(57)【要約】インターフェース装置は計測したパラメータに従い、信号Ｖｔに応答し、マイクロプロセッサの制御下で補助装置に出力する。補助装置は３線接続によりインターフェース装置と接続する。３線のうち２線は電力伝送に、残りの１線は双方向データ伝送に用いる。ＡＤＣはマイクロプロセッサに従い、信号Ｖｔ及び入力に応答する。データ線はＡＤＣと接続する。ＤＡＣ及びアナログネットワークはＤＡＣの出力をデータ線に接続する。設定期間τの起動時に確立された初期化ルーチンは、補助装置からインターフェース装置に供給される複数のビットレベルのステータスを決定する。インターフェース装置は、受信したビットに従う動作モードに入る。モードの1つはデータ線上の信号Ｖｔの校正モードである。ＡＤＣはＤＡＣを制御してアナログ出力を提供し、またはスイッチとしてデジタル出力を提供する。出力はマイクロプロセッサが確立した校正に従って操作される。
2004538552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１装置と第２装置との間でデータ交換を行うための方法（プロトコル）であって、
前記第１装置は、
複数のモードの１つで動作し、
初期化信号に応答してビット間隔毎に前記第2装置からステータス情報を検出し、前記ステータス情報に基づいたデジタルコードを提供し、
前記デジタルコードに関する動作モードで前記デジタルコードに従って動作可能であることを特徴とするデータ交換方法。
【請求項２】
第1装置と複数の第２装置との間でデータ交換を行うための方法（プロトコル）であって、
前記第1装置は、
複数のモードの１つで動作し、
初期化信号に応答して、前記第1装置と通信を行う前記複数の第２装置の１つからステータス情報を検出し、ビット間隔毎に前記１つの第２装置からステータス情報を検出し、前記ステータス情報に基づいたデジタルコードを提供し、
前記デジタルコードに関する動作モードで前記デジタルコードに従って動作可能であることを特徴とするデータ交換方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法（プロトコル）において、
前記複数の第２装置の少なくとも一部が前記第1装置に異なるステータス情報を提供し、
前記第１装置はこれに応じて異なるデジタルコードを提供することを特徴とするデータ交換方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法（プロトコル）において、前記第2装置は前記ステータス情報を提供するための受動的手段を備えることを特徴とするデータ交換方法。
【請求項５】
請求項２または３に記載の方法（プロトコル）において、前記１つの第２装置は前記ステータス情報を提供するための受動的手段を備えることを特徴とするデータ交換方法。
【請求項６】
請求項1に記載の方法（プロトコル）において、前記第2装置は前記ステータス情報を提供するための能動的手段を備えることを特徴とするデータ交換方法。
【請求項７】
請求項２または３に記載の方法（プロトコル）において、前記１つの第2装置は前記ステータス情報を提供するための能動的手段を備えることを特徴とするデータ交換方法。
【請求項８】
請求項１、４または６のいずれかに記載の方法（プロトコル）において、前記第1装置と前記第２装置とは電源線を共有し、前記初期化信号が前記第1装置の電源スイッチを入れることを特徴とするデータ交換方法。
【請求項９】
請求項８および６に記載の方法（プロトコル）において、前記第1装置の電源スイッチを入れると、前記第２装置において前記能動的手段の初期化信号が発生することを特徴とするデータ交換方法。
【請求項１０】
請求項２、３、５または７のいずれかに記載の方法（プロトコル）において、前記第1装置と前記第２装置とは電源線を共有し、前記初期化信号が前記第1装置の電源スイッチを入れることを特徴とするデータ交換方法。
【請求項１１】
請求項１０および７に記載の方法（プロトコル）において、前記装置の電源スイッチを入れると、前記第２装置において前記能動的手段の初期化信号が発生することを特徴とするデータ交換方法。
【請求項１２】
請求項１、４、６、８または９のいずれかに記載の方法（プロトコル）において、前記第１装置の動作モードの少なくとも１つが前記第２装置へのデータ伝送を行うことを特徴とするデータ交換方法。
【請求項１３】
請求項２、３、５、７、１０または１１のいずれかに記載の方法（プロトコル）において、前記第１装置の動作モードの少なくとも１つが前記１つの第２装置へのデータ伝送を行うことを特徴とするデータ交換方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法（プロトコル）において、前記データ伝送がアナログ形式またはデジタル形式であることを特徴とするデータ交換方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法（プロトコル）において、前記データ伝送がアナログ形式またはデジタル形式であることを特徴とするデータ交換方法。
