JP2008122291A - Physical quantity change measuring device, physical quantity change measuring method, program for measuring physical quantity change, and recording medium recording the program - Google Patents

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JP2008122291A JP2006308138A JP2006308138A JP2008122291A JP 2008122291 A JP2008122291 A JP 2008122291A JP 2006308138 A JP2006308138 A JP 2006308138A JP 2006308138 A JP2006308138 A JP 2006308138A JP 2008122291 A JP2008122291 A JP 2008122291A
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Takeshi Hagino
健 萩野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a physical quantity change measuring device for performing highly accurate quantization without narrowing a measuring range. <P>SOLUTION: The physical quantity change measuring device includes: a first digital conversion processing part 30 for converting one voltage signal 11a corresponding to the change of a physical quantity into a first digital signal; an analog conversion processing part 31 for converting it into a first analog signal; a subtraction processing part 40 for outputting a subtraction signal 40a subtracting the first analog signal 31a from the other voltage signal 11b; a second amplification part 41 for outputting a signal 41a by enlarging the subtraction signal 40a; a second digital conversion processing part 70 for converting the signal 41a into a second digital signal 70a; and an addition processing part 80 for outputting an output signal 80a adding the second digital signal 70a and the first enlarged digital signal 32a. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、物理量変化測定装置等に関する。
例えば、物理量を高精度で測定するための物理量変化測定装置、方法、プログラム及びプログラムを記録した記録媒体に関する。
The present invention relates to a physical quantity change measuring device and the like.
For example, the present invention relates to a physical quantity change measuring apparatus, method, program, and recording medium for recording a program for measuring a physical quantity with high accuracy.

変位、速度、加速度や、音、光(画像)や、電磁気、温度などの物理量を測定する測定装置が知られ、デジタル信号処理の技術を用いて測定精度を向上させた測定装置が知られている(例えば、特許文献1)。
このような測定装置は、物理量の変化に応じた電位変化を出力するセンサと、このセンサの出力信号をデジタルデータに変換するデジタル変換処理部と、を備えて構成されている。
Measurement devices that measure physical quantities such as displacement, velocity, acceleration, sound, light (image), electromagnetics, and temperature are known, and measurement devices that improve measurement accuracy using digital signal processing technology are known (For example, Patent Document 1).
Such a measuring apparatus includes a sensor that outputs a potential change according to a change in physical quantity, and a digital conversion processing unit that converts an output signal of the sensor into digital data.

デジタル変換処理部は、変位センサの励振周波数成分を除去するローパスフィルタと、予め定められた分解能で各サンプリング時間の電圧値を数値に変換するA/D変換器と、を備えて構成される。
このような測定装置において、物理量変化(例えば変位)がセンサによって検出され、センサから物理量変化に応じた電位変化を有する信号が出力される。
この信号は、デジタル変換処理部に入力され、ローパスフィルタを通過した後、A/D変換部によってAD変換される。すると、センサによる検出結果がデジタルデータとして得られる。このようにデジタルデータとして得られた測定データは所定の表示部においてデジタル表示されてもよく、あるいはさらなる測定結果の解析に用いられてもよい。
The digital conversion processing unit includes a low-pass filter that removes the excitation frequency component of the displacement sensor, and an A / D converter that converts the voltage value at each sampling time into a numerical value with a predetermined resolution.
In such a measurement apparatus, a physical quantity change (for example, displacement) is detected by a sensor, and a signal having a potential change corresponding to the physical quantity change is output from the sensor.
This signal is input to the digital conversion processing unit, passes through a low-pass filter, and is AD converted by the A / D conversion unit. Then, the detection result by the sensor is obtained as digital data. The measurement data obtained as digital data in this way may be digitally displayed on a predetermined display unit, or may be used for further analysis of measurement results.

このような測定装置の測定分解能を向上させるにあたっては、センサからの出力信号を拡大することが行われる。例えば、センサからの出力信号を2倍に拡大すると、測定対象である物理量の変化に対して信号の電位変化量は2倍になる。すると、変位に対する感度が2倍になるので、検出感度が高まり、わずかな物理量変化を高分解能に検出することができる。   In order to improve the measurement resolution of such a measuring apparatus, the output signal from the sensor is enlarged. For example, when the output signal from the sensor is doubled, the potential change amount of the signal is doubled with respect to the change of the physical quantity to be measured. Then, since the sensitivity to displacement is doubled, the detection sensitivity is increased, and a slight change in physical quantity can be detected with high resolution.

特開2005−241549号公報JP 2005-241549 A

しかしながら、A/D変換器はダイナミックレンジ(電圧検出レンジ)を有しており、A/D変換器に入力できる電圧値の幅が予め定められているという問題がある。
すなわち、入力信号がA/D変換器のダイナミックレンジを超過し、オーバーフローとなった場合、オーバーフローとなった期間の物理量の変化については、正確な量子化が行われないという問題が生じる。
例えば、単純に信号を2倍に拡大すると、A/D変換器のダイナミックレンジの都合上、測定可能領域は1/2になってしまう。
このように従来の測定装置にあっては、広い測定可能領域において高分解能の測定を行うことができなかった。
However, the A / D converter has a dynamic range (voltage detection range), and there is a problem that the width of the voltage value that can be input to the A / D converter is predetermined.
That is, when the input signal exceeds the dynamic range of the A / D converter and overflows, there is a problem that accurate quantization is not performed with respect to a change in physical quantity during the overflow period.
For example, if the signal is simply doubled, the measurable area is halved due to the dynamic range of the A / D converter.
As described above, the conventional measuring apparatus cannot perform high-resolution measurement in a wide measurable region.

本発明は、広い測定可能領域において高分解能の測定を行うことができる物理量変化測定装置、方法、プログラム、および、このプログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a physical quantity change measuring apparatus, method, program, and recording medium on which this program is recorded, which can perform high-resolution measurement in a wide measurable region.

本発明は、センサによって検出される物理量の変化に応じたアナログの電圧信号を入力すると共にこの電圧信号を2系統に分ける入力部と、この2系統に分けられた一方の電圧信号をデジタル信号に変換して第1のデジタル信号を出力する第1のデジタル変換処理部と、この第1のデジタル信号をアナログ信号に変換して第1のアナログ信号を出力するアナログ変換処理部と、前記2系統に分けられた他方の電圧信号から前記第1のアナログ信号を減算した減算信号を出力する減算処理部と、前記第1のデジタル信号を拡大して第1の拡大信号を出力する第1の拡大処理部と、前記減算信号を拡大して第2の拡大信号を出力する第2の拡大処理部と、前記第2の拡大信号をデジタル信号に変換して第2のデジタル信号を出力する第2のデジタル変換処理部と、この第2のデジタル信号と前記第1の拡大信号を加算した出力信号を出力する加算処理部と、を備えたことを特徴とする。   The present invention inputs an analog voltage signal corresponding to a change in a physical quantity detected by a sensor and inputs the voltage signal into two systems, and converts one voltage signal divided into the two systems into a digital signal. A first digital conversion processing unit that converts and outputs a first digital signal; an analog conversion processing unit that converts the first digital signal into an analog signal and outputs a first analog signal; and the two systems A subtraction processing unit that outputs a subtracted signal obtained by subtracting the first analog signal from the other voltage signal divided into a first enlarged signal that expands the first digital signal and outputs a first enlarged signal. A second enlargement processing unit for enlarging the subtraction signal and outputting a second enlargement signal; and a second for converting the second enlargement signal into a digital signal and outputting a second digital signal. Digital A conversion processing unit, characterized by comprising an adding unit which outputs an output signal obtained by adding the second digital signal and the first expansion signal.

ここで、前記入力部は、単一のセンサの電圧信号を2系統に分岐する構成でも、2つのセンサの電圧信号をそれぞれ出力することで、2系統に入力する構成としてもよい。前記入力部としては、単一のセンサの際には、入力信号を2系統に分岐する分岐部を例として挙げることができる。
第1のデジタル変換処理部と、アナログ変換処理部とは、センサの一方の電圧信号から減算用のアナログ信号を抽出する。
センサ出力に応じた電圧信号は、物理量の大きい変化に応じた振幅の大きい大振幅成分と、物理量の小さい変化に応じた振幅の小さい小振幅成分との加算と考えられる。第1のデジタル変換処理部と、アナログ変換処理部とは、電圧信号の振幅が一定幅以上の信号成分を抽出する。このため、第1のアナログ信号の例として、大振幅信号を挙げることができる。センサ出力の電圧信号から大振幅成分を減算すると、小振幅成分となる。
減算処理部は、アナログ信号である入力部の電圧信号から、アナログ信号である第1のアナログ信号を減算する。この減算は、例えば、オペアンプで実現できる。
第1の拡大処理部は、前記第1のデジタル信号を拡大して第1の拡大信号を出力する。第1の拡大処理部は、デジタル信号処理による値の拡大とすることができる。第2の拡大処理部は、前記減算信号を拡大して第2の拡大信号を出力する。この拡大は、アナログ信号の増幅とすることができ、例えばトランジスターを使用することができる。第1のデジタル変換処理部はアナログ信号である第2の拡大信号をデジタル信号に変換する。
これらのデジタル変換処理部としては、例えば、ローパスフィルタと、A/D変換器との組み合わせを例として挙げることができる。
加算処理部は、デジタル信号の加算を行う。第2のデジタル信号は、減算信号(例えば、小振幅成分)を拡大(増幅)したアナログ信号を量子化(デジタル化)したデジタル信号である。第1の拡大信号は、センサからの電圧信号を量子化(例えば、大振幅成分)し、拡大したデジタル信号である。加算処理部は、例えば大振幅成分のデジタル信号を拡大し、拡大したデジタル信号と、例えば小振幅成分のデジタル信号とを加算する。この加算は、論理回路で行っても、CPUとメモリとプログラムとの組み合わせとしても良い。
Here, the input unit may be configured to branch the voltage signal of a single sensor into two systems, or may be configured to input the voltage signals of two sensors to input into two systems. As the input unit, in the case of a single sensor, a branching unit that branches an input signal into two systems can be exemplified.
The first digital conversion processing unit and the analog conversion processing unit extract an analog signal for subtraction from one voltage signal of the sensor.
The voltage signal corresponding to the sensor output is considered to be an addition of a large amplitude component having a large amplitude corresponding to a large change in physical quantity and a small amplitude component having a small amplitude corresponding to a small change in physical quantity. The first digital conversion processing unit and the analog conversion processing unit extract signal components in which the amplitude of the voltage signal is greater than a certain width. For this reason, a large amplitude signal can be given as an example of the first analog signal. Subtracting the large amplitude component from the sensor output voltage signal results in a small amplitude component.
The subtraction processing unit subtracts the first analog signal that is an analog signal from the voltage signal of the input unit that is an analog signal. This subtraction can be realized by an operational amplifier, for example.
The first enlargement processing unit enlarges the first digital signal and outputs a first enlarged signal. The first expansion processing unit can perform value expansion by digital signal processing. The second enlargement processing unit enlarges the subtraction signal and outputs a second enlargement signal. This expansion can be an amplification of an analog signal, for example using a transistor. The first digital conversion processing unit converts the second enlarged signal, which is an analog signal, into a digital signal.
As these digital conversion processing units, for example, a combination of a low-pass filter and an A / D converter can be cited as an example.
The addition processing unit adds digital signals. The second digital signal is a digital signal obtained by quantizing (digitizing) an analog signal obtained by enlarging (amplifying) a subtraction signal (for example, a small amplitude component). The first enlarged signal is a digital signal obtained by quantizing the voltage signal from the sensor (for example, a large amplitude component) and expanding it. The addition processing unit expands, for example, a digital signal having a large amplitude component, and adds the expanded digital signal and a digital signal having a small amplitude component, for example. This addition may be performed by a logic circuit or a combination of a CPU, a memory, and a program.

このような構成によれば、被測定物の物理量の変化に応じた電圧信号が2系統に分けられ、一方の電圧信号は、第1のデジタル信号と、減算用の第1のアナログ信号となる。そして、減算処理部が、他方の電圧信号から、この第1のアナログ信号を減算することで、例えば小振幅信号を抽出する。本発明では、この減算信号を拡大し、デジタル変換処理することで、量子化に関して高分解能での測定を行う。この減算信号を高分解能(高解像度)で量子化したデジタル信号は、物理量に対して、増幅された状態となっている。しかし、センサ等の電圧信号の全体を拡大するのではなく、減算信号(例えば小振幅成分)を拡大しているため、測定レンジを狭めることなく、分解能を高めている。測定レンジは、センサから入力される電圧信号の大きさであり、被測定物の物理量変化の大きさである。さらに、第1のデジタル信号は、第1の拡大処理部によって拡大される。そして、加算処理部は、拡大した減算信号である第2のデジタル信号と、拡大された第1の拡大信号とを加算する。   According to such a configuration, the voltage signal corresponding to the change in the physical quantity of the object to be measured is divided into two systems, and one voltage signal becomes the first digital signal and the first analog signal for subtraction. . Then, the subtraction processing unit subtracts the first analog signal from the other voltage signal to extract, for example, a small amplitude signal. In the present invention, this subtraction signal is enlarged and subjected to digital conversion processing, whereby measurement with high resolution is performed with respect to quantization. The digital signal obtained by quantizing the subtraction signal with high resolution (high resolution) is in an amplified state with respect to the physical quantity. However, since the entire voltage signal of the sensor or the like is not enlarged but the subtraction signal (for example, a small amplitude component) is enlarged, the resolution is improved without narrowing the measurement range. The measurement range is the magnitude of the voltage signal input from the sensor and the magnitude of the change in the physical quantity of the object to be measured. Further, the first digital signal is enlarged by the first enlargement processing unit. Then, the addition processing unit adds the second digital signal that is the enlarged subtraction signal and the enlarged first enlarged signal.

