(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測信号の，既知の期間あたりの繰り返し数，又は周期若しくは周期に依存する時間幅を計測する第１の計測器と，
或る第１の適正区間と異なる第１〜第Ｎ（但し，Ｎ≧２とする。）の拡張区間を考えたとき，第ｉの周波数変換が，第ｉの拡張区間の周波数を，或る第２の適正区間内の値に変換し，かつ第ｊ（但し，ｉとｊは，ｉ≠ｊなる１〜Ｎの任意の自然数とする。）の拡張区間の周波数は，前記第２の適正区間外の値に変換するような既知の第１〜第Ｎの周波数変換を，前記被計測信号に施すことにより中間信号を形成する周波数変換器と，
前記中間信号が入力され，前記第２の適正区間の周波数を通過させ，前記周波数変換器で前記第２の適正区間外の値に変換された周波数を遮断する濾波器と，
前記濾波器を通過した通過信号の，既知の期間あたりの繰り返し数，又は周期若しくは周期に依存する時間幅を計測する第２の計測器と，
（Ａ）前記第１の計測器の計測値が，前記第１の適正区間の周波数を表す場合に，その計測値によって前記被計測信号の周波数を特定する機能，（Ｂ）前記第１の計測器の計測結果を用いて，前記被計測信号の周波数が，前記第１〜第Ｎの拡張区間のいずれに属するかを特定する機能，及び（Ｃ）前記第２の計測器の計測値が，前記第２の適正区間の周波数を表す場合に，その計測値と，前記第１〜第Ｎの周波数変換のうち，前記機能（Ｂ）により特定した拡張区間の周波数を前第２の適正区間内の値に変換する周波数変換の逆変換を行う演算とを用いて，前記被計測信号の周波数を算出する機能をもつ演算手段と
を備えた周波数計測装置。
【請求項２】
前記第１〜第Ｎの拡張区間のうち少なくとも１つの拡張区間が，前記第１の適正区間に隣接して配置され，前記第１〜第Ｎの周波数変換のうち該拡張区間の周波数を前記第２の適正区間内の値に変換する周波数変換が，前記第１の適正区間の周波数を，前記第２の適正区間内の値に変換する役割をさらに果たす請求項１に記載の周波数計測装置。
【請求項３】
前記第１〜第Ｎの拡張区間のうち少なくとも１つの拡張区間が，前記第１の適正区間より低域に配置され，残りの拡張区間が，前記第１の適正区間より高域に配置された請求項１又は２に記載の周波数計測装置。
【請求項４】
コンピュータを，請求項１〜３のいずれかに記載の周波数計測装置における前記演算手段として機能させるプログラム。
【請求項５】
（ａ）被計測信号の，既知の期間あたりの繰り返し数，又は周期若しくは周期に依存する時間幅を第１の計測器で計測し，その計測値が第１の適正区間の周波数を表す場合に，その計測値によって前記被計測信号の周波数を特定する手順と，
（ｂ）前記手順（ａ）の前又は後になされる手順であって，前記第１の適正区間と異なる第１〜第Ｎ（但し，Ｎ≧２とする。）の拡張区間を考えたとき，第ｉの周波数変換が，第ｉの拡張区間の周波数を，第２の適正区間内の値に変換し，かつ第ｊ（但し，ｉとｊは，ｉ≠ｊなる１〜Ｎの任意の自然数とする。）の拡張区間の周波数は，前記第２の適正区間外の値に変換するような既知の第１〜第Ｎの周波数変換を，前記被計測信号に施すことにより中間信号を形成し，その中間信号における前記第２の適正区間の周波数成分の，既知の期間あたりの繰り返し数，又は周期若しくは周期に依存する時間幅を第２の計測器で計測し，その第２の計測器の計測値と，前記第２の適正区間の周波数成分を形成した周波数変換として，前記第１〜第Ｎの周波数変換から特定した周波数変換であって，前記被計測信号の，既知の期間あたりの繰り返し数，又は周期若しくは周期に依存する時間幅を前記第１の計測器で計測した結果を用いて特定した前記周波数変換の逆変換を行う演算とを用いて，前記被計測信号の周波数を算出する手順と
を含む周波数計測方法。
【請求項６】
センシングの対象となる物理量の影響をうけて特性が変化するセンシング素子を，該特性が発振周波数を決定づける態様で含んでなることにより，前記物理量の値に応じた発振周波数をもつ発振信号を出力する発振回路と，
前記発振信号の，既知の期間あたりの繰り返し数，又は周期若しくは周期に依存する時間幅を計測する第１の計測器と，
或る第１の適正区間と異なる第１〜第Ｎ（但し，Ｎ≧２とする。）の拡張区間を考えたとき，第ｉの周波数変換が，第ｉの拡張区間の周波数を，或る第２の適正区間内の値に変換し，かつ第ｊ（但し，ｉとｊは，ｉ≠ｊなる１〜Ｎの任意の自然数とする。）の拡張区間の周波数は，前記第２の適正区間外の値に変換するような既知の第１〜第Ｎの周波数変換を，前記発振信号に施すことにより中間信号を形成する周波数変換器と，
前記中間信号が入力され，前記第２の適正区間の周波数を通過させ，前記周波数変換器で前記第２の適正区間外の値に変換された周波数を遮断する濾波器と，
前記濾波器を通過した通過信号の，既知の期間あたりの繰り返し数，又は周期若しくは周期に依存する時間幅を計測する第２の計測器と，
