JP2003215156A - Measuring instrument - Google Patents

Measuring instrument

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JP2003215156A
JP2003215156A JP2002019534A JP2002019534A JP2003215156A JP 2003215156 A JP2003215156 A JP 2003215156A JP 2002019534 A JP2002019534 A JP 2002019534A JP 2002019534 A JP2002019534 A JP 2002019534A JP 2003215156 A JP2003215156 A JP 2003215156A
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electrode
excitation
input
electrical signal
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JP2002019534A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuya Kajita
徹矢 梶田
Original Assignee
Yamatake Corp
株式会社山武
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the measuring precision of a measuring instrument.
SOLUTION: This measuring instrument selects one line out of three lines of independent energizing electrodes 4X, 4Y, 4Z, 5X, 5Y, 5Z provided in a ball sensor 1 of three inputs and one output in order in every measuring period of a prescribed cycle, and has switches SX1a, SX1b, SX2a, SX2b, SY1a, SY1b, SY2a, SY2b, SZ1a, SZ1b, SZ2a, SZ2b for connecting the selected the one-line of the energizing electrodes to an electric power source PS1.
COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、例えば加速度や圧力等の物理量を計測する計測装置に係り、特にn入力1 BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] [Technical Field of the Invention The present invention is, for example, relates to a measuring device for measuring a physical quantity such as acceleration or pressure, in particular an n-input 1
出力センサやn入力n出力センサを用いてn入力の物理量を計測する計測装置に関するものである。 Using the output sensor or n-input n output sensor relates measuring device for measuring a physical quantity of n inputs. 【0002】 【従来の技術】従来より、複数の物理量を計測する多入力センサが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, it is known a multi-input sensor for measuring a plurality of physical quantities. このような多入力センサの1 1 of such a multi-input sensor
例として、特開2000−310649号公報では、球形のボール半導体を静電力によって浮動的に支持するボールセンサが開示されている。 As an example, in JP-A-2000-310649, a ball sensor for floatingly supporting the ball semiconductor spherical by electrostatic forces is disclosed. 図22(a)はボールセンサを用いた従来の計測装置の構成を示すブロック図、 Figure 22 (a) is a block diagram illustrating the configuration of a conventional measurement device using a ball sensor,
図22(b)は図22(a)の計測装置の等価回路モデルを示す等価回路図である。 Figure 22 (b) is a equivalent circuit diagram showing an equivalent circuit model of the measuring apparatus of FIG. 22 (a). 【0003】ボールセンサ1は、ボール半導体2を球形の外殻であるシェル3内に収容し、ボール半導体2の位置を検出したり制御したりするための複数の励起用電極4X(4Xa,4Xb),5X(5Xa,5Xb),6 [0003] Ball sensor 1, the ball semiconductor 2 were housed in the shell 3 is an outer shell of spherical, it detects the position of the ball semiconductor 2 or the control or plurality of excitation electrodes 4X for (4XA, 4XB ), 5X (5Xa, 5Xb), 6
をシェル3の内側に配置したものである。 The in which arranged on the inner side shell 3. X軸(図22 X-axis (FIG 22
の上下方向)に沿って配置された、対向する励起用電極4X,5Xには、それぞれ電源PSa,PSbより互いに逆相の高周波信号+VX,−VXが印加される。 Of arranged vertically) along, opposing excitation electrodes 4X, the 5X, respectively power PSa, high-frequency signal + VX of opposite phases from PSb, -VX is applied. 【0004】図22(b)において、CX1aは励起用電極4Xaとボール半導体2との間の静電容量、CX1 [0004] In FIG. 22 (b), CX1a the capacitance between the excitation electrodes 4Xa a ball semiconductor 2, CX1
bは励起用電極4Xbとボール半導体2との間の静電容量、CX2aは励起用電極5Xaとボール半導体2との間の静電容量、CX2bは励起用電極5Xbとボール半導体2との間の静電容量、CSは出力電極6とボール半導体2との間の静電容量である。 b is the capacitance between the excitation electrodes 4Xb a ball semiconductor 2, CX2a the capacitance between the excitation electrodes 5Xa a ball semiconductor 2, CX2b is between the excitation electrode 5Xb the ball semiconductor 2 capacitance, CS is the capacitance between the output electrode 6 and the ball semiconductor 2. 【0005】外部からボール半導体2に加速度が加えられると、ボール半導体2の位置が変化して、静電容量C [0005] When acceleration from the outside to the ball semiconductor 2 is added, the position of the ball semiconductor 2 is changed, electrostatic capacitance C
X1a,CX1b,CX2a,CX2b,CSが変化する。 X1a, CX1b, CX2a, CX2b, CS changes. したがって、この容量値変化を検出すれば、ボール半導体2の位置を検出することができ、検出した位置情報を外部からの加速度に換算することが可能になる。 Therefore, by detecting the capacitance value changes, it is possible to detect the position of the ball semiconductor 2, it is possible to convert the detected position information to the acceleration from the outside. 【0006】図22では、記載を容易にするため、X軸方向についてのみ記載しているが、ボールセンサ1のシェル3には、図23に示すように、X軸と垂直なY軸に沿って励起用電極4Y(4Ya,4Yb),5Y(5Y [0006] In Figure 22, for ease of description, although described only in the X-axis direction, the shell 3 of the ball sensor 1, as shown in FIG. 23, along the X-axis perpendicular Y-axis excitation electrodes 4Y Te (4Ya, 4Yb), 5Y (5Y
a,5Yb)が配置され、X,Y軸と垂直なZ軸に沿って励起用電極4Z(4Za,4Zb),5Z(5Za, a, 5Yb) is disposed, X, Y-axis perpendicular to the Z-axis excitation electrodes 4Z (4Za, 4Zb), 5Z (5Za,
5Zb)が配置されている。 5Zb) is arranged. X軸方向と同様に、励起用電極4Y,5Yには、互いに逆相の高周波信号+VY, Like the X-axis direction, excitation electrodes 4Y, the 5Y, of opposite phase high frequency signal + VY,
−VYが印加され、励起用電極4Z,5Zには、互いに逆相の高周波信号+VZ,−VZが印加される。 -VY is applied, excitation electrodes 4Z, the 5Z, reverse-phase high frequency signal + VZ, -Vz is applied to one another. 【0007】励起用電極4X,5X,4Y,5Y,4 [0007] The excitation electrode 4X, 5X, 4Y, 5Y, 4
Z,5Zに、それぞれ高周波信号+VX,−VX,+V Z, in 5Z, each RF signal + VX, -VX, + V
Y,−VY,+VZ,−VZを印加すると、ボール半導体2の位置の変化に応じた交流電流Ipが変位検出用の静電容量CSに生じて、この交流電流Ipが出力電極6 Y, -VY, + VZ, upon application of a -Vz, alternating current Ip in response to changes in position of the ball semiconductor 2 occurs in the electrostatic capacitance CS for displacement detection, the AC current Ip output electrode 6
から取り出される。 It is extracted from. 出力電極6から出力された交流電流Ipは、増幅器Aで増幅されて変位検出用の交流電圧V AC current Ip that is outputted from the output electrode 6, the AC voltage V for displacement detection are amplified by the amplifier A
pに変換される。 It is converted to p. この交流電圧Vpは、ボールセンサ1 The AC voltage Vp, the ball sensor 1
のX,Y,Z軸方向の容量値変化にそれぞれ対応した電圧成分VpX,VpY,VpZを加えたものである。 Of X, Y, voltage component VpX respectively corresponding to the capacitance value changes in the Z axis direction is obtained by adding VPY, the VPZ. Vp=VpX+VpY+VpZ ・・・(1) 【0008】したがって、電圧成分VpX,VpY,V Vp = VpX + VpY + VpZ ··· (1) Accordingly, voltage component VPX, VPY, V
pZを独立に取り出すことができれば、ボール半導体2 If you can take out the pZ independently, ball semiconductor 2
のX,Y,Z軸方向の変位ΔX,ΔY,ΔZが得られる。 Of X, Y, the displacement ΔX of the Z-axis direction, [Delta] Y, is ΔZ obtained. ここで、X軸方向の励起用電極4X,5Xに与える高周波信号+VX,−VXの周波数をωX、Y軸方向の励起用電極4Y,5Yに与える高周波信号+VY,−V Here, the excitation electrodes 4X of the X-axis direction, the high-frequency signal + VX given to 5X, [omega] X frequencies -VX, the high-frequency signal + VY providing Y-axis direction of the excitation electrodes 4Y, the 5Y, -V
Yの周波数をωY、Z軸方向の励起用電極4Z,5Zに与える高周波信号+VZ,−VZの周波数をωZとすると、電圧成分VpX,VpY,VpZを独立に取り出すためには、周波数ωX,ωY,ωZを各々異なる値にする(ωX≠ωY≠ωZ)。 omega] Y frequencies Y, Z-axis direction of the excitation electrodes 4Z, high-frequency signal + VZ given to 5Z, When ωZ the frequency of -Vz, voltage component VPX, VPY, to retrieve independently VpZ, the frequency [omega] X, omega] Y and to different values ​​ωZ (ωX ≠ ωY ≠ ωZ). 【0009】これにより、交流電圧Vpは、X,Y,Z [0009] Thus, an AC voltage Vp, X, Y, Z
軸方向の容量値変化に対応した各成分が周波数多重されたものとなり、通過帯域の異なるバンドパス・フィルタ(又は復調回路)FX,FY,FZを用いることで、電圧成分VpX,VpY,VpZに分解することができる。 It is assumed that the components corresponding to the axial direction of the capacitance change is frequency-multiplexed, different band pass filter passband (or demodulator) FX, FY, by using the FZ, voltage component VPX, VPY, the VpZ it can be decomposed. バンドパス・フィルタFX,FY,FZから出力された電圧VpX,VpY,VpZは、それぞれA/D変換器ADCX,ADCY,ADCZによってデジタル値に変換される。 Bandpass filter FX, FY, voltage VpX output from FZ, VPY, VPZ are respectively converted A / D converter ADCx, ADCY, into a digital value by ADCZ. 図示しない演算手段(CPU)は、デジタル化された電圧VpX,VpY,VpZを基に、ボール半導体2のX,Y,Z軸方向の変位ΔX,ΔY,ΔZ Not shown computing means (CPU) are digitized voltage VPX, VPY, based on VPZ, X balls semiconductor 2, Y, displacement ΔX of the Z-axis direction, [Delta] Y, [Delta] Z
を演算する。 To calculate the. 【0010】こうして、ボールセンサを用いた従来の計測装置では、ボール半導体2のX,Y,Z軸方向の変位ΔX,ΔY,ΔZを求め、これらの変位を加速度に換算することが可能になる。 [0010] Thus, the conventional measurement apparatus using a ball sensor, X balls semiconductor 2, Y, displacement ΔX of the Z-axis direction, [Delta] Y, seeking [Delta] Z, it is possible to convert the acceleration of these displacements . 前述のように、3軸共通の出力電極6の出力からX,Y,Z軸方向の容量値変化を独立に取り出すためには、電極に与える高周波信号の周波数を軸毎に変える必要があり、さらに各軸の対向する電極には、逆相の高周波信号を与える必要がある。 As mentioned above, 3 X from the output of the axis common output electrode 6, Y, to retrieve the independent capacitance value changes in the Z-axis direction, it is necessary to change the frequency of the high frequency signal applied to the electrodes for each axis, more opposing electrode for each axis, you are necessary to apply a high-frequency signal of the opposite phase. したがって、励起用電極4X,5X,4Y,5Y,4Z,5Z Thus, excitation electrodes 4X, 5X, 4Y, 5Y, 4Z, 5Z
に、それぞれ高周波信号+VX,−VX,+VY,−V In each high-frequency signal + VX, -VX, + VY, -V
Y,+VZ,−VZを与えるためには、6台の異なる電源が必要となる。 Y, + VZ, to give -VZ, it is necessary to supply to the six different. 加えて、センサの周波数特性は平坦でないため、異なる周波数による各軸(各入力)の分別は、周波数の与え方に考慮が必要となり、高精度化を得ることはできない。 In addition, since the frequency characteristic of the sensor is not flat, the separation of each axis (each input) with different frequencies, considering the way given frequency is required, it is impossible to obtain a high accuracy. 【0011】 【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の計測装置では、6台の異なる電源が必要となるため、励起用の高周波信号+VX,−VX,+VY,−VY,+ [0011] As described above [0007], in the conventional measuring apparatus, requires a power supply of six different frequency signals + VX for excitation, -VX, + VY, -VY, +
VZ,−VZに振幅誤差と位相誤差が生じる可能性がある。 VZ, there is a possibility that the amplitude error and phase error in the -Vz. 例えば高周波信号+VXと−VXに振幅誤差が生じると、この振幅誤差はX軸方向の容量値変化と区別できないため、計測する加速度の精度に悪影響を与えるという問題点があった。 For example if the amplitude error is generated in the high-frequency signal + VX and -VX, the amplitude error is because indistinguishable from the capacitance value change of the X axis direction, there is a problem that adversely affect accuracy acceleration measurement. また、励起用の高周波信号+VX, In addition, the high-frequency signal + VX for excitation,
−VX,+VY,−VY,+VZ,−VZに位相誤差が生じると、3軸間の方向に対する誤差となり、多軸の加速度センサにおいて、方向が正しく検出できなくなるという問題点があった。 -VX, + VY, -VY, + VZ, the phase error occurs in -Vz, becomes an error with respect to the direction between the three axes, the multi-axis acceleration sensor, the direction is a problem that can not be detected correctly. 複数の異なる電源で振幅の精度と位相の精度を測定精度以上にすることは困難な場合があり、従来の計測装置では、測定精度を高めることに限界があった。 Be the accuracy of the amplitude accuracy and phase than the measurement accuracy in a plurality of different power may be difficult, in the conventional measuring apparatus, there is a limit in increasing the measurement accuracy. また、センサの周波数特性が均一でないため、振幅誤差、位相誤差を引き起こす。 Further, since the frequency characteristics of the sensors is not uniform, causing the amplitude error, a phase error. 【0012】また、従来の計測装置では、X,Y,Z軸方向の各信号成分が周波数多重された出力から各軸の信号成分を取り出すために3個のバンドパス・フィルタ又は3個の復調回路といった部品が必要となり、これらのアナログ回路が測定精度を左右することになる。 Further, in the conventional measuring apparatus, X, Y, Z axis direction of the three band-pass filter or three demodulated to extract a signal component of each axis from the output of each signal component is frequency-multiplexed parts are required such as circuit, so that these analog circuits affects the measurement accuracy. したがって、従来の計測装置では、測定精度を高めることに限界があった。 Accordingly, the conventional measurement apparatus, there is a limit in increasing the measurement accuracy. また、これらのアナログ回路のために回路面積が増大し、コストが上昇するという問題点があった。 Further, the circuit area increases for these analog circuits, there is a problem that cost is increased. なお、図22、21で説明したボールセンサ1は3 Incidentally, a ball sensor 1 described in FIG. 22 and 21 is 3
入力1出力センサであるが、ボールセンサ1以外のn Although an input 1 output sensor, n other than ball sensor 1
(nは2以上の自然数)入力1出力センサやn入力n出力センサにおいても、以上のような問題は同様に発生する。 (N is a natural number of 2 or more) even in the inputs and one output sensor and n inputs n output sensor, or more such problems occur as well. 【0013】本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、n入力1出力センサやn入力n出力センサを用いてn入力の物理量を計測する計測装置において、 [0013] The present invention has been made to solve the above problems, in a measuring device for measuring a physical amount of n inputs with n inputs and one output sensor and n inputs n outputs sensor,
測定精度を向上させることを目的とする。 It aims to improve measurement accuracy. また、本発明は、n入力1出力センサやn入力n出力センサを用いてn入力の物理量を計測する計測装置において、回路規模とコストを低減することを目的とする。 The present invention also provides a measuring device for measuring a physical quantity of n inputs with n inputs and one output sensor and n inputs n output sensor, and an object thereof is to reduce the circuit scale and cost. 【0014】 【課題を解決するための手段】本発明は、計測対象となるn(nは2以上の自然数)入力の第1物理量を第1の電気信号に直接変換して出力、又は前記n入力の第1物理量をn個の第2物理量にいったん変換した後に前記第1の電気信号に変換して出力する検出素子を備えたn入力1出力センサ(図1の1)を用いて、前記n入力の第1物理量を計測する計測装置であって、n入力の第1物理量を第1の電気信号に変換するために前記n入力1出力センサに設けられたn系統の独立した励起用電極(4 [0014] According to an aspect of the present invention, n to be measured (n is a natural number of 2 or more) the first physical quantity input directly converted to the first electrical signal output, or the n using the first physical quantity n second physical quantity n inputs and one output sensor once a detection element for converting the converted into the first electrical signal after output of the input (1, Figure 1), the a measuring device for measuring a first physical quantity of n inputs, separate excitation electrodes of n lines wherein provided in the n-input 1-output sensors to convert the first physical quantity of n inputs to the first electrical signal (4
Xa,4Xb,5Xa,5Xb,4Ya,4Yb,5Y Xa, 4Xb, 5Xa, 5Xb, 4Ya, 4Yb, 5Y
a,5Yb,4Za,4Zb,5Za,5Zb)を所定周期の測定期間毎に順次選択し、選択した1系統の励起用電極を電源(PS1)と接続する第1の切換スイッチ(SX1a,SX1b,SX2a,SX2b,SY1 a, 5Yb, 4Za, 4Zb, 5Za, sequentially selects 5Zb) for each measurement period of a predetermined period, a first changeover switch (SX1a connecting the excitation electrode of one system and the selected power supply (PS1), SX1b, SX2a, SX2b, SY1
a,SY1b,SY2a,SY2b,SZ1a,SZ1 a, SY1b, SY2a, SY2b, SZ1a, SZ1
b,SZ2a,SZ2b)を有するものである。 b, SZ2A, those having SZ2b). また、 Also,
本発明の計測装置の1構成例は、前記n入力1出力センサから出力された第1の電気信号を積分する積分器(I Example 1 Configuration of a measuring apparatus of the present invention, an integrator for integrating the first electrical signal output from the n-input 1-output sensor (I
NG1)を有し、この積分器は、積分結果を保持するn Has NG1), the integrator holds the integration result n
個のメモリ(CX3,CY3,CZ3)と、このn個のメモリのうち前記選択された励起用電極に対応するメモリを前記第1の切換スイッチと同期して選択し、前記n Number of memory and (CX3, CY3, CZ3), and selects the memory corresponding to the excitation electrodes the selected one of the n memory in synchronism with the first changeover switch, wherein n
入力1出力センサから出力された第1の電気信号の積分結果を前記選択したメモリに格納する第2の切換スイッチ(SX3,SY3,SZ3)とを含むものである。 Second change-over switch for storing the integration results of the first electrical signal output from the input 1 output sensor to the selected memory (SX3, SY3, SZ3) and is intended to include. また、本発明の計測装置の1構成例は、前記積分器の出力をデジタル値に変換するA/D変換器(ADC)を有するものである。 Further, Example 1 configuration of the measuring apparatus of the present invention are those having an A / D converter (ADC) for converting the output of the integrator to a digital value. 【0015】また、本発明の計測装置の1構成例は、前記積分器の出力を量子化する量子化器(図7のQUA [0015] 1 configuration example of a measuring device of the present invention, QUA quantizer (7 to quantize the output of the integrator
1)と、前記検出素子が動作するのに必要な動作点を決めるn個のバイアス用第1物理量又はn個のバイアス用第2物理量を第2の電気信号に基づいて前記検出素子に与えるバイアス手段を備えた前記n入力1出力センサに対し、このn入力1出力センサが前記動作点で動作するよう前記量子化器出力に基づいて決定した第2の電気信号を前記バイアス手段に出力するフィードバック手段(CTL2,SX6a,SX6b,SX7a,SX7 Bias applied to 1), the second physical quantity to the detection device based on the second electrical signal for the first physical quantity or the n biasing the n bias which determines the operating point necessary for the detecting element is operated with respect to the n-input 1-output sensor with means, feedback for outputting a second electrical signal determined based on the quantizer output to the n inputs and one output sensor operates in the operating point to the bias means means (CTL2, SX6a, SX6b, SX7a, SX7
b,SY6a,SY6b,SY7a,SY7b,SZ6 b, SY6a, SY6b, SY7a, SY7b, SZ6
a,SZ6b,SZ7a,SZ7b,PS3,PS4, a, SZ6b, SZ7a, SZ7b, PS3, PS4,
PS5,PS6)とを有するものである。 PS5, PS6) and those having a. また、本発明の計測装置の1構成例において、前記n入力1出力センサは、前記励起用電極が前記第2の電気信号を入力するためのバイアス印加用電極を兼ねるものであり、前記フィードバック手段は、各測定期間の間のフィードバック期間において、直前の測定期間の量子化器出力に基づいて決定した第2の電気信号を前記直前の測定期間で選択された1系統の励起用電極に出力するものである。 Additionally, in an example of the measuring apparatus of the present invention, the n-input 1-output sensors, which also serves as a bias applying electrode for the excitation electrode enters the second electrical signal, said feedback means is in the feedback period between each measurement period, and outputs a second electrical signal determined based on the quantization output of the immediately preceding measurement period to the excitation electrode of one system selected by the measurement period of the immediately preceding it is intended. また、本発明の計測装置の1構成例において、前記n入力1出力センサは、前記励起用電極が前記第2の電気信号を入力するためのバイアス印加用電極を兼ねるものであり、前記フィードバック手段は、n回の測定期間で全系統の励起用電極が選択された後のフィードバック期間において、各測定期間の量子化器出力に基づいて決定したn個の第2の電気信号をn系統の励起用電極に出力するものである。 Additionally, in an example of the measuring apparatus of the present invention, the n-input 1-output sensors, which also serves as a bias applying electrode for the excitation electrode enters the second electrical signal, said feedback means is, n times in the feedback period after the excitation electrodes of all the lines is selected in the measurement period, the excitation of the n second electrical signal determined based on the quantizer output in each measurement period n systems and outputs to use electrode. また、本発明の計測装置の1構成例において、前記n入力1出力センサは、前記第2の電気信号を入力するためのn系統の独立したバイアス印加用電極(図12の7Xa,7Xb,8Xa,8Xb,7Ya, In a configuration example of the measurement apparatus, the n inputs and one output sensor, said second independent bias applying electrode of n lines for inputting an electrical signal (of Figure 12 7Xa, 7Xb, 8Xa , 8Xb, 7Ya,
7Yb,8Ya,8Yb,7Za,7Zb,8Za,8 7Yb, 8Ya, 8Yb, 7Za, 7Zb, 8Za, 8
Zb)を備えるものであり、前記フィードバック手段は、各測定期間において、直前の測定期間の量子化器出力に基づいて決定した第2の電気信号を前記直前の測定期間で選択された系統のバイアス印加用電極に出力するものである。 Zb) are those having the said feedback means in each measurement period, immediately before the measurement period the second bias selected systems of electrical signals in the measurement period of the immediately preceding determined based on the quantizer output and outputs it to the applying electrode. 【0016】また、本発明の計測装置の1構成例は、前記量子化器の出力のうち信号周波数帯域のみを通過させるデジタルフィルタ(図7のDF)を有し、このデジタルフィルタは、前記信号周波数帯域内の前記量子化器の出力を保持するn個のメモリ(MX,MY,MZ)と、 [0016] Example 1 configuration of the measuring apparatus of this invention has a digital filter (DF in FIG. 7) for passing only the signal frequency band of the output of said quantizer, the digital filter, the signal n number of memory for holding the output of the quantizer in the frequency band (MX, MY, MZ) and,
このn個のメモリのうち前記選択された励起用電極に対応するメモリを前記第1の切換スイッチと同期して選択し、前記信号周波数帯域内の前記量子化器の出力を前記選択したメモリに格納する選択手段とを含むものである。 A memory corresponding to the excitation electrodes the selected one of the n memory selected in synchronism with the first changeover switch, the output of the quantizer in the signal frequency band to the selected memory it is intended to include a selection unit for storing. また、本発明の計測装置の1構成例は、前記n入力1出力センサと前記量子化器との間に設けられた補償回路(図15のCOM1)を有するものである。 Further, 1 configuration example of a measuring device of the present invention are those having provided compensation circuit (COM1 in Fig. 15) between the n inputs and one output sensor and the quantizer. また、本発明の計測装置の1構成例は、前記量子化器と前記フィードバック手段との間に設けられた補償回路(COM Further, 1 configuration example of a measuring device of the present invention, the compensation circuit provided between said feedback means and said quantizer (COM
