(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量に応じた信号成分を含む出力電圧を発生する検出回路から該出力電圧からその極性を反転させてなる反転電圧を生成する極性反転器と、正負の極性の所定レベルの基準電圧（Er，−Er）を生成する基準電圧生成器と、複数の電圧信号を入力可能であり、入力された電圧信号を重畳して積分する積分器と、所定周期のクロック信号をカウントすることにより時間を計数し、その時間の計数値を表すデジタルデータを生成するカウンタとを備え、
少なくとも前記検出回路に電源電力を供給した状態での該検出回路の出力電圧（Ei）をあらかじめ定めた所定の基本積分実行時間（T1）の期間、前記積分器に入力して積分する基本積分処理と、該基本積分処理の終了後、前記基本積分実行時間（T1）と等しい時間（T2）の期間、前記検出回路への電源電力を遮断した状態での該検出回路の出力電圧（E0）を前記極性反転器により反転してなる反転電圧（−E0）を前記積分器に入力して積分する補助積分処理と、前記基本積分処理の終了時から前記補助積分処理の終了時までの期間内において、前記基準電圧生成器の負極性の基準電圧（−Er）を、前記積分器の出力電圧のレベルが前記基本積分処理の終了時のレベルから零レベルに低下するまで該積分器に入力して積分する第１基準電圧積分処理と、前記補助積分処理の終了後、前記基準電圧生成器の正極性の基準電圧（Er）を、前記積分器の出力電圧のレベルが前記補助積分処理の終了時のレベルから零レベルに低下するまで該積分器に入力して積分する第２基準電圧積分処理とを実行すると共に、前記第１基準電圧積分処理の実行時間（Δt1）から前記第２基準電圧積分処理の実行時間（Δt4）を差し引いた時間の計数値を表すデジタルデータを、前記検出回路の出力電圧（Ex）中の前記物理量に応じた信号成分に対応するデジタルデータとして前記カウンタにより生成するＡ／Ｄ変換装置において、
前記基本積分処理の実行期間内での該基本積分処理の開始直後の所定時間（Δt0）の期間において前記検出回路の出力電圧（Ex）のレベルを把握する手段と、該検出回路の出力電圧（Ex）からあらかじめ定めた所定レベルのレベル変換用基準電圧（Efl）を減算してなる電圧（Ex−Efl）を生成する手段と、該レベル変換用基準電圧（Efl）と逆極性の反転電圧（−Efl）を生成する手段とを具備し、
前記所定時間（Δt0）の期間における前記検出回路の出力電圧（Ei）のレベルの把握値があらかじめ定めた所定レベルを超えているとき、該所定時間（Δt0）の経過時から前記基本積分処理の終了時までの時間（T1−Δt0）の期間において、前記検出回路の出力電圧（E0）の代わりに該出力電圧（E0）から前記レベル変換用基準電圧（Efl）を減算してなる電圧（Ex−Efl）を前記積分器に入力して積分し、
前記基本積分処理の実行期間内の前記所定時間Δt0の経過時から前記第２基準電圧積分処理の終了時までの期間内において、該所定時間（Δt0）と等しい時間（Δt0’）の期間、前記レベル変換用基準電圧（Efl）の反転電圧（−Efl）を前記積分器に入力するようにしたことを特徴とするＡ／Ｄ変換器。
【請求項２】
前記所定時間（Δt0）の期間における前記検出回路の出力電圧（Ex）のレベルの把握は、前記積分器の出力電圧に基づき行うことを特徴とする請求項１記載のＡ／Ｄ変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ひずみ測定用のブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）等の検出回路の出力電圧をデジタルデータに変換する積分型のＡ／Ｄ変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ひずみ測定用のブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）等の検出回路がそれに電源電力を供給した状態で生成する出力電圧（アナログ信号）には、一般に、該検出回路により検出する物理量に応じた成分だけでなく、該検出回路の熱起電力に起因した成分や該検出回路の電源としての商用電源に起因したノイズ成分、該検出回路のゼロ点移動に伴う成分等の不要成分が含まれている。このため、この種の検出回路の出力電圧を、マイコン等によるデータ処理のために通常的なＡ／Ｄ変換装置によりＡ／Ｄ変換しても、得られるデジタルデータには上記不要成分も含まれてしまい、該デジタルデータは、検出しようとする物理量に精度よく対応するものとはならない。
【０００３】
このような不都合を解消することができるＡ／Ｄ変換装置としては、従来、例えば特公平１−２６５６６号公報に本願出願人が提案した積分型のＡ／Ｄ変換装置が知られている。
【０００４】
このＡ／Ｄ変換装置を図５を参照して説明する。このＡ／Ｄ変換装置では、まず、検出回路（図示省略）に電源電力を供給した状態での該検出回路の出力電圧（Ｅi＋Ｅ0）（Ｅi：検出する物理量に応じた成分、Ｅ0：前記不要成分）があらかじめ定めた所定時間Taの期間、積分器（図示省略）に入力されて積分される。尚、上記出力電圧（Ei＋E0）はより詳しくは、検出回路の出力信号を増幅器で増幅してなる電圧である。
【０００５】
続いて、検出回路への電源電力を遮断した状態での該検出回路の出力電圧（これは前記不要成分Ｅ0に相当する）の極性を反転させたもの（−Ｅ0）と、あらかじめ定めた所定レベルの基準電圧Ｅrの負極性（より正確には検出回路の出力電圧（Ei＋E0）と逆極性）の電圧（−Ｅr）とが前記積分器に入力され、それらの電圧を合わせた電圧（−Ｅ0−Ｅr）が積分される（図４の時間Tbの期間）。この積分は、積分器の出力電圧（積分値）が「０」になるまで行われる。また、この時間Tbの期間において、所定周期のクロック信号をカウントするカウンタ（図示省略）のアップカウント動作が行われ、これにより、時間Tbの計数値を表すデジタルデータが得られる。