（Ｉ）前記第１の計測器の計測値が，前記第１の適正区間の周波数を表す場合に，その計測値によって前記物理量の値を特定する機能，（ＩＩ）前記第１の計測器の計測結果を用いて，前記発振周波数が，前記第１〜第Ｎの拡張区間のいずれに属するかを特定する機能，及び（ＩＩＩ）前記第２の計測器の計測値が，前記第２の適正区間の周波数を表す場合に，その計測値と，前記第１〜第Ｎの周波数変換のうち，前記機能（ＩＩ）により特定した拡張区間の周波数を前第２の適正区間内の値に変換する周波数変換の逆変換を行う演算とを用いて，前記物理量の値を算出する機能をもつ演算手段と
を備えた発振型センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，被計測信号に周波数変換を施す手順を含む周波数計測技術と，これを用いたセンシング技術とに関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数を計測するための計測器として，例えば，レシプロカル方式の周波数カウンタ（以下，レシプロカルカウンタという。）が用いられている。
【０００３】
図１２（Ａ）に示すように，レシプロカルカウンタは，被計測信号Ｓの周期ＴあたりのクロックパルスＣＬＫの数をカウントする。カウント値が周期Ｔの長さを表すので，その逆数によって周波数を特定できる。
【０００４】
この方式では，被計測信号Ｓの周波数が高い程，カウント数が減るため分解能が低下し，被計測信号Ｓの周波数が低い程，１回の計測に要する時間が長期化する。このため，兼ね合いを考慮し，周波数の計測範囲を或る有限区間に限ることが望まれる場合がある。
【０００５】
ここでは，レシプロカルカウンタについて述べたが，他の計測器でも同様，その計測器が所望の性能を発揮できる適正な計測を保証するために，或る有限区間（以下，適正区間という。）内での使用が推奨される場合がある。
【０００６】
特許文献１〜３に開示されるように，適正区間外の周波数を計測したければ，計測に先立って，被計測信号に既知の周波数変換を施せばよい。変換後の周波数が適正区間に属するような周波数変換を選ぶことで，適正区間での計測が可能となり，対応する逆変換の演算を用いて，被計測信号の周波数を算出できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2014-9979号公報
【特許文献２】特開2007-10593号公報
【特許文献３】特開2009-5259号公報
【特許文献４】特開S57-52837号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１〜３の技術では，適正区間より広い区間にわたって周波数の適正な計測を可能とするには，周波数変換を可変とする構成が必須である。
【０００９】
特許文献４は，計測対象の物理量が変動しうる区間を，複数の計測器で分担して受けもつ思想を開示する。この思想にならえば，周波数変換を可変とする必要はないが，例えば，適正区間を両側に拡張したい場合，適正区間を受けもつ計測器，適正区間より低域の区間を受けもつ計測器，及び適正区間より高域の区間を受けもつ計測器の３つが必要となり，用いる構成が大型化する。
【００１０】
本発明の目的は，大型化しにくい構成を用いながら，周波数変換を可変とせずとも，周波数を適正に計測できる区間を広げうる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一観点によれば，（ａ）被計測信号の，既知の期間あたりの繰り返し数，又は周期若しくは周期に依存する時間幅を第１の計測器で計測し，その計測値が第１の適正区間の周波数を表す場合に，その計測値によって前記被計測信号の周波数を特定する手順と，（ｂ）前記手順（ａ）の前又は後になされる手順であって，前記第１の適正区間と異なる第１〜第Ｎ（但し，Ｎ≧２とする。）の拡張区間を考えたとき，第ｉの周波数変換が，第ｉの拡張区間の周波数を，第２の適正区間内の値に変換し，かつ第ｊ（但し，ｉとｊは，ｉ≠ｊなる１〜Ｎの任意の自然数とする。）の拡張区間の周波数は，前記第２の適正区間外の値に変換するような既知の第１〜第Ｎの周波数変換を，前記被計測信号に施すことにより中間信号を形成し，その中間信号における前記第２の適正区間の周波数成分の，既知の期間あたりの繰り返し数，又は周期若しくは周期に依存する時間幅を第２の計測器で計測し，その第２の計測器の計測値と，前記第２の適正区間の周波数成分を形成した周波数変換として，前記第１〜第Ｎの周波数変換から特定した周波数変換であって，前記被計測信号の，既知の期間あたりの繰り返し数，又は周期若しくは周期に依存する時間幅を前記第１の計測器で計測した結果を用いて特定した前記周波数変換の逆変換を行う演算とを用いて，前記被計測信号の周波数を算出する手順とを含む周波数計測方法が提供される。
【００１２】
本明細書において，或る区間と他の区間が異なるとは，それら区間の少なくともいずれか一方が，他方と重複しない区間をもつことをいう。但し，第１〜第Ｎの各拡張区間は，第１の適正区間と重複をもたず，かつ拡張区間どうしも重複をもたない概念とする。
