CN106716093B - 压力检测装置 - Google Patents
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Abstract
具备处理电路(30),该处理电路(30)至少具有积分电路,并且具有基底电压调节电路(40),该积分电路以设定为规定大小的基准电压(Vr)为工作基准,通过对检测信号(Qi)进行积分而将其转换为电压波形,该基底电压调节电路(40)连接于该积分电路的输入端子与输出端子之间,对从该积分电路输出的输出信号(Vout1)中的作为检测信号(Qi)为无信号时的电位的基底电压(Vb1)的大小进行调节。作为其他方式,能够采用如下的处理电路(30),处理电路(30)具有至少一个放大电路,并且具有基底电压调节电路(40…),该至少一个放大电路对来自积分电路的输出信号(Vout21…)进行放大,该基底电压调节电路(40…)连接于对该放大电路施加的基准电压(Vr)的供给部与至少一个放大电路的输入端子之间,对从该放大电路输出的输出信号(Vout22…)中的作为检测信号(Qi)为无信号时的电位的基底电压(Vb22…)的大小进行调节。
Description
技术领域
本发明涉及适用于检测发动机的燃烧压力等压力时的压力检测装置。
背景技术
公知有如下的压力检测装置:通常安装于发动机,通过使用压电元件等作为传感器来检测燃烧室内的燃烧压力。在该压力检测装置中,由于传感器将压力以微分的信号输出,因此,该压力检测装置具有通过积分电路的积分而将来自该传感器的检测信号转换为与压力变化相似的电压的处理电路。
以往,作为这样的压力检测装置所具备的处理电路,公知有专利文献1中公开的压电式传感器的信号处理装置。图11示出专利文献1所公开的检测发动机的燃烧压力的压力检测装置中的积分电路的示意图。在图11所示的积分电路100中,燃烧压力传感器101的一个端子借助电容器102和电阻103与运算放大器104的反向输入端子连接,并且燃烧压力传感器101的另一个端子与电路的GND连接。另一方面,运算放大器104的非反向输入端子通过与基准电源105连接而被施加基准电压Vr。并且,在运算放大器104的反向输入端子与输出端子之间连接有充电电容器106和高电阻值的放电电阻107的并联电路。
图12是对积分电路100的工作进行说明的波形图,横轴为时间t,图12(a)的纵轴为来自燃烧压力传感器101的电荷信号Qi,图12(b)的纵轴表示积分电路100的输出信号Vout。燃烧压力传感器101通过检测压力而以规定的周期T01产生图12(a)所示那样的成为微分波形的电荷信号Qi。而且,该电荷信号Qi被赋予给积分电路100。积分电路100以来自基准电源105的基准电压Vr为基准进行工作,电荷信号Qi通过被积分而转换为电压。由此,在运算放大器104的输出端子处得到图12(b)所示的成为与压力变化相似的电压波形的输出信号Vout。该输出信号Vout在电荷信号Qi在负值侧振动时为上升曲线,在电荷信号Qi在正值侧振动时为下降曲线。这样,积分电路100对成为微分波形的电荷信号Qi进行积分并输出,因此输出信号Vout的电压波形成为与燃烧压力传感器101检测到的压力变化相似的波形,从而能够进行燃烧压力的检测。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2002-62211号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是,在上述的专利文献1所公开的信号处理装置(处理电路)中存在如下的问题。
即,在将信号处理装置用作检测汽车用发动机的燃烧压力的压力检测装置的情况下,有可能产生如下的问题。通常,汽车出于确保安全性和可靠性的目的而在这种压力检测装置中具有用于掌握故障的故障诊断单元。例如,在压力检测装置的输出信号的输出电压范围处于0.5V~4.5V的区域的情况下,判断为正常状态,在输出信号在0.5V以下或在4.5V以上的情况下,判断为故障状态。而且,在判断为故障状态时,实施所对应的必要的处理。因此,为了提高这样的故障诊断单元的可靠性,压力检测装置的输出信号在正常时在作为正常区域的0.5V~4.5V的范围内稳定地继续进行工作变得极为重要。
但是,在上述的专利文献1的信号处理装置中存在如下的不良情况:积分电路100的输出信号Vout中的基底电压Vb的电位相对于作为积分电路100的工作基准的基准电压Vr的电位产生偏差,输出信号Vout的大小或重复周期产生变动。在该情况下,基底电压Vb是电荷信号Qi为无信号时的输出信号Vout的电平(参照图12(b))。在该基底电压Vb与基准电压Vr之间产生偏差的原因为:通过积分电路100的充电电容器106和放电电阻107的充电放电,对输出信号Vout进行了校正使得在一个周期T01内以基准电压Vr为中心的电压×时间的面积为±0,结果为,引起了输出信号Vout的基底电压Vb相对于基准电压Vr的电位产生偏差即产生所谓下沉现象。
以下,参照图13和图14,对该输出信号Vout的下沉现象具体地进行说明。另外,在例示的情况下,基准电压Vr为1.0V,输出信号Vout的正常区域为0.5V~4.5V的范围,故障诊断区域为0.5V以下或4.5V以上。
图13(a)示出在以周期T01产生的电荷信号Qi的大小比较小的情况下的输出信号Vout01。在该情况下,由于输出信号Vout01的波高值较小,因此基底电压Vb01的下沉现象也较小。即,以基准电压Vr为中心进行了充电电容器106和放电电阻107的充电放电,但由于输出信号Vout01的波高值比较小,因此超过基准电压Vr的输出信号Vout01的面积Su1也较小,伴随此,为基准电压Vr以下的基底电压Vb01的面积Sd1也较小。
另一方面,图13(b)示出在以周期T01产生的电荷信号Qi的大小比较大的情况下的输出信号Vout02。在该情况下,由于输出信号Vout02的波高值较大,因此基底电压Vb02的下沉现象也较大。即,由于输出信号Vout02的波高值比较大,因此超过基准电压Vr的输出信号Vout02的面积Su2也变大,伴随此,基准电压Vr以下的基底电压Vb02的面积Sd2也变大。其结果为,基底电压Vb02进入设定为0.5V以下的故障诊断区域,被判定为故障状态。
以上,对由电荷信号Qi的大小引起的影响进行了说明,但还存在由电荷信号Qi的重复周期的变动引起的影响。图14(a)示出电荷信号Qi的重复周期T03比较长的情况下的输出信号Vout03。在该情况下,由于重复周期T03比较长,因此基底电压Vb03的下沉现象比较小。即,一个周期中的输出信号Vout03超过基准电压Vr的时间的比例Tu3比较小,伴随此,基准电压Vr以下的基底电压Vb03的时间的比例Td3增大,因此通过平均化而基底电压Vb03的下沉量变小。
另一方面,图14(b)示出电荷信号Qi的重复周期T4比较短的情况下的输出信号Vout04。在该情况下,输出信号Vout04的重复周期T04比较短,因此基底电压Vb04的下沉现象变大。即,在一个周期中输出信号Vout04超过基准电压Vr的时间的比例Tu4比较大,伴随此,基准电压Vr以下的基底电压Vb04的时间的比例Td4减小,因此基底电压Vb04的下沉量变大。其结果为,基底电压Vb04进入设定为0.5V以下的故障诊断区域,被判断为故障状态。
