請求の範囲
１ 各々が複数の物理的変数のうちのそれぞれ異
なる１つの物理的変数を測定しその物理的変数の
測定値を表わす測定信号を発生する複数のトラン
スジユーサ手段１１と、前記複数のトランスジユ
ーサ手段の各々に選択的に結合されうる単一修正
手段１３とを備えており、前記トランスジユーサ
手段の各々には、該トランスジユーサ手段によつ
て発生される実際の測定信号が表わす物理的変数
の値と、該トランスジユーサ手段が測定している
実際の物理的変数の値との間の差を示す少なくと
も１つの受動素子からなる受動校正手段Ｒ１−Ｒ
８が関連付けられており、前記単一修正手段は、
前記複数のトランスジユーサ手段のうちの１つに
結合されるとき、該結合されたトランスジユーサ
手段に関連付けられた受動校正手段の前記受動素
子が示す前記差を読み取つて、該結合されたトラ
ンスジユーサ手段からの測定信号を該読み取つた
差に基づいて調整して、その測定している実際の
物理的変数の値を正確に示す修正済み測定信号１
８を与える調整手段を含むことを特徴とする、複
数の物理的変数のうちの１つを選択的に測定する
装置。
２ 前記受動校正手段の各々は、複数の受動素子
を含み、それら受動素子のうちの第１の組みの受
動素子Ｒ１−Ｒ３は、前記差についてのゼロレベ
ルエラーを示し、第２の組みの受動素子Ｒ４−Ｒ
６は、前記差についてのスパンを示しており、第
３の組みの受動素子Ｒ７−Ｒ８は、前記差につい
ての直線性エラーを示している請求の範囲第１項
記載の装置。
３ 前記複数の受動校正手段の各々の前記複数の
受動素子は、規定の抵抗値をもつ少なくとも１つ
の抵抗器Ｒ１−Ｒ８を含み、前記単一修正手段の
前記調整手段は、該単一修正手段が結合されたト
ランスジユーサ手段に関連付けられた前記受動校
正手段の前記少なくとも１つの抵抗器の抵抗値を
測定する手段を含む請求の範囲第２項記載の装
置。
４ 前記単一修正手段の前記調整手段は、該単一
修正手段が結合されたトランスジユーサ手段から
の測定信号を、その関連した第１の組みの受動素
子が示すゼロレベルエラーに従つて、その測定信
号にそのゼロレベルを修正する第１修正係数を加
え、その関連した第２の組みの受動素子の示すス
パンに従つて、その測定信号にそのスパンを修正
する第２修正係数を乗算し、そして、その関連し
た第３の組みの受動素子が示す直線性エラーに従
つて、その測定信号にその直線性を修正する第３
修正係数を加えることにより調整する請求の範囲
第２項または第３項記載の装置。
５ 前記受動校正手段の各々は、前記差を、あり
うる全範囲の測定信号値について示す請求の範囲
第１項から第４項のうちのいずれかに記載の装
置。
６ 前記装置は、生物学的パラメータを測定する
ためのものであり、規定の生物学的パラメータを
測定するために体内に少なくとも部分的に挿入さ
れる支持手段を備え、該支持手段は、１つのトラ
ンスジユーサ手段と、そのトランスジユーサ手段
１１によつて発生される測定信号を伝送すると共
に、その受動校正手段Ｒ１−Ｒ８を支持するコネ
クタ手段１５とを含み、前記コネクタ手段は、前
記単一修正手段１３に設けられたコネクタ手段１
７によつて嵌合される請求の範囲第１項から第５
項のうちのいずれかに記載の装置。
７ 前記単一修正手段は、前記トランスジユーサ
手段からの測定信号がアナログ形にあるときに、
その測定信号へ前記差に基づいて調整を加えて部
分的に修正された信号を生ずるようにし、さら
に、前記部分的に修正された信号をデジタル形に
変換するためのデジタル変換手段が設けられ、前
記単一修正手段は、前記部分的に修正されデジタ
ル化された信号へ前記差に基づいてさらに調整を
加えて修正済み測定信号を発生させるようにする
請求の範囲第１項から第６項のうちのいずれかの
記載の装置。
８ 前記単一修正手段は、前記トランスジユーサ
手段からの測定信号がアナログ形にあるときに、
その測定信号へゼロレベルおよびスパン調整を加
えて部分的に修正された信号を与え、前記単一修
正手段は、前記部分的に修正されデジタル化され
た信号に直線性調整を加えて修正済み測定信号を
発生させるようにする請求の範囲第７項記載の装
置。
９ 前記複数の受動校正手段の各々は、各トラン
スジユーサ手段によつて発生される未修正測定信
号を全体的に表わす連続曲線と、その物理的変数
に対して所望の関係を全体的に表わす連続曲線と
の間の相違を示し、且つ前記２つの代表曲線の形
状の間の相違を表わす曲線修正係数を与え、前記
単一修正手段は、前記受動校正手段からの曲線修
正係数に応答して、各トランスジユーサ手段から
の信号に前記修正係数を加えて修正済み測定信号
を発生させるようにする請求の範囲第１項から第
８項のうちのいずれかに記載の装置。
発明の背景
本発明は、一般に、規定の物理的変数を測定す
るトランスジユーサシステムに係り、特に出力信
号の不正確さを修正するのに用いる特殊な校正手
段を有したトランスジユーサシステムに係る。
これまで、高精度で正確なトランスジユーサ
は、一般に、比較的高い経費をかけ入念に注意を
払うことによつて製造されている。幾つかのトラ
ンスジユーサシステムは、所望の伝達特性に近い
特性を与えるように出力信号を調整する手段を備
えている。然し乍ら、この技術も、信号に対して
高度の修正を行なわねばならない場合には、非常
に経費がかゝる。
上記のトランスジユーサシステムは、非常に多
数の色々な圧力トランスジユーサや温度トランス
ジユーサ（即ち、温度計）が毎日使用される病院
のような多くの環境においては完全に満足なもの
であると言えない。これは、高い精度及び正確さ
が強く要望されるだけでなく、経費を最小限に下
げることも要望されるからである。それ故、比較
的安価なトランスジユーサを使用でき、然も、高
い精度及び正確さを発揮することのできるトラン
スジユーサシステムが要望されることは明らかで
あろう。本発明は、この要望を満足させるもので
ある。
発明の概要
本発明は、規定の物理的変数を測定するトラン
スジユーサシステムとして実施される。このシス
テムは、物理的変数を監視してこれを表わす信号
を発生するトランスジユーサ手段を備えており、
然して上記信号は、物理的変数との所望の関係か
ら所定の形態で異なるものである。本発明による
システムは、更に、上記信号と、上記変数に対す
るその所望の関係との間の相違を特徴付ける校正
