JP2004502151A - 磁気抵抗電極式測定装置、および測定方法 - Google Patents

Abstract

磁気抵抗電極（１００）による寸法測定装置のための電子回路（３）であって、該回路は、磁気抵抗電極ネットワーク（１００）に給電するための、少なくとも一つの給電電圧（Ｕ_ｐ，Ｕｎ）を供給する給電回路と、ネットワークに接続された二つの差分入力（Ｃ、Ｃ’、Ｓ、Ｓ’）含む測定用回路、とから成る。測定用回路は、本尺目盛にそったセンサの位置を受信した二つの正弦入力信号から決定するために、粗計数器と微補間回路を使用する。給電回路は、磁気抵抗電極（１００）におけるエネルギー損失を一時的に減らすように供給された、給電電圧を周期的に削減させる。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗電極式寸法測定装置、およびかかる装置を用いる測定方法に関するものである。
【０００２】
例えば、工業環境での長さまたは角度位置の測定用の電子装置は、部分的に相反する複数の制約を一般的に満たさなければならない。該装置は、精度と十分な分解能を提供しなければならず、また、振動あるいは、塵埃、油または湿気などの汚染物質にさらされた環境内で使用可能でなければならない。さらにこれらのセンサには、できるだけ低いコストにするために、体積が小さい機器内への容易な組み込みと、重大な調整や整合のない、速い測定速度、および消費電力の低減が期待される。
【０００３】
【従来の技術】
これらの多様な要求条件を満たすために、様々な物理原理に基づく、様々なタイプの測定機械が開発された。とくに、本尺目盛に対するセンサの変位によって発生する、静電容量の変動を利用する測定システムは、ノギスのような携帯可能な装置において多数用いられた。これらの装置は、作動するためにはかなり清潔に維持しなければならず、またそのために、湿潤環境や、例えば潤滑剤や切削油の放出に陥りやすい環境における作動には適していない。磁気抵抗電極の原理に基づく長さ測定装置は、例えば、独国特許出願公開第４２３３３３１号明細書（ＩＭＯ）において提案され、汚れに対するとても優れた耐性を提供している。この文書に記載の装置は、二つのホイートストンブリッジを画定するように接続された、磁気抵抗電極ネットワークを備えたセンサを含んでいる。該センサは、スライダーに取り付けられ、また磁化周期λで磁化された本尺目盛に対面して変位させることができる。本尺目盛に対するセンサの変位によって、センサの多様な磁気抵抗電極に印加された磁界の変化、すなわちその抵抗の変化が引き起こされる。ホイートストンブリッジに電圧をかけることによって、それらの出力に、本尺目盛に沿ったセンサの位置の周期関数電気信号を採取することができる。
【０００４】
二つの測定用ブリッジは、λ／２位相をずらした四つの磁気抵抗電極で構成される。それぞれのブリッジに対応する電極は、λ／４位相をずらした位置を占める。二つの測定用ブリッジの電極は混合されている。この文書はさらに、電流Ｉのベクトルの方向を変えることができるバーバーポール構造の使用を示唆している。磁気抵抗電極の抵抗は、磁化ベクトルと電流ベクトルの間の角度関数になるので、バーバーポール構造は、センサの変位によって引き起こされた、電極の磁気抵抗変化の方向と振幅の制御を可能にする。
【０００５】
測定用ブリッジのそれぞれのアームは、単独の磁気抵抗電極によって構成され、その幅は、本尺目盛によって発生した比較的かなり小さな磁界に反応するのに十分なものでなければならない。したがって、ブリッジのアームの抵抗は低下し、測定用ブリッジに大きな電流が流れる。したがって、この装置の消費電力は大きくなる。
【０００６】
米国特許第５３８６６４２号明細書（Ｈｅｉｄｅｎｈａｉｎ）が記載しているセンサにおいては、電極は測定用ブリッジで組織されており、その各アームは、同位相で、かつ直列に接続された複数個の磁気抵抗電極によって構成されている。したがって、ブリッジのアームの抵抗はもっと大きく、それによって消費電力を大幅に減らすことが可能になる。しかしながら、このタイプのセンサの消費電力は、電気的に自立した機器、例えば携帯可能な精密ノギスにおける使用を検討するには大きすぎる。
【０００７】
特開平１−２１２３１３号公報が記載しているのは、磁気抵抗電極式寸法測定装置において使用するのに適した電子回路であって、該回路において磁気抵抗電極は、直流電源によって給電される。
【０００８】
特開昭６１−１７３１１３号公報は、電力消費を押さえるために、角度寸法測定装置において磁気抵抗電極を接続する新規なやり方を記載している。電力消費の低下は、電極の特有な接続によるものである。
【０００９】
ここにその内容を参照として含めた欧州特許出願公開第０９２４４９１号明細書に記載されているのは、磁気抵抗型寸法測定装置のための電子回路であって、該回路においては、磁気抵抗電極におけるエネルギー損失を制限するように、測定用ブリッジの給電が周期的に削減または中断される。測定用ブリッジを１／ｎのデューティサイクルで給電することによって、電極における電力消費をｎで割ることが達成できる。
【００１０】
