CN110411412B - 重采样电路、物理量传感器单元及惯性计测装置 - Google Patents

重采样电路、物理量传感器单元及惯性计测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及重采样电路、物理量传感器单元及惯性计测装置。提供能够对数据非同步地进行重采样并降低在重采样后的数据中产生的周期性噪声的重采样电路。重采样电路将与第一时钟信号同步更新的第一数据转换为与和上述第一时钟信号为非同步的第二时钟信号同步更新的第二数据后输出，基于上述第一数据，将上述第二数据按比上述第一时钟信号和上述第二时钟信号高的频率的第三时钟信号的时间分辨率算出并输出。

Description

重采样电路、物理量传感器单元及惯性计测装置
技术领域
本发明涉及重采样电路、物理量传感器单元、惯性计测装置以及结构物监视装置。
背景技术
惯性计测装置(IMU：Inertial Measurement Unit)和计测加速度或角速度等某些物理量的物理量传感器单元在将与测定对象的物理量的大小相应的信号进行了A/D(Analog to Digital：模拟到数字)转换后，进行校正处理或转换处理等各种信号处理并生成测定数据，将该测定数据输出到运算处理装置(主机)。一般地，测定数据是与和A/D转换的采样率非同步地从运算处理装置供应的外部触发信号同步输出的，按照比测定数据的输出率高的频率进行A/D转换处理。因此，在IMU或物理量传感器单元中设置将A/D转换时的采样率转换为测定数据的输出率的重采样电路。
在专利文献1中，记载有在用2个采样率的最小公倍数进行内插(插值)后用数字滤波器实现平滑化并通过抽取来转换采样率的方法。
专利文献1：日本特开平5-91287号公报
然而，在专利文献1所记载的方法中，在2个采样率非同步的情况下，由于周期性重采样误差而有可能在输出数据中产生周期性噪声。
发明内容
本发明的重采样电路的一个方式是，将与第一时钟信号同步更新的第一数据转换为与第二时钟信号同步更新的第二数据而输出，上述第二时钟信号与上述第一时钟信号非同步，基于上述第一数据，用比上述第一时钟信号和上述第二时钟信号高的频率的第三时钟信号的时间分辨率算出上述第二数据而输出。
上述重采样电路的一个方式可以是，上述第二数据是基于上述第二时钟信号的周期中的上述第一数据而算出的代表值。
上述重采样电路的一个方式可以是，用上述第三时钟信号测定上述第一数据的值，以上述第二时钟信号的周期对测定出的上述第一数据的值进行积分，用上述第三时钟信号测定上述第二时钟信号的周期，用测定出的上述第二时钟信号的周期除积分后的上述第一数据的值，算出上述第一数据的代表值。
上述重采样电路的一个方式是，用上述第二时钟信号测定上述第一数据的值，以测定出的上述第一数据的值为基准值，用上述第三时钟信号测定上述基准值与上述第一数据的值的差分，以上述第二时钟信号的周期对测定出的上述差分进行积分，用上述第三时钟信号测定上述第二时钟信号的周期，用测定出的上述第二时钟信号的周期除积分后的上述差分，算出上述差分的平均值，将上述基准值和上述差分的平均值相加，算出上述第一数据的代表值。
上述重采样电路的一个方式可以是，用上述第三时钟信号测定上述第一数据的值，以上述第二数据的值为基准值，用上述第三时钟信号测定上述基准值与测定出的上述第一数据的值的差分，以上述第二时钟信号的周期对测定出的上述差分进行积分，用上述第三时钟信号测定上述第二时钟信号的周期，用测定出的上述第二时钟信号的周期除积分后的上述差分，算出上述差分的平均值，将上述基准值和上述差分的平均值相加，算出上述第一数据的代表值。
上述重采样电路的一个方式可以是，用上述第三时钟信号测定从上述第二时钟信号的边缘到上述第一时钟信号的边缘为止的期间、从上述第一时钟信号的边缘到下一个边缘为止的期间、以及从上述第一时钟信号的边缘到上述第二时钟信号的边缘为止的期间，以上述第二时钟信号的周期对测定出的上述期间进行积分，以上述第二数据的值为基准值，算出上述基准值与上述第一数据的值的差分，将测定出的上述期间和算出的上述差分相乘来算出上述差分的积分值，以上述第二时钟信号的周期对上述差分的积分值进行积分，用积分后的上述期间除积分后的上述差分的积分值，算出上述差分的平均值，将上述基准值和上述差分的平均值相加，算出上述第一数据的代表值。
上述重采样电路的一个方式可以是，用上述第三时钟信号测定从上述第二时钟信号的边缘到上述第一时钟信号的边缘为止的期间、从上述第一时钟信号的边缘到下一个边缘为止的期间、以及从上述第一时钟信号的边缘到上述第二时钟信号的边缘为止的期间，用上述第三时钟信号测定上述第一时钟信号的周期，算出测定出的上述期间与测定出的上述第一时钟信号的周期之比，以上述第二时钟信号的周期对算出的上述比进行积分，以上述第二数据的值为基准值，算出上述基准值与上述第一数据的值的差分，将算出的上述比和上述差分相乘，以上述第二时钟信号的周期对上述比与上述差分的相乘值进行积分，用积分后的上述比除积分后的上述相乘值，算出上述差分的平均值，将上述基准值和上述差分的平均值相加，算出上述第一数据的代表值。
上述重采样电路的一个方式可以是，能够使上述第一数据的代表值初始化。
在上述重采样电路的一个方式中可以是，上述代表值是平均值、中间值以及最频值中的任意一者。
上述重采样电路的一个方式可以是，上述重采样电路包括输出上述第一数据的低通滤波器，上述低通滤波器的截止频率低于上述第二时钟信号的奈奎斯特频率。
在本发明的物理量传感器单元的一个方式中可以是，上述第一时钟信号是A/D转换的采样时钟。
在本发明的物理量传感器单元的一个方式中可以是，上述第二时钟信号是从外部输入到上述重采样电路的触发信号。
本发明的物理量传感器单元的一个方式包括：上述重采样电路的一个方式；以及物理量传感器。
在上述物理量传感器单元的一个方式中可以是，上述物理量传感器检测加速度和角速度中的至少任意一者。
本发明的惯性计测装置的一个方式包括：物理量传感器，检测加速度和角速度中的至少任意一者；信号处理电路，包括上述重采样电路的一个方式，处理从上述物理量传感器输出的信号；以及通信电路，将通过上述信号处理电路的处理而得到的惯性数据发送到外部。
本发明的结构物监视装置的一个方式包括：上述物理量传感器单元的一个方式；接收部，接收来自装配于结构物的上述物理量传感器单元的检测信号；以及算出部，基于从上述接收部输出的信号，算出上述结构物的倾斜角度。
附图说明
图1是用于说明第一实施方式的重采样电路的处理概要的图。
图2是表示第一实施方式的重采样电路的结构例的图。
图3是表示低通滤波器的特性和平均处理的特性的一例的图。
图4是用于说明第二实施方式的重采样电路的处理概要的图。
图5是表示第二实施方式的重采样电路的结构例的图。
图6是用于说明第三实施方式的重采样电路的处理概要的图。
图7是表示第三实施方式的重采样电路的结构例的图。
图8是用于说明第四实施方式的重采样电路的处理概要的图。
图9是表示第四实施方式的重采样电路的结构例的图。
图10是表示第五实施方式的重采样电路的结构例的图。
图11是表示物理量传感器单元的概要的立体图。
图12是物理量传感器单元的分解立体图。
图13是说明加速度传感器元件的概略结构的立体图。
图14是说明使用了加速度传感器元件的加速度检测器的概略结构的剖视图。
图15是表示本实施方式的惯性计测装置的电路基板的结构的外观立体图。
图16是表示本实施方式的结构物监视装置的结构图。
具体实施方式
以下，使用附图详细地说明本发明所优选的实施方式。此外，以下说明的实施方式并未不恰当地限定权利要求书中记载的本发明的内容。另外，以下说明的全部构成不限于本发明的必要构成要件。
1.重采样电路
下面，举出如下的重采样电路的例子说明各实施方式：被测定信号被进行A/D转换，将与该A/D转换的采样时钟(以下称为“AD时钟”)同步更新的数字数据(以下称为“AD数据”)转换为与和AD时钟非同步的、从外部输入的触发信号(以下称为“外部触发”)同步更新的测定数据后输出。此外，被测定信号的A/D转换例如既可以是指将被测定信号的电压转换为数字数据的A/D转换，也可以是指将被测定信号的频率转换为数字数据的A/D转换。该重采样电路使用比AD时钟和外部触发高的频率的时钟(以下称为“高频时钟”)将AD数据转换为测定数据。以下，外部触发和AD时钟是非同步的，AD时钟的频率高于外部触发的频率，高频时钟的频率比AD时钟的频率高很多。高频时钟既可以与AD时钟或外部触发同步，也可以是非同步的。