【０００６】
次いで、上記時間Tbを前記所定時間Taから差し引いた時間Tc＝Ta−Tbの期間において、前記反転電圧（−E0）が引き続き前記積分器に入力されて積分される。従って、該反転電圧（−E0）の積分器への入力は、前記所定時間Taと等しい時間の期間行われる。
【０００７】
次いで、正極性（より正確には検出回路の出力電圧（Ei＋E0）と同極性）の前記基準電圧Ｅrが前記積分器に入力され、該積分器の出力電圧が「０」になるまで積分される（図４の時間Tdの期間）と共に、この時間Tdの期間において、前記カウンタのダウンカウント動作が行われる。これにより、該カウンタのカウント値は、最終的に、時間（Tb−Td）の計数値を表すデジタルデータとなる。
【０００８】
このとき、前記特公平１−２６５６６号公報にて説明されているように、上記時間（Tb−Td）と、検出回路の出力電圧（Ei＋E0）の物理量に応じた成分Eiとの間には、Ei＝｛（Tb−Td）／Ta｝・Erという関係が成立し、該成分Eiは、前記不要成分E0によらずに、時間（Tb−Td）に比例する。従って、この時間（Tb−Td）のカウント値としてカウンタにより最終的に得られるデジタルデータは、検出回路の出力電圧（Ei＋E0）から前記不要成分E0を除去した成分Ei、すなわち、物理量に応じた成分Eiを表すデジタルデータとなる。
【０００９】
このようなＡ／Ｄ変換装置によれば、検出回路の出力電圧（Ei＋E0）中の不要成分E0を除去した成分Eiに相当するデジタルデータを得ることができるため、そのデジタルデータは、検出しようとする物理量に精度よく対応するものとなる。
【００１０】
ところで、この種のＡ／Ｄ変換装置では、検出回路の出力信号を増幅する増幅器の最大出力電圧等に起因して、適正にＡ／Ｄ変換し得る電圧の範囲には限界が生じるが、それを広げることが望まれる。この場合、例えば検出回路の出力信号のレベルを事前に大まかに確認しておき、そのレベルに応じて検出回路の出力信号から適当なレベルの電圧を差し引いて増幅し、それを積分器に入力するようにすることが考えられる。
【００１１】
しかし、このようなやり方では、検出回路の出力信号のレベルをＡ／Ｄ変換処理の開始前に把握する処理が必要になるため、その把握処理を含めてＡ／Ｄ変換処理の処理速度を損なう虞れがある。
【００１２】
そこで、検出回路の出力電圧（Ei＋E0）のＡ／Ｄ変換処理の開始直後の初期段階で該Ａ／Ｄ変換処理を進行させながら（出力電圧（Ei＋E0）を積分しながら）、検出回路の出力信号のレベルを把握し、その把握後に該信号レベルの把握値に応じて適当なレベルの電圧を検出回路の出力信号からから差し引いて積分するようにすることが考えられる。
【００１３】
しかるに、このようにした場合、出力電圧（Ei＋E0）の積分途中で積分器に入力される電圧のレベルが変更されることとなるため、単純に、従来のものと同様にＡ／Ｄ変換処理を行っただけでは、カウンタにより最終的に得られるカウント値と電圧Eiとの対応関係が複雑になり、該カウント値から電圧Eiを認識するために煩雑な処理が必要になるという不都合がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、Ａ／Ｄ変化処理の処理速度を損なうことなく適正にＡ／Ｄ変換し得る電圧の範囲を広げることができると共に、Ａ／Ｄ変換処理により得られるデジタルデータから検出回路の出力電圧の物理量に応じた成分の認識を容易に行うことができるＡ／Ｄ変換装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のＡ／Ｄ変換装置は、物理量に応じた信号成分を含む出力電圧を発生する検出回路から該出力電圧からその極性を反転させてなる反転電圧を生成する極性反転器と、正負の極性の所定レベルの基準電圧（Er，−Er）を生成する基準電圧生成器と、複数の電圧信号を入力可能であり、入力された電圧信号を重畳して積分する積分器と、所定周期のクロック信号をカウントすることにより時間を計数し、その時間の計数値を表すデジタルデータを生成するカウンタとを備え、少なくとも前記検出回路に電源電力を供給した状態での該検出回路の出力電圧（Ei）をあらかじめ定めた所定の基本積分実行時間（T1）の期間、前記積分器に入力して積分する基本積分処理と、該基本積分処理の終了後、前記基本積分実行時間（T1）と等しい時間（T2）の期間、前記検出回路への電源電力を遮断した状態での該検出回路の出力電圧（E0）を前記極性反転器により反転してなる反転電圧（−E0）を前記積分器に入力して積分する補助積分処理と、前記基本積分処理の終了時から前記補助積分処理の終了時までの期間内において、前記基準電圧生成器の負極性の基準電圧（−Er）を、前記積分器の出力電圧のレベルが前記基本積分処理の終了時のレベルから零レベルに低下するまで該積分器に入力して積分する第１基準電圧積分処理と、前記補助積分処理の終了後、前記基準電圧生成器の正極性の基準電圧（Er）を、前記積分器の出力電圧のレベルが前記補助積分処理の終了時のレベルから零レベルに低下するまで該積分器に入力して積分する第２基準電圧積分処理とを実行すると共に、前記第１基準電圧積分処理の実行時間（Δt1）から前記第２基準電圧積分処理の実行時間（Δt4）を差し引いた時間の計数値を表すデジタルデータを、前記検出回路の出力電圧（Ex）中の前記物理量に応じた信号成分に対応するデジタルデータとして前記カウンタにより生成するＡ／Ｄ変換装置に関するものである。