这样,在专利文献1所公开那样的信号处理装置中,根据来自燃烧压力传感器的电荷信号Qi的大小和重复周期的变动,输出信号Vout中的基底电压Vb的电位变动。因此,根据使用条件,基底电压Vb有可能进入故障诊断区域,从而被误判为压力检测装置出现故障,因此成为从确保可靠性的观点来看无法忽略的问题。而且,在基底电压Vb的电位变动的情况下,输出信号Vout的大小(电压峰值)也变动,无法进行正确的压力检测的问题也随之而来。
本发明的目的在于,提供解决在这样的背景技术下存在的课题的压力检测装置。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题,本发明的压力检测装置10…构成具备通过承受压力P而输出与压力P对应的检测信号Qi的压力检测元件21和对从该压力检测元件21输出的检测信号Qi进行处理后输出的处理电路的压力检测装置时,特征在于,该压力检测装置10具备如下的处理电路30,该处理电路30至少具有积分电路,并且具有基底电压调节电路40,该积分电路以设定为规定大小的基准电压Vr为工作基准而对检测信号Qi进行积分,从而转换为电压波形,该基底电压调节电路40连接于该积分电路的输入端子与输出端子之间,对从该积分电路输出的输出信号Vout1中的作为检测信号Qi为无信号时的电位的基底电压Vb1的大小进行调节。
并且,为了解决上述课题,本发明的另一方式的压力检测装置10…在构成具备通过承受压力P而输出与压力P对应的检测信号Qi的压力检测元件21和对从该压力检测元件21输出的检测信号Qi进行处理后输出的处理电路的压力检测装置时,特征在于,该压力检测装置10具备处理电路50、70,该处理电路50、70具有积分电路和至少一个放大电路,并且具有基底电压调节电路40、40,该积分电路以设定为规定大小的基准电压Vr为工作基准而对检测信号Qi进行积分而将其转换为电压波形,该放大电路以设定为规定大小的基准电压Vr为工作基准,对来自积分电路的输出信号Vout21、Vout31进行放大,该基底电压调节电路40、40连接于施加该放大电路的基准电压Vr的供给部与至少一个放大电路的输入端子之间,对从该放大电路输出的输出信号Vout22、Vout33中的作为检测信号Qi为无信号时的电位的基底电压Vb22、Vb33的大小进行调节。
另一方面,在本发明中,根据发明的优选的方式,基底电压调节电路40能够由使用pnp晶体管41和npn晶体管42的晶体管对构成。此时,作为晶体管对,优选使用互补晶体管。并且,基底电压调节电路40能够构成为能够把基底电压Vb1…的大小调节为使得基底电压Vb1…与基准电压Vr…相等。而且,积分电路能够使用以单电源进行工作的运算放大电路31…构成。
发明效果
根据具有这样的结构的本发明的压力检测装置10…,能够实现如下的显著的效果。
(1)由于具备处理电路30,该处理电路30至少具有积分电路,并且具有基底电压调节电路40,该积分电路以设定为规定大小的基准电压Vr为工作基准,通过对检测信号Qi进行积分而将其转换为电压波形,该基底电压调节电路40连接于该积分电路的输入端子与输出端子之间,对作为从该积分电路输出的输出信号Vout1的检测信号Qi为无信号时的电位的基底电压Vb1的大小进行调节,因此即使在从压力检测元件21得到的检测信号Qi的大小或重复周期变动的情况下,也能够将输出信号Vout1中的基底电压Vb1始终维持为恒定。由此,能够消除输出信号Vout1进入故障诊断区域而被错误判断的不良情况,并且能够进行高精度且稳定的压力检测,从而能够提供可靠性优异的压力检测装置10…。
(2)通过优选的方式,如果在构成基底电压调节电路40时由使用pnp晶体管41和npn晶体管42的晶体管对构成,则pnp晶体管41和npn晶体管42进行抵消各自的温度特性的工作,因此即使在产生了温度变化的情况下,也能够通过基底电压调节电路40以pnp晶体管41的发射极与npn晶体管42的基极的结合点为中心,保持电位的平衡,从而抑制由温度变化引起的基底电压Vb1的变动。
(3)通过优选的方式,如果在构成晶体管对时使用互补晶体管,则通过使各互补晶体管的特性一致,能够容易地构成优选的晶体管对。
(4)通过优选的方式,如果将基底电压调节电路40构成为能够把基底电压Vb1…的大小调节为使得基底电压Vb1…与基准电压Vr…相等,则能够将基底电压Vb1…和基准电压Vr始终维持在相等的电位,因此能够可靠地避免由于下沉现象而基底电压Vb1…变为基准电压Vr以下的不良情况。
(5)通过优选的方式,如果使用以单电源进行工作的运算放大电路31…构成积分电路,则仅通过由一个运算放大电路(运算放大器)构成的积分电路就能够进行实施,因此实现了部件数量的削减,进而实现了小型化和轻量化,并且能够减少故障风险。而且,由于能够使输出信号Vout1的电位稳定,因此能够实现高精度并且稳定性高的压力检测。
附图说明
图1是示出安装了作为本发明的优选实施方式的第一实施方式~第三实施方式的压力检测装置的发动机的概略结构图。
图2是示出相同压力检测装置的整体结构的侧视图和检测部的剖视放大图。
图3是本发明的第一实施方式的压力检测装置的处理电路的概略电路图。
图4是对相同压力检测装置的工作进行说明的信号波形图。
图5是本发明的第二实施方式的压力检测装置的处理电路的概略电路图。
图6是相同压力检测装置的工作进行说明的信号波形图。
图7是本发明的第三实施方式的压力检测装置的处理电路的概略电路图。
图8是对第三实施方式的压力检测装置的工作进行说明的信号波形图。
图9是示出安装了作为本发明的优选实施方式的第四实施方式的压力检测装置的发动机的概略结构图。
图10是相同压力检测装置的检测部的构造的剖视图。
图11是背景技术的压力检测装置中的积分电路的概略图。
图12是对相同压力检测装置的积分电路的工作进行说明的信号波形图。
图13是用于对背景技术的压力检测装置的课题进行说明的信号波形图。
图14是用于对背景技术的压力检测装置的课题进行说明的其他信号波形图。
标号说明
10:压力检测装置;21:压力检测元件(压电元件);30:处理电路;31…:运算放大电路;40:基底电压调节电路;41:pnp晶体管;42:npn晶体管;50:处理电路;70:处理电路;P:压力;Qi:检测信号(电荷信号);Vr:基准电压;Vout1:输出信号;Vout21:输出信号;Vout31:输出信号;Vout22:输出信号;Vout33:输出信号;Vb1:基底电压;Vb22:基底电压;Vb33:基底电压。
具体实施方式
接下来,列举本发明的最优实施方式,参照附图详细地进行说明。
另外,作为实施方式,例示四个不同的实施方式。第一实施方式示出如下的形态:将独立的压力检测装置安装于发动机,并且由积分电路和基底电压调节电路构成压力检测装置的处理电路。第二实施方式与第一实施方式同样地为发动机安装形态,但示出了由积分电路、一个放大电路以及基底电压调节电路构成压力检测装置的处理电路的形态。第三实施方式与第一实施方式同样地为发动机安装形态,但示出了由积分电路、两个放大电路以及基底电压调节电路构成压力检测装置的处理电路的形态。第四实施方式示出了通过将压力检测装置的检测部组装于燃料喷射装置而安装于发动机的形态。
首先,参照图1对能够安装第一实施方式~第三实施方式的压力检测装置的发动机的一例进行说明。