本発明では、第1のデジタル変換処理部が、一方の電圧信号をデジタル信号に変換する。例えば、量子ビット数q1で量子化する。アナログ変換処理部は、このデジタル信号をアナログ信号に変換する。この第1のアナログ信号には、量子ビット数qの分解能よりも高い分解能でなければ量子化できない振幅(または波高)の小さい小振幅成分は含まれず、振幅(または波高)の大きい大振幅成分のみとなる。小振幅成分は、物理量(例えば、変位)の小さい変化に対応した成分であり、大振幅成分は、物理量の大きい変化に対応した成分である。すなわち、大小の振幅成分は、周波数に着目した成分ではなく、電圧信号の大きさに着目した成分である。
減算処理部は、他方の電圧信号から、大振幅成分のみを含む第1のアナログ信号を減算する。すると、量子ビット数q1で量子化されない小振幅成分の減算信号(アナログ信号)が抽出される。
In the present invention, the first digital conversion processing unit converts one voltage signal into a digital signal. For example, quantization is performed with the number of quantum bits q 1 . The analog conversion processing unit converts this digital signal into an analog signal. This first analog signal, a small small-amplitude component of an amplitude which can not be quantized unless higher resolution than the resolution of the quantum bits q 1 (or height) is not included, a large a large amplitude component of the amplitude (or height) It becomes only. The small amplitude component is a component corresponding to a small change in physical quantity (for example, displacement), and the large amplitude component is a component corresponding to a large change in physical quantity. That is, the large and small amplitude components are components that focus on the magnitude of the voltage signal, not components that focus on the frequency.
The subtraction processing unit subtracts the first analog signal including only the large amplitude component from the other voltage signal. Then, a subtraction signal (analog signal) of a small amplitude component that is not quantized with the number of qubits q 1 is extracted.

本発明では、2系統に分けた電圧信号をそれぞれ使用して、一方の電圧信号から大振幅成分を抽出し、他方の電圧信号からこれを減算することで、小振幅成分である減算信号を抽出することができる。この小振幅成分の抽出に際しては、測定レンジは狭まっていない。
さらに、この小振幅成分を拡大して、拡大後の電圧信号をデジタルデータ(第2のデジタル信号)に変換する。この拡大後の量子化により、高い分解能での測定値を得ることができる。これにより、測定レンジを狭めることなく、高い分解能での測定を行うことができる。
In the present invention, each of the voltage signals divided into two systems is used to extract a large amplitude component from one voltage signal and subtract it from the other voltage signal to extract a subtraction signal that is a small amplitude component. can do. In extracting this small amplitude component, the measurement range is not narrowed.
Further, the small amplitude component is expanded, and the expanded voltage signal is converted into digital data (second digital signal). Measurements with high resolution can be obtained by the quantization after the enlargement. Thereby, it is possible to perform measurement with high resolution without narrowing the measurement range.

本発明では、減算処理部の減算と、加算処理部の加算にて、センサ及び第1のデジタル変換処理部の同一の信号(減算はアナログ信号で、加算はデジタル信号)を使用するため、第1のデジタル変換処理部等の機器特性に応じた調整が不要である。
そして、第1の拡大処理部(デジタルでの拡大)での拡大率と、第2の拡大処理部(アナログでの増幅)での拡大率とを、同一比率とすると、正確で高分解能での測定とすることができる。また、校正の結果に応じて、両者の拡大率を微調整することで精度向上を図ることもできる。
In the present invention, the same signal (subtraction is an analog signal and addition is a digital signal) of the sensor and the first digital conversion processing unit is used for subtraction of the subtraction processing unit and addition of the addition processing unit. Adjustment according to device characteristics, such as 1 digital conversion processing part, is unnecessary.
If the enlargement ratio in the first enlargement processing section (digital enlargement) and the enlargement ratio in the second enlargement processing section (analog amplification) are the same ratio, the accurate and high resolution can be obtained. It can be a measurement. In addition, the accuracy can be improved by finely adjusting the enlargement ratio of both in accordance with the result of calibration.

本発明では、特に、物理量の変化の中心位置を電圧検出レンジの中心位置に合致させる作業を行わなくとも、減算処理部の減算により減算信号の中心位置が電圧検出レンジの中心位置近傍となるため、測定レンジ内の微少な変化を増幅して高精度に測定することができる。従って、物理量の測定に際して、中心を合わせるための位置合わせなどの困難で煩雑な作業を不要とすることができる。
本発明では、デジタル変換処理部を効率良く使用するため、従来と同様の測定レンジで分解能を高めることもでき、また、従来と同様の分解能としつつ測定レンジを広げることもできる。
このように、本発明によると、測定レンジを狭めることなく分解能を高くすることができる。
In the present invention, the center position of the subtraction signal becomes close to the center position of the voltage detection range by subtraction of the subtraction processing unit without performing the work of matching the center position of the physical quantity change to the center position of the voltage detection range. A minute change within the measurement range can be amplified and measured with high accuracy. Therefore, when measuring the physical quantity, it is possible to dispense with difficult and complicated operations such as alignment for aligning the centers.
In the present invention, since the digital conversion processing unit is used efficiently, the resolution can be increased in the same measurement range as the conventional one, and the measurement range can be expanded while maintaining the same resolution as the conventional one.
Thus, according to the present invention, the resolution can be increased without narrowing the measurement range.

さらに、本発明では、第1のデジタル変換処理部が、センサの電圧信号を所定のビット数q1でデジタル信号に変換し、アナログ変換処理部が、これを第1のアナログ信号に変換することで、量子化ビット数q1では量子化されない小振幅成分を除去し、大振幅成分を抽出することができる。このため、入力される電圧信号の周波数の高低にかかわらず、大振幅の成分を抽出することができる。
そして、加算については、デジタル信号での加算であるため、第2のデジタル変換処理部のダイナミックレンジ(電圧検出レンジ)と無関係に、大振幅成分の振幅に相当する第2のデジタル信号の数値を拡大することができる。従って、測定レンジを狭めることなく、小振幅成分を増幅した分解能で、もとの大振幅成分を加算したデジタル信号を得ることができる。
Furthermore, in the present invention, the first digital conversion processing unit converts the voltage signal of the sensor into a digital signal with a predetermined number of bits q 1 , and the analog conversion processing unit converts this into a first analog signal. Thus, the small amplitude component which is not quantized with the quantization bit number q 1 can be removed, and the large amplitude component can be extracted. Therefore, it is possible to extract a large amplitude component regardless of the frequency of the input voltage signal.
Since the addition is performed with a digital signal, the numerical value of the second digital signal corresponding to the amplitude of the large amplitude component is used regardless of the dynamic range (voltage detection range) of the second digital conversion processing unit. Can be enlarged. Accordingly, it is possible to obtain a digital signal obtained by adding the original large amplitude component with a resolution obtained by amplifying the small amplitude component without narrowing the measurement range.

本発明では、前記第1のデジタル変換処理部の分解能に基づいて、前記第1の拡大処理部の拡大係数n1と前記第2の拡大処理部の拡大係数n2とを設定することが好ましい。
ここで、n1とn2とは、無次元の倍数で等しい単位とすると取扱いやすい。単位を等しいとして、n1とn2とを同一とすると、高分解能の測定をすることができる。
In the present invention, based on the resolution of the first digital conversion unit, it is preferable to set the magnification factor n 2 of the first expansion coefficient of the enlargement processing unit of n 1 and the second enlargement processing section .
Here, n 1 and n 2 are easy to handle if they are equal units in dimensionless multiples. If the units are equal and n 1 and n 2 are the same, high-resolution measurement can be performed.

本発明では、前記センサを駆動する駆動信号の周期に基づいて、前記分岐した2つの信号を同期させる同期処理部を備えることが好ましい。
同期処理部は、前記駆動信号を同期信号として、減算処理部の処理を遅延させる処理としても良い。
In this invention, it is preferable to provide the synchronous process part which synchronizes the two said branched signals based on the period of the drive signal which drives the said sensor.
The synchronization processing unit may be a process of delaying the processing of the subtraction processing unit using the drive signal as a synchronization signal.

このような構成によれば、前記第1のデジタル変換部と、アナログ変換部の処理について、遅延の分散(ばらつき)が許容されるため、より高度な信号処理を行うこともできる。   According to such a configuration, delay dispersion (variation) is allowed for the processing of the first digital conversion unit and the analog conversion unit, so that more advanced signal processing can be performed.

本発明の物理量変化測定方法は、被測定物の物理量の変化量を測定すると共に当該変化量に応じたアナログの電圧信号を出力するセンサ工程と、当該電圧信号を2系統に分ける入力工程と、この2系統に分けられた一方の電圧信号をデジタル信号に変換して第1のデジタル信号を出力する第1のデジタル変換処理工程と、この第1のデジタル信号をアナログ信号に変換して第1のアナログ信号を出力する第1のアナログ変換処理工程と、前記2系統に分けられた他方の電圧信号から前記第1のアナログ信号を減算した減算信号を出力する第1のアナログ減算工程と、前記第1のデジタル信号を拡大して第1の拡大信号を出力する第1の拡大処理工程と、前記減算信号を拡大して第2の拡大信号を出力する第2の拡大処理工程と、前記第2の拡大信号をデジタル信号に変換して第2のデジタル信号を出力する第2のデジタル変換処理工程と、この第2のデジタル信号と前記第1の拡大信号を加算した出力信号を出力する加算処理工程と、を備えたことを特徴とする。   The physical quantity change measuring method of the present invention includes a sensor process for measuring a change quantity of a physical quantity of an object to be measured and outputting an analog voltage signal corresponding to the change quantity, and an input process for dividing the voltage signal into two systems. A first digital conversion processing step of converting one of the voltage signals divided into the two systems into a digital signal and outputting a first digital signal, and converting the first digital signal into an analog signal into a first signal A first analog conversion processing step for outputting the analog signal, a first analog subtraction step for outputting a subtraction signal obtained by subtracting the first analog signal from the other voltage signal divided into the two systems, A first enlargement processing step of enlarging the first digital signal and outputting a first enlargement signal; a second enlargement processing step of enlarging the subtraction signal and outputting a second enlargement signal; Expansion of 2 A second digital conversion processing step of converting the signal into a digital signal and outputting a second digital signal; and an addition processing step of outputting an output signal obtained by adding the second digital signal and the first enlarged signal; , Provided.

本発明の物理量変化測定用プログラムは、物理量変化測定装置を使用して、物理量の変化を測定するためのプログラムである。この物理量変化測定装置は、ハードウエア資源として、センサによって検出される物理量の変化に応じたアナログの電圧信号が入力されると共にこの電圧信号を2系統に分ける入力部と、この2系統に分けられた一方の電圧信号をデジタル信号に変換して第1のデジタル信号を出力する第1のデジタル変換処理部と、この第1のデジタル信号をアナログ信号に変換して第1のアナログ信号を出力するアナログ変換処理部と、前記2系統に分けられた他方の電圧信号から前記第1のアナログ信号を減算した減算信号を出力する減算処理部と、この減算信号の振幅をn1倍に増幅して第2の拡大信号を出力する増幅部と、この第2の拡大信号をデジタル信号に変換して第2のデジタル信号を出力する第2のデジタル変換処理部と、前記第1及び第2のデジタル信号をデータとして記憶するメモリと、このメモリに併設され当該メモリに格納されるデータを処理することで所定の拡大部として機能するCPU、とを備えている。
そして、物理量変化測定用プログラムは、当該CPUに、前記増幅部の利得n1を設定するための第1の設定手順と、前記拡大部の拡大係数n2を設定するための第2の設定手順と、前記第1のデジタル変換処理部から出力される第1のデジタル信号をn2倍に拡大して第1の拡大信号を出力するための拡大手順と、この拡大手順に応じて拡大された第1の拡大信号と前記第2のデジタル信号を加算した出力信号を出力するための加算手順と、を実行させる、ことを特徴とする。
The physical quantity change measurement program of the present invention is a program for measuring a change in physical quantity using a physical quantity change measuring device. This physical quantity change measuring device is divided into two systems as hardware resources, an analog voltage signal corresponding to the change in the physical quantity detected by the sensor is input and the voltage signal is divided into two systems. A first digital conversion processing unit that converts the other voltage signal into a digital signal and outputs the first digital signal; and converts the first digital signal into an analog signal and outputs the first analog signal. An analog conversion processing unit, a subtraction processing unit for outputting a subtraction signal obtained by subtracting the first analog signal from the other voltage signal divided into the two systems, and amplifying the amplitude of the subtraction signal by n 1 times An amplifying unit for outputting a second enlarged signal; a second digital conversion processing unit for converting the second enlarged signal into a digital signal and outputting a second digital signal; Comprises a memory for storing a digital signal as data, CPU functioning as the predetermined expansion portion by processing the data stored in the memory installed together in the memory, and.
Then, the physical quantity change measurement program stores, in the CPU, a first setting procedure for setting the gain n 1 of the amplification unit and a second setting procedure for setting the expansion coefficient n 2 of the expansion unit. And an enlargement procedure for enlarging the first digital signal output from the first digital conversion processing unit by n 2 times to output a first enlarged signal, and an enlargement procedure according to the enlargement procedure An addition procedure for outputting an output signal obtained by adding the first enlarged signal and the second digital signal is executed.

