JP2005147821A - センサ信号処理装置、センサ信号処理方法、測定機、センサ信号処理プログラム、および記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な操作で高精度なゼロ点調整できるセンサ信号処理装置を提供する。
【解決手段】被測定物との距離を検出するセンサ部２からのセンサ信号を信号処理して被測定物とセンサ部２との距離を表す測定信号を出力するセンサ信号処理装置３であって、センサ信号をセンサ部２と被測定物との距離に基づくギャップ検出信号Ｓ９に変換する信号変換部４と、測定信号のゼロ値に相当するゼロ信号を出力するゼロデジタル信号出力手段７２と、ギャップ検出信号Ｓ９をゼロ信号から減算したゼロセット信号Ｓ１４を生成する減算器７３と、ゼロセット信号Ｓ１４を記憶しつつ出力するとともに指令されたタイミングで更新するレジスタ７４と、レジスタ７４に対してゼロセット信号Ｓ１４の更新タイミングを指令するゼロセット指令部７６と、ゼロセット信号Ｓ１４とギャップ検出信号Ｓ９とを加算して測定信号として出力する加算器６とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、センサ信号処理装置、センサ信号処理方法、測定機、センサ信号処理プログラムおよびこのプログラムを記録した記録媒体に関する。例えば、被測定物との距離を検出するセンサ部からのセンサ信号を処理するセンサ信号処理装置等に関する。

被測定物との距離を測定する測定装置が知られている（例えば、特許文献１、２）。この測定装置１は、図５に示されるように、被測定物１００との距離を検出するセンサ部２と、センサ部２からのセンサ信号Ｓ１を信号処理して測定アナログ信号Ｓ６として出力するセンサ信号処理部３とを備える。センサ部２は、検出電極２１を有し、被測定物表面１０１と検出電極２１との間に生じる静電容量値Ｃの変化によって被測定物表面１０１との距離を検出する。静電容量値Ｃは被測定物表面１０１と検出電極２１との距離ｄに対して反比例して変化する。
センサ信号処理部３は、センサ部２からのセンサ信号Ｓ１を線形化等の処理によってギャップ検出信号Ｓ４に変換する信号変換部４と、オフセット信号Ｓ５を発生させるオフセット信号発生手段５と、ギャップ検出信号Ｓ４にオフセット信号を加算して測定信号を出力する加算器６と、を備えている。

信号変換部４は、センサ部２の静電容量値Ｃの変化（センサ信号Ｓ１）に応じた交流信号Ｓ２を出力する交流検出手段４１と、交流信号Ｓ２を整流して交流信号Ｓ２の振幅に応じた直流信号Ｓ３を出力する振幅抽出手段４２と、直流信号Ｓ３をセンサ部２と被測定物表面１０１との距離ｄに応じて線形化してギャップ検出信号Ｓ４として出力するリニアライズ手段４３と、を備えている。
交流検出手段４１は、振幅一定の交流電圧を発生させる基準交流源４１１と、一方の電極が基準交流源４１１側に接続され他方の電極がセンサ部２側に接続された基準コンデンサ４１２とを備えている。基準交流源４１１からの交流電圧がセンサ部２と基準コンデンサ４１２とによって分圧されセンサ部２の静電容量に応じた振幅の交流信号Ｓ２が得られる。
オフセット信号発生手段５は、外部操作によって任意の電圧値を取り出して出力するポテンショメータ５１を有する。

このような構成において、被測定物表面１０１とセンサ部２との距離に応じて変化する静電容量値がセンサ信号Ｓ１として信号変換部４に入力され、被測定物表面１０１とセンサ部２との距離ｄに応じて線形化されたギャップ検出信号Ｓ４が生成される。ここで、センサ部２と被測定物表面１０１とが所定距離ｄであるときのギャップ検出信号値Ｓ４に加算して測定アナログ信号Ｓ６を０Ｖとするオフセット電圧をオフセット信号発生手段５のポテンショメータ５１を調整することによって発生させる。すると、ギャップ検出信号Ｓ４にオフセット電圧が加算器６で加算されてゼロ点調整（ゼロシフト）された測定アナログ信号Ｓ６が出力される。

図６に示される測定装置１は、信号変換部４が、交流検出手段４１と、交流信号Ｓ２の振幅およびオフセットを調整（スパンシフト）して交流信号Ｓ７として出力する振幅オフセット調整手段４４と、交流信号Ｓ７の振幅値をサンプリングしてデジタル信号Ｓ８に変換するＡＤ変換器４５と、デジタル信号Ｓ８を線形化してギャップ検出信号Ｓ９として出力する線形化手段４６と、を備えて構成されている。

