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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Sensorelement und auf ein Ausgangskennlinienumschalteverfahren
des Sensorelements.
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Ein herkömmliches Drucksensorelement
besitzt üblicherweise
einen geeigneten Bereich im Hinblick auf den Druckbereich eines
Meßobjekts.
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Wenn jedoch beispielsweise die Drücke unterschiedlicher
Bereiche mit einer hohen Genauigkeit zur Zeit einer Leckprüfung erfaßt werden,
welche in einer Sensoranordnung ausgeführt wird, und die wirkliche
Benutzungszeit des Sensorelements gegenwärtig in einem System benutzt
wird, ist der Unterschied bei dem Druck eines Meßobjekts groß. Es ist
daher nötig,
daß in
einem Sensorelement zwei Bereiche vorhanden sind.
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Um bei dem Drucksensorelement einer Mehrzahl
von Bereichen wie in 10 dargestellt
gewachsen zu sein, werden obere und untere Grenzspannungen in Bezug
zu einem Druckwert und einer Ausgangsspannung festgelegt, und es
wird dazwischen eine Vielzahl von Malen eine Rückkehroperation durchgeführt. Somit
kann der Druck in derselben Auflösung
wie ein kleiner Druck sogar in dem Fall eines großen Drucks
erfaßt
werden.
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Demgegenüber ist wie in 11 dargestellt ein Bezugsspannungsfestlegungsanschluß angeordnet,
und es wird eine analoge Spannung von einer externen Vorrichtung
(einem Mikrocomputer, usw.) eingegeben. Somit werden wie in 12 dargestellt Kennlinien
für jede
Bezugsspannung umgeschaltet, und es kann der Druck über einen
weiten Bereich in derselben Auflösung
erfaßt
werden.
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Jedoch kann in dem Fall von 10 kein aktueller Druck
von dem Sensorausgang unterschieden werden. Daher tritt eine Schwierigkeit
dahingehend auf, daß für die Verwendung
eine Grenze vorliegt. Da der Druckwert von lediglich der Ausgangsspannung unbestimmt
ist, ist es nämlich
nötig,
den Druckwert des weiteren unter Verwendung von anderen Informationen
von einer externen Vorrichtung (Mikrocomputer, usw.) zu bestimmen.
Des weiteren treten in den Fällen
von 11 und 12 Schwierigkeiten dahingehend
auf, daß ein
D/A-Wandler bei der externen Vorrichtung (Mikrocomputer, usw.) benötigt wird,
um die Bezugsspannung festzulegen, und es ist nötig, die Anzahl von anwendungsspezifischen
Verdrahtungen (Bezugsspannungsleitungen) um eins zu erhöhen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, die oben dargestellten Schwierigkeiten zu überwinden
und insbesondere auf einfache Weise den Wert eines Meßobjekts
zu erfassen, während
die Ausgangskennlinie umgeschaltet wird.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch
die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
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Entsprechend dem Ausgangskennlinienumschalteverfahren
des Sensorelements einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
wird zumindest ein Anschluß für den Empfang
einer Versorgungsspannung oder für
die Ausgabe eines Erfassungssignals funktional auf einen Anschluß zur Eingabe
eines Signals von außen
umgeschaltet. In diesem Zustand wird ein externes Befehlssignal
durch diesen umgeschalteten Anschluß herbeigeholt und die Ausgangskennlinie
umgeschaltet. Somit wird im Vergleich mit dem herkömmlichen
Fall die Ausgangskennlinie ohne ein Erhöhen der Anzahl von Verdrahtungen (Anschlüssen) umgeschaltet.
Als Ergebnis kann der Wert eines Meßobjekts leicht erfaßt werden,
während die
Ausgangskennlinie umgeschaltet wird.
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Wenn entsprechend einer anderen Ausführungsform
der Erfindung das obige externe Befehlssignal ein digitales Signal
ist, ist es im Vergleich mit dem herkömmlichen Fall (11 und 12)
nicht nötig, einen
D/A-Wandler zu verwenden, was in der Praxis bevorzugt wird.
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Wenn entsprechend einer weiteren
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bei dem Sensorelement der
Spannungswert an dem Anschluß durch die
Anschlußfunktionänderungsvorrichtung überwacht
wird und von einem vorbestimmten Bereich verlagert wird, wird der
vorbestimmte Anschluß funktional
auf einen Anschluß zur
Eingabe eines externen Signals umgeschaltet. Nachdem der vorbestimmte Anschluß auf den
Anschluß zur
Eingabe des externen Signals umgeschaltet worden ist, wird ein externes
Befehlssignal durch den umgeschalteten Anschluß herbeigeholt, und es wird
die Ausgangskennlinie durch die Ausgangskennlinienumschaltevorrichtung
umgeschaltet. Somit wird im Vergleich mit dem herkömmlichen
Fall die Ausgangskennlinie ohne ein Erhöhen der Anzahl von Verdrahtungen
(Anschlüssen)
umgeschaltet. Als Ergebnis kann der Wert des Meßobjekts leicht erfaßt werden,
während
die Ausgangskennlinie umgeschaltet wird.
