CN102227757B

CN102227757B - 两线式传送器

Info

Publication number: CN102227757B
Application number: CN201080003441.7A
Authority: CN
Inventors: 棚桥友厚; 山羽义郎
Original assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Current assignee: Asahi Kasei Microdevices Corp
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: JPWO2011048786A1; WO2011048786A1; US8405534B2; EP2346011A1; US20110234434A1; JP4830058B2; CN102227757A; EP2346011A4

Abstract

本发明提供一种能够得到反映了传感器信号的连续变化的信号而且能够简化后级的运算所需的结构和处理的两线式传送器。该两线式传送器由中间电位生成电路(100)、运算放大器(101)、以及电流源(102)构成，将基于传感器信号V1的模拟电压信号V3输出到传送路径N1上，其中，上述中间电位生成电路(100)生成传送路径N1与传送路径N2之间的中间电位，上述运算放大器(101)被提供传感器信号V1和反馈信号V2，上述电流源(102)基于由运算放大器(101)输出的控制信号生成从传送路径N1流向传送路径N2的电流I3。此时由运算放大器(101)对控制信号进行控制使得传感器信号V1和反馈信号V2相等。

Description

两线式传送器

技术领域

本发明涉及一种两线式传送器，该两线式传送器将输入信号作为模拟信号输出，上述输入信号例如是由传感器检测出的传感器信号。

背景技术

两线式传送器检测流量、压力这样的物理量，并输出检测值(以下记为“传感器信号”)。作为将传感器信号转换为模拟电压信号来输出的两线式传送器，例如列举了专利文件1中记载的两线式传送器。

图5是用于说明两线式传送器的现有技术的图。图示的两线式传送器10包括：运算放大器1，其将由传感器S输出的传感器信号M1、M2进行放大；开关3，其对应于从运算放大器1输出的传感器信号Vsns的电压值来切换连接目的地；以及电阻元件5、6、7，它们与开关3相连接。另外，两线式传送器10包括基准电压产生部4和运算放大器2，该运算放大器2的输出电流Iout根据与开关3相连接的电阻元件6、电阻元件7的大小发生变化。

传感器S例如是检测磁性、温度、压力这样的物理量的传感器。

图5示出的两线式传送器10进行以下的动作。

运算放大器1输出连续变化的传感器信号Vsns。当传感器信号Vsns超过规定的阀值时，开关3的连接目的地从电阻元件6切换到电阻元件7。对于运算放大器2的输出信号Vout和接地端(GND)之间的电位差，通过电阻元件5、连接到开关3上的电阻元件6或电阻元件7来进行分压。与分压后的电位相应的信号作为反馈信号Vfb被输入到运算放大器2。运算放大器2进行动作使得由基准电压产生部4所生成的基准电压Vref与反馈信号Vfb的电压值相等。

为此，当反馈信号Vfb的电压值上升时，运算放大器2进行动作使得输出电流Iout增加。这时输出信号Vout降低以使基准电压Vref与反馈信号Vfb的电压值相等。

另一方面，当反馈信号Vfb的电压值降低时，运算放大器2进行动作使得输出电流Iout减小。其结果是运算放大器2的输出信号Vout上升以使基准电压Vref与反馈信号Vfb的电压值相等。

图6是表示在以往的两线式传送器中的传感器信号和输出信号之间的关系的图。图6的纵轴表示输出信号Vout，横轴表示两线式传送器的电阻R。两线式传送器的电阻R和输出信号Vout之间的关系表示为以下的式子(1)。在式子(1)中，R0是图示的电阻元件5的电阻值，R是开关3所选择的电阻元件6、电阻元件7中的任一个电阻元件的电阻值(R1、R2)。

Vout＝Vref+(R0/R)·Vref …(1)

从传感器S输出的传感器信号Vsns连续地进行变化。而且，在传感器信号Vsns超过规定的阀值的情况下，开关3的连接目的地从电阻元件6切换到电阻元件7。

专利文献1：USP 6437581 B1

发明内容

发明要解决的问题

然而，根据上述式子(1)，尽管传感器信号Vsns连续地发生变化，但输出信号Vout却是离散地发生变化。因此，以往的两线式传送器的输出信号Vout与传感器信号Vsns不成比例，不能得到反映传感器信号Vsns的输出信号Vout。在图6中示出了除了电阻元件6、电阻元件7以外还存在多个电阻元件的情况，因此示出了离散的多个输出信号Vout的值。

