(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振周波数の温度係数が大きな第１の水晶振動子と，発振周波数の温度係数が小さな第２の水晶振動子と，該第１の水晶振動子を有する第１の発振回路と，該第２の水晶振動子を有する第２の発振回路と，該第１の発振回路の周波数信号を分周する第１の分周回路と，該第２の発振回路の周波数信号を分周する第２の分周回路と，該第１と第２の分周回路から出力される分周信号の周期時間差信号を作成する周期時間差信号発生手段と，基準クロック発振手段と，該基準クロック発振手段より出力される基準クロックをカウントするカウント手段と，該周期時間差信号により特定された時間だけ，該基準クロック発振手段より出力される基準クロックを，該カウント手段に送るゲート回路と，を備え，
第１のタイミングにおける第１の前記周期時間差信号により特定された第１の時間に対応して前記カウント手段がカウントした第１のカウント値と，第２のタイミングにおける第２の前記周期時間差信号により特定された第２の時間に対応して前記カウント手段がカウントした第２のカウント値との差に基づき被測定対象の温度変化を測定する，ことを特徴とする温度変化測定装置．
【請求項２】
発振周波数の温度係数が大きな第１の水晶振動子と，発振周波数の温度係数が小さな第２の水晶振動子と，該第１の水晶振動子を有する第１の発振回路と，該第２の水晶振動子を有する第２の発振回路と，該第１の発振回路の周波数信号を分周する第１の分周回路と，該第２の発振回路の周波数信号を分周する第２の分周回路と，該第１と第２の分周回路から出力される分周信号の周期時間差信号を作成する周期時間差信号発生手段と，基準クロック発振手段と，該基準クロック発振手段より出力される基準クロックをカウントするカウント手段と，該周期時間差信号により特定された時間だけ，該基準クロック発振手段より出力される基準クロックを，該カウント手段に送るゲート回路と，を備える温度変化測定装置を用いる温度変化測定方法であって，
前記第１の水晶振動子と前記第２の水晶振動子とを互いに接近して配置しておき，
第１のタイミングにおける第１の前記周期時間差信号により特定された第１の時間に対応して前記カウント手段で第１のカウント値をカウントし、
第２のタイミングにおける第２の前記周期時間差信号により特定された第２の時間に対応して前記カウント手段で第２のカウント値をカウントし、
前記第１のカウント値と前記第２のカウント値との差に基づき被測定対象の温度変化を測定する、ことを特徴とする温度変化測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，発振周波数の温度係数が大きな第１の水晶振動子と，発振周波数の温度係数が小さな第２の水晶振動子を互いに接近して設け，各々の発振周波数を分周して得た分周信号の周期時間差を求め，その周期時間差の間に基準クロック発振手段の出力信号をカウントして，該カウント値から演算により温度の変化を求める温度変化測定装置に関する．
【０００２】
【従来の技術】
精密な温度変化測定装置として，発振周波数の温度係数が大きな水晶振動子を水晶温度センサとして用い，その水晶温度センサを接続した発振回路の発振周波数を分周し，分周信号によってゲートタイムを作成し，そのゲートタイムの間に発生する基準クロック発振器のクロック信号をカウントして温度を測定する装置が知られている．
【０００３】
この種の温度変化測定装置は，一般に，図１で示すように，水晶温度センサとしての水晶振動子１，それを発振させる発振回路２，その発振周波数信号を分周する分周器３，その分周信号に基づきゲートタイムを作成するゲート回路５，基準クロックを発生する基準クロック発振器４，ゲートタイム間に発生するクロック信号をカウントするカウンタ６，及びカウンタ６のカウント値に基づき，演算により温度に換算するマイクロコンピュータ７等から構成されている．
【０００４】
また，特公平１０−２７４２６４２号公報には，図２で示すように，測定する温度に応じた周波数信号を発生する温度測定用の水晶振動子と，基準となる水晶振動子とを有する２つの発振回路を発振させ，それらの発振周波数を分周する分周周期を同期して発生させ，周期時間差信号を作成し，その周期時間差信号を利用する温度変化測定装置が記載されている．その温度変化測定装置では，同期して発生させる相互の分周信号の周期時間差信号をゲート時間とし，基準クロック発振器の出力信号をカウントして，該カウント値から演算により温度を求める．
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１で示すような構成の温度変化測定装置では，基準クロック発振器４のクロック周波数の安定性が測定精度に大きく影響する．そのため，電源を入れてからクロックの周波数が安定になるまで測定を待つ必要があった．また，そのクロック信号の周波数は周囲の温度変化の影響で変動しやすく，従来は，クロック信号の周波数を安定化するため，基準クロック発振器４を消費電力が多い恒温槽に入れていた．このため，商用電源がない場所では高精度の温度変化の測定ができなかった．
【０００６】