【発明の効果】
【００１３】
被計測信号の周波数が属する拡張区間に対応した周波数変換の効果のみを，第２の計測器での計測に供するから，周波数変換を可変とせずとも，周波数を適正に計測できる区間を，第１〜第Ｎの拡張区間の分だけ広げうる。
【００１４】
第２の適正区間の周波数成分を形成した周波数変換を，第１の計測器を用いて特定するから，第１〜第Ｎの拡張区間の周波数の計測に，第２の計測器を共通して用いることができ，構成を大型化しにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例による周波数計測装置の概念図，
【図２】バンドパスフィルタの利得を示す概念図，
【図３】第１及び第２の周波数変換を表す関数のグラフ，
【図４】第１及び第２の周波数変換を表す関数のグラフ，
【図５】他の実施例による周波数計測装置の概念図，
【図６】第１及び第２の周波数変換を表す関数のグラフ，
【図７】第１〜第４の周波数変換を表す関数のグラフ，
【図８】プロセッサの処理手順を示すフローチャート，
【図９】第１及び第２の周波数変換を表す関数のグラフ，
【図１０】第１及び第２の周波数変換を表す関数のグラフ，
【図１１】さらに他の実施例による周波数計測装置の概念図，
【図１２】計測器としての周波数カウンタの概念図，
【図１３】実施例による発振型圧力センサの概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に，実施例による周波数計測装置の概念図を示す。
【００１７】
分配器１が，被計測周波数ｆｓをもつ被計測信号ＳＡを，第１の計測器Ａと，ヘテロダイン器２とに同時に与える。分配器１は，例えばノードで構成されうる。
【００１８】
第１の計測器Ａは，レシプロカルカウンタで構成され，被計測信号ＳＡの周期を，その周期あたりのクロックパルス数のカウントにより計測する。そのカウント値が，第１の計測器Ａの計測値である。
【００１９】
ヘテロダイン器２は，局発信号源２１と，混合器２２とを含む。局発信号源２１が，既知の周波数ｆｒをもつ局発信号を発する。混合器２２が，その局発信号と被計測信号ＳＡとを掛け算することで，周波数ｆｓ＋ｆｒの和周波成分と，周波数｜ｆｓ−ｆｒ｜の差周波成分とをもつ中間信号を形成する。
【００２０】
バンドパスフィルタ（以下，ＢＰＦと記す。）３に，その中間信号が入力される。ＢＰＦ３は，固定された通過バンドをもつが，ｆｓの値に応じて，和周波成分ｆｓ＋ｆｒを通過させる場合もあり，差周波成分｜ｆｓ−ｆｒ｜を通過させる場合もある。
【００２１】
第２の計測器Ｂに，ＢＰＦ３を通過した通過信号ＳＢが入力される。第２の計測器Ｂもレシプロカルカウンタで構成され，通過信号ＳＢの周期を，その周期あたりのクロックパルス数のカウントにより計測する。そのカウント値が，第２の計測器Ｂの計測値である。
【００２２】
プロセッサ４が，第１及び第２の計測器Ａ及びＢから計測値を取得し，取得した計測値の逆数を求めること等により，被計測周波数ｆｓを特定する。
【００２３】
図２に，ＢＰＦ３の利得の周波数依存性を模式的に示す。
【００２４】
図２（Ａ）に示すように，ＢＰＦ３の下側カットオフ周波数をｆＬ，上側カットオフ周波数をｆＨとする。ｆＬ以上，ｆＨ以下の区間が，通過バンドＰである。
【００２５】
本例では，第１の計測器Ａで適正な計測を行える適正区間と，第２の計測器Ｂで適正な計測を行える適正区間とが等しく，その共通の適正区間Ｍが，通過バンドＰとも等しい。
【００２６】
通過バンドＰの幅ｆＨ−ｆＬが，局発信号の周波数ｆｒと等しい。このため，ｆｓが区間Ｐ（＝Ｍ）に属するとき，和周波成分ｆｓ＋ｆｒと，差周波成分｜ｆｓ−ｆｒ｜の双方がＢＰＦ３で遮断され，通過信号ＳＢがゼロとなりうる。そこで，ｆｓが区間Ｐに属するときは，第１の計測器Ａでｆｓの適正な計測を行える。
【００２７】
図２（Ｂ）に示すように，ｆｓが，適正区間Ｍの上限値ｆＨより高くても，ｆＨ＋ｆｒ以下であれば，差周波成分｜ｆｓ−ｆｒ｜がＢＰＦ３を通過する。適正区間Ｍの高域側に隣接するこの区間Ｈ（ｆＨ＜ｆｓ≦ｆＨ＋ｆｒ）を上側拡張区間と呼ぶことにする。
【００２８】
上側拡張区間Ｈにｆｓが属するとき，ｆｓそれ自体は高すぎるため第１の計測器Ａで適正に計測できないが，差周波成分｜ｆｓ−ｆｒ｜を第２の計測器Ｂで適正に計測できる。
【００２９】
図２（Ｃ）に示すように，ｆｓが，適正区間Ｍの下限値ｆＬより低くても，ｆＬ−ｆｒ以上であれば，和周波成分ｆｓ＋ｆｒがＢＰＦ３を通過する。適正区間Ｍの低域側に隣接するこの区間Ｌ（ｆＬ−ｆｒ≦ｆｓ＜ｆＬ）を下側拡張区間と呼ぶことにする。
【００３０】
下側拡張区間Ｌにｆｓが属するとき，ｆｓそれ自体は低すぎるため第１の計測器Ａで適正に計測できないが，和周波成分ｆｓ＋ｆｒを第２の計測器Ｂで適正に計測できる。
【００３１】
図３は，ｙ＝ｆｓ＋ｆｒ及びｙ＝｜ｆｓ−ｆｒ｜のグラフ，即ち和周波成分及び差周波成分の，被計測周波数ｆｓに対する依存性，並びにｙ＝ｆｓのグラフを示す。