手段と、上記物理的変数の修正済みの尺度を形成
するように、上記校正手段に応答して上記信号を
規定の形態で調整する修正手段とを備えている。
特に、本発明のトランスジユーサシステムは、
これが複数の個々のトランスジユーサ手段を備え
ていて、その各々に個々の校正手段が組み合わさ
れている場合に特に価値のあるものとなる。単一
の修正手段が、各々のトランスジユーサ手段に選
択的に接続されて、その出力信号を当該校正手段
に基づいて調整し、監視されている物理的変数の
修正済み尺度を形成する。このようにして、各々
のトランスジユーサ手段は修正手段と共に比較的
安く形成でき、高精度で正確な出力信号を発生す
ることができる。
好ましい実施例においては、上記校正手段は、
上記トランスジユーサ手段の不正確さを特徴付け
るための複数の表示体、例えば、選択された抵抗
値をもつ複数の抵抗器を備えている。特に、第
１、第２及び第３組の複数の抵抗器は、トランス
ジユーサ手段の信号と、上記物理的変数に対する
その所望の関係との間に相違についてのゼロレベ
ルエラー、スパンエラー及び直線性エラーを各々
特徴付ける。上記修正手段は、各抵抗器の抵抗値
を順次に測定し、次いで、ゼロレベルを修正する
ようにトランスジユーサ手段の信号に第１修正係
数を加え、スパンを修正するようにトランスジユ
ーサ手段の信号に第２修正係数を乗算し、そして
直線性を修正するようにトランスジユーサ手段の
信号に第３修正係数を加えることによつてトラン
スジユーサ手段の信号を調整する。
本発明の他の特徴及び効果は、本発明の原理を
一例として示す添付図面に関連した好ましい実施
例の以下の説明より明きらかとなろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は、複数の光学式圧力トランスジユーサ
のうちの選択された１つに対し修正済みの圧力測
定値を形成する圧力トランスジユーサシステムの
簡単なブロツク図である。
第２図は、第１図の監視・修正回路を、圧力ト
ランスジユーサのうちの選択された１つに接続し
たところを示したブロツク図である。
第３図は、第１図の圧力トランスジユーサの典
型的な１つについての変換特性を示すグラフであ
つて、第１図の監視・修正回路によつて修正され
るゼロレベルエラー、スパンエラー及び直線性エ
ラーを示したグラフである。
第４図は、第２図のマイクロプロセツサによつ
て行なわれる作動ステツプの簡単なフローチヤー
トである。
好ましい実施例の説明
さて、添付図面の特に第１図には、複数の個々
の位置に対して正確な圧力測定を行なう圧力トラ
ンスジユーサシステムが示されている。このシス
テムは、１１ａ−１１ｎで示された複数の圧力ト
ランスジユーサと、いずれかのトランスジユーサ
によつて形成された圧力信号を選択的に監視及び
修正するための監視・修正回路１３とを備えてい
る。各々のトランスジユーサは、１５ａ−１５ｎ
で示されたそれ自身の電気コネクタを備えてお
り、そして監視・修正回路は、トランスジユーサ
のコネクタの１つに選択的に取り付けることので
きる単一のコネクタ１７を備えている。
本発明によれば、トランスジユーサのコネクタ
１５ａ−１５ｎの各々は、それに対応するトラン
スジユーサの出力信号の正確さを特徴付ける表示
体を支持しており、監視・修正回路１３は、これ
らの表示体に応答して信号を適切に調整する。特
に、これらの表示体は、測定されている圧力とト
ランスジユーサ１１により実際に出力された信号
との所望の関係に対する該信号のゼロレベル、ス
パン及び直線性に関するエラーを指示する。信号
のゼロレベル及びスパンは、信号が元のアナログ
形態のまゝである間に修正され、一方、その直線
性は、信号がそれに対応するデジタル形態に変換
された後に修正される。上記回路は、測定されて
いる圧力を正確に表わしている修正済みの圧力測
定信号をライン18に出力する。
トランスジユーサの出力信号は修正しなければ
ならないから、トランスジユーサ１１は著しく精
度が高いものである必要はなく、実質的に低い精
度で製造することができる。これにより、当然、
コストが相当に節減される。
さて、第２図は、第１図の監視・修正回路１３
が複数の圧力トランスジユーサ１１ａ−１１ｎの
特定の１つに接続されたところを示した簡単なブ
ロツク図である。トランスジユーサは、可動ダイ
アフラム１９と、第１及び第２の光フアイバ２１
及び２３と、LED光源２５と、ホトトランジス
タ２７とを含むように示されている。LEDから
の光は、第１の光フアイバを経て送られて、ダイ
アフラムに当たり、このダイアフラムは、光を第
２の光フアイバに沿つて反射し、ホトトランジス
タに当てる。可動ダイアフラムの位置は測定さる
べき圧力に応じて変化し、このダイアフラムが第
２の光フアイバに沿つて反射させる光の量はダイ
アフラムの位置に応じて変化する。それ故、ホト
トランジスタによりライン29に送られる電流は、
測定されている圧力に応じて変化する。
トランスジユーサのコネクタ１５に支持された
表示体は、ライン29に現われるトランスジユーサ
の未修正の出力信号の精度を特徴付ける８個の抵
抗器Ｒ１−Ｒ８で構成される。トランスジユーサ
の出力信号が、測定される実際の圧力をより正確
に指示するようにするために監視・修正回路１３
で行なわねばならない特定の修正を示すよう、抵
抗器の特定の抵抗値がトランスジユーサ１１の製
造中に特に選択される。
第３図のグラフにおいて、実線３１は、トラン
スジユーサの製造中に決定された或る範囲の実際
の圧力に対し典型的な圧力トランスジユーサ１１
により出力された信号の振幅を示している。この
実際の変換特性を、トランスジユーサの所望の変
換特性−これは点線３３で示されており、完全な
トランスジユーサによつて出力される信号を表わ
している−と比較することができる。実際の曲線
３１と所望の曲線３３との間の差は、トランスジ
ユーサの不正確さ、即ちエラーを表わしている。
トランスジユーサのコネクタ１５に含まれた抵
抗器Ｒ１−Ｒ８は、トランスジユーサの不正確さ
についての幾つかの特性を識別し、従つて、監
視・修正回路１３はトランスジユーサの出力信号
を適切に調整することができる。特に、抵抗器Ｒ
１−Ｒ３は、圧力ゼロにおけるトランスジユーサ
の出力信号のずれを識別し、抵抗器Ｒ４−Ｒ６は
