JP2007208427A

JP2007208427A - Sensor module offset cancel circuit

Info

Publication number: JP2007208427A
Application number: JP2006022535A
Authority: JP
Inventors: Koki Ishikawa; 弘毅石川; Hiroyuki Ota; 裕之太田; Kenichi Taguchi; 憲一田口; Jun Fujii; 純藤井; Masafumi Tamura; 雅史田村; Tatsuya Yoshinaga; 達也慶長
Original assignee: Hitachi Ltd; Akita Electronics Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Akita Electronics Systems Co Ltd
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2007-08-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize a sensor module offset cancel circuit. <P>SOLUTION: The sensor module offset cancel circuit comprises a strain sensor, operational amplifiers (27-29), a controller for controlling an AD/DA converter, an RFIC connected to the controller, and an antenna connected to the RFIC where the strain sensor is formed of a bridge circuit. Voltage VIN- is outputted from a first terminal (b), voltage VIN+ is outputted from a second terminal (d), the voltage VIN- is sent to the noninverting input terminal of the amplifier 27 via a first input resistor, the voltage VIN+ is delivered to the + terminal of the amplifier 28 via a second input resistor, an output terminal of the amplifier 27 is connected to the inverting input terminal of the amplifier 29, the output terminal of the amplifier 28 is connected to the + terminal of the amplifier 29, output of the amplifier 29 is sent to an AD converter, a gain regulation signal is sent from a CPU to the power supply terminal of the amplifier 29, and a third input resistor is connected between the + terminal of the amplifier 28 and a DA converter, which sends an analog output voltage via the third input resistor. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はひずみセンサを含むセンサを有するセンサモジュールにおいて、ひずみセンサのオフセット電圧をキャンセルするセンサモジュールオフセットキャンセル回路に関する。 The present invention relates to a sensor module offset cancel circuit for canceling an offset voltage of a strain sensor in a sensor module having a sensor including a strain sensor.

センサモジュールにおいて、ひずみセンサ（ひずみゲージ）は被測定物に貼りつけられ、被測定物の変形を検出するセンサとして使用される。ひずみセンサはホイートストンブリッジ回路を構成し、ひずみ（歪）によるホイートストンブリッジ回路の出力電圧の変化から歪を検出する（例えば、特許文献１）。 In the sensor module, a strain sensor (strain gauge) is attached to the object to be measured and used as a sensor for detecting deformation of the object to be measured. The strain sensor constitutes a Wheatstone bridge circuit, and detects strain from a change in the output voltage of the Wheatstone bridge circuit due to strain (distortion) (for example, Patent Document 1).

また、ひずみセンサを半導体プロセスで形成したものも知られている（例えば、特許文献２）。特許文献２には、本明細書で呼称するひずみセンサに対応するひずみ検出部を、温度検出部（ｐ−ｎ接合ダイオード構成）とともに半導体プロセスによって一体に形成することが記載されている。 Moreover, what formed the strain sensor by the semiconductor process is also known (for example, patent document 2). Patent Document 2 describes that a strain detector corresponding to a strain sensor referred to in the present specification is integrally formed by a semiconductor process together with a temperature detector (pn junction diode configuration).

ひずみセンサはその製造時あるいは被測定物に取り付ける際変形（撓む）することがあり、被測定物が何ら変形しない状態でもセンサ出力が発生してしまうことがある。このセンサ出力、即ちオフセット電圧は測定の誤差となる。従って、ひずみセンサから入力される信号のオフセット電圧をキャンセルする必要がある。 The strain sensor may be deformed (bent) when it is manufactured or attached to the object to be measured, and sensor output may be generated even when the object to be measured is not deformed at all. The sensor output, that is, the offset voltage becomes a measurement error. Therefore, it is necessary to cancel the offset voltage of the signal input from the strain sensor.

一般に、オフセットキャンセル回路としては、回路を構成する部品にディジタル・ポテンションメータ、あるいは複数の抵抗を使用している（例えば、特許文献３）。また、非特許文献１には、２５６分解能のディジタル・ポテンションメータが開示されている。 Generally, as an offset cancel circuit, a digital potentiometer or a plurality of resistors are used as components constituting the circuit (for example, Patent Document 3). Non-Patent Document 1 discloses a digital potentiometer with 256 resolution.

特許文献３に開示されているオフセットキャンセル回路では、複数の抵抗を用い、これら抵抗の抵抗分圧点の電圧をオフセットキャンセル電圧として使用している。即ち、オフセットキャンセル回路では、ＡＭＰ１の出力端子に接続される出力トランジスタ（ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ）のソースに直列に６個の抵抗を接続し、各接続部分の電圧をそれぞれの回路部分の入力電位として使用する構成になっている。また、ＡＭＰ２の出力端子に接続される出力トランジスタ（ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ）のドレインに直列に３個の抵抗を接続し、各接続部分の電圧をそれぞれの回路部分の入力電位として使用する構成になっている。 In the offset cancel circuit disclosed in Patent Document 3, a plurality of resistors are used, and the voltage at the resistance voltage dividing point of these resistors is used as the offset cancel voltage. That is, in the offset cancel circuit, six resistors are connected in series to the source of the output transistor (n-channel MOSFET) connected to the output terminal of the AMP1, and the voltage at each connection part is used as the input potential of each circuit part. It is configured to do. In addition, three resistors are connected in series to the drain of the output transistor (n-channel MOSFET) connected to the output terminal of the AMP2, and the voltage of each connection portion is used as the input potential of each circuit portion. Yes.

特開平７−２７０１０９号公報JP-A-7-270109 特開２００５−１５６２９８号公報JP 2005-156298 A 特開平１１−２７０６０号公報JP-A-11-27060 http://www.analog.com/jp/subCat/0,2879,761％255F797％255F0％255F％255F0％255F,00.html、C03436-0-3/04(A)http://www.analog.com/jp/subCat/0,2879,761%255F797%255F0%255F%255F0%255F,00.html, C03436-0-3 / 04 (A)

ひずみセンサのオフセット電圧を任意に調整するには、前述のように一般的な方法として、増幅回路の入力段に、ディジタル・ポテンションメータもしくは複数の抵抗を接統する方法が知られている。ディジタル・ポテンションメータもしくは、複数の抵抗を使用する構造の場合は、以下の問題がある。 In order to arbitrarily adjust the offset voltage of the strain sensor, as described above, as a general method, a method of connecting a digital potentiometer or a plurality of resistors to the input stage of the amplifier circuit is known. In the case of a digital potentiometer or a structure using a plurality of resistors, there are the following problems.

（１）ディジタル・ポテンションメータを用いる構造は消費電力が大きく、バッテリの消耗が大きい。このため、バッテリの交換頻度が高くなる。
（２）ディジタル・ポテンションメータを用いる構造は、装置が大掛かりとなり重量も重くなる。このため、ひずみセンサモジュールを高所に設置した場合、バッテリの交換作業が大変である。
（３）ディジタル・ポテンションメータは一般的に２５６分解能を持つ。しかし、分解能が２５６程度となるディジタル・ポテンションメータを用いる構造では、ひずみセンサから入力されるオフセット電圧をキャンセルできる分解能が低く、オフセット電圧キャンセル性能が低い。
（４）多くの抵抗を使用する構造では、高分解能を実現するには、多数の抵抗を必要とするためセンサモジュールが大きくなり、センサモジュールの小型化が図り難い。 (1) The structure using the digital potentiometer consumes a large amount of power and consumes a large amount of battery. For this reason, the replacement frequency of a battery becomes high.
(2) In the structure using a digital potentiometer, the apparatus becomes large and the weight increases. For this reason, when the strain sensor module is installed at a high place, it is difficult to replace the battery.
(3) Digital potentiometers generally have 256 resolution. However, in a structure using a digital potentiometer with a resolution of about 256, the resolution that can cancel the offset voltage input from the strain sensor is low, and the offset voltage canceling performance is low.
(4) In a structure using many resistors, in order to realize high resolution, a large number of resistors are required, so that the sensor module becomes large, and it is difficult to reduce the size of the sensor module.

本発明の目的は、センサモジュールの小型化及び消費電力の低減を図ることができるセンサモジュールオフセットキャンセル回路を提供することにある。
本発明の他の目的は、分解能が高いセンサモジュールオフセットキャンセル回路を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。 An object of the present invention is to provide a sensor module offset cancel circuit capable of reducing the size of a sensor module and reducing power consumption.
Another object of the present invention is to provide a sensor module offset cancel circuit with high resolution.
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。 The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.

