DE112022000419T5

DE112022000419T5 - Sensorvorrichtung

Info

Publication number: DE112022000419T5
Application number: DE112022000419.3T
Authority: DE
Inventors: Yasuhide Takase
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2022-01-25
Publication date: 2023-10-12
Also published as: JP7468773B2; JPWO2022176522A1; WO2022176522A1; US20230375645A1

Abstract

Es ist eine Sensorvorrichtung bereitgestellt, die keine Verschlechterung einer Erfassungsausgabegenauigkeit verursacht, selbst wenn sich die Charakteristika einer Brückenschaltung aus irgendeinem Grund ändern. Eine Vorspannungsschaltung 3 weist folgende Merkmale auf: eine Vorspannungserzeugungsschaltung 31, eine Reglerschaltung 32, eine Impedanzberechnungsschaltung 33 und eine Vorspannungskorrekturschaltung 34. Die Vorspannungserzeugungsschaltung 31 erzeugt eine Vorspannung Vbias, die erforderlich ist, um eine Brückenschaltung 2 zu betreiben. Die Reglerschaltung 32 legt die Vorspannung Vbias an die Brückenschaltung 2 an und überwacht auch einen Bias-Strom Ibias, der der Brückenschaltung 2 zugeführt wird. Die Impedanzberechnungsschaltung 33 gibt den Wert der Vorspannung Vbias und den Wert des Bias-Stroms Ibias ein, um eine Impedanz Z der Brückenschaltung 2 zu berechnen. Die Vorspannungskorrekturschaltung 34 korrigiert auf der Basis der Impedanz Z die Vorspannung Vbias auf eine Spannung Vbiasx, die eine Änderung bei den Charakteristika der Brückenschaltung 2 kompensiert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sensorvorrichtung mit einer Funktion des Kompensierens der Änderung bei den Charakteristika einer Brückenschaltung, die ein Sensorelement umfasst.
Hintergrundtechnik
Beispiele einer Sensorvorrichtung dieses Typs im Stand der Technik umfassen den Drucksensor in der Pumpe für einen Flüssigkeitschromatographen, der in Patentdokument 1 offenbart ist.
Dieser Drucksensor umfasst eine Brückenschaltung, in der vier Widerstände in Brückenschaltung verbunden sind. Die Brückenschaltung wird mit einem konstanten Strom angetrieben und die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung der Brückenschaltung werden gemessen. Eine Korrektureinheit erfasst die Temperatur der Brückenschaltung auf der Basis eines Eingangsspannungswerts, der durch eine Eingangsspannungsverfassungseinheit gemessen wird, und Daten, die die Beziehung zwischen einer Temperatur und einer Eingangsspannung darstellen. Der genaue Druckwert einer mobilen Phase, die von einer Pumpeneinheit ausgestoßen wird, wird auf der Basis der erfassten Temperatur der Brückenschaltung und einer Kalibrierungstabelle erhalten, die die Beziehung zwischen einer Ausgangsspannung und einem Druck bei jeder Temperatur anzeigt. Eine Korrektureinheit korrigiert den Wert einer Ausgangsspannung, die von einer Ausgangsspannungserfassungseinheit gesendet wird, auf einen Wert, der dem erhaltenen Druckwert entspricht.