トランスジユーサの実際の出力信号のスパンと所
望の出力信号のスパンとの間の差を識別し、そし
て抵抗器Ｒ７−Ｒ８は、トランスジユーサの出力
信号における非直線性の程度を識別する。
各々の抵抗器Ｒ１−Ｒ８に対する特定の抵抗値
は、トランスジユーサ１１の製造中に選択され
る。これらの抵抗値は、一般曲線合致方定式の係
数を表わしており、1981年にMcGraw Hill社で
出版されたScience and Engineering Programs
Apple Editionの“Nth Order
Regression”と題する論文に述べられた適当な
コンピユータプログラムを用いて導き出される。
ゼロレベル、スパン及び直線性について修正する
時には（即ち、ゼロ、第１及び第２次修正）、曲
線合致方定式が次のようになる。
Ｐ＝A0＋A1ｘ＋A2x2
但し、
Ｐ＝実際の圧力
A0＝ゼロレベル修正
A1＝スパン修正
A2＝直線性修正
ｘ＝トランスジユーサ出力
当然のことながら、もつと複雑な曲線の場合に
は、更に高次の係数を表わす更に別の抵抗器を用
いて、もつと高次の修正を行なうことができる。
抵抗器Ｒ１−Ｒ８の各々は、次々の抵抗値が直
線的に変化し、即ち、次々の値と値との間の差が
等しいような組か、或いは、次々の抵抗値が幾何
学的に変化し、即ち、次々の値と値との間が累進
的に増加するような組から選択される。後者の場
合には、抵抗値の組が、便利なことに、標準１％
又は５％シリーズからの値を含むことができる。
抵抗値の組が16個の値を含む場合には、各抵抗器
は４ビツトの２進データを表わすことができる。
それ故、トランスジユーサのゼロレベルエラー及
びスパンエラーの大きさ及び方向は、12ビツトの
データで特徴付けることができ、直線性エラーの
大きさ及び方向は、８ビツトのデータで特徴付け
ることができる。
第２図に説明を戻すと、監視・修正回路１３
は、先ず、８個の抵抗器Ｒ１−Ｒ８の各々を順次
に読み取り、次いで、未修正のトランスジユーサ
出力信号を読み取つて、これを、測定した抵抗値
に基づいて調整する。特に、監視・修正回路は、
回路の作動シーケンスを適切に制御するマイクロ
プロセツサ３５と、８個の抵抗器の１つを選択す
るマルチプレクサＡ３７と、抵抗器について測定
するかトランスジユーサの信号について測定する
かを選択するマルチプレクサＢ３９と、選択され
た測定値をマイクロプロセツサに適合するデジタ
ルフオーマツトに変換するアナログ−デジタル
（Ａ／Ｄ）コンバータ４１とを備えている。
８個の抵抗器Ｒ１−Ｒ８は、ライン４３を経て
マルチプレクサＡ３７に電気的に接続され、マイ
クロプロセツサ３５からマルチプレクス制御バス
４５を経てマルチプレクサＡへ適当なデジタル制
御信号が送られる。選択された抵抗器は、ライン
４７を経て抵抗値−電圧コンバータ４９へ電気的
に接続され、該コンバータは、その抵抗器に電流
を通電して、その抵抗値に比例した大きさの電圧
を形成する。この電圧は、ライン５１を経てマル
チプレクサＢ３９の第１入力端子へ送られる。マ
イクロプロセツサは、マルチプレクス制御バス４
５を経てマルチプレクサＢへ適当なデジタル制御
信号を送ることによつてその入力端子を選択す
る。マルチプレクサＢにより選択された信号は、
ライン５３を経てＡ／Ｄコンバータ４１へ送ら
れ、該コンバータは、この信号をそれに対応する
デジタル信号に変換し、入力バス５５を経てマイ
クロプロセツサへ送る。マイクロプロセツサは、
このようにして８個の抵抗器の各々を順次に測定
し、その後、圧力測定の監視に入る。
前記したように、ホトトランジスタ２７は、測
定されている圧力を表わす電流を発生する。然し
乍ら、この電流の測定値をマイクロプロセツサ３
５へ入力する前に、トランスジユーサの伝達特性
の不正確さに対して部分的な修正を行なうように
その値が適当に調整される。この部分的な修正を
行なう回路は、信号のスパンを調整する第１の乗
算型デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ５
７と、信号のゼロオフセツトを調整する第２の乗
算型Ｄ／Ａコンバータ５９及び加算増巾器６１と
を備えている。ホトトランジスタから出力された
電流は、ライン２９を経て前置増巾器６３へ送ら
れて、増巾され、次いでライン６５を経てチヨツ
パ復調器６７へ送られる。この復調器の機能につ
いては、以下で詳細に述べる。このチヨツパ復調
器は、ライン６９を経て第１の乗算型Ｄ／Ａコン
バータ５７へ未修正の圧力測定信号を出力する。
第１の乗算型Ｄ／Ａコンバータ５７は、マイク
ロプロセツサ３５によつてスパン・ゼロ制御バス
７１を経て送られるデジタル制御ワードに基づい
て、未修正の圧力測定信号の振幅を調整する。こ
れにより、全範囲の圧力に対するスパンが所望の
スパン即ち完全なトランスジユーサのスパンに対
応するように上記未修正信号の振幅が調整され
る。スパンが修正された信号は、ライン７３を経
て加算増巾器６１の第１入力端子へ送られる。ラ
イン７４を経て該増巾器の第２入力端子に送られ
るのは、トランスジユーサのゼロオフセツトに相
当する電圧信号である。この電圧信号は、マイク
ロプロセツサからスパン・ゼロ制御バスを経て送
られた適当なデジタルワードの制御の下で、端子
７５に現われる基準電圧を適当に分割する第２の
乗算型Ｄ／Ａコンバータ５９によつて形成され
る。
それ故、加算増巾器６１は、トランスジユーサ
のゼロレベルエラー及びスパンエラーについて修
正された圧力測定信号を形成する。この部分的に
修正された測定信号は、ライン７７を経てマルチ
プレクサＢ３９の第２の入力端子に送られる。
８個の抵抗器Ｒ１−Ｒ８が測定され、そして適
当な制御ワードが第１及び第２の乗算型Ｄ／Ａコ
ンバータ５７及び５９へ各々送られた後、マイク
ロプロセツサ３５は、適当な制御ワードをマルチ
プレクサＢ３９へ出力し、上記の部分的に修正さ
れた圧力測定信号を保持しているその第２入力端
子を選択する。この信号は、次いで、Ｄ／Ａコン
バータ４１によつてそれに対応するデジタル信号
に変換され、入力バス５５を経てマイクロプロセ
ツサへ送られる。
監視・修正回路１３は、更に、LED２５によ
つて発生された光の強さを安定化させる回路も備
えている。この特殊な回路は、LEDに隣接して
トランスジユーサのコネクタ１５に配置された第
