JPH07159196A - センサ信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、センサ信号処理装置に感度および
オフセットの異なるセンサを用いた際のハードウェアと
のミスマッチを改良する。 【構成】 気圧センサ１の、感度を調整するための増幅
率調整回路８およびオフセットを調整するためのオフセ
ット調整回路７を構成し、増幅回路３の増幅率およびオ
フセットを調整する。 【効果】 感度およびオフセットの異なるセンサでも共
通のハードウェアで対応することが可能となり、調整工
程の簡素化およびコストの低減が可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物理情報を検知するセ
ンサの出力信号を表示などの目的のために処理するセン
サ信号処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の電子時計には、本来の時刻表時機
能やアラーム、クロノ等の一般に利用されている機能に
加えて、気圧や水圧などの圧力や気温などの絶えず変化
する物理情報をセンサを用いて測定し、信号処理回路を
介して表示するセンサ機能を付加したものが商品化され
ている。しかし、前記電子時計は電子回路エレメントを
収納するためのスペースが限られており、またコスト低
減ためにも増幅率およびオフセット等の調整用の可変抵
抗器等のエレメントは出来るだけ使用せず、出来るだけ
無調整化が望まれている。さらに、仕様の異なるセンサ
にも同一のハードウェアで対応できることが望ましい。
以下上記制約条件に関する従来技術について述べる。

【０００３】図２は電池駆動の電子時計に用いられる従
来のセンサ信号処理装置の一例である。図２において、
１は気圧Ｐに比例した気圧信号Ｓ１を出力する気圧セン
サ、２は気圧センサ１に定電流を流して駆動するセンサ
駆動回路、３はオペアンプを用いて気圧信号Ｓ１を増幅
する増幅回路、４は増幅回路３から出力される増幅され
た気圧信号Ｓ１’をＡ／Ｄ変換し変換データＤｃとして
出力するＡ／Ｄ変換回路、５は変換データＤｃを処理し
てセンサ情報データＤｊに変換し出力するセンサ情報デ
ータ処理回路であり、メモリ設定回路５ａと、第１のメ
モリであるＡメモリ５ｂと、第２のメモリであるＢメモ
リ５ｃと、データ選択回路５ｄと、センサ特性式算出手
段であるマイクロコンピュータにより構成されている。
メモリ設定回路５ａは、Ａ／Ｄ変換回路４から端子Ｉに
入力される変換データＤｃを外部から端子Ｃ１およびＣ
２にそれぞれ入力される制御信号Ｓ３１またはＳ３２に
従って端子Ｏ１または端子Ｏ２より出力し、Ａメモリ５
ｂまたはＢメモリ５ｃに記憶させる。メモリ設定回路５
ａの端子Ｏ１より変換データＤｃが出力されると、その
変換データＤｃはＡメモリ５ｂにメモリデータＤａとし
て記憶される。また端子Ｏ２より変換データＤｃが出力
されると、その変換データＤｃはＢメモリ５ｃにメモリ
データＤｂとして記憶される。なお、Ａメモリ５ｂおよ
びＢメモリは不輝発生メモリであり、メモリ設定回路５
ａにより記憶させられると電源を切ってもその内容は保
持されている。データ選択回路５ｄはマイクロコンピュ
ータ５ｅから端子Ｃに入力されるの制御信号により、端
子Ｉ１に入力されている変換データＤｃか、端子Ｉ２に
入力されているＡメモリ５ｂの記憶内容であるメモリデ
ータＤａか、または端子Ｉ３に入力されているＢメモリ
５ｃの記憶内容であるメモリデータＤａかを選択的に端
子Ｏより出力し、マイクロコンピュータ５ｅに供給する
ように構成されている。マイクロコンピュータ５ｅはデ
ータ選択回路５ｄの端子Ｃを制御して、Ａメモリ５ｂに
記憶されているメモリデータＤａと、Ｂメモリ５ｃに記
憶されているメモリデータＤｂをデータ選択回路５ｄの
端子Ｏより読み込み、センサ特性式を決定すし、センサ
情報信号Ｄｊを表示装置６に出力する。６はセンサ情報
データ処理回路５のマイクロコンピュータ５ｅから出力
されるセンサ情報データＤｊに基づいて気圧値をデジタ
ル表示する表示装置である。