【００１６】
ここで、本明細書においては、電圧の極性に関し、電源電力を供給した状態での検出回路の出力電圧（Ex）と同極性を正側の極性とし、また、該出力電圧（Ex）と逆極性を負側の極性とする。
【００１７】
そして、本発明は、前記の目的を達成するために、前記基本積分処理の実行期間内での該基本積分処理の開始直後の所定時間（Δt0）の期間において前記検出回路の出力電圧（Ex）のレベルを把握する手段と、該検出回路の出力電圧（Ex）からあらかじめ定めた所定レベルのレベル変換用基準電圧（Efl）を減算してなる電圧（Ex−Efl）を生成する手段と、該レベル変換用基準電圧（Efl）と逆極性の反転電圧（−Efl）を生成する手段とを具備し、前記所定時間（Δt0）の期間における前記検出回路の出力電圧（Ei）のレベルの把握値があらかじめ定めた所定レベルを超えているとき、該所定時間（Δt0）の経過時から前記基本積分処理の終了時までの時間（T1−Δt0）の期間において、前記検出回路の出力電圧（E0）の代わりに該出力電圧（E0）から前記レベル変換用基準電圧（Efl）を減算してなる電圧（Ex−Efl）を前記積分器に入力して積分し、また、前記基本積分処理の実行期間内の前記所定時間（Δt0）の経過時から前記第２基準電圧積分処理の終了時までの期間内において、該所定時間（Δt0）と等しい時間（Δt0’）の期間、前記レベル変換用基準電圧（Efl）の反転電圧（−Efl）を前記積分器に入力するようにしたことを特徴とするものである。
【００１８】
かかる本発明のＡ／Ｄ変換装置によれば、前記基本積分処理を開始した直後の所定時間（Δt0）の期間において前記検出回路に電源電力を供給した状態での該検出回路の出力電圧（Ex）のレベルが把握され、その把握値が所定レベルを超えているとき（該把握値が比較的大きいとき）には、該出力電圧（Ex）から前記レベル変換用基準電圧（Efl）を減算してなる電圧（Ex−Efl）が積分器に入力されて積分される。つまり、あたかも検出回路の出力電圧が本来の電圧（Ex）よりも低レベルの電圧（Ex−Efl）であるかのようにして、基本積分処理が実行される。そして、該基本積分処理の終了後、前記補助積分処理や、第１基準電圧積分処理、第２基準電圧積分処理が実行されることは前述の従来のものと同様であるが、本発明では、前記基本積分処理の実行期間内の前記所定時間（Δt0）の経過時から前記第２基準電圧積分処理の終了時までの期間内において、該所定時間（Δt0）と等しい時間（Δt0’）の期間、すなわち、前記基本積分処理で検出回路の出力電圧（Ex）を積分器に入力して積分した時間と等しい時間の期間、前記レベル変換用基準電圧（Efl）の反転電圧（−Efl）が前記積分器に入力されて積分される。
【００１９】
そして、詳細は後述するが、この反転電圧（−Efl）の積分器への入力及び積分を行うことにより、前記第２基準電圧積分処理の終了時までに前記カウンタにより計数される時間、すなわち、前記第１基準電圧積分処理の実行時間（Δt1）から前記第２基準電圧積分処理の実行時間（Δt4）を差し引いた時間（Δt1−Δt4）が、前記検出回路の出力電圧（Ex）中の物理量に応じた成分（以下、ここでは物理量成分Eiという）から前記レベル変換用基準電圧（Efl）を差し引いたもの（Ei−Efl）に比例するものとなる。このため、上記物理量成分Eiは、前記カウンタにより最終的に得られるデジタルデータから認識される電圧値に単に前記レベル変換用基準電圧（Efl）を加算した値として得られることとなる。
【００２０】
従って、本発明のＡ／Ｄ変換装置によれば、検出回路の出力電圧（Ex）が比較的大きなものとなっても適正にＡ／Ｄ変換処理を行うことができ、Ａ／Ｄ変換し得る電圧の範囲を広げることができる。また、カウンタにより最終的に得られるデジタルデータが表す時間（Δt1−Δt4）が、前記物理量成分Eiから前記レベル変換用基準電圧（Efl）を差し引いたもの（Ei−Efl）に比例するため、該デジタルデータから前記物理量成分Eiの認識を容易に行うことができる。さらに、検出回路の出力電圧（Ex）のレベルの把握は、前記基本積分処理の実行期間内で行われるため、処理速度を損なうことなく適正なＡ／Ｄ変換処理を行うことができる。
【００２１】
尚、本発明においては、前記検出回路の出力電圧（Ex）のレベルの把握値が所定レベルよりも小さい場合には、前述した従来のＡ／Ｄ変換装置と同様に、前記基本積分処理、補助積分処理、第１基準電圧積分処理、第２基準電圧積分処理を行うようにすればよい。
【００２２】
かかる本発明では、前記所定時間（Δt0）の期間における前記検出回路の出力電圧（Ex）のレベルの把握は、前記積分器の出力電圧に基づき行うことが好適である。
【００２３】
これによれば、検出回路の出力電圧（Ex）のレベルを、前記積分器による該出力電圧（Ex）の積分値に基づき把握するため、該出力電圧（Ex）に一時的なノイズが含まれるような場合であっても、その影響をフィルタとしての積分器により排除することができ、該出力電圧（Er）のレベルの把握を比較的正確に行うことが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態を図１及び図２を参照して説明する。図１は本実施形態におけるＡ／Ｄ変換装置の回路構成を示すブロック図、図２はその作動を説明するためのタイミングチャートである。
【００２５】