【請求項１６】
請求項１６に記載の方法（プロトコル）において、
前記第１装置はＤＡＣと前記ＤＡＣを制御するための制御手段とを備え、
前記制御手段は第１モードで動作して前記ＤＡＣにデジタル信号を供給し、
前記デジタル信号は前記ＤＡＣの信号値を表示し、対応するアナログ形式の伝送用データ信号を前記第２装置に供給することを特徴とするデータ交換方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法（プロトコル）において、
前記制御手段は第２モードで動作してデジタル動作モードで前記ＤＡＣを制御し、対応するデジタル形式の伝送用信号を前記第2装置に供給することを特徴とするデータ交換方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法（プロトコル）において、
前記第１装置はＤＡＣと前記ＤＡＣを制御するための制御手段とを備え、
前記制御手段は第1モードで動作して前記ＤＡＣにデジタル信号を供給し、
前記デジタル信号は前記ＤＡＣの信号値を表示し、対応するアナログ形式の伝送用データ信号を前記１つの第２装置に供給することを特徴とするデータ交換方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法（プロトコル）において、
前記制御手段は第２モードで動作して前記ＤＡＣをデジタル動作モードで制御し、デジタル形式の伝送用信号を前記１つの第２装置に供給することを特徴とするデータ交換方法。
【請求項２０】
請求項１、４、６、８、１２、１４、１６または１７のいずれかに記載の方法（プロトコル）において、前記第１装置と前記第２装置とが共有双方向通信回線を通じて通信を行うことを特徴とするデータ交換方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法（プロトコル）において、前記共有双方向通信回線は前記第１装置と前記第２装置との間の回線接続であることを特徴とするデータ交換方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法（プロトコル）において、前記第１装置と前記第２装置との間での前記通信は３線接続であり、うち２線は電源線と接地線とであることを特徴とするデータ交換方法。
【請求項２３】
請求項２、３、５、７、１０、１１、１３または１５のいずれかに記載の方法（プロトコル）において、前記第１装置と前記第２装置とは共有双方向通信回線を通じて通信を行うことを特徴とするデータ交換方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法（プロトコル）において、前記共有双方向通信回線は前記第１装置と前記１つの第２装置との間の回線接続であることを特徴とするデータ交換方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法（プロトコル）において、前記第１装置と前記第２装置との間での前記通信は３線接続であり、うち２線は電源線と接地線とであることを特徴とするデータ交換方法。
【請求項２６】
請求項１乃至２５のいずれかに記載の方法（プロトコル）において、前記第１装置の動作モードの少なくとも１つが前記第１装置内の動作条件の設定を伴うことを特徴とするデータ交換方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法（プロトコル）において、前記少なくとも１つのモードは校正モードであることを特徴とするデータ交換方法。
【請求項２８】
請求項２６または２７に記載の方法（プロトコル）において、前記少なくとも１つの動作モードは前記第１装置からのデータ伝送を必要としないことを特徴とするデータ交換方法。
【請求項２９】
請求項１乃至２８のいずれかに記載の方法（プロトコル）において、前記第２装置または前記複数の第２装置の１つが、場合によって、第１ステータス情報を提供し、その後、前記第１装置の別の初期化信号の生成を伴った第２ステータス情報を提供するように動作可能であることを特徴とするデータ交換方法。
【請求項３０】
請求項１乃至２９のいずれかに記載の方法（プロトコル）における前記第１装置として動作可能な装置。
【請求項３１】
請求項１乃至２９のいずれかに記載の方法（プロトコル）における前記第２装置として動作可能な装置。
【請求項３２】
可変パラメータに従って出力信号と入力信号との間の関係を確立する校正回路（または他の装置）であって、
前記校正回路は、
前記入力信号の変化に対し所定の関係で変化する出力信号を提供し、