为了消除上述问题点，在以往的结构中，需要将输出信号Vout输入到后级的CPU(Central Processing Unit，未图示)中，在CPU中对输出信号Vout做进一步运算处理。

本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于提供一种两线式传感器，该两线式传感器通过将传感器信号转换为连续的模拟信号来得到反映了传感器信号的连续变化的信号，而且能够简化后级的运算所需的结构和处理。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，根据本发明的某个方式提供了一种两线式传感器，该两线式传感器将基于输入信号(例如图1示出的传感器信号V1)的模拟电压信号(例如图1示出的输出信号V3)输出到第一传送路径(例如图1示出的传送路径N1)，该两线式传感器包括：中间电位生成电路(例如图1示出的电阻元件103、104)，其生成上述第一传送路径与第二传送路径(例如图1示出的传送路径N2)的中间电位；放大器(例如图1示出的运算放大器101)，其被提供上述输入信号和上述中间电位；以及电流生成电路(例如图1示出的电流源102)，其基于由上述放大器输出的控制信号生成从上述第一传送路径流向上述第二传送路径的电流。

另外期望，在上述发明中，本发明的两线式传送器中第一传送路径通过第一电阻元件(例如图3示出的电阻元件107)连接到电源(例如图3示出的Vcc)上。

另外期望，在上述发明中，本发明的两线式传送器中上述放大器输出上述控制信号使得所输入的上述输入信号与上述中间电位相等。

另外期望，在上述发明中，本发明的两线式传送器中上述中间电位信号生成电路包括串联连接在上述第一传送路径与上述第二传送路径之间的第二电阻元件(例如图1示出的电阻元件103)和第三电阻元件(例如图1示出的电阻元件104)，在上述第二电阻元件与上述第三电阻元件之间生成上述中间电位。

另外期望，在上述发明中，本发明的两线式传送器中上述电流生成电路包括基于上述中间电位生成上述电流的电流源。

另外期望，在上述发明中，本发明的两线式传送器中上述模拟电压信号通过上述第一传送路径而作为电力被提供至上述放大器。

另外期望，在上述发明中，本发明的两线式传送器中还包括与上述第一传送路径相连接并接收上述模拟电压信号的接收机(例如图3示出的CPU接收机106)。

另外期望，在上述发明中，本发明的两线式传送器中还包括：加工电路(例如图4示出的A/D转换电路401、数字运算器402)，其在上述输入信号是模拟信号的情况下，将上述输入信号转换为数字信号并进行加工；以及数字/模拟转换电路(例如图4示出的D/A转换电路403)，其将经上述加工电路加工后的数字信号转换为模拟信号并输出到上述放大器。

另外期望，在上述发明中，本发明的两线式传送器中上述输入信号是从传感器(例如图1示出的传感器S)输出的传感器信号。

另外期望，在上述发明中，本发明的两线式传送器中还包括输出上述传感器信号的传感器。

另外期望，在上述发明中，本发明的两线式传送器中还包括：上述第一电阻元件，其连接在上述第一传送路径上；以及上述电源，其连接在上述第一电阻元件上。

发明的效果

根据本发明第一方面的记载，能够将传送路径与基准传送路径之间的中间电位和输入信号输入到放大器中，从而基于该信号生成模拟电压信号。放大器进行动作使得输入的输入信号和中间电位相等。为此，放大器的输出根据输入信号而发生变化，因此能够得到反映了输入信号的模拟电压信号。另外，根据该信号能够容易地提取出例如由传感器检测出的温度、磁性、压力等信息。因此，能够提供一种可得到反映了输入信号、例如传感器信号的连续变化的信号的两线式传送器。

根据本发明第二方面的记载，通过第一电阻元件将来自外部的电源连接到传送路径上，因此能够将输出模拟电压信号的传送路径的电位适当保持。另外，也能够防止传送路径和外部电源短路。

根据本发明第三方面的记载，能够将传送路径和基准传送路径之间的中间电位和输入信号输出到放大器中，基于该信号生成模拟电压信号。放大器进行动作使得输入的输入信号和中间电位相等。为此，放大器的输出根据输入信号而发生变化，因此能够得到反映了输入信号的模拟信号。