在图1中标号1表示安装了本实施方式的压力检测装置的汽车用的发动机。发动机1具有:气缸体2,其具有气缸2a;活塞3,其在该气缸2a内进行往复运动;以及气缸盖4,其与该气缸体2结合,与气缸2a和活塞3等一同构成燃烧室C。在气缸盖4上形成有连通孔4a,在该连通孔4a中安装有进行用于使燃烧室C内的混合气体爆炸的点火的火花塞5,并且在气缸盖4的其他位置处形成有连通孔4b,在该连通孔4b中安装有本实施方式的压力检测装置10。此外,在气缸盖4上安装有向燃烧室C内喷射燃料的燃料喷射装置,但省略其图示。
压力检测装置10构成为圆柱状,在末端具有检测部20。该检测部20插入于连通孔4b中,末端面向燃烧室C的内部。由此,检测部20承受燃烧室C内的内压(燃烧压力:箭头P),输出与内压对应的检测信号。并且,在压力检测装置10中组装有处理电路30,对从检测部20所赋予的检测信号进行处理,并以输出信号Vout向省略了图示的外部的发动机控制部输出。
接下来,参照图2对第一实施方式~第三实施方式的压力检测装置10的概略的机械结构进行说明。
在图2中,压力检测装置10的形成为末端较细的圆柱状,在末端(附图上的上部)具有检测燃烧压力的检测部20。并且,在压力检测装置10的下端附近(附图上的下部)配置有处理电路30,通过用虚线表示的导电部11连接该处理电路30与检测部20之间,从检测部20向处理电路30传递检测信号。作为导电部11,例如能够利用金属棒或线缆。另外,处理电路30内设于压力检测装置10内,但为了在附图上明确示出安装有多个电子部件,而以透视图表示。而且,连接器部39与处理电路30相邻,在该连接器部39配设有未在图上显现的电极端子,该电子端子用于将来自处理电路30的图1所示的输出信号Vout输出至外部。
图2所示的圆内是在轴垂直方向上剖开检测部20的剖视放大图。在检测部20的最末端部具有隔膜22,台座23与该隔膜22紧贴,并且构成压力检测元件的压电元件21与该台座23紧贴。由此,如果在图1所示的燃烧室C内产生燃烧压力P,则承受燃烧压力P的隔膜22的位移经由台座23以压缩力的形式传递给压电元件21,承受了该压缩力的压电元件21输出电荷信号Qi。该电荷信号Qi通过与电极24连接的导电部11作为检测信号被赋予给处理电路30。这样,在第一实施方式~第三实施方式的压力检测装置10中,检测部20与处理电路30一体构成,并且能够作为独立的压力检测装置10安装于发动机1,因此具有朝向发动机1的安装变得容易,维护性也优异的特征。
第一实施方式
接下来,参照图3和图4,对第一实施方式的压力检测装置10具体地进行说明。
图3所示的压力检测装置10具有检测部20和处理电路30。检测部20具有检测图1所示的发动机1的燃烧压力P的压电元件(压力检测元件)21。压电元件21像图2所示那样配设于检测部20的内部,输出电荷信号(检测信号)Qi。并且,压电元件21的一个端子经由导电部11与处理电路30连接,并且另一个端子经由导电部11与处理电路30的阶GND(接地端)连接。由此,电荷信号Qi通过导电部11被赋予给处理电路30。
处理电路30具有由一个运算放大器31构成的积分电路,该运算放大器31以单电源(例示为Vdd=5V)进行工作。而且,来自压电元件21的电荷信号Qi经由电容器32被赋予给运算放大器31的反向输入端子,并且对运算放大器31的非反向输入端子施加设定为规定大小的基准电压Vr,该基准电压Vr由基准电源33生成。例示的基准电压Vr为DC 1.0V。并且,运算放大器31的反向输入端子与运算放大器31的输出端子之间通过充电电容器34和具有高电阻值的放电电阻35的并联电路连接。而且,从运算放大器31的输出端子输出输出信号Vout1。
如果这样使用以单电源进行工作的运算放大电路31…构成积分电路,则能够仅通过由一个运算放大电路(运算放大器)构成的积分电路进行实施,因此实现了部件数量的削减,进而实现了小型化和轻量化,并且能够降低故障风险。而且,由于能够使输出信号Vout1的电位稳定,因此能够实现高精度并且稳定性高的压力检测。
在该情况下,以在对压电元件21施加了规定的燃烧压力P时,输出信号Vout1为适当的大小的方式决定了充电电容器34的容量值。并且,放电电阻35是出于通过输入漏电流的累积而使后述的基底电压不发生变化的目的而设置的。放电电阻35和充电电容器34构成高通滤波器,因此其时间常数RC优选选定与测定的燃烧压力P的频率范围相比充分长的值。
另一方面,在运算放大器31的反向输入端子与输出端子之间连接有构成本发明的特征部分的基底电压调节电路40。该基底电压调节电路40由晶体管对构成,该晶体管对由pnp晶体管41和npn晶体管42构成。在该情况下,作为晶体管对,使用特性一致的互补晶体管。由此,能够容易地构成优选的晶体管对。在例示的基底电压调节电路40中,连接pnp晶体管41的基极和集电极,并且还与运算放大器31的反向输入端子连接。并且,pnp晶体管41的发射极与npn晶体管42的基极连接。另一方面,npn晶体管42的集电极与电源Vdd连接,并且npn晶体管42的发射极与运算放大器31的输出端子连接。而且,npn晶体管42的集电极与基极之间通过偏置电阻43而连接。
因此,处理电路30由以基准电压Vr为工作基准的运算放大器31构成积分电路,并且具有如下的功能:通过对压电元件21所赋予的电荷信号Qi积分而进行电压转换,并以输出信号Vout1输出。
接下来,参照图4所示的波形图和图3对第一实施方式的压力检测装置10的工作进行说明。
图4(a)示出压电元件21所承受的燃烧压力P与时间t的关系。另外,例示的燃烧压力P以周期T1重复产生。在将压力检测装置10安装于图1所示的发动机1的情况下,根据发动机1的旋转速度而燃烧压力P的周期T1发生变动。即,发动机1的旋转速度越增加,周期T1越短,发动机1的旋转速度越降低,周期T1越长。因此,在通过压力检测装置10对搭载于汽车等的发动机1的燃烧压力P进行检测的情况下,伴随着旋转速度的增减,而周期T1时刻发生变化。
图4(b)示出作为承受燃烧压力P的检测部20的压电元件21的输出的电荷信号Qi与时间t的关系。压电元件21以微分值的方式检测燃烧压力P的变化,因此输出的电荷信号Qi为微分波形。另外,示出了电荷信号Qi在燃烧压力P上升的情况下在负值侧振动,在燃烧压力P下降的情况下在正值侧振动的例子,但该极性能够通过改变压电元件21的连接而反转。该电荷信号Qi通过电容器32,被赋予给处理电路30的运算放大器31的反向输入端子。
图4(c)示出从处理电路30的运算放大器31的输出端子得到的输出信号Vout1与时间t的关系。在该情况下,处理电路30与图11所示的现有的积分电路100同样地,以来自基准电源33的基准电压Vr为基准进行工作,通过对输入的电荷信号Qi进行积分而进行电压转换,并从运算放大器31的输出端子输出与压力变化相似的输出信号Vout1。
即,如果电荷信号Qi在负值侧振动,则运算放大器31的输出端子的电位上升,因此流动图3所示的充电电流I1向充电电容器34流动。由此,如图4(c)所示,输出信号Vout1为上升曲线。另一方面,如果电荷信号Qi在正值侧振动,则运算放大器31的输出端子的电位下降,因此图3所示的放电电流I2向充电电容器34流动。由此,输出信号Vout1为下降曲线。这样,处理电路30作为积分电路工作,对作为微分波形的电荷信号Qi进行积分并输出,因此输出信号Vout1为与压电元件21所承受的燃烧压力P的压力变化相似的波形电压。
另一方面,处理电路30所包含的基底电压调节电路40的工作如下。另外,pnp晶体管41和npn晶体管42的晶体管对以使特性一致的互补晶体管为前提。