【００３２】
以下，被計測周波数ｆｓの，和周波成分ｆｓ＋ｆｒへの変換を上昇変換といい，差周波成分｜ｆｓ−ｆｒ｜への変換を下降変換という。ｙ軸が変換後の周波数を示す。
【００３３】
ｆｓは，ヘテロダイン器２で上昇変換と下降変換を同時にうける。ｆｓが下側拡張区間Ｌに属するとき，上昇変換がｆｓを通過バンドＰ内の値に変換し，下降変換はｆｓを通過バンドＰ外の値に変換する。ｆｓが上側拡張区間Ｈに属するとき，下降変換がｆｓを通過バンドＰ内の値に変換し，上昇変換はｆｓを通過バンドＰ外の値に変換する。
【００３４】
こうして，上昇変換と下降変換のうち，ｆｓが属する拡張区間に対応した周波数変換の効果のみがＢＰＦ３で選ばれる。通過信号ＳＢが単一周波数成分のみをもつから，第２の計測器Ｂでその周波数を適切に計測できる。その計測値が表す周波数をｆＢとする。
【００３５】
但し，知りたいのはｆｓの値である。ｆＢからｆｓを知るために，ｆＢに対し，上昇変換と下降変換のいずれの逆変換の演算を施せばよいかを特定する必要がある。そのためには，ｆｓが拡張区間ＬとＨのいずれに属するかを特定すればよい。
【００３６】
ｆｓが属する拡張区間の特定は，第１の計測器Ａによるｆｓの測定結果を用いて行う。拡張区間Ｌ又はＨの周波数は適正に計測できず，計測値の確度又は計測の時間的な分解能に劣るが，ｆｓが拡張区間ＬとＨのいずれに属するかさえ特定できれば充分である。
【００３７】
ｆｓが下側拡張区間Ｌに属することが分かれば，その値は，ｆＢに上昇変換の逆変換（以下，逆上昇変換という。），即ちｆｒを減じる演算を施したｆＡ１であり，上側拡張区間Ｈに属することが分かれば，その値は，ｆＢに下降変換の逆変換（以下，逆下降変換という。），即ちｆｒを加算する演算を施したｆＡ２である。
【００３８】
このように，ｆＢが上昇変換後の値なのか下降変換後の値なのかの特定を行うことで，拡張区間ＬとＨの周波数の計測に，第２の計測器Ｂを共通して用いることができる。
【００３９】
表１に，ｆｓを特定する処理の内容と，その処理が行われる条件とをまとめる。
【００４０】
【表１】
0005717912.tif 000002
【００４１】
区分（１）に示すように，第１の計測器Ａの計測値がｆＬ未満の周波数を表し（アンダー），かつ第２の計測器Ｂの計測値が，適正区間Ｍの周波数を表す場合（適正），下側拡張区間Ｌに属するｆｓが上昇変換をうけたことを表すので，プロセッサ４は，第２の計測器Ｂの計測値が表す周波数に，逆上昇変換を施した値をもってｆｓを特定する。
【００４２】
区分（２）に示すように，第１の計測器Ａの計測値がｆＨを超える周波数を表し（オーバー），かつ第２の計測器Ｂの計測値が，適正区間Ｍの周波数を表す場合（適正），上側拡張区間Ｈに属するｆｓが下降変換をうけたことを表すので，プロセッサ４は，第２の計測器Ｂの計測値が表す周波数に，逆下降変換を施した値をもってｆｓを特定する。
【００４３】
なお，第１の計測器Ａは，自己に入力された信号の周波数が，適正区間Ｍから外れている場合，具体的な計測値を示さなくても，その周波数が，適正区間Ｍを上下どちら側に外れているかを特定できる情報量をもつ計測結果を示せばよい。
【００４４】
例えば，第１の計測器Ａは，ｆｓが適正区間Ｍを上側に外れたこと示す信号，又は下側に外れたこと示す信号を出力してもよい。プロセッサ４は，その信号で表１の“アンダー”か“オーバー”かの判断を行える。かかる信号としては，例えば，第１の計測器Ａを構成するカウンタのボロー信号やオーバーフロー信号等が挙げられる。
【００４５】
区分（３）に示すように，第１の計測器Ａの計測値が，適正区間Ｍの周波数を表し（適正），かつ第２の計測器Ｂの計測結果が，適正区間Ｍの周波数を表さない場合（不適正），プロセッサ４は，第１の計測器Ａの計測値が表す周波数をもってｆｓを特定する。
【００４６】
ここで，第２の計測器Ｂの計測結果が“不適性”とは，具体的には，第２の計測器Ｂの計測値が表す周波数が，ＢＰＦ３の下側ゼロクロス周波数を超え，ｆＬに未満の区間に属する場合，及びｆＨを超え，ＢＰＦ３の上側ゼロクロス周波数に未満の区間に属する場合のみならず，通過信号ＳＢの振幅がゼロの場合も含む。
【００４７】
即ち，ｆｓが適正区間Ｍに属するとき，通過信号ＳＢがゼロになり得（図２（Ａ）参照），和周波成分が適正区間Ｍを下回るとき，及び差周波成分が適正区間Ｍを上回るとき，通過信号ＳＢがゼロになる。通過信号ＳＢがゼロになったことは，例えば，第２の計測器Ｂの計測結果を通じて，プロセッサ４で検知できる。
【００４８】
区分（４）に示すように，第１の計測器Ａの計測結果が“アンダー”であり，かつ第２の計測器Ｂの計測結果が“不適正”の場合，プロセッサ４は，エラーを出力する。この場合，ｆｓは下側拡張区間Ｌにも満たない。
【００４９】
区分（５）に示すように，第１の計測器Ａの計測結果が“オーバー”であり，かつ第２の計測器Ｂの計測結果が“不適正”の場合も，プロセッサ４は，エラーを出力する。この場合，ｆｓは上側拡張区間Ｈすら超えている。