此外，AD时钟是本发明的“第一时钟信号”的一例，外部触发是本发明的“第二时钟信号”的一例，高频时钟是本发明的“第三时钟信号”的一例。另外，AD数据是本发明的“第一数据”的一例，测定数据是本发明的“第二数据”的一例。
1-1.第一实施方式
图1是用于说明第一实施方式的重采样电路的处理概要的图。如图1所示，第一实施方式的重采样电路通过按外部触发的每1周期T1将被输入的AD数据进行滤波处理后的AD数据的值与高频时钟同步地进行积分，从而用高频时钟的分辨率计算外部触发的每1周期的AD数据的面积S1、S2、S3、…。并且，第一实施方式的重采样电路用高频时钟计测外部触发的1周期T1的时间，按外部触发的每1周期T1，将用计测的时间除AD数据的面积S1、S2、S3、…而得到的AD数据的平均值作为重采样值，输出具有该重采样值的测定数据。
图2是表示第一实施方式的重采样电路的结构例的图。如图2所示，第一实施方式的重采样电路1包括低通滤波器(LPF)10、锁存部20、积分部30、锁存部40、积分部50、锁存部60以及除法器70。
低通滤波器(LPF)10被输入通过重采样电路1的外部的A/D转换器2使被测定信号进行A/D转换而得到的AD数据，对该AD数据进行滤波处理而使高频带的噪声衰减。例如低通滤波器10由FIR(有限脉冲响应)滤波器或IIR(无限脉冲响应)滤波器等数字滤波器来实现。
锁存部20按高频时钟的每一边缘取入并保持从低通滤波器10输出的AD数据。锁存部20取入数据的高频时钟的边缘适当地可以是上升边缘，也可以是下降边缘，也可以是上升边缘和下降边缘两者。例如锁存部20由包括规定数量的D触发器的寄存器来实现。
积分部30在来自锁存部40的重置信号为非激活(例如低电平)时，对锁存部20保持的数据的值按高频时钟的每一边缘进行积分。积分部30在来自锁存部40的重置信号为激活(例如高电平)时，将积分后的值初始化为零。积分部30对数据的值进行积分的高频时钟的边缘可以与锁存部20取入数据的高频时钟的边缘相同。例如积分部30是通过如下方式来实现的：包括加法器和寄存器，加法器将在锁存部20中保持的数据的值和在寄存器中保持的数据的值相加，寄存器将由加法器相加后的值按高频时钟的每一边缘取入并保持。
锁存部40按外部触发的每一边缘取入并保持积分部30所积分的值并且将重置信号激活规定时间后提供给积分部30。锁存部40取入积分值的外部触发的边缘适当地可以是上升边缘，也可以是下降边缘。例如锁存部40包括包含规定数量的D触发器的寄存器来实现。在锁存部40中保持的值相当于在图1中说明的外部触发的每1周期的AD数据的面积S1、S2、S3、…。
积分部50在来自锁存部60的重置信号为非激活(例如低电平)时，对高频时钟的边缘的数量进行积分。积分部50在来自锁存部60的重置信号为激活(例如高电平)时，将积分后的值初始化为零。积分部50既可以适当地对高频时钟的上升边缘的数量进行积分，也可以对高频时钟的下降边缘的数量进行积分，也可以对高频时钟的上升边缘和下降边缘的数量进行积分。例如积分部50用具有重置功能的规定的位数的计数器来实现。
锁存部60按外部触发的每一边缘取入并保持积分部50积分的值并且将重置信号激活规定时间后提供给积分部50。锁存部60取入积分值的外部触发的边缘可以与锁存部40取入积分值的外部触发的边缘相同。例如锁存部60包括包含规定数量的D触发器的寄存器来实现。在锁存部60中保持的值相当于在图1中说明的用高频时钟计测了外部触发的1周期T1的时间。
除法器70用锁存部60所保持的值除锁存部40所保持的值。从除法器70输出的值相当于对外部触发的每1周期T1的AD数据的平均值用高频时钟的分辨率计算后的值。重采样电路1以从除法器70输出的值为重采样值，输出具有该重采样值的测定数据。
图3是表示作为基于低通滤波器10的特性和从低通滤波器10输出的AD数据算出重采样值的处理的平均处理的特性的一例的图。在图3中，横轴是频率，纵轴是增益。另外，低通滤波器10的特性(LPF特性)用实线示出，平均处理的特性(平均处理特性)用单点划线示出。如图3所示，为了在基于外部触发的重采样的平均处理后的信号的频带中减少折返噪声，低通滤波器10的截止频率设定为低于外部触发的频率的1/2的频率(奈奎斯特频率)。此外，通过低通滤波器10的通带来限制从重采样电路1输出的测定数据的频带。
在以上说明的第一实施方式的重采样电路1中，低通滤波器10对AD数据进行滤波处理后输出，锁存部20用高频时钟测定从低通滤波器10输出的AD数据的值。而且，积分部30和锁存部40对锁存部20测定出的AD数据的值以外部触发的周期进行积分。另外，积分部50和锁存部60用高频时钟测定外部触发的周期。然后，除法器70用积分部50和锁存部60测定出的外部触发的周期除积分部30和锁存部40积分后的AD数据的值，算出作为AD数据的代表值的平均值。
以往，例如在上述的IMU或物理量传感器中，在A/D转换用的时钟信号与外部触发信号非同步的情况下，由于周期性重采样误差而在输出数据中产生周期性噪声，测定数据的质量有可能会下降。
而通过本发明的如上所述的结构，第一实施方式的重采样电路1基于从低通滤波器10输出的AD数据，用比AD时钟和外部触发高的频率的高频时钟的时间分辨率算出测定数据并输出。并且，该测定数据是作为基于外部触发的周期中的AD数据算出的代表值的该AD数据的平均值。因而，根据第一实施方式的重采样电路1，虽然通过外部触发对AD数据非同步地进行重采样，但是能降低在重采样后的测定数据中产生的周期性噪声。
另外，根据第一实施方式的重采样电路1，能用与外部触发相比频率更高的AD时钟来构成滤波器，因此通过滤波器形状的自由度高的低通滤波器10对测定数据施加频带限制，因此能降低设置于重采样电路1的后级的频带限制滤波器的设计上的制约，能够减小该频带限制滤波器的电路面积。因而，例如通过使低通滤波器10的通带与应设置于重采样电路的后级的频带限制滤波器的通带一致，从而也能够省略该频带限制滤波器。
1-2.第二实施方式
图4是用于说明第二实施方式的重采样电路的处理概要的图。如图4所示，第二实施方式的重采样电路以对按外部触发的定时输入的AD数据进行滤波处理后的AD数据的值为基准值D1、D2、D3、…，按外部触发的每1周期T1，对将输入的AD数据进行滤波处理后的AD数据与基准值的差分与高频时钟同步地进行积分，从而用高频时钟的分辨率来计算外部触发的每1周期的该差分的面积ΔS1、ΔS2、ΔS3、…。并且，第二实施方式的重采样电路用高频时钟计测外部触发的1周期T1的时间，按外部触发的每1周期T1，将用所计测的时间除该差分的面积ΔS1、ΔS2、ΔS3、…的值与基准值D1、D2、D3、…相加后得到的、AD数据的平均值作为重采样值，输出具有该重采样值的测定数据。
图5是表示第二实施方式的重采样电路的结构例的图。在图5中，对与图2同样的结构要素附上相同的附图标记，以下省略或简化与第一实施方式重复的说明。如图5所示，第二实施方式的重采样电路1包括低通滤波器10、锁存部20、锁存部21、减法器22、积分部30、锁存部40、积分部50、锁存部60、除法器70以及加法器72。
低通滤波器10和锁存部20的结构及动作与第一实施方式相同，因此省略其说明。
锁存部21按外部触发的每一边缘取入并保持从低通滤波器10输出的AD数据。锁存部21取入数据的外部触发的边缘可以适当地是上升边缘，也可以是下降边缘。例如锁存部21用包括规定数量的D触发器的寄存器来实现。在锁存部21中保持的值相当于在图4中说明的基准值。
减法器22从锁存部21所保持的数据的值减去锁存部20所保持的数据的值。
积分部30在来自锁存部40的重置信号为非激活(例如低电平)时，对从减法器22输出的值按高频时钟的每一边缘进行积分。积分部30在来自锁存部40的重置信号为激活(例如高电平)时，将积分后的值初始化为零。
锁存部40、积分部50、锁存部60以及除法器70的结构和动作与第一实施方式相同，因此省略其说明。在锁存部40中保持的值相当于在图4中说明的外部触发的每1周期的AD数据与基准值的差分的面积ΔS1、ΔS2、ΔS3、…。另外，在锁存部60中保持的值相当于在图4中说明的用高频时钟计测外部触发的1周期T1的时间。另外，从除法器70输出的值相当于用高频时钟的分辨率计算外部触发的每1周期T1的AD数据与基准值的差分的平均值的值。
加法器72将锁存部21所保持的数据的值和从除法器70输出的值相加。从加法器72输出的值相当于用高频时钟的分辨率计算外部触发的每1周期T1的AD数据的平均值的值。重采样电路1以从加法器72输出的值为重采样值，输出具有该重采样值的测定数据。