２のホトトランジスタ７９と、これに組み合わさ
れた前置増巾器８１と、差動増巾器８３とを含ん
でいる。第２のホトトランジスタは、光の輝度に
一般的に比例する電流を発生し、この電流は、ラ
イン８５を経て前置増巾器へ送られ、これに対応
する電圧信号が発生される。この電圧信号は、ラ
イン８７を経てチヨツパ復調器８９へ送られ−そ
の機能については以下で述べる−、そしてライン
９１を経て差動増巾器の負の入力端子へ送られ
る。差動増巾器の正の入力端子には、端子７５に
現われる基準電圧が抵抗分割器９３を経て送られ
る。差動増巾器の出力は、ライン９５を経てチヨ
ツパ復調器９７へ送られ−その機能については以
下で述べる−そしてライン９９を経てLEDを駆
動する。これにより形成されるフイードバツクル
ープは、LEDの光出力の輝度を規定のレベルに
安定化させる。
監視・修正回路１３は、更に、色々の回路素子
に現われる直流オフセツトが、行なわれている圧
力測定に影響を及ぼさないようにするチヨツパ回
路も備えている。このチヨツパ回路は、前記のチ
ヨツパ復調器６７及び８９と、チヨツパ変調器９
７と、500Hz信号発生器１０１とを備えている。
信号発生器によつて発生された500Hzクロツク信
号は、ライン１０３を経て各々の復調器及び変調
器へ送られる。変調器は、本質的に、LED２５
を500Hzの割合でオン及びオフに切り換えるアナ
ログゲートであり、従つて第１及び第２のホトト
ランジスタ２７及び７９によつて発生される電流
信号も各々それに対応して変調される。本質的
に、サンプル−ホールド回路である２つのチヨツ
パ復調器は、次いで、LEDが付勢されている時
間中だけ対応電圧信号を通すように作動する。前
記したように、このチヨツパ回路は、種々の回路
素子に現われる直流オフセツトが、行なわれてい
る圧力測定の精度に影響を及ぼさないように確保
する。
第４図は、前記した次々の測定及び修正を行な
う際にマイクロプロセツサ３５によつて実行され
るステツプを示した簡単なフローチヤートであ
る。第１ステツプ105においては、変数Ｎが１に
等しくセツトされ、その次のステツプ107におい
ては、マイクロプロセツサが適当なデジタルワー
ドをマルチプレクス制御バス４５に出力し、マル
チプレクサＡ３７が入力端子Ｎを選択しそしてマ
ルチプレクサＢ３９が入力端子１を選択するよう
にさせる。ステツプ109においては、マイクロプ
ロセツサが入力バス５５に現われるデジタルワー
ドを読み取つて記憶する。このワードは、抵抗器
RNの抵抗値に相当する。
プログラムの次のステツプ111においては、マ
イクロプロセツサ３５が、変数Ｎが３に等しいか
どうかを判断する。もしそうであれば、マイクロ
プロセツサは、ステツプ１１３において、抵抗器
Ｒ１−Ｒ３の手前の測定値に基づいて適当な修正
係数を第２の乗算型Ｄ／Ａコンバータ５９へ出力
する。次いで、マイクロプロセツサは、ステツプ
115において、変数Ｎが１だけ増加し、そして２
つのマルチプレクサ３７及び３９の入力端子を選
択するステツプ107へ復帰する。一方、ステツプ
111において、Ｎが３に等しくないと判断された
場合には、プログラムがステツプ117へ進み、Ｎ
が６に等しいかどうかが判断される。もしそうで
あれば、マイクロプロセツサは、ステツプ119に
おいて、抵抗器Ｒ４−Ｒ６の手前の測定値に基づ
いて適当な修正係数を第１の乗算型Ｄ／Ａコンバ
ータ５７へ出力する。マイクロプロセツサは、次
いで、ステツプ115において、Ｎを１だけ増加し、
マルチプレクサの入力端子を選択するステツプ
107へ復帰する。
ステツプ117において、Ｎが６に等しくないと
判断された場合には、プログラムがステツプ121
へ進み、Ｎが８に等しいかどうかが判断される。
もし８に等しくなければ、マイクロプロセツサ
は、ステツプ115において、Ｎを１だけ増加させ、
マルチプレクサの入力端子を選択するステツプ
107に復帰する。ステツプ121において、Ｎが８に
等しいと判断された場合には、マイクロプロセツ
サ３５は、８個の抵抗器Ｒ１−Ｒ８の測定を完了
し、プログラムはステツプ123へ進み、抵抗器Ｒ
７及びＲ８についての手前の測定値に基づいて直
線性の修正に対する表を計算する。次いで、マイ
クロプロセツサは、ステツプ125において、マル
チプレクス制御バス４５に適当なワードを出力
し、マルチプレクサＢ３９の入力端子２を選択す
る。次いで、マイクロプロセツサは、ステツプ
127において、入力バス５５に現われるデジタル
ワード−これは、部分的に修正された圧力測定値
に相当する−を読み取る。その後、ステツプ129
において、マイクロプロセツサは、ステツプ123
で形成された直線性修正表の適当な入力を捜し、
この入力を、ステツプ127で読み取つた入力信号
に加え、完全に修正された圧力測定値を形成す
る。ステツプ131において、マイクロプロセツサ
は、この完全に修正された圧力測定値をライン１
３３に出力する。
マイクロプロセツサ３５は、完全に修正された
圧力測定値に相当するデジタルワードを、ライン
１３３を経てデジタル表示装置１３５及びＤ／Ａ
コンバータ１３７へ出力する。次いで、Ｄ／Ａコ
ンバータは、それに対応するアナログ信号をシス
テムによる出力としてライン１８に形成する。
以上の説明から、本発明は、多数の種々のトラ
ンスジユーサのいずれについても圧力のような物
理的変数の正確且つ高精度の測定値を形成する改
良されたトランスジユーサシステムを提供するこ
とが明らかであろう。各々のトランスジユーサ
は、その出力信号の不正確さを指示する特殊な校
正手段を備え、そして監視・修正回路は、いずれ
のトランスジユーサにも選択的に取り付けること
ができ、上記校正手段を読み取つてトランスジユ
ーサの出力信号を適切に調整し、指示された不正
確さを修正することができる。
現在好ましいと考えられる実施例について本発
明を詳細に説明したが、本発明から逸脱せずに
種々の変更がなされ得ることは当業者に明らかで
あろう。従つて、本発明は、請求の範囲のみによ