Referenzl iste
Patentdokument
Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2018-31630
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der Sensorvorrichtung des Stands der Technik, die in Patentdokument 1 offenbart ist, muss der Gewinn einer Verstärkungsschaltung in der Korrektureinheit geändert werden für die Korrektur eines Ausgangsspanungswerts, der von der Ausgangsspannungserfassungseinheit übertragen wird. Wenn jedoch eine Verstärkungsschaltung mit variablem Gewinn, für die Gewinne einzeln eingestellt werden, als die Verstärkungsschaltung verwendet wird, wird die Ausgangsspannung der Verstärkungsschaltung mit diskontinuierlichem Rauschen überlagert. Wenn eine Verstärkungsschaltung mit variablem Gewinn verwendet wird, für die ein Gewinn unter Verwendung eines linearen analogen Spannungssignals eingestellt wird, ist es wahrscheinlich, dass die Ausgangsspannung der Verstärkungsschaltung verzerrt ist. Entsprechend führt die Verwendung dieser Verstärkungsschaltungen mit variablem Gewinn für die Korrektur der Ausgangsspannung der Brückenschaltung zu der Verschlechterung einer Erfassungsausgabegenauigkeit der Sensorvorrichtung.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung wurde durchgeführt, um solche Probleme zu lösen und schafft eine Sensorvorrichtung, die folgende Merkmale umfasst:

eine Brückenschaltung, die zumindest ein Sensorelement umfasst, deren Charakteristika sich gemäß einer erfassten physikalischen Größe ändern,
eine Erfassungssignalempfangsschaltung, die konfiguriert ist, ein Sensorerfassungssignal zu empfangen, das von einem Erfassungssignalausgangsende der Brückenschaltung gemäß einer Änderung bei Charakteristika des Sensorelements ausgegeben wird,
eine Vorspannungserzeugungsschaltung, die konfiguriert ist, eine Vorspannung zu erzeugen, die für einen Betrieb der Brückenschaltung erforderlich ist,
eine Reglerschaltung, die konfiguriert ist, eine Vorspannung, die durch die Vorspannungserzeugungsschaltung erzeugt wird, an ein Vorspannungsende der Brückenschaltung anzulegen und einen Bias-Strom, der der Brückenschaltung zugeführt wird, zu überwachen,
eine Impedanzberechnungsschaltung, die konfiguriert ist, einen Wert einer Vorspannung, die durch die Vorspannungserzeugungsschaltung erzeugt wird, und einen Wert eines Bias-Stroms zu empfangen, der durch die Reglerschaltung überwacht wird, und eine Impedanz der Brückenschaltung zu berechnen und
eine Vorspannungskorrekturschaltung, die konfiguriert ist, basierend auf einer Impedanz der Brückenschaltung, die durch die Impedanzberechnungseinheit berechnet wird, zu bewirken, dass eine Vorspannung, die durch die Vorspannungserzeugungsschaltung erzeugt wird, auf eine Spannung korrigiert wird, mit der eine Änderung bei den Charakteristika der Brückenschaltung kompensiert wird.

Mit dieser Konfiguration legt die Reglerschaltung eine Vorspannung, die durch die Vorspannungserzeugungsschaltung erzeugt wird, an das Vorspannungsende der Brückenschaltung an. Eine Vorspannung, die durch die Vorspannungserzeugungsschaltung erzeugt wird, wird auf eine Spannung korrigiert, mit der die Änderung bei den Charakteristika der Brückenschaltung kompensiert wird, auf der Basis der Ausgabe der Vorspannungskorrekturschaltung basierend auf der Impedanz der Brückenschaltung, die durch die Impedanzberechnungsschaltung berechnet wird. Die Brückenschaltung gibt eine Spannung aus, die erhalten wird durch Berechnen des Produkts einer Spannung, die an das Vorspannungsende angelegt wird und mit der die Änderung bei den Charakteristika der Brückenschaltung kompensiert wird, und des Widerstandsverhältnisses zwischen Widerständen, die in der Brückenschaltung enthalten sind.
Da die Brückenschaltung selbst als Multiplikationsschaltungsalternative zu einer Verstärkungsschaltung mit variablem Gewinn in der verwandten Technik wirkt, selbst wenn die Charakteristika derselben sich aus irgendeinem Grund ändern, ist der Bedarf, eine Verstärkungsschaltung mit variablem Gewinn, die eine Verschlechterung der Erfassungsausgabegenauigkeit verursacht, zu veranlassen, ein Sensorerfassungssignal, das an dem Erfassungsausgangssignalausgang ausgegeben wird, zu verstärken und zu korrigieren, im Gegensatz zu früher eliminiert.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Entsprechend kann die vorliegende Erfindung eine Sensorvorrichtung schaffen, mit der die Verschlechterung der Erfassungsausgabegenauigkeit nicht auftritt, selbst wenn sich die Charakteristika einer Brückenschaltung aus irgendeinem Grund ändern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Schaltbild, das die schematische Konfiguration einer Sensorvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist ein Schaltbild, das die schematische Konfiguration einer Sensorvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist ein Schaltbild, das die schematische Konfiguration einer Sensorvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ist ein Schaltbild, das die schematische Konfiguration einer Sensorvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 ist ein Schaltbild, das die schematische Konfiguration einer Sensorvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Als Nächstes wird eine Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist ein Schaltbild, das die schematische Konfiguration einer Sensorvorrichtung 1A gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die Sensorvorrichtung 1A umfasst eine Brückenschaltung 2, eine Vorspannungsschaltung 3 und eine Erfassungssignalempfangsschaltung 4.