（１）センサモジュールオフセットキャンセル回路は、
ひずみセンサと、第１乃至第３のオペアンプ（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３）と、ＡＤコンバータ及びＤＡコンバータを制御する中央処理装置を有するコントローラと、前記コントローラの出力端子、入力端子及び入出力端子に、入力端子、出力端子及び入出力端子が接続されるＲＦＩＣと、前記ＲＦＩＣの入出力端子に接続されるアンテナとを有し、
前記ひずみセンサは、４個の抵抗Ｒ_Ｓ１〜Ｒ_Ｓ４によるホイートストンブリッジ回路で形成され、前記抵抗Ｒ_Ｓ１と前記抵抗Ｒ_Ｓ３との接続部は第１基準電圧端子となり、前記抵抗Ｒ_Ｓ２と前記抵抗Ｒ_Ｓ４との接続部は第２基準電圧端子となり、前記抵抗Ｒ_Ｓ１と前記抵抗Ｒ_Ｓ２との接続部は電圧Ｖ_ＩＮ ⁻を出力する第１の端子となり、前記抵抗Ｒ_Ｓ３と前記抵抗Ｒ_Ｓ４との接続部は電圧Ｖ_ＩＮ ^＋を出力する第２の端子となり、
前記第１のオペアンプはボルテージホロワからなり、非反転入力端子と前記第１の端子との間には第１の入力抵抗Ｒ_１が接続され、
前記第２のオペアンプはボルテージホロワからなり、非反転入力端子と前記第２の端子との間には第２の入力抵抗Ｒ_２が接続され、
前記第１のオペアンプの出力端子は前記第３のオペアンプの反転入力端子に接続され、
前記第２のオペアンプの出力端子は前記第３のオペアンプの非反転入力端子に接続され、
前記第３のオペアンプの出力端子は前記ＡＤコンバータの入力端子に接続され、
前記第３のオペアンプのゲイン調整端子には前記中央処理装置からゲイン調整信号が送られるように構成され、
前記第２のオペアンプの非反転入力端子と前記第２の入力抵抗Ｒ_２との接続間と前記ＤＡコンバータの出力端子との間には第３の入力抵抗Ｒ_３が接続され、前記ＤＡコンバータから出力される出力電圧Ｖ_ＤＡが前記第２のオペアンプの非反転入力端子に送られるように構成され、
前記ひずみセンサのオフセット電圧をキャンセルすることを特徴とする。 (1) The sensor module offset cancel circuit is
A strain sensor, first to third operational amplifiers (AMP1 to AMP3), a controller having a central processing unit for controlling an AD converter and a DA converter, and an output terminal, an input terminal, and an input / output terminal of the controller as an input terminal An RFIC connected to the output terminal and the input / output terminal, and an antenna connected to the input / output terminal of the RFIC,
The strain sensor is formed by a Wheatstone bridge circuit including four resistors R _{S1 to} R _S4, and a connection portion between the resistor R _S1 and the resistor R _S3 serves as a first reference voltage terminal, and the resistor R _S2 and the resistor R A connection portion with R _S4 is a second reference voltage terminal, and a connection portion between the resistor R _S1 and the resistor R _S2 is a first terminal that outputs a voltage V _IN ⁻ , and the resistor R _S3 and the resistor R _S4 And the second terminal that outputs the voltage V _IN ⁺
The first operational amplifier consists voltage follower, between the non-inverting input terminal and the first terminal is connected to the first input resistor R ₁ is,
It said second operational amplifier consists voltage follower, between the non-inverting input terminal and the second terminal is connected to the second input resistance R _2,
An output terminal of the first operational amplifier is connected to an inverting input terminal of the third operational amplifier;
An output terminal of the second operational amplifier is connected to a non-inverting input terminal of the third operational amplifier;
The output terminal of the third operational amplifier is connected to the input terminal of the AD converter,
A gain adjustment signal is sent from the central processing unit to the gain adjustment terminal of the third operational amplifier;
Wherein between the second non-inverting input terminal and the output terminal of the second of the DA converter and connections between the input resistance R ₂ of the operational amplifier is connected to the third input resistor R _3, from the DA converter The output voltage V _DA to be output is sent to the non-inverting input terminal of the second operational amplifier,
The offset voltage of the strain sensor is canceled.

また、前記センサモジュールオフセットキャンセル回路において、
前記第２のオペアンプに入力される前記電圧Ｖ_ＩＮ ^＋と前記Ｖ_ＤＡの電圧差を前記第２の入力抵抗Ｒ_２及び前記第３の入力抵抗Ｒ_３で分圧した電圧をＶ_１とし、
前記第３のオペアンプに供給されるゲイン調整信号をＡ_Ｖとし、
前記第３のオペアンプの出力電圧をＶ_Ｏとし、
前記第３のオペアンプの基準電圧をＶ_ｒｅｆとし、
Ｖ_ＤＡ＝ハイインピーダンスまたはＶ_ＤＡ＝Ｖ_ｒｅｆのとき、入力オフセット電圧をキャンセルする場合、前記ＤＡコンバータの出力電圧Ｖ_ＤＡは、

なる数式で与えられるので、
前記Ｖ_ｒｅｆ、前記Ｒ_２、前記Ｒ_３、前記Ａ_Ｖを設定してＶ_Ｏを関数とする最終の数式を求め、
ついで、前記最終の数式を用い、前記第３のオペアンプの出力電圧Ｖ_Ｏが零に収束するまで前記中央処理装置で演算を繰り返し行って前記第３のオペアンプに入力される入力オフセット電圧をキャンセルする。 In the sensor module offset cancel circuit,
A voltage obtained by dividing the voltage difference between the voltage V _IN ⁺ and the V _DA input to the second operational amplifier by the second input resistor R ₂ and the third input resistor R ₃ is defined as V ₁ .
A gain adjustment signal supplied to the third operational amplifier and A _V,
The output voltage of the third operational amplifier and V _O,
The reference voltage of the third operational amplifier is V _ref ,
When the input offset voltage is canceled when V _DA = high impedance or V _DA = V _ref , the output voltage V _DA of the DA converter is

Is given by
Wherein _{V ref,} said _{R 2,} said _{R 3,} determine the final formula as a function of _{V O} by setting the _{A V,}
Then, using the final equation, the central processing unit repeatedly performs an operation until the output voltage V _O of the third operational amplifier converges to zero, thereby canceling the input offset voltage input to the third operational amplifier. .

また、前記センサモジュールオフセットキャンセル回路において、前記中央処理装置は分解能が１０２４〜４０９６となるマイクロプロセッサで構成されている。 In the sensor module offset cancel circuit, the central processing unit is constituted by a microprocessor having a resolution of 1024 to 4096.

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。 The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

前記（１）の手段によれば、（ａ）センサモジュール（装置）が大型となるディジタル・ポテンションメータを用いることなく、抵抗を使用したセンサモジュールオフセットキャンセル回路としたこと、また使用する抵抗の数も少ないことからセンサモジュールオフセットキャンセル回路の小型化が図れる。従って、センサモジュールオフセットキャンセル回路を使用するセンサモジュールを高所に設置した場合でも、センサモジュールの交換作業が容易になる。 According to the means of (1), (a) the sensor module (device) is a sensor module offset cancel circuit using a resistor without using a large digital potentiometer, and the resistance used Since the number is small, the sensor module offset cancel circuit can be downsized. Therefore, even when a sensor module using the sensor module offset cancel circuit is installed at a high place, the replacement work of the sensor module is facilitated.

（ｂ）消費電力が大きいディジタル・ポテンションメータを用いていないので、センサモジュールオフセットキャンセル回路の消費電力の低減が図れる。また、消費電力が小さいことからバッテリの消耗が小さく、バッテリの交換頻度を低くすることができる。 (B) Since a digital potentiometer with high power consumption is not used, the power consumption of the sensor module offset cancel circuit can be reduced. Further, since the power consumption is small, the battery consumption is small, and the battery replacement frequency can be reduced.

（ｃ）前記中央処理装置は分解能が１０２４〜（４０９６）となるマイクロプロセッサで構成されていることから、ひずみセンサから入力されるわずかなオフセット電圧を確実にキャンセルすることができ、高精度のセンサモジュールの実現に寄与することができる。 (C) Since the central processing unit is composed of a microprocessor having a resolution of 1024 to (4096), a slight offset voltage input from the strain sensor can be canceled reliably, and a highly accurate sensor It can contribute to the realization of the module.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment of the invention, and the repetitive description thereof is omitted.