ここで、CPUに実行させる各手順は、CPUに実現させる機能であっても良い。各手順、すなわち、第1の設定手順、第2の設定手順、拡大手順及び加算手順は、CPUと接続されたキーボードやポインティングデバイス等の入力手段からの入力や操作に従って、論理演算により計算や制御を行う。
拡大手順は、上述した第1の拡大処理部に、加算手順は、加算処理部に対応する。
Here, each procedure executed by the CPU may be a function realized by the CPU. Each procedure, that is, the first setting procedure, the second setting procedure, the enlargement procedure, and the adding procedure is calculated and controlled by logical operation in accordance with inputs and operations from an input means such as a keyboard and a pointing device connected to the CPU. I do.
The enlargement procedure corresponds to the first enlargement processing unit described above, and the addition procedure corresponds to the addition processing unit.

また、本発明の物理量変化測定用プログラムを記録した記録媒体は、このプログラムを記録し、CPUに接続されるハードディスク等の補助記憶装置に当該プログラムのファイルをインストールするための記録媒体である。記録媒体の例としては、CDやDVD等の光ディスクを挙げることができる。この例では、CPUに光ディスクドライブ(記録媒体の読取装置)を併設し、この読取装置から補助記憶装置にプログラムをインストールする。なお、プログラム又はそのファイルは、インターネット、LAN等のネットワークを介して、有線又は無線の通信によって伝送し、CPUを含むコンピュータに供給してインストールするようにしても良い。この場合、物理量変化測定装置のハードウエア資源を変化させることなく、デジタル信号処理の内容を事後的に更新することができる。   The recording medium recording the physical quantity change measurement program of the present invention is a recording medium for recording the program and installing the program file in an auxiliary storage device such as a hard disk connected to the CPU. Examples of the recording medium include optical disks such as CD and DVD. In this example, an optical disk drive (recording medium reader) is provided in the CPU, and a program is installed from the reader into the auxiliary storage device. The program or its file may be transmitted by wired or wireless communication via a network such as the Internet or a LAN, and supplied to a computer including a CPU for installation. In this case, the contents of the digital signal processing can be updated afterwards without changing the hardware resources of the physical quantity change measuring device.

さらに、CPUに各手順又は機能を実現させるようにプログラムを構成したため、各手順におけるパラメーター(n1,n2)を入力手段からの入力や、予め定めた測定の態様に応じて容易に変更することができる。このため、同一のデジタル変換処理部を使用しつつ、測定レンジを一定としたまま高分解能を得る測定と、分解能を一定としたまま広い測定レンジを得る測定とを切り替えることができる。 Further, since the program is configured to cause the CPU to implement each procedure or function, the parameters (n 1 , n 2 ) in each procedure are easily changed according to the input from the input means or a predetermined measurement mode. be able to. For this reason, it is possible to switch between measurement for obtaining a high resolution while keeping the measurement range constant and measurement for obtaining a wide measurement range while keeping the resolution constant while using the same digital conversion processing unit.

また、本発明の物理量変化測定装置は、被測定物の物理量の変化を検出すると共に当該物理量の変化に応じた電圧信号を出力する第1の変位センサと、前記被測定物の前記物理量の変化を検出すると共に当該物理量の変化に応じた振幅の電圧信号を出力する第2の変位センサと、前記第2の変位センサの電圧信号をデジタル信号に変換して第1のデジタル信号を出力する第1のデジタル変換処理部と、この第1のデジタル信号をアナログ信号に変換して第1のアナログ信号を出力するアナログ変換処理部と、前記第1のデジタル信号を拡大して第1の拡大信号を出力する第1の拡大処理部と、前記第1の変位センサの電圧信号から前記第1のアナログ信号を減算して減算信号を出力する減算処理部と、この減算信号を拡大して第2の拡大信号を出力する第2の拡大処理部と、この第2の拡大信号をデジタル信号に変換して第2のデジタル信号する第2のデジタル変換処理部と、この第2のデジタル信号と第1の拡大信号とを加算した出力信号を出力する加算処理部と、を備えたことを特徴とする。
ここで、第1及び第2のセンサが、それぞれ被測定物の物理量の変化を測定し、入力電圧を出力するため、上述した入力部による2系統への分岐は、ここでは、それぞれのセンサからの電圧信号に対応する。
The physical quantity change measuring device of the present invention also includes a first displacement sensor that detects a change in the physical quantity of the object to be measured and outputs a voltage signal corresponding to the change in the physical quantity, and a change in the physical quantity of the object to be measured. And a second displacement sensor that outputs a voltage signal having an amplitude corresponding to the change in the physical quantity, and a voltage signal of the second displacement sensor is converted into a digital signal and a first digital signal is output. 1 digital conversion processing unit, an analog conversion processing unit for converting the first digital signal into an analog signal and outputting the first analog signal, and a first enlarged signal by expanding the first digital signal , A subtraction processing unit that subtracts the first analog signal from the voltage signal of the first displacement sensor and outputs a subtraction signal, and expands the subtraction signal to a second Expanded signal A second enlargement processing unit for outputting, a second digital conversion processing unit for converting the second enlarged signal into a digital signal and outputting the second digital signal, and the second digital signal and the first enlarged signal. And an addition processing unit that outputs an output signal obtained by adding the two.
Here, since the first and second sensors respectively measure the change in the physical quantity of the object to be measured and output the input voltage, the branching to the two systems by the input unit described above is here from each sensor. Corresponds to the voltage signal.

このような構成によれば、第1の変位センサの出力と、第2の変位センサの出力とを用いて、アナログ減算と、デジタル加算とにより、測定レンジを狭めずに分解能を高めることができる。   According to such a configuration, the resolution can be increased without narrowing the measurement range by analog subtraction and digital addition using the output of the first displacement sensor and the output of the second displacement sensor. .

本発明では、前記第2のセンサを、前記第1のセンサによって測定される変位量と比較して変位量が1/mとなる位置に設置することが好ましい。
このため、第2のセンサの電位変化は、第1のセンサの電位変化の1/mとなる。従って、第2のセンサの測定レンジを広くし、または、測定レンジの狭いセンサを使用することができる。
In the present invention, it is preferable that the second sensor is installed at a position where the displacement is 1 / m compared to the displacement measured by the first sensor.
For this reason, the potential change of the second sensor is 1 / m of the potential change of the first sensor. Therefore, the measurement range of the second sensor can be widened, or a sensor with a narrow measurement range can be used.

以下、本発明の実施の形態を図示すると共に図中の各要素に付した符号を参照して説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the reference numerals assigned to the elements in the drawings.

(第1実施形態)
図1に、本発明の物理量変化測定装置の一実施形態の構成を示す。本実施形態による物理量変化測定装置は、センサ10(例えば、変位センサ)によって検出される物理量の変化に応じたアナログの電圧信号11a,11bを入力すると共にこの電圧信号を2系統に分ける入力部20と、この2系統に分けられた一方の電圧信号11aをデジタル信号に変換して第1のデジタル信号30aを出力する第1のデジタル変換処理部30と、の第1のデジタル信号をアナログ信号に変換して第1のアナログ信号31aを出力するアナログ変換処理部31と、前記2系統に分けられた他方の電圧信号11bから前記第1のアナログ信号31aを減算した減算信号40aを出力する減算処理部40と、を備えている。
物理量変化測定装置は、さらに、前記第1のデジタル信号30aを拡大して第1の拡大信号32aを出力する第1の拡大処理部(拡大部)32と、前記減算信号40aを拡大(増幅)して第2の拡大信号41aを出力する第2の拡大処理部(増幅部)41と、前記第2の拡大信号41aをデジタル信号に変換して第2のデジタル信号70aを出力する第2のデジタル変換処理部70と、この第2のデジタル信号70aと前記第1の拡大信号32aを加算した出力信号80aを出力する加算処理部80と、を備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows the configuration of an embodiment of the physical quantity change measuring apparatus of the present invention. The physical quantity change measuring device according to the present embodiment inputs analog voltage signals 11a and 11b corresponding to changes in physical quantity detected by a sensor 10 (for example, a displacement sensor) and divides this voltage signal into two systems. And the first digital signal of the first digital signal processing unit 30 that converts the one voltage signal 11a divided into the two systems into a digital signal and outputs the first digital signal 30a, and converts the first digital signal into an analog signal. An analog conversion processing unit 31 that converts and outputs the first analog signal 31a, and a subtraction process that outputs a subtraction signal 40a obtained by subtracting the first analog signal 31a from the other voltage signal 11b divided into the two systems Part 40.
The physical quantity change measuring device further enlarges (amplifies) the first enlargement processing unit (enlargement unit) 32 that enlarges the first digital signal 30a and outputs the first enlargement signal 32a, and the subtraction signal 40a. A second enlargement processing unit (amplification unit) 41 for outputting the second enlarged signal 41a, and a second output unit for converting the second enlarged signal 41a into a digital signal and outputting the second digital signal 70a. A digital conversion processing unit 70, and an addition processing unit 80 that outputs an output signal 80a obtained by adding the second digital signal 70a and the first enlarged signal 32a are provided.

本実施形態では、センサ10は、物理量の変化を測定し、その変化の大きさに応じて電位変化する電圧信号を出力するものとする。物理量としては、変位、速度、加速度や、音、光(画像)や、電磁気、温度などである。センサ10を変位センサとする構成につては、実施例として後述する。
入力部20は、センサ10の電位変化を2系統に分岐する。一方の電圧信号11aは、第1のデジタル変換処理部30に入力され、他方の電圧信号11bは、減算処理部40に入力される。
アナログ変換処理部31は、第1のデジタル信号をアナログ信号に変換することで、電圧信号11bのうち、大振幅成分を抽出する。すなわち、第1のデジタル変換処理部の量子ビットq1では量子化できない小振幅成分を除いた大振幅成分のみのアナログ信号31aを抽出する。ここでは、このアナログ信号を、他のアナログ信号(第2の拡大信号等)と区別して、第1のアナログ信号という。
減算処理部40は、センサ10の電圧信号11bから大振幅成分を減算することで、小振幅成分40aを得る。減算処理部4は、減算ではなく、アナログ変換処理部31からの第1のアナログ信号の正負を反転させて加算する加算処理部としても良い。デジタル変換処理部70は、この小振幅成分からなる減算信号40aをn1倍に増幅した後、分解能q2で量子化する。そして、拡大部6にて、大振幅成分からなる第1の拡大信号32aをn2倍に拡大し、加算処理部8にて、小振幅成分である第2のデジタル信号と加算する。これにより、測定レンジを狭めることなく、高分解能のデジタル信号を得る。
In the present embodiment, it is assumed that the sensor 10 measures a change in physical quantity and outputs a voltage signal that changes in potential according to the magnitude of the change. Physical quantities include displacement, speed, acceleration, sound, light (image), electromagnetics, temperature, and the like. A configuration in which the sensor 10 is a displacement sensor will be described later as an example.
The input unit 20 branches the potential change of the sensor 10 into two systems. One voltage signal 11 a is input to the first digital conversion processing unit 30, and the other voltage signal 11 b is input to the subtraction processing unit 40.
The analog conversion processing unit 31 extracts a large amplitude component from the voltage signal 11b by converting the first digital signal into an analog signal. That is, the analog signal 31a having only the large amplitude component excluding the small amplitude component that cannot be quantized by the qubit q1 of the first digital conversion processing unit is extracted. Here, this analog signal is referred to as a first analog signal in distinction from other analog signals (second enlarged signal or the like).
The subtraction processing unit 40 obtains the small amplitude component 40a by subtracting the large amplitude component from the voltage signal 11b of the sensor 10. The subtraction processing unit 4 may be an addition processing unit that inverts and adds the first analog signal from the analog conversion processing unit 31 instead of subtraction. The digital conversion processing unit 70 amplifies the subtraction signal 40a composed of the small amplitude component by n 1 times and then quantizes it with a resolution q 2 . Then, the enlargement unit 6 enlarges the first enlarged signal 32a composed of the large amplitude component by n 2 times, and the addition processing unit 8 adds the second enlarged digital signal that is the small amplitude component. Thereby, a high-resolution digital signal is obtained without narrowing the measurement range.