前記入力信号に従って前記出力信号の校正を確立するプログラム制御マイクロコントローラ（マイクロプロセッサ）を含み、
前記プログラム制御マイクロコントローラは、校正モードに設定可能であって、前記校正モードにおいて、前記パラメータの任意の値に対する前記入力信号の値に応答して前記出力信号を所定の値に調節することを特徴とする校正回路。
【請求項３３】
請求項３２に記載の校正回路において、
前記プログラム制御マイクロコントローラは、他の校正モードに設定可能であり、前記校正モードにおいて、前記パラメータの別の任意の値に対する前記入力信号の値に応答して前記出力信号を別の所定の値に調節することを特徴とする校正回路。
【請求項３４】
請求項３２または３３に記載の校正回路において、
前記パラメータの前記任意の値はゼロであり、
前記校正回路は、オフセットを格納するマイクロコントローラに関連した手段を備え、
前記オフセットは前記入力信号を調節し、前記出力信号の前記所定の値を提供することを特徴とする校正回路。
【請求項３５】
請求項３２または３３に記載の校正回路において、
前記パラメータの前記任意の値は最大値であり、
前記所定の値は前記出力信号の最大値であり、
前記校正回路は、前記最大値との所定の関係を実現するためにデータを格納する前記マイクロコントローラに関連する手段を備えることを特徴とする校正回路。
【請求項３６】
請求項３３に記載の校正回路において、
前記パラメータの前記任意の値はゼロであり、
前記校正回路は、オフセットを格納するための前記マイクロコントローラに関連した手段を備え、
前記オフセットは前記入力信号を調節し、前記出力信号の前記所定の値を提供し、
前記パラメータの前記別の任意の値は最大値であり、
別の所定の値は前記出力信号の最大値であり、
前記校正回路は、前記最大値との所定の関係を実現するためにデータを格納する前記マイクロコントローラに関連する手段を備えることを特徴とする校正回路。
【請求項３７】
請求項３２乃至３６のいずれかに記載の校正回路であって、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）とアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）とを備え、
前記ＤＡＣには前記マイクロコントローラが前記入力信号から得たデジタル信号を提供し、
前記ＡＤＣには前記ＤＡＣの出力信号を印加して前記ＤＡＣの前記出力信号を表すデジタル信号を提供することを特徴とする校正回路。
【請求項３８】
請求項３２乃至３７のいずれかに記載の校正回路において、前記入力信号はデジタル形式であることを特徴とする校正回路。
【請求項３９】
請求項３７に記載の校正回路において、前記入力信号はデジタル形式であり、前記マイクロコントローラは前記入力信号に応答することを特徴とする校正回路。
【請求項４０】
請求項３７に記載の校正回路であって、前記入力信号はアナログ形式であり、前記ＡＤＣに印加されて前記マイクロコントローラにデジタル形式の信号を提供することを特徴とする校正回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は2装置間でのデータ交換の方法に関する。また、可変パラメータに従って出力信号と入力信号との関係を確立するための校正装置に関する。
本発明は、アナログ形式またはデジタル形式で測定信号を処理し、処理した信号をアナログ形式またはデジタル形式で出力するインターフェース装置に関する。本発明はさらに、デジタルデータに基づいて信号処理手順を確立する方法及び装置に関する。こうしたデジタルデータは、処理した信号を受信した装置から得られる。
また、本発明は、単一線を通じて双方向データ通信を行う方法及び装置に関する。好適なシステムにおいては、データ通信プロトコルがアナログ信号及びデジタル信号の両方の送信を可能にする。
本発明は特にトルクの測定に関する信号の処理に係るが、これに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
トルクは、シャフトや、軸のまわりに取り付けた部品によって伝達される。トルクの測定にはさまざまな技術が開発されている。以下では、こうしたシャフトや部品をまとめて「シャフト」と称す。ある技術では、固定シャフト及び回転シャフトの両方に適用することのできる磁気ベースのトランスデューサを用いる。磁気ベースのトランスデューサには、シャフトに接触しないセンサ装置によってトルク依存磁場の検出を行えるという利点がある。
【０００３】
本発明の開発に寄与したトルクトランスデューサ要素は、堆積磁気すなわち残留磁気を有する。残留磁気は磁場成分を放射する。これはトルクの機能である。こうした要素の例としては、下記文献などが挙げられる。
【特許文献１】
米国特許第5,351,555号公報
【特許文献２】
第5,465,627号公報
【特許文献３】
第5,520,059号公報