また，図２で示すような構成の温度変化測定装置では，短い時間を特定する分周周期の周期時間差信号を得る場合に，水晶温度センサを有する発振回路（温度測定用発振器１１）とその分周回路（分周器１２），基準となる水晶振動子を有する発振回路（基準発振器１８）とその分周回路（分周器１９）の少なくとも１つを，同期信号でリセットする必要がある．このため，発振器や分周回路（図２の，１１，１２，１８，１９）が同期信号でリセットされる毎に，１デジットのデジタル誤差が生じその１デジットの時間間隔に対応したゲートタイムの誤差が生じる．測定に使用する水晶温度センサや基準となる水晶振動子の発振周波数が低い場合，リセットに伴うゲートタイムの誤差が大きくなる．そのため，そのゲートタイム間にカウントする基準クロックのカウント値に大きな誤差が生じ，測定した温度変化の分解能が悪くなってしまう．
【０００７】
高い分解能の温度変化の測定を行うためには，水晶温度センサや基準となる水晶振動子の発振周波数を高くすればよいが，これらの発振周波数を高くすると温度変化の測定に関与する発振回路の発熱量が多くなり，その回路で発生した熱が被測定温度を乱し，精度の高い温度変化の測定ができない欠点があった．
【０００８】
一方，図２で示すような構成の温度測定装置では，温度測定用の発振器１１が設置されている周囲の温度と，基準発振器１８が設置されている周囲の温度との間に大きな差がある場合，基準発振器１８の温度の変化に伴う発振周波数の乱れの影響で分周周期が乱され，その結果として周期時間差信号の幅が変動し，測定した温度に誤差が生じる．
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は，上記の点に鑑みてなされたもので，基準クロック発振器を，消費電力が多く商用電源を必要とする恒温槽に入れなくても，また，クロック信号の周波数が安定化するまで待たなくても，更に，被測定温度を乱すことなく，高精度で温度変化を測定し得る温度変化測定装置を提供することを目的とする．
【００１０】
このために，本発明の温度変化測定装置は，発振周波数の温度係数が大きな第１の水晶振動子と，発振周波数の温度係数が小さな第２の水晶振動子と，該第１の水晶振動子を有する第１の発振回路と，該第２の水晶振動子を有する第２の発振回路と，該第１の発振回路の周波数信号を分周する第１の分周回路と，該第２の発振回路の周波数信号を分周する第２の分周回路と，該第１と第２の分周回路から出力される分周信号の周期時間差信号を作成する周期時間差信号発生手段と，基準クロック発振手段と，該基準クロック発振手段より出力される基準クロックをカウントするカウント手段と，該周期時間差信号により特定された時間だけ，該基準クロック発振手段より出力される基準クロックを該カウント手段に送るゲート回路と，該クロック信号のカウント値から演算により温度変化を求める演算手段と，を備え，
前記２つの水晶振動子を互いに接近して配置しておき，該第１と第２の分周信号より作成した該周期時間差信号で特定される時間の間に，該基準クロック発振手段の出力信号をカウントして，該カウント値から演算により温度を求めるように構成される．
【００１１】
望ましくは，発振周波数の温度係数が大きな水晶温度センサとしての第１の水晶振動子と，発振周波数の温度係数が小さな基準となる第２の水晶振動子の少なくとも一方の水晶振動子が低い発振周波数を有し，該水晶振動子を有する発振回路の発熱量が少ないように構成される．
【００１２】
具体的には，本発明の温度変化測定装置は，図３の構成図に示すように，水晶温度センサ２０を有する水晶温度センサ発振回路２１と，水晶温度センサ発振回路２１から出力された周波数信号を分周する分周回路２２と，水晶温度センサ２０と接近して設ける基準となる水晶振動子２３を有する基準水晶発振回路２４と，基準水晶発振回路２４から出力された基準周波数信号を分周する分周回路２５と，前記２つの分周回路２２，２５から出力される分周信号相互の周期時間差信号を発生する周期時間差信号発生手段２６と，周期時間差信号により特定された時間の間だけ，基準クロック発振手段２７からのクロック信号をカウント手段であるカウンタ２９に送るゲート回路２８と，カウンタ２９からカウント値を取り込み，そのカウント値に基づいて被測定温度を演算する演算手段３０と，を備えて構成される．
【００１３】
【発明の作用効果】
上記構成の温度変化測定装置では，測定しようとする温度に応じた周波数信号が，水晶温度センサ２０を有する水晶温度センサ発振回路２１から出力されて，分周回路２２に送られ，所定の分周比で分周される．一方，水晶温度センサ２０と接近して配置された基準となる水晶振動子２３を有する基準水晶発振回路２４から出力された基準周波数信号は分周回路２５に送られ，所定の分周比で分周される．２つの分周回路２２，２５から出力される分周信号は，図３の構成図に示すように，周期時間差信号発生手段２６に送られ，そこで，２つの分周信号の周期時間差Ｔｓをもつ周期時間差信号がつくられる．この周期時間差信号は，温度変化に伴い発振周波数が大きく変わる水晶温度センサ２０と，温度変化に伴い発振周波数があまり変化しない基準となる水晶振動子２３との，２つの水晶振動子の温度変化に対応した周波数変化の情報を有しており，この周期時間差信号を用いて被測定温度の変化を求める．なお，望ましくは，水晶温度センサ２０と基準となる水晶振動子２３の発振周波数を分周した結果が，相互に近い周波数となったり，一方が他方の整数倍に近い周波数になるように２つの分周回路２２，２５を構成し，幅の狭い周期時間差信号を得る．