図１において、１はひずみゲージ（図示省略）を含むひずみ測定用の検出回路としてのブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）である。このブリッジ回路１は、その電源電力を供給するブリッジ電源２にスイッチ３を介して継断自在に接続されると共に、該ブリッジ回路１の出力信号（アナログ信号）を増幅する増幅器４に接続されている。
【００２６】
尚、以下の説明においては、ブリッジ電源２からブリッジ回路１に電源電力を供給した状態（スイッチ３の閉成状態）での該ブリッジ回路１の出力信号に参照符号ｅxを付し、この出力信号ｅxを増幅器４により増幅してなる電圧に参照符号Exを付する。さらに、ブリッジ電源２への電源電力を遮断した状態（スイッチ３の開成状態）での該ブリッジ回路１の出力信号に参照符号ｅ0を付し、この出力信号ｅ0を増幅器４により増幅してなる電圧に参照符号E0を付する。この場合、増幅器４のゲイン（増幅率）をＧとしたとき、Ex＝Ｇ・ｅx、E0＝Ｇ・ｅ0である。また、本発明でいうところの検出回路の出力電圧（Ａ／Ｄ変換の対象とする電圧）は、ブリッジ回路１の出力信号ｅxを増幅器４により増幅してなる電圧Exであり、以下の説明では、電圧Exをブリッジ出力電圧Exと称する。
【００２７】
本実施形態のＡ／Ｄ変換装置では、増幅器４の入力側に接続されたレベル変換器５と、増幅器４の出力側に接続された極性反転器６及び切換スイッチ回路７と、入力された電圧を積分する積分器８とを具備しており、増幅器４の出力電圧と、該出力電圧の極性を極性反転器６により反転してなる反転電圧とをそれぞれ増幅器４、極性反転器６から切換スイッチ回路７に入力するようにしている。
【００２８】
前記レベル変換器５は、増幅器４に入力するブリッジ回路１の出力信号ｅxのレベルを必要に応じて変換するものであり、後述するＣＰＵ１８の指令によりあらかじめ定めた所定レベルの負極性（より正確にはブリッジ回路１の出力信号ｅxと逆極性）の電圧−ｅflを出力してブリッジ回路１の出力信号ｅxに重畳することにより、ブリッジ回路１の出力信号ｅxを、電圧−ｅfl（以下、レベル変換用基準電圧−ｅflという）のレベルだけ低いレベルの電圧信号（ｅx−ｅfl）に変換するようにしている。この場合、上記レベル変換用基準電圧−ｅflのレベル｜ｅfl｜は、増幅器４の増幅度が一定に保たれるような該増幅器４の入力電圧の上限値以下のレベルに設定され、例えば該上限値よりも若干小さなレベルに設定されている。
【００２９】
尚、レベル変換器５によるブリッジ回路１の出力信号ｅxのレベル変換を行ったとき、増幅器４の出力電圧は、Ｇ・（ｅx−ｅfl）＝Ｅx−Ｇ・ｅflとなる。従って、Ｅfl＝Ｇ・ｅflと定義したとき、増幅器４の出力電圧は、前記ブリッジ出力電圧Exから所定レベル（レベル変換用基準電圧−ｅflのレベル｜ｅfl｜のＧ倍のレベル）の電圧Eflを減じた電圧（Ex−Efl）となる。以下の説明では、電圧Ｅflをレベル変換増幅基準電圧Eflという。
【００３０】
前記切換スイッチ回路７は、増幅器４の出力電圧が入力される接点７ａと、極性反転器６による増幅器４の出力電圧の反転電圧が入力される接点７ｂと、これらの接点７ａ，７ｂに選択的に導通可能な出力点７ｃとを有し、該出力点７ｃが前記積分器８の入力側に接続されている。
【００３１】
また、本実施形態のＡ／Ｄ変換装置は、正負二極性のあらかじめ定めた所定レベルの基準電圧Er，−Erを生成する基準電圧生成器９と、その基準電圧Er，−Erを入力する切換スイッチ回路１０と、負極性（より正確にはブリッジ出力電圧Exと逆極性）のレベル変換増幅基準電圧−Efl（＝−Ｇ・ｅfl）を生成する基準電圧生成器１１とを具備している。
【００３２】
この場合、基準電圧生成器１１は、スイッチ１２を介して積分器８の入力側に接続されており、生成したレベル変換増幅基準電圧−Eflをスイッチ１２を介して積分器８に入力可能としている。
【００３３】
また、切換スイッチ回路１０は、前記基準電圧Er，−Erがそれぞれ基準電圧生成器９から入力される接点１０ａ，１０ｂと、これらの接点１０ａ，１０ｂに選択的に導通可能な出力点１０ｃとを有し、該出力点１０ｃは前記積分器８の入力側に接続されている。
【００３４】
従って、積分器８には、前記切換スイッチ回路７の出力点７ｃ、切換スイッチ回路１０の出力点１０ｃ、スイッチ１２の出力側に発生する電圧が入力されるようになっている。この場合、切換スイッチ回路７，１０のそれぞれの出力点７ｃ，１０ｃに発生する電圧並びにスイッチ１２の出力側に発生する電圧は重畳（加算）されて積分器８に入力されるようになっている。
【００３５】
そして、積分器８の出力側には、該積分器８への入力電圧の積分値としての該積分器８の出力電圧が「０」レベルであるか否かを監視するゼロ用コンパレータ１３と、該積分器８の出力電圧を、比較用基準電圧生成器１４で生成される所定レベルの比較用電圧Eaと比較するコンパレータ１５とが接続されている。
【００３６】
尚、前記基準電圧生成器９が生成する基準電圧Er，−Erのレベル｜Er｜は、例えば増幅器４の最大出力電圧（フルスケール値）と略同一のレベルで、前記基準電圧生成器１１のレベル変換増幅基準電圧−Eflのレベルよりも若干大きなレベルに設定されている。
【００３７】
また、本実施形態のＡ／Ｄ変換装置は、所定周期のクロック信号（パルス信号）を生成するクロック発振器１６と、このクロック発振器１６のクロック信号をカウントするカウンタ１７と、該カウンタ１７や前記切換スイッチ回路７，１０、スイッチ３，１２、レベル変換器５の動作制御等を担うＣＰＵ１８とを具備している。この場合、本実施形態のＡ／Ｄ変換装置では、ブリッジ電源２を含む回路全体の元電源として交流の商用電源を使用するようにしており、前記クロック発振器１６は、該商用電源に同期したクロック信号（但し、その周期は、商用電源の周期よりも十分に小さい）を生成する。そして、このクロック信号は、ＣＰＵ１８の制御処理のために該ＣＰＵ１８にも入力される。さらに前記カウンタ１７には、その動作制御のために、前記ゼロ用コンパレータ１３の出力が入力されるようになっている。