Die Brückenschaltung 2 bildet einen Sensor und umfasst drei Widerstände R1, R2 und R3 und ein einzelnes Sensorelement D, die bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in Brückenschaltung verbunden sind. Es ist ausreichend, dass die Brückenschaltung 2 das zumindest eine Sensorelement D umfasst. Entsprechend kann beispielsweise die Brückenschaltung 2 die vier Sensorelemente D umfassen, die in Brückenschaltung verbunden sind. Das Sensorelement D ist beispielsweise aus einem magnetischen Widerstandselement gebildet, dessen Charakteristika sich gemäß einer erfassten physikalischen Größe ändern und weist beispielsweise einen elektrischen Widerstandswert auf, der sich gemäß der Änderung bei einem Umgebungsmagnetfeld aufgrund eines magnetischen Widerstandseffekts ändert. In der Zeichnung ist dieses Sensorelement D durch ein Widerstandssymbol mit einem Pfeil dargestellt, der anzeigt, dass der Widerstandswert des Sensorelements D sich gemäß einer erfassten physikalischen Größe ändert.
Ein Knoten zwischen dem Sensorelement D und einem Widerstand R1 bildet ein Vorspannungsende 2a, an das die Vorspannungsschaltung 3 eine Vorspannung Vbias anlegt. Ein Knoten zwischen den Widerständen R2 und R3 bildet ein Vorspannungsende 2b, das mit Masse verbunden ist. Ein Knoten zwischen dem Sensorelement D und dem Widerstand R2 und ein Knoten zwischen den Widerständen R1 und R3 bilden Erfassungssignalausgangsenden 2c beziehungsweise 2d, bei denen die Änderung einer physikalischen Größe, die durch das Sensorelement D erfasst wird, als ein Sensorerfassungssignal s erscheint. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die jeweiligen Widerstandswerte des Sensorelements D und der drei Widerstände R1, R2 und R3 eingestellt, so dass eine Spannung eines vorbestimmten Verhältnisses zu der Vorspannung Vbias an jedem der Erfassungssignalausgangsenden 2c und 2d erscheint.
Die Erfassungssignalempfangsschaltung 4 empfängt das Sensorerfassungssignal s, das von jedem der Erfassungssignalausgangsenden 2c und 2d der Brückenschaltung 2 gemäß der Änderung bei den Charakteristika des Sensorelements D ausgegeben wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Erfassungssignalempfangsschaltung 4 eine Verstärkungsschaltung zum Empfangen des Sensorerfassungssignals s, das von jedem der Erfassungssignalausgangsenden 2c und 2d ausgegeben wird, und zum Verstärken desselben, und gibt ein analoges Erfassungsausgangssignal S aus, das durch Verstärken des Sensorerfassungssignals s erhalten wird.
Die Vorspannungsschaltung 3 umfasst eine Vorspannungserzeugungsschaltung 31, eine Reglerschaltung 32, eine Impedanzberechnungsschaltung 33 und eine Vorspannungskorrekturschaltung 34 und erregt die Brückenschaltung 2. Die Vorspannungserzeugungsschaltung 31 erzeugt die Vorspannung Vbias, die für den Betrieb der Brückenschaltung 2 erforderlich ist. Die Reglerschaltung 32 legt die Vorspannung Vbias, die durch die Vorspannungserzeugungsschaltung 31 erzeugt wird, an die Vorspannungsenden 2a und 2b der Brückenschaltung 2 an und überwacht einen Bias-Strom Ibias, der der Brückenschaltung 2 zugeführt wird. Die Impedanzberechnungsschaltung 33 empfängt einen Wert vx der Vorspannung Vbias, die durch die Vorspannungserzeugungsschaltung 31 erzeugt wird und einen Wert ix des Bias-Strom Ibias, der durch die Reglerschaltung 32 überwacht wird, und berechnet eine Impedanz Z (= vx/ix) der Brückenschaltung 2. Die Vorspannungskorrekturschaltung 34 bewirkt auf der Basis der Impedanz Z der Brückenschaltung 2, die durch die Impedanzberechnungseinheit 33 berechnet wird, dass die Vorspannung Vbias, die durch die Vorspannungserzeugungsschaltung 31 erzeugt wird, korrigiert wird auf eine Spannung Vbiasx, mit der die Änderung bei den Charakteristika der Brückenschaltung 2 kompensiert wird.