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Wenn entsprechend einer weiteren
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung das externe Befehlssignal
ein digitales Signal ist, ist es im Vergleich mit dem herkömmlichen
Fall (11 und 12) nicht nötig, einen
D/A-Wandler zu verwenden,
was in der Praxis bevorzugt wird.
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Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung er sichtlich.
Es versteht sich, daß die detaillierte
Beschreibung und spezifische Beispiele, welche die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung anzeigen, lediglich dem Zwecke der Erläuterung
und nicht der Einschränkung
des Rahmens der Erfindung dienen.
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Die vorliegende Erfindung wird in
der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung
erläutert.
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1 zeigt
ein Blockdiagramm des Sensorelements einer ersten bevorzugten Ausführungsform.
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2 zeigt
eine Kennlinie, welche die Beziehung zwischen dem Druck und der
Ausgangsspannung darstellt.
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3 zeigt
ein Zeitablaufsdiagramm zum Erläutern
des Betriebs eines Sensorelements.
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4 zeigt
ein Blockdiagramm des Sensorelements einer zweiten Ausführungsform.
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5 zeigt
ein Zeitablaufsdiagramm zum Erläutern
des Betriebs eines Sensorelements.
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6 zeigt
ein Blockdiagramm des Sensorelements einer dritten bevorzugten Ausführungsform.
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7 zeigt
ein Zeitablaufsdiagramm zum Erläutern
des Betriebs eines Sensorelements.
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8 zeigt
ein Blockdiagramm des Sensorelements einer vierten bevorzugten Ausführungsform.
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9 zeigt
ein Zeitablaufsdiagramm zum Erläutern
des Betriebs eines Sensorelements.
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10 zeigt
eine Kennlinie, welche die Beziehung zwischen dem Druck und der
Ausgangsspannung für
ein Element einer verwandten Technik darstellt.
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11 zeigt
ein schematisches Diagramm eines Bezugsspannungsfestlegungsanschlusses
einer verwandten Technik.
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12 zeigt
eine Kennlinie, welche die Beziehung zwischen dem Druck und der
Ausgangsspannung für
ein Element einer verwandten Technik darstellt.
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Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
dient lediglich als Beispiel und nicht einer Beschränkung der
Erfindung, der Anwendung oder der Verwendung.
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Erster Ausführungsmodus
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Ein erster Ausführungsmodus, welcher die Erfindung
verkörpert,
wird entsprechend den Figuren erläutert.
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1 stellt
die Schaltungskonstruktion eines Systems in diesem Ausführungsmodus
dar. Dieses System besitzt ein Drucksensorelement 1. Das Drucksensorelement 1 kommuniziert
wechselseitig mit einem Mikrocomputer 20, welcher den Gesamtbetrieb
des Systems steuert.
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Das Drucksensorelement 1 besitzt
ein Abtastelement 2, eine Sensoreinstellschaltung 3,
eine Eingabe/Ausgabesteuerschaltung 4, einen Wähler 5, einen
Speicher 6 für
eine Einstellung, eine Bereichssteuerschaltung 7, einen
Eingabe/Ausgabeanschluß 8,
einen positiven Strom- bzw. Spannungsquellenanschluß 9 und
einen negativen Strom- bzw. Spannungsquellenanschluß 10.
Ein an der Seite einere hohen Spannung befindlicher Strom- bzw.
Spannungsquellenanschluß (VDD)
ist mit dem positiven Stromquellenanschluß 9 verbunden, und
der negative Stromquellenanschluß 10 ist mit Masse
verbunden. Das Drucksensorelement 1 empfängt nämlich eine
Versorgungsspannung VDD. Die an der Seite der hohen Spannung befindliche
Versorgungsspannung VDD ist auf 5 Volt festgelegt. Des weiteren
ist der Mikrocomputer 20 mit dem Eingangs/Ausgangsanschluß 8 des
Drucksensorelements 1 verbunden. Des weiteren ist der an
der Seite der hohen Spannung befindliche Stromquellenanschluß (VDD)
mit dem Mikrocomputer 20 verbunden.
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Bei dem Drucksensorelement 1 wird
vorzugsweise das Abtastelement 2 durch einen Halbleiterdrucksensor
wie dem eines Piezowiderstandstyps, usw. implementiert, welches
ein analoges Signal entsprechend einem erfaßten Druck ausgibt. Insbesondere
besitzt beispielsweise der Halbleiterdrucksensor des Piezowiderstandstyps
ein Diaphragma (einen dünnen
Wandabschnitt), welches in einem Siliziumsubstrat durch eine Mikro-Materialbearbeitung
gebildet wird, und eine Piezowiderstandslehre, welche in diesem
Diaphragma durch Verunreinigungsdiffusion gebildet wird. Dabei ist
das analoge Signal in dem Abtastelement 2 üblicherweise
ein kleines Signal und besitzt eine Temperaturkennlinie und einen
Offset. Des weiteren können
diese Komponenten einen Fehlerfaktor besitzen, welcher sich beispielsweise
aus einer individuellen Produktvariation ergibt.