根据本发明第四方面的记载，中间电位生成电路包括串联连接在传送路径和基准传送路径之间的第二电阻元件和第三电阻元件，从第二电阻元件和第三电阻元件之间输出中间电位，因此，从放大器输出的输出信号的电压范围不会被基准电压等所限制。

根据本发明第五方面的记载，电流生成电路包括基于中间电位生成电流的电流源，因此能够容易地控制传送路径与基准传送路径之间的电位。

根据本发明第六方面的记载，模拟电压信号通过传送路径被提供至放大器，因此能够使放大器的输入系统为双系统，从而能够简化电路结构。

根据本发明第七方面的记载，还设置有连接在传送路径上的接收机，因此从输出到传送路径上的模拟信号中能够直接得到例如由传感器检测出的检测值。因此，能够简化接收机后级处的输入信号、例如传感器信号的运算。

根据本发明第八方面的记载，在输入信号是模拟信号的情况下，能够将输入信号转换为数字信号进行加工，并将加工后的数字信号转换为模拟信号输出到放大器。因此，例如能够容易地对输入信号、例如传感器信号进行偏移和灵敏度的校正，从而输出任意特性的模拟信号。

根据本发明第九方面的记载，能够容易地提取出由传感器检测出的温度、磁性、压力等信息。

根据本发明第十方面的记载，能够实现包含有传感器的小型两线式传送器。

根据本发明第十一方面的记载，能够实现包含有电阻元件和连接在电阻元件上的电源的小型两线式传感器。

附图说明

图1是用于说明本发明的实施方式1的两线式传送器的电路图。

图2是表示本发明的实施方式1的输出信号和传感器信号之间的关系的图。

图3是用于说明本发明的实施方式2的两线式传送器的电路图。

图4是用于说明本发明的实施方式3的两线式传送器的电路图。

图5是用于说明两线式传送器的现有技术的图。

图6是表示现有的两线式传送路径中的传感器电压和输出电压之间的关系的图。

附图标记说明

100：中间电位生成电路；101：运算放大器；102、105：电流源；103、104、107：电阻元件；106：CPU接收机；401：A/D转换器；402：数字运算器；403：D/A转换器；。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式1、实施方式2、实施方式3进行说明。

(实施方式1)

电路结构

图1是用于说明本发明的实施方式1的两线式传送器的电路图。图示的两线式传送器具备传感器S。传感器S对例如磁性、温度、压力这样的物理量进行检测，并将其作为传感器信号V1输出。在此，两线式传感器具备传感器S，但也可构成为在两线式传感器内不包含传感器S而是在外部另外具备传感器S。

两线式传送器将输入信号(例如传感器信号V1)转换为模拟电压信号并输出到传送路径上，该两线式传送器具备：中间电位生成电路100，其生成传送路径N1和基准传送路径N2之间的中间电位；运算放大器101，其被提供传感器信号V1和中间电位；电流源102，其基于由运算放大器101输出的信号o生成作为模拟电压信号的输出信号V3。在这样的结构中，中间电位被反馈到运算放大器101，因此下面在本实施方式中记为反馈信号V2。

运算放大器101生成对传送路径N1和基准传送路径N2之间的电位进行控制的信号o以使输入的传感器信号V1和反馈信号V2相等。电流源102根据运算放大器101的控制信号o使输出电流I3发生变化。

另外，中间电位生成电路100包含串联连接在传送路径N1和基准传送路径N2之间的电阻元件103和电阻元件104，从电阻元件103和电阻元件104之间输出反馈信号V2。

从传感器S输出的传感器信号V1的信号线连接在运算放大器101的反转输入端子上。另外，反馈信号V2的信号线连接在运算放大器101的非反转输入端子上。运算放大器101的输出端子连接在电流源102上。以上的结构和中间电位生成电路100都连接在成为电源的供给线的传送路径N1和基准传送路径N2之间，从传送路径N1接受输出信号V3所需的电力的供给，从基准传送路径N2接受GND电位所需的电力的供给。