図2に示すように、センサ10は、物理量の変化に応じた電位変化を出力する。測定レンジ1では、符号1aの点線で示すように、電圧検出レンジの全体で測定レンジ1の範囲の変化を検出する。デジタル変換処理部30の電圧検出レンジを一定としたまま、物理量の検出の分解能を高めるには、符号1bの実線で示すように、測定レンジ1よりも狭い測定レンジ2の範囲の変化を測定する。この実線1bは、点線1aの測定レンジ2の範囲1cを、電圧検出レンジに拡大し、図中縦方向に引き延ばしたものである。   As shown in FIG. 2, the sensor 10 outputs a potential change corresponding to a change in physical quantity. In the measurement range 1, as indicated by the dotted line 1a, a change in the range of the measurement range 1 is detected in the entire voltage detection range. In order to increase the physical quantity detection resolution while keeping the voltage detection range of the digital conversion processing unit 30 constant, as shown by the solid line 1b, the change in the measurement range 2 narrower than the measurement range 1 is measured. . This solid line 1b is obtained by expanding the range 1c of the measurement range 2 of the dotted line 1a to the voltage detection range and extending it in the vertical direction in the figure.

すなわち、電圧信号が被測定物の物理量変化に比例した出力を発生させるセンサ10は、電圧信号に電気的な信号拡大の処理を施すことで、検出感度(量子化の分解能)を高めることができる。例えば、拡大処理によって出力電圧を2倍に拡大すると、変位に対する感度が2倍となる。変位等の物理量の変化が拡大された信号を後段のデジタル変換にて電圧値を読み取る場合に、デジタル変換素子(A/D変換器)の電圧読み取り分解能が同じであれば、感度が2倍となると、物理量の変化を2倍高い分解能で検出することができる。このように、A/D変換器のビット数(分解能)を変化させることなく、センサ10の電圧信号をn倍すると、その入力変位をn倍の高精度で検出することができる。   In other words, the sensor 10 that generates an output in which the voltage signal is proportional to the change in the physical quantity of the object to be measured can increase the detection sensitivity (quantization resolution) by subjecting the voltage signal to electrical signal expansion processing. . For example, when the output voltage is doubled by the enlargement process, the sensitivity to displacement is doubled. When a voltage value is read by digital conversion at the subsequent stage of a signal in which a change in physical quantity such as displacement is expanded, if the voltage reading resolution of the digital conversion element (A / D converter) is the same, the sensitivity is doubled. Then, a change in physical quantity can be detected with a resolution twice as high. Thus, when the voltage signal of the sensor 10 is multiplied by n without changing the number of bits (resolution) of the A / D converter, the input displacement can be detected with high accuracy of n times.

図3に示すように、本実施形態による物理量変化測定装置は、測定レンジ1の範囲で測定し、大振幅成分を除去した小振幅成分4aを増幅・拡大し、分解能q2で量子化することで、測定レンジ1としつつ、高分解能でのデジタル信号を得ることができる。すなわち、本来、測定レンジを符号7aで示す狭い範囲としなければならないところ、本実施形態では、小振幅成分4aを増幅して量子化することで、測定レンジ1の範囲を維持したまま、分解能q2で小振幅成分を量子化し、さらに、大振幅成分と加算することで、高い分解能での測定をすることができる。 As shown in FIG. 3, the physical quantity change measurement device according to the present embodiment, measured in the range of the measurement range 1, to amplify and expand small-amplitude components 4a removing the large amplitude component is quantized with a resolution q 2 that Thus, a digital signal with high resolution can be obtained while the measurement range 1 is set. That is, originally, the measurement range has to be a narrow range indicated by reference numeral 7a. In this embodiment, the small amplitude component 4a is amplified and quantized, so that the resolution q is maintained while maintaining the range of the measurement range 1. By quantizing the small amplitude component in 2 and adding it to the large amplitude component, measurement with high resolution can be performed.

図4に本実施例の出力信号80aの概要を示す。
符号30aは、センサ10からの電圧信号を第1のデジタル変換処理部30にて量子化した第1のデジタル信号である。符号32aは、この第1のデジタル信号を拡大部32にてn2倍に拡大した第1の拡大信号である。図4に示す例では、図示の都合上3倍の拡大と小さめの拡大であるが、この拡大率n2の値は第1のデジタル変換処理部30の量子ビットq1等に依存する。第1の拡大信号の値は、横の実線で示すとびとびの値に量子化・拡大されている。
符号70aは、減算信号40aをn1倍に拡大した第2の拡大信号を第2のデジタル変換処理部にて量子化したものである。符号70aで示す第2のデジタル信号の値はプラスであり、図4にて符号70a1で示す第2のデジタル信号70aの値はマイナスである。
符号80aは、第1のデジタル信号32aと、第2の拡大信号とを加算処理部80にて加算した出力信号である。
FIG. 4 shows an outline of the output signal 80a of this embodiment.
Reference numeral 30 a is a first digital signal obtained by quantizing the voltage signal from the sensor 10 by the first digital conversion processing unit 30. Reference numeral 32 a is a first enlarged signal obtained by enlarging the first digital signal by n 2 times with the enlargement unit 32. In the example shown in FIG. 4, the enlargement factor n 2 depends on the qubit q 1 and the like of the first digital conversion processing unit 30, although for the convenience of illustration, the enlargement is three times larger and the smaller enlargement. The value of the first enlarged signal is quantized and enlarged to the discrete value indicated by the horizontal solid line.
Reference numeral 70a is obtained by quantizing the second enlarged signal obtained by enlarging the subtraction signal 40a by n 1 times by the second digital conversion processing unit. The value of the second digital signal indicated by reference numeral 70a is positive, and the value of the second digital signal 70a indicated by reference numeral 70a1 in FIG. 4 is negative.
Reference numeral 80 a is an output signal obtained by adding the first digital signal 32 a and the second enlarged signal by the addition processing unit 80.

図4中左側の第1のデジタル信号は、第1のデジタル変換処理部30の電圧検出レンジである10 [V] に対して、量子化の段階は2のq1乗となっている。例えば、量子化ビットが4ビットであれば、量子化の段階は2の4乗で16段階である。実際の値は、0から15である(図中最大値を1マイナスしている)。第1のデジタル信号と、減算信号とをn1=n倍拡大・増幅すると、量子化の段階は2の(q1+q2)乗となる。これにより、本実施例の最終的な分解能を高めている。この図4中右側に対応する電圧検出レンジを示すと、量子化の段階よりも格段に狭い範囲となる。すなわち、本実施形態では、信号処理により、小さな電圧検出レンジを使用して、高い分解能での測定をすることができる。 The first digital signal on the left side in FIG. 4 has a quantization stage of 2 to the q 1 power with respect to 10 [V] which is the voltage detection range of the first digital conversion processing unit 30. For example, if the quantization bit is 4 bits, the number of quantization steps is 2 to the 4th power and 16 steps. The actual value is 0 to 15 (the maximum value in the figure is minus 1). When the first digital signal and the subtraction signal are enlarged and amplified by n 1 = n 2 times, the quantization stage becomes 2 (q 1 + q 2 ) power. Thereby, the final resolution of the present embodiment is increased. When the voltage detection range corresponding to the right side in FIG. 4 is shown, the range is much narrower than the quantization stage. That is, in this embodiment, it is possible to perform measurement with high resolution using a small voltage detection range by signal processing.

図4に示すように、本実施形態での分解能は、q1+q2のビット数となる。例えば、第1のデジタル変換処理部30の分解能qが4ビット(16段階)で、第2のデジタル変換処理部70の分可能が8ビット(256段階)の場合、本実施形態の物理量変化測定装置の最終的な分解能は4+8=12ビット、16×256=4096段階となる。このとき、電圧検出レンジが10 [V] とすると、4ビットの分解能(最小検出レンジ30b)は、10 [V] /16=0.625 [V] となる。増幅部41は、この最小検出レンジ30bある0.625 [V] 以内の波高(振幅の2倍)を有する減算信号40aを増幅して第2の拡大信号41aとし、第2のデジタル変換処理部70は、この第2の拡大信号41aを量子化して第2のデジタル信号70aとする。このため、第1のデジタル変換処理部30の分解能qに、第2のデジタル変換処理部の分解能q2を加えたものが、最終的な分解能となる。 As shown in FIG. 4, the resolution in this embodiment is q 1 + q 2 bits. For example, when the resolution q 1 of the first digital conversion processing unit 30 is 4 bits (16 steps) and the second digital conversion processing unit 70 is capable of 8 bits (256 steps), the physical quantity change of this embodiment The final resolution of the measuring device is 4 + 8 = 12 bits and 16 × 256 = 4096 steps. At this time, if the voltage detection range is 10 [V], the 4-bit resolution (minimum detection range 30b) is 10 [V] /16=0.625 [V]. The amplifying unit 41 amplifies the subtraction signal 40a having a wave height (twice the amplitude) within 0.625 [V] which is the minimum detection range 30b to obtain a second enlarged signal 41a, and the second digital conversion processing unit 70 The second enlarged signal 41a is quantized into a second digital signal 70a. For this reason, the resolution obtained by adding the resolution q2 of the second digital conversion processing unit to the resolution q1 of the first digital conversion processing unit 30 is the final resolution.

この減算信号40aの設計上許容する最大波高を分解能qによる最小の電圧検出幅の2倍(1ビット)以下とする例では、本実施形態による信号処理により、q1+q2−1のビット数での量子化となる。q1が4ビット、q2が8ビットの際には、分解能は11ビットとなる。 In the example the maximum height that allows the design of the subtraction signal 40a 2 times the minimum of the voltage detection width by resolution q 1 (1 bit) or less, the signal processing according to this embodiment, bit q 1 + q 2 -1 Quantization with numbers. When q 1 is 4 bits and q 2 is 8 bits, the resolution is 11 bits.

小振幅成分である減算信号40aの波高が、分解能qの最小の電圧検出幅の2倍(1ビット)以内と予定する例では、小振幅成分の最大電圧は、0.625 [V] ×2=1.25 [V] となる。この最小の電圧検出幅に対する想定される最大の振幅(波高)の倍数を、小振幅係数という。
この小振幅係数を2倍とする例では、10 [V] /1.25 [V] =8となり、小振幅成分を8倍することができる。すなわち、4[ビット]−1[ビット]=3ビット(8段階)分の拡大ができる。この減算する1[ビット]は、小振幅係数のビット表示である。小振幅係数を2倍若しくは2倍以上とすると、減算信号40aがプラスの値とマイナスの値を持つ際に、プラス側の最小検出幅と、マイナス側の最小検出幅とを余裕を持って使用し、増幅することができる。
In the example the pulse height of the subtraction signal 40a is small-amplitude components, schedule twice (1 bit) within the minimum voltage detection width resolution q 1, the maximum voltage of small amplitude components, 0.625 [V] × 2 = 1.25 [V]. A multiple of the assumed maximum amplitude (wave height) with respect to this minimum voltage detection width is referred to as a small amplitude coefficient.
In the example in which the small amplitude coefficient is doubled, 10 [V] /1.25 [V] = 8, and the small amplitude component can be multiplied by 8. That is, it is possible to expand 4 [bits] -1 [bits] = 3 bits (8 steps). This 1 [bit] to be subtracted is a bit display of a small amplitude coefficient. When the small amplitude coefficient is set to 2 times or more, when the subtraction signal 40a has a plus value and a minus value, the plus side minimum detection width and the minus side minimum detection width are used with a margin. And can be amplified.

第1のデジタル変換処理部30の分解能qが8ビットで256段階の際には、電圧検出レンジを分解能で除すると、10 [V] /256=0.039 [V] となる。
小振幅係数が1の場合、減算信号の波高はこの分解能qによる最小検出レンジ30b以下となる。
10 [V] /0.039 [V] =256倍
すなわち、小振幅係数が1倍で、q1が8ビットの際には、256倍でき、これは、8[ビット]8ビット(256段階)分の拡大である。
小振幅係数が2の場合、減算信号の波高はこの分解能qによる最小検出レンジ30bの2倍以下となる。
0.039 [V] ×2=0.078 [V]
10 [V] /0.078 [V] =128倍
すなわち、q1が8ビットの際には、128倍できる。
8[ビット]−1[ビット]=7ビット(128段階)分の拡大ができる。
When the resolution q 1 of the first digital conversion processing unit 30 is 8 bits and 256 levels, dividing the voltage detection range by the resolution yields 10 [V] /256=0.039 [V].
If small amplitude coefficient is 1, the wave height of the subtraction signal is equal to or less than the minimum detection range 30b by the resolution q 1.
10 [V] /0.039 [V] = 256 times That is, when the small amplitude coefficient is 1 time and q 1 is 8 bits, it can be 256 times, which is 8 [bits] 8 bits (256 steps). ).
If small amplitude factor is 2, the wave height of the subtraction signal is less than twice the minimum detection range 30b by the resolution q 1.
0.039 [V] x 2 = 0.078 [V]
10 [V] /0.078 [V] = 128 times That is, when q 1 is 8 bits, it can be 128 times.
8 [bits] -1 [bits] = 7 bits (128 steps) can be expanded.

