JP2882976B2 - Digital detection type measuring device - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には、水分セン
サ、酸素センサ、水素センサ、炭化水素センサ、一酸化
炭素センサ、窒素酸化物センサ及びその他の選択的捕捉
機能を介在させた化学センサを備えた測定装置に関する
ものであり、特に、化学センサの温度依存性をデジタル
回路により補正したデジタル検出方式の測定装置に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates generally to moisture sensors, oxygen sensors, hydrogen sensors, hydrocarbon sensors, carbon monoxide sensors, nitrogen oxide sensors, and other chemical intermediations involving selective capture. The present invention relates to a measuring device having a sensor, and more particularly to a measuring device of a digital detection system in which the temperature dependency of a chemical sensor is corrected by a digital circuit.
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えば、気相又は液相等の被検体中の特
定成分量、具体例をあげれば、空気中の水分量や酵素
量、絶縁油が充填された変成器等の密閉容器内の密封ガ
ス中や絶縁油中の水分量、酵素量或は水素量、各種の石
油タンク内のシールガス中の酵素量や炭化水素量、更に
は石油中の水分量や酵素量等、を計測する各種の測定装
置には、特定成分量の変化に応じてインピーダンスが変
化する半導体型センサ、電解質型センサ、抵抗型センサ
或は静電容量型センサ等が使用されている。2. Description of the Related Art For example, the amount of a specific component in a subject, such as a gas phase or a liquid phase, specifically, the amount of water and enzymes in air, and the inside of a closed container such as a transformer filled with insulating oil. The amount of moisture, enzymes or hydrogen in the sealing gas or insulating oil of various types, the amount of enzymes or hydrocarbons in the sealing gas in various oil tanks, and the amount of water or enzymes in oil. Semiconductor devices, such as a semiconductor sensor, an electrolyte sensor, a resistance sensor, or a capacitance sensor, whose impedance changes according to a change in the amount of a specific component, are used in various types of measuring devices.
【０００３】本出願人は先に化学センサを使用して被検
体中の特定成分量を高精度に計測することのできるデジ
タル検出方式の測定装置を提案した。この測定装置のう
ち、抵抗型センサを用いた検出回路の一例を図４に示
す。[0003] The present applicant has previously proposed a digital detection type measuring device capable of measuring a specific component amount in a subject with high accuracy using a chemical sensor. FIG. 4 shows an example of a detection circuit using a resistance type sensor in this measuring device.
【０００４】図４にて、上記特定成分量検出回路１０
は、基本的にはＣＲ発振回路であって、例えばＣ−ＭＯ
Ｓ型のシュミットインバータ１１と、このインバータ１
１の入出力間、即ち、帰還回路に挿入されたパルス周波
数決定用素子である抵抗型センサＳと、インバータ１１
の入力側と接地間に接続されたもう１つのパルス周波数
決定用素子である固定容量Ｃとによって被検体中の特定
成分量に関する周波数のパルス信号を発生する。即ち、
このパルス発生回路は、センサＳの抵抗Ｒh が成分量の
変化に応じて変化することによって周波数（ＦO ）が変
動するパルス信号を出力する。本例にて、第２のＣ−Ｍ
ＯＳ型のシュミットインバータ１２は、パルス発生回路
からのパルス信号のパルス波形を反転するものであり、
その出力周波数（ＦO ）は変わらない。[0004] In FIG.
Is basically a CR oscillation circuit, for example, a C-MO
S-type Schmidt inverter 11 and this inverter 1
1 between the input and output, that is, the resistance type sensor S which is a pulse frequency determining element inserted in the feedback circuit, and the inverter 11
A pulse signal having a frequency related to the amount of a specific component in the subject is generated by a fixed capacitor C which is another pulse frequency determining element connected between the input side and the ground. That is,
This pulse generation circuit outputs a pulse signal whose frequency (F O ) fluctuates when the resistance R h of the sensor S changes according to the change in the component amount. In this example, the second CM
The OS type Schmitt inverter 12 inverts the pulse waveform of the pulse signal from the pulse generation circuit.
Its output frequency (F O ) does not change.
【０００５】つまり、周波数ＦO は、 ＦO ＝１／ｋ・Ｃ・Ｒh （ｋ：定数） となる。That is, the frequency F O is expressed as F O = 1 / k · C · R h (k: constant).
【０００６】このようにして出力されるパルス信号は、
周波数カウンタ１３に直接接続して計数することが可能
であり、従って、周波数カウンタ１３にて、入力された
パルス信号を計数すればその周波数に対応する成分量が
計測される。[0006] The pulse signal thus output is
It is possible to count by directly connecting to the frequency counter 13. Therefore, if the input pulse signal is counted by the frequency counter 13, the component amount corresponding to the frequency is measured.
【０００７】尚、静電容量型センサを使用する場合は、
図４において、固定容量ＣのところにセンサＣh が、セ
ンサＳのところに固定抵抗Ｒ1 がそれぞれ用いられ、上
記と同様の作動により成分量に応じた周波数Ｆ0 が出力
される。この場合の周波数Ｆ0 は、 ＦO ＝１／ｋ・Ｒ1 ・Ｃh （ｋ：定数） となる。When using a capacitance type sensor,
4, the sensor C h at a fixed capacitance C is fixed resistors R 1 are respectively used at the sensor S, the frequency F 0 according to the component amount by the operation similar to the above are output. In this case, the frequency F 0 is expressed as F O = 1 / k · R 1 · Ch (k: constant).