つて規定されるものとする。 Claim 1: A plurality of transducer means 11 each measuring a different one of a plurality of physical variables and generating a measurement signal representing a measured value of the physical variable; a single modification means 13, which can be selectively coupled to each of the transducer means, each of said transducer means being provided with a single modification means 13, in which the actual measurement signal generated by said transducer means is coupled to said transducer means; Passive calibration means R1-R consisting of at least one passive element that indicates the difference between the value of the physical variable it represents and the value of the actual physical variable that the transducer means is measuring.
8 is associated with said single modification means:
When coupled to one of the plurality of transducer means, the coupled transducer means reads the difference exhibited by the passive element of the passive calibration means associated with the coupled transducer means. a modified measurement signal 1 in which the measurement signal from the measuring means is adjusted based on the read difference to accurately represent the value of the actual physical variable being measured;
8. A device for selectively measuring one of a plurality of physical variables, characterized in that it comprises adjustment means for providing a value of 8. 2. Each of said passive calibration means includes a plurality of passive elements, of which a first set of passive elements R1-R3 exhibits a zero level error for said difference; Element R4-R
6. The apparatus of claim 1, wherein 6 indicates a span for said difference, and a third set of passive elements R7-R8 indicates a linearity error for said difference. 3. The plurality of passive elements of each of the plurality of passive calibration means includes at least one resistor R1-R8 having a defined resistance value, and the adjustment means of the single correction means is configured to 3. The apparatus of claim 2, including means for measuring the resistance of said at least one resistor of said passive calibration means associated with a transducer means coupled to said passive calibration means. 4. said adjustment means of said single modification means adjust the measurement signal from the transducer means to which said single modification means is coupled in accordance with the zero level error exhibited by its associated first set of passive elements; Adding to the measured signal a first correction coefficient for correcting the zero level, and multiplying the measured signal by a second correction coefficient for correcting the span according to the span indicated by the associated second set of passive elements. , and a third circuit that corrects the linearity of the measured signal according to the linearity error exhibited by the associated third set of passive elements.