【０００４】上記回路構成を有するセンサ信号処理装置
は次のように動作する。気圧センサ１はセンサ駆動回路
２により定電流駆動されると気圧センサ１に加えられて
いる気圧Ｐに比例した気圧信号Ｓ１を出力する。気圧信
号Ｓ１は増幅回路３により増幅されて信号Ｓ１’とな
り、さらにこの信号Ｓ１’はＡ／Ｄ変換回路４によりデ
ジタル変換データＤｃに変換される。デジタル変換デー
タＤｃはセンサ情報データ処理回路によりセンサ情報Ｄ
ｊに変換されるが、ここでセンサ情報データ処理回路５
におけるセンサ特性式算出の仕方について説明する。ま
ず、ある一定の気圧Ｐ１を気圧センサ１に加え、この状
態でメモリ設定回路５ａの端子Ｃ１に外部から制御信号
Ｓ３１を入力しＡ／Ｄ変換回路４から出力されている変
換データＤｃをＡメモリ５ｂに記憶する。次に気圧Ｐ１
と異なる気圧Ｐ２を気圧センサ１に加え、この状態でメ
モリ設定回路５ａの端子Ｃ２に外部から制御信号Ｓ３２
を入力しＡ／Ｄ変換回路４から出力されている変換デー
タＤｃをＢメモリ５ｃに記憶する。これは図３に示すよ
うに、気圧Ｐ１の時の変換データＤｃをメモリデータＤ
ａとしてＡメモリ５ｂに記憶し、気圧Ｐ２の時の変換デ
ータＤｃをメモリデータＤｂとしてＢメモリ５ｃに記憶
したことになる。すなわち、気圧センサ１の特性と増幅
回路３の特性とを総合した気圧変換特性をＡメモリ５ｂ
とＢメモリ５ｃに記憶したことになる。次にマイクロコ
ンピュータ５ｅによるセンサ特性式の算出について説明
する。マイクロコンピュータ５ｅはデータ選択回路５ｄ
の端子Ｃを制御して、Ａメモリ５ｂに記憶されているメ
モリデータＤａ（気圧Ｐ１のときの変換データＤｃ）
と、Ｂメモリ５ｃに記憶されているメモリデータＤｂ
（気圧Ｐ２のときの変換データＤｃ）を読み込み、αお
よびβを計算しセンサ情報信号Ｄｊを決定するための次
の数１で示されるセンサ特性式を決定する。

【０００５】

【数１】Ｄｊ＝α×Ｄｃ＋β α＝（Ｐ２−Ｐ１）／（Ｄｂ−Ｄａ） β＝Ｐ１−α×Ｄａ

【０００６】なお、このセンサ特性式のαおよびβの決
定は電源投入時に前記不輝発生メモリに記憶されている
メモリデータＤａ、Ｄｂに基づいて１回だけ行えばよ
い。そして一度数１のセンサ特性式が決定されると、そ
れ以後変換データＤｃはデータ選択回路５ｄを介してマ
イクロコンピュータ５ｅに読み込まれ、数１のセンサ特
性式によりセンサ情報信号Ｄｊ（気圧Ｐを表す）が算出
される。さて、こうして決定されたセンサ特性式を有す
るセンサ情報データ処理回路５にＡ／Ｄ変換回路４から
デジタル変換データＤｃが入力されると、センサ特性式
に従って演算されたセンサ情報信号Ｄｊがマイクロコン
ピュータ５ｅから出力される。表示装置６はこのセンサ
情報信号Ｄｊに基づいて気圧値（たとえば１０１３ｈＰ
ａ）を表示する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、セ
ンサ特性式を各センサ信号処理装置ごとに、その気圧セ
ンサの特性および増幅回路の特性に適合するごとく算出
して決定するため、機械的な調整もなく正確に気圧の表
示を行うことが出来る。しかしながら、実際に使用する
センサでは感度およびオフセットのバラつきが大きく、
従来のセンサ信号処理装置ではセンサ単体での調整を強
いられ、規格外のものは不良扱となりセンサ完成歩留り
を落し、かつセンサの持つ感度およびオフセットのバラ
つきを考慮して、計測したい気圧の上限値Ｐｍａｘにお
いてもＡ／Ｄ変換の上限値であるＤｍａｘを越えぬよう
あるいは計測したい気圧の下限値ＰｍｉｎにおいてもＡ
／Ｄ変換の下限値である０とならぬように、図４（ａ）
に示すがごとく増幅回路３の増幅率の設定を、図４
（ｂ）に示すがごとくオフセットの設定をそれぞれ行わ
なければならないため、図４（ａ）（ｂ）に示すように
ダイナミックレンジを有効に使うことが出来ず単位気圧
当たりの分解能を上げることが困難であった。また、異
なった仕様のセンサを使用する場合いちいちそのセンサ
の特性に合わせて増幅回路３の増幅率およびオフセット
の再設定を行わなければならず、仕様変更の際の対応が
困難であった。本発明の目的は、上記センサ単体での調
整の廃止および異なる仕様センサを共通のハードウェア
で対応できるセンサ信号処理装置を提供するものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のは以下の構成を有する。すなわち、本発明
によるセンサ信号処理装置は、物理情報を検出する線型
性のセンサと、該センサを駆動するセンサ駆動回路と、
前記センサから出力するセンサ信号を入力して増幅する
増幅回路と、該増幅回路で処理された増幅出力値をデジ
タル情報に変換するＡ／Ｄ変換回路と、該Ａ／Ｄ変換回
路から出力されるデジタル情報からセンサ情報データを
作成するデータ処理回路と、該データ処理回路は前期Ａ
／Ｄ変換回路から出力される２つの異なるデジタル情報
データをそれぞれ記憶する第１のメモリおよび第２のメ
モリと、該２つのメモリに記憶されている２つのデジタ
ル情報データに基づいてセンサ特性式を算出するセンサ
特性式算出手段とを有し、該センサ特性式算出手段によ
り算出したセンサ特性式に従って前記Ａ／Ｄ変換回路か
ら出力されるデジタル情報データをセンサ情報データに
変換するセンサ信号処理装置において、前記増幅回路の
増幅率を調整するための増幅率調整回路と、前記増幅回
路のオフセット電圧値を調整するためのオフセット調整
回路を備えたことを特徴とする。