線形化手段４６は、デジタル信号Ｓ８を被測定物表面１０１とセンサ部２との距離ｄに対応づけるＲＯＭテーブル４６１を有する。
また、オフセット信号発生手段５は、任意の値の信号値Ｓ１０を出力するアブソリュートエンコーダ５２と、信号値Ｓ１０を線形化する線形化手段５３とを備えている。アブソリュートエンコーダ５２は、手動操作可能な操作部５２１を有し、操作部５２１による操作によって信号値Ｓ１０は任意に調整される。線形化手段５３は、信号値Ｓ１０を線形データに対応づけるＲＯＭテーブル５３１を有する。加算器６には加算器６で加算された測定デジタル信号Ｓ１２をアナログ変換するＤＡ変換器８が接続され、ＤＡ変換器８から測定アナログ信号Ｓ６が出力される。

このような構成において、ＡＤ変換器４５で信号をデジタル処理するとともに線形化手段４６のＲＯＭテーブル４６１で線形データに対応づけるので、高次曲線に対応した高精度な線形化を図り、正確に被測定物表面１０１とセンサ部２との距離ｄを反映した測定アナログ信号Ｓ６を得ることができる。

特開平９−２８０８０６号 特開平７−１１３７０９号

センサ部２と被測定物表面１０１との距離ｄが所定値であるときの測定アナログ信号Ｓ６を０Ｖとするためには、ポテンショメータ５１やアブソリュートエンコーダ５２を操作してオフセット信号Ｓ５、Ｓ１１をギャップ検出信号Ｓ４、Ｓ９に加算すればよい。しかしながら、ポテンショメータ５１やアブソリュートエンコーダ５２のメータを手動操作してゼロ点調整するには測定アナログ信号Ｓ６の値を見ながら微調整を繰り返す必要があり、多大な時間と手間を要し、それ相当の技量が要求される。また、手動の操作によってゼロ点調整を高精度に行うには限界があるという問題もある。

本発明の目的は、従来の問題を解消して、簡便な操作で高精度なゼロ点調整できるセンサ信号処理装置、センサ信号処理方法、測定機、センサ信号処理プログラムおよび記録媒体を提供することにある。

請求項１に記載のセンサ信号処理装置は、検出対象との相関状態を検出してセンサ信号を出力するセンサ部からの前記センサ信号を信号処理して前記検出対象と前記センサ部との相関変化量を表す測定信号を出力するセンサ信号処理装置において、前記センサ部からの前記センサ信号を前記センサ部と前記検出対象との相関量に基づく検出信号に変換する信号変換部と、前記測定信号のゼロ値に相当するゼロ信号を出力するゼロ信号出力手段と、前記検出信号を前記ゼロ信号から減算したゼロセット信号を生成する減算手段と、前記ゼロセット信号を記憶しつつ出力するとともに指令されたタイミングで更新するゼロセット信号記憶手段と、前記ゼロセット信号記憶手段に対して前記ゼロセット信号の更新タイミングを指令するゼロセット指令手段と、前記ゼロセット信号記憶手段からの前記ゼロセット信号と前記信号変換部からの前記検出信号とを加算して前記測定信号として出力する加算手段と、を備えることを特徴とする。

このような構成において、センサ部と検出対象との相関量が所定の基準量であるときの測定信号をゼロ点にセットしたい場合、まず、センサ部と検出対象とを所定の基準量に調整する。すると、センサ部から基準相関量に応じたセンサ信号が出力され、センサ信号は信号変換部にて例えば線形化等の処理により相関量に基づく検出信号に変換処理される。ゼロ信号出力手段からは測定信号のゼロ値に相当するゼロ信号が出力される。減算手段により検出信号がゼロ信号から減算されてゼロセット信号が生成される。

この状態で、ゼロセット指令手段によりゼロセット信号記憶手段にゼロセット信号の更新を指令する。すると、減算手段で生成されたゼロセット信号がゼロセット信号記憶手段で記憶され、ゼロセット信号記憶手段から記憶されたゼロセット信号が継続して出力される。そして、加算器において信号変換部からの検出信号とゼロセット信号とが加算されると、加算器からはゼロ信号の値が出力されることになる。ゼロ信号がゼロ点に相当する信号値であるので、すなわち、測定信号はゼロ値になる。
センサ部と検出対象との相関量が変化された場合、ゼロセット信号記憶手段からは基準の相関量における測定信号をゼロ点にするゼロセット信号が出力されるので、検出信号にゼロセット信号が加算されることにより、基準相関量から変化した相関量に基づく測定信号が得られることになる。

ゼロセット指令手段によって指令を与えるだけで所定の相関量での測定信号をゼロ点に調整するゼロセット信号が自動的に生成される。よって、測定信号を見ながらゼロ点調整する必要はないので、手間が掛からず簡便にゼロ点調整できる。また、減算手段による演算処理によるので手動操作とは違って常に正確なゼロ点調整を行うことができる。