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな測定装置に使用する一般の化学センサＳは、温度依
存性を有するので、被測定量を温度で補正する必要があ
る。通常、上述したようなデジタル検出方式の測定装置
では、斯かる補正は、図５に示すようにマイクロコンピ
ュータ１４を用いたデジタル温度補正回路にて行なわれ
ている。However, a general chemical sensor S used in such a measuring device has a temperature dependency, so that it is necessary to correct the measured quantity with temperature. Normally, in the above-described digital detection type measuring apparatus, such correction is performed by a digital temperature correction circuit using a microcomputer 14 as shown in FIG.
【０００９】つまり、図５に示すように、デジタル温度
補正回路は、特定成分量検出回路１０に温度検出回路２
０を組み込んだ回路構成が採られている。特定成分量検
出回路１０は、図４にて説明した検出回路１０と同じ構
成とされ、化学センサＳの抵抗Ｒh が成分量の変化に応
じて変化する出力周波数ＦO は、スイッチＳＷを介して
マイクロコンピュータ１４に送り、マイクロコンピュー
タ１４内のカウンタ部にて計数する。That is, as shown in FIG. 5, the digital temperature correction circuit includes a specific component amount detection circuit 10 and a temperature detection circuit 2.
0 is incorporated in the circuit configuration. Specific component quantity detection circuit 10 is the same configuration as the detector circuit 10 described in FIG. 4, the output frequency F O resistance R h of chemical sensor S is changed according to changes in the component amounts, via the switch SW And sent to the microcomputer 14, and counted by a counter section in the microcomputer 14.
【００１０】一方、化学センサＳの温度依存性を補正す
るための温度検出回路２０は、センサとして、例えばサ
ーミスタのような抵抗変化式の温度センサＳT を使用す
る以外は、上記特定成分量検出回路１０と同様の、基本
的にはＣＲ発振回路とされる。On the other hand, the temperature detecting circuit for correcting the temperature dependency of the chemical sensor S 20 is as a sensor, but using a temperature sensor S T of the resistance change type, such as a thermistor, the specific component quantity detection A CR oscillation circuit similar to the circuit 10 is basically used.
【００１１】つまり、温度検出回路２０は、例えばＣ−
ＭＯＳ型のシュミットインバータ２１と、このインバー
タ２１の入出力間、即ち、帰還回路に挿入されたパルス
周波数決定用素子である抵抗型温度センサＳT と、イン
バータ２１の入力側と接地間に接続されたもう１つのパ
ルス周波数決定用素子である固定容量Ｃとによって被検
体中の特定成分量に関する周波数のパルス信号を発生す
る。即ち、パルス発生回路は、温度センサＳT の抵抗Ｒ
T が温度の変化に応じて変化することによって周波数
（Ｆt ）が変動するパルス信号を出力する。第２のＣ−
ＭＯＳ型のシュミットインバータ２２は、パルス発生回
路からのパルス信号のパルス波形を反転するものであ
り、その出力周波数（Ｆt ）は変わらない。That is, for example, the temperature detection circuit 20
A MOS type Schmitt inverter 21, between the input and output of the inverter 21, i.e., is connected between the ground and a pulse frequency determination element inserted into the feedback circuit resistance type temperature sensor S T, and the input side of the inverter 21 A pulse signal having a frequency related to the specific component amount in the subject is generated by the fixed capacitor C which is another pulse frequency determining element. That is, the pulse generating circuit, the resistance R of the temperature sensor S T
A pulse signal whose frequency ( Ft ) fluctuates when T changes in accordance with a change in temperature is output. The second C-
The MOS Schmitt inverter 22 inverts the pulse waveform of the pulse signal from the pulse generation circuit, and its output frequency ( Ft ) does not change.
【００１２】つまり、周波数Ｆt は、 Ｆt ＝１／ｋ・Ｃ・ＲT （ｋ：定数） となる。[0012] In other words, the frequency F t is, F t = 1 / k · C · R T (k: constant) and a.
【００１３】このようにして出力された周波数（Ｆt ）
のパルス信号は、スイッチＳＷを介してマイクロコンピ
ュータ１４に送り、マイクロコンピュータ１４内のカウ
ンタ部に入力される。The frequency (F t ) thus output
Is sent to the microcomputer 14 via the switch SW, and is input to a counter section in the microcomputer 14.
【００１４】なお、スイッチＳＷには制御線１５を介し
てマイクロコンピュータ１４より制御信号が供給され、
スイッチＳＷの切り換え作動を制御する。A control signal is supplied to the switch SW from the microcomputer 14 via a control line 15.
The switching operation of the switch SW is controlled.
【００１５】従って、特定成分量検出回路１０からの成
分量出力と温度検出回路２０からの温度出力は、マイク
ロコンピュータ１４からの制御信号によってスイッチＳ
Ｗを作動させることによって、例えばこれら両出力信号
を交互に、マイクロコンピュータ１４に供給し、このマ
イクロコンピュータ１４の演算処理部にて所定の演算式
に基づき演算処理され、成分量出力値が温度出力値に応
じて補正される。Therefore, the component amount output from the specific component amount detection circuit 10 and the temperature output from the temperature detection circuit 20 are switched by the control signal from the microcomputer 14 to the switch S.