在以上说明的第二实施方式的重采样电路1中，低通滤波器10对AD数据进行滤波处理并输出，锁存部21用外部触发测定从低通滤波器10输出的AD数据的值。另外，锁存部20和减法器22以锁存部21测定出的AD数据的值为基准值，用高频时钟测定该基准值与从低通滤波器10输出的AD数据的值的差分。而且，积分部30和锁存部40对锁存部20和减法器22测定出的该差分以外部触发的周期进行积分。另外，积分部50和锁存部60用高频时钟测定外部触发的周期。并且，除法器70用积分部50和锁存部60测定出的外部触发的周期除积分部30和锁存部40积分后的基准值与AD数据的值的差分，算出该差分的平均值。而且，加法器72将基准值和除法器70算出的该差分的平均值相加，算出作为AD数据的代表值的平均值。
通过这种构成，第二实施方式的重采样电路1基于从低通滤波器10输出的AD数据，用比AD时钟和外部触发高的频率的高频时钟的时间分辨率算出测定数据并输出。并且，该测定数据是作为基于外部触发的周期内的AD数据算出的代表值的该AD数据的平均值。因而，根据第二实施方式的重采样电路1，虽然通过外部触发对AD数据非同步地进行重采样，但是能减小在重采样后的测定数据中产生的周期性噪声。
除此以外，根据第二实施方式的重采样电路1，能起到与第一实施方式的重采样电路1同样的效果。
而且，根据第二实施方式的重采样电路1，在外部触发的周期中，从低通滤波器10输出的AD数据与基准值的差分的积分值小于该AD数据的积分值，因此与第一实施方式的重采样电路1相比，能减少平均处理所需的位数，能减少电路面积。特别是越缩窄低通滤波器10的通带，从低通滤波器10输出的AD数据在与AD时钟的边缘同步地更新的前后相关性越强。因而，例如通过使低通滤波器10的通带与应设置于重采样电路的后级的频带限制滤波器的通带一致，由此从低通滤波器10输出的AD数据与基准值的差分的积分值为更小的值，另外，也能省略该频带限制滤波器。
1-3.第三实施方式
图6是用于说明第三实施方式的重采样电路的处理概要的图。如图6所示，第三实施方式的重采样电路按外部触发的每1周期T1，以在1周期前算出的AD数据的平均值为基准值D1、D2、D3，…，将对输入的AD数据进行滤波处理后的AD数据与基准值的差分与高频时钟同步地积分，从而用高频时钟的分辨率计算外部触发的每1周期的该差分的面积ΔS1、ΔS2、ΔS3、…。并且，第三实施方式的重采样电路用高频时钟计测外部触发的1周期T1的时间，按外部触发的每1周期T1，以用计测的时间除该差分的面积ΔS1、ΔS2、ΔS3、…的值和基准值D1、D2、D3、…相加而得到的、AD数据的平均值为重采样值，输出具有该重采样值的测定数据。
图7是表示第三实施方式的重采样电路的结构例的图。在图7中，对与图2或图5同样的结构要素附上相同的附图标记，以下省略或简化与第一实施方式或第二实施方式重复的说明。如图7所示，第三实施方式的重采样电路1包括低通滤波器10、锁存部20、减法器22、积分部30、锁存部40、积分部50、锁存部60、除法器70、加法器72、逻辑积电路80、重置部81以及延迟部(Z-1)82。
低通滤波器10和锁存部20的结构及动作与第一实施方式相同，因此省略其说明。
减法器22从由重采样电路1输出的测定数据、即在外部触发的1周期前算出的、从低通滤波器10输出的AD数据的平均值减去锁存部20所保持的数据的值。
积分部30、锁存部40、积分部50、锁存部60以及除法器70的结构和动作与第一实施方式相同，因此省略其说明。在锁存部40中保持的值相当于在图6中说明的外部触发的每1周期的AD数据与基准值的差分的面积ΔS1、ΔS2、ΔS3、…。另外，在锁存部60中保持的值相当于在图6中说明的用高频时钟计测外部触发的1周期T1的时间。另外，从除算器70输出的值相当于用高频时钟的分辨率计算外部触发的每1周期T1的AD数据与基准值的差分的平均值的值。
延迟部82输出使从重采样电路1输出的测定数据延迟外部触发的1周期的量的数据。例如，延迟部82由包括按外部触发的每一边缘取入并保持测定数据的规定数量的D触发器的寄存器来实现。该外部触发的边缘可以与锁存部40和锁存部60分别取入积分值的外部触发的边缘相同。
加法器72将从延迟部82输出的数据和从除法器70输出的值相加。
逻辑积电路80被输入初始重置信号和外部触发，输出上述逻辑积信号。具体而言，逻辑积电路80在初始重置信号为高电平时按照下一个外部触发的高电平的定时输出高电平的逻辑积信号。
重置部81在从逻辑积电路80输出的逻辑积信号为高电平时将从加法器72输出的值置换为零后输出。由此，延迟部82输出零。从重置部81输出的值相当于用高频时钟的分辨率计算外部触发的每1周期T1的AD数据的平均值的值。这样，重采样电路1具备将AD的平均值初始化的功能。重采样电路1以从重置部81输出的值为重采样值，输出具有该重采样值的测定数据。
在以上说明的第三实施方式的重采样电路1中，低通滤波器10对AD数据进行滤波处理并输出，锁存部20用高频时钟测定从低通滤波器10输出的AD数据的值。另外，减法器22以从重采样电路1输出的测定数据的值为基准值并用高频时钟测定该基准值与锁存部20测定出的AD数据的值的差分。而且，积分部30和锁存部40对减法器22测定出的该差分按照外部触发的周期进行积分。另外，积分部50和锁存部60用高频时钟测定外部触发的周期。然后，除法器70用积分部50和锁存部60测定出的外部触发的周期除积分部30和锁存部40积分后的基准值与AD数据的值的差分，算出该差分的平均值。而且，加法器72、重置部81以及延迟部82将基准值和除法器70算出的该差分的平均值相加，算出作为AD数据的代表值的平均值。
通过这种构成，第三实施方式的重采样电路1基于从低通滤波器10输出的AD数据并用比AD时钟和外部触发高的频率的高频时钟的时间分辨率算出测定数据后输出。并且，该测定数据是作为基于外部触发的周期内的AD数据算出的代表值的该AD数据的平均值。因而，根据第三实施方式的重采样电路1，虽然通过外部触发对AD数据非同步地进行重采样，但是能减少在重采样后的测定数据中产生的周期性噪声。
除此以外，根据第三实施方式的重采样电路1，能起到与第二实施方式的重采样电路1同样的效果。
而且，根据第三实施方式的重采样电路1，按外部触发的每一周期，以1周期前的AD数据的平均值为基准值来算出AD数据的平均值，因此在高频时钟的边缘与外部触发的边缘的时间差小的情况下，由于高频时钟的抖动而产生的随机的采样误差被编入在下一个周期内算出的AD数据的平均值而实现平滑化，因此与第二实施方式的重采样电路1相比，能够提高测定数据的精度。
1-4.第四实施方式
图8是用于说明第四实施方式的重采样电路的处理概要的图。如图8所示，第四实施方式的重采样电路按外部触发的每1周期T1，以在1周期前算出的AD数据的平均值为基准值D1、D2、D3、…，将被外部触发的边缘和AD时钟的边缘分割的各期间T3、T4、T5、…的、对输入的AD数据进行滤波处理后的AD数据与基准值的差分与高频时钟的边缘数的乘积进行积分，从而用高频时钟的分辨率计算外部触发的每1周期的该差分的面积ΔS1、ΔS2、ΔS3、…。并且，第四实施方式的重采样电路用高频时钟计测外部触发的1周期T1的时间，按外部触发的每1周期T1，将用计测的时间除该差分的面积ΔS1、ΔS2、ΔS3、…的值和基准值D1、D2、D3、…相加而得到的、AD数据的平均值为重采样值，输出具有该重采样值的测定数据。
图9是表示第四实施方式的重采样电路的结构例的图。在图9中，对与图2、图5或图7同样的结构要素附上相同的附图标记，以下省略或简化与第一实施方式、第二实施方式或第三实施方式重复的说明。如图9所示，第四实施方式的重采样电路1包括低通滤波器10、减法器22、乘法器23、积分部30、锁存部40、积分部50、锁存部60、除法器70、加法器72、逻辑积电路80、重置部81、延迟部(Z-1)82、或电路83、积分部91以及锁存部92。
或电路83被输入外部触发和AD时钟，输出上述或信号。
积分部50在来自锁存部60的重置信号为非激活(例如低电平)时，对高频时钟的边缘的数量进行积分。积分部50在来自锁存部60的重置信号为激活(例如高电平)时，将积分后的值初始化为零。
锁存部60按从或电路83输出的或信号的每一边缘、即每当外部触发的边缘或AD时钟的边缘到来时，取入并保持积分部50积分后的值，并且将重置信号激活规定时间后提供给积分部50。在锁存部60中保持的值相当于在图8中说明的被外部触发的边缘和AD时钟的边缘分割的各期间T3、T4、T5、…。