【００５０】
次に，図４を参照し，上昇変換と下降変換の変形例について述べる。
【００５１】
図４で，適正区間Ｍにおける低域側の端部の区間ＭＬを，下端部区間と呼び，適正区間Ｍにおける高域側の端部の区間ＭＨを，上端部区間と呼ぶことにする。
【００５２】
本例では，上昇変換が，下端部区間ＭＬの周波数を上端部区間ＭＨの値に変換する役割をさらに果たし，下降変換が，上端部区間ＭＨの周波数を下端部区間ＭＬの値に変換する役割をさらに果たす。これにより，端部区間ＭＨとＭＬでは，第２の計測器Ｂでも適正な計測が行える。これは，例えば，ｆＨ−ｆＬ＞ｆｒとすることで実現できる。
【００５３】
表２に，図４の構成を採った場合の，ｆｓを特定する処理の内容と，その処理が行われる条件とを示す。下記区分（６）及び（７）が，表１に追加される。
【００５４】
【表２】
0005717912.tif 000003
【００５５】
区分（６）に示すように，第１の計測器Ａの計測値が，下端部区間ＭＬの周波数を表し，かつ第２の計測器Ｂの計測値が，上端部区間ＭＨの周波数を表す場合，プロセッサ４は，第２の計測器Ｂの計測値が表す周波数の逆上昇変換をもってｆｓを特定する。
【００５６】
ここで，第１の計測器Ａの計測値でなく，第２の計測器Ｂの計測値を採用するのは，レシプロカルカウンタによる計測の時間的な分解能，即ち１回の計測に要する時間の短さは，周波数が高い程，良好なためである。即ち，区分（６）の場合，計測の時間的な分解能の観点からは，第２の計測器Ｂの計測値を採用した方が有利である。
【００５７】
区分（７）に示すように，第１の計測器Ａの計測値が，上端部区間ＭＨの周波数を表し，かつ第２の計測器Ｂの計測値が，下端部区間ＭＬの周波数を表す場合，プロセッサ４は，第１の計測器Ａの計測値が表す周波数をもってｆｓを特定する。
【００５８】
ここで，第２の計測器Ｂの計測値でなく，第１の計測器Ａの計測値を採用するのは，測の時間的な分解能の観点からは，高い方の周波数を表す第１の計測器Ａの計測値を採用した方が有利だからである。
【００５９】
以上の区分（６）及び（７）で，外乱等により，例えば第２の計測器Ｂの計測結果が“不適性”となっても，表１の区分（３）の処理により，適正な計測は確保される。このように，第１及び第２の計測器Ａ及びＢの双方で適正な計測が行える区間ＭＬ及びＭＨを構成することで，周波数計測装置の信頼性を高めることができる。
【００６０】
表２では，レシプロカルカウンタの使用下で，時間的な分解能を重視したため，高い方の周波数を表す計測値を採用したが，計測値の分解能（確度）を重視するならば，低い方の周波数を表す計測値を採用してもよい。
【００６１】
次に，図５及び図６を参照し，他の実施例について述べる。
【００６２】
図５は，周波数変換を分周と逓倍で実現する構成を示す。分周逓倍器５に，被計測信号ＳＡが分配される。分周逓倍器５は，分配器５１，逓倍器５２，分周器５３，及び加算器５４を含む。分配器５１が，被計測信号ＳＡを逓倍器５２と分周器５３とに同時に与える。分配器５１は，例えばノードで構成されうる。
【００６３】
逓倍器５２はｆｓをｎ倍し，分周器５３はｆｓを１／ｍ倍する。加算器５４が，それら逓倍された信号と分周された信号とを加算することで，周波数ｎ・ｆｓの逓倍波成分と，周波数ｆｓ／ｍの分周波成分とをもつ中間信号を形成する。ここでｎとｍは，１以上の自然数とする（但し，ｎとｍの双方が１となる場合を除く。）。
【００６４】
図６に，ｙ＝ｎ・ｆｓ，ｙ＝ｆｓ／ｍ，及びｙ＝ｆｓのグラフを示す。図６では，ｎ，ｍ≧２とした。
【００６５】
以下，被計測周波数ｆｓの，逓倍波成分ｎ・ｆｓへの変換を逓倍変換，分周波成分ｆｓ／ｍへの変換を分周変換という。ｙ軸が変換後の周波数を示す。
【００６６】
逓倍変換は，下側拡張区間Ｌの周波数を適正区間Ｍ内の値に変換し，上側拡張区間Ｈの周波数は適正区間Ｍ外の値に変換する。分周変換は，上側拡張区間Ｈの周波数を適正区間Ｍ内の値に変換し，下側拡張区間Ｌの周波数は適正区間Ｍ外の値に変換する。
【００６７】
本例では，下側拡張区間Ｌの幅は，（ｆＨ−ｆＬ）／ｎであり，上側拡張区間Ｈの幅は，ｍ・（ｆＨ−ｆＬ）である。
【００６８】
本例でも，表１及び表２の処理を，“逆上昇変換”を逓倍変換の逆変換，即ち１／ｎ倍する演算に読み替え，“逆下降変換”を分周変換の逆変換，即ちｍ倍する演算に読み替えて適用することができる。
【００６９】
次に，図７及び図８を参照し，拡張区間の配置数の変形例について述べる。
【００７０】
図７に，一点鎖線で示すように，周波数変換ｙ＝ξ・ｆｓを追加することで，拡張区間Ｌ２が追加され，周波数変換ｙ＝ｆｓ／ηを追加することで，拡張区間Ｈ２が追加される。ここで，ξ，ηは，それぞれξ＞ｎ，η＞ｍを満たす自然数とする。
【００７１】
これは，図５の加算器５４の後段に，ξ逓倍された周波数ξ・ｆｓの信号を加算する加算器と，η分周された周波数ｆｓ／ηの信号を加算する加算器とを追加することで実現できる。こうして，加算を繰り返し用いることで，所望数の拡張区間を構成しうることが当業者に理解できるであろう。