この回路はまた、該装置を使用していないときの電力消費を削減することを可能にするスタンバイモード回路も記載している。スタンバイモードにおいて、回路の表示装置と制御装置は接続を切断され、したがって測定の読取はできない。これらの構成要素はつぎに、センサの変位が磁気抵抗電極によって検出されたときに復帰するが、該磁気抵抗電極は課電のままにしておかなければならない。
【００１１】
したがって、欧州特許出願公開第０９２４４９１号明細書に記載のスタンバイモードはあまり有利ではない、なぜならスタンバイモードに入った装置は、測定値を表示するのに使用できないにもかかわらず、磁気抵抗電極に給電するために大きな電流を使用し続けるからである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の一つの目的は、先行技術の装置とは異なる磁気抵抗電極式測定装置であって、その電力消費が先行技術の装置以下であるものを実現することである。
【００１３】
とくに、本発明の一つの目的は、電池によって給電されるノギスのような、携帯可能な測定装置を実現することである。
【００１４】
本発明によれば、これらの目的は、独立請求項の特徴となる部分の要素を呈する回路によって達成されるが、さらにその変型は従属請求項に記載されている。
【００１５】
図面の簡単な説明
本発明は、付属の図面を参照して、例として示された下記の説明を読むことによっていっそう明らかになるだろう。
【００１６】
図１は、本発明による携帯可能な電子ノギスの分解図である。
【００１７】
図２は、センサのさまざまな電極が、二つの測定用ブリッジを構成するように、接続されていることを示す、電気概念図である。
【００１８】
図３は、先行技術の第一の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフを示している。
【００１９】
図４は、先行技術の第二の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフを示している。
【００２０】
図５は、本発明の第一の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフを示している。
【００２１】
図６は、本発明の第二の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフを示している。
【００２２】
図７は、本発明の第三の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフを示している。
【００２３】
図８は、本発明の第四の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフを示している。
【００２４】
図９は、本発明の第五の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフを示している。
【００２５】
図１０は、本発明の第六の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフを示している。
【００２６】
図１１は、本発明の第七の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフを示している。
【００２７】
図１２は、本発明の第八の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフを示している。
【００２８】
図１は、本発明による携帯可能な電子ノギスの分解図である。かかるノギスの構造は既知であり、その内容を本書に参照として含めた、本件出願人の名義による欧州特許出願公開第７１９９９９号明細書に、例えば記載されている。
【００２９】
本発明のノギスは、本尺２および本尺にそって長手方向に変位させるのに適したスライダー１を備えている。スライダーは可動のジョウ１０を備える一方で、本尺は固定のジョウ２０を備えている。永久磁石材料製の本尺目盛２１は、本尺２に固定され、かつ磁化された連続する領域を備えている。本尺目盛２１は、印字２２０を備えた非磁性材料２２製の保護層で覆われている。
【００３０】
一般的に参照番号１１で示した電子手段は、液晶電子表示装置１２に、ノギスのジョウ１０と２０の間の距離に依存する情報を表示することができる。これらの電子手段は、プリント回路基板１１５に直接組み立てられている。該手段は主として、磁性材の本尺目盛２１の正面にプリント回路基板１１５の下に組み立てられた磁気抵抗センサ５を含んでいる。センサ５は、まとまって組織された多数の磁気抵抗電極で形成されるネットワークを備えており、ネットワークの多様な抵抗値は、本尺２にそったスライダー１の位置の周期関数である。センサは例えば、上述した独国特許出願公開第４２３３３３１号明細書、または米国特許第５３８６６４２号明細書のいずれか、あるいは好適には、その内容を本書に参照として含めた、本件出願人の名義による欧州特許出願公開第０８７７２２８号明細書に記載のようなタイプのものとすることができる。電子手段１１はさらに、自立給電手段、表示した例では電池１１０を含んでいる。電池１１０は好適には、平坦なリチウム電池で構成され、かつ、数日間、好適には数箇月にもわたる装置における自立作動を確保しなければならない。
【００３１】
