。このように、発振部３２の発振回数と整数ｋが等しいことが
好ましい。さらに、このとき、発振部３２の発振回数、すなわち整数ｋは、２のｎ乗（ｎは正の整数）であることが好ましい。このようにすれば、乗算器２１は、カウント値ＤＣＮＴ１をｎビットシフトする簡易な回路として実現することができる。
【００６４】
なお、本実施形態のレシプロカルカウント値生成回路１は、被測定信号Ｘがハイレベルの時間に対応するレシプロカルカウント値を生成しているが、被測定信号Ｘがローレベルの時間に対応するレシプロカルカウント値を生成してもよいし、被測定信号Ｘの２つの立ち上がりエッジ又は２つの立ち下がりエッジの時間間隔に対応するレシプロカルカウント値を生成してもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では基準信号ＣＬＫの周波数よりも被測定信号Ｘの周波数が低いことからレシプロカルカウント方式を採用しているが、本発明はレシプロカルカウント方式に限定するものではなく、被測定信号を図１のＣＬＫ入力として、基準信号を図１のＸ入力としてそれぞれ入力して動作させても同様の効果が得られる。ゆえに、本発明は、周波数の大小に関わらず「レシプロカルカウント方式」ではなく「直接カウント方式」を採用しても良い。
【００６６】
２．物理量センサーモジュール
本実施形態の物理量センサーモジュールは、上記実施形態のレシプロカルカウント値生成回路１と、レシプロカルカウント値生成回路１の入力信号である被測定信号Ｘを出力する物理量センサーと、を含み、物理量の検出データを組み込んだパケットデータを出力する。以下では、物理量センサーが物理量として加速度を検出する加速度センサーである物理量センサーモジュール１００を例に挙げて説明する。
【００６７】
図６は、物理量センサーモジュール１００が固定される被装着面側から見た場合の物理量センサーモジュール１００の構成を示す斜視図である。以下の説明において、平面視で長方形をなす物理量センサーモジュール１００の長辺に沿った方向をＸ軸方向、平面視でＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、物理量センサーモジュール１００の厚さ方向をＺ軸方向として説明する。
【００６８】
物理量センサーモジュール１００は、平面形状が長方形の直方体であり、例えば、Ｘ軸方向に沿った長辺の長さが約５０ｍｍ、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に沿った短辺の長さが約２４ｍｍ、厚さが約１６ｍｍのサイズである。一方の長辺のそれぞれの端部近傍の２箇所および他方の長辺の中央部の１箇所には、ネジ穴１０３が形成されている。この３箇所のネジ穴１０３のそれぞれに、固定ネジを通して、例えば橋梁や掲示板などの構造物の被装着体（装置）の被装着面に、固定した状態で使用される。
【００６９】
図６に示すように、物理量センサーモジュール１００の被装着面側からみた表面には、開口部１２１が設けられている。開口部１２１の内部には、プラグ型のコネクター１１６が配置されている。コネクター１１６は、２列に配置された複数のピンを有しており、それぞれの列において、複数のピンがＹ軸方向に配列されている。コネクター１１６には、被装着体から不図示のソケット型のコネクターが接続され、物理量センサーモジュール１００の駆動電圧や、検出データ等の電気信号の送受信が行われる。
【００７０】
図７は、物理量センサーモジュール１００の分解斜視図である。図７に示すように、物理量センサーモジュール１００は、容器１０１、蓋部１０２、シール部材１４１及び回路基板１１５などから構成されている。詳述すれば、物理量センサーモジュール１００は、容器１０１の内部に、固定部材１３０を介在させて、回路基板１１５を取り付け、容器１０１の開口を、緩衝性を有するシール部材１４１を介した蓋部１０２によって覆った構成となっている。
【００７１】
