(57)【要約】【課題】駆動信号生成部および信号検出部の精度や安定性を向上させることなく、温度変動等の特性変化による影響を低減することができる計測方法および計測装置を実現する。【解決手段】センサに駆動信号を供給するとともに測定対象の物理量変化に対応したセンサ出力信号を検出する計測方法において、前記駆動信号および前記センサ出力信号を選択的に切り替える切替ステップと、前記切替ステップにより選択された前記センサ出力信号の信号レベルを検出する第１の演算ステップと、前記切替ステップにより選択された前記駆動信号の信号レベルを検出する第２の演算ステップと、前記第１および第２の演算ステップの出力を利用して補正された測定出力信号を得る補正演算ステップと、を有することを特徴とする。【選択図】図１
2007240286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサに駆動信号を供給するとともに測定対象の物理量変化に対応したセンサ出力信号を検出する計測方法において、
前記駆動信号および前記センサ出力信号を選択的に切り替える切替ステップと、
前記切替ステップにより選択された前記センサ出力信号の信号レベルを検出する第１の演算ステップと、
前記切替ステップにより選択された前記駆動信号の信号レベルを検出する第２の演算ステップと、
前記第１および第２の演算ステップの出力を利用して補正された測定出力信号を得る補正演算ステップと、
を有することを特徴とする計測方法。
【請求項２】
前記補正演算ステップは、前記第１の演算ステップの出力を前記第２の演算ステップの出力で除算することを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
【請求項３】
前記第１および第２の演算ステップは、切替ステップに同期して選択的に実施されることを特徴とする請求項１または２に記載の計測方法。
【請求項４】
センサに駆動信号を供給するとともに測定対象の物理量変化に対応したセンサ出力信号を検出する計測装置において、
前記駆動信号および前記センサ出力信号が入力され、いずれか一方の信号を選択的に切り替えて出力する信号切替部と、
この信号切替部から出力される信号の信号レベルを検出する信号検出部と、
前記信号検出部から出力された前記駆動信号およびセンサ出力信号の演算結果を利用して補正された測定出力信号を発生する補正演算部と、
を有することを特徴とする計測装置。
【請求項５】
前記補正演算部は、前記センサ出力信号に応じた演算出力を前記駆動信号に応じた演算出力で除算して補正演算を行うことを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
【請求項６】
前記補正演算部は、前記信号切替部の切替動作に同期して前記駆動信号および前記センサ出力信号の演算結果を取り込むことを特徴とする請求項４または５に記載の計測装置。
【請求項７】
前記センサは駆動電圧の供給を受けて燃料タンク内の液面レベルに応じた電流信号を出力する静電容量式のタンクユニットであり、
前記駆動電圧を電流信号に変換して前記信号切替部に出力するレベル変換回路を有し、
前記信号検出部は前記タンクユニットから出力される電流信号または前記レベル変換回路から出力される電流信号の信号レベルを検出する電流振幅検出回路であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサに駆動信号を供給するとともに測定対象の物理量変化に対応したセンサ出力信号を検出する計測方法および計測装置に関し、特に、測定に際し温度変動等の環境変動による特性変化を低減することができる計測方法および計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は従来の計測装置の一例を示したブロック図であり、測定に際しセンサに駆動信号の供給が必要な回路の構成例を示している。
【０００３】
図４（ａ）に示す回路例では、駆動信号生成部１０２はセンサ１０１を駆動するための駆動信号を生成してセンサ１０１に供給する。また、安定したセンサ出力を得るために、駆動信号のフィードバックループを有し、安定した駆動信号を出力している。得られたセンサ出力信号は信号検出部１０３により適切な処理が行われ、計測結果を得る。
【０００４】