By activating W, for example, these two output signals are alternately supplied to the microcomputer 14, and the arithmetic processing section of the microcomputer 14 performs arithmetic processing based on a predetermined arithmetic expression, and outputs the component amount output value as the temperature output. Corrected according to the value.
【００１６】このように、従来のデジタル検出方式の測
定装置における化学センサ出力値の温度補正は、マイク
ロコンピュータを用いたデジタル温度補正回路にて行な
うものであり、その構成が複雑であるという欠点を有し
ていた。As described above, the temperature correction of the chemical sensor output value in the conventional digital detection type measuring apparatus is performed by a digital temperature correction circuit using a microcomputer, and has the disadvantage that the configuration is complicated. Had.
【００１７】従って、本発明の目的は、マイクロコンピ
ュータを用いることなく、ハードウエアのみで減算回路
を構成して温度補正を行ない、それによって構成を著し
く簡単とすることができ、安価な且つ小型とされる、デ
ジタル検出方式の測定装置を提供することである。Accordingly, an object of the present invention is to provide a subtraction circuit using only hardware and perform temperature correction without using a microcomputer, thereby significantly simplifying the configuration, and reducing the cost and size. It is an object of the present invention to provide a digital detection type measuring device.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
デジタル検出方式の測定装置にて達成される。要約すれ
ば、本発明は、化学センサからの信号を周波数に変換す
るためのセンサ情報周波数変換回路と、温度センサから
の信号をパルス幅に変換するための温度パルス幅変換回
路と、前記センサ情報周波数変換回路からの出力周波数
を、前記温度パルス幅変換回路で変換されたパルス幅に
相当する時間内にカウントされるパルス数だけ減算処理
して温度補正するための周波数減算回路と、前記周波数
減算回路からの周波数を計数し、被検体中の特定成分量
を計測する周波数カウンタとを有することを特徴とする
デジタル検出方式の測定装置である。The above object is achieved by a digital detection type measuring apparatus according to the present invention. In summary, the present invention provides a sensor information frequency conversion circuit for converting a signal from a chemical sensor into a frequency, a temperature pulse width conversion circuit for converting a signal from a temperature sensor into a pulse width, and the sensor information The output frequency from the frequency conversion circuit is converted to the pulse width converted by the temperature pulse width conversion circuit.
A frequency subtraction circuit for subtracting the number of pulses counted within the corresponding time and performing temperature correction, and a frequency counter for counting the frequency from the frequency subtraction circuit and measuring the amount of a specific component in the subject. It is a digital detection type measuring device characterized by having the following.
【００１９】本発明の好ましい実施態様によると、前記
センサ情報周波数変換回路は、化学センサをパルス周波
数決定用素子として含むＣＲ発振回路にて被検体中の特
定成分量に応じた周波数のパルス信号を発生し、前記温
度パルス幅変換回路は、抵抗型温度センサの温度に起因
した抵抗の変化に応じてコンデンサに充電し、又これを
放電する回路を備え、更に、前記周波数減算回路は、前
記温度パルス幅変換回路からの充、放電に基づく出力信
号にて作動するスイッチ手段を備えている。According to a preferred embodiment of the present invention, the sensor information frequency conversion circuit converts a pulse signal having a frequency corresponding to a specific component amount in a subject into a CR oscillation circuit including a chemical sensor as a pulse frequency determining element. The temperature pulse width conversion circuit generates and discharges a capacitor in accordance with a change in resistance caused by the temperature of the resistance type temperature sensor, and further comprises a circuit for discharging the capacitor. There is provided switch means which is activated by an output signal based on charging and discharging from the pulse width conversion circuit.
【００２０】[0020]
【実施例】以下、本発明に係るデジタル検出方式の測定
装置を図面に則して更に詳しく説明する。本実施例に
て、本発明に係るデジタル検出方式の測定装置は、抵抗
型及び静電容量型センサを使用して被検体中の特定成分
量、特に水分量を高精度に計測することのできるデジタ
ル検出方式の水分量測定装置として説明するが、本発明
の測定装置は、これに限定されるものではない。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The digital detection type measuring apparatus according to the present invention will be described below in more detail with reference to the drawings. In this embodiment, the measuring device of the digital detection system according to the present invention can measure the amount of a specific component in a subject, particularly the amount of water, with high accuracy using a resistance type and a capacitance type sensor. Although described as a digital detection type water content measuring device, the measuring device of the present invention is not limited to this.
【００２１】図１に、本発明の一実施例である抵抗型セ
ンサを使用した水分測定装置を示す。ここで、水分測定
装置は、水分センサＳからの信号を周波数に変換するた
めのセンサ情報周波数変換回路１０と、温度センサＳT
からの信号をパルス幅に変換するための温度パルス幅変
換回路３０と、センサ情報周波数変換回路１０からの出
力周波数を温度パルス幅変換回路３０からの信号に基づ
いて減算処理し温度補正するための周波数減算回路４０
と、周波数減算回路４０からの周波数を計数し、水分量
を計測する周波数カウンタ１３とを有する。FIG. 1 shows a moisture measuring apparatus using a resistance type sensor according to one embodiment of the present invention. Here, the moisture measuring device includes a sensor information frequency conversion circuit 10 for converting a signal from the moisture sensor S into a frequency, and a temperature sensor ST.