容器１０１は、例えばアルミニウムを用い、内部空間を有する箱状に成形された回路基板１１５の収容容器である。容器１０１は、アルミニウムを削り出したり、もしくはダイキャスト法（金型鋳造法）を用いたりして形成することができる。なお、容器１０１の材質は、アルミニウムに限定するものではなく、亜鉛やステンレスなど他の金属や、樹脂、又は金属と樹脂の複合材などを用いても良い。容器１０１の外形は、前述した物理量センサーモジュール１００の全体形状と同様に、平面形状が略長方形の直方体であり、一方の長辺の両端部近傍の２箇所、及び他方の長辺の中央部の１箇所に、固定突起部１０４が設けられている。この固定突起部１０４のそれぞれには、ネジ穴１０３が形成されている。ここで、一方の長辺の両端部近傍の２箇所に設けられている固定突起部１０４は、短辺と長辺との交差部を含み、平面視で略三角形状をなしている。また、他方の長辺の中央部の１箇所に設けられている固定突起部１０４は、平面視で容器１０１の内部空間側に向いた略台形形状をなしている。
【００７２】
容器１０１は、外形が直方体で一方に開口した箱状である。容器１０１の内部は、底壁１１２と側壁１１１とで囲まれた内部空間（収容空間）となっている。換言すれば、容器１０１は、底壁１１２と対向する一面を開口面１２３とする箱状であり、回路基板１１５の外縁が側壁１１１の内面１２２に沿うように配置（収容）され、開口を覆うように蓋部１０２が固定される。ここで、底壁１１２と対向する開口面１２３とは、蓋部１０２が載置される面である。開口面１２３には、容器１０１の一方の長辺の両端部近傍の２箇所および他方の長辺の中央部の１箇所において、固定突起部１０４が立設されている。そして、固定突起部１０４の上面（−Ｚ方向に露出する面）が、容器１０１の上面と同一面となる。
【００７３】
また、容器１０１の内部空間には、他方の長辺の中央部に設けられた固定突起部１０４と対向する一方の長辺の中央部であって、底壁１１２から開口面１２３にかけて側壁１１１から内部空間側に突出する突起部１２９が設けられている。突起部１２９の上面（開口面１２３と同一面）には、雌ネジ１７４が設けられている。蓋部１０２は、貫通孔１７６に挿通されるネジ１７２と雌ネジ１７４とによって、容器１０１にシール部材１４１を介して固定される。ここで、他方の長辺の中央部に設けられた固定突起部１０４は、突起部１２９と同様に、底壁１１２から開口面１２３にかけて側壁１１１から内部空間側に突出する構成としても良い。なお、突起部１２９および固定突起部１０４は、後述する回路基板１１５の括れ部１３３，１３４に対向する位置に設けられる。
【００７４】
容器１０１の内部空間には、底壁１１２から開口面１２３側に向かって一段高い段状に突出する第１の台座１２７および第２の台座１２５が設けられている。第１の台座１２７は、回路基板１１５に取り付けられたプラグ型（オス）のコネクター１１６の配置領域と対向する位置に設けられており、プラグ型（オス）のコネクター１１６が挿入される開口部１２１（図６参照）が設けられている。第１の台座１２７は、回路基板１１５を容器１０１に固定するための台座として機能する。なお、開口部１２１は、容器１０１の内部（内側）と外部とを貫通している。
【００７５】
第２の台座１２５は、長辺の中央部に位置する固定突起部１０４および突起部１２９に対して第１の台座１２７と反対側に位置し、固定突起部１０４および突起部１２９の近傍に設けられている。なお、第２の台座１２５は、固定突起部１０４および突起部１２９の何れかと連結されていても良い。第２の台座１２５は、固定突起部１０４および突起部１２９に対して第１の台座１２７と反対側において、回路基板１１５を容器１０１に固定するための台座として機能する。
【００７６】
なお、容器１０１の外形は、平面形状が略長方形の直方体で蓋のない箱状であるとして
説明したが、これに限らず、容器１０１の外形の平面形状が、正方形、六角形、八角形などであっても良い。また、容器１０１の外形の平面形状において、多角形の頂点部分の角が面取りされていてもよく、さらに、各辺のいずれかが曲線からなる平面形状であっても良い。また、容器１０１の内部の平面形状も、上述した形状に限らず、他の形状であっても良い。さらに、容器１０１の外形と内部との平面形状は、相似形であっても良いし、相似形でなくても良い。