4. The device according to claim 2 or 3, wherein the adjustment is made by adding a correction factor. 5. Apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein each of said passive calibration means indicates said difference for the entire range of possible measured signal values. 6. The device is for measuring a biological parameter and comprises support means inserted at least partially into the body for measuring a defined biological parameter, the support means comprising one transducer means and connector means 15 for transmitting the measurement signal generated by the transducer means 11 and for supporting the passive calibration means R1-R8, said connector means Connector means 1 provided on correction means 13
Claims 1 to 5 incorporated by 7.
Apparatus according to any of the paragraphs. 7. said single modification means when the measurement signal from said transducer means is in analog form;
adjusting the measured signal based on the difference to produce a partially modified signal; and digital conversion means are provided for converting the partially modified signal into digital form; 7. The method of claim 1, wherein said single modification means further adjusts said partially modified digitized signal based on said difference to generate a modified measurement signal. The device described in any of the above. 8. said single modification means when the measurement signal from said transducer means is in analog form;
applying zero level and span adjustments to the measurement signal to provide a partially corrected signal; said single correction means applying a linearity adjustment to said partially corrected digitized signal to provide a corrected measurement signal; 8. Apparatus according to claim 7, adapted to generate a signal. 9. Each of said plurality of passive calibration means has a continuous curve that is generally representative of the unmodified measurement signal produced by each transducer means and a desired relationship for that physical variable. providing a curve modification coefficient indicative of a difference between a continuous curve and representing a difference between the shapes of said two representative curves, said single modification means being responsive to curve modification coefficients from said passive calibration means; 9. Apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the correction factor is added to the signal from each transducer means to generate a corrected measurement signal. BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates generally to transducer systems for measuring defined physical variables, and more particularly to transducer systems having special calibration means used to correct for inaccuracies in output signals. . Heretofore, high precision and accurate transducers have generally been manufactured at relatively high expense and care. Some transducer systems include means for adjusting the output signal to provide a characteristic approximating the desired transfer characteristic. However, this technique is also very expensive if a high degree of modification must be made to the signal. The transducer system described above is completely satisfactory in many environments, such as hospitals, where a large number of different pressure and temperature transducers (i.e., thermometers) are used daily. I can't say that. This is because not only high precision and accuracy are strongly desired, but also costs are desired to be reduced to a minimum. It is therefore clear that there is a need for a transducer system that can utilize relatively inexpensive transducers, yet still exhibit high precision and accuracy. The present invention satisfies this need. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is implemented as a transducer system that measures defined physical variables. The system includes transducer means for monitoring and producing a signal representative of a physical variable;
The signal thus differs in a predetermined manner due to the desired relationship with the physical variable. The system according to the invention further comprises calibration means for characterizing the differences between said signal and its desired relationship to said variable, and responsive to said calibration means to form a modified measure of said physical variable. and modifying means for adjusting said signal in a defined manner. In particular, the transducer system of the present invention
This is particularly valuable if it comprises a plurality of individual transducer means, each of which is associated with an individual calibration means. A single correction means is selectively connected to each transducer means to adjust its output signal based on the calibration means to form a corrected measure of the physical variable being monitored. In this way, each transducer means, together with the modification means, can be constructed relatively cheaply and produce highly accurate and accurate output signals. In a preferred embodiment, the calibration means comprises:
A plurality of indicators, for example a plurality of resistors with selected resistance values, are provided for characterizing the inaccuracy of the transducer means. In particular, the plurality of resistors in the first, second and third sets are configured to detect zero level error, span error and linearity for differences between the signal of the transducer means and its desired relationship to said physical variable. Characterize each gender error. The modification means sequentially measures the resistance value of each resistor, then adds a first modification factor to the signal of the transducer means to modify the zero level, and the transducer means to modify the span. and adjusting the signal of the transducer means by multiplying the signal of the transducer means by a second correction factor and adding a third correction factor to the signal of the transducer means to correct for linearity. Other features and advantages of the invention will be apparent from the following description of a preferred embodiment, taken in conjunction with the accompanying drawings, which illustrate by way of example the principles of the invention. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a simplified block diagram of a pressure transducer system that forms a corrected pressure measurement for a selected one of a plurality of optical pressure transducers. be. FIG. 2 is a block diagram illustrating the monitoring and correction circuit of FIG. 1 connected to a selected one of the pressure transducers. FIG. 3 is a graph showing the conversion characteristics of a typical one of the pressure transducers of FIG. and a graph showing the linearity error. FIG. 4 is a simplified flowchart of the operational steps performed by the microprocessor of FIG. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring now to the accompanying drawings, and particularly to FIG. 1, there is shown a pressure transducer system that provides accurate pressure measurements for a plurality of individual locations. The system includes a plurality of pressure transducers, designated 11a-11n, and a monitoring and modification circuit 13 for selectively monitoring and modifying the pressure signals produced by any of the transducers. We are prepared. Each transducer is 15a-15n
It has its own electrical connector, shown as , and the monitoring and correction circuitry has a single connector 17 that can be selectively attached to one of the transducer's connectors. According to the invention, each of the transducer connectors 15a-15n carries an indicator characterizing the accuracy of the output signal of the corresponding transducer, and the monitoring and correction circuit 13 is configured to monitor and modify these indicators. Adjust signals appropriately in response to your body. In particular, these indicators indicate errors in the zero level, span, and linearity of the signal relative to the desired relationship between the pressure being measured and the signal actually output by the transducer 11. The zero level and span of the signal are modified while the signal remains in its original analog form, while its linearity is modified after the signal is converted to its corresponding digital form. The circuit outputs a modified pressure measurement signal on line 18 that accurately represents the pressure being measured. Since the output signal of the transducer must be modified, the transducer 11 does not need to be extremely precise and can be manufactured with substantially lower precision. With this, of course,
Significant cost savings. Now, FIG. 2 shows the monitoring/correction circuit 13 in FIG.