Bei der Sensorvorrichtung 1A gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel legt die Reglerschaltung 32 die Vorspannung Vbias, die durch die Vorspannungserzeugungsschaltung 31 erzeugt wird, an die Vorspannungsenden 2a und 2b der Brückenschaltung 2 an. Die Vorspannung Vbias, die durch die Vorspannungserzeugungsschaltung 31 erzeugt wird, wird auf die Spannung Vbiasx korrigiert, mit der die Änderung bei den Charakteristika der Brückenschaltung 2 kompensiert wird, auf der Basis der Ausgabe der Vorspannungskorrekturschaltung 34 basierend auf der Impedanz Z der Brückenschaltung 2, die durch die Impedanzberechnungsschaltung 33 berechnet wird. Die Brückenschaltung 2 gibt eine Spannung an die Erfassungssignalausgangsenden 2c und 2d aus, die erhalten wird durch Berechnen des Produkts der Spannung Vbiasx, die an die Vorspannungsenden 2a und 2b angelegt wird und mit der die Änderung bei den Charakteristika der Brückenschaltung 2 kompensiert wird, und des Widerstandsverhältnisses zwischen den Widerständen, die in der Brückenschaltung 2 enthalten sind.
Da die Brückenschaltung 2 selbst als eine Multiplikationsschaltungsalternative zu einer Verstärkungsschaltung mit variablem Gewinn in dem Stand der Technik wirkt, selbst wenn die Charakteristika derselben sich aus irgendeinem Grund ändern, ist entsprechend der Bedarf, eine Verstärkungsschaltung mit variablem Gewinn, die die Verschlechterung der Erfassungsausgabegenauigkeit verursacht, zu veranlassen, die Sensorerfassungssignale s, die an das Erfassungssignalausgangsenden 2c und 2d ausgegeben werden, zu verstärken und zu korrigieren, im Gegensatz zu früher eliminiert. Die Sensorvorrichtung 1A kann daher vorgesehen werden, die in der Lage ist, Empfindlichkeitskorrektur durchzuführen gemäß der Änderung bei den Charakteristika der Brückenschaltung 2, selbst wenn die Änderung bei den Charakteristika auftritt und die keine Verschlechterung der Erfassungsausgabegenauigkeit bewirkt. Als Folge wird immer das genaue Erfassungsausgangssignal S von der Sensorvorrichtung 1A ausgegeben gemäß der Änderung bei einer physikalischen Größe, die durch das Sensorelement D erfasst wird.
2 ist ein Schaltbild, das die schematische Konfiguration einer Sensorvorrichtung 1B gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Mit Bezugnahme auf diese Zeichnung werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, um die gleichen Komponenten oder äquivalenten Komponenten in 1 zu identifizieren und die Beschreibung solcher Komponenten ist ausgelassen.
Die Sensorvorrichtung 1B unterscheidet sich von der obigen Sensorvorrichtung 1A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nur darin, dass die Vorspannungskorrekturschaltung 34 durch eine Brückentemperaturschätzschaltung 35 in der Vorspannungsschaltung 3 gebildet ist.