ＡＳＩＣ型の集積電子回路３は、センサ５における磁気抵抗電極の抵抗値から、ジョウ１０と２０の間の距離に依存する少なくとも一つのパラメータを決定する；電子回路３は、標準マイクロコントローラ６に接続され、該マイクロコントローラは、集積電子回路３を制御し、かつ表示装置１２を操作して測定した距離を表示する。電子手段１１はさらに、好適には、センサ５に面した、プリント回路１１５の上面に取り付けられた分極化用磁石１１４を有する。
【００３２】
電子手段１１は、ケース１３によって保護されており、ボタン１３２によって、例えばノギスの始動、あるいはリセット、連続する測定値の加算または平均化などの他の機能を操作することができる。オプトエレクロトロニクス・シリアル・コネクタ１３３がノギス１と、例えばプリンター、パソコン、または情報機器などの外部機器との間のインターフェイスとして備えられている。
【００３３】
磁気抵抗センサ５は、多数の磁気抵抗電極を備え、その寸法は大きな抵抗が得られるように、したがってセンサの電力消費を押さえるように選択される。
【００３４】
さまざまな磁気抵抗電極は、本尺目盛２によって発生された磁界に対する位相の多様な位置を占めるように、センサ５の上に長手方向に配置されている。本尺目盛２からの十分な距離において、磁界は軸ｘ上のセンサ位置のほぼ正弦関数である。したがって、センサの各磁気抵抗電極上の本尺目盛２１によって生じた磁界は、この電極の長手方向位置の正弦関数である；つまり各電極の抵抗は、本尺にそってスライダー１が変位したときに、正弦曲線的に変化する。測定用回路３、６は、磁気抵抗のさまざまな抵抗値によって、スライダーの位置を決定し、この情報を表示装置１２に表示する。
【００３５】
図２は、磁気抵抗電極の推奨接続態様を概略的に示している。磁気抵抗電極はこの例では、二つの測定用ブリッジ１００（ホイートストンブリッジ）を画定するように接続されている。ブリッジの各アームは直列に接続された複数個の電極の組によって構成され、各組の内部の電極の位相は同一または近接している。好適変型実施態様において、各組は電極を備えているが、該電極は１８０゜の空間の位相の差を伴うだけでなく、バーバーポール構造が反対に、例えば＋４５゜と−４５゜に方向づけられている。各測定用ブリッジが対応する電極は、この例では９０゜位相がずれている。各ブリッジは四組の磁気抵抗電極ＡＢＣＤ、それぞれＡ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’を含んでいる。異なる接続態様は、例えば一つまたは三つの測定用ブリッジ、あるいはブリッジのアーム間の異なる位相の差を伴っても、本発明の範囲内で使用することができる。
【００３６】
一組当たりの磁気抵抗電極の数は、好適には４を超えるが、集積回路５の寸法によってしか制限されない；本発明の一つの実施態様において、一組当たりの磁気抵抗電極の数は７２に等しい。それぞれ４組の７２電極で構成された二つのブリッジを備えたこの非制限的な例において、センサ５における磁気抵抗電極１００の合計数は、このとき５７６に等しい。
【００３７】
図２に示した例において、電極の組Ａ、それぞれＡ’は、電極の組Ｃ、それぞれＣ’に対して１８０゜位相ずれしている。同様に、電極の組Ｂ、それぞれＢ’は、電極の組Ｄ、それぞれＤ’に対して１８０゜位相ずれしている。組Ａ、Ａ’、Ｂ、Ｂ’は、それぞれの組Ｃ、Ｃ’、Ｄ、Ｄ’と同じ位相位置を占めている。しかしながら、それぞれの対ＡＢ、Ａ’Ｂ’、ＣＤ、Ｃ’Ｄ’の磁気抵抗電極は反対に、例えば、＋４５゜と−４５゜に方向付けられたバーバーポール構造を備えている。
【００３８】
本発明によれば、二つの測定用ブリッジ１００は抵抗器１０１，１０３，１０５および１０７を介して、端子Ｕ_ＰとＵ_Ｎの間で給電される；スイッチ１０２、１０４、１０６および１０８は、各抵抗器を独立して短絡させることができる。すべてのスイッチが閉じたときに、したがって二つの測定用ブリッジ１００は電圧ｕ_Ｐとｕ_Ｎで直接給電される；すべてのスイッチを開くことで、印加される電圧は、それぞれｕ_Ｐｓｂ、ｕ_Ｎｓｂになり、それによりブリッジの端子の電圧差が低下し、また電力消費が低下する。本発明の好適変型実施態様において、スイッチ１０２、１０４、１０６および１０８は、同一の信号ｓｂによって同時にすべて操作される；しかしながら、本発明の枠内においては、これらのスイッチを独立して制御することもできる。同時に、複数の中間消費レベルが有効であれば、独立して短絡可能な直列の複数個の抵抗器の間で、測定用ブリッジを給電することもできる。
【００３９】
スライダー１を本尺目盛２１に対してずらしたとき、測定用ブリッジはセンサの位置に応じてほぼ正弦波の差分信号ｃ（端子ＣとＣ’の間）とｓ（端子ＳとＳ’の間）に戻し、一方の信号は他方の信号に対して９０゜位相ずれしている。これらの信号は電子回路３に伝達され、該電子回路は、図５を参照して後で述べるごとく、該信号を増幅し、かつ増幅された信号からセンサの位置を決定する。電子回路３はさらに、キーボード１３２とのインターフェイス、ならびに外部機器との随意のインターフェイス、例えばシリアルインターフェイスＲＳ２３２（１３３）を制御する。
【００４０】