【特許文献４】
WO99/56099公報に記載の円周方向磁化
【特許文献５】
WO01/13081公報に記載の長手方向磁化
【特許文献６】
WO01/79801公報に記載の長手方向磁化
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非接触センサ装置は、ホール効果装置、磁気抵抗装置、飽和磁心装置などの磁場検出装置を１つ以上含んでいてもよい。これらの装置は、WO98/52063公報に公開されているような駆動回路に接続される。本発明は、WO98/52063公報に記載の回路と同様の飽和磁心回路を基礎として開発された。本発明の教示及び好適な実施については、WO98/52063公報に記載の回路と同様の飽和磁心回路に関連して以下に説明する。しかし、本発明の理念及び実施は、さらに幅広い有用性を持つものである。
【０００５】
飽和磁心回路の構築に際しては、動作パラメータをポテンショメータの手動調節によって調節する必要がある。すなわち、校正ルーチンまたは初期化ルーチンを確立し、標準化基準に適合するよう設計された外部装置の回路出力を標準化しなければならない。調節が必要なパラメータの1つは、公称ゼロトルク出力に対するゼロトルクオフセットが挙げられる。回路自体はアナログトルク依存信号（具体的には電圧）を発する。
【０００６】
別のパラメータは、既定の公称最大トルクが測定されるように出力の最大（ＦＳ）値域を設定する。いくつかのアプリケーションにおいては、単一極性（時計回りまたは反時計回り）のトルクの測定が必要であることに注意が必要である。一方、他のアプリケーションにおいては、両極性（時計回り及び反時計回り）のトルクの測定が必要である。
回路の他の利用法として、いくつかのアプリケーションにおいては、例えばＬＣＤディスプレイにデジタルトルク信号出力を提供するのが望ましい。別のアプリケーションでのアナログメータディスプレイ上の表示に関しては、アナログ信号出力が望ましい。
従来、手動調節の時間や費用をかけずに飽和磁心回路を組み立てることと、少なくとも一部の回路動作を修正することとが課題とされてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、本発明の実施について説明する。
本発明は、センサ回路を用いたトランスデューサシステムにおけるものである。センサ回路はトルク依存信号を発する。トランスデューサシステムはインターフェース装置を含み、このインターフェース装置はトルク依存信号に応答して補助装置とともに動作することが可能である。補助装置はインターフェース装置を好ましい動作モードに設定する。
補助装置はインターフェース装置に対するプラグインアイテムであってもよい。そうすれば、複数の異なる補助装置を利用することが可能となる。インターフェース装置は、補助装置が無い場合にはデフォルトの所定ステータスになるよう設定され、プラグインした補助装置との間に確立したステータスを切断状態に保つ。
【０００８】
本発明はさらに、インターフェース装置と補助装置との間で単一線のデータ線を用いた通信を行うためのプロトコルも提供する。より詳細には、このプロトコルは、デジタル信号とアナログ信号との両方を含む通信を可能にする。また、このプロトコルは、補助装置が取り付けられていない場合にインターフェース装置をデフォルト状態に設定することを可能にする。
本発明の特徴は、本明細書の特許請求の範囲に述べる。
以下、本発明とその実施例を、添付の図面を参照してさらに説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１に示すように、システム１０は３つの主要な部分に分けられる。すなわち、信号処理回路（ＳＣＳＰ）２０、インターフェース装置（ＩＵ）３０、プラグイン・インターフェース補助装置（ＡＵ）４０である。ＳＣＳＰ２０及びＩＵ３０は、単一モジュール５０の部分であってもよい。単一モジュール５０は、例えばプリント基板モジュールである。ＳＣＳＰ２０は、機械的トルク入力部７０を備える。これは例えば分離シャフトに適用され、機械に組み込まれる。
【００１０】
図示するように、機械的トルク入力部７０はシャフト７１と連結器７２及び７４とを含む。連結器はシャフトまたはドライブ（図示せず）に連結しており、内部のトルクが測定される。シャフト７１は軸Ａ−Ａの周りを回転するよう設置してある。また、シャフト７１は磁性トランスデューサ要素７６を含み、磁性トランスデューサ要素７６はトルク依存磁場成分を放射する。
【００１１】
センサ装置２２は１つ以上のセンサ装置を備え、回路２４に接続している。回路２４からはトルク表示信号電圧ＶＴが得られる。センサ装置２２と回路２４とは、WO98/52063に記載の飽和磁心と同様のタイプのＳＣＳＰ２０を形成する。トルク信号ＶＴはアナログ信号で、実際にはゼロトルクで静止電圧ＶＴ０となる。したがって、ＶＴ０はトルク出力の測定基準となる。