なお、センサ部が検出する被測定物との相関変化としては、被測定物との距離（ギャップ）、被測定物の表面凹凸、被測定物との接触圧、被測定物の温度などセンサ部によって電圧や電流等の変化として検出可能な相関量であればよい。

ここで、ゼロ信号出力手段に代えて、測定信号の所定値に相当する基準信号を出力する基準信号出力手段としてもよい。そして、基準信号出力手段は出力する基準信号の値を調整可能であってもよい。例えば、センサ部と検出対象との相関量が基準量に調整された状態で所定値に調整した基準信号が基準信号出力手段から出力されると、測定信号がセンサ部と検出対象との相関量に応じた所定値にシフトされる。すると、測定信号を相関量の絶対値として得たい場合でも簡便かつ高精度に測定信号を校正することができる。

請求項２に記載のセンサ信号処理装置は、請求項１に記載のセンサ信号処理装置において、前記信号変換部は、前記検出信号をデジタル信号として変換処理し、前記ゼロ信号出力手段は、前記ゼロ信号を前記測定信号のゼロ値に相当するデジタル信号として出力することを特徴とする。
請求項３に記載のセンサ信号処理装置は、請求項１に記載のセンサ信号処理装置において、前記信号変換部は、前記検出信号をアナログ信号として変換処理し、前記ゼロ信号出力手段は、前記ゼロ信号を前記測定信号のゼロ値に相当するデジタル信号として出力し、前記検出信号をデジタル変換して前記減算手段に出力するアナログ−デジタル変換手段と、前記ゼロセット信号記憶手段からの前記ゼロセット信号をアナログ変換して前記加算器に出力するデジタル−アナログ変換手段と、を備えることを特徴とする。

このような構成において、センサ信号は信号変換部においてデジタル的に処理されてもよく、あるいはアナログ的に処理されてもよい。センサ信号がアナログ的に処理される場合にはＡＤ変換手段でデジタル変換された後、減算手段においてゼロ信号からの減算が行われる。すなわち、ゼロセット信号はデジタルデータとして生成される。すると、減算する場合にデジタルデータ同士で演算するので正確な計算結果を得ることができる。また、ゼロセット記憶手段でゼロセット信号を記憶する場合にデジタルデータとして記憶するので、記憶が長期にわたって正確に保持される。よって、ゼロ点調整が正確であって、長期にわたって正確さを維持することができる。

請求項４に記載のセンサ信号処理方法は、検出対象との相関状態を検出してセンサ信号を出力するセンサ部からの前記センサ信号を信号処理して前記検出対象と前記センサ部との相関変化量を表す測定信号を出力するセンサ信号処理方法において、前記センサ部からの前記センサ信号を前記センサ部と前記検出対象との相関量に基づく検出信号に変換する信号変換工程と、前記測定信号のゼロ値に相当するゼロ信号を出力するゼロ信号出力工程と、前記検出信号を前記ゼロ信号から減算したゼロセット信号を生成する減算工程と、前記ゼロセット信号を記憶しつつ出力するとともに指令されたタイミングで更新するゼロセット信号記憶工程と、前記ゼロセット信号記憶工程での前記ゼロセット信号の更新タイミングを指令するゼロセット指令工程と、前記ゼロセット信号記憶工程にて記憶されて出力された前記ゼロセット信号と前記信号変換工程にて変換された前記検出信号とを加算して前記測定信号として出力する加算工程と、を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、手間が掛からず簡便にゼロ点調整でき、また、減算手段による演算処理によるので手動操作とは違って常に正確なゼロ点調整を行うことができる。

請求項５に記載の測定機は、検出対象との相関状態を検出してセンサ信号を出力するセンサ部と、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のセンサ信号処理装置と、を備えることを特徴とする。
このような構成によれば、上記の発明と同様の作用効果を奏する測定機を得ることができる。

請求項６に記載のセンサ信号処理プログラムは、検出対象との相関状態を検出してセンサ信号を出力するセンサ部からの前記センサ信号を信号処理して前記検出対象と前記センサ部との相関変化量を表す測定信号を出力するセンサ信号処理装置にコンピュータを組み込んでこのコンピュータに、前記センサ部からの前記センサ信号を前記センサ部と前記検出対象との相関量に基づく検出信号に変換する信号変換部と、前記測定信号のゼロ値に相当するゼロ信号を出力するゼロ信号出力手段と、前記検出信号を前記ゼロ信号から減算したゼロセット信号を生成する減算手段と、前記ゼロセット信号を記憶しつつ出力するとともに指令されたタイミングで更新するゼロセット信号記憶手段と、前記ゼロセット信号記憶手段に対して前記ゼロセット信号の更新タイミングを指令するゼロセット指令手段と、前記ゼロセット信号記憶手段からの前記ゼロセット信号と前記信号変換部からの前記検出信号とを加算して前記測定信号として出力する加算手段としての各機能を実行させることを特徴とする。

