CN102419164A - 测量设备 - Google Patents

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Abstract

一种测量设备，包括：测量电路，用于执行预定处理以获得对被测对象的测量结果；通信控制电路，用于根据所述测量电路的处理结果来生成要输出到外部的输出数据；电源电路，其具有用于向所述测量电路和所述通信控制电路提供电力的充电元件；输出电路，其具有用于将在所述通信控制电路中生成的输出数据输出到外部的开漏型输出端子；以及充电控制电路，用于在不将所述输出数据输出到外部时对所述充电元件充电，其中，所述输出电路的开漏型输出端子用作为所述充电控制电路的输入端子。

Description

测量设备
技术领域
本发明涉及以下的测量设备：该测量设备用于通过使用电信号处理诸如被测对象的位移等的测量结果来获得测量值，并且将该测量值输出至外部装置。
背景技术
传统上，已经使用诸如数字游标卡尺、数字测微计和数字指示器等的小型位移测量设备来测量被测对象的诸如长度和宽度的位移等的位移。由于这些测量设备以数字表示作为被测对象的位移测量结果的测量值，因此可以快速地读取该测量值。此外，在将测量结果输出至外部装置的情况下，可以在该外部装置中对测量结果进行运算处理。在将这种测量设备内部的测量数据输出到外部的情况下，该测量设备主要经由专用接口连接至外部装置。在一些情况下，这种测量设备配备有太阳能电池，以使得在使用该设备时无需进行电池更换(参见日本实开平01-81507)。这种传统的太阳能电池型测量设备已被设计成在所安装的太阳能电池板的电力范围内工作。
然而，当使用专用接口来执行数据传送时，该数据传送所消耗的电力不小于针对被测对象的测量操作所消耗的电力。在进行测量的场所处无法获得充足照度的情况下，太阳能电池的电力变得不足并且测量设备可能发生系统失灵。
发明内容
考虑到这些问题，本发明的目的在于提供一种即使在数据传送时也能够进行稳定操作的测量设备。
为了实现上述目的，根据本发明的方面，提供了一种测量设备，包括：测量电路，用于执行预定处理以获得对被测对象的测量结果；通信控制电路，用于根据所述测量电路的处理结果来生成要输出到外部的输出数据；电源电路，其具有用于向所述测量电路和所述通信控制电路提供电力的充电元件；输出电路，其具有用于将在所述通信控制电路中生成的输出数据输出到外部的开漏型(open-drain)输出端子；以及充电控制电路，用于在不将所述输出数据输出到外部时对所述充电元件充电，其中，所述输出电路的开漏型输出端子用作为所述充电控制电路的输入端子。
所述充电控制电路可以包括：电压检测部，用于判断所述充电元件的充电电压是否高于预定基准电压；以及充电开关部，用于基于所述电压检测部的判断结果来结束对所述充电元件的充电操作。
所述输出电路可以包括NMOS(N型金属氧化物半导体)晶体管，其中，所述NMOS晶体管的源极接地，并且所述NMOS晶体管的漏极用作为与外部装置连接的连接端子。此外，所述NMOS晶体管的漏极可以因所述外部装置的电源电压而被上拉；所述NMOS晶体管的栅极可以由从所述通信控制电路输出的输出数据所驱动，以将所述输出数据输出至所述外部装置；以及所述充电控制电路可以使用提供至所述NMOS晶体管的漏极的所述外部装置的电源电压来对所述充电元件充电。
所述电源电路还可以包括太阳能电池，所述太阳能电池用于对所述充电元件充电。
利用本发明，测量设备可以经由用于传送测量数据的专用接口获得电力，由此可以对安装在该测量设备上的充电元件充电。因而，可以始终向测量设备提供稳定电力，由此即使当照度低时也可以确保测量数据传送操作的可靠性。
附图说明
通过以下给出的详细说明以及附图将更加充分地理解本发明，其中附图仅是为了例示而给出的，因而并不限制本发明，并且其中：
图1是示出根据本发明实施例的测量设备的整体结构的图；
图2是示出根据实施例的测量设备的结构的整体框图；以及
图3是示出根据实施例的用于执行测量设备的操作的过程的波形图。
具体实施方式
以下将参考附图来说明本发明的优选实施例。
图1是示出根据本发明实施例的测量设备的整体结构的正视图。图1示出以下：测量设备100，其配备有用于对被测对象进行测量的功能；和外部装置200，将测量设备100的测量结果输入至外部装置200，并且在外部装置200中执行所需的数据处理。作为测量设备100的例子，示出了测微计。然而，测量设备100应当仅是测量结果被数字化并且被输出到外部的设备，并且可应用于诸如游标卡尺和指示器等的各种小型位移测量设备。
图1所示的测量设备100被配置成如下所述。测量设备100配备有：近似U形的机架11；固定到机架11的砧12；主轴13，其被配置成与砧12相对；以及套管14，用于使主轴13朝向砧12移动。可以通过将被测对象保持在砧12和主轴13之间来测量该被测对象的厚度。此外，测量设备100设置有太阳能电池板15。当测量被测对象的位移时使用由太阳能电池板15所产生的电力。将对被测对象的测量结果以数字形式表示在显示部16上并且经由连接部17输出至外部装置200。
外部装置200设置有图1没有示出的、后面所述的N沟道开漏型连接端子和电源。外部装置200例如对所输入的被测对象的测量结果执行各种运算处理。
测量设备100和外部装置200的内部被配置为如图2所示。测量设备100配备有：太阳能电池21，其用作为执行测量操作时的电源；和电容器22(充电元件)，其由太阳能电池21进行充电以在测量设备100工作时提供电力。太阳能电池21例如使用光电动势产生电力，并且对电容器22充电。另外，测量设备100配备有：测量电路20，用于执行对被测对象进行测量的处理；通信控制器23，用于控制被测对象的测量结果的输出操作；和调节器24，用于将存储在电容器22中的电荷转换成测量电路20内部要使用的电压以驱动通信控制器23。通信控制器23用于根据测量电路20的处理结果来控制要输出到外部的输出数据的生成，并且还用于控制后面所述的电容器22的充电操作。