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Die Sensoreinstellschaltung 3 gibt
das analoge Signal entsprechend dem Druck von dem Abtastelement 2 ein
und erzeugt zusätzlich
zu einer Verstärkung
einen Offset, Temperaturkennlinieneinstellungen, usw. Konkret dargestellt,
bei der Sensoreinstellschaltung 3 wird das analoge Signal
verstärkt und
der Fehlerfaktor des durch das Abtastelement 2 bereitgestellten
analogen Signals wird in eine vorbestimmte Druckfunktion entsprechend
einer Spezifizierung verändert.
Daten, welche sich auf diese Verarbeitung beziehen, sind für eine Einstellung
in dem Speicher 6 gespeichert. Zu einer Abtastoperationszeit
werden die Daten des Speichers 6 für eine Einstellung der Sensoreinstellschaltung 3 durch
den Wähler 5 gesendet,
und es wird eine Verarbeitung (Einstellung) entsprechend diesen
Daten in der Sensoreinstellschaltung 3 durchgeführt. Ein
nicht flüchtiger
Speicher wie ein EPROM, usw., eine Sicherung, usw. werden in dem
Speicher 6 für
eine Einstellung verwendet.
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Die Eingabe/Ausgabesteuerschaltung 4 ist mit
der Sensoreinstellschaltung 3 und dem Eingabe/Ausgabeanschluß 8 verbunden.
Zur Zeit eines Erfassungssignalausgabemodus empfängt die Eingabe/Ausgabesteuerschaltung 4 das
analoge Signal (analoge Spannungssignale) von der Sensoreinstellschaltung 3 ein
und sendet dieses analoge Signal dem Eingabe/Ausgabeanschluß 8.
Die Eingabe/Ausgabesteuerschaltung 4 gibt ein Erfassungssignal aus,
welches durch eine Änderung
einer Spannungskomponente von dem Eingabe/Ausgabeanschluß 8 erlangt
wird.
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Die Bereichssteuerschaltung 7 ist
mit der Eingabe/Ausgabe-Steuerschaltung 4 verbunden. Die Eingabe/Ausgabesteuerschaltung 4 überwacht
des weiteren den Spannungswert an dem Eingabe/Ausgabeanschluß 8.
Wenn ein später
beschriebener Eingabewartemodus an der Seite des Sensorelements auf
der Grundlage dieses Spannungsmonitors erzielt wird, holt die Bereichssteuerschaltung 7 die
von dem Mikrocomputer 20 durch den Eingabe/Ausgabeanschluß 8 und
die Eingabe/Ausgabesteuerschaltung 4 gesendeten digitalen
Daten herbei. Die Bereichssteuerschaltung 7 wählt danach
die Daten des Speichers 6 für eine Einstellung entsprechend
dem durch die digitalen Daten bereitgestellten Bereich durch den
Wähler 5 aus.
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2 stellt
den Bereich des Drucksensorelements 1 dar, das heißt die Ausgangskennlinie
(L1, L2), und stellt ebenfalls die Beziehung des Drucks und der
Ausgangsspannung dar. Die Kennlinien L1 und L2 werden durch lineare
Funktionen dargestellt. Die Kennlinien L1, L2 besitzen beide den
Achsenabschnitt β,
die Neigung θ der
Kennlinie L1 beträgt θ1, und die
Neigung θ der
Kennlinie L2 beträgt θ2 (< θ1). Wenn
die von dem Mikrocomputer 20 gesendeten Daten als Binärzahl gleich "00" sind, kann ein niedriger
Druck unter Verwendung der Kennlinie L1 erfaßt werden. Wenn des weiteren
die von dem Mikrocomputer 20 gesendeten Daten als Binärzahl gleich "01" sind, kann ein hoher
Druck unter Verwendung der Kennlinie L2 erfaßt werden.
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Als nächstes wird der Betrieb des
Drucksensorelements 1 erklärt.
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3 zeigt
ein Zeitablaufsdiagramm zum Erläutern
dieses Betriebs bzw. dieser Operation. Die Achse der Ordinate stellt
die Spannung an dem Eingabe/Ausgabeanschluß 8 von 1 dar, und die Achse der
Abszisse stellt die Zeit dar.
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Wenn entsprechend 3 die Versorgungsspannung an der Seite
der hohen Spannung auf 5 Volt festgelegt ist, wird die Ausgabeoperation
eines erfaßten
Signals in einer Periode (Erfassungssignalausgabeoperationsmodus)
von t0 bis t1 durchgeführt,
und es wird das in einem Bereich von 1 Volt bis 4 Volt abgetastete
Ergebnis als ein analoger Spannungswert ausgegeben. Der Anschluß 8 wird
nämlich
als Signalausgabeanschluß verwendet.