【００１４】
この温度変化の情報を有する周期時間差信号はゲート回路２８に送られ，ゲート回路２８は周期時間差信号により特定された時間（周期時間差Ｔｓ：後にＴａ，Ｔｂと記す）の間だけ，基準クロック発振手段２７からのクロック信号をカウンタ２９に送り，カウンタ２９はそのクロック信号をカウントする．そして，演算手段３０がそのカウント値を取り込み，その値から演算により被測定温度の変化を求める．
【００１５】
本発明によれば，水晶温度センサ発振回路２１からの周波数信号のみで，基準クロック発振手段２７からのクロック信号のゲート信号を設定するのではなく，互いに接近して設けた水晶温度センサを有する水晶温度センサ発振回路２１からの周波数信号を分周した分周信号と，基準となる水晶振動子を有する基準水晶発振回路２４からの基準周波数信号を分周した分周信号との周期時間差をとり，温度変化の情報を２つの水晶振動子の分周信号の周期時間差信号として得て，その信号をゲート信号として利用する．被測定温度の変化の情報を２つの水晶振動子の発振周波数の変化より得ているし，特定される時間間隔がわずかである周期時間差信号を利用することにより，後述するように従来の方法とは異なり，基準となる水晶振動子の発振周波数の不安定さや，基準クロック発振手段２７からのクロック信号の不安定さの影響をあまり受けずに，安定した高精度の温度変化の測定を行うことができる．
【００１６】
精度の高い温度変化の測定を行うには，温度の測定に関与する発振回路の発熱量を少なくし，その熱で被測定温度を乱さない構成が望ましい．水晶温度センサとしての水晶振動子や基準となる水晶振動子をＣＭＯＳで発振させると消費電力を抑えることができるが，発振周波数が高くなりＣＭＯＳのスイッチング回数が増すと発振回路の発熱量が多くなってしまう．したがって，温度の測定に関与する発振回路を構成する水晶振動子の発振周波数はできる限り低いことが望ましい．
【００１７】
次に，従来の温度変化測定装置（図１）と，本発明の温度変化測定装置（図３）との測定温度の分解能，及び，測定誤差（測定精度）の違いを説明する．
【００１８】
図１の温度変化測定装置の水晶振動子１として，現在市販されている水晶温度センサ（例えば，セイコーエプソン社製ＨＴＳ−２０６）を使用したとする．この水晶温度センサは，セイコーエプソン社のカタログデータ（ＱＵＡＲＴＺ  ＣＲＹＳＴＡＬ製品カタログ１９９６／１９９７）によれば，負の温度係数を持ち，温度の増加に伴い１℃あたり約３０ｐｐｍ発振周波数が減少する．このため，図１の装置では，３５℃のときに水晶温度センサの発振周波数を分周して得たゲート回路５のゲート時間が１秒であった場合，温度が３８．３３℃に変わると，温度の上昇に相当する割合で分周信号の周期が長くなる．水晶温度センサの分周信号の周期の変化は，１℃あたり，
３０ｐｐｍ  ｘ（３８．３３−３５．０）≒１００ｐｐｍ
長くなり，１秒であったゲート時間が約１００ｐｐｍ（０．０００１秒）長い１．０００１秒となる．一方，スイスＥＴＡ社の水晶温度センサＭＴ１は，カタログデータ（スイスＥＴＡ社，日本代理店光進センテック株式会社）によれば，正の温度係数を持ち，温度の上昇に伴い１℃あたり約３５ｐｐｍの割合で発振周波数が増加する．したがって，この水晶温度センサを用いて温度変化の測定を行う場合は，逆に，分周信号の周期は，温度の上昇と共に，１℃あたり，
３５ｐｐｍ  ｘ（３８．３３−３５．０）≒１１６．６ｐｐｍ
短くなる．以下では，温度の上昇と共に分周周期が長くなるＨＴＳ−２０６を例にして記載する．
【００１９】
基準クロック発振器４の周波数を１ＭＨｚとすると，図１で示した温度変化測定装置の場合，被測定温度が３５℃の時のゲート時間が１秒であるから，ゲート時間内のカウント値は，
１ＭＨｚｘ１秒＝１，０００，０００
カウントとなり，被測定温度が３８．３３℃になると発振周波数が低くなり，周波数の変化に対応してゲート時間が長くなり，先に述べたように１．０００１秒となる．そして，そのゲート時間内のカウント値は，
１ＭＨｚｘ１．０００１秒＝１，０００，１００
カウントとなる．つまり，被測定温度が３．３３℃増加すると，カウント値が１００多くなり，温度変化に換算した場合，１カウントあたり０．０３３３℃の分解能で温度変化が測定できる．デジタル信号を取り扱う測定ではデジタル誤差が１カウント相当あるため，測定誤差は約０．０３３℃である．
【００２０】
一方，図３に示す本発明の温度変化測定装置において，水晶温度センサ（ＨＴＳ−２０６）を使用し，その水晶温度センサ２０を有する水晶温度センサ発振回路２１と，その分周回路２２を，図１と同じ割合で分周したとすると，３５℃の時の分周周期（ゲート時間）Ｔｔは図１の場合と同様に１秒であり，３８．３３℃になると，先の例と同様に分周信号の周期が長くなり１．０００１秒になる．
【００２１】
また，図３において水晶温度センサ２０と接近して設ける基準となる水晶振動子２３（例えば，セイコーエプソン社製の音叉型水晶振動子Ｃ−２−ＴＹＰＥ）も３５℃から３８．３３℃に変化し，その水晶振動子を有する基準水晶発振回路２４と，その分周回路２５により得られる分周周期Ｔｑも変化する．３５℃のときにこの音叉型水晶振動子の発振周波数を分周した基準となる分周周期Ｔｑが１．０１秒であったとする．セイコーエプソン社のカタログデータ（ＱＵＡＲＴＺＣＲＹＳＴＡＬ製品カタログ１９９６／１９９７）によれば，３５℃近傍ではこの水晶振動子の発振周波数は，１℃あたり約０．５ｐｐｍ減少するため，温度が３８．３３℃に変わるとこの水晶振動子の分周周期Ｔｑは，