【００７２】
図８は，図７の構成を採った場合のフローチャートである。
【００７３】
プロセッサ４が，計測器Ａ及びＢの計測結果を参照する（Ｓ１）。その結果に応じフローが４分岐する。図８中，区分（１）〜（５）は，表１の区分と対応する。
【００７４】
区分（３）の場合の処理（Ｓ１０），及び区分（４）又は（５）の場合の処理（Ｓ１１）は，表１の例と同じである。
【００７５】
区分（１）の場合の処理（Ｓ２〜５），及び区分（２）の場合の処理（Ｓ６〜９）は，ｆｓが適正区間Ｍ内の初期値から連続的に変動する場合に適用できる。以下，計測器Ａ及びＢによる計測の繰り返しがｆｓの変動に対して充分に速いことを前提として，これらの処理について述べる。
【００７６】
Ｓ１の判定結果が区分（１）に該当する場合，プロセッサ４は，ｆｓが拡張区間Ｌ１とＬ２のいずれに属するかを判定し（Ｓ２），ｆｓが区間Ｌ１に属する場合，第２の計測器Ｂの計測値が表す周波数にｎ逓倍変換の逆変換を施した値でｆｓを特定し（Ｓ３），区間Ｌ２に属する場合，ξ逓倍変換の逆変換を施した値でｆｓを特定する（Ｓ４）。
【００７７】
次に，プロセッサ４は，第１の計測器Ａの計測結果が“アンダー”であり，かつ第２の計測器Ｂの計測結果が“適正”であるか判定し（Ｓ５），ＹＥＳならばＳ２に戻り，ＮＯならばＳ１に戻る。区分（２）の場合の処理（Ｓ６〜９）も同様である。
【００７８】
以下，Ｓ２の判定を具体例に挙げて，拡張区間を特定する手法を述べる。
【００７９】
Ｓ２〜Ｓ５のループ処理の１巡目のとき，即ち最初にＳ１からＳ２に分岐したとき，Ｓ２では“Ｌ１”と判定する。これは，ｆｓの変動が連続的であることに依拠する。
【００８０】
上記ループ処理の２巡目以降では，第２の計測器Ｂの計測値の変化によって，ｆｓの属する拡張区間を特定できる。この点につき，図７に戻って説明する。
【００８１】
図７に示すように，ｆｓが区間Ｌ１からＬ２に移行する際，Ｌ１とＬ２の境で，第２の計測器Ｂの計測値が表す周波数が，ｆＬ近傍の値からｆＨ近傍の値に不連続に変化する。この不連続な変化で区間Ｌ２への移行を検知できる。同様に，ｆｓが区間Ｌ２からＬ１に戻る際，Ｌ２とＬ１の境で，第２の計測器Ｂの計測値が表す周波数が，ｆＨ近傍の値からｆＬ近傍の値に不連続に変化するから，区間Ｌ１への戻りを検知できる。
【００８２】
こうして，最初の基準となる区間がＬ１であることを用い，そこからの相対変位によって現在のｆｓが属する拡張区間を特定できる。Ｓ６の判定も，同様にして行えることが当業者に理解できるであろう。
【００８３】
以上の例では，第１の計測器Ａの計測結果について“適正”以外に“オーバー”か“アンダー”かの区別しかしなかったが，Ｓ１で，第１の計測器Ａの計測結果から，ｆｓが拡張区間Ｌ２，Ｌ１，Ｈ１，Ｈ２のいずれに属するかを特定できる場合は，上記ループ処理は不要であり，表１の例と同様，拡張区間に対応する逆変換の演算を行う毎にＳ１に戻る処理を行うこともできる。
【００８４】
次に，図９及び図１０を参照し，適正区間の配置位置の変形例について述べる。
【００８５】
これまで，第１の計測器Ａで適正な計測を行える適正区間（以下，第１の適正区間という。）と，第２の計測器Ｂで適正な計測を行える適正区間（以下，第２の適正区間という。）とが一致する例について述べてきた。
【００８６】
しかし，本来，第２の適正区間を記述する集合は，第１の適正区間及び拡張区間を記述する集合とは別の概念である。図３，図４，図６，及び図７で，縦軸のＭが，第２の適正区間を示し，横軸のＭは，第１の適正区間を示す。第１の適正区間と拡張区間，及び拡張区間どうしは，重複をもたないが，第２の適正区間が，第１の適正区間や拡張区間と重複をもつか否かは任意である。
【００８７】
例えば，第２の適正区間は，第１の適正区間と重複をもたなくてもよいし，拡張区間と重複をもってもよい。第２の適正区間が拡張区間と重複してもよいのであるから，後者から前者への写像，即ち周波数変換は，恒等写像も含みうる。なお，通過バンドＰは，第２の適正区間ＭＢに一致させる。
【００８８】
図９（Ａ）に，第２の適正区間ＭＢを，第１の適正区間ＭＡより高域に配置した例を示す（図中，ｎは２以上の自然数とする）。逓倍変換が，下側拡張区間Ｌの周波数を第２の適正区間ＭＢ内の値に変換する。上側拡張区間Ｈの周波数を第２の適正区間ＭＢ内の値に変換する周波数変換が，恒等写像である（図５のｍ＝１）。
【００８９】
図９（Ｂ）は，第２の適正区間ＭＢを，第１の適正区間ＭＡより低域に配置した例を示す（図中，ｍは２以上の自然数とする）。分周変換が，上側拡張区間Ｈの周波数を第２の適正区間ＭＢ内の値に変換する。下側拡張区間Ｌの周波数を第２の適正区間ＭＢ内の値に変換する周波数変換が，恒等写像である（図５のｎ＝１）。
【００９０】
図１０は，第２の適正区間ＭＢを，第１の適正区間ＭＡと重複をもたせて異ならせた例を示す。ｙ＝α・ｆｓが，第１の適正区間ＭＡを第２の適正区間ＭＢに写像する仮想的な写像であり，α≠１である。
