JP2008298775A - 静電力平衡計器における誤差を軽減するシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】力平衡計器システムであって、第1の電極プレートと第2の電極プレートとの間に配置された慣性プルーフマスを有する感知要素と、通常の極性構成において電荷パルスを該感知要素に提供することと、反対の極性構成において電荷パルスを該感知要素に提供することとの間で切り替え可能なスイッチングシステムと、第1の電荷サイクルの期間の間、該通常の極性構成において電荷パルスを該感知要素に提供するために、および第2の電荷サイクルの期間の間、該反対の極性構成において電荷パルスを該感知要素に提供するために、該スイッチシステムの切り替えを制御する制御論理デバイスとを備えている、力平衡計器システム。
【選択図】図1
Description
本出願は、本明細書において参考として援用され、「Force Balanced Instrument System and Method for Mitigating Errors」と題される、2005年1月7日出願の米国特許出願第11/031,271号に関連する。
本発明は、力平衡計器に関し、さらに詳細には、静電力平衡計器における誤差を軽減するシステムおよび方法に関する。
力平衡計器システムであって、
第1の電極プレートと第2の電極プレートとの間に配置された慣性プルーフマスを有する感知要素と、
通常の極性構成において電荷パルスを該感知要素に提供することと、反対の極性構成において電荷パルスを該感知要素に提供することとの間で切り替え可能なスイッチングシステムと、
第1の電荷サイクルの期間の間、該通常の極性構成において電荷パルスを該感知要素に提供するために、および第2の電荷サイクルの期間の間、該反対の極性構成において電荷パルスを該感知要素に提供するために、該スイッチシステムの切り替えを制御する制御論理デバイスと
を備えている、力平衡計器システム。
上記通常の極性構成と上記反対の極性構成との両方において、電荷パルスを上記感知要素に提供する単一の基準電圧をさらに備えている、項目1に記載のシステム。
上記反対の極性構成における上記制御論理デバイスは、上記スイッチングシステムを構成して、アースと仮想アースとのうちの1つに、上記第1の電極プレートと上記第2の電極プレートとのうちの選択されたプレートを交互に接続し、該第1の電極プレートと該第2の電極プレートとのうちの選択されていないプレートを上記プルーフマスに交互に接続し、そして該選択されていないプレートおよび該接続されたプルーフマスに電荷パルスを交互に提供する、項目1に記載のシステム。
上記通常の極性構成における上記制御論理デバイスは、上記スイッチングシステムを構成して、上記アースと上記仮想アースとのうちの1つに、上記第1の電極プレートと上記第2の電極プレートとのうちの選択されていないプレートを交互に接続し、該アースと該仮想アースとのうちの1つに上記プルーフマスを接続し、そして電荷パルスを受け取るために、該第1の電極プレートと該第2の電極プレートとのうちの選択されたプレートを交互に接続する、項目3に記載のシステム。
動作増幅器をさらに備えており、該動作増幅器は、上記スイッチングシステムの第1の部分から電荷パルスを受け取り、該スイッチングシステムの第2の部分に該電荷パルスを提供し、該スイッチングシステムは、上記上部電極プレートと上記下部電極プレートとのうちの1つに該電荷パルスを提供することの間で選択する、項目1に記載のシステム。
上記通常の極性構成において、上記第1の電極プレートは、電荷パルスに応答して、上記プルーフマスに対する該第1の電極プレートの移動を示す電圧に帯電し、上記第2の電極プレートは、電荷パルスに応答して、該第2の電極プレートに対する該プルーフマスの移動を示す電圧に帯電し、上記反対の極性構成において、電荷パルスに応答して、該第1の電極プレートは、該プルーフマスに対する該第2の電極プレートの移動を示す電圧に帯電し、該第2の電極プレートは、該第1の電極プレートに対する該プルーフマスの移動を示す電圧に帯電する、項目1に記載のシステム。
第1のサンプリングおよび保持のデバイスと、
第2のサンプリングおよび保持のデバイスと、
該第1のサンプリングおよび保持のデバイスによってサンプリングされた第1の電圧と、該第2のサンプリングおよび保持のデバイスによってサンプリングされた第2の電圧とに基づいた電圧差を提供する差増幅器と