【００７７】
回路基板１１５は、複数のスルーホールなどが形成された多層基板であり、ガラスエポキシ基板を用いている。なお、回路基板１１５は、ガラスエポキシ基板に限定されるものではなく、複数の物理量センサーや、電子部品、コネクターなどを搭載可能なリジット基板であればよく、例えば、コンポジット基板や、セラミック基板を用いても良い。
【００７８】
回路基板１１５は、底壁１１２側の第２面１１５ｒと第２面１１５ｒと表裏の関係である第１面１１５ｆとを有する。回路基板１１５の第１面１１５ｆには、処理部としての制御ＩＣ１１９と物理量センサーとしての加速度センサー１１８ｘ，１１８ｙ，１１８ｚとが搭載されている。また、回路基板１１５の第２面１１５ｒには、コネクター１１６が搭載されている。なお、図示およびその説明は省略するが、回路基板１１５には、その他の配線や端子電極などが設けられていてもよい。
【００７９】
回路基板１１５は、平面視で、容器１０１の長辺に沿ったＸ軸方向の中央部に、回路基板１１５の外縁が括れている括れ部１３３，１３４を備える。括れ部１３３，１３４は、平面視で、回路基板１１５のＹ軸方向の両側に設けられ、回路基板１１５の外縁から中央に向かって括れておいる。また、括れ部１３３，１３４は、容器１０１の突起部１２９および固定突起部１０４に対向して設けられている。
【００８０】
回路基板１１５は、第２面１１５ｒを第１の台座１２７、および第２の台座１２５に向けて容器１０１の内部空間に挿入される。そして、回路基板１１５は、第１の台座１２７と、第２の台座１２５とによって、容器１０１に支持されている。
【００８１】
物理量として加速度を検出する加速度センサー１１８ｘ，１１８ｙ，１１８ｚは、それぞれ１軸方向の加速度を検出する。具体的には、加速度センサー１１８ｘは、Ｘ軸方向にパッケージの表裏面が向くように、且つ回路基板１１５の第１面１１５ｆに側面を対向させて立設される。そして、加速度センサー１１８ｘは、Ｘ軸方向に加わる加速度を検出する。加速度センサー１１８ｙは、Ｙ軸方向にパッケージの表裏面が向くように、且つ回路基板１１５の第１面１１５ｆに側面を対向させて立設される。そして、加速度センサー１１８ｙは、Ｙ軸方向に加わる加速度を検出する。加速度センサー１１８ｚは、Ｚ軸方向にパッケージの表裏面が向くように、即ちパッケージの表裏面が回路基板１１５の第１面１１５ｆと正対するように設けられる。そして、加速度センサー１１８ｚは、Ｚ軸方向に加わる加速度を検出する。
【００８２】
処理部としての制御ＩＣ１１９は、図示しない配線を介して加速度センサー１１８ｘ，１１８ｙ，１１８ｚと電気的に接続されている。また、制御ＩＣ１１９は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、上記実施形態のレシプロカルカウント値生成回路１、不揮発性メモリーを含む記憶部等を内蔵し、物理量センサーモジュール１００の各部を制御するとともに、加速度センサー１１８ｘ，１１８ｙ，１１８ｚの出力信号に基づいて検出データを生成し、検出データを組み込んだパケットデータを生成する。記憶部には、加速度を検出するための順序と内容を規定したプログラム、検出データをパケットデータに組込むプログラム、及び付随するデータ等が記憶されている。なお、図示を省略するが、回路基板１１５には、その他複数の電子部品等が搭載されていてもよい。
【００８３】
ここで、加速度センサー１１８ｘ，１１８ｙ，１１８ｚの構成について、図８および図９を用いて説明する。
【００８４】
図８は、加速度を検出するためのセンサー素子の概略構成を説明する斜視図である。図９は、加速度を検出するセンサー素子を用いた加速度検出器の概略構成を説明する断面図である。
【００８５】