図４（ｂ）に示す回路例では、駆動信号生成部１０４は駆動信号を生成しセンサ１０１に供給する。駆動信号生成部１０４は駆動信号のフィードバックループを有しないが、生成された駆動信号は信号検出部１０６を介して補正演算部１０７に入力される。センサ１０１から出力されるセンサ出力信号は信号検出部１０５を介して補正演算部１０７に入力される。補正演算部１０７はセンサ出力信号および駆動信号の検出値を用いて駆動信号変動の補正等の処理を行い、駆動信号変動の影響を除去した計測結果を得る。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１８４８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図４（ａ）の回路例においては、測定精度を向上するために駆動信号生成部１０２及び信号検出部１０３の精度や安定性を向上する必要があり、また温度変化に対する補正機能が必要となる。また、図４（ｂ）の回路例においては、駆動信号生成部１０４については精度を必要としないが、信号検出部１０５および１０６の精度や安定性を向上させる必要がある。また、温度変化等の要因により信号検出部１０５および１０６の特性が変化したとき、その特性変化に差異がある場合には、計測結果に誤差が発生する。
【０００７】
図５は図４（ｂ）の回路例において信号検出部１０５および１０６のゲインが計測結果に与える影響の説明図である。センサ特性及び信号検出部特性がリニアである場合を例に挙げると、駆動信号生成部１０４の変動を除去するために、補正演算部では以下に示す除算処理を行う。
計測結果＝（信号検出部１０５出力／Ａ）／（信号検出部１０６出力／Ｂ）
＝センサの真の計測値
ここで、Ａは信号検出部１０５のゲイン、Ｂは信号検出部１０６のゲインである。
【０００８】
温度変動等の理由により、信号検出部１０５および１０６のゲインがそれぞれＡ×α、Ｂ×βに変動したとすると、得られる計測結果は
計測結果＝（信号検出部１０５出力／Ａ×α）／（信号検出部１０６出力／Ｂ×β）
＝（信号検出部１０５出力／Ａ）／（信号検出部１０６出力／Ｂ）×（β／α）
＝センサの真の計測値×（β／α）
となり、信号検出部１０５および１０６のゲイン変動（β／α）による測定誤差が生じてしまう。
【０００９】
本発明は、上記のような従来の欠点をなくし、駆動信号生成部および信号検出部の精度や安定性を向上させることなく、温度変動等の特性変化による影響を低減することができる計測方法および計測装置を実現することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記のような目的を達成するために、本発明の請求項１では、センサに駆動信号を供給するとともに測定対象の物理量変化に対応したセンサ出力信号を検出する計測方法において、
前記駆動信号および前記センサ出力信号を選択的に切り替える切替ステップと、
前記切替ステップにより選択された前記センサ出力信号の信号レベルを検出する第１の演算ステップと、
前記切替ステップにより選択された前記駆動信号の信号レベルを検出する第２の演算ステップと、
前記第１および第２の演算ステップの出力を利用して補正された測定出力信号を得る補正演算ステップと、
を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２では、請求項１に記載の計測方法において、前記補正演算ステップは、前記第１の演算ステップの出力を前記第２の演算ステップの出力で除算することを特徴とする。
【００１２】
請求項３では、請求項１または２に記載の計測方法において、前記第１および第２の演算ステップは、切替ステップに同期して選択的に実施されることを特徴とする。
【００１３】
請求項４では、センサに駆動信号を供給するとともに測定対象の物理量変化に対応したセンサ出力信号を検出する計測装置において、
前記駆動信号および前記センサ出力信号が入力され、いずれか一方の信号を選択的に切り替えて出力する信号切替部と、
この信号切替部から出力される信号の信号レベルを検出する信号検出部と、
前記信号検出部から出力された前記駆動信号およびセンサ出力信号の演算結果を利用して補正された測定出力信号を発生する補正演算部と、