通信控制器23将测量结果经由N沟道开漏型输出电路27输出至外部装置200。输出电路27由各自具有N沟道开漏型输出端子的两个NMOS晶体管25和26构成。将来自通信控制器23的使能信号EN1和EN2分别输入至NMOS晶体管25和26的栅极，并且NMOS晶体管25和26的源极接地。NMOS晶体管25和26的漏极用作要连接至外部装置200的输出端子。NMOS晶体管25和26的漏极分别经由信号线L1和L2连接至外部装置200。将连接至NMOS晶体管25的漏极的信号线L 1的电压作为时钟信号CK而输出，并且将连接至NMOS晶体管26的漏极的信号线L2的电压作为数据信号DATA而输出。
电源31(例如，5V)经由电阻32(例如，22kΩ)连接至外部装置200的N沟道开漏型输入端子。对从这些输入端子输入的测量结果的信号执行各种处理。
以下将参考图2和3来说明使用N沟道开漏型连接端子的数据传送操作。图3是示出根据本实施例的用于执行测量设备100的操作的过程的波形图。
在数据传送操作开始之前(在时刻t1之前)，信号线L1和L2借助于电源31始终处于充电状态。因而，与信号线L1和L2的电压相对应的时钟信号CK和数据信号DATA为高(HIGH)。在时刻t1处，输出使能信号OUTPUT_EN从低(LOW)上升为高。图2没有示出的该输出使能信号OUTPUT_EN是通信控制器23内部所使用的信号，并且在将测量数据输出至外部装置200时变为高。
在数据输出开始之后，将与要传送的数据相对应的使能信号EN1和EN2从通信控制器23输出至NMOS晶体管25和26的栅极。当使能信号EN1和EN2变为高时，NMOS晶体管25和26导通，并且信号线L1和L2变为低。将该低电平作为脉冲信号输入至外部装置200。当输出使能信号OUTPUT_EN在时刻t2处变为低时，数据传送操作结束。
在对象的位移测量时，在一些情况下，测量设备100所使用的电压不同于外部装置200所使用的电压。例如，存在以下情况：外部装置200以5V的电压工作，但测量设备100以比外部装置200的电源31的电压低的电压(例如，1.5V)工作。在这种情况下，即使将1.5V的信号直接输出至外部装置200，也存在无法正确读取该信号的危险。然而，通过使用上述的N沟道开漏型输出端子连接至外部装置200，即使使能信号EN1和EN2的电压为1.5V，要经由信号线L1和L2发送至外部装置200的数据也变为5V的信号。结果，即使测量设备100所使用的电压不同于外部装置200所使用的电压，也可以正常传送数据。
然而，即使测量设备100使用诸如N沟道开漏型输出端子等的专用接口来执行数据传送，由于通过所请求输入端子的上拉电阻从测量设备100的充电元件提供了电流，该数据传送所消耗的电力大于针对被测对象的测量操作所消耗的电力。在进行测量的场所处无法获得充足照度的情况下，太阳能电池21的电力变得不足并且测量设备可能发生系统失灵。
为了解决该问题，根据本实施例的测量设备100具有以下所述的结构。测量设备100具有充电控制电路40，其中充电控制电路40用于经由N沟道开漏型输出端子引入外部装置200的电力，并且用于控制对电容器22充电的操作。充电控制电路40设置有：电压检测部，用于通过将电容器22的电压与基准电压源41的电压进行比较，来判断电容器22是否处于充足充电状态以使得可以执行测量操作；和充电开关，用于基于电压检测部的输出信号来结束对电容器22的充电操作。充电开关由PMOS晶体管43构成，并且在电压检测部的输出信号为低、即电容器22充电不充足时导通。此外，充电开关在电压检测部的输出信号为高、即电容器22充电充足时不导通。当充电开关导通时，电容器22经由二极管44和该充电开关连接至外部装置200的电源31。当充电开关导通时，利用电源31对电容器22充电。例如，作为二极管44，可以使用正向电压低的肖特基(Schottky)势垒二极管。
在根据本实施例的测量设备100中，可以利用从太阳能电池21提供的电力对电容器22充电，并且还可以利用外部装置200经由信号线L1、PMOS晶体管43和二极管44对电容器22充电。以下将参考图2和3来说明测量设备100对电容器22充电的时刻。在图3所示的波形图中，充电使能信号CH_EN是以与输出使能信号OUTPUT_EN互补的方式变化的信号。当输出使能信号OUTPUT_EN为高时，充电使能信号CH_EN变为低，并且当输出使能信号OUTPUT_EN为低时，充电使能信号CH_EN变为高。
在根据本实施例的测量设备100中，在图3所示的时刻t1之前或时刻t2之后，输出使能信号OUTPUT_EN为低，并且没有数据信号DATA输出到外部。然而，即使在这种状态下，信号线L1和L2的电平也保持为高。此外，在时刻t1之前或时刻t2之后，充电使能信号CH_EN为高。根据本实施例的测量设备100的充电控制电路40接收高的充电使能信号CH_EN，并且对电容器22充电。
当充电使能信号CH_EN为高时，电容器22经由二极管44和PMOS晶体管43连接至外部装置200的电源31。由此利用电源31对电容器22充电。电压检测部通过将基准电压源41的电压与电容器22的充电电压进行比较来判断电容器22的充电状态。在判断为电容器22被充足充电为比基准电压源41的电压高以使得测量设备100可以工作的电压的情况下，电压检测部的运算放大器42的输出信号被反转并且PMOS晶体管43变为非导通。结果，可以将电容器22的电压控制为不超过最大额定电压。
因而，在上述的根据本实施例的测量设备100中，当没有数据从N沟道开漏型输出端子输出至外部装置200时，可以利用设置在外部装置200中的电源31经由信号线L1对电容器22充电。由于该原因，可以向测量设备100提供始终稳定的电力，因而可以提供即使在照度低时也能够确保测量操作的可靠性的测量设备100。
尽管以上已经说明了本发明的实施例，但应当理解，本发明不限于上述实施例，而是可以在不背离本发明的主旨的范围内进行各种修改、添加和组合等。例如，在上述实施例中，尽管已说明了经由充电开关连接至电容器22的信号线是用于输出时钟信号CK的信号线L1，但电容器22可以连接至用于输出数据信号DATA的信号线L2。此外，尽管已说明了外部装置200的电源31的电压为5V，但根据外部装置200的设计，该电压可以变为各种电压。当然，即使在测量设备100的驱动电压与外部装置200的驱动电压相同的情况下，本发明自然也适用。在任意情况下，都可以利用设置在外部装置200中的电源31经由信号线L1和L2对测量设备100的电容器22充电，由此可以始终向测量设备100提供稳定电力。