【０００９】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例を詳述す
る。図１は本発明によるセンサ信号処理装置の一実施例
を示しており、ここに例示したセンサ信号処理装置は大
気厚を表示するように設計されたものである。以下この
図を参照して本発明を説明する。図中図２と同一要素に
は、同一番号を付し説明を省略する。７はオフセット調
整回路であり、オフセット調整メモリ７ａと、オフセッ
ト調整Ｄ／Ａ変換回路７ｂにより構成されている。オフ
セット調整メモリ７ａは、外部より入力されるデジタル
値で表されるオフセット調整データＤｏを記憶し、オフ
セット調整データＤｏをオフセット調整Ｄ／Ａコンバー
タ７ｂに出力する。オフセット調整Ｄ／Ａコンバータ７
ｂは、オフセット調整データＤｏを基にオフセット調整
信号Ｓｏを発生し増幅部４に供給する。８は増幅率調整
回路であり、増幅率調整メモリ８ａと、増幅率切り替え
回路７ｂにより構成されている。増幅率調整メモリ８ａ
は、外部より入力されるデジタル増幅率調整データＤｇ
を記憶し、増幅率調整データＤｇを増幅率切り替え回路
８ｂに出力する。増幅率切り替え回路８ｂは、増幅率調
整データＤｇを基に増幅率調整信号Ｓｇを発生し増幅回
路３に供給する。増幅回路３は増幅率調整信号Ｓｇを基
にオペアンプの入力または帰還抵抗値を切り替え、増幅
率を決定する。なお、オフセット調整メモリ７ａおよび
増幅率調整メモリ８ａは不輝発生メモリであり、データ
を記憶した後電源を切ってもその内容は保持されてい
る。

【００１０】次に上記構成を有する本発明によるセンサ
信号処理装置の動作について説明する。いま、オフセッ
ト値が大き過ぎ感度の低すぎる気圧センサを用いた場合
のＡ／Ｄ変換値のグラフを図５（ａ）に示す。図５
（ａ）の状態では、オフセット値が大きすぎるために測
定したい上限値Ｐｍａｘが測定限界の上限値Ｄｍａｘを
上回っている。このため、所望の測定範囲を得られない
ばかりか気圧センサ１の感度が低すぎるために変換値Ｄ
ｃの１ビット当たりの重み付けが大きすぎ測定分解能が
荒くなってしまう。上記センサ信号処理装置を調整する
ための手順を以下に説明する。まず、気圧Ｐ１を気圧セ
ンサ１に加え、この状態でオフセット調整メモリ７ａに
外部からオフセット調整データＤｏのオフセット減パタ
ーンを入力しオフセット調整Ｄ／Ａ変換回路７ｂから出
力されているオフセット調整信号Ｓｏを減らす。する
と、増幅回路３でのオフセット電圧値が減り、気圧Ｐ１
およびＰ２におけるＡ／Ｄ変換値のグラフは図５（ｂ）
に示すようになる。次に、気圧Ｐ２を気圧センサ１に加
え、この状態で増幅率調整メモリ８ａに外部から増幅率
調整データＤｇの増幅率増パターンを入力し増幅率切り
替え回路８ｂから出力されている増幅率調整信号Ｓｇを
増やす。すると、増幅回路３での増幅率が増え、気圧Ｐ
１およびＰ２におけるＡ／Ｄ変換値のグラフは図５
（ｃ）に示すようになる。