上述したように本実施形態によると、第1のデジタル変換処理部30及びアナログ変換処理部31が大振幅成分(第1のアナログ信号31a)を抽出し、センサ10の電圧信号11aから減算することで、小振幅成分の減算信号40aを得て、この小振幅成分の減算信号40aを増幅した後にデジタル信号に変換するため、測定レンジ1を狭めることなく、高分解能の測定をすることができる。   As described above, according to the present embodiment, the first digital conversion processing unit 30 and the analog conversion processing unit 31 extract the large amplitude component (first analog signal 31a) and subtract it from the voltage signal 11a of the sensor 10. Thus, since the small amplitude component subtraction signal 40a is obtained and the small amplitude component subtraction signal 40a is amplified and converted into a digital signal, high resolution measurement can be performed without narrowing the measurement range 1.

(実施例1)
次に、実施例1による物理量変化測定装置(変位測定装置)を説明する。
再度図1を参照すると、本実施例1では、センサとして、変位センサ10を採用している。そして、変位測定装置は、被測定物の変位量を測定すると共に当該変位量に応じた振幅の電圧信号を出力する変位センサ10と、この変位センサ10の出力信号を平滑化する平滑化部11と、を備えている。
(Example 1)
Next, the physical quantity change measuring apparatus (displacement measuring apparatus) according to the first embodiment will be described.
Referring to FIG. 1 again, the first embodiment employs a displacement sensor 10 as a sensor. The displacement measuring apparatus measures the amount of displacement of the object to be measured and outputs a voltage signal having an amplitude corresponding to the amount of displacement, and a smoothing unit 11 that smoothes the output signal of the displacement sensor 10. And.

図5に示すように、本実施例では、変位センサ10として、差動トランスを採用する。差動トランスは、様々なタイプのものがあるが、基本的な構成としては、キャリア信号となる一定周波数の交流電圧を励起信号10aとして発振する発振回路13と、この交流電圧が印加される一次コイル12と、2つのコイルを有し一次コイルの励磁に応じて誘起電圧を発生し、その差動結合の電圧差を出力する二次コイル14と、一次コイル12と二次コイル14との間に設置され物理量の変化に追従して当該コイルと平行に動作する可動鉄心15とを備えている。変位センサ10は、被測定物の表面の高さに追従して中心軸17を中心として回動する接触子16を有する。   As shown in FIG. 5, in this embodiment, a differential transformer is employed as the displacement sensor 10. There are various types of differential transformers, but as a basic configuration, an oscillation circuit 13 that oscillates using a constant frequency AC voltage serving as a carrier signal as an excitation signal 10a, and a primary to which this AC voltage is applied. Between the coil 12, the secondary coil 14 having two coils, generating an induced voltage in response to excitation of the primary coil, and outputting the voltage difference of the differential coupling, and the primary coil 12 and the secondary coil 14. And a movable iron core 15 that moves in parallel with the coil following the change in the physical quantity. The displacement sensor 10 has a contact 16 that rotates about a central axis 17 following the height of the surface of the object to be measured.

接触子16が、被測定物の表面高さに追従し中心軸17を中心とする回動により可動鉄心が中心位置から移動すると、二次コイル14の上下のコイルの誘起電圧に差が生じ、その差に比例した交流電圧が現れる。中心位置からの上下に応じて、交流電圧の位相が変化する。差動トランスは、この可動鉄心と二次コイルとの性質を利用して、可動鉄心の動作に応じて振幅が変化する交流信号10b,10cを出力する。図5(A)に示す状態から、図5(B)に示す状態に変化すると、二次コイル14の交流信号10bの振幅から、10cの振幅に変化する。変位センサ10は、この交流信号10a,10bを、変位量に応じた電位変化に変換して、平滑化部11に出力する。
変位センサ10の時間的な追従性能は、発振回路13の励起信号10aの周波数によって定まる。
平滑化部11は、キャリア信号10aを除去し、高周波数成分を除去することで、平滑化する。これにより、変位量に比例した電位変化(変位信号)を出力する。入力部20は、平滑化部11の出力信号を、2系統に分岐させる。
When the movable iron core moves from the center position by the rotation of the contact 16 following the surface height of the object to be measured and pivoting about the center axis 17, a difference occurs in the induced voltages of the upper and lower coils of the secondary coil 14, An AC voltage proportional to the difference appears. The phase of the AC voltage changes according to the vertical direction from the center position. The differential transformer uses the properties of the movable iron core and the secondary coil to output AC signals 10b and 10c whose amplitude changes according to the operation of the movable iron core. When the state shown in FIG. 5A changes to the state shown in FIG. 5B, the amplitude of the AC signal 10b of the secondary coil 14 changes to the amplitude of 10c. The displacement sensor 10 converts the AC signals 10 a and 10 b into a potential change corresponding to the amount of displacement and outputs the change to the smoothing unit 11.
The temporal tracking performance of the displacement sensor 10 is determined by the frequency of the excitation signal 10a of the oscillation circuit 13.
The smoothing unit 11 performs smoothing by removing the carrier signal 10a and removing high frequency components. As a result, a potential change (displacement signal) proportional to the amount of displacement is output. The input unit 20 branches the output signal of the smoothing unit 11 into two systems.

図6に、実施例1での各信号の例を示す。この例では、次の設定としている。
・変位センサの測定可能範囲: ±500 [μm]
・平滑化処理後の信号の振幅: ±5 [V]
・第1及び第2のデジタル変換処理のダイナミックレンジ: ±5 [V]
・第1のデジタル変換処理の分解能 4ビット(16段階): 0.625 [V]
・第2のデジタル変換処理の分解能 8ビット(256段階): 0.04 [V]
FIG. 6 shows an example of each signal in the first embodiment. In this example, the following settings are used.
・ Measurable range of displacement sensor: ± 500 [μm]
・ Signal amplitude after smoothing: ± 5 [V]
-Dynamic range of the first and second digital conversion processing: ± 5 [V]
-Resolution of the first digital conversion process 4 bits (16 steps): 0.625 [V]
-Resolution of the second digital conversion process 8 bits (256 steps): 0.04 [V]

平滑化部11は、図6(A)に示すように、変位信号(電位変化)を出力する。すなわち、変位センサ10によって検出された変位信号は、平滑化部11で平滑化され、変位と電圧とが比例する変位信号11aに変換される。その信号11aは±5 [V] の間で変動する。平滑化部11から出力される変位信号11aを2系統に分岐し、一方の変位信号11aは第1のデジタル変換処理部30に、もう一方の変位信号11bは減算処理部40へと送る。この信号の例では、すでに後段の第1のデジタル変換処理部30のダイナミックレンジ±5 [V] に近い振幅を持っているので、このままでは変位を拡大することができず、高分解能の信号処理を行うことができない。   As shown in FIG. 6A, the smoothing unit 11 outputs a displacement signal (potential change). That is, the displacement signal detected by the displacement sensor 10 is smoothed by the smoothing unit 11 and converted into a displacement signal 11a in which displacement and voltage are proportional. The signal 11a varies between ± 5 [V]. The displacement signal 11 a output from the smoothing unit 11 is branched into two systems. One displacement signal 11 a is sent to the first digital conversion processing unit 30, and the other displacement signal 11 b is sent to the subtraction processing unit 40. In the example of this signal, the amplitude is already close to the dynamic range ± 5 [V] of the first digital conversion processing unit 30 in the subsequent stage. Therefore, the displacement cannot be expanded as it is, and high resolution signal processing is performed. Can not do.

第1のデジタル変換処理部30に送られた変位信号11aは、図6(B)に示すように、この時点でデジタル信号30aに変換される。
この例では、第1のデジタル変換処理部30の量子化の分解能qは比較的低めに設定し、また、入力のダイナミックレンジはセンサのダイナミックレンジと同じ程度の広さのレンジにする。
ここでは、分解能0.625 [V] 以下の小さな振幅の成分は検出されず、図6(C)に示すような量子化されたデジタル信号30a(大振幅成分)を得る。
The displacement signal 11a sent to the first digital conversion processing unit 30 is converted into a digital signal 30a at this time, as shown in FIG. 6B.
In this example, the quantization resolution q 1 of the first digital conversion processing unit 30 is set relatively low, and the input dynamic range is set to a range as wide as the sensor dynamic range.
Here, a small amplitude component having a resolution of 0.625 [V] or less is not detected, and a quantized digital signal 30a (large amplitude component) as shown in FIG. 6C is obtained.

この信号は2系統に分割され、一方は後段のアナログ変換処理部31において再度アナログ信号31aに変換される。もう一方は、拡大部32での係数処理の後、加算処理部80に送られる。
平滑化部11から減算処理部40へ送られた信号11bと、平滑化部11から第1のデジタル変換処理部30及びアナログ変換処理部31を経由し減算処理部40へ送られる信号31aとは、減算処理部40にて減算演算される。
第1のデジタル変換処理部で量子化され、アナログ変換された信号31aが、元の信号11bから減じられ、図6(D)に示す信号(小振幅成分)40aが得られる。
この信号40aは、デジタル変換処理部30において検出されなかった0.625(×2)[V]以下の小さな振幅の変動成分である。
この「(×2)」は、上記小振幅係数である。
This signal is divided into two systems, one of which is converted again into the analog signal 31a in the analog conversion processing unit 31 at the subsequent stage. The other is sent to the addition processing unit 80 after coefficient processing in the enlargement unit 32.
A signal 11b sent from the smoothing unit 11 to the subtraction processing unit 40 and a signal 31a sent from the smoothing unit 11 to the subtraction processing unit 40 via the first digital conversion processing unit 30 and the analog conversion processing unit 31. The subtraction processing unit 40 performs a subtraction operation.
The signal 31a quantized and analog-converted by the first digital conversion processing unit is subtracted from the original signal 11b, and a signal (small amplitude component) 40a shown in FIG. 6D is obtained.
This signal 40 a is a small amplitude fluctuation component of 0.625 (× 2) [V] or less that has not been detected by the digital conversion processing unit 30.
This “(× 2)” is the small amplitude coefficient.

減算処理部40を経た小振幅成分のアナログ信号40aは、増幅部41において振幅が増幅され、図6(E)に示すアナログ信号41aとなる。元の信号11bは、デジタル変換処理のダイナミックレンジに近い振幅を持つため、そのままでは振幅拡大が不可能であるが、減算処理されたアナログ信号41aはダイナミックレンジに比べて振幅が十分に小さいので、変位を拡大することが可能になる。   The analog signal 40a of the small amplitude component that has passed through the subtraction processing unit 40 is amplified in amplitude by the amplification unit 41, and becomes an analog signal 41a shown in FIG. Since the original signal 11b has an amplitude close to the dynamic range of the digital conversion process, the amplitude cannot be expanded as it is, but the subtracted analog signal 41a has a sufficiently smaller amplitude than the dynamic range. The displacement can be enlarged.

この例において、デジタル変換処理部により量子化の分解能qは0.625 [V] であるため、減算処理された後の信号は、分解能0.625 [V]( の2倍(1.25 [V]))以下の振幅成分を持っている。第1のデジタル変換処理部30のダイナミックレンジは、±5 [V] なので、最大、16倍(8倍)の変位拡大が可能である。すなわち、実施例1等での最大の増幅率n1は、第1のデジタル変換処理部の分解能qと、第1のデジタル変換処理部の電圧検出レンジとによって計算し、設定することができる。 In this example, since the quantization resolution q 1 by the digital conversion processing unit is 0.625 [V], the signal after the subtraction processing has a resolution of 0.625 [V] (twice (1.25 [V])) or less. Has an amplitude component. Since the dynamic range of the first digital conversion processing unit 30 is ± 5 [V], the displacement can be expanded up to 16 times (8 times) at the maximum. That is, the maximum amplification factor n 1 in the first embodiment can be calculated and set by the resolution q 1 of the first digital conversion processing unit and the voltage detection range of the first digital conversion processing unit. .