Die Brückentemperaturschätzschaltung 35 bildet eine Vorspannungskorrekturschaltung zum Erfassen einer Temperatur T der Brückenschaltung 2 auf der Basis der Impedanz Z der Brückenschaltung 2, die durch die Impedanzberechnungsschaltung 33 berechnet wird, und bewirkt auf der Basis der erfassten Temperatur T der Brückenschaltung 2, dass die Vorspannung Vbias, die durch die Vorspannungserzeugungsschaltung 31 erzeugt wird, korrigiert wird auf die Spannung Vbiasx, mit der die Änderung bei den Charakteristika der Brückenschaltung 2 aufgrund einer Temperaturänderung kompensiert wird. Die Brückentemperaturschätzschaltung 35 führt eine Umwandlung von der erfassten Impedanz Z der Brückenschaltung 2 zu der Temperatur T der Brückenschaltung 2 durch unter Verwendung eines arithmetischen Ausdrucks zum Berechnen der Temperatur T von der Impedanz Z oder einer Tabelle, die im Voraus die Beziehung zwischen der Impedanz Z und der Temperatur T speichert. Die Vorspannungserzeugungsschaltung 31 empfängt die Temperatur T der Brückenschaltung 2, die durch die Brückentemperaturschätzschaltung 35 erfasst wird, und korrigiert die Vorspannung Vbias, die dadurch erzeugt wird, auf die Kompensationsspannung Vbiasx auf der Basis der Temperatur T der Brückenschaltung 2 unter Verwendung eines arithmetischen Ausdrucks zum Berechnen der Kompensationsspannung Vbiasx von der Temperatur T oder einer Tabelle, die im Voraus die Beziehung zwischen der Temperatur T und der Kompensationsspannung Vbiasx speichert.
In der Sensorvorrichtung 1B gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel korrigiert die Brückentemperaturschätzschaltung 35 die Vorspannung Vbias, die durch die Vorspannungserzeugungsschaltung 31 erzeugt wird, auf die Spannung Vbiasx, mit der die Änderung bei den Charakteristika der Brückenschaltung 2 aufgrund einer Temperaturänderung kompensiert wird, auf der Basis der Impedanz Z, die durch die Impedanzberechnungsschaltung 33, wie oben beschrieben, berechnet wird. Folglich, selbst wenn sich die Charakteristika der Brückenschaltung 2 gemäß einer Temperaturänderung ändern, wirkt die Brückenschaltung 2 selbst als eine Multiplikationsschaltungsalternative für eine Verstärkungsschaltung mit variablem Gewinn, die die Verschlechterung der Erfassungsausgabegenauigkeit verursacht, so dass die Vorspannung Vbias, die an die Vorspannungsenden 2a und 2b angelegt wird, auf die Spannung Vbiasx korrigiert wird, mit der die Änderung bei den Charakteristika aufgrund einer Temperaturänderung kompensiert wird. Die Sensorvorrichtung 1B gibt daher das genaue Erfassungsausgabesignal S gemäß der Änderung in einer physikalischen Größe aus, die durch das Sensorelement B erfasst wird, ohne die Verschlechterung der Erfassungsausgabegenauigkeit, selbst wenn sich die Charakteristika der Brückenschaltung 2 gemäß einer Temperaturänderung ändern. Als Folge wird die Abhängigkeit der Brückenempfindlichkeit von der Temperatur fortlaufend und genau korrigiert.
3 ist ein Schaltbild, das die schematische Konfiguration einer Sensorvorrichtung 1C gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Mit Bezugnahme auf diese Zeichnung werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, um die gleichen Komponenten oder äquivalenten Komponenten von 1 zu bezeichnen und die Beschreibung solcher Komponenten ist ausgelassen.
Die Sensorvorrichtung 1C unterscheidet sich von der obigen Sensorvorrichtung 1A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nur darin, dass die obige Vorspannungskorrekturschaltung 34 durch eine Überwachungsschaltung 36 in der Vorspannungsschaltung 3 gebildet ist.
