(57)【要約】　　　（修正有）【課題】センサを利用する計測では、センサからの信号をアンプや周波数フィルタなどでその振幅と周波数を調整する必要がある。インターネットを介して遠隔地において計測を行う場合でも現地に赴かず離れたところから回路調整をソフトウェアで行い、回路の一部が故障しても、その故障部位を切離して他の正常な計測回路の部分を組み換えて機能を維持できるプログラマブル計測汎用モジュールと、それを用いた計測システムを提供する。【解決手段】デジタルシンセサイザ、ＦＰＡＡ、ＦＰＧＡ又は１チップＣＰＵ、必要ならば乗算器及びイーサーネットコントローラ等の回路ＬＳＩからなる各エレメント（要素）の集積化或はモジュールとする構成のプログラマブル計測汎用モジュールを用いる。計測使用回線毎にそのモジプログラムを変えることにより、前記要素の配線及び各要素内の機能を組換えた各種計測システムを構成する。【選択図】　　　　　図１
2004061251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＰＵ、ＤＡコンバータ、メモリから少なくともなり、第１のプログラムによって決められた周波数合成波形信号を出力するデジタルシンセサイザと、
２つの入力電圧の積を電圧として出力する乗算器と、
オペアンプ、抵抗、コンデンサを少なくとも含む電子回路基本素子を複数有し、さらにそれらの定数と結線選択を第２のプログラムにより変更できる素子とからなるＦＰＡＡ（フィールド・プログラマブル・アナログ・アレイ）と、
前記デジタルシンセサイザ、乗算器、ＦＰＡＡも含めた総てを制御するＣＰＵコアとなるコンピュータ部、ＤＡコンバータ、ＡＤコンバータを少なくとも有し前記第１及び第２のプログラムをデジタルバスを介して指令信号を出力するプログラマブル機能を有するＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）とを有する４回路要素から構成されるモジュールであって
計測対象である被検体からの検出信号のアナログ入力端子及び、被験体への印加信号のアナログ出力端子を前記ＦＰＡＡに備え、
前記ＦＰＧＡのコンピュータ部は前記４回路要素間の配線選択を前記ＦＰＡＡを用いて第３のプログラムにより組替える手段をさらに備え、
前記アナログ入力／出力端子に接続された被検体の計測条件に合致する前記第３のプログラムを前記コンピュータ部より起動して前記４回路要素間の配線を定め、前記被検体の計測の必要性に対応して第１又は／及び第２のプログラムを起動して周波数合成波形信号を出力させるか又は／及び前記ＦＰＡＡの各素子の結線と素子定数を定めて、被検体の計測処理ができる汎用性のあるモジュールであることを特徴とするプログラマブル計測汎用モジュール。
【請求項２】
前記４回路要素にさらにＤＣ−ＤＣコンバータを設け、前記ＤＣ−ＤＣコンバータから前記４回路要素への安定電源としてそれぞれ接続配線されると共に、前記ＡＤコンバータのリファレンス電圧及び前記乗算器の定数として用いることを特徴とする請求項１記載のプログラマブル計測汎用モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２記載のプログラマブル計測汎用モジュールの前記ＦＰＡＡのアナログ出力端子に容量性の被検体を接続して、その端子に印加する交流電圧により前記被検体中を流れる交流電流の大きさ及び位相のずれの検出信号を前記アナログ入力端子に接続し、
前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部は、前記被検体へ印加すべき電圧値及び周波数の交流電圧を前記デジタルシンセサイザへバスを介して生成を指令するデジタルシンセサイザ電圧生成手段と、
前記ＦＰＡＡとバスを介して指令し増幅回路を生成すると共に、デジタルシンセサイザとＦＰＡＡ間の配線を選択し、前記生成電圧を前記増幅回路に入力し増幅させる配線設定／増幅回路生成手段と、
前記アンプ出力を前記アナログ出力端子へ出力する被検体への電圧印加手段と、
前記容量性の被検体に直列に接続された分割抵抗器の所定の分割端子における前記検出信号を前記アナログ入力端子から取得するためＦＰＡＡ内に所定の増幅回路及びローパスフィルタの電子回路の生成と結線をバスを介して指令し、その検出信号を入力する電子回路生成／検出信号入力手段と、
そのローパスフィルタの出力をバスを介して指令し、アナログ信号線によりＦＰＧＡのＡＤコンバータに入力し、被検体を流れる電流と位相のずれを検出する電流・位相検出手段とを備え、
その検出結果より被検体の誘電率、電気伝導度又は誘電率損失、イオン濃度の少なくともいずれかの物理的性質を計測することを特徴とするプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
【請求項４】
前記分割抵抗器は、前記ＦＰＡＡ内の電子回路基本素子により前記ＦＰＧＡコンピュータ部が、バスを介してＦＰＡＡ内に生成する分割抵抗器生成手段を備えることを特徴とする請求項３記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
【請求項５】
請求項１又は２記載のプログラマブル計測汎用モジュールの前記ＦＰＡＡのアナログ入力端子に計測センサの電圧出力端子を接続し、
前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部は、前記計測センサからの計測信号電圧を前記ＦＰＡＡを介して前記ＦＰＧＡのＡＤコンバータに入力するに際して、そのＡＤコンバータの入力レンジの範囲とセンサの計測信号電圧の範囲とを一致するようにバスを介して指令しＦＰＡＡ内の前記電子回路基本素子によりゲイン回路及びオフセット回路を生成するゲイン／オフセットの回路生成手段と、
その回路生成手段により一旦その範囲内で計測を行い、次にその計測値を中心として前記範囲を所定のより狭い範囲に設定するためバスを介して指令し前記ゲイン回路及びオフセット回路を調整し、計測値をＡＤコンバータに入力させる回路調整手段とを備え、
再計測を行うことで、分解度機能における精度を向上させることを特徴とするプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
【請求項６】
請求項１又は２記載の複数のプログラマブル計測汎用モジュールをそれぞれ計測地点に設置し、それら各プログラマブル計測汎用モジュールのアナログ入出力端子と対応する被検体とをそれぞれ線で結線し、各プログラマブル計測汎用モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部はそれぞれＷｅｂサーバの機能を備えると共に、各自のモジュールにはそれぞれ付加又は内蔵するイーサーネットコントローラと、
それらイーサーネットコントローラよりＬＡＮを経由して通信回線或はインターネット回線に接続する計測者のクライアント端末とを備え、
前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部は、前記被検体を計測するに際し、その計測に適合した周波数、電圧値、アンプの増幅率を少なくとも含む電子回路のデータ条件を前記コンピュータ部のメモリ部に記憶する計測条件記憶手段と、前記コンピュータ部のメモリ部に記憶されたデータ条件によりデジタルシンセサイザ、ＦＰＡＡへバスを介して指令し所定の電子回路を生成し、指令周波数及び電圧をアナログ出力端子へ出力する計測条件設定／出力手段と、
前記アナログ入力端子より入力した計測データをアナログ演算処理するＦＰＡＡ内の電子回路の生成を指令し、それを介してＡＤコンバータに入力し、そのデジタル計測データをＷｅｂサーバメモリ部に記憶する電子回路生成／計測データ蓄積手段と、
前記計測者のＷｅｂブラウザ或はエージェントソフトを備えるクライアント端末より前記各プログラマブル計測汎用モジュールに対するアクセスに応答して、コンピュータ部のメモリ部に蓄積された計測データをそのクライアント端末へ送信するアクセス応答／計測データ送信手段とを備え、
前記計測者はそのクライアント端末より通信回線を介してアクセスし、複数計測地点に設置されている被検体から収集した各プログラマブル計測汎用モジュールに蓄積した計測データを逐次受信し収集できることを特徴とするプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
【請求項７】
前記請求項６記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムにおいて、
各被検体に接続する計測アナログ入出力端子に加えて、複数の計測汎用モジュール間の計測情報データ交信のための交信アナログ入出力端子を設け、それらの交信アナログ入出力端子と接続する一本の単一アナログケーブルを備え、
各モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部はデジタルシンセサイザ及び乗算器によりバスを介して指令し、周波数多重化信号を生成させる生成周波数変調波生成手段と、
各ＦＰＡＡにその周波数多重化用信号を出力させるために、クロクバースイッチを含む多重化用電子回路を生成する多重化用電子回路生成手段と、
前記信号を受信して、コンピュータ部メモリ部を書換える転送指令受信／書換手段とを少なくとも備え、
複数の計測汎用モジュールの中でＷｅｂサーバ機能及びデジタル通信機能が少なくとも１台以上あれば、他のモジュールのＷｅｂサーバ機能及びデジタル通信機能が無くとも、１台のＷｅｂサーバ機能及びデジタル通信機能のある計測汎用モジュールを介して、総ての計測汎用モジュールを制御可能とすることを特徴とするプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
【請求項８】
前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部は、さらに、前記計測条件記憶手段でコンピュータ部のメモリ部に記憶されているデータ条件内容の書換アクセス信号を、前記クライアント端末から通信回線を介して受付ける書換信号受付手段と、
前記受付に際し、クライアント端末からの少なくともＩＤ番号又はパスワードがそのモジュールのＩＤ番号又はパスワードと一致していればメモリ書換を許可し、書換信号によるデータ条件の上書を行う書換信号許可手段とを備え、
次回の計測に際しては、その更新されたデータ条件により前記ＦＰＡＡ、ＦＰＧＡ、デジタルシンセサイザの機能を定義するデータプログラムを書換え、計測条件・信号処理工程を変更し計測することを特徴とする請求項６又は７記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
【請求項９】
前記計測データはコンピュータ部のメモリ部へＨＴＭＬ（Ｈｙｐｅｒ　Ｔｅｘｔ　Ｍａｒｋｕｐ　Ｌａｎｇｕａｇｅ）ファイル及びＸＭＬ（Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ　Ｍａｒｋｕｐ　Ｌａｎｇｕａｇｅ）ファイルとして蓄積することを特徴とする請求項６又は７記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
【請求項１０】
前記データ条件内容はＸＭＬファイルとして定義し、このＸＭＬファイルはコンピュータ部のメモリ部に保存することを特徴とする請求項６又は７記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
【請求項１１】
請求項１又は２記載のプログラマブル計測汎用モジュールのアナログ入力端子と、交流電圧を印加する電極、又は電磁波を受信するアンテナ、又は音波を検出するマイクロホン、又は振動波を検出する振動センサ等のプローブ又はトランスジューサの電気信号電圧端子とを接続し、
前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部は、前記デジタルシンセサイザに対して、前記電気信号電圧の計測すべき周波数帯域の下限から上限へ所定の周波数間隔で、一定時間ずつ交流電圧ｓｉｎ（ω）ｔ（ω＝周波数：ｔ＝時間）を生成する指令を送る計測周波数生成指令手段と、
その測定周波数生成電圧ｓｉｎ（ω）ｔを前記乗算器に入力する配線を選択する配線設定手段と、
前記アナログ入力端子からの計測電気信号電圧を前記乗算器へ出力するようにその信号電圧を、入力する受信回路の生成をＦＰＡＡに指令すると共に、その出力を乗算器へ入力する配線を選択する受信回路生成／配線設定手段と、
前記乗算器における前記２つの入力電圧の乗算値をＦＰＡＡに入力させる配線を選択すると共に、その乗算値を前記一定時間積分する積分回路をＦＰＡＡ内に生成を指令する配線設定／積分回路生成手段と、