請求項７に記載の記録媒体は、請求項６に記載のセンサ信号処理プログラムを記録したことを特徴とする。

このような構成によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。さらに、ＣＰＵ（中央処理装置）やメモリ（記憶装置）を有するコンピュータを組み込んでこのコンピュータに各機能を実現させるようにプログラムを構成すれば、各機能におけるパラメータを容易に変更することができる。そして、このプログラムを記録した記録媒体をコンピュータに直接差し込んでプログラムをコンピュータにインストールしてもよく、記録媒体の情報を読み取る読取装置をコンピュータに外付けし、この読取装置からコンピュータにプログラムをインストールしてもよい。なお、プログラムは、インターネット、ＬＡＮケーブル、電話回線等の通信回線や無線によってコンピュータに供給されてインストールされてもよい。

以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の測定装置に係る第１実施形態を図１、図２を参照して説明する。
測定装置（測定機）１は、被測定物（検出対象）１００との距離（相関状態）を検出するセンサ部２と、センサ部２からのセンサ信号Ｓ１を信号処理して測定アナログ信号（測定信号）Ｓ６として出力するセンサ信号処理部（センサ信号処理装置）３とを備える。

センサ部２は、被測定物表面１０１と静電容量結合する略円筒形状の第１電極２１１と、第１電極２１１の内部において第１電極２１１から所定の間隔を保って配置され第１電極２１１と静電容量結合する第２電極２１２とを備えて構成されている。
このような構成において、センサ部２を被測定物表面１０１に対して接近または離隔させると、被測定物表面１０１と第１電極２１１との静電容量結合により第１電極２１１に電荷が現れる。第１電極２１１に現れる電荷量は、被測定物表面１０１とセンサ部２との距離ｄに反比例する。さらに、第１電極２１１と第２電極２１２との容量結合によって第２電極２１２に第１電極２１１の電荷量に応じた電荷が現れる。

センサ信号処理部３は、センサ部２からのセンサ信号Ｓ１を線形化等の処理によってギャップ検出信号（検出信号）Ｓ９に変換する信号変換部４と、ギャップ検出信号Ｓ９に加算されるオフセット信号Ｓ１１を発生させるオフセット信号発生手段５と、センサ部２と被測定物表面１０１との距離ｄが所定距離であるときの測定アナログ信号Ｓ６をゼロにするゼロセット信号（ゼロ信号）Ｓ１４を発生させるゼロセット信号発生手段７と、ギャップ検出信号Ｓ９、オフセット信号Ｓ１１およびゼロセット信号Ｓ１４を加算して測定デジタル信号Ｓ１５として出力する加算器（加算手段）６と、加算器６からの測定デジタル信号Ｓ１５をアナログ変換して測定アナログ信号Ｓ６として出力するＤＡ変換器（デジタル−アナログ変換器）８と、を備えて構成されている。

信号変換部４が、交流検出手段４１と、振幅オフセット調整手段４４と、ＡＤ変換器４５と、線形化手段４６と、を備え、線形化手段４６がデジタル信号Ｓ８を被測定物表面１０１とセンサ部２との距離ｄに対応づけるＲＯＭテーブル４６１を有する点は背景技術（図６）に同様である。
オフセット信号発生手段５は、背景技術（図６）で説明したように、操作部を有するアブソリュートエンコーダと、ＲＯＭテーブルを有する線形化手段と、を備えた構成が利用できる。

ゼロセット信号発生手段７は、図２に示されるように、ゼロセット信号Ｓ１４を発生させるゼロセット信号発生回路７１と、ゼロセット信号発生回路７１に外部から指令するゼロセット指令部（ゼロセット指令手段）７６とを備えている。
ゼロセット信号発生回路７１は、ゼロ値に相当する値のデジタルデータをゼロデジタル信号（ゼロ信号）Ｓ１６として出力するゼロデジタル信号出力手段７２と、加算器６からの測定デジタル信号Ｓ１５をゼロデジタル信号から減算してゼロセット信号を生成する減算器（減算手段）７３と、入力されるゼロセット信号Ｓ１４を保持しつつ出力するとともにゼロセット指令部７６にて指令される所定タイミングでゼロセット信号Ｓ１４を更新するレジスタ（ゼロセット信号記憶手段）７４と、ゼロセット指令部７６からの指令を所定のタイミングに調整してレジスタ７４に出力するディレイ回路７５と、を備えて構成されている。