Die Überwachungsschaltung 36 bildet eine Vorspannungskorrekturschaltung zum Erfassen der Säkularänderung der Brückenschaltung 2 auf der Basis der Impedanz Z der Brückenschaltung 2, die durch die Impedanzberechnungsschaltung 33 berechnet wird, und bewirkt auf der Basis der erfassten Säkularänderung der Brückenschaltung 2, dass die Vorspannung Vbias, die durch die Vorspannungserzeugungsschaltung 31 erzeugt wird, auf die Spannung Vbiasx korrigiert wird, mit der die Änderung bei den Charakteristika der Brückenschaltung 2 aufgrund einer Säkularänderung kompensiert wird. Die jeweiligen Impendanzen Z der Widerstände R1 bis R3 und des Sensorelements D, die in der Brückenschaltung 2 enthalten sind, ändern sich gemäß einer Säkularänderung. Die Überwachungsschaltung 36 erfasst eine Säkularänderung von der erfassten Impedanz Z der Brückenschaltung 2 unter Verwendung eines arithmetischen Ausdrucks zum Berechnen einer Säkularänderung von der Impedanz Z oder einer Tabelle, die im Voraus die Beziehung zwischen der Impedanz Z und einer Säkularänderung speichert. Ein arithmetischer Ausdruck zum Berechnen einer Säkularänderung von der Impedanz Z und einer Tabelle, die im Voraus die Beziehung zwischen der Impedanz Z und einer Säkularänderung speichert, kann konfiguriert sein, um ein Temperatursignal, das von einem Temperatursensor (nicht dargestellt) ausgegeben wird, als eine zusätzliche Eingabe zu verwenden, um den Einfluss von Altersverschleiß und den Einfluss einer Temperatur voneinander zu trennen. Die Vorspannungserzeugungsschaltung 31 empfängt die Säkularänderung der Brückenschaltung 2, die durch die Überwachungsschaltung 36 erfasst wird, und korrigiert auf der Basis der Säkularänderung der Brückenschaltung 2 die Vorspannung Vbias, die dadurch erzeugt wird, auf die Kompensationsspannung Vbiasx unter Verwendung eines arithmetischen Ausdrucks zum Berechnen der Kompensationsspannung Vbiasx von einer Säkularänderung oder einer Tabelle, die im Voraus die Beziehung zwischen einer Säkularänderung und der Kompensationsspannung Vbiasx speichert.
Bei der Sensorvorrichtung 1C gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel korrigiert die Überwachungsschaltung 36 die Vorspannung Vbias, die durch die Vorspannungserzeugungsschaltung 31 erzeugt wird, auf die Spannung Vbiasx, mit der die Änderung bei den Charakteristika der Brückenschaltung 2 aufgrund einer Säkularänderung kompensiert wird auf der Basis der Impedanz Z, die durch die Impedanzberechnungsschaltung 33, wie oben beschrieben, berechnet wird. Selbst wenn die Charakteristika der Brückenschaltung 2 sich gemäß einer Säkularänderung ändern, wirkt die Brückenschaltung 2 selbst entsprechend als eine Multiplikationsschaltungsalternative für eine Verstärkungsschaltung mit variablem Gewinn, die die Verschlechterung der Erfassungsausgabegenauigkeit verursacht, auf solche Weise, dass die Vorspannung Vbias, die an die Vorspannungsenden 2a und 2b angelegt wird, korrigiert wird auf die Spannung Vbiasx, mit der die Änderung bei den Charakteristika aufgrund einer Säkularänderung kompensiert wird. Selbst wenn sich die Charakteristika der Brückenschaltung 2 gemäß einer Säkularänderung ändern, gibt die Sensorvorrichtung 1C daher das genaue Erfassungsausgangssignal S gemäß der Änderung bei einer physikalischen Größe aus, die durch das Sensorelement D erfasst wird, ohne die Verschlechterung der Erfassungsausgabegenauigkeit, während die Empfindlichkeit konstant gehalten wird.
Bei der Sensorvorrichtung 1C gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel kann die Überwachungsschaltung 36 konfiguriert sein, um den Ausfall der Brückenschaltung 2 auf der Basis der Impedanz Z der Brückenschaltung 2, die durch die Impedanzberechnungsschaltung 33 berechnet wird, zu erfassen. In diesem Fall, wenn der Ausfall der Brückenschaltung 2 erfasst wird, kann das Anlegen der Vorspannung Vbias angehalten werden oder ein System auf höherer Ebene kann benachrichtigt werden. Beispielsweise bestimmt in dem Fall, bei dem die Impedanz Z der Brückenschaltung 2, die durch die Impedanzberechnungsschaltung 33 berechnet wird, extrem hoch ist, die Überwachungsschaltung 36, dass die Brückenschaltung 2 ausgefallen ist. Nachfolgend wird das Anlegen der Vorspannung Vbias angehalten oder ein System auf höherer Ebene wird benachrichtigt. Mit dieser Konfiguration kann der Ausfall der Brückenschaltung 2 erfasst werden, die Überwachungsschaltung 36 kann die Benachrichtigung ausgeben, dass die Brückenschaltung 2 ausgefallen ist und eine schnelle Antwort auf den Ausfall der Brückenschaltung 2 kann veranlasst werden.