を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項５では、請求項４に記載の計測装置において、前記補正演算部は、前記センサ出力信号に応じた演算出力を前記駆動信号に応じた演算出力で除算して補正演算を行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項６では、請求項４または５に記載の計測装置において、前記補正演算部は、前記信号切替部の切替動作に同期して前記駆動信号および前記センサ出力信号の演算結果を取り込むことを特徴とする。
【００１６】
請求項７では、請求項４乃至６のいずれかに記載の計測装置において、前記センサは駆動電圧の供給を受けて燃料タンク内の液面レベルに応じた電流信号を出力する静電容量式のタンクユニットであり、
前記駆動電圧を電流信号に変換して前記信号切替部に出力するレベル変換回路を有し、
前記信号検出部は前記タンクユニットから出力される電流信号または前記レベル変換回路から出力される電流信号の信号レベルを検出する電流振幅検出回路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
このように、センサ出力信号および駆動信号の信号レベルの検出を行う信号検出部を共通化することにより、補正演算部において信号検出部が有する特性変動を取り除くことができ、駆動信号生成部および信号検出部の精度や安定性を向上させることなく、温度変動等の特性変化による影響を低減することができる計測方法および計測装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を用いて本発明の計測方法および計測装置を説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は本発明による計測装置の一実施例を示すブロック図である。駆動信号生成部２はセンサ１に供給する駆動信号Ｓ１を生成する。駆動信号Ｓ１はセンサ１に供給されるとともに、信号切替部３に入力される。センサ１は駆動信号Ｓ１の供給を受けて測定対象の物理量変化に対応したセンサ出力信号Ｓ２を発生する。信号切替部３は入力された駆動信号Ｓ１とセンサ出力信号Ｓ２のいずれか一方を選択的に切り替えて信号検出部４に出力する。信号切替部４は、入力された信号の信号レベルの検出を行う。補正演算部５はセンサ出力信号Ｓ２検出値および駆動信号Ｓ１検出値を用いて駆動信号変動の補正等の処理を行い計測結果を得る。
【００２０】
前記信号切替部３での信号切替は、補正演算部５において駆動信号Ｓ１とセンサ出力信号Ｓ２の両方を利用する関係上、必要に応じて（たとえば一定時間ごとに）自動的に行われる。信号切替部３からは信号の切替状態を示す制御信号Ｓ３が補正演算部５に出力され、信号切替と同期した信号の取り込みを行うために利用される。
【００２１】
一般的に、駆動信号Ｓ１とセンサ出力信号Ｓ２は同種の信号であることが多い。このとき、駆動信号Ｓ１とセンサ出力信号Ｓ２の信号レベルの検出を行う信号検出部４を共有することにより、信号検出部４が有する温度変化等に伴う特性変動（たとえばゲイン変動αとする）は、センサ出力信号Ｓ２検出値および駆動信号Ｓ１検出値の両方に乗ぜられる。
【００２２】
補正演算部５では、駆動信号Ｓ１の変動による計測値を除去するため、一般には除算処理が行われる。この除算処理により駆動信号生成部２の変動が取り除かれ、安定した計測結果を得ることができる。
【００２３】
このとき、信号検出部４におけるゲイン変動αはセンサ出力信号Ｓ２検出値および駆動信号Ｓ１検出値の両方に乗ぜられているので、除算処理によりα／α＝１となり、ゲイン変動αによる変動が相殺され、計測結果に与える影響を除去することができる。また、これにより、駆動信号生成部２や信号検出部４を高精度化しなくても、高精度の測定を行うことができるという利点がある。
【００２４】
なお、本実施例では信号切替部３が自走している場合を説明したが、補正演算部５の補正演算に合わせて信号切替部３の信号切替を制御する構成としてもよい。その場合には、補正演算部５に切替制御部を設け、補正演算部５から信号切替部３へ切替信号を出力する。
【実施例２】
【００２５】
図２は本発明による計測装置の他の実施例を示すブロック図であり、航空機などの燃料タンク内の燃料の液面レベルを測定する計測装置に適用した一例を示したものである。
【００２６】