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Zu dem Zeitpunkt t1 legt der Mikrocomputer 20 die
Spannung des Eingabe/Ausgabeanschlusses 8 von 1 zwangsweise auf 5 Volt
fest. Die Eingabe/Ausgabesteuerschaltung 4 erfaßt diese
Spannung durch einen Komparator, usw. und ändert den Erfassungssignalausgabeoperationsmodus
in einen Sensorelementeseiteneingabewartemodus um. In einer Periode
von t1 bis t2 von 3 führt die
Eingabe/Ausgabesteuerschaltung 4 eine Operation zur Änderung
einer Anschlußfunktion
durch und ändert
die Funktion des Anschlusses 8 von dem Signalausgabeanschluß zu einem
Signaleingabeanschluß.
Es wird nämlich
der Eingabe/Ausgabeanschluß 8
auf einen Eingabewartezustand festgelegt und die Sensorausgabe unterbrochen.
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Danach führt in einer Periode von t2
bis t3 von 3 die Bereichssteuerschaltung 7 eine
Datenholoperation durch. Es holt nämlich die Bereichssteuerschaltung 7 die
Bereichswähldaten
(ein digitales Signal zur Bestimmung des Bereichs) von zwei Bit herbei,
welche von dem Mikrocomputer 20 über den Anschluß 8 gesendet
werden. In den Bereichswähldaten
von 2 Bit sind der L-Pegel auf 0 Volt und der H-Pegel auf 5 Volt
festgelegt. In der Periode von t2 bis t3 von 3 wird ein Fall dargestellt, bei welchem "01" als Binärzahl eingegeben
wird. Somit werden dem Drucksensorelement 1 die Bereichswähldaten unter
Verwendung des digitalen Signals mittels einer seriellen Kommunikation
mit dem Mikrocomputer 20 eingegeben.
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Danach wird der Inhalt des digitalen
Signals von dem Mikrocomputer 20 in der Bereichssteuerschaltung 7 diskriminiert.
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In einer Periode von t3 bis t4 von 3 führt die Bereichssteuerschaltung 7 eine
von dem Mikrocomputer 20 durch die Daten von dem Mikrocomputer 20 angeforderte
Schaltoperation der Kennlinien (Bereiche) L1, L2 durch.
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Konkret dargestellt, die Bereichssteuerschaltung 7 liest
die angeforderten Daten aus den Daten des Speichers 6 für eine Einstellung
durch den Wähler 5,
um einen Sensorausgang in dem von dem Mikrocomputer 20 angeforderten
Bereich festzulegen, und ändert
den Verbindungszustand einer analogen Schaltung (Operationsverstärker, usw.)
innerhalb der Sensoreinstellschaltung 3. Beispielsweise ändert die Bereichssteuerschaltung 7 die
Verstärkung
einer Verstärkerschaltung.
Ein Verfahren zum Teilen eines Speicherbereichs in jeden Bereich
und zum Lesen lediglich eines Objektbereichs kann ebenfalls mit
Ausnahme des Wählverfahrens
unter Verwendung des Wählers 5 angewandt
werden.
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Wenn der Bereich umgeschaltet wird,
wird der Sensorelementeseiteneingabewartezustand zur Zeit t4 von 3 freigegeben. Danach wird
der Erfassungssignalausgabeoperationsmodus festgelegt und die Ausgabeoperation
des Erfassungssignals durchgeführt,
und es wird die analoge Spannung entsprechend dem Druck an dem Anschluß 8 ausgegeben.
Es wird nämlich
das in dem Bereich von 1 bis 4 Volt abgetastete Ergebnis als analoger
Spannungswert ausgegeben.
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Somit kann der Druck in einer Mehrzahl
von Bereichen ohne ein Ansteigen der Anzahl von D/A-Wandlern und
Verdrahtungen erfaßt
werden. Dementsprechend kann die Druckerfassung in der Mehrzahl
von Bereichen zu geringen Kosten durchgeführt werden.
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Dieser Ausführungsmodus besitzt wie unten dargelegt
die folgenden Merkmale.
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(A) Bei dem Ausgabekennlinienumschalteverfahren
des Drucksensorelements wird in der Periode von t1 bis t2 von
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3 der
Anschlug 8 zur Ausgabe eines Erfassungssignals funktional
auf einen Anschluß zur Eingabe
eines Signals von außen
umgeschaltet. In diesem Zustand werden in der Periode von t2 bis
t3 von 3 die Bereichswähldaten
als externes Befehlssignal durch diesen Anschluß 8 herbeigeholt.