ゼロデジタル信号出力手段７２は、ゼロ値に相当するデジタル信号をゼロデジタル信号Ｓ１６として出力する。例えば、測定アナログ信号Ｓ６が−１０Ｖから＋１０Ｖの領域でセンサ部２と被測定物表面１０１とのギャップを表す場合、ゼロデジタル信号出力手段７２はゼロ値である０Ｖに相当するデジタル信号を出力する。ゼロ値に相当するデジタル信号Ｓ１６は、ＤＡ変換器８の入出力変換によって決定される。ゼロデジタル信号Ｓ１６は、接地された抵抗を有するディップスイッチ７２１を介して減算器７３に入力される。

レジスタ７４は、減算器７３からのゼロセット信号Ｓ１４が入力される入力端子７４１と、保持しているデータ（ゼロセット信号）をクリアさせる指令信号が入力されるクリア端子７４２と、ゼロセット信号の取り込みを指令する指令信号が入力されるトリガ端子７４３と、保持したゼロセット信号を出力する出力端子７４４と、を備えている。
ゼロセット指令部７６は押動操作によって接点が接続されるボタンスイッチ７６１を有する。ゼロセット指令部７６からの配線は二つに分岐しており、一方はクリア端子７４２に接続され、他方はディレイ回路７５からインバータ回路７５１を経てトリガ端子７４３に接続されている。

このような構成において、センサ部２と被測定物表面１０１との距離ｄが所定距離であるときの測定アナログ信号Ｓ６をゼロ点に調整する動作について説明する。
まず、センサ部２を被測定物表面１０１に対して接近または離隔させて測定アナログ信号Ｓ６をゼロ点にしたい距離ｄ（基準距離ｄ₀）に調整する。すると、センサ部２からこの基準距離ｄ₀に応じたセンサ信号Ｓ１が出力され、センサ信号Ｓ１は信号変換部４によって被測定物表面１０１とセンサ部２との距離ｄに応じて線形化されたギャップ検出信号Ｓ９に変換処理（信号変換工程）されて加算器６に出力される。オフセット信号発生手段５は、所定値のオフセット信号Ｓ１１を発生させて加算器６に出力する。なお、オフセット信号Ｓ１１は必ずしも必要ではないのでなくてもよい。あるいは、オフセット信号Ｓ１１として測定アナログ信号Ｓ６をゼロ値にできるかぎり近づけるオフセットデータ値を出力させるようにしてもよい。
ゼロセット信号発生手段７からは、前回のゼロ点調整にて設定されたゼロセット信号が加算器６に向けて出力されている。

次に、ゼロセット指令部７６のボタンスイッチ７６１を操作してゼロセット指令部７６から指令信号を出力させる（ゼロセット指令工程）。すると、この指令信号は、レジスタ７４のクリア端子７４２に入力される。クリア端子７４２に指令信号が入力されると、レジスタ７４は保持しているゼロセット信号Ｓ１４をクリア（リセット）して出力端子７４４からの出力は０となる。
この状態で、加算器６へは信号変換部４からのギャップ検出信号Ｓ９とオフセット信号発生手段５からのオフセット信号Ｓ１１とが入力され、加算器６で加算された信号はゼロセット信号発生回路７１へ出力される。また、ゼロデジタル信号出力手段７２は、測定アナログ信号Ｓ６のゼロ点に相当するゼロデジタル信号Ｓ１６を減算器に向けて出力している。すると、減算器７３は、ギャップ検出信号Ｓ９とオフセット信号との加算結果である測定デジタル信号Ｓ１５をゼロデジタル信号Ｓ１６から減算（減算工程）してゼロセット信号Ｓ１４を生成する。生成されたゼロセット信号Ｓ１４は、レジスタ７４の入力端子７４１に出力される。

レジスタ７４のトリガ端子７４３にゼロセット指令部７６からの指令がディレイ回路７５で遅延されて入力されると、入力端子７４１から入力されているゼロセット信号Ｓ１４がレジスタ７４に記憶される（ゼロセット信号記憶工程）。そして、レジスタ７４は、記憶したゼロセット信号Ｓ１４を加算器６に向けて継続して出力する。
加算器６には、信号変換部４からのギャップ検出信号Ｓ９と、オフセット信号Ｓ１１と、ゼロセット信号Ｓ１４とが入力されている。
ここで、ゼロセット信号Ｓ１４はギャップ検出信号Ｓ９とオフセット信号Ｓ１１との和である測定デジタル信号Ｓ１５をゼロデジタル信号Ｓ１６から減算した値なので、加算器６からの出力はゼロデジタル信号Ｓ１６の値となる。
ゼロデジタル信号Ｓ１６の値である加算器６からの出力（測定デジタル信号Ｓ１５）はＤＡ変換器８でアナログ変換されて測定アナログ信号Ｓ６として出力される。ゼロデジタル信号Ｓ１６がゼロ点に相当するデジタルデータ値であるので、ＤＡ変換された測定アナログ信号Ｓ６は０Ｖとなる。