タンクユニット１１は燃料タンク内の燃料の液面レベルを静電容量変化として検出するセンサであり、センサ出力信号Ｓ１２は電流信号である。正弦波発生回路１２はタンクユニットに駆動信号として供給する正弦波電圧信号Ｓ１１を生成する。タンクユニット１１の交流インピーダンスはωＣで示され（ω＝２πｆ、Ｃは測定すべき静電容量、ｆは正弦波電圧信号Ｓ１１の周波数）、信号Ｓ１１で正弦波振幅Ｖ（ｒｍｓ）を印加した場合の電流はＩ（ｒｍｓ）＝Ｖ／（ωＣ）となる。これよりＣ＝Ｖ／（ωＩ）となり、静電容量を測定することができる。静電容量から液面レベルへの換算はタンクユニットによって規定されている換算方法による。
【００２７】
ここで、正弦波電圧信号Ｓ１１の正弦波振幅Ｖには、正弦波発生回路１２自体の係数が含まれているため、以下のように表すことができる。
Ｖ＝γ×Ｖ´
Ｖ´は正弦波発生回路１２の真の出力電圧、γは正弦波発生回路１２の係数である。
【００２８】
正弦波電圧信号Ｓ１１はタンクユニット１１に供給されるとともにレベル変換回路１３に信号Ｓ１１のレベル検出信号Ｓ１４（電圧）として入力される。
【００２９】
レベル変換回路１３は入力されたレベル検出信号Ｓ１４を電流信号Ｓ１５に変換する。本実施例ではタンクユニットのセンサ出力信号Ｓ１２が電流信号であるのに対し、駆動信号Ｓ１１は電圧であるため、レベル変換回路１３において電圧−電流変換を行い両信号の種類をそろえる。レベル変換回路１３は駆動信号Ｓ１１とセンサ出力信号Ｓ１２の種類が異なるときに設けられる変換回路である。
【００３０】
タンクユニット１１からのセンサ出力信号Ｓ１２とレベル変換回路１３で変換されたレベル検出信号Ｓ１５は、信号切替部１４で選択的に切り替えられて電流振幅検出回路１５に取り込まれる。
【００３１】
電流振幅検出回路１５は信号切替部１４から入力される電流信号の信号レベルに対応するＡ／Ｄ値を求め、制御演算部１６に出力する。
【００３２】
制御演算回路１６は補正演算部１６１と、切替信号Ｓ１３を用いて信号切替部１４を制御する切替制御部１６２を有し、電流振幅検出回路１５においてセンサ出力信号Ｓ１２とレベル検出信号Ｓ１５のどちらの信号の信号レベルを検出するかを決定する。たとえば、まずレベル検出信号Ｓ１５を電流振幅回路１５に出力してＡ／Ｄ値を求め、その後電流振幅回路１５への出力をセンサ出力信号Ｓ１２に切り替えてそのＡ／Ｄ値を求める。得られたセンサ出力信号Ｓ１２とレベル検出信号Ｓ１５のＡ／Ｄ値をもとに補正演算処理および表示データ生成処理を行い、結果を表示回路１７に出力する。また、切替制御部１６２の有する切替情報は、補正演算部１６１において信号切替と同期した信号の取り込みを行うために利用される。
【００３３】
電流振幅検出回路１５のＡ／Ｄ値出力は以下の式で示すことができる。
ＡＤ（ＦＢ）＝β×（γ×Ｖ´）／ω
ＡＤ（ＭＥＡＳ）＝β×（γ×Ｖ´）／（ω×Ｃ）
ここで、ＡＤ（ＦＢ）はレベル検出信号Ｓ１５のＡ／Ｄ値、ＡＤ（ＭＥＡＳ）はセンサ出力信号Ｓ１２のＡ／Ｄ値、βは電流振幅検出回路１５の変換係数、Ｃはタンクユニット１１の静電容量、ωは正弦波発生回路１２の発振周波数ｆ×２πである。
【００３４】
制御演算回路１６ではＡＤ（ＦＢ）／ＡＤ（ＭＥＡＳ）を計測結果ＲＥＳＵＬＴとする補正演算を行う。
ＲＥＳＵＬＴ＝ＡＤ（ＦＢ）／ＡＤ（ＭＥＡＳ）
＝｛β×（γ×Ｖ´）／ω｝／｛β×（γ×Ｖ´）／（ω×Ｃ）｝
＝Ｃ
【００３５】
以上のように構成することにより、計測結果ＲＥＳＵＬＴからは正弦波発生回路１２の係数γおよび電流振幅検出回路１５の係数βが消去され、温度等によりこれらの回路の特性が変動しても影響を受けないことになる。また、これにより、電流検出回路１５や正弦波発生回路１２を高精度化しなくても、高精度の測定を行うことができるという利点がある。
【実施例３】
【００３６】
図３は本発明による計測装置の他の実施例を示すブロック図であり、温度を測定する計測装置に適用した一例を示したものである。
【００３７】
温度センサ２１は測定対象の温度を抵抗値として出力する。定電流発生回路２３は定電流を生成し、温度センサ２１に駆動信号Ｓ２１として供給する。なお、温度センサ２１が電流変動によって受ける影響が少ない場合には定電圧発生回路とすることも可能である。
【００３８】