A temperature pulse width conversion circuit 30 for converting a signal from the temperature information into a pulse width, and a temperature correction circuit for subtracting an output frequency from the sensor information frequency conversion circuit 10 based on a signal from the temperature pulse width conversion circuit 30 to correct the temperature. Frequency subtraction circuit 40
And a frequency counter 13 for counting the frequency from the frequency subtraction circuit 40 and measuring the water content.
【００２２】前記センサ情報周波数変換回路１０は、図
４に関連して上述した水分量検出回路１０と同じ構成と
され、例えばＣ−ＭＯＳ型のシュミットインバータ１１
と、このインバータ１１の入出力間、即ち、帰還回路に
挿入されたパルス周波数決定用素子である抵抗型水分セ
ンサＳと、インバータ１１の入力側と接地間に接続され
たもう１つのパルス周波数決定用素子である固定容量Ｃ
とによって被検体中の水分量に関する周波数のパルス信
号を発生するパルス発生回路にて構成される。従って、
水分センサＳの抵抗Ｒh が水分量の変化に応じて変化す
ることによってこのパルス発生回路から周波数（ＦO ）
が変動するパルス信号が出力される。第２のＣ−ＭＯＳ
型のシュミットインバータ１２は、パルス発生回路から
のパルス信号のパルス波形を反転するものである。シュ
ミットインバータ１２の出力端は、後で詳しく説明する
周波数減算回路４０のアナログスイッチＳＷ２の一方の
固定接点Ｘ1 に接続されている。シュミットインバータ
１２から出力されるパルス信号は、図３でで示される
通りである。The sensor information frequency conversion circuit 10 has the same configuration as the water content detection circuit 10 described above with reference to FIG. 4, and is, for example, a C-MOS type Schmitt inverter 11.
And a resistance type moisture sensor S, which is a pulse frequency determining element inserted between the input and output of the inverter 11, that is, a feedback frequency circuit, and another pulse frequency determination connected between the input side of the inverter 11 and ground. Fixed capacitor C
And a pulse generating circuit that generates a pulse signal having a frequency related to the amount of water in the subject. Therefore,
When the resistance R h of the moisture sensor S changes according to the change in the amount of water, the pulse (F O )
Is output. Second C-MOS
The Schmitt inverter 12 inverts the pulse waveform of the pulse signal from the pulse generation circuit. The output terminal of the Schmitt inverter 12 is connected to one fixed contact X1 of the analog switch SW2 of the frequency subtraction circuit 40 described in detail later. The pulse signal output from the Schmitt inverter 12 is as shown in FIG.
【００２３】上記温度パルス幅変換回路３０は、サーミ
スタのような抵抗型センサである温度センサＳT とコン
デンサＣとを有し、アナログスイッチＳＷ１を介して直
列に接続可能とされる。即ち、温度センサＳT は、アナ
ログスイッチＳＷ１の固定接点Ｘ1 に接続され、コンデ
ンサＣは、アナログスイッチＳＷ１の可動接点Ｘ0 に接
続される。又、アナログスイッチＳＷ１の他の固定接点
Ｘ2 には放電用抵抗ＲS が接続される。[0023] The temperature pulse width conversion circuit 30, and a temperature sensor S T and the capacitor C is a resistance-type sensor such as a thermistor, is connectable in series via the analog switch SW1. That is, the temperature sensor S T is connected to a fixed contact X 1 of the analog switch SW1, the capacitor C is connected to the movable contact X 0 of the analog switch SW1. Also, the discharge resistor R S is connected to the other fixed contact point X 2 of the analog switch SW1.
【００２４】又、スイッチＳＷ１とコンデンサＣとの接
続位置に、例えばＣ−ＭＯＳ型の第１のシュミットイン
バータ３１の入力側が接続され、この第１のシュミット
インバータ３１の出力側には、同様にＣ−ＭＯＳ型とさ
れる第２のシュミットインバータ３２が直列に接続され
る。The input side of a first Schmitt inverter 31 of, for example, a C-MOS type is connected to the connection position between the switch SW1 and the capacitor C, and the output side of the first Schmitt inverter 31 is similarly connected to the input side. -A second Schmitt inverter 32 of MOS type is connected in series.
【００２５】今、スイッチＳＷ１の可動接点Ｘ0 が固定
接点Ｘ1 に接続され、それによって温度センサＳT とコ
ンデンサＣとが直列に接続されると、温度により変動す
る温度センサＳT の抵抗値ＲT に比例して温度センサＳ
T を流れる電流ＩT がコンデンサＣに蓄積され、電圧Ｖ
C に変換される。[0025] Now, the movable contact X 0 of the switch SW1 is connected to the fixed contact X 1, whereby the temperature sensor S T and the capacitor C are connected in series, the resistance value of the temperature sensor S T which varies with temperature Temperature sensor S in proportion to RT
The current IT flowing through T is stored in the capacitor C, and the voltage V
Converted to C.