【００１２】
信号ＶＴはＩＵ３０に印加され、ゼロトルク値と任意の最大トルクの最大値域とに対して標準化される。ＩＵにおける出力信号と入力信号との関係は線形であるが、ＩＵは、入力信号が表示する入力パラメータの任意の入力値に対し、出力回路の第１及び第２の任意の値を設定することができる。これらの値は、前述のゼロトルク値及び最大値である。ＩＵ３０は、ＡＵ４０との相互接続によって複数の動作モードのうち１つに設定される。
【００１３】
ＩＵ３０が実行する機能の１つは、プリセット校正基準との関連においてトルク表示信号ＶＴをアナログ形式またはデジタル形式で効率的に伝送することである。ＩＵ３０とＡＵ４０との間の相互接続は３線接続８０である。接地（ＧＮＤ）接続８１は、ＩＵの端子３２とＡＵの端子４２との間に形成される。電源電圧＋ＶＳを伝送するための接続８２は、端子３３と４３との間に形成される。また、２方向データ線接続８３は各端子３３と４３との間に形成される（あるタイプのＡＵでは、この接続はＩＵからＡＵへの１方向である）。
【００１４】
電源線＋ＶＳは、ＡＵ４０から、またはＡＵ４０を通して外部電源からモジュール５０へ電源を供給する。モジュール５０では、スイッチＳを閉じるとＳＣＳＰ２０及びＩＵ３０の両方に電源が分配される。電源は、モジュール５０の内部にあってもよい。図示した実施例においては、ＡＵ４０内の電流検知装置４６がモジュール５０に引かれた電流を検知し、スイッチＳを閉じると装置３０及び４０の両方で初期化（起動）ルーチンを開始する（ただし、以下に説明するＡＵのすべてが初期化を必要とするわけではない）。
【００１５】
ＩＵ３０は、マイクロコントローラ（マイクロプロセッサ）装置（ＭＣＵ）３５、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）３６、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）３７を備える。ＭＣＵ３５はメモリ（フラッシュメモリなど）を含み、このメモリが動作ルーチン（制御プログラム）及び動作パラメータを格納する。ＡＤＣ３６はＭＣＵ３５に制御され、デジタル化した信号を送信する。ＤＡＣ３７はＭＣＵ３５に制御され、以下に説明する動作モードのうち選択されたモードに従って、ネットワーク３８を通じてデータ線端子３４にアナログ信号またはデジタル信号を供給する。ネットワーク３８は分圧器として機能し、データ線プロトコルのプルアップ抵抗として説明される。
【００１６】
ＤＡＣの出力電圧はＶＯで表す。ＭＣＵ３５は水晶制御のクロック回路を有する。これは、ビット間隔やサンプリング（後述する）の時間をはかるのにも使用する。
ＡＤＣ３６は3つの入力に選択的に応答する。３つの入力とはすなわち、センサ回路２４からのアナログ電圧ＶＴ、分圧器３８からの電圧ＶＲ、データ線上の電圧ＶＤである。
分圧器３８は、中央点５２からの1組の直列抵抗Ｒ１及びＲ２を備える。中央点５２の電圧ＶＲは、ＤＡＣ３７からの出力電圧ＶＯとデータ線上の電圧ＶＤとに依存する値で得られる。本実施例においては、Ｒ１とＲ２とは等しい値、例えばそれぞれ１ｋΩである。データ線端子３４と接続している限流抵抗Ｒ３は、Ｒ１及びＲ２よりも実質的に低い値、例えば１００Ωである。この値であれば、後述する電圧レベル検知動作に影響を与えることはない。
【００１７】
ＩＵ３０の動作モードは、ＩＵ３０に接続するＡＵ４０の性質に依存する。ＡＵは、異なる機能を持つ複数の装置のうちの１つである。ここで説明するシステムは、基本的に任意の適切な方法でＡＵをＩＵに接続する。接続には少数の接続線が必要である。ここで説明する実施例では3本の線が必要であり、データインターフェースが必要とするのは1本のみである。
電源スイッチＳを閉じると、ＩＵ３０は、初期化ルーチンを経て、接続しているＡＵ４０のタイプを決定（検出）する。また、ＩＵ３０を、認識したＡＵ４０に適した動作モードに設定する。
【００１８】
図1のＡＵ４０は、電流検知装置４６に代表される。この装置は、純粋受動ＡＵにおいては不要である。また、ＡＵ４０は回路ブロック４８を備える。回路ブロック４８の構成は、ＡＵに必要な機能に依存する。この初期化手順は、合計プリセット期間内（例えば1秒以内）に一定間隔で行うデータ線のステータス（レベル）の検出に基づいている。1回の一定間隔では2タイプのＡＵしか提供できない。２回の一定間隔では4タイプのＡＵを提供する。一般的に、Ｎ回の一定間隔は２ＮタイプのＡＵを提供する。本実施例は、２回の一定間隔（２ステータスビット）を提供する。これらのステータスビットは、接続しているＡＵのタイプに従い、ＩＵ３０がどのアクションを選択するかに応じてデジタル制御コード（ＤＣＣ）を形成する。
【００１９】
次に、図2のフロー図と、図３（a）及び（b）のプロトコル波形図と、図４（表１）とを参照して初期化手順をさらに説明する。