なお、図８では、互いに直交する３つの軸として、ｘ軸、ｙ’軸、ｚ’軸を図示している。各軸は、加速度センサーの基材として用いる圧電体材料である水晶の電気軸としてのｘ軸、機械軸としてのｙ軸、光学軸としてのｚ軸からなる直交座標系において、ｘ軸を回転軸として、ｚ軸をｙ軸の−ｙ方向へ＋ｚ側が回転するように回転角度φ（好ましくは、−５°≦φ≦１５°）だけ傾けた軸をｚ’軸、ｙ軸をｚ軸の＋ｚ方向へ＋ｙ側が回転するように回転角度φだけ傾けた軸をｙ’軸としたとき、ｘ軸およびｙ’軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、当該平面と直交するｚ’軸方向に所定の厚さｔを有した所謂水晶ｚ板（ｚ’板）を基材として用いた例を説明する。なお、ｚ’軸は、加速度センサー１１８ｘ，１１８ｙ，１１８ｚにおいて、重力が作用する方向に沿っている軸としている。
【００８６】
まず、図８を用いて、加速度を検出するセンサー素子２００の構成について説明する。センサー素子２００は、基部２１０などを含む基板構造体２０１と、基板構造体２０１に接続され、物理量を検出する加速度検出素子２７０と、質量部２８０，２８２とを有する。
【００８７】
センサー素子２００の基板構造体２０１は、基部２１０、基部２１０に継手部２１２を介して連結している可動部２１４、連結部２４０、および基部２１０に連結して設けられている第１支持部２２０、第２支持部２３０、第３支持部２５０及び第４支持部２６０を備える。ここで、第３支持部２５０と第４支持部２６０とは、連結部２４０の配置されている側で連結されている。
【００８８】
基板構造体２０１は、圧電材料である水晶の原石などから上述のように所定の角度で切り出された水晶ｚ板（ｚ’板）の水晶基板を用いている。当該水晶基板をパターニングすることにより、基板構造体２０１としてこれらが一体に形成されている。また、パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術、およびウェットエッチング技術を用いることができる。
【００８９】
基部２１０は、継手部２１２を介して可動部２１４と接続され、可動部２１４を支持する。基部２１０は、継手部２１２を介した可動部２１４と、可動部の継手部２１２の位置する側とは反対側に位置する連結部２４０と、第１支持部２２０および第２支持部２３０と、連結部２４０側で連結されている第３支持部２５０および第４支持部２６０と、に接続されている。
【００９０】
継手部２１２は、基部２１０と可動部２１４との間に設けられ、基部２１０及び可動部２１４と接続されている。継手部２１２の厚さ（ｚ’軸方向の長さ）は、基部２１０の厚さ、及び可動部２１４の厚さと比して薄く（短く）設けられており、ｘ軸方向からの断面視で、くびれ状に形成されている。継手部２１２は、例えば、継手部２１２を含む基板構造体２０１を、所謂ハーフエッチングすることで、厚みの薄い薄肉部として形成されている。継手部２１２は、可動部２１４が基部２１０に対して変位（回動）する際に、支点（中間ヒンジ）としてｘ軸方向に沿った回転軸としての機能を有している。
【００９１】
可動部２１４は、基部２１０に継手部２１２を介して接続されている。可動部２１４は
、その形状が板状であり、ｚ’軸方向に沿って互いに対向し表裏の関係である主面２１４ａ，２１４ｂを有する。可動部２１４は、主面２１４ａ，２１４ｂと交差する方向（ｚ’軸方向）に加わる物理量である加速度に応じて、継手部２１２を支点（回転軸）として主面２１４ａ，２１４ｂと交差する方向（ｚ’軸方向）に変位する。
【００９２】
連結部２４０は、後述する第３支持部２５０が設けられている＋ｘ方向側の基部２１０からｘ軸方向に沿って可動部２１４を囲む様に延在し、後述する第４支持部２６０が設けられている−ｘ方向側の基部２１０に接続して設けられている。
【００９３】
第１支持部２２０及び第２支持部２３０は、加速度検出素子２７０を中心にして対称に設けられている。また、第３支持部２５０及び第４支持部２６０は、加速度検出素子２７０を中心に対称に設けられている。そして、第１支持部２２０、第２支持部２３０、第３支持部２５０及び第４支持部２６０において、基板構造体２０１が被固定部に支持される。
【００９４】