本発明による測定装置がさらに含むのは、好適には、測定単位の選択、回路の状態、現在使用中のブリッジの給電モードなどの、特定のパラメータを記憶するための、図示されていないパラメータ用の小型ランダムアクセスメモリ（ＰＲＡＭまたはＥＥＰＲＯＭ）である。これらの記憶区域は、回路３またはマイクロコントローラ６に組み込むこともできる。
【００４１】
回路３の可能な変型のもっと詳細な説明は、その内容を参照として本書に含めた、欧州特許出願公開第０９２４４９１号明細書に記載されている。
【００４２】
つぎに、図３から１２を参照して、本発明の回路のさまざまな給電方法を論じることとする。
【００４３】
図３に示した先行技術の変型において、直流電圧ｕ_Ｐの値Ｕ_Ｐｍａｘ（例えば３ボルト）が端子Ｕ_Ｐｓｂに供給される一方で、別の直流電圧ｕ_Ｎの値Ｕ_Ｎｍｉｎ（例えば０ボルト）が端子Ｕ_Ｎ上の点Ｕ_Ｎｓｂに供給される。したがって、二つの測定用ブリッジは、直流電圧Ｕ_Ｐｍａｘ−Ｕ_Ｎｍｉｎを用いて単一モードで給電されるので、電力消費は一定でかつ高い。したがって、この変型は、電力消費が重要課題である、電池によって給電される携帯可能な装置についての使用には適していない。
【００４４】
パルス給電モードの測定用ブリッジの給電の変型は、図４に示されている。この変型において、点Ｕ_Ｐｓｂに印加された電位は、最大電位Ｕ_Ｐｍａｘと低い電位Ｕ_Ｐｓｂの間で変動する（例えばＶｄｄとＶｄｄ／２の間）。点Ｕ_Ｎｓｂの電位は、Ｕ_Ｎｓｂ＝Ｕ_ＰｓｂとＵ_Ｎｍｉｎの間で変動する（例えば、Ｖｄｄ／２とＶｓｓ＝０ボルトの間）。デューティサイクルは、一定で、かつＴ１／（Ｔ１＋Ｔ２）である。
【００４５】
スイッチングロスと順序論理の電力消費を無視すると、この給電モードは、デューティサイクルに等しい率で電極内の電力消費を減らすことを可能にする。各サイクルでの電位の変動は、信号ｕ_Ｐとｕ_Ｎを供給する増幅器があまりに大きな電圧ジャンプを受けるのを防止するために、二つの端子Ｕ_ＰとＵ_Ｎの間に配分されている。したがって、コモンモード除去比（ＣＭＲＲ）がそれほど重要ではない、入力増幅器を用いることが可能である。くわえて、電圧変動のこの配分は、寄生静電容量の充電／放電による電力消費、ならびに給電区間と給電削減区間の間のスイッチング時間を減らすこと、およびＵ_ｎの相補的遷移による信号Ｕ_Ｐの遷移によって誘発された寄生結合を補うこととが可能になる。
【００４６】
信号ｕ_Ｐとｕ_ｎは、図示されていない発振器のクロック信号から、図示されていない順序論理によって供給される。給電区間と給電削減区間の間のデューティサイクルは、電子回路３における適切なコマンドレジスタによって変えられる。例えば、これらレジスタのうちの一つにおける二ビットは、四つのデューティサイクル操作の選択を可能にする：１００％（常時給電）、５０％、２５％（図示）および０％（完全停止）。
【００４７】
図３に示した連続給電に対して、この変型は電極における電力消費の削減を可能にする。削減率Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）は、しかしながら自由に選ぶことはできない：給電中断の区間Ｔ２の間は、センサの変位の検出は全く不可能であり、その結果、この区間に表示された値は、不正確になることがある。他方で、電極の配置とコード化が位置の絶対測定を不可能で、差の測定しかできないというよくあるケースにおいて、絶対位置はセンサが区間Ｔ２の間に変位したときに失われ、その後の測定に誤差が引き起こされる。したがって、センサの最小の変位を検出し、かつ位置の基準が失われないことを確保するために、十分に小さなＴ２の値を選択することが必要である。
【００４８】
本発明による測定用ブリッジのもう一つの給電の変型は、図５に示した。この変型によれば、測定用ブリッジは、最大電位Ｕ_Ｐｍａｘと電位Ｕ_Ｎｍｉｎの間の時間Ｔ１の給電区間の間、およびＵ_ＰｓｂとＵ_Ｎｓｂの間の給電削減区間Ｔ２の間に給電され、Ｕ_ＰｓｂはＵ_Ｎｓｂより大きい。給電区間Ｔ１と給電削減区間Ｔ２の間のスイッチングは、信号ｓｂによってスイッチ１０２、１０４、１０６および１０８を作動させて実施される。このように測定用ブリッジは端子の電圧が常に少なくともＵ_Ｐｓｂ−Ｕ_Ｎｓｂに等しい、単一のパルスモードで給電され、これらの値は位置の補間のない粗測定を可能にするように選択される。
【００４９】
図４に示した先行技術の変型に対して、この解決法はセンサの変位を検出すること、給電削減区間Ｔ２の間であってもセンサの絶対位置を保存することを可能にする。したがって、はるかに小さいデューティサイクルＴ１／（Ｔ１＋Ｔ２）の選択が可能になり、それによって最大電圧が印加される間の区間Ｔ１が制限される。消費電力は、端子Ｕ_ＰとＵ_Ｎの間の電圧差の二乗に比例し、それによって、Ｔ１、Ｔ２、Ｕ_ＰｓｂおよびＵ_Ｎｓｂ用に選んだ値にしたがって、図４に示した変型に対して電力消費をさらに減らすことができる。
【００５０】
これまでに図示した変型において、測定用ブリッジは連続式またはパルス式の単一のモードによって給電される。したがって、平均電力消費量は、ノギスの使用または不使用にかかわらず、ノギスの作動中に一定となる。しかしながら、本発明において明らかにされたように、有効使用時間は一般的に、ノギスが始動していた時間の一部に過ぎないにもかかわらず、使用者はしばしばノギスを数時間も通電したままにする。