その積分回路の出力の直流成分を取出ためにＦＰＡＡ内にローパスフィルタ及びその信号の増幅するアンプの生成を指令すると共に、その直流値を計測する直流値計測手段と、
以上の直流値の計測を、所定の周波数間隔毎に行い各周波数毎の直流値を計測し、ＦＰＧＡのメモリに記憶する周波数対直流値記憶手段とを備え、
前記プローブ又はトランスジューサで検出された電気信号を周波数別に計測することを特徴とするプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
【請求項１２】
前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部は、さらにＷｅｂサーバの機能を備えると共に、そのモジュールには付加又は内蔵するイーサーネットコントローラと、そのコントローラよりＬＡＮを経由してインターネット回線に接続する計測者のクライアント端末とを備え、
そのＦＰＧＡコンピュータ部は前記周波数毎の計測直流値を前記Ｗｅｂサーバのメモリ部へ蓄積させるＷｅｂサーバ蓄積手段と、
前記計測者のＷｅｂブラウザを備えるクライアント端末より前記モジュールに対するアクセスに応答して、Ｗｅｂサーバメモリ部に蓄積された計測直流値を送信する計測直流値送信手段とを少なくとも備えることを特徴とする請求項１１記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
【請求項１３】
請求項１又は２記載のプログラマブル計測汎用モジュールのアナログ入力端子と逆方向直流電位が印加されたダイオードとを接続し、
前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部は、前記アナログ入力端子からの前記ダイオードのノイズを受信・増幅するためのアンプをＦＰＡＡ内部に生成させるアンプ生成手段と、
前記Ａ／Ｄコンバータに取得された所定時刻毎の電圧値の数列を乱数としてＦＰＧＡ内メモリ部へ蓄積させる数列蓄積手段とを備え、
前記ダイオードの時間的にランダムにゆらいでいるショットノイズの電圧をシーズとして乱数を発生させる周期性のない完全な乱数を生成することを特徴とするプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
【請求項１４】
前記ダイオードのショットノイズをアナログ入力端子より取得する代わりに、ＦＰＡＡ内部に半導体素子を設定し、その半導体素子に逆方向直流電位を印加して、その半導体素子から出力するノイズを用いて乱数を生成することを特徴とする請求項１３記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
【請求項１５】
前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部は、さらにＷｅｂサーバの機能を備えると共に、そのモジュールには付加又は内蔵するイーサーネットコントローラと、そのコントローラよりＬＡＮを経由してインターネット回線に接続する計測者のクライアント端末を設け、
そのＦＰＧＡコンピュータ部は前記特定周波数成分の所定時刻毎の電圧値の数列とする乱数をＦＰＧＡのＷｅｂサーバの一時メモリ又はシフトレジスタへ入力する乱数列入力手段と、
前記計測者のクライアント端末より、そのモジュールに対するアクセスに応答して、Ｗｅｂサーバの一時メモリ又はシフトレジスタメモリより前記乱数を送信する生成乱数送信手段とを備えることを特徴とする請求項１３又は１４記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いる計測システム。
【請求項１６】
請求項１又は２記載のプログラマブル計測汎用モジュールのアナログ出力端子と、高周波電力を幅射電磁波に変換するアンテナ、又は交流電圧を音波に変換する超音波・音波・振動波発振器、交流電圧を光波に変換するイルミネーション・表示器を含む発光器を含むトランスジューサとを接続し、
前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部は、前記デジタルシンセサイザに対してバスを介して前記トランジューザの動周波数帯域内の特定の周波数の搬送電圧波生成を指令すると共にその電圧波を乗算器へ入力するための配線選択を指令する搬送電圧波生成／配線設定手段と、
送信したい情報データをアナログ値としてＦＰＧＡ内部のＤＡコンバータから出力させ、その出力電圧を前記乗算器へ入力させる配線選択を指令する情報データ出力／配線設定手段と、
前記乗算器における前記デジタルシンセサイザ及びＦＰＧＡからの２つの電圧値の乗算値を前記ＦＰＡＡに取得させるため、そのＦＰＡＡと乗算器間の配線選択と、取得した乗算値をハイパスフィルタを通過させその出力電力増幅を行うための電子回路生成をＦＰＡＡへ指令する配線設定／電子回路生成手段とを備え、搬送波を送信したい情報データにより変調した変調高周波或は交流電圧を前記アナログ出力端子から出力し、前記トランスジューサへ送り、トランスジューサから少なくとも電磁波又は音波又は光が出力することを特徴とするプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
【請求項１７】
請求項１６記載のプログラマブル計測用モジュールを用いた計測システムの構成の複数台の送信装置を、予め、既知座標の各地点にそれぞれ設置し、それら送信装置には、それぞれ、前記送信アンテナ、超音波・音波発振器、赤外線を含む発光器の少なくともいずれかのトランスジューサをアナログ出力端子へ接続し、
一方、請求項１１記載のプログラマブル計測用モジュールを用いた計測システムの構成の複数台の受信装置を、予め既知座標の各地点にそれぞれ設置し、それら受信装置には、それぞれ、受信用アンテナ、マイクロホン、圧力センサ、加速度センサ、光センサ、温度センサ、電界計測プローブのいずれか複数を一体化した検出モジュールとしてアナログ入力端子へ接続し、
前記送信装置と前記受信装置の間で、あるエリアの地表面上で超高周波帯を含む電磁波、超音波を含む音波、赤外線を含む光の各周波数を搬送波として所定情報データで変調して送受信を行い、
受信装置のＦＰＧＡ内コンピュータ部は、その受信データをメモリ部に記録し、その時間経過に従って変化が計測されたときは、変化のある周波数帯の伝搬状況の変化から天候・周囲状況変化・風・物の速度、人・動物の移動を推定する解析手段を備えることを特徴とするプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
【請求項１８】
設定点座標がそれぞれ既知の前記複数の送信装置が、その接続されたトランスジューサが音波発振器であり、音波を放射し、一方、他の複数の設定点座標がそれぞれ既知の前記受信装置が、その接続された計測センサがマイクロホンであり、音波を受信する計測システムであって、
前記受信装置のＦＰＧＡコンピュータ部は、そのメモリ部にある通常（風速＝０）の場合の検出音波と、移動変化している検出音波を比較してそのドップラー効果又は伝搬速度の差により装置間に吹いている風速を計測する手段を備えることを特徴とする請求項１７記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
【請求項１９】
設定点座標がそれぞれ既知の前記複数の受信装置が、そのアナログ入力端子に接続された前記検出モジュールは少なくとも振動センサであり、振動波を受信するシステムであって、
人・動物が地面を歩行するときの各時刻毎の振動波を前記複数の受信装置を計測し、各振動波が各装置に到達する時刻経過をそれぞれのＦＰＧＡのコンピュータ部は、そのメモリ部へ記憶する手段を備え、
各メモリ部に記憶された振動の到達する時刻の差より歩行者の２次元位置を推定することを特徴する請求項１７記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
【請求項２０】
前記複数の受信装置は、それぞれ各前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部１２は、さらに、Ｗｅｂサーバの機能を備えると共に、各モジュールには付加又は内蔵するイーサーネットコントローラとＬＡＮとを経由してインターネット回線に接続する計測者のＷｅｂブラウザを備えたクライアント端末を備え、
ＦＰＧＡコンピュータ部はそのメモリ部に記憶された各時刻毎の振動波をＷｅｂサーバのメモリ部に蓄積し、その時刻経過毎の振動の振巾をインターネットを介してクライアント端末へ収集し、歩行者の２次元位置を推定することを特徴とする請求項１９記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
【請求項２１】
設定点座標がそれぞれ既知の前記複数の受信装置では、そのアナログ入力端子に接続された前記検出モジュールは少なくともマイクロホンであり、
一方、設定点座標がそれぞれ既知の前記複数の送信装置では、そのアナログ出力端子に接続された前記トランスジューサは少なくともスピーカを含む音波発生器であり、
前記複数の受信装置及び送信装置は、それぞれ各前記プログラマブル計測汎用モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部には、さらに、Ｗｅｂサーバの機能を備えると共に、そのモジュールには付加又は内蔵するイーサーネットコントローラとＬＡＮとを経由してインターネット回線に接続する計測者のＷｅｂブラウザを有するクライアント端末を備え、
各送信装置から出力される音波発生器の音波を各受信装置のマイクロホンで受信するシステムにおいて、
前記複数の送信装置のＦＰＧＡ内の前記Ｗｅｂサーバのメモリ部にそれぞれ送信音量及び位相を時刻毎に記録する送信記録手段と、一方前記複数の受信装置のＦＰＧＡ内の前記Ｗｅｂサーバのメモリ部にそれぞれ受信音量を時刻毎に記録する受信記録手段とを少なくとも備え、
前記計測者のクライント端末は、インターネットを介して受信装置の各Ｗｅｂサーバのメモリ部にある音量データを収集し、予め端末のメモリに設定されているそのエリアに定めた特定地点の音圧レベルと比較して、異なっていれば、その音圧レベルに一致するようにその周辺の送信装置の音量及び位相を調整する音量位相調整手段を備え、その特定地点の音圧レベルを増大又は減少させることができることを特徴とする請求項１７記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
【請求項２２】
前記複数の受信装置では、そのアナログ入力端子に接続された前記検出モジュールは超高周波帯まで含む受信アンテナ、マイクロホンを含む超音波検出器、赤外線を含む光センサであり、
前記複数の送信装置では、そのアナログ出力端子に接続された前記トランジューサは超高周波帯送信アンテナ、超音波を含む音波発振器、赤外線、レーザを含む発光器であり、
前記複数の受信装置及び送信装置は、それぞれ各前記プログラマブル計測汎用モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部には、さらにＷｅｂサーバの機能を備えると共に、そのモジュールに付加又は内蔵するイーサーネットコントローラとＬＡＮを経由してインターネット回線に接続するＷｅｂブラウザを有するクライアント端末を備え、
各地点に配置された前記送信装置から各地点に配置された前記受信装置への通信周波数及び電圧値（放射電力値）を前記クライアント端末からの指令によりインターネットを介し変更できるようにするため、前記送信装置は、ＦＰＧＡコンピュータ部のＷｅｂサーバ内に通信周波数及び電圧値を記憶させるメモリ部を設け、
そのコンピュータ部は、前記メモリ部にある通信周波数と電圧値を読取り、その通信周波数が動作する前記トランジューサを選択して、読取った電圧値で送信する送信手段と、
クライアント端末からのアクセスに応答して、そのメモリ部の内容の変更を許可し、通信周波数と電圧値を更新させる通信周波数／電圧値更新手段とを少なくとも備え、
前記クラインアント端末は各前記受信装置のＷｅｂサーバメモリ部へ蓄積された時刻毎の受信電圧値をインターネットを介して取得し、予め設定している受信電圧値と比較し、位置・天候に関連して伝播状況により受信電圧値が低い場合には他の通信周波数に切替え、最もよい通信周波数で動作させる通信周波数切替手段と、
最良の通信周波数にセットされたときは、さらにその電圧を変化させ、必要最小限の電圧で動作させる電圧調整手段とを少なくとも備えることを特徴とする請求項１７記載のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