加速度検出素子２７０は、基部２１０と可動部２１４とに接続されている。換言すると、加速度検出素子２７０は、基部２１０と可動部２１４とに跨がるように設けられている。加速度検出素子２７０は、振動部としての振動梁部２７１ａ，２７１ｂと、第１の基部２７２ａと第２の基部２７２ｂと、を有する。第１の基部２７２ａと第２の基部２７２ｂが基部２１０に接続されている加速度検出素子２７０では、例えば、可動部２１４が物理量に応じて変位することで、振動梁部２７１ａ，２７１ｂに応力が生じ、振動梁部２７１ａ，２７１ｂに発生する物理量検出情報が変化する。換言すると、振動梁部２７１ａ，２７１ｂの振動周波数（共振周波数）が変化する。なお、本実施形態における加速度検出素子２７０は、２本の振動梁部２７１ａ，２７１ｂ、第１の基部２７２ａ及び第２の基部２７２ｂを有する双音叉素子（双音叉型振動素子）である。ここで、振動部としての振動梁部２７１ａ，２７１ｂは、振動腕、振動ビーム、又は柱状ビーム等と称されることもある。
【００９５】
加速度検出素子２７０には、圧電材料である水晶の原石などから、上述した基板構造体２０１と同様に、所定の角度で切り出された水晶ｚ板（ｚ’板）の水晶基板が用いられる。加速度検出素子２７０は、当該水晶基板を、フォトリソグラフィー技術、およびエッチング技術によってパターニングすることで形成されている。これにより、振動梁部２７１ａ，２７１ｂ、第１の基部２７２ａ及び第２の基部２７２ｂを、一体に形成することができる。
【００９６】
なお、加速度検出素子２７０の材質は、前述の水晶基板に限定されるものではない。加速度検出素子２７０の材質としては、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の圧電材料、また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体（圧電材料）皮膜を備えたシリコンなどの半導体材料を用いることができる。この場合、基板構造体２０１と加速度検出素子２７０とは、同様の材料が用いられることが好ましい。
【００９７】
なお、図示および説明を省略するが、加速度検出素子２７０には、引き出し電極や励振電極が設けられていてもよい。
【００９８】
質量部２８０，２８２は、可動部２１４の主面２１４ａと、主面２１４ａと表裏の関係で裏面となる主面２１４ｂと、に設けられている。詳細には、質量部２８０，２８２は、質量接合材（不図示）を介して主面２１４ａおよび主面２１４ｂに設けられている。質量部２８０，２８２の材質としては、例えば、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）などの金属が挙げら
れる。
【００９９】
また、本実施形態では、加速度検出素子２７０は、振動部を振動梁部２７１ａ，２７１ｂの２つの柱状ビームにより構成した双音叉振動子（双音叉型振動素子）により構成したが、これを１つの柱状ビーム（シングルビーム）により構成することもできる。
【０１００】
次に、図９を用いて、上述した加速度を検出するセンサー素子２００を用いた加速度検出器３００の構成について説明する。
【０１０１】
加速度検出器３００には、図９に示すように、上述したセンサー素子２００が搭載されている。加速度検出器３００は、センサー素子２００及びパッケージ３１０を有する。また、パッケージ３１０は、パッケージベース３２０及びリッド３３０を有する。そして、加速度検出器３００のパッケージ３１０に、センサー素子２００が収容される。具体的には、パッケージベース３２０と、リッド３３０とが接続されて設けられた空間３１１に、センサー素子２００が収容されている。
【０１０２】
パッケージベース３２０には、凹部３２１を有し、当該凹部３２１内にセンサー素子２００が設けられている。パッケージベース３２０の形状は、凹部３２１内にセンサー素子２００を収容することができればよく、特に限定されない。本実施形態におけるパッケージベース３２０としては、例えば、セラミックス、水晶、ガラス、シリコンなどの材料を用いることができる。
【０１０３】
パッケージベース３２０は、パッケージベース３２０の凹部の内側の底面である内底面３２２から、リッド３３０側に突出した段差部３２３を有する。段差部３２３は、例えば、凹部３２１の内壁に沿って設けられている。段差部３２３には、複数の内部端子３４０ｂが設けられている。