第2のデジタル変換処理部70は、変位が増幅された第2の拡大信号41aを量子化し、第2のデジタル信号とする。第1のデジタル変換処理部30及び拡大部32を経た第1の拡大信号32aと、第2のデジタル変換処理部70から出力される第2のデジタル信号70aとは、加算処理部80で加算され、再び一つの信号に合成される。図6(F)に示す例では、第1のデジタル信号と、第2のデジタル信号との、図における横分解能に相当するサンプリングレートを異なるように表記しているが、同一としても良い。サンプリングレートが異なる際には、この加算処理部80の前段階にて、両デジタル信号32a及び70aのサンプリングレートを一致させるための移動平均処理等を行う。   The second digital conversion processing unit 70 quantizes the second enlarged signal 41a in which the displacement has been amplified to obtain a second digital signal. The first digital signal 32 a that has passed through the first digital conversion processing unit 30 and the expansion unit 32 and the second digital signal 70 a output from the second digital conversion processing unit 70 are added by the addition processing unit 80. Are again combined into one signal. In the example shown in FIG. 6F, the sampling rate corresponding to the lateral resolution in the drawing is different for the first digital signal and the second digital signal, but they may be the same. When the sampling rates are different, moving average processing or the like for matching the sampling rates of both digital signals 32a and 70a is performed before the addition processing unit 80.

第1のデジタル変換処理部30と、第2のデジタル変換処理部70は、量子ビット(電圧分解能)が異なるため、それぞれの出力値をそのまま加算すると、小振幅成分と大振幅成分でスケールが異なってしまう。通常の測定に際しては、拡大部32にてn2倍する係数処理を行い、2つの信号を等価にする。両者を等価として、すなわち、n1とn2とを等しくして加算したデジタル信号を図6(F)に示す。この加算処理された信号は、広測定レンジでかつ高分解能の情報を持っており、変位センサ10の変位信号をより高精度に検出できる。 Since the first digital conversion processing unit 30 and the second digital conversion processing unit 70 have different qubits (voltage resolution), if the output values are added as they are, the scale differs between the small amplitude component and the large amplitude component. End up. In normal measurement, the enlargement unit 32 performs a coefficient process of multiplying n 2 to make the two signals equivalent. FIG. 6F shows a digital signal in which both are equivalent, that is, n 1 and n 2 are equalized and added. This added signal has a wide measurement range and high resolution information, and the displacement signal of the displacement sensor 10 can be detected with higher accuracy.

この例では,第1のデジタル変換処理部30と、第2のデジタル変換処理部70の分解能は、それぞれ4ビットと8ビットであるため、変位センサ10の測定可能範囲±500 [μm] を、測定レンジの低下を伴わずに、12ビット(11ビット)の分解能で検出することと等価である。仮に、元の信号をそのまま変位拡大し、12ビット(11ビット)の分解能で変位検出を行う場合には、信号拡大と反比例して変位センサの測定可能範囲は狭くなり、小振幅係数を2[倍]とすると、500 [μm] / 8[倍] = ±62 [μm] の測定範囲しか得られない。   In this example, since the resolution of the first digital conversion processing unit 30 and the second digital conversion processing unit 70 is 4 bits and 8 bits, respectively, the measurable range ± 500 [μm] of the displacement sensor 10 is This is equivalent to detection with a resolution of 12 bits (11 bits) without a decrease in the measurement range. If the original signal is subjected to displacement expansion as it is and displacement detection is performed with a resolution of 12 bits (11 bits), the measurable range of the displacement sensor becomes narrower in inverse proportion to the signal expansion, and the small amplitude coefficient is set to 2 [ Double], only a measurement range of 500 [μm] / 8 [times] = ± 62 [μm] can be obtained.

上記のように、実施例1等では、前記第1のデジタル変換処理部30の分解能qに基づいて、前記増幅部41の利得n1と前記拡大部32の拡大係数n2とを設定する。通常の測定では、n=n2とする。 As described above, in Example 1 or the like, the gain n 1 of the amplification unit 41 and the expansion coefficient n 2 of the expansion unit 32 are set based on the resolution q 1 of the first digital conversion processing unit 30. . In normal measurement, n 1 = n 2 .

上述したように実施例1に係る装置では、入力変位に比例した電圧信号を発生する変位センサの電圧信号を大振幅成分と小振幅成分とに分離し、小振幅成分を増幅して量子化し、その後に拡大した大振幅成分のデジタル信号と加算するため、測定レンジの低下を伴わずに、変位を拡大して高分解能の信号処理を実現することが可能になる。
そして、従来、高分解能で高精度の測定を実現するためには、被測定物の厳密な位置合わせを実施する必要があったが、その作業負荷が大幅に軽減される。
As described above, in the apparatus according to the first embodiment, the voltage signal of the displacement sensor that generates the voltage signal proportional to the input displacement is separated into the large amplitude component and the small amplitude component, and the small amplitude component is amplified and quantized, Since it is then added to the enlarged digital signal of the large amplitude component, it is possible to realize high resolution signal processing by enlarging the displacement without lowering the measurement range.
Conventionally, in order to realize high-resolution and high-accuracy measurement, it has been necessary to perform exact alignment of the object to be measured, but the work load is greatly reduced.

(実施例2)
次に、実施例2を説明する。実施例2は、実施例1を方法として開示するものである。また、物理量変化測定装置用プログラム(変位測定装置用プログラム)や、その記録媒体を説明する。
(Example 2)
Next, Example 2 will be described. Example 2 discloses Example 1 as a method. A physical quantity change measuring device program (displacement measuring device program) and its recording medium will be described.

図7に、本実施例2の変位測定方法の構成例を示す。
まず、変位センサ10が、被測定物の物理量の変化を測定すると共に、図8(A)に示す当該変位量に応じた振幅の電圧信号(変位信号11a,11b)を出力する(ステップS1,センサ工程)。続いて、入力部20が、当該電圧信号11a,11bを2系統に分岐する(ステップS2,入力工程)。さらに、第1のデジタル変換処理部30が、この入力工程S2からの一方の電圧信号11aを図8(B)に示す第1のデジタル信号30aに変換する(ステップS3,第1のデジタル変換処理工程)。続いて、アナログ変換処理部31は、前記第1のデジタル信号30aをアナログ信号に変換することで、図8(C)に示す第1のアナログ信号(大振幅成分信号)31aを生成する(ステップS4,アナログ変換処理工程)。
In FIG. 7, the structural example of the displacement measuring method of the present Example 2 is shown.
First, the displacement sensor 10 measures a change in the physical quantity of the object to be measured and outputs voltage signals (displacement signals 11a and 11b) having an amplitude corresponding to the displacement shown in FIG. 8A (step S1, S1). Sensor process). Subsequently, the input unit 20 branches the voltage signals 11a and 11b into two systems (step S2, input process). Further, the first digital conversion processing unit 30 converts one voltage signal 11a from the input step S2 into a first digital signal 30a shown in FIG. 8B (step S3, first digital conversion processing). Process). Subsequently, the analog conversion processing unit 31 converts the first digital signal 30a into an analog signal, thereby generating a first analog signal (large amplitude component signal) 31a shown in FIG. S4, analog conversion processing step).

そして、減算処理部40は、図8(C)に示すように、前記入力工程S2の他方の電圧信号11bから当該大振幅成分信号31aを減算する(ステップS5,アナログ減算工程)。この減算により、図8(D)に示す小振幅成分のアナログ信号(減算信号)40aを得る。続いて、このアナログ減算工程S5からの減算信号40aの振幅をn1倍に増幅する(ステップS6,増幅工程)。さらに、第2のデジタル変換処理部70が、図8(D)及び図9(A)に示す増幅した大振幅成分のアナログ信号(第2の拡大信号)41aを、第2のデジタル信号70aに変換する(第2のデジタル変換処理工程)。 Then, as shown in FIG. 8C, the subtraction processing unit 40 subtracts the large amplitude component signal 31a from the other voltage signal 11b of the input step S2 (step S5, analog subtraction step). By this subtraction, an analog signal (subtraction signal) 40a having a small amplitude component shown in FIG. 8D is obtained. Subsequently, the amplitude of the subtraction signal 40a from the analog subtraction step S5 is amplified by n 1 times (step S6, amplification step). Further, the second digital conversion processing unit 70 converts the amplified large amplitude component analog signal (second enlarged signal) 41a shown in FIGS. 8D and 9A into the second digital signal 70a. Convert (second digital conversion processing step).

一方、拡大部32は、前記ステップS4からS7と並行して、前記第1のデジタル変換処理工程S3で出力される第1のデジタル信号をn2倍に拡大する(ステップS8,拡大工程)。さらに、この拡大工程S8で拡大された第1の拡大信号32aと、前記第2のデジタル変換処理工程S7の第2のデジタル信号70aとを加算する(ステップS9,デジタル加算工程)。 On the other hand, the enlargement unit 32 enlarges the first digital signal output in the first digital conversion processing step S3 by n 2 times in parallel with the steps S4 to S7 (step S8, enlargement step). Further, the first enlarged signal 32a enlarged in the enlargement step S8 and the second digital signal 70a of the second digital conversion processing step S7 are added (step S9, digital addition step).

図9(B)の符号81は、第1のデジタル信号による成分である。符号81で示す太線部分は、小振幅の減算信号41aを拡大し、量子化した成分70aである。図9(B)に示すように、大振幅成分32aと、小振幅成分70aの加算により、波形の再現性が高まっている。すなわち、図9(C)に示す高分解能でのデジタル信号80aを得ることができる。なお、図8及び図9に示す例では、第1及び第2のデジタル信号のサンプリングレートと、量子化ビット数とは同一である。   Reference numeral 81 in FIG. 9B is a component of the first digital signal. A thick line portion denoted by reference numeral 81 is a component 70a obtained by enlarging and quantizing the small-amplitude subtraction signal 41a. As shown in FIG. 9B, the reproducibility of the waveform is enhanced by the addition of the large amplitude component 32a and the small amplitude component 70a. That is, a high-resolution digital signal 80a shown in FIG. 9C can be obtained. In the examples shown in FIGS. 8 and 9, the sampling rates of the first and second digital signals and the number of quantization bits are the same.

再度図4を参照すると、実施例1の構成では、拡大部32及び加算処理部80は個々の要素として表記されている。この拡大部32及び加算処理部80は、CPUと、メモリと、プログラムとによって実現することもできる。
この場合、物理量変化測定装置(変位測定装置)は、第1及び第2のデジタル変換処理部30,70の出力信号を記憶するメモリと、このメモリに併設され当該メモリに格納されるデータを処理するCPUとを備える。そして、物理量変化測定用(変位測定用)プログラムは、このCPUとメモリとを使用して、当該CPUに、必要な設定と、拡大処理及び加算とを実行させる。
Referring to FIG. 4 again, in the configuration of the first embodiment, the enlargement unit 32 and the addition processing unit 80 are represented as individual elements. The enlargement unit 32 and the addition processing unit 80 can also be realized by a CPU, a memory, and a program.
In this case, the physical quantity change measuring device (displacement measuring device) processes the data stored in the memory that is provided in the memory and the memory that stores the output signals of the first and second digital conversion processing units 30 and 70. CPU. Then, the physical quantity change measurement (displacement measurement) program uses the CPU and the memory to cause the CPU to execute necessary settings, enlargement processing, and addition.

この変位測定用プログラムは、前記増幅部の利得n1を設定するための第1の設定手順(設定1)と、前記拡大部の拡大係数n2を設定するための第2の設定手順(設定2)と、前記第1のデジタル変換処理部から出力される第1のデジタル信号をn2倍に拡大するための拡大手順(ステップS8に対応)と、この拡大手順に応じて拡大された第1の拡大信号30aと、前記第2のデジタル変換処理部70の第2のデジタル信号70aとを加算するデジタル加算手順(ステップS9に対応)とを実行させる。 The displacement measurement program includes a first setting procedure (setting 1) for setting the gain n 1 of the amplifying unit and a second setting procedure (setting) for setting the expansion coefficient n 2 of the expanding unit. 2), an enlargement procedure (corresponding to step S8) for enlarging the first digital signal output from the first digital conversion processing unit by n 2 times, and an enlargement procedure corresponding to the enlargement procedure A digital addition procedure (corresponding to step S9) for adding one enlarged signal 30a and the second digital signal 70a of the second digital conversion processing unit 70 is executed.

この例では、プログラムにより、図7のステップS6で使用されるnと、ステップS8で使用されるn2との設定を行うことができる。従って、CPUに接続されたキーボードやパネル等の入力装置から当該n1及びn2を設定することができる。また、変位測定装置が測定モード(測定の役割や意図)を有する際には、測定モードが選択された際に、当該n1及びn2の値を自動的に設定するようにしても良い。 In this example, the program can set n 1 used in step S6 in FIG. 7 and n 2 used in step S8. Therefore, n 1 and n 2 can be set from an input device such as a keyboard or a panel connected to the CPU. Further, when the displacement measuring apparatus has a measurement mode (role or intention of measurement), the values of n 1 and n 2 may be automatically set when the measurement mode is selected.