図４（表１）において、Ｌはデータ端子３４のステータスビットのローレベル、Ｈはハイレベルを表している。使用される電圧レベルの実施例として、ＤＡＣの出力ＶＯは、初期化に対しデジタルモードで動作しているときには「ハイ」の値５Ｖを有し、データ端子３４の基準電圧ＶＲ「ロー」（Ｌ）は２．５Ｖ、「ハイ」（Ｈ）は５Ｖとなる。
【００２０】
図2に示すように、初期化手順すなわち起動手順は、モジュール５０に電力を供給するためにスイッチＳを閉じる（段階１００）。ＭＣＵは、まず、ＤＡＣの出力ＶＯをハイレベル（Ｈ）信号（例えば５Ｖ）に設定し、開始時刻（ｔ＝０）を設定する（段階１０２）。次に、ＭＣＵ３５はＡＤＣ３６が第1間隔において端子３４の電圧ＶＤを検出するよう設定する（段階１０４）。第1間隔の長さは例えば５００ｍＳで、ＨまたはＬとなるＤＣＣビットを格納する（段階１０５）。電圧ＶＤはさらに検出され、その結果ＤＣＣビットが格納される（段階１０７）。格納されたＤＣＣは、図４（表１）に従って復号化される（段階１０８）。
【００２１】
ＭＣＵは、復号化によって決定された動作モードに設定し（段階１１０）、関係するパラメータを格納する（段階１１１）。ここで説明する例においては、これらのパラメータはゼロトルクオフセットと直接最大値を表示する値とであり、入力と出力との間の線形の傾きとなっている。ＭＣＵ３５はプリセット期間τ（例えばスイッチを入れてから1秒）のあと、初期化手順（１１２）を終える。
【００２２】
ＭＣＵ３５は通常、期間τ中にＩＵ３０において指示されたモードを確立する。システムは、スイッチＳが初期化手順を再開できるまで、必要なモードで動作する。ＩＵ３０の再設定には、他の方法をとることもできる。図2の手順で発生したルーチン及び動作パラメータは不揮発性メモリまたはバッテリバックアップメモリに格納され、スイッチＳを通じた電源供給とは無関係である。したがって、任意のモードでの動作から得られるパラメータは、将来使用するために、このモードが開始されるまで、またはパラメータの修正を行う他のモードが開始されるまで、そのまま保持される。
【００２３】
図４（表１）に示すように、４つの動作モードのうち選択した１つのモードが確立される。ビット１が端子３４のローレベルＬに対応する場合、ビット１は動作の校正モードの必要性を示す。
ローレベルＬは、０Ｖで効果的に接地（ＧＮＤ）に接続されるデータ線を有する。ビット１が端子３４のハイレベルＨに対応する場合、図３(ａ)及び(ｂ)に示すように、ビット1は動作の読み出しモードの必要性を示す。ハイレベルＨはＡＵによって得られる。ＡＵはデータ線のハイレベル（５Ｖ）を能動的にセットする。あるいは、端子３４及び３２に高い抵抗を能動的または受動的に提供することによって、ＡＤＣのＶＤは高レベルＨとなる。
端子３２と３４とが接続されていない場合、すなわち開回路の場合も同様である。その場合、ＩＵ３０は、図４（表１）のモード４、ＨＨによりアナログモードにデフォルト設定する。
【００２４】
ＤＡＣの出力をＨに設定することによって、プルアップ機能はネットワーク３８を経由して実行され、データ線上の端子３４で端子３２と３４とにまたがった受動負荷（開回路を含む）を検出することが可能となる。
データ線レベルの検出は、電圧ＶＲの検出によって行うこともできる。端子３４がハイレベル（５Ｖ）であれば、ＶＲも５Ｖとなる。端子３４が開回路であれば、ＶＲも５Ｖとなるか、またはそれに近い値をとる。端子３４がローレベルであれば、ＶＲは実質的に２．５Ｖとなる。データ端子ステータスの検出にＶＲ電圧を使用すると、ＤＡＣ出力電圧ＶＯの確立を５Ｖで確認できるという利点がある。例えば、ＤＡＣが正しく設定されずＶＯ＝0Ｖであれば、これは端子５２の電圧ＶＲで検出される。
【００２５】
続いて、ＤＣＣのビット２のデータ線レベルの検出を説明する。図４（表１）に示すように、ビット２もローである場合、ＤＡＣ３７のＶＯの所定のレベルでゼロトルク出力を確立するのには校正モードが用いられる。
前述したように、ＳＣＳＰ回路２４はゼロトルクのときシャフト７１に電圧ＶＴ０を印加する。ＶＴ０は、例えば２５００ｍＶまたはそれに近い値となる。従来、回路２４の出力電圧はポテンショメータによる調節と同じように手動で２５００ｍＶちょうどに調節されてきた。校正ルーチンによって、手動調節段階を回避することが可能となる。
【００２６】
校正ルーチンは、ＶＴ０をデジタル化するためにＡＤＣ３６でＶＴ０をサンプリングし、デジタル化された値にオフセットを適用し格納する。デジタル化されたオフセット値はＤＡＣ３７に印加され、２５００ｍＶ（または他の任意の値）の出力電圧ＶＯに設定される。この出力電圧は、ＡＤＣ３６に印加される基準電圧ＶＲを用いて測定される。
校正ルーチンは、ＶＴ０とＶＲとの間でのサンプリングへの切り替えを含む。ＶＲは１２５０ｍＶに近い値となる。その際、端子３４がロー（接地）であることを考慮しつつ低電圧がＲ３を横切って低下することを可能にする。