如果当前电荷信号Qi为无信号状态(参照图4(c)的t1时刻),则在运算放大器31中,从输出端子输出的输出信号Vout1的电位变动以使得反向输入端子与非反向输入端子为相同电位,因此反向输入端子的电位与输入到非反向输入端子的基准电压Vr为相同电位,并且输出信号Vout1也与基准电压Vr为相同电位。即,如果基准电压Vr=1.0V,则非反向输入端子的电位=反向输入端子的电位=输出信号Vout1的电位=1.0V,运算放大器31成为取得了电位的平衡的状态。
此时,在基底电压调节电路40中,来自与电源Vdd连接的偏置电阻43的偏置电流Ib流入pnp晶体管41的发射极,该偏置电流Ib的一部分作为基极电流流动,因此pnp晶体管41成为导通状态。由此,pnp晶体管41的发射极与npn晶体管42的基极的结合点A的电位成为(运算放大器31的反向输入端子的电位:基准电压Vr)+(pnp晶体管41的正向电压)。
此时,假定互补的pnp晶体管41和npn晶体管42的正向电压VBE都是0.6V,由于基准电压Vr=1.0V,因此接合点A的电位为(基准电压Vr:1.0V)+(pnp晶体管41的正向电压:0.6V)=1.6V。并且,由于npn晶体管42的正向电压也为0.6V,因此其发射极的电位即运算放大器31的输出端子的输出信号Vout1的电位为(结合点A的电位:1.6V)-(npn晶体管42的正向电压:0.6V)=1.0V(与基准电压Vr相同)。其结果为,在基底电压调节电路40中,以结合点A为中心,pnp晶体管41的基极和发射极的电位与npn晶体管42的发射极的电位(1.0V)相等,电位平衡。
这样,在电荷信号Qi为无信号状态的情况下,运算放大器31的工作与基底电压调节电路40的工作平衡,因此作为运算放大器31的输出的输出信号Vout1的电位维持在与基准电压Vr相等的1.0V。
另一方面,假定运算放大器31的输出信号Vout1的电位从该状态下降至比基准电压Vr低的情况。在该情况下,由于基底电压调节电路40的npn晶体管42的基极/发射极之间的电压变得比正向电压大,因此来自偏置电阻43的偏置电流Ib流向npn晶体管42的基极,npn晶体管42导通。由此,从电源Vdd通过npn晶体管42,图3所示的发射极电流I3流动,因此从运算放大器31的输出端子输出的输出信号Vout1的电位上升直至与基准电压Vr相等。
而且,在输出信号Vout1的电位略微超过基准电压Vr的情况下,晶体管42的基极/发射极之间的电压变为正向电压以下,因此晶体管42恢复为截止状态。其结果为,输出信号Vout1的电位为(结合点A的电位)-(npn晶体管42的正向电压),维持在1.0V(基准电压Vr)。
实际的电荷信号Qi根据燃烧压力P而像图4(b)所示那样为规定的周期T1的微分波形,因此在运算放大器31的积分电路中,输入有电荷信号Qi,并且像图4(c)所示那样输出与压力变化相似的波形的输出信号Vout1。在该情况下,在周期性产生的电荷信号Qi之间的无信号时(参照t1时刻),输出信号Vout1的基底电压Vb1由于上述的下沉现象而变为基准电压Vr以下,但通过基底电压调节电路40进行工作(发挥功能),发射极电流I3流动,由此输出信号Vout1的电位上升。其结果为,基底电压Vb1不与基准电压Vr产生偏差,维持在与基准电压Vr相等的电位。即,基底电压调节电路40把基底电压Vb1…的大小调节为与基准电压Vr…相等,因此始终将基底电压Vb1…与基准电压Vr维持在相等的电位,可靠地避免了由于下沉现象而导致基底电压Vb1…变为基准电压Vr以下的不良情况。
该基底电压调节电路40仅在输出信号Vout1的基底电压Vb1为基准电压Vr以下时进行工作。即,如果通过基底电压调节电路40的工作而输出信号Vout1的基底电压Vb1达到基准电压Vr的电位,则npn晶体管42立即截止,因此基底电压调节电路40对输出信号Vout1的积分波形不产生影响。
如上所述,图13和图14所示的背景技术中的积分电路100的输出信号Vout根据电荷信号Qi的大小或重复周期的不同而基底电压Vb降至基准电压Vr以下并且其电位大幅度变动,但在第一实施方式的处理电路30中,通过基底电压调节电路40进行工作(发挥功能),不会产生输出信号Vout1中的基底电压Vb1相对于基准电压Vr产生偏差的问题。由此,即使在电荷信号Qi的大小或重复周期发生了变化的情况下,也维持在与基准电压Vr相等的电位,消除了处理电路30的输出信号Vout1进入故障诊断区域的不良情况。
而且,虽然pnp晶体管41和npn晶体管42的正向电压分别具有固有的温度特性,但pnp晶体管41和npn晶体管42进行抵消各自的温度特性的工作,因此即使在产生了温度变化的情况下,也能够通过基底电压调节电路40,以pnp晶体管41的发射极与npn晶体管42的基极的结合点A为中心保持电位的平衡,从而抑制由温度变化引起的基底电压Vb1的变动。
像以上那样,第一实施方式的处理电路30至少具有积分电路,并且具有基底电压调节电路40,该积分电路通过以设定为规定大小的基准电压Vr为工作基准对检测信号Qi进行积分而将其转换为电压波形,该基底电压调节电路40连接于该积分电路的输入端子与输出端子之间,对从该积分电路输出的输出信号Vout1中的作为检测信号Qi为无信号时的电位的基底电压Vb1的大小进行调节,因此该处理电路30以输出信号Vout1的基底电压Vb1始终与基准电压Vr相等的方式进行工作。其结果为,即使在从压力检测元件21得到的检测信号Qi的大小或重复周期变动的情况下,也能够始终将输出信号Vout1中的基底电压Vb1维持为恒定。由此,能够消除输出信号Vout1进入故障诊断区域从而被误断的不良情况,并且能够进行高精度且稳定的压力检测,从而能够提供可靠性优异的压力检测装置10。
第二实施方式
接下来,参照图5和图6对第二实施方式的压力检测装置10具体地进行说明。
图5仅提取压力检测装置10的处理电路50进行示出。另外,检测燃烧压力P的检测部20的结构与第一实施方式相同。图5所示的第二实施方式的处理电路50具有以单电源(例如,Vdd=5V)进行工作的运算放大器51和运算放大器52这两个运算放大器。在该情况下,运算放大器51构成积分电路,并且运算放大器52构成放大电路。由此,从图3所示的压电元件21得到的电荷信号Qi经由电容器53被赋予给构成积分电路的运算放大器51的反向输入端子。另一方面,来自基准电源54的基准电压Vr被施加给运算放大器51的非反向输入端子。例示的基准电压Vr为DC1.0V。
运算放大器51的反向输入端子与输出端子之间通过充电电容器55和高电阻值的放电电阻56的并联电路而连接。通过以上内容,构成了以基准电压Vr为基准的运算放大器51的积分电路,从运算放大器51的输出端子输出通过对电荷信号Qi进行积分而转换为电压的输出信号Vout21。而且,经由电容器57对构成放大电路的运算放大器52的非反向输入端子赋予来自运算放大器51的输出信号Vout21,并且经由电阻58对运算放大器52的非反向输入端子施加基准电压Vr。并且,运算放大器52的反向输入端子经由电阻59与基准电压Vr连接,并且经由电阻60与输出端子连接。由此,运算放大器52作为以基准电压Vr为基准的非反向放大电路进行工作,从输出端子输出放大后的输出信号Vout22。另外,放大倍率由电阻59与电阻60的电阻值之比决定。