図１乃至図５は本発明の実施例１であるセンサモジュールオフセットキャンセル回路に係わる図である。図１はセンサモジュールオフセットキャンセル回路を示す回路図である。 1 to 5 are diagrams relating to a sensor module offset cancel circuit according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a circuit diagram showing a sensor module offset cancel circuit.

実施例１のセンサモジュールオフセットキャンセル回路を説明する前に、実施例１のセンサモジュールオフセットキャンセル回路を組み込んだセンサモジュールについて、図２乃至図４を用いて説明する。図２はセンサモジュールの概要を示す模式図、図３はセンサモジュールの概要を示すブロック図である。 Before describing the sensor module offset cancel circuit of the first embodiment, a sensor module incorporating the sensor module offset cancel circuit of the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a schematic diagram showing an outline of the sensor module, and FIG. 3 is a block diagram showing an outline of the sensor module.

センサモジュール１は、図２に示すように、例えば、小型化を図るために、第１の配線基板２の上面側に第２の配線基板３を重ねる構造となっている。第１の配線基板２と第２の配線基板３との間にはポスト４及びスタッキングコネクタ５，６が介在されている。ポスト４は複数設けられ、第１の配線基板２と第２の配線基板３を所定間隔で支持する部材となっている。スタッキングコネクタ５は第１の配線基板２の上面に固定され、スタッキングコネクタ６は第２の配線基板３の下面に取り付けられ、二つのスタッキングコネクタ５，６によって上下の配線基板（第１の配線基板２及び第２の配線基板３）の所定の配線が電気的に接続されている。 As shown in FIG. 2, the sensor module 1 has a structure in which, for example, the second wiring board 3 is overlaid on the upper surface side of the first wiring board 2 in order to reduce the size. A post 4 and stacking connectors 5 and 6 are interposed between the first wiring board 2 and the second wiring board 3. A plurality of posts 4 are provided and serve as members that support the first wiring board 2 and the second wiring board 3 at a predetermined interval. The stacking connector 5 is fixed to the upper surface of the first wiring board 2, and the stacking connector 6 is attached to the lower surface of the second wiring board 3, and the upper and lower wiring boards (first wiring board) are connected by the two stacking connectors 5 and 6. 2 and a predetermined wiring of the second wiring board 3) are electrically connected.

第１の配線基板２の配線には、複数のセンサからそれぞれ延在するコード８が接続されている。センサは、ひずみ（歪）センサ７ａやセンサＡ、Ｂである。例えば、センサＡは温度センサ７ｂであり、センサＢは傾斜センサ７ｃである。センサＡ、Ｂは他のセンサであってもよく、またセンサの種類はさらに多くてもよい。ひずみセンサ７ａは第１の配線基板２に搭載された電子部品９，１０等による増幅回路Ａによって増幅される（図３参照）。また、温度センサ７ｂは電子部品１１等による増幅回路Ｂによって増幅される（図３参照）。第１の配線基板２と、この第１の配線基板２に搭載されて形成された増幅回路Ａ、Ｂによってセンサ部が形成される（図２、図３参照）。 A cord 8 extending from each of the plurality of sensors is connected to the wiring of the first wiring board 2. The sensors are strain (strain) sensor 7a and sensors A and B. For example, the sensor A is a temperature sensor 7b, and the sensor B is a tilt sensor 7c. The sensors A and B may be other sensors, and the number of types of sensors may be further increased. The strain sensor 7a is amplified by the amplification circuit A including the electronic components 9 and 10 mounted on the first wiring board 2 (see FIG. 3). The temperature sensor 7b is amplified by an amplifier circuit B including the electronic component 11 (see FIG. 3). A sensor unit is formed by the first wiring board 2 and the amplifier circuits A and B formed on the first wiring board 2 (see FIGS. 2 and 3).

第２の配線基板３には、例えば、下面には、ＭＰＵ（microprocessing unit）１２が搭載され、上面にはＲＦＩＣ１３及びアンテナ１４が搭載されている。第２の配線基板３と、この第２の配線基板３に搭載されたＭＰＵ１２，ＲＦＩＣ１３，アンテナ１４等によってＲＦ部が形成されている（図３参照）。 For example, an MPU (microprocessing unit) 12 is mounted on the lower surface of the second wiring board 3, and an RFIC 13 and an antenna 14 are mounted on the upper surface. An RF section is formed by the second wiring board 3 and the MPU 12, RFIC 13, antenna 14 and the like mounted on the second wiring board 3 (see FIG. 3).

図３はセンサモジュール１の機能構成を示すブロック図である。図３に示すように、センサモジュール１はセンサ、センサ部、ＲＦ部で代表される。
ひずみセンサ７ａの検出情報は増幅回路Ａで増幅された後、ＭＰＵ１２で形成されるコントローラ３０にアナログ信号として入力される。また、コントローラ３０からアナログ信号としてゲイン調整信号が増幅回路Ａに供給されてオフセット電圧の調整、例えば、オフセット電圧のキャンセルが行われる。図３では図示しないが、分解能が４０９６となるＭＰＵ１２（図２参照）によって制御されるＤＡコンバータ（ＤＡ変換器：ＤＡ）からゲイン調整信号が増幅回路Ａに供給される。 FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of the sensor module 1. As shown in FIG. 3, the sensor module 1 is represented by a sensor, a sensor unit, and an RF unit.
Information detected by the strain sensor 7a is amplified by the amplifier circuit A and then input as an analog signal to the controller 30 formed by the MPU 12. Further, a gain adjustment signal is supplied as an analog signal from the controller 30 to the amplifier circuit A, and adjustment of the offset voltage, for example, cancellation of the offset voltage is performed. Although not shown in FIG. 3, a gain adjustment signal is supplied to the amplifier circuit A from a DA converter (DA converter: DA) controlled by the MPU 12 (see FIG. 2) having a resolution of 4096.

温度センサ７ｂの検出情報は増幅回路Ｂで増幅された後、コントローラ３０にアナログ信号として入力される。また、傾斜センサ７ｃの検出情報は直接コントローラ３０にアナログ信号として入力される。 The detection information of the temperature sensor 7b is amplified by the amplifier circuit B and then input to the controller 30 as an analog signal. Further, the detection information of the inclination sensor 7c is directly input to the controller 30 as an analog signal.

ＲＦ部ではＲＦＩＣ１３はコントローラ３０によって制御される。ＲＦＩＣ１３は各センサ７ａ〜７ｃによる検出情報をアンテナ１４から所定の監視ステーションに無線情報として発信するように構成されている。また、監視ステーションから送られてくる電波情報はアンテナ１４で捕らえられる。捕らえた電波情報はＲＦＩＣ１３で処理されてコントローラ３０に送られる。 In the RF unit, the RFIC 13 is controlled by the controller 30. The RFIC 13 is configured to transmit information detected by the sensors 7a to 7c as radio information from the antenna 14 to a predetermined monitoring station. In addition, radio wave information transmitted from the monitoring station is captured by the antenna 14. The captured radio wave information is processed by the RFIC 13 and sent to the controller 30.

図４はひずみセンサ７ａの概要を示す斜視図である。ひずみセンサ７ａは、例えば、シリコン半導体基板１５にそれぞれ不純物を拡散させて複数の抵抗を形成した構造になっている。そして、各抵抗によって図１に示すようなホイートストンブリッジ回路を形成してひずみを測定できるようになっている。図４で点々を施した四角形部分が抵抗形成領域１６である。そして、この抵抗形成領域１６から４本の配線１７が引き出され、その先端が電極パッド１８となっている。各電極パッド１８は、図１のホイートストンブリッジ回路の各ノードａ〜ｄに対応する。図４には各電極パッド１８に対応するノードａ〜ｄを付して示す。 FIG. 4 is a perspective view showing an outline of the strain sensor 7a. The strain sensor 7a has, for example, a structure in which a plurality of resistors are formed by diffusing impurities in the silicon semiconductor substrate 15 respectively. Each resistor forms a Wheatstone bridge circuit as shown in FIG. 1 so that the strain can be measured. A square portion indicated by dots in FIG. Then, four wirings 17 are drawn out from the resistance forming region 16, and the tips thereof are electrode pads 18. Each electrode pad 18 corresponds to each node ad of the Wheatstone bridge circuit of FIG. FIG. 4 shows nodes a to d corresponding to the electrode pads 18.