【００３８】
次に本実施形態のＡ／Ｄ変換装置の作動を説明する。
【００３９】
図１及び図２を参照して、本実施形態のＡ／Ｄ変換装置では、ＣＰＵ１８の制御処理によって、以下のようにＡ／Ｄ変換処理が行われる。
【００４０】
まず、ＣＰＵ１８は、前記クロック信号に同期したタイミングで前記スイッチ３を閉成せしめると共に、切換スイッチ回路７の出力点７ｃを接点７ａに導通させる。尚、このとき、切換スイッチ回路１０の出力点１０ｃは、接点１０ａ，１０ｂのいずれにも非導通となる状態に制御され、スイッチ１２は開成状態に制御される。さらに、レベル変換器５は、前記レベル変換用基準電圧ｅflを出力しないように制御される。
【００４１】
これにより基本積分処理（図２参照）が開始される。このとき、ブリッジ電源２からブリッジ回路１にスイッチ３を介して電源電力が供給され、該ブリッジ回路１はひずみ量（物理量）の検出信号としての出力信号ｅxを生成して出力する。そして、それを増幅器４により増幅してなるブリッジ出力電圧Exが切換スイッチ回路７を介して積分器８に入力され（図２の上段のタイミングチャートを参照）、該積分器８により積分されていく。このため、積分器８の出力電圧は、基本積分処理の開始直後に例えば図２の中段のタイミングチャートに実線で示すような形態で上昇していく。尚、ＣＰＵ１８は、基本積分処理の開始時から前記クロック信号をカウントすることにより、該基本積分処理の開始時からの経過時間を逐次把握する。
【００４２】
ここで、上記基本積分処理において積分器８に入力されるブリッジ出力電圧Exは、図２の上段のタイミングチャートに示すように、ひずみ量に応じた成分Eiと、ブリッジ回路１の熱起電力、ゼロ点移動、増幅器４のオフセット電圧、商用電源等に起因した不要成分E0とを合わせてなる電圧（Ei＋E0）である。但し、不要成分E0のレベルは一般にひずみ量に応じた成分Eiのレベルに比して十分に小さい（図２では、説明の便宜上、不要成分E0を比較的大きなレベルで記載している）。
【００４３】
ＣＰＵ１８は、上述のように基本積分処理を開始せしめた後、該基本積分処理の開始時点からブリッジ出力電圧Exのレベルを把握するためのタイミングを規定するものとしてあらかじめ定めた所定時間Δt0が経過した時に、前記コンパレータ１５の出力をチェックする。
【００４４】
ここで、コンパレータ１５により積分器８の出力電圧と比較される前記比較用電圧Eaは、例えば前記ブリッジ出力電圧Exが前記レベル変換増幅電圧−Eflのレベル｜Efl｜とほぼ等しいレベルの電圧であるときに（ｅx＝ｅflのとき）、上記所定時間Δt0の経過時に積分器８の出力電圧が到達する電圧レベルとして設定されている。換言すれば、比較用電圧Eaは、Ex＞Efl（ｅx＞ｅfl）であるとき（増幅器４の出力電圧がフルスケール値に近い状態のとき）には、積分器８の出力電圧が所定時間t0の経過時までに該比較用電圧Eaを超え、Ex＜Efl（ｅx＜ｅfl）であるときには所定時間t0の経過前には積分器８の出力電圧が比較用電圧Eaまで到達しないような電圧に設定されている。また、上記所定時間Δt0は、商用電源の１周期の時間（これは本実施形態では後述するように基本積分処理の実行時間T1に等しい）に比して十分に短い時間に設定されている。
【００４５】
ＣＰＵ１８は、基本積分処理を開始してから前記所定時間Δt0が経過した時に、積分器８の出力電圧（＝ブリッジ出力電圧Exの積分値）が前記比較用電圧Eaを超え、それを示す信号がコンパレータ１５から出力されている場合には、それに応じて、前記レベル変換回路５からレベル変換用基準電圧−ｅflを出力させる。
【００４６】
これにより、増幅器４には、ブリッジ回路１の本来の出力信号ｅxよりも、レベル変換用基準電圧−ｅflのレベルだけ低いレベルの信号（ｅx−ｅfl）が入力される。従って、前記所定時間t0の経過時以後、増幅器４の出力電圧は、（Ex−Efl）となり、この電圧（Ex−Efl）が積分器８に入力されて積分されていく（図２の上段及び中段のタイミングチャートを参照）。このとき、増幅器４に入力される信号（ｅx−ｅfl）は該増幅器４の出力が飽和しないような電圧であり、該増幅器４の出力電圧（Ex−Efl）は、上記信号（ｅx−ｅfl）のレベルに比例し、（Ex−Efl）＝Ｇ・（ｅx−ｅfl）となる。
【００４７】
尚、基本積分処理の開始時から前記所定時間Δt0が経過するまでに積分器８の出力電圧が前記比較用電圧Eaまで上昇しなかった場合（ｅx≦ｅflの場合）については後述する。
【００４８】
次に、ＣＰＵ１８は、基本積分処理の開始時からの経過時間が、本実施形態における基本積分実行時間（基本積分処理の実行時間）としての商用電源の１周期の時間T1から、前記所定時間Δt0と等しい時間Δt0’（図２参照）を差し引いた時間（T1−Δt0’）に達すると、前記スイッチ１２の閉成し、前記レベル変換増幅基準電圧−Eflを基準電圧生成器１１から積分器８に入力せしめる。尚、このとき、スイッチ３の閉成状態、レベル変換器５からのレベル変換用基準電圧−ｅflの出力、並びに、切換スイッチ回路７の出力点７ｃの接点７ａへの導通は継続される。
【００４９】
これにより、図２の時間Δt0’（＝Δt0）の期間は、積分器８には、切換スイッチ回路７側の電圧（Ex−Efl）と基準電圧生成器１１のレベル変換増幅基準電圧−Eflとが入力され、それらの電圧を重畳してなる電圧（Ex−Efl−Efl）＝（Ex−２・Efl）が積分器８により積分される。この場合、基本的には（Ex−２・Efl）＜０であり、時間Δt0’の期間では積分器８の出力電圧は低下していく。