をさらに備えており、電荷パルスの適用の間に、該第1のサンプリングおよび保持のデバイスは、上記第1の電極プレートにおける電圧をサンプリングし、該第2のサンプリングおよび保持のデバイスは、上記第2の電極プレートにおける電圧をサンプリングする、項目1に記載のシステム。
上記通常の極性構成は、電荷パルスを上記第1の電極プレートおよび上記第2の電極プレートに交互に提供し、上記反対の極性構成は、電荷パルスを該第1の電極プレートおよび接続された前記プルーフマスと、該第2の電極プレートおよび接続された該プルーフマスとに交互に提供する、項目1に記載のシステム。
第1の電極プレートと第2の電極プレートとの間に配置された慣性プルーフマスを有する感知要素を有する力平衡計器であって、該計器は、
電荷パルスを提供する手段と、
通常の極性構成において該感知要素に電荷パルスを適用することと、反対の極性構成において該感知要素に電荷パルスを適用することとの間を切り替える手段と、
該通常の極性構成における該感知要素に電荷パルスを適用する電荷サイクルの期間を制御し、該反対の極性構成における該感知要素に電荷パルスを適用する電荷サイクルの期間を制御する手段と
を包含する、計器。
電荷パルスによって誘導された、上記感知要素の上記第1の電極プレートにおける第1の電圧をサンプリングする第1の手段と、
電荷パルスによって誘導された、該感知要素の上記第2の電極プレートにおける第2の電圧をサンプリングする第2の手段と、
該第1の電圧と該第2の電圧との間の差と関連付けられた電圧差を生成する手段と、
該電圧差に基づいて、電荷が該第1の電極プレートに保持される時間の量と、電荷が該第2の電極プレートに保持される時間の量とを制御する手段と
をさらに包含する、項目9に記載の計器。
上記反対の極性構成において制御する上記手段は、アースおよび仮想アースのうちの1つに、上記第1の電極プレートと上記第2の電極プレートとのうちの選択されたプレートを交互に接続し、上記プルーフマスに該第1の電極プレートと該第2の電極プレートとのうちの選択されていないプレートを交互に接続し、そして該選択されていないプレートおよび該接続されたプルーフマスに電荷パルスを交互に提供するように切り替える手段を構成する、項目9に記載の計器。
上記通常の極性構成において制御する上記手段は、上記アースと上記仮想アースとのうちの1つに、上記第1の電極プレートと上記第2の電極プレートとのうちの選択されていないプレートを交互に接続し、該アースと該仮想アースとのうちの1つに上記プルーフマスを接続し、そして電荷パルスを受け取るために、該第1の電極プレートと該第2の電極プレートとのうちの選択されたプレートを交互に接続するように切り替える手段を構成する、項目9に記載の計器。
上記制御する手段は、上記通常の極性構成において、上記第1の電極プレートと上記第2の電極プレートとに電荷パルスを適用することを交互に行い、上記反対の極性構成において、該第1の電極プレートおよび接続された上記プルーフマスに電荷パルスを適用することと、該第2の電極プレートおよび該プルーフマスに電荷パルスを適用することとを交互に行うように切り替える手段を構成する、項目9に記載の計器。
上記通常の極性構成において、上記第1の電極プレートは、電荷パルスに応答して、上記プルーフマスに対する該第1の電極プレートの移動を示す電圧に帯電し、上記第2の電極プレートは、電荷パルスに応答して、該第2の電極プレートに対する該プルーフマスの移動を示す電圧に帯電し、該反対の極性構成において、電荷パルスに応答して、該第1の電極プレートは、該プルーフマスに対する該第2の電極プレートの移動を示す電圧に帯電し、該第2の電極プレートは、該第1の電極プレートに対する該プルーフマスの移動を示す電圧に帯電する、項目13に記載の計器。
電荷パルスを提供する上記手段は、単一の基準電圧を含み、該単一の基準電圧は、上記通常の極性構成と上記反対の極性構成との両方において、上記感知要素に電荷パルスを提供する、項目9に記載の計器。
第1の電極プレートと第2の電極プレートとの間に配置された慣性プルーフマスを有する感知要素を利用する力平衡計器において誤差を軽減する方法であって、該方法は、
通常の極性構成と反対の極性構成とのうちの一方に該感知要素を切り替えることと、
第1の電荷サイクルの期間の間、該第1の電極プレートと該第2の電極プレートとに交互に電荷パルスを適用することと、
該第1の電荷サイクルの期間の各電荷サイクルのシーケンスの間、該第1の電極プレートにおける電荷パルスによって誘導された電圧と、該第2の電極プレートにおける電荷パルスによって誘導された電圧との間の第1の電圧差を測定することと、
