JP2006113036A - 測定装置とセンサの校正方法 - Google Patents

測定装置とセンサの校正方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2006113036A
JP2006113036A JP2004327063A JP2004327063A JP2006113036A JP 2006113036 A JP2006113036 A JP 2006113036A JP 2004327063 A JP2004327063 A JP 2004327063A JP 2004327063 A JP2004327063 A JP 2004327063A JP 2006113036 A JP2006113036 A JP 2006113036A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor
calibration
acceleration
voltage
mcu
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004327063A
Other languages
English (en)
Inventor
Ryuichi Yokota
隆一 横田
Original Assignee
Ryuichi Yokota
隆一 横田
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ryuichi Yokota, 隆一 横田 filed Critical Ryuichi Yokota
Priority to JP2004327063A priority Critical patent/JP2006113036A/ja
Publication of JP2006113036A publication Critical patent/JP2006113036A/ja
Application status is Pending legal-status Critical

Links

Images

Abstract

【課題】センサの自動校正機能を有する測定装置とそれに用いるセンサの自動校正方法を提供すること。
【解決手段】加速度センサ1と校正回路とMCU3とからなる測定装置であって、校正回路は、センサアンプ2とデジタルポテンション4と固定抵抗5とMCUからなる。校正方法は、デジタルポテンションを用いてセンサ出力信号を自動的に校正する方法である。センサに校正する加速度を印加しながら自動校正プログラムを実行させて、校正する物理量に対するセンサアンプの出力電圧が所定の校正電圧に合うように、デジタルポテンションの抵抗値を自動的に選択して、センサアンプの利得を調整する。
【選択図】図1

Description

本発明は、センサの自動校正機能を有する測定装置とセンサの自動校正方法に関する。

センサの校正は、ポテンショメータやトリミング装置を用いる方法が、従来から慣用されている。しかし、これらは、外部からの操作によりセンサを校正する方法であって、例えば、加速度センサを校正する場合、加速度を印加している状態で外部から操作することが難しいという問題がある。

この欠点を改良する方法として、校正する加速度センサと記録装置を同一筐体に装着し、真の加速度と照合して、校正する加速度センサのオフセット値を算出する加速度センサ校正方法が特開平4−190162号公報に開示されている。また、センサとデジタル変換機と測定回路と自動校正回路を一体化した自己校正型センサが、特開平11−304824に開示されている。
特開平 4−190162号公報 特開平11−304624号公報

しかし、これらの校正方法は、デジタルポテンションを用いた校正方法や低い分解能のA/Dコンバータを用いた自動校正方法等データロガーに適した自動校正方法を開示していないし、示唆もしていない。

本発明の第1の目的は、センサアンプとデジタルポテンションからなるセンサの校正回路を用いる測定装置を提供することにある。

本発明の第2の目的は、センサと校正回路とMCUからなる測定装置のセンサの自動校正方法を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明の測定装置は、センサと校正回路とMCUからなる測定装置であって、校正回路がセンサアンプとデジタルポテンションと固定抵抗からなることを特徴とする。

また、前記目的を達成するために本発明になるセンサの校正方法は、センサと校正回路とMCUからなる測定装置におけるセンサの校正方法であって、自動校正プログラムをMCUに入力する操作と、校正する物理量をセンサに加えて、センサの出力電圧を増幅するセンサアンプの出力電圧をMCUに出力する操作と、センサアンプの出力電圧と校正電圧を比較する操作と、出力電圧が校正電圧に一致しない場合、デジタルポテンションの抵抗値を変更する操作と、出力電圧が校正電圧に一致した場合、デジタルポテンションの抵抗値を保持する操作とからなることを特徴とする。

本発明は前記のような構成をとることにより以下の如き効果を有する。
物理量を印加しながらセンサを校正することができる測定装置とセンサの校正方法を提供できる。また、低い分解能のA/Dコンバータとデジタルポテンションを用いる測定装置とセンサの校正方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照し説明する。
図1は、自動校正機能を備えたデータロガー(センサからの出力信号をサンプリングし、サンプリングしたデータを時系列的に記憶する装置)のブロック図で、加速度センサ1と、その信号を増幅するセンサアンプ2と、データロガーのコントローラユニットであるMCU(Microcontroller Unit)3と、デジタルポテンション4と、固定抵抗5と、通信部7とからなる。

MCU3は、CPU(Central Processing Unit)とフラッシュメモリとSRAMとI/Oとからなる。CPUは、PICファミリーやH8ファミリーのワンチップマイコンである。フラッシュメモリは、自動校正プログラムと計測データ等を記憶するEEPROMである。自動校正プログラムは、センサの出力を自動校正する手続きと自動校正に必要な定数が書き込まれている。通信部7は、パソコン等との入出力を行うUSB端子である。