FIG. 2 is a simplified block diagram illustrating the pressure transducers 11a-11n connected to a particular one of the plurality of pressure transducers 11a-11n. The transducer includes a movable diaphragm 19 and first and second optical fibers 21.
and 23, an LED light source 25, and a phototransistor 27. Light from the LED is sent through a first optical fiber and hits a diaphragm that reflects the light along a second optical fiber and onto a phototransistor. The position of the movable diaphragm changes depending on the pressure to be measured, and the amount of light that the diaphragm reflects along the second optical fiber changes depending on the position of the diaphragm. Therefore, the current sent to line 29 by the phototransistor is
Varies depending on the pressure being measured. An indicator carried by the transducer connector 15 consists of eight resistors R1-R8 which characterize the accuracy of the transducer's uncorrected output signal appearing on line 29. A monitoring and correction circuit 13 to ensure that the transducer output signal is more accurately indicative of the actual pressure being measured.
The particular resistance value of the resistor is specifically chosen during manufacture of transducer 11 to indicate the particular modification that must be made. In the graph of FIG. 3, solid line 31 represents a typical pressure transducer 11 for a range of actual pressures determined during manufacture of the transducer.
It shows the amplitude of the signal output by. This actual conversion characteristic can be compared to the desired conversion characteristic of the transducer, which is shown by dotted line 33 and represents the signal output by the complete transducer. The difference between the actual curve 31 and the desired curve 33 represents transducer inaccuracy or error. Resistors R1-R8 included in the transducer connector 15 identify some characteristic of transducer inaccuracy, and therefore the monitoring and correction circuit 13 changes the transducer output signal. Can be adjusted appropriately. In particular, resistor R
1-R3 identify the deviation of the transducer output signal at zero pressure, and resistors R4-R6 identify the difference between the transducer's actual output signal span and the desired output signal span. and resistors R7-R8 identify the degree of nonlinearity in the transducer output signal. The specific resistance values for each resistor R1-R8 are selected during manufacture of transducer 11. These resistance values represent the coefficients of the general curve matching formula, Science and Engineering Programs , published by McGraw Hill, 1981.
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is derived using a suitable computer program as described in the paper titled "Regression".
When correcting for zero level, span, and linearity (i.e., zero, first and second order corrections), the curve fitting scheme is as follows. P=A 0 +A 1 x+A 2 x 2However , P=Actual pressure A 0 = Zero level correction A 1 = Span correction A 2 = Linearity correction x = Transducer output Naturally, it is a complicated curve In the case of , even higher order corrections can be made using further resistors representing higher order coefficients. Each of the resistors R1-R8 may be arranged in such a way that successive resistance values vary linearly, i.e., the difference between successive values is equal, or the successive resistance values vary geometrically. It is selected from a set that varies, ie, there is a progressive increase between successive values. In the latter case, the set of resistance values is conveniently set to the standard 1%
Or it can include values from the 5% series.
If the set of resistance values includes 16 values, each resistor can represent 4 bits of binary data.
Therefore, the magnitude and direction of the transducer's zero level error and span error can be characterized with 12 bits of data, and the magnitude and direction of the linearity error can be characterized with 8 bits of data. Returning to FIG. 2, the monitoring/correction circuit 13
first reads each of the eight resistors R1-R8 sequentially, then reads the unmodified transducer output signal and adjusts it based on the measured resistance value. In particular, the monitoring/correction circuit is
a microprocessor 35 for appropriately controlling the operating sequence of the circuit, a multiplexer A37 for selecting one of the eight resistors, and a multiplexer B39 for selecting whether to measure on the resistor or on the signal of the transducer. and an analog-to-digital (A/D) converter 41 for converting selected measurements into a digital format compatible with a microprocessor. Eight resistors R1-R8 are electrically connected to multiplexer A37 via line 43, and appropriate digital control signals are sent from microprocessor 35 to multiplexer A via multiplex control bus 45. The selected resistor is electrically connected via line 47 to a resistance-to-voltage converter 49 that passes current through the resistor to form a voltage proportional to its resistance. do. This voltage is sent via line 51 to the first input terminal of multiplexer B39. The microprocessor uses a multiplex control bus 4
The input terminal is selected by sending an appropriate digital control signal to multiplexer B via 5. The signal selected by multiplexer B is
It is sent via line 53 to A/D converter 41, which converts this signal into a corresponding digital signal and sends it via input bus 55 to the microprocessor. The microprocessor is
Each of the eight resistors is thus measured in sequence, after which pressure measurement monitoring begins. As mentioned above, phototransistor 27 generates a current representative of the pressure being measured. However, the measured value of this current is sent to the microprocessor 3.
5, its value is adjusted appropriately to partially correct for inaccuracies in the transducer's transfer characteristics. The circuit that performs this partial modification includes a first multiplicative digital-to-analog (D/A) converter 5 that adjusts the span of the signal.