2)を有するものである。 Those having 2). また、本発明の計測装置の1 Also, 1 of the measuring device of the present invention
構成例は、前記量子化器と前記フィードバック手段との間に設けられた補償回路(COM2)と、前記n入力1 Configuration example, the compensation circuit provided between the quantizer and said feedback means (COM2), the n-input 1
出力センサと前記積分器との間に設けられ、前記量子化器の出力を前記n入力1出力センサの出力レベルに換算した結果を前記n入力1出力センサの出力から減算して、この減算結果を前記積分器に入力する減算器とを有するものである。 Provided between the output sensor and the integrator, subtracts the result obtained by converting the output of the quantizer to the output level of the n-input 1-output sensor from the output of the n-input 1-output sensors, the result of this subtraction the one having a subtractor for input to the integrator. また、本発明の計測装置の1構成例は、所定周期のパルス電圧を互いに直交するn個の直交符号で変調したn個の電圧を、n入力の第1物理量を第1の電気信号に変換するために前記n入力1出力センサに設けられたn系統の独立した励起用電極に印加する変調手段(図4のPS2,EORX1,EORX2,EO Further, 1 configuration example of a measuring device of the present invention, the n voltage modulated by n orthogonal codes which are orthogonal to each other a pulse voltage of a predetermined cycle, the first physical quantity of n inputs to the first electrical signal conversion the n-input first modulation means for applying a separate excitation electrodes of n system provided in the output sensor to (PS2 in Fig. 4, EORX1, EORX2, EO
RY1,EORY2,EORZ1,EORZ2)と、前記n入力1出力センサの出力を前記n個の直交符号で逆拡散変調するn個の相関器(CORX,CORY,CO RY1, EORY2, EORZ1, EORZ2) and said n input 1 n number of correlators the output of the output sensor despreading modulated by the n orthogonal codes (corx, CORY, CO
RZ)とを有するものである。 And it has a RZ) and. 【0017】また、本発明の計測装置の1構成例において、前記n入力1出力センサは、静電力によって支持される球形のボール半導体と、このボール半導体に対して対称的に配置された、1系統あたりm(mは偶数)個の前記励起用電極と、前記第1の電気信号を出力する出力電極とを備えたボールセンサであり、前記第1の切換スイッチは、同一系統に属する前記励起用電極のうち隣接する励起用電極に印加される電圧が互いに逆相で、かつボール半導体を挟んで対向する同一系統の励起用電極に印加される電圧が互いに逆相となるよう、前記選択した1系統の励起用電極を電源と接続するものである。 [0017] Additionally, in an example of the measuring apparatus of the present invention, the n-input 1-output sensor is a ball semiconductor spherical supported by electrostatic forces, are arranged symmetrically with respect to the ball semiconductor, 1 and (where m even) lines per m-number of the excitation electrodes, a ball sensor having an output electrode for outputting the first electrical signal, the first selector switch, the excitation belonging to the same system each other in opposite phase voltages applied to the adjacent excitation electrodes of the use electrodes and so that the voltage applied to the excitation electrodes of the same type facing each other across the ball semiconductor is opposite phases, said selected the excitation electrode of one channel is intended to be connected to the power supply. また、本発明の計測装置の1構成例において、前記n入力1出力センサは、静電力によって支持される球形のボール半導体と、このボール半導体に対して対称的に配置された、1系統あたりm(mは偶数)個の前記励起用電極と、前記第1の電気信号を出力する出力電極とを備えたボールセンサであり、前記第1の切換スイッチは、同一系統に属する前記励起用電極のうち隣接する励起用電極に印加される電圧が互いに同相で、かつボール半導体を挟んで対向する同一系統の励起用電極に印加される電圧が互いに逆相となるよう、前記選択した1系統の励起用電極を電源と接続するものである。 Additionally, in an example of the measuring apparatus of the present invention, the n-input 1-output sensor is a ball semiconductor spherical supported by electrostatic forces, are arranged symmetrically with respect to the ball semiconductor, per line m (m even number) is a ball sensor having the pieces of the excitation electrode, and an output electrode for outputting the first electrical signal, the first selector switch, the excitation electrodes belonging to the same system in out adjacent common mode voltage applied to the excitation electrodes to each other, and so the voltage applied to the excitation electrodes of the same type facing each other across the ball semiconductor is opposite phases, the excitation of said selected one system the use electrode is intended to be connected to the power supply. また、本発明の計測装置の1構成例において、前記n入力1出力センサは、 Additionally, in an example of the measuring apparatus of the present invention, the n-input 1-output sensors,
静電力によって支持される球形のボール半導体と、このボール半導体に対して対称的に配置された、1系統あたりm(mは偶数)個の前記励起用電極と、前記第1の電気信号を出力する出力電極とを備えたボールセンサであり、前記フィードバック手段は、同一系統に属する前記励起用電極のうち隣接する励起用電極に印加される電圧が互いに逆相で、かつボール半導体を挟んで対向する同一系統の励起用電極に印加される電圧が互いに逆相となるよう、前記励起用電極に第2の電気信号を出力するものである。 A ball semiconductor spherical supported by electrostatic forces, are arranged symmetrically with respect to the ball semiconductor output per line m and (m is an even number) number of the excitation electrodes, the first electrical signal a ball sensor having an output electrode of said feedback means, opposite each other in opposite phase voltages applied to adjacent excitation electrode of the excitation electrodes belonging to the same system, and across the ball semiconductor as the voltage applied to the excitation electrode of the same system that is opposite phases, and outputs the second electrical signal to the excitation electrode. また、本発明の計測装置の1構成例において、前記n入力1出力センサは、静電力によって支持される球形のボール半導体と、このボール半導体に対して対称的に配置された、1系統あたりm(mは偶数)個の前記励起用電極と、前記ボール半導体に対して対称的に配置された、1系統あたりm個の前記バイアス印加用電極と、前記第1の電気信号を出力する出力電極とを備えたボールセンサであり、前記フィードバック手段は、同一系統に属する前記バイアス印加用電極のうち隣接するバイアス印加用電極に印加される電圧が互いに逆相で、 Additionally, in an example of the measuring apparatus of the present invention, the n-input 1-output sensor is a ball semiconductor spherical supported by electrostatic forces, are arranged symmetrically with respect to the ball semiconductor, per line m (m is the even) and number of the excitation electrodes, are arranged symmetrically with respect to the ball semiconductor, and m pieces of the bias application electrode per line, the output electrode for outputting the first electrical signal Doo is a ball sensor with said feedback means, together with reverse-phase voltages applied to adjacent bias applying electrode of the bias application electrode belonging to the same system,
かつボール半導体を挟んで対向する同一系統のバイアス印加用電極に印加される電圧が互いに逆相となるよう、 And so that the voltage applied to the bias applying electrodes of the same type facing each other across the ball semiconductor is opposite phases,
前記バイアス励起用電極に第2の電気信号を出力するものである。 And it outputs the second electrical signal to the bias excitation electrodes. 【0018】また、本発明は、計測対象となるn(nは2以上の自然数)入力の第1物理量をn個の第1の電気信号に直接変換して出力、又は前記n入力の第1物理量をn個の第2物理量にいったん変換した後に前記n個の第1の電気信号に変換して出力する検出素子を備えたn Further, the present invention, n which is a measurement target (n is a natural number of 2 or greater) a first Physical quantity input directly converted to n first electrical signal outputs or first said n inputs n physical quantity with said n first detection element for converting and outputting the electric signal after temporarily converted into a second physical quantity of n
入力n出力センサ(図20の1α,1β,1γ)を用いて、前記n入力の第1物理量を計測する計測装置であって、n入力の第1物理量を第1の電気信号に変換するために前記n入力n出力センサに設けられたn系統の独立した励起用電極を所定周期の測定期間毎に順次選択し、 Input n output sensor (l [alpha] in FIG. 20, l [beta], 1 gamma) with said a measuring device for measuring a first physical quantity of n input, for converting the first physical quantity of n inputs to the first electrical signal the separate excitation electrodes of n system provided in said n input n output sensor sequentially selected for each measuring period of a predetermined cycle,
選択した1系統の励起用電極を電源と接続する第1の切換スイッチ(Sα1,Sβ1,Sγ1)と、前記n入力n出力センサのn個の独立した出力電極のうち前記選択された励起用電極に対応する出力電極を前記第1の切換スイッチと同期して選択し、選択した出力電極からの前記第1の電気信号を出力する第2の切換スイッチ(Sα First change-over switch for connecting the excitation electrodes in the selected one system power supply (Sα1, Sβ1, Sγ1) and the selected excitation electrode of the n separate output electrode of said n input n output sensor the corresponding output electrodes selected in synchronization with the first changeover switch, the second changeover switch (S.alpha for outputting said first electrical signal from the output electrodes selected
2,Sβ2,Sγ2)とを有するものである。 2, Sβ2, those having Esuganma2) and. 【0019】 【発明の実施の形態】[第1の実施の形態]以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 [0019] PREFERRED EMBODIMENTS [First Embodiment] Hereinafter will be described in detail with reference to drawings showing a preferred embodiment of the present invention. 図1は本発明の第1の実施の形態となるボールセンサを用いた計測装置の構成を示すブロック図である。 Figure 1 is a block diagram showing a configuration of a measurement apparatus using a ball sensor as a first embodiment of the present invention. 図1では、ボールセンサ1を等価回路モデルで表記している。 In Figure 1, it is denoted balls sensor 1 in the equivalent circuit model. ボールセンサ1の構成は従来と同様であるので、図22、図23の符号を用いて説明する。 The configuration of the ball sensor 1 is the same as the conventional, 22, it will be described using the reference numerals in FIG. 23. 【0020】図1において、CX1aは励起用電極4X [0020] In FIG. 1, Cx1a excitation electrodes 4X
aとボール半導体2との間の静電容量、CX1bは励起用電極4Xbとボール半導体2との間の静電容量、CX a and the capacitance between a ball semiconductor 2, CX1B the static capacitance between the excitation electrodes 4Xb the ball semiconductor 2, CX
2aは励起用電極5Xaとボール半導体2との間の静電容量、CX2bは励起用電極5Xbとボール半導体2との間の静電容量、CY1aは励起用電極4Yaとボール半導体2との間の静電容量、CY1bは励起用電極4Y 2a is the capacitance between the excitation electrodes 5Xa a ball semiconductor 2, CX2b the capacitance between the excitation electrodes 5Xb a ball semiconductor 2, CY1a is between the excitation electrode 4Ya the ball semiconductor 2 capacitance, CY1b excitation electrode 4Y
bとボール半導体2との間の静電容量、CY2aは励起用電極5Yaとボール半導体2との間の静電容量、CY b and the capacitance between the ball semiconductor 2, CY2a the capacitance between the excitation electrodes 5Ya a ball semiconductor 2, CY
2bは励起用電極5Ybとボール半導体2との間の静電容量、CZ1aは励起用電極4Zaとボール半導体2との間の静電容量、CZ1bは励起用電極4Zbとボール半導体2との間の静電容量、CZ2aは励起用電極5Z 2b is the capacitance between the excitation electrodes 5Yb a ball semiconductor 2, CZ1a the capacitance between the excitation electrodes 4Za a ball semiconductor 2, CZ1b is between the excitation electrode 4Zb the ball semiconductor 2 capacitance, CZ2a excitation electrodes 5Z
aとボール半導体2との間の静電容量、CZ2bは励起用電極5Zbとボール半導体2との間の静電容量、CS Capacitance between the electrostatic capacitance, CZ2b the excitation electrode 5Zb the ball semiconductor 2 between a and the ball semiconductor 2, CS
は出力電極6とボール半導体2との間の静電容量である。 Is the capacitance between the output electrode 6 and the ball semiconductor 2. 【0021】励起用電極4Xa,5XbはスイッチSX [0021] The excitation electrode 4Xa, 5Xb the switch SX
1aを介して直流電源PS1と接続され、スイッチSX Is connected to a DC power source PS1 via the 1a, switch SX
1bを介してグランドと接続される。 It is connected to the ground via 1b. 励起用電極4X Excitation electrode 4X
b,5XaはスイッチSX2aを介して直流電源PS1 b, 5XA DC via the switch SX2a power PS1
と接続され、スイッチSX2bを介してグランドと接続される。 It is connected to and is connected to the ground via the switch SX2b. 【0022】励起用電極4Ya,5YbはスイッチSY [0022] The excitation electrode 4Ya, 5Yb the switch SY
1aを介して直流電源PS1と接続され、スイッチSY It is connected to a DC power source PS1 via the 1a, switch SY
1bを介してグランドと接続される。 It is connected to the ground via 1b. 励起用電極4Y Excitation electrode 4Y
b,5YaはスイッチSY2aを介して直流電源PS1 b, 5Ya DC via the switch SY2a power PS1
と接続され、スイッチSY2bを介してグランドと接続される。 It is connected to and is connected to the ground via the switch SY2b. 【0023】励起用電極4Za,5ZbはスイッチSZ [0023] The excitation electrode 4Za, 5Zb switch SZ
1aを介して直流電源PS1と接続され、スイッチSZ Is connected to a DC power source PS1 via the 1a, switch SZ
1bを介してグランドと接続される。 It is connected to the ground via 1b. 励起用電極4Z Excitation electrode 4Z
b,5ZaはスイッチSZ2aを介して直流電源PS1 b, 5Za DC via the switch SZ2a power PS1
と接続され、スイッチSZ2bを介してグランドと接続される。 It is connected to and is connected to the ground via the switch SZ2b. 【0024】本実施の形態では、ボールセンサ1の励起用電極への高周波の励起用電圧の供給と出力電極6から出力される交流電流Ip(第1の電気信号)の処理とをそれぞれX,Y,Z軸方向に対応した測定期間TX,T [0024] In this embodiment, the processing and each X of the alternating current Ip output from the supply and the output electrode 6 of the high frequency excitation voltage to the excitation electrodes of the ball sensor 1 (first electric signal), Y, the measurement period corresponding to the Z-axis direction TX, T
Y,TZ毎に切り換えて行うようになっている。 Y, and performs switching for each TZ. 測定期間は、TX,TY,TZ,TX,TY,TZ・・・・というように繰り返される。 Measurement period, TX, TY, TZ, TX, TY, repeated and so TZ · · · ·. 【0025】スイッチSX1a,SX1b,SX2a, [0025] switch SX1a, SX1b, SX2a,
SX2b,SY1a,SY1b,SY2a,SY2b, SX2b, SY1a, SY1b, SY2a, SY2b,
SZ1a,SZ1b,SZ2a,SZ2bの動作について簡単に述べると、X軸方向に対応した測定期間TXにおいてはX軸に沿って配置された励起用電極4X(4X SZ1a, SZ1b, SZ2a, Describing briefly the operation of SZ2b, in the measurement period TX corresponding to the X-axis direction excitation electrodes arranged along the X axis 4X (4X
a,4Xb),5X(5Xa,5Xb)に励起用電圧を供給し、Y軸方向に対応した測定期間TYにおいてはY a, 4Xb), 5X (5Xa, supplying an excitation voltage to 5XB), in the measurement period TY corresponding to the Y-axis direction Y
軸に沿って配置された励起用電極4Y(4Ya,4Y Excitation electrodes 4Y disposed along the axis (4Ya, 4Y
b),5Y(5Ya,5Yb)に励起用電圧を供給し、 b), supplies the excitation voltage to 5Y (5Ya, 5Yb),
Z軸方向に対応した測定期間TZにおいてはZ軸に沿って配置された励起用電極4Z(4Za,4Zb),5Z Z axis direction is arranged along the Z-axis in the measurement period TZ corresponding excitation electrodes 4Z (4Za, 4Zb), 5Z
(5Za,5Zb)に励起用電圧を供給するように動作する。 (5Za, 5Zb) operates to supply the excitation voltage. 【0026】ただし、本計測装置が用いるセンサはボールセンサ1で、電極が各軸あたり4つ存在し、スイッチ制御が複雑となるため、実際のスイッチ制御について以下で説明する。 [0026] However, in the sensor to which the present measuring device is used ball sensor 1, the electrodes are present four per each axis, the switch control becomes complicated, it is described below actual switch control. 図2は、スイッチSX1a,SX1b, Figure 2, switch SX1a, SX1b,
SX2a,SX2b,SY1a,SY1b,SY2a, SX2a, SX2b, SY1a, SY1b, SY2a,
SY2b,SZ1a,SZ1b,SZ2a,SZ2b, SY2b, SZ1a, SZ1b, SZ2a, SZ2b,
SX3,SY3,SZ3の動作及びボールセンサ1の励起用電極4Xa,4Xb,5Xa,5Xb,4Ya,4 SX3, SY3, SZ3 operation and excitation electrodes 4Xa ball sensor 1, 4Xb, 5Xa, 5Xb, 4Ya, 4
Yb,5Ya,5Yb,4Za,4Zb,5Za,5Z Yb, 5Ya, 5Yb, 4Za, 4Zb, 5Za, 5Z
bに印加される励起用電圧(本実施の形態ではパルス電圧)の波形を示すタイミングチャート図である。 (In this embodiment the pulse voltage) excitation voltage applied to b is a timing chart showing the waveforms of. 【0027】制御回路CTL1は、測定期間TXの最初の半周期ではスイッチSX1a,SX2bをオン、スイッチSX1b,SX2aをオフにして、励起用電極4X The control circuit CTL1, the first switch SX1a the half cycle of the measurement period TX, on the SX2b, switch SX1b, turn off the SX2a, excitation electrodes 4X
a,5Xbを正電位V1、励起用電極4Xb,5Xaを接地電位GNDとし、測定期間TXの残りの半周期ではスイッチSX1a,SX2bをオフ、スイッチSX1 a, a positive potential 5XB V1, excitation electrodes 4XB, the ground potential GND to 5XA, remaining half cycle the switch SX1a, off SX2b measurement period TX, the switch SX1
b,SX2aをオンにして、励起用電極4Xa,5Xb b, turn on the SX2a, excitation electrodes 4XA, 5XB
を接地電位GND、励起用電極4Xb,5Xaを正電位V1としている(図2(a)〜図2(f))。 The ground potential GND, and the excitation electrode 4XB, has a 5Xa a positive potential V1 (FIG. 2 (a) ~ FIG 2 (f)). 【0028】つまり、測定期間TXの最初の半周期では、図3(a)に示すように隣接する1対の励起用電極4Xa,4Xb(5Xa,5Xb)に印加される電圧が互いに逆相で、かつボール半導体2を挟んで対向する励起用電極4X,5Xに印加される電圧が互いに逆相となるようスイッチSX1a,SX1b,SX2a,SX2 [0028] That is, in the first half period of the measurement period TX, FIGS. 3 (a) are shown as a pair of adjacent excitation electrodes 4Xa, 4Xb (5Xa, 5Xb) in opposite phases the voltage applied to and excitation electrodes 4X to opposite sides of the ball semiconductor 2, switches SX1a as the voltage applied to 5X are opposite phases, SX1b, SX2a, SX2
bが制御される。 b is controlled. 測定期間TXの残りの半周期では、図3(b)に示すように、励起用電極4Xa,4Xb,5 The remaining half cycle of the measurement period TX, as shown in FIG. 3 (b), the excitation electrodes 4Xa, 4Xb, 5
Xa,5Xbに印加される各電圧が最初の半周期に対して逆相となるようスイッチSX1a,SX1b,SX2 Xa, switch to the voltage applied to 5Xb is opposite phase to the first half period SX1a, SX1b, SX2
a,SX2bが制御される。 a, SX2b is controlled. 【0029】また、制御回路CTL1は、測定期間TY [0029] In addition, the control circuit CTL1 is, the measurement period TY
の最初の半周期ではスイッチSY1a,SY2bをオン、スイッチSY1b,SY2aをオフにして、励起用電極4Ya,5Ybを正電位V1、励起用電極4Yb, The first switch SY1a the half period of, on the SY2b, switch SY1b, turn off the SY2a, excitation electrodes 4Ya, the 5Yb positive potential V1, excitation electrodes 4Yb,
5Yaを接地電位GNDとし、測定期間TYの残りの半周期ではスイッチSY1a,SY2bをオフ、スイッチSY1b,SY2aをオンにして、励起用電極4Ya, The 5Ya the ground potential GND, and the remaining switches SY1a the half cycle of the measurement period TY, off SY2b, switch SY1b, turn on the SY2a, excitation electrodes 4Ya,
5Ybを接地電位GND、励起用電極4Yb,5Yaを正電位V1としている(図2(g)〜図2(l))。 Ground potential GND to 5Yb, excitation electrodes 4Yb, has a 5Ya a positive potential V1 (FIG. 2 (g) ~ FIG 2 (l)). 【0030】つまり、測定期間TYの最初の半周期では、図3(c)に示すように隣接する1対の励起用電極4Ya,4Yb(5Ya,5Yb)に印加される電圧が互いに逆相で、かつボール半導体2を挟んで対向する励起用電極4Y,5Yに印加される電圧が互いに逆相となるようスイッチSY1a,SY1b,SY2a,SY2 [0030] That is, in the first half cycle of the measurement period TY, FIG 3 (c) are shown as a pair of adjacent excitation electrodes 4Ya, 4Yb (5Ya, 5Yb) in opposite phases the voltage applied to the and excitation electrodes 4Y facing each other across the ball semiconductor 2, switches so that the voltage applied to 5Y are opposite phases SY1a, SY1b, SY2a, SY2
bが制御される。 b is controlled. 測定期間TYの残りの半周期では、図3(d)に示すように、励起用電極4Ya,4Yb,5 The remaining half cycle of the measurement period TY, as shown in FIG. 3 (d), the excitation electrodes 4Ya, 4Yb, 5
Ya,5Ybに印加される各電圧が最初の半周期に対して逆相となるようスイッチSY1a,SY1b,SY2 Ya, switch to the voltage applied to 5Yb is opposite phase to the first half period SY1a, SY1b, SY2
a,SY2bが制御される。 a, SY2b is controlled. 【0031】そして、制御回路CTL1は、測定期間T [0031] Then, the control circuit CTL1 is, the measurement period T
Zの最初の半周期ではスイッチSZ1a,SZ2bをオン、スイッチSZ1b,SZ2aをオフにして、励起用電極4Za,5Zbを正電位V1、励起用電極4Zb, The first half cycle the switch SZ1a the Z, on the SZ2b, switch SZ1b, turn off the SZ2A, excitation electrodes 4Za, 5Zb a positive potential V1, excitation electrodes 4Zb,
5Zaを接地電位GNDとし、測定期間TZの残りの半周期ではスイッチSZ1a,SZ2bをオフ、スイッチSZ1b,SZ2aをオンにして、励起用電極4Za, The 5Za the ground potential GND, and the remaining switches SZ1a the half cycle measurement period TZ, off SZ2b, switch SZ1b, turn on the SZ2A, exciting electrodes 4Za,
5Zbを接地電位GND、励起用電極4Zb,5Zaを正電位V1としている(図2(m)〜図2(r))。 Ground potential GND to 5Zb, excitation electrodes 4Zb, has a 5Za a positive potential V1 (FIG 2 (m) ~ FIG 2 (r)). 【0032】つまり、測定期間TZの最初の半周期では、図3(e)に示すように隣接する1対の励起用電極4Za,4Zb(5Za,5Zb)に印加される電圧が互いに逆相で、かつボール半導体2を挟んで対向する励起用電極4Z,5Zに印加される電圧が互いに逆相となるようスイッチSZ1a,SZ1b,SZ2a,SZ2 [0032] That is, in the first half cycle of the measurement period TZ, FIG 3 (e) are shown as a pair of adjacent excitation electrodes 4Za, 4Zb (5Za, 5Zb) in opposite phases the voltage applied to the and excitation electrodes 4Z to opposite sides of the ball semiconductor 2, switch to the voltage applied to 5Z are opposite phases SZ1a, SZ1b, SZ2a, SZ2
bが制御される。 b is controlled. 測定期間TZの残りの半周期では、図3(f)に示すように、励起用電極4Za,4Zb,5 The remaining half cycle of the measurement period TZ, as shown in FIG. 3 (f), excitation electrodes 4Za, 4Zb, 5
Za,5Zbに印加される各電圧が最初の半周期に対して逆相となるようスイッチSZ1a,SZ1b,SZ2 Za, switch to the voltage applied to 5Zb is opposite phase with respect to a first half cycle SZ1a, SZ1b, SZ2
a,SZ2bが制御される。 a, SZ2b is controlled. 【0033】次に、出力電極6の出力電流Ipを交流電圧に変換する処理を測定期間TX,TY,TZ毎に切り換えて行うためには、測定期間TXの処理結果を次の測定期間TXまで保持し、測定期間TYの処理結果を次の測定期間TYまで保持し、測定期間TZの処理結果を次の測定期間TZまで保持するメモリ回路が必要である。 Next, the measurement period TX processing for converting an AC voltage to output current Ip of the output electrode 6, TY, in order to perform switching every TZ is the processing result of the measurement period TX to the next measurement period TX retained, holds the processing result of the measurement period TY until the next measurement period TY, it is a result of processing the measurement period TZ requires a memory circuit for holding until the next measurement period TZ.