自動校正に必要な定数について、加速度50Gで校正する場合を例にとり説明する。加速度センサ1に加速度が50G印加された時、センサアンプ2の利得を調整してセンサアンプ2が出力すべき電圧を例えば5Vと設定する。このセンサアンプ2が出力すべき電圧を校正電圧という。一方、センサアンプ2からの出力電圧は、センサアンプ2の利得を調整しても校正電圧と完全には一致し難いので、ある範囲(例えば、±0.01V)以内にあれば、センサアンプ2の出力電圧は、校正電圧に一致したとみなす。この範囲を許容値という。許容値は、デジタルポテンション4の分解能と校正電圧から算出する。また、加速度10Gで校正する等校正条件が異なる場合、校正電圧や許容値はそれぞれに対応して定められる。

加速度センサ1は、圧電型加速度センサである。加速度センサ1の出力電圧Ivがセンサアンプ2の入力電圧である。センサアンプ2は、プラス(+)入力端子に入力電圧Ivを入力し、センサアンプ2で増幅して出力電圧Ovを出力する。加速度センサ1は、1次元、2次元又は3次元の加速度センサの何れでもでも良い。3次元加速度センサは、X軸とY軸とZ軸の3個の加速度センサからなるセンサである。3個の加速度をそれぞれ0.01〜0.1秒周期でサンプリングするので、データセレクタが加速度センサ1とセンサアンプ2の間に設けられ、3個の加速度センサをシーケンシャルにサンプリングするようになっている。MCU3は、3軸の加速度を合成し、加速度の大きさと方向を演算する。加速度の大きさと方向は、所定回数測定されたデータの代表値が時系列的にフラッシュメモリに記憶される。データの代表値は、平均値、最大値、設定された限界値を超えた異常値及びその回数、発生時刻等である。

加速度センサ1は、1G(Gは、重力)の加速度に対して4.61mVを出力する仕様のセンサを用いている。加速度センサの出力誤差は、10%程度はあるので、これを校正する必要がある。一方、分解能の低いA/Dコンバータ(8ビット)を使用しているので、1Gの加速度を数デジット(例えば、5デジット)で表示する場合にも適するように、校正時に加速度センサの信号出力を増幅することが好ましい。

校正回路は、センサアンプ2とデジタルポテンション4と固定抵抗5からなる。センサアンプ2のマイナス(−)入力端子にデジタルポテンション4を接続する。センサアンプ2は、デジタルポテンション(Rv)4と固定抵抗(Rc)5と接続して負帰還非反転増幅回路を構成する。デジタルポテンション4は、可変抵抗で抵抗アレイと半導体スイッチとデコーダからなる。MCU3からのOUT信号6をデコードし、選択された半導体スイッチをONにし抵抗アレイの抵抗を選択する。デジタルポテンションの抵抗値は、選択された抵抗の組み合わせにより段階的に調整できる。

デジタルポテンションRvは、約50KΩの抵抗アレイで、200Ωの抵抗を256個直列に接続したもので、MCU3からのOUT信号6により、抵抗値を段階的に選択できる。固定抵抗Rcは、60KΩである。なお、抵抗アレイの抵抗数、Rv=約50KΩ、Rc=60KΩは、他の値をとることもできる。更に、固定抵抗とデジタルポテンションを入れ替えても良い。しかし、固定抵抗(Rc=60KΩ)とデジタルポテンション(Rv=約50KΩ)を単に入れ替えた構成では、センサアンプの利得が2以上とならないので、この構成でセンサアンプの利得を大きくしたい場合、センサアンプの利得に合わせて固定抵抗を小さくするかデジタルポテンションの抵抗を大きくする。

センサアンプ2の入力電圧Ivと出力電圧Ovとの関係は、

数1

に示すと通りである。この可変利得型アンプの増幅率は、1以上で、RvがRc等しい場合2、RvがRcの9倍の抵抗値の場合10となる。

校正方法は、データロガーに校正する加速度を印加しながら自動校正プログラムを実行させて、センサアンプ2の出力電圧値Ovが校正電圧に合うように、デジタルポテンションの抵抗Rvを200Ω間隔で自動的に選択して、センサアンプの利得を調整する。例えば、校正する加速度が50Gで、校正電圧が5Vで校正すると、デジタルポテンションの抵抗Rvは、大略3KΩとなる。なお、校正電圧は、5Vに限定されず、0〜10Vの間の任意の電圧に設定されても良い。