この変位測定用プログラムは、光ディスク等の記録媒体に格納しておき、変位測定装置のCPUに併設された補助記憶装置に複写するようにしてもよい。また、変位測定装置が定常状態又はメンテナンス時にネットワークに接続される際には、遠隔のサーバーに併設されたハードディスク等の記録媒体から、ネットワークを介して、当該プログラム(ファイル)を変位測定装置に送信するようにしてもよい。   The displacement measurement program may be stored in a recording medium such as an optical disk and copied to an auxiliary storage device provided in the CPU of the displacement measurement device. When the displacement measuring device is connected to a network during steady state or maintenance, the program (file) is transmitted to the displacement measuring device via a network from a recording medium such as a hard disk provided in a remote server. You may make it do.

(実施例3)
図10に、本発明の実施例3の構成例を示す。実施例3は、実施例1及び2の構成に、符号90、91及び92で示す同期処理に必要な構成を加えたものである。すなわち、実施例3の変位測定装置は、変位センサ10を駆動する駆動信号(励起信号)10aの周期に基づいて、前記分岐した2つの信号を同期させる同期処理部90を備えている。
(Example 3)
In FIG. 10, the structural example of Example 3 of this invention is shown. The third embodiment is obtained by adding configurations necessary for the synchronization processing indicated by reference numerals 90, 91, and 92 to the configurations of the first and second embodiments. That is, the displacement measuring apparatus according to the third embodiment includes a synchronization processing unit 90 that synchronizes the two branched signals based on the cycle of the drive signal (excitation signal) 10 a that drives the displacement sensor 10.

実施例1及び2の手法では、平滑化部11から直接減算処理部40に送られる信号11aと、第1のデジタル変換処理部30及びアナログ変換処理部31を経由して減算処理部40に送られる信号31aとの間で、A/D変換器の動作速度や、変位信号の周波数に応じて、処理の過程の相違による位相差が発生する可能性がある。この位相差は、高精度な測定を行う際には、誤差要因となる。ここでは、同期処理部90が、減算処理部40に入力される2つの信号11a,31aに同期処理91,92を行い、2つの信号の間に発生しうる位相差の問題点を解決する。同期処理を実現するための入力信号としては、変位センサ10の励起信号10aを利用することができる。
この実施例3により、2系統の信号処理において2つの信号間に位相差が発生することを回避することによって、高精度な測定を実現できる。
In the methods of the first and second embodiments, the signal 11a directly sent from the smoothing unit 11 to the subtraction processing unit 40 and the first digital conversion processing unit 30 and the analog conversion processing unit 31 are sent to the subtraction processing unit 40. Depending on the operation speed of the A / D converter and the frequency of the displacement signal, there may be a phase difference due to a difference in processing process. This phase difference becomes an error factor when performing highly accurate measurement. Here, the synchronization processing unit 90 performs synchronization processing 91 and 92 on the two signals 11a and 31a input to the subtraction processing unit 40 to solve the problem of the phase difference that may occur between the two signals. As an input signal for realizing the synchronization processing, the excitation signal 10a of the displacement sensor 10 can be used.
According to the third embodiment, high-precision measurement can be realized by avoiding the occurrence of a phase difference between two signals in two-line signal processing.

さらに、実施例3によると、第1のデジタル変換部30と、アナログ変換部31の処理について、遅延の分散(ばらつき)が許容される。すなわち、ある一時期には小さい遅延で、別の一時期には大きい遅延となるようなバラツキがあっても、同期処理92で遅延可能な期間については、遅延のばらつきが許容される。すると、図1に示すデジタル変換処理30及びアナログ処理部313に相当する処理内容について、より高度な信号処理を行うこともできる。   Further, according to the third embodiment, dispersion (variation) of delay is allowed for the processing of the first digital conversion unit 30 and the analog conversion unit 31. That is, even if there is a variation in which a delay is small at one time and a large delay at another time, variation in delay is allowed for a period that can be delayed by the synchronization processing 92. Then, more advanced signal processing can be performed on the processing contents corresponding to the digital conversion processing 30 and the analog processing unit 313 shown in FIG.

図11に、大振幅成分の抽出に際して発生するノイズ93の例を示す。第1のデジタル変換処理部30やアナログ変換処理部31の処理において、電圧が変化する瞬間に図11に示すようなノイズ93が発生することがある。このノイズ93は、そのままでは、増幅部41又は拡大部32において同様に拡大されてしまうため、大きな誤差となる可能性がある。そこで、例えば、第1のデジタル変換処理部30の量子化サンプリングのタイミングを図11に示す矢印位置に設定することで、この影響を回避することができる。
また、同期処理91の直前に、ローパスフィルタにより高周波数成分を除去するようにしてもよい。
FIG. 11 shows an example of noise 93 generated when extracting a large amplitude component. In the processing of the first digital conversion processing unit 30 and the analog conversion processing unit 31, noise 93 as shown in FIG. 11 may occur at the moment when the voltage changes. If this noise 93 is left as it is, it will be similarly magnified by the amplifying unit 41 or the enlarging unit 32, which may cause a large error. Therefore, for example, this influence can be avoided by setting the quantization sampling timing of the first digital conversion processing unit 30 to the arrow position shown in FIG.
Further, immediately before the synchronization processing 91, a high frequency component may be removed by a low pass filter.

(実施例4)
実施例1から3に示した例では、一つの変位センサ10の出力からしきい値を越える大きな振幅の成分を抽出し、それ自身の信号からの差を計算することによって、小さな振幅の成分を求めた。実施例4では、2組以上の変位センサを使用することで、入力部20による分岐をせずに、実施例1から3と同様の信号処理を実現する。
Example 4
In the examples shown in the first to third embodiments, a component having a large amplitude exceeding a threshold value is extracted from the output of one displacement sensor 10, and a component having a small amplitude is calculated by calculating a difference from its own signal. Asked. In the fourth embodiment, by using two or more sets of displacement sensors, the same signal processing as in the first to third embodiments is realized without branching by the input unit 20.

図12に、本発明の実施例4の構成例を示す。図4の構成との相違点は、入力部20がなく、第2の変位センサ100及び平滑化部110を有する点である。この例は、第1のデジタル変換処理部30に入力する変位信号110aとして、第2の変位センサ100の信号を使用している。第2の変位センサ100にどのようなセンサを用いても、実施例1から3と同様の効果を実現できる。第1の変位センサ10の変位-電圧変換特性の直線性がよくない場合でも、より高精度な変位センサ100を利用して、その出力変位を参照値とすれば、高精度な測定が可能になる。   FIG. 12 shows a configuration example of the fourth embodiment of the present invention. The difference from the configuration of FIG. 4 is that the input unit 20 is not provided and the second displacement sensor 100 and the smoothing unit 110 are provided. In this example, the signal of the second displacement sensor 100 is used as the displacement signal 110 a input to the first digital conversion processing unit 30. Even if any sensor is used for the second displacement sensor 100, the same effects as in the first to third embodiments can be realized. Even if the linearity of the displacement-voltage conversion characteristic of the first displacement sensor 10 is not good, a highly accurate measurement can be performed by using the highly accurate displacement sensor 100 and using the output displacement as a reference value. Become.

図13に示す例では、前記第2の変位センサ100を、前記第1の変位センサ10によって測定される変位量の1/mとなる変位量を測定する位置101に設置している。
第2の変位センサ100のダイナミックレンジが第1の変位センサ10のレンジと比較して小さい場合には、第2の変位センサ100の変位測定位置101を支点に近い位置に移動することができる。第2の変位センサ100の測定位置101を、変位センサ10と支点との中心位置(m=2)に設定した場合、第2の変位センサのダイナミックレンジは第1のセンサの1/2でよい。
この実施例4に示したいずれの方法でも、後段の信号処理部は実施例1と同様の方法を用いて、変位拡大検出方式を実現することができる。
In the example shown in FIG. 13, the second displacement sensor 100 is installed at a position 101 where a displacement amount that is 1 / m of the displacement amount measured by the first displacement sensor 10 is measured.
When the dynamic range of the second displacement sensor 100 is smaller than the range of the first displacement sensor 10, the displacement measurement position 101 of the second displacement sensor 100 can be moved to a position close to the fulcrum. When the measurement position 101 of the second displacement sensor 100 is set to the center position (m = 2) between the displacement sensor 10 and the fulcrum, the dynamic range of the second displacement sensor may be 1/2 that of the first sensor. .
In any of the methods shown in the fourth embodiment, the signal processing unit in the subsequent stage can realize the displacement enlargement detection method using the same method as in the first embodiment.

このように、2組以上の変位センサを用いることで、変位感度の非直線性が大きいセンサを用いても、別の高精度なセンサを用いることで、高精度を維持できる。高精度なセンサを利用する場合、その測定可能なレンジが狭くても、検出位置をより測定子の視点に近い位置に設定することで、変位センサの全レンジに対応することができる。   As described above, by using two or more sets of displacement sensors, high accuracy can be maintained by using another high-accuracy sensor even if a sensor having large non-linearity of displacement sensitivity is used. When a highly accurate sensor is used, even if the measurable range is narrow, it is possible to deal with the entire range of the displacement sensor by setting the detection position to a position closer to the viewpoint of the probe.

以上、このような構成を備える物理量変化測定装置及び変位測定装置によれば、次に示すような顕著な効果を奏することができる。
(1)センサの電圧信号から、大振幅成分と小振幅成分とを得て、小振幅成分を増幅して量子化し、大振幅成分も拡大し、増幅した小振幅成分と、拡大した大振幅成分とを加算する実施例1から4では、測定レンジの低下を伴わずに変位等の物理量を拡大して高分解能の信号処理及び測定を実現することが可能になる。従来、高分解能で高帯域の測定を実現するためには、被測定物の厳密な位置合わせを実施する必要があったが、各実施例開示の手法によって、その作業負荷が大幅に低減される。
As described above, according to the physical quantity change measuring device and the displacement measuring device having such a configuration, the following remarkable effects can be obtained.
(1) Obtaining a large amplitude component and a small amplitude component from the voltage signal of the sensor, amplifying and quantizing the small amplitude component, expanding the large amplitude component, the amplified small amplitude component, and the expanded large amplitude component In the first to fourth embodiments that add the above, it is possible to realize high-resolution signal processing and measurement by enlarging the physical quantity such as displacement without lowering the measurement range. Conventionally, in order to realize high-resolution and high-bandwidth measurement, it has been necessary to perform precise alignment of the object to be measured. However, the work load is greatly reduced by the method disclosed in each example. .

(2)同期処理を行う実施例3では、2系統の信号処理において2つの信号間に位相差が発生することを回避することで、高精度な測定を実現することができる。 (2) In the third embodiment in which synchronization processing is performed, highly accurate measurement can be realized by avoiding the occurrence of a phase difference between two signals in two-line signal processing.

(3)また、2組以上のセンサを用いる実施例4では、変位感度の非直線性が大きいセンサを用いても、別の高精度なセンサを用いることで、高精度を維持することができる。高精度なセンサを利用する場合、その測定可能なレンジが狭くても、検出位置を測定子の支点に近い位置に設定することで、変位センサの全てのレンジに対応することができる。 (3) In Example 4 using two or more sets of sensors, high accuracy can be maintained by using another high-accuracy sensor even if a sensor having a large nonlinearity of displacement sensitivity is used. . When a highly accurate sensor is used, even if the measurable range is narrow, it is possible to deal with all the ranges of the displacement sensor by setting the detection position to a position close to the fulcrum of the measuring element.

なお、本発明の物理量変化測定装置は、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の変更を加え得ることは勿論である。例えば、第1のデジタル信号処理部と、アナログ変換処理部とを一体化して抽出部としてもよい。この抽出部は、電圧信号と予め定められた値とを比較する比較器や、出力信号を微分する微分器などを使用して大振幅成分を抽出するとよい。   Note that the physical quantity change measuring device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the gist of the present invention. For example, the first digital signal processing unit and the analog conversion processing unit may be integrated as an extraction unit. The extraction unit may extract a large amplitude component using a comparator that compares the voltage signal with a predetermined value, a differentiator that differentiates the output signal, and the like.

以上、説明したように本発明の物理量変化測定装置によれば、測定レンジを狭めることなく、高分解能の測定を行うことができる、という優れた効果を奏し得る。また、測定の用途に応じて、利得n1と拡大係数n2との値を調整することで、小振幅成分を強調した測定値や、大振幅成分を強調した測定値を得ることができる。 As described above, according to the physical quantity change measurement device of the present invention, it is possible to achieve an excellent effect that high-resolution measurement can be performed without narrowing the measurement range. Further, by adjusting the values of the gain n 1 and the expansion coefficient n 2 according to the measurement application, it is possible to obtain a measurement value in which the small amplitude component is emphasized and a measurement value in which the large amplitude component is emphasized.

本発明は、変位、速度、加速度や、音、光(画像)や、電磁気、温度などの物理量を高精度な測定に利用できる。また、変位測定については、例えば、形状や表面粗さなどの高精度な測定等に利用できる。   In the present invention, physical quantities such as displacement, velocity, acceleration, sound, light (image), electromagnetics, and temperature can be used for highly accurate measurement. Moreover, about displacement measurement, it can utilize for the highly accurate measurement etc., such as a shape and surface roughness, for example.