积分部91在来自锁存部92的重置信号为非激活(例如低电平)时，将锁存部60所保持的值按或信号的每一边缘、即每当外部触发的边缘或AD时钟的边缘到来时进行积分。积分部91在来自锁存部92的重置信号为激活(例如高电平)时，将积分后的值初始化为零。
锁存部92按外部触发的每一边缘取入并保持积分部91积分后的值并且将重置信号激活规定时间后提供给积分部91。在锁存部92中保持的值相当于在图8中说明的用高频时钟计测外部触发的1周期T1的时间。
低通滤波器10的结构和动作与第一实施方式相同，因此省略其说明。
减法器22从由重采样电路1输出的测定数据、即在外部触发的1周期前算出的、从低通滤波器10输出的AD数据的平均值减去从低通滤波器10输出的AD数据的值。
乘法器23将从减法器22输出的值和锁存部60所保持的值相乘。
积分部30在来自锁存部40的重置信号为非激活(例如低电平)时，对从乘法器23输出的值按或信号的每一边缘、即每当外部触发的边缘或AD时钟的边缘到来时进行积分。积分部30在来自锁存部40的重置信号为激活(例如高电平)时，将积分后的值初始化为零。
锁存部40的结构和动作与第一实施方式相同，因此省略其说明。在锁存部40中保持的值相当于在图8中说明的外部触发的每1周期的AD数据与基准值的差分的面积ΔS1、ΔS2、ΔS3、…。
除法器70用锁存部92所保持的值除锁存部40所保持的值。从除法器70输出的值相当于用高频时钟的分辨率计算了外部触发的每1周期T1的AD数据与基准值的差分的平均值的值。
加法器72、逻辑积电路80、重置部81以及延迟部82的结构和动作与第三实施方式相同，因此省略其说明。从重置部81输出的值相当于按高频时钟的分辨率计算了外部触发的每1周期T1的AD数据的平均值的值。重采样电路1以从重置部81输出的值为重采样值，输出具有该重采样值的测定数据。
在以上说明的第四实施方式的重采样电路1中，低通滤波器10对AD数据进行滤波处理后输出，减法器22以从重采样电路1输出的测定数据的值为基准值，算出该基准值与从低通滤波器10输出的AD数据的值的差分。另外，积分部50和锁存部60用高频时钟测定从外部触发的边缘到AD时钟的边缘为止的期间、从AD时钟的边缘到下一个边缘为止的期间、以及从AD时钟的边缘到外部触发的边缘为止的期间。而且，积分部91和锁存部92对积分部50和锁存部60测定出的期间按照外部触发的周期进行积分。另外，乘法器23将积分部50和锁存部60测定出的期间和减法器22算出的基准值与AD数据的值的差分相乘并算出该差分的积分值。而且，积分部30和锁存部40对乘法器23算出的该差分的积分值按外部触发的周期进行积分。并且，除法器70用积分部91和锁存部92积分后的期间除积分部30和锁存部40积分后的该差分的积分值，算出该差分的平均值。而且，加法器72、重置部81以及延迟部82将基准值和除法器70算出的该差分的平均值相加，算出作为AD数据的代表值的平均值。
通过这种构成，第四实施方式的重采样电路1基于从低通滤波器10输出的AD数据，以比AD时钟和外部触发高的频率的高频时钟的时间分辨率算出测定数据并输出。并且，该测定数据是作为基于外部触发的周期的AD数据算出的代表值的该AD数据的平均值。因而，根据第四实施方式的重采样电路1，虽然通过外部触发对AD数据非同步地进行重采样，但是能降低在重采样后的测定数据中产生的周期性噪声。
除此以外，根据第四实施方式的重采样电路1，能起到与第三实施方式的重采样电路1同样的效果。
而且，根据第四实施方式的重采样电路1，只要在外部触发的周期被外部触发的边缘和AD时钟的边缘分割的各期间内仅进行1次和基准值与AD数据的值的差分的乘法即可，因此与第三实施方式的重采样电路1相比，计算量减少，并且不需要将高速的高频时钟的每一边缘相乘。
1-5.第五实施方式
第五实施方式的重采样电路按外部触发的每1周期T1，对在图8中说明的各期间T3、T4、T5、…内的AD数据与在图8中说明的基准值D1、D2、D3、…的差分、与用AD时钟的1周期T2内的高频时钟的边缘数N除各期间T3、T4、T5、…内的高频时钟的边缘数的值的乘积进行积分，从而计算在图8中说明的该差分的面积ΔS1、ΔS2、ΔS3、…的1/N。并且，第五实施方式的重采样电路以用高频时钟计测外部触发的1周期T1的时间并按外部触发的每1周期T1用计测的时间的1/N除该差分的面积ΔS1、ΔS2、ΔS3、…的1/N的值、和基准值D1、D2、D3、…相加而得到的、AD数据的平均值为重采样值，输出具有该重采样值的测定数据。
图10是表示第五实施方式的重采样电路的结构例的图。在图10中，对与图2、图5、图7或图9同样的结构要素附上相同的附图标记，以下省略或简化与第一实施方式、第二实施方式、第三实施方式或第四实施方式重复的说明。如图10所示，第五实施方式的重采样电路1包括低通滤波器10、减法器22、乘法器23、积分部30、锁存部40、积分部50、锁存部60、积分部51、锁存部61、除法器70、加法器72、逻辑积电路80、重置部81、延迟部(Z-1)82、或电路83、除法器90、积分部91以及锁存部92。
积分部50、锁存部60以及或电路83的结构和动作与第四实施方式相同，因此省略其说明。在锁存部60中保持的值相当于在图8中说明的被外部触发的边缘和AD时钟的边缘分割的各期间T3、T4、T5、…。
积分部51在来自锁存部61的重置信号为非激活(例如低电平)时，对高频时钟的边缘的数量进行积分。积分部51在来自锁存部61的重置信号为激活(例如高电平)时，将积分后的值初始化为零。
锁存部61按AD时钟的每一边缘取入并保持积分部51积分后的值并且将重置信号激活规定时间后提供给积分部51。在锁存部61中保持的值相当于AD时钟的1周期T2的高频时钟的边缘数N。
除法器90用锁存部61所保持的值除锁存部60所保持的值。从除法器90输出的值相当于在图8中说明的用AD时钟的1周期T2的高频时钟的边缘数N除各期间T3、T4、T5、…的高频时钟的边缘数的值。
积分部91在来自锁存部92的重置信号为非激活(例如低电平)时，对从除法器90输出的值按或信号的每一边缘、即每当外部触发的边缘或AD时钟的边缘到来时进行积分。积分部91在来自锁存部92的重置信号为激活(例如高电平)时，将积分后的值初始化为零。
锁存部92的结构和动作与第四实施方式相同，因此省略其说明。在锁存部92中保持的值相当于在图8中说明的用高频时钟计测了外部触发的1周期T1的时间的1/N。
低通滤波器10的结构和动作与第一实施方式相同，因此省略其说明。另外，减法器22的结构和动作与第四实施方式相同，因此省略其说明。
乘法器23将从减法器22输出的值和从除法器90输出的值相乘。
积分部30的结构和动作与第四实施方式相同，因此省略其说明。另外，锁存部40的结构和动作与第一实施方式相同，因此省略其说明。在锁存部40中保持的值相当于在图8中说明的外部触发的每1周期的AD数据与基准值的差分的面积ΔS1、ΔS2、ΔS3、…的1/N。
除法器70的结构和动作与第四实施方式相同，因此省略其说明。从除法器70输出的值相当于用高频时钟的分辨率计算了外部触发的每1周期T1的AD数据与基准值的差分的平均值的值。
加法器72、逻辑积电路80、重置部81以及延迟部82的结构和动作与第三实施方式相同，因此省略其说明。从重置部81输出的值相当于用高频时钟的分辨率计算了外部触发的每1周期T1的AD数据的平均值的值。重采样电路1以从重置部81输出的值为重采样值，输出具有该重采样值的测定数据。
在以上说明的第五实施方式的重采样电路1中，低通滤波器10对AD数据进行滤波处理后输出，减法器22以从重采样电路1输出的测定数据的值为基准值，算出该基准值与从低通滤波器10输出的AD数据的值的差分。另外，积分部50和锁存部60用高频时钟测定从外部触发的边缘到AD时钟的边缘为止的期间、从AD时钟的边缘到下一个边缘为止的期间、以及从AD时钟的边缘到外部触发的边缘为止的期间。另外，积分部51和锁存部61用高频时钟测定AD时钟的周期。另外，除法器90算出积分部50和锁存部60测定出的期间与积分部51和锁存部61测定出的AD时钟的周期之比。而且，积分部91和锁存部92按外部触发的周期对除法器90算出的比进行积分。另外，乘法器23将除法器90算出的比、和减法器22算出的基准值与AD数据的值的差分相乘，积分部30和锁存部40按外部触发的周期对乘法器23算出的该比与该差分的相乘值进行积分。并且，除法器70用积分部91和锁存部92积分后的比除积分部30和锁存部40积分后的相乘值，算出该差分的平均值。而且，加法器72、重置部81以及延迟部82将基准值和除法器70算出的该差分的平均值相加，算出作为AD数据的代表值的平均值。