【００９１】
逓倍変換が，下側拡張区間Ｌの周波数を第２の適正区間ＭＢ内の値に変換し，上側拡張区間Ｈの周波数は第２の適正区間ＭＢ外の値に変換する。分周変換が，上側拡張区間Ｈの周波数を第２の適正区間ＭＢ内の値に変換し，下側拡張区間Ｌの周波数は第２の適正区間ＭＢ外の値に変換する。
【００９２】
逓倍変換はまた，第１の適正区間ＭＡの下端部区間ＭＬの周波数を，第２の適正区間ＭＢの上端部区間ＭＨ´の値に変換する役割をさらに果たし，分周変換は，第１の適正区間ＭＡの上端部区間ＭＨの周波数を，第２の適正区間ＭＢの下端部区間ＭＬ´の値に変換する役割をさらに果たす。
【００９３】
例えば，逓倍変換の上記役割は，（ｆＬ／α）＜（ｆＨ／ｎ）とすることで実現でき，分周変換の上記役割は，（ｆＨ／α）＞（ｍ・ｆＬ）とすることで実現できる。
【００９４】
ｆｓが区間ＭＨ又はＭＬに属するとき，第１及び第２の計測器Ａ及びＢの双方で，適正な計測が行える。このように，第１及び第２の計測器Ａ及びＢの双方で適正な計測が行える区間を構成することで，周波数計測装置の信頼性を高めることができる。
【００９５】
本例でも，図４の例と同様，表２の処理を行える。表１及び表２で，第１の計測器の計測結果が“適正”か“オーバー”か“アンダー”かは第１の適正区間ＭＡを基準に判断し，第２の計測器の計測結果が“適正”か“不適正”かは第２の適正区間ＭＢを基準に判断すればよい。
【００９６】
第１の計測器Ａで第１の適正区間ＭＡの周波数を表す計測値を得，かつ第２の計測器Ｂで第２の適正区間ＭＢの周波数を表す計測値を得た場合，いずれの計測値を採用するかは，それら計測値が表す周波数の大小関係で決定すればよい。
【００９７】
図１１は，他の実施例による周波数計測装置の概念図である。周波数変換器６は，図１のヘテロダイン器２，又は図５の分周逓倍器５で構成される。
【００９８】
事前変換器７が，入力信号Ｓ０に，可変な既知の周波数変換（以下，事前変換という。）を施す。事前変換には，ヘテロダイン法，分周，逓倍等が用いられる。事前変換が施された信号が，被計測信号ＳＡとなる。
【００９９】
プロセッサ４が，表１や図８の処理で特定したｆｓの値に，事前変換の逆変換の演算を施すことで，入力信号Ｓ０の周波数を算出し，またその算出した周波数に基づいて，事前変換を制御する。例えば，ｆｓが第１の適正区間ＭＡの中央値に追随するよう事前変換を制御する。これにより，周波数を適正に計測できる区間のさらなる拡大が図られる。
【０１００】
事前変換の制御が間に合わず，ｆｓが急に第１の適正区間ＭＡから外れても，拡張区間Ｌ又はＨに属していれば，これを第２の計測器Ｂで適正にリアルタイムに計測できる。従来は，同様のフィードバック制御を行っても，ｆｓが急に変動した瞬間は，適正な計測が行えなかった。
【０１０１】
以上，周波数計測装置の実施例を述べた。例えば，次のような変形も可能である。
【０１０２】
上記各例では，第１の適正区間と拡張区間，及び相隣る拡張区間どうしを隣接させたが，それらの間に隙間があってもよい。本明細書で“隣接する”とは，２つの区間が両者の境に共通の端点をもつことをいう。それら区間は重複をもたないから，その端点は一方の区間にのみ含まれる。“隣る”とは，間に隙間が存することを許容する意味とする。
【０１０３】
上記各例では，第２の適正区間をＢＰＦ３の通過バンドと一致させたが，そうである必要はない。例えば，第２の適正区間は，ＢＰＦ３の通過バンドに内包させてもよいし，ＢＰＦ３の下側ゼロクロス周波数から上側ゼロクロス周波数までに内包させてもよい。
【０１０４】
上記各例では，周波数変換器を常時作動させたが，周波数変換器を休止させたまま，被計測信号ＳＡを第１の計測器Ａで計測することを原則とし，ｆｓが第１の適正区間の端点に近づいたときだけ，周波数変換器を起動させて，第２の計測器Ｂの計測値の参照に備える制御をプロセッサが行ってもよい。
【０１０５】
上記各例では，計測器を構成するレシプロカルカウンタが，被計測信号の周期を計測したが，周期の整数倍や半周期等，周期に依存する時間幅を計測してもよい。
【０１０６】
図１２（Ｂ）は，計測器の他の例としての，ダイレクト方式の周波数カウンタ（以下，ダイレクトカウンタという。）を示す。ダイレクトカウンタは，既知のゲート期間Ｇ，例えば１秒あたりの，被計測信号Ｓの繰り返し数をカウントする。そのカウント値によって被計測信号Ｓの周波数を特定できる。
【０１０７】
ダイレクトカウンタでは，例えば，被計測周波数が低すぎると，カウント数が少ないため充分な分解能が得られず，被計測周波数が高すぎると，カウント値が飽和したりして充分な確度が得られないといった理由で，適正区間が決まる。計測器ＡとＢの一方がダイレクトカウンタで，他方がレシプロカルカウンタであってもよい。
【０１０８】