周波数合成及び再定義可能な回路から構成される各種の信号処理が行えるプログラマブル計測汎用モジュール回路並びにそれらの汎用モジュールを１以上用い、計測システムに関する。その計測システムは気象環境等の観測及び監視、農産物のための土壌水分などの計測及び観測、それら観測値の通信回線を介するデータ収集、乱数発生回路などの利用分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気象・生物・農産物・食品の計測では，土壌水分，湿度，植物体の水分など水に関する計測項目が多い。また，気象や環境に関するセンサは，半導体温度センサ，熱電対，風速計，日射量センサ等の電圧やインピーダンスがまちまちであり，それぞれに専用の回路を用意する必要があった。計測項目が増えると回路は非常に複雑となった。
【０００３】
これらのデータをコンピュータで処理及び記録するためには，センサ出力をＡＤコンバータ入力の電圧範囲及びサンプリング周波数に合わせて，アンプ，ローパスフィルタ，非線形性補正回路などを用意する必要がある。
アンプの増幅率，ローパスフィルタのカットオフ周波数などを適切な値にするためは，カットアンドトライを繰り返す必要がある。そのため，従来の計測用回路を屋外に設置する観測システムに組み込んで使用する場合，その調整作業やメインテナンスは非常に大変であった。
【０００４】
また，０〜９０％の土壌水分を計測する場合と０〜１％の水分を精密に計測する場合ではアンプのゲイン等を大幅に変える必要がある。そのため，オンライン計測の場合には２つの観測装置を設置しなければならなかった。
【０００５】
例えば，１ｋＨｚ，振幅０〜１Ｖの正弦波入力を要求するセンサから０〜１ｍＶ，ＤＣ〜１ｋＨｚの信号と１ｋＨｚ以上のノイズが重畳する信号を入力信号の範囲が０〜５ＶのＡＤコンバータでデータを得るとき，１０００倍のゲインを持つアンプとカットオフ周波数１ｋＨｚのローパスフィルタが必要である。
このとき，別のセンサでは１〜１００ｋＨｚ，振幅０〜２Ｖの正弦波の入力を要求し，そのセンサは０〜１０ｍＶ，ＤＣ〜１００ｋＨｚの信号と１００ｋＨ以上のノイズの重畳した信号を出力するとする。
【０００６】
従来の方法では，この２つのセンサが要求するそれぞれの特性を持つ回路を個別に作製しなければならない。しかも，所定の特性が得られるように抵抗やコンデンサの値をカットアンドトライで決めて作製する必要があった。
ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）はデジタル回路を，ＦＰＡＡ（フィールド・プログラマブル・アナログ・アレイ）はアナログ回路をソフトウェアで柔軟に変えることが出来る。ＦＰＧＡ，ＦＰＡＡは単独で利用されてきたため，内部の結線やプログラムを変更するための周辺回路や開発用機器が必要であり，運用現場で書き換えることは困難であった。そのため，研究開発や試作用に用いられることがほとんどであり，その柔軟性が十分利用されていないのが現状であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アンプ，ローパスフィルタ，非線形回路などの計測に必要となる煩雑なアナログ回路を比較的単純な回路の組み合わせで構成し，その構成をソフトウェア的に変更できるようにする。
【０００８】
これを単一の汎用の基本デバイス（プログラマブル計測汎用モジュール）として作成し，プログラマブル計測汎用モジュールを単独または多数組み合わせて利用することで，計測システムの大幅な小型化，低廉化，汎用化を図れるようにすることにある。
【０００９】
例えば、土壌水分，湿度，植物体の水分など水に関する計測を行うセンサはキャパシタンスの変化として計測するものが多い。キャパシタンス計測と電圧計測する一つの回路で計測できる計測システムを提供するにある。
【００１０】
また、インターネット等の通信回線を経由して，この回路の結線及び回路定数を遠隔地から変更できる計測システムにする。
これにより，単一の回路を多目的に利用できる。また，遠隔地から回路構成を容易に変更できる計測システムにする。
【００１１】
これにより，計測対象の変更，回路中で故障した部分を取り除いて他の回路に代替できる計測システムを提供するにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明のプログラマブル計測汎用モジュールは、ＣＰＵ、ＤＡコンバータ、メモリから少なくともなり、第１のプログラムによって決められた周波数合成波形信号を出力するデジタルシンセサイザと、
２つの入力電圧の積を電圧として出力する乗算器と、
オペアンプ、抵抗、コンデンサを少なくとも含む電子回路基本素子を複数有し、さらにそれらの定数と結線選択を第２のプログラムにより変更できる素子とからなるＦＰＡＡ（フィールド・プログラマブル・アナログ・アレイ）と、
前記デジタルシンセサイザ、乗算器、ＦＰＡＡも含めた総てを制御するＣＰＵコアとなるコンピュータ部、ＤＡコンバータ、ＡＤコンバータを少なくとも有し前記第１及び第２のプログラムをデジタルバスを介して指令信号を出力するプログラマブル機能を有するＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）とを有する４回路要素から構成されるモジュールであって
計測対象である被検体からの検出信号のアナログ入力端子及び、被験体への印加信号のアナログ出力端子を前記ＦＰＡＡに備え、
前記ＦＰＧＡのコンピュータ部は前記４回路要素間の配線選択を前記ＦＰＡＡを用いて第３のプログラムにより組替える手段をさらに備え、
前記アナログ入力／出力端子に接続された被検体の計測条件に合致する前記第３のプログラムを前記コンピュータ部より起動して前記４回路要素間の配線を定め、前記被検体の計測の必要性に対応して第１又は／及び第２のプログラムを起動して周波数合成波形信号を出力させるか又は／及び前記ＦＰＡＡの各素子の結線と素子定数を定めて、被検体の計測処理ができる汎用性のあるモジュールであることを特徴とする。
【００１３】
また、前記４回路要素にさらにＤＣ−ＤＣコンバータを設け、前記ＤＣ−ＤＣコンバータから前記４回路要素への安定電源としてそれぞれ接続配線されると共に、前記ＡＤコンバータのリファレンス電圧及び前記乗算器の定数として用いることを特徴とする。
【００１４】
一方、本発明のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムはプログラマブル計測汎用モジュールの前記ＦＰＡＡのアナログ出力端子に容量性の被検体を接続して、その端子に印加する交流電圧により前記被検体中を流れる交流電流の大きさ及び位相のずれの検出信号を前記アナログ入力端子に接続し、
前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部は、前記被検体へ印加すべき電圧値及び周波数の交流電圧を前記デジタルシンセサイザへバスを介して生成を指令するデジタルシンセサイザ電圧生成手段と、
前記ＦＰＡＡとバスを介して指令し増幅回路を生成すると共に、デジタルシンセサイザとＦＰＡＡ間の配線を選択し、前記生成電圧を前記増幅回路に入力し増幅させる配線設定／増幅回路生成手段と、
前記アンプ出力を前記アナログ出力端子へ出力する被検体への電圧印加手段と、
前記容量性の被検体に直列に接続された分割抵抗器の所定の分割端子における前記検出信号を前記アナログ入力端子から取得するためＦＰＡＡ内に所定の増幅回路及びローパスフィルタの電子回路の生成と結線をバスを介して指令し、その検出信号を入力する電子回路生成／検出信号入力手段と、
そのローパスフィルタの出力をバスを介して指令し、アナログ信号線によりＦＰＧＡのＡＤコンバータに入力し、被検体を流れる電流と位相のずれを検出する電流・位相検出手段とを備え、
その検出結果より被検体の誘電率、電気伝導度又は誘電率損失、イオン濃度の少なくともいずれかの物理的性質を計測することを特徴とする。
【００１５】
また、前記分割抵抗器は、前記ＦＰＡＡ内の電子回路基本素子により前記ＦＰＧＡコンピュータ部が、バスを介してＦＰＡＡ内に生成する分割抵抗器生成手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、プログラマブル計測汎用モジュールの前記ＦＰＡＡのアナログ入力端子に計測センサの電圧出力端子を接続し、
前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部は、前記計測センサからの計測信号電圧を前記ＦＰＡＡを介して前記ＦＰＧＡのＡＤコンバータに入力するに際して、そのＡＤコンバータの入力レンジの範囲とセンサの計測信号電圧の範囲とを一致するようにバスを介して指令しＦＰＡＡ内の前記電子回路基本素子によりゲイン回路及びオフセット回路を生成するゲイン／オフセットの回路生成手段と、
その回路生成手段により一旦その範囲内で計測を行い、次にその計測値を中心として前記範囲を所定のより狭い範囲に設定するためバスを介して指令し前記ゲイン回路及びオフセット回路を調整し、計測値をＡＤコンバータに入力させる回路調整手段とを備え、
再計測を行うことで、分解度機能における精度を向上させることを特徴とする。
【００１７】
また、複数のプログラマブル計測汎用モジュールをそれぞれ計測地点に設置し、それら各プログラマブル計測汎用モジュールのアナログ入出力端子と対応する被検体とをそれぞれ線で結線し、各プログラマブル計測汎用モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部はそれぞれＷｅｂサーバの機能を備えると共に、各自のモジュールにはそれぞれ付加又は内蔵するイーサーネットコントローラと
それらイーサーネットコントローラよりＬＡＮを経由して通信回線或はインターネット回線に接続する計測者のクライアント端末とを備え、
前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部は、前記被検体を計測するに際し、その計測に適合した周波数、電圧値、アンプの増幅率を少なくとも含む電子回路のデータ条件を前記コンピュータ部のメモリ部に記憶する計測条件記憶手段と、前記コンピュータ部のメモリ部に記憶されたデータ条件によりデジタルシンセサイザ、ＦＰＡＡへバスを介して指令し所定の電子回路を生成し、指令周波数及び電圧をアナログ出力端子へ出力する計測条件設定／出力手段と、
前記アナログ入力端子より入力した計測データをアナログ演算処理するＦＰＡＡ内の電子回路の生成を指令し、それを介してＡＤコンバータに入力し、そのデジタル計測データをＷｅｂサーバメモリ部に記憶する電子回路生成／計測データ蓄積手段と、
前記計測者のＷｅｂブラウザ或はエージェントソフトを備えるクライアント端末より前記各プログラマブル計測汎用モジュールに対するアクセスに応答して、コンピュータ部のメモリ部に蓄積された計測データをそのクライアント端末へ送信するアクセス応答／計測データ送信手段とを備え、
前記計測者はそのクライアント端末より通信回線を介してアクセスし、複数計測地点に設置されている被検体から収集した各プログラマブル計測汎用モジュールに蓄積した計測データを逐次受信し収集できることを特徴とする。
【００１８】
また、プログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムにおいて、
各被検体に接続する計測アナログ入出力端子に加えて、複数の計測汎用モジュール間の計測情報データ交信のための交信アナログ入出力端子を設け、それらの交信アナログ入出力端子と接続する一本の単一アナログケーブルを備え、
各モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部はデジタルシンセサイザ及び乗算器によりバスを介して指令し、周波数多重化信号を生成させる生成周波数変調波生成手段と、
各ＦＰＡＡにその周波数多重化用信号を出力させるために、クロクバースイッチを含む多重化用電子回路を生成する多重化用電子回路生成手段と、
前記信号を受信して、コンピュータ部メモリ部を書換える転送指令受信／書換手段とを少なくとも備え、
複数の計測汎用モジュールの中でＷｅｂサーバ機能及びデジタル通信機能が少なくとも１台以上あれば、他のモジュールのＷｅｂサーバ機能及びデジタル通信機能が無くとも、１台のＷｅｂサーバ機能及びデジタル通信機能のある計測汎用モジュールを介して、総ての計測汎用モジュールを制御可能とすることを特徴とする。
【００１９】
また、前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部は、さらに、前記計測条件記憶手段でコンピュータ部のメモリ部に記憶されているデータ条件内容の書換アクセス信号を、前記クライアント端末から通信回線を介して受付ける書換信号受付手段と、
前記受付に際し、クライアント端末からの少なくともＩＤ番号又はパスワードがそのモジュールのＩＤ番号又はパスワードと一致していればメモリ書換を許可し、書換信号によるデータ条件の上書を行う書換信号許可手段とを備え、