ＶＴ０を公称２５００ｍＶで供給すると、反対極性のトルクの計測が可能となる。いくつかの出願においては、ひとつの極性を持ったトルクのみを測定している。これに対しＤＡＣの出力は設定値２５００ｍＶの周辺で揺れ動き、後述するように、外部手段によって測定される。
【００２７】
モード１には、端子４２と４４とにまたがる短絡回路を提供するＡＵ４０が必要である。つまり、ＡＵ４０内の回路４６は単純短絡回路であり、電流検出装置４８は不要である。スイッチＳを閉じる場合も初期化手順は不要である。
モード２は校正モードであり、シャフト７１におけるトルクの最大（ＦＳ）値を設定する。モード２のＤＣＣはローからハイへ遷移する。遷移には、ＡＵ４０におけるアクションが必要である。モード２ではシャフト７１に所与のトルクがかけられ、電圧ＶＭが発生する。ＶＭのゼロトルク値ＶＴ０からのシフトは、ＶＭ−ＶＴ０である。ＭＣＵ３５がＡＤＣ３６及びＤＡＣ３７とともにシフト値を調節し、出力電圧ＶＯの所望の0トルクに与えられたトルク振動を提供する。
【００２８】
出力電圧ＶＯは、抵抗Ｒ１とＲ２とにまたがる電圧の差であるＶＲを測定することで計測される。すなわち、ＶＯとＡＵ４０によって端子３４にかかるハイレベル電圧との間の差を求めればよい。ＤＣＣ検出のあと、ＡＵ４０からの電圧はＤＣＣを設定する任意の値となるが、最大値の校正は実際にはビット２を検出する間隔の間に実行される。
ＭＣＵ３５のプログラム制御によって実現される別の校正機能は、センサ装置２２の接続の極性が何であれ、ＤＡＣの出力ＶＯが確実に正しい極性を有するようにする。例えば、ＭＣＵは、適用されたトルクＴの極性に対するＶＴの変化の所望の極性を感知して、ＶＴが所望の極性と反対の極性を持つのであれば、所望の極性に変える。
【００２９】
モード２において、ＡＵ内ではローからハイへの能動的な変遷が必要となる。これは、例えばフリップフロップ動作によって行うことが可能である。フリップフロップ動作は電流検出装置４６によって開始され、ここではフリップフロップ機能を提供するよう構成された回路４８に印加される。こうした機能を実現できるのは、各組に接続された適切なＲＣタイミング回路と直列反転シュミットトリガの組のみである。
【００３０】
前述した２つの校正モードの機能は、補助装置の切断や他の装置のプラグインを含む。ゼロトルクオフセットと最大値設定機能は、単一のＡＵによって実現される。ＡＵはモード1とモード２にデータ線信号を連続して提供するとともに、スイッチＳを有する電源線を効果的に切断する手段を提供する。スイッチＳは閉じた状態であり、電源線の切断によって、あるモードから別のモードに変更するためのインターフェース装置３０での初期化手順を再開することができる。
【００３１】
次に、モード３及びモード４について考察する。これらのモードに関しては、図３(ａ)及び(ｂ)をそれぞれ参照する。ＡＵ４０を装置４８として用いられるアナログ電圧計とすると簡単である。アナログ電圧計はデジタル計器として実装されてもよい。その場合、電圧計が表示する入力抵抗は少なくとも１ｍΩであり、１０ＭΩであってもよい。アナログ電圧計は、高オーム／ボルト感度を有するアナログ計器であってもよい。その場合、ビット１及びビット2検出の両間隔ではＶＤはハイレベルに保たれる。
前述した電圧計のアナログタイプの計器は、５０ＫΩ以上の端子３４及び３２にまたがった負荷を表示する。電流検出装置４６は不要である。デジタル計器には＋ＶＳ線からの電源が必要である。電流検出装置４６は不要だが、装置４８のスイッチが入っていることを表示するのに使用してもよい。
【００３２】
図３(ａ)に示すように、データ線は、初期化期間τ中にＡＵ４０からＩＵ３０へデータ線フロー（上の矢印）ＨＨを提供する。したがって、データ線は、計測したトルクを表示するアナログ信号（ＤＡＣ３７からのＶＯ）をＩＵからをＡＵへと伝送する。
モード４において、トルク信号ＶＴは、ＡＤＣ３６に印加され、デジタル化信号は、必要に応じて、以前の校正手順から格納されたパラメータに一致したゼロトルクオフセットおよびフルスケールレンジングにかけられる。処理されたデジタル化信号はＤＡＣ３７に印加される。ＤＡＣ３７は、端子３４に印加されたトルク表示値としてＶＯを生み出す。
【００３３】
モード３に関しては、装置４８は、シリアルデジタル入力によって動作するタイプの従来のＬＣＤディスプレイ装置であってもよい。ＬＣＤ装置や他の手段は電流検出装置４６によって初期化され、定期的にハイからローへの遷移を提供する必要がある。ＩＵ３０での初期化手順に分割された期間τ（例えば1秒）の後、ＬＣＤ装置４８はシリアルデジタルデータをインターフェース装置３０から受信するよう設定される。これは図３(ｂ)に図示してある。図３(ｂ)は期間τ中に入力されるＨＬの値を示している。ＨＬ値に続いてＬＣＤ４８のシリアル波形の出力が示されている。