このようなメモリ回路は、多チャンネル型の積分器を用いると容易に実現できる。 Such memory circuit can be easily realized when using multichannel integrator. 【0034】積分器ING1は、非反転入力端子が出力電極6に接続された演算増幅器OPAと、一端が演算増幅器OPAの出力端子に接続された積分コンデンサCX The integrator ING1 is an operational amplifier OPA noninverting input terminal connected to the output electrode 6, the integrating capacitor CX having one end connected to the output terminal of the operational amplifier OPA
3,CY3,CZ3と、一端が演算増幅器OPAの非反転入力端子に接続され他端がメモリとなる積分コンデンサCX3,CY3,CZ3の他端に接続されたスイッチSX3,SY3,SZ3とから構成される。 3, a CY3, CZ3, consists one integrating capacitor CX3 the other end connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OPA is memory, CY3, switch SX3 connected to the other end of CZ3, SY3, SZ3 Prefecture that. 【0035】積分器ING1は、測定期間TXではX軸方向についての積分を行うと同時にY,Z軸方向についての積分結果を保持し、測定期間TYではY軸方向についての積分を行うと同時にX,Z軸方向についての積分結果を保持し、測定期間TZではZ軸方向についての積分を行うと同時にX,Y軸方向についての積分結果を保持する。 The integrator ING1 is measurement period TX in simultaneously performing the integration of the X-axis direction Y, to hold the integration results for the Z-axis direction, and at the same time performs the integral of the measurement period TY in Y-axis direction X holds the integration result of the Z-axis direction, and at the same time performs the integral of the measurement period Z-axis direction in TZ X, holds the integration result of the Y-axis direction. 【0036】すなわち、測定期間TXにおいて、制御回路CTL1は、スイッチSX3をオン、スイッチSY [0036] That is, in the measurement period TX, the control circuit CTL1 is turned the switch SX3, switch SY
3,SZ3をオフにする。 3, turn off the SZ3. 積分器ING1は、出力電極6の出力電流Ipを積分し、ボールセンサ1のX軸方向の容量値変化に対応した電圧VpXを出力する(図2 Integrator ING1 integrates the output current Ip of the output electrode 6, outputs a voltage VpX corresponding to the capacitance value changes in the X-axis direction of the ball sensor 1 (FIG. 2
(S))。 (S)). スイッチSX3をオフにしてから次にオンするまでの間、X軸方向についての積分結果は積分コンデンサCX3に保持される。 Until then turn on the switch SX3 off and then on, the integration result of the X-axis direction is held in the integration capacitor CX3. 【0037】測定期間TYにおいて、制御回路CTL1 [0037] In the measurement period TY, control circuit CTL1
は、スイッチSY3をオン、スイッチSX3,SZ3をオフにする。 Is, the switch SY3 on, turn off the switch SX3, SZ3. 積分器ING1は、出力電極6の出力電流Ipを積分し、ボールセンサ1のY軸方向の容量値変化に対応した電圧VpYを出力する(図2(t))。 Integrator ING1 integrates the output current Ip of the output electrode 6, outputs the voltages VpY corresponding to the capacitance value change of the Y-axis direction of the ball sensor 1 (FIG. 2 (t)). スイッチSY3をオフにしてから次にオンするまでの間、Y During the switch SY3 until then turned off and then on, Y
軸方向についての積分結果は積分コンデンサCY3に保持される。 Integration result in the axial direction is held in the integration capacitor CY3. 【0038】測定期間TZにおいて、スイッチSZ3をオン、スイッチSX3,SY3をオフにする。 [0038] In the measurement period TZ, the switch SZ3 on, turn off the switch SX3, SY3. 積分器I Integrator I
NG1は、出力電極6の出力電流Ipを積分し、ボールセンサ1のZ軸方向の容量値変化に対応した電圧VpZ NG1 integrates the output current Ip of the output electrode 6, the voltage VpZ corresponding to the capacitance value changes in the Z-axis direction of the ball sensor 1
を出力する(図2(u))。 And it outputs a (FIG. 2 (u)). スイッチSZ3をオフにしてから次にオンするまでの間、Z軸方向についての積分結果は積分コンデンサCZ3に保持される。 Until then turn on the switch SZ3 off and then on, the integration results for the Z-axis direction is held in the integration capacitor CZ3. 【0039】積分器ING1から順次出力される電圧V The voltage is sequentially outputted from the integrator ING1 V
pX,VpY,VpZは、A/D変換器ADCによってデジタル値に変換される。 pX, VPY, VPZ is converted into a digital value by the A / D converter ADC. 図示しない演算手段(CP (Not shown) arithmetic means (CP
U)は、デジタル化された電圧VpX,VpY,VpZ U) is digitized voltage VPX, VPY, VPZ
を基に、ボール半導体2のX,Y,Z軸方向の変位Δ Based, X balls semiconductor 2, Y, displacement in the Z axis direction Δ
X,ΔY,ΔZを演算する。 X, ΔY, to calculate the ΔZ. この変位ΔX,ΔY,ΔZ This displacement ΔX, ΔY, ΔZ
を基にX,Y,Z軸方向の加速度(第1物理量)を求めることができる。 Can be determined X, Y, Z-axis direction acceleration (first physical quantity) based on. 【0040】本実施の形態では、1台の電源PS1を時分割で3系統の励起用電極と接続するようにしたので、 [0040] In this embodiment, since to be connected with the excitation electrode of the three systems in a time division one power supply PS1,
複数台の電源を用いる必要がなくなり、複数台の電源を用いることによる励起用電源電圧の振幅誤差及び位相誤差の影響を回避することができる。 It is not necessary to use the power of multiple, you are possible to avoid the influence of the amplitude and phase errors of the excitation power supply voltage by using the power of the plurality. X,Y,Zの各系統に時分割で電源を供給することにより、各系統の出力が中断するタイミングが存在するが、この中断は十分な高速クロックで測定期間TX,TY,TZを短くすることにより解決できる。 X, Y, by supplying the power in time division to each line of the Z, the output of each path is present timing interrupted, this interruption measured in sufficiently high speed clock period TX, TY, TZ The shortening It can be solved by. また、正弦波でなく矩形波の電源電圧を用いることにより、電源電圧の振幅と位相を精度良く制御することが容易となる。 Further, by using the power supply voltage of the rectangular wave, not a sine wave, it becomes easy to accurately control the power supply voltage amplitude and phase. 【0041】本実施の形態においても、積分器ING1 [0041] Also in this embodiment, the integrator ING1
のメモリ回路を含むアナログ回路が必要であるが、このアナログ回路の規模は図22の従来の計測装置に比べてはるかに少ない割合で済み、計測装置の多くの部分をデジタル回路によって構成することができる。 It is necessary for an analog circuit including a memory circuit, the scale of the analog circuit requires a much smaller percentage than traditional measuring apparatus of FIG. 22, be configured many parts of the measuring device by the digital circuit it can. このため、 For this reason,
精度に影響を与える部品点数が減り、回路面積の縮小による低コスト化が可能になる。 Reduces the number of components that affect the accuracy, it is possible to lower cost by reducing the circuit area. また、計測装置の多くの部分をデジタル回路によって構成できるため、集積回路化が容易になる。 Also, since many parts of the measuring device can be constituted by a digital circuit, an integrated circuit is facilitated. 【0042】[第2の実施の形態]第1の実施の形態では、直流電源PS1を用いているが、この直流電源PS [0042] In the Second Embodiment first embodiment uses a DC power source PS1, the DC power supply PS
1の代わりに正弦波交流電源を用いてもよい。 It may be used a sine wave AC power supply instead of one. 正弦波交流電源を用いる場合には、この電源から供給される正弦波交流の所定サイクル数分の時間を前述の測定期間T In the case of using a sine wave AC power supply, the measurement period T of the aforementioned predetermined cycle several minutes sinusoidal alternating current supplied from the power source
X,TY,TZの半周期として、第1の実施の形態で説明したスイッチSX1a,SX1b,SX2a,SX2 X, TY, as a half cycle of the TZ, the switch described in the first embodiment SX1a, SX1b, SX2a, SX2
b,SY1a,SY1b,SY2a,SY2b,SZ1 b, SY1a, SY1b, SY2a, SY2b, SZ1
a,SZ1b,SZ2a,SZ2b,SX3,SY3, a, SZ1b, SZ2a, SZ2b, SX3, SY3,
SZ3の切換制御を行えばよい。 It may be carried out switching control of SZ3. 【0043】[第3の実施の形態]図4は本発明の第3 [0043] [Third Embodiment] FIG. 4 is a third of the present invention
の実施の形態となるボールセンサを用いた計測装置の構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。 Is a block diagram showing a configuration of the measurement apparatus using a ball sensor as the embodiment that are the same configuration as FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. 図4では、ボールセンサ1を等価回路モデルで表記している。 4, are denoted balls sensor 1 in the equivalent circuit model. ボールセンサ1の構成は従来と同様であるので、図22、図23の符号を用いて説明する。 The configuration of the ball sensor 1 is the same as the conventional, 22, it will be described using the reference numerals in FIG. 23. 【0044】図5は、ボールセンサ1の励起用電極4X [0044] FIG. 5, excitation electrode 4X of the ball sensor 1
a,4Xb,5Xa,5Xb,4Ya,4Yb,5Y a, 4Xb, 5Xa, 5Xb, 4Ya, 4Yb, 5Y
a,5Yb,4Za,4Zb,5Za,5Zbに印加される励起用電圧(本実施の形態ではパルス電圧)の波形を示すタイミングチャート図である。 a, 5Yb, 4Za, 4Zb, 5Za, a timing chart showing the waveforms of (a pulse voltage in this embodiment) the applied excitation voltage 5Zb. なお、図5では、 In FIG. 5,
測定期間TXについてのみ記載しているが、本実施の形態では、測定期間TY,TZについても測定期間TXと同じ電圧供給が行われる。 It has been described only for the measurement period TX, in the present embodiment, the measurement period TY, the same voltage supply is performed and the measurement period TX also TZ. 【0045】パルス電源PS2は、図5(a)のように、測定期間TX,TY,TZの周期dTと同一周期のパルス電圧CLKを発生する。 The pulse power source PS2, as in FIG. 5 (a), generates measurement period TX, TY, a pulse voltage CLK period dT the same period of TZ. CODEX1,CODE CODEX1, CODE
Y1,CODEZ1は強い自己相関性を有し、かつ相互相関性が弱い(互いに直交する)直交符号である。 Y1, CODEZ1 have strong autocorrelation and cross-correlation is weak (mutually orthogonal) is an orthogonal code. 直交符号CODEX2,CODEY2,CODEZ2は、それぞれ直交符号CODEX1,CODEY1,CODE Orthogonal code CODEX2, CODEY2, CODEZ2 each orthogonal code CODEX1, CODEY1, CODE
Z1を反転させたものである(図5(b)〜図5 It is obtained by inverting the Z1 (FIG. 5 (b) ~ Figure 5
(g))。 (G)). 【0046】なお、本計測装置が用いるセンサはボールセンサ1で、X,Y,Z軸方向の容量値変化を取り出す必要があるため、直交符号CODEX1,CODEY [0046] In the sensor the measuring device is used ball sensor 1, X, Y, it is necessary to take out the capacitance value changes in the Z-axis direction, orthogonal codes CODEX1, Codey
1,CODEZ1,CODEX2,CODEY2,CO 1, CODEZ1, CODEX2, CODEY2, CO
DEZ2はdT/2毎に位相が反転するようになっている。 DEZ2 phase are inverted every dT / 2. 【0047】排他的論理和回路EORX1は、パルス電圧CLKと直交符号CODEX1との排他的論理和をとった結果である直交符号φX1をボールセンサ1の励起用電極4Xa,5Xbに供給する(図5(h)、図5 The exclusive OR circuit EORX1 the pulse voltages CLK orthogonal codes CODEX1 the exclusive orthogonal codes φX1 a result of taking the sum of the ball sensor 1 excitation electrode 4XA, supplies the 5XB (Fig 5 (h), Figure 5
(k))。 (K)). 排他的論理和回路EORX2は、パルス電圧CLKと直交符号CODEX2との排他的論理和をとった結果である直交符号φX2をボールセンサ1の励起用電極4Xb,5Xaに供給する(図5(i)、図5 Exclusive OR circuit EORX2 the pulse voltage CLK and orthogonal code CODEX2 the exclusive orthogonal codes φX2 is the result of taking the sum of the ball sensor 1 excitation electrode 4XB, supplied in 5XA (Fig 5 (i) Fig. 5
(j))。 (J)). 【0048】つまり、測定期間TX,TY,TZの最初の半周期では、隣接する1対の励起用電極4Xa,4X [0048] That is, the measurement period TX, TY, the first half period of the TZ, the adjacent pair of excitation electrodes 4XA, 4X
bに印加される電圧が互いに逆相(励起用電極5Xa, Voltage applied to b is opposite phase (excitation electrodes 5XA,
5Xbに印加される電圧も互いに逆相)で、かつボール半導体2を挟んで対向する励起用電極4X,5Xに印加される電圧が互いに逆相となる。 The voltage applied to 5Xb also opposite phases), and excitation electrodes 4X to opposite sides of the ball semiconductor 2, the voltage applied to 5X opposite phases. 【0049】測定期間TX,TY,TZの残りの半周期では、励起用電極4Xa,4Xb,5Xa,5Xbに印加される各電圧が最初の半周期に対して逆相となる。 The measuring period TX, TY, the rest half cycle of TZ is excitation electrode 4XA, 4XB, 5XA, the voltages are applied to 5Xb becomes reversed phase relative to the initial half cycle. 直流電圧に直交符号φX1,φX2が重畳している点を除けば、励起用電極4Xa,4Xb,5Xa,5Xbに印加される各電圧の関係は、測定期間TX,TY,TZの最初の半周期では図3(a)と同様であり、測定期間T Orthogonal to the DC voltage sign FaiX1, except that φX2 is superimposed, excitation electrodes 4XA, 4XB, 5XA, the relationship between the voltage applied to 5XB, measurement period TX, TY, the first half period of TZ in a similar to FIG. 3 (a), the measurement period T
X,TY,TZの残りの半周期では図3(b)と同様である。 X, TY, in the remaining half cycle of the TZ is the same as FIG. 3 (b). 【0050】排他的論理和回路EORY1は、パルス電圧CLKと直交符号CODEY1との排他的論理和をとった結果である直交符号φY1をボールセンサ1の励起用電極4Ya,5Ybに供給する(図5(l)、図5 The exclusive OR circuit EORY1 the pulse voltage CLK and orthogonal code CODEY1 the exclusive orthogonal codes φY1 is the result of taking the sum of the ball sensor 1 excitation electrode 4Ya, supplies the 5Yb (Fig 5 (l), Fig. 5
(o))。 (O)). 排他的論理和回路EORY2は、パルス電圧CLKと直交符号CODEY2との排他的論理和をとった結果である直交符号φY2をボールセンサ1の励起用電極4Yb,5Yaに供給する(図5(m)、図5 Exclusive OR circuit EORY2 the pulse voltage CLK and orthogonal code CODEY2 the exclusive orthogonal codes φY2 is the result of taking the sum of the ball sensor 1 excitation electrode 4Yb, supplies the 5Ya (Fig 5 (m) , Figure 5
(n))。 (N)). 【0051】つまり、測定期間TX,TY,TZの最初の半周期では、隣接する1対の励起用電極4Ya,4Y [0051] That is, the measurement period TX, TY, the first half period of the TZ, the adjacent pair of excitation electrodes 4Ya, 4Y
bに印加される電圧が互いに逆相(励起用電極5Ya, Voltage applied to b is opposite phase (excitation electrodes 5Ya,
5Ybに印加される電圧も互いに逆相)で、かつボール半導体2を挟んで対向する励起用電極4Y,5Yに印加される電圧が互いに逆相となる。 Voltage reverse phase even another) applied to 5Yb, and excitation electrodes 4Y facing each other across the ball semiconductor 2, the voltage applied to 5Y opposite phases. 【0052】測定期間TX,TY,TZの残りの半周期では、励起用電極4Ya,4Yb,5Ya,5Ybに印加される各電圧が最初の半周期に対して逆相となる。 [0052] measurement period TX, TY, the remaining half cycle of the TZ, the excitation electrodes 4Ya, 4Yb, 5Ya, the voltages applied to 5Yb is opposite phase to the first half period. 直流電圧に直交符号φY1,φY2が重畳している点を除けば、励起用電極4Ya,4Yb,5Ya,5Ybに印加される各電圧の関係は、測定期間TX,TY,TZの最初の半周期では図3(c)と同様であり、測定期間T Orthogonal to the DC voltage sign Faiwai1, except that φY2 is superimposed, excitation electrodes 4Ya, 4Yb, 5Ya, the relationship between the voltage applied to 5Yb, measurement period TX, TY, the first half period of TZ in a similar to FIG. 3 (c), the measurement period T
X,TY,TZの残りの半周期では図3(d)と同様である。 X, TY, in the remaining half cycle of the TZ is the same as FIG. 3 (d). 【0053】排他的論理和回路EORZ1は、パルス電圧CLKと直交符号CODEZ1との排他的論理和をとった結果である直交符号φZ1をボールセンサ1の励起用電極4Za,5Zbに供給する(図5(p)、図5 [0053] exclusive OR circuit EORZ1 the pulse voltage CLK and orthogonal code CODEZ1 and exclusive orthogonal codes φZ1 the result of taking the sum of the ball sensor 1 excitation electrode 4Za, supplies the 5Zb (5 (p), Figure 5
(s))。 (S)). 排他的論理和回路EORZ2は、パルス電圧CLKと直交符号CODEZ2との排他的論理和をとった結果である直交符号φZ2をボールセンサ1の励起用電極4Zb,5Zaに供給する(図5(q)、図5 Exclusive OR circuit EORZ2 the pulse voltage CLK and orthogonal code CODEZ2 the exclusive orthogonal codes φZ2 is the result of taking the sum of the ball sensor 1 excitation electrode 4Zb, supplies the 5Za (Fig 5 (q) , Figure 5
(r))。 (R)). 【0054】つまり、測定期間TX,TY,TZの最初の半周期では、隣接する1対の励起用電極4Za,4Z [0054] That is, the measurement period TX, TY, the first half period of the TZ, the adjacent pair of excitation electrodes 4Za, 4Z
bに印加される電圧が互いに逆相(励起用電極5Za, Voltage applied to b is opposite phase (excitation electrodes 5Za,
5Zbに印加される電圧も互いに逆相)で、かつボール半導体2を挟んで対向する励起用電極4Z,5Zに印加される電圧が互いに逆相となる。 The voltage applied to 5Zb also opposite phases), and excitation electrodes 4Z to opposite sides of the ball semiconductor 2, the voltage applied to 5Z are opposite phases. 【0055】測定期間TX,TY,TZの残りの半周期では、励起用電極4Za,4Zb,5Za,5Zbに印加される各電圧が最初の半周期に対して逆相となる。 [0055] measurement period TX, TY, the remaining half cycle of the TZ, the excitation electrodes 4Za, 4Zb, 5Za, the voltages applied to 5Zb is opposite phase to the first half period. 直流電圧に直交符号φZ1,φZ2が重畳している点を除けば、励起用電極4Za,4Zb,5Za,5Zbに印加される各電圧の関係は、測定期間TX,TY,TZの最初の半周期では図3(e)と同様であり、測定期間T Orthogonal to the DC voltage sign FaiZ1, except that φZ2 is superimposed, excitation electrodes 4Za, 4Zb, 5Za, the relationship between the voltage applied to 5Zb, measurement period TX, TY, the first half period of TZ in a similar to FIG. 3 (e), the measurement period T
X,TY,TZの残りの半周期では図3(f)と同様である。 X, TY, in the remaining half cycle of the TZ is the same as FIG. 3 (f). 【0056】演算増幅器OPAと、一端が出力電極6に接続され他端が演算増幅器OPAの非反転入力端子に接続された抵抗R1と、一端が演算増幅器OPAの非反転入力端子に接続され他端が演算増幅器OPAの出力端子に接続された積分コンデンサC1とから構成される積分器ING2は、出力電極6から出力された電流Ipを積分して電圧に変換する。 [0056] an operational amplifier OPA, a resistor R1 having one end the other end is connected to the output electrode 6 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OPA, one end is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OPA and the other end There integrator ING2 composed connected integrating capacitor C1 to the output terminal of the operational amplifier OPA converts the voltage by integrating the current Ip that is outputted from the output electrode 6. 【0057】本実施の形態は、パルス電圧CLKを直交符号φX,φY,φZで変調した電圧をX,Y,Z軸に沿って配置された励起用電極4X(5X),4Y(5 [0057] This embodiment, a pulse voltage CLK orthogonal codes .phi.X, .phi.Y, voltage modulated by .phi.z X, Y, excitation electrode disposed along the Z-axis 4X (5X), 4Y (5