次回の計測に際しては、その更新されたデータ条件により前記ＦＰＡＡ、ＦＰＧＡ、デジタルシンセサイザの機能を定義するデータプログラムを書換え、計測条件・信号処理工程を変更し計測することを特徴とする。
【００２０】
また、前記計測データはコンピュータ部のメモリ部へＨＴＭＬ（Ｈｙｐｅｒ　Ｔｅｘｔ　Ｍａｒｋｕｐ　Ｌａｎｇｕａｇｅ）ファイル及びＸＭＬ（Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ　Ｍａｒｋｕｐ　Ｌａｎｇｕａｇｅ）ファイルとして蓄積することを特徴とする。
【００２１】
また、前記データ条件内容はＸＭＬファイルとして定義し、このＸＭＬファイルはコンピュータ部のメモリ部に保存することを特徴とする。
【００２２】
また、プログラマブル計測汎用モジュールのアナログ入力端子と、交流電圧を印加する電極、又は電磁波を受信するアンテナ、又は音波を検出するマイクロホン、又は振動波を検出する振動センサ等のプローブ又はトランスジューサの電気信号電圧端子とを接続し、
前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部は、前記デジタルシンセサイザに対して、前記電気信号電圧の計測すべき周波数帯域の下限から上限へ所定の周波数間隔で、一定時間ずつ交流電圧ｓｉｎ（ω）ｔ（ω＝周波数：ｔ＝時間）を生成する指令を送る計測周波数生成指令手段と、
その測定周波数生成電圧ｓｉｎ（ω）ｔを前記乗算器に入力する配線を選択する配線設定手段と、
前記アナログ入力端子からの計測電気信号電圧を前記乗算器へ出力するようにその信号電圧を、入力する受信回路の生成をＦＰＡＡに指令すると共に、その出力を乗算器へ入力する配線を選択する受信回路生成／配線設定手段と、
前記乗算器における前記２つの入力電圧の乗算値をＦＰＡＡに入力させる配線を選択すると共に、その乗算値を前記一定時間積分する積分回路をＦＰＡＡ内に生成を指令する配線設定／積分回路生成手段と、
その積分回路の出力の直流成分を取出ためにＦＰＡＡ内にローパスフィルタ及びその信号の増幅するアンプの生成を指令すると共に、その直流値を計測する直流値計測手段と、
以上の直流値の計測を、所定の周波数間隔毎に行い各周波数毎の直流値を計測し、ＦＰＧＡのメモリに記憶する周波数対直流値記憶手段とを備え、
前記プローブ又はトランスジューサで検出された電気信号を周波数別に計測することを特徴とする。
【００２３】
また、前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部は、さらにＷｅｂサーバの機能を備えると共に、そのモジュールには付加又は内蔵するイーサーネットコントローラと、そのコントローラよりＬＡＮを経由してインターネット回線に接続する計測者のクライアント端末とを備え、
そのＦＰＧＡコンピュータ部は前記周波数毎の計測直流値を前記Ｗｅｂサーバのメモリ部へ蓄積させるＷｅｂサーバ蓄積手段と、
前記計測者のＷｅｂブラウザを備えるクライアント端末より前記モジュールに対するアクセスに応答して、Ｗｅｂサーバメモリ部に蓄積された計測直流値を送信する計測直流値送信手段とを少なくとも備えることを特徴とする。
【００２４】
また、プログラマブル計測汎用モジュールのアナログ入力端子と逆方向直流電位が印加されたダイオードとを接続し、
前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部は、前記アナログ入力端子からの前記ダイオードのノイズを受信・増幅するためのアンプをＦＰＡＡ内部に生成させるアンプ生成手段と、
前記Ａ／Ｄコンバータに取得された所定時刻毎の電圧値の数列を乱数としてＦＰＧＡ内メモリ部へ蓄積させる数列蓄積手段とを備え、
前記ダイオードの時間的にランダムにゆらいでいるショットノイズの電圧をシーズとして乱数を発生させる周期性のない完全な乱数を生成することを特徴とする。
【００２５】
また、前記ダイオードのショットノイズをアナログ入力端子より取得する代わりに、ＦＰＡＡ内部に半導体素子を設定し、その半導体素子に逆方向直流電位を印加して、その半導体素子から出力するノイズを用いて乱数を生成することを特徴とする。
【００２６】
また、前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部は、さらにＷｅｂサーバの機能を備えると共に、そのモジュールには付加又は内蔵するイーサーネットコントローラと、そのコントローラよりＬＡＮを経由してインターネット回線に接続する計測者のクライアント端末を設け、
そのＦＰＧＡコンピュータ部は前記特定周波数成分の所定時刻毎の電圧値の数列とする乱数をＦＰＧＡのＷｅｂサーバの一時メモリ又はシフトレジスタへ入力する乱数列入力手段と、
前記計測者のクライアント端末より、そのモジュールに対するアクセスに応答して、Ｗｅｂサーバの一時メモリ又はシフトレジスタメモリより前記乱数を送信する生成乱数送信手段とを備えることを特徴とする。
【００２７】
また、プログラマブル計測汎用モジュールのアナログ出力端子と、高周波電力を幅射電磁波に変換するアンテナ、又は交流電圧を音波に変換する超音波・音波・振動波発振器、交流電圧を光波に変換するイルミネーション・表示器を含む発光器を含むトランスジューサとを接続し、
前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部は、前記デジタルシンセサイザに対してバスを介して前記トランジューザの動周波数帯域内の特定の周波数の搬送電圧波生成を指令すると共にその電圧波を乗算器へ入力するための配線選択を指令する搬送電圧波生成／配線設定手段と、
送信したい情報データをアナログ値としてＦＰＧＡ内部のＤＡコンバータから出力させ、その出力電圧を前記乗算器へ入力させる配線選択を指令する情報データ出力／配線設定手段と、
前記乗算器における前記デジタルシンセサイザ及びＦＰＧＡからの２つの電圧値の乗算値を前記ＦＰＡＡに取得させるため、そのＦＰＡＡと乗算器間の配線選択と、取得した乗算値をハイパスフィルタを通過させその出力電力増幅を行うための電子回路生成をＦＰＡＡへ指令する配線設定／電子回路生成手段とを備え、搬送波を送信したい情報データにより変調した変調高周波或は交流電圧を前記アナログ出力端子から出力し、前記トランスジューサへ送り、トランスジューサから少なくとも電磁波又は音波又は光が出力することを特徴とする。
【００２８】
また、プログラマブル計測用モジュールを用いた計測システムの構成の複数台の送信装置を、予め、既知座標の各地点にそれぞれ設置し、それら送信装置には、それぞれ、前記送信アンテナ、超音波・音波発振器、赤外線を含む発光器の少なくともいずれかのトランスジューサをアナログ出力端子へ接続し、
一方、プログラマブル計測用モジュールを用いた計測システムの構成の複数台の受信装置を、予め既知座標の各地点にそれぞれ設置し、それら受信装置には、それぞれ、受信用アンテナ、マイクロホン、圧力センサ、加速度センサ、光センサ、温度センサ、電界計測プローブのいずれか複数を一体化した検出モジュールとしてアナログ入力端子へ接続し、
前記送信装置と前記受信装置の間で、あるエリアの地表面上で超高周波帯を含む電磁波、超音波を含む音波、赤外線を含む光を搬送波として所定の信号により変調して送信を行い、
受信装置のＦＰＧＡ内コンピュータ部は、その受信データをメモリ部に記録し、その時間経過に従って変化が計測されたときは、変化のある周波数帯の伝搬状況の変化から天候・周囲状況変化・風・物の速度、人・動物の移動を推定する解析手段を備えることを特徴とする。
【００２９】
また、設定点座標がそれぞれ既知の前記複数の送信装置が、その接続されたトランスジューサが音波発振器であり、音波を放射し、一方、他の複数の設定点座標がそれぞれ既知の前記受信装置が、その接続された計測センサがマイクロホンであり、音波を受信する計測システムであって、
前記受信装置のＦＰＧＡコンピュータ部は、そのメモリ部にある通常（風速＝０）の場合の検出音波と、移動変化している検出音波を比較してそのドップラー効果又は伝搬速度の差により装置間に吹いている風速を計測する手段を備えることを特徴とする。
【００３０】
また、設定点座標がそれぞれ既知の前記複数の受信装置が、そのアナログ入力端子に接続された前記検出モジュールは少なくとも振動センサであり、振動波を受信するシステムであって、
人・動物が地面を歩行するときの各時刻毎の振動波を前記複数の受信装置を計測し、各振動波が各装置に到達する時刻経過をそれぞれのＦＰＧＡのコンピュータ部は、そのメモリ部へ記憶する手段を備え、
各メモリ部に記憶された振動の到達する時刻の差より歩行者の２次元位置を推定することを特徴する。
【００３１】
また、前記複数の受信装置は、それぞれ各前記モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部１２は、さらに、Ｗｅｂサーバの機能を備えると共に、各モジュールには付加又は内蔵するイーサーネットコントローラとＬＡＮとを経由してインターネット回線に接続する計測者のＷｅｂブラウザを備えたクライアント端末を備え、ＦＰＧＡコンピュータ部はそのメモリ部に記憶された各時刻毎の振動波をＷｅｂサーバのメモリ部に蓄積し、その時刻経過毎の振動の振巾をインターネットを介してクライアント端末へ収集し、歩行者の２次元位置を推定することを特徴とする。
【００３２】
また、設定点座標がそれぞれ既知の前記複数の受信装置では、そのアナログ入力端子に接続された前記検出モジュールは少なくともマイクロホンであり、
一方、設定点座標がそれぞれ既知の前記複数の送信装置では、そのアナログ出力端子に接続された前記トランスジューサは少なくともスピーカを含む音波発生器であり、
前記複数の受信装置及び送信装置は、それぞれ各前記プログラマブル計測汎用モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部には、さらに、Ｗｅｂサーバの機能を備えると共に、そのモジュールには付加又は内蔵するイーサーネットコントローラとＬＡＮとを経由してインターネット回線に接続する計測者のＷｅｂブラウザを有するクライアント端末を備え、
各送信装置から出力される音波発生器の音波を各受信装置のマイクロホンで受信するシステムにおいて、
前記複数の送信装置のＦＰＧＡ内の前記Ｗｅｂサーバのメモリ部にそれぞれ送信音量及び位相を時刻毎に記録する送信記録手段と、一方前記複数の受信装置のＦＰＧＡ内の前記Ｗｅｂサーバのメモリ部にそれぞれ受信音量を時刻毎に記録する受信記録手段とを少なくとも備え、
前記計測者のクライント端末は、インターネットを介して受信装置の各Ｗｅｂサーバのメモリ部にある音量データを収集し、予め端末のメモリに設定されているそのエリアに定めた特定地点の音圧レベルと比較して、異なっていれば、その音圧レベルに一致するようにその周辺の送信装置の音量及び位相を調整する音量位相調整手段を備え、その特定地点の音圧レベルを増大又は減少させることができることを特徴とする。
【００３３】
また、前記複数の受信装置では、そのアナログ入力端子に接続された前記検出モジュールは超高周波帯まで含む受信アンテナ、マイクロホンを含む超音波検出器、赤外線を含む光センサであり、
前記複数の送信装置では、そのアナログ出力端子に接続された前記トランジューサは超高周波帯送信アンテナ、超音波を含む音波発振器、赤外線、レーザを含む発光器であり、
前記複数の受信装置及び送信装置は、それぞれ各前記プログラマブル計測汎用モジュールのＦＰＧＡコンピュータ部には、さらにＷｅｂサーバの機能を備えると共に、そのモジュールに付加又は内蔵するイーサーネットコントローラとＬＡＮを経由してインターネット回線に接続するＷｅｂブラウザを有するクライアント端末を備え、
各地点に配置された前記送信装置から各地点に配置された前記受信装置への通信周波数及び電圧値（放射電力値）を前記クライアント端末からの指令によりインターネットを介し変更できるようにするため、前記送信装置は、ＦＰＧＡコンピュータ部のＷｅｂサーバ内に通信周波数及び電圧値を記憶させるメモリ部を設け、
そのコンピュータ部は、前記メモリ部にある通信周波数と電圧値を読取り、その通信周波数が動作する前記トランジューサを選択して、読取った電圧値で送信する送信手段と、
クライアント端末からのアクセスに応答して、そのメモリ部の内容の変更を許可し、通信周波数と電圧値を更新させる通信周波数／電圧値更新手段とを少なくとも備え、
前記クラインアント端末は各前記受信装置のＷｅｂサーバメモリ部へ蓄積された時刻毎の受信電圧値をインターネットを介して取得し、予め設定している受信電圧値と比較し、位置・天候に関連して伝播状況により受信電圧値が低い場合には他の通信周波数に切替え、最もよい通信周波数で動作させる通信周波数切替手段と、