In der Periode von t bis t4 wird die Ausgangskennlinie (Bereiche)
geschaltet. Somit wird im Vergleich mit dem herkömmlichen Fall die Ausgangskennlinie
(Bereiche) ohne ein Erhöhen
der Anzahl von Verdrahtungen (Anschlüsse) umgeschaltet. Da der verwendete Bereich
in dem Mikrocomputer 20 bekannt ist, kann des weiteren
der Druckwert von dem Erfassungssignal (Ausgangswert) des Drucksensorelements 1 bestimmt
werden. Somit kann der Wert eines Meßobjekts leicht erfaßt werden,
während
die Ausgangskennlinie (Bereiche) umgeschaltet wird. Da die Bereichswähldaten
wie das externe Befehlssignal ein digitales Signal sind, führt das
im Vergleich mit dem herkömmlichen
Fall (11 und 12) zu dem Vorteil des Aufhebens
des Erfordernisses, einen D/A-Wandler zu verwenden.
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Die Funktion des Anschlusses (9)
für die
Versorgungsspannung kann ebenfalls auf die eines Anschlusses für einen
externen Signaleingang anstelle der Konstruktion geändert werde,
bei welcher die Funktion des Anschlusses (8) für die Erfassungssignalausgabe
in 1 auf diejenige des
Anschlusses für
die externe Signaleingabe geändert
wird (eine detaillierte Erläuterung
erfolgt bezüglich
des vierten Ausführungsmodus
unter Verwendung von 8). Kurz
dargestellt, es ist ausreichend, zumindest den Anschluß für den Empfang
der Versorgungsspannung oder für
die Ausgabe des Erfassungssignals auf den Anschluß für die Eingabe
eines Signals von außen
verändern
und das externe Befehlssignal durch diesen geänderten Anschluß in diesem
Zustand herbeizuholen und die Ausgangskennlinie umzuschalten.
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(B) Der Anschluß 8, die Anschlußfunktionsänderungsvorrichtung
(Eingabe/Ausgabesteuerschaltung 4) und die Ausgangskennlinienumschaltevorrichtung
(Bereichssteuerschaltung 7) sind in dem Drucksensorelement
angeordnet. Der Anschluß 8 gibt
das Erfassungssignal aus, welches durch eine Änderung der Spannungskomponente
bereitgestellt wird. Wenn der Spannungswert an dem Anschluß 8 überwacht
und von einem vorbestimmten Bereich verlagert wird, schaltet die
Anschlußfunktionsänderungsvorrichtung
funktional diesen Anschluß 8 auf
einen Anschluß für die Eingabe
eines externen Signals um. Nachdem der Anschluß 8 auf den Anschluß für die Eingabe
des externen Signals umgeschaltet worden ist, holt die Ausgangskennlinienumschaltevorrichtung
das externe Befehlssignal durch diesen Anschluß 8 herbei und schaltet
die Ausgangskennlinie um. Somit kann das Verfahren von (A) dargestellt werden.
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Entsprechend 2 sind bezüglich der Bereiche (Kennlinien
L1, L2) wie den Ausgangskennlinien die Neigungen (Empfindlichkeiten) θ von linearen Funktionen
zueinander unterschiedlich festgelegt. Stattdessen können die
Achsenabschnitte (Offsetspannungen) β der linearen Funktionen ebenfalls
unterschiedlich zueinander in den Bereichen (Kennlinien L1, L2)
festgelegt sein. 2 stellt
den Fall dar, bei welchem zwei Kennlinien L1, L2 (zwei Bereiche) verwendet
werden. Jedoch können
mehr Kennlinien L1, L2 (Bereiche) ebenfalls festgelegt werden.
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Zweite Ausführungsform
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Eine zweite bevorzugte Ausführungsform wird
im folgenden unter Betonung auf Unterschiede zwischen der ersten
und zweiten Ausführungsform erläutert.
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4 stellt
die Konstruktion eines Systems entsprechend diesem Ausführungsmodus
anstelle von 1 dar. 5 stellt ein Zeitablaufsdiagramm dieses
Ausführungsmodus
anstelle von 3 dar.
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Bei dem ersten Ausführungsmodus
ist das Drucksensorelement der Struktur mit drei Anschlüssen unter
Verwendung der analogen Spannung als Sensorausgang verkörpert. Jedoch
ist bei diesem Ausführungsmodus
das Drucksensorelement einer Struktur mit zwei Anschlüssen unter
Verwendung eines analogen elektrischen Stroms als Sensorausgang
verkörpert.
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Entsprechend 4 besitzt das Drucksensorelement 1 einen
Anschluß 30 und
einen negativen Strom- bzw. Spannungsquellenanschluß 10.
Des weiteren ist ein Mikrocomputer 20 mit dem Anschluß 30 des
Drucksensorelements 1 verbunden. Ein an der Seite einer
hohen Spannung befindlicher Strom- bzw. Spannungsquellenanschluß (VDD)
ist mit dem Mikrocomputer 20 verbunden, und die an der
Seite einer hohen Spannung befindliche Versorgungsspannung ist auf
10 Volt festgelegt. Der negative Stromquellenanschluß 10 ist
mit Masse verbunden.