Y),4Z(5Z)に印加したものである。 Y), is obtained by applying to the 4Z (5Z). これにより、ボール半導体2の位置変化に伴うX,Y,Z軸方向の各容量値変化がそれぞれ直交符号φX,φY,φZで拡散変調されることになる。 Thus, X accompanying the change in position of the ball semiconductor 2, Y, Z-axis direction of the capacitance value changes each orthogonal code .phi.X, .phi.Y, to be spread modulated in .phi.z. したがって、変調側と同じ直交符号φX,φY,φZを使ってボールセンサ1の出力を逆拡散変調すれば、X,Y,Z軸方向の容量値変化に対応した信号VpX,VpY,VpZを復調して取り出すことが可能になる。 Therefore, the same orthogonal code φX and modulation side, .phi.Y, if inverse spread modulation output of the ball sensor 1 using .phi.z, demodulated X, Y, signal VpX corresponding to the capacitance value changes in the Z-axis direction, VPY, the VpZ and it is possible to take out. 【0058】相関器CORXは、積分器ING2の出力を直交符号φX(φX1又はφX2)により逆拡散変調した信号VpXを出力し、相関器CORYは、積分器I [0058] Correlator CORX outputs the despread modulated signal VpX the output of the integrator ING2 by orthogonal code φX (φX1 or FaiX2), correlator CORY is the integrator I
NG2の出力を直交符号φY(φY1又はφY2)により逆拡散変調した信号VpYを出力し、相関器CORZ Outputs despread modulated signal VpY output of NG2 by orthogonal codes φY (φY1 or φY2), correlator CORZ
は、積分器ING2の出力を直交符号φZ(φZ1又はφZ2)により逆拡散変調した信号VpZを出力する。 Outputs the despread modulated signal VpZ by orthogonal code φZ the output of the integrator ING2 (φZ1 or φZ2). 【0059】A/D変換器ADCXは、相関器CORX [0059] A / D converter ADCX is correlators CORX
の出力電圧VpXをデジタル値に変換し、A/D変換器ADCYは、相関器CORYの出力電圧VpYをデジタル値に変換し、A/D変換器ADCZは、相関器COR The output voltage VpX into a digital value, A / D converter ADCY the output voltage VpY correlator CORY converted into a digital value, A / D converter ADCZ is correlators COR
Zの出力電圧VpZをデジタル値に変換する。 Converting the output voltage VpZ of Z into a digital value. 図示しない演算手段(CPU)は、デジタル化された電圧Vp Not shown computing means (CPU) are digitized voltage Vp
X,VpY,VpZを基に、ボール半導体2のX,Y, X, VPY, based on VPZ, ball semiconductor 2 X, Y,
Z軸方向の変位ΔX,ΔY,ΔZを演算する。 Displacement ΔX of the Z-axis direction, [Delta] Y, calculates the [Delta] Z. 【0060】こうして、本実施の形態では、ボール半導体2の位置変化に伴うX,Y,Z軸方向の各容量値変化を拡散変調し、ボールセンサ1の出力を逆拡散変調することで、X,Y,Z軸方向の容量値変化に対応した各信号成分を取り出すことができるので、複数台の電源を用いる必要がなくなり、複数台の電源を用いることによる励起用電源電圧の振幅誤差及び位相誤差の影響を回避することができる。 [0060] Thus, in this embodiment, since the X due to positional change of the ball semiconductor 2, Y, each capacitance value changes in the Z-axis direction spreading modulation, despreading modulating the output of the ball sensor 1, X , Y, it is possible to take out the signal component corresponding to the capacitance value changes in the Z-axis direction, it is not necessary to use the power of the plurality of activation power supply voltage by using the power of the plurality of amplitude error and phase you are possible to avoid the effect of the error. 本実施の形態では、X,Y,Zの各系統の出力が中断することはない。 In this embodiment, X, Y, the output of each path in the Z will not be interrupted. また、拡散変調を用いることで、計測装置の耐ノイズ性を向上させることができる。 Further, by using the spread modulation, it is possible to improve the noise resistance of the measuring device. 【0061】[第4の実施の形態]図6、図7は、本発明の第4の実施の形態となるボールセンサを用いた計測装置の構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。 [0061] [Fourth Embodiment] FIG. 6, FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a measurement apparatus using a ball sensor as a fourth embodiment of the present invention, FIG. 1 the same as the configuration are denoted by the same reference numerals. 図6の丸付き数字1〜1 Circled numbers in Figure 6 1 to 1
3は、それぞれ図7の丸付き数字1〜13と接続されることは言うまでもない。 3 is of course to be connected to the circled numbers 1 to 13 in FIG. 7, respectively. 図6では、ボールセンサ1を等価回路モデルで表記している。 In Figure 6, it is denoted balls sensor 1 in the equivalent circuit model. ボールセンサ1の構成は従来と同様であるので、図22、図23の符号を用いて説明する。 The configuration of the ball sensor 1 is the same as the conventional, 22, it will be described using the reference numerals in FIG. 23. 【0062】本実施の形態では、図1の構成に対し、励起用電極4XaとスイッチSX1a,SX1bとの間にスイッチSX4aを挿入し、励起用電極4XbとスイッチSX2a,SX2bとの間にスイッチSX4bを挿入し、励起用電極5XaとスイッチSX2a,SX2bとの間にスイッチSX5aを挿入し、励起用電極5XbとスイッチSX1a,SX1bとの間にスイッチSX5b [0062] In this embodiment, with respect to the configuration of FIG. 1, the excitation electrode 4Xa and switch SX1a, insert the switch SX4a between SX1b, excitation electrodes 4Xb and switch SX2a, switch SX4b between SX2b insert the excitation electrode 5Xa and switch SX2a, insert the switch SX5a between SX2b, excitation electrodes 5Xb and switch SX1a, switch SX5b between SX1b
を挿入している。 It is inserted. 【0063】同様に、励起用電極4YaとスイッチSY [0063] Similarly, the excitation electrode 4Ya and switch SY
1a,SY1bとの間にスイッチSY4aを挿入し、励起用電極4YbとスイッチSY2a,SY2bとの間にスイッチSY4bを挿入し、励起用電極5YaとスイッチSY2a,SY2bとの間にスイッチSY5aを挿入し、励起用電極5YbとスイッチSY1a,SY1bとの間にスイッチSY5bを挿入している。 1a, insert the switch SY4a between SY1b, excitation electrodes 4Yb and switch SY2a, insert the switch SY4b between SY2b, excitation electrodes 5Ya and switch SY2a, insert the switch SY5a between SY2b , excitation electrodes 5Yb and switch SY1a, are inserted switch SY5b between SY1b. 【0064】また、励起用電極4ZaとスイッチSZ1 [0064] In addition, the excitation electrode 4Za and switch SZ1
a,SZ1bとの間にスイッチSZ4aを挿入し、励起用電極4ZbとスイッチSZ2a,SZ2bとの間にスイッチSZ4bを挿入し、励起用電極5ZaとスイッチSZ2a,SZ2bとの間にスイッチSZ5aを挿入し、励起用電極5ZbとスイッチSZ1a,SZ1bとの間にスイッチSZ5bを挿入している。 a, by inserting the switch SZ4a between SZ1b, excitation electrodes 4Zb and switch SZ2A, insert the switch SZ4b between SZ2b, excitation electrodes 5Za and switch SZ2A, insert the switch SZ5a between SZ2b , excitation electrodes 5Zb and switch SZ1A, are inserted switch SZ5b between SZ1b. 【0065】図8は、スイッチSX1a,SX1b,S [0065] FIG. 8, switch SX1a, SX1b, S
X2a,SX2b,SY1a,SY1b,SY2a,S X2a, SX2b, SY1a, SY1b, SY2a, S
Y2b,SZ1a,SZ1b,SZ2a,SZ2b,S Y2b, SZ1a, SZ1b, SZ2a, SZ2b, S
X3,SY3,SZ3,SX4a,SX4b,SX5 X3, SY3, SZ3, SX4a, SX4b, SX5
a,SX5b,SY4a,SY4b,SY5a,SY5 a, SX5b, SY4a, SY4b, SY5a, SY5
b,SZ4a,SZ4b,SZ5a,SZ5b及びデジタルフィルタDFの動作を示すタイミングチャート図である。 b, it is a timing chart showing SZ4a, SZ4b, SZ5a, the operation of SZ5b and digital filter DF. 本実施の形態では、測定期間TXと測定期間TY In this embodiment, the measurement period TX and the measurement period TY
との間にフィードバック期間TFXを設け、測定期間T The feedback period TFX provided between the measurement period T
Yと測定期間TZとの間にフィードバック期間TFYを設け、測定期間TZと測定期間TXとの間にフィードバック期間TFZを設けている。 Feedback period TFY provided between the Y and the measurement period TZ, is provided a feedback period TFZ between the measuring periods TZ and the measurement period TX. 【0066】各測定期間TX,TY,TZにおける制御回路CTL2の制御によるスイッチSX1a,SX1 [0066] Switch SX1a by control of each measurement period TX, TY, control in TZ circuit CTL2, SX1
b,SX2a,SX2b,SY1a,SY1b,SY2 b, SX2a, SX2b, SY1a, SY1b, SY2
a,SY2b,SZ1a,SZ1b,SZ2a,SZ2 a, SY2b, SZ1a, SZ1b, SZ2a, SZ2
b,SX3,SY3,SZ3の動作は、第1の実施の形態と全く同じである。 b, SX3, SY3, SZ3 of operation is the same as the first embodiment. 【0067】制御回路CTL2、スイッチSX6a,S [0067] The control circuit CTL2, switch SX6a, S
X6b,SX7a,SX7b,SY6a,SY6b,S X6b, SX7a, SX7b, SY6a, SY6b, S
Y7a,SY7b,SZ6a,SZ6b,SZ7a,S Y7a, SY7b, SZ6a, SZ6b, SZ7a, S
Z7b及び電源PS3,PS4,PS5,PS6は、フィードバック手段を構成している。 Z7b and power PS3, PS4, PS5, PS6 constitute a feedback means. 【0068】制御回路CTL2は、測定期間TX,T [0068] The control circuit CTL2 is, the measurement period TX, T
Y,TZ、フィードバック期間TFY,TFZにおいてSX4a,SX4b,SX5a,SX5bをMEA側に切り換える。 Y, switch TZ, feedback period TFY, SX4a in TFZ, SX4b, SX5a, the SX5b the MEA side. これにより、励起用電極4Xa,5XbはスイッチSX1a,SX1bと接続され、励起用電極4 Thus, excitation electrodes 4XA, 5XB is connection switch SX1a, a SX1b, excitation electrode 4
Xb,5XaはスイッチSX2a,SX2bと接続される。 Xb, 5XA is connection switch SX2a, and SX2b. 【0069】同様に、制御回路CTL2は、測定期間T [0069] Similarly, the control circuit CTL2 the measurement period T
X,TY,TZ、フィードバック期間TFX,TFZにおいてSY4a,SY4b,SY5a,SY5bをME X, TY, TZ, feedback period TFX, SY4a in TFZ, SY4b, SY5a, the SY5b ME
A側に切り換える。 It switched to the A side. これにより、励起用電極4Ya,5 Thus, excitation electrodes 4Ya, 5
YbはスイッチSY1a,SY1bと接続され、励起用電極4Yb,5YaはスイッチSY2a,SY2bと接続される。 Yb is connected switches SY1a, and SY1b, excitation electrodes 4Yb, 5Ya is connection switch SY2a, and SY2b. 【0070】そして、制御回路CTL2は、測定期間T [0070] Then, the control circuit CTL2 is, the measurement period T
X,TY,TZ、フィードバック期間TFX,TFYにおいてSZ4a,SZ4b,SZ5a,SZ5bをME X, TY, TZ, feedback period TFX, SZ4a in TFY, SZ4b, SZ5a, the SZ5b ME
A側に切り換える。 It switched to the A side. これにより、励起用電極4Za,5 Thus, excitation electrodes 4Za, 5
ZbはスイッチSZ1a,SZ1bと接続され、励起用電極4Zb,5ZaはスイッチSZ2a,SZ2bと接続される。 Zb is connected switches SZ1A, and SZ1b, excitation electrodes 4Zb, 5Za is connection switch SZ2A, and SZ2b. 【0071】積分器ING1の動作は第1の実施の形態と同じである。 [0071] Operation of the integrator ING1 is the same as the first embodiment. 本実施の形態では、積分器ING1の後ろに量子化器QUA1を設け、この量子化の結果を入力側に帰還することでデルタシグマ(ΔΣ)型のA/D変換器を構成している。 In this embodiment, the quantizer QUA1 provided behind the integrator ING1, constitute a delta sigma (.DELTA..SIGMA) type A / D converter by feeding back to the input side the results of the quantization. 図9に基本的なΔΣ変調器の構成を示す。 Figure 9 shows the basic configuration of the ΔΣ modulator. 【0072】通常のΔΣ変調器の場合、入力uは電流若しくは電圧である。 [0072] For normal ΔΣ modulator, the input u is a current or voltage. 1段若しくは多段の積分器ING 1-stage or multi-stage of the integrator ING
は、入力uと出力vとの差分を積分する。 Integrates the difference between the input u and the output v. 量子化器QU Quantizer QU
Aは、積分器INGの出力を量子化した結果をvとして出力する。 A outputs the result of quantizing the output of the integrator ING as v. この出力vには、量子化による誤差(量子化ノイズ)eが重畳される。 This output v, the error due to quantization (quantizing noise) e is superimposed. 積分器INGの伝達関数H The transfer function H of the integrator ING
(z)により、出力vには入力uがそのまま現れるとともに、量子化誤差には1/H(z)の伝達関数によってノイズシェイピング効果が発生する。 The (z), the output v with input u appears intact, noise shaping effect by the transfer function of 1 / H (z) is generated in the quantization error. 【0073】このことは次式の導出により確認できる。 [0073] This can be confirmed by the derivation of the following equation. V(z)=(H(z)U(z))/(1+H(z)) +E(z)/(1+H(z)) ・・・(2) 仮に、H(z)が1より十分に大きいとすると、式(2)は次式のようになる。 V (z) = (H (z) U (z)) / (1 + H (z)) + E (z) / (1 + H (z)) ··· (2) If, H (z) is sufficiently than 1 with a large, equation (2) becomes the following equation. V(z)=U(z)+E(z)/H(z) ・・・(3) 【0074】ここで、H(z)=1/(1−Z -1 )、つまり積分器がループ内にあると、信号帯域となる帯域でのゲインは高いため、H(z)は1より十分に大きくなる。 V (z) = U (z ) + E (z) / H (z) ··· (3) [0074] Here, H (z) = 1 / (1-Z -1), i.e. the integrator loop If there within, for high gain at the band of the signal band, H (z) is sufficiently greater than 1. さらに、式(3)において量子化ノイズは、信号周波数帯域外の部分では大きく増幅され、信号周波数帯域においては小さく押えられる。 Furthermore, quantization noise in the formula (3) is amplified greatly in the portion outside the signal frequency band, it is pressed small in the signal frequency band. したがって、後述するデジタルフィルタDFで信号周波数帯域外の量子化ノイズを除去すれば、大きなSN比を得ることができる。 Thus, by removing the quantization noise outside the signal frequency band by a digital filter DF which will be described later, it is possible to obtain a large SN ratio. 【0075】本実施の形態では、以上のようなΔΣ変調器を応用したA/D変換器を実現することにより、SN [0075] In the present embodiment, by realizing more such ΔΣ modulator applying the A / D converter, SN
比を向上させて高分解能を達成することができる。 It is possible to achieve high resolution by improving the ratio. 以下、実際の動作について説明する。 The following describes the actual operation. コンパレータからなる量子化器QUA1は、積分器ING1の出力を基準電圧と比較して「0」又は「1」の信号とし、この信号を高速のクロックでサンプリングすることにより、積分器ING1の出力を量子化する。 Quantizer QUA1 consisting comparator the output of the integrator ING1 is compared with a reference voltage and the signal of "0" or "1", by sampling the signal at a high speed clock, the output of the integrator ING1 to quantization. 【0076】測定期間TXで得られる量子化器QUA1 [0076] quantizer obtained by the measurement period TX QUA1
の出力値は、ボールセンサ1のX軸方向の容量値変化に対応した電圧をデジタル化した値である。 The output value of a value obtained by digitizing the voltage corresponding to the capacitance value changes in the X-axis direction of the ball sensor 1. 制御回路CT Control circuit CT
L2は、測定期間TXで得られた量子化器QUA1の出力値に基づいてボールセンサ1のX軸方向の容量値が増大したか減少したかを判定し、フィードバック期間TF L2 determines whether the capacitance value of the X-axis direction of the ball sensor 1 is decreased or increased based on the output value of the resulting quantizer QUA1 measurement period TX, the feedback time period TF
Xにおいて、スイッチSX4a,SX4b,SX5a, In X, switch SX4a, SX4b, SX5a,
SX5bをFF側に切り換えると同時に、ボールセンサ1がX軸方向に関して所定の動作点で動作するよう(ボール半導体2のX軸方向の位置が所定位置となるよう) At the same time switching the SX5b to the FF side, so that the ball sensor 1 is operated at a predetermined operating point with respect to the X-axis direction (so that the X-axis direction position of the ball semiconductor 2 is a predetermined position)
スイッチSX6a,SX6b,SX7a,SX7bを制御する。 Switch SX6a, SX6b, SX7a, to control the SX7b. 【0077】図8(j)に示すように、スイッチSX4 [0077] As shown in FIG. 8 (j), switch SX4
a,SX4b,SX5a,SX5bをFF側に切り換えると、励起用電極4XaはスイッチSX6aと接続され、励起用電極4XbはスイッチSX6bと接続され、 a, SX4b, SX5a, switch the SX5b to the FF side, the excitation electrodes 4Xa is connected to the switch SX6a, excitation electrodes 4Xb is connected to the switch SX6b,
励起用電極5XaはスイッチSX7aと接続され、励起用電極5XbはスイッチSX7bと接続される。 Excitation electrodes 5Xa is connected to the switch SX7a, excitation electrodes 5Xb is connected to the switch SX7b. 【0078】例えば、ボール半導体2のX軸方向の位置が図23の+側に移動したときボールセンサ1のX軸方向の容量値が大きくなるとすると、制御回路CTL2 [0078] For example, if the capacitance value of the X-axis direction of the ball sensor 1 when the X-axis direction position of the ball semiconductor 2 is moved to the + side in FIG. 23 is increased, the control circuit CTL2
は、X軸方向の容量値が大きくなった場合、ボール半導体2のX軸方向の位置を図23の−側に引き戻すようにスイッチSX6a,SX6b,SX7a,SX7bを制御する。 , When the capacitance value in the X-axis direction is large, the position of the X-axis direction of the ball semiconductor 2 in FIG. 23 - switch to pulled back to the side SX6a, SX6b, SX7a, controls the SX7b. 【0079】ボール半導体2のX軸方向の位置を−側に引き戻すには、励起用電極5X側の電位の絶対値が大、 [0079] The X-axis direction position of the ball semiconductor 2 - To pull back on the side, the absolute value of the excitation electrodes 5X side potential is large,
励起用電極4X側の電位の絶対値が小となるように電圧(第2の電気信号)を印加する。 The absolute value of the excitation electrodes 4X side potential is applied a voltage (second electric signal) to be small. すなわち、制御回路C That is, the control circuit C
TL2は、スイッチSX6aを制御して励起用電極4X TL2, the excitation electrodes 4X controls the switch SX6a
aと直流電源PS4とを接続し、スイッチSX6bを制御して励起用電極4Xbと直流電源PS6とを接続し、 Connects the DC power source PS4 a, connects the excitation electrode 4Xb a DC power source PS6 controls the switch SX6b,
スイッチSX7aを制御して励起用電極5Xaと直流電源PS3とを接続し、スイッチSX7bを制御して励起用電極5Xbと直流電源PS5とを接続する。 It controls the switch SX7a connected to the excitation electrode 5Xa a DC power source PS3, connects the excitation electrode 5Xb a DC power source PS5 controls the switch SX7b. 【0080】直流電源PS3,PS4,PS5,PS6 [0,080] DC power supply PS3, PS4, PS5, PS6
は、それぞれ直流電圧V3,V2,−V3,−V2を発生する(|V3|>|V2|)。 Each DC voltages V3, V2, -V3, generates -V2 (| V3 |> | V2 |). これにより、フィードバック期間TFXにおいて励起用電極5X側の電位の絶対値が大、励起用電極4X側の電位の絶対値が小となり、X軸方向の静電力(バイアス用物理量)が働いて、 Thus, an absolute value of the excitation electrodes 5X side potential at feedback time period TFX large, the absolute value of the excitation electrodes 4X side potential work small becomes, X-axis direction of the electrostatic force (biasing physical quantity),