このようなひずみセンサ７ａは、下面が接着面となり、ひずみを検出する被測定物に接着されて使用される。そして、被測定物の変形（歪）を、ひずみセンサ７ａ各部の抵抗の歪に伴う抵抗値の変化をホイートストンブリッジ回路のノードｂ，ｄ（電極パッド１８のｂ，ｄ）からの情報として検出することによって測定する。 Such a strain sensor 7a is used by being bonded to an object to be measured for detecting strain, with the lower surface serving as an adhesive surface. Then, the deformation (strain) of the object to be measured is detected as information from the nodes b and d (b and d of the electrode pad 18) of the Wheatstone bridge circuit as changes in the resistance value accompanying the strain of the resistance of each part of the strain sensor 7a. By measuring.

図１はセンサモジュールオフセットキャンセル回路を示す回路図である。センサモジュールオフセットキャンセル回路２５は、ひずみセンサ７ａと、インピーダンス変換プリアンプとなる第１のオペアンプ（ＡＭＰ１）２７と、インピーダンス変換プリアンプ第２のオペアンプ（ＡＭＰ２）２８と、ゲイン調整機能付き計装アンプからなる第３のオペアンプ（ＡＭＰ３）２９と、コントローラ３０と、ＲＦＩＣ１３と、アンテナ１４とを有する。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a sensor module offset cancel circuit. The sensor module offset cancel circuit 25 includes a strain sensor 7a, a first operational amplifier (AMP1) 27 serving as an impedance conversion preamplifier, an impedance conversion preamplifier second operational amplifier (AMP2) 28, and an instrumentation amplifier with a gain adjustment function. A third operational amplifier (AMP 3) 29, a controller 30, an RFIC 13, and an antenna 14 are included.

ひずみセンサ７ａは、図１に示すように、４個の抵抗Ｒ_Ｓ１〜Ｒ_Ｓ４によるホイートストンブリッジ回路で形成され、前記抵抗Ｒ_Ｓ１と前記抵抗Ｒ_Ｓ３との接続部（ノード）ａに連なる電極パッド１８（図４参照）は第１基準電圧端子となり、第１基準電圧（Ｖｃｃ）が供給される端子となっている。抵抗Ｒ_Ｓ２と前記抵抗Ｒ_Ｓ４との接続部（ノード）ｃに連なる電極パッド１８（図４参照）は第２基準電圧端子となり、第２基準電圧（グランド）が供給される端子となっている。抵抗Ｒ_Ｓ１と抵抗Ｒ_Ｓ２との接続部（ノード）ｂに連なる電極パッド１８（図４参照）は電圧Ｖ_ＩＮ ⁻を出力する第１の端子となる。また、抵抗Ｒ_Ｓ３と抵抗Ｒ_Ｓ４との接続部（ノード）ｄに連なる電極パッド１８（図４参照）は電圧Ｖ_ＩＮ ^＋を出力する第２の端子となる。回路の説明では各ノードに対応させて、第１基準電圧端子を第１基準電圧端子ａと、第２基準電圧端子を第２基準電圧端子ｃと、電圧Ｖ_ＩＮ ⁻を出力する第１の端子を第１の端子ｂと、電圧Ｖ_ＩＮ ^＋を出力する第２の端子を第２の端子ｄとも呼称する。 As shown in FIG. 1, the strain sensor 7a is formed of a Wheatstone bridge circuit having four resistors R _{S1 to} R _S4, and is connected to a connection portion (node) a between the resistor R _S1 and the resistor R _S3. Reference numeral 18 (see FIG. 4) is a first reference voltage terminal, which is a terminal to which the first reference voltage (Vcc) is supplied. An electrode pad 18 (see FIG. 4) connected to a connection portion (node) c between the resistor R _S2 and the resistor R _S4 serves as a second reference voltage terminal, and serves as a terminal to which a second reference voltage (ground) is supplied. . The electrode pad 18 (see FIG. 4) connected to the connection portion (node) b between the resistor R _S1 and the resistor R _S2 serves as a first terminal that outputs the voltage V _IN ⁻ . In addition, the electrode pad 18 (see FIG. 4) connected to the connection portion (node) d between the resistor R _S3 and the resistor R _S4 serves as a second terminal that outputs the voltage V _IN ⁺ . In the description of the circuit, the first reference voltage terminal is the first reference voltage terminal a, the second reference voltage terminal is the second reference voltage terminal c, and the first terminal that outputs the voltage V _IN ⁻ corresponding to each node. Are also referred to as a first terminal b and a second terminal that outputs a voltage V _IN ⁺ is also referred to as a second terminal d.

第１のオペアンプ２７はボルテージホロワからなり、非反転入力端子（＋）と第１の端子ｂとの間には第１の入力抵抗Ｒ_１が接続されている。また、第１の端子ｂには第１の入力抵抗Ｒ_１と並列接続となりかつ他端に第２基準電圧が供給される第１の入力保護抵抗Ｒ_ＩＮ１の一端が接続されている。 The first operational amplifier 27 consists voltage follower, a non-inverting input terminal (+) and between the first terminal b is connected to the first input resistor R ₁ is. One end of the first input protection resistor R _IN1 of the second reference voltage is supplied to it and the other end connected in parallel with the first input resistor R ₁ is connected to a first terminal b.

第２のオペアンプ２８はボルテージホロワからなり、非反転入力端子（＋）と電圧Ｖ_ＩＮ ^＋を出力する第２の端子ｄとの間には第２の入力抵抗Ｒ_２が接続されている。また、第２の端子ｄには第２の入力抵抗Ｒ_２と並列接続となりかつ他端に第２基準電圧が供給される第２の入力保護抵抗Ｒ_ＩＮ２の一端が接続されている。 The second operational amplifier 28 consists voltage follower, between the non-inverting input terminal (+) and a second terminal d for outputting the voltage V _IN ⁺ is connected to a second input resistance R _2. Furthermore, the second terminal d at one end of the second input protection resistor R _IN2 is connected to the second reference voltage is supplied to it and the other end connected in parallel to the second input resistor R _2.

第２のオペアンプ２８にはひずみセンサ７ａからの入力オフセット電圧を調整するために第２の入力抵抗Ｒ_２が必要となる。即ち、微小なオペアンプの入力バイアス電流より発生する第２のオペアンプ２８自体の入力オフセット電圧と、第１のオペアンプ２７自体の入力オフセット電圧をほぼ同じくするため、第１の入力抵抗Ｒ_１を接続する。しかし、第１のオペアンプ２７自体の入力オフセット電圧が、回路に影響しない場合は第１の入力抵抗Ｒ_１は不要となる。 The second operational amplifier 28 requires a _second input resistor R2 in order to adjust the input offset voltage from the strain sensor 7a. That is, connects the input offset voltage of the second operational amplifier 28 itself generated from the input bias current of the very small operational amplifier, generally for similarly, a first input resistor R ₁ to the input offset voltage of the first operational amplifier 27 itself . However, the input offset voltage of the first operational amplifier 27 itself, a first input resistor R ₁ if that does not affect the circuit is not necessary.

第１のオペアンプ（ＡＭＰ１）２７の出力端子は第３のオペアンプ（ＡＭＰ３）２９の反転入力端子（−）に接続され、第２のオペアンプ（ＡＭＰ２）２８の出力端子は第３のオペアンプ（ＡＭＰ３）２９の非反転入力端子（＋）に接続されている。 The output terminal of the first operational amplifier (AMP1) 27 is connected to the inverting input terminal (−) of the third operational amplifier (AMP3) 29, and the output terminal of the second operational amplifier (AMP2) 28 is the third operational amplifier (AMP3). It is connected to 29 non-inverting input terminals (+).

コントローラ３０は、ＡＤコンバータ（ＡＤ）３１、ＤＡコンバータ（ＤＡ）３２及び中央処理装置（ＣＰＵ）３３等によって構成されている。ＣＰＵ３３はＭＰＵ１２で形成され、ＡＤコンバータ３１及びＤＡコンバータ３２を制御する構成になっている。分解能が４０９６となるＭＰＵは市販されている。実施例においてはひずみセンサのオフセット電圧をキャンセルするための分解能を上げるため、ＭＰＵ１２としては分解能が１０２４〜４０９６となるマイクロプロセッサを使用する。 The controller 30 includes an AD converter (AD) 31, a DA converter (DA) 32, a central processing unit (CPU) 33, and the like. The CPU 33 is formed by the MPU 12 and is configured to control the AD converter 31 and the DA converter 32. An MPU with a resolution of 4096 is commercially available. In the embodiment, a microprocessor with a resolution of 1024 to 4096 is used as the MPU 12 in order to increase the resolution for canceling the offset voltage of the strain sensor.