センサ部２を被測定物表面１０１に対して接近または離隔させてセンサ部２と被測定物表面１０１との距離を変位させると、センサ部２からセンサ信号の値が変化する。レジスタ７４からは基準距離ｄ₀における測定アナログ信号Ｓ６をゼロ点にするゼロセット信号Ｓ１４が出力されているので、基準距離ｄ₀に対する被測定物表面１０１とセンサ部２との距離ｄの変位量が測定アナログ信号Ｓ６の値として出力される。

このような構成を備える第１実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）ゼロセット指令部７６のボタンスイッチ７６１を押動操作するだけで、基準距離ｄ₀での測定信号をゼロ点調整するゼロセット信号Ｓ１４が自動的に生成される。よって、測定信号を見ながらゼロ点調整する必要はないので、手間が掛からず簡便にゼロ点調整できる。また、減算器７３等の演算処理によるので手動操作とは違って常に正確なゼロ点調整を行うことができる。
（２）正確なゼロ点調整によって被測定物表面１０１とセンサ部２とのギャップ変位を基準距離ｄ₀から変位として正確に測定することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る測定機の第２実施形態を図３、図４を参照して説明する。第２実施形態の基本的構成は第１実施形態に同様であるが、第２実施形態は、信号変換部４がセンサ信号をアナログ信号として処理する一方でゼロセット信号発生回路７１はデジタル信号をして信号処理する点にある。
図３において、信号変換部４は、背景技術（図５）で説明した構成に同様であり、交流検出手段４１と、振幅抽出手段４２と、リニアライズ手段４３とを備え、センサ信号Ｓ１をアナログ信号の状態で線形化したギャップ検出信号Ｓ４を加算器６に出力する。また、オフセット信号発生手段５としては背景技術（図５）で説明した通りポテンショメータ５１を備えた構成を利用できる。
ゼロセット信号発生手段５は、図４に示されるように、ゼロセット信号発生回路７１と、ゼロセット指令部７６とを備え、ゼロセット信号発生回路７１が、ゼロデジタル信号出力手段７２と、減算器７３と、レジスタ７４とを備えている点は第１実施形態に同様である。

図４において、ゼロセット信号発生回路７１は、加算器６からの測定アナログ信号Ｓ６をデジタル変換するＡＤ変換器（アナログ−デジタル変換手段）７７と、ＡＤ変換器７７からの出力データをコード変換するコード変換手段７８と、レジスタ７４からのゼロセット信号Ｓ１４をアナログ変換してゼロセットアナログ信号Ｓ１７として加算器６に出力するＤＡ変換器（デジタル−アナログ変換手段）７９と、を備えている。
コード変換手段７８は、ＡＤ変換器７７による入出力変換をＤＡ変換器７９の入出力変換に一致させるコード変換表を含むＲＯＭテーブル７８１を有する。

このような構成において、被測定物表面１０１とセンサ部２との距離が基準距離ｄ₀であるときの測定アナログ信号Ｓ６をゼロ点に調整する場合、センサ部２と被測定物表面１０１との距離を基準距離ｄ₀にした状態でゼロセット指令部７６を操作して指令信号をレジスタ７４のクリア端子７４２に入力する。すると、レジスタ７４に記憶されていたデータ値がクリアされてレジスタ７４からの出力信号（Ｓ１４）がゼロになる。加算器６には、信号変換部４にて信号処理されたギャップ検出信号Ｓ４とオフセット信号発生手段５からのオフセット信号Ｓ５とが入力されて加算器６によって加算される。

加算器６からの測定アナログ信号Ｓ６はゼロセット信号発生回路７１に送られ、ＡＤ変換器７７によるデジタル変換後にコード変換手段７８でのコード変換処理を受けて減算器７３に出力される。
減算器７３によって、デジタルデータＳ１８がゼロデジタル信号Ｓ１６より減算されてゼロセット信号Ｓ１４としてレジスタ７４の入力端子７４１に出力される。レジスタ７４のトリガ端子７４３にディレイ回路７５によって遅延されたゼロセット指令部７６からの指令信号が入力されると、レジスタ７４は減算器７３からのゼロセット信号Ｓ１４を記憶して、記憶したゼロセット信号を出力し続ける。レジスタ７４からのゼロセット信号Ｓ１４はＤＡ変換器７９によってアナログ変換されてゼロセットアナログ信号Ｓ１７として加算器６に出力される。

ゼロセットアナログ信号Ｓ１７は、センサ部２と被測定物表面１０１との距離ｄが基準距離ｄ₀であるときの測定アナログ信号Ｓ６がゼロ点に対して有するオフセット量に相当するので、ギャップ検出信号Ｓ４とオフセット信号Ｓ５とゼロセットアナログ信号Ｓ１７とが加算器６で加算されることにより、ゼロ点調整された測定アナログ信号Ｓ６が得られる。