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Der Anschluß 30 ist ein Anschluß für den Empfang
der Versorgungsspannung von dem Mikrocomputer 20 und für die Ausgabe
eines Erfassungssignals, welches durch eine Änderung einer elektrischen
Stromkomponente dem Mikrocomputer 20 bereitgestellt wird.
Es wird nämlich
ein über
den Anschluß 30 abgetasteter
Druckwert durch einen analogen elektrischen Strom von dem Drucksensorelement
1 dem Mikrocomputer 20 ausgegeben.
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Die Operation des Drucksensorelements 1 wird
im folgenden unter Verwendung des Zeitablaufsdiagramms von
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5 erläutert. Die
Achse der Ordinate von 5 stellt
die Spannung an dem Anschluß 30 von 4 dar.
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Wenn die Versorgungsspannung an der
Seite einer hohen Spannung auf 10 Volt festgelegt ist, wird eine
Erfassungssignalausgabeoperation in einer Periode von t10 bis t11
von 5 durchgeführt und das
in einem Bereich von 2 Volt bis 8 Volt abgetastete Ergebnis als
der analoge elektrische Strom ausgegeben.
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Wenn der Zeitpunkt t11 von 5 erreicht ist, legt der
Mikrocomputer 20 zwangsweise die Spannung des Anschlusses 30 von 4 auf 10 Volt. Bei dem Drucksensorelement 1 überwacht
die Eingabe/Ausgabesteuerschaltung 4 als Anschlußfunktionänderungsvorrichtung den Spannungswert
an dem Anschluß 30 und
erfaßt
diese Änderung,
das heißt
es wird der Spannungswert des Anschlusses 30 von einem
vorbestimmten Bereich verlagert. Die Eingabe/Ausgabesteuerschaltung 4 schaltet
von dem Erfassungssignalausgabeoperationsmodus auf den Sensorelementeseiteneingabewartemodus
um. Des weiteren führt
die Eingabe/Ausgabesteuerschaltung 4 in einer Periode von
t11 bis t12 von 5 eine
Operation zur Änderung
der Anschlußfunktion
durch und ändert
funktional den Anschluß 30 auf
einen Anschluß zur
Eingabe eines externen Signals von einem Signalausgabeanschluß. Es wird
nämlich
der Anschluß 30 in
einen Eingabewartezustand festgelegt und der Sensorausgang unterbrochen.
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Nachdem der Anschluß 30 auf
den Anschluß zur
Eingabe des externen Signals umgeschaltet worden ist, führt die
Bereichssteuerschaltung 7 als Ausgangskennlinienumschaltevorrichtung
eine Datenholoperation in einer Periode von t12 bis t13 entsprechend 5 aus. Es holt nämlich die
Bereichssteuerschaltung 7 Bereichswähldaten (externes Befehlssignal)
von zwei Bit herbei, welche von dem Mikro computer 20 über den
Anschluß 30 gesendet
werden. In den Bereichswähldaten
von zwei Bit sind der L-Pegel auf 5 Volt und der H-Pegel auf 10
Volt festgelegt. In der Periode von t12 bis t13 von 5 wird ein Fall dargestellt, bei welchem "01" als Binärzahl eingegeben
wird.
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Die Bereichssteuerschaltung 7 ändert die Ausgangskennlinie
(schaltet sie um), das heißt
die Kennlinien (Bereiche) L1, L2 durch diese Daten von dem Mikrocomputer 20 in
einer Periode von t13 bis t14 entsprechend 5.
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Danach wird der Sensorelementeseiteneingabewartezustand
zur Zeit t14 entsprechend 5 ausgelöst. Danach
wird ein Erfassungssignalausgabeoperationsmodus erzielt und eine
Druckerfassungsoperation in einem Zustand durchgeführt, bei welchem
die Bereiche umgeschaltet werden. Das in einem Bereich von 2 Volt
bis 8 Volt abgetastete Ergebnis wird als analoger elektrischer Stromwert
ausgegeben.
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Somit wird eine hohe Spannung von
der Seite des Mikrocomputers 20 zur Zeit t11 entsprechend 5 zugeführt, so daß diese hohe Spannung innerhalb
des Drucksensorelements 1 diskriminiert wird und der Sensorelementeseiteneingabewartemodus festgelegt
wird. Digitale Daten werden durch Ändern der Versorgungsspannung
von dem Mikrocomputer 20 zu dem Drucksensorelement 1 mit
einem Binärwert
konstruiert. Nachdem das Bereichsfestlegen beendet worden ist, wird
der verbrauchte elektrische Strom entsprechend dem Druck geändert und
der Seite des Mikrocomputers 20 unter Durchführung einer Übertragung
von elektrischem Strom gesendet.