最良の通信周波数にセットされたときは、さらにその電圧を変化させ、必要最小限の電圧で動作させる電圧調整手段とを少なくとも備えることを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下、図に基づいて説明する。図１は本発明のプログラマブル計測汎用モジュール１０の実施例を示す。
【００３５】
図中、１１はデジタルシンセサイザ、１２は乗算器、１３はＦＰＡＡ、１４はＦＰＧＡ、１５はＤＣ・ＣＤコンバータ、１６はＦＰＧＡ１４とデジタルシンセサイザ１１との間のデジタル信号バス、１７はＦＰＧＡ１４とＦＰＡＡ１３の間のデジタル信号バス、１８はアナログ出力端子、１９はアナログ入力端子を示す。　ＦＰＧＡ１４は、コンピュータ部１４ａ、ＤＡコンバータ１４ｘ、ＡＤコンバータ１４ｙを少なくとも含む。１８、１９の端子は複数の要素を計測する際には複数であるが、簡単のため図中では一本の矢印で示している。
【００３６】
ここで、デジタルシンセサイザ１１は、所謂周波数合成回路であり、内部にＤＡコンバータ、メモリとそれらを制御するＣＰＵ部があり、外部から指令されるプログラム（第１のプログラム）により決められた波形の信号を出力する。
【００３７】
乗算器１２は２つの入力電圧値の積を電圧値として出力する。ＦＰＡＡ１３はプログラマブルアナログ回路であり、内部にオペアンプ、抵抗、コンデンサ、クロスバースイッチ機構による配線の切換スイッチなどの電子回路の基本素子を複数有し、それらの定数と結線を外部から指令されるプログラム（第２のプログラム）で選択・変更できる。
【００３８】
ＦＰＧＡ１４は、プログラマブルデジタル回路であり、その内部にコンピュータ部１４ａ、ＤＡコンバータ１４ｘ、ＡＤコンバータ１４ｙを有し、そのコンピュータ部１４ａは前記デジタルシンセサイザ１１、乗算器１２、ＦＰＡＡ１３も含めた総ての制御をする。
【００３９】
すなわち、デジタル信号バス１６、１７を介してそれぞれ第１及び第２のプログラムに対して、指令する手段を備える。
【００４０】
また、ＦＰＡＡ１３は計測対象である被検体からの検出信号のアナログ入力端子１８と、被検体への印加電圧信号などのアナログ出力端子１９を備える。
【００４１】
ＦＰＧＡ１４のコンピュータ部１４ａは、さらに、前記デジタルシンセサイザ１１、乗算器１２、ＦＰＡＡ１３、ＦＰＧＡ１４から構成されるモジュールの４回路要素間の配線選択をプログラマブルなクロスバースイッチによって第３のプログラムにより組替える手段をさらに備える。ただし、このクロスバースイッチはＦＰＧＡ１４に内蔵されたものを利用することができるため、別に用意する必要はない。
尚、規模の小さい計測汎用モジュールとして、前記第４要素のＦＰＧＡ１４をコンピュータ部１４ａ、ＤＡコンバータ１４ｘ、ＡＤコンバータ１４ｙからなる１チップコンピュータとしてもよい。また、前記デジタルシンセサイザ１１は内部にＤＡコンバータ、メモリとそれらを制御するＣＰＵ部となることから、ＦＰＧＡ１４内で構成してもよい。
【００４２】
以上のプログラマブル計測汎用モジュール１０は、以下のような動作の流れとなる。
【００４３】
前記アナログ入力／出力端子１９、１８に接続された被検体の計測条件に合致する第３のプログラムをコンピュータ部１４ａより起動し、前記４回路要素間の配線を定め、次にその被検体の計測の必要性に対応して、第１又は／及び第２のプログラムを起動して周波数合成信号を出力させるか、又は／及びＦＰＡＡ１３の各素子の結線と素子定数を定める。よって、被検体の計測処理ができる。被検体からのセンサ信号は次のようになる。
【００４４】
被検体からのセンサ信号は、入力端子１９に入力される。ＦＰＡＡ１３内部の結線はＦＰＧＡ１４内部のコンピュータ部１４ａからの指令によって決定される。ＦＰＡＡ１３内部のオペアンプのゲインは精密な増幅を行う場合や変調など高速に増幅率を変化させる場合に乗算器１２（アナログマルチプライア）を利用する。
【００４５】
これらの結線はＦＰＡＡ１３のプログラマブルな結線変更機能を利用して，コンピュータ部１４ａからの指令によって決定される。
【００４６】
たとえば，交流ブリッジ回路はデジタルシンセサイザ１１で発生した交流電源又は電圧とＦＰＡＡ１３内部の抵抗で生成する。
センサ信号が微弱または過大な場合には，乗算器１２（アナログマルチプライア）によってＤＡコンバータ１４ｘで発生した電圧等と乗算し，必要となる値に調整する。これらの信号をＡＤコンバータ１４ｙでデジタルに変換するために必要となるアンプ及びローパスフィルタはＦＰＡＡ１３内部のオペアンプで生成する。その際に，それぞれのセンサに対して必要となる増幅率やカットオフ周波数などの回路定数はＦＰＡＡ１３の第２のプログラムを書き換えて行う。
【００４７】
また，ＤＣ−ＤＣコンバータ１５によって各回路の電源を安定化させるとともに，ＡＤコンバータ１４ｙのリファレンス電圧及び乗算器１２の定数として用いることで，計測精度及び回路の安定性を向上させる。
【００４８】
ＡＤコンバータ１４ｙ等の回路は電源電圧の影響を受けやすく，また本発明の使用は屋外での利用が多いためノイズや電源電圧がゆらぎやすい。特にデジタルシンセサイザ１１やＦＰＡＡ１３の電源がゆらぐと計測値が不確かになり，また外部ノイズ等によって誤動作や回路の破断が起こる可能性がある。
そのため回路にＤＣ−ＤＣコンバータ１５を内蔵して１つのモジュール（ＬＳＩ）にすると，電源電圧が多様なＰＣや家電製品に容易に組み込むことが出来るようになる。また，ＤＣ−ＤＣコンバータ１５の入力電圧範囲を大きくすることで，電圧変動が大きい太陽電池，風力発電機、バッテリ等の屋外で使用する電源を容易に利用できる。
【００４９】
図１に戻り、説明する。実線の矢印は、電圧が出力される方向を示すアナログ信号線である。ただし、ＦＰＡＡ内部のクロスバースイッチによって、この配線はプログラマブルに変更可能である。そのため、生成される回路によっては切断されている場合もある。両端に矢印のある幅の太い矢印は回路間のデジタル信号を伝送するための接続用バス１６，１７を示す。
【００５０】
図中２重実線は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５から前記４回路要素への電源用配線を示す。
【００５１】
さらに、詳しくは前述したようにＤＣ・ＤＣコンバータ１５は，デジタルシンセサイザ１１，ＦＰＧＡ１４，ＦＰＡＡ１３，乗算器１２に電力を供給すると同時に，基準電圧としてＡＤコンバータ１４ｙに電圧を供給する。また，定数を示す電圧として乗算器１２に信号を送る。
【００５２】
なお，実装は用途によって変えて良い。例えば，ＦＰＧＡ１４のコンピュータ部１４ａ、ＤＡコンバータ１４ｘ，ＡＤコンバータ１４ｙはそれぞれ個別のＩＣを使って構成する場合や，逆にＦＰＧＡ１４内部にデジタルシンセサイザ１１を組み込む場合，更に図１の回路全体を一つのＬＳＩで実装する場合がある。
【００５３】
複数のセンサを用いた多チャンネルの計測では，アナログ入力端子１８を複数組用意して，特定のセンサを内部または外部に組み込んでおきマルチプレクサを付加して切り替える。または，マルチプレクサの代わりにＦＰＡＡ１３内部のクロスバースイッチの結線をプログラム（第２のプログラム）で変更してセンサを切り替えてもよい。
【００５４】
図２は本発明のプログラマブル計測汎用モジュール１０を用いた計測システム２０の実施例を示す。
【００５５】
図２の計測システム２０は、ＦＰＧＡ１４のコンピュータ部１４ａの命令によってデジタルシンセサイザ１１で発生される交流電圧の電圧値及び周波数を変化させ，その交流電圧を計測対象である被検体に印加し，被検体を介して流れる電流の大きさ及び位相のずれをプログラマブル回路のＦＰＡＡ１３で信号処理し，被検体２５の誘電率，電気伝導度，イオン濃度などの物理的性質を計測する計測システム２０である。尚、被検体２５の計測に関しては、絶縁体被覆された電極２５ａ、ｂ間の交流電流によって誘電率を計測する場合や、絶縁体被覆のない電極２５ａ、ｂ間を流れる交流電流によってインピーダンスを計測する場合、或いは湿度によってキャパシティが変化する湿度センサ等を含む。
【００５６】
図２において、図中の符号番号が図１と同一番号は同一機能であり、その説明を省略する。
【００５７】
２５は被検体を示し電極２５ａ、ｂ間にある、アナログ出力端子１８により交流電圧が印加される。２６は分割抵抗器を示し、その抵抗を流れる電流とその位相等を計測するための中間タップとアナログ入力端子１９を接続する。
【００５８】
２４はＦＰＧＡであり、そのコンピュータ部２４ａは図１のコンピュータ部１４ａに加えて、図２（ｂ）に示す手段２４ｂ〜２４ｆを備える。
【００５９】
ここで、手段２４ｂは、被検体２５へ印加すべき電圧値及び周波数の交流電圧をデジタルシンセサイザ１１へバス１６を介して生成を指令するデジタルシンセサイザ電圧生成手段である。
【００６０】
手段２４ｃは、ＦＰＡＡ１３へバス１７を介して指令し、アンプ電子回路を生成すると共に、デジタルシンセサイザ１１とＦＰＡＡ１３間の配線２７を選択し、その生成電圧を前記アンプに入力し、増幅させる配線設定／アンプ生成手段である。
【００６１】
手段２４ｄはアンプ出力をアナログ出力端子１８へ出力する被検体２５への電圧印加手段である。
【００６２】
手段２４ｅは容量性の被検体２５に直列に接続された分割抵抗器２６の所定の分割端子（中間タップ）における検出信号をアナログ入力端子１９から取得するためＦＰＡＡ１３内に所定のアンプ及びローパスフィルタの電子回路の生成と結線をバス１７を介して指令し、その検出信号を入力する電子回路生成／検出信号入力手段である。
【００６３】
手段２４ｆは、そのローパスフィルタの出力をバス１７を介して指令し、アナログ信号線２８によりＦＰＧＡのＡＤコンバータ２４ｙへ入力し、被検体２５を流れる電流と位相のずれを検出する電流・位相検出手段である。
【００６４】
尚、ＦＰＡＡ１３内の電子回路基本素子により、ＦＰＧＡコンピュータ部１４ａがバス１７を介して指令し、ＦＰＡＡ１３内と分割抵抗器を生成したときは、（分割抵抗器生成手段２４ｇ）図２（ａ）における分割抵抗器２６はＦＰＡＡ１３内に入る。
【００６５】
実施例２０の計測システムの動作の流れを以下に示す。
ＦＰＧＡ２４のコンピュータ部２４ａからデジタルシンセサイザ１１に生成する信号の波形データを送る。
【００６６】
デジタルシンセサイザ１１は，その波形の電圧をＦＰＡＡ１３のアンプを経由して被検体２５に印加する。なお，デジタルシンセサイザ１１の出力が十分大きくＦＰＡＡ１３内の増幅回路が不要な場合には，ＦＰＡＡ１３を介し、直接印加する。流れる電流を分割抵抗器２６により電圧に変換してＦＰＡＡ１３の入力とする。
【００６７】
ＦＰＡＡ１３はＡＤコンバータ２４ｙが要求する電圧レベル及びフィルタリングを行ってＡＤコンバータ２４ｙに出力する。なお，図２中の抵抗２６はＦＰＡＡ１３内部で生成すれば外付けする必要はない。したがって，その場合には図１の構成で図２がソフトウェア的に実現できる。
【００６８】
この計測システム２０は含有水分によってキャパシタンスが非線形に変化する湿度センサや土壌，植物体に適用して，水分を計測することができる。
湿度センサの場合は，湿度によって含水量が変化しキャパシタンスが変化する湿度センサを図２の被検体２５の部分に接続する。
【００６９】
土壌水分を計測する場合には，絶縁体で被覆された電極を土壌に挿入し，土壌中の水分をキャパシタンスの変化として計測する。
【００７０】
植物体に含まれる水分を計測する場合には，絶縁被覆された電極の間に計測したい植物を配置し，水分をキャパシタンスの変化として計測する。
マルチプレクサによって上記の配線を適宜切換えることで，図２の回路一つで複数の被検体２５に対する計測を行う。
尚、この場合入力端子１９はＦＰＡＡ内で切換える必要があるが、一方、出力端子１８は被検体２５に対しパラレルに印加し、切換える必要がない場合もある。
【００７１】
絶縁体で被覆された電極を土壌等の被検体２５に挿入し，被検体２５に含まれる元素，イオン濃度等で変化するキャパシタンス及び位相のずれ及び周波数依存性に関するスペクトラム情報も計測できる。
尚、ＦＰＡＡ内のＡＭＰは被検体２５の印加電圧値によっては必要のない場合がある。この場合はＡＭＰ生成手段は不要となる。
【００７２】
図３は本発明のプログラマブル計測汎用モジュール１０を用いた計測システム３０の実施例の一つを示す。
【００７３】
図３の計測システム３０は計測するレンジに応じて周波数や電圧、ゲインなどを柔軟に変更することで広範囲において精度の高い計測を行える計測システムである。
【００７４】
図３において、図中の符号番号が図１と同一番号は同一機能であり、その説明を省略する。
【００７５】