データロガーは、図1において表示体が省略されているが、物理量のデジタル表示やデジタルデータの外部機器への出力ができるようになっている。8ビットのA/Dコンバータの分解能は、256である。加速度の測定レンジ(フルスケール)が±50Gの場合、加速度1Gを5デジットで表示し、加速度の最小表示単位は、0.2Gとなる。また、加速度の測定レンジ(フルスケール)が±10Gの場合、加速度1Gを25デジットで表示し、加速度の最小表示単位は、0.04Gとなる。この場合、加速度1Gを10デジットで表示し、最小表示単位を0.1Gとしても良い。

又、加速度センサ1は、圧電抵抗素子をブリッジ状に接続して4つの抵抗値の変化の組み合わせから3次元の加速度を検出する方式や、加速度が小さい場合には静電容量型の加速度計でも良く、加速度計のタイプは特に限定されない。

図2は、加速度を自動校正する方法をフローチャートに示したものである。
以下に説明する自動校正プログラムは、校正する加速度が50Gで、加速度センサの校正を1軸毎に行う場合を、X軸加速度センサを例に説明する。

加速度の校正は、自動校正プログラムに設定された校正電圧に、50Gの加速度が印加された時のセンサアンプの出力電圧Ovを所定の許容値内に一致させる操作である。校正電圧は、5V、許容値は、±0.01Vである。

先ず、自動校正の手続きと校正電圧等が入力されている自動校正プログラムをパソコンからデータロガーに入力してMCU3のフラッシュメモリに記憶させる。次に、X軸加速度センサの方向が加振装置の加速度方向に一致するように、データロガーを加振装置の加振台にセットし、データロガーの電源をONにする。

加振装置で加速度50Gをデータロガーに印加する。最大加速度として50Gを印加するので、加速度センサ1からの最大出力電圧Ivを計測し保持する。なお、加速度の印加サイクル毎の最大出力電圧Ivを複数回計測してその平均値を保持しても良い。

加速度センサ1の出力電圧Ivをセンサアンプ2に入力し、センサアンプ2の出力電圧Ovを計測し、MCU3に入力する。

MCU3で校正電圧とセンサアンプ2の出力電圧Ovを比較する。

校正電圧とセンサアンプ2の出力電圧Ovが一致しない場合、出力電圧Ovが校正電圧5Vに一致するように、MCU3からのOUT信号6によりデジタルポテンション4のRv値を選択する。引き続き、加速度センサ1の出力電圧Ivをセンサアンプ2に入力し、センサアンプ2の出力電圧Ovを計測し、MCU3で校正電圧とセンサアンプ2の出力電圧Ovを比較する。出力電圧Ovが、校正電圧5Vに一致するまでこのルーチンを繰り返す。

センサアンプ2の出力電圧Ovが、校正電圧5Vに一致した場合、デジタルポテンション4の抵抗値を保持する。その後、加振装置の電源をOFFにし、最後に、データロガーを加振台から取外して、データロガーの電源をOFFにして計画された校正は終了する。

次に、Y軸加速度センサ、Z軸加速度センサの校正を行う。なお、加速度をX軸、Y軸、Z軸に45度の角度で印加できるようにデータロガーを加振台にセットして、3軸を1回で校正することもできる。

データロガーに、例えば、10G、20G、50G等の複数の測定レンジが設けられている場合、それぞれを個別に校正する他に、自動校正プログラムにそれぞれに対応する校正電圧とそれらを自動選択するプログラムを組み込み、全自動で校正を行うようにしても良い。更に、50Gの増幅率を利用して10Gや20Gの場合のデジタルポテンション4の抵抗値Rvを計算により求めても良い

センサは、加速度センサを例示したが、温度、湿度、圧力、磁場、電場、照度、放射線等のセンサでも良く、物理量以外に酸素濃度等の化学量のセンサでも良い。校正方法は、例えば、温度センサの場合、温度センサを組み込んだデータロガーを恒温槽に入れ、所定時間経過後に自動校正するようにする。他のセンサの場合も同様に自動校正する。また、本発明において、A/Dコンバータやデジタルポテンションの高い分解能とは、16ビット、32ビット等を指し、12ビット未満を低い分解能という。

本発明の測定装置とセンサの校正方法は、データロガーに限定されないで、センサと校正回路とMCUを同一筐体に内蔵する測定装置一般に有効である。

本発明の測定装置とセンサの校正方法は、手動で校正することが困難なデータロガーを含む測定装置に広く用いることができる。本発明の測定装置とセンサの校正方法が有効な例を示すと、加振装置に載せると調整作業が不能な一体型の加速度の測定装置の他、人が近寄れない高温の校正をする一体型の温度の測定装置、放射線の被爆のため人が近寄れない一体型の放射線の測定装置、小型の湿度室内では人的校正ができない一体型の湿度の測定装置等である。