此外，实施方式1的两线式传送器的外部电源通过未图示的电阻元件连接到传送路径N1上用以上拉输出信号V3，基准传送路径N2被设置为接地。

动作

接着，对以上叙述的两线式传感器的动作进行说明。

输出信号V3和GND之间的电位差通过电阻元件103和电阻元件104进行分压。反馈信号V2是表示被电阻元件103和电阻元件104分压的电压的信号。运算放大器101进行动作使得传感器信号V1和反馈信号V2相等。

具体地说，当传感器信号V1上升时，运算放大器101对电流源102进行控制使得输出电流I3减小并且输出电压V3上升。根据该动作，流入电阻元件103和电阻元件104的电流增加，反馈信号V2上升。输出电流I3的减小量与传感器信号V1的上升量是相对应的，因此随着传感器信号V1的上升，反馈信号V2上升，传感器信号V1、反馈信号V2相等。即运算放大器101的输出信号V3上升使得传感器信号V1和反馈信号V2相等。

另一方面，当传感器信号V1降低时，运算放大器101对电流源102进行控制使得输出电流I3增加并且输出电压V3下降。根据该动作，流入电阻元件103和电阻元件104的电流减小，反馈信号V2降低。输出电流I3的增加量与传感器信号V1的减小量是相对应的，因此随着传感器信号V1的降低，反馈信号V2降低，传感器信号V1、反馈信号V2相等。即，输出信号V3降低使得传感器信号V1和反馈信号V2相等。

上述动作中的传感器信号V1和输出信号V3之间的关系表示为下面的式子(2)。此外，在式子(2)中，R0是电阻元件103的电阻值，R1是电阻元件104的电阻值。

V3＝(1+(R0/R1))·V1 …(2)

根据上述式子(2)，明确可知，在本实施方式的两线式传送器中传感器信号V1被转换为连续的模拟电压信号。

图2是表示式子(2)所表示的输出信号V3和传感器信号V1之间的关系的图，纵轴表示输出信号V3，横轴表示传感器信号V1。根据图2，可知传感器信号V1被转换为连续的模拟电压信号，即，输出信号V3与传感器信号V1成正比。

根据以上所述的实施方式1，能够将与传送路径N1和基准传送路径N2之间的中间电位相关的反馈信号V2和传感器信号V1输出到运算放大器101中，基于该信号生成模拟电压信号。运算放大器101对传送路径N1和基准传送路径N2之间的电位进行控制，使得输入的传感器信号V1和反馈信号V2相等，因此传送路径N1和基准传送路径N2之间的电位随传感器信号V1变化。因此，运算放大器101的输出随传感器信号V1发生变化，因此能够得到反映了传感器信号V1的模拟信号。另外，能够方便地从该信号中提取出由传感器S检测出的温度、磁性、压力等信息。

(实施方式2)

图3是用于说明本发明的实施方式2的两线式传送器的电路图。此外，在实施方式2中，对在图3中示出的结构中的与图1中示出的结构相同的结构附以相同的附图标记，省略一部分的说明。

结构

实施方式2的两线式传送器被构成为将接收机CPU 106连接到图1示出的实施方式的两线式传送器上。另外，在图3中明确示出了连接在传送路径N1上的外部电源Vcc和电阻元件107、连接在基准传送路径N2上的GND线，示出两线式传送器正被使用的状态。两线式传送器通过电阻元件107、传送路径N1来从外部电源Vcc接受输出信号V3所需的电力的供给。

在此，两线式传送器也可构成为具备外部电源Vcc和电阻元件107，也可构成为不包含在两线式传送器内而是另外具备该外部电源Vcc和电阻元件107。

接收机CPU 106是输入两线式传送器的输出信号V3、检测由传感器S检测出的物理量的大小和强度等的结构。在图3的电路中，在两线式传送器的内部将电流源102以外的所有电流源汇总表示为电流源105，将输出电流I3以外的所有电流的总和表示为I4。

动作

接着对实施方式2的两线式传送器的动作进行说明。

实施方式2中的两线式传送器的输出信号V3通过电阻元件107被上拉至外部电源Vcc。当传感器信号V1降低、输出电流I3增加时，在实施方式2中，电阻元件107中的压降增加而输出信号V3的电压降低。因此，在实施方式2中，能够得到随着传感器信号V1的降低而连续降低的输出信号V3。

另一方面，当传感器信号V1上升而输出电流I3减小时，电阻元件107的压降降低，而输出信号V3的电压上升。因此，在实施方式2中，能够得到随着传感器信号V1的上升而连续上升的输出信号V3。