【００２６】このコンデンサＣに蓄積される電圧ＶC
は、第１及び第２の２つのシュミットインバータ３１及
び３２を直列に接続した電圧検出部３３で検出される。
第１のシュミットインバータ３１は高レベルのスレッシ
ョルド電圧ＶTHと低レベルのスレッショルド電圧ＶTLの
２つのスレッショルド電圧を有し、入力電圧が高レベル
のスレッショルド電圧ＶTHより低いときには高レベルの
出力電圧ＶH を発生し、入力電圧が高レベルのスレッシ
ョルド電圧ＶTHに達すると出力電圧が高レベルＶH から
低レベルＶL に切換わり、かつ入力電圧が低レベルのス
レッショルド電圧ＶTLに降下するまで低レベルの出力電
圧ＶL を保持し、入力電圧が低レベルのスレッショルド
電圧ＶTLに降下したときに出力電圧が低レベルＶL から
高レベルＶH に切換わるように動作する。The voltage V C stored in the capacitor C
Is detected by a voltage detector 33 in which first and second two Schmitt inverters 31 and 32 are connected in series.
The first Schmitt inverter 31 has two threshold voltages, a high-level threshold voltage V TH and a low-level threshold voltage V TL. When the input voltage is lower than the high-level threshold voltage V TH , the high-level output voltage V TH is set. H is generated, and when the input voltage reaches the high-level threshold voltage V TH , the output voltage is switched from the high level V H to the low level VL , and remains low until the input voltage drops to the low-level threshold voltage V TL. holds the output voltage V L level, the input voltage is an output voltage when the drop of the low-level threshold voltage V TL operates to switches from the low level V L to the high level V H.
【００２７】従って、温度センサＳT に電流ＩT が流れ
ないときには、即ち、コンデンサＣに電荷が蓄積されな
いときには、その出力電圧は高レベルＶH であり、ま
た、コンデンサＣの充電電圧ＶC が高レベルのスレッシ
ョルド電圧ＶTHに等しくなると、シュミットインバータ
２４の出力電圧は高レベルから低レベルＶL に切換わ
る。更に、コンデンサＣの蓄積電荷が放電によりシュミ
ットインバータ３１の低レベルのスレッショルド電圧Ｖ
TLにまで低下すると、シュミットインバータ３１の出力
電圧は低レベルＶL から高レベルＶH に切換わる。第２
のシュミットインバータ３２も高レベルのスレッショル
ド電圧ＶTHと低レベルのスレッショルド電圧ＶTLの２つ
のスレッショルド電圧を有し、同様に動作する。即ち、
第１のシュミットインバータ３１から高レベルの電圧信
号ＶH が入力されているときには低レベルの電圧出力Ｖ
L を発生し、低レベルの電圧信号ＶL が入力されている
ときには高レベルの電圧出力ＶH を発生する。[0027] Therefore, when no current I T flows to the temperature sensor S T, that is, when the charge in the capacitor C are not accumulated, the output voltage is a high level V H, The charging voltage V C of the capacitor C is When it becomes equal to the high-level threshold voltage V TH , the output voltage of the Schmitt inverter 24 switches from the high level to the low level VL . Further, the accumulated charge of the capacitor C is discharged, so that the low-level threshold voltage V
It drops to the TL, the output voltage of the Schmitt inverter 31 is switched from the low level V L to the high level V H. Second
The Schmitt inverter 32 has two threshold voltages, a high-level threshold voltage V TH and a low-level threshold voltage V TL , and operates similarly. That is,
When the high-level voltage signal V H is input from the first Schmitt inverter 31, the low-level voltage output V
L , and a high-level voltage output VH is generated when the low-level voltage signal VL is input.
【００２８】又、アナログスイッチＳＷ１の可動接点Ｘ
0 は、その制御線３４を介して第１のシュミットインバ
ータ３１から高レベル出力電圧ＶH が印加されたときに
は、第１の固定接点Ｘ1 と接続され、逆に低レベル出力
電圧ＶL が印加されたときには、可動接点Ｘ0 は第２の
固定接点Ｘ2 と接続されるように構成されている。The movable contact X of the analog switch SW1
0 is connected to the first fixed contact X1 when the high-level output voltage VH is applied from the first Schmitt inverter 31 via the control line 34, and conversely, the low-level output voltage VL is applied. When this is done, the movable contact X 0 is configured to be connected to the second fixed contact X 2 .