通过这种构成，第五实施方式的重采样电路1基于从低通滤波器10输出的AD数据，用比AD时钟和外部触发高的频率的高频时钟的时间分辨率算出测定数据后输出。并且，该测定数据是作为基于外部触发的周期内的AD数据算出的代表值的该AD数据的平均值。因而，根据第五实施方式的重采样电路1，虽然通过外部触发对AD数据非同步地进行重采样，但是能降低在重采样后的测定数据中产生的周期性噪声。
除此以外，根据第五实施方式的重采样电路1，能起到与第四实施方式的重采样电路1同样的效果。
而且，根据第五实施方式的重采样电路1，相对于第四实施方式的重采样电路1，积分部30的积分值和积分部91的积分值成为1/N，因此与第四实施方式的重采样电路1相比，能减小电路面积。
2.物理量传感器单元
本实施方式的物理量传感器单元包括上述实施方式的重采样电路1和输出被测定信号的物理量传感器，与从运算处理装置(主机)提供的外部触发同步地输出将物理量的检测数据编入后的包数据。物理量传感器检测加速度和角速度中的至少任意一者作为物理量。以下举例说明作为物理量传感器检测加速度作为物理量的加速度传感器的物理量传感器单元100。
图11是表示从物理量传感器单元100所固定的被装配面侧观察时的物理量传感器单元100的结构的立体图。在以下的说明中，以俯视时沿着形成长方形的物理量传感器单元100的长边的方向为X轴方向，以俯视时沿着与X轴方向正交的方向为Y轴方向，以物理量传感器单元100的厚度方向为Z轴方向进行说明。
物理量传感器单元100是平面形状为长方形的长方体，例如是沿着X轴方向的长边的长度为约50mm、沿着与X轴方向正交的Y轴方向的短边的长度为约24mm、厚度为约16mm的尺寸。在一个长边的各个端部附近的2处和另一个长边的中央部的1处形成有螺孔103。使固定螺纹经过上述3处的螺孔103的各个，例如在固定到桥梁或公告板等结构物的被装配体(装置)的被装配面的状态下使用。
如图11所示，在从物理量传感器单元100的被装配面侧观察时的表面设置有开口部121。在开口部121的内部配置有插头型连接器116。连接器116具有按2列配置的多个销，在各列中，多个销在Y轴方向上排列。连接器116从被装配体连接着未图示的插座型连接器，进行物理量传感器单元100的驱动电压、检测数据等电信号的发送接收。
图12是物理量传感器单元100的分解立体图。如图12所示，物理量传感器单元100由容器101、盖部102、密封构件141以及电路基板115等构成。如详细描述，则物理量传感器单元100成为使固定构件130介于容器101的内部、将电路基板115装配于容器101的内部、利用经由具有缓冲性的密封构件141的盖部102覆盖容器101的开口的结构。
容器101例如是使用铝、成型为具有内部空间的箱状的电路基板115的收纳容器。容器101能切削铝、或者使用压铸法(模具铸造法)形成。此外，容器101的材质不限于铝，也可以使用锌和不锈钢等其他金属、树脂、或金属与树脂的复合材料等。容器101的外形与上述的物理量传感器单元100的整体形状同样地是平面形状为大致长方形的长方体，在一个长边的两端部附近的2处和另一个长边的中央部的1处设置有固定突起部104。在该固定突起部104的各者形成有螺孔103。其中，设置于一个长边的两端部附近的2处的固定突起部104包括短边与长边的交叉部，俯视时形成大致三角形状。另外，设置于另一个长边的中央部的1处的固定突起部104俯视时形成朝向容器101的内部空间侧的大致梯形形状。
容器101是外形为长方体且向一方开口的箱状。容器101的内部成为用底壁112和侧壁111包围的内部空间(收纳空间)。换言之，容器101是将与底壁112相对的一面设为开口面123的箱状，电路基板115的外缘以沿着侧壁111的内面122的方式配置(收纳)，以覆盖开口的方式固定盖部102。在此，与底壁112相对的开口面123是指载置盖部102的面。在开口面123中，在容器101的一个长边的两端部附近的2处和另一个长边的中央部的1处竖立设置有固定突起部104。并且，固定突起部104的上表面(向-Z方向露出的面)与容器101的上表面成为齐平面。
另外，在容器101的内部空间中，设置有突起部129，上述突起部129是与设置于另一个长边的中央部的固定突起部104相对的一个长边的中央部，并且从底壁112到开口面123从侧壁111向内部空间侧突出。在突起部129的上表面(与开口面123为同一面)设置有内螺纹174。盖部102通过插通贯通孔176的螺纹172和内螺纹174并经由密封构件141固定到容器101。在此，设置于另一个长边的中央部的固定突起部104也可以与突起部129同样地设为在从底壁112到开口面123的范围内从侧壁111向内部空间侧突出的结构。此外，突起部129和固定突起部104设置于与后述的电路基板115的收缩部133、134相对的位置。
在容器101的内部空间设置有从底壁112向开口面123侧按高一级的级状突出的第一底座127和第二底座125。第一底座127设置于与装配于电路基板115的插头型(阳)连接器116的配置区域相对的位置，设置有插头型(阳)连接器116所***的开口部121(参照图11)。第一底座127作为用于将电路基板115固定到容器101的底座发挥功能。此外，开口部121将容器101的内部(内侧)和外部贯通。
第二底座125相对于位于长边的中央部的固定突起部104和突起部129位于与第一底座127相反的一侧，设置于固定突起部104和突起部129的附近。此外，第二底座125也可以与固定突起部104和突起部129中的任意一者连结。第二底座125作为在相对于固定突起部104和突起部129与第一底座127相反的一侧将电路基板115固定到容器101的底座发挥功能。
此外，说明了容器101的外形是平面形状为大致长方形的长方体且没有盖的箱状，但不限于此，容器101的外形的平面形状也可以是正方形、六边形、八边形等。另外，在容器101的外形的平面形状中，既可以是多边形的顶点部分的角被倒角，也可以是各边中的任意一者是包括曲线的平面形状。另外，容器101的内部的平面形状也不限于上述的形状，可以是其他形状。而且，容器101的外形与内部的平面形状既可以是相似形，也可以不是相似形。
电路基板115是形成有多个通孔等的多层基板，使用玻璃环氧基板。此外，电路基板115不限于玻璃环氧基板，只要是能搭载多个物理量传感器、电子部件、连接器等的刚性基板即可，例如可以使用复合基板、陶瓷基板。
电路基板115具有底壁112侧的第二面115r和作为与第二面115r为表里的关系的第一面115f。在电路基板115的第一面115f上搭载有作为处理部的控制IC119和作为物理量传感器的加速度传感器118x、118y、118z。另外，在电路基板115的第二面115r上搭载有连接器116。此外，虽然省略图示及其说明，但是也可以在电路基板115中设置其他布线或端子电极等。
电路基板115俯视时在沿着容器101的长边的X轴方向的中央部具备电路基板115的外缘收缩的收缩部133、134。收缩部133、134俯视时设置于电路基板115的Y轴方向的两侧，从电路基板115的外缘向中央收缩。另外，收缩部133、134与容器101的突起部129和固定突起部104相对设置。
电路基板115将第二面115r朝向第一底座127和第二底座125***容器101的内部空间。并且，电路基板115通过第一底座127和第二底座125支承于容器101。
检测加速度作为物理量的加速度传感器118x、118y、118z分别检测1轴方向的加速度。具体而言，加速度传感器118x以封装件的表里面面向X轴方向的方式、并且使侧面与电路基板115的第一面115f相对的方式竖立设置。并且，加速度传感器118x检测在X轴方向上施加的加速度，输出与检测出的加速度相应的被测定信号。加速度传感器118y以封装件的表里面面向Y轴方向的方式、并且使侧面与电路基板115的第一面115f相对的方式竖立设置。并且，加速度传感器118y检测在Y轴方向上施加的加速度，输出与检测出的加速度相应的被测定信号。加速度传感器118z以封装件的表里面面向Z轴方向的方式、即封装件的表里面与电路基板115的第一面115f正对的方式设置。并且，加速度传感器118z检测在Z轴方向上施加的加速度，输出与检测出的加速度相应的被测定信号。