【０１０４】
内部端子３４０ｂは、センサー素子２００の第１支持部２２０、第２支持部２３０、第３支持部２５０、および第４支持部２６０の各固定部に設けられた固定部接続端子３７９ｂと平面視において重なる位置に対向して設けられている。内部端子３４０ｂは、例えば、金属フィラーなどの導電性物質を含むシリコーン樹脂系の導電性接着剤３４３を用いて、固定部接続端子３７９ｂと電気的に接続されている。このように、センサー素子２００は、パッケージベース３２０に実装され、パッケージ３１０内に収容される。
【０１０５】
パッケージベース３２０において、内底面３２２の反対側の面である外底面３２４には、外部の部材に実装される際に用いられる外部端子３４４が設けられている。外部端子３４４は、図示しない内部配線を介して内部端子３４０ｂと電気的に接続されている。
【０１０６】
内部端子３４０ｂ、および外部端子３４４は、例えば、タングステン（Ｗ）等のメタライズ層に、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などの皮膜をメッキなどの方法により積層した金属膜で構成されている。
【０１０７】
パッケージベース３２０には、凹部３２１の底部にパッケージ３１０の内部を封止する封止部３５０が設けられている。封止部３５０は、パッケージベース３２０に形成された貫通孔３２５内に設けられている。貫通孔３２５は、外底面３２４から内底面３２２まで貫通している。図９に示す例では、貫通孔３２５は、外底面３２４側の孔径が内底面３２２側の孔径より大きい段付きの形状を有している。封止部３５０は、貫通孔３２５に、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）合金、ハンダ等からなる封止材を配置し、加熱溶融後、固化させることで形成される。封止部３５０は、パッケージ３１０の内部を気密に封止するために設けるものである。
【０１０８】
リッド３３０は、パッケージベース３２０の凹部３２１を覆って設けられている。リッド３３０の形状は、例えば、板状である。リッド３３０としては、例えば、パッケージベース３２０と同じ材料や、鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）との合金、ステンレス鋼などの金属を用いることができる。リッド３３０は、リッド接合部材３３２を介して、パッケージベース３２０に接合されている。リッド接合部材３３２としては、例えば、シームリング、低融点ガラス、無機系接着剤等を用いることができる。
【０１０９】
リッド３３０をパッケージベース３２０に接合した後、パッケージ３１０の内部が減圧された状態（真空度の高い状態）で、貫通孔３２５内に封止材を配置し、加熱溶融後、固化させて封止部３５０を設けることによって、パッケージ３１０内を気密に封止することができる。パッケージ３１０の内部は、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填されていても良い。
【０１１０】
加速度検出器３００において、外部端子３４４、内部端子３４０ｂ、固定部接続端子３７９ｂなどを経由して、センサー素子２００の励振電極に駆動信号が与えられると、センサー素子２００の振動梁部２７１ａ，２７１ｂは、所定の周波数で振動する。そして、加速度検出器３００は、印加される加速度に応じて変化するセンサー素子２００の共振周波数を出力信号として出力する。加速度検出器３００を、前述した物理量センサーモジュール１００の加速度センサー１１８ｘ，１１８ｙ，１１８ｚとして用いることができ、加速度センサー１１８ｘ，１１８ｙ，１１８ｚは、それぞれ、印加される加速度に応じた周波数の被測定信号Ｘを出力する。
【０１１１】
以上に説明した本実施形態の物理量センサーモジュール１００によれば、精度の高いレシプロカルカウント値を生成可能なレシプロカルカウント値生成回路１を含むので、物理量を高精度に検出することができる。
【０１１２】