センサ部２を被測定物表面１０１に対して接近または離隔させてセンサ部２と被測定物表面１０１との距離を変位させると、センサ部２からセンサ信号Ｓ１の値が変化する。ゼロセット信号発生回路７１からは基準距離ｄ₀における測定アナログ信号Ｓ６をゼロ点にするゼロセットアナログ信号Ｓ１７が出力されるので、基準距離ｄ₀に対する被測定物表面１０１とセンサ部２との距離ｄの変位量が測定アナログ信号Ｓ６の値として出力される。

このような第２実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）（２）に加えて次の効果を奏することができる。
（３）信号変換部４がセンサ信号Ｓ１をアナログ的に処理する場合であっても、ゼロセット信号発生回路７１においてＡＤ変換器７７によりＡＤ変換してデジタル的に処理する。すると、減算器７３において演算処理が正確に行われるのでゼロ点調整が高精度に行われる。

（４）ＡＤ変換器７７によってデジタル変換してゼロセット信号Ｓ１４もデジタルデータとして生成されるので、ゼロセット信号Ｓ１４をレジスタ７４等の記憶手段で長時間に渡って記憶することができる。例えば、アナログ的に処理すると、サンプルアンドホールド回路のような短期の記憶手段によることになり、また、記憶した信号値が次第に変化するおそれもあるところ、デジタル処理であればデジタルデータ値として長時間にわたって正確に記憶することができる。よって、ゼロ点調整の結果を保持することにより、センサ部２と被測定物表面１０１との距離変化を基準距離ｄ₀に対して正確に測定することができる。

尚、本発明のセンサ信号処理装置、センサ信号処理方法、測定機、センサ信号処理プログラム、記録媒体は、上記実施形態にのみ限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
センサ信号処理部３から出力される測定信号はアナログ変換された測定アナログ信号Ｓ６として説明したが、デジタル信号の状態で測定信号として出力されてもよい。
ゼロセット指令部７６からの指令信号は二つに分岐されて一方がクリア端子７４２に入力されるとともに他方がディレイ回路７５で遅延されてトリガ端子７４３に入力されるとしたが、クリア端子７４２に接続されてレジスタ７４のクリアを指令する操作手段と、トリガ端子７４３に接続されてレジスタ７４でのデータの取り込みを指令する操作手段とは別個に設けられていてもよい。
オフセット信号発生手段５は特に必要がない場合には備えていなくてもよい。

本発明は、センサ信号処理装置、センサ信号処理方法、測定機、センサ信号処理プログラム、これを記録する記録媒体に利用できる。測定機としては、たとえば、静電容量型ギャップセンサが一例としてあげられる。

本発明の測定機に係る第１実施形態の機能ブロック図である。 前記第１実施形態において、ゼロセット信号発生手段の機能ブロック図である。 本発明の測定機に係る第２実施形態の機能ブロック図を示す図である。 前記第２実施形態においてゼロセット信号発生手段の機能ブロック図である。 従来の測定機の機能ブロック図である。 従来の測定機の機能ブロック図である。

符号の説明

１…測定装置（測定機）、１００…被測定物、１０１…被測定物表面、２…センサ部、２１…検出電極、２１１…第１電極、２１２…第２電極、３…センサ信号処理部（センサ信号処理装置）、４…信号変換部、４１…交流検出手段、４１１…基準交流源、４１２…基準コンデンサ、４２…振幅抽出手段、４３…リニアライズ手段、４４…振幅オフセット調整手段、４５…ＡＤ変換器、４６…線形化手段、４６１…ＲＯＭテーブル、５…オフセット信号発生手段、５１…ポテンショメータ、５２…アブソリュートエンコーダ、５２１…操作部、５３…線形化手段、５３１…ＲＯＭテーブル、６…加算器（加算手段）、７…ゼロセット信号発生手段、７１…ゼロセット信号発生回路、７２…ゼロデジタル信号出力手段、７２１…ディップスイッチ、７３…減算器（減算手段）、７４…レジスタ（ゼロセット信号記憶手段）、７４１…入力端子、７４２…クリア端子、７４３…トリガ端子、７４４…出力端子、７５…ディレイ回路、７５１…インバータ回路、７６…ゼロセット指令部（ゼロセット指令手段）、７６１…ボタンスイッチ、７７…ＡＤ変換器（アナログ−デジタル変換手段）、７８…コード変換手段、７８１…ＲＯＭテーブル、７９…ＤＡ変換器（デジタル−アナログ変換手段）、８…ＤＡ変換器、Ｃ…静電容量値、Ｓ１…センサ信号、Ｓ２…交流信号、Ｓ３…直流信号、Ｓ４…ギャップ検出信号、Ｓ５…オフセット信号、Ｓ６…測定アナログ信号、Ｓ７…交流信号、Ｓ８…デジタル信号、Ｓ９…ギャップ検出信号、Ｓ１０…信号値、Ｓ１１…オフセット信号、Ｓ１２…測定デジタル信号、Ｓ１４…ゼロセット信号、Ｓ１５…測定デジタル信号、Ｓ１６…ゼロデジタル信号、Ｓ１７…ゼロセットアナログ信号