該第1の電荷サイクルの期間の電荷サイクルのシーケンスと関連付けられるデューティーサイクルを設定するために、時間にわたって該第1の電圧差を総計することと、
該通常の極性構成と該反対の極性構成とのうちの他方に切り替えることと、
第2の電荷サイクルの期間の間、該第1の電極プレートと該第2の電極プレートとに交互に電荷パルスを適用することと、
該第2の電荷サイクルの期間の各電荷サイクルのシーケンスの間、該第1の電極プレートにおける電荷パルスによって誘導された電圧と、該第2の電極プレートにおける電荷パルスによって誘導された電圧との間の第2の電圧差を決定することと、
該第2の電荷サイクルの期間の電荷サイクルのシーケンスと関連付けられるデューティーサイクルを設定するために、時間にわたって該第2の電圧差を総計することと
を包含する、方法。
上記反対の極性構成に上記感知要素を切り替えることは、アースと仮想アースとのうちの1つに、上記第1の電極プレートと上記第2の電極プレートとのうちの選択されたプレートを交互に接続することと、該第1の電極プレートと該第2の電極プレートとのうちの選択されていないプレートを上記プルーフマスに交互に接続することとを包含し、それにより電荷パルスが、該選択されていないプレートおよび該接続されたプルーフマスに適用される、項目16に記載の方法。
上記通常の極性構成に上記感知要素を切り替える上記ことは、上記アースと上記仮想アースとのうちの1つに、上記第1の電極プレートと上記第2の電極プレートとのうちの選択されていないプレートを交互に接続することを包含し、それにより電荷パルスが、該選択されたプレートに適用される、項目16に記載の方法
(項目19)
上記通常の極性構成において、上記第1の電極プレートは、電荷パルスに応答して、上記プルーフマスに対する該第1の電極プレートの移動を示す電圧に帯電し、上記第2の電極プレートは、電荷パルスに応答して、該第2の電極プレートに対する該プルーフマスの移動を示す電圧に帯電し、該反対の極性構成において、電荷パルスに応答して、該第1の電極プレートは、該プルーフマスに対する該第2の電極プレートの移動を示す電圧に帯電し、該第2の電極プレートは、該第1の電極プレートに対する該プルーフマスの移動を示す電圧に帯電する、項目16に記載の方法。
上記電荷パルスは、上記通常の極性構成と上記反対の極性構成との両方に対して、同じ単一の基準電圧によって提供される、項目16に記載の方法。
静電力平衡計器における誤差を軽減するシステムおよび方法が提供される。システムおよび方法は、力平衡計器における電荷の増大によってもたらされる測定の読み取りにおける誤差を軽減するものであり、該力平衡計器は、電荷パルスを利用して、静電力を生成することにより、対向する電極の間に配置された慣性プルーフマスをゼロにする。システムおよび方法は、通常の極性構成において所与の電荷のサイクルの期間の間、感知要素の各対向する電極に対して電荷パルスを適用し、続いて反対の極性構成において第2の所与の電荷のサイクルの期間の間、感知要素の各対向する電極に対して電荷パルスを適用することによって、電荷の増大を軽減する。
12 制御論理デバイス
16 電荷増幅器
18 Hスイッチ
20 プルーフマス
22 上部電極プレート
24 下部電極プレート
30 積分器
32 アナログデジタル変換器
S1〜S8 スイッチ
Claims (20)
- 力平衡計器システムであって、
第1の電極プレートと第2の電極プレートとの間に配置された慣性プルーフマスを有する感知要素と、
通常の極性構成において電荷パルスを該感知要素に提供することと、反対の極性構成において電荷パルスを該感知要素に提供することとの間で切り替え可能なスイッチングシステムと、
第1の電荷サイクルの期間の間、該通常の極性構成において電荷パルスを該感知要素に提供するために、および第2の電荷サイクルの期間の間、該反対の極性構成において電荷パルスを該感知要素に提供するために、該スイッチシステムの切り替えを制御する制御論理デバイスと
を備えている、力平衡計器システム。 - 前記通常の極性構成と前記反対の極性構成との両方において、電荷パルスを前記感知要素に提供する単一の基準電圧をさらに備えている、請求項1に記載のシステム。
- 前記反対の極性構成における前記制御論理デバイスは、前記スイッチングシステムを構成して、アースと仮想アースとのうちの1つに、前記第1の電極プレートと前記第2の電極プレートとのうちの選択されたプレートを交互に接続し、該第1の電極プレートと該第2の電極プレートとのうちの選択されていないプレートを前記プルーフマスに交互に接続し、そして該選択されていないプレートおよび該接続されたプルーフマスに電荷パルスを交互に提供する、請求項1に記載のシステム。