Claims (4)

1.一种测量设备，包括：
测量电路，用于执行预定处理以获得对被测对象的测量结果；
通信控制电路，用于根据所述测量电路的处理结果来生成要输出到外部的输出数据；
电源电路，其具有用于向所述测量电路和所述通信控制电路提供电力的充电元件；
输出电路，其具有用于将在所述通信控制电路中生成的输出数据输出到外部的开漏型输出端子；以及
充电控制电路，用于在不将所述输出数据输出到外部时对所述充电元件充电，其中，所述输出电路的开漏型输出端子用作为所述充电控制电路的输入端子。
2.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于，
所述充电控制电路包括：
电压检测部，用于判断所述充电元件的充电电压是否高于预定基准电压；以及
充电开关部，用于基于所述电压检测部的判断结果来结束对所述充电元件的充电操作。
3.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于，
所述输出电路包括NMOS晶体管，其中，所述NMOS晶体管的源极接地，并且所述NMOS晶体管的漏极用作为与外部装置连接的连接端子；
所述NMOS晶体管的漏极因所述外部装置的电源电压而被上拉；
所述NMOS晶体管的栅极由从所述通信控制电路输出的输出数据所驱动，以将所述输出数据输出至所述外部装置；以及
所述充电控制电路使用提供至所述NMOS晶体管的漏极的所述外部装置的电源电压来对所述充电元件充电。
4.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于，
所述电源电路还包括太阳能电池，所述太阳能电池用于对所述充电元件充电。
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