３５は計測センサであり、その出力アナログ信号はアナログ入力端子１９を介してＦＰＡＡへ入力する。
【００７６】
３４はＦＰＧＡであり、そのコンピュータ部３４ａは図１のコンピュータ部１４ａに加えて、図３（ｂ）示す手段３４ｂ、３４ｃを備える。
【００７７】
ここで、手段３４ｂは、計測センサ３５からの計測信号電圧をＦＰＡＡ１３を介してＦＰＧＡ１４のＡＤコンバータ３４ｙに入力するに際して、そのＡＤコンバータ３４ｙの入力レンジ範囲とセンサの計測信号電圧の範囲とを一致するようにバス１７を介して指令し、ＦＰＡＡ内の電子回路基本素子によりゲイン回路、オフセット回路を生成するゲイン回路／オフセット回路生成手段である。
【００７８】
また、その回路生成手段３４ｂにより一旦その範囲内で計測を行い、次に、その計測値を中心として、前記範囲を所定のより狭い範囲（レンジ）に設定するため、バス１７を介して指令し、前記ゲイン回路、オフセット回路を調整し、計測値をＡＤコンバータ３４ｙに入力させる回路調整手段である。これによって、分解機能における精度を向上させることができる計測システム３０である。
【００７９】
次に、具体的に以下に説明する。
【００８０】
例えば、計測入力用のＡＤコンバータ３４ｙが０〜５Ｖの範囲の時に、日射量や温度といったような計測値に比例するセンサを取り付ける場合、そのレンジを例えば０〜５０℃とした場合、ＡＤコンバータの分解能に応じて計測値の精度が定まってしまう。そこで一旦その範囲内で計測を行い、例えば温度がおおよそ２０〜２４℃の範囲の分解能で計測することができた後、ＦＰＡＡ１３及びＦＰＧＡ１４の機能を用いてオフセットやゲインを変化させ、計測可能なレンジを例えば２０〜２４℃になるよう調整し、再計測を行うことで分解能における精度を向上することができる。
【００８１】
図４、図５は、本発明の複数のプログラマブル計測汎用モジュール１０を用いた計測システムの４０、５０の実施例を示す。
ここで、システム４０の計測汎用モジュールは総てＷｅｂサーバ機能を有し、システム５０は少なくとも１台以上のＷｅｂサーバ機能を有する計測汎用モジュールを有する場合を示す。システム５０は汎用モジュール間の情報交信のため単一アナログケーブルＫが必要となる。
【００８２】
図４の計測システム４０、図５の計測システム５０はいずれもそのプログラマブル計測汎用モジュール１０のＦＰＧＡ４４、５４のコンピュータ部４４ａ、５４ａにそれぞれ、Ｗｅｂサーバの機能を有するＷｅｂサーバ部４４ｗ、５４ｗを設けた汎用モジュール１０´を備える。
さらに、図５計測システム５０はＷｅｂサーバのない計測汎用モジュール１０を備える構成となる。
【００８３】
汎用モジュール１０´は、Ｗｅｂサーバ部４４ｗを設けたコンピュータ部４４´ａ、５４´ａ以外は図１の汎用モジュール１０と全く同一の機能を有するので、同一符号は説明を省略する。
【００８４】
計測システム４０及び５０はいずれも汎用モジュール１０´を複数台、さらにシステム５０は汎用モジュール１０を複数台使用し、各地点に存在する被検体群４５、５５を計測するシステムである。
【００８５】
図４の計測システム４０は汎用モジュールは総てＷｅｂサーバのある汎用モジュール１０´から構成される場合を示し、図５の計測システム５０はＷｅｂサーバのある汎用モジュール１０´は少なくとも１台で他は総て汎用モジュール１０の場合を示す。
【００８６】
計測システム５０の場合は、汎用モジュール間の結線数が増加するので、各デジタルシンセサイザ１１と乗算器１２によりキャリア周波数の異なる被変調波を生成し、各計測汎用モジュール１０、１０´のアナログ信号を周波数多重化によって伝送する。これによって、単一アナログケーブルＫを利用できる。
尚、単一アナログケーブルＫの代わりに光ケーブル、あるいはアンテナ、あるいはＬＥＤ及びフォトダイオードを用いた無線送受信機による交信としてもよい。
【００８７】
図４では、コンピュータ部４４ａのＷｅｂサーバ部４４ｗは各自のモジュール１０´にそれぞれ付加又は内蔵するイーサーネットコントローラ４６、５６を備える。図４では、それを含めてモジュール１０´´として示す。イーサーネットコントローラ４６はＬＡＮに接続し、ルータなどを経由して、インターネット４９を介してＷｅｂブラウザを備えた計測者のクライアント端末４８、５８と交信できる計測システム４０である。
【００８８】
計測システム４０、５０のここで、モジュール１０、１０´のそれぞれのＦＰＧＡ４４、５４のコンピュータ部４４ａ、５４ａは以下に示す手段４４ｂ〜４４ｉ、５４ｂ〜５４ｊ、５４ｂ〜５４ｊを備える。
【００８９】
手段４４ｂ、５４ｂ、５４´ｂは被検体４５，５５を計測するに際し、その計測に適合した周波数、電圧値、アンプの増幅率を少なくとも含む電子回路のデータ条件をＷｅｂサーバ４４ｗ、５４ｗメモリ部に記憶する計測条件記憶手段である。
【００９０】
手段４４ｃ、５４ｃ、５４´ｃはＷｅｂサーバメモリ部に記憶されたデータ条件によりデジタルシンセサイザ１１、ＦＰＡＡ１３へバス１６，１７を介して指令し、所定の電子回路を生成し、指定周波数電圧をアナログ出力端子１８へ出力する計測条件設定／出力手段である。
【００９１】
手段４４ｄ、５４ｄ、５４´ｄは、アナログ入力端子１９より計測データを受信するＦＰＡＡ１４内の電子回路の生成を指令し、それを介してＡＤコンバータ４４ｙ、５４ｙに入力し、そのデジタル計測データをＷｅｂサーバ４４ｗ、５４ｗメモリ部に記憶する電子回路生成／計測データ蓄積手段である。
【００９２】
手段４４ｅ、５４ｅ、５４´ｅは、計測者のＷｅｂブラウザ４８ａ、５８ａ或はエージェントソフトを備えるクライアント端末４８、５８よりモジュール１０´に対するアクセスに応答して、Ｗｅｂサーバメモリ部に蓄積された計測データを、そのクラインアント端末４８、５８へ送信するアクセス応答／計測データ送信手段である。
【００９３】
図４の計測システム４０は、以上の手段４４ｂ〜４４ｅにより計測者はそのクライアント端末４８より通信回線を介してアクセスし複数の計測地点に設置されている被検体４５から収集した各プログラマブル計測汎用モジュール１０´ｂに蓄積した計測データを逐次受信し、収集できるシステムである。
【００９４】
従って、モジュール１０´の一つが不良となっても測定は継続することができる。
【００９５】
図５の計測システム５０では、ＦＰＧＡ５４、５４´のコンピュータ部５４ａ、５４´ａは手段５５ｂ〜５５ｅ、５５´ｂ〜５５´ｅに加えて以下の手段５５ｆ、５５´ｆ、５５ｇ、５５´ｇを備える。
【００９６】
手段５５ｆ、５５´ｆは各モジュール１０、１０´のアナログ入出力端子１９、１８と総ての被検体５５とをそれぞれ結線すると共に、さらに入出力端子１９、１８を設けて、一本の単一アナログケーブルＫに各アナログ入出力端子１９、１８と被検体５５と結線してモジュール１０、１０´間の情報データの交信ができるように、各モジュール１０、１０´のＦＰＧＡコンピュータ部５４ａ、５４´ａはデジタルシンセサイザ１１及び乗算器１２によりバスを介して指令し、多重化用周波数変調波を生成させる周波数変調波生成手段である。
【００９７】
手段５５ｇ、５５´ｇは、各ＦＰＡＡ１４にその生成周波数変調を出力するための多重化用電子回路を生成させる電子回路生成手段である。
【００９８】
図４の計測システム４０及び図５の計測システム５０はさらに、それぞれ手段４５ｈと４５ｉ、手段５５´ｈと５５´ｉを備える。
【００９９】
手段４５ｈ、５５´ｈは、各モジュール１０のＦＰＧＡコンピュータ部４５ａ、５５ａに計測条件記憶手段４５ｂ、５５´ｂでコンピュータ部のメモリ部に記憶されているデータ条件内容の書換アクセス信号をクライアント端末４８、５８から通信回線４９、５９を介して受付ける書換信号受付手段である。
【０１００】
手段４５ｉ、５５ｉは、前記受付に際し、クライアント端末４８、５８から少なくともＩＤ番号又はパスワードがそのモジュール１０´のＩＤ番号又はパスワードと一致していれば、メモリ書換を許可し、書換信号によるデータ条件の上書を行う書換信号許可手段である。
計測システム５０の場合は、さらにクライアント端末５８から受信した指令信号を他のモジュール１０へ転送するためモジュール１０´は指令信号転送手段５４´ｊを備え、一方モジュール１０は転送指令／メモリ書換手段５４ｊを備える。
【０１０１】
以上の手段４５ｈ〜ｉ、５５ｈ〜ｉにより、次回の計測に際しては、その更新されたデータ条件により、ＦＰＡＡ１３、ＦＰＧＡ１４、デジタルシンセサイザ１１の機能を定義するデータプログラムを書換え、よって計測条件、信号処理工程などを変更して計測できる計測システム４０、５０となる。
【０１０２】
ここで計測した計測データはコンピュータ部のメモリ部へＨＴＭＬ（Ｈｙｐｅｒ　Ｔｅｘｔ　Ｍａｒｋｕｐ　Ｌａｎｇｕａｇｅ）ファイル及びＸＭＬ（Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ　Ｍａｒｋｕｐ　Ｌａｎｇｕａｇｅ）ファイルとして蓄積するので、ユーザのブラウザやエージェントソフトからアクセスできるようにすることで、ハードウェアの変更に伴うソフトウェアの処理の変更を必要最小限に抑えることができる。
【０１０３】
図４、図５の計測システム４０、５０は以下に示す機能を備える。
すなわち、計測点数が増えてもイーサーネットに接続するだけで配線できるため，設置が容易であり一部が故障しても全体にはその影響が及ばないというロバストネスがある。更に，ネットワークで接続されたプログラマブル計測汎用モジュール１０からなる全体のシステムを一つの回路として動作させ，非常に複雑な電子回路を構成することができる。各要素は個別のサーバであると同時に回路部品の一つとなることで，高機能性，信頼性，柔軟性，ロバストネスを兼ね備えた電子回路を作ることが出来る。
【０１０４】
イーサーネット接続が利用の中心となる場合には，イーサーネットコントローラ４６、５６は計測汎用モジュール１０と同一のＬＳＩとして実装する。この際，計測データと同時に計測する際のハードウェア構成のデータ（アンプの増幅率，周波数など）をＸＭＬファイルとして定義する。このＸＭＬファイルはコンピュータ部４４ａ、５４ａのメモリ上に必ずしも格納する必要はなく，外部サーバ上に保存しても良い。
【０１０５】
プログラマブル計測汎用モジュール１０間の通信はインターネット等のネットワークで行い，アナログ信号は予め直接結線しておく。この結線数はプログラマブル計測汎用モジュール１０の数の２乗に比例して増大するため，プログラマブル計測汎用モジュール１０の機能を利用してデジタル信号に変換し，ネットワーク経由でリアルタイムに伝送する。
【０１０６】
ただし，図５に示すようにアナログ信号の周波数が高くネットワークのバンド幅が不足する場合には，プログラマブル計測汎用モジュール１０内の乗算器とデジタルシンセサーザ１１を用いて周波数変調し，アナログ信号を周波数多重化によって伝送する。これにより，単一のアナログケーブルを利用することができる。すなわち，ネットワークのためのデジタル信号を伝送するデジタル信号線とアナログ信号を伝送するアナログ信号線の２組のみの配線で非常に複雑な電子回路を組み上げることが出来る。
【０１０７】
図６は本発明のプログラマブル計測汎用モジュール１０を用いた計測システム６０の実施例を示す。
【０１０８】
図６の計測システム６０は受信アンテナ、マイクロホン、振動センサ等の計測センサ等の計測センサで検出された電気信号を入力して、その電気信号を周波数別に計測する受信装置となる計測システムである。
【０１０９】
図６において、汎用モジュール１０はコンピュータ部６４ａ以外は図１の汎用モジュール１０と全く同一の機能を有するので同一符号は説明を省略する。
【０１１０】
６５は受信アンテナ、マイクロホン、振動センサなどのいずれかの計測センサを示す。その計測センサの電気信号出力端子はＦＰＡＡ１３のアナログ入力端子１９と接続する。
【０１１１】
６４ａは、汎用モジュール１０のＦＰＧＡ６４のコンピュータ部であり、図６（ｂ）に示すように、手段６４ｂ〜６４ｇを備える。
【０１１２】
手段６４ｂは、デジタルシンセサイザ１１に対して、前記電気信号電圧の計測すべき周波数帯域の下限から上限へ所定の周波数間隔或は複数の周波数を指定し、一定時間ずつ交流電圧ｓｉｎ（ω）ｔ（ω：周波数　ｔ：時間）を生成する指令をバス１７を介して送る計測周波数生成指令手段である。
【０１１３】
手段６４ｃは、その測定周波数生成電圧ｓｉｎ（ω）ｔを乗算器１２に入力する配線６６を選択する配線６６設定手段である。
【０１１４】
手段６４ｄはアナログ入力端子１９からの計測電気信号電圧を乗算器１２へ出力するようにその信号電圧を入力する受信回路の生成をＦＰＡＡ１３へバス１７を介して指令すると共に、その出力を乗算器１２へ入力する配線６７を選択する受信回路生成／配線６７設定手段である。
【０１１５】