ボール半導体2のX軸方向の位置が所定位置(例えばシェル3の中心)に引き戻される。 X-axis direction position of the ball semiconductor 2 is pulled back to a predetermined position (for example, the center of the shell 3). 【0081】反対に、ボールセンサ1のX軸方向の容量値が小さくなった場合、制御回路CTL2は、ボール半導体2のX軸方向の位置を図23の+側に引き戻すようにスイッチSX6a,SX6b,SX7a,SX7bを制御する。 [0081] Conversely, if the capacitance value of the X-axis direction of the ball sensor 1 is decreased, the control circuit CTL2, the switch SX6a to pull back the position of the X-axis direction of the ball semiconductor 2 to the positive side of FIG. 23, SX6b , SX7a, to control the SX7b. ボール半導体2のX軸方向の位置を+側に引き戻すには、励起用電極4X側の電位の絶対値が大、励起用電極5X側の電位の絶対値が小となるように電圧を印加する。 To pull the X-axis direction position of the ball semiconductor 2 in the + direction, the absolute value of the excitation electrodes 4X side potential is large, the absolute value of the excitation electrodes 5X side potential applies a voltage so that the small . 【0082】すなわち、制御回路CTL2は、スイッチSX6aを制御して励起用電極4Xaと直流電源PS3 [0082] That is, the control circuit CTL2, the DC and excitation electrodes 4Xa controls the switch SX6a power PS3
とを接続し、スイッチSX6bを制御して励起用電極4 Connect the door, excitation electrode 4 controls the switch SX6b
Xbと直流電源PS5とを接続し、スイッチSX7aを制御して励起用電極5Xaと直流電源PS4とを接続し、スイッチSX7bを制御して励起用電極5Xbと直流電源PS6とを接続する。 Connect Xb and a DC power source PS5, it controls the switch SX7a connected to the excitation electrode 5Xa a DC power source PS4, connected to the excitation electrode 5Xb a DC power source PS6 controls the switch SX7b. 【0083】次に、測定期間TYで得られる量子化器Q [0083] Next, the quantizer Q obtained in the measurement period TY
UA1の出力値は、ボールセンサ1のY軸方向の容量値変化に対応した電圧をデジタル化した値である。 Output value of UA1 is a value obtained by digitizing the voltage corresponding to the capacitance value changes in the Y-axis direction of the ball sensor 1. 制御回路CTL2は、測定期間TYで得られた量子化器QUA Control circuit CTL2 is quantizer QUA obtained in the measurement period TY
1の出力値に基づいてボールセンサ1のY軸方向の容量値が増大したか減少したかを判定し、フィードバック期間TFYにおいて、スイッチSY4a,SY4b,SY 1 to determine the capacitance value of the Y-axis direction of the ball sensor 1 is decreased or increased based on the output value, the feedback time period TFy, switch SY4a, SY4b, SY
5a,SY5bをFF側に切り換えると同時に、ボールセンサ1がY軸方向に関して所定の動作点で動作するようスイッチSY6a,SY6b,SY7a,SY7bを制御する。 5a, at the same time switches the SY5b to the FF side, switch SY6a as ball sensor 1 is operated at a predetermined operating point with respect to the Y-axis direction, SY6b, SY7a, controls the SY7b. 【0084】図8(k)に示すように、スイッチSY4 [0084] As shown in FIG. 8 (k), switch SY4
a,SY4b,SY5a,SY5bをFF側に切り換えると、励起用電極4YaはスイッチSY6aと接続され、励起用電極4YbはスイッチSY6bと接続され、 a, SY4b, SY5a, switch the SY5b in FF side, the excitation electrodes 4Ya is connected to the switch SY6a, excitation electrodes 4Yb is connected to the switch SY6b,
励起用電極5YaはスイッチSY7aと接続され、励起用電極5YbはスイッチSY7bと接続される。 Excitation electrodes 5Ya is connected to the switch SY7a, the excitation electrode 5Yb is connected to the switch SY7b. 【0085】例えば、ボール半導体2のY軸方向の位置が図23の+側に移動したときボールセンサ1のY軸方向の容量値が大きくなるとすると、制御回路CTL2 [0085] For example, if the capacitance value of the Y-axis direction of the ball sensor 1 when the Y-axis direction position of the ball semiconductor 2 is moved to the + side in FIG. 23 is increased, the control circuit CTL2
は、Y軸方向の容量値が大きくなった場合、ボール半導体2のY軸方向の位置を図23の−側に引き戻すようにスイッチSY6a,SY6b,SY7a,SY7bを制御する。 , When increased capacitance value of the Y-axis direction, the position of the Y-axis direction of the ball semiconductor body 2 of FIG. 23 - switch to retract the side SY6a, SY6b, SY7a, controls the SY7b. 【0086】ボール半導体2のY軸方向の位置を−側に引き戻すには、励起用電極5Y側の電位の絶対値が大、 [0086] Ball semiconductor 2 Y-axis direction position - To pull back on the side, the absolute value of the excitation electrodes 5Y side potential is large,
励起用電極4Y側の電位の絶対値が小となるように電圧を印加する。 The absolute value of the excitation electrodes 4Y side potential applies a voltage so small. すなわち、制御回路CTL2は、スイッチSY6aを制御して励起用電極4Yaと直流電源PS4 That is, the control circuit CTL2, the DC and excitation electrodes 4Ya controls the switch SY6a power PS4
とを接続し、スイッチSY6bを制御して励起用電極4 Connect the door, excitation electrode 4 controls the switch SY6b
Ybと直流電源PS6とを接続し、スイッチSY7aを制御して励起用電極5Yaと直流電源PS3とを接続し、スイッチSY7bを制御して励起用電極5Ybと直流電源PS5とを接続する。 Connect the Yb and the DC power source PS6, and controls the switch SY7a connected to the excitation electrode 5Ya a DC power source PS3, connects the excitation electrode 5Yb a DC power source PS5 controls the switch SY7b. 【0087】反対に、ボールセンサ1のY軸方向の容量値が小さくなった場合、制御回路CTL2は、ボール半導体2のY軸方向の位置を図23の+側に引き戻すようにスイッチSY6a,SY6b,SY7a,SY7bを制御する。 [0087] Conversely, if the capacitance value of the Y-axis direction of the ball sensor 1 is decreased, the control circuit CTL2, the switch SY6a to pull back the position in the Y-axis direction of the ball semiconductor 2 to the positive side of FIG. 23, SY6b , SY7a, to control the SY7b. ボール半導体2のY軸方向の位置を+側に引き戻すには、励起用電極4Y側の電位の絶対値が大、励起用電極5Y側の電位の絶対値が小となるように電圧を印加する。 To pull back the position of the Y-axis direction of the ball semiconductor 2 in the + direction, the absolute value of the excitation electrodes 4Y side potential is large, the absolute value of the excitation electrodes 5Y side potential applies a voltage so that the small . 【0088】すなわち、制御回路CTL2は、スイッチSY6aを制御して励起用電極4Yaと直流電源PS3 [0088] That is, the control circuit CTL2, the DC and excitation electrodes 4Ya controls the switch SY6a power PS3
とを接続し、スイッチSY6bを制御して励起用電極4 Connect the door, excitation electrode 4 controls the switch SY6b
Ybと直流電源PS5とを接続し、スイッチSY7aを制御して励起用電極5Yaと直流電源PS4とを接続し、スイッチSY7bを制御して励起用電極5Ybと直流電源PS6とを接続する。 Connect the Yb and the DC power source PS5, it controls the switch SY7a connected to the excitation electrode 5Ya a DC power source PS4, connected to the excitation electrode 5Yb a DC power source PS6 controls the switch SY7b. 【0089】次に、測定期間TZで得られる量子化器Q [0089] Next, the quantizer Q obtained in the measurement period TZ
UA1の出力値は、ボールセンサ1のZ軸方向の容量値変化に対応した電圧をデジタル化した値である。 Output value of UA1 is a value obtained by digitizing the voltage corresponding to the capacitance value changes in the Z-axis direction of the ball sensor 1. 制御回路CTL2は、測定期間TZで得られた量子化器QUA Control circuit CTL2 the measurement period quantizer obtained by TZ QUA
1の出力値に基づいてボールセンサ1のZ軸方向の容量値が増大したか減少したかを判定し、フィードバック期間TFZにおいて、スイッチSZ4a,SZ4b,SZ 1 to determine the capacitance value of the Z-axis direction of the ball sensor 1 is decreased or increased based on the output value, the feedback time period TFZ, switch SZ4a, SZ4b, SZ
5a,SZ5bをFF側に切り換えると同時に、ボールセンサ1がZ軸方向に関して所定の動作点で動作するようスイッチSZ6a,SZ6b,SZ7a,SZ7bを制御する。 5a, at the same time switches the SZ5b to the FF side, switch SZ6a as ball sensor 1 is operated at a predetermined operating point with respect to the Z-axis direction, SZ6b, SZ7a, controls the SZ7b. 【0090】図8(l)に示すように、スイッチSZ4 [0090] As shown in FIG. 8 (l), switch SZ4
a,SZ4b,SZ5a,SZ5bをFF側に切り換えると、励起用電極4ZaはスイッチSZ6aと接続され、励起用電極4ZbはスイッチSZ6bと接続され、 a, SZ4b, SZ5a, switch the SZ5b to the FF side, the excitation electrodes 4Za is connected to the switch SZ6a, excitation electrodes 4Zb is connected to the switch SZ6b,
励起用電極5ZaはスイッチSZ7aと接続され、励起用電極5ZbはスイッチSZ7bと接続される。 Excitation electrodes 5Za is connected to the switch SZ7a, excitation electrodes 5Zb is connected to the switch SZ7b. 【0091】例えば、ボール半導体2のZ軸方向の位置が図23の+側に移動したときボールセンサ1のZ軸方向の容量値が大きくなるとすると、制御回路CTL2 [0091] For example, if the capacitance value of the Z-axis direction of the ball sensor 1 when the Z-axis direction position of the ball semiconductor 2 is moved to the + side in FIG. 23 is increased, the control circuit CTL2
は、Z軸方向の容量値が大きくなった場合、ボール半導体2のZ軸方向の位置を図23の−側に引き戻すようにスイッチSZ6a,SZ6b,SZ7a,SZ7bを制御する。 , When increased capacitance value of the Z-axis direction, the position in the Z-axis direction of the ball semiconductor 2 in FIG. 23 - switch to retract the side SZ6a, SZ6b, SZ7a, controls the SZ7b. 【0092】ボール半導体2のZ軸方向の位置を−側に引き戻すには、励起用電極5Z側の電位の絶対値が大、 [0092] The position in the Z-axis direction of the ball semiconductor 2 - To pull back on the side, the absolute value of the excitation electrodes 5Z side potential is large,
励起用電極4Z側の電位の絶対値が小となるように電圧を印加する。 The absolute value of the excitation electrodes 4Z side potential applies a voltage so small. すなわち、制御回路CTL2は、スイッチSZ6aを制御して励起用電極4Zaと直流電源PS4 That is, the control circuit CTL2, the DC and excitation electrodes 4Za controls the switch SZ6a power PS4
とを接続し、スイッチSZ6bを制御して励起用電極4 Connect bets, excitation electrode 4 controls the switch SZ6b
Zbと直流電源PS6とを接続し、スイッチSZ7aを制御して励起用電極5Zaと直流電源PS3とを接続し、スイッチSZ7bを制御して励起用電極5Zbと直流電源PS5とを接続する。 It connects the Zb a DC power source PS6, and controls the switch SZ7a connected to the excitation electrode 5Za a DC power source PS3, connects the excitation electrode 5Zb a DC power source PS5 controls the switch SZ7b. 【0093】反対に、ボールセンサ1のZ軸方向の容量値が小さくなった場合、制御回路CTL2は、ボール半導体2のZ軸方向の位置を図23の+側に引き戻すようにスイッチSZ6a,SZ6b,SZ7a,SZ7bを制御する。 [0093] Conversely, if the capacitance value of the Z-axis direction of the ball sensor 1 is decreased, the control circuit CTL2, the switch SZ6a to pull back the position in the Z-axis direction of the ball semiconductor 2 to the positive side of FIG. 23, SZ6b , SZ7a, to control the SZ7b. ボール半導体2のZ軸方向の位置を+側に引き戻すには、励起用電極4Z側の電位の絶対値が大、励起用電極5Z側の電位の絶対値が小となるように電圧を印加する。 To pull back the position in the Z-axis direction of the ball semiconductor 2 in the + direction, the absolute value of the excitation electrodes 4Z side potential is large, the absolute value of the excitation electrodes 5Z side potential applies a voltage so that the small . 【0094】すなわち、制御回路CTL2は、スイッチSZ6aを制御して励起用電極4Zaと直流電源PS3 [0094] That is, the control circuit CTL2, the DC and excitation electrodes 4Za controls the switch SZ6a power PS3
とを接続し、スイッチSZ6bを制御して励起用電極4 Connect the bets, excitation electrode 4 controls the switch SZ6b
Zbと直流電源PS5とを接続し、スイッチSZ7aを制御して励起用電極5Zaと直流電源PS4とを接続し、スイッチSZ7bを制御して励起用電極5Zbと直流電源PS6とを接続する。 Connects the Zb a DC power source PS5, controls the switch SZ7a connected to the excitation electrode 5Za a DC power source PS4, connected to the excitation electrode 5Zb a DC power source PS6 controls the switch SZ7b. 以上のようにして、ボールセンサ1にバイアス用の物理量(本実施の形態では静電力)を与えてボールセンサ1の動作点を決めることができる。 As described above, it is possible to determine the operating point of the ball sensor 1 gives (electrostatic force in this embodiment) the physical quantity of bias to the ball sensor 1. 【0095】次に、デジタルフィルタDFは、量子化器QUA1の出力のうち信号周波数帯域のみを通過させることにより、前記ΔΣ型のA/D変換器によって生じた信号周波数帯域外の量子化ノイズを除去する。 [0095] Next, the digital filter DF, by passing only the signal frequency band of the output of the quantizer QUA1, the quantization noise outside the signal frequency band caused by the ΔΣ-type A / D converter Remove. このデジタルフィルタDFは、ボールセンサ1のX軸方向の容量値変化に対応するデジタル値を記憶するためのメモリM The digital filter DF is a memory M for storing a digital value corresponding to the capacitance value changes in the X-axis direction of the ball sensor 1
X,Y軸方向の容量値変化に対応するデジタル値を記憶するためのメモリMY,Z軸方向の容量値変化に対応するデジタル値を記憶するためのメモリMZと、メモリM X, memory MY for storing the digital value corresponding to the capacitance value changes in the Y axis direction, and the memory MZ for storing the digital value corresponding to the capacitance value changes in the Z axis direction, the memory M
X,MY,MZのうち何れか1つを選択する図示しない選択手段とを含む。 Including X, MY, and selecting means, not shown, for selecting one of the MZ. 【0096】デジタルフィルタDFは、測定期間TX中に得られたデジタル値を出力すると同時に、このデジタル値をメモリMXに格納し、測定期間TY中に得られたデジタル値を出力すると同時に、このデジタル値をメモリMYに格納し、測定期間TZ中に得られたデジタル値を出力すると同時に、このデジタル値をメモリMZに格納する(図8(m))。 [0096] The digital filter DF and, at the same time outputs the digital values ​​obtained during the measurement period TX, and at the same time the digital value stored in the memory MX, and outputs the digital values ​​obtained during the measurement period TY, digital stores values ​​in the memory MY, at the same time outputs the digital values ​​obtained during the measurement period TZ, stores the digital value in the memory MZ (FIG. 8 (m)). 【0097】通常、デジタルフィルタに複数の信号を時分割で入力する場合、各測定期間TX,TY,TZごとにデジタルフィルタをいったんリセットする必要があり、この場合、デジタルフィルタの出力が整定するのに一定時間(セトリング時間)が必要になる。 [0097] Normally, if you enter a time division multiple signals to the digital filter, the measurement period TX, TY, it is necessary to temporarily reset the digital filter for each TZ, in this case, the output of the digital filter to settle a certain period of time (settling time) is required to. 本実施の形態では、デジタルフィルタDFに測定期間TX,TY, In this embodiment, measured to the digital filter DF period TX, TY,
TZに対応した3つのメモリMX,MY,MZを設けることにより、デジタルフィルタDFをリセットする必要がなくなり、セトリング時間を大幅に短縮することができる。 Three memory MX corresponding to TZ, MY, by providing the MZ, it is not necessary to reset the digital filter DF, it is possible to significantly reduce the settling time. 図示しない演算手段(CPU)は、デジタル化された電圧VpX,VpY,VpZを基に、ボール半導体2のX,Y,Z軸方向の変位ΔX,ΔY,ΔZを演算する。 Not shown computing means (CPU) are digitized voltage VPX, VPY, based on VPZ, computes X balls semiconductor 2, Y, displacement ΔX of the Z-axis direction, [Delta] Y, the [Delta] Z. 【0098】図10は本実施の形態の計測装置の制御系ブロック線図である。 [0098] FIG. 10 is a control system block diagram of a measurement apparatus of the present embodiment. 外部からボールセンサ1に加えられた加速度(第1物理量)のX軸成分αXは、ボール半導体2のX軸方向の位置変化(第2物理量)ΔXとなり、位置変化ΔXは、X軸方向の容量値変化(第2物理量)ΔCXとなり、出力電極6から電流(第1の電気信号)IpXとして出力される。 X-axis component of the external from is added to the ball sensor 1 accelerations (first physical quantity) .alpha.X the position change (second physical quantity) [Delta] X next to the X-axis direction of the ball semiconductor 2, the position change [Delta] X, the capacitance of the X-axis direction value change (second physical quantity)? Cx, and the output as a current (first electric signal) IPX from the output electrode 6. 加速度のY軸成分αY Acceleration in the Y-axis component αY
は、ボール半導体2のY軸方向の位置変化ΔYとなり、 The position change ΔY next Y-axis direction of the ball semiconductor 2,
位置変化ΔYは、Y軸方向の容量値変化ΔCYとなり、 Position change ΔY is, Y-axis direction of the capacitance change ΔCY next,
出力電極6から電流IpYとして出力される。 It is output as a current IpY from the output electrode 6. 加速度のZ軸成分αZは、ボール半導体2のZ軸方向の位置変化ΔZとなり、位置変化ΔZは、Z軸方向の容量値変化Δ Z-axis component αZ of acceleration, position change ΔZ next Z-axis direction of the ball semiconductor 2, the position change ΔZ, the capacitance value changes in the Z-axis direction Δ
CZとなり、出力電極6から電流IpZとして出力される。 CZ, and the output as a current IpZ from the output electrode 6. 【0099】量子化器QUA1のデジタル値に基づき、 [0099] Based on the digital value of the quantizer QUA1,
励起用電極4X,5Xにはバイアス用の電圧(第2の電気信号)VBXが印加され、この電圧VBXは静電力β Excitation electrodes 4X, 5X voltage for bias (second electric signal) VBX is applied to this voltage VBX is electrostatic β
Xとなってボール半導体2のX軸方向の位置を所定位置に戻す。 Return the position of the X-axis direction of the ball semiconductor 2 at a predetermined position becomes X. 励起用電極4Y,5Yにはバイアス用の電圧V Excitation electrodes 4Y, voltage for biasing the 5Y V
BYが印加され、この電圧VBYは静電力βYとなってボール半導体2のY軸方向の位置を所定位置に戻す。 BY is applied, the voltage VBY returns the position of the Y-axis direction of the ball semiconductor 2 at a predetermined position becomes electrostatic BetaY. 励起用電極4Z,5Zにはバイアス用の電圧VBZが印加され、この電圧VBZは静電力βZとなってボール半導体2のY軸方向の位置を所定位置に戻す。 Excitation electrodes 4Z, the 5Z applied voltage VBZ a bias, the voltage VBZ return a position in the Y axis direction of a ball semiconductor 2 into position a electrostatic .beta.z. 【0100】以上のようにして、本実施の形態は、ボールセンサ1を用いた計測装置において、ΔΣ型のA/D [0100] As described above, in the present embodiment, the measuring apparatus using a ball sensor 1, .DELTA..SIGMA type A / D
変換器を構成する。 Constituting the transducer. なお、計測装置の場合、フィードバックループの伝達関数にセンサ自身の動特性が含まれる。 In the case of measuring devices include dynamic characteristics of the sensor itself to the transfer function of the feedback loop. 【0101】[第5の実施の形態]図11は、本発明の第5の実施の形態となるボールセンサを用いた計測装置においてスイッチSX1a,SX1b,SX2a,SX [0102] [Fifth Embodiment] FIG 11 is a switch in the measurement apparatus using a ball sensor as a fifth embodiment of the present invention SX1a, SX1b, SX2a, SX
2b,SY1a,SY1b,SY2a,SY2b,SZ 2b, SY1a, SY1b, SY2a, SY2b, SZ
1a,SZ1b,SZ2a,SZ2b,SX3,SY 1a, SZ1b, SZ2a, SZ2b, SX3, SY
3,SZ3,SX4a,SX4b,SX5a,SX5 3, SZ3, SX4a, SX4b, SX5a, SX5