０．５ｐｐｍ  ｘ（３８．３３−３５．００）≒１．６７ｐｐｍ
の割合で長くなり，３５℃のとき１．０１秒であったゲート時間が，３８．３３℃では１．６７ｐｐｍ（０．０００００１６９秒）だけ長い１．０１０００１６９秒となる．
【００２２】
ＴｔとＴｑの２つの分周周期が重なった直後からのタイムチャートを図４で示す．上部に示した３５℃の時には，分周周期の周期時間差Ｔａは，
Ｔａ＝１．０１−１．００＝０．０１
秒であるが，下部に示した３８．３３℃の時には，分周周期の周期時間差Ｔｂは，
Ｔｂ＝１．０１０００１６９−１．０００１＝０．００９９０１６９
秒と，３５℃の時より短くなる．
【００２３】
基準クロック発振手段２７の周波数を図１の基準クロック発振器４の場合と同じく１ＭＨｚとすると，被測定温度が３５℃から３８．３３℃に変化すると，ゲート時間の差が，Ｔａ（０．０１秒）から，Ｔｂ（０．００９９０１６５秒）に変化し，３５℃のとき，
１ＭＨｚｘ０．０１秒＝１０，０００
カウントであったカウント値が，３８．３３℃では，
１ＭＨｚｘ０．００９９０１６９秒≒９，９０２
カウントとなる．つまり，被測定温度が３．３３℃増加すると，カウント値が，
１０，０００−９，９０２＝９８
カウント多くなり，温度変化に換算した場合，１カウントあたり０．０３３９℃の温度変化に相当する．この値は，従来の方法による１カウント当たり０．０３３３℃の温度変化と同等であるし，測定温度の分解能及びデジタル誤差も約０．０３４℃で従来の方法と同等である．つまり，本発明の温度測定方法においても，従来の方法と同じ分解能で温度変化の測定が行える．
【００２４】
一方，図１の従来の温度変化測定装置において，１ＭＨｚであった基準クロック発振器４のクロック信号の周波数が不安定になり１０Ｈｚ増加したとする．この場合，ゲート回路５のゲート時間が１秒であるため，カウンタ６のカウント値は，
１０Ｈｚｘ１秒＝１０
カウントとなり，１０カウントだけ多くなる．この１０カウントは基準クロック発振器４の乱れによる誤差で，温度に換算すると０．３３３℃相当の測定誤差になる．
【００２５】
また，図２の従来の温度変化測定装置において，１ＭＨｚであった基準発振器１８のクロック信号の周波数が不安定になり１０Ｈｚ減少（１０ｐｐｍ相当）したとする．この場合，分周器１９を介して得た分周周期が１０ｐｐｍ相当長くなり，基準クロック発振器１４の周波数出力がゲート回路１５を介してカウンタ１６でカウントされる割合が増える．その割合は１０ｐｐｍ相当で，基準クロック発振器１４の出力周波数が，図１の場合と同様に１ＭＨｚであったとすると，
１ＭＨｚｘ１０ｐｐｍ秒＝１０
カウントとなり，１０カウントだけ多くなる．この１０カウントは基準発振器１８の乱れによる誤差で，温度に換算すると０．３３３℃相当の測定誤差になる．
【００２６】
これに対し，図３で示すような本発明の温度変化測定装置では，図４で示したように，３５℃と３８．３３℃の何れの場合も，周期時間差Ｔｓ（ゲート回路２８のゲート時間）は約０．０１秒であり，図３で示した基準クロック発振手段２７のクロック信号の周波数の乱れが図１で示した基準クロック発振器４と同じく，１ＭＨｚであった発振周波数が，１０Ｈｚ増加したとすると，基準クロック発振手段２７のクロック信号の乱れによるカウンタ２９のカウント値の増加は，
１０Ｈｚｘ０．０１秒＝０．１
カウントとなり，デジタル誤差である１カウント以下となる．つまり，測定誤差はデジタル誤差と同じく０．０３４℃相当で，基準クロック発振手段２７のクロック信号の乱れによる影響は無視できる程度に小さい．周期時間差Ｔｓを上記０．０１秒より短くなるよう構成すれば，上述した場合より基準クロック発振手段２７の乱れの割合が大きくても，温度変化の測定誤差をデジタル誤差より小さくできる．
【００２７】
図５は，基準となる水晶振動子の発振周波数を分周した分周周期Ｔｑ′が，図４で示した分周周期Ｔｑの１／Ｎ倍である場合についての信号レベルの変化の図である．図４と同様に，水晶温度センサの発振周波数を分周した分周周期Ｔｔと，基準となる水晶振動子の発振周波数を分周した分周周期Ｔｑ′の分周周期が重なった時刻から，１回目の分周周期の周期時間差信号が生じるまでの，３５℃（Ｔａ）及び３８．３３℃（Ｔｂ）におけるＴｔ，Ｔｑ′の信号レベルの変化を示した．
【００２８】
図５のタイムチャートで，３５℃の時の水晶温度センサの分周信号がＬレベルからＨレベルに変わった後，基準となる水晶振動子の分周信号がＬレベルからＨレベルに変わるまでの時間は，図４のタイムチャートと同様に，Ｔａである．また，３８．３３℃の時の水晶温度センサの分周信号がＬレベルからＨレベルに変わった後，基準となる水晶振動子の分周信号がＬレベルからＨレベルに変わるまでの時間は，図４のタイムチャートと同様に，Ｔｂである．つまり，図５において分周周期Ｔｑ′がＴｑの１／Ｎ倍になっただけで，周期時間差ＴａやＴｂは，図４におけると同様に取り扱うことができ，温度変化に換算した場合，１カウントあたり０．０３３９℃の温度変化となる．また，基準クロック発振手段２７の出力周波数が乱れた場合でも，温度測定の分解能は同じであり，基準クロック発振手段２７の乱れによる測定誤差を，温度測定のデジタル誤差より小さくできる．