【００５０】
ＣＰＵ１８は、上述のような処理が実行される基本積分処理の開始時からの経過時間が前記基本積分実行時間T1に達すると、基本積分処理を終了し、補助積分処理及び第１基準電圧積分処理とを並行して開始する。すなわち、前記スイッチ３を開成してブリッジ回路１への電源電力を遮断すると共に、切換スイッチ回路７の出力点７ｃを接点７ｂに導通させ、また、前記レベル変換器５からの前記レベル変換用基準電圧−ｅflの出力を停止させる。さらに、ＣＰＵ１８は、切換スイッチ回路１０の出力点１０ｃを接点１０ｂに導通させると共に、スイッチ１２を開成する。
【００５１】
これにより、積分器８には、ブリッジ回路１への電源電力を遮断した状態での該ブリッジ回路１の出力信号ｅ0を増幅器４により増幅してなる電圧Ｇ・ｅ0（これは前記ブリッジ出力電圧Ex中の前記不要成分E0に相当する）の極性反転電圧−E0が極性反転器６から切換スイッチ回路７を介して入力され（図２の上段のタイミングチャートを参照）、補助積分処理が開始される。同時に、基準電圧生成器９の負極性（ブリッジ出力電圧Exと逆極性）の基準電圧−Erが該基準電圧生成回路９から切換スイッチ回路１０を介して積分器８に入力され（図２の上段のタイミングチャートを参照）、第１基準電圧積分処理が補助積分処理と並行して開始される。そして、積分器８へのこれらの入力電圧−E0，−Erを合わせた電圧（−Er−E0）が積分器８により積分されていく。このとき、積分器８の出力電圧は、図２の中段のタイミングチャートに実線で示すように基本積分処理の終了時における電圧から減少していく。
【００５２】
また、ＣＰＵ１８は、上述のように補助積分処理及び第１基準電圧積分処理を開始せしめると同時にカウンタ１７のカウントアップ動作を開始させる。（図２の下段のタイミングチャートを参照）。
【００５３】
上述のようにして補助積分処理及び第１基準電圧積分処理を開始した後、ＣＰＵ１８は、ゼロ用コンパレータ１３の出力を逐次監視する。そして、ＣＰＵ１８は、積分器８の出力電圧が「０」まで低下したことを示す信号が該ゼロ用コンパレータ１３から出力されると、それに応じて切換スイッチ回路１０の出力点１０ｃを両接点１０ａ，１０ｂから切り離す。これにより、負極性の基準電圧−Erの積分器８への入力が終了し（図２の上段のタイミングチャートを参照）、第１基準電圧積分処理が終了される。また、このとき、ゼロ用コンパレータ１３の上記の出力信号に応じてカウンタ１７は、カウントアップ動作を中止する（図２の下段のタイミングチャートを参照）。
【００５４】
尚、第１基準電圧積分処理を終了した時点において、補助積分処理及び第１基準電圧積分処理の開始時からの経過時間が前記基本積分実行時間T1に満たない場合には、ＣＰＵ１８は、切換スイッチ回路７の出力点７ｃの接点７ｂへの導通を維持する。従って、この場合には、第１基準電圧積分処理の終了後も、前記不要成分E0の反転電圧−E0の積分器８への入力が継続し、補助積分処理が続行される。
【００５５】
次に、ＣＰＵ１８は、補助積分処理及び第１基準電圧積分処理の開始時からの経過時間が前記基本積分実行時間T1に等しい時間T2（図２参照）に達すると、切換スイッチ回路７の出力点７ｃを両接点７ａ，７ｂから切り離す。これにより、前記不要成分E0の反転電圧−E0の積分器８への入力が終了し、補助積分処理が終了される。
【００５６】
同時に、ＣＰＵ１８は、切換スイッチ回路１０の出力点１０ｃを接点１０ａに導通させる。これにより、正極性の基準電圧Erが基準電圧生成器９から積分器８に入力され（図２の上段のタイミングチャートを参照）、該基準電圧Erを積分する第２基準電圧積分処理が開始される。さらに、同時に、ＣＰＵ１８は、カウンタ１７のダウンカウント動作を開始させる（図２の下段のタイミングチャートを参照）。
【００５７】
この第２基準電圧積分処理は、前記補助積分処理で負極性の電圧に低下した積分器８の出力電圧が「０」になって、それを示す信号がゼロ用コンパレータ１３から出力されるまで行われる。すなわち、ＣＰＵ１８は、積分器８の出力電圧が「０」になると、それを示すゼロ用コンパレータ１３の出力に応じて切換スイッチ回路１０の出力点１０ｃを両接点１０ａ，１０ｂから切り離し、積分器８への基準電圧Erの入力を遮断する。また、カウンタ１７は、ゼロ用コンパレータ１３の上記の出力に応じてダウンカウント動作を停止する。
【００５８】
以上説明した作動が、基本積分処理の開始直後に所定時間Δt 0が経過するまでに、積分器８の出力電圧が前記比較用電圧Eaを超えた場合（ｅx＞ｅflの場合）における本実施形態のＡ／Ｄ変換装置の作動である。
【００５９】
一方、前記基本積分処理において、前記所定時間Δt0が経過するまでに、積分器８の出力電圧が前記比較用電圧Eaまで上昇しなかった場合（ｅx≦ｅflの場合）には、ＣＰＵ１８は、基本積分実行時間T1の全期間にわたって、前記レベル変換器５にレベル変換用基準電圧−ｅflを出力させないと共に、スイッチ１２を開成状態に維持する。従って、この場合には、基本積分処理の全期間において、ブリッジ出力電圧Exのみが積分器８に入力されて積分される（図２の中段のタイミングチャートの一点鎖線を参照）。
【００６０】
そして、基本積分処理の終了後には、前述の場合（ｅx＞ｅflの場合）と全く同様に、補助積分処理、第１基準電圧積分処理、第２基準電圧積分処理、並びに、カウンタ１７のカウント動作が行われる（図２の中段、下段のタイミングチャートの一点鎖線を参照）。
【００６１】