図１２（Ａ）及び（Ｂ）には，矩形波の被計測信号Ｓを示したが，図１，図５，及び図１１の被計測信号ＳＡ，並びに図１１の入力信号Ｓ０は，正弦波であっても，矩形波その他の非正弦波であってもよい。計測器は，自己に与えられる信号を矩形波に整形するシュミットトリガ等の整形器を必要に応じ含む。計測器５は，アナログ式のものでもよい。
【０１０９】
図１３は，実施例による発振型圧力センサの概念図である。
【０１１０】
以下，便宜上，ＣｓとＲｉ（但し，ｉ＝１〜３）の記号を，図面参照符号の意味だけでなく，それぞれキャパシタンスを表す変数，抵抗値を表す変数の意味でも用いる。
【０１１１】
発振回路８は，オペアンプと，オペアンプの非反転入力端子とグランドとの間に置かれた抵抗Ｒ１と，オペアンプの出力端子から非反転入力端子に至る帰還路に置かれた抵抗Ｒ２と，オペアンプの出力端子から反転入力端子に至る帰還路に置かれた抵抗Ｒ３と，その反転入力端子とグランドとの間に置かれたキャパシタＣｓとを備えた無安定マルチバイブレータよりなり，発振周波数が，１／｛２・Ｒ３・Ｃｓ・ｌｏｇ（（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１）｝で表される発振信号を出力する。
【０１１２】
キャパシタＣｓは，圧力をうけると，その極板間距離が変化し，キャパシタンスＣｓが変化する構造をもつ。上式の如く，キャパシタンスＣｓは発振周波数を決定づけるため，発振回路８は，圧力の値に応じた発振周波数をもつ発振信号を出力する。
【０１１３】
周波数計測装置９に，発振信号が入力される。周波数計測装置９は，図１，図５，又は図１１の装置で構成され，上記プロセッサは，表１や図８の処理で特定した発振周波数から圧力の値を求め，その圧力を表示出力する。圧力を求めるには，発振周波数を圧力と対応付ける関係式や対応表を記憶するメモリをさらに備えればよい。
【０１１４】
本例では，センシング素子にキャパシタを用いたが，熱の影響をうけて抵抗値が変化する抵抗，コアが変位をうけてインダクタンスが変化するインダクタ，湿度やガス濃度の影響をうけて共振周波数が変化する水晶振動子等を用いることもできる。また，発振回路は，マルチバイブレータ等の弛張発振回路の他，各種の調和発振回路でも構成できる。
【０１１５】
以上，実施例に沿って本発明を説明したが，本発明はこれらに限られない。種々の変更，改良，及び組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明の周波数計測装置は，発信型センサにおける物理量の計測に限らず，例えば，通信における送受信周波数の計測，電力供給における周波数の監視，集積回路の試験，電子機器の検査といった周波数を計測するあらゆる用途に利用することができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１…分配器，
２…ヘテロダイン器（周波数変換器），
２１…局発信号源，
２２…混合器，
３…バンドパスフィルタ（濾波器），
４…プロセッサ（演算手段），
５…分周逓倍器（周波数変換器），
５１…分配器，
５２…逓倍器，
５３…分周器，
５４…加算器，
６…周波数変換器，
７…事前変換器，
８…無安定マルチバイブレータ（発振回路），
９…周波数計測装置，
Ａ…第１の計測器，
Ｂ…第２の計測器，
ＳＡ…被計測信号，
ＳＢ…通過信号，
Ｐ…通過バンド，
Ｍ…適正区間（第１の適正区間，第２の適正区間），
ＭＡ…第１の適正区間，
ＭＢ…第２の適正区間，
ＭＬ…第１の適正区間の下端部区間，
ＭＨ…第１の適正区間の上端部区間，
ＭＬ´…第２の適正区間の下端部区間，
ＭＨ´…第２の適正区間の上端部区間，
Ｌ，Ｌ１…下側拡張区間（第１の拡張区間），
Ｈ，Ｈ１…上側拡張区間（第２の拡張区間），
Ｌ２…第３の拡張区間，
Ｈ２…第４の拡張区間，
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…抵抗，
Ｃｓ…キャパシタ（センシング素子）。
【要約】
【課題】大型化しにくい構成を用いながら，周波数変換を可変とせずとも，周波数を適正に計測できる区間を広げうる技術を提供する。
【解決手段】ヘテロダイン器２が，被計測周波数ｆｓに対し，和周波成分ｆｓ＋ｆｒを形成する上昇変換と，差周波成分｜ｆｓ−ｆｒ｜を形成する下降変換を施す。ｆｓが第１の計測器Ａで計測するには高すぎても，差周波成分｜ｆｓ−ｆｒ｜がバンドパスフィルタ３を通過し，ｆｓが第１の計測器Ａで計測するには低すぎても，和周波成分ｆｓ＋ｆｒがバンドパスフィルタ３を通過し，第２の計測器Ｂでそれら各成分の適正な計測を行える。プロセッサ４が，和周波成分ｆｓ＋ｆｒと，差周波成分｜ｆｓ−ｆｒ｜のいずれがバンドパスフィルタ３を通過したかを，第１の計測器Ａの計測結果から特定し，対応する逆変換の演算を，第２の計測器Ｂの計測値が表す周波数に施すことでｆｓを算出する。
【選択図】図１【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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