JP3355370B2 - 周波数変化測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、周波数変化に基づ
き物理量の変化を測定する周波数変化測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、測定対象の周波数変化を測定する
方法として、変位変化に対応して電気容量が変化する容
量変化型変位センサによる発振周波数の変化から、変位
変化を測定する方法があった。

【０００３】この方法としては、１）容量変化型変位セ
ンサの出力である周波数変化を分周してゲート時間を作
成し、そのゲート時間内に基準クロックをカウントする
方法や、２）測定装置内部の基準クロックを分周してゲ
ート時間を作成し、そのゲート時間内に容量変化型変位
センサの出力である周波数変化をカウントする方法等が
公知である。

【０００４】いずれの方法でも、容量変化型変位センサ
の周波数の変化をカウント値の変化に変換して測定し、
測定したカウント値を用いて、演算により変位変化を求
める。通常、これらの公知の方法により、精度の高い周
波数変化の測定を行うには、恒温漕を用いて基準クロッ
クの周波数出力を安定化させなければならない。

【０００５】この種の周波数変化測定装置の例を図７に
示す。図７では、物理量の変化を電気容量の変化として
検出する容量変化型変位センサ８１、このセンサ８１を
発振させる発振回路８２とを有する変位検出部８０と、
基準となるクロック信号を発生する基準クロック発振器
７１、この基準クロック発振器７１からの周波数出力を
入力して分周する分周回路７２、その分周信号に基づい
てゲートタイムを作成するゲート回路７３、ゲート回路
７３によるゲートタイム間に、変位検出部８０からの周
波数信号をカウントするカウンタ７４、そのカウント値
をラッチするラッチ回路７５及びラッチしたカウント値
を読取り、演算により物理量の変化を求める演算手段７
６を有する周波数演算部７０から構成されている。

【０００６】物理量の変化に対応して発振周波数が変化
する図７のような例では、基準クロック発振器の周波数
出力によるゲートタイムを長くすれば周波数の分解能が
向上し、物理量の変化を検出しやすくなる。しかし、ゲ
ートタイムが長くなるとゲートタイムの乱れの影響を受
け、周波数の測定誤差が大きくなる。周波数の測定誤差
を少なくするには、ゲートタイムを安定化すればよく、
周波数変化の測定を行う際に、通常は恒温漕に入れた基
準クロック発振器を用いる。しかし、周波数変化を測定
している間、恒温漕を含む周波数演算部７０に連続して
電源を供給しなければならず、電池を電源とする必要が
ある野外等では、長時間の測定ができない。

【０００７】また、上述した例のように、基準クロック
発振器の周波数出力を分周して得たゲート時間内に、被
測定信号の周波数変化をカウントし、そのカウント値の
変化から被測定信号の周波数の変化を測定する場合、変
位検出部８０から周波数演算部７０に信号を伝送するケ
ーブルが長いと、ケーブル内で信号が減衰し被測定信号
である周波数変化を伝送できなくなる。すなわち、変位
検出部８０では、被測定信号を発振させた周波数出力を
そのまま伝送して周波数演算部７０に送信するため、信
号が減衰しやすい。特に、被測定信号の発信周波数が高
い場合には、信号の減衰の割合が大きくなり、その伝送
距離が短くなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の周波数変化測定装置では、周波数の分解能を向上させ
るためにゲートタイムを長くとるとゲートタイムの乱れ
の影響を受けて周波数の測定誤差が大きくなる。測定誤
差を少なくするために基準クロック発振器を用いた場
合、測定の間連続して装置に電源を供給しなければなら
ない。また、従来の周波数変化測定では、変位検出部と
周波数演算部の間のケーブルが長いと、信号の減衰が著
しい。

【０００９】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、基準クロック発振
器の周波数出力を安定させるための恒温漕を必要としな
い周波数変化測定装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の観点によ
れば、本発明は、物理量の変化に対応して周波数が変化
する被測定信号を分周して分周信号を出力する分周手段
と、前記分周信号をカウントして分周回数を算出するカ
ウント手段と、前記分周回数を前記分周信号に同期して
伝送する分周回数伝送手段と、前記分周回数伝送手段か
ら伝送された分周回数を受信し、この分周回数を出力す
る分周回数受信手段と、基準クロックを発振させる基準
クロック発振手段と、前記分周回数受信手段からの前記
分周回数の第１の出力タイミングと第２の出力タイミン
グの間のゲート時間における前記基準クロック発振手段
のカウント値をカウントし、第１の出力タイミングにお
ける前記分周回数と第２の出力タイミングにおける前記
分周回数の差を算出し、前記カウント値と前記分周回数
の差に基づき前記被測定信号の周波数変化を求める演算
手段とを具備してなることを特徴とする周波数変化測定
装置を提供する。