作为处理部的控制IC119经由未图示的布线与加速度传感器118x、118y、118z电连接。另外，控制IC119是MCU(Micro Controller Unit：微控制器单元)，内置：加速度传感器118x、118y、118z分别输出的被测定信号所输入的A/D转换器(相当于在上述的各实施方式中说明的A/D转换器2)、上述中的任意一个实施方式的重采样电路1、针对从重采样电路1输出的测定数据进行各种转换处理或校正处理而生成检测数据的数字处理电路、包括易失性存储器的存储部等。并且，控制IC119控制物理量传感器单元100的各部，并且基于加速度传感器118x、118y、118z分别输出的被测定信号生成与外部触发同步的检测数据，生成将检测数据编入后的包数据。在存储部中存储有规定了用于检测加速度的顺序和内容的程序、将检测数据编入包数据的程序、以及随附的数据等。此外，虽然省略图示，但是也可以在电路基板115中搭载有其他多个电子部件等。
在此，使用图13和图14说明加速度传感器118x、118y、118z的结构例。
图13是说明用于检测加速度的传感器元件的概略结构的立体图。图14是说明使用了检测加速度的传感器元件的加速度检测器的概略结构的剖视图。
此外，在图13中说明如下例子：作为相互正交的3个轴，图示出x轴、y’轴、z’轴。各轴在包括作为加速度传感器的基材使用的压电体材料即石英的作为电气轴的x轴、作为机械轴的y轴、作为光学轴的z轴的正交坐标系中，在以x轴为旋转轴使z轴以+z侧向y轴的-y方向旋转的方式按旋转角度
Figure BDA0002039774570000251
(优选是
Figure BDA0002039774570000252
)倾斜后的轴设为z’轴、使y轴以+y侧向z轴的+z方向旋转的方式按旋转角度
Figure BDA0002039774570000253
倾斜后的轴设为y’轴时，将沿着用x轴和y’轴规定的平面切出并加工为平板状的、在与该平面正交的z’轴方向上具有规定的厚度t的所谓的石英z板(z’板)作为基材使用。此外，z’轴设为在加速度传感器118x、118y、118z中沿着重力起作用的方向的轴。
首先，使用图13说明检测加速度的传感器元件200的结构。传感器元件200具有：基板结构体201，其包括基部210等；加速度检测元件270，其连接到基板结构体201，检测物理量；以及质量部280、282。
传感器元件200的基板结构体201具备：基部210；经由接头部212与基部210连结的可动部214；连结部240；以及与基部210连结设置的第一支承部220、第二支承部230、第三支承部250和第四支承部260。其中，第三支承部250与第四支承部260在配置有连结部240的一侧连结。
基板结构体201使用从作为压电材料的石英的原石等如上所述按照规定的角度切出的石英z板(z’板)的石英基板。对该石英基板进行图案化，从而使它们一体地形成为基板结构体201。另外，图案化能使用例如光刻技术和湿式蚀刻技术。
基部210经由接头部212与可动部214连接，支承可动部214。基部210与如下部位连接：可动部214，其经由接头部212；连结部240，其位于与可动部的接头部212所在的一侧相反的一侧；第一支承部220和第二支承部230；以及第三支承部250和第四支承部260，其在连结部240侧连结。
接头部212设置于基部210与可动部214之间，与基部210和可动部214连接。接头部212的厚度(z’轴方向的长度)与基部210的厚度和可动部214的厚度相比较薄(较短)地设置，在从x轴方向的截面观察时，形成为缩径状。接头部212通过例如对包括接头部212的基板结构体201进行所谓的半蚀刻从而形成为厚度薄的薄壁部。接头部212在可动部214相对于基部210移位(转动)时，作为支点(中间铰链)而具有作为沿着x轴方向的旋转轴的功能。
可动部214经由接头部212连接到基部210。可动部214的形状为板状，具有沿着z’轴方向相互相对且作为表里的关系的主面214a、214b。可动部214根据作为在与主面214a、214b交叉的方向(z’轴方向)上施加的物理量的加速度，而以接头部212为支点(旋转轴)在与主面214a、214b交叉的方向(z’轴方向)上移位。
连结部240设置成以从后述的设置有第三支承部250的+x方向侧的基部210沿着x轴方向包围可动部214的方式延伸，连接到后述的设置有第四支承部260的-x方向侧的基部210。
第一支承部220和第二支承部230以加速度检测元件270为中心对称设置。另外，第三支承部250和第四支承部260以加速度检测元件270为中心对称设置。并且，在第一支承部220、第二支承部230、第三支承部250以及第四支承部260中，基板结构体201支承于被固定部。
加速度检测元件270连接到基部210和可动部214。换言之，加速度检测元件270以涵盖基部210和可动部214的方式设置。加速度检测元件270具有作为振动部的振动梁部271a、271b；以及第一基部272a和第二基部272b。在第一基部272a和第二基部272b连接到基部210的加速度检测元件270中，例如可动部214按照物理量移位，由此在振动梁部271a、271b产生应力，产生于振动梁部271a、271b的物理量检测信息变化。换言之，振动梁部271a、271b的振动频率(共振频率)发生变化。此外，本实施方式的加速度检测素子270是具有2个振动梁部271a、271b、第一基部272a以及第二基部272b的双音叉元件(双音叉型振动元件)。其中，作为振动部的振动梁部271a、271b有时也被称为振动臂、振动梁或柱状梁等。
加速度检测元件270与上述的基板结构体201同样地使用从作为压电材料的石英的原石等按规定的角度切出的石英z板(z’板)的石英基板。加速度检测元件270是通过利用光刻技术和蚀刻技术对该石英基板进行图案化而形成的。由此，能将振动梁部271a、271b、第一基部272a以及第二基部272b一体地形成。
此外，加速度检测元件270的材质不限于上述的石英基板。作为加速度检测元件270的材质，能使用例如钽酸锂(LiTaO3)、四硼酸锂(Li2B4O7)、铌酸锂(LiNbO3)、锆钛酸铅(PZT)、氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)等的压电材料，还能使用具备氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)等的压电体(压电材料)皮膜的硅等半导体材料。在该情况下，优选基板结构体201和加速度检测元件270使用同样的材料。
此外，虽然省略图示和说明，但是在加速度检测元件270中也可以设置引出电极或激发电极。
质量部280、282设置于可动部214的主面214a和与主面214a成为表里的关系的里面的主面214b。详细地说，质量部280、282经由质量接合材料(未图示)设置于主面214a和主面214b。作为质量部280、282的材质，可举出例如铜(Cu)、金(Au)等金属。
另外，在本实施方式中，虽然加速度检测元件270的振动部由包括振动梁部271a、271b的2个柱状梁的双音叉振动器(双音叉型振动元件)构成，但是也能由1个柱状梁(单梁)构成加速度检测元件270的振动部。
下面，使用图14说明使用了上述的检测加速度的传感器元件200的加速度检测器300的结构。
如图14所示，在加速度检测器300中搭载有上述的传感器元件200。加速度检测器300具有传感器元件200和封装件310。另外，封装件310具有封装件基座320和盖330。并且，在加速度检测器300的封装件310上收纳传感器元件200。具体而言，在封装件基座320与盖330被连接设置的空间311中收纳有传感器元件200。
在封装件基座320上具有凹部321，在该凹部321内设置有传感器元件200。封装件基座320的形状只要是能将传感器元件200收纳在凹部321内即可，没有特别限定。作为本实施方式的封装件基座320，例如能使用陶瓷、石英、玻璃、硅等材料。
封装件基座320具有从作为封装件基座320的凹部的内侧的底面的内底面322向盖330侧突出的台阶部323。台阶部323例如沿着凹部321的内壁设置。在台阶部323上设置有多个内部端子340b。
内部端子340b设置成与在传感器元件200的第一支承部220、第二支承部230、第三支承部250以及第四支承部260的各固定部设置的固定部连接端子379b俯视时重叠的位置相对。内部端子340b例如使用包含金属填料等导电性物质的硅树脂系的导电性粘合剂343与固定部连接端子379b电连接。这样，传感器元件200安装于封装件基座320，收纳在封装件310内。