定電流発生回路２３にて生成した電流（駆動信号Ｓ２１）は、温度センサ２１と、温度センサ２１に直列に接続された電流検出抵抗２２に流れ、それぞれ抵抗値の大きさに応じた電圧降下を生じさせる。温度センサ２１によって生じた電圧降下は温度センサ測定信号Ｓ２２として信号切替部２４に入力される。また、電流検出抵抗２２によって生じた電圧降下は電流検出信号Ｓ２３として信号切替部２４に入力される。
【００３９】
温度センサ測定信号Ｓ２２と電流検出信号Ｓ２３は、信号切替部２４で選択的に切り替えられて差動電圧検出回路２５に取り込まれる。差動電圧検出回路２５は信号切替部２４から入力される差動信号の信号レベルに対応するＡ／Ｄ値を求め、制御演算回路２６に出力する。ここで、図３に示すように、定電流発生回路２３の出力段の電位をＶ１、温度センサ２１と電流検出抵抗２３の接続部の電位をＶ２、電流検出抵抗２３の電流出力段の電位をＶ３とする。
【００４０】
制御演算回路２６は補正演算部２６１と、切替信号Ｓ２４を用いて信号切替部２４を制御する切替制御部２６２を有し、差動電圧検出回路２５において温度センサ測定信号Ｓ２２と電流検出信号Ｓ２３のどちらの信号の信号レベルを検出するかを決定する。たとえば、まず温度センサ測定信号Ｓ２２を差動電圧検出回路２５に出力してＡ／Ｄ値を求め、その後差動電圧検出回路２５への入力を電流検出信号Ｓ２３に切り替えてそのＡ／Ｄ値を求める。得られた温度センサ測定信号Ｓ２２と電流検出信号Ｓ２３のＡ／Ｄ値をもとに補正演算処理および表示データ生成処理を行い、結果を表示回路２７に出力する。また、切替制御部２６２の有する切替情報は、補正演算部２６１において信号切替と同期した信号の取り込みを行うために利用される。
【００４１】
測定原理は以下の通りとなる。定電流発生回路２３から出力される駆動信号Ｓ２１の電流をＩ、温度センサ２１の抵抗値をＲ（ＭＥＡＳ）、電流検出抵抗２２の抵抗値をＲ（ＲＥＦ）とし、温度センサ２１の両端の電位差（＝Ｖ１−Ｖ２）をＶ（ＭＥＡＳ）、電流検出抵抗２２の両端の電位差（＝Ｖ２−Ｖ３）をＶ（ＲＥＦ）とすると、
Ｖ（ＭＥＡＳ）＝Ｒ（ＭＥＡＳ）×Ｉ
Ｖ（ＲＥＦ）＝Ｒ（ＲＥＦ）×Ｉ
となる。
【００４２】
ここで、駆動信号Ｓ２１の電流Ｉには、定電流発生回路２３自体の係数が含まれるため、以下のように表すことができる。
Ｉ＝γ×Ｉ´
Ｉ´は定電流発生回路２３の真の出力電流、γは定電流発生回路２３の係数である。
【００４３】
差動電圧検出回路２５のＡ／Ｄ値出力は以下の式で示すことができる。
ＡＤ（ＭＥＡＳ）＝β×Ｖ（ＭＥＡＳ）＝β×Ｒ（ＭＥＡＳ）×（γ×Ｉ´）
ＡＤ（ＲＥＦ）＝β×Ｖ（ＲＥＦ）＝β×Ｒ（ＲＥＦ）×（γ×Ｉ´）
ＲＥＦはフィードバック信号である電流検出信号Ｓ２３、ＭＥＡＳは温度センサ測定信号Ｓ２２、βは差動電圧検出回路２５の変換係数である。
【００４４】
制御演算回路２６ではＡＤ（ＭＥＡＳ）／ＡＤ（ＲＥＦ）を計測結果ＲＥＳＵＬＴとする補正演算を行う。
ＲＥＳＵＬＴ＝ＡＤ（ＭＥＡＳ）／ＡＤ（ＲＥＦ）
＝（β／β）×（γ／γ）×（Ｉ´／Ｉ´）×（Ｒ（ＭＥＡＳ）／Ｒ（ＲＥＦ））
＝Ｒ（ＭＥＡＳ）／Ｒ（ＲＥＦ）
【００４５】
以上より、計測結果ＲＥＳＵＬＴからは定電流発生回路２３や差動電圧検出回路２５の係数γ、βが消去され、温度等によりこれらの回路の特性が変動しても影響を受けないことになる。また、これにより、差動電圧検出回路２５や定電流発生回路２３を高精度化しなくても、高精度の測定を行うことができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は本発明による計測装置の一実施例を示すブロック図。
【図２】図２は本発明による計測装置の他の実施例を示すブロック図。
【図３】図３は本発明による計測装置の他の実施例を示すブロック図。
【図４】図４は従来の計測装置の一例を示したブロック図。
【図５】図５は図４（ｂ）の回路例において信号検出部１０５および１０６のゲインが計測結果に与える影響の説明図。
【符号の説明】
【００４７】
１      センサ
２      駆動信号生成部
３      信号切替部
４      信号検出部
５      補正演算部
【図１】
2007240286.tif 000003
【図２】
2007240286.tif 000004
【図３】
2007240286.tif 000005
【図４】
2007240286.tif 000006
【図５】
2007240286.tif 000007