以上のようにしてＡ／Ｄ変換処理が実行されると、第２基準電圧積分処理の終了時におけるカウンタ１７のカウント値は、負極性の基準電圧−Erを積分器８に入力する第１基準電圧積分処理の実行時間Δt2（図２参照）から、正極性の基準電圧Erを積分器８に入力する第２基準電圧積分処理の実行時間Δt4（図２参照）を差し引いた時間（Δt2−Δt4）に比例したものとなる。尚、この比例関係は、基本積分処理における前記所定時間Δt0内に積分器８の出力電圧が前記比較用電圧Eaを超えた場合（ｅx＞ｅflの場合）と、そうでない場合（ｅx≦ｅfl）の場合）のいずれの場合でも成立する。
【００６２】
そして、この時間（Δt2−Δt4）は、以下に示すように、ブリッジ出力電圧Exの不要成分E0を除いた成分Ei、すなわち、ひずみ量に応じた成分Eiから、基本積分処理でブリッジ回路１の出力信号ｅxに重畳するレベル変換用基準電圧ｅflに対応する前記レベル変換増幅基準電圧Efl（＝Ｇ・ｅfl）を差し引いた電圧（Ei−Efl）に比例するものとなる。
【００６３】
すなわち、例えばｅx＞ｅflの場合において、前述のＡ／Ｄ変換処理おける積分器８の積分は、それを式で表すと、次式（１）により表される（参照符号は図２を参照）。
【００６４】
【数１】
0004647124.tif 000002
【００６５】
ここで、式（１）において「Ｋ」は積分器７の積分定数である。尚、ｅx≦ｅflの場合（基本積分処理でブリッジ回路１の出力信号ｅxのレベル変換を行わない場合）には、式（１）でＥfl＝０とすれば、やはり式（１）が成立する。
【００６６】
そして、この式（１）から次式（２）が得られる。
【００６７】
【数２】
0004647124.tif 000003
【００６８】
さらに、この式（２）と、T1＝Δt0＋Δt1＋Δt0’＝Δt2＋Δt3＝T2、並びにΔt0＝Δt0’という関係とから、次式（３）が得られる。
【００６９】
【数３】
0004647124.tif 000004
【００７０】
従って、時間（Δt2−Δt4）は、不要成分E0によらずに、ブリッジ出力電圧Exのひずみ量に応じた成分Eiと前記レベル変換増幅基準電圧Eflとの差分（Ei−Efl）に比例するものとなり、また、レベル変換増幅基準電圧Eflは、前記レベル変換用基準電圧ｅflと増幅器４のゲインＧとから定まる一定値である。尚、このため、ｅx≦ｅflの場合には、Efl＝０である。
【００７１】
このため、カウンタ１４の最終的なカウント値（これは前記時間（Δt2−Δt4）に比例する）を表すデジタルデータとレベル変換増幅基準電圧Eflとから、上記式（３）の関係に基づいてひずみ量に応じた成分Eiを認識できることとなる。すなわち、該成分Eiは、カウンタ１４のデジタルデータが表す電圧値に、レベル変換増幅基準電圧Eflを加えた値として与えられる。
【００７２】
かかる本実施形態のＡ／Ｄ変換装置では、カウンタ１４により最終的に得られるデジタルデータに対応する時間（Δt2−Δt4）が、ブリッジ出力電圧Exのひずみ量に応じた成分Eiと前記レベル変換増幅基準電圧Eflとの差分（Ei−Efl）に比例するため、上記デジタルデータとレベル変換増幅基準電圧Eflとから煩雑な処理を必要とせずに、極めて容易にひずみ量に応じた成分Eiを認識することができ、ひいては、ひずみ量を容易に認識することができる。
【００７３】
また、ブリッジ回路１の出力信号ｅx（ひずみ量の検出信号）が比較的大きなレベルのものである場合には、該出力信号ｅxを、レベル変換用基準電圧−ｅflにより小さいレベルの信号（ｅx−ｅfl）に変換して増幅器４に入力するため、増幅器４の出力電圧を飽和させずに、Ａ／Ｄ変換処理を行い得るブリッジ回路１の出力信号ｅxのレベル範囲が従来のものよりも大きくなる。従って、適正にＡ／Ｄ変化し得る電圧の範囲を大きくすることができる。
【００７４】
さらに、ブリッジ出力電圧Exのレベルの把握を基本積分処理の実行中に行うため、Ａ／Ｄ変換処理の速度を従来のものに対して損なわれることがない。従って、その処理速度を十分に高速なものに確保することができる。また、ブリッジ出力電圧Exのレベルの把握は、積分器８の出力電圧に基づいて行われるため、該ブリッジ出力電圧Exに一時的に外乱ノイズが混入するような場合であっても、その影響を極力抑えて、該ブリッジ出力電圧Exのレベルの大小判断を比較的精度よく行うことができる。このため、基準積分処理でブリッジ回路１の出力信号ｅxのレベル変換を行うか否かの選択を適正に行うことができる。
【００７５】
次に本発明のＡ／Ｄ変換装置の第２、第３実施形態をそれぞれ図３及び図４を参照して説明する。図３及び図４はそれぞれ第２、第３実施形態のＡ／Ｄ変換装置の作動を説明するためのタイミングチャートである。
【００７６】
ここで、以下に説明する第２、第３実施形態のＡ／Ｄ変換装置は、その回路構成は前記第１実施形態のものと同一であり、Ａ／Ｄ変換処理の一部の処理のみが第１実施形態のものと相違するものである。具体的には、第２、第３実施形態のＡ／Ｄ変換装置は、それぞれ前記図１に示した基準電圧生成器１１のレベル変換増幅基準電圧−Eflを積分器８に入力するタイミングのみが第１実施形態のものと相違するものである。従って、第１実施形態と同一構成部分については、第１実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【００７７】