4 ist ein Schaltbild, das die schematische Konfiguration einer Sensorvorrichtung 1D gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Mit Bezugnahme auf diese Zeichnung werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, um die gleichen Komponenten oder äquivalenten Komponenten wie in 2 zu identifizieren und die Beschreibung solcher Komponenten ist ausgelassen.
Die Sensorvorrichtung 1D unterscheidet sich von der Sensorvorrichtung 1B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nur darin, dass die Brückentemperaturschätzschaltung 35 mit einem Signaleingangsende der Erfassungssignalempfangsschaltung 4 verbunden ist und der anormale Zustand einer Verdrahtungsleitung 5 zwischen der Brückenschaltung 2 und der Erfassungssignalempfangsschaltung 4 auf der Basis einer Spannungseingabe in das Signaleingangsende der Erfassungssignalempfangsschaltung 4 überwacht wird.
Bei der Sensorvorrichtung 1D überwacht die Brückentemperaturschätzschaltung 35 den anormalen Zustand der Verdrahtungsleitung 5 zwischen der Brückenschaltung 2 und der Erfassungssignalempfangsschaltung 4 und kann beispielsweise das Anlegen der Vorspannung Vbias anhalten oder ein System höherer Ebene, wie die obige Überwachungsschaltung 36, benachrichtigen, wenn der anormale Zustand der Verdrahtungsleitung 5 (z. B. die Trennung der Verdrahtungsleitung 5) überwacht wird. Die Sensorvorrichtung 1D gibt daher das genaue Erfassungsausgangssignal S gemäß der Änderung einer physikalischen Größe aus, die durch das Sensorelement D erfasst wird, ohne die Verschlechterung der Erfassungsausgabegenauigkeit, selbst wenn sich die Charakteristika der Brückenschaltung 2 gemäß einer Temperaturänderung ändern und kann auch eine schnelle Antwort auf den anormalen Zustand der Verdrahtungsleitung 5 veranlassen, beispielsweise durch Ausgeben einer Benachrichtigung, wenn der anormale Zustand der Verdrahtungsleitung 5 überwacht wird.
5 ist ein Schaltbild, das die schematische Konfiguration einer Sensorvorrichtung 1E gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Mit Bezugnahme auf diese Zeichnung werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, um die gleichen Komponenten oder äquivalenten Komponenten in 3 zu identifizieren und die Beschreibung solcher Komponenten wird ausgelassen.
Die Sensorvorrichtung 1E unterscheidet sich von der Sensorvorrichtung 1C gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel nur darin, dass die Überwachungsschaltung 36 mit dem Signaleingangsende der Erfassungssignalempfangsschaltung 4 verbunden ist und der anormale Zustand der Verdrahtungsleitung 5 zwischen der Brückenschaltung 2 und der Erfassungssignalempfangsschaltung 4 auf der Basis einer Spannungseingabe in das Signaleingangsende der Erfassungssignalempfangsschaltung 4 überwacht wird.
Bei der Sensorvorrichtung 1E überwacht die Überwachungsschaltung 36 den anormalen Zustand der Verdrahtungsleitung 5 zwischen der Brückenschaltung 2 und der Erfassungssignalempfangsschaltung 4 und kann das Anlegen der Vorspannung Vbias anhalten oder eine Benachrichtigung an ein System höherer Ebene ausgeben, wie oben beschrieben, wenn überwacht wird, dass der anormale Zustand der Verdrahtungslinie 5 aufgetreten ist. Die Sensorvorrichtung 1E gibt daher das genaue Erfassungsausgangssignal S gemäß der Änderung bei einer physikalischen Größe aus, die durch das Sensorelement D erfasst wird, ohne die Verschlechterung der Erfassungsausgabegenauigkeit, selbst wenn sich die Charakteristika der Brückenschaltung 2 gemäß einer Säkularänderung derselben ändern, und kann auch eine schnelle Antwort auf den anormalen Zustand der Verdrahtungsleitung 5 veranlassen, beispielsweise durch Ausgeben einer Benachrichtigung, wenn der anormale Zustand der Verdrahtungsleitung 5 überwacht wird. Auch wenn die Überwachungsschaltung 36 den Ausfall der Brückenschaltung 2 auf der Basis der Impedanz Z der Brückenschaltung 2 erfasst, kann ferner die Sensorvorrichtung 1 E eine schnelle Antwort auf den Ausfall veranlassen, beispielsweise durch Anhalten des Anlegens der Vorspannung Vbias oder durch Ausgeben einer Benachrichtigung an ein System höherer Ebene.