【００２９】つまり、上記構成の温度パルス幅変換回路
３０において、温度センサＳT に電流ＩT が流れず、従
ってコンデンサＣに電荷が蓄積されない状態において
は、第１のシュミットインバータ３１の出力は高レベル
ＶH にあるから、アナログスイッチＳＷ１の可動接点Ｘ
0 は第１の固定接点Ｘ1 と接続されている。温度センサ
ＳT に電流ＩT が流れると、コンデンサＣは充電され
る。コンデンサＣの充電電圧ＶC がシュミットインバー
タ３１の高レベルのスレッショルド電圧ＶTHに達する
と、このシュミットインバータ３１の出力電圧は高レベ
ルＶH から低レベルＶL に切換わる。これによってアナ
ログスイッチＳＷ１の可動接点Ｘ0 は第２の固定接点Ｘ
2 側に切換わり、コンデンサＣの充電電圧ＶC は抵抗Ｒ
S を介して放電される。放電によってコンデンサＣの充
電電圧ＶC がシュミットインバータ３１の低レベルスレ
ッショルド電圧ＶTLにまで降下すると、シュミットイン
バータ３１の出力電圧は低レベルＶL から高レベルＶH
に切換わる。これによってアナログスイッチＳＷ１の可
動接点Ｘ0 が再び第１の固定接点Ｘ1 と接続され、コン
デンサＣに充電電流が流れる。以下、同様の動作が繰り
返される。[0029] That is, at a temperature pulse width conversion circuit 30 of the above-described structure, current I T does not flow into the temperature sensor S T, thus in a state where the charge in the capacitor C are not accumulated, the output of the first Schmitt inverter 31 is high Since it is at the level V H , the movable contact X of the analog switch SW1
0 is connected to the first fixed contact X 1. When current flows I T of the temperature sensor S T, the capacitor C is charged. When the charging voltage V C of the capacitor C reaches the high level threshold voltage V TH of Schmitt inverters 31, the output voltage of the Schmitt inverter 31 is switched from the high level V H to the low level V L. This movable contact X 0 is the second fixed contact X of the analog switch SW1
2 and the charging voltage V C of the capacitor C is changed to the resistance R
Discharged through S. When the charging voltage V C of the capacitor C drops to the low level threshold voltage V TL of the Schmitt inverter 31 by discharging, the output voltage of the Schmitt inverter 31 changes from the low level VL to the high level V H.
Switch to. This movable contact X 0 of the analog switch SW1 is connected to the first fixed contact X 1 again, the charging current flows into the capacitor C. Hereinafter, the same operation is repeated.
【００３０】その結果、温度センサＳT にて測定された
温度はパルス幅に変換されることとなる。第１のシュミ
ットインバータ３１からの出力電圧は第２のシュミット
インバータ３２にて反転され、第２のシュミットインバ
ータ３２の出力電圧波形は、図３にで示すようにな
る。[0030] As a result, the temperature measured by the temperature sensor S T becomes to be converted into a pulse width. The output voltage from the first Schmitt inverter 31 is inverted by the second Schmitt inverter 32, and the output voltage waveform of the second Schmitt inverter 32 becomes as shown in FIG.
【００３１】つまり、この温度パルス幅変換回路３０に
て、出力電圧が低レベルＶL とされる時間ＴL は、Ｔ
L ＝ＫＣＲT であり、出力電圧が高レベルＶH とされ
る時間ＴH は、ＴH ＝ＫＣＲS である。このように、温
度センサＳT により計測された温度は、パルス幅に変換
される。[0031] That is, at this temperature the pulse width converting circuit 30, the time T L the output voltage is a low level V L is, T
A L = KCR T, the time T H of the output voltage is a high level V H is T H = KCR S. Thus, the temperature measured by the temperature sensor S T is converted into a pulse width.
【００３２】本実施例で、上記周波数減算回路４０は、
アナログスイッチＳＷ２の可動接点Ｘ0 を、例えばＣ−
ＭＯＳ型のシュミットインバータ４１の入力側に接続
し、このシュミットインバータ４１の入力側と接地間に
抵抗Ｒを接続して構成される。In the present embodiment, the frequency subtraction circuit 40
The movable contact X 0 of the analog switch SW2, for example C-
It is connected to the input side of a MOS Schmitt inverter 41, and a resistor R is connected between the input side of the Schmitt inverter 41 and ground.
【００３３】アナログスイッチＳＷ２の第１の固定接点
Ｘ1 は、上述のように、上記センサ情報周波数変換回路
１０の第２のシュミットインバータ１２の出力側に接続
されており、固定接点Ｘ2 は接地される。又、このアナ
ログスイッチＳＷ２は、その制御線４２が温度パルス幅
変換回路３０の第２のシュミットインバータ３２の出力
側に接続され、第２のシュミットインバータ３２の出力
信号が、低レベルＶLとなるＴL 時間は、可動接点Ｘ0
は第２の固定接点Ｘ2 に接続され、第２のシュミットイ
ンバータ３２の出力信号が、高レベルＶH となるＴH 時
間は、可動接点Ｘ0 は第１の固定接点Ｘ1 に接続される
ように構成される。The first fixed contact X 1 of the analog switch SW2, as described above, is connected to the output side of the second Schmitt inverter 12 of the sensor information frequency converting circuit 10, the fixed contact X 2 ground Is done. In the analog switch SW2, the control line 42 is connected to the output side of the second Schmitt inverter 32 of the temperature pulse width conversion circuit 30, and the output signal of the second Schmitt inverter 32 becomes low level VL. The TL time is equal to the movable contact X 0
Is connected to the second fixed contact X 2, the output signal of the second Schmitt inverter 32, a T H time made high level V H, the movable contact X 0 is connected to the first fixed contact X 1 It is configured as follows.