【００２９】
このように，温度変化の情報を持つ幅の狭いゲート信号を得ることができれば，恒温槽等を用いて基準クロック発振手段２７の出力周波数を安定化しなくても，精度の高い温度変化の測定を行うことができる．また，電源を入れた後，基準クロック発振手段２７の出力周波数が安定になるまで待たなくても，精度の高い温度変化の測定を行うことができる．消費電力が多い恒温槽を必要としなければ，商用電源がない野外であっても，電池を電源とする温度変化測定装置で，精度の高い温度変化の測定ができる．
【００３０】
さらに，本発明では，発振周波数の温度係数が大きな第１の水晶振動子（水晶温度センサ）と，発振周波数の温度係数が小さな第２の水晶振動子を互いに接近して設け，被測定温度の変化に対応する各々の発振周波数を分周して得た分周信号の周期時間差を求め，その周期時間差（ゲート時間）の間に基準クロック発振手段２７の出力信号をカウントして，該カウント値から演算により温度を求める．このため，図３や図４で得た分周周期の周期時間差（ゲート時間）は，被測定温度の変化に対応する水晶温度センサと基準となる水晶振動子の双方の温度変化の情報を有し，周期時間差は被測定温度の変化に対応して変化する．
【００３１】
したがって，予め，互いに接近して設けた水晶温度センサと基準となる水晶振動子の発振回路を分周して温度変化の情報を有する周期時間差を得て，その周期時間差と，その時の温度変化との関係を求めておけば，水晶温度センサと基準となる水晶振動子を発振させて分周信号を作成し，その分周信号の周期時間差を測定し，予め求めた関係に基づき，その周期時間差から被測定温度の変化を演算で求めることができる．
【００３２】
図５で示したタイムチャートでは，Ｔｔの分周周期１回の間に，Ｔｑ′の分周周期はＮ回発生するが，基準となる水晶振動子の発振周波数の分周周期Ｔｑ′をＮ倍した時間が，水晶温度センサの発振周波数を分周した分周周期Ｔｔより若干長いため，分周周期Ｔｔの立ち上がりから分周周期Ｔｑ′のＮ回目の立ち上がりまでの周期時間差（ゲート時間）が，時間の経過と共に大きくなる．その大きさが分周周期Ｔｑ′に相当する時間差より大きくなると，分周周期Ｔｔの立ち上がりの直後に分周周期Ｔｑ′のＮ−１回目の立ち上がりが発生する．言い換えると，分周周期Ｔｔの立ち上がりから，その後に発生する分周周期Ｔｑ′の立ち上がりまでの分周周期の周期時間差（ゲート時間）は，基準となる水晶振動子の発振周波数を分周して得た分周周期Ｔｑ′より大きくなることはない．つまり，分周周期Ｔｑ′の時間間隔が狭くなるような構成にしておけば，幅の狭い周期時間差信号（ゲート信号）を何時でも得ることができる．なお，周期時間差信号の発生する時間の間隔から，周期時間差信号がＮ回目の立ち上がりかＮ−１回目の立ち上がりで発生したかを区別でき，その割合を考慮しつつ演算して被測定温度の変化を求める．
【００３３】
先に述べたように，分周周期の周期時間差であるゲート時間が短いと，基準クロック発振手段２７からのクロック信号が温度変化等で乱れても，温度測定の誤差を小さくでき，基準クロック発振手段２７を恒温槽に入れ，その発振周波数を安定化する必要がない．このため，消費電力を少なくでき，商用電源がない場所でも温度変化の測定が行える．また，従来の温度測定方法のように，基準クロック発振手段２７の出力が安定になるまで待つ必要はなく，電源を入れた直後であっても温度変化を測定することができる．
【００３４】
図３，図４，及び図５では水晶温度センサ２０の発振周波数を分周した分周周期Ｔｔが，基準となる水晶振動子２３の発振周波数を分周した分周周期Ｔｑ，あるいは，Ｔｑ′のＮ倍より若干長い場合について述べた．ここでは図示しないが，前者の分周周期Ｔｔが，後者の分周周期ＴｑやＴｑ′のＮ倍より若干短くなるようにしてもよい．また，図５の例とは逆に，水晶温度センサの発振周波数の分周周期をＴｔ′と短くし，Ｔｔ′のＭ倍であるＴｔが基準となる水晶振動子の発振周波数を分周した分周周期Ｔｑに近くなる構成にしてもよく，幅の狭い周期時間差信号を作成できれば，その周期時間差信号を利用して温度変化の測定が行える．一方，図３，図４，及び図５では分周信号の立ち上がりを利用して周期時間差信号を作成したが，２つの分周周期の立ち下がりを利用したり，一方の分周信号の立ち上がりと，他方の分周信号の立ち下がりを利用して周期時間差信号を作成してもよい．
【００３５】
さらに，本発明による構成の温度変化測定装置であれば，温度変化を測定する際に，特公平１０−２７４２６４２号公報に記載されているように，水晶温度センサや基準となる水晶振動子を有する発振回路，それらの分周回路をリセットする必要がなく，後述するようにリセットに伴うデジタル誤差が生じない．このため，発振周波数が低い，水晶温度センサや基準となる水晶振動子を用いる構成の温度変化測定装置が製作でき，温度測定に関与する発振回路の発熱を抑えることができる．つまり，本発明による温度変化測定装置であれば，被測定温度に影響を与えないため，高精度の温度変化の測定ができる．
【００３６】