另一方面,在运算放大器52的非反向输入端子与基准电压Vr之间连接有构成本发明的特征部分的基底电压调节电路40。该基底电压调节电路40与第一实施方式的基底电压调节电路40的电路结构相同。因此,对相同部分标注相同标号,省略内部的电路结构的说明。基底电压调节电路40与第一实施方式同样地由晶体管对构成,该晶体管对由pnp晶体管41和npn晶体管42构成。因此,该晶体管对使用特性一致的互补晶体管。并且,基底电压调节电路40的npn晶体管42的发射极与运算放大器52的非反向输入端子连接,并且pnp晶体管41中的基极和集电极与基准电压Vr连接。
因此,在处理电路50中,由运算放大器51构成积分电路,通过对压电元件21所赋予的电荷信号Qi进行积分而进行电压转换,并以输出信号Vout21输出。并且,处理电路50具有如下的功能:由运算放大器52构成放大电路,从该放大电路输出以规定的放大倍率放大后的输出信号Vout22。
接下来,参照图6所示的波形图和图5对第二实施方式的压力检测装置10的工作进行说明。
图6(a)示出作为承受燃烧压力P的检测部20的压电元件21的输出的电荷信号Qi与时间t之间的关系。该电荷信号Qi通过电容器53被赋予给处理电路50的运算放大器51的反向输入端子。图6(b)示出从处理电路50的运算放大器51的输出端子得到的输出信号Vout21的电压波形的一例。在该情况下,运算放大器51与图3所示的第一实施方式的运算放大器31同样地,以基准电压Vr为基准进行工作,通过对电荷信号Qi进行积分而进行电压转换,从输出端子输出与压力变化相似的输出信号Vout21。
该输出信号Vout21与上述的第一实施方式同样地,通过运算放大器51的充电电容器55和放电电阻56的充电放电,进行了校正使得在一个周期内以基准电压Vr为中心的电压×时间的面积为±0,因此产生基底电压Vb21与基准电压Vr产生偏差的下沉现象。图6(c)示出从处理电路50的运算放大器52的输出端子输出的输出信号Vout22的电压波形的一例。运算放大器52像上述那样作为非反向放大电路进行工作,因此输出信号Vout22的大小(波高值)为按照规定的放大倍率对输出信号Vout21进行放大后的大小。并且,通过基底电压调节电路40进行工作(发挥功能),输出信号Vout22的基底电压Vb22变得与基准电压Vr相等且稳定。
基底电压调节电路40的工作如下。如果当前电荷信号Qi为无信号状态(参照图6(c)的t2时刻),则运算放大器52的非反向输入端子的电位通过电阻58成为与基准电压Vr相同的电位,并且运算放大器52的反向输入端子的电位也通过电阻59成为与基准电压Vr相同的电位。由此,从运算放大器52的输出端子输出的输出信号Vout22也成为与基准电压Vr相同的电位。即,如果基准电压Vr=1.0V,则非反向输入端子的电位=反向输入端子的电位=输出信号Vout22的电位=1.0V,运算放大器52成为平衡的状态。
此时,在基底电压调节电路40中,由于pnp晶体管41处于导通状态,因此pnp晶体管41的发射极与npn晶体管42的基极的结合点A的电位与第一实施方式同样地为(基准电压Vr)+(pnp晶体管41的正向电压)。即,结合点A的电位=1.0V+0.6V=1.6V,与第一实施方式相同。并且,由于npn晶体管42的正向电压与pnp晶体管41的正向电压相等,因此与npn晶体管42的发射极连接的运算放大器52的非反向输入端子的电位为(结合点A的电位:1.6V)-(npn晶体管52的正向电压:0.6V)=1.0V(与基准电压Vr相同),从而在基底电压调节电路40中,电位以结合点A为中心平衡。其结果为,运算放大器52的非反向输入端子的电位被维持在与基准电压Vr相同的电位。这样,在电荷信号Qi为无信号状态下,由于运算放大器52的工作与基底电压调节电路40的工作相平衡,因此作为运算放大器52的输出的输出信号Vout22的电位被维持在与基准电压Vr相等的1.0V。
另一方面,如图6(a)所示,假定从该状态,电荷信号Qi以规定的周期T2到来的情况。运算放大器51的积分电路像上述那样输出作为与压力变化相似的波形的输出信号Vout21。在该情况下,在周期性地产生的电荷信号Qi之间的无信号时(参照t2时刻),输出信号Vout21的基底电压Vb21由于下沉现象而变为基准电压Vr以下。
该输出信号Vout21通过电容器57,由此直流成分被去除,输出信号Vout21的脉冲状的波形周期性地到来,由此电容器57重复进行充电放电。其结果为,运算放大器52的非反向输入端子的电位在基底电压Vb21的时刻比基准电压Vr低。由此,基底电压调节电路40的npn晶体管42的基极/发射极之间的电压变得比正向电压大,因此基极电流在npn晶体管42中流动,由此npn晶体管42导通。该原因为:相对于结合点A的电位(1.6V),npn晶体管42的发射极的电位变为1.0V以下。
其结果为,电流从电源Vdd通过npn晶体管42而流动,运算放大器52的非反向输入端子的电位上升直至与基准电压Vr相等。而且,如果运算放大器52的非反向输入端子的电位略微超过基准电压Vr,则晶体管42的基极/发射极之间的电压变为正向电压以下,因此晶体管42恢复为截止状态。由此,运算放大器52的非反向输入端子的电位在基底电压Vb21的时刻即图6的t2时刻被维持在与基准电压Vr相等的1.0V。并且,由于运算放大器52以基准电压Vr为工作基准,因此在非反向输入端子的电位与基准电压Vr相等的情况下,输出信号Vout22的基底电压Vb22也像图6(c)所示那样与基准电压Vr相等。而且,即使在电荷信号Qi的大小或周期发生变化,运算放大器51的输出信号Vout21中的基底电压Vb21从基准电压Vr产生下沉现象(参照图6(b))并且大幅度变动的情况下,也能够通过调节电路40进行工作(发挥功能),而作为运算放大器52的输出的输出信号Vout22的基底电压Vb22不与基准电压Vr产生偏差,维持与基准电压Vr相等的电位(参照图6(c))。
像以上那样,在第二实施方式的处理电路50中,由两个运算放大器51、52分别构成积分电路和放大电路,并且将基底电压调节电路40配置于后级的放大电路的输入侧,因此输出信号Vout22的基底电压Vb22始终与基准电压Vr相等。其结果为,如图6(c)所示,避免了输出信号Vout22进入故障诊断区域,从而能够得到可靠性优异的压力检测装置。并且,通过在积分电路的后级增加放大电路,能够增大输出信号Vout22的输出电平,因此能够提高压力检测的分辨率和S/N比,从而能够实现高精度且防止外来干扰优异的压力检测装置。
第三实施方式
接下来,参照图7和图8对第三实施方式的压力检测装置10具体地进行说明。
图7仅提取压力检测装置10中的处理电路70进行示出。另外,检测燃烧压力P的检测部20的结构与第一实施方式相同。图7所示的处理电路70具有三个运算放大器71~73,该运算放大器71~73以单电源(例示为Vdd=5V)进行工作。在该情况下,由初级的运算放大器71构成积分电路,由下一级的运算放大器72构成放大电路,由下一级的运算放大器73构成最后级的放大电路。基于最后级的运算放大器73的放大电路作为进行阻抗变换的电压跟随器发挥功能。
基于运算放大器71的积分电路和基于运算放大器72的放大电路的基本结构与上述的第二实施方式的处理电路50相同。因此,省略它们的说明,对基于最后级的运算放大器73的电压跟随器电路及其周边电路、以及配置于运算放大器73的输入端子的基底电压调节电路40进行说明。另外,由于基底电压调节电路40也与第一实施方式的基底电压调节电路40相同,因此对相同部分标注相同标号,省略内部的电路结构的说明。