在封装件基座320中，在作为内底面322的相反侧的面的外底面324，设置有在安装于外部的构件时使用的外部端子344。外部端子344经由未图示的内部布线与内部端子340b电连接。
内部端子340b和外部端子344包括例如通过电镀等方法将镍(Ni)、金(Au)等皮膜层叠于钨(W)等的金属化层的金属膜。
在封装件基座320的凹部321的底部设置有密封封装件310的内部的密封部350。密封部350设置于在封装件基座320中形成的贯通孔325内。贯通孔325从外底面324贯通到内底面322。在图14所示的例子中，贯通孔325具有外底面324侧的孔径大于内底面322侧的孔径的台阶的形状。密封部350通过在贯通孔325中配置例如包括金(Au)和锗(Ge)合金、焊料等的密封材料并将其加热熔融后使其固化而形成。密封部350是为了将封装件310的内部以气密方式密封而设置的。
盖330设置成覆盖封装件基座320的凹部321。盖330的形状例如是板状。作为盖330，例如能使用与封装件基座320相同的材料、铁(Fe)与镍(Ni)的合金、不锈钢等金属。盖330经由盖接合构件332与封装件基座320接合。作为盖接合构件332，例如能使用接缝环、低熔点玻璃、无机类粘合剂等。
在将盖330与封装件基座320接合后，在封装件310的内部已被减压的状态(真空度高的状态)下，在贯通孔325内配置密封材料，加热熔融后使其固化来设置密封部350，从而能将封装件310内以气密的方式密封。封装件310的内部也可以填充有氮气、氦气、氩气等非活性气体。
在加速度检测器300中，在经由外部端子344、内部端子340b、固定部连接端子379b等对传感器元件200的激发电极提供驱动信号时，传感器元件200的振动梁部271a、271b按照规定的频率振动。并且，加速度检测器300将根据被施加的加速度变化的传感器元件200的共振频率作为输出信号输出。能将加速度检测器300作为上述的物理量传感器单元100的加速度传感器118x、118y、118z使用，加速度传感器118x、118y、118z分别输出与被施加的加速度相应的频率的被测定信号。
根据以上说明的本实施方式的物理量传感器单元100，包括能够降低在重采样后的测定数据中产生的周期性噪声的重采样电路1，因此能够高精度地检测物理量。
以上以具备加速度传感器118x、118y、118z作为物理量传感器的物理量传感器单元100为例进行了说明，但也可以是具备检测质量、角速度、角加速度、静电电容以及温度中的至少任意一者作为物理量的物理量传感器的物理量传感器单元。
在检测质量作为物理量的质量传感器中，作为计测微小质量变化的方法，已知石英振动器微量平衡法(QCM：Quartz Crystal Microbalance)。这种质量传感器利用在向石英振动器电极面的附着物质量增加时石英振动器的振荡频率减少、在附着物质量减少时振荡频率增加的情况。以上的质量传感器的检测灵敏度能通过Sauerbrey的式子算出，例如在具备27MHz的基本振动数的AT切割石英振动器的情况下，1Hz的振动数的减少对应于电极表面上的0.62ng/cm2的质量增加。
另外，检测角速度或角加速度作为物理量的角速度传感器从按照角速度Ω转动的观测点来看，在观测了按照一定的角速度ω转动的物体的情况下，利用该物体的角速度看上去是“ω-Ω”来检测角速度。在这种角速度传感器中，在使用电极对圆盘状的质量进行静电驱动从而使具有固有振动数的波环绕的状态下传感器元件受到角加速度时，利用从电极观测的表观共振频率变化。在以上这种角速度传感器中，原理上没有带宽的限制，例如计测频率的技术或非线性校正的技术的高精度化直接关系到检测灵敏度的高灵敏度化。
另外，检测静电电容作为物理量的静电电容传感器能使用基准电阻和被测定静电电容进行RC振荡并计测振荡频率从而进行被测定静电电容的计测。并且，利用在被测定静电电容变化时，在RC中被提供的时间常数变化且振荡频率转换的情况。另外，静电电容传感器能通过设为如下机构来排除各种误差因素：除被测定静电电容以外另外准备基准静电电容，使用基准电阻和基准静电电容进行RC振荡，以其为基准振荡频率，检测与先前的振荡频率的差分。
另外，检测温度作为物理量的温度传感器能通过使用热敏电阻和基准静电电容进行RC振荡并计测振荡频率来进行温度计测。并且，利用在热敏电阻的电阻值由于温度而变化时在RC中被提供的时间常数变化、振荡周波数转换的情况。另外，温度传感器能通过设为如下机构来排除各种误差因素：除热敏电阻以外另外准备基准电阻，使用基准电阻和基准静电电容进行RC振荡，以其为基准振荡频率，检测与先前的振荡频率的差分。
在具备以上的检测各种物理量的物理量传感器的物理量传感器单元100中，也包括能降低在重采样后的测定数据中产生的周期性噪声的重采样电路1，因此能高精度地检测物理量。
3.惯性计测装置(IMU：Inertial Measurement Unit)
本实施方式的惯性计测装置包括：物理量传感器，其检测加速度和角速度中的至少任意一者，输出被测定信号；信号处理电路，其包括上述实施方式的重采样电路1，处理从物理量传感器输出的信号；以及通信电路，其将通过信号处理电路的处理得到的惯性数据发送到外部，与从运算处理装置(主机)提供的外部触发同步地发送惯性数据。
本实施方式的惯性计测装置除了例如搭载于电路基板115的部件不同的点以外，也可以是与上述的物理量传感器单元100同样的结构。图15是表示本实施方式的惯性计测装置400的电路基板的结构的外观立体图。在图15中，对与图12相同的结构要素附上相同的附图标记，省略重复的说明。
如图15所示，本实施方式的惯性计测装置400所具备的电路基板115划分为第一区域AL1、第二区域AL2、以及位于第一区域AL1与第二区域AL2之间的连接区域AL3。在电路基板115的第二区域AL2的第一面中分别搭载有能检测1轴方向的加速度的三个加速度传感器118x、118y、118z和能检测3轴方向的角速度的角速度传感器117。角速度传感器117能通过一个设备检测X轴、Y轴以及Z轴的3方向、即3轴的角速度，例如为了根据施加于振动的物体的科里奥利力来检测角速度，也可以使用通过MEMS技术加工了硅基板的振动陀螺仪传感器。而且，在电路基板115的第一区域AL1的第一面中搭载有控制IC119g，在电路基板115的与第一区域AL1的第一面成为表里关系的第二面中搭载有插头型(公)的连接器(未图示)。
作为处理部的控制IC119g经由未图示的布线与加速度传感器118x、118y、118z和角速度传感器117电连接。另外，控制IC119g是MCU，内置对从加速度传感器118x、118y、118z输出的加速度信号和从角速度传感器117输出的角速度信号进行处理的信号处理电路、将通过信号处理电路的处理得到的惯性数据发送到外部的通信电路、包括非易失性存储器的存储部等。信号处理电路包括作为被测定信号的加速度信或角速度信号所输入的A/D转换器(相当于在上述的各实施方式中说明的A/D转换器2)、上述任意一个实施方式的重采样电路1、以及对从重采样电路1输出的测定数据进行各种转换处理或校正处理来生成惯性数据的数字处理电路等。并且，控制IC119控制物理量传感器单元100的各部，并且基于加速度传感器118x、118y、118z分别输出的加速度信号和从角速度传感器117输出的角速度信号，生成与外部触发同步的惯性数据，生成将惯性数据编入后的包数据。在存储部中存储有将规定了用于检测加速度或角速度的顺序和内容的程序、将惯性数据编入包数据的程序、以及随附的数据等。此外，虽然省略图示，但是也可以在电路基板115中搭载有其他多个电子部件等。
通过设为这种构成，惯性计测装置400能检测例如汽车、农业机械(农机)、建筑机械(建机)、机器人以及无人机等移动体(被装配装置)的姿势或动作(惯性运动量)。并且，惯性计测装置400作为具备3轴的加速度传感器118x、118y、118z和3轴的角速度传感器117的所谓的6轴运动传感器发挥功能。
根据以上说明的本实施方式的惯性计测装置400，包括能降低在重采样后的测定数据中产生的周期性噪声的重采样电路1，因此能高精度地生成惯性数据。
以上，说明了惯性计测装置400具备加速度传感器和角速度传感器，但也可以不具备加速度传感器而具备角速度传感器，也可以不具备角速度传感器而具备加速度传感器。
4.结构物监视装置(SHM：Structural Health Monitoring：结构健康监测)
图16是本实施方式的结构物监视装置的结构图。如图16所示，本实施方式的结构物监视装置500具有物理量传感器单元510，上述物理量传感器单元510具有与上述实施方式的物理量传感器单元100相同的功能，装配于作为监视对象的结构物590。物理量传感器单元510包括发送检测信号的发送部511。发送部511也可以作为与物理量传感器单元510分体的通信模块和天线来实现。