7, a second multiplication type D/A converter 59 for adjusting the zero offset of the signal, and a summing amplifier 61. The current output from the phototransistor is sent via line 29 to a preamplifier 63 for amplification and then via line 65 to a chopper demodulator 67. The functionality of this demodulator will be discussed in detail below. The chopper demodulator outputs an unmodified pressure measurement signal via line 69 to the first multiplying D/A converter 57 . The first multiplicative D/A converter 57 adjusts the amplitude of the unmodified pressure measurement signal based on a digital control word sent by the microprocessor 35 over the span and zero control bus 71. This adjusts the amplitude of the unmodified signal so that the span for the full range of pressures corresponds to the desired span, ie, the span of the complete transducer. The span corrected signal is sent via line 73 to the first input terminal of summing amplifier 61. Passed through line 74 to the second input terminal of the amplifier is a voltage signal corresponding to the zero offset of the transducer. This voltage signal is transferred to a second multiplying D/A converter 59 which appropriately divides the reference voltage appearing at terminal 75 under the control of an appropriate digital word sent from the microprocessor via the span zero control bus. formed by. The summing amplifier 61 therefore forms a pressure measurement signal corrected for transducer zero level and span errors. This partially modified measurement signal is sent via line 77 to the second input terminal of multiplexer B39. After the eight resistors R1-R8 are measured and the appropriate control words are sent to the first and second multiplying D/A converters 57 and 59, respectively, the microprocessor 35 outputs the appropriate control words. to multiplexer B39 and selects its second input holding the above-mentioned partially modified pressure measurement signal. This signal is then converted into a corresponding digital signal by D/A converter 41 and sent to the microprocessor via input bus 55. The monitoring and modification circuit 13 further includes a circuit for stabilizing the intensity of the light generated by the LED 25. This special circuit includes a second phototransistor 79 placed in the connector 15 of the transducer adjacent to the LED, an associated preamplifier 81, and a differential amplifier 83. Contains. The second phototransistor generates a current that is generally proportional to the intensity of the light, and this current is sent via line 85 to the preamplifier to generate a corresponding voltage signal. This voltage signal is sent via line 87 to a chopper demodulator 89 - the function of which will be described below - and via line 91 to the negative input terminal of the differential amplifier. The reference voltage present at terminal 75 is fed to the positive input terminal of the differential amplifier via a resistor divider 93. The output of the differential amplifier is sent via line 95 to a chopper demodulator 97 - the function of which will be described below - and via line 99 to drive the LED. The feedback loop thus formed stabilizes the brightness of the light output of the LED at a specified level. The monitoring and correction circuit 13 also includes a chopper circuit that ensures that DC offsets appearing in the various circuit elements do not affect the pressure measurements being made. This chopper circuit includes the chopper demodulators 67 and 89 and the chopper modulator 9.
7 and a 500Hz signal generator 101.
The 500 Hz clock signal generated by the signal generator is sent via line 103 to each demodulator and modulator. The modulator is essentially an LED25
is an analog gate that switches on and off at a rate of 500 Hz, so that the current signals generated by the first and second phototransistors 27 and 79 are respectively modulated accordingly. The two chopper demodulators, which are essentially sample-and-hold circuits, are then activated to pass corresponding voltage signals only during the times that the LEDs are energized. As mentioned above, this chopper circuit ensures that DC offsets appearing in the various circuit elements do not affect the accuracy of the pressure measurements being made. FIG. 4 is a simple flowchart illustrating the steps performed by microprocessor 35 in making the successive measurements and corrections described above. In a first step 105, variable N is set equal to 1, and in the next step 107, the microprocessor outputs the appropriate digital word to multiplex control bus 45 and multiplexer A37 selects input terminal N. and causes multiplexer B39 to select input terminal 1. In step 109, the microprocessor reads and stores the digital word appearing on input bus 55. This word is a resistor
Corresponds to the resistance value of RN. In the next step 111 of the program, microprocessor 35 determines whether variable N is equal to three. If so, the microprocessor outputs the appropriate correction factor to the second multiplying D/A converter 59 in step 113 based on the previous measurements of resistors R1-R3. The microprocessor then steps
At 115, the variable N is increased by 1 and 2
The process returns to step 107 in which the input terminals of the two multiplexers 37 and 39 are selected. On the other hand, step
If it is determined at 111 that N is not equal to 3, the program proceeds to step 117 and N
is equal to 6. If so, the microprocessor outputs the appropriate correction factor to the first multiplicative D/A converter 57 in step 119 based on the previous measurements of resistors R4-R6. The microprocessor then increases N by 1 in step 115;
Steps to select multiplexer input terminals
Return to 107. If in step 117 it is determined that N is not equal to 6, the program returns to step 121.
It is determined whether N is equal to 8.
If not equal to 8, the microprocessor increases N by 1 in step 115;
Steps to select multiplexer input terminals
Return to 107. If it is determined in step 121 that N is equal to 8, the microprocessor 35 completes the measurement of the eight resistors R1-R8 and the program proceeds to step 123 to measure the resistors R1-R8.
Calculate the table for the linearity correction based on the previous measurements for 7 and R8. The microprocessor then outputs the appropriate word on multiplex control bus 45 in step 125 to select input terminal 2 of multiplexer B39. The microprocessor then steps
At 127, the digital word appearing on input bus 55, which corresponds to a partially corrected pressure measurement, is read. Then step 129
In step 123, the microprocessor
Find a suitable input for the linearity correction table formed by
This input is added to the input signal read in step 127 to form a fully corrected pressure measurement. In step 131, the microprocessor transfers this fully corrected pressure measurement to line 1.
Output to 33. Microprocessor 35 outputs a digital word corresponding to the fully corrected pressure measurement via line 133 to digital display 135 and D/A.
Output to converter 137. The D/A converter then forms a corresponding analog signal on line 18 as output by the system. From the foregoing, it can be seen that the present invention provides an improved transducer system that produces accurate and highly accurate measurements of physical variables such as pressure for any of a number of different transducers. It should be obvious. Each transducer is equipped with special calibration means to indicate the inaccuracy of its output signal, and a monitoring and correction circuit can be selectively installed on any transducer to provide an indication of the inaccuracy of the said calibration means. The output signal of the transducer can then be read and adjusted appropriately to correct for the indicated inaccuracy. Although the invention has been described in detail with respect to embodiments that are presently considered preferred, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the invention. Accordingly, the invention is to be defined only by the scope of the claims.