b,SY4a,SY4b,SY5a,SY5b,SZ4 b, SY4a, SY4b, SY5a, SY5b, SZ4
a,SZ4b,SZ5a,SZ5b及びデジタルフィルタDFの動作を示すタイミングチャート図である。 a, it is a timing chart showing SZ4b, SZ5a, the operation of SZ5b and digital filter DF. 本実施の形態においても、ボールセンサを用いた計測装置の構成は第4の実施の形態と同じであるが、測定期間T Also in the present embodiment, although configuration of the measuring apparatus using the ball sensor is the same as that of the fourth embodiment, the measurement period T
X,TY,TZと次の測定期間TXとの間にフィードバック期間TFを設けた点が異なる。 X, TY, the point in which a feedback period TF between the TZ and the next measurement period TX different. 【0102】本実施の形態では、ボールセンサ1のX, [0102] In the present embodiment, the ball sensor 1 X,
Y,Z軸方向の容量値変化を測定期間TX,TY,TZ Y, Z-axis direction of the capacitance change measurement period TX, TY, TZ
のように連続して測定する。 Continuously measured as. 測定期間TXで得られた量子化器QUA1の出力値に基づいてバイアス用の電圧V Voltage V bias on the basis of the output value of the resulting quantizer QUA1 measurement period TX
BXを励起用電極4X,5Xにフィードバックし、測定期間TYで得られた量子化器QUA1の出力値に基づいてバイアス用の電圧VBYを励起用電極4Y,5Yにフィードバックし、測定期間TZで得られた量子化器QU Feeding back the BX excitation electrodes 4X, the 5X, feedback voltage VBY for bias excitation electrodes 4Y, the 5Y based on the output value of the resulting quantizer QUA1 measurement period TY, obtained in the measurement period TZ It was quantizer QU
A1の出力値に基づいてバイアス用の電圧VBZを励起用電極4Z,5Zにフィードバックすることをフィードバック期間TFで行う。 A1 excitation electrodes 4Z voltage VBZ for bias on the basis of the output value is performed by feedback time period TF to be fed back to 5Z. 【0103】フィードバック期間TFにおける動作は、 [0103] The operation in the feedback period TF is,
第4の実施の形態のフィードバック期間TFX,TF Fourth Embodiment of the feedback time period TFX, TF
Y,TFZの動作と同じである。 Y, is the same as the operation of the TFZ. フィードバック期間T Feedback period T
Fの終了後、測定期間TXが再び始まることは言うまでもない。 After F of the end, it is needless to say that again begin the measurement period TX. こうして、第4の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 Thus, you are possible to obtain the same effect as the fourth embodiment. 【0104】[第6の実施の形態]図12は、本発明の第6の実施の形態となるボールセンサを用いた計測装置の構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。 [0104] Sixth Embodiment FIG 12 is a block diagram illustrating the configuration of a measurement device using a ball sensor comprising a sixth embodiment of this invention, the same components as in FIG. 1 It is denoted by the same reference numerals. 本実施の形態においても、積分器ING、量子化器QUA1、デジタルフィルタD Also in this embodiment, the integrator ING, quantizer QUA1, digital filter D
F、制御回路CTL2、スイッチSX6a,SX6b, F, control circuit CTL2, switch SX6a, SX6b,
SX7a,SX7b,SY6a,SY6b,SY7a, SX7a, SX7b, SY6a, SY6b, SY7a,
SY7b,SZ6a,SZ6b,SZ7a,SZ7b、 SY7b, SZ6a, SZ6b, SZ7a, SZ7b,
直流電源PS3,PS4,PS5,PS6の構成については第4の実施の形態と同じであるので、図7を参照して説明する。 Since the structure of a DC power source PS3, PS4, PS5, PS6 is the same as that of the fourth embodiment will be described with reference to FIG. 図12の丸付き数字1〜13は、それぞれ図7の丸付き数字1〜13と接続されることは言うまでもない。 Figure circled numbers 1 to 13 of 12 is of course to be connected to the circled numbers 1 to 13 in FIG. 7, respectively. 【0105】図12では、ボールセンサ1aを等価回路モデルで表記している。 [0105] In FIG. 12, are denoted balls sensor 1a in the equivalent circuit model. 本実施の形態のボールセンサ1 Ball sensor 1 of this embodiment
aは、図13に示すように、ボールセンサ1に対して、 a is, as shown in FIG. 13, relative to the ball sensor 1,
シェル3にX軸に沿ってバイアス電圧印加用電極7X Bias voltage application electrode 7X along the X axis to the shell 3
(7Xa,7Xb),8X(8Xa,8Xb)を追加し、Y軸に沿ってバイアス電圧印加用電極7Y(7Y (7Xa, 7Xb), 8X (8Xa, 8Xb) were added and along the Y-axis bias voltage application electrode 7Y (7Y
a,7Yb),8Y(8Ya,8Yb)を追加し、Z軸に沿ってバイアス電圧印加用電極7Z(7Za,7Z a, 7Yb), 8Y (8Ya, add the 8Yb), the bias voltage application electrode 7Z along the Z-axis (7za, 7Z
b),8Z(8Za,8Zb)を追加したものである。 b), it is obtained by adding a 8Z (8Za, 8Zb). 【0106】バイアス電圧印加用電極7Xa,7Xb, [0106 The bias voltage application electrode 7Xa, 7Xb,
8Xa,8Xb,7Ya,7Yb,8Ya,8Yb,7 8Xa, 8Xb, 7Ya, 7Yb, 8Ya, 8Yb, 7
Za,7Zb,8Za,8Zbは、それぞれスイッチS Za, 7Zb, 8Za, 8Zb is, each switch S
X6a,SX6b,SX7a,SX7b,SY6a,S X6a, SX6b, SX7a, SX7b, SY6a, S
Y6b,SY7a,SY7b,SZ6a,SZ6b,S Y6b, SY7a, SY7b, SZ6a, SZ6b, S
Z7a,SZ7bと接続される。 Z7a, is connected to the SZ7b. 【0107】図14は、スイッチSX1a,SX1b, [0107] FIG. 14, switch SX1a, SX1b,
SX2a,SX2b,SY1a,SY1b,SY2a, SX2a, SX2b, SY1a, SY1b, SY2a,
SY2b,SZ1a,SZ1b,SZ2a,SZ2b, SY2b, SZ1a, SZ1b, SZ2a, SZ2b,
SX3,SY3,SZ3及びデジタルフィルタDFの動作を示すタイミングチャート図である。 SX3, is a timing chart showing the operation of the SY3, SZ3 and digital filter DF. 【0108】測定期間TX,TY,TZにおける制御回路CTL2の制御によるスイッチSX1a,SX1b, [0108] Measurement period TX, TY, switch SX1a by the control of the control circuit CTL2 in TZ, SX1b,
SX2a,SX2b,SY1a,SY1b,SY2a, SX2a, SX2b, SY1a, SY1b, SY2a,
SY2b,SZ1a,SZ1b,SZ2a,SZ2b, SY2b, SZ1a, SZ1b, SZ2a, SZ2b,
SX3,SY3,SZ3の動作は、第1の実施の形態と同じであり、測定期間TX,TY,TZ中に得られた量子化器QUA1のデジタル値をそれぞれデジタルフィルタDFのメモリMX,MY,MZに格納することは第4 SX3, SY3, operation of SZ3 is the same as the first embodiment, the measurement period TX, TY, respectively the digital value of the quantizer QUA1 obtained during TZ memory MX digital filter DF, MY, It is stored in MZ fourth
の実施の形態と同じである。 Is the same as that of the embodiment. 【0109】第4、第5の実施の形態では、励起用電極4Xa,4Xb,5Xa,5Xb,4Ya,4Yb,5 [0109] Fourth, in the fifth exemplary embodiment, the excitation electrodes 4Xa, 4Xb, 5Xa, 5Xb, 4Ya, 4Yb, 5
Ya,5Yb,4Za,4Zb,5Za,5Zbがバイアス電圧印加用電極を兼ねていたため、測定期間とフィードバック期間を分けていたが、本実施の形態では、バイアス電圧印加用電極7Xa,7Xb,8Xa,8X Ya, 5Yb, 4Za, 4Zb, 5Za, because 5Zb was also used as a bias voltage application electrode, had divided measurement period and feedback period, in this embodiment, the bias voltage application electrode 7Xa, 7Xb, 8Xa, 8X
b,7Ya,7Yb,8Ya,8Yb,7Za,7Z b, 7Ya, 7Yb, 8Ya, 8Yb, 7Za, 7Z
b,8Za,8Zbを個別に設けたため、測定期間中にバイアス用電圧のフィードバックを行うことができる。 b, 8Za, since the provided individually 8Zb, it is possible to perform feedback of the bias voltage during the measurement period. 【0110】すなわち、制御回路CTL2は、測定期間TXで得られた量子化器QUA1の出力値(X軸方向の容量値変化に対応したデジタル値)に基づいて、次の測定期間TY(フィードバック期間TFX)において、ボールセンサ1aがX軸方向に関して所定の動作点で動作するようスイッチSX6a,SX6b,SX7a,SX [0110] That is, control circuit CTL2 based on the output value of the resulting quantizer QUA1 in the measurement period TX (capacitance value digital value corresponding to the change in the X axis direction), the next measurement period TY (feedback period in TFX), switch SX6a so the ball sensors 1a is operated at a predetermined operating point with respect to X-axis direction, SX6b, SX7a, SX
7bを制御する。 Controlling the 7b. 【0111】同様に、制御回路CTL2は、測定期間T [0111] Similarly, the control circuit CTL2 is, the measurement period T
Yで得られた量子化器QUA1の出力値(Y軸方向の容量値変化に対応したデジタル値)に基づいて、次の測定期間TZ(フィードバック期間TFY)において、ボールセンサ1aがY軸方向に関して所定の動作点で動作するようスイッチSY6a,SY6b,SY7a,SY7 Based on the output value of the resulting quantizer QUA1 by Y (digital value corresponding to the capacitance value changes in the Y-axis direction), the next measurement period TZ (feedback period TFy), the ball sensor 1a is the Y-axis direction switch SY6a to operate at a predetermined operating point, SY6b, SY7a, SY7
bを制御する。 To control the b. 【0112】そして、制御回路CTL2は、測定期間T [0112] Then, the control circuit CTL2 is, the measurement period T
Zで得られた量子化器QUA1の出力値(Z軸方向の容量値変化に対応したデジタル値)に基づいて、次の測定期間TX(フィードバック期間TFZ)において、ボールセンサ1aがZ軸方向に関して所定の動作点で動作するようスイッチSZ6a,SZ6b,SZ7a,SZ7 Based on the output value of the resulting quantizer QUA1 with Z (digital value corresponding to the capacitance value changes in the Z-axis direction), the next measurement period TX (feedback period TFZ), a ball sensor 1a is the Z axial direction switch SZ6a to operate at a predetermined operating point, SZ6b, SZ7a, SZ7
bを制御する。 To control the b. 【0113】フィードバック期間TFX,TFY,TF [0113] feedback period TFX, TFY, TF
Zにおける制御回路CTL2の制御によるスイッチSX Switch SX by the control of the control circuit CTL2 in the Z
6a,SX6b,SX7a,SX7b,SY6a,SY 6a, SX6b, SX7a, SX7b, SY6a, SY
6b,SY7a,SY7b,SZ6a,SZ6b,SZ 6b, SY7a, SY7b, SZ6a, SZ6b, SZ
7a,SZ7bの動作は、第4の実施の形態と同じである。 7a, the operation of SZ7b is the same as the fourth embodiment. 以上のようにして、第4の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 As described above, it is possible to obtain the same effect as the fourth embodiment. 【0114】[第7の実施の形態]第4〜第6の実施の形態では、ボールセンサ1の動特性及び追加される回路によっては図10に示したフィードバックループの安定性が問題になる。 [0114] [Seventh Embodiment] In the fourth to sixth embodiments, stability of the feedback loop shown in FIG. 10 is a concern by the dynamics and being added circuitry of the ball sensor 1. 安定性を得るためには、ループの位相が180°以下でなくてはならない。 To obtain the stability, the phase of the loop should not not less than 180 °. ループ内に単純に積分器が2段内蔵されると、それにより位相回りが18 Simply integrator in the loop is incorporated two stages, whereby the phase rotation is 18
0°発生するため、ゼロ点を持つブロックにより位相補償が必要になる。 0 ° to generate, it is necessary to phase compensation by a block with a zero point. 加速度センサをフィードバックループ内に含むことによって、加速度センサの特性によっては、それだけで位相が180°回ることになる。 By including an acceleration sensor in a feedback loop, the characteristics of the acceleration sensor is only phase will be around 180 ° it. このため、位相回りを防ぐための手段を持つ必要がある。 Therefore, it is necessary to have a means for preventing phase rotation. 【0115】図15は本発明の第7の実施の形態となる計測装置の構成を示すブロック図である。 [0115] Figure 15 is a block diagram showing the configuration of a seventh embodiment to become the measuring device of the present invention. 図15では図7と異なる箇所のみ記載している。 Figure 15 and Figure 7, and illustrates only different points. 本実施の形態は、第4〜第6の実施の形態において、積分器ING1と量子化器QUA1との間に例えばリードラグ回路のような補償回路COM1を設けたものである。 This embodiment, in the fourth to sixth embodiments, is provided with a compensation circuit COM1, such as lead-lag circuit, for example between the integrator ING1 and quantizer QUA1. 補償回路COM1 Compensation circuit COM1
により積分器ING1の出力にゼロ点が付加される。 Zero point is added to the output of the integrator ING1 by. こうして、図10に示したフィードバックループの安定性を確保することができる。 Thus, it is possible to ensure the stability of the feedback loop shown in FIG. 10. 【0116】[第8の実施の形態]図16は本発明の第8の実施の形態となる計測装置の構成を示すブロック図である。 [0116] [Eighth Embodiment] FIG 16 is a eighth block diagram showing a structure of a to become the measuring apparatus in accordance with the present invention. 図16では図7と異なる箇所のみ記載している。 In Figure 16 and illustrates only different points and FIG. 本実施の形態は、第4〜第6の実施の形態において、量子化器QUA1と制御回路CTL2との間に例えば差分回路(1−Z -1 )のような補償回路COM2を設けたものである。 The present embodiment, in the fourth to sixth embodiments, those provided with a compensation circuit COM2 such as differential circuit between the quantizer QUA1 the control circuit CTL2 (1-Z -1) is there. 本実施の形態では、補償回路COM2 In this embodiment, the compensation circuit COM2
に入力される値がデジタル値なので、アナログ回路に依存しない補償回路を使用することができ、再現性並びに精度良く、所望の位置にゼロ点を設定することができる。 Value entered because digital value, it is possible to use a compensation circuit which does not depend on an analog circuit, reproducibility and high accuracy, it is possible to set the zero point in the desired position. 【0117】[第9の実施の形態]図17は本発明の第9の実施の形態となる計測装置の構成を示すブロック図である。 [0117] [Ninth Embodiment] FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a ninth embodiment to become the measuring device of the present invention. 図17では図7と異なる箇所のみ記載している。 It describes only different portion as FIG. 7 in FIG. 17. 本実施の形態は、第4〜第6の実施の形態において、補償回路COM2、コンデンサC10、スイッチS The present embodiment, in the sixth embodiment of the compensation circuit COM2, a capacitor C10, the switch S
8,S9,S11,S12を追加したものである。 8, S9, S11, S12 is obtained by adding a. 【0118】図18はスイッチS8,S9の動作を示すタイミングチャート図である。 [0118] Figure 18 is a timing chart showing an operation of a switch S8, S9. 制御回路CTL2は、測定期間TX,TY,TZの最初の半周期(フェーズφ Control circuit CTL2 the measurement period TX, TY, the first half period (phase TZ phi
1)においてスイッチS8をオンにし、測定期間TX, Turn on the switch S8 in 1), measurement period TX,
TY,TZの残りの半周期(フェーズφ2)においてスイッチS9をオンにする。 TY, the switch S9 is turned on in the remaining half cycle of the TZ (phase .phi.2). 【0119】次に、制御回路CTL2は、量子化器QU [0119] Next, the control circuit CTL2 is quantizer QU
A1の1ビットデジタル出力値が「1」で、かつ測定期間TX,TY,TZのフェーズφ1である場合、スイッチS11をオンにし、量子化器QUA1の1ビットデジタル出力値が「0」で、かつ測定期間TX,TY,TZ In 1-bit digital output value of A1 is "1", and the measurement period TX, TY, if a TZ phase .phi.1, turn on the switch S11, the 1-bit digital output value of the quantizer QUA1 is "0", and the measurement period TX, TY, TZ
のフェーズφ2である場合、スイッチS11をオンにする。 If a phase φ2 of turns on the switch S11. 【0120】また、制御回路CTL2は、量子化器QU [0120] The control circuit CTL2 is quantizer QU
A1の1ビットデジタル出力値が「1」で、かつ測定期間TX,TY,TZのフェーズφ2である場合、スイッチS12をオンにし、量子化器QUA1の1ビットデジタル出力値が「0」で、かつ測定期間TX,TY,TZ In 1-bit digital output value of A1 is "1", and the measurement period TX, TY, when a phase φ2 of TZ, to turn on the switch S12, the 1-bit digital output value of the quantizer QUA1 is "0", and the measurement period TX, TY, TZ
のフェーズφ1である場合、スイッチS12をオンにする。 If a phase .phi.1, to turn on the switch S12. 図18のブロック図は図19に示すブロック図と等価である。 Block diagram of FIG. 18 is equivalent to the block diagram shown in FIG. 19. こうして、フィードバックループを多重に持つことで位相補償を実現できる。 Thus, it is possible to realize a phase compensation by having a feedback loop to multiple. 【0121】なお、ボールセンサ1は、ボール半導体2、シェル3、励起用電極4X,5X,4Y,5Y,4 [0121] Incidentally, the ball sensor 1, the ball semiconductor 2, the shell 3, the excitation electrodes 4X, 5X, 4Y, 5Y, 4
Z,5Z及び出力電極6が検出素子を構成すると同時に、シェル3及び励起用電極4X,5X,4Y,5Y, Z, and at the same time 5Z and the output electrode 6 constitute the detecting element, the shell 3 and the excitation electrode 4X, 5X, 4Y, 5Y,
4Z,5Zがバイアス手段を構成する3入力1出力センサであり、ボールセンサ1aは、ボール半導体2、シェル3、励起用電極4X,5X,4Y,5Y,4Z,5Z 4Z, a 3-input 1-output sensors 5Z constitutes a biasing means, the ball sensor 1a, the ball semiconductor 2, the shell 3, the excitation electrodes 4X, 5X, 4Y, 5Y, 4Z, 5Z
及び出力電極6が検出素子を構成すると同時に、シェル3及びバイアス電圧印加用電極7X,7Y,7Z,8 And at the same time the output electrode 6 constitute the detecting element, the shell 3 and the bias voltage application electrode 7X, 7Y, 7Z, 8
X,8Y,8Zがバイアス手段を構成する3入力1出力センサであるが、他のn入力1出力センサに第1〜第9 X, 8Y, is a 3-input 1-output sensors 8Z constitutes a biasing means, first to the other n inputs and one output sensor 9
の実施の形態を適用することも可能である。 It is also possible to apply the embodiment. また、第1 In addition, the first
〜第9の実施の形態では、同一系統に属する励起用電極のうち隣接する励起用電極に印加される励起用の電圧が互いに逆相となるようにしているが、同一系統に属する励起用電極のうち隣接する励起用電極に印加される励起用の電圧が互いに同相となるようにしてもよい。 ~ In the ninth embodiment, the voltage for excitation applied to adjacent excitation electrodes of the excitation electrodes belonging to the same system are as opposite phases, excitation electrodes belonging to the same system it may be a voltage for excitation applied to adjacent excitation electrodes in phase with each other among the. 【0122】[第10の実施の形態]第1、第2の実施の形態では、3入力1出力センサであるボールセンサ1 [0122] [Tenth Embodiment] In the first and second embodiments, the ball sensor 1 is 3-input 1-output sensor
を用いているが、例えばピエゾ式の圧力センサや静電容量式の圧力センサ等でn入力n出力センサを構成する場合にも、第1、第2の実施の形態を適用することができる。 But, for example, even when configuring the n input n output sensor with the pressure sensor of the pressure sensor or a capacitive type piezo etc., it can be applied to first and second embodiments. 図20は、本発明の第10の実施の形態となる計測装置の構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。 FIG 20 is a block diagram showing a configuration of a tenth embodiment to become the measuring device of the invention, the same structure as FIG 1 are denoted by the same reference numerals. 【0123】センサ1α,1β,1γは、3入力3出力センサを構成している。 [0123] Sensor l [alpha], l [beta], 1 gamma constitute a three-input and three outputs sensor. 図21はスイッチSα1,Sβ Figure 21 is a switch Sα1, Sβ
1,Sγ1,Sα2,Sβ2,Sγ2,Sα3,Sβ 1, Sγ1, Sα2, Sβ2, Sγ2, Sα3, Sβ
3,Sγ3の動作を示すタイミングチャート図である。 3 is a timing chart showing the operation of Esuganma3.