手段６４ｅは、乗算器１２における２つの入力電圧の乗算値をＦＰＡＡに入力させる配線６８を選択すると共にその乗算値を一定時間積分する積分回路をＦＰＡＡ内に生成を指令する配線６８設定／積分回路生成手段である。
【０１１６】
手段６４ｆは、その積分回路の出力の直流成分を取出すためＦＰＡＡ１３内にローパスフィルタ及びその信号を増幅するアンプの生成を指令すると共に、その直流値を計測する直流値計測手段である。
【０１１７】
手段６４ｇは、その直流値の計測値を所定の周波数間隔毎或は指定周波数毎に行い、それら周波数毎の直流値を計測し、ＦＰＧＡ６４のメモリに記憶する周波数対直流値記憶手段である。
【０１１８】
次に、この測定システム６０による測定センサからの電気信号の周波数別に計測する動作をより詳細に説明する。
【０１１９】
アンテナ等から入力される信号を
ｅ１＝ｘ１ｓｉｎ（ω１）ｔ＋ｘ２ｓｉｎ（ω２）ｔ＋・・・＋ｘｎｓｉｎ（ｎωｎ）ｔ
とする。ここで、ｘ２ｓｉｎ（ω２）ｔを復調したい信号とする。図６においてＦＰＧＡコンピュータ部６４ａからの指令によってデジタルシンセサイザ１１にｓｉｎ（ω２）ｔを出力させ，これを乗算器１２に入力して，入力信号ｅ１と乗算し，一定時間積分すると，直流成分はｘ２のみとなる。ＦＰＡＡ１３内部でこの直流成分を取り出すローパスフィルタ及びその信号を増幅するアンプをＦＰＧＡコンピュータ部６４ａからの指令によって生成する。
【０１２０】
ＦＰＧＡコンピュータ部６４ａからの指令によってデジタルシンセサイザ１１が出力する信号を変化させることで，ｘ１〜ｘｎの信号を順次，計測することができる。
【０１２１】
ここで，デジタルシンセサイザ１１で生成される信号を
ｘ１ｓｉｎ（ω１）ｔ＋ｘ２ｓｉｎ（ω２）ｔ＋・・・＋ｘｎｓｉｎ（ｎωｎ）ｔ
とすると得られる信号はｘ１＋　ｘ２＋…ｘｎ（ｎ：整数）となる。これは，ｘ１〜ｘｎの値を特定の組み合わせとしたとき，情報伝送に利用できる，ｘ１〜ｘｎの値を特定の組み合わせを一つの符号としてノイズに対する弁別能を高める場合，例えば，ｘ１〜ｘｎの値を全て１にすると和はｎ，−１にすると和は−ｎ，１，−１，１，−１，…とすると和は０になることで３種類の符号を伝送できる。単純な和ではなく，重み付けする方法もある。
【０１２２】
例えば，コンピュータ部６４ａ内部でｘ１〜ｘｎの信号とコンピュータ部６４ａ内部に予め用意されたｎ次元のベクトルによる内積（ベクトルの成分で重み付けした和）を取るようにすると，このベクトルに平行な成分だけが取り出せる。これにより，検出できる情報量を増やすことができる。
【０１２３】
すなわち上記は図１の汎用モジュール１０に図６の回路構成をプログラムすることで実現出来る。
【０１２４】
図７は本発明のプログラマブル計測汎用モジュール１０を用いた計測システム７０の実施例を示す。
【０１２５】
図７の計測システム７０はダイオードなどに発生するノイズをバイナリ化し、それを用いて乱数を生成させる測定システム７０である。
【０１２６】
図７において、汎用モジュール１０はコンピュータ部７４ａ以外は図１の汎用モジュール１０と全く同一の機能を有するので同一符号は説明を省略する。
【０１２７】
７５は、逆方向電位を印加したダイオードを示す。陰極側をアナログ入力端子１９に接続する。
【０１２８】
７４ａは、汎用モジュール１０のＦＰＧＡ６４のコンピュータ部であり、図７（ｂ）に示すように手段７４ｂ、７４ｃを備える。
【０１２９】
手段７４ｂは、アナログ入力端子１９からダイオードのノイズを受信、増幅するためのアンプをＦＰＡＡ１３内部に生成させ、そのアンプ出力を乗算器１２へ出力させる電子回路の生成をさせる手段である。
【０１３０】
手段７４ｂはＡ／Ｄコンバータ７４ｙに取得された所定時刻毎の電圧値の数列を乱数としてＦＰＧＡ内メモリ部へ蓄積させる数列蓄積手段である。
【０１３１】
以上の測定システム７０は、ダイオード７５の時間的にランダムにゆらいでいるショットノイズの電圧を単に数値に変換することで周期性のない完全な乱数を生成させることになる。
【０１３２】
尚、ダイオードのショットノイズは図７に示すようにアナログ入力端子１９より取得する代わりに、ＦＰＡＡ１３内部に半導体素子を生成させて、その半導体素子に逆方向直流電位を印加し、その半導体素子から出力するノイズを用いて乱数を生成する計測システム７０としてもよい。
【０１３３】
また、図７の測定システム７０において、ＦＰＧＡコンピュータ部７４ａにさらにＷｅｂサーバ機能を備え、その汎用モジュール１０にはイーサーネットコントローラを付加又は内蔵させ、そのイーサーネットコントローラよりＬＡＮの経由してインターネット回線に接続する計測者のクライアント端末を設けてもよい。（図示せず）
【０１３４】
以上のような測定システム７０´では、ＦＰＧＡコンピュータ部７４ａにさらに以下に示す手段７４ｆ及び７４ｇを備える。
【０１３５】
手段７４ｆは、前記所定時刻毎の電圧値を数列とする乱数をＦＰＧＡのＷｅｂサーバの一時メモリ又はシフトレジスタへ入力する乱数列入力手段である。
【０１３６】
手段７４ｇは、計測者のクライアント端末より、そのモジュール１０へ対するアクセスに応答して、Ｗｅｂサーバの一時メモリ又はシフトレジスタよりクライアント端末へ送信する生成乱数送信手段である。
【０１３７】
図８は、本発明のプログラマブル計測汎用モジュール１０を用いた計測システム８０の実施例を示す。
【０１３８】
図８の計測システム８０はデジタルシンセサイザ１１で発生させた高周波電圧をＦＰＧＡ８４のＤＡコンバータ８０ｘの出力信号で乗算器１２を介して変調し、ＦＰＡＡ１３を経由してアナログ出力端子１８に接続されたトランスジューサ８５から送信させる送信装置となる計測システムである。
【０１３９】
図８において、汎用モジュール１０はコンピュータ部８４ａ以外は図１の汎用モジュール１０と全く同一機能を有するので同一符号は説明を省略する。
【０１４０】
８５は、高周波電力を輻射電磁波に変換する送信アンテナ、交流電圧を音波・超音波に変換する振動発振器、交流電圧を光波に変換するイルミネーション、表示器を含む発光器等のトランスジューサである。トランスジューサの入力端子はアナログ出力端子１８に接続する。
【０１４１】
８４ａは、汎用モジュール１０のＦＰＧＡ７４のコンピュータ部であり、図８（ｂ）に示すように手段８４ｂ〜８４ｄを備える。
【０１４２】
手段８４ｂはデジタルシンセサイザ１１に対してバス１６を介して、トランスジューサ８５の動作周波数帯域内の特定の周波数の搬送電圧波生成を指定すると共に、その電圧波を乗算器１２へ入力するための配線８６選択を指令する搬送電圧波生成／配線８６設定手段である。
【０１４３】
手段８４ｃは、送信したい情報データをアナログ値としてＦＰＧＡ１４のＤＡコンバータ８４ｘから出力させ、その出力電圧を乗算器１２へ入力させる配線８７選択を指令する情報データ出力／配線８７設定手段である。
【０１４４】
手段８４ｄは、乗算器１２におけるデジタルシンセサイザ１１及びＦＰＧＡ１４からの２つの電圧値の乗算値をＦＰＡＡ１３に取得させるため、そのＦＰＡＡ１３と乗算器間の配線８８選択と、取得した乗算値をハイパスフィルタを通過させ、その出力電力増幅を行うための電子回路生成をバス１７を介してＦＰＡＡへ指令する配線８８設定／電子回路生成手段である。
【０１４５】
計測システム８０は、搬送波を送信したい情報データにより変調した変調高周波或は交流電圧をアナログ出力端子１８を経由してトランスジューサ８５へ送り、電磁波又は音波又は光波を出力する送信装置となる。
【０１４６】
次に、測定システム９０について述べる。
【０１４７】
図８における測定システム８０の送信装置Ｔを複数台備え、一方図６における測定システム６０の受信装置Ｒを複数台備え、組合わせれば以下のような測定システム９０となる。
【０１４８】
すなわち、天候や周囲の状況変化によりサブミリ波を含む電磁波、音波、振動、赤外線を含む光、の伝搬状態が変わる性質を利用して、各複数台の送・受信装置で周波数毎の伝搬状況の変化から降雨、風速、人間・動物の接近等の計測システム９０となる。
【０１４９】
そのためには、測定システム８０の送信装置Ｔを複数台、予め、既知座標の各地点にそれぞれ設置し、それらの送信装置には送信アンテナ、超音波・音波発振器、赤外線を含む発光器、レーザの少なくともいずれかのトランスジューサ８５をアナログ出力端子１８へ接続する。
【０１５０】
一方、測定システム６０の受信装置Ｒを複数台、予め、既知座標の各地点にそれぞれ設置し、それらの受信装置にはそれぞれ受信アンテナ、マイクロホン、圧力センサ、加速センサ、光センサ、温度センサ、電界計測プローブのいずれか複数を一体化した検出モジュールとしてアナログ入力端子へ接続詞、ＦＰＡＡ１３内のマルチプレクサで入力信号を選択切換できるようにする。
【０１５１】
以上の構成の計測システム８０は送信装置Ｔと受信装置Ｒ間で、ある所定エリアの地表面上で超高周波帯を含む電磁波、超音波を含む音波、赤外線を含む光、レーザの各周波数を搬送波として所定情報データで変調して送受信を行う。
【０１５２】
受信装置ＲのＦＰＧＡ内コンピュータ部８４ａはその受信データをメモリ部に記録し、その時間経過に従って変化が計測されたとき、その変化のある周波数帯の伝搬状況の変化から天候・周囲状況変化、風・物の速度、人・動物の移動を推定する解析手段を備える計測システム８０である。
【０１５３】
図９（ａ）は計測システム８０における複数の送信及び受信装置Ｔ、Ｒを用いた風速の計測の説明図である。
【０１５４】
計測システム８０において設定点座標がそれぞれ既知の複数の送信装置Ｔは、それと接続されたトランスジューサ８５が音波発振器であり、音波を放射する。
【０１５５】
一方、他の複数の設定点座標がそれぞれ既知の受信装置Ｒは、それに接続された計測センサがマイクロホンであり、音波を受信する計測システム９０である。
【０１５６】
計測システム９０は受信装置のＦＰＧＡコンピュータ部はそのメモリ部にある通常（風速＝０）の場合の検出音波と、空気が移動して変化している検出音波を比較して、そのドプラ−効果又は伝搬速度の差により装置間に吹いている風速を計測する手段を備えている。受信装置のデータは、インターネットを介して計測者のクライアント端末へ収集して解析してもよい。
【０１５７】
そのためには、ＦＰＧＡコンピュータ部８４ａにＷｅｂサーバ８０ｗを備え、イーサーネットコントローラを付加又は内蔵させ、ＬＡＮを経由してインターネットを介してクライアント端末と交信するシステムとする。
【０１５８】
図９（ｂ）は複数の受信装置Ｒを用いた人・動物の移動計測システム１００の説明図を示す。
【０１５９】
この場合は、受信装置Ｒの振動センサであって、送信装置は不要の場合である。
【０１６０】
人・動物が地面を歩行するときの各時刻毎の振動波を複数の受信装置Ｒを計測し、各装置に到達する時刻経過をそれぞれのＦＰＧＡのコンピュータ部８４ａのメモリ部へ記憶する手段を備えて、その時刻の差により歩行者の２次元、或は３次元位置を推定できる。受信装置のデータはインターネットを介して計測者のクライアント端末へ収集し、解析してもよい。そのためには前述したようにＷｅｂサーバを備える。
【０１６１】
また，人間や動物の歩行による振動を複数の装置で計測し，振動が装置に到達する時刻の差から歩行者の位置を推定する。振動の伝搬速度が既知の場合には，歩行者の２次元位置を推定するためには少なくとも３台の装置を用いる。伝搬速度が未知の場合には。最低４台用いることで推定できる。装置がそれ以上に多い場合には，最小２乗法により位置を精度良く推定できる。車両等の騒音を発する音源があるとき，この方法でその位置及び移動速度が計測できる。
【０１６２】
電磁波，音波の伝搬は途中の障害物による遮蔽や反射によって変化し，この変化は周波数に依存する。その変化のパターンは非常に複雑であるが，流星の落下がＦＭ放送等の放送波の反射によって検出されるように，周波数ごとにその変化を計測し，実際のイベントと比較することで人の通過等で生起するパターンを統計的に推定することが可能である。
【０１６３】
人・動物移動計測システム１００は複数の送信装置Ｔに超音波発振器のトランスジューサを用い、その超音波を受信するセンサのある複数の受信装置Ｒからなる人・動物移動計測システム１１０であってもよい。
【０１６４】
次に、計測システム８０において、各送信装置毎の音量及び位相を調整した音波を発生させ、特定地点での音圧レベルを増大又は減少させる計測システム１２０について述べる。
【０１６５】
この計測システム１２０では、複数の受信装置Ｒはアナログ入力端子１９に接続された検出モジュールは少なくともマイクロホンである。
【０１６６】
一方、複数の送信装置Ｔはアナログ出力端子１８に接続されたトランスジューサは少なくともスピーカを含む音波発生器である。
【０１６７】
いずれも、送受信装置Ｔ、Ｒは設定点座標が既知である。
【０１６８】