特公平１０−２７４２６４２号公報において，例えば，水晶温度センサとして，ＨＴＳ−２０６を用いるとする．カタログデータによればＨＴＳ−２０６の発振周波数は，２５℃の時に４０ＫＨｚである．この水晶温度センサを有する発振回路とその出力信号の分周回路を同期信号によりリセットする場合，周期時間差信号に，最大で，
１／４０，０００＝２５（μ  ｓｅｃ）
相当のデジタル誤差が生じる．図４や図５の基準クロック発振手段２７と同様に，図２において１ＭＨｚの周波数出力をもつ基準クロック発振器１４からのクロック信号を，この周期時間差信号の間にカウントすると，
１ＭＨｚｘ２５μ  ｓｅｃ＝２５（カウント）
となり，周期時間差信号のデジタル誤差の間に最大で２５カウント相当のカウント誤差が生じる．つまり，同期信号で発振回路や分周回路がリセットされる毎に温度変化に換算して，０．８３３℃相当のデジタル誤差が生じる．一方，本発明の図４や図５の例では，測定誤差は０．０３４℃であり，前記した公報に記載された方法による測定誤差の僅か４％である．
【００３７】
前記した公報に記載された方法では，被測定温度に与える影響を少なくするため，水晶温度センサや基準となる水晶振動子の発振周波数を低くすれば低くするほど発熱量は少なくなるが，同期信号でリセットされる際のデジタル誤差が増加してしまう．
【００３８】
図４で示したタイムチャートで分かるが，２つの分周周期ＴｔとＴｑとの周期時間差信号Ｔａの幅は時間の経過と共に大きくなる．図５のタイムチャートにおいてもＴｔとＴｑ′との周期時間差信号Ｔａの幅が時間の経過と共に大きくなる．図６にその変化の概略を模式的に示す．
【００３９】
図６において，分周信号が重なった図の破線で示した時刻から，ｍ回目の周期時間差信号をゲート信号として得たカウント値をＭ，ｍ＋１回目の周期時間差信号をゲート信号として得たカウント値をＭ＋Ｍ′とすると，ｍ回目からｍ＋１回目の周期時間差信号の間に得られたカウント値は，
（Ｍ＋Ｍ′）−Ｍ＝Ｍ′
となる．このカウント値を用いて演算で被測定温度の変化を求める．周期時間差信号の幅が変わっても，相前後する周期時間差信号の間に得られたカウント値の相互の差が分かれば，被測定温度の変化を演算により求めることができる．
【００４０】
図６で示した周期時間差信号の幅は，時間の経過と共に被測定温度の変化に対応して変わるが，その幅は，図５のＴｑ′の幅を越えることはない．したがって，Ｔｑの時間間隔に比べてＴｑ′の時間間隔が小さくなるように構成すれば，基準クロック発振手段の出力周波数が乱れても，その乱れが，測定結果に影響を与えることはない．
【００４１】
水晶温度センサ２０として負の温度係数を持つセイコーエプソン社のＨＴＳ−２０６を例にて記載し，周期時間差信号の幅が時間の経過と共に大きくなることを述べた（図６参照）．仮に，正の温度係数を持つスイスＥＴＡ社のＭＴ１を利用した場合であっても，被測定温度の上昇と共に周期時間差信号の幅が狭くなるだけで，その周期時間差信号を利用することで被測定温度の変化を測定できる．また，温度係数が正である水晶温度センサ２０（ＭＴ１）と接近して，基準となる水晶振動子２３として温度係数が負である水晶温度センサ（ＨＴＳ−２０６）を設け，正と負の温度係数を持つペアの水晶温度センサで温度変化測定装置を構成してもよい．この場合には，被測定温度の変化に対して周期時間差信号の幅が変わる割合が大きくなり，両者の温度係数の絶対値を加算した割合で温度変化を検出できる温度変化測定装置が製作できる．
【００４２】
【発明の実施例】
以下，本発明の実施例を図面に基づいて説明する．
【００４３】
第１実施例
図７は第１実施例の温度変化測定装置の主要回路図であり，水晶温度センサ４０を有する水晶温度センサ発振回路４１と分周回路４２，基準となる水晶振動子４３を有する基準水晶発振回路４４と分周回路４５，２つの分周回路から出力される分周信号の周期時間差を持つ周期時間差信号を発生する周期時間差信号発生手段４６としてのＤタイプフリップフロップ，ゲート回路４８，基準クロック発振手段４７，カウンタ４９，及び，演算手段５０から構成される．
【００４４】
図７の回路において，２５℃における発振周波数が４０ＫＨｚである水晶温度センサ４０を水晶温度センサ発振回路４１と分周回路４２を内蔵する集積回路ＭＣ１４５２１に接続し分周信号を得る．また，水晶温度センサ４０に接近して２５℃における発振周波数が４ＭＨｚである基準となる水晶振動子４３を設け，基準水晶発振回路４４と分周回路４５を内蔵する集積回路ＭＣ１４５２１に接続し分周信号を得る．そして，２つの分周信号を周期時間差信号発生手段４６としてのＤタイプフリップフロップ用集積回路ＨＣ７４に接続し，周期時間差信号を得る．
【００４５】
そして，水晶温度センサ４０を接続した上方の集積回路ＭＣ１４５２１の１０番ピンから，内蔵の発振回路で発振した４０ＫＨｚの周波数信号が，同じ集積回路に内蔵された分周回路で２１８分周され，６．５５３６秒の時間間隔を持つ分周信号が発生する．
【００４６】
一方，２５℃のときの発振周波数が４ＭＨｚである基準となる水晶振動子４３を，下方のＭＣ１４５２１に接続すれば，周波数が１００倍であるから，集積回路に内蔵された発振回路と分周回路の作用により下方の集積回路の１０番ピンから，上方の回路の場合の１／１００の時間間隔である０．０６５５３６秒の分周信号が発生する．
【００４７】