【００３４】従って、センサ情報周波数変換回路１０に
より出力された出力信号波形は、アナログスイッチＳ
Ｗ２とされる周波数変換回路により、図３に示される出
力信号波形に変換される。つまり、センサ情報周波数
変換回路１０からの出力周波数Ｆ０は、時間ＴＬに比例
して、即ち、この時間Ｔ Ｌ 内にカウントされるパルス数
だけ周波数減算回路にて減算処理することにより、次式
で示すような周波数Ｆに減算される。 Ｆ＝Ｆ０＊ＴＨ／（ＴＬ＋ＴＨ） ＝Ｆ０＊ＲＳ／（ＲＴ＋ＲＳ） ＝Ｆ０＊［１−ＲＴ／（ＲＴ＋ＲＳ）］ 上記式より、温度センサＳＴの抵抗値ＲＴが温度に比例
して小さく、即ち、出力周波数Ｆ０が大きくなれば、出
力信号の周波数Ｆは、温度の影響を受けなくなること
が理解される。Therefore, the output signal waveform output from the sensor information frequency conversion circuit 10 is the analog switch S
The output signal waveform shown in FIG. 3 is converted by the frequency conversion circuit represented by W2. In other words, the output frequency F 0 from the sensor information frequency converting circuit 10, in proportion to the time T L, i.e., the number of pulses counted within the time T L
The frequency is subtracted by the frequency subtraction circuit , whereby the frequency is reduced to the frequency F as shown in the following equation. From F = F 0 * T H / (T L + T H) = F 0 * R S / (R T + R S) = F 0 * [1-R T / (R T + R S)] the above equation, the temperature sensor small resistance R T of S T is proportional to the temperature, i.e., the greater the output frequency F 0, the frequency F of the output signal, it is understood that not affected by temperature.
【００３５】なお、周波数変換回路４０におけるシュミ
ットインバータ４１及び抵抗Ｒは、安価なカウンタでも
出力信号を十分な精度で計数することができるように
するための波形整形を行なう。The Schmitt inverter 41 and the resistor R in the frequency conversion circuit 40 perform waveform shaping so that an inexpensive counter can count output signals with sufficient accuracy.
【００３６】勿論、本発明にて、検出回路の出力信号周
期ＴS 及び周波数カウンタのサンプリング周期ＴK の関
係は、 ＴS ≪ＴH ，ＴL ≪ＴK とされる。Of course, in the present invention, the relationship between the output signal period T S of the detection circuit and the sampling period T K of the frequency counter is T S ≪T H , T L ≪T K.
【００３７】上述のように、センサ情報周波数変換回路
１０からの出力周波数を、温度パルス幅変換回路３０で
変換されたパルス幅に相当する時間内にカウントされる
パルス数だけ減算処理して出力された周波数変換回路４
０からの出力信号は、周波数カウンタ１３に入力され、
そこで計数されて、水分量が計測される。As described above , the sensor information frequency conversion circuit
Output frequency from the temperature pulse width conversion circuit 30.
Counted within the time corresponding to the converted pulse width
Frequency conversion circuit 4 output after subtraction by the number of pulses
The output signal from 0 is input to the frequency counter 13,
There, it is counted and the water content is measured.
【００３８】図２は、本発明の他の実施例である静電容
量型センサを用いた水分測定装置を示す。この測定装置
は基本的には、図１と同じであり、センサ情報周波数変
換回路１０において、図１の固定容量Ｃに代えて水分セ
ンサＣh が、又センサＳに代えて固定抵抗Ｒ1 がそれぞ
れ用いられている。即ち、図２において、例えばＣ−Ｍ
ＯＳ型のシュミットインバータ１１と、このインバータ
１１の入出力間、即ち、帰還回路に挿入されたパルス周
波数決定用素子である固定抵抗Ｒ1 と、インバータ１１
の入力側と接地間に接続されたもう１つのパルス周波数
決定用素子である静電容量型水分センサＣh とによって
被検体中の水分量に関する周波数のパルス信号を発生す
るパルス発生回路が構成される。従って、水分センサＣ
h の静電容量が水分量の変化に応じて変化することによ
ってこのパルス発生回路から周波数（ＦO ）が変動する
パルス信号が出力される。この場合も、シュミットイン
バータ１２から出力されるパルス信号は、図３でで示
される通り、図１の測定装置と同じである。FIG. 2 shows a moisture measuring apparatus using a capacitance type sensor according to another embodiment of the present invention. The measuring device is basically the same as FIG. 1, the sensor information frequency conversion circuit 10, the fixed capacitor C moisture sensor C h instead of FIG. 1, also fixed resistor R 1 in place of the sensor S Each is used. That is, in FIG.
An OS-type Schmitt inverter 11, a fixed resistor R 1 serving as a pulse frequency determining element inserted between the input and output of the inverter 11, that is, a feedback circuit,
Pulse generating circuit for generating a pulse signal having a frequency related to the water content in the subject between the input side by the capacitive moisture sensor C h is another pulse frequency determining element connected between the ground is composed of You. Therefore, the moisture sensor C
A pulse signal whose frequency (F O ) fluctuates is output from this pulse generation circuit when the capacitance of h changes according to the change in the water content. Also in this case, the pulse signal output from the Schmitt inverter 12 is the same as the measuring device of FIG. 1, as shown in FIG.
【００３９】従って、他の部分は図１で説明したのと同
じ構成で、又同じ作動を行なう。Accordingly, the other parts have the same configuration and perform the same operations as described with reference to FIG.