図1は、実施形態での構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example in the embodiment. 図2は、測定レンジと電圧検出レンジの関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the measurement range and the voltage detection range. 図3は、実施形態による動作原理を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an operation principle according to the embodiment. 図4は、出力信号の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an output signal. 図5(A)から(B)は、変位センサの一例である差動トランスを示す図である。FIGS. 5A to 5B are diagrams showing a differential transformer which is an example of a displacement sensor. 図6(A)から(F)は、実施例1での信号処理の概要を説明するための図である。FIGS. 6A to 6F are diagrams for explaining the outline of signal processing in the first embodiment. 図7は、実施例2での信号処理の順序を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the order of signal processing in the second embodiment. 図8(A)から(D)は、実施例1での信号処理の詳細を説明するための図である。FIGS. 8A to 8D are diagrams for explaining the details of the signal processing in the first embodiment. 図9(A)から(C)は、実施例1での信号処理の詳細を説明するための図である。FIGS. 9A to 9C are diagrams for explaining the details of the signal processing in the first embodiment. 図10は、実施例3での構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example according to the third embodiment. 図11は、オーバーシュートの一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of overshoot. 図12は、実施例4での構成例を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example according to the fourth embodiment. 図13は、実施例4での第2のセンサの配置位置の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of an arrangement position of the second sensor in the fourth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10…センサ(変位センサ)、11…平滑化部、20…入力部(分岐部)、30…第1のデジタル変換処理部、31…アナログ変換処理部、32…拡大部(第1の拡大処理部)、40…減算処理部、41…増幅部(第2の拡大処理部)、70…第2のデジタル変換処理部、80…加算処理部、90…同期処理部、100…第2の変位センサ。
11a,11b…センサからの電圧信号、30a…第1のデジタル信号(大振幅成分、デジタル)、31a…第1のアナログ信号(大振幅成分、アナログ)、40a…減算信号(小振幅成分、アナログ)、41a…第2の拡大信号(小振幅成分、アナログ)、70a…第2のデジタル信号(小振幅成分、デジタル)、80a…出力信号(小振幅成分と大振幅成分の加算、デジタル)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Sensor (displacement sensor), 11 ... Smoothing part, 20 ... Input part (branch part), 30 ... 1st digital conversion process part, 31 ... Analog conversion process part, 32 ... Enlargement part (1st enlargement process) Part), 40 ... subtraction processing part, 41 ... amplification part (second enlargement processing part), 70 ... second digital conversion processing part, 80 ... addition processing part, 90 ... synchronization processing part, 100 ... second displacement Sensor.
11a, 11b ... voltage signal from sensor, 30a ... first digital signal (large amplitude component, digital), 31a ... first analog signal (large amplitude component, analog), 40a ... subtraction signal (small amplitude component, analog) ), 41a, second enlarged signal (small amplitude component, analog), 70a, second digital signal (small amplitude component, digital), 80a, output signal (addition of small amplitude component and large amplitude component, digital).

Claims (8)

センサによって検出される物理量の変化に応じたアナログの電圧信号を入力すると共にこの電圧信号を2系統に分ける入力部と、
この2系統に分けられた一方の電圧信号をデジタル信号に変換して第1のデジタル信号を出力する第1のデジタル変換処理部と、
この第1のデジタル信号をアナログ信号に変換して第1のアナログ信号を出力するアナログ変換処理部と、
前記2系統に分けられた他方の電圧信号から前記第1のアナログ信号を減算した減算信号を出力する減算処理部と、
前記第1のデジタル信号を拡大して第1の拡大信号を出力する第1の拡大処理部と、
前記減算信号を拡大して第2の拡大信号を出力する第2の拡大処理部と、
前記第2の拡大信号をデジタル信号に変換して第2のデジタル信号を出力する第2のデジタル変換処理部と、
この第2のデジタル信号と前記第1の拡大信号を加算した出力信号を出力する加算処理部と、を備えたことを特徴とする物理量変化測定装置。
An input unit that inputs an analog voltage signal corresponding to a change in physical quantity detected by the sensor and divides the voltage signal into two systems;
A first digital conversion processing unit for converting one of the two voltage signals into a digital signal and outputting a first digital signal;
An analog conversion processing unit for converting the first digital signal into an analog signal and outputting the first analog signal;
A subtraction processing unit that outputs a subtraction signal obtained by subtracting the first analog signal from the other voltage signal divided into the two systems;
A first enlargement processing unit for enlarging the first digital signal and outputting a first enlarged signal;
A second enlargement processing unit that enlarges the subtraction signal and outputs a second enlargement signal;
A second digital conversion processing unit for converting the second enlarged signal into a digital signal and outputting a second digital signal;
An apparatus for measuring change in physical quantity, comprising: an addition processing unit that outputs an output signal obtained by adding the second digital signal and the first enlarged signal.
前記第1のデジタル変換処理部の分解能に基づいて前記第1の拡大処理部の拡大係数n1と前記第2の拡大処理部の拡大係数n2とを設定したことを特徴とする請求項1記載の物理量変化測定装置。 Claim 1, characterized in that setting the magnification factor n 2 of the second enlargement processing unit and the magnification factor n 1 of the first enlargement processing section based on the resolution of the first digital conversion processing unit The physical quantity change measuring device described. 前記センサを駆動する駆動信号の周期に基づいて、前記分岐した2つの信号を同期させる同期処理部を備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の物理量変化測定装置。 The physical quantity change measuring apparatus according to claim 1, further comprising a synchronization processing unit that synchronizes the two branched signals based on a cycle of a drive signal that drives the sensor. 被測定物の物理量の変化量を測定すると共に当該変化量に応じたアナログの電圧信号を出力するセンサ工程と、
当該電圧信号を2系統に分ける入力工程と、
この2系統に分けられた一方の電圧信号をデジタル信号に変換して第1のデジタル信号を出力する第1のデジタル変換処理工程と、
この第1のデジタル信号をアナログ信号に変換して第1のアナログ信号を出力する第1のアナログ変換処理工程と、
前記2系統に分けられた他方の電圧信号から前記第1のアナログ信号を減算した減算信号を出力する第1のアナログ減算工程と、
前記第1のデジタル信号を拡大して第1の拡大信号を出力する第1の拡大処理工程と、
前記減算信号を拡大して第2の拡大信号を出力する第2の拡大処理工程と、
前記第2の拡大信号をデジタル信号に変換して第2のデジタル信号を出力する第2のデジタル変換処理工程と、
この第2のデジタル信号と前記第1の拡大信号を加算した出力信号を出力する加算処理工程と、を備えたことを特徴とする物理量変化測定方法。
A sensor process for measuring the amount of change in the physical quantity of the object to be measured and outputting an analog voltage signal corresponding to the amount of change;
An input process for dividing the voltage signal into two systems;
A first digital conversion processing step of converting one of the two voltage signals into a digital signal and outputting a first digital signal;
A first analog conversion processing step of converting the first digital signal into an analog signal and outputting the first analog signal;
A first analog subtraction step for outputting a subtraction signal obtained by subtracting the first analog signal from the other voltage signal divided into the two systems;
A first enlargement processing step of enlarging the first digital signal and outputting a first enlarged signal;
A second enlargement processing step of enlarging the subtraction signal and outputting a second enlargement signal;
A second digital conversion processing step of converting the second enlarged signal into a digital signal and outputting a second digital signal;
An addition processing step of outputting an output signal obtained by adding the second digital signal and the first enlarged signal. A physical quantity change measuring method comprising:
センサによって検出される物理量の変化に応じたアナログの電圧信号が入力されると共にこの電圧信号を2系統に分ける入力部と、この2系統に分けられた一方の電圧信号をデジタル信号に変換して第1のデジタル信号を出力する第1のデジタル変換処理部と、この第1のデジタル信号をアナログ信号に変換して第1のアナログ信号を出力するアナログ変換処理部と、前記2系統に分けられた他方の電圧信号から前記第1のアナログ信号を減算した減算信号を出力する減算処理部と、この減算信号の振幅をn1倍に増幅して第2の拡大信号を出力する増幅部と、この第2の拡大信号をデジタル信号に変換して第2のデジタル信号を出力する第2のデジタル変換処理部と、前記第1及び第2のデジタル信号をデータとして記憶するメモリと、このメモリに併設され当該メモリに格納されるデータを処理することで所定の拡大部として機能するCPUとを備えた物理量変化測定装置を使用して、物理量の変化を測定するための物理量変化測定用プログラムであって、
当該CPUに、
前記増幅部の利得n1を設定するための第1の設定手順と、
前記拡大部の拡大係数n2を設定するための第2の設定手順と、
前記第1のデジタル変換処理部から出力される第1のデジタル信号をn2倍に拡大して第1の拡大信号を出力するための拡大手順と、
この拡大手順に応じて拡大された第1の拡大信号と前記第2のデジタル信号を加算した出力信号を出力するための加算手順と、を実行させることを特徴とする物理量変化測定用プログラム。
An analog voltage signal corresponding to a change in the physical quantity detected by the sensor is input, and an input unit that divides the voltage signal into two systems, and one voltage signal divided into the two systems is converted into a digital signal. A first digital conversion processing unit that outputs a first digital signal, an analog conversion processing unit that converts the first digital signal into an analog signal and outputs a first analog signal, and the two systems are divided. A subtraction processing unit that outputs a subtraction signal obtained by subtracting the first analog signal from the other voltage signal; an amplification unit that amplifies the amplitude of the subtraction signal by n 1 times and outputs a second enlarged signal; A second digital conversion processing unit that converts the second enlarged signal into a digital signal and outputs the second digital signal; a memory that stores the first and second digital signals as data; A physical quantity change measurement program for measuring a change in a physical quantity using a physical quantity change measuring device provided with a CPU functioning as a predetermined enlargement unit by processing data stored in the memory. Because
In the CPU
A first setting procedure for setting the gain n 1 of the amplifying unit;
A second setting procedure for setting the enlargement factor n 2 of the enlargement part;
An enlargement procedure for enlarging the first digital signal output from the first digital conversion processor by n 2 times and outputting a first enlarged signal;
A physical quantity change measurement program for executing an addition procedure for outputting an output signal obtained by adding the first enlarged signal and the second digital signal enlarged according to the enlargement procedure.
請求項5に記載の物理量変化測定用プログラムを記録した記録媒体。 A recording medium on which the physical quantity change measurement program according to claim 5 is recorded. 被測定物の物理量の変化を検出すると共に当該物理量の変化に応じた電圧信号を出力する第1の変位センサと、
前記被測定物の前記物理量の変化を検出すると共に当該物理量の変化に応じた振幅の電圧信号を出力する第2の変位センサと、
前記第2の変位センサの電圧信号をデジタル信号に変換して第1のデジタル信号を出力する第1のデジタル変換処理部と、
この第1のデジタル信号をアナログ信号に変換して第1のアナログ信号を出力するアナログ変換処理部と、
前記第1のデジタル信号を拡大して第1の拡大信号を出力する第1の拡大処理部と、
前記第1の変位センサの電圧信号から前記第1のアナログ信号を減算して減算信号を出力する減算処理部と、
この減算信号を拡大して第2の拡大信号を出力する第2の拡大処理部と、
この第2の拡大信号をデジタル信号に変換して第2のデジタル信号する第2のデジタル変換処理部と、
この第2のデジタル信号と第1の拡大信号とを加算した出力信号を出力する加算処理部と、を備えたことを特徴とする物理量変化測定装置。
A first displacement sensor that detects a change in the physical quantity of the object to be measured and outputs a voltage signal corresponding to the change in the physical quantity;
A second displacement sensor that detects a change in the physical quantity of the object to be measured and outputs a voltage signal having an amplitude corresponding to the change in the physical quantity;
A first digital conversion processing unit that converts a voltage signal of the second displacement sensor into a digital signal and outputs a first digital signal;
An analog conversion processing unit for converting the first digital signal into an analog signal and outputting the first analog signal;
A first enlargement processing unit for enlarging the first digital signal and outputting a first enlarged signal;
A subtraction processing unit for subtracting the first analog signal from the voltage signal of the first displacement sensor and outputting a subtraction signal;
A second enlargement processing unit for enlarging the subtraction signal and outputting a second enlarged signal;
A second digital conversion processing unit for converting the second enlarged signal into a digital signal and performing a second digital signal;
A physical quantity change measuring device comprising: an addition processing unit that outputs an output signal obtained by adding the second digital signal and the first enlarged signal.
前記第2のセンサを、前記第1のセンサによって測定される変位量の1/mとなる変位量を測定する位置に設置したことを特徴とする請求項7記載の物理量変化測定装置。 8. The physical quantity change measuring device according to claim 7, wherein the second sensor is installed at a position for measuring a displacement amount that is 1 / m of a displacement amount measured by the first sensor.
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