关于各信号,Vout31表示第一级的构成积分电路的运算放大器71的输出信号,Vout32表示下一级的构成放大电路的运算放大器72的输出信号,Vout33表示最后级的构成电压跟随器的运算放大器73的输出信号。并且,82是连接于运算放大器72的输出端子与运算放大器73的非反向输入端子之间的电容器,该电容器去除来自运算放大器72的输出信号Vout32的直流成分。而且,运算放大器73的非反向输入端子经由电阻83与基准电压Vr连接,并且反向输入端子直接与输出端子连接。由此,运算放大器73作为以基准电压Vr为基准进行工作的电压跟随器电路发挥功能。
另一方面,在运算放大器73的非反向输入端子与基准电压Vr之间连接有构成本发明的特征部分的基底电压调节电路40。在该情况下,基底电压调节电路40的npn晶体管42的发射极与运算放大器73的非反向输入端子连接,并且pnp晶体管41的基极和集电极与基准电压Vr连接。
因此,在处理电路70中,通过基于第一级的运算放大器71的积分电路对检测部20所赋予的电荷信号Qi进行积分,并以输出信号Vout31输出。并且,输出信号Vout31被基于下一级的运算放大器72的放大电路以规定的放大倍率放大,然后以输出信号Vout32输出。而且,通过基于最后级的运算放大器73的电压跟随器电路进行阻抗变换,并以低输出阻抗的输出信号Vout33输出,处理电路70具有这一系列的功能。
接下来,参照图8所示的波形图和图7对第三实施方式的压力检测装置10的工作进行说明。
另外,基于运算放大器71的积分电路和基于运算放大器72的放大电路的工作与上述的第二实施方式相同,因此省略它们的详细的说明,以基于运算放大器73的电压跟随器电路和基底电压调节电路40的工作为中心进行说明。
图8(a)以从处理电路70的下一级的运算放大器72输出的输出信号Vout32相对于时间t的电压波形为一例进行示出。运算放大器72与第二实施方式的运算放大器52(参照图5)同样地作为非反向放大电路进行工作,以规定的放大倍率对输入的输出信号Vout31进行放大。由此,从运算放大器72输出具有较大的波高值的输出信号Vout32。而且,通过与运算放大器72的非反向输入端子连接的电容器78的充电放电动作,对输出信号Vout32进行了校正使得在一个周期内以基准电压Vr为中心的电压×时间的面积为±0,因此产生基底电压Vb32与基准电压Vr产生偏差的下沉现象。
图8(b)示出从处理电路70的最后级的运算放大器73输出的输出信号Vout33的电压波形的一例。由于运算放大器73作为电压跟随器电路进行工作,因此输出信号Vout33的大小为与输出信号Vout32大致相等的大小。并且,通过基底电压调节电路40进行工作(发挥功能),输出信号Vout33的基底电压Vb33变得与基准电压Vr相等且稳定。
接下来,参照图7和图8对第三实施方式的基底电压调节电路40的工作进行说明。
首先,对于向运算放大器73输入的输出信号Vout32为无信号状态的情况进行说明。在该情况下,图7的基底电压调节电路40与上述的第二实施方式同样地工作,因此结合点A的电位为1.6V。并且,与npn晶体管42的发射极连接的运算放大器73的非反向输入端子的电位为1.0V,与基准电压Vr相等。因此,基底电压调节电路40以结合点A为中心而平衡,运算放大器73的非反向输入端子的电位维持与基准电压Vr相同的电位。此外,由于运算放大器73为反向输入端子与输出端子直接连接的电压跟随器电路,因此从输出端子输出的输出信号Vout33的电位与非反向输入端子的电位相等,与基准电压Vr为相同的电位。
接着,对于从该状态,电荷信号Qi以规定的周期到来的情况进行说明。在该情况下,由于运算放大器71作为积分电路工作,并且,运算放大器72作为放大电路工作,因此在周期性地产生的电荷信号Qi之间的无信号时(例如,参照图8的t3时刻)的输出信号Vout32的基底电压Vb32由于下沉现象而变为图8(a)所示的基准电压Vr以下。
该输出信号Vout32通过电容器82,由此直流成分被去除,由于输出信号Vout32的脉冲状的波形周期性地到来,因此电容器82重复进行充电放电。由此,最后级的运算放大器73的非反向输入端子的电位在基底电压Vb32的时刻比基准电压Vr低。其结果为,与上述的第二实施方式的工作同样地,基底电压调节电路40的npn晶体管42的基极与发射极之间的电压变得比正向电压大,因此基极电流在npn晶体管42中流动,npn晶体管42导通。并且,由于电流从电源Vdd通过npn晶体管42而流动,因此运算放大器73的非反向输入端子的电位上升直至与基准电压Vr相等。而且,如果非反向输入端子的电位略微超过基准电压Vr,则晶体管42的基极/发射极之间的电压变为正向电压以下,因此晶体管42恢复为截止。
由此,运算放大器73的非反向输入端子的电位维持与基底电压Vb32的时刻即图8的t3时刻电平下的基准电压Vr相等的1.0V。而且,由于运算放大器73作为电压跟随器电路工作,因此如果非反向输入端子的电位与t3时刻电平下的基准电压Vr相等,则输出信号Vout33的基底电压Vb33也像图8(b)所示那样与基准电压Vr相等。其结果为,即使在电荷信号Qi的大小或周期发生变化,运算放大器72的输出信号Vout32的基底电压Vb32像图8(a)所示那样下沉为比基准电压Vr低并且大幅度变动的情况下,作为运算放大器73的输出的输出信号Vout33的基底电压Vb33也像图8(b)所示那样不与基准电压Vr产生偏差,维持与基准电压Vr相等的电位。
像以上那样,在第三实施方式中的处理电路70中,由三个运算放大器71~73构成积分电路和两个放大电路,并且使基底电压调节电路40与最后级的放大电路的输入侧连接,因此处理电路70以输出信号Vout33中的基底电压Vb33始终与基准电压Vr相等的方式进行工作。其结果为,能够得到与第一实施方式和第二实施方式相同的效果。并且,在第三实施方式中的处理电路70中,在最后级增加了电压跟随器电路,因此能够使输出信号Vout33的输出阻抗为极低的值,从而能够实现抗干扰特性优异的高精度的压力检测装置10。
第四实施方式
接下来,参照图9和图10对第四实施方式的压力检测装置90进行说明。
第四实施方式的压力检测装置90的整体构造的形态不同。在图10中示出检测部91的具体构造。首先,参照图9对安装了压力检测装置90的发动机的一例进行说明。另外,第四实施方式的压力检测装置90的末端所具备的检测部91组装于燃料喷射装置的末端部分。
图9所示的标号1’是安装了第四实施方式的压力检测装置90的汽车用的发动机。该发动机1’与安装了上述的第一实施方式~第三实施方式的压力检测装置10的图1所示的发动机1为相同的结构,因此对相同部分标注相同标号,省略重复的说明。
发动机1’具有:火花塞5,其通过安装于气缸盖4而对燃烧室C内的混合气体进行点火使其爆炸;以及燃料喷射装置7,其通过安装于气缸盖4而向燃烧室C内喷射燃料。在该情况下,形成有贯穿气缸盖4使燃烧室C与外部连通的两个连通孔4a、4c,将火花塞5安装于一个连通孔4a中,将燃料喷射装置7安装于另一个连通孔4c中。而且,燃料喷射装置7具有:主体部7a,其位于燃烧室C的外部;以及圆柱状的末端部7b,其从主体部7a朝向燃烧室C延伸。