まず、図３を参照して第２実施形態のＡ／Ｄ変換装置を説明する。本実施形態のＡ／Ｄ変換装置では、ｅx＞ｅflである場合において、基本積分処理ではレベル変換増幅基準電圧−Eflを積分器８に入力せず、例えば補助積分処理及び第１基準電圧積積分処理を実行する時間T2の期間内の所定のタイミングで、前記ＣＰＵ１８の制御により前記スイッチ１２を閉成して、レベル変換増幅基準電圧−Eflを基準電圧生成器１１から積分器８に入力せしめる。そして、このレベル変換増幅基準電圧−Eflの積分器８への入力（スイッチ１２の閉成）を、ブリッジ出力電圧Exのレベルの把握のための前記所定時間Δt0と等しい時間Δt0’の期間だけ行わしめる。図３示の例では、例えば補助積分処理及び第１基準電圧積積分処理を開始時から時間Δt0’（＝Δt0）の期間、レベル変換増幅基準電圧−Eflの積分器８に入力している。この場合には、時間Δt0’（＝Δt0）の期間において、積分器８には、前記不要成分E0の反転電圧−E0と基準電圧生成器９の負極性の基準電圧−Erとレベル変換増幅基準電圧−Eflとが入力され、それらを重畳してなる電圧（−Er−E0−Efl）が積分される。尚、レベル変換増幅基準電圧−Eflの積分器８への入力は、例えば、補助積分処理の終了直前に行うようにしてもよい。
【００７８】
上述した以外の処理は、ｅx≦ｅflの場合と含めて前記第１実施形態と同一である。詳細な式説明は省略するが、かかる本実施形態においても、前記式（３）が成立し、前記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００７９】
次に、図４を参照して第３実施形態のＡ／Ｄ変換装置を説明する。本実施形態のＡ／Ｄ変換装置では、ｅx＞ｅflである場合において、基本積分処理ではレベル変換増幅基準電圧−Eflを積分器８に入力せず、例えば第２基準積分処理と並行して、前記ＣＰＵ１８の制御により前記スイッチ１２を閉成して、レベル変換増幅基準電圧−Eflを基準電圧生成器１１から積分器８に入力せしめる。そして、このレベル変換増幅基準電圧−Eflの積分器８への入力（スイッチ１２の閉成）を、ブリッジ出力電圧Exのレベルの把握のための前記所定時間Δt0と等しい時間Δt0’の期間だけ行わしめる。図４示の例では、例えば第２基準電圧積分処理の開始時から時間Δt0’（＝Δt0）の期間、レベル変換増幅基準電圧−Eflの積分器８に入力している。この場合には、時間Δt0’（＝Δt0）の期間において、積分器８には、前記基準電圧生成器９の正極性の基準電圧Erとレベル変換増幅基準電圧−Eflとが入力され、それらを重畳してなる電圧（Er−Efl）が積分される。
【００８０】
上述した以外の処理は、ｅx≦ｅflの場合と含めて前記第１実施形態と同一である。詳細な式説明は省略するが、かかる本実施形態においても、前記式（３）が成立し、前記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００８１】
尚、レベル変換増幅基準電圧−Eflの積分器８への入力のタイミングは、前記図２〜図４のものに限られるものではなく、本発明のＡ／Ｄ変換装置では、基本的には、基本積分処理で、ブリッジ回路１の出力信号ｅxのレベル変換を開始してから、第２基準電圧積分処理の終了時までの期間内であれば、任意のタイミングでレベル変換増幅基準電圧−Eflの積分器８への入力を行ってよい。
【００８２】
また、前記各実施形態では、ｅx＞ｅflである場合に、基本積分処理の開始時から固定的な所定時間Δt0が経過した時からブリッジ回路１の出力信号ｅxのレベル変換を行うようにしたが、例えば積分器８の出力電圧が前記比較用電圧Ｅaに到達した時点からブリッジ回路１の出力信号ｅxのレベル変換を行うようにしてもよい。
【００８３】
また、前記各実施形態では、ブリッジ回路１の出力信号ｅxのレベル変換を行うか否かを規定する閾値（出力信号ｅxに係わる閾値）をレベル変換用基準電圧−ｅflと同一にしたが、該レベル変換用基準電圧−ｅflよりも若干大きな閾値を設定しておくようにしてもよい。
【００８４】
また、レベル変換用基準電圧−ｅflを複数種類用意しておき、基本積分処理の実行中に把握されるブリッジ出力電圧Exのレベルに応じて選択的にレベル変換用基準電圧−ｅflを変更するようにすることも可能である。
【００８５】
また、ブリッジ出力電圧Exのレベルの把握は、例えば汎用的なＡ／Ｄ変換器を用いて行うようにすることも可能である。
【００８６】
また、前記各実施形態は、検出回路としてひずみ量を検出するブリッジ回路１を使用したものを示したが、温度等の他の物理量を検出する検出回路に対しても本発明のＡ／Ｄ変換装置を適用することができる。
【００８７】
さらに、本明細書では詳細な説明は省略するが、基本積分処理の実行中に把握されるブリッジ出力電圧Exのレベルに応じて、第１基準電圧積分処理で積分器８に入力する基準電圧−E rのレベルやその入力のタイミングを調整するようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＡ／Ｄ変換装置の実施形態の回路構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１実施形態のＡ／Ｄ変換装置の作動を説明するためのタイミングチャート。
【図３】本発明の第２実施形態のＡ／Ｄ変換装置の作動を説明するためのタイミングチャート。
【図４】本発明の第３実施形態のＡ／Ｄ変換装置の作動を説明するためのタイミングチャート。
【図５】従来のＡ／Ｄ変換装置を説明するためのタイミングチャート。
【符号の説明】
１…ブリッジ回路（検出回路）、５…レベル変換器、６…極性反転器、８…積分器、９，１１…基準電圧生成器。
【図１】
0004647124.tif 000005
【図２】
0004647124.tif 000006
【図３】
0004647124.tif 000007
【図４】
0004647124.tif 000008
【図５】
0004647124.tif 000009