以上では、物理量センサーとして加速度センサー１１８ｘ，１１８ｙ，１１８ｚを備えた物理量センサーモジュール１００を例に説明したが、質量、角速度、角加速度、静電容量及び温度の少なくともいずれかを物理量として検出する物理量センサーを備えた物理量センサーモジュールであってもよい。
【０１１３】
物理量として質量を検出する質量センサーには、微小質量変化を計測する手法として、水晶振動子マイクロバランス法（ＱＣＭ：Quartz Crystal Microbalance）が知られている。このような質量センサーでは、水晶振動子電極面への付着物質量が増えると水晶振動子の発振周波数が減少し、付着物質量が減少すると発振周波数が増加することを利用している。以上のような質量センサーの検出感度は、Sauerbreyの式で算出することができ、例えば、２７ＭＨｚの基本振動数を持つＡＴカット水晶振動子の場合、１Ｈｚの振動数の減少が電極表面上における０．６２ｎｇ／ｃｍ２の質量増加に対応する。
【０１１４】
また、物理量として角速度又は角加速度を検出する角速度センサーは、角速度Ωで回っている観測点から、一定の角速度ωで回っている物体を観測した場合に、その物体の角速度が「ω−Ω」に見えることを利用して、角速度を検出する。このような角速度センサーでは、電極を用いて円盤状の質量を静電駆動することで固有振動数を持つ波を周回させた状態でセンサー素子が角加速度を受けると、電極から観測される見かけの共振周波数が変化することが利用される。以上のような角速度センサーでは、原理的にバンド幅の制限がなく、例えば、周波数計測に係る技術や非線形性補正に係る技術の高精度化が、検出感度の高感度化に直結する。
【０１１５】
また、物理量として静電容量を検出する静電容量センサーでは、基準抵抗と被測定静電
容量を用いてＲＣ発振させ、発振周波数を計測することで被測定静電容量の計測を行うことができる。そして、被測定静電容量が変化すると、ＲＣで与えられる時定数が変化し、発振周波数がシフトすることを利用する。また、静電容量センサーにおいて、被測定静電容量とは別に基準静電容量を用意し、基準抵抗と基準静電容量を用いてＲＣ発振させ、これを基準発振周波数とし、先の発振周波数との差分を検出する機構とすることで、各種の誤差要因を排除することができる。
【０１１６】
また、物理量として温度を検出する温度センサーでは、サーミスタと基準静電容量を用いてＲＣ発振させ、発振周波数を計測することで温度計測を行うことができる。そして、サーミスタの抵抗値が温度により変化すると、ＲＣで与えられる時定数が変化し、発振周波数がシフトすることを利用する。また、温度センサーにおいて、サーミスタとは別に基準抵抗を用意し、基準抵抗と基準静電容量を用いてＲＣ発振させ、これを基準発振周波数とし、先の発振周波数との差分を検出する機構とすることで、各種の誤差要因を排除することができる。
【０１１７】
以上のような各種の物理量を検出する物理量センサーを備えた物理量センサーモジュール１００においても、精度の高いレシプロカルカウント値を生成可能なレシプロカルカウント値生成回路１を含むので、物理量を高精度に検出することができる。
【０１１８】
３．構造物監視装置（ＳＨＭ：Structural Health Monitoring）
図１０は、本実施形態に係る構造物監視装置の構成図である。図１０に示すように、本実施形態に係る構造物監視装置５００は、上記実施形態の物理量センサーモジュール１００と同じ機能を有し、監視対象とされる構造物５９０に取り付けられる物理量センサーモジュール５１０を有する。物理量センサーモジュール５１０は、検出信号を送信する送信部５１１を含む。送信部５１１は、物理量センサーモジュール５１０とは別体の通信モジュール及びアンテナとして実現しても良い。
【０１１９】
物理量センサーモジュール５１０は、無線又は有線の通信網５８０を介して、例えば監視コンピューター５７０と接続される。監視コンピューター５７０は、通信網５８０を介して物理量センサーモジュール５１０と接続される受信部５２０と、受信部５２０から出力される受信信号に基づいて構造物５９０の傾斜角度を算出する算出部５３０と、を有する。
【０１２０】