因而，实施方式2中的两线式传送器能够将传感器信号V1转换为与传感器信号V1成正比的连续的模拟电压信号V3。

另外，接收机CPU 106接收来自两线式传送器的输出信号V3，由此能够得到与由传感器S检测出的温度、磁性、压力等相关的信息。

与以上叙述的实施方式1、2相比，在图5示出的现有技术中，输出信号Vout是离散的且与传感器信号Vsns不成比例，因此为了从输出信号Vout中提取出温度、磁性、压力等信息，接收机CPU需要进行复杂的运算。另一方面，而在实施方式2中的两线式传送器中，输出信号V3是与传感器信号V1成正比的模拟信号，因此接收机CPU通过简单的运算就能够提取出包含在传感器信号中的信息。

另外，在现有技术中无法将输出信号Vout的电压变为基准电压Vref以下的电压，但在实施方式2中的两线式传送器中就没有这样的约束。实施方式2通过改变电阻元件103和电阻元件104的值能够得到任意的输出信号V3的电压。

(实施方式3)

图4是用于说明本发明的实施方式3的两线式传送器的电路图。此外，在实施方式3中，对在图4中示出的结构中与图1中示出的结构相同的结构附以相同的附图标记，省略一部分说明。

结构

实施方式3的两线式传送器构成为在图1中示出的实施方式1的两线式传送器中添加A/D转换器401、数字运算器402、D/A转换器403。另外，在实施方式3的图4中，在两线式传送器的内部将电流源102以外的所有的电流源汇总表示为电流源105，将输出电流I3以外的所有的电流的总和表示为I4。

动作

传感器信号V1被A/D转换器401转换为数字信号。转换后的数字信号经数字运算器402进行运算处理后，被D/A转换器403转换为模拟信号V1’。根据这样的实施方式3，将传感器信号V1转换为任意特性的模拟信号V1’后，能够进行与实施方式1相同的处理。

实施方式3例如在对传感器信号的偏移、敏感度进行校正后转换为输出信号V3的情况下较为有利。

产业上的可利用性

只要是期望得到反映了由传感器检测出的检测值并连续变化的信号的两线式传送器，就能够将以上说明的本发明应用于各式各样的两线式传送器。

Claims

1.一种两线式传送器，将基于输入信号的模拟电压信号输出到第一传送路径，其特征在于，包括：

中间电位生成电路，其包括在上述第一传送路径与第二传送路径之间串联连接的第一电阻元件和第二电阻元件，上述中间电位生成电路在上述第一电阻元件与上述第二电阻元件之间生成上述第一传送路径与上述第二传送路径之间的中间电位；

放大器，其被提供上述输入信号和上述中间电位，并且输出控制信号使得所输入的上述输入信号与上述中间电位相等；以及

电流生成电路，其基于由上述放大器输出的上述控制信号，生成从上述第一传送路径流向上述第二传送路径的电流。

2.根据权利要求1所述的两线式传送器，其特征在于，

上述第一传送路径通过第三电阻元件连接到电源上。

3.根据权利要求1或2所述的两线式传送器，其特征在于，

上述电流生成电路包括基于上述中间电位生成上述电流的电流源。

4.根据权利要求1或2所述的两线式传送器，其特征在于，

上述模拟电压信号作为电力通过上述第一传送路径被提供至上述放大器。

5.根据权利要求1或2所述的两线式传送器，其特征在于，

还包括与上述第一传送路径相连接并接收上述模拟电压信号的接收机。

6.根据权利要求1或2所述的两线式传送器，其特征在于，还包括：

加工电路，其在上述输入信号是模拟信号的情况下，将上述输入信号转换为数字信号来进行加工；以及

数字/模拟转换电路，其将经上述加工电路加工后的数字信号转换为模拟信号并输出到上述放大器。

7.根据权利要求1或2所述的两线式传送器，其特征在于，

上述输入信号是从传感器输出的传感器信号。

8.根据权利要求7所述的两线式传送器，其特征在于，

还包括输出上述传感器信号的传感器。

9.根据权利要求1所述的两线式传送器，其特征在于，还包括：

第三电阻元件，其连接在上述第一传送路径上；以及

电源，其连接在上述第三电阻元件上。