また、コントローラ３０とＲＦＩＣ１３はそれぞれの入出力端子を介して接続されている。また、ＲＦＩＣ１３の入出力端子にはアンテナ１４が接続されている。 The controller 30 and the RFIC 13 are connected via respective input / output terminals. An antenna 14 is connected to the input / output terminal of the RFIC 13.

一方、第３のオペアンプ（ＡＭＰ３）２９の出力端子はＡＤコンバータ３１の入力端子に接続されている。そして、第３のオペアンプ（ＡＭＰ３）２９のゲイン調整端子にはＣＰＵ３３からゲイン調整信号が送られるように構成されている。 On the other hand, the output terminal of the third operational amplifier (AMP 3) 29 is connected to the input terminal of the AD converter 31. A gain adjustment signal is sent from the CPU 33 to the gain adjustment terminal of the third operational amplifier (AMP 3) 29.

また、第２のオペアンプ（ＡＭＰ２）２８の非反転入力端子（＋）と第２の入力抵抗Ｒ_２との接続間と、ＤＡコンバータ３２の出力端子との間には第３の入力抵抗Ｒ_３が接続され、ＤＡコンバータ３２から出力されるアナログ出力電圧Ｖ_ＤＡが第２のオペアンプ（ＡＭＰ２）２８の非反転入力端子（＋）に送られる（バイアス）ように構成されている。この結果、Ｖ_ＩＮ ^＋とＶ_ＤＡの電位差がＲ_２及びＲ_３により抵抗分圧され、ひずみセンサ７ａから入力されるＶ_ＩＮ ^＋とＶ_ＩＮ ⁻のオフセット電圧をキャンセルする。 The third input resistor R ₃ is connected between the non-inverting input terminal (+) of the second operational amplifier (AMP 2) 28 and the second input resistor R ₂ and between the output terminal of the DA converter 32. Are connected, and the analog output voltage V _DA output from the DA converter 32 is sent (biased) to the non-inverting input terminal (+) of the second operational amplifier (AMP2) 28. As a result, the potential difference between V _IN ⁺ and V _DA is resistance-divided by R ₂ and R ₃ to cancel the offset voltage of V _IN ⁺ and V _IN ⁻ input from the strain sensor 7a.

一方、第２の端子ｄの電圧Ｖ_ＩＮ ^＋が第１の端子ｂの電圧Ｖ_ＩＮ ⁻に対して正のオフセット値を持つときは、ＤＡコンバータ３２の出力電圧Ｖ_ＤＡは前記電圧Ｖ_ＩＮ ^＋より低い値に設定される。また、第２の端子ｄの電圧Ｖ_ＩＮ ^＋が第１の端子ｂの電圧Ｖ_ＩＮ ⁻に対して負のオフセット値を持つときは、ＤＡコンバータ３２の出力電圧Ｖ_ＤＡは前記Ｖ_ＩＮ ^＋より高い値に設定される。さらに、第２の端子ｄの電圧Ｖ_ＩＮ ^＋と第１の端子ｂの電圧Ｖ_ＩＮ ⁻との間のオフセット値が零のときは、出力電圧Ｖ_ＤＡは第１基準電圧端子ａのＶ_ＣＣ電圧の半分の電圧もしくは入力方向に設定されるようになっている。 On the other hand, when the voltage V _IN ⁺ of the second terminal d has a positive offset value with respect to the voltage V _IN ⁻ of the first terminal b, the output voltage V _DA of the DA converter 32 is greater than the voltage V _IN ⁺ . Set to a low value. In addition, when the voltage V _IN ⁺ of the second terminal d has a negative offset value with respect to the voltage V _IN ⁻ of the first terminal b, the output voltage V _DA of the DA converter 32 is higher than the V _IN ^+. Set to a value. Further, the voltage _{V IN} of the voltage _{V IN} ⁺ and the first terminal b of the second terminal d ^- when the offset value between the is zero, the output voltage _{V DA} is _{V CC} voltage of the first reference voltage terminal a Is set to half the voltage or input direction.

また、インピーダンス変換プリアンプ（ＡＭＰ１，ＡＭＰ２）の入力バイアス電流による電位差を生じさせないために第１の入力抵抗Ｒ_１と第２の入力抵抗Ｒ_２は同じ抵抗値とする。 The impedance conversion preamplifier (AMP1, AMP2) a first input resistor R ₁ and the second input resistor R ₂ in order to prevent a potential difference due to input bias current of the same resistance value.

なお、図１のセンサモジュールオフセットキャンセル回路２５において、ひずみセンサ７ａの電圧Ｖ_ＩＮ ⁻を出力する第１の端子ｂ、電圧Ｖ_ＩＮ ^＋を出力する第２の端子ｄからコントローラ３０の寸前までの回路部分はひずみセンサ出力信号増幅回路を構成する。 In the sensor module offset cancel circuit 25 of FIG. 1, a circuit from the first terminal b that outputs the voltage V _IN ⁻ of the strain sensor 7 a and the second terminal d that outputs the voltage V _IN ⁺ to the point just before the controller 30. The portion constitutes a strain sensor output signal amplification circuit.

このようなセンサモジュールオフセットキャンセル回路２５においては、ひずみセンサ７ａの出力電圧ＶＩＮ^＋，ＶＩＮ⁻を第１のオペアンプ（ＡＭＰ１）２７及び第２のオペアンプ（ＡＭＰ２）２８でそれぞれ増幅するとともに、第３のオペアンプ２９でＶＩＮ^＋とＶＩＮ⁻の差を増幅する。この増幅情報はコントローラ３０のＡＤコンバータ３１に送られる。ＣＰＵ３３はＡＤコンバータ３１に入力されたアナログ入力信号（Ｖ_Ｏ）が零になるようにＤＡコンバータ３２からアナログ出力信号（Ｖ_ＤＡ）を第２のオペアンプ（ＡＭＰ２）２８の非反転入力端子（＋）に供給して、ひずみセンサ７ａのオフセット電圧を零にキャンセルする。 In such a sensor module offset cancel circuit 25, the output voltages VIN ⁺ and VIN ⁻ of the strain sensor 7 a are amplified by the first operational amplifier (AMP 1) 27 and the second operational amplifier (AMP 2) 28, respectively. amplifying a difference between ^- VIN ⁺ and VIN by the operational amplifier 29. This amplified information is sent to the AD converter 31 of the controller 30. The CPU 33 sends the analog output signal (V _DA ) from the DA converter 32 to the non-inverting input terminal (+) of the second operational amplifier (AMP2) 28 so that the analog input signal (V _O ) input to the AD converter 31 becomes zero. To cancel the offset voltage of the strain sensor 7a to zero.

つぎに、ひずみセンサのオフセット電圧のキャンセルについて説明する。前提条件として、（１）第１の入力保護抵抗Ｒ_ＩＮ１及び第２の入力保護抵抗Ｒ_ＩＮ２を接続しない回路構成とする。（２）第２の入力抵抗Ｒ_２及び第３の入力抵抗Ｒ_３は、ひずみセンサ７ａの抵抗値（例えば、２２ｋΩ）より十分大きい値（例えば、Ｒ２＋Ｒ３＝４４８ｋΩ(Ｒ２＝１８ｋΩ、Ｒ３＝４３０ｋΩ)）とし、ひずみセンサ７ａを取り付けた初期の定常状態で、出力電圧Ｖ_ＤＡが変化してもＶ_ＩＮ ^＋の変動は無視できるものとする。 Next, cancellation of the offset voltage of the strain sensor will be described. As preconditions, (1) a circuit configuration in which the first input protection resistor R _IN1 and the second input protection resistor R _IN2 are not connected is _adopted . (2) a second input resistor _{R 2} and a third input resistor _{R 3} of the resistance value of the strain sensor 7a (e.g., 22Keiomega) sufficiently larger than the value (e.g., R2 + R3 = 448kΩ (R2 = 18kΩ, R3 = 430kΩ) In the initial steady state with the strain sensor 7a attached, even if the output voltage V _DA changes, the fluctuation of V _IN ⁺ can be ignored.