- 前記通常の極性構成における前記制御論理デバイスは、前記スイッチングシステムを構成して、前記アースと前記仮想アースとのうちの1つに、前記第1の電極プレートと前記第2の電極プレートとのうちの選択されていないプレートを交互に接続し、該アースと該仮想アースとのうちの1つに前記プルーフマスを接続し、そして電荷パルスを受け取るために、該第1の電極プレートと該第2の電極プレートとのうちの選択されたプレートを交互に接続する、請求項3に記載のシステム。
- 動作増幅器をさらに備えており、該動作増幅器は、前記スイッチングシステムの第1の部分から電荷パルスを受け取り、該スイッチングシステムの第2の部分に該電荷パルスを提供し、該スイッチングシステムは、前記上部電極プレートと前記下部電極プレートとのうちの1つに該電荷パルスを提供することの間で選択する、請求項1に記載のシステム。
- 前記通常の極性構成において、前記第1の電極プレートは、電荷パルスに応答して、前記プルーフマスに対する該第1の電極プレートの移動を示す電圧に帯電し、前記第2の電極プレートは、電荷パルスに応答して、該第2の電極プレートに対する該プルーフマスの移動を示す電圧に帯電し、前記反対の極性構成において、電荷パルスに応答して、該第1の電極プレートは、該プルーフマスに対する該第2の電極プレートの移動を示す電圧に帯電し、該第2の電極プレートは、該第1の電極プレートに対する該プルーフマスの移動を示す電圧に帯電する、請求項1に記載のシステム。
- 第1のサンプリングおよび保持のデバイスと、
第2のサンプリングおよび保持のデバイスと、
該第1のサンプリングおよび保持のデバイスによってサンプリングされた第1の電圧と、該第2のサンプリングおよび保持のデバイスによってサンプリングされた第2の電圧とに基づいた電圧差を提供する差増幅器と
をさらに備えており、電荷パルスの適用の間に、該第1のサンプリングおよび保持のデバイスは、前記第1の電極プレートにおける電圧をサンプリングし、該第2のサンプリングおよび保持のデバイスは、前記第2の電極プレートにおける電圧をサンプリングする、請求項1に記載のシステム。 - 前記通常の極性構成は、電荷パルスを前記第1の電極プレートおよび前記第2の電極プレートに交互に提供し、前記反対の極性構成は、電荷パルスを該第1の電極プレートおよび接続された前記プルーフマスと、該第2の電極プレートおよび接続された該プルーフマスとに交互に提供する、請求項1に記載のシステム。
- 第1の電極プレートと第2の電極プレートとの間に配置された慣性プルーフマスを有する感知要素を有する力平衡計器であって、該計器は、
電荷パルスを提供する手段と、
通常の極性構成において該感知要素に電荷パルスを適用することと、反対の極性構成において該感知要素に電荷パルスを適用することとの間を切り替える手段と、
該通常の極性構成における該感知要素に電荷パルスを適用する電荷サイクルの期間を制御し、該反対の極性構成における該感知要素に電荷パルスを適用する電荷サイクルの期間を制御する手段と
を包含する、計器。 - 電荷パルスによって誘導された、前記感知要素の前記第1の電極プレートにおける第1の電圧をサンプリングする第1の手段と、
電荷パルスによって誘導された、該感知要素の前記第2の電極プレートにおける第2の電圧をサンプリングする第2の手段と、
該第1の電圧と該第2の電圧との間の差と関連付けられた電圧差を生成する手段と、
該電圧差に基づいて、電荷が該第1の電極プレートに保持される時間の量と、電荷が該第2の電極プレートに保持される時間の量とを制御する手段と
をさらに包含する、請求項9に記載の計器。 - 前記反対の極性構成において制御する前記手段は、アースおよび仮想アースのうちの1つに、前記第1の電極プレートと前記第2の電極プレートとのうちの選択されたプレートを交互に接続し、前記プルーフマスに該第1の電極プレートと該第2の電極プレートとのうちの選択されていないプレートを交互に接続し、そして該選択されていないプレートおよび該接続されたプルーフマスに電荷パルスを交互に提供するように切り替える手段を構成する、請求項9に記載の計器。
- 前記通常の極性構成において制御する前記手段は、前記アースと前記仮想アースとのうちの1つに、前記第1の電極プレートと前記第2の電極プレートとのうちの選択されていないプレートを交互に接続し、該アースと該仮想アースとのうちの1つに前記プルーフマスを接続し、そして電荷パルスを受け取るために、該第1の電極プレートと該第2の電極プレートとのうちの選択されたプレートを交互に接続するように切り替える手段を構成する、請求項9に記載の計器。