それぞれの汎用モジュール１０はＦＰＧＡコンピュータ部８４ａにＷｅｂサーバ８４ｗの機能を備え、イーサーネットコントローラをモジュール１０に付加又は内蔵して、ＬＡＮ、インターネットを介して計測者のクライアント端末と交信できる。
【０１６９】
送信装置ＴのＦＰＧＡ内Ｗｅｂサーバメモリ部にはそれぞれ送信音量及び位相を時刻毎に記録する送信記録手段を備える。
【０１７０】
一方、受信装置ＲのＦＰＧＡ内Ｗｅｂサーバメモリ部にはそれぞれ受信音量を時刻毎に記録する受信記録手段を備える。
【０１７１】
計測者のクラインアント端末は、インターネットを介して受信装置の各Ｗｅｂサーバのメモリ部にある音量データを収集し、予め、端末のメモリに設定されているエリアに定めた特定地点の音圧レベルと比較して、異なっていれば、その音圧レベルに一致するように、その周辺の送信装置の音量及び位相を逐次に、カットアンドトライによる調整を行う位相調整手段を備える。
【０１７２】
すなわち、多数の装置があるとき，各装置から出力される音量及び位相を調節することで特定地点での平均的な音量を大きくすることができる。装置間のイーサーネット等による通信速度が十分速い場合，各装置から出力される音波の位相を正確に調整することが可能である。既存のアクティブノイズコントロール法と組み合わせて利用することで，特定地点の音圧レベルを増大または減少させることができる。特定地点に騒音源があるとき，多数の装置を設置することでその騒音を弱めることが可能である。
【０１７３】
次に、測定システム８０において、送受信装置間の位置、天候などの伝播状況に応じて周波数や電圧を変更し、最小の消費電力で信号を送信する計測システム１３０について述べる。
【０１７４】
測定システム８０において複数の受信装置Ｒでは、そのアナログ入力端子１９に接続された検出計測モジュールは超高周波帯まで含む受信アンテナ、マイクロホンを含む超音波検出器、赤外線を含む光センサである。
【０１７５】
一方、その複数の送信装置Ｔでは、そのアナログ出力端子１８の接続されたトランスジューサは超高周波帯送信アンテナ、超音波を含む音波発振器、赤外線・レーザを含む発光器が少なくとも１つからなる。
【０１７６】
複数の受信装置Ｒ及び送信装置Ｔは、それぞれ各汎用モジュール１０のＦＰＧＡコンピュータ部８４ａにはさらにＷｅｂサーバ機能を備える。さらに、そのモジュール１０に付加又は内蔵してイーサーネットコントローラがあり、ＬＡＮを経由してインターネット回線に接続する計測者のクライアント端末を備える。
【０１７７】
各地点に配置された送信装置Ｔから各地点に配置された受信装置Ｒへの通信周波数及び放射電力値（電圧値）をクライアント端末からの指令により、インターネットを介し変更できるようにするため、送信装置Ｔは、そのＦＰＧＡコンピュータ部のＷｅｂサーバ内に通信周波数及び電圧値を記憶させるメモリ部を設ける。
【０１７８】
そのコンピュータ部は、メモリ部にある通信周波数と放射電力値（或は電圧値）を読取り、その通信周波数が動作するトランスジューサを選択して、読取った放射電力値（電圧値）で送信する送信手段と、クライアント端末からのアクセスに応答して、そのメモリ部の内容の変更を許可し、通信周波と電圧値を更新させる通信周波数／電圧値更新手段を少なくとも備える。
【０１７９】
クライアント端末は各受信装置ＲのＷｅｂサーバメモリ蓄積された時刻毎の受信電圧値をインターネットを介し、取得し、予めクライアント端末のメモリに設定している受信電圧値と比較し、位置・天候に関連して伝播状況により受信電圧値が低い場合には、他の通信周波数に切替え、最もよい通信周波数で動作させる通信周波数切替手段と、最良の通信周波数にセットされたときは、さらにその電圧を変化させて、必要最小限の電圧で動作させる電圧調整手段を備える。
【０１８０】
図１１に以上述べた計測システム１３０の構成を示してある。
【０１８１】
図１０（ａ）は送信装置Ｔの動作周波数を変化させた場合の周波数の指向性が変わることを示す説明図である。動作周波数により受信装置Ｒの受信感度が大きく変化する。
【０１８２】
図１０（ｂ）は、送信装置Ｔの放射電力を変化させた場合、受信装置Ｒまでの到達距離が変化することを示す。
【０１８３】
以上のように送受信装置間の位置や天候などの伝播状況に応じて周波数や電圧を変更し，最小の消費電力で信号を送信する計測システム１３０であり、
電波、音波等の伝播は通信周波数に依存しており，直進性や回りこみなども異なる。また障害物などがある場合，通信状態が劣化する。そこで最初に装置間の通信を行う際、この装置の周波数や出力を任意に変化させて通信できる機能を用いて、周波数や出力を変化させ，これらと通信状態との関係を求め、設定通信速度が確保できるレベルまで周波数や出力を調整することで、消費電力を抑えた通信を行うことができるシステムとなる。通信手段を複数備えることは、ＬＳＩの集積度向上に伴って製作上の大きな障害要因とはならないが、太陽電池発電や熱電発電、あるいは受信した電波を電力源として、プログラマブル汎用計測モジュールを駆動する際には、消費電力を減らすことは非常に重要な要素となる。更に異なる通信手段を有することで、環境変化によって通信が切断されることが少なくなる。
【０１８４】
図１２はプログラマブル計測汎用モジュール１０を用い、そのメモリにある計測方向のプログラムをインターネットを介し、書換え、計測対象及び信号処理方法を変更することのできる計測システム１４０を示す。
【０１８５】
各要素は個別のサーバであると同時に回路部品の一つとなることで，高機能性，信頼性，柔軟性，ロバストネスを兼ね備えた電子回路を作ることが出来る。例えば，プログラマブル計測モジュール１を高周波アンプ，プログラマブル計測モジュール２を中間周波数へ変換するミキサー，プログラマブル計測モジュール３を中間周波数アンプ，プログラマブル計測モジュール４を検波回路，プログラマブル計測モジュール５を低周波アンプとすることで，スーパーヘテロダイン受信機を構成することが出来る。
【０１８６】
このとき，もしプログラマブル計測モジュール１が故障しても，プログラマブル計測モジュール２の内部回路に代替させることができる。更に深刻な故障の場合には，プログラマブル計測モジュール５を予備として用意しておき，これを故障したプログラマブル計測モジュールの代替に利用すれば良い。
【０１８７】
ラジオやテレビ等の音声信号や画像信号をプログラマブル計測モジュールで検出しそれをインターネット経由でパソコンに伝送することで視聴することができる。
【０１８８】
家電製品で利用されているアンプ等をプログラマブル計測モジュールに置き換えると，音量等の操作をインターネット経由できる。また，機能を変更できる。
【０１８９】
図１３は本発明の各計測システムの組合わせと、デジタルカメラ、無線ＬＡＮなどの追加で、図に示すように動植物、環境、人間や財産の監視等を行う小型で安価な観測装置を作ることができることを示す。
【０１９０】
【発明の効果】
本発明のプログラマブル計測汎用モジュール並びにそれらを用いた計測システムは、以下に示す効果を奏する。
【０１９１】
（１）回路の単純化と調整の容易さ
従来では、センサを利用する計測では，センサからの信号を増幅器や周波数フィルタなどで必要な強度と周波数の信号に調整する必要がしばしばあり，ゲインやフィルタ特性などの調整をカットアンドトライで行っていた。また、この作業は屋外では非常に困難な作業であったが、以下のように容易に作業を行うことができる。
【０１９２】
本発明によって、インターネット等を介して遠隔地において計測を行う場合でも現地に赴かずに離れたところから回路調整をソフトウェア的に行うことが出来る。また，回路の一部が故障した場合には，故障部位を切り離して他の正常な回路部分を組み換えることで機能を維持することができる。
【０１９３】
このような回路を，デジタルシンセサイザ，ＦＰＡＡ，ＦＰＧＡ（またはワンチップマイコン）必要ならば乗算器を加えた複数のＬＳＩまたはモジュールだけで実現でき，さらに様々なセンサからの信号をインターネット経由で計測可能となる。
【０１９４】
（２）集積化が容易
デジタルシンセサイザ，ＦＰＡＡ，ＦＰＧＡ（またはＣＰＵ），乗算器、イーサーネットコントローラ等必要な回路は既に個別にはＬＳＩまたはＩＣとして実装されているためプログラマブル計測汎用モジュールとは，全体を１つのＬＳＩとして集積化することが容易である。
【０１９５】
（３）量産化が容易
センサや計測用用途に応じて個別のハードウェアを設計するのではなく，同じハードウェアを作り，プログラムを変えることで様々な用途に適用できる。
【０１９６】
（４）小型化が可能
用途に応じてプログラムを書き換えることで限られたハードウェア資源を有効に利用でき，小さなチップ面積で実現できる。
また，汎用性が高いことから以下のような効果がある。
【０１９７】
（５）ＬＳＩに組み込むことが可能な温度，加速度センサ等はひとつのＬＳＩ内に実装することが出来るため，高機能なセンサ用チップとして利用できる出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプログラマブル計測汎用モジュールの一実施例１０の構成である。
【図２】本発明のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムの一実施例２０の構成である。
【図３】本発明のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムの一実施例３０の構成である。
【図４】本発明のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムの一実施例４０の構成である。
【図５】本発明のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムの一実施例５０の構成である。
【図６】本発明のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムの一実施例６０の構成である。
【図７】本発明のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムの一実施例７０の構成である。
【図８】本発明のプログラマブル計測汎用モジュールを用いた計測システムの一実施例８０の構成である。
【図９】（ａ）は複数の送信装置を用いた風速計測の説明図である。
（ｂ）は複数の受信装置を用いた人・動物移動計測の説明図である。
【図１０】（ａ）は動作周波数を変化した場合の周波数指向性が変わる説明図である。
（ｂ）は放射電力を変化した場合の到達距離が変わる説明図である。
【図１１】本発明の光・音波・電磁波等の送信部・受信部を有する計測システム１３０の構成である。
【図１２】本発明のインターネットを介し計測条件を変更できる計測システム１４０の構成である。
【図１３】本発明の各種計測システムを組合わせた観測装置の一実施例の構成説明図である。
【符号の説明】
１０、１０´　　プログラマブル計測汎用モジュール
１１　　デジタルシンセサイザ
１２　　乗算器
１３　　ＦＰＡＡ
１４　　ＦＰＧＡ、或いは１チップコンピュータ
１４ａ　コンピュータ部
１４ｘ　ＤＡコンバータ
１４ｙ　ＡＤコンバータ
１５　　ＤＣ・ＣＤコンバータ
１６　　ＦＰＧＡ―デジタルシンセサイザ間バス
１７　　ＦＰＧＡ−ＦＰＡＡ間バス
１８　　アナログ出力端子
１９　　アナログ入力端子
２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０　　モジュール１０を用いた測定システム
２４、３４、４４´、５４、５４´、６４、７４、８４　　測定システムのＦＰＧＡ
２４ａ、３４ａ、４４´ａ、５４ａ、５４´ａ、６４ａ、７４ａ、８４ａ、　　測定システムのＦＰＧＡコンピュータ部
４４ｗ、５４ｗ　　Ｗｅｂサーバ
２５、４５、５５　　被検体
３５、６５　　計測センサ
４８、５８　　計測者のクライアント端末
４９、５９　　インターネット回線
４６　　イーサーネットコントローラ
７５　　ダイオード
８５　　トランスジューサ
【図１】
2004061251.tif 000003
【図２】
2004061251.tif 000004
【図３】
2004061251.tif 000005
【図４】
2004061251.tif 000006
【図５】
2004061251.tif 000007
【図６】
2004061251.tif 000008
【図７】
2004061251.tif 000009
【図８】
2004061251.tif 000010
【図９】
2004061251.tif 000011
【図１０】
2004061251.tif 000012
【図１１】
2004061251.tif 000013
【図１２】
2004061251.tif 000014
【図１３】
2004061251.tif 000015