而且,如图9所示,第四实施方式的压力检测装置90具有:检测部91,其配置于燃料喷射装置7的末端部7b;以及处理电路30,其借助导电部11与该检测部91连接。检测部91构成为环状,具有检测燃烧室C内的内压(燃烧压力:箭头P)的功能。因此,处理电路30通过导电部11输入来自检测部91的信号,并将在内部实施信号处理后的输出信号Vout向外部的发动机控制部(未图示)输出。另外,第四实施方式的导电部11、处理电路30以及后述的内置于检测部91的压电元件21与上述的第一实施方式~第三实施方式相同,因此对相同部分标注相同标号,省略重复的说明。
图10示出在检测部91的径向(轴向垂直)上剖开配置于检测部91的内部的压电元件附近的剖视图。如图10所示,例示的检测部91具有三个构成压力检测元件的压电元件21a、21b、21c,它们沿着周向大致等间隔地配置于环状的前外侧框体92与前内侧框体93的间隙中,该前外侧框体92和前内侧框体93是检测部91的导电性的框体。另外,以下,描述为压电元件21情况包含三个压电元件21a、21b、21c。
并且,要想配置压电元件21,将绝缘性的间隔件94a、94b、94c插入于各压电元件21a、21b、21c彼此之间的间隙中,并将各压电元件21a、21b、21c沿着周向大致等间隔地配置。而且,在间隔件94a和94c上设置用于供连接端子95a、95b通过的间隔件贯穿孔96a、96b并使连接端子95a、95b贯穿,该连接端子95a、95b向外部传递从压电元件21输出的电荷信号。由此,连接端子95a、95b借助间隔件94a和94c而与前外侧框体92和前内侧框体93绝缘。根据该结构,能够通过压电元件21承受发动机1’的燃烧压力P。另一方面,三个压电元件21a~21c的各电极虽然未图示,但在检测部91的内部并联连接,并与连接端子95a、95b电连接。而且,得到的电荷信号Qi经由导电部11被赋予给处理电路30(参照图9)。
另外,间隔件94a~94c的材质为陶瓷(氧化铝、氧化锆)等,但只要是绝缘材料,材质就没有限定。并且,在前内侧框体93的外周整周配置有环状的绝缘膜97,从而使在周向上配置的压电元件21内侧的电极(未图示)与前内侧框体93绝缘。这样,由于压电元件21在检测部91的内部沿着周向等间隔地配置有多个,因此能够平衡性良好且均匀地承受来自外部的压力,从而能够进行高精度的压力检测。此外,将发动机1’的燃烧压力P传递给压电元件21的构造等不直接与本发明相关,因此省略其说明。
另一方面,检测部91的内部具有空洞98,通过将上述的燃料喷射装置7的末端部7b配设于该空洞98中,能够向燃烧室C喷射燃料(参照图9)。另外,在第四实施方式中,例示了三个压电元件21a~21c,但压电元件21a…的数量没有限定。即,还可以更多或更少。并且,作为第四实施方式的处理电路30,例示了使用第一实施方式的处理电路30(参照图3)的情况,但也可以使用第二实施方式的处理电路50(参照图5),或者也可以使用第三实施方式的处理电路70(参照图7)。另外,第四实施方式的压电元件21与上述的第一实施方式~第三实施方式中的各压电元件21…相同。
这样,由于第四实施方式的压力检测装置90通过检测部91组装于燃料喷射装置7的末端部分而安装于发动机,因此无需增设气缸盖4的连通孔,能够有助于发动机的小型化和发动机构造的简单化。
以上,对最优实施方式(第一实施方式~第四实施方式)详细地进行说明,但本发明不限于这样的实施方式,关于细节部分的结构、形状,材料、数量、方法等,能够在不脱离本发明的主旨的范围内任意地变更、增加、删除。例如,例示了基底电压调节电路40由使用pnp晶体管41和npn晶体管42的晶体管对构成的情况,但也不排除利用具有相同功能的其他电路结构进行置换的情况。此时,作为晶体管对,优选使用互补晶体管,但也不排除采用其他类型的晶体管。
产业上的可利用性
本发明的压力检测装置能够广泛地应用于发动机的燃烧压力的检测以及各种用途的压力检测。
Claims (8)
1.一种压力检测装置,其具备压力检测元件和处理电路,该压力检测元件通过承受压力而输出与该压力对应的检测信号,该处理电路对从该压力检测元件输出的检测信号进行处理后输出,该压力检测装置的特征在于,
所述压力检测装置具备如下的所述处理电路,该处理电路至少具有积分电路,并且具有基底电压调节电路,所述积分电路以设定为规定大小的基准电压为工作基准而对所述检测信号进行积分,从而转换为电压波形,所述基底电压调节电路连接于该积分电路的输入端子与输出端子之间,对从该积分电路输出的输出信号中的作为所述检测信号为无信号时的电位的基底电压的大小进行调节,
所述基底电压调节电路能够把所述基底电压的大小调节为使得所述基底电压与所述基准电压相等。
2.根据权利要求1所述的压力检测装置,其特征在于,
所述基底电压调节电路由使用了pnp晶体管和npn晶体管的晶体管对构成。
3.根据权利要求2所述的压力检测装置,其特征在于,
所述晶体管对使用互补晶体管。
4.根据权利要求1所述的压力检测装置,其特征在于,
使用以单电源进行工作的运算放大电路构成所述积分电路。
5.一种压力检测装置,其具备压力检测元件和处理电路,该压力检测元件通过承受压力而输出与该压力对应的检测信号,该处理电路对从该压力检测元件输出的检测信号进行处理后输出,该压力检测装置的特征在于,
所述压力检测装置具备如下的所述处理电路,该处理电路具有积分电路、至少一个放大电路,并且具有基底电压调节电路,所述积分电路以设定为规定大小的基准电压为工作基准而对所述检测信号进行积分,从而转换为电压波形,所述放大电路以设定为规定大小的基准电压为工作基准,对来自所述积分电路的输出信号进行放大,所述基底电压调节电路连接于对该放大电路施加的基准电压的供给部与至少一个放大电路的输入端子之间,对从该放大电路输出的输出信号中的作为所述检测信号为无信号时的电位的基底电压的大小进行调节。
6.根据权利要求5所述的压力检测装置,其特征在于,
所述基底电压调节电路由使用了pnp晶体管和npn晶体管的晶体管对构成。
7.根据权利要求6所述的压力检测装置,其特征在于,
所述晶体管对使用互补晶体管。
8.根据权利要求5、6或7所述的压力检测装置,其特征在于,
所述基底电压调节电路能够把该基底电压的大小调节为使得所述放大电路的输出信号中的所述基底电压与对该放大电路施加的所述基准电压相等。
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---|---|---|---|---|
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CN107003189B (zh) * | 2014-12-05 | 2020-02-14 | 株式会社村田制作所 | 传感器模块 |
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JP2020084804A (ja) * | 2018-11-19 | 2020-06-04 | 株式会社ミクニ | 圧力検出信号処理装置、エンジン制御システム、および、プログラム |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3054951A (en) * | 1958-11-04 | 1962-09-18 | Robert H Richard | Device for measuring the root mean square value of a slowly varying voltage |
US3449741A (en) * | 1965-02-08 | 1969-06-10 | Towson Lab Inc | Reversible analog-digital converter utilizing incremental discharge of series connected charge sharing capacitors |
US3541462A (en) * | 1967-12-28 | 1970-11-17 | Rca Corp | Apparatus for measuring low voltages and currents with amplifier protective means |
US4009447A (en) * | 1972-07-28 | 1977-02-22 | Kistler Instrumente Ag | Amplifier arrangement with zeroing device for piezoelectric transducers |
EP1162442A1 (en) * | 2000-06-09 | 2001-12-12 | Denso Corporation | Signal processing device for piezoelectric sensor with differentiating and integrating circuits |
JP2010154394A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-08 | Citizen Finetech Miyota Co Ltd | チャージアンプ回路 |
CN102854396A (zh) * | 2011-02-25 | 2013-01-02 | 马克西姆综合产品公司 | 混合信号积分器架构的校准 |
CN104296786A (zh) * | 2014-09-30 | 2015-01-21 | 四川泛华航空仪表电器有限公司 | 数字电桥电容测量模块 |
CN106716093A (zh) * | 2014-03-27 | 2017-05-24 | 西铁城精密器件株式会社 | 压力检测装置 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3995228A (en) * | 1975-09-26 | 1976-11-30 | Threshold Corporation | Active bias circuit for operating push-pull amplifiers in class A mode |
US5343766A (en) * | 1992-02-25 | 1994-09-06 | C & J Industries, Inc. | Switched capacitor transducer |
JP2002168719A (ja) * | 2000-12-01 | 2002-06-14 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 圧電型圧力センサ用チャージアンプ |
JP4309158B2 (ja) * | 2003-03-19 | 2009-08-05 | 富士重工業株式会社 | 電荷信号変換アンプ、及び筒内圧測定装置 |
JP4298552B2 (ja) * | 2004-03-12 | 2009-07-22 | 本田技研工業株式会社 | 筒内圧検出装置 |
JP4354334B2 (ja) * | 2004-05-20 | 2009-10-28 | 本田技研工業株式会社 | 筒内圧センサの故障を判定する装置 |
JP5883290B2 (ja) | 2011-12-28 | 2016-03-09 | シチズンファインデバイス株式会社 | 圧力検出装置およびチャージアンプ回路 |
US10054509B2 (en) * | 2014-03-27 | 2018-08-21 | Citizen Finedevice Co., Ltd. | Pressure detection device |
WO2015147059A1 (ja) * | 2014-03-27 | 2015-10-01 | シチズンファインテックミヨタ株式会社 | 圧力検出装置 |
-
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Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3054951A (en) * | 1958-11-04 | 1962-09-18 | Robert H Richard | Device for measuring the root mean square value of a slowly varying voltage |
US3449741A (en) * | 1965-02-08 | 1969-06-10 | Towson Lab Inc | Reversible analog-digital converter utilizing incremental discharge of series connected charge sharing capacitors |
US3541462A (en) * | 1967-12-28 | 1970-11-17 | Rca Corp | Apparatus for measuring low voltages and currents with amplifier protective means |
US4009447A (en) * | 1972-07-28 | 1977-02-22 | Kistler Instrumente Ag | Amplifier arrangement with zeroing device for piezoelectric transducers |
EP1162442A1 (en) * | 2000-06-09 | 2001-12-12 | Denso Corporation | Signal processing device for piezoelectric sensor with differentiating and integrating circuits |
JP2010154394A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-08 | Citizen Finetech Miyota Co Ltd | チャージアンプ回路 |
CN102854396A (zh) * | 2011-02-25 | 2013-01-02 | 马克西姆综合产品公司 | 混合信号积分器架构的校准 |
CN106716093A (zh) * | 2014-03-27 | 2017-05-24 | 西铁城精密器件株式会社 | 压力检测装置 |
CN104296786A (zh) * | 2014-09-30 | 2015-01-21 | 四川泛华航空仪表电器有限公司 | 数字电桥电容测量模块 |
Also Published As
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