【００５１】
スタンバイモード回路を備えた磁気抵抗電極式寸測定装置は、上述の欧州特許出願公開第０９２４４９１号明細書にすでに記載されている。しかしながら、この文書において、磁気抵抗電極は、装置がスタンバイモードにあるときでも、給電されたままであり；したがって、電力消費は大きいままである。
【００５２】
図６はこの観察を考慮に入れて電力消費を減らすことを可能にする本発明による変型を示している。この変型では、測定用ブリッジの二つの給電モードが使用される。第一のモードでは、測定用ブリッジ１００の接続が切断され、すなわち上部端子Ｕ_Ｐｓｂに印加される電圧は下部端子Ｕ_Ｎｓｂに印加される電圧に等しい。
【００５３】
測定用ブリッジの給電は、装置の操作、例えばセンサの変位または操作キーの作動が検出されると、直ちに第二のモードに移行する。この場合、Ｔｒｉｇ信号が発生し、図示されていない論理回路を介して、端子Ｕ_ＰｓｂとＵ_Ｎｓｂに印加される電圧を変化させ、該端子はそれぞれＵ_ＰｍａｘとＵ_Ｎｍｉｎに移行し、結果として、測定用ブリッジは、測定区間内部での補間による位置の精密測定を可能にするのに十分な電圧で供給される。この給電モードは、所定の時間ΔＴ１の間維持され、ついでブリッジの給電が切断される。
【００５４】
Ｔｒｉｇ信号は例えば、次のような事象に反応して始動される：それは、ノギスのキー１３２の一つの操作、シリアル入力１３３への操作信号、あるいは本尺目盛に対するセンサ５の変位である。この変位は例えば、図示されていない、追加の磁気抵抗電極によって検出されるが、該追加の磁気抵抗電極は、測定用ブリッジの接続が切れたときでも給電が維持され、その電流変動を測定することでＴｒｉｇ信号を発生するものである。
【００５５】
時間ΔＴ１は、好適には十分に長く、例えば１０分が選択されるが、それにより大半の情況における測定と結果の読み取りを可能にする。この時間は好適には、スタンバイ開始、またはノギスの他の機能の停止、例えば表示の停止の前の待機期間より短い。したがって実施された測定の読み取りは、電極の給電中断後でも、制限された時間内で依然可能である。
【００５６】
位置の絶対的決定ができないセンサの場合、この位置は好適には、給電中断区間の際に、一時レジスタに、例えば位置計数器に記憶される。
【００５７】
図６に示した解決は有効であるが、測定用ブリッジの外で、追加の磁気抵抗電極を、および、測定用ブリッジの接続が切れた際には、センサの変位を検出するための移動検出回路を必要とする。これらの要素は、コスト増と追加の消費電力を誘発する。他方で、位置計数電子装置は、測定用ブリッジの給電電圧を再設定するときに、絶対位置を保存するために特定の制約に従わなければならない。
【００５８】
図７に示した給電の変型は、これらの問題点の解決を可能にする。この変型によれば、測定用ブリッジは、抵抗器１０１、１０３、１０５および１０７を介して、給電削減区間の間に給電される。このようにブリッジは、Ｕ_Ｐｓｂ−Ｕ_Ｎｓｂに等しい電圧で給電され、この差は、少なくとも運動の検出と粗測定（位置の補間なし）を可能にするのに十分になるよう選択される。この粗測定によって変位が検出されると、あるいはその他の活動が検出されるとすぐに、Ｔｒｉｇ信号が発生し、時間ΔＴ１の間の信号ｓｂの作動と、抵抗器１０１、１０３、１０５および１０７の短絡が引き起こされて、ブリッジの端子に完全な電圧Ｕ_Ｐｍａｘ−Ｕ_Ｎｍｉｎが回復される。
【００５９】
図６に示した変型に対して、この解決法は、Ｔｒｉｇ信号の発生を簡単にし、また測定用ブリッジに給電されていないときの位置基準喪失の問題を解決する。したがって、Ｔｒｉｇ信号の発生により厳しい条件を適用すること、および十分な振幅および／または長さの変位が検出されたときにだけ、測定用ブリッジの完全給電モードに移行することとが可能になる。しかしながら、ノギスが給電削減モードのときでも、直流電流は磁気抵抗電極１００に流れ続ける。
【００６０】
図８は、図７について述べたものと同様な変型を示しているが、そこにおいて測定用ブリッジの給電は、ΔＴ１より長い区間ΔＴ２の後に、完全に切断される。この変型は、したがって、三つの異なるブリッジの給電モードを使用する：
・停止モード（「オフ」）では、区間ΔＴ２の間に、何の運動も検出されなかったときに、ブリッジの給電は完全に切断される。
・スタンバイモードでは、区間ΔＴ１の間に、何の運動も検出されなかったときに、ブリッジの給電は削減されるだけである。
・精密測定モードでは、運動または操作の検出直後の区間ΔＴ１の間に、正確な測定が可能になる。
【００６１】
ノギスは、例えばノギスのキーの一つが操作された後に、停止モードからスタンバイモードに、または直接精密測定モードに移行する。くわえて、ノギスの他の要素、例えば表示装置を、図示されていない、ΔＴ２を超える区間ΔＴ３の後に、スタンバイモードまたは停止モードにすることも可能である。
【００６２】
図９は、図７について述べたものと同様なもう一つの給電の変型を示しているが、そこにおいて測定用ブリッジの給電は、運動の検出と、最小の電力消費による絶対位置の維持とを可能にするように、給電削減区間の間、デューティサイクルＴ１／（Ｔ１＋Ｔ２）でパルス化される。ブリッジの完全かつ連続な給電は、時間ΔＴ１’の間回復されるが、それは区間Ｔ１の間に、例えば変位の検出を示すＴｒｉｇ信号を受信したときである。