【００１１】本発明の第２の観点によれば、本発明は、
物理量の変化に対応して周波数が変化する被測定信号を
分周して分周信号を出力する分周手段と、この分周信号
をカウントして分周回数を算出するカウント手段と、前
記分周回数を前記分周信号に同期して伝送する分周回数
伝送手段と、前記分周回数伝送手段から伝送された分周
回数を受信し、この分周回数を出力する分周回数受信手
段と、基準クロックを発振させる基準クロック発振手段
の周波数出力のカウント値を前記分周回数受信手段の前
記分周回数に同期してラッチするラッチ手段と、第１及
び第２の時刻について前記ラッチ手段でラッチされた前
記カウント値の差を求め、このカウント値の差と第１及
び第２の時刻の間の前記分周回数の差に基づき前記被測
定信号の周波数変化を求める演算手段とを具備してなる
ことを特徴とする周波数変化測定装置を提供する。

【００１２】望ましくは、分周回数受信手段、ラッチ手
段、演算手段を駆動する電源が設けられてなり、この電
源は間欠的に電源を入れることが可能である。

【００１３】また、被測定信号が複数であり、該複数の
被測定信号にそれぞれ対応して分周手段、第１のカウン
ト手段及び分周回数伝送手段とを有し、これら複数の被
測定信号から算出される分周回数を少なくとも１つの分
周回数受信手段で受信してもよい。

【００１４】また望ましくは、分周手段、カウント手段
及び分周回数伝送手段とが一体となって周波数分周部を
なし、分周回数受信手段、ラッチ手段及び演算手段が一
体となって周波数演算部をなし、分周回数伝送手段から
分周回数受信手段への分周回数の伝送は無線により行
う。

【００１５】また望ましくは、基準クロック発振手段
は、標準時間を刻時する刻時手段に同期して発振する周
波数出力を有する。

【００１６】さらに望ましくは、演算処理手段の出力に
基づいて電源のオンオフ制御をスケジュールするスケジ
ューラを有する。

【００１７】本発明による周波数変化測定装置では、刻
時の誤差が少ない標準時間の刻時装置に同期した基準ク
ロック発振器の周波数出力を使用して、分周信号が発生
した時間を測定する。従って、分周信号が発生する間隔
が長くなっても、測定誤差が累積しない。そのため、基
準クロック発振器の周波数出力を恒温漕で安定化させる
必要はなく、測定装置の消費電力を少なくすることが可
能となり、電池を電源とする携帯に便利な小型の周波数
変化測定装置を製造することができる。

【００１８】例えば、基準クロック発振器の周波数出力
が１ＭＨｚであれば、±１．０μｓｅｃの精度で分周信
号を受信でき、同じ精度で分周信号が発生した時間を定
められる。基準クロック発振器の周波数出力が１ｋＨｚ
であれば、±１．０ｍｓｅｃの精度で分周信号を受信で
き、同じ精度で分周信号が発生した時間を定められる。

【００１９】標準時間は、通信衛星や地上の発信局から
電波として送信されており、日本国内はもとより、世界
のほとんどの場所で受信することができ、ＧＰＳ時計や
電波時計として、これらを受信する装置が市販されてい
る。これらの時計の刻時精度は正確で、時間が経過して
も刻時の誤差は少なく、累積もしない。従って、標準時
間の刻時装置に同期した基準クロック発振器の周波数出
力は安定しており、周波数出力の変化はほとんどなく、
基準時間のタイムベースに適している。電力事情が悪い
野外での物理現象の観測には、電波時計をタイムベース
とする本発明による周波数変化測定装置が簡便であり、
かつ少ない電力で標準時間を受信できるため、電池を電
源とする小型の周波数変化測定装置を実現できる。

【００２０】本発明による周波数分周部では、被測定信
号を分周して得られた分周回数を分周信号の発生する時
間に同期して周波数演算部に伝送する。分周回数は物理
量の変化の情報を持っており、分周回数をビット信号に
変換し、そのビット情報を信号ケーブルが長くなっても
伝送できる低い周波数信号として周波数演算部に伝送す
る。しかも、本発明では、この分周回数を、同じく物理
量の変化の情報を持った分周信号に同期して周波数演算
部に無線により伝送する。

【００２１】本発明では、複数の被測定信号の周波数変
化を測定することもできる。このため、１台の周波数演
算部で多数の物理量の変化や複数の地点の物理量の変化
を求めることができる。