センサモジュールオフセットキャンセル回路２５において、第２のオペアンプ（ＡＭＰ２）２８に入力される電圧Ｖ_ＩＮ ^＋と前記出力電圧Ｖ_ＤＡの電圧差を第２の入力抵抗Ｒ_２及び第３の入力抵抗Ｒ_３で分圧した電圧をＶ_１とする。また、第３のオペアンプ（ＡＭＰ３）２９に供給されるゲイン調整信号をＡ_Ｖとし、第３のオペアンプ２９の出力電圧をＶ_Ｏとし、第３のオペアンプ２９の基準電圧をＶ_ｒｅｆとする。 In the sensor module offset cancel circuit 25, the voltage difference between the voltage V _IN ⁺ input to the second operational amplifier (AMP2) 28 and the output voltage V _DA is determined by the second input resistor R ₂ and the third input resistor R ₃ . the divided voltage and V _1. Also, the gain adjustment signal supplied to the third operational amplifier (AMP3) 29 and _{A V,} the output voltage of the third operational amplifier 29 and _{V O,} the reference voltage of the third operational amplifier 29 and _{V ref.}

ここで、出力電圧Ｖ_ＯはＶ_ｒｅｆを基準として出力される。ＶＩＮ^＋＞ＶＩＮ⁻のときＶ_Ｏ＞Ｖ_ｒｅｆである。また、ＶＩＮ^＋＜ＶＩＮ⁻のときＶ_Ｏ＜Ｖ_ｒｅｆである。
Ｖ_ＤＡ＝入力方向のときＶ_Ｏは以下の式（数１）で表される。もしくは、Ｖ_ＤＡ＝Ｖ_ｒｅｆのときＶ_Ｏは以下の数１で近似される。 Here, the output voltage V _O is output with reference to V _ref . VIN ^+> VIN ^- is a _{_V O>} _V _ref when. ^Furthermore, VIN + <VIN ^- a _V O _{<V ref} when.
When V _DA = input direction, V _O is expressed by the following equation (Equation 1). Or, when V _DA = V _ref , V _O is approximated by the following formula 1.

Ｖ_ＤＡ＝入力方向のときＶＩＮ^＋、ＶＩＮ⁻、Ｖ_ｒｅｆの関係式は以下の式（数２）で表される。もしくは、Ｖ_ＤＡ＝Ｖ_ｒｅｆのときＶＩＮ^＋、ＶＩＮ⁻、Ｖ_ｒｅｆの関係式は以下の数２で近似される。 When V _DA = input direction, the relational expression of VIN ⁺ , VIN ⁻ , and V _ref is expressed by the following expression (Formula 2). Alternatively, when V _DA = V _ref , the relational expressions of VIN ⁺ , VIN ⁻ , and V _ref are approximated by the following formula 2.

ＤＡコンバータ３２の出力電圧Ｖ_ＤＡは以下の式（数３）で表される。 The output voltage V _DA of the DA converter 32 is expressed by the following equation (Equation 3).

ひずみセンサ出力信号増幅回路に入力される入力オフセット電圧をキャンセルするには、Ｖ_１＝ＶＩＮ⁻となるようにＶ_ＤＡを設定する必要がある。数３にＶ_１＝ＶＩＮ⁻を代入し、Ｖ_ＤＡを求める。 In order to cancel the input offset voltage input to the strain sensor output signal amplifier circuit, it is necessary to set V _DA so that V ₁ = VIN ⁻ . Substituting V ₁ = VIN ⁻ into Equation 3 to obtain V _DA .

数１、数２、数４より、Ｖ_ＤＡをＭＰＵ等のコントローラ３０で読み取れる値もしくは、既知の定数、Ｖ_ｒｅｆ、Ｒ_２、Ｒ_３、Ａ_Ｖ及びＶ_Ｏで表す。 Number 1, number 2, from the number _4, representing a _{V DA} values read by the controller 30 such as an MPU or a known _constant, at _{_{V ref, R 2, R 3}} , A V , and _{V O.}

数５において、Ｖ_ｒｅｆ＝１．４（Ｖ）、Ｒ_２＝１８０００（Ω）、Ｒ_３＝４３００００（Ω）、Ｖ_Ｏ＝１．５（Ｖ）、Ａ_Ｖ＝２とすると、Ｖ_ＤＡ＝０．１８０６（Ｖ）となる。 In Equation 5, when V _ref = 1.4 (V), R ₂ = 18000 (Ω), R ₃ = 430000 (Ω), V _O = 1.5 (V), and A _V = 2, V _DA = 0.1806 (V).

このとき、ひずみセンサ７ａの抵抗Ｒ_Ｓ１及び抵抗Ｒ_Ｓ４がひずんだ場合、上記数５の前提条件の影響がなくなるよう考慮し、実回路動作を検証すると、Ｖ_ＤＡ＝０．６３８４（Ｖ）となる。このとき、数式配下の式（数６）で表される。 At this time, when the resistance R _S1 and the resistance R _{S4 of} the strain sensor 7a are distorted, the actual circuit operation is verified by considering that the influence of the precondition of the above equation 5 is eliminated, and V _DA = 0.6384 (V) Become. At this time, it is represented by an expression (Formula 6) under the mathematical expression.

ここで、数５の前提条件の影響がなくなるよう考慮し、とは図１においてＲ_ＩＮ１＝Ｒ_ＩＮ２＝２．２ＭΩを接続し、Ｖ_ＤＡの変化によるＶ_ＩＮ ^＋の変動を加味することである。また、実回路動作とは前提条件の影響がなくなるよう考慮した回路であり、実回路動作を検証するとは前提条件の影響がなくなるよう考慮した回路を回路シミュレータおよび実回路を製作した基板による実動作で検証することである。そして、回路シミュレータによる検証の上数６をシミュレーション結果から得る。この場合Ｖ_Ｏを１．５Ｖと決めることによってＶ_ＤＡ＝０．６３８４（Ｖ）が得られる。このＶ_ＤＡ＝０．６３８４（Ｖ）はＶ_ｒｅｆ＝１．４Ｖに対してＶ_Ｏ＝１．５ＶのときＶ_Ｏ＝１．４Ｖに調整する値の意味を有する。 Here, in consideration of eliminating the influence of the preconditions of Equation 5, R _IN1 = R _IN2 = 2.2 MΩ is connected in FIG. 1, and the fluctuation of V _IN ⁺ due to the change of V _DA is taken into account. . In addition, the actual circuit operation is a circuit that considers the influence of the preconditions to be eliminated, and when the actual circuit operation is verified, the circuit that considers the influence of the preconditions to be eliminated is the actual operation by the circuit simulator and the board on which the actual circuit is manufactured. It is to verify with. Then, the upper 6 of the verification by the circuit simulator is obtained from the simulation result. In this case, V _DA = 0.6384 (V) is obtained by determining V _O as 1.5 V. The _V DA = 0.6384 _(V) has the meaning of the value is adjusted to _V O = 1.4V when _V O = 1.5V relative to _V ref = 1.4V.

また、実回路動作においてはひずみセンサ７ａの抵抗値は様々に変化するため、Ｖ_Ｏを読み取り入力オフセット電圧をキャンセルするＶ_ＤＡを出力する手順を、入力オフセット電圧が収束するまで繰り返す。そして、この繰り返しの結果、ひずみセンサ７ａのオフセット電圧をキャンセルすることができる。 Further, since the resistance value of the strain sensor 7a changes variously in the actual circuit operation, the procedure of reading V _O and outputting V _DA for canceling the input offset voltage is repeated until the input offset voltage converges. As a result of this repetition, the offset voltage of the strain sensor 7a can be canceled.

図５は実施例１のセンサモジュールの使用態様を示すブロック図である。通常の使用方法では複数のひずみセンサが接続されるｎ台のセンサモジュール１と、センサモジュールがセンシングしたデータを収集するｍ台のモジュール３５と、これらモジュール３５を制御する１台の上位コントローラ３６で構成される。 FIG. 5 is a block diagram illustrating how the sensor module of the first embodiment is used. In a normal usage method, n sensor modules 1 to which a plurality of strain sensors are connected, m modules 35 for collecting data sensed by the sensor modules, and one host controller 36 for controlling these modules 35 are used. Composed.