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Dritter Ausführungsmodus
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Eine dritte bevorzugte Ausführungsform
wird im folgenden unter Betonung von Unterschieden zwischen der
ersten und dritten Ausführungsform
erläutert.
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6 stellt
die Konstruktion eines Systems dieses Ausführungsmodus anstelle von 1 dar. 7 stellt ein Zeitablaufsdiagramm dieses
Ausführungsmodus
anstelle von 3 dar.
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Wie in 6 dargestellt
ist ein an der Seite einer hohen Spannung befindlicher Strom- bzw. Spannungsquellenanschluß (VDD)
mit einem Mikrocomputer 20 verbunden. Die an der Seite
der hohen Spannung befindliche Versorgungsspannung VDD ist auf 5
Volt festgelegt. Ein erster Anschluß (positiver Strom- bzw. Spannungsquellenanschluß) 40 in
dem Drucksensorelement 1 ist ein Anschluß zum Empfangen
der Versorgungsspannung und ist mit dem Mikrocomputer 20 verbunden.
Ein zweiter Anschluß (Eingabe/Ausgabeanschluß) 41 in
dem Drucksensorelement 1 ist ein Anschluß zur Ausgabe
eines durch Änderung
einer Spannungskomponente bereitgestellten Erfassungssignals und
ist mit dem Mikrocomputer 20 verbunden.
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Die Achse der Ordinate von 7 stellt die Spannung an
dem ersten Anschluß (dem
positiven Strom- bzw. Spannungsquellenanschluß) 40 und die Spannung
an dem zweiten Anschluß (dem
Eingabe/Ausgabeanschluß) 41 von 6 dar.
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In einer Periode von t0 bis t1 entsprechend 7 führt das Drucksensorelement 1 eine
Erfassungssignalausgabeoperation durch, während das Drucksensorelement 1 4
Volt als Versorgungsspannung von dem Mikrocomputer 20 über den
ersten Anschluß (den
Versorgungsspannungsanschluß) 40 empfängt. Zu
dieser Zeit wird eine analoge Spannung als das Erfassungssignal
von dem zweiten An schluß (dem
Eingabe/Ausgabeanschluß) 41 dem
Mikrocomputer 20 ausgegeben.
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Danach ändert zur Zeit t1 entsprechend 7 der Mikrocomputer 20 die
Spannung des ersten Anschlusses (des Strom- bzw. Spannungsquellenanschlusses) 40 von
insoweit festgelegten 4 Volt auf 5 Volt. Die Eingabe/Ausgabesteuerschaltung 4 als
Anschlußfunktionsänderungsvorrichtung
von 6 überwacht
den Spannungswert des ersten Anschlusses (des Stromquellenanschlusses) 40.
Wenn der Spannungswert von einem vorbestimmten Bereich durch Änderung
des Spannungswerts von 4 Volt auf 5 Volt verlagert wird, schaltet
die Eingabe/Ausgabesteuerschaltung 4 funktional den zweiten Anschluß (den Eingabe/Ausgabeanschluß) 41 auf den
Anschluß zur
Eingabe eines externen Signals in einer Periode von t1 bis t2 um.
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Nachdem der zweite Anschluß 41 auf
den Anschluß zur
Eingabe des externen Signals umgeschaltet worden ist, holt die Bereichssteuerschaltung 7 als
Ausgabekennlinienumschaltevorrichtung die Bereichswähldaten
von zwei Bit über
den Anschluß 41 in
einer Periode von t2 bis t3 entsprechend 7 herbei und ändert die Bereiche in einer
Periode von t3 bis t4. Es holt nämlich
die Bereichssteuerschaltung 7 ein externes Befehlssignal
herbei und schaltet die Ausgangsendlinien um.
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Bei den Bereichswähldaten von zwei Bit sind der
L-Pegel auf 0 Volt und der E-Pegel auf 5 Volt festgelegt. In einer
Periode von t2 bis t3 entsprechend 7 wird
ein Fall dargestellt, bei welchem "01" als Binärzahl eingegeben
wird.
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Danach führt zur Zeit t4 der Mikrocomputer 20 eine
Rückkehr
der Spannung des ersten Anschlusses (des Strom quellenanschlusses) 40 auf
4 Volt durch. Somit wird der Sensorelementeseiteneingabewartezustand
ausgelöst.
Die Erfassungssignalausgabeoperation wird nach t4 durchgeführt.
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Vierter Ausführungsmodus
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Eine vierte bevorzugte Ausführungsform wird
im folgenden unter Betonung auf die Unterschiede zwischen der ersten
und vierten Ausführungsform erläutert.
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8 stellt
ein Blockdiagramm des Systems der vierten Ausführungsform dar. 9 stellt ein entsprechendes
Operationszeitablaufsdiagramm dar.