【００６３】
図９において、測定用ブリッジの端子の電圧は、ノギスが区間Ｔ１の間の、給電削減モードにある際に、（Ｕ_Ｐｍａｘ−Ｕ_Ｎｍｉｎ）と０の間で振動する。図示されていない変型において、粗測定を実施するのにちょうど十分な、より低い電圧（Ｕ_Ｐｓｂ−Ｕ_Ｎｓｂ）をこれらの区間の間印加することは明らかに可能であろう。
【００６４】
図１０は図７について述べたものと同様なもう一つの変型を示しているが、そこにおいて、測定用ブリッジの給電は、時間ΔＴ１の間ブリッジが精密測定モードにあるときに、デューティサイクルＴ１／（Ｔ１＋ΔＴ２）でパルス化される。この変型は、したがって、変位を検出すること、いつでも粗い精度で位置を測定すること、およびノギスの操作を示すＴｒｉｇ信号の発生の後の時間ΔＴ１の間だけ、より精密な測定を許可することができる。
【００６５】
好適な変型において、時間Ｔ１の間隔は、表示装置１２の更新表示の区間と同期しているが、それにより、表示装置に表示された測定値の更新表示の周期の間、あるいはその直前の、位置の正確な測定を可能にする。
【００６６】
図１０に示した変型において、測定用ブリッジは、運動が全く検出されないときでも、電圧Ｕ_Ｐｓｂ−Ｕ_Ｎｓｂで給電されたままである。当業者には自明のごとく、Ｔｒｉｇ信号の発生に続く、区間ΔＴ１またはΔＴ２の後に、停止モードに移行すること、またこの給電を完全に停止することも可能である。
【００６７】
図１１は、図１０について述べたものと同様な測定用ブリッジの給電のもう一つの変型を示しているが、ここにおいて測定用ブリッジは、パルス電圧で常時給電されている。しかしながら、デューティサイクルは、Ｔｒｉｇ信号で示される操作の検出に続いて増加し、またＴ３／（Ｔ３＋Ｔ４）からＴ１／（Ｔ１＋Ｔ２）に移行する。好適な変型において、区間Ｔ１は、表示装置１２の更新表示の区間と同期しているが、それにより表示された測定値の更新表示の周期の間、あるいはその直前の、位置の正確な測定を可能にする。したがって、この変型は、Ｔｒｉｇ信号で示される事象の検出に続く時間ΔＴ１の間に、回路が精密測定モードにあるときにだけ、表示された測定値の頻繁な更新を可能にする。
【００６８】
図１１において、ブリッジの端子の電圧は、常に（Ｕ_Ｐｍａｘ−Ｕ_Ｎｍｉｎ）と０の間で振動する。図示されていない変型において、粗測定を実施するのにちょうど十分な、より低い電圧（Ｕ_Ｐｓｂ−Ｕ_Ｎｓｂ）を、測定用ブリッジがスタンバイモードにあるときに、周期Ｔ３の間かけることは明らかに可能であろう。くわえて、図１２に示したごとく、Ｔｒｉｇ信号の始動に続いて、給電削減区間Ｔ２の間、給電電圧を完全には停止しないことも可能であるが、それにより電圧のジャンプ、したがって正確な測定の際の静電容量の損失および変動を減らすようにする。
【００６９】
当業者には理解できるように、図１１と１２の変型において、Ｔｒｉｇ信号の発生に続く区間ΔＴ１またはΔＴ２の後に、測定用ブリッジの給電を完全に停止することも可能である。
【００７０】
一つの変型において、電子回路３はさらに図示されていない周波数計を備え、測定信号の周波数、したがって、センサの変位速度を決定する。本発明の選択的な特徴によれば、測定用ブリッジの給電モードは検出された周波数に依存するが、それにより、センサが高速で変位した際に、デューティサイクルＴ１／（Ｔ１＋Ｔ２）が増加する。
【００７１】
さらにデューティサイクルは、電子回路に給電する電池１１０の充電状態を検出する図示されていない回路によって操作することもできる：電池が所定の最小値未満の電圧を供給するときには、電力消費を減らすために、デューティサイクルまたはブリッジの端子の電圧は減少する。
【００７２】
他方で理解できることは、上述のさまざまな変型は相互に組み合わせが可能であること、および二つまたはそれ以上の別個のモードを用いる磁気抵抗電極の給電の変型を備えることも可能であることであり、各モードは、異なる電圧と、さまざまなデューティサイクルで連続化またはパルス化される給電の使用ができるものである。そのうえ、一つのモードから他のモードに移行するためにさまざまな条件を想定することができるが、それは例えば、一つまたは複数のＴｒｉｇ信号によって示される変位または操作の検出、測定用信号の周波数の変更、電池の荷電状態の変更、さまざまな事象から、例えばＴｒｉｇ信号からの、可変時間ΔＴ１の始動されるタイマーの計数、あるいは電子回路３における少なくとも一つの適切なコマンドレジスタ内の情報などである。コマンドレジスタは、例えば使用者の所望の測定分解能を示すことができる。
【００７３】
したがって、例えばさまざまな給電モードで作動するための、同一の回路をプログラミングすることもできるが、それは例えば、規定の使用に応じて電力消費を最適化するためである。このプログラミングは、プロセッサ６の制御下でソフトウェアによって、あるいはセンサおよび／または測定回路の特定の脚部に特別な電圧をかけて、プリント回路基板１１５上のセンサ５および／または測定用回路３の組立（ボンディング）によって実施することができる。
【００７４】