算出部５３０は、本実施形態では監視コンピューター５７０に搭載されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等で実現することとする。ただし、算出部５３０をＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーとして、当該プロセッサーがＩＣメモリー５３１に記憶されたプログラムを演算処理することによりソフトウェア的に実現する構成としてもよい。監視コンピューター５７０は、キーボード５４０によりオペレーターの各種操作入力を受け付け、演算処理の結果をタッチパネル５５０に表示することができる。
【０１２１】
本実施形態の構造物監視装置５００によれば、上記実施形態の物理量センサーモジュール１００と同じ機能を有する物理量センサーモジュール５１０を利用して構造物５９０の傾斜を監視している。そのため、物理量センサーモジュール１００の作用効果である高精度な物理量（加速度や角速度等）の検出を利用することができ、監視対象である構造物５９０の傾斜を精度良く検出することが可能となって、構造物５９０の監視品質を向上させることができる。
【０１２２】
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【０１２３】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【０１２４】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１２５】
１…レシプロカルカウント値生成回路、１０…第１のカウント部、１１…カウント回路、１２…Ｄフリップフロップ、２０…レシプロカルカウント積算値合成部、２１…乗算器、２２…減算器、３０…時間デジタル値生成部、３１…制御部、３２…発振部、３３…カウント回路、３４…Ｄフリップフロップ、３５…加算器、３６…Ｄフリップフロップ、３７…論理積回路、３８…論理反転回路、４０…カウント値保持制御部、５０…レシプロカルカウント値生成部、５１…Ｄフリップフロップ、５２…減算器、５３…Ｄフリップフロップ、６０…第２のカウント部、７０…カウント値積算部、１００…物理量センサーモジュール、１０１…容器、１０２…蓋部、１０３…ネジ穴、１０４…固定突起部、１１１…側壁、１１２…底壁、１１５…回路基板、１１５ｆ…第１面、１１５ｒ…第２面、１１６…コネクター、１１８ｘ，１１８ｙ，１１８ｚ…加速度センサー、１１９…制御ＩＣ、１２１…開口部、１２２…内面、１２３…開口面、１２５…第２の台座、１２７…第１の台座、１２９…突起部、１３０…固定部材、１３３，１３４…括れ部、１４１…シール部材、１７２…ネジ、１７４…雌ネジ、１７６…貫通孔、２００…センサー素子、２０１…基板構造体、２１０…基部、２１２…継手部、２１４…可動部、２１４ａ，２１４ｂ…主面、２２０…第１支持部、２３０…第２支持部、２４０…連結部、２５０…第３支持部、２６０…第４支持部、２７０…加速度検出素子、２７１ａ，２７１ｂ…振動梁部、２７２ａ…第１の基部、２７２ｂ…第２の基部、２８０，２８２…質量部、３００…加速度検出器、３１０…パッケージ、３１１…空間、３２０…パッケージベース、３２１…凹部、３２２…内底面、３２３…段差部、３２４…外底面、３２５…貫通孔、３３０…リッド、３４０ｂ…内部端子、３４３…導電性接着剤、３４４…外部端子、３５０…封止部、３７９ｂ…固定部接続端子、５００…構造物監視装置、５１０…物理量センサーモジュール、５１１…送信部、５２０…受信部、５３０…算出部、５３１…ＩＣメモリー、５４０…キーボード、５５０…タッチパネル、５７０…監視コンピューター、５８０…通信網、５９０…構造物
【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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【図１０】
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