物理量传感器单元510经由无线或有线的通信网580例如与监视计算机570连接。监视计算机570具有：接收部520，其经由通信网580与物理量传感器单元510连接；以及算出部530，其基于从接收部520输出的接收信号来算出结构物590的倾斜角度。
算出部530在本实施方式中通过搭载于监视计算机570的ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit：专用集成电路)或FPGA(Field Programmable GateArray：现场可编程门阵列)等来实现。不过，也可以设为以算出部530为CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)等处理器且该处理器对在IC存储器531中存储的程序进行运算处理从而以软件方式实现的结构。监视计算机570能通过键盘540受理操作者的各种操作输入，能将运算处理的结果显示于触摸面板550。
根据本实施方式的结构物监视装置500，利用具有与上述实施方式的物理量传感器单元100相同功能的物理量传感器单元510来监视结构物590的倾斜。因此，能利用作为物理量传感器单元100的作用效果的高精度的物理量(加速度或角速度等)的检测，能精度良好地检测作为监视对象的结构物590的倾斜，能够提高结构物590的监视质量。
本发明不限于本实施方式，能在本发明的宗旨的范围内实施各种变形。
例如上述的各实施方式的重采样电路1作为外部触发的周期内的AD数据的代表值算出该AD数据的平均值，但也可以算出例如该AD数据的中间值或最频值。
上述的实施方式和变形例是一例，不限于上述内容。例如还能适当地组合各实施方式和各变形例。
本发明包括与在实施方式中说明的结构实质上相同的结构(例如功能、方法以及结果相同的结构、或者目的和效果相同的结构)。另外，本发明包括将在实施方式中说明的结构的非本质的部分置换后的结构。另外，本发明包括能起到与在实施方式中说明的结构相同的作用效果的结构或者能达到同一目的的结构。另外，本发明包括对在实施方式中说明的结构附加有公知技术的结构。

Claims (14)

1.一种重采样电路，其特征在于，
将与第一时钟信号同步更新的第一数据转换为与第二时钟信号同步更新的第二数据而输出，上述第二时钟信号与上述第一时钟信号非同步，
上述第二数据是按照上述第二时钟信号的周期算出的上述第一数据的代表值，
用比上述第一时钟信号和上述第二时钟信号高的频率的第三时钟信号测定上述第一数据的值，
以上述第二时钟信号的周期对测定出的上述第一数据的值进行积分，
用上述第三时钟信号测定上述第二时钟信号的周期，
用测定出的上述第二时钟信号的周期除积分后的上述第一数据，以上述第三时钟信号的时间分辨率算出上述第一数据的代表值并输出。
2.一种重采样电路，其特征在于，
将与第一时钟信号同步更新的第一数据转换为与第二时钟信号同步更新的第二数据而输出，上述第二时钟信号与上述第一时钟信号非同步，
上述第二数据是按照上述第二时钟信号的周期算出的上述第一数据的代表值，
用上述第二时钟信号测定上述第一数据的值，
以测定出的上述第一数据的值为基准值，用比上述第一时钟信号和上述第二时钟信号高的频率的第三时钟信号测定上述基准值与上述第一数据的值的差分，
以上述第二时钟信号的周期对测定出的上述差分进行积分，
用上述第三时钟信号测定上述第二时钟信号的周期，
用测定出的上述第二时钟信号的周期除积分后的上述差分，算出上述差分的平均值，
将上述基准值和上述差分的平均值相加，以上述第三时钟信号的时间分辨率算出上述第二数据并输出。
3.一种重采样电路，其特征在于，
将与第一时钟信号同步更新的第一数据转换为与第二时钟信号同步更新的第二数据而输出，上述第二时钟信号与上述第一时钟信号非同步，
上述第二数据是按照上述第二时钟信号的周期算出的上述第一数据的代表值，
用比上述第一时钟信号和上述第二时钟信号高的频率的第三时钟信号测定上述第一数据的值，
以上述第二数据的值为基准值，用上述第三时钟信号测定上述基准值与测定出的上述第一数据的值的差分，
以上述第二时钟信号的周期对测定出的上述差分进行积分，
用上述第三时钟信号测定上述第二时钟信号的周期，
用测定出的上述第二时钟信号的周期除积分后的上述差分，算出上述差分的平均值，
将上述基准值和上述差分的平均值相加，以上述第三时钟信号的时间分辨率算出上述第一数据的代表值。
4.一种重采样电路，其特征在于，
将与第一时钟信号同步更新的第一数据转换为与第二时钟信号同步更新的第二数据而输出，上述第二时钟信号与上述第一时钟信号非同步，
上述第二数据是按照上述第二时钟信号的周期算出的上述第一数据的代表值，
用比上述第一时钟信号和上述第二时钟信号高的频率的第三时钟信号测定从上述第二时钟信号的边缘到上述第一时钟信号的边缘为止的期间、从上述第一时钟信号的边缘到下一个边缘为止的期间、以及从上述第一时钟信号的边缘到上述第二时钟信号的边缘为止的期间，
以上述第二时钟信号的周期对测定出的上述期间进行积分，
以上述第二数据的值为基准值，算出上述基准值与上述第一数据的值的差分，
将测定出的上述期间和算出的上述差分相乘来算出上述差分的积分值，
以上述第二时钟信号的周期对上述差分的积分值进行积分，
用积分后的上述期间除积分后的上述差分的积分值，算出上述差分的平均值，
将上述基准值和上述差分的平均值相加，以上述第三时钟信号的时间分辨率算出上述第一数据的代表值并输出。
5.一种重采样电路，其特征在于，
将与第一时钟信号同步更新的第一数据转换为与第二时钟信号同步更新的第二数据而输出，上述第二时钟信号与上述第一时钟信号非同步，
上述第二数据是按照上述第二时钟信号的周期算出的上述第一数据的代表值，
用比上述第一时钟信号和上述第二时钟信号高的频率的第三时钟信号测定从上述第二时钟信号的边缘到上述第一时钟信号的边缘为止的期间、从上述第一时钟信号的边缘到下一个边缘为止的期间、以及从上述第一时钟信号的边缘到上述第二时钟信号的边缘为止的期间，
用上述第三时钟信号测定上述第一时钟信号的周期，
算出测定出的上述期间与测定出的上述第一时钟信号的周期之比，
以上述第二时钟信号的周期对算出的上述比进行积分，
以上述第二数据的值为基准值，算出上述基准值与上述第一数据的值的差分，
将算出的上述比和上述差分相乘，
以上述第二时钟信号的周期对上述比与上述差分的相乘值进行积分，
用积分后的上述比除积分后的上述相乘值，算出上述差分的平均值，
将上述基准值和上述差分的平均值相加，以上述第三时钟信号的时间分辨率算出上述第一数据的代表值并输出。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的重采样电路，其特征在于，
能够使上述第一数据的代表值初始化。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的重采样电路，其特征在于，
上述代表值是平均值、中间值以及最频值中的任意一者。
8.根据权利要求1～5中任一项所述的重采样电路，其特征在于，
上述重采样电路包括输出上述第一数据的低通滤波器，
上述低通滤波器的截止频率低于上述第二时钟信号的奈奎斯特频率。
9.根据权利要求1～5中任一项所述的重采样电路，其特征在于，
上述第一时钟信号是A/D转换的采样时钟。
10.根据权利要求1～5中任一项所述的重采样电路，其特征在于，
上述第二时钟信号是从外部输入到上述重采样电路的触发信号。
11.一种物理量传感器单元，其特征在于，包括：
权利要求1所述的重采样电路；以及
物理量传感器。
12.根据权利要求11所述的物理量传感器单元，其特征在于，
上述物理量传感器检测加速度和角速度中的至少任意一者。
13.一种惯性计测装置，其特征在于，包括：
物理量传感器，检测加速度和角速度中的至少任意一者；
信号处理电路，包括权利要求1所述的重采样电路，处理从上述物理量传感器输出的信号；以及
通信电路，将通过上述信号处理电路的处理而得到的惯性数据发送到外部。
14.一种结构物监视装置，其特征在于，包括：
权利要求12所述的物理量传感器单元；
接收部，接收来自装配于结构物的上述物理量传感器单元的检测信号；以及
算出部，基于从上述接收部输出的信号，算出上述结构物的倾斜角度。
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