制御回路CTL3は、測定期間TαにおいてスイッチS Control circuit CTL3 the switch S in the measurement period Tα
α1,Sα2,Sα3をオンにする。 α1, Sα2, to turn on the Sα3. これにより、センサ1αに電源PS7から励起用の電源電圧が供給され、 Thus, the power supply voltage for excitation from the power supply PS7 is supplied to the sensor l [alpha],
センサ1αの出力信号が積分器ING3に入力される。 The output signal of the sensor 1α is input to the integrator ING3.
積分器ING3の動作は積分器ING1と同様である。 Operation of the integrator ING3 is similar to integrator ING1. 【0124】同様に、制御回路CTL3は、測定期間T [0124] Similarly, the control circuit CTL3 is, the measurement period T
βにおいてスイッチSβ1,Sβ2,Sβ3をオンにする。 Switch Sβ1 in β, Sβ2, to turn on the Sβ3. これにより、センサ1βに電源PS7から励起用の電源電圧が供給され、センサ1βの出力信号が積分器I Accordingly, the power source voltage for exciting the sensor 1β from the power source PS7 is supplied, the output signal of the sensor 1β integrators I
NG3に入力される。 Is input to the NG3. そして、制御回路CTL3は、測定期間TγにおいてスイッチSγ1,Sγ2,Sγ3をオンにする。 Then, the control circuit CTL3 the switch Sγ1 the measurement period Tγ, Sγ2, to turn on the Esuganma3. これにより、センサ1γに電源PS7から励起用の電源電圧が供給され、センサ1γの出力信号が積分器ING3に入力される。 Accordingly, the power source voltage for exciting the sensor 1γ from the power source PS7 is supplied, the output signal of the sensor 1γ is input to the integrator ING3. 【0125】以上のように、本実施の形態では、複数台の電源を用いる必要がなくなり、複数台の電源を用いることによる励起用電源電圧の振幅誤差及び位相誤差の影響を回避することができる。 [0125] As described above, in this embodiment, it is possible to avoid it is not necessary to use the power of multiple, the effects of amplitude and phase errors of the excitation power supply voltage by using the power of multiple . また、アナログ回路の規模が図22の従来の計測装置に比べてはるかに少ない割合で済み、計測装置の多くの部分をデジタル回路によって構成することができる。 Further, it is possible to scale the analog circuit requires a much smaller percentage than the conventional measuring apparatus of FIG. 22, constitute a large part of the measuring apparatus by a digital circuit. このため、精度に影響を与える部品点数が減り、回路面積の縮小による低コスト化が可能になる。 Therefore, the number of components is reduced to affect the accuracy, it is possible to lower cost by reducing the circuit area. また、計測装置の多くの部分をデジタル回路によって構成できるため、集積回路化が容易になる。 Also, since many parts of the measuring device can be constituted by a digital circuit, an integrated circuit is facilitated. 【0126】 【発明の効果】本発明によれば、n入力の第1物理量を第1の電気信号に変換するためにn入力1出力センサに設けられたn系統の独立した励起用電極を所定周期の測定期間毎に順次選択し、選択した1系統の励起用電極を電源と接続する第1の切換スイッチを設けることにより、1台の電源を時分割でn系統の励起用電極と接続するようにしたので、複数台の電源を用いる必要がなくなり、複数台の電源を用いることによる励起用電源電圧の振幅誤差及び位相誤差の影響を回避することができる。 [0126] According to the present invention, given the separate excitation electrodes of n system provided in an n-input 1-output sensors to convert the first physical quantity of n inputs to the first electrical signal sequentially selected for each measurement period period, by providing a first changeover switch which connects the excitation electrode of one system and the selected power supply, connected to the excitation electrode of the n lines in a time division the power of one since the way, it is not necessary to use the power of multiple, it is possible to avoid the influence of the amplitude and phase errors of the excitation power supply voltage by using the power of the plurality.
その結果、測定精度を向上させることができる。 As a result, it is possible to improve the measurement accuracy. また、 Also,
1台の電源を時分割でn系統の励起用電極と接続するようにしたことにより、n入力の第1物理量に対応する第1の電気信号がn入力1出力センサから順次出力されるので、従来の計測装置のようにn個のバンドパス・フィルタやn個の復調回路といったアナログ回路が不要となるので、測定精度に影響を与える部品点数を減らすことができ、測定精度を向上させることができる。 By which is adapted to connect the excitation electrodes of the n lines in a time division single power, the first electrical signal corresponding to the first physical quantity of n input are sequentially output from the n inputs and one output sensor, since analog circuits such as the n band-pass filters and n-number of demodulation circuit as in the conventional measurement apparatus is not necessary, affect the measurement accuracy can be reduced number of parts, is possible to improve the measurement accuracy it can. また、回路面積とコストを低減することができ、集積回路への移行が容易となる。 Further, it is possible to reduce the circuit area and cost, it is easy to shift to the integrated circuit. 【0127】また、n入力1出力センサから出力された第1の電気信号を積分する積分器を設け、この積分器に、積分結果を保持するn個のメモリと、このn個のメモリのうち選択された励起用電極に対応するメモリを第1の切換スイッチと同期して選択し、n入力1出力センサから出力された第1の電気信号の積分結果を選択したメモリに格納する第2の切換スイッチとを設けることにより、n入力1出力センサから順次出力される、n入力の第1物理量に対応する第1の電気信号を順次処理することができる。 [0127] Further, an integrator for integrating the first electrical signal output from the n-input 1-output sensor is provided, in the integrator, and n memories for holding the integration result, among the n memory select the memory corresponding to the excitation electrode selected synchronism with the first changeover switch, n input 1 of a first electric signal outputted from the output sensor integration result and select the second to be stored in the memory by providing a change-over switch are sequentially output from the n-input 1-output sensors can sequentially processing the first electrical signal corresponding to the first physical quantity of n inputs. 【0128】また、積分器の出力を量子化する量子化器と、検出素子が動作するのに必要な動作点を決めるn個のバイアス用第1物理量又はn個のバイアス用第2物理量を第2の電気信号に基づいて検出素子に与えるバイアス手段を備えたn入力1出力センサに対し、このn入力1出力センサが動作点で動作するよう量子化器出力に基づいて決定した第2の電気信号をバイアス手段に出力するフィードバック手段とを設けることにより、n入力1 [0128] Further, a quantizer for quantizing the output of the integrator, a second physical quantity for the first physical quantity or the n biasing the n bias which determines the operating point necessary for the detecting element is operated first for n inputs and one output sensors with bias means for providing a detection device based on the second electrical signal, a second electric determined based on the quantizer output to the n inputs and one output sensor operates at the operating point by providing a feedback means for outputting a signal to the bias unit, n input 1
出力センサの動作点を決めることができる。 You can determine the operating point of the output sensor. また、ΔΣ In addition, ΔΣ
型のA/D変換器を実現することができ、計測装置のS It is possible to realize a type of A / D converter, the measuring apparatus S
N比を向上させることができ、高分解能を達成することができる。 It is possible to improve the N ratio, it is possible to achieve high resolution. また、等価的にサンプリング周波数を早めることにつながり、計測時の外来ノイズからの影響を確率的に減らすことが可能になる。 Also, equivalently it leads to expedite the sampling frequency, it is possible to reduce stochastically influence from external noise at the time of measurement. 【0129】また、フィードバック手段が、各測定期間の間のフィードバック期間において、直前の測定期間の量子化器出力に基づいて決定した第2の電気信号を直前の測定期間で選択された1系統の励起用電極に出力するようにしたことにより、励起用電極がバイアス印加用電極を兼ねるn入力1出力センサに対してバイアス用の第2の電気信号をフィードバックすることができる。 [0129] Further, the feedback means, the feedback time period during each measurement periods immediately preceding measurement period one system that has been selected a second electrical signal determined based on the quantizer output measurement period of the immediately preceding by which is adapted to output the excitation electrodes, it is possible to excitation electrode is fed back to a second electrical signal for bias for n-input 1-output sensor also serves as a bias application electrode. 【0130】また、フィードバック手段が、n回の測定期間で全系統の励起用電極が選択された後のフィードバック期間において、各測定期間の量子化器出力に基づいて決定したn個の第2の電気信号をn系統の励起用電極に出力するようにしたことにより、励起用電極がバイアス印加用電極を兼ねるn入力1出力センサに対してバイアス用の第2の電気信号をフィードバックすることができる。 [0130] Further, the feedback means, the feedback time period after the excitation electrodes of all the lines is selected in n times of the measurement period, the quantizer determined n second based on the output of the measurement period by the electric signal to output to the excitation electrode of the n lines, it is possible to excitation electrode is fed back to a second electrical signal for bias for n-input 1-output sensor also serves as a bias application electrode . 【0131】また、フィードバック手段が、各測定期間において、直前の測定期間の量子化器出力に基づいて決定した第2の電気信号を直前の測定期間で選択された系統のバイアス印加用電極に出力するようにしたことにより、バイアス印加用電極を備えるn入力1出力センサに対してバイアス用の第2の電気信号をフィードバックすることができる。 [0131] Further, the feedback means, an output at each measurement period, the second bias applying electrode of the selected systems of electrical signals in the measurement period immediately before is determined based on the quantizer output immediately before the measurement period by which is adapted, it is possible to feed back the second electrical signal for bias for n-input 1-output sensor with a bias application electrode. 【0132】また、量子化器の出力のうち信号周波数帯域のみを通過させるデジタルフィルタを設け、このデジタルフィルタに、信号周波数帯域内の量子化器の出力を保持するn個のメモリと、このn個のメモリのうち選択された励起用電極に対応するメモリを第1の切換スイッチと同期して選択し、信号周波数帯域内の量子化器の出力を選択したメモリに格納する選択手段とを設けることにより、各測定期間毎にデジタルフィルタをいったんリセットする場合に比べて、デジタルフィルタをリセットする必要がなくなり、セトリング時間を大幅に短縮することができる。 [0132] In addition, provided a digital filter for passing only the signal frequency band of the output of the quantizer, the digital filter, and n memories for holding an output of the quantizer in the signal frequency band, this n select the memory corresponding to the excitation electrode selected among the number of memory synchronously with the first changeover switch, provided selection means for storing in the memory selects the output of the quantizer in the signal frequency band it, as compared to the case where once resetting the digital filter for each measurement period, it is not necessary to reset the digital filter, it is possible to significantly reduce the settling time. 【0133】また、n入力1出力センサと量子化器との間に補償回路を設けることにより、フィードバックループの安定性を確保することができる。 [0133] Further, by providing the compensation circuit between the n inputs and one output sensor and quantizer, it is possible to ensure the stability of the feedback loop. 【0134】また、量子化器とフィードバック手段との間に補償回路を設けることにより、フィードバックループの安定性を確保することができる。 [0134] Further, by providing the compensation circuit between the quantizer and feedback means, it is possible to ensure the stability of the feedback loop. また、補償回路に入力される値がデジタル値なので、アナログ回路に依存しない補償回路を使用することができ、再現性並びに精度良く所望の位置にゼロ点を設定することができる。 The value to be input to the compensation circuit so digital value, it is possible to use a compensation circuit which does not depend on an analog circuit, it is possible to set the zero point to the reproducibility and accuracy desired position. 【0135】また、量子化器とフィードバック手段との間に設けられた補償回路と、n入力1出力センサと積分器との間に設けられ、量子化器の出力をn入力1出力センサの出力レベルに換算した結果をn入力1出力センサの出力から減算して、この減算結果を積分器に入力する減算器とを設けることにより、フィードバックループを多重に持つことで位相補償を実現できる。 [0135] In addition, a compensation circuit provided between the quantizer and feedback means, provided between the n inputs and one output sensor and an integrator, an output of the quantizer of n inputs and one output sensor the results in terms of level by subtracting from the output of the n-input 1-output sensors, by providing a subtracter for inputting the subtraction result to the integrator can be realized phase compensation by having a feedback loop to multiple. 【0136】また、所定周期のパルス電圧を互いに直交するn個の直交符号で変調したn個の電圧を、n入力の第1物理量を第1の電気信号に変換するためにn入力1 [0136] Also, n-input 1 in order to convert the n voltage modulated by n orthogonal codes which are orthogonal to each other a pulse voltage of a predetermined cycle, the first physical quantity of n inputs to the first electrical signal
出力センサに設けられたn系統の独立した励起用電極に印加する変調手段と、n入力1出力センサの出力をn個の直交符号で逆拡散変調するn個の相関器とを設けることにより、各系統の信号成分を取り出すことができるので、複数台の電源を用いる必要がなくなり、複数台の電源を用いることによる励起用電源電圧の振幅誤差及び位相誤差の影響を回避することができる。 By providing a modulation unit for applying a separate excitation electrodes of n lines provided at the output sensors, and n correlators for despreading modulating the output of the n-input 1-output sensors of n orthogonal codes, it is possible to extract a signal component of each path, it is not necessary to use the power of multiple, it is possible to avoid the influence of the amplitude and phase errors of the excitation power supply voltage by using the power of the plurality. また、各系統で中断することなく第1の電気信号を出力することができる。 Further, it is possible to output a first electrical signal without interruption in each line. 【0137】また、n入力1出力センサであるボールセンサに対して、第1の切換スイッチが、同一系統に属する励起用電極のうち隣接する励起用電極に印加される電圧が互いに逆相で、かつボール半導体を挟んで対向する同一系統の励起用電極に印加される電圧が互いに逆相となるよう、選択した1系統の励起用電極を電源と接続するようにしたので、浮上しているボール半導体の電位をほぼゼロにすることができる。 [0137] Further, relative to the ball sensor is an n-input 1-output sensors, the first changeover switch, each other in opposite phase voltages applied to adjacent excitation electrodes of the excitation electrodes belonging to the same system, and so that the voltage applied to the excitation electrodes of the same type facing each other across the ball semiconductor is opposite phases, since the excitation electrode of one system selected to be connected to the power supply, floating to have ball can be made substantially zero semiconductor potential. 【0138】また、n入力1出力センサであるボールセンサに対して、フィードバック手段が、同一系統に属する励起用電極のうち隣接する励起用電極に印加される電圧が互いに逆相で、かつボール半導体を挟んで対向する同一系統の励起用電極に印加される電圧が互いに逆相となるよう、励起用電極に第2の電気信号を出力するようにしたので、n入力1出力センサの動作点を決めることができ、かつ浮上しているボール半導体の電位をほぼゼロにすることができる。 [0138] Further, relative to the ball sensor is an n-input 1-output sensors, feedback means, in opposite phases the voltage applied to the adjacent excitation electrodes of the excitation electrodes belonging to the same system, and the ball semiconductor across as the voltage applied to the excitation electrodes of the same type facing the opposite phases, since the output a second electrical signal to the excitation electrodes, the operating point of the n inputs and one output sensor it can to determine, and can be made substantially zero potential of the ball semiconductor has emerged. 【0139】また、n入力1出力センサであるボールセンサに対して、フィードバック手段が、同一系統に属するバイアス印加用電極のうち隣接するバイアス印加用電極に印加される電圧が互いに逆相で、かつボール半導体を挟んで対向する同一系統のバイアス印加用電極に印加される電圧が互いに逆相となるよう、バイアス励起用電極に第2の電気信号を出力するようにしたので、n入力1出力センサの動作点を決めることができ、かつ浮上しているボール半導体の電位をほぼゼロにすることができる。 [0139] Further, relative to the ball sensor is an n-input 1-output sensors, feedback means, in opposite phases voltages applied to adjacent bias applying electrode of the bias applying electrode belonging to the same lineage and as the voltage applied to the bias applying electrodes of the same type facing each other across the ball semiconductor is opposite phases, to the bias excitation electrodes since to output a second electrical signal, n inputs and one output sensor the operating point can decide, and the potential of emerging and ball semiconductor can almost be zero. 【0140】また、n入力の第1物理量を第1の電気信号に変換するためにn入力n出力センサに設けられたn [0140] Also, n provided in an n-input n output sensor for converting a first physical quantity of n inputs to the first electrical signal
系統の独立した励起用電極を所定周期の測定期間毎に順次選択し、選択した1系統の励起用電極を電源と接続する第1の切換スイッチを設けることにより、1台の電源を時分割でn系統の励起用電極と接続するようにしたので、複数台の電源を用いる必要がなくなり、複数台の電源を用いることによる励起用電源電圧の振幅誤差及び位相誤差の影響を回避することができる。 Independent excitation electrode lines sequentially selected for each measurement period of a predetermined cycle, by providing a first changeover switch which connects the excitation electrode of one system and the selected power supply, in a time division of one supply since so as to connect the excitation electrodes of the n lines, it is possible to avoid it is not necessary to use the power of multiple, the effects of amplitude and phase errors of the excitation power supply voltage by using the power of multiple . その結果、測定精度を向上させることができる。 As a result, it is possible to improve the measurement accuracy. また、n入力n出力センサのn個の独立した出力電極のうち選択された励起用電極に対応する出力電極を第1の切換スイッチと同期して選択し、選択した出力電極からの第1の電気信号を出力する第2の切換スイッチを設けることにより、n入力の第1物理量に対応する第1の電気信号が第2の切換スイッチから順次出力されるので、従来の計測装置のようにn個のバンドパス・フィルタやn個の復調回路といったアナログ回路が不要となるので、測定精度に影響を与える部品点数を減らすことができ、測定精度を向上させることができる。 Further, to select the output electrodes corresponding to the excitation electrode selected among n independent output electrode of the n-input n output sensor in synchronism with the first changeover switch, the first from the output electrodes selected by providing the second change-over switch for outputting an electrical signal, the first electrical signal corresponding to the first physical quantity of n input are sequentially output from the second changeover switch, n as in the conventional measurement device since pieces of band-pass filters and n analog circuits such as the demodulation circuit it is not necessary, affect the measurement accuracy can be reduced number of parts, thereby improving the measurement accuracy. また、回路面積とコストを低減することができ、集積回路への移行が容易となる。 Further, it is possible to reduce the circuit area and cost, it is easy to shift to the integrated circuit.