モジュール３５は、アンテナ４１が接続されたＲＦＩＣ４２を有している。ＲＦＩＣ４２はＣＰＵ（ソフトウェア）４３を有するコントローラ４４で制御される。モジュール３５とセンサモジュール１はそれぞれのアンテナ４１，１４を介して情報の授受を行うことができるようになっている。 The module 35 has an RFIC 42 to which an antenna 41 is connected. The RFIC 42 is controlled by a controller 44 having a CPU (software) 43. The module 35 and the sensor module 1 can exchange information via the respective antennas 41 and 14.

上位コントローラ３６はＣＰＵ（ソフトウェア）５１を有するコントローラとなり、上位コントローラ３６はモジュール３５と有線で接続され、直接モジュール３５を制御し、かつモジュール３５を介して無線情報をセンサモジュール１へ送信することにより、センサモジュール１を制御するようになっている。 The host controller 36 is a controller having a CPU (software) 51, and the host controller 36 is connected to the module 35 by wire, directly controls the module 35, and transmits wireless information to the sensor module 1 via the module 35. The sensor module 1 is controlled.

また、図５において歪センサ出力信号増幅回路から発し、コントローラ３０またはコントローラ４４もしくはＣＰＵ５１内で反転して再び歪センサ出力信号増幅回路に向かう一点鎖線で示すループ５４は、それぞれひずみセンサオフセット電圧のキャンセルの処理系を示す線図である。ループ５４の反転箇所５５，５６，５７はコントローラ３０、コントローラ４４、ＣＰＵ５１内それぞれ示してある。 In FIG. 5, loops 54 indicated by alternate long and short dash lines originating from the strain sensor output signal amplifier circuit, inverted in the controller 30 or the controller 44 or the CPU 51 and directed to the strain sensor output signal amplifier circuit again cancel the strain sensor offset voltage. It is a diagram which shows the processing system of. Inversion points 55, 56, and 57 of the loop 54 are shown in the controller 30, the controller 44, and the CPU 51, respectively.

入力オフセット電圧をキャンセルするためのＶ_ＤＡを出力するトリガは、以下により与えられる。ひずみセンサ７ａが接続されたセンサモジュール１が設置された後、センサモジュール１へ電源投入もしくは、電源投入後センサモジュール１にトリガ信号を印加することにより、センサモジュール単独で入力オフセット電圧のキャンセルを行う。この処理系の反転はコントローラ３０内に示される反転箇所５５となる。 The trigger to output _VDA for canceling the input offset voltage is given by: After the sensor module 1 to which the strain sensor 7a is connected is installed, the sensor module 1 alone cancels the input offset voltage by turning on the power to the sensor module 1 or applying a trigger signal to the sensor module 1 after the power is turned on. . This inversion of the processing system becomes an inversion portion 55 shown in the controller 30.

ひずみセンサ７ａが接続されたセンサモジュール１が設置された後、センサモジュール１が上位コントローラ３６が接続されたモジュール３５もしくは、上位コントローラ３６へセンサモジュール１が設置された情報を通知し、上位コントローラ３６が接続されたモジュール３５もしくは、上位コントローラ３６がセンサモジュール１へひずみセンサのオフセット電圧をキャンセルするトリガ信号を通知する。この処理系の反転はコントローラ４４または上位コントローラ３６内に示される反転箇所５６，５７となる。 After the sensor module 1 to which the strain sensor 7a is connected is installed, the sensor module 1 notifies the module 35 to which the host controller 36 is connected or the host controller 36 of the information about the sensor module 1 being installed, and the host controller 36 Is connected to the module 35 or the host controller 36 notifies the sensor module 1 of a trigger signal for canceling the offset voltage of the strain sensor. This inversion of the processing system becomes inversion places 56 and 57 shown in the controller 44 or the host controller 36.

本発明の実施例１によれば以下の効果を有する。
（１）実施例のセンサモジュールオフセットキャンセル回路２５は、センサモジュール１が大型となるディジタル・ポテンションメータを用いることなく、抵抗（第１の入力抵抗Ｒ_１、第２の入力抵抗Ｒ_２、第３の入力抵抗Ｒ_３、第１の入力保護抵抗Ｒ_ＩＮ１及び第２の入力保護抵抗Ｒ_ＩＮ２）を使用したセンサモジュールオフセットキャンセル回路２５としたこと、また使用する抵抗の数も少ないことからセンサモジュールオフセットキャンセル回路の小型化が図れる。従って、センサモジュールオフセットキャンセル回路２５を使用するセンサモジュール１を高所に設置した場合でも、センサモジュール１の交換作業が容易になる。 The first embodiment of the present invention has the following effects.
(1) The sensor module offset cancel circuit 25 according to the embodiment has a resistance (first input resistance R ₁ , second input resistance R ₂ , Sensor module offset cancel circuit 25 using three input resistors R ₃ , first input protection resistor R _IN1 and second input protection resistor R _IN2 ), and the number of resistors used is small, so that the sensor module The offset cancel circuit can be reduced in size. Therefore, even when the sensor module 1 using the sensor module offset cancel circuit 25 is installed at a high place, the replacement work of the sensor module 1 is facilitated.

また、第１の入力保護抵抗Ｒ_ＩＮ１及び第２の入力保護抵抗Ｒ_ＩＮ２を使用しない構成の場合、センサモジュールオフセットキャンセル回路２５はさらに小さくなり、センサモジュール１をさらに小型化することができる。 Further, when the first input protection resistor R _IN1 and the second input protection resistor R _IN2 are not used, the sensor module offset cancel circuit 25 is further reduced, and the sensor module 1 can be further downsized.

ここで、本実施例に使用するＭＰＵ１２（ＣＰＵ３３）とＤＡコンバータ３２による出力部分と分解能が２５６となるディジタル・ポテンションメータの構成比較について説明する。部品実装面積は、ディジタル・ポテンションメータにおいては２．９ｍｍ×２．８ｍｍと１．０ｍｍ×０．５ｍｍになるのに対して、実施例では１．０×０．５ｍｍと小さくなる。配線本数はディジタル・ポテンションメータにおいては８本になるのに対して、実施例では１本と大幅に少なくなる。分解能は、ディジタル・ポテンションメータが２５６であるのに対して、実施例では４０９６と大幅に高くなる。 Here, a configuration comparison of the output portion by the MPU 12 (CPU 33) and the DA converter 32 used in this embodiment and the digital potentiometer having a resolution of 256 will be described. The component mounting area is 2.9 mm × 2.8 mm and 1.0 mm × 0.5 mm in the digital potentiometer, whereas it is as small as 1.0 × 0.5 mm in the embodiment. The number of wirings is 8 in the digital potentiometer, while it is significantly reduced to 1 in the embodiment. The resolution is significantly higher at 4096 in the embodiment compared to 256 for the digital potentiometer.

（２）消費電力が大きい（例えば、４００μＡ）ディジタル・ポテンションメータを用いていないので、センサモジュールオフセットキャンセル回路の消費電力の低減が図れる。実施例の場合、消費電力は、例えば、１００μＡである。また、消費電力が小さいことからバッテリの消耗が小さく、バッテリの交換頻度を低くすることができる。 (2) Since a digital potentiometer with high power consumption (for example, 400 μA) is not used, the power consumption of the sensor module offset cancel circuit can be reduced. In the case of the embodiment, the power consumption is, for example, 100 μA. Further, since the power consumption is small, the battery consumption is small, and the battery replacement frequency can be reduced.

（３）ＣＰＵ３３はＭＰＵ１２で構成されている。このＭＰＵ１２の分解能は４０９６である。この分解能は分解能が２５６となるディジタル・ポテンションメータに比較して大幅に高くなる。この結果、ひずみセンサ７ａから入力されるわずかなオフセット電圧を確実にキャンセルすることができ、高精度のセンサモジュールオフセットキャンセル回路２５となる。従って、センサモジュールオフセットキャンセル回路２５を組み込んだセンサモジュール１も高精度にひずみ測定が行えるものとなる。 (3) The CPU 33 is composed of the MPU 12. The resolution of the MPU 12 is 4096. This resolution is significantly higher than a digital potentiometer with a resolution of 256. As a result, a slight offset voltage input from the strain sensor 7a can be canceled with certainty, resulting in a highly accurate sensor module offset cancel circuit 25. Therefore, the sensor module 1 incorporating the sensor module offset cancel circuit 25 can also perform strain measurement with high accuracy.