他方で、図示したすべての変型は、簡略化のため、長方形の電源信号ｕ_Ｐとｕ_Ｎを示している。しかしながら容易に理解できるように、本発明は、任意の形、例えば正弦波、三角形などの電源信号を用いるノギスにも適用できる。また、本発明の範囲を逸脱することなしに、ノギスがおかれたモードによって電源信号の形状を変えること、例えば長方形インパルス列を用いてスタンバイモードでの変位を検出すること、および変位または操作が検出されるとすぐに正弦波形の電源信号を用いることもできる。
【００７５】
使用されるセンサに応じて、磁気抵抗電極１００の他の給電モードを考えることもできるが、それは例えば、電流給電、非差動給電などである。他方で、複数の測定用ブリッジを含む回路の場合、本発明の範囲を逸脱することなしに、異なるモードでこれらの異なるブリッジに給電することもできる。
【００７６】
上述のごとく、測定用回路３は二つの測定用ブリッジ１００から来る差分信号ｓ−ｓ’とｃ−ｃ’を増幅するために、図示されていない差分入力の増幅器を含んでいる。本発明の好適な変型において、これらの増幅器は、二つのモードで作動するために制御することができるが、該モードは電力消費と異なるノイズレベルによって区別されるものである。したがって好適には、Ｔｒｉｇ信号の発生に続く区間ΔＴ１の間だけ、低ノイズおよび高消費モードで作動するように、増幅器を制御することになる。
【００７７】
該回路は、例えばノギスまたはマイクロメーターなどの、携帯可能な大きさの測定装置においてとくに有利であることを明らかにしてきたが、当然その使用は、長手方向または角度方向の寸法測定の固定または可動式のいっさいのタイプの装置においても可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による携帯可能な電子ノギスの分解図
【図２】センサのさまざまな電極が、二つの測定用ブリッジを構成するように、接続されていることを示す電気概念図
【図３】先行技術の第一の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフ
【図４】先行技術の第二の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフ
【図５】本発明の第一の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフ
【図６】本発明の第二の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフ
【図７】本発明の第三の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフ
【図８】本発明の第四の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフ
【図９】本発明の第五の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフ
【図１０】本発明の第六の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフ
【図１１】本発明の第七の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフ
【図１２】発発明の第八の変型による、測定用ブリッジの電源信号の時系列グラフ
【符号の説明】
２　本尺
３　電子回路
５　センサ
６　マイクロコントローラ
１０　ジョウ
１１　電子手段
１２　表示装置
１３　ケース
２０　ジョウ
２１　本尺目盛
２２　非磁性材料
１００　磁気抵抗電極
１１４　分極用磁石
１１５　プリント回路
１３２　ボタン
１３３　オプトエレクロトロニクス・シリアル・コネクタ

Claims (21)

1. 寸法測定装置において、
   一連の磁化された領域（２３，２４）を備えた本尺目盛（２１）と、
   本尺目盛（２１）に対面して平行に変位するのに適し、かつ少なくとも一つの測定用ブリッジを構成するように接続された磁気抵抗電極ネットワーク（１００）を備えたセンサ（５）と、
   前記少なくとも一つの測定用ブリッジに給電するため、および前記少なくとも一つの測定用ブリッジの少なくとも一つの出力信号に依存する少なくとも一つの量を供給するための回路、とから成り、
   前記少なくとも一つの測定用ブリッジが、前記磁気抵抗電極を介した低い電力消費で前記本尺目盛に対する前記センサの変位の検出を可能にする第一モードと、前記装置の操作の検出に応じて、より高い電力消費でより精密な測定を可能にする少なくとも一つの第二モード、とによって給電されることを特徴とする装置。
2. 該装置において、前記第一モードが、前記センサの位置の粗い決定を可能にすることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 該装置において、前記第一モードで給電される際に、前記少なくとも一つの測定用ブリッジに電流が全く流れないが、このとき前記装置はブリッジの一部を構成せず、かつ前記第一モードで給電されたままの少なくとも一つの磁気抵抗電極を備え、前記第二モードは、前記少なくとも一つの追加の磁気抵抗電極によって、センサの変位が検出されるとすぐに作動することを特徴とする、請求項１または２のいずれか一つに記載の装置。