【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の第1の実施の形態となるボールセンサを用いた計測装置の構成を示すブロック図である。 We are a block diagram showing a configuration of a measurement apparatus using a ball sensor as a first embodiment of the BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [Figure 1] present invention. 【図2】 本発明の第1の実施の形態におけるスイッチの動作及びボールセンサの各電極に印加される励起用電圧の波形を示すタイミングチャート図である。 2 is a timing chart showing the waveforms of the excitation voltage applied to each electrode of the first switch in the embodiment of the operation and the ball sensor of the present invention. 【図3】 本発明の第1の実施の形態においてボールセンサの各電極に印加される電圧の関係を示す図である。 3 is a diagram showing the relationship between the voltage applied to each electrode of the ball sensor in the first embodiment of the present invention. 【図4】 本発明の第3の実施の形態となるボールセンサを用いた計測装置の構成を示すブロック図である。 4 is a block diagram showing a configuration of a measurement apparatus using a ball sensor as a third embodiment of the present invention. 【図5】 本発明の第3の実施の形態においてボールセンサの各電極に印加される励起用電圧の波形を示すタイミングチャート図である。 5 is a timing chart showing the waveforms of the excitation voltage applied to each electrode of the ball sensor in the third embodiment of the present invention. 【図6】 本発明の第4の実施の形態となるボールセンサを用いた計測装置の構成を示すブロック図である。 6 is a block diagram showing a configuration of a measurement apparatus using a ball sensor as a fourth embodiment of the present invention. 【図7】 本発明の第4の実施の形態となるボールセンサを用いた計測装置の構成を示すブロック図である。 7 is a block diagram showing a configuration of a measurement apparatus using a ball sensor as a fourth embodiment of the present invention. 【図8】 本発明の第4の実施の形態におけるスイッチ及びデジタルフィルタの動作を示すタイミングチャート図である。 8 is a timing chart showing the operation of the switch and the digital filter in the fourth embodiment of the present invention. 【図9】 ΔΣ変調器の基本構成を示すブロック図である。 9 is a block diagram showing the basic configuration of the ΔΣ modulator. 【図10】 本発明の第4の実施の形態の計測装置の制御系ブロック線図である。 10 is a control system block diagram of a fourth embodiment of the measuring apparatus of the present invention. 【図11】 本発明の第5の実施の形態となるボールセンサを用いた計測装置におけるスイッチ及びデジタルフィルタの動作を示すタイミングチャート図である。 11 is a timing chart showing the operation of the switch and the digital filter in the measuring apparatus using a ball sensor as a fifth embodiment of the present invention. 【図12】 本発明の第6の実施の形態となるボールセンサを用いた計測装置の構成を示すブロック図である。 12 is a block diagram showing a configuration of a measurement apparatus using a ball sensor comprising a sixth embodiment of the present invention. 【図13】 本発明の第6の実施の形態におけるボールセンサの電極配置を示す図である。 13 is a sixth diagram showing an electrode arrangement of a ball sensor in the embodiment of the present invention. 【図14】 本発明の第6の実施の形態となるボールセンサを用いた計測装置におけるスイッチ及びデジタルフィルタの動作を示すタイミングチャート図である。 14 is a sixth timing chart showing the operation of the switch and the digital filter in the measuring apparatus using a ball sensor formed as embodiments of the present invention. 【図15】 本発明の第7の実施の形態となる計測装置の構成を示すブロック図である。 15 is a seventh block diagram showing a structure of a to become the measuring apparatus in accordance with the present invention. 【図16】 本発明の第8の実施の形態となる計測装置の構成を示すブロック図である。 16 is a eighth block diagram showing a structure of a to become the measuring apparatus in accordance with the present invention. 【図17】 本発明の第9の実施の形態となる計測装置の構成を示すブロック図である。 17 is a block diagram showing a configuration of a ninth embodiment to become the measuring device of the present invention. 【図18】 本発明の第9の実施の形態におけるスイッチの動作を示すタイミングチャート図である。 18 is a timing chart showing the operation of the switch according to the ninth embodiment of the present invention. 【図19】 図17の計測装置の等価ブロック図である。 It is an equivalent block diagram of the measuring apparatus of FIG. 19 FIG. 17. 【図20】 本発明の第10の実施の形態となる計測装置の構成を示すブロック図である。 FIG. 20 is a block diagram showing a configuration of a tenth embodiment to become the measuring device of the present invention. 【図21】 本発明の第10の実施の形態におけるスイッチの動作を示すタイミングチャート図である。 Is a timing chart showing the operation of the switch in the tenth embodiment of Figure 21 the present invention. 【図22】 従来の計測装置の構成を示すブロック図及び等価回路図である。 FIG. 22 is a block diagram and an equivalent circuit diagram showing a configuration of a conventional measurement apparatus. 【図23】 ボールセンサの電極配置を示す図である。 23 is a diagram showing the electrode arrangements of ball sensors. 【符号の説明】 1、1a…ボールセンサ、2…ボール半導体、3…シェル、4X、4Y、4Z、5X、5Y、5Z…励起用電極、6…出力電極、7X、7Y、7Z、8X、8Y、8 [Reference Numerals] 1, 1a ... ball sensor, 2 ... ball semiconductor, 3 ... shell, 4X, 4Y, 4Z, 5X, 5Y, 5Z ... excitation electrode, 6 ... output electrode, 7X, 7Y, 7Z, 8X, 8Y, 8
Z…バイアス電圧印加用電極、ADC、ADCX、AD Z ... bias voltage application electrode, ADC, ADCX, AD
CY、ADCZ…A/D変換器、CORX、CORY、 CY, ADCZ ... A / D converter, CORX, CORY,
CORZ…相関器、DF…デジタルフィルタ、ING CORZ ... correlator, DF ... digital filter, ING
1、ING2、ING3…積分回路、PS1、PS2、 1, ING2, ING3 ... integral circuit, PS1, PS2,
PS3、PS4、PS5、PS6、PS7…電源、QU PS3, PS4, PS5, PS6, PS7 ... power, QU
A1…量子化器。 A1 ... quantizer.

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 計測対象となるn(nは2以上の自然数)入力の第1物理量を第1の電気信号に直接変換して出力、又は前記n入力の第1物理量をn個の第2物理量にいったん変換した後に前記第1の電気信号に変換して出力する検出素子を備えたn入力1出力センサを用いて、前記n入力の第1物理量を計測する計測装置であって、 n入力の第1物理量を第1の電気信号に変換するために前記n入力1出力センサに設けられたn系統の独立した励起用電極を所定周期の測定期間毎に順次選択し、選択した1系統の励起用電極を電源と接続する第1の切換スイッチを有することを特徴とする計測装置。 Claims We claim: 1. A measurement subject to n (n is a natural number of 2 or more) direct conversion to the first physical quantity input to the first electrical signal output, or the first physical quantity of said n input the using n inputs and one output sensor having a sensing element for converting the first electrical signal after temporarily converted into a second physical quantity of n, measuring a first physical quantity of said n input measuring device a is sequentially selects independent excitation electrode of said n input 1 n system provided in the output sensor for converting the first physical quantity of n inputs to the first electrical signal for each measurement period of a predetermined period , measuring apparatus characterized by having a first changeover switch which connects the excitation electrode of one system and the selected power supply. 【請求項2】 請求項1記載の計測装置において、 前記n入力1出力センサから出力された第1の電気信号を積分する積分器を有し、 この積分器は、 積分結果を保持するn個のメモリと、 このn個のメモリのうち前記選択された励起用電極に対応するメモリを前記第1の切換スイッチと同期して選択し、前記n入力1出力センサから出力された第1の電気信号の積分結果を前記選択したメモリに格納する第2の切換スイッチとを含むことを特徴とする計測装置。 2. A measuring apparatus according to claim 1, further comprising an integrator for integrating the first electrical signal output from the n-input 1-output sensors, the integrator, n pieces for holding the integration result memory and a memory corresponding to the excitation electrodes the selected one of the n memory selected in synchronism with the first changeover switch, a first electrical output from the n-input 1-output sensor measuring device which comprises a second changeover switch for storing the integration result signal to the selected memory. 【請求項3】 請求項2記載の計測装置において、 前記積分器の出力をデジタル値に変換するA/D変換器を有することを特徴とする計測装置。 3. A measuring apparatus according to claim 2, measuring apparatus characterized by having an A / D converter for converting the output of the integrator to a digital value. 【請求項4】 請求項2記載の計測装置において、 前記積分器の出力を量子化する量子化器と、 前記検出素子が動作するのに必要な動作点を決めるn個のバイアス用第1物理量又はn個のバイアス用第2物理量を第2の電気信号に基づいて前記検出素子に与えるバイアス手段を備えた前記n入力1出力センサに対し、このn入力1出力センサが前記動作点で動作するよう前記量子化器出力に基づいて決定した第2の電気信号を前記バイアス手段に出力するフィードバック手段とを有することを特徴とする計測装置。 4. A measuring device according to claim 2, a quantizer for quantizing the output of said integrator, a first physical quantity for the n bias which determines the operating point necessary for the detecting element is operated or with respect to the n-input 1-output sensors with bias means for providing a second physical quantity for the n bias to the detector element based on the second electrical signal, the n inputs and one output sensor operates in the operating point as measuring apparatus characterized by having a feedback means for outputting a second electrical signal determined based on the quantizer output to the biasing means. 【請求項5】 請求項4記載の計測装置において、 前記n入力1出力センサは、前記励起用電極が前記第2 5. A measuring device according to claim 4, wherein the n-input 1-output sensors, the excitation electrode is the second
    の電気信号を入力するためのバイアス印加用電極を兼ねるものであり、 前記フィードバック手段は、各測定期間の間のフィードバック期間において、直前の測定期間の量子化器出力に基づいて決定した第2の電気信号を前記直前の測定期間で選択された1系統の励起用電極に出力するものであることを特徴とする計測装置。 Of it also serves as a bias application electrode for inputting an electrical signal, said feedback means, the feedback time period during each measurement period, the second determined based on the quantizer output immediately before the measurement period measuring device characterized in that outputs an electric signal to the excitation electrode of one system selected by the measurement period of the immediately preceding. 【請求項6】 請求項4記載の計測装置において、 前記n入力1出力センサは、前記励起用電極が前記第2 6. A measuring device according to claim 4, wherein the n-input 1-output sensors, the excitation electrode is the second
    の電気信号を入力するためのバイアス印加用電極を兼ねるものであり、 前記フィードバック手段は、n回の測定期間で全系統の励起用電極が選択された後のフィードバック期間において、各測定期間の量子化器出力に基づいて決定したn個の第2の電気信号をn系統の励起用電極に出力するものであることを特徴とする計測装置。 The electrical signal is also serves as a bias application electrode for inputting said feedback means, the feedback time period after the excitation electrodes of all the lines is selected in n times of the measurement period, the quantum of the measurement period encoder measuring device, characterized in that the n second electrical signal determined based on the output and outputs to the excitation electrode of the n lines. 【請求項7】 請求項4記載の計測装置において、 前記n入力1出力センサは、前記第2の電気信号を入力するためのn系統の独立したバイアス印加用電極を備えるものであり、 前記フィードバック手段は、各測定期間において、直前の測定期間の量子化器出力に基づいて決定した第2の電気信号を前記直前の測定期間で選択された系統のバイアス印加用電極に出力するものであることを特徴とする計測装置。 7. A measuring device according to claim 4, wherein the n-input 1-output sensors, which comprises a separate biasing electrode of n systems for inputting the second electrical signal, the feedback It means that in each measurement period, and outputs the second electrical signal determined based on the quantizer output immediately before the measurement period to the bias applying electrode lines selected in the measurement period of the immediately preceding measurement apparatus according to claim. 【請求項8】 請求項4記載の計測装置において、 前記量子化器の出力のうち信号周波数帯域のみを通過させるデジタルフィルタを有し、 このデジタルフィルタは、 前記信号周波数帯域内の前記量子化器の出力を保持するn個のメモリと、 このn個のメモリのうち前記選択された励起用電極に対応するメモリを前記第1の切換スイッチと同期して選択し、前記信号周波数帯域内の前記量子化器の出力を前記選択したメモリに格納する選択手段とを含むことを特徴とする計測装置。 8. The measuring device according to claim 4, comprising a digital filter for passing only the signal frequency band of the output of the quantizer, the digital filter, the quantizer in the signal frequency band and n memories for holding the output, select the memory that corresponds to the excitation electrodes the selected one of the n memory in synchronism with the first changeover switch, wherein in said signal frequency band measuring device characterized by comprising a selecting means for storing the output of the quantizer in the selected memory. 【請求項9】 請求項4記載の計測装置において、 前記n入力1出力センサと前記量子化器との間に設けられた補償回路を有することを特徴とする計測装置。 9. A measuring device according to claim 4, measurement device, characterized in that it comprises a compensation circuit provided between the n inputs and one output sensor and the quantizer. 【請求項10】 請求項4記載の計測装置において、 前記量子化器と前記フィードバック手段との間に設けられた補償回路を有することを特徴とする計測装置。 10. A measuring device according to claim 4, measuring device characterized in that it comprises a compensation circuit provided between said feedback means and said quantizer. 【請求項11】 請求項4記載の計測装置において、 前記量子化器と前記フィードバック手段との間に設けられた補償回路と、 前記n入力1出力センサと前記積分器との間に設けられ、前記量子化器の出力を前記n入力1出力センサの出力レベルに換算した結果を前記n入力1出力センサの出力から減算して、この減算結果を前記積分器に入力する減算器とを有することを特徴とする計測装置。 11. A measuring device according to claim 4, wherein the compensation circuit provided between said feedback means and said quantizer, provided between the n inputs and one output sensor and the integrator, by subtracting the result obtained by converting the output of the quantizer to the output level of the n-input 1-output sensor from an output of said n inputs and one output sensor, having a subtracter for inputting the subtraction result to the integrator measurement apparatus according to claim. 【請求項12】 計測対象となるn(nは2以上の自然数)入力の第1物理量を第1の電気信号に直接変換して出力、又は前記n入力の第1物理量をn個の第2物理量にいったん変換した後に前記第1の電気信号に変換して出力する検出素子を備えたn入力1出力センサを用いて、前記n入力の第1物理量を計測する計測装置であって、 所定周期のパルス電圧を互いに直交するn個の直交符号で変調したn個の電圧を、n入力の第1物理量を第1の電気信号に変換するために前記n入力1出力センサに設けられたn系統の独立した励起用電極に印加する変調手段と、 前記n入力1出力センサの出力を前記n個の直交符号で逆拡散変調するn個の相関器とを有することを特徴とする計測装置。 12. the measurement target n (n is a natural number of 2 or more) the first physical quantity input directly converted to the first electrical signal output, or the n first physical quantity input n second using n inputs and one output sensor having a sensing element for converting the first electrical signal after temporarily converted to a physical quantity, a measuring apparatus for measuring a first physical quantity of said n inputs, a predetermined period wherein n system provided in an n-input 1-output sensors to convert the n voltage modulated by the n orthogonal codes which are orthogonal to each other a pulse voltage, a first physical quantity of n inputs to the first electrical signal independent modulating means for applying to the excitation electrode, the n measuring apparatus characterized by having an n number of correlators output of the input one-output sensor despreads modulated by the n orthogonal codes. 【請求項13】 請求項1記載の計測装置において、 前記n入力1出力センサは、静電力によって支持される球形のボール半導体と、このボール半導体に対して対称的に配置された、1系統あたりm(mは偶数)個の前記励起用電極と、前記第1の電気信号を出力する出力電極とを備えたボールセンサであり、 前記第1の切換スイッチは、同一系統に属する前記励起用電極のうち隣接する励起用電極に印加される電圧が互いに逆相で、かつボール半導体を挟んで対向する同一系統の励起用電極に印加される電圧が互いに逆相となるよう、前記選択した1系統の励起用電極を電源と接続することを特徴とする計測装置。 13. The measuring apparatus of claim 1, wherein the n-input 1-output sensor is a ball semiconductor spherical supported by electrostatic forces, are arranged symmetrically with respect to the ball semiconductor, per line m and (m is an even number) number of the excitation electrodes, a ball sensor having an output electrode for outputting the first electrical signal, the first selector switch, the excitation electrodes belonging to the same system one line in the adjacent excitation opposite phases the voltage applied to the electrodes, and so the voltage applied to the excitation electrodes of the same type facing each other across the ball semiconductor is opposite phases, that is the selected one of measuring apparatus characterized by connecting the power supply to excitation electrodes. 【請求項14】 請求項1記載の計測装置において、 前記n入力1出力センサは、静電力によって支持される球形のボール半導体と、このボール半導体に対して対称的に配置された、1系統あたりm(mは偶数)個の前記励起用電極と、前記第1の電気信号を出力する出力電極とを備えたボールセンサであり、 前記第1の切換スイッチは、同一系統に属する前記励起用電極のうち隣接する励起用電極に印加される電圧が互いに同相で、かつボール半導体を挟んで対向する同一系統の励起用電極に印加される電圧が互いに逆相となるよう、前記選択した1系統の励起用電極を電源と接続することを特徴とする計測装置。 14. A measuring device according to claim 1, wherein the n-input 1-output sensor is a ball semiconductor spherical supported by electrostatic forces, they are arranged symmetrically with respect to the ball semiconductor, per line m and (m is an even number) number of the excitation electrodes, a ball sensor having an output electrode for outputting the first electrical signal, the first selector switch, the excitation electrodes belonging to the same system of the adjacent common mode voltage applied to the excitation electrodes to each other, and so the voltage applied to the excitation electrodes of the same type facing each other across the ball semiconductor is opposite phases, said selected one system of measuring apparatus characterized by connecting the excitation electrode to the power supply. 【請求項15】 請求項5又は6記載の計測装置において、 前記n入力1出力センサは、静電力によって支持される球形のボール半導体と、このボール半導体に対して対称的に配置された、1系統あたりm(mは偶数)個の前記励起用電極と、前記第1の電気信号を出力する出力電極とを備えたボールセンサであり、 前記フィードバック手段は、同一系統に属する前記励起用電極のうち隣接する励起用電極に印加される電圧が互いに逆相で、かつボール半導体を挟んで対向する同一系統の励起用電極に印加される電圧が互いに逆相となるよう、前記励起用電極に第2の電気信号を出力するものであることを特徴とする計測装置。 15. A measuring device according to claim 5 or 6, wherein said n inputs and one output sensor includes a ball semiconductor spherical supported by electrostatic forces, are arranged symmetrically with respect to the ball semiconductor, 1 and (m is an even number) system per m pieces of the excitation electrodes, a ball sensor having an output electrode for outputting the first electrical signal, said feedback means of the excitation electrodes belonging to the same system of the adjacent excitation opposite phases the voltage applied to the electrodes, and so the voltage applied to the excitation electrodes of the same type facing each other across the ball semiconductor is opposite phases, first in the excitation electrode measuring device which is characterized in that outputs a second electrical signal. 【請求項16】 請求項7記載の計測装置において、 前記n入力1出力センサは、静電力によって支持される球形のボール半導体と、このボール半導体に対して対称的に配置された、1系統あたりm(mは偶数)個の前記励起用電極と、前記ボール半導体に対して対称的に配置された、1系統あたりm個の前記バイアス印加用電極と、前記第1の電気信号を出力する出力電極とを備えたボールセンサであり、 前記フィードバック手段は、同一系統に属する前記バイアス印加用電極のうち隣接するバイアス印加用電極に印加される電圧が互いに逆相で、かつボール半導体を挟んで対向する同一系統のバイアス印加用電極に印加される電圧が互いに逆相となるよう、前記バイアス励起用電極に第2の電気信号を出力するものであることを特徴とす The measuring device of claim 16 according to claim 7, wherein the n input 1 output sensor includes a ball semiconductor spherical supported by electrostatic forces, they are arranged symmetrically with respect to the ball semiconductor per line m (m is an even number) and number of the excitation electrodes, the symmetrically arranged relative to the ball semiconductor, and the m of the bias application electrode per line, the output for outputting the first electrical signal a ball sensor having an electrode, said feedback means, to each other in opposite phases voltages applied to adjacent bias applying electrode of the bias application electrode belonging to the same system, and across the ball semiconductor counter the same voltage applied to the bias applying electrode lines so that the opposite phases, to characterized in that said biasing excitation electrodes and outputs the second electrical signal 計測装置。 Measuring device. 【請求項17】 計測対象となるn(nは2以上の自然数)入力の第1物理量をn個の第1の電気信号に直接変換して出力、又は前記n入力の第1物理量をn個の第2 17. converts the first physical quantity of the measurement subject to n (n is a natural number of 2 or more) input directly into n first electrical signal, or the n first physical quantity of said n input the second of
    物理量にいったん変換した後に前記n個の第1の電気信号に変換して出力する検出素子を備えたn入力n出力センサを用いて、前記n入力の第1物理量を計測する計測装置であって、 n入力の第1物理量を第1の電気信号に変換するために前記n入力n出力センサに設けられたn系統の独立した励起用電極を所定周期の測定期間毎に順次選択し、選択した1系統の励起用電極を電源と接続する第1の切換スイッチと、 前記n入力n出力センサのn個の独立した出力電極のうち前記選択された励起用電極に対応する出力電極を前記第1の切換スイッチと同期して選択し、選択した出力電極からの前記第1の電気信号を出力する第2の切換スイッチとを有することを特徴とする計測装置。 With n inputs n outputs sensor with the n first detection element for converting and outputting the electric signal after temporarily converted to a physical quantity, a measuring device for measuring a first physical quantity of said n input sequentially selects independent excitation electrode of said n input n n system provided in the output sensor for converting the first physical quantity of n inputs to the first electrical signal for each measurement period of a predetermined period, and selected 1 a first changeover switch which connects the excitation electrode of the system power supply, said n input n output sensors of n independent output the selected excitation first output electrode corresponding to the electrode of the electrodes the selected synchronously with the change-over switch, measuring device characterized in that it comprises a second changeover switch for outputting said first electrical signal from the output electrodes selected.
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