このようにして得た２つの分周信号を，図７で示す構成の周期時間差信号発生手段４６であるＤタイプフリップフロップ回路に送り，上方の６．５５３６秒の分周周期の信号でＤタイプフリップフロップの出力信号をＨレベルにし，その出力信号を，下方の０．０６５５３６秒の分周周期の信号でＬレベルにする．このようにしてＤタイプフリップフロップ回路により時間間隔が短い周期時間差信号を作成し，その信号をゲート回路４８に送り，周期時間差信号により特定された時間（周期時間差Ｔｓ）だけ，基準クロック発振手段４７からのクロック信号をカウンタ４９に送りカウントする．そして，そのカウント値を読み取り，演算手段５０により被測定温度を求める．周期時間差信号の長さが実時間の１％であるため，基準クロック発振手段４７のクロック信号が乱れた場合でも，その乱れの影響を図１の例で示した従来の測定方法の場合の測定誤差の１％に抑えることができる．
【００４８】
第１実施例ではＤタイプフリップフロップ回路により周期時間差信号を作成
し，基準クロック発振手段４７から出力されるクロック信号をカウンタ４９でカウントしたが，演算手段５０としてのマイクロコンピュータで２つの分周信号の論理レベルを直接読み取って，一方の立ち上がりから他方の立ち下がりまでの時間をゲート信号とし，その間にカウンタ４９でカウントされるクロック信号をカウントし，そのカウント値を読み取ってもよい．また，このゲート信号間にマイクロコンピュータに内蔵されたカウンタでクロック信号をカウントしてもよい．一方，先に述べたように，２つの分周信号の周期時間差信号の幅が狭ければ，基準となるクロック信号の乱れはほとんど測定結果に影響を与えない．したがって，周期時間差信号により特定される時間内にマイクロコンピュータ用の水晶振動子による発振回路の出力信号をカウントしても，あるいは，マイクロコンピュータのシステムクロックをソフトウエアでカウントしても，測定結果の誤差を小さくできる．
【００４９】
第２実施例
図８は第２実施例の温度変化測定装置の主要部の回路図であり，水晶温度センサ６０を有し，水晶温度センサ発振回路６１と分周回路６２を内蔵したＭＣ１４５２１，基準となる水晶振動子６３と基準水晶発振回路６４と分周回路６５を内蔵した基準水晶発振器７１（ＳＰＧ８６５０Ｅ），及び，２つの分周回路から出力される分周信号の論理を読み取って作動するＰＩＣから構成される．
【００５０】
ＰＩＣは，米国のＭｉｃｒｏｃｈｉｐ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄの製品で，８ビットのマイクロコントローラーで，水晶発振子を発振させる回路，カウンタ，メモリーを内蔵しており，双方向の複数のＩ／Ｏポートを有し，スリープモード，外部割り込みによるウエイクアップモード等の機能を有している．
【００５１】
図８で示した構成の回路では，図７の回路と同様に，２５℃における発振周波数が４０ＫＨｚである水晶温度センサ６０を水晶温度センサ発振回路６１と分周回路６２を内蔵する集積回路ＭＣ１４５２１に接続し分周信号を得る．また，原発振周波数が３２．７６８ＫＨｚであるセイコーエプソン社の水晶発振器ＳＰＧ８６５０Ｅを，水晶温度センサ６０に接近して設け，基準となる水晶振動子６３としてＳＰＧ８６５０Ｅに内蔵された内蔵水晶振動子，同じく内蔵された基準水晶発振回路６４，及び分周回路６５で分周信号を得る．そして，２つの分周信号をＰＩＣに接続する．
【００５２】
図８の構成の回路において，水晶温度センサ６０を有するＭＣ１４５２１の分周信号を割り込み信号とし，スリープ状態のＰＩＣをウエイクアップさせ，ＰＩＣのソフトウエアでシステムクロックをカウントしつつ，水晶発振器ＳＰＧ８６５０Ｅの出力信号の信号レベルの変化をソフトウエアで監視し，この信号のレベルがＬからＨに変化すると同時にシステムクロックのカウントを中止する．そして，システムクロックのカウント値から演算で被測定温度の変化を求め，演算が終了したら演算結果を外部に送出し，ＰＩＣをスリープモードに戻し，消費電力を抑えつつ，次の温度変化の測定に備える．
【００５３】
水晶温度センサを有するＭＣ１４５２１の分周信号がＬレベルからＨレベルになる毎に割り込みが発生し，ＰＩＣでシステムクロックのカウント値を読み取り演算により被測定温度を求める．分周周期の周期時間差の幅が時間の経過と共に大きくなった場合でも，連続する割り込み毎のカウント値の差を演算に用いれば，連続する割り込み時間の間の被測定温度の変化を求めることができる．
【００５４】
図９で，水晶温度センサの周波数信号をＭＣ１４５２１で分周した分周信号Ｔｔ（最上段）とＳＰＧ８６５０Ｅの分周信号Ｔｑの信号レベルの変化（上段）と，周期時間差信号Ｔｓ（中段），及び，最上段の信号の立ち上がりでスリープ状態のＰＩＣがウエイクアップし，システムクロック等をカウントしたり演算処理をするタイミングＰｗ（下段）を示す．図５の説明で述べたように，時間が経過すると共に２つの分周周期のタイミングがずれ，ＰＩＣがシステムクロック等をカウントしたり演算する時間が長くなるが，一定の時間が経過し，周期時間差信号が長くなると，中段の信号レベルのＮ回目の分周周期ではなく，Ｎ−１回目の分周周期で周期時間差信号が作成され，ＰＩＣがシステムクロック等をカウントする時間が短くなる．
【００５５】