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るデジ
タル検出方式の測定装置は、化学センサからの信号を周
波数に変換するセンサ情報周波数変換回路からの出力周
波数を、デジタル周波数減算回路にて、温度センサから
の信号をパルス幅に変換する温度パルス幅変換回路で変
換されたパルス幅に相当する時間内にカウントされるパ
ルス数だけ減算処理して出力された、この周波数減算回
路からの周波数を周波数カウンタにて計数し、被検体中
の特定成分量を計測する構成とされるために、ハードウ
エアのみで減算回路を構成して温度補正を行なうことが
でき、マイクロコンピュータを用いる必要がなく、それ
によって構成を著しく簡単とすることができ、製品のコ
ストを低減し、且つ製品の小型化を図ることができる。As described above, in the measuring device of the digital detection system according to the present invention, the output frequency from the sensor information frequency conversion circuit for converting the signal from the chemical sensor into the frequency is converted by the digital frequency subtraction circuit. And a temperature pulse width conversion circuit that converts the signal from the temperature sensor to a pulse width.
The pulse counted within the time corresponding to the converted pulse width
The frequency from this frequency subtraction circuit , which has been subtracted and output by the number of pulses, is counted by a frequency counter and the amount of a specific component in the subject is measured. The temperature compensation can be performed by the configuration, and there is no need to use a microcomputer, whereby the configuration can be significantly simplified, the cost of the product can be reduced, and the product can be downsized.
【図１】本発明に係るデジタル検出方式の抵抗型センサ
を用いた測定装置の一実施例を示す回路構成図である。FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing one embodiment of a measuring apparatus using a digital detection type resistive sensor according to the present invention.
【図２】本発明に係るデジタル検出方式の静電容量型セ
ンサを用いた測定装置の一実施例を示す回路構成図であ
る。FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing one embodiment of a measuring device using a digital detection type capacitance type sensor according to the present invention.
【図３】センサ情報周波数変換回路、温度パルス幅変換
回路及び周波数減算回路からの電圧出力を示す波形図で
ある。FIG. 3 is a waveform diagram illustrating voltage outputs from a sensor information frequency conversion circuit, a temperature pulse width conversion circuit, and a frequency subtraction circuit.
【図４】従来のデジタル検出方式の測定装置の一例を示
す回路構成図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a conventional digital detection type measuring device.
【図５】従来のデジタル検出方式の測定装置の他の例を
示す回路構成図である。FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing another example of a conventional digital detection type measurement device.
１０ センサ情報周波数変換回路 １１、１２ シュミットインバータ １３ 周波数カウンタ ３０ 温度パルス幅変換回路 ３１、３２ シュミットインバータ ４０ 周波数減算回路 ４１ シュミットインバータ Ｓ 化学センサ ＳT 温度センサ ＳＷ１、ＳＷ２ 切換えスイッチ10 sensor information frequency converting circuits 11 and 12 Schmitt inverter 13 frequency counter 30 temperature pulse width converting circuit 31 Schmitt inverter 40 the frequency subtraction circuit 41 Schmitt inverter S chemical sensor S T the temperature sensor SW1, SW2 changeover switch
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−75953（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−38611（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 27/00 - 27/24 G01R 27/00 - 27/32 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-64-75953 (JP, A) JP-A-64-38611 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01N 27/00-27/24 G01R 27/00-27/32
Claims (2)
るためのセンサ情報周波数変換回路と、温度センサから
の信号をパルス幅に変換するための温度パルス幅変換回
路と、前記センサ情報周波数変換回路からの出力周波数
を、前記温度パルス幅変換回路で変換されたパルス幅に
相当する時間内にカウントされるパルス数だけ減算処理
して温度補正するための周波数減算回路と、前記周波数
減算回路からの周波数を計数し、被検体中の特定成分量
を計測する周波数カウンタとを有することを特徴とする
デジタル検出方式の測定装置。1. A sensor information frequency conversion circuit for converting a signal from a chemical sensor into a frequency, a temperature pulse width conversion circuit for converting a signal from a temperature sensor into a pulse width, and the sensor information frequency conversion circuit Output frequency from the pulse width converted by the temperature pulse width conversion circuit
A frequency subtraction circuit for subtracting the number of pulses counted within the corresponding time and performing temperature correction, and a frequency counter for counting the frequency from the frequency subtraction circuit and measuring the amount of a specific component in the subject. A digital detection type measuring device characterized by having:
センサをパルス周波数決定用素子として含むＣＲ発振回
路にて被検体中の特定成分量に応じた周波数のパルス信
号を発生し、前記温度パルス幅変換回路は、抵抗型温度
センサの温度に起因した抵抗の変化に応じてコンデンサ
に充電し、又これを放電する回路を備え、更に、前記周
波数減算回路は、前記温度パルス幅変換回路からの充、
放電に基づく出力信号にて作動するスイッチ手段を備え
ていることを特徴とする請求項１のデジタル検出方式の
測定装置。2. The sensor information frequency conversion circuit generates a pulse signal having a frequency corresponding to the amount of a specific component in a subject in a CR oscillation circuit including a chemical sensor as an element for determining a pulse frequency. The conversion circuit includes a circuit for charging and discharging the capacitor according to a change in resistance caused by the temperature of the resistance type temperature sensor, and further includes a frequency subtraction circuit configured to charge the capacitor from the temperature pulse width conversion circuit. ,
2. The digital detection type measuring apparatus according to claim 1, further comprising switch means that is activated by an output signal based on discharge.
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