図６は本発明の実施例２であるセンサモジュールオフセットキャンセル回路を示す回路図である。実施例２のセンサモジュールオフセットキャンセル回路２５は、実施例１のセンサモジュールオフセットキャンセル回路２５におけるコントローラ３０において、コントローラ３０はＣＰＵ３３とＡＤコンバータ３１で構成し、ＤＡコンバータ３２はコントローラ３０から独立させた構成にしたものである。また、実施例２のセンサモジュールオフセットキャンセル回路２５においては、回路Ａと示す部分、または回路Ｂと示す部分を単一の半導体基板にモノリシックに形成することもできる。このようなモノリシック化によってさらにセンサモジュールオフセットキャンセル回路２５の小型化を図ることができる。 FIG. 6 is a circuit diagram showing a sensor module offset cancel circuit that is Embodiment 2 of the present invention. The sensor module offset cancel circuit 25 according to the second embodiment is a controller 30 in the sensor module offset cancel circuit 25 according to the first embodiment. The controller 30 includes a CPU 33 and an AD converter 31, and the DA converter 32 is independent from the controller 30. It is a thing. In the sensor module offset cancel circuit 25 of the second embodiment, the portion indicated by the circuit A or the portion indicated by the circuit B can be formed monolithically on a single semiconductor substrate. Such monolithic construction can further reduce the size of the sensor module offset cancel circuit 25.

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Nor.

本発明の実施例１であるセンサモジュールオフセットキャンセル回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the sensor module offset cancellation circuit which is Example 1 of this invention. 実施例１のセンサモジュールオフセットキャンセル回路が組み込まれたセンサモジュールの概要を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline | summary of the sensor module in which the sensor module offset cancellation circuit of Example 1 was integrated. 実施例１のセンサモジュールの概要を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating an outline of a sensor module according to Embodiment 1. FIG. 実施例１のセンサモジュールで用いるひずみセンサの概要を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the outline | summary of the strain sensor used with the sensor module of Example 1. FIG. 実施例１のセンサモジュールの使用態様を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the usage condition of the sensor module of Example 1. FIG. 本発明の実施例２であるセンサモジュールオフセットキャンセル回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the sensor module offset cancellation circuit which is Example 2 of this invention.

Explanation of symbols

１…センサモジュール、２…第１の配線基板、３…第２の配線基板、４…ポスト、５，６…スタッキングコネクタ、７ａ〜７ｃ…センサ、７ａ…ひずみセンサ、７ｂ…温度センサ、７ｃ…傾斜センサ、８…コード、９，１０…電子部品、１１…電子部品、１２…ＭＰＵ、１３…ＲＦＩＣ、１４…アンテナ、１５…シリコン半導体基板、１６…抵抗形成領域、１７…配線、１８…電極パッド、２５…センサモジュールオフセットキャンセル回路、２７…第１のオペアンプ（ＡＭＰ１）、２８…第２のオペアンプ（ＡＭＰ２）、２９…第３のオペアンプ（ＡＭＰ３）、３０…コントローラ、３１…ＡＤコンバータ（ＡＤ交換器）、３２…ＤＡコンバータ（ＤＡ交換器）、３３…中央処理装置（ＣＰＵ）、３５…モジュール、３６…上位コントローラ、４１…アンテナ、４２…ＲＦＩＣ、４３…ＣＰＵ、４４…コントローラ、５１…ＣＰＵ、５４…ループ、５５，５６，５７…反転箇所。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sensor module, 2 ... 1st wiring board, 3 ... 2nd wiring board, 4 ... Post, 5, 6 ... Stacking connector, 7a-7c ... Sensor, 7a ... Strain sensor, 7b ... Temperature sensor, 7c ... Tilt sensor, 8 ... code, 9, 10 ... electronic component, 11 ... electronic component, 12 ... MPU, 13 ... RFIC, 14 ... antenna, 15 ... silicon semiconductor substrate, 16 ... resistance forming region, 17 ... wiring, 18 ... electrode Pad: 25 ... Sensor module offset cancel circuit, 27 ... First operational amplifier (AMP1), 28 ... Second operational amplifier (AMP2), 29 ... Third operational amplifier (AMP3), 30 ... Controller, 31 ... AD converter (AD Exchanger), 32 ... DA converter (DA exchanger), 33 ... Central processing unit (CPU), 35 ... Module, 36 ... Host controller , 41 ... antenna, 42 ... RFIC, 43 ... CPU, 44 ... controller, 51 ... CPU, 54 ... loops, 55, 56, 57 ... inversion point.

Claims

A strain sensor;
First to third operational amplifiers;
A controller having a central processing unit for controlling the AD converter and the DA converter;
RFIC in which an input terminal, an output terminal and an input / output terminal are connected to an output terminal, an input terminal and an input / output terminal of the controller;
An antenna connected to an input / output terminal of the RFIC;
The strain sensor is formed of a Wheatstone bridge circuit having four resistors R _{S1 to} R _S4, and a connection portion between the resistor R _S1 and the resistor R _S3 serves as a first reference voltage terminal, and the resistor R _S2 and the resistor R A connection portion with R _S4 serves as a second reference voltage terminal, and a connection portion between the resistor R _S1 and the resistor R _S2 serves as a first terminal that outputs a voltage V _IN ⁻ , and the resistor R _S3 and the resistor R _S4. And the second terminal that outputs the voltage V _IN ⁺
The first operational amplifier consists voltage follower, between the non-inverting input terminal and the first terminal is connected to the first input resistor R ₁ is,
It said second operational amplifier consists voltage follower, between the non-inverting input terminal and the second terminal is connected to the second input resistance R _2,
The output terminal of the first operational amplifier is connected to the inverting input terminal of the third operational amplifier, the output terminal of the second operational amplifier is connected to the non-inverting input terminal of the third operational amplifier,
The output terminal of the third operational amplifier is connected to the input terminal of the AD converter,
A gain adjustment signal is sent from the central processing unit to the gain adjustment terminal of the third operational amplifier;
A third input resistor R ₃ is connected between the non-inverting input terminal of the second operational amplifier and the second input resistor R ₂ and between the output terminal of the DA converter. The output voltage V _DA to be output is sent to the non-inverting input terminal of the second operational amplifier,
A sensor module offset cancel circuit for canceling an offset voltage of the strain sensor.

In the sensor module offset cancel circuit according to claim 1,
Wherein the first terminal end of the first input protection resistor R _IN1 of the second reference voltage is supplied is connected to it and the other end connected in parallel with the input resistor R ₁ of the first,
And wherein the second terminal end of the second input protection resistor R _IN2 to the second reference voltage is supplied to it and the other end connected in parallel with the input resistor R ₂ of the second is connected Sensor module offset cancel circuit.

In the sensor module offset cancel circuit according to claim 1,
When the voltage V _IN ⁺ of the second terminal has a positive offset value with respect to the voltage V _IN ⁻ of the first terminal, the output voltage V _DA of the DA converter is a value lower than the voltage V _IN ^+. Set to
When the voltage V _IN ^{+ at} the second terminal has a negative offset value with respect to the voltage V _IN ^{− at} the first terminal, the output voltage V _DA of the DA converter is higher than the voltage V _IN ^+. Set,
When the offset value between the voltage V _IN ⁺ and the voltage V _IN ⁻ is zero, the output voltage V _DA is set to half the voltage of the first reference voltage terminal _VCC or in the input direction. A sensor module offset cancel circuit.

In the sensor module offset cancel circuit according to claim 1,
A voltage obtained by dividing the voltage difference between the voltage V _IN ⁺ and the output voltage V _DA input to the second operational amplifier by the second input resistor R ₂ and the third input resistor R ₃ is defined as V _1. ,
A gain adjustment signal supplied to the third operational amplifier and A _V,
The output voltage of the third operational amplifier and V _O,
The reference voltage of the third operational amplifier is V _ref ,
When the input offset voltage is canceled when V _DA = high impedance or V _DA = V _ref , the output voltage V _DA of the DA converter is

Is given by
Wherein _{V ref,} said _{R 2,} said _{R 3,} determine the final formula as a function of _{V O} by setting the _{A V,}
Then, using the final equation, the central processing unit repeatedly performs an operation until the output voltage V _O of the third operational amplifier converges to zero, thereby canceling the input offset voltage input to the third operational amplifier. A sensor module offset cancel circuit characterized by the above.

2. The sensor module offset cancel circuit according to claim 1, wherein the central processing unit includes a microprocessor having a resolution of 1024 to 4096.