【００１１】上記のようにセンサ信号処理装置を荒く調
整した後、従来の技術で前述したごとく、気圧Ｐ１を気
圧センサ１に加え、この状態でメモリ設定回路５ａの端
子Ｃ１に外部から制御信号Ｓ３１を入力しＡ／Ｄ変換回
路４から出力されている変換データＤｃをＡメモリ５ｂ
に記憶する。次に気圧Ｐ２を気圧センサ１に加え、この
状態でメモリ設定回路５ａの端子Ｃ２に外部から制御信
号Ｓ３２を入力しＡ／Ｄ変換回路４から出力されている
変換データＤｃをＢメモリ５ｃに記憶する。そしてマイ
クロコンピュータ５ｅはデータ選択回路５ｄの端子Ｃを
制御して、Ａメモリ５ｂに記憶されているメモリデータ
Ｄａ（気圧Ｐ１のときの変換データＤｃ）と、Ｂメモリ
５ｃに記憶されているメモリデータＤｂ（気圧Ｐ２のと
きの変換データＤｃ）を読み込み、αおよびβを計算し
センサ情報信号Ｄｊを決定するための次の数１で示され
るセンサ特性式を決定する。こうして決定されたセンサ
特性式を有するセンサ情報データ処理回路５にＡ／Ｄ変
換回路４からデジタル変換データＤｃが入力されると、
センサ特性式に従って演算されたセンサ情報信号Ｄｊが
マイクロコンピュータ５ｅから出力される。表示装置６
はこのセンサ情報信号Ｄｊに基づいて気圧値（たとえば
１０１３ｈＰａ）を表示する。

【００１２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、オフセット調整回路および増幅率調整回路を設け
ることにより感度およびオフセットのバラつきが大きな
センサでもセンサ単体での調整を必要とせずセンサ完成
歩留りを向上し、かつ異なった仕様のセンサを使用する
場合でも共通のハードウェアで対応することが可能とな
り、調整工程の簡素化およびコストの低減に大なる効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセンサ処理装置を示す回路ブロック図
である。

【図２】従来のセンサ処理装置を示す回路ブロック図で
ある。

【図３】従来例の気圧に対するＡ／Ｄ変換値を示すグラ
フ図である。

【図４】従来例の気圧に対するＡ／Ｄ変換値を示すグラ
フ図である。

【図５】本発明の気圧に対するＡ／Ｄ変換値を示すグラ
フ図である。

【符号の説明】

１ 気圧センサ ２ センサ駆動回路 ３ 増幅回路 ４ Ａ／Ｄ変換回路 ６ 表示装置 ７ オフセット調整回路 ８ 増幅率調整回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木原 啓之 東京都田無市本町６丁目１番12号 シチズ ン時計株式会社田無製造所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物理情報を検出する線型性のセンサ
   と、該センサを駆動するセンサ駆動回路と、前記センサ
   から出力するセンサ信号を入力して増幅する増幅回路
   と、該増幅回路で処理された増幅出力値をデジタル情報
   に変換するＡ／Ｄ変換回路と、該Ａ／Ｄ変換回路から出
   力されるデジタル情報からセンサ情報データを作成する
   データ処理回路と、該データ処理回路はＡ／Ｄ変換回路
   から出力される２つの異なるデジタル情報データをそれ
   ぞれ記憶する第１のメモリおよび第２のメモリと、該２
   つのメモリに記憶されている２つのデジタル情報データ
   に基づいてセンサ特性式を算出するセンサ特性式算出手
   段とを有し、該センサ特性式算出手段により算出したセ
   ンサ特性式に従って前記Ａ／Ｄ変換回路から出力される
   デジタル情報データをセンサ情報データに変換するセン
   サ信号処理装置において、前記増幅回路の増幅率を調整
   するための増幅率調整回路と、前記増幅回路のオフセッ
   ト電圧値を調整するためのオフセット調整回路を備えた
   ことを特徴とするセンサ信号処理装置。