4. 前記第二モードが、前記本尺目盛に対する前記センサの変位の検出に応じて作動されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載の装置。
5. 少なくとも一つの操作キーを備え、前記第二モードが、前記少なくとも一つの操作キーのどれか一つの操作に応じて作動されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一つに記載の装置。
6. 少なくとも一つのシリアルインターフェイスを備え、前記第二モードが、前記シリアルインターフェイスについての操作信号に応じて作動されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一つに記載の装置。
7. 該装置において、前記少なくとも一つの測定用ブリッジの給電電圧が、前記第一モードにおいてよりも、前記第二モードにおいての方が高いことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一つに記載の装置。
8. 該装置において、前記第一モードがパルス式であり、前記第二モードが連続式であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一つに記載の装置。
9. 該装置において、前記第一モードが連続式であり、前記第二モードがパルス式であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一つに記載の装置。
10. 該装置において、前記第一モードが、第一デューティサイクルでパルス化され、前記第二モードが、前記第一デューティサイクルと異なる第二デューティサイクルでパルス化されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一つに記載の装置。
11. 給電区間と給電削減区間の間の動作デューティサイクルが、入力信号の周波数に依存することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一つに記載の装置。
12. 前記測定の表示装置を備え、前記表示装置が周期的に更新表示され、該装置において、前記第二モードの間の前記測定用ブリッジの給電区間が、表示された測定値の更新表示周期の間または直前に、位置の正確な測定を可能にするように、表示装置の更新表示区間と同期されていることを特徴とする、請求項９から１１のいずれか一つに記載の装置。
13. 該装置において、前記第一と前記第二のモードにおける前記測定用ブリッジの電源信号の形状が異なることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一つに記載の装置。
14. 所定の区間（ΔＴ１）の後に、前記第一モードに復帰することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一つに記載の装置。
15. 該装置において、前記測定用ブリッジの給電が、前記本尺目盛に対する前記センサの変位の前記検出に続く所定の区間（ΔＴ２）の後に、完全に切断されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一つに記載の装置。
16. 該装置において、採用された給電モードが、前記センサの変位速度に依存することを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一つに記載の装置。
17. 自立して装置に給電するための電池（１１０）と、前記電池（１１０）の充電状態を検出する回路（４６）とを備え、採用された給電モードが，前記充電状態に依存することを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一つに記載の装置。
18. 少なくとも一つのコマンドレジスタを備え、かつ該装置において、採用された給電モードが、前記コマンドレジスタの少なくとも一つの状態に依存することを特徴とする、請求項１から１７のいずれか一つに記載の装置。
19. 該装置において、前記コマンドレジスタの一つが、使用者の所望の分解能を示すことを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
20. 該装置において、給電電圧が、前記少なくとも一つの測定用ブリッジの二つの外部端子（Ｕｐ，Ｕｎ）の間に供給され、
    前記少なくとも一つの測定用ブリッジに給電されたときに、一方の端子（Ｕｐ）が最大電位（Ｕｐ_ｍａｘ）で、他方の端子（Ｕｎ）が最小電位で給電され、
    印加される電圧が下がったときに、二つの端子が中間電位で給電されることを特徴とする、請求項１から１９のいずれか一つに記載の装置。
21. 該装置において、前記測定用ブリッジが、少なくとも一つの抵抗器（１０１，１０３，１０５，１０７）を介して前記外部端子に接続され、少なくとも一つのスイッチ（１０２，１０４，１０６，１０８）が、前記測定用ブリッジに最大電位をかけなければならないときに、前記抵抗器の少なくとも一つを短絡することができることを特徴とする、請求項２０に記載の装置。