【００３４】
モード３では、ＩＵ３０からのシリアルデジタル出力はＤＡＣ３７から得られる。ＭＣＵ３５はデジタル動作モードでＤＡＣ３７を制御する。したがって、ＡＤＣ３６はトルク信号ＶＴをデジタル化し、ＭＣＵ３５はゼロトルクオフセットと最大値域を適用する。処理されたデジタル信号は、ＭＣＵ３５によってディスプレイ装置４８の要求に応じてシリアルデジタル値ストリームを発生するのに用いる。ＤＡＣ３７はデジタルスイッチとして使用され、電圧ＶＯのハイレベルとローレベルとの間で、送信されるシリアルデータに従って切り替えられる。
【００３５】
ＡＵ４０は、モジュール５０への直接プラグインとなることによってＩＵ３０と接続してもよい。あるいは、一本の長い線を経由してモジュール５０に接続した遠隔装置となることによってＩＵ３０と接続してもよい。後者は、レベルや取り込みノイズの点でアナログ信号（モード３）の質を下げてしまう。長い線を用いると、デジタル信号（モード4）は劣化しにくい。
【００３６】
システム１０はモジュール５０の一部分としてトルク受信要素（シャフト７１）を有するが、トルクに従属するシャフトやほかの部品にも適用できる。回転トルクでも固定トルクでも適用可能である。しかし、モジュール５０の一部分を形成する機械的手段に連結することはできない。この場合、トランスデューサ要素はシャフトやトルクを計測する部品に組み込まれる。センサ装置２２はトランスデューサ要素のまわりに設置され、ＳＣＳＰ回路２４とインターフェース装置３０とを内蔵するＰＣＢに接続される。
【００３７】
ＩＵ３０及びＡＵ４０は、他の測定システム内にアプリケーションを見つけるのが望ましい。そうすれば、ＶＴは、測定される量や特徴によってどんな信号をも表示することができる。また、信号はアナログ形式またはデジタル形式で出力されるように処理され、必要であれば、前述のオフセットやフルスケール測距のような中間処理を行わなければならない。
【００３８】
本発明が教示する手順は、例えばポテンショメータの値をゼロに設定したり、信号ＶＴのスケーリングを行うことによって、手動調節する必要がないようになっている。動作モードは低価格ＡＵを用いて確立することができる。また、ＩＵとＡＵとの間の通信は、単一のデータ線を通じて行われる。接地線及び電源線を加えて３線相互接続としてもよい。
前述のプロトコルは、ワイヤ接続以外の接続方法によって実現してもよい。これは特に双方向データ線８３に関する。双方向データ線８３はワイヤレス接続に置き換えてもよいし、あるいは光（赤外線を含む）接続であってもよい。ＩＵ３０とＡＵ４０との間で電源のやり取りをしないのであれば、電源線８２と設置線８１とは不要である。接地基準レベルの送信が必要な場合には、接地線はデータ線８３を通じて交換されるデータに含まれる。
【００３９】
インターフェース装置３０は、デジタル計測された信号入力に適用することもできる。例えば、ＶＴはセンサ装置２０でデジタル化でき、デジタル化された値はＭＣＵ３５が直接使用する。
ＭＣＵ３５を含むインターフェース装置３０が提供する校正回路は、他の同等の構成によっても実現できる。少なくとも、ソフトウェア機能またはソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって部分的には実現可能である。
ＤＣＣを３ビット以上に拡張することによって追加的なＡＵ４０を提供してもよい。図３(ａ)及び(ｂ)を参照して説明した教示も適用できるが、これは３ビットレベル以上の入力データフローを用いた場合である。
【００４０】
機械的入力部７０を含む実施例は、必要に応じて補助装置４０を接続することのできるハンドヘルド装置に適用できる。シャフト７１は、図示するように駆動装置に連結してトルクの直通機械的送信機として用いられる。また、シャフト７１をシングルエンドトルク受信機として実装し、駆動シャフトなどの端部に連結してトルクを測定することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】トルクセンサ回路、インターフェース装置、補助装置を含むシステムのブロック図。
【図２】インターフェース装置の動作に関するフロー図。
【図３】インターフェース装置と補助装置との間での通信のプロトコルを説明する図であり、特に、（ａ）は、インターフェース装置のアナログ出力モード設定を示し、（ｂ）は、デジタル出力モード設定を示す。
【図４】インターフェース装置の４つの動作モードの詳細を示す図（表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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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