本発明になる測定装置のブロック図の1例である。 本発明の自動校正方法に関するフローチャートの1例である。

符号の説明

1・・・加速度センサ、2・・・センサアンプ、3・・・MCU、4・・・デジタルポテンション、5・・・固定抵抗、6・・・OUT信号、7・・・通信部

Claims (2)

  1. センサと校正回路とMCUからなる測定装置において、
    上記校正回路がセンサアンプとデジタルポテンションと固定抵抗からなることを特徴とする測定装置。
  2. センサと、校正回路と、MCUからなる測定装置における上記センサの校正方法において、
    自動校正プログラムを上記MCUに入力する操作と、校正する物理量を上記センサに加えて、センサアンプの出力電圧を上記MCUに出力する操作と、上記出力電圧と校正電圧を比較する操作と、上記出力電圧が上記校正電圧に一致しない場合、デジタルポテンションの抵抗値を変更する操作と、上記出力電圧が上記校正電圧に一致した場合、上記デジタルポテンションの上記抵抗値を保持する操作からなることを特徴とするセンサの校正方法。
JP2004327063A 2004-10-13 2004-10-13 測定装置とセンサの校正方法 Pending JP2006113036A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004327063A JP2006113036A (ja) 2004-10-13 2004-10-13 測定装置とセンサの校正方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004327063A JP2006113036A (ja) 2004-10-13 2004-10-13 測定装置とセンサの校正方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006113036A true JP2006113036A (ja) 2006-04-27

Family

ID=36381650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004327063A Pending JP2006113036A (ja) 2004-10-13 2004-10-13 測定装置とセンサの校正方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006113036A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009020094A (ja) * 2007-07-10 2009-01-29 Freescale Semiconductor Inc センサユニット
JP4766406B2 (ja) * 2006-06-30 2011-09-07 深▲川▼市大族激光科技股▲分▼有限公司 容量センサの制御方法
KR101519356B1 (ko) * 2014-10-14 2015-05-13 길주형 센서의 교정장치
KR101550244B1 (ko) * 2015-04-08 2015-09-18 김현수 제어 시스템 및 제어 시스템의 교정 방법
KR101627119B1 (ko) * 2015-08-12 2016-06-09 김현수 제어 시스템 및 제어 시스템의 교정 방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4766406B2 (ja) * 2006-06-30 2011-09-07 深▲川▼市大族激光科技股▲分▼有限公司 容量センサの制御方法
JP2009020094A (ja) * 2007-07-10 2009-01-29 Freescale Semiconductor Inc センサユニット
KR101519356B1 (ko) * 2014-10-14 2015-05-13 길주형 센서의 교정장치
KR101550244B1 (ko) * 2015-04-08 2015-09-18 김현수 제어 시스템 및 제어 시스템의 교정 방법
KR101627119B1 (ko) * 2015-08-12 2016-06-09 김현수 제어 시스템 및 제어 시스템의 교정 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5365462A (en) Instrumentation system with multiple sensor modules providing calibration date information
Fraden Handbook of modern sensors
TWI225154B (en) Acceleration measuring apparatus with calibration function
US4873655A (en) Sensor conditioning method and apparatus
CA1200852A (en) Catheter sensor and memory unit
US4974679A (en) Load cell
US5764541A (en) Microprocessor controlled sensor signal conditioning circuit
JP2954406B2 (ja) カテーテル先端圧力トランスジューサの温度補償装置および方法
TWI336772B (en) Method for calibrating a thermometer
US8459094B2 (en) Method for calibrating an accelerometer of an electronic device, an accelerometer, and an electronic device having an accelerometer with improved calibration features
US6968281B2 (en) Method for calibrating an inertial measurement unit
US20070183475A1 (en) Methods and systems for determining temperature of an object
US20060170784A1 (en) Image capturing device, correction device, mobile phone, and correcting method
EP0801926A1 (en) Clinical radiation thermometer
EP0942270B1 (en) Radiation thermometer and method for adjusting the same
US6285964B1 (en) Measuring device for determining physical and/or chemical properties of gases, liquids and/or solids
US6283628B1 (en) Intelligent input/output temperature sensor and calibration method therefor
US5857777A (en) Smart temperature sensing device
EP1877733B1 (en) Providing nonlinear temperature compensation for sensing means by use of padé approximant function emulators
US5815410A (en) Ratio type infrared thermometer
EP1692478B1 (en) Sensor drift compensation by lot
US5241850A (en) Sensor with programmable temperature compensation
US5089979A (en) Apparatus for digital calibration of detachable transducers
JP2008513766A (ja) デジタル温度センサ及びその較正
US4956795A (en) Signal conditioners