Bezugszeichenliste

1A, 1B, 1C, 1D und 1E: Sensorvorrichtung
2: Brückenschaltung
2a und 2b: Vorspannungsende
2c und 2d: Erfassungssignalausgangsende
3: Vorspannungsschaltung
4: Erfassungssignalempfangsschaltung 4
5: Verdrahtungsleitung
31: Vorspannungserzeugungsschaltung
32: Reglerschaltung
33: Impedanzberechnungsschaltung
34: Vorspannungskorrekturschaltung
35: Brückentemperaturschätzschaltung (Vorspannungskorrekturschaltung)
36: Überwachungsschaltung (Vorspannungskorrekturschaltung)
D: Sensorelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201831630 [0004]

Claims

Eine Sensorvorrichtung, die folgende Merkmale umfasst: eine Brückenschaltung, die zumindest ein Sensorelement umfasst, deren Charakteristika sich gemäß einer erfassten physikalischen Größe ändern, eine Erfassungssignalempfangsschaltung, die konfiguriert ist, ein Sensorerfassungssignal zu empfangen, das von einem Erfassungssignalausgangsende der Brückenschaltung gemäß einer Änderung bei Charakteristika des Sensorelements ausgegeben wird, eine Vorspannungserzeugungsschaltung, die konfiguriert ist, eine Vorspannung zu erzeugen, die für einen Betrieb der Brückenschaltung erforderlich ist, eine Reglerschaltung, die konfiguriert ist, eine Vorspannung, die durch die Vorspannungserzeugungsschaltung erzeugt wird, an ein Vorspannungsende der Brückenschaltung anzulegen und einen Bias-Strom, der der Brückenschaltung zugeführt wird, zu überwachen, eine Impedanzberechnungsschaltung, die konfiguriert ist, einen Wert einer Vorspannung, die durch die Vorspannungserzeugungsschaltung erzeugt wird, und einen Wert eines Bias-Stroms zu empfangen, der durch die Reglerschaltung überwacht wird, und eine Impedanz der Brückenschaltung zu berechnen und eine Vorspannungskorrekturschaltung, die konfiguriert ist, basierend auf einer Impedanz der Brückenschaltung, die durch die Impedanzberechnungseinheit berechnet wird, zu bewirken, dass eine Vorspannung, die durch die Vorspannungserzeugungsschaltung erzeugt wird, auf eine Spannung korrigiert wird, mit der eine Änderung bei den Charakteristika der Brückenschaltung kompensiert wird.
Die Sensorvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Vorspannungskorrekturschaltung eine Temperatur der Brückenschaltung basierend auf einer Impedanz der Brückenschaltung erfasst, die durch die Impedanzberechnungsschaltung berechnet wird und basierend auf der erfassten Temperatur der Brückenschaltung bewirkt, dass eine Vorspannung, die durch die Vorspannungserzeugungsschaltung erzeugt wird, auf eine Spannung korrigiert wird, mit der eine Änderung bei den Charakteristika der Brückenschaltung aufgrund einer Temperaturänderung kompensiert wird.
Die Sensorvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Vorspannungskorrekturschaltung eine Säkularänderung der Brückenschaltung basierend auf einer Impedanz der Brückenschaltung erfasst, die durch die Impedanzberechnungsschaltung berechnet wird, und basierend auf der erfassten Säkularänderung der Brückenschaltung bewirkt, dass eine Vorspannung, die durch die Vorspannungserzeugungsschaltung erzeugt wird, auf eine Spannung korrigiert wird, mit der eine Änderung bei den Charakteristika der Brückenschaltung aufgrund einer Säkularänderung kompensiert wird.
Die Sensorvorrichtung gemäß Anspruch 3, bei der die Vorspannungskorrekturschaltung einen Ausfall der Brückenschaltung basierend auf einer Impedanz der Brückenschaltung erfasst, die durch die Impedanzberechnungsschaltung berechnet wird.
Die Sensorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Vorspannungskorrekturschaltung mit einem Signaleingangsende der Erfassungssignalempfangsschaltung verbunden ