DE102009040000B4

DE102009040000B4 - Verfahren zum Übertragen von modulierten Signalen, die durch Frequenzmultiplexen gemultiplext werden, und das Verfahren anwendender Detektor zur Erfassung einer physikalischen Größe

Info

Publication number: DE102009040000B4
Application number: DE102009040000.1A
Authority: DE
Inventors: Tomohito Terazawa; Takamoto Watanabe
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2029-09-04
Also published as: US8213437B2; US20100054281A1; JP2010062867A; JP4577434B2; DE102009040000A1

Abstract

Verfahren zum Übertragen von mehreren modulierten Signalen, die durch Frequenzmultiplexen gemultiplext werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:- Vorbereiten von mehreren Übertragungssignalen;- Modulieren von mehreren Trägerwellen, die Frequenzen aufweisen, die auf 1/2(n ist eine variable positive ganze Zahl kleiner oder gleich einer positiven ganzen Zahl N) einer Referenzfrequenz gesetzt werden, mit den jeweiligen Übertragungssignalen, um mehrere modulierte Signale zu erzeugen, welche die jeweiligen modulierten Trägerwellen aufweisen;- Multiplexen der modulierten Signale durch das Frequenzmultiplexen, um ein Eingangssignal zu erzeugen; und- Übertragen des Eingangssignals an einen Synchrondetektor, in dem eine synchrone Erfassung ausgeführt wird, um das jeweilige Übertragungssignal, entsprechend jeder modulierten Trägerwelle des Eingangssignals, aus dem Eingangssignal zu extrahieren, durch Berechnen eines gleitendes Mittelwerts des Eingangssignals jede Abtastperiode gleich der Hälfte oder einem Viertel eines Referenzzyklus entsprechend der Referenzfrequenz und Ausführen einer Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend einem Zyklus der entsprechenden Trägerwelle für die gleitenden Mittelwerte, um einen Signalpegel des jeweiligen Übertragungssignals zu erfassen, wobei- der Schritt zum Modulieren der Trägerwellen den folgenden Schritt aufweist:- Bestimmen der Frequenz von jeder Trägerwelle, die mit einem Übertragungssignal mit einem ersten Signalpegel moduliert wird, derart, dass sie kleiner oder gleich der Frequenz von jeder beliebigen Trägerwelle ist, die mit einem anderen Übertragungssignal mit einem zweiten Signalpegel moduliert wird, der höher als der erste Signalpegel ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von mehreren modulierten Signalen, die erhalten werden, indem mehrere Trägerwellen mit Frequenzen mit jeweiligen Übertragungssignalen moduliert werden und durch Frequenzmultiplexen gemultiplext werden, um ein Eingangssignal zu erzeugen, an einen Synchrondetektor (oder Kohärenzdetektor), in dem eine synchrone Erfassung ausgeführt wird, um das Übertragungssignal, entsprechend jeder modulierten Trägerwelle des Eingangssignals, aus dem Eingangssignal zu extrahieren, indem ein gleitender Mittelwert des Eingangssignals jede Abtastperiode berechnet und eine Additions- und Subtraktionsberechnung, entsprechend dem Zyklus der entsprechenden Trägerwelle, für die gleitenden Mittelwerte ausgeführt wird, um einen Pegel des Übertragungssignals zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenso einen Detektor zur Erfassung einer physikalischen Größe, der dazu ausgelegt ist, eine physikalische Größe unter Anwendung des Verfahrens zu erfassen.
Für die Übertragung von mehreren Übertragungssignalen, die durch Frequenzmultiplexen (FDM) oder orthogonales Frequenzmultiplexen (OFDM) gemultiplext werden, werden mehrere Trägerwellen, die verschiedene Frequenzen aufweisen, mit den jeweiligen Übertragungssignalen moduliert, um modulierte Signale zu erhalten, und werden diese modulierten Signale bei der FDM oder OFDM gemultiplext, um ein Eingangssignal zu erhalten. Dieses Eingangssignal wird zu einem Synchrondetektor übertragen. In diesem Detektor wird eine synchrone Erfassung ausgeführt, um das Übertragungssignal, entsprechend jeder modulierten Trägerwelle des Eingangssignals, aus dem Eingangssignal zu extrahieren.
Wenn der Synchrondetektor aus analogen Schaltungen mit Operationsverstärkern und analogen Filtern aufgebaut ist, ist eine analoge Schaltung erforderlich, um ein Übertragungssignal aus jeder modulierten Trägerwelle zu extrahieren. Folglich benötigt der Detektor eine hohe Anzahl von analogen Schaltungen, so dass es schwierig wird, einen Detektor geringer Größe zu fertigen. Ferner werden die analogen Schaltungen leicht durch externes Rauschen beeinflusst, so dass es schwierig ist, die Übertragungssignale im Detektor mit hoher Genauigkeit zu reproduzieren. Folglich ist die Verwendung des Detektors auf bestimmte Umgebungen beschränkt, in denen im Wesentlichen kein externes Rauschen vorhanden ist.
Aufgrund der Nachteile von analogen Schaltungen im Synchrondetektor ist der Synchrondetektor aus digitalen Schaltungen aufgebaut. So schlägt beispielsweise die JP 2005-102129 A einen aus digitalen Schaltungen aufgebauten Synchrondetektor vor, in dem eine synchrone Erfassung ausgeführt wird, um ein Übertragungssignal, entsprechend jeder modulierten Trägerwelle eines Eingangssignals, aus dem Eingangssignal zu extrahieren.
Bei diesem Detektor ist eine Abtastperiode so definiert, dass sie gleich der Hälfte (oder einem Viertel) des Zyklus der Referenzträgerwelle mit der höchsten Frequenz unter den Trägerwellen ist, und wird der gleitende Mittelwert des Eingangssignals jede Abtastperiode berechnet. Anschließend wird eine Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend dem Zyklus jeder Trägerwelle für die gleitenden Mittelwerte ausgeführt, um das entsprechende Übertragungssignal aus dem Eingangssignal zu extrahieren. Genauer gesagt, erste gleitende Mittelwerte, die in der ersten Hälfte des Zyklus der Trägerwelle (d. h. dem positiven Schwingungsphasenbereich der Trägerwelle) berechnet werden, werden miteinander addiert, um einen summierten Wert zu erhalten, und zweite gleitende Mittelwerte, die in der letzteren Hälfte des Zyklus der Trägerwelle (d. h. dem negativen Schwingungsphasenbereich der Trägerwelle) berechnet werden, werden vom summierten Wert abgezogen, um ein Modulationsergebnis entsprechend dem Pegel des entsprechenden Übertragungssignals zu erhalten. Auf diese Weise werden die Übertragungssignale aus dem Eingangssignal extrahiert.
Um die Übertragungssignale in diesem Detektor aus dem Eingangssignal zu extrahieren, ist es erforderlich, die Frequenzen der Trägerwellen auf 1/2ⁿ (n = 0, 1, 2, ..., N; N ist eine positive ganze Zahl) der Referenzfrequenz (d. h. der höchsten Frequenz) der Referenzträgerwelle zu setzen. Um die gleitenden Mittelwerte des Eingangssignals zu berechnen, weist der Synchrondetektor einen Analog-digital-(A/D)-Wandler mit einer Impulsverzögerungsschaltung auf, die eine Reihe von Verzögerungseinheiten aufweist. Der Detektor kann folglich aufgebaut werden, ohne irgendeine analoge Schaltung, wie beispielsweise einen Operationsverstärker und analoge Filter, zu verwenden, und kann gleichzeitig die synchrone Erfassung ausführen, um das Übertragungssignal, entsprechend jeder modulierten Trägerwelle des Eingangssignals, aus dem Eingangssignal zu extrahieren.
Bei diesem Detektor weist jeder gleitende Mittelwert zwangsläufig einen Fehler auf. Ferner wird dann, wenn die Frequenz der Trägerwelle einen geringeren Wert annimmt, die Anzahl von gleitenden Mittelwerten für die Additions- und Subtraktionsberechnung in einem Zyklus der Trägerwelle erhöht. Folglich werden dann, wenn ein Übertragungssignal einer Trägerwelle mit einer geringen Frequenz überlagert wird, Fehler der gleitenden Mittelwerte, die bei der Berechnung entsprechend dem Zyklus der Trägerwelle addiert und subtrahiert werden, effektiv aufgehoben. In diesem Fall wird der Fehler im Spannungspegel des aus dem Eingangssignal extrahierten Übertragungssignals gering und kann das Übertragungssignal unter Anwendung der synchronen Erfassung mit hoher Genauigkeit extrahiert werden.
Wenn die Frequenz der Trägerwelle jedoch einen höheren Wert annimmt, wird die Anzahl von gleitenden Mittelwerten für die Additions- und Subtraktionsberechnung in einem Zyklus der Trägerwelle verringert. Folglich werden dann, wenn ein Übertragungssignal einer hochfrequenten Trägerwelle überlagert wird, Fehler in den gleitenden Mittelwerten, die bei der Berechnung entsprechend dem Zyklus der Trägerwelle addiert und subtrahiert werden, nicht effektiv aufgehoben. In diesem Fall wird der Fehler im Spannungspegel des aus dem Eingangssignal extrahierten Übertragungssignals groß, so dass die Genauigkeit des bei der synchronen Erfassung extrahierten Übertragungssignals zwangsläufig verringert wird.
Genauer gesagt, im A/D-Wandler der Impulsverzögerungsschaltung wird ein Impulssignal durch jede der in Reihe geschalteten Verzögerungseinheiten übertragen, wobei es in jeder Verzögerungseinheit verzögert wird, und hängt die Verzögerungszeit in jeder der Verzögerungseinheiten vom Spannungspegel des Eingangssignals ab. Eine Abtastperiode wird auf die Hälfte (oder ein Viertel) der Periode 1/fc0 der Referenzträgerwelle mit der höchsten Frequenz fc0 gesetzt, und die Anzahl von Verzögerungseinheit, durch welche das Impulssignal jede Abtastperiode übertragen wird, wird gezählt. Ein gleitender Mittelwert des Eingangssignals wird aus dem Zählwert berechnet, der jeder Abtastperiode erhalten wird.
Folglich weist jeder gleitende Mittelwert zwangsläufig einen Fehler entsprechend einer Periode kürzer als die Verzögerungszeit von einer Verzögerungseinheit auf. Dieser Fehler, der in einem gleitenden Mittelwert auftritt, wird zum nächsten gleitenden Mittelwert addiert.
Ferner werden im Synchrondetektor für jede Trägerwelle die gleitenden Mittelwerte des Eingangssignals in der ersten Hälfte eines Zyklus der Trägerwelle miteinander addiert, um einen summierten Wert zu erhalten, und werden die gleitenden Mittelwerte in der letzteren Hälfte eines Zyklus der Trägerwelle vom summierten Wert abgezogen, um ein Demodulationsergebnis entsprechend dem Pegel des entsprechenden Übertragungssignals zu erhalten. Folglich sind dann, wenn die Frequenz der Trägerwelle gering ist, eine Additionsperiode und eine Subtraktionsperiode in einem Zyklus der Trägerwelle lang, so dass die Anzahl von gleitenden Mittelwerten in jeder Hälfte des Zyklus der Trägerwelle erhöht wird. In diesem Fall werden Fehler in den gleitenden Mittelwerten jeden Zyklus der Trägerwelle effektiv aufgehoben, da die Additions- und Subtraktionsberechnungen für eine hohe Anzahl von aufeinander folgend berechneten gleitenden Mittelwerten jeden Zyklus der Trägerwelle ausgeführt werden. Folglich kann die synchrone Erfassung zum Extrahieren des Übertragungssignals, welches die niederfrequente Trägerwelle moduliert, genau ausgeführt werden.
Demgegenüber werden die Additions- und Subtraktionsberechnungen dann, wenn die Frequenz der Trägerwelle hoch ist, abwechselnd innerhalb einer kurzen Zeitspanne in jedem Zyklus der Trägerwelle ausgeführt. In diesem Fall sind eine Additionszeitspanne und eine Subtraktionszeitspanne in jedem Zyklus der Trägerwelle kurz, so dass die Anzahl von gleitenden Mittelwerten, die miteinander addiert werden, und die Anzahl von gleitenden Mittelwerten, die vom summierten Wert abgezogen werden, jeden Zyklus der Trägerwelle, gering wird. Folglich werden Fehler der gleitenden Mittelwerte in einem Zyklus der Trägerwelle nicht effektiv aufgehoben. Dies führt dazu, dass die Genauigkeit bei der synchronen Erfassung zum Extrahieren des die hochfrequente Trägerwelle modulierenden Übertragungssignals zwangsläufig verringert wird.
Bei der synchronen Erfassung der Trägerwellen mit verschiedenen Frequenzen wird das Signal-Rausch-(S/N)-Verhältnis im bei der synchronen Erfassung demodulierten Signal dann, wenn ein einer Trägerwelle hoher Frequenz überlagertes Übertragungssignal einen geringen Spannungspegel aufweist, um ein geringes S/N-Verhältnis aufzuweisen, weiter verringert. Folglich kann das der Trägerwelle hoher Frequenz überlagerte Übertragungssignal bei der Demodulation nicht mit hoher Genauigkeit reproduziert werden.
Die JP 2005-140709 A und die JP 2005-214948 A offenbaren einen Kreisel eines elektrostatisch schwebenden Typs, der einen Detektor zur Erfassung einer physikalischen Größe darstellt. Bei diesem Kreisel schwebt ein Kreiselrotor elektrostatisch in einem Kreiselgehäuse, derart, dass er rotieren kann. Zwei elektrostatische Elektroden sind paarweise entlang einer X-Achse am Gehäuse befestigt, um eine elektrostatische Kraft entlang der X-Achse auf den Rotor aufzubringen. Die elektrostatische Kapazität zwischen diesem Elektrodenpaar und dem Rotor wird im Ansprechen auf die Bewegung des Rotors entlang der X-Achse geändert. In gleicher Weise ist ein Paar von elektrostatischen Elektroden entlang einer Y-Achse am Gehäuse befestigt und sind drei Paare von elektrostatischen Elektroden entlang einer Z-Achse am Gehäuse befestigt. Der Rotor wird im Ansprechen auf die Beschleunigung, die entlang jeder Achse auf das Gehäuse ausgeübt wird, die Winkelgeschwindigkeit um die X-Achse und die Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse im Gehäuse bewegt.
Eine Steuerspannung wird an jedes Paar von elektrostatischen Elektroden gelegt, um den Rotor an einer vorbestimmten Position innerhalb des Gehäuses zu halten. Eine Trägerwelle wird ebenso an jedes Paar von elektrostatischen Elektroden gelegt, um der entsprechenden Steuerspannung überlagert zu werden. Wenn eine Beschleunigung und eine Winkelgeschwindigkeit auf das Gehäuse aufgebracht werden, wird die Position des Rotors relativ zum Gehäuse bewegt und wird die von jedem Paar von elektrostatischen Elektroden an den Rotor gelegte Spannung bedingt durch eine Änderung der kapazitiven Kopplung zwischen dem Rotor und dem Paar von elektrostatischen Elektroden geändert. Dieser Kreisel erfasst die Beschleunigung und die Winkelgeschwindigkeit über eine Änderung der von den Paaren der elektrostatischen Elektroden an den Rotor gelegten Spannungen.
Bei diesem Kreisel kann ein Verschiebungserfassungssignal jedoch dann, wenn die Steuerspannung einer hochfrequenten Trägerwelle überlagert wird, nicht mit hoher Genauigkeit vom Rotor empfangen werden. Insbesondere wird das S/N-Verhältnis des Verschiebungserfassungssignals dann, wenn die Steuerspannung gering ist, weiter verringert. Folglich können die Beschleunigung und die Winkelgeschwindigkeit nicht mit einer ausreichend hohen Genauigkeit erfasst werden.
Aus der US 2003 / 0 039 325 A1 ist ferner ein Synchrondetektor mit einer gleitenden Mittelwertbildung bekannt. Aus der EP 1 313 255 A2 ist darüber hinaus ein ADSL-Multicarrier-Übertragungsverfahren bekannt.
Es ist angesichts der Nachteile des herkömmlichen Verfahrens zum Übertragen von modulierten Signalen, die durch Frequenzmultiplexen gemultiplext werden, Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, gemäß dem mehrere modulierte Signale, die erhalten werden, indem mehrere Trägerwellen mit Frequenzen mit jeweiligen Übertragungssignalen moduliert und durch Frequenzmultiplexen gemultiplext werden, um ein Eingangssignal zu erzeugen, an einen Synchrondetektor übertragen werden, in dem eine synchrone Erfassung ausgeführt wird, um das Übertragungssignal, entsprechend jeder modulierten Trägerwelle des Eingangssignals, aus dem Eingangssignal zu extrahieren, durch Berechnen eines gleitendes Mittelwerts des Eingangssignals jede Abtastperiode und Ausführen einer Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend dem Zyklus der entsprechenden Trägerwelle für die gleitenden Mittelwerte, um die Übertragungssignale im Synchrondetektor unabhängig von den Pegeln der Übertragungssignale mit hoher Genauigkeit zu reproduzieren.
Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Detektor zur Erfassung einer physikalischen Größe bereitzustellen, der dazu ausgelegt ist, eine physikalische Größe unter Anwendung dieses Verfahren zu erfassen.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst, indem ein Verfahren zum Übertragen von mehreren modulierten Signalen, die durch Frequenzmultiplexen gemultiplext werden, bereitgestellt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: (1) Vorbereiten von mehreren Übertragungssignalen; (2) Modulieren von mehreren Trägerwellen, die Frequenzen aufweisen, die auf 1/2^N-n (n ist eine variable positive ganze Zahl kleiner oder gleich einer positiven ganzen Zahl N) einer Referenzfrequenz gesetzt werden, mit den jeweiligen Übertragungssignalen, um die modulierten Signale zu erzeugen, welche die jeweiligen modulierten Trägerwellen aufweisen; (3) Multiplexen der modulierten Signale durch das Frequenzmultiplexen, um ein Eingangssignal zu erzeugen; und (4) Übertragen des Eingangssignals an einen Synchrondetektor, in dem eine synchrone Erfassung ausgeführt wird, um das jeweilige Übertragungssignal, entsprechend jeder modulierten Trägerwelle des Eingangssignals, aus dem Eingangssignal zu extrahieren, durch Berechnen eines gleitendes Mittelwerts des Eingangssignals jede Abtastperiode gleich der Hälfte oder einem Viertel eines Referenzzyklus entsprechend der Referenzfrequenz und Ausführen einer Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend einem Zyklus der entsprechenden Trägerwelle für die gleitenden Mittelwerte, um einen Signalpegel des jeweiligen Übertragungssignals zu erfassen. Der Schritt zum Modulieren der Trägerwellen weist den folgenden Schritt auf: Bestimmen der Frequenz von jeder Trägerwelle, die mit einem Übertragungssignal mit einem ersten Signalpegel moduliert wird, derart, dass sie kleiner als die Frequenz von jeder beliebigen Trägerwelle ist, die mit einem anderen Übertragungssignal mit einem zweiten Signalpegel moduliert wird, der höher als der erste Signalpegel ist.
Bei diesen Schritten des Verfahrens werden die Übertragungssignale den Trägerwellen überlagert, um die modulierten Signale zu erzeugen, werden diese modulierten Signale durch Frequenzmultiplexen gemultiplext, um das Eingangssignal zu erzeugen, und wird dieses Eingangssignal an den Synchrondetektor übertragen. In diesem Detektor wird jede Abtastperiode ein gleitender Mittelwert des Eingangssignals berechnet. Anschließend wird die Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend dem Zyklus jeder Trägerwelle für die gleitenden Mittelwerte ausgeführt, um den Pegel des der Trägerwelle überlagerten Übertragungssignals zu erfassen. Auf diese Weise werden die Übertragungssignale im Detektor aus dem Eingangssignal extrahiert.
Bei der Additions- und Subtraktionsberechnung werden die Additionsperiode und die Subtraktionsperiode für die gleitenden Mittelwerte verlängert und wird die Anzahl von gleitenden Mittelwerten in einem Zyklus der Trägerwelle erhöht, wenn die Frequenz der Trägerwelle verringert wird. Ferner weist jeder gleitende Mittelwert des Eingangssignals einen Fehler auf.
Folglich können dann, wenn die Frequenz der Trägerwelle verringert wird, Fehler, die in den gleitenden Mittelwerten auftreten, effektiv aufgehoben werden, jeden Zyklus der Trägerwelle. Demgegenüber verschlechtert sich die Aufhebung von Fehlern der gleitenden Mittelwerte in jedem Zyklus der Trägerwelle, wenn die Frequenz der Trägerwelle erhöht wird. Folglich kann dann, wenn die Frequenz der mit dem Übertragungssignal modulierten Trägerwelle verringert wird, die Genauigkeit des bei der synchronen Erfassung extrahierten Übertragungssignals erhöht werden.
Ferner weisen die Übertragungssignale verschiedene Signalpegel auf. Wenn der Signalpegel des Übertragungssignals verringert wird, verschlechtert sich das S/N-Verhältnis im extrahierten Übertragungssignal.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Frequenz jeder Trägerwelle, die mit einem Übertragungssignal mit einem ersten Signalpegel moduliert wird, derart eingestellt, dass sie geringer als die Frequenz von jeder beliebigen Trägerwelle ist, die mit einem anderen Übertragungssignal mit einem zweiten Signalpegel, der höher als der erste Signalpegel ist, moduliert wird. Folglich wird dann, wenn der Pegel des Übertragungssignals einen geringen Wert annimmt, die Genauigkeit des durch die synchrone Erfassung extrahierten Übertragungssignals erhöht.
Folglich kann das Übertragungssignal selbst dann, wenn es einen niedrigen Pegel aufweist, mit einer ausreichend hohen Genauigkeit aus dem Eingangssignal extrahiert werden. Ferner kann das Übertragungssignal selbst dann, wenn es einen hohen Pegel aufweisend durch die synchrone Erfassung mit geringer Genauigkeit extrahiert wird, in geeigneter Weise mit einem ausreichend hohen S/N-Verhältnis aus dem Eingangssignal extrahiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe ebenso dadurch gelöst, dass ein Detektor zur Erfassung einer physikalischen Größe unter Anwendung des Verfahrens zum Übertragen von mehreren modulierten Signalen gemäß der ersten Ausgestaltung bereitgestellt wird, der aufweist: ein Gehäuse, ein in einem Raum des Gehäuses angeordnetes Objekt, ein erstes Kraftinduzierungselement, ein zweites Kraftinduzierungselement, eine Spannungssignalanlegungseinheit, eine Trägerwellenanlegungseinheit, eine Synchronerfassungseinheit und eine Steuereinheit.
Das Gehäuse erfährt eine Beschleunigung und/oder eine Winkelgeschwindigkeit, und das Objekt bewegt sich im Ansprechen auf die Beschleunigung und/oder die Winkelgeschwindigkeit, die auf das Gehäuse aufgebracht wird/werden, relativ zum Gehäuse.
Die Spannungssignalversorgungseinheit legt ein erstes Spannungssignal an das erste Kraftinduzierungselement, um das Objekt durch die Aufbringen einer elektrostatischen Kraft, die durch das erste Kraftinduzierungselement im Ansprechen auf das erste Spannungssignal induziert und auf das Objekt aufgebracht wird, in einer ersten Richtung zu positionieren, und um ein erstes Positionssignal, dessen Spannungspegel die Position des Objekt in der ersten Richtung anzeigt, im Objekt zu erzeugen, und legt ein zweites Spannungssignal an das zweite Kraftinduzierungselement, um das Objekt in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung zu positionieren, durch eine elektrostatische Kraft, die vom zweiten Kraftinduzierungselement im Ansprechen auf das zweite Spannungssignal induziert und auf das Objekt aufgebracht wird, und um ein zweites Positionssignal, dessen Spannungspegel eine Position des Objekts in der zweiten Richtung anzeigt, im Objekt zu erzeugen.
Die Trägerwellenanlegungseinheit legt mehrere Trägerwellen mit Frequenzen an die jeweiligen Kraftinduzierungselemente, um die Trägerwellen über die Kraftinduzierungselemente an das Objekt zu legen, wobei ein Eingangssignal im Objekt erzeugt wird, indem die über jedes Kraftinduzierungselement an das Objekt gelegte Trägerwelle mit dem Positionssignal entsprechend dem Kraftinduzierungselement moduliert wird, um mehrere modulierte Signale mit modulierten Trägerwellen zu erzeugen, und die modulierten Signale durch Frequenzmultiplexen gemultiplext werden. Die Trägerwellenanlegungseinheit stellt die Frequenzen der Trägerwellen auf 1/2^N-n (n ist eine variable positive ganze Zahl kleiner oder gleich einer positiven ganzen Zahl N) einer Referenzfrequenz ein. Die Trägerwellenanlegungseinheit bestimmt die Frequenz der Trägerwelle, die an das zweite Kraftinduzierungselement entsprechend der von der Steuereinheit erfassten Winkelgeschwindigkeit gelegt wird, derart, dass sie kleiner oder gleich der Frequenz der Trägerwelle ist, die an das erste Kraftinduzierungselement entsprechend der von der Steuereinheit erfassten Beschleunigung gelegt wird.
Die Synchronerfassungseinheit empfängt das vom Objekt übertragene Eingangssignal und führt eine synchrone Erfassung aus, um das Positionssignal, entsprechend jeder modulierten Trägerwelle des Eingangssignals, aus dem Eingangssignal zu extrahieren. Die Synchronerfassungseinheit berechnet einen gleitenden Mittelwert des Eingangssignals jede Abtastperiode gleich der Hälfte oder einem Viertel eines Referenzzyklus entsprechend der Referenzfrequenz und führt eine Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend einem Zyklus von jeder Trägerwelle für die gleitenden Mittelwerte aus, um einen Signalpegel des Positionssignals zu erfassen, welches die Trägerwelle moduliert.
Die Steuereinheit steuert, in Übereinstimmung mit den von der Synchronerfassungseinheit extrahierten Positionssignalen, die Spannungssignalanlegungseinheit, um die an die Kraftinduzierungselemente gelegten Spannungssignale abzustimmen, und um das Objekt, auf welches die elektrostatischen Kräfte in Übereinstimmung mit den abgestimmten Spannungssignalen aufgebracht werden, an einer vorbestimmten Position im Gehäuse zu halten, erfasst eine Stärke einer Beschleunigung, die in der ersten Richtung auf das Gehäuse aufgebracht wird, aus dem ersten Positionssignal entsprechend dem ersten Kraftinduzierungselement als eine physikalische Größe und erfasst den Pegel einer Winkelgeschwindigkeit, die um die erste Richtung oder eine dritte Richtung senkrecht zur ersten und zur zweiten Richtung auf das Gehäuse aufgebracht wird, aus dem zweiten Positionssignal entsprechend dem zweiten Kraftinduzierungselement als eine andere physikalische Größe.
Gemäß diesem Aufbau des Detektors bewegt sich das Objekt dann, wenn das Gehäuse eine Beschleunigung und/oder eine Winkelgeschwindigkeit erfährt, im Ansprechen auf die Beschleunigung und/oder die Winkelgeschwindigkeit relativ zum Gehäuse. Um das Objekt an einer vorbestimmten Position im Gehäuse zu halten, gegen die Beschleunigung und/oder die Winkelgeschwindigkeit, steuert die Steuereinheit stets, auf der Grundlage der Position des Objekts im Gehäuse, die Spannungssignalanlegungseinheit, um die an die jeweiligen Kraftinduzierungselemente gelegte Spannungssignale abzustimmen. Im Ansprechen auf diese Signale werden elektrostatische Kräfte von den Kraftinduzierungselementen an das Objekt gelegt, um das Objekt an der vorbestimmten Position zu halten. Ferner legt die Trägerwellenanlegungseinheit Trägerwellen an die jeweiligen Kraftinduzierungselemente und werden diese Wellen von den Elementen auf das Objekt aufgebracht, bedingt durch die kapazitive Kopplung.
Das Objekt wird jedoch auch dann, die Steuereinheit die Spannungssignalanlegungseinheit steuert, im Ansprechen auf eine Beschleunigung und/oder eine Winkelgeschwindigkeit, die immer noch auf das Gehäuse aufgebracht wird, an einer von der vorbestimmten Position verschiedenen Position angeordnet. Ferner hängt der durch die elektrostatischen Kräfte bewirkte Pegel der Spannung des Objekts von der Position des Objekts relativ zu jedem Kraftinduzierungselement ab. Folglich wird ein erstes Positionssignal, das eine Position des Objekts in der ersten Richtung (z. B. entlang der X-Achse) anzeigt, im Wesentlichen aus der vom ersten Kraftinduzierungselement auf das Objekt aufgebrachten elektrostatischen Kraft im Objekt erzeugt, und wird ein zweites Positionssignal, das eine Position des Objekts in der zweiten Richtung (z. B. entlang der Z-Achse) anzeigt, im Wesentlichen im Ansprechen auf die vom zweiten Kraftinduzierungselement auf das Objekt aufgebrachten elektrostatischen Kraft im Objekt erzeugt.
Die Trägerwelle, die an das erste Kraftinduzierungselement gelegt wird, wird mit dem ersten Positionssignal im Objekt moduliert, und die Trägerwelle, die an das zweite Kraftinduzierungselement gelegt wird, wird mit dem zweiten Positionssignal im Objekt moduliert. Ein Eingangssignal wird aus den modulierten Signalen, die durch Frequenzmultiplexen gemultiplext werden, im Objekt erzeugt.
Die Synchronerfassungsschaltung empfängt das Eingangssignal und führt die synchrone Erfassung aus, um das Positionssignal, entsprechend jeder modulierten Trägerwelle des Eingangssignals, aus dem Eingangssignal zu extrahieren. Die Steuereinheit erfasst die Stärke einer entlang der ersten Richtung auf das Gehäuse aufgebrachten Beschleunigung aus dem ersten Positionssignal und erfasst den Pegel einer um die erste Richtung oder die dritte Richtung (z. B. die Y-Achse) auf das Gehäuse aufgebrachten Winkelgeschwindigkeit aus dem zweiten Positionssignal. Ferner steuert die Steuereinheit die Spannungssignalanlegungseinheit in Übereinstimmung mit diesen Positionssignalen, um das Objekt an der vorbestimmten Position zu halten.
Auf diese Weise kann der Detektor physikalische Größen, wie beispielsweise die Stärke einer Beschleunigung und den Pegel der Winkelgeschwindigkeit, die auf das Gehäuse aufgebracht werden, erfassen.
Ferner ist es verglichen mit der Genauigkeit des ersten Positionssignals entsprechend der Erfassung der Beschleunigung bei der synchronen Erfassung erforderlich, die Genauigkeit des zweiten Positionssignals entsprechend der Erfassung der Winkelgeschwindigkeit bei der synchronen Erfassung zu erhöhen. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Frequenz der Trägerwelle, die an das zweite Kraftinduzierungselement entsprechend der Winkelgeschwindigkeit gelegt wird, derart eingestellt, dass sie kleiner oder gleich der Frequenz der Trägerwelle ist, die an das erste Kraftinduzierungselement entsprechend der Beschleunigung gelegt wird.
Folglich kann der Detektor die Winkelgeschwindigkeit mit einer ausreichend hohen Genauigkeit erfassen.
In der Zeichnung zeigt:

1 eine schematische Ansicht eines Signalmultiplex- und Signalübertragungssystems, in dem ein Signalmultiplex- und Signalübertragungsverfahren ausgeführt wird, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine beispielhafte Ansicht von Trägerwellen, die mit Übertragungssignalen in einer Modulationsschaltung des Systems zu modulieren sind, gemäß der ersten Ausführungsform;
3 ein Ablaufdiagramm eines Signalmultiplex- und Signalübertragungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform;
4 ein Blockdiagramm einer Schaltung für einen gleitenden Mittelwert des in der 1 gezeigten Systems;
5 eine beispielhafte Ansicht einer Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend jeder Trägerwelle, die als Demodulationsprozess ausgeführt wird, gemäß der ersten Ausführungsform;
6 eine beispielhafte Ansicht eines Übertragungssignals, das bei jedem Demodulationsprozess reproduziert wird;
7 eine beispielhafte Ansicht von Trägerwellen, die mit Übertragungssignalen zu modulieren sind, gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform;
8 eine beispielhafte Ansicht einer Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend jeder Trägerwelle, die als Demodulationsprozess ausgeführt wird, gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform;
9 eine beispielhafte Ansicht eines Übertragungssignals, das bei jedem Demodulationsprozess reproduziert wird;
10 eine beispielhafte Ansicht von Trägerwellen, die mit Übertragungssignalen zu modulieren sind, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 eine beispielhafte Ansicht einer Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend jeder Trägerwelle, die als Demodulationsprozess ausgeführt wird, gemäß der zweiten Ausführungsform;
12 eine beispielhafte Ansicht einer Berechnung der Amplitude eines modulierten Signals in jedem Demodulationsprozess gemäß der zweiten Ausführungsform;
13 eine perspektivische Seitenansicht eines Sensors, der in einem Detektor zur Erfassung einer physikalischen Größe angeordnet ist, gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 ein Blockdiagramm des Detektors zur Erfassung einer physikalischen Größe gemäß der dritten Ausführungsform;
15 eine Ansicht zur Veranschaulichung eines Anlegens eines Spannungssignals und von Trägerwellen an eine Gruppe von Elektrodenpaaren gemäß der dritten Ausführungsform;
16 eine Ansicht von Trägerwellen, die an jeweilige Gruppen von Elektrodenpaaren gelegt werden, gemäß der dritten Ausführungsform;
17 ein Blockdiagramm einer Synchronerfassungsschaltung des Detektors;
18 mit Positionssignalen modulierte Trägerwellen und ein Eingangssignal in einer Modulationsperiode; und
19 eine Ansicht zur Veranschaulichung der Zuordnung der Trägerwellen zu den Gruppen von Elektrodenpaaren gemäß einer Modifikation der dritten Ausführungsform.

Nachstehend werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der, sofern nicht anders angezeigt, gleiche Teile oder Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
(Erste Ausführungsform)
Nachstehend wird ein Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben, gemäß dem mehrere modulierte Signalen, die erhalten werden, indem mehrere Trägerwellen, die verschiedene Frequenzen oder Phasen aufweisen, mit jeweiligen Übertragungssignalen, die verschiedene Signalpegel aufweisen, moduliert und durch Frequenzmultiplexen gemultiplext werden, um ein Eingangssignal zu erzeugen, an einen Synchrondetektor übertragen werden, um die Übertragungssignale bei einer synchronen Erfassung mit hoher Genauigkeit und ungeachtet der Pegel der Übertragungssignale aus dem Eingangssignal zu reproduzieren oder extrahieren.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Signalmultiplex- und Signalübertragungssystems, bei dem ein Signalmultiplex- und Signalübertragungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird, während 2 eine beispielhafte Ansicht der Trägerwellen zeigt, die in einer Modulationsschaltung des Systems mit den Übertragungssignalen zu modulieren sind. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Signalmultiplex- und Signalübertragungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform.
Mehrere Übertragungssignale ST_2i-1 und ST_2i (i = 1, 2, ..., N; N ist eine positive ganze Zahl größer oder gleich 2) werden vorbereitet (Schritt S11 in der 3).
Ein Signalmultiplex- und Signalübertragungssystem 1 weist, wie in den 1 und 2 gezeigt, einen Modulator 10 und einen Demodulator 20 auf. Der Modulator 10 weist eine Modulationsschaltung 12 auf. In dieser Schaltung 12 werden ein erster Satz von Trägerwellen S_2i-1 und ein zweiter Satz von Trägerwellen S_2i erzeugt und werden die Trägerwellen S_2i-1 und S_2i durch eine Amplitudenmodulation mit den jeweiligen Übertragungssignalen ST_2i-1 und ST_2i moduliert (Schritt S12 in der 3). Folglich wird jedes Übertragungssignal einer Trägerwelle überlagert und werden ein erster Satz von modulierten Signalen SM_2i-1 mit modulierten Trägerwellen und ein zweiter Satz von modulierten Signalen SM_2i mit modulierten Trägerwellen erzeugt.
Jedes Übertragungssignal weist Information auf, wie beispielsweise die Stärke einer zeitabhängigen Beschleunigung, die entlang von einer von drei Achsen auf ein Fahrzeug aufgebracht wird, oder der Pegel einer zeitabhängigen Winkelgeschwindigkeit, wie beispielsweise eine Gierrate um eine Achse, die auf ein Fahrzeug aufgebracht wird. Diese Information wird durch die zeitabhängige Amplitude des Signals angezeigt.
Die Trägerwellen S_2i-1 und S_2i in jedem Paar weisen die gleiche Frequenz f_i = f_max/2^N-i (f_max ist eine Referenzfrequenz) auf, jedoch Phasen, die um π/2 Radiant (oder 90 Grad) voneinander verschoben sind. Die Amplituden der Trägerwellen S_2i-1 und S_2i an einem beliebigen Zeitpunkt t werden durch die folgenden Wellenfunktionen beschrieben: $S_{2i - 1} (t) = Asin2 π f_{i} {t und S}_{2 i} (t) = Asin2 π f_{i} (t + π / 2),$
wobei A die maximale Amplitude beschreibt.
Folglich entspricht die Frequenz des Paares von Trägerwellen S_2(i-1)-1 und S_2(i-1) der halben Frequenz des Paares von Trägerwellen S_2i-1 und S_2i.
Insbesondere ist ein Signalpegel (d. h. die Amplitude oder der Spannungspegel) jedes Übertragungssignals, das eine Trägerwelle einer ersten Frequenz moduliert, geringer als der Signalpegel irgendeines Übertragungssignals, das eine andere Trägerwelle einer zweiten Frequenz moduliert, die höher als die erste Frequenz ist. D. h., wenn sich der Signalpegel des Übertragungssignals ST_2i-1 (oder ST_2i) verringert, wird die Frequenz der mit dem Übertragungssignal ST_2i-1 (oder ST_2i) modulierten Trägerwelle verringert. Folglich werden die Amplituden der modulierten Signale SM_2i-1 und SM_2i, die erhalten werden, indem die Trägerwellen S_2i-1 und S_2i mit den Übertragungssignalen ST_2i-1 und ST_2i moduliert werden, größer als die Amplituden der modulierten Signale SM_2(i-1)-1 und SM_2(i-1), die erhalten werden, indem die Trägerwellen S_2(i-1)-1 und S_2(i-1) mit den Übertragungssignalen ST_2(i-1)-1 und ST_2(i-1) moduliert werden. D. h., wenn die Frequenz der Trägerwelle erhöht wird, nimmt die Amplitude des modulierten Signals, das erhalten wird, indem die Trägerwelle moduliert wird, einen hohen Wert an.
Der Modulator 10 weist ferner einen Multiplexer 14 und eine Referenztakterzeugungsschaltung 16 auf. In dem Multiplexer 14 werden die modulierten Signale SM_2i-1 und SM_2i gemultiplext, um durch Frequenzmultiplexen ein Eingangssignal Vin zu erzeugen (Schritt S13 in der 3). Anschließend wird dieses Signal Vin über eine Übertragungsleitung 2 zum Demodulator 20 übertragen (Schritt S14 in der 3). In der Schaltung 16 wird ein einer Reihe von Impulsen entsprechendes Referenztaktsignal CKref erzeugt. Dieses Signal CKref wird ebenso über eine Taktsignalleitung 4 zum Demodulator 20 übertragen (Schritt S15 in der 3).
Die Referenzfrequenz Fc des Signals CKref ist gleich der Frequenz f_max der Trägerwellen S_2N-1 und S_2N mit der höchsten Frequenz unter den Trägerwellen S_2i-1 und S_2i, und die Phase des Signals CKref wird mit der Phase der Trägerwelle S_2N synchronisiert. D. h., an jedem Zeitpunkt, an welchem die Trägerwelle S_2N die Schwankungsmitte kreuzt, ist das Signal CKref an einer ansteigenden oder abfallenden Flanke angeordnet. Die Phase des Signals CKref kann mit der Phase der Trägerwelle S_2N-1 synchronisiert werden.
Der Demodulator 20 weist eine Multiplizier-Schaltung 22, eine Recheneinheit für einen gleitenden Mittelwert 24 und eine Demodulationsschaltung 26 auf. In der Schaltung 22 wird die Frequenz des Signals CKref mit vier multipliziert, um ein Abtastsignal CKS mit dem Abtastzyklus 1/4Fc zu erzeugen, der einem Viertel des Zyklus 1/Fc des Signals CKref entspricht (Schritt S16 in der 3). In der Einheit 24 wird das Eingangssignal Vin im Modulator 10 empfangen und ein gleitender Mittelwert DT der zeitabhängigen Amplitude des Signals Vin in einer Abtastperiode gleich dem Abtastzyklus 1/4Fc jede Abtastperiode berechnet (Schritt S17 in der 3). In der Schaltung 26 werden die gleitenden Mittelwerte DT der Reihe nach in einer Demodulationsperiode, die länger als die Abtastperiode ist, verriegelt bzw. zwischengespeichert und eine Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend dem Zyklus und der Phase jeder Trägerwelle S_j (j = 1, 2, ..., oder 2N) für die gleitenden Mittelwerte DT, die in der Zwischenspeicherungsreihenfolge angeordnet sind, als Demodulationsprozess ausgeführt, um die modulierte Trägerwelle des modulierten Signals SM_j bei der synchronen Erfassung zu erfassen und 2N Synchronerfassungsergebnisse Dj entsprechend der mittleren Amplitude der jeweiligen modulierten Signale SM_j (d. h. der Amplitude der jeweiligen Übertragungssignale ST_j) in der Demodulationsperiode zu erhalten (Schritt S18 in der 3). Die Additions- und Subtraktionsberechnung, die jeder Trägerwelle Sj entspricht, unterscheidet sich von denjenigen, welche den anderen Trägerwellen S_k (k ≠ j) entsprechen, und die Berechnungen entsprechend den Trägerwellen S₁ bis S_2N werden parallel zueinander ausgeführt.
Die Demodulationsperiode wird beispielsweise auf den Zyklus 1/f₁ (f₁ = f_max/2^N-1) der Trägerwelle S₁ oder S₂ mit der niedrigsten Frequenz gesetzt. Folglich wird die Additions- und Subtraktionsberechnung für 2^N+1 gleitende Mittelwerte DT ausgeführt, die jede Demodulationsperiode der Reihe nach zwischengespeichert (latched) werden, und werden die Synchronerfassungsergebnisse D₁ und D_2N für alle Trägerwellen jede Demodulationsperiode erhalten.
Nachstehend werden der Aufbau und die Funktion der Einheit 24 näher unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben. 4 zeigt ein Blockdiagramm der Einheit 24.
Ein Analog-digital-(A/D)-Wandler, der, wie in 4 gezeigt, digitale Schaltungen aufweist, wird für die Einheit 24 verwendet. Die Einheit 24 weist auf: eine Impulsverzögerungsschaltung 30 mit mehreren Verzögerungseinheiten 31 auf, die entlang einer Ringverzögerungsleitung RDL in Reihe geschaltet sind, um ein Impulssignal Pin, das an die erste Verzögerungseinheit 31a gegeben wird, wiederholt durch die Verzögerungseinheiten 31 zirkulieren zu lassen, während es das Signal Pin mit einer Verzögerungszeit in jeder Verzögerungseinheit 31 verzögert, einen Puffer bzw. Zwischenspeicher 39, über welchen die zeitabhängige Spannung des Eingangssignals Vin als Ansteuerspannung an jede Verzögerungseinheit 31 gelegt wird, um die Verzögerungszeit der Verzögerungseinheit 31 einzustellen, einen Zähler 32 zum Zählen, wie viele Male das Impulssignal Pin die letzte Verzögerungseinheit 31b durchläuft, um die Anzahl von Zirkulationen des Impulssignals Pin zu erfassen, das wiederholt in der Schaltung 30 zirkuliert wird bzw. wiederholt die Schaltung 30 durchläuft, und einen Signalspeicher und Codierer 34 zum Zwischenspeichern des Impulssignals Pin am Zeitpunkt jeder ansteigenden Flanke (oder abfallenden Flanke) des Abtastsignals CKS, um eine erreichte Position des Impulssignals Pin in den Verzögerungseinheiten 31 jede Abtastperiode zu erfassen und digitale Bitdaten Da eines Erfassungsergebnisses zu erzeugen, welche die Anzahl von Verzögerungseinheiten 31 anzeigen, die von der ersten Verzögerungseinheit 31a bis zur erreichten Position vorhanden sind.
Die erste Verzögerungseinheit 31a ist ein UND-Gatter mit zwei Eingangsanschlüssen und einem Ausgangsanschluss, und jede der anderen Verzögerungseinheiten 31 ist eine Gatter-Schaltung, die aus einer Reihe von Invertern aufgebaut ist. Das Signal Pin wird an einem Eingangsanschluss der Einheit 31a empfangen, und der andere Eingangsanschluss der Einheit 31a ist mit dem Ausgangsanschluss der letzten Verzögerungseinheit 31b verbunden, um das Signal Pin, das alle Verzögerungseinheiten 31 einmal durchlaufen hat, in der Einheit 31a erneut zu empfangen. Folglich durchläuft das Signal Pin die Verzögerungseinheiten 31 der Schaltung 30 jede Abtastperiode.
Die Einheit 24 weist ferner auf: eine Verriegelungsschaltung 36 zum Verriegeln bzw. Zwischenspeichern eines die Anzahl von Durchläufen anzeigenden Zählwerts vom Zähler 32 am Zeitpunkt jeder ansteigenden Flanke (oder jeder abfallenden Flanke) des Abtastsignals CKS und zum Erzeugen digitale Bitdaten Db, welche den Zählwert beschreiben, jede Abtastperiode, und eine Subtrahiereinheit 38 zum Erzeugen von digitalen Daten Dt, welche die Bitdaten Da an niedrigeren Bit-Positionen der Daten Dt und die Bitdaten Db an höheren Bit-Positionen der Daten Dt aufweisen, jede Abtastperiode und zum Berechnen einer Differenz zwischen den digitalen Daten Dt, die in der momentanen Abtastperiode erhalten werden, und den digitalen Daten Dt, die in der vorhergehenden Abtastperiode genau vor der momentanen Abtastperiode erhalten wurden, um digitale Daten DT entsprechend der momentanen Abtastperiode zu erhalten.
Folglich zählt die Kombination bestehend aus dem Zähler 32, dem Signalspeicher und Codierer 34, der Verriegelungsschaltung 36 und der Subtrahiereinheit 38 die Anzahl von Verzögerungseinheiten 31, welche das Impulssignal Pin durchlaufen hat, jede Abtastperiode.
Die Verzögerungszeit jeder Verzögerungseinheit 31 hängt von dem zeitabhängigen Spannungspegel des Signals Vin ab. Folglich entspricht die Summe der Verzögerungszeiten der Verzögerungseinheiten 31, welche das Impulssignal Pin in einer Abtastperiode durchlaufen hat, dem gleitenden Mittelwert gleich dem Mittelwert der zeitabhängigen Amplitude des Signals Vin in der Abtastperiode. Die digitalen Daten DT zeigen die Anzahl von Verzögerungseinheiten 31, welche das Impulssignal Pin in der momentanen Abtastperiode durchlaufen hat. Folglich zeigen die digitalen Daten DT, die jede Abtastperiode erhalten werden, den gleitenden Mittelwert der Amplitude des Signals Vin in der Abtastperiode an.
Folglich kann der gleitende Mittelwert des Eingangssignals Vin zuverlässig jede Abtastperiode in der Einheit 24 erhalten werden.
Nachstehend wird die Additions- und Subtraktionsberechnung in der Schaltung 26 unter Bezugnahme auf die 5 beschrieben. 5 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung einer Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend jeder Trägerwelle.
Sechs Trägerwellen S₁ bis S₆ (N = 3) werden beispielsweise, wie in 5 gezeigt, mit sechs Übertragungssignalen ST₁ bis ST₆ moduliert, und sechs modulierte Signale SM₁ bis SM₆ werden zu einem Eingangssignal Vin gemultiplext. In diesem Fall werden sechzehn gleitende Mittelwerte DT1 bis DT16 des Eingangssignals Vin jede Demodulationsperiode 1/f₁ in der Einheit 24 berechnet. Jede Trägerwelle, die durch eine Sinuswelle sin2πf_it oder sin2πf_i(t+π/2) beschrieben wird, wird im positiv schwingenden Phasenbereich von der Schwankungsmitte in der ersten Phasenperiode von 0 Radiant (oder 0 Grad) bis zu π Radiant (oder 180 Grad) angeordnet (d. h. in der Phasenperiode, in welcher die Funktion sin2πf_it oder sin2πf_i(t+π/2) positiv ist), während die Trägerwelle im negativ schwingenden Phasenbereich von der Schwankungsmitte in der zweiten Phasenperiode von π Radiant (180 Grad) zu 2π Radiant (360 Grad) angeordnet wird (d. h. in der Phasenperiode, in welcher die Funktion sin2πf_it oder sin2πf_i(t+π/2) negativ ist). Bei der Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend dem Zyklus und der Phase jeder Trägerwelle Sj werden die Summe DS1 der gleitenden Mittelwerte in der ersten Phasenperiode der Trägerwelle Sj und die Summe DS2 der gleitenden Mittelwerte in der zweiten Phasenperiode der Trägerwelle Sj jede Demodulationsperiode berechnet und wird die Differenz zwischen den Summen D1 und D2 als Synchronerfassungsergebnis Dj des Demodulationsprozesses Pj berechnet. Die Berechnungen entsprechend allen Trägerwellen werden parallel zueinander ausgeführt.
6 zeigt eine beispielhafte Ansicht eines Übertragungssignals, das bei jedem Demodulationsprozess erzeugt wird.
Bei der Berechnung der gleitenden Mittelwerte in der Einheit 24 beschreibt jeder gleitende Mittelwert (moving average) des Eingangssignals Vin die Summe von gleitenden Mittelwerten von allen modulierten Signalen SM₁ bis SM_2N in der entsprechenden Abtastperiode.
Bei der Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend der Frequenz und der Phase jeder Trägerwelle S_j wird die Differenz zwischen der Summe der gleitenden Mittelwerte von jedem der anderen modulierten Signale SM_k (k ≠ j) in der ersten Phasenperiode der Trägerwelle S_j und der Summe der gleitenden Mittelwerte des modulierten Signals SM_k in der zweiten Phasenperiode der Trägerwelle S_j zu Null. Folglich wird, obgleich jeder gleitende Mittelwert des Eingangssignals Vin der Summe von gleitenden Mittelwerten von allen modulierten Signalen SM₁ bis SM_2N entspricht, wie in 6 gezeigt, kein Einfluss der modulierten Signale SM_k auf das Synchronerfassungsergebnis Dj ausgeübt, entspricht das Ergebnis Dj jedoch dem Mittelwert der Amplitude des modulierten Signals SM_j. Folglich entspricht jedes Synchronerfassungsergebnis D_j der Amplitude des der Trägerwelle Sj überlagerten Übertragungssignals STj. Folglich werden die Signalpegel der Übertragungssignale jede Demodulationsperiode erfasst.
Dementsprechend kann die Amplitude jedes Übertragungssignals STj zuverlässig jede Demodulationsperiode in der Schaltung 26 erhalten werden, so dass die Wellenform jedes Übertragungssignals ST_j in den Demodulationsperioden zuverlässig aus dem Eingangssignal Vin extrahiert oder reproduziert werden kann.
Nachstehend wird die Genauigkeit bei der synchronen Erfassung beschrieben.
Da die gleitenden Mittelwerte des Eingangssignals Vin in den digitalen Schaltungen der Recheneinheit für einen gleitenden Mittelwert 24 berechnet werden, weist jeder gleitende Mittelwert des Eingangssignals Vin zwangsläufig einen Fehler auf. Jeder gleitende Mittelwert wird, wie in 4 gezeigt, aus der Anzahl von Verzögerungseinheiten 31 berechnet, welche das Impulssignal Pin während einer Abtastperiode durchlaufen hat. Folglich wird der gleitende Mittelwert, obgleich der Spannungspegel des Eingangssignals Vin, der an die Verzögerungseinheiten 31 gelegt wird, fortlaufend über die Zeit geändert wird, nicht kontinuierlich mit dem Spannungspegel des Eingangssignals Vin geändert. Genauer gesagt, die Summe der Verzögerungszeiten entsprechend der Berechnung jedes gleitenden Mittelwerts weist zwangsläufig einen Fehler auf, der kürzer als eine Verzögerungszeit von einer Verzögerungseinheit ist, welche das Signal Pin noch nicht durchlaufen hat. Folglich wird jeder gleitende Mittelwert des Eingangssignals Vin zwangsläufig durch einen Fehler verkürzt und wird der Fehler dieses gleitenden Mittelwerts zum gleitenden Mittelwert addiert, der in der nächsten Abtastperiode berechnet wird.
Ferner wird dann, wenn die Frequenz der Trägerwelle verringert wird, die erste Phasenperiode der Trägerwelle mit einem positiven Wert verlängert und die zweite Phasenperiode der Trägerwelle mit einem negativen Wert verlängert. D. h., wenn die Frequenz der Trägerwelle verringert wird, wird die Anzahl von gleitenden Mittelwerten des Eingangssignals Vin, die bei der Additions- und Subtraktionsberechnung in einem Zyklus der Trägerwelle addiert und subtrahiert werden, erhöht.
Folglich können dann, wenn die Frequenz der Trägerwelle verringert wird, Fehler, die in den gleitenden Mittelwerten auftreten, jeden Zyklus der Trägerwelle effektiv aufgehoben werden.
Demgegenüber wird dann, wenn die Frequenz der Trägerwelle erhöht wird, die erste Phasenperiode der Trägerwelle mit einem positiven Wert verkürzt und die zweite Phasenperiode der Trägerwelle mit einem negativen Wert verkürzt. D. h., wenn die Frequenz der Trägerwelle erhöht wird, wird die Anzahl von gleitenden Mittelwerten des Eingangssignals Vin, die bei der Additions- und Subtraktionsberechnung in einem Zyklus der Trägerwelle addiert und subtrahiert wurden, verringert.
Folglich wird dann, wenn die Frequenz der Trägerwelle erhöht wird, die Auslöschung von Fehlern der gleitenden Mittelwerte im Zyklus der Trägerwelle unzureichend. Ferner werden die erste und die zweite Phasenperiode der Trägerwelle häufig geändert. Folglich werden ein Fehler, der jede erste Phasenperiode übrig bleibt, und ein Fehler, der jede zweite Phasenperiode übrig bleibt, bei dem höheren Pegel akkumuliert.
Folglich kann dann, wenn die Frequenz der Trägerwelle verringert wird, die Genauigkeit bei der synchronen Erfassung entsprechend der mit einem Signal modulierten Trägerwelle erhöht werden.
Ferner wird dann, wenn der Signalpegel des Übertragungssignals erhöht wird, der Signalpegel des modulierten Signals entsprechend dem Übertragungssignal erhöht, um das S/N-Verhältnis des modulierten Signals zu erhöhen. Folglich kann dann, wenn der Signalpegel des Übertragungssignals erhöht wird, das Übertragungssignal mit dem höheren S/N-Verhältnis aus dem Eingangssignal Vin reproduziert werden.
Bei dieser Ausführungsform wird dann, wenn der Signalpegel des Übertragungssignals verringert wird, die Frequenz der mit dem Übertragungssignal modulierten Trägerwelle verringert. D. h., die Frequenz jeder Trägerwelle, die mit einem Übertragungssignal mit einem ersten Signalpegel moduliert wird, wird derart eingestellt, dass sie kleiner oder gleich der Frequenz von irgendeiner Trägerwelle ist, die mit einem anderen Übertragungssignal mit einem zweiten Signalpegel, der höher als der erste Signalpegel ist, moduliert wird. Genauer gesagt, unter den Trägerwellen S_2i-1 oder S_2i, die verschiedene Frequenzen aufweisen, wird die Frequenz jeder Trägerwelle, die mit einem Übertragungssignal mit einem ersten Signalpegel moduliert wird, derart eingestellt, dass sie geringer als die Frequenzen von anderen Trägerwellen ist, die mit anderen Übertragungssignalen mit Signalpegel, die höher als der erste Signalpegel sind, moduliert werden. Bei zwei Trägerwellen gleicher Frequenz, jedoch unterschiedlicher Phasen, werden diese zwei Trägerwellen mit jeweiligen Übertragungssignalen mit verschiedenen Signalpegeln moduliert.
Folglich wird dann, wenn der Pegel des Übertragungssignals einen niedrigen Wert annimmt, die Genauigkeit bei der synchronen Erfassung zum Extrahieren des Übertragungssignals erhöht.
Folglich kann, da das Übertragungssignal mit dem niedrigen Pegel die Trägerwelle mit einer niedrigen Frequenz moduliert, um die modulierte Trägerwelle bei der synchronen Erfassung mit hoher Genauigkeit zu erfassen, das Übertragungssignal mit dem niedrigen Pegel bei der Demodulation mit der ausreichend hohen Genauigkeit reproduziert werden.
Ferner kann, da das Übertragungssignal, welches die Trägerwelle mit einer hohen Frequenz moduliert, einen hohen Signalpegel aufweist, das Übertragungssignal mit dem hohen Pegel selbst bei der synchronen Erfassung, die mit geringer Genauigkeit ausgeführt wird, in geeigneter Weise mit einem ausreichend hohen S/N-Verhältnis aus dem Eingangssignal reproduziert werden.
Bei diesem Verfahren wird die Frequenz jeder Trägerwelle, die mit einem Übertragungssignal mit einem ersten Signalpegel moduliert wird, wie vorstehend beschrieben, derart eingestellt, dass sie kleiner oder gleich der Frequenz von irgendeiner Trägerwelle ist, die mit einem anderen Übertragungssignal mit einem zweiten Signalpegel, der höher als der erste Signalpegel ist, moduliert wird. Folglich werden auch dann, wenn ein Teil der Übertragungssignale niedrige Signalpegel aufweist, die Übertragungssignale jeweiligen Trägerwellen mit den geringen Frequenzen überlagert und die Übertragungssignale bei der synchronen Erfassung mit hoher Genauigkeit extrahiert. Ferner werden auch dann, wenn Trägerwellen mit hohen Frequenzen mit dem verbleibenden Teil der Übertragungssignale mit hohen Signalpegeln moduliert werden, um die Genauigkeit bei der synchronen Erfassung zu verringern, die Übertragungssignale mit den hohen Signalpegeln bei der synchronen Erfassung mit einem ausreichend hohen S/N-Verhältnis extrahiert.
Folglich können die den Trägerwellen überlagerten Übertragungssignale bei der Demodulation mit hoher Genauigkeit oder einem ausreichend hohen S/N-Verhältnis in geeigneter Weise aus dem Eingangssignal Vin reproduziert werden, und zwar ungeachtet der Signalpegel der Übertragungssignale, und kann eine hohe Übertragungsqualität der Übertragungssignale erzielt werden.
Bei dieser Ausführungsform entspricht die Frequenz jeder Trägerwelle S_2(i-1)-1 (oder S_2(i-1)) der halben Frequenz der Trägerwelle S_2i-1 (oder S_2i). Die Frequenz von wenigsten einer Trägerwelle S_2(i-1)-1 (oder S_2(i-1)) kann jedoch 1/2^m (m ist eine positive ganze Zahl größer oder gleich 2) der Frequenz der Trägerwelle S_2i-1 (oder S_2i) sein.
Ferner weisen die Übertragungssignale bei dieser Ausführungsform verschiedene Signalpegel auf. Einige der Übertragungssignale können jedoch den gleichen Signalpegel aufweisen. In diesem Fall werden die Frequenzen von Trägerwellen, die mit jeweiligen Übertragungssignalen moduliert werden, die alle einen ersten Signalpegel aufweisen, derart eingestellt, dass sie geringer als die Frequenz von irgendeiner Trägerwelle sind, die mit einem anderen Übertragungssignal mit einem zweiten Signalpegel, der höher als der erste Signalpegel ist, moduliert werden, und derart eingestellt, dass sie höher als die Frequenz von irgendeiner Trägerwelle sind, die mit einem anderen Übertragungssignal mit einem dritten Signalpegel, der niedriger als der erste Signalpegel ist, moduliert werden.
(Modifikation der ersten Ausführungsform)
Bei der ersten Ausführungsform erzeugt der Modulator 10 den ersten Satz von Trägerwellen S_2i-1 und den zweiten Satz von Trägerwellen S_2i, welche die gleiche Frequenz f_i = Fc/2^N-i aufweisen, jedoch Phasen, die um π/2 Radiant voneinander verschoben sind, um die Trägerwellen S_2i-1 und S_2i mit den jeweiligen Übertragungssignalen ST_2i-1 und ST_2i zu modulieren und die modulierten Signale SM_2i-1 und SM_2i zum Demodulator 20 zu übertragen. Der Modulator 10 kann jedoch nur den ersten Satz von Trägerwellen S_2i-1 erzeugen, um die Trägerwellen S_2i-1 mit den jeweiligen Übertragungssignalen ST_2i-1 zu modulieren und die modulierten Signale SM_2i-1 zum Demodulator 20 zu übertragen.
7 zeigt eine beispielhafte Ansicht von mit Übertragungssignalen zu modulierenden Trägerwellen gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform.
Der Modulator 10 erzeugt, wie in 7 gezeigt, sechs Trägerwellen S_2i-1 (i = 1, 2, ..., N; N = 6) mit verschiedenen Frequenzen f_i = 2^i-6×f_max, moduliert die Trägerwellen S_2i-1 mit jeweiligen Übertragungssignalen ST_2i-1, überträgt ein Eingangssignal Vin, das erhalten wird, indem die modulierten Wellen SM_2i-1 durch Frequenzmultiplexen gemultiplext werden, zum Demodulator 20 und gibt ein Referenztaktsignal CKref, mit der Trägerwelle S₁₁ mit der maximalen Frequenz f_max synchronisiert, an den Demodulator 20.
Wenn der Signalpegel des Übertragungssignals ST_2i-1 erhöht wird, wird die Frequenz der Trägerwelle S_2i-1, die mit dem Übertragungssignal ST_2i-1 moduliert wird, erhöht. D. h., der Pegel jedes Übertragungssignals, das eine Trägerwelle einer ersten Frequenz moduliert, ist geringer als der Pegel von irgendeinem Übertragungssignal, das eine andere Trägerwelle einer zweiten Frequenz moduliert, die höher als die erste Frequenz ist.
Der Demodulator 20 multipliziert die Frequenz Fc des Signals CKref mit 2, um ein Abtastsignal CKS mit dem Abtastzyklus 1/2Fc zu erzeugen, was dem halben Zyklus 1/Fc des Signals CKref entspricht, berechnet einen gleitenden Mittelwert DT der zeitabhängigen Amplitude des Signals Vin jede Abtastperiode gleich dem Abtastzyklus 1/2Fc, führt eine Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend dem Zyklus und der Phase von jeder der Trägerwellen S_2i-1 für die gleitenden Mittelwerte DT jede Demodulationsperiode, gleich dem Zyklus 1/f₁ (f₁ = 1/2⁵ × f_max) der Trägerwelle S₁ mit der niedrigsten Frequenz f₁, als Demodulationsprozess P_2i-1 aus, um die modulierte Trägerwelle des modulierten Signals SM_2i-1 bei der synchronen Erfassung zu erfassen und ein Synchronerfassungsergebnis D_2i-1 entsprechend dem Signalpegel des Übertragungssignals ST_2i-1 zu erhalten.
8 zeigt eine beispielhafte Ansicht zur Veranschaulichung einer als Demodulationsprozess ausgeführten Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend jeder Trägerwelle gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform, während 9 eine beispielhafte Ansicht eines Übertragungssignals zeigt, das bei jedem Demodulationsprozess reproduziert wird.
Eine Gruppe von gleitenden Mittelwerten DT1 bis DT64 des Eingangssignals Vin wird, wie in 8 gezeigt, jede Demodulationsperiode 1/f₁ in der Einheit 24 berechnet. Bei dem Demodulationsprozess P_2i-1 der Schaltung 26 für jedes modulierte Signal SM_2i-1 werden die gleitenden Mittelwerte, die in der ersten Phasenperiode der Trägerwelle S_2i-1 mit einem positiven Wert berechnet werden, miteinander addiert, um einen summierten Wert zu erhalten, und werden die gleitenden Mittelwerte in der zweiten Phasenperiode der Trägerwelle S_2i-1 mit einem negativen Wert vom summierten Wert abgezogen, um ein Synchronerfassungsergebnis D_2i-1 zu erhalten.
Folglich wird, wie in 9 gezeigt, ein Additions- und Subtraktionsergebnis für die gleitenden Mittelwerte von jedem der modulierten Signale SM_k (k ≠ 2i-1) im Eingangssignal Vin zu Null und wird das Synchronerfassungsergebnis D_2i-1 entsprechend nur dem modulierten Signale SM_2i-1 erhalten. Da die Amplitude des modulierten Signals SM_2i-1 die Amplitude des Übertragungssignals SM_2i-1 anzeigt, zeigt das Ergebnis D_2i-1 die Amplitude des Übertragungssignals SM_2i-1 in jeder Modulationsperiode an.
Folglich können, da der Pegel jedes Übertragungssignals ST_2i-1, das eine Trägerwelle S_2i-1 einer ersten Frequenz moduliert, niedriger als der Pegel irgendeines Übertragungssignals ST_2(i+1)-1 ist, das eine andere Trägerwelle S_2(i+1)-1 einer zweiten Frequenz moduliert, die höher als die erste Frequenz ist, die den Trägerwellen überlagerten Übertragungssignale bei der Demodulation mit der ausreichend hohen Demodulationsgenauigkeit in geeigneter Weise aus dem Eingangssignal Vin demoduliert und eine hohe Übertragungsqualität der Übertragungssignale erzielt werden.
(Zweite Ausführungsform)
Bei der ersten Ausführungsform wird das Referenztaktsignal CKref, dessen Phase mit der Phase von einer Trägerwelle mit der höchsten Frequenz synchronisiert wird, zum Demodulator 20 übertragen, um das Abtastsignal CKS aus dem Signal CKref zu erzeugen und einen gleitenden Mittelwert jede Abtastperiode zu erzeugen, die durch das Abtastsignal CKS angezeigt wird. In diesem Fall wird das Abtastsignal CKS zu jedem Zeitpunkt, an welchem die Trägerwelle ihre Schwankungsmitte durchquert, im Wesentlichen an seiner ansteigenden Flanke angeordnet. Folglich wird bei der Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend jeder Trägerwelle die Differenz zwischen der Summe der gleitenden Mittelwerte in der ersten Phasenperiode der Trägerwelle und der Summe der gleitenden Mittelwerte in der zweiten Phasenperiode der Trägerwelle als Synchronerfassungsergebnis berechnet.
Bei der zweiten Ausführungsform wird jedoch kein Referenztaktsignal CKref zum Demodulator 20 übertragen. Folglich wird die Phase des im Demodulator 20 erzeugten Abtastsignals CKS nicht mit der Phase von irgendeiner Trägerwelle synchronisiert. Der Demodulator 20 führt die Quadratur-Erfassung des Eingangssignals Vin aus, um das jeder Trägerwelle überlagerte Übertragungssignal bei der Demodulation zu reproduzieren.
Genauer gesagt, der Modulator 10 erzeugt Trägerwellen S_2n-1 (n = 1, 2, ..., N+1), moduliert die Trägerwellen mit jeweiligen Übertragungssignalen ST_2n-1 und multipliziert die modulierten Signale SM_2n-1 mit einem Eingangssignal Vin.
Die Amplituden der Trägerwellen S_2n-1 an einem beliebigen Zeitpunkt t werden durch Wellenfunktionen beschrieben; S_2n-1(t) = Asin(2πf_nt+p), wobei f_n = f_max/2^N-n+1 erfüllt wird und p die Phase der Trägerwellen am Zeitpunkt t = 0 beschreibt.
Wenn der Signalpegel des Übertragungssignals verringert wird, wird die Frequenz der mit dem Übertragungssignal modulierten Trägerwelle verringert. D. h., die Frequenz jeder Trägerwelle S_2n-1, die mit einem Übertragungssignal ST_2n-1 mit einem ersten Signalpegel moduliert wird, wird derart eingestellt, dass sie kleiner oder gleich der Frequenz von irgendeiner Trägerwelle S_2(n+1)-1 ist, die mit einem anderen Übertragungssignal ST_2(n+1)-1 mit einem zweiten Signalpegel moduliert wird, der höher als der erste Signalpegel ist.
10 zeigt eine beispielhafte Ansicht von mit Übertragungssignalen zu modulierenden Trägerwellen gemäß der zweiten Ausführungsform. Bei N = 5 erzeugt der Modulator 10, wie in 10 gezeigt, die Trägerwellen S₁, S₃, ..., S₁₁.
Der Demodulator 20 empfängt das Signal Vin vom Modulator 10 und erzeugt ein Abtastsignal CKS mit einer Reihe von Impulsen. Der Zyklus Ts des Signals CKS ist gleich einem Viertel der Periode 1/f_max der Trägerwellen S_N+1 mit der höchsten Frequenz unter den Trägerwellen. Die Recheneinheit für einen gleitenden Mittelwert 24 berechnet einen gleitenden Mittelwert DT_j (j = 1, 2, ..., oder 2^N+2) der zeitabhängigen Amplitude des Signals Vin jede Abtastperiode Ts in Synchronisation mit dem Signal CKS. $D T_{j} = \int_{(j - 1) T s}^{j T s} S (t) d t$
$J = 1, 2, \dots, 2^{N + 2}$
Die Wellenfunktion S(t) des Signals Vt wird durch S₁(t) + S₃(t) + ... + S_N+1(t) beschrieben. Jeder gleitende Mittelwert DTj ist gleich der Summe der gleitenden Mittelwerte DT_j,2n-1 von zeitabhängigen Amplituden der modulierten Trägerwellen in den modulierten Signalen SM_2n-1.
Die Demodulationsschaltung 26 führt die Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend dem Zyklus jeder Trägerwelle S_2n-1 für die gleitenden Mittelwerte DTj jede Modulationsperiode 1/f₁ als Demodulationsprozess DP_2n-1 aus, um eine erste Differenz I_2n-1 gleitenden Mittelwerts und eine zweite Differenz Q_2n-1 gleitenden Mittelwerts bei der Quadratur-Erfassung jeder modulierten Trägerwelle entsprechend der Trägerwelle S_2n-1 zu erhalten. $I_{2 n - 1} = \sum_{i = 1}^{2^{n - 1}} {\sum_{k = 2^{N - n + 1} (4 i - 4) + 1}^{2^{N - n + 1} (4 i - 3)} D T_{k} + \sum_{k = 2^{N - n + 1} (4 i - 3) + 1}^{2^{N - n + 1} (4 i - 2)} D T_{k} - \sum_{k = 2^{N - n + 1} (4 i - 2) + 1}^{2^{N - n + 1} (4 i - 1)} D T_{k} - \sum_{k = 2^{N - n + 1} (4 i - 1) + 1}^{2^{N - n + 1} 4 i} D T_{k}}$
$Q_{2 n - 1} = \sum_{i = 1}^{2^{n - 1}} {\sum_{k = 2^{N - n + 1} (4 i - 4) + 1}^{2^{N - n + 1} (4 i - 3)} D T_{k} - \sum_{k = 2^{N - n + 1} (4 i - 3) + 1}^{2^{N - n + 1} (4 i - 2)} D T_{k} - \sum_{k = 2^{N - n + 1} (4 i - 2) + 1}^{2^{N - n + 1} (4 i - 1)} D T_{k} + \sum_{k = 2^{N - n + 1} (4 i - 1) + 1}^{2^{N - n + 1} 4 i} D T_{k}}$
11 zeigt eine beispielhafte Ansicht einer als Demodulationsprozess ausgeführten Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend jeder Trägerwelle gemäß der zweiten Ausführungsform. Bei N = 5 berechnet der Demodulator 20, wie in 11 gezeigt, erste Differenzen I₁, I₃, ..., I₁₁ gleitenden Mittelwerts und die zweiten Differenzen Q₁, Q₃, ..., Q₁₁ gleitenden Mittelwerts aus den gleitenden Mittelwerten DT₁ bis DT₁₂₈ jede Modulationsperiode 1/f₁.
Der Einfluss der gleitenden Mittelwerte DT_{j, 2m-1} (m ≠ n) auf die Differenzen I_2n-1 und Q_2n-1 verschwindet in dieser Berechnung. Die Differenzen I_2n-1 und Q_2n-1 werden wie folgt beschrieben. $I_{2 n - 1} = 2^{n} \times A_{n} / (π f_{n}) \times {cosP}_{n}$
$Q_{2n - 1} = 2^{n} \times A_{n} / (π f_{n}) \times {sinP}_{n}$
Das Symbol An beschreibt die mittlere Amplitude des modulierten Signals SM_2n-1 in jeder Modulationsperiode 1/f₁, und das Symbol P_n beschreibt die mittlere Phase des modulierten Signals SM_2n-1 in jeder Modulationsperiode 1/f₁. Die Amplitude A_n wird wie folgt beschrieben. $A_{n} = (π f_{n}) / 2^{n} \times {(I_{2n - 1} + Q_{2n - 1}^{2})}^{1 / 2}$
12 zeigt eine beispielhafte Ansicht zur Veranschaulichung der Berechnung der Amplitude des modulierten Signals in jedem Demodulationsprozess. Bei N = 5 berechnet der Demodulator 20 die Amplituden A₁, A₃, ..., A₁₁ der modulierten Signale SM₁, SM₃, ..., SM₁₁.
Die Demodulationsschaltung 26 gibt jede Amplitude A_n als Synchronerfassungsergebnis D_n aus. Die zweite Leistung der Amplitude An entspricht dem Spannungspegel. Folglich entspricht dieses Ergebnis D_n der Amplitude (oder dem Spannungspegel) des der Trägerwelle S_2n-1 in jeder Demodulationsperiode überlagerten Übertragungssignals ST_2n-1.
Folglich kann auch dann, wenn kein Referenztaktsignal vom Modulator 10 zum Demodulator 20 übertragen wird, jedes Übertragungssignal bei der Demodulation aus der Amplitude des entsprechenden modulierten Signals extrahiert werden, das jede Demodulationsperiode erfasst wird.
Da die Frequenz jeder mit einem Übertragungssignal ST_2n-1 mit einem ersten Signalpegel modulierten Trägerwelle S_2n-1 derart eingestellt wird, dass sie kleiner oder gleich der Frequenz von irgendeiner Trägerwelle S_2(n+1)-1 ist, die mit einem anderen Übertragungssignal ST_2(n+1)-1 mit einem zweiten Signalpegel moduliert wird, der höher als der erste Signalpegel ist, können die den Trägerwellen überlagerten Übertragungssignale bei der Demodulation folglich mit einer ausreichend hohen Demodulationsgenauigkeit aus dem Eingangssignal Vin extrahiert und eine hohe Übertragungsqualität der Übertragungssignale erzielt werden.
Die Berechnung der Amplituden der modulierten Signale wird näher in der JP 2005-102129 beschrieben.
(Dritte Ausführungsform)
Nachstehend wird ein Detektor zur Erfassung einer physikalischen Größe beschrieben, der dazu ausgelegt ist, eine physikalische Größe unter Anwendung des Verfahrens gemäß der ersten oder der zweiten Ausführungsform zu erfassen. Bei dieser Ausführungsform ist dieser Detektor beispielsweise in bzw. an einem Fahrzeug vorgesehen, um die Stärke einer Beschleunigung, die in der X-Achsen-Richtung (oder der ersten Richtung) auf das Fahrzeug aufgebracht wird, die Stärke einer Beschleunigung, die in der Z-Achsen-Richtung (oder der zweiten Richtung) auf das Fahrzeug aufgebracht wird, die Stärke einer Beschleunigung, die in der y-Achsen-Richtung (oder der dritten Richtung) auf das Fahrzeug aufgebracht wird, den Pegel einer Winkelgeschwindigkeit, wie beispielsweise einer Gierrate, die um eine X-Achse auf das Fahrzeug aufgebracht wird, und den Pegel einer Winkelgeschwindigkeit, die um eine Y-Achse auf das Fahrzeug ausgebracht wird, zu erfassen.
13 zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines Sensors eines Detektors zur Erfassung einer physikalischen Größe gemäß der dritten Ausführungsform.
Ein Sensor 50 weist, wie in 13 gezeigt, ein Gehäuse 45 mit einer zylindrischen Seitenwand 42, eine obere Abdeckung 43, welche die obere Öffnung der Wand 42 schließt, und eine untere Abdeckung 44 auf, welche die untere Öffnung der Wand 42 schließt, um ein Vakuum darin zu bilden. Das Gehäuse 45 ist aus einem isolierenden Material, wie beispielsweise Glas oder dergleichen, aufgebaut.
Der Sensor 50 weist ferner ein scheibenförmiges schwebendes (floating) Objekt 40 auf, das derart elektrostatisch im Vakuum innerhalb des Gehäuses 45 schwebt, dass es symmetrisch bezüglich einer Z-Achse ist, die sich entlang der Mittelachse des Gehäuses 45 erstreckt. Das schwebende Objekt 40 ist aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise Silizium oder dergleichen, aufgebaut.
Der Sensor 50 weist ferner vier umgebende Elektrodenpaare (oder ein erstes Kraftinduzierungselement) 50, 52, 54 und 56, die derart an der Seitenwand 42 in der gleichen x-y-Ebene senkrecht zur Z-Achse symmetrisch zur z-Achse angeordnet sind, dass sie das an einer vorbestimmten Position angeordnete Objekt 40 umgeben, vier obere Elektrodenpaare (oder ein zweites Kraftinduzierungselement) 71, 73, 75 und 77, die an der oberen Abdeckung 43 symmetrisch zur z-Achse angeordnet sind, und vier untere Elektrodenpaare (oder ein zweites Kraftinduzierungselement) 72, 74, 76 und 78 auf, die an der unteren Abdeckung 44 symmetrisch zur z-Achse angeordnet sind.
Die Elektrodenpaare 71 und 72, die eine z-Achsen-Gruppe bilden, liegen sich mit dem Objekt 40 zwischen ihnen entlang der z-Achse gegenüber. Die Elektrodenpaare 73 und 74, die eine weitere z-Achsen-Gruppe bilden, liegen sich mit dem Objekt 40 zwischen ihnen entlang der z-Achse gegenüber. Die Elektrodenpaare 75 und 76, die eine weitere z-Achsen-Gruppe bilden, liegen sich mit dem Objekt 40 zwischen ihnen entlang der z-Achse gegenüber. Die Elektrodenpaare 77 und 78, die eine weitere z-Achsen-Gruppe bilden, liegen sich mit dem Objekt 40 zwischen ihnen entlang der z-Achse gegenüber. Die Elektrodenpaare 50 und 52, die eine y-Achsen-Gruppe bilden, liegen sich mit dem Objekt 40 zwischen ihnen entlang der y-Achse gegenüber. Die Elektrodenpaare 54 und 56, die eine x-Achsen-Gruppe bilden, liegen sich mit dem Objekt 40 zwischen ihnen entlang der x-Achse gegenüber.
Jedes der Elektrodenpaare 50, 52, 54, 56, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77 und 78 ist entsprechend aus zwei benachbarten Elektroden 50a und 50b, 52a und 52b, 54a und 54b, 56a und 56b, 71a und 71b, 72a und 72b, 73a und 73b, 74a und 74b, 75a und 75b, 76a und 76b, 77a und 77b und 78a und 78b gebildet.
Der Sensor 50 weist ferner zwölf gemeinsame Elektroden 80 auf, die elektrisch miteinander verbunden sind. Vier der Elektroden 80 sind derart an der Seitenwand 42 angeordnet, dass sie auf der Kreislinie abwechselnd mit den Elektrodenpaaren 50, 52, 54 und 56 angeordnet sind. Vier der Elektroden 80 sind derart an der Abdeckung 43 angeordnet, dass sie auf der Kreislinie abwechselnd mit den Elektrodenpaaren 71, 73, 75 und 77 angeordnet sind. Die anderen vier Elektroden 80 sind derart an der Abdeckung 44 angeordnet, dass sie auf der Kreislinie abwechselnd mit den Elektrodenpaaren 72, 74, 76 und 78 angeordnet sind.
Wenn das Gehäuse 45 eine Beschleunigung und eine Winkelgeschwindigkeit erfährt, wird das Objekt 40 derart mit einer zeitabhängigen Geschwindigkeit relativ zum Gehäuse 45 bewegt, dass es die Position entlang der X-Achse, die Position entlang der y-Achse und die Position entlang der z-Achse im Gehäuse 45 zu ändern.
14 zeigt ein Blockdiagramm eines Detektors zur Erfassung einer physikalischen Größe mit dem Sensor 50.
Ein Detektor zur Erfassung einer physikalischen Größe weist, wie in 14 gezeigt, sechs Paare von Spannungssignalanlegungsschaltungen (oder eine Spannungssignalanlegungseinheit) 92 und 93 auf, um eine Steuerspannung als Spannungssignal an jede der Gruppen von Elektrodenpaaren zu legen.
Jede der Elektroden der Elektrodenpaare empfängt ein Spannungssignal von der Schaltung 92 oder 93. Im Ansprechen auf dieses Spannungssignal wird die auf einen negativen Wert gesetzte Steuerspannung an eine Elektrode jedes Elektrodenpaars gelegt und die auf einen positiven Wert gesetzte Steuerspannung an die andere Elektrode des Elektrodenpaars gelegt. Die absoluten Spannungswerte an den Elektroden jedes Elektrodenpaars sind gleich.
15 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung des Anlegens eines Spannungssignals an die Gruppe von Elektrodenpaaren 71 und 72.
Ein Paar von Schaltungen 92 und 93 legt, wie in 15 gezeigt, Steuerspannungen V11 und -V11 eines Spannungssignals an die Elektroden 71a und 71b und Steuerspannungen V12 und -V12 des Spannungssignals an die Elektroden 72a und 72b. Im Ansprechen auf dieses Spannungssignal wird eine durch die z-Achsen-Gruppe von Elektrodenpaaren 71 und 72 induzierte elektrostatische Kraft in der z-Achsen-Richtung auf das Objekt 40 aufgebracht. Folglich wird das Objekt 40 an einer Position relativ zur Gruppe von Elektrodenpaaren 71 und 72 in der z-Achsen-Richtung angeordnet.
In gleicher Weise legen Paare von Schaltungen 92 und 93 entsprechend Steuerspannungen von Spannungssignalen an die Gruppe von Elektrodenpaaren 73 und 74, die Gruppe von Elektrodenpaaren 75 und 76 und die Gruppe von Elektrodenpaaren 77 und 78, und wird eine von jeder Gruppe von Elektrodenpaaren induzierte elektrostatische Kraft in der z-Achsen-Richtung an das Objekt gelegt. Folglich wird das Objekt 40 an einer Position relativ zur Gruppe von Elektrodenpaaren 73 und 74, einer Position relativ zur Gruppe von Elektrodenpaaren 75 und 76 und einer Position relativ zur Gruppe von Elektrodenpaaren 77 und 78 angeordnet.
Ferner legt ein weiteres Paar von Schaltungen 92 und 93 eine Steuerspannung eines Steuersignals an die Gruppe von Elektrodenpaaren 50 und 52 und wird eine von der Gruppe von Elektrodenpaaren 50 und 52 induzierte elektrostatische Kraft in der y-Achsen-Richtung auf das Objekt 40 aufgebracht. Folglich wird das Objekt 40 an einer Position relativ zur Gruppe von Elektrodenpaaren 50 und 52 in der y-Achsen-Richtung angeordnet.
Ferner legt ein weiteres Paar von Schaltungen 92 und 93 eine Steuerspannung eines Steuersignals an die Gruppe von Elektrodenpaaren 54 und 56 und wird eine von der Gruppe von Elektrodenpaaren 54 und 56 induzierte elektrostatische Kraft in der x-Achsen-Richtung auf das Objekt 40 aufgebracht. Folglich wird das Objekt 40 an einer Position relativ zur Gruppe von Elektrodenpaaren 54 und 56 in der x-Achsen-Richtung angeordnet.
Folglich schwebt das Objekt 40 im Ansprechen auf diese elektrostatischen Kräfte im vakuumisierten Raum des Gehäuses 45.
Das Objekt 40 weist ein elektrostatisches Potential (oder eine Spannung) auf, bedingt durch die elektrostatische Kraft, die von jeder der Gruppen von Elektrodenpaaren 71 und 72, 73 und 74, 75 und 76, 77 und 78, 50 und 52 und 54 und 56 aufgebracht wird. Der Spannungspegel des Objekts 40 wird mit der Position des Objekts 40 im Gehäuse 45 geändert. Genauer gesagt, der Spannungspegel des Objekts 40 hängt von der Position des Objekts 40 relativ zu jeder Gruppe von Elektrodenpaaren ab. Folglich wird ein Positionssignal SP im Ansprechen auf das an jedes Paar von Schaltungen 92 und 93 gelegte Spannungssignal im Wesentlichen im Objekt 40 erzeugt und weist das Positionssignal einen Spannungspegel auf, welcher die Position des Objekts 40 relativ zur Gruppe von Elektrodenpaaren entsprechend dem Paar von Schaltungen 92 und 92 anzeigt.
Ferner weist die Gruppe von elektrisch miteinander verbundenen gemeinsamen Elektroden 80 einen Spannungspegel auf, der von den Spannungspegeln des Objekts 40 abhängt.
Der Detektor 100 weist ferner eine Positionserfassungsträgerwellenanlegungsschaltung (oder eine Trägerwellenanlegungseinheit) 94 zum Anlegen von mehreren Trägerwellen S_2i-1 und S_2i (i = 1, 2, ..., N; N ist eine positive ganze Zahl größer oder gleich 2) mit verschiedenen Frequenzen an die Gruppen von Elektrodenpaaren auf. Bei dieser Ausführungsform wird N = 3 gesetzt.
Wenn die Schaltung 94 mehrere Trägerwellen mit verschiedenen Frequenzen an die jeweiligen Gruppen von Elektrodenpaaren legt, wird jede Trägerwelle ebenso an das Objekt 40 gelegt, bedingt durch eine kapazitive Kopplung des Objekts 40 zu der entsprechenden Gruppe von Elektrodenpaaren. Im Objekt 40 wird die Amplitude der Trägerwelle, die durch jede Gruppe von Elektrodenpaaren angelegt wird, mit dem Spannungspegel des Objekts 40 geändert, in Abhängigkeit der Position des Objekts 40 bezüglich der Gruppe von Elektrodenpaaren. D. h., die Trägerwelle S_2i-1 oder S_2i, die durch jede Gruppe von Elektrodenpaaren angelegt wird, wird mit dem Positionssignal SP_2i-1 oder SP_2i entsprechend der Gruppe von Elektrodenpaaren moduliert, mehrere modulierte Signale SM_2i-1 und SM_2i mit modulierten Trägerwellen werden erzeugt, und die modulierten Signale werden im Wesentlichen durch Frequenzmultiplexen im Objekt 40 multiplext, um ein Eingangssignal Vin zu erzeugen.
16 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung von Trägerwellen, die an die jeweiligen Gruppen von Elektrodenpaaren gelegt werden.
Die Schaltung 94 legt sechs Positionserfassungsträgerwellen S₁, S₂, S₃, S₄, S₅ und S₆, die in der 16 gezeigt sind, an die jeweiligen Elektrodenpaare 71, 73, 75, 77, 50 und 54. Die Schaltung 94 legt sechs invertierte Trägerwellen S ₁, S ₂, S ₃, S ₄, S ₅ und S ₆ an die jeweiligen Elektrodenpaare 72, 74, 76, 78, 52 und 56. Jede invertierte Trägerwelle S _2i-1 weist die gleiche Frequenz wie die Trägerwelle S_2i-1 auf, jedoch eine Phase, die um π Radiant (oder 180 Grad) von der Phase der Trägerwelle S_2i-1 verschoben ist. Jede invertierte Trägerwelle S _2i weist die gleiche Frequenz wie die Trägerwelle S_2i auf, jedoch eine Phase, die um π Radiant (oder 180 Grad) von der Phase der Trägerwelle S_2i verschoben ist.
Die Trägerwellen S_2i-1 und S_2i an einem beliebigen Zeitpunkt t werden durch die folgenden Wellenfunktionen beschrieben: $S_{2i - 1} (t) = Asin2 π f_{i} {t und S}_{2 i} (t) = Asin2 π f_{i} (t + π / 2) .$
Folglich weisen die Trägerwellen S_2i-1 und S_2i in jedem Paar die gleiche Frequenz f_i=f_max/2^3-i(f_max ist eine Referenzfrequenz) auf, jedoch Phasen, die um π/2 Radiant (oder 90 Grad) voneinander verschoben sind.
Genauer gesagt, die Schaltung 94 legt die Trägerwelle S₁ und deren gewandelte Trägerwelle mit der niedrigsten Frequenz an die Elektrodenpaare 71 und 72 und legt die Trägerwelle S₂ und deren gewandelte Trägerwelle mit der niedrigsten Frequenz an die Elektrodenpaare 73 und 74. Folglich weist das Objekt 40, wie in 16 gezeigt, im Wesentlichen einen mit der Trägerwelle S₁ durch die Elektrodenpaare 71 und 72 schwingenden Spannungspegel und im Wesentlichen einen mit der Trägerwelle S₂ durch die Elektrodenpaare 73 und 74 schwingenden Spannungspegel auf.
Die Schaltung 94 legt die Trägerwelle S₃ und deren gewandelte Trägerwelle mit der Frequenz, die höher als die der Trägerwelle S₁ ist, an die Elektrodenpaare 75 und 76 und legt die Trägerwelle S₄ und deren gewandelte Trägerwelle mit der Frequenz, die höher als die der Trägerwelle S₂ ist, an die Elektrodenpaare 77 und 78. Folglich weist das Objekt 40, wie in 16 gezeigt, im Wesentlichen einen mit der Trägerwelle S₃ durch die Elektrodenpaare 75 und 76 schwingenden Spannungspegel und im Wesentlichen einen mit der Trägerwelle S₄ durch die Elektrodenpaare 77 und 78 schwingenden Spannungspegel auf.
Die Schaltung 94 legt die Trägerwelle S₅ und deren gewandelte Trägerwelle mit der höchsten Frequenz an die Elektrodenpaare 54 und 56 und legt die Trägerwelle S₆ und deren gewandelte Trägerwelle mit der höchsten Frequenz an die Elektrodenpaare 50 und 52. Folglich weist das Objekt 40, wie in 16 gezeigt, im Wesentlichen einen mit der Trägerwelle S₅ durch die Elektrodenpaare 54 und 56 schwingenden Spannungspegel und im Wesentlichen einen mit der Trägerwelle S₆ durch die Elektrodenpaare 50 und 52 schwingenden Spannungspegel auf.
Folglich werden die Trägerwellen S_2i-1 und S_2i mit den jeweiligen Positionssignalen SP_2i-1 und SP_2i im Objekt 40 moduliert, um sechs modulierte Signale SM_2i-1 und SM_2i zu erzeugen. Die Amplitude der modulierten Trägerwelle in jedem modulierten Signal wird mit der Bewegung des Objekts 40, die durch eine Beschleunigung und eine Winkelgeschwindigkeit verursacht wird, die auf das Gehäuse 45 aufgebracht werden, geändert. Der Spannungspegel des Objekts 40 wird durch ein Eingangssignal Vin angezeigt, das durch Multiplexen der modulierten Signale definiert wird.
Im Ansprechen auf die an das Objekt 40 gelegte Spannung wird ein elektrisches Feld durch das Objekt 40 induziert und wird eine auf diesem elektrischen Feld basierende Spannung an die elektrisch miteinander verbundenen gemeinsamen Elektroden 80 gelegt. Da die Spannung des Objekts 40 in Abhängigkeit der Positionen des Objekts 40 geändert wird, weisen die gemeinsamen Elektroden 80 eine zeitabhängige Spannung entsprechend der Position des Objekts 40 auf.
Der Detektor 100 weist ferner eine Synchronerfassungsschaltung (oder eine Synchronerfassungseinheit) 96 auf, um ein die Spannung des Objekts 40 anzeigendes Stromsignal Ip von den gemeinsamen Elektroden 80 zu empfangen, das Eingangssignal Vin aus dem Stromsignal Ip zu erhalten, um im Wesentlichen das Eingangssignal Vin zu empfangen, das über die gemeinsamen Elektroden 80 vom Objekt 40 übertragen wird, und jede modulierte Trägerwelle des Eingangssignals Vin bei der synchronen Erfassung zu erfassen, um das Positionssignal SP_2i-1 oder SP_2i aus dem Eingangssignal Vin zu extrahieren.
Die Schaltung 96 empfängt einen elektrischen Strom entsprechend der Spannung der gemeinsamen Elektroden 80 als Stromsignal Ip von den gemeinsamen Elektroden 80. Dieses Signal Ip zeigt die Position des Objekts 40 relativ zur Gruppe von Elektrodenpaaren 71 und 72, die Position des Objekts 40 relativ zur Gruppe von Elektrodenpaaren 73 und 74 , die Position des Objekts 40 relativ zur Gruppe von Elektrodenpaaren 75 und 76, die Position des Objekts 40 relativ zur Gruppe von Elektrodenpaaren 77 und 78, die Position des Objekts 40 relativ zur Gruppe von Elektrodenpaaren 50 und 52 und die Position des Objekts 40 relativ zur Gruppe von Elektrodenpaaren 54 und 56.
17 zeigt ein Blockdiagramm der Synchronerfassungsschaltung 96 des Detektors 100, und 18 zeigt mit Positionssignalen modulierte Trägerwellen und ein Eingangssignal Vin in einer Modulationsperiode.
Die Schaltung 96 weist, wie in 17 gezeigt, einen Strom-Spannungs-(C/V)-Wandler 97 zum Wandeln des Stromsignals Ip, das durch einen Strompegel angezeigt wird, in das Eingangssignal Vin, das durch einen Spannungspegel angezeigt wird, einen Verstärker 98 zum Verstärken des Eingangssignals Vin und den Demodulator 20 auf, um die Demodulation für das verstärkte Eingangssignal Vin auszuführen, um die Positionssignale SP_2i-1 und SP_2i aus den modulierten Signalen zu reproduzieren.
Das Eingangssignal Vin weist, wie in 18 gezeigt, sechs modulierte Signale SM_2i-1 und SM_2i auf, und jedes modulierte Signal weist eine mit einem Positionssignal SP_2i-1 oder SP_2i modulierte Trägerwelle auf.
Der Detektor 100 weist ferner, wie in 14 gezeigt, eine Steuerschaltung (oder eine Steuereinheit) 90 auf, um die Stärke einer Beschleunigung, die in der x-Achsen-Richtung auf das Gehäuse 45 aufgebracht wird, die Stärke einer Beschleunigung, die in der y-Achsen-Richtung auf das Gehäuse 45 aufgebracht wird, die Stärke einer Beschleunigung, die in der z-Achsen-Richtung auf das Gehäuse 45 aufgebracht wird, den Pegel einer Winkelgeschwindigkeit, die um die x-Achse auf das Gehäuse 45 aufgebracht wird, und den Pegel einer Winkelgeschwindigkeit, die um die y-Achse auf das Gehäuse 45 aufgebracht wird, aus den in der Schaltung 96 extrahierten Positionssignalen zu erfassen, um die erfasste Beschleunigung und die erfasste Winkelgeschwindigkeit auszugeben, und um die Schaltungen 92 und 93 zu steuern, um die an die Gruppe von Elektrodenpaaren gelegten Spannungssignale in Übereinstimmung mit den Positionssignalen abzustimmen und das Objekt 40 an einer vorbestimmten Position im Gehäuse 45 zu halten oder an eine vorbestimmte Position im Gehäuse 45 zurückzubringen, gegenüber der Beschleunigung und der Winkelgeschwindigkeit, die auf das Gehäuse 45 aufgebracht werden.
Um das durch eine Beschleunigung und/oder Winkelgeschwindigkeit verschobene Objekt 40 im Ansprechen auf die Positionssignale an eine vorbestimmte Position im Gehäuse 45 zurückzubringen, steuert die Schaltung 90 die Schaltungen 71 und 72, um Spannungssignale an die Gruppen von Elektrodenpaaren zu legen.
Das Gehäuse 45 empfängt nach dem Empfang der Positionssignale in der Schaltung 90 jedoch immer noch eine externe Kraft. Folglich wird das Objekt 40 auch dann, wenn die Schaltung 90 die Schaltungen 71 und 72 in Übereinstimmung mit den Positionssignalen steuert, mit einer zeitabhängigen Geschwindigkeit durch zeitabhängige Verschiebungswerte entlang der x-Achse, der y-Achse und der z-Achse bewegt und von der vorbestimmten Position verschoben. Folglich zeigen die in der Schaltung 96 extrahierten Positionssignale eine externe Kraft, die kürzlich im Gehäuse 45 empfangen wurde.
Die Schaltung 90 erfasst die auf das Gehäuse 45 aufgebrachte Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit aus den Positionssignalen, welche die Positionen des Objekts 40 relativ zu den Gruppen von Elektrodenpaaren anzeigen, und gibt die erfasste Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit an externe Vorrichtungen.
Genauer gesagt, die Schaltung 90 erfasst die Stärke einer Beschleunigung in der x-Achsen-Richtung aus dem Positionssignal entsprechend der Gruppe von Elektrodenpaaren 54 und 56, erfasst die Stärke einer Beschleunigung in der y-Achsen-Richtung aus dem Positionssignal entsprechend der Gruppe von Elektrodenpaaren 50 und 52 und erfasst die Stärke einer Beschleunigung in der z-Achsen-Richtung aus den Positionssignalen entsprechend der Gruppe von Elektrodenpaaren 71 und 72, der Gruppe von Elektrodenpaaren 73 und 74, der Gruppe von Elektrodenpaaren 75 und 76 und der Gruppe von Elektrodenpaaren 77 und 78.
Ferner erfasst die Schaltung 90 den Pegel einer Winkelgeschwindigkeit um die x-Achse und den Pegel einer Winkelgeschwindigkeit um die y-Achse aus den Positionssignale entsprechend der Gruppe von Elektrodenpaaren 71 und 72, der Gruppe von Elektrodenpaaren 73 und 74, der Gruppe von Elektrodenpaaren 75 und 76 und der Gruppe von Elektrodenpaaren 77 und 78.
Die Positionssignale entsprechend den Positionen des Objekts 40 relativ zu den jeweiligen Gruppen von Elektrodenpaaren zeigen, wie vorstehend beschrieben, die Stärke einer Beschleunigung in der x-Achsen-Richtung, die Stärke einer Beschleunigung in der y-Achsen-Richtung, die Stärke einer Beschleunigung in der z-Achsen-Richtung, den Pegel einer Winkelgeschwindigkeit um die x-Achse und den Pegel einer Winkelgeschwindigkeit um die y-Achse an. Diese Positionssignale werden mit den Trägerwellen im Objekt 40 moduliert, und die modulierten Signale werden zum Eingangssignal Vin gemultiplext. Die Schaltung 96 reproduziert die Positionssignale aus dem Eingangssignal Vin. Die Schaltung 90 erfasst die Beschleunigung und die Winkelgeschwindigkeit aus den Positionssignalen.
Folglich kann die Schaltung 90 das Objekt 40 in Übereinstimmung mit den extrahierten Positionssignalen steuern, um das Objekt 40 an der vorbestimmten Position (d.h. der vorbestimmten Position entlang der x-Achse, der vorbestimmten Position entlang der y-Achse und der vorbestimmten Position entlang der z-Achse) zu halten, und kann der Detektor die x-Achsen-Beschleunigung, die y-Achsen-Beschleunigung, die z-Achsen-Beschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit um die x-Achse und die Winkelgeschwindigkeit um die y-Achse, die auf das Gehäuse 45 aufgebracht werden, als physikalische Eigenschaften erfassen.
Nachstehend wird die Genauigkeit bei der Erfassung der Beschleunigung und der Winkelgeschwindigkeit beschrieben.
Die Schaltung 90 erfasst die auf das Gehäuse 45 aufgebrachte x-Achsen-Beschleunigung, indem sie eine Änderung in der x-Achsen-Position des Objekts 40 über die Zeit berechnet. Die Schaltung 90 erfasst die auf das Gehäuse 45 aufgebrachte y-Achsen-Beschleunigung, indem sie eine Änderung in der y-Achsen-Position des Objekts 40 über die Zeit berechnet. Die Schaltung 90 erfasst die auf das Gehäuse 45 aufgebrachte z-Achsen-Beschleunigung, indem sie eine Änderung in der z-Achsen-Position des Objekts 40 über die Zeit berechnet.
Demgegenüber erfasst die Schaltung 90 die Winkelgeschwindigkeit um die x-Achse, indem sie die Drehbeschleunigung um die x-Achse über die z-Achsen-Positionssignale berechnet und die Drehbeschleunigung über die Zeit integriert. Die Schaltung 90 erfasst die Winkelgeschwindigkeit um die y-Achse, indem sie die Drehbeschleunigung um die y-Achse über die z-Achsen-Positionssignale berechnet und die Drehbeschleunigung über die Zeit integriert.
Da die Winkelgeschwindigkeit über die Berechnung der Drehbeschleunigung und die Integration der Drehbeschleunigung über die Zeit erfasst wird, ist es erforderlich, die Genauigkeit bei den in der Schaltung 90 reproduzierten z-Achsen-Positionssignale verglichen mit der Genauigkeit bei den x-Achsen-Positionssignalen und den y-Achsen-Positionssignalen, die reproduziert werden, zu erhöhen.
Bei dieser Ausführungsform wird die Trägerwelle S₅ mit der höchsten Frequenz an die Elektrodenpaare 54 und 56 gelegt, um die x-Achsen-Beschleunigung zu erfassen, und wird die Trägerwelle S₆ mit der höchsten Frequenz an die Elektrodenpaare 50 und 52 gelegt, um die y-Achsen-Beschleunigung zu erfassen, und werden die Trägerwellen S₁ bis S₄ mit einer Frequenz, die geringer als die der Trägerwellen S₅ oder S₆ ist, an die Elektrodenpaare 71 bis 78 gelegt, um die Winkelgeschwindigkeit um die x-Achse und die Winkelgeschwindigkeit um die y-Achse zu erfassen, zusätzlich zur z-Achsen-Beschleunigung.
Folglich können die Positionssignale mit hoher Genauigkeit extrahiert werden und die Genauigkeit bei der Winkelgeschwindigkeit um die x-Achse und die Genauigkeit bei der Erfassung der Winkelgeschwindigkeit um die y-Achse in geeigneter Weise erhöht werden, da die Positionssignale, welche die Positionen des Objekts 40 entlang der z-Achse anzeigen, den Trägerwellen S₁ bis S₄, welche die niedrigste Frequenz aufweisen, überlagert werden.
Bei dieser Ausführungsform wird das Objekt 40 lediglich in das Gehäuse 45 gesetzt. Vorzugsweise wird das Objekt 40 jedoch zwingend an seiner Mittelachse um die z-Achse gedreht. In diesem Fall kann die Genauigkeit bei der Erfassung der Winkelgeschwindigkeit weiter verbessert werden. So werden beispielsweise Ansteuerelektroden an den Abdeckungen 43 und 44 befestigt, um Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden zu legen und das Objekt 40 um die z-Achse zu drehen. Ferner sind vorzugsweise Haltelemente im Gehäuse 45 angeordnet, um das Objekt 40 entlang der z-Achse beweglich zu halten. In diesem Fall kann die Genauigkeit bei der Erfassung der Winkelgeschwindigkeit weiter verbessert werden.
Ferner wird das Verfahren zum Übertragen von modulierten Signalen, die durch Frequenzmultiplexen gemultiplext werden, bei dieser Ausführungsform für einen Detektor 100 zur Erfassung einer physikalischen Größe verwendet. Das Verfahren kann jedoch für jedes beliebige Übertragungssystem verwendet werden, in dem eine synchrone Erfassung für ein übertragenes Signal in einem Empfangsende ausgeführt wird.
Ferner ist der das Verfahren anwendende Detektor zur Erfassung einer physikalischen Größe nicht auf den Aufbau dieser Ausführungsform beschränkt. Der Detektor kann beispielsweise ein ringförmiges schwebendes Objekt anstelle des scheibenförmigen schwebenden Objekts 40 aufweisen, um den Ausbau des Sensors 50 zu ändern.
(Modifikation der dritten Ausführungsform)
Bei dem Detektor 100 der dritten Ausführungsform ist die Anzahl von Gruppen von Elektrodenpaaren 71 bis 78 zum Halten des Objekts 40 entlang der z-Achse höher als die Anzahl von Frequenzen der Trägerwellen S₁ bis S₄, die an die Gruppen von Elektrodenpaaren 71 bis 78 gelegt werden. Folglich wird die Frequenz der Trägerwelle S₃ und S₄ entsprechend den Elektrodenpaaren 75 bis 78 von der Frequenz der Trägerwelle S₁ und S₂ entsprechend den Elektrodenpaaren 71 bis 74 unterschieden. Dies führt dazu, dass sich die Genauigkeit bei der synchronen Erfassung der Trägerwelle S₃ und S₄ in diesem Fall von der Genauigkeit bei der synchronen Erfassung der Trägerwelle S₁ und S₂ unterscheidet. Dies führt dazu, dass die Möglichkeit besteht, dass die Genauigkeit bei der Erfassung der z-Achsen-Beschleunigung, die Genauigkeit bei der Erfassung der Winkelgeschwindigkeit um die x-Achse und/oder die Genauigkeit bei der Erfassung der Winkelgeschwindigkeit um die y-Achse verringert werden könnte.
Bei dieser Modifikation wird die Zuordnung der Trägerwelle S₁ bis S₄ zu den Elektrodenpaaren 71 bis 78 periodisch geändert, um die Genauigkeit bei der Erfassung entsprechend den Elektrodenpaaren 71 und 72, die Genauigkeit bei der Erfassung entsprechend den Elektrodenpaaren 73 und 74, die Genauigkeit bei der Erfassung entsprechend den Elektrodenpaaren 75 und 76 und die Genauigkeit bei der Erfassung entsprechend den Elektrodenpaaren 77 und 78 untereinander auszugleichen.
19 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung der Entsprechung bzw. Zuordnung der Trägerwellen S₁ bis S₆ zu den Gruppen von Elektrodenpaaren.
Die Schaltung 94 ändert, wie in 19 gezeigt, die Zuordnung der Trägerwelle S₁ bis S₄ zu den Elektrodenpaaren 71 bis 78 jede Modulationsperiode, um die Änderung in einem Zyklus von vier Modulationsperiode rotieren oder zirkulieren zu lassen. So empfangen beispielsweise die Gruppen von Elektrodenpaaren 71 bis 78 in dieser Reihenfolge zyklisch die Trägerwelle S₁, während sie jede Modulationsperiode geändert werden.
Ferner ändert die Schaltung 94 die Entsprechung bzw. Zuordnung der Trägerwelle S₅ und S₆ zu den Elektrodenpaaren 50 bis 54 jede Modulationsperiode, um die Änderung in einem Zyklus von zwei Modulationsperiode rotieren oder zirkulieren zu lassen. So werden beispielsweise die Trägerwellen S₅ und S₆ in dieser Reihenfolge abwechselnd an die Gruppe von Elektrodenpaaren 54 und 56 gelegt, während sie jede Modulationsperiode geändert werden.
Folglich können die Genauigkeit bei der Erfassung entsprechend den Elektrodenpaaren 71 und 72, die Genauigkeit bei der Erfassung entsprechend den Elektrodenpaaren 73 und 74, die Genauigkeit bei der Erfassung entsprechend den Elektrodenpaaren 75 und 76 und die Genauigkeit bei der Erfassung entsprechend den Elektrodenpaaren 77 und 78 untereinander ausgeglichen werden. In diesem Fall können die Genauigkeit bei der Erfassung der z-Achsen-Beschleunigung, die Genauigkeit bei der Erfassung der Winkelgeschwindigkeit um die x-Achse und die Genauigkeit bei der Erfassung der Winkelgeschwindigkeit um die y-Achse auch dann hoch gehalten werden, wenn die Anzahl von Gruppen von Elektrodenpaaren 71 bis 78 zum Halten des Objekts 40 entlang der z-Achse höher ist als die Anzahl von Frequenzen der Trägerwellen, die an die Gruppen von Elektrodenpaaren 71 bis 78 gelegt wird.
Ferner kann die Genauigkeit bei der Erfassung der x-Achsen-Beschleunigung zuverlässig mit der Genauigkeit bei der Erfassung der y-Achsen-Beschleunigung ausgeglichen werden.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sollten nicht derart angesehen werden, dass sie die vorliegende Erfindung auf die Strukturen dieser Ausführungsformen beschränken. Die Struktur der vorliegenden Erfindung kann mit aus dem Stand der Technik bekannten Strukturen kombiniert werden.
Vorstehend sind ein Verfahren zum Übertragen von modulierten Signalen, die durch Frequenzmultiplexen gemultiplext werden, und ein dieses Verfahren anwendender Detektor zur Erfassung einer physikalischen Größe offenbart.
Ein Übertragungsverfahren weist die folgenden Schritte auf: Modulieren von Trägerwellen, die Frequenzen aufweisen, die auf 1/2^N-n (n ≤ N; n ist eine positive ganze Zahl) einer Referenzfrequenz eingestellt werden, mit Übertragungssignalen, um modulierte Signale zu erzeugen, Multiplexen der modulierten Signale durch Frequenzmultiplexen, um ein Eingangssignal zu erzeugen, und Übertragen des Eingangssignals zu einem Synchrondetektor, in welchem die Übertragungssignale aus dem Eingangssignal extrahiert werden, indem ein gleitender Mittelwert des Eingangssignals jede Abtastperiode entsprechend der Referenzfrequenz berechnet und eine Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend dem Zyklus von jeder Trägerwelle für die gleitenden Mittelwerte ausgeführt wird. Die Frequenz von jeder Trägerwelle, die mit einem Übertragungssignal mit einem ersten Signalpegel moduliert wird, ist kleiner oder gleich der Frequenz von jeder beliebigen Trägerwelle, die mit einem anderen Übertragungssignal mit einem zweiten Signalpegel, der größer als der erste Signalpegel ist, moduliert wird.

Claims

Verfahren zum Übertragen von mehreren modulierten Signalen, die durch Frequenzmultiplexen gemultiplext werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Vorbereiten von mehreren Übertragungssignalen; - Modulieren von mehreren Trägerwellen, die Frequenzen aufweisen, die auf 1/2^N-n (n ist eine variable positive ganze Zahl kleiner oder gleich einer positiven ganzen Zahl N) einer Referenzfrequenz gesetzt werden, mit den jeweiligen Übertragungssignalen, um mehrere modulierte Signale zu erzeugen, welche die jeweiligen modulierten Trägerwellen aufweisen; - Multiplexen der modulierten Signale durch das Frequenzmultiplexen, um ein Eingangssignal zu erzeugen; und - Übertragen des Eingangssignals an einen Synchrondetektor, in dem eine synchrone Erfassung ausgeführt wird, um das jeweilige Übertragungssignal, entsprechend jeder modulierten Trägerwelle des Eingangssignals, aus dem Eingangssignal zu extrahieren, durch Berechnen eines gleitendes Mittelwerts des Eingangssignals jede Abtastperiode gleich der Hälfte oder einem Viertel eines Referenzzyklus entsprechend der Referenzfrequenz und Ausführen einer Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend einem Zyklus der entsprechenden Trägerwelle für die gleitenden Mittelwerte, um einen Signalpegel des jeweiligen Übertragungssignals zu erfassen, wobei - der Schritt zum Modulieren der Trägerwellen den folgenden Schritt aufweist: - Bestimmen der Frequenz von jeder Trägerwelle, die mit einem Übertragungssignal mit einem ersten Signalpegel moduliert wird, derart, dass sie kleiner oder gleich der Frequenz von jeder beliebigen Trägerwelle ist, die mit einem anderen Übertragungssignal mit einem zweiten Signalpegel moduliert wird, der höher als der erste Signalpegel ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Übertragen des Eingangssignals zum Synchrondetektor die folgenden Schritte aufweist: - Vorbereiten einer Impulsverzögerungsschaltung mit mehreren Verzögerungseinheiten, die in Reihe geschaltet sind; - Anlegen des Eingangssignals an jede der Verzögerungseinheiten, um eine Verzögerungszeit von jeder Verzögerungseinheit in Übereinstimmung mit einem Pegel des Eingangssignals einzustellen; - Übertragen eines Impulssignals an die Reihe von Verzögerungseinheiten, während das Impulssignal in jeder der Verzögerungseinheiten mit der Verzögerungszeit verzögert wird; - Zählen einer Anzahl von durchlaufenen Verzögerungseinheiten, welche das Impulssignal durchlaufen hat, von den Verzögerungseinheiten jede Abtastperiode, um den gleitenden Mittelwert des Eingangssignals aus der Anzahl von Verzögerungseinheiten zu berechnen, die jede Abtastperiode durchlaufen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Modulieren der Trägerwellen ferner den folgenden Schritt aufweist: - Vorbereiten der Trägerwellen, die verschiedene Frequenzen aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Modulieren der Trägerwellen ferner den folgenden Schritt aufweist: - Vorbereiten von mehreren ersten Trägerwellen, die verschiedene Frequenzen aufweisen, und von mehreren zweiten Trägerwellen, die verschiedene Frequenzen aufweisen, derart als die Trägerwellen, dass jede der ersten Trägerwellen die gleiche Frequenz wie die Frequenz von einer zweiten Trägerwelle und eine Phase, die um π/2 Radiant von einer Phase der zweiten Trägerwelle verschoben ist, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Übertragen des Eingangssignals zum Synchrondetektor die folgenden Schritte aufweist: - Übertragen der Referenzfrequenz zum Synchrondetektor; - Berechnen der Abtastperiode aus der übertragenen Referenzfrequenz; und - Berechnen, als die Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend dem Zyklus jeder Trägerwelle, einer Differenz zwischen einer Summe der gleitenden Mittelwerte des Eingangssignals in einer ersten Phasenperiode der Trägerwelle, in welcher die Trägerwelle einen positiven Wert aufweist, und einer Summe der gleitenden Mittelwerte des Eingangssignals in einer zweiten Phasenperiode der Trägerwelle, in welcher die Trägerwelle einen negativen Wert aufweist, jede Modulationsperiode entsprechend einem Zyklus der Trägerwelle mit einer minimalen Frequenz unter den Trägerwellen, um einen mittleren Signalpegel des Informationssignals zu erhalten, welches die Trägerwelle moduliert.
Detektor zur Erfassung einer physikalischen Größe unter Anwendung des Verfahrens zum Übertragen von mehreren modulierten Signalen gemäß Anspruch 1, mit: - einem Gehäuse, das eine Beschleunigung und/oder eine Winkelgeschwindigkeit erfährt; - einem Objekt, das in einem offenen Raum des Gehäuses angeordnet ist und im Ansprechen auf die Beschleunigung und/oder die Winkelgeschwindigkeit, die auf das Gehäuse aufgebracht wird/werden, relativ zum Gehäuse bewegt wird; - einem ersten Kraftinduzierungselement; - einem zweiten Kraftinduzierungselement; - einer Spannungssignalversorgungseinheit, die ein erstes Spannungssignal an das erste Kraftinduzierungselement legt, um das Objekt durch eine erste elektrostatische Kraft, die durch das erste Kraftinduzierungselement im Ansprechen auf das erste Spannungssignal induziert und auf das Objekt aufgebracht wird, in einer ersten Richtung zu positionieren, und um ein erstes Positionssignal, von dem ein Spannungspegel eine Position des Objekt in der ersten Richtung anzeigt, im Objekt zu erzeugen, und die ein zweites Spannungssignal an das zweite Kraftinduzierungselement legt, um das Objekt in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung zu positionieren, durch eine elektrostatische Kraft, die vom zweiten Kraftinduzierungselement im Ansprechen auf das zweite Spannungssignal induziert und auf das Objekt aufgebracht wird, und um ein zweites Positionssignal, von dem ein Spannungspegel eine Position des Objekts in der zweiten Richtung anzeigt, im Objekt zu erzeugen; - einer Trägerwellenanlegungseinheit, die mehrere Trägerwellen mit Frequenzen an die jeweiligen Kraftinduzierungselemente legt, um die Trägerwellen über die Kraftinduzierungselemente an das Objekt zu legen, wobei ein Eingangssignal im Objekt erzeugt wird, indem die über jedes Kraftinduzierungselement an das Objekt gelegte Trägerwelle mit dem Positionssignal entsprechend dem Kraftinduzierungselement moduliert wird, um mehrere modulierte Signale mit modulierten Trägerwellen zu erzeugen, und die modulierten Signale durch Frequenzmultiplexen gemultiplext werden; - einer Synchronerfassungseinheit, welche das vom Objekt übertragene Eingangssignal empfängt und eine synchrone Erfassung ausführt, um das Positionssignal, entsprechend jeder modulierten Trägerwelle, aus dem Eingangssignal zu extrahieren; und - einer Steuereinheit, die, in Übereinstimmung mit den von der Synchronerfassungseinheit extrahierten Positionssignalen, die Spannungssignalanlegungseinheit steuert, um die an die Kraftinduzierungselemente gelegten Spannungssignale abzustimmen, und um das Objekt, auf welches die elektrostatischen Kräfte in Übereinstimmung mit den abgestimmten Spannungssignalen aufgebracht werden, an einer vorbestimmten Position im Gehäuse zu halten, eine Stärke einer Beschleunigung, die in der ersten Richtung auf das Gehäuse aufgebracht wird, aus dem ersten Positionssignal entsprechend dem ersten Kraftinduzierungselement als eine physikalische Größe erfasst, und einen Pegel einer Winkelgeschwindigkeit, die um die erste Richtung oder eine dritte Richtung senkrecht zur ersten und zur zweiten Richtung auf das Gehäuse aufgebracht wird, aus dem zweiten Positionssignal entsprechend dem zweiten Kraftinduzierungselement als eine andere physikalische Größe erfasst, wobei - die Trägerwellenanlegungseinheit die Frequenzen der Trägerwellen auf 1/2^N-n (n ist eine variable positive ganze Zahl kleiner oder gleich einer positiven ganzen Zahl N) einer Referenzfrequenz einstellt, - die Synchronerfassungseinheit einen gleitenden Mittelwert des Eingangssignals jede Abtastperiode gleich der Hälfte oder einem Viertel eines Referenzzyklus entsprechend der Referenzfrequenz berechnet und eine Additions- und Subtraktionsberechnung entsprechend einem Zyklus von jeder Trägerwelle für die gleitenden Mittelwerte ausführt, um einen Signalpegel des Positionssignals zu erfassen, welches die Trägerwelle moduliert, und - die Trägerwellenanlegungseinheit die Frequenz der Trägerwelle, die an das zweite Kraftinduzierungselement entsprechend der von der Steuereinheit erfassten Winkelgeschwindigkeit gelegt wird, derart bestimmt, dass sie kleiner oder gleich der Frequenz der Trägerwelle ist, die an das erste Kraftinduzierungselement entsprechend der von der Steuereinheit erfassten Beschleunigung gelegt wird.
Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kraftinduzierungselement eine erste Gruppe von zwei Elektrodenpaaren aufweist, die sich entlang der ersten Richtung mit dem Objekt zwischen den Elektrodenpaaren gegenüberliegen, um das Objekt in der ersten Richtung zu positionieren, das zweite Kraftinduzierungselement mehrere zweite Gruppen von zwei Elektrodenpaaren aufweist, wobei sich die Elektrodenpaare in jeder zweiten Gruppe entlang der zweiten Richtung mit dem Objekt zwischen den Elektrodenpaaren gegenüberliegen, um das Objekt in der zweiten Richtung zu positionieren, die Trägerwellenanlegungseinheit die Trägerwellen an die jeweiligen Gruppen von zwei Elektrodenpaaren legt, und die Frequenzen der Trägerwellen, die an die zweiten Gruppen von zwei Elektrodenpaaren gelegt werden, entsprechend der von der Steuereinheit erfassten Winkelgeschwindigkeit, derart eingestellt werden, dass sie geringer als die Frequenz der Trägerwelle sind, die an die erste Gruppe von zwei Elektrodenpaaren gelegt wird, entsprechend der von der Steuereinheit erfassten Beschleunigung.
Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerwellenanlegungseinheit die Trägerwellen, die verschiedene Frequenzen aufweisen, an die jeweiligen zweiten Gruppen von zwei Elektrodenpaaren entsprechend der Winkelgeschwindigkeit legt und die Korrespondenz der Frequenzen der Trägerwellen zu den zweiten Gruppen von Elektrodenpaaren periodisch ändert.
Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kraftinduzierungselement eine erste Gruppe von zwei Elektrodenpaaren aufweist, die sich entlang der ersten Richtung mit dem Objekt zwischen den Elektrodenpaaren gegenüberliegen, um das Objekt in der ersten Richtung zu positionieren, das zweite Kraftinduzierungselement mehrere zweite Gruppen von zwei Elektrodenpaaren aufweist, wobei sich die Elektrodenpaare in jeder zweiten Gruppe entlang der zweiten Richtung mit dem Objekt zwischen den Elektrodenpaaren gegenüberliegen, um das Objekt in der zweiten Richtung zu positionieren, das erste Kraftinduzierungselement ferner eine dritte Gruppe von zwei Elektrodenpaaren aufweist, die sich entlang der dritten Richtung mit dem Objekt zwischen den Elektrodenpaaren gegenüberliegen, um das Objekt in der dritten Richtung zu positionieren, die Trägerwellenanlegungseinheit die Trägerwellen an die jeweiligen Gruppen von zwei Elektrodenpaaren legt, die Spannungssignalanlegungseinheit ein drittes Spannungssignal an die dritte Gruppe von zwei Elektrodenpaaren legt, um das Objekt in der dritten Richtung zu positionieren, durch eine elektrostatische Kraft, die von der dritten Gruppe von zwei Elektrodenpaaren auf das Objekt aufgebracht wird, und um ein drittes Positionssignal, von dem ein Spannungspegel eine Position des Objekts in der dritten Richtung anzeigt, im Objekt zu erzeugen, die Synchronerfassungseinheit das dritte Positionssignal aus dem Eingangssignal extrahiert, die Steuereinheit, in Übereinstimmung mit dem dritten Positionssignal, das von der Synchronerfassungseinheit extrahiert wird, die Spannungssignalanlegungseinheit steuert, um das dritte Spannungssignal abzustimmen und das Objekt, auf welches die elektrostatischen Kräfte in Übereinstimmung mit dem abgestimmten dritten Spannungssignal aufgebracht werden, an der vorbestimmten Position im Gehäuse zu halten, und eine Stärke einer Beschleunigung, die entlang der dritten Richtung auf das Gehäuse aufgebracht wird, aus dem dritten Positionssignal als andere physikalische Größe erfasst, und die Frequenzen der Trägerwellen, die an die zweiten Gruppen von zwei Elektrodenpaaren entsprechend der Winkelgeschwindigkeit gelegt werden, derart eingestellt werden, dass sie geringer als die Frequenzen der Trägerwellen sind, die an die erste und die dritte Gruppe von zwei Elektrodenpaaren entsprechen der Beschleunigung gelegt werden.
Detektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerwellenanlegungseinheit die Trägerwellen, die verschiedene Frequenzen aufweisen, an die jeweiligen zweiten Gruppen von zwei Elektrodenpaaren entsprechend der Winkelgeschwindigkeit legt und die Korrespondenz der Frequenzen der Trägerwellen zu den zweiten Gruppen von Elektrodenpaaren periodisch ändert.
Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronerfassungseinheit aufweist: - eine Impulsverzögerungsschaltung, die mehrere in Reihe geschaltete Verzögerungseinheiten aufweist und das Eingangssignal an jede der Verzögerungseinheiten legt, um eine Verzögerungszeit von jeder Verzögerungseinheit in Übereinstimmung mit einem Pegel des Eingangssignals einzustellen, und ein Impulssignal zur Reihe von Verzögerungseinheit überträgt, während sie das Impulssignal in jeder der Verzögerungseinheiten mit der Verzögerungszeit verzögert; und - eine Rechenschaltung, die ein Anzahl von durchlaufenen Verzögerungseinheiten, welche das Impulssignal durchlaufen hat, von den Verzögerungseinheiten jede Abtastperiode zählt und den gleitenden Mittelwert des Eingangssignals aus der Anzahl von durchlaufenen Verzögerungseinheiten jede Abtastperiode berechnet.
Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Frequenzen der Trägerwellen, die von der Trägerwellenanlegungseinheit angelegt werden, voneinander unterscheiden.
Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerwellenanlegungseinheit mehrere erste Trägerwellen, die verschiedene Frequenzen aufweisen, und mehrere zweite Trägerwellen, die verschiedene Frequenzen aufweisen, derart als die Trägerwellen vorbereitet, dass jede der ersten Trägerwellen die gleiche Frequenz wie die Frequenz von einer zweiten Trägerwelle und eine Phase, die um π/2 Radiant von einer Phase der zweiten Trägerwelle verschoben ist, aufweist.