Claims (7)

1. 検出対象との相関状態を検出してセンサ信号を出力するセンサ部からの前記センサ信号を信号処理して前記検出対象と前記センサ部との相関変化量を表す測定信号を出力するセンサ信号処理装置において、
   前記センサ部からの前記センサ信号を前記センサ部と前記検出対象との相関量に基づく検出信号に変換する信号変換部と、
   前記測定信号のゼロ値に相当するゼロ信号を出力するゼロ信号出力手段と、
   前記検出信号を前記ゼロ信号から減算したゼロセット信号を生成する減算手段と、
   前記ゼロセット信号を記憶しつつ出力するとともに指令されたタイミングで更新するゼロセット信号記憶手段と、
   前記ゼロセット信号記憶手段に対して前記ゼロセット信号の更新タイミングを指令するゼロセット指令手段と、
   前記ゼロセット信号記憶手段からの前記ゼロセット信号と前記信号変換部からの前記検出信号とを加算して前記測定信号として出力する加算手段と、を備える
   ことを特徴とするセンサ信号処理装置。
2. 請求項１に記載のセンサ信号処理装置において、
   前記信号変換部は、前記検出信号をデジタル信号として変換処理し、
   前記ゼロ信号出力手段は、前記ゼロ信号を前記測定信号のゼロ値に相当するデジタル信号として出力する
   ことを特徴とするセンサ信号処理装置。
3. 請求項１に記載のセンサ信号処理装置において、
   前記信号変換部は、前記検出信号をアナログ信号として変換処理し、
   前記ゼロ信号出力手段は、前記ゼロ信号を前記測定信号のゼロ値に相当するデジタル信号として出力し、
   前記検出信号をデジタル変換して前記減算手段に出力するアナログ−デジタル変換手段と、
   前記ゼロセット信号記憶手段からの前記ゼロセット信号をアナログ変換して前記加算手段に出力するデジタル−アナログ変換手段と、を備える
   ことを特徴とするセンサ信号処理装置。
4. 検出対象との相関状態を検出してセンサ信号を出力するセンサ部からの前記センサ信号を信号処理して前記検出対象と前記センサ部との相関変化量を表す測定信号を出力するセンサ信号処理方法において、
   前記センサ部からの前記センサ信号を前記センサ部と前記検出対象との相関量に基づく検出信号に変換する信号変換工程と、
   前記測定信号のゼロ値に相当するゼロ信号を出力するゼロ信号出力工程と、
   前記検出信号を前記ゼロ信号から減算したゼロセット信号を生成する減算工程と、
   前記ゼロセット信号を記憶しつつ出力するとともに指令されたタイミングで更新するゼロセット信号記憶工程と、
   前記ゼロセット信号記憶工程での前記ゼロセット信号の更新タイミングを指令するゼロセット指令工程と、
   前記ゼロセット信号記憶工程にて記憶されて出力された前記ゼロセット信号と前記信号変換工程にて変換された前記検出信号とを加算して前記測定信号として出力する加算工程と、を備える
   ことを特徴とするセンサ信号処理方法。
5. 検出対象との相関状態を検出してセンサ信号を出力するセンサ部と、
   請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のセンサ信号処理装置と、を備える
   ことを特徴とする測定機。
6. 検出対象との相関状態を検出してセンサ信号を出力するセンサ部からの前記センサ信号を信号処理して前記検出対象と前記センサ部との相関変化量を表す測定信号を出力するセンサ信号処理装置にコンピュータを組み込んでこのコンピュータに、
   前記センサ部からの前記センサ信号を前記センサ部と前記検出対象との相関量に基づく検出信号に変換する信号変換部と、
   前記測定信号のゼロ値に相当するゼロ信号を出力するゼロ信号出力手段と、
   前記検出信号を前記ゼロ信号から減算したゼロセット信号を生成する減算手段と、
   前記ゼロセット信号を記憶しつつ出力するとともに指令されたタイミングで更新するゼロセット信号記憶手段と、
   前記ゼロセット信号記憶手段に対して前記ゼロセット信号の更新タイミングを指令するゼロセット指令手段と、
   前記ゼロセット信号記憶手段からの前記ゼロセット信号と前記信号変換部からの前記検出信号とを加算して前記測定信号として出力する加算手段としての各機能を実行させる
   ことを特徴とするコンピュータ読取可能なセンサ信号処理プログラム。
7. 請求項６に記載のセンサ信号処理プログラムを記録したことを特徴とする記録媒体。

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