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Wie in 8 dargestellt
ist ein an der Seite einer hohen Spannung befindlicher Strom- bzw. Spannungsquellenanschluß (VDD)
mit einem Mikrocomputer 20 verbunden, und die an der Seite
einer hohen Spannung befindliche Versorgungsspannung ist auf 10
Volt festgelegt. Ein erster Anschluß (ein positiver Stromquellenanschluß) 50 in
dem Drucksensorelement 1 ist ein Anschluß zum Empfang
einer Versorgungsspannung und ist mit dem Mikrocomputer 20 verbunden.
Ein zweiter Anschluß (Ausgabeanschluß) 51 in
dem Drucksensorelement 1 ist ein Anschluß zur Ausgabe
eines durch eine Änderung
einer Spannungskomponente bereitgestellten Erfassungssignals und
ist mit dem Mikrocomputer 20 verbunden.
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Die Achse der Ordinate von 9 stellt die Spannung an
dem ersten Anschluß (dem
positiven Strom- bzw. Spannungsquellenanschluß) 50 und die Spannung
an dem zweiten Anschluß (dem
Ausgabeanschluß) 51 entsprechend 8 dar.
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In einer Periode von t0 bis t1 entsprechend 9 führt das Drucksensorelement 1 die
Erfassungssignalausgabeoperation durch, während das Drucksensorelement 1 5
Volt als Versorgungsspannung von dem Mikrocomputer 20 über den
ersten Anschluß (den
Stromquellenanschluß) 50 empfängt. Zu dieser
Zeit wird eine analoge Spannung als das Erfassungssignal von dem
zweiten Anschluß (dem Ausgabeanschluß) 51 dem
Mikrocomputer 20 ausgegeben.
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Danach ändert zur Zeit t1 entsprechend 9 der Mikrocomputer 20 die
Spannung des ersten Anschlusses (des Stromquellenanschlusses) 50 von
5 Volt auf 6 Volt. Die Eingabe/Ausgabesteuerschaltung 4 als eine
Anschlußfunktionsänderungsvorrichtung
entsprechend 8 überwacht
den Spannungswert in dem ersten Anschluß (dem Stromquellenanschluß) 50.
Wenn der Spannungswert von einem vorbestimmten Bereich durch Ändern des Spannungswerts
auf 6 Volt verlagert wird, ändert
die Eingabe/Ausgabesteuerschaltung 4 funktional den ersten
Anschluß 50 auf
einen Anschluß zur
Eingabe eines externen Signals in einer Periode von t1 bis t2.
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Nachdem der erste Anschluß 50 auf
den Anschluß zur
Eingabe des externen Signals geändert worden
ist, holt die Bereichssteuerschaltung 7 als Ausgangskennlinienumschaltevorrichtung
Bereichswähldaten
von zwei Bit über
diesen Anschluß 50 in einer
Periode von t2 bis t3 herbei und ändert die Bereiche in einer
Periode von t3 bis t4. Es holt nämlich die
Bereichssteuerschaltung 7 ein externes Befehlssignal herbei
und schaltet die Ausgangskennlinien um.
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Bei den Bereichswähldaten von zwei Bit werden
der L-Pegel auf
4 Volt und der H-Pegel auf 6 Volt festgelegt. In der Periode von
t2 bis t3 von 9 wird ein
Fall dargestellt, bei welchem "01" als Binärzahl eingegeben
wird.
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Danach führt zur Zeit t4 der Mikrocomputer 20 eine
Rückkehr
der Spannung des ersten Anschlusses (des Stromquellenanschlusses) 50 auf
5 Volt durch. Somit wird der Sensorelementeseiteneingabewartezustand
ausgelöst.
Die Erfassungssignalausgabeoperation wird danach nach t4 durchgeführt.
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Vorstehend wurde ein Sensorelement
und ein Ausgangskennlinienumschalteverfahren des Sensorelements
offenbart. Ein Drucksensorelement (1) enthält ein Abtastelement
(2) zum Senden eines analogen Signals entsprechend einem
Druck. Das Drucksensorelement (1) gibt die analoge Spannung einem
Mikrocomputer (20) über
einen Eingabe/Ausgabeanschluß (8)
aus. Eine Eingabe/Ausgabesteuerschaltung (4) überwacht
den Spannungswert an dem Eingabe/Ausgabeanschluß (8). Wenn die Spannung an
dem Eingabe/Ausgabeanschluß (8)
durch den Mikrocomputer auf einen hohen Wert festgelegt und von
einem vorbestimmten Bereich verlagert worden ist, schaltet die Eingabe/Ausgabesteuerschaltung
(4) funktional den Eingabe/Ausgabeanschluß (8),
welcher ein Erfassungssignal ausgibt, auf einen Anschluß zur Eingabe
eines externen Signals von dem Mikrocomputer um. Nachdem der Eingabe/Ausgabeanschluß (8)
auf den Anschluß zur
Eingabe des externen Signals umgeschaltet worden ist, holt eine
Bereichssteuerschaltung (7) ein externes Befehlssignal über den
Eingabe/Ausgabeanschluß (8)
herbei und schaltet die Ausgangskennlinien um.