−方，図９の最下段のＰｗ′で示すように，ＳＰＧ８６５０ＥのＮ−１回目の信号レベルの立ち上がりでＰＩＣをウエイクアップさせ，最上段の水晶温度センサの分周信号を監視しつつ，その分周信号の立ち上がりから上段の基準となる水晶振動子の分周信号の立ち上がりまでの周期時間差信号の間，システムクロック等をカウントしてもよい（図中に斜線を入れた時間の間）．このようにすれば，ウエイクアップ直後でＰＩＣ用のクロック信号の発振周波数が不安定なときに，ＰＩＣでシステムクロック等をカウントする状態を避けることができ，精度よく温度変化の測定ができる．
【００５６】
図６で説明した構成の回路の温度変化測定装置や，図８の第２実施例の構成の温度変化測定装置では，分周周期毎に得られた隣り合うカウント値の差を演算に用いて被測定温度を求めたが，５回目とか１０回目のように決められた回数の間のカウント値の差を演算に用いれば，５回ないし１０回の分周回数に比例した時間間隔の間の被測定温度が求められる．このように離れた時間のカウント値の差を演算に用いれば，時間間隔を長くできるため，測定温度の分解能が高くなるし，測定精度も向上する．
【００５７】
更に，図８で示した構成の回路の場合，ＰＩＣは周期時間差信号がアクティブである短い時間だけ能動的で電力を消費するが，電力を消費しないスリープ状態である時間が長く，温度変化測定装置全体の消費電力を少なくできる．図８の構成の回路の場合，分周周期Ｔｔを６．５５３６秒間隔に，他の分周周期Ｔｑ′を０．０６５５３６秒に設定し，基準クロック発振器の出力周波数を４ＭＨｚにしたとすると，０．２５ｍＷ程度（ＤＣ５Ｖ，５０μＡ）の消費電力で，約０．００１３℃程度の分解能の温度変化の測定を約６．６秒間隔で行える．詳述すると，図４や図５の例では測定間隔が１秒，基準クロックの発振周波数が１ＭＨｚについて記述したが，上記のような構成にすると，分周周期が６．５５３６倍長くなり，基準クロックの周波数が４倍になるため，測定した温度の分解能が，
４ｘ６．５５３６＝２６．２１４４
倍と，図４や図５の場合より約２６倍向上し，０．０３３３℃の約２６倍に相当する約０．００１３℃の分解能になる．
【００５８】
更に，図８で示した構成の回路では，２つの水晶振動子（水晶温度センサ，ＰＩＣ用水晶振動子），発振用のコンデンサー，及び，３つの１６ピンの集積回路（ＭＣ１４５２１，基準水晶発振器：ＳＰＧ８６５０Ｅ，ＰＩＣ）で回路全体を構成でき，安価な温度変化測定装置が製作できる．分解能が高く，小型であることと，電池を電源として長時間作動するため，産業上の利用価値が高い．
【００５９】
第１実施例や第２実施例で示した回路の場合，使用部品を一体化して１つのチップ状のＩＣにすることは容易で，親指程度の大きさの小型の温度変化測定装置が製作できる．
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の温度変化測定装置のブロック図である．
【図２】  従来の他の温度変化測定装置のブロック図である．
【図３】  本発明の温度変化測定装置のブロック図である．
【図４】  本発明の分周信号の周期時間差を示すタイミングチャートである．
【図５】  本発明の分周信号の周期時間差を示す他のタイミングチャートである．
【図６】  本発明の分周信号の周期時間差の幅が時間の経過と共に変化する様子を示すタイミングチャートである．
【図７】  本発明の第１実施例の温度変化測定装置の主要回路図である．
【図８】  第２実施例の温度変化測定装置の主要回路図である．
【図９】  第２実施例に係わる温度変化測定装置の各部におけるタイミングチャートを示す図である．
【符号の説明】
１…水晶振動子
２…発振回路
３…分周器
４…基準クロック発振器
５…ゲート回路
６…カウンタ
７…マイクロコンピュータ
１１…温度測定用発振器
１２…分周器
１３…周期時間差発生回路
１４…基準クロック発振器
１５…ゲート回路
１６…カウンタ
１７…演算手段
１８…基準発振器
１９…分周器
２０…水晶温度センサ
２１…水晶温度センサ発振回路
２２…分周回路
２３…基準となる水晶振動子
２４…基準水晶発振回路
２５…分周回路
２６…周期時間差信号発生手段
２７…基準クロック発振手段
２８…ゲート回路
２９…カウンタ
３０…演算手段
４０…水晶温度センサ
４１…水晶温度センサ発振回路
４２…分周回路
４３…基準となる水晶振動子
４４…基準水晶発振回路
４５…分周回路
４６…周期時間差信号発生手段
４７…基準クロック発振手段
４８…ゲート回路
４９…カウンタ
５０…演算手段
６０…水晶温度センサ
６１…水晶温度センサ発振回路
６２…分周回路
６３…基準となる水晶振動子
６４…基準水晶発振回路
６５…分周回路
６６…周期時間差信号発生手段
６７…基準クロック発振手段
６８…ゲート回路
６９…カウンタ
７０…演算手段
７１…基準水晶発振器
【図１】
0005037755.tif 000002
【図２】
0005037755.tif 000003
【図３】
0005037755.tif 000004
【図４】
0005037755.tif 000005
【図５】
0005037755.tif 000006
【図６】
0005037755.tif 000007
【図７】
0005037755.tif 000008
【図８】
0005037755.tif 000009
【図９】
0005037755.tif 000010