- 前記制御する手段は、前記通常の極性構成において、前記第1の電極プレートと前記第2の電極プレートとに電荷パルスを適用することを交互に行い、前記反対の極性構成において、該第1の電極プレートおよび接続された前記プルーフマスに電荷パルスを適用することと、該第2の電極プレートおよび該プルーフマスに電荷パルスを適用することとを交互に行うように切り替える手段を構成する、請求項9に記載の計器。
- 前記通常の極性構成において、前記第1の電極プレートは、電荷パルスに応答して、前記プルーフマスに対する該第1の電極プレートの移動を示す電圧に帯電し、前記第2の電極プレートは、電荷パルスに応答して、該第2の電極プレートに対する該プルーフマスの移動を示す電圧に帯電し、該反対の極性構成において、電荷パルスに応答して、該第1の電極プレートは、該プルーフマスに対する該第2の電極プレートの移動を示す電圧に帯電し、該第2の電極プレートは、該第1の電極プレートに対する該プルーフマスの移動を示す電圧に帯電する、請求項13に記載の計器。
- 電荷パルスを提供する前記手段は、単一の基準電圧を含み、該単一の基準電圧は、前記通常の極性構成と前記反対の極性構成との両方において、前記感知要素に電荷パルスを提供する、請求項9に記載の計器。
- 第1の電極プレートと第2の電極プレートとの間に配置された慣性プルーフマスを有する感知要素を利用する力平衡計器において誤差を軽減する方法であって、該方法は、
通常の極性構成と反対の極性構成とのうちの一方に該感知要素を切り替えることと、
第1の電荷サイクルの期間の間、該第1の電極プレートと該第2の電極プレートとに交互に電荷パルスを適用することと、
該第1の電荷サイクルの期間の各電荷サイクルのシーケンスの間、該第1の電極プレートにおける電荷パルスによって誘導された電圧と、該第2の電極プレートにおける電荷パルスによって誘導された電圧との間の第1の電圧差を測定することと、
該第1の電荷サイクルの期間の電荷サイクルのシーケンスと関連付けられるデューティーサイクルを設定するために、時間にわたって該第1の電圧差を総計することと、
該通常の極性構成と該反対の極性構成とのうちの他方に切り替えることと、
第2の電荷サイクルの期間の間、該第1の電極プレートと該第2の電極プレートとに交互に電荷パルスを適用することと、
該第2の電荷サイクルの期間の各電荷サイクルのシーケンスの間、該第1の電極プレートにおける電荷パルスによって誘導された電圧と、該第2の電極プレートにおける電荷パルスによって誘導された電圧との間の第2の電圧差を決定することと、
該第2の電荷サイクルの期間の電荷サイクルのシーケンスと関連付けられるデューティーサイクルを設定するために、時間にわたって該第2の電圧差を総計することと
を包含する、方法。 - 前記反対の極性構成に前記感知要素を切り替えることは、アースと仮想アースとのうちの1つに、前記第1の電極プレートと前記第2の電極プレートとのうちの選択されたプレートを交互に接続することと、該第1の電極プレートと該第2の電極プレートとのうちの選択されていないプレートを前記プルーフマスに交互に接続することとを包含し、それにより電荷パルスが、該選択されていないプレートおよび該接続されたプルーフマスに適用される、請求項16に記載の方法。
- 前記通常の極性構成に前記感知要素を切り替える前記ことは、前記アースと前記仮想アースとのうちの1つに、前記第1の電極プレートと前記第2の電極プレートとのうちの選択されていないプレートを交互に接続することを包含し、それにより電荷パルスが、該選択されたプレートに適用される、請求項16に記載の方法
- 前記通常の極性構成において、前記第1の電極プレートは、電荷パルスに応答して、前記プルーフマスに対する該第1の電極プレートの移動を示す電圧に帯電し、前記第2の電極プレートは、電荷パルスに応答して、該第2の電極プレートに対する該プルーフマスの移動を示す電圧に帯電し、該反対の極性構成において、電荷パルスに応答して、該第1の電極プレートは、該プルーフマスに対する該第2の電極プレートの移動を示す電圧に帯電し、該第2の電極プレートは、該第1の電極プレートに対する該プルーフマスの移動を示す電圧に帯電する、請求項16に記載の方法。
- 前記電荷パルスは、前記通常の極性構成と前記反対の極性構成との両方に対して、同じ単一の基準電圧によって提供される、請求項16に記載の方法。
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