【００２２】本発明では、周波数演算部を、間欠的に電
源を入れつつ低消費電力で作動させ、被測定信号の周波
数変化を測定する。周波数演算部では、標準時間の刻時
装置に同期した基準クロック発振器の周波数出力に基づ
いて、周波数分周部から伝送された被測定信号の分周信
号が発生した時間を正確に測定する。また、その時刻に
伝送された分周回数を知ることができる。従って、周波
数演算部を間欠的に作動させる場合でも、間欠的に得た
分周信号が発生した時刻とそのときの分周回数から、周
波数分周部における周波数変化が分かり、その変化から
演算により物理量の変化を求めることができる。

【００２３】本発明では、標準時間の刻時装置に同期し
た基準クロック発振器の周波数出力を使用していること
から、時間の誤差がほとんど累積せず、測定時間を長く
すれば、物理量のわずかな変化でも検出可能である。間
欠的に周波数演算部を作動させる場合でも、分周回数の
差から分周信号が発生した時間の差が分かり、物理量の
変化を精度良く求めることができる。

【００２４】道路用や鉄道用のトンネルの巻き立ててあ
るコンクリートの変形や周辺の岩盤に、変位変化を周波
数変化として検出する多くの変位センサを取り付け、そ
の長期の変動を１箇所で記録する際には、本発明が特に
有効である。本発明では、電池で長時間動作するため、
トンネルやトンネル周辺の岩盤の長期的な変動や、崩落
に至るまでの異常な変動を検出でき、しかも、電池の交
換の頻度が少なく、その保守も容易である。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。

【００２６】（第１実施形態）図１は本発明の第１実施
形態に係る周波数変化測定装置の全体構成を示すブロッ
ク図である。

【００２７】図１に示すように、この周波数変化測定装
置１は、物理量の変化に対応して発振周波数が変化する
被測定信号を分周する周波数分周部２と、この周波数分
周部２から伝送された分周信号に同期した分周回数に基
づいて演算により周波数変化を求める周波数演算部３と
この周波数演算部３を駆動するための電源４０から構成
される。

【００２８】周波数分周部２は、被測定信号２１を分周
して分周信号２２を出力する分周手段２３と、この分周
信号２２をカウントして分周回数２４を出力する第１の
カウント手段２５と、この分周回数２４を分周信号２２
に同期して同期分周回数２４ａとして周波数演算部３に
無線により伝送する分周回数伝送手段２６からなる。

【００２９】周波数演算部３は、周波数分周部２から伝
送された同期分周回数２４ａを受信する分周回数受信手
段３１と、標準時間を刻時する刻時装置３２の刻時信号
３３に同期した基準クロック発振器３４の周波数出力３
５をカウントしてカウント値３６を出力する第２のカウ
ント手段３７と、同期分周回数２４ａに同期して、カウ
ント値３６をラッチするラッチ手段３８と、カウント値
３６と分周回数２４ａに基づいて周波数変化を求める演
算処理手段３９から構成される。

【００３０】刻時装置３２は、例えば電波時計やＧＰＳ
時計等が用いられる。ＧＰＳ時計が用いられる場合、刻
時装置３２は原子時計を搭載した衛星からの刻時信号を
受信することにより刻時が可能となる。

【００３１】図２は本実施形態の周波数変化測定装置の
基本的な構成に基づいて製作された周波数変化測定装置
の一例を示す図である。図２（ａ）は周波数分周部２の
詳細な構成を、図２（ｂ）は周波数演算部３の詳細な構
成を示す図である。

【００３２】図２（ａ）に示すように、容量変位型変位
センサ２１ａの電気容量が被測定信号２１の変位に対応
して変化することを利用し、この被測定信号２１の変位
の変化を発振回路２１ｂの発振周波数の変化に変えて周
波数出力２１ｃとして出力する。

【００３３】そして、その周波数出力２１ｃを分周手段
２３としてのカウンタＨＣ４０４０で分周する。そし
て、カウンタ手段２３のビット出力として得られる分周
信号２２をＲＣ回路２３ａ等で遅延させてカウンタＨＣ
４０４０をリセットする。カウンタＨＣ４０４０のビッ
ト信号がＲＣ回路２３ａで遅延している間はビット信号
はハイレベルで、その出力が分周信号２２となる。この
分周信号２２は第１のカウント手段２５としてのＨＣ５
９０に出力される。ＨＣ５９０は分周信号２２をカウン
トして分周回数２４を算出し、分数回数伝送手段２６と
してのシフトレジスタＨＣ１６５に出力する。ＨＣ１６
５は、分周回数２４をそのカウント値に対応したビット
毎にシリアルデータとして、かつ分周信号２２に同期さ
せて同期分周回数２４ａとして周波数演算部３に無線に
より伝送する。

【００３４】なお、同期分周回数２４ａを、そのカウン
ト値に対応したパラレルデータとして複数の信号線で周
波数演算部３に伝送しても良い。

【００３５】図２（ｂ）に示すように、周波数分周部２
から伝送された同期分周回数２４ａは、周波数演算部３
内の分周回数受信手段３１で受信される。そして、この
同期分周回数２４ａは第２のカウント手段３７としての
カウンタＨＣ４０４０と、シフトレジスタＨＣ４０９４
に出力される。なお、標準時刻の刻時装置３２，この刻
時装置３２の刻時信号３３に同期した基準クロック発振
器３４の周波数出力３５が第２のカウント手段３７で得
られる点は図１と同じである。また、第２のカウント手
段３７にはラッチ手段３８として、データラッチ専用の
ＨＣ５７３が接続され、ＨＣ４０４０でカウントされる
刻時装置３２からのカウント値を同期分周回数２４ａに
同期させてＨＣ５７３にラッチする。

【００３６】一方、分周回数２４に同期して周波数分周
部２からシリアルデータとして送られてきた分周回数２
４ａに対応するビットを、データ受信手段３１で受信し
て、シフトレジスタＨＣ４０９４でパラレルデータに変
換し、その変換値を演算処理手段３９としてのＨＣ４０
９４にラッチする。そして、ＨＣ５７３でラッチした基
準クロック発振器４３の周波数出力であるＨＣ４０４０
のカウント値及びＨＣ４０９４にラッチした分周回数２
４ａの値に基づき演算処理手段３９により、分周信号２
４が発生した時間差を正確に求める。そして、その時間
差から被測定信号２１の周波数変化を求め、その変化か
ら、演算により物理量の変化を測定する。

【００３７】なお、分周回数２４がパラレルデータとし
て伝送された場合は、ＨＣ４０９４の代わりに別途に備
えたＨＣ５７３で、分周回数２４をパラレルデータとし
て直接ラッチし、演算に使用することができる。

【００３８】図３は、図２で示した場合の分周信号の発
生する状態を示すタイミングチャートである。図３
（ａ）が、図２で示した周波数分周部２で生成される連
続する分周信号２２の状態を示している。それぞれの分
周信号２２が発生した時間の分周回数２４をシリアルデ
ータに変換して、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，…として伝
送する。この分周回数２４を周波数演算部３で受信した
時間を図３（ｂ）に示し、それぞれの受信時間をＴ１，
Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，…とする。また、これら受信時間に
伝送された分周回数２４をＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，…
とする。

【００３９】分周信号２４を受信した時間差（Ｔ２−Ｔ
１），（Ｔ３−Ｔ２），（Ｔ４−Ｔ３），…は、標準時
間の刻時装置３２に同期した基準クロック発振器３４の
周波数出力３５をラッチしたカウント値から正確に測定
できるため、上記の分周信号２２を受信した時間差（Ｔ
２−Ｔ１）等の違いから、被測定信号２１の周波数変化
が分かり、演算により物理量の変化が求められる。な
お、この演算では使用しないが、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ
４，…は連続した正の整数になる。

【００４０】（第２実施形態）本実施形態は第１実施形
態の変形例に係わる。本実施形態の構成は第１実施形態
とほぼ同様であるが、周波数演算部３に間欠的に電源を
入れて作動させる点が第１実施形態と異なる。

【００４１】図４は本実施形態に係る周波数変化測定装
置を説明するための図であり、周波数演算部３に間欠的
に電源を入れて作動させる場合の分周信号２２の状態を
示すタイミングチャートである。

【００４２】図４（ａ）に示した信号が周波数演算部３
への電源４０のオンとオフの状態を示す。図４（ａ）に
示すように、周波数変化の演算に必要な時間だけ、周波
数演算部３に電源を入れる。これにより、周波数変化測
定装置１全体としての消費電力を少なくする。

【００４３】図４（ｂ）に示した信号が、周波数分周部
２で生成される分周信号２２の状態を示し、それぞれ、
Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，…とし、これらを受信した時
間を図４（ｃ）に示し、各受信時間をそれぞれＴａ，Ｔ
ｂ，Ｔｃ，Ｔｄ，…とする。また、それぞれの時間に伝
送された分周回数２４をＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄ，…と
する。

【００４４】分周信号２２を受信した時間差（Ｔｂ−Ｔ
ａ）、（Ｔｃ−Ｔｂ）、（Ｔｄ−Ｔｃ）、…は標準時間
の刻時装置３２に同期した基準クロック発振器３４の周
波数出力３５をラッチしたカウント値から正確に測定で
きる。また、測定したそれぞれの時間差が、何回目の分
周信号２２の差に相当するかは、分周の差（Ｃｂ−Ｃ
ａ），（Ｃｃ−Ｃｂ），（Ｃｄ−Ｃｃ），…から求めら
れる。上記の分周信号を受信した時間差（Ｔｂ−Ｔａ）
と分周回数の差（Ｃｂ−Ｃａ）、及び分周信号を受信し
た時間差（Ｔｃ−Ｔｂ）と分周回数の差（Ｃｃ−Ｃｂ）
等を使用すれば、周波数演算部３を間欠的に作動させた
場合でも、基準クロック発振器４３の周波数出力の変化
はほとんど累積しないため、演算に利用する分周信号の
発生した任意の組の分周信号を受信した時間差を正確に
知ることができる。その結果、被測定信号の周波数変化
が精度良く測定でき、演算により物理量の変化が求めら
れる。

【００４５】本発明による周波数変化測定装置５０は、
図４のタイミングチャートで示した例のように、分周回
数を演算に利用でき、比較する分周信号の発生した任意
の組の時間差を長くしても周波数変化の測定誤差が小さ
い。換言すれば、被測定信号の周波数変化がわずかな場
合であっても、時間をかけて周波数変化を測定すること
で、被測定対象である物理量の変化が検出できる。周波
数変化がわずかである場合は、周波数演算部３に間欠的
に電源４０を入れつつ周波数分周部２から伝送された分
周回数２４を周波数変化の情報として使用すると電力を
あまり使用せず物理量の変化を検出できる。この利点を
生かせば、野外における自然現象の長時間の測定等に適
した電池を電源とする周波数測定装置が製造できる。

【００４６】（第３実施形態）第３実施形態は第１実施
形態の変形例に係わる。本実施形態の構成は第１実施形
態とほぼ同様であるが、周波数演算部２が３地点Ａ，
Ｂ，Ｃそれぞれに設けられている点が異なる。各地点に
設けられた周波数演算部を２ａ，２ｂ，２ｃとする。

【００４７】図５は３地点Ａ，Ｂ，Ｃに周波数分周部２
がある場合の分周信号の状態を示すタイミングチャート
である。３地点Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの周波数分周部２
からの信号に対して図７に示したのと同様のタイミング
チャートが作成できる。この例では、Ａ，Ｂ，Ｃそれぞ
れの地点から分周信号２２に同期して分周回数２４が伝
送されてくる。そして、これらの信号を３つのデータ受
信手段３１ａ，３１ｂ，３１ｃで受信する。

【００４８】Ａ地点の周波数分周部から伝送された分周
信号をＳａ１，Ｓａ２，Ｓａ３，…、Ｂ地点の周波数分
周部から伝送された分周信号をＳｂ１，Ｓｂ２，Ｓｂ
３，…、Ｃ地点の周波数分周部から伝送された分周信号
をＳｃ１，Ｓｃ２，Ｓｃ３，…とし、これらの分周信号
を受信した時間をそれぞれ、Ｔａ１，Ｔａ２，Ｔａ３，
…、Ｔｂ１，Ｔｂ２，Ｔｂ３，…、Ｔｃ１，Ｔｃ２，Ｔ
ｃ３，…とする。

【００４９】周波数分周部が３地点にある場合も、前記
と同様に、それぞれの分周信号を受信した時間差（Ｔａ
２−Ｔａ１）と（Ｔａ３−Ｔａ２）、（Ｔｂ２−Ｔｂ
１）と（Ｔｂ３−Ｔｂ２）、（Ｔｃ２−Ｔｃ１）と（Ｔ
ｃ３−Ｔｃ２）等の違いから、被測定信号２１の周波数
変化が測定でき、物理量の変化が求められる。この場合
も演算には使用しないが、それぞれの周波数分周部２か
ら連続した同期分周回数２４ａが送られてくる。周波数
分周部が３箇所以上であっても、同様にして被測定信号
２１の物理量の変化が求められる。

【００５０】なお、周波数分周部２が３地点にある場合
も、電源４０を間欠的に入れて周波数演算部３を作動さ
せ、３地点の周波数変化を測定することができる。この
場合は、図５のタイミングチャートとは異なり、周波数
演算部３０から伝送されてくる同期分周回数２４ａが連
続した正の整数ではないが、先の図４で示した例と同様
に、伝送されてきた分周回数２４ａの差に基づいて被測
定信号２１の周波数変化を測定し、物理量の変化を求め
る。分周回数２４の値を利用すれば、周波数分周部２が
３箇所以上であっても、電源４０を間欠的に入れて周波
数演算部３を作動させつつ、被測定信号２１の物理量の
変化が求められる。

【００５１】電源４０を間欠的に入れて周波数演算部３
を作動させる場合、複数の周波数分周部２から伝送され
てくる分周信号を、順次切り替えれば、１つの分周回数
受信手段３１で受信することができ、得られたデータか
ら、前記した実施形態と同様の方法で各周波数分周部の
物理量の変化を求めることができる。この実施形態の場
合、分周回数受信手段３１を複数設ける必要はなく、周
波数演算部３を小型化でき、携帯に便利である。

【００５２】（第４実施形態）本実施形態は第２実施形
態の変形例に係わる。本実施形態では、第２実施形態に
おいて間欠的に電源を入れる構成を詳細に示している。

【００５３】図６は本実施形態に係る周波数変化測定装
置の全体構成を示す図である。図１に示す構成と共通す
る部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

【００５４】図６に示すように、周波数分周部２の構成
は図１と同様である。本実施形態では、演算処理手段３
９の演算結果をＣＰＵ６１に出力する。ＣＰＵ６１は周
波数演算部３のスケジューリングを行う部分であり、ス
ケジューラ６１ａ及びリアルタイムクロック６１ｂを内
蔵する。スケジューラ６１ａは、演算処理手段３９の演
算結果に基づいて、次に周波数分周部２から同期分周回
数２４ａが伝送されてくるタイミングを予測する。この
予測タイミングをスケジューラ６１ａにスケジュール
し、そのスケジュールに基づいてリアルタイムクロック
６１ｂを作動させる。この実施形態ではリアルタイムク
ロック６１ｂを、パルス発生器として利用し、正確な時
間間隔で電源のオン・オフのタイミング処理を行う。

【００５５】より具体的には、スケジューラ６１ａによ
る同期分周回数２４ａを受信する予測タイミングの直前
に基準クロック発振器３４を校正し、周波数分周部２か
らの同期分周回数２４ａを受信した場合に演算処理手段
３９による演算を行う。この演算結果に基づき、次のス
ケジュールをスケジューラ６１ａにより設定し、破線で
囲まれた電源供給部６３への電源６２を切る。これによ
り、消費電力をより少なくして周波数変化の測定を行う
ことができる。電源供給部６３は、分周回数受信手段３
１，基準クロック発振器３４，第２のカウント手段３
７，ラッチ手段３８及び演算処理手段３９からなる。

【００５６】スケジューラ６１ａにより設定された電源
オンの時間が来ると、リアルタイムクロック６１ｂが作
動し、電源６２に電源オンの指令がなされ、電源供給部
６３の各構成３１，３４，３５，３７，３８及び３９に
電源が供給される。

【００５７】刻時装置３２には電源６４が接続されてい
る。この電源６４は、例えばＧＰＳ時計や電波時計を用
いた場合、標準時計の刻時信号を受信し、その信号で常
時作動している基準クロック発振器３４を校正する。通
常、刻時装置３２は１分程度連続して刻時情報を含む電
波を受信することにより正確な時刻を得ることができ、
２分程度で時計の校正が可能となる。従って、演算処理
手段３９による演算処理を行う２〜３分前に電源６４に
より刻時装置３２の電源をオンにすればよい。もちろ
ん、スケジューラ６１ａのスケジュールに基づいて動作
するものであってもよい。

【００５８】なお、本実施形態では周波数分周部２は図
１と同様の構成をとる場合を示したが、これに限定され
るものではない。例えば、分周手段２３として用いられ
る図２に示すＨＣ４０４０カウンタの下位のビットのＡ
ＮＤゲートの出力を利用することにより、同期分周回数
２４ａの伝送直前に分周回数伝送手段２６に電源（図示
せず）を入れることが可能となる。この場合、さらなる
消費電力の減少が図れる。特に、無線により電波を用い
て同期分周回数２４ａを伝送する場合、電池を電源にし
て使用することが多いため、必要な時間に限り伝送手段
２６に電源（図示せず）を入れ、消費電力を減少するこ
とにより極めて長時間の測定が実現できる。

【００５９】なお、分数回数伝送手段２６と分周回数受
信手段３１との間の分周回数の伝送を電磁波や赤外線を
用いた無線により実現する場合を示したが、これに限定
されるものではない。例えば、電気信号を伝送するケー
ブルや光信号を伝送する光ファイバケーブルにより接続
し、分周信号２２に同期して分周回数２４を伝送しても
同様の効果を奏する。なお、野外の観測では、電磁波や
赤外線を利用すると、周波数分周部２と周波数演算部３
を離して設置できる利点がある。

【００６０】また、周波数分周部２と周波数演算部３を
分けて構成する場合を示したが、これに限定されるもの
ではなく、両者を一体的に構成してもよい。この場合、
分周回数伝送手段２６及び分周回数受信手段３１の構成
を省略することができ、さらなる装置の小型化及び省電
力化が図れる。

【００６１】また、同期分周回数２４ａに基づいてゲー
ト時間を作成し、そのゲート時間内の基準クロック発振
器３４の周波数出力のカウント値をラッチして周波数変
化を求める場合を示したが、これに限定されるものでは
ない。例えば、周波数演算部３に周波数分周部２から伝
送される同期分周回数２４ａをカウントする手段を設
け、そのカウント値を被測定信号２１の周波数変化の測
定に利用することもできる。この場合、同期分周回数２
４ａのカウント値をラッチし、そのラッチされたカウン
ト値と基準クロック発振器３４の周波数出力に基づいて
被測定信号２１の周波数の変化を求める。なお、この場
合には基準クロック発振器３４の周波数出力を分周して
ゲート時間を作成し、そのゲート時間内に同期分周回数
２４ａのカウント値をカウントする。

【００６２】また、上記実施形態では被測定信号２１は
特に具体的に示していないが、物理量の変化を発振周波
数の変化から求めることができるものであれば何でも適
用可能である。従って、被測定信号２１の変位に対応し
て電気容量が変化する容量変位型変位センサ２１ａを用
いて被測定信号を検出する場合を示したが、これに限定
されるものではない。例えば、物理量が測定物との距離
の場合、容量変位型変位センサ２１ａの代わりに、超音
波発生手段と超音波検出手段を設けることにより被測定
信号を検出することができる。この場合、超音波発生手
段から発生した超音波が測定物で反射し、この反射超音
波を検出することにより測定物との距離を超音波の周波
数として得ることができる。この場合、測定物としては
川の水面、海面、深井戸の水面、雨水の水面、雪面等何
でも良い。例えば雨水の水面を測定物とする場合、雨水
を溜めてその水面を測定すれば雨量の測定ができ、測定
物が雪面であれば積雪量を測定できる。なお、超音波発
生手段と超音波検出手段により被測定信号２１ａを検出
する場合には、例えば超音波検出手段による反射超音波
の検出に同期して超音波発生手段から超音波を発生し、
この動作を繰り返すという構成をとることができる。ま
た、測定物との距離を測定するための手段として超音波
を用いたが、例えば電波や光等であってもよいことはも
ちろんである。例えば電波を用いた場合、電波発生手段
から電波を送出し、測定物から反射した電波を電波検出
手段による受信と同期して再度電波を送出することによ
り被測定信号が得られる。

【００６３】また、物理量が測定物との距離でなくても
本発明を適用可能であることはもちろんである。例え
ば、測定対象とする物理量が風速の場合、気象に用いら
れる風速計の回転数を被測定信号２１ａとして用いるこ
とにより、平均の風速を求めることができる。また、物
理量が海流・潮流・河流の流速や管を流れる水の流速等
であっても、翼車の回転速度から測定可能な流速計によ
り測定可能である。、また、車輪等の回転を周波数の変
化に変換して周波数分周部２で分周し、分周回数２４を
周波数演算部３に伝送すれば、回転数を測定することが
できる。

【００６４】さらに、周期的に変化する温度を測定する
場合、その温度変化の周波数変化を温度計による出力か
ら得る場合であってももちろんよい。

【００６５】また、半導体素子を測定物、半導体の電気
的特性を物理量とし、その電気的特性を周波数変化とし
て検出できれば、本発明を適用できる。この場合、例え
ば１対の電極間に電流を流し、その電極表面に垂直な方
向に対向配置された別の電極表面に垂直に磁界を発生さ
せ、その電極間に発生する電圧を周波数変化として検出
すれば、半導体素子動作による半導体のキャリア密度の
変化をホール効果に基づいて測定することができる。他
にも、半導体素子の他の電気的特性の周波数変化をセン
サにより検出できれば、その電気的特性の変化を容易に
知ることができる。もちろん、半導体素子の光学的特性
の周波数変化についても本発明を適用可能である。ま
た、半導体素子に限らず、ダイオード、トランジスタ、
キャパシタ等の単体素子等の電気的特性についてもその
特性が周波数変化に変換できれば本発明を適用可能であ
る。

【００６６】このように、周波数の変化に変換可能な物
理量の変化であれば長さ、質量、圧力、速度、流速流
量、粘性、温度、電気的特性、光学的特性等何でも本発
明の対象となり得る。

【００６７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、基
準クロック発振器の周波数出力を安定させるための恒温
漕を必要とせずに周波数変化を測定することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る周波数変化測定装
置の全体構成を示す図。

【図２】同実施形態に係る周波数変化測定装置の変形例
の全体構成を示す図。

【図３】同実施形態に係る周波数変化測定装置の各部に
おけるタイミングチャートを示す図。

【図４】本発明の第２実施形態に係る周波数変化測定装
置の各部におけるタイミングチャートを示す図。

【図５】本発明の第３実施形態に係る周波数変化測定装
置の各部におけるタイミングチャートを示す図。

【図６】本発明の第４実施形態に係る周波数変化測定装
置の全体構成を示す図。

【図７】従来の周波数変化測定装置の全体構成を示す
図。

【符号の説明】

１…周波数変化測定装置 ２…周波数分周部 ３…周波数演算部 ２１…被測定信号 ２２…分周信号 ２３…分周手段 ２４…分周回数 ２５…第１のカウント手段 ２６…分周回数伝送手段 ３１…分周回数受信手段 ３２…刻時装置 ３３…刻時信号 ３４…基準クロック発振器 ３５…周波数出力 ３６…カウント値 ３７…第２のカウント手段 ３８…ラッチ手段 ３９…演算処理手段 ４０…電源 ６１…ＣＰＵ ６１ａ…スケジューラ ６１ｂ…リアルタイムクロック ６２，６４…電源 ６３…電源供給部

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 23/10 G01R 27/26 G01D 5/24

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物理量の変化に対応して周波数が変化する
   被測定信号を分周して分周信号を出力する分周手段と、 前記分周信号をカウントして分周回数を算出するカウン
   ト手段と、 前記分周回数を前記分周信号に同期して伝送する分周回
   数伝送手段と、 前記分周回数伝送手段から伝送された分周回数を受信
   し、この分周回数を出力する分周回数受信手段と、 基準クロックを発振させる基準クロック発振手段と、前記分周回数受信手段からの前記分周回数の第１の出力
   タイミングと第２の出力タイミングの間のゲート時間に
   おける前記基準クロック発振手段のカウント値をカウン
   トし、第１の出力タイミングにおける前記分周回数と第
   ２の出力タイミングにおける前記分周回数の差を算出
   し、前記カウント値と前記分周回数の差に基づき前記被
   測定信号の周波数変化を求める 演算手段と を具備してなることを特徴とする周波数変化測定装置。
2. 【請求項２】前記分周回数伝送手段から前記分周回数受
   信手段への分周回数の伝送は無線により行うことを特徴
   とする請求項１に記載の周波数変化測定装置。
3. 【請求項３】 物理量の変化に対応して周波数が変化す
   る被測定信号を分周して分周信号を出力する分周手段
   と、 この分周信号をカウントして分周回数を算出するカウン
   ト手段と、 前記分周回数を前記分周信号に同期して伝送する分周回
   数伝送手段と、 前記分周回数伝送手段から伝送された分周回数を受信
   し、この分周回数を出力する分周回数受信手段と、 基準クロックを発振させる基準クロック発振手段の周波
   数出力のカウント値を前記分周回数受信手段の前記分周
   回数に同期してラッチするラッチ手段と、 第１及び第２の時刻について前記ラッチ手段でラッチさ
   れた前記カウント値の差を求め、このカウント値の差と
   第１及び第２の時刻の間の前記分周回数の差に基づき前
   記被測定信号の周波数変化を求める演算手段と を具備してなることを特徴とする周波数変化測定装置。
4. 【請求項４】 前記基準クロック発振手段は、標準時間
   を刻時する刻時手段に同期して発振する周波数出力を有
   することを特徴とする請求項３に記載の周波数変化測定
   装置。
5. 【請求項５】 前記分周回数受信手段、前記ラッチ手
   段、前記演算手段を駆動する電源が設けられてなり、こ
   の電源は間欠的に電源を入れることが可能であることを
   特徴とする請求項３に記載の周波数変化測定装置。
6. 【請求項６】 前記被測定信号が複数であり、該複数の
   被測定信号にそれぞれ対応して前記分周手段、前記カウ
   ント手段及び前記分周回数伝送手段とを有し、これら複
   数の被測定信号から算出される分周回数を少なくとも１
   つの分周回数受信手段で受信することを特徴とする請求
   項３に記載の周波数変化測定装置。
7. 【請求項７】 前記分周手段、前記カウント手段及び前
   記分周回数伝送手段とが一体となって周波数分周部をな
   し、前記分周回数受信手段、前記ラッチ手段及び前記演
   算手段が一体となって周波数演算部をなし、 前記分周回数伝送手段から前記分周回数受信手段への分
   周回数の伝送は無線により行うことを特徴とする請求項
   ３に記載の周波数変化測定装置。
8. 【請求項８】 前記演算処理手段の出力に基づいて前記
   電源のオンオフ制御をスケジュールするスケジューラを
   有することを特徴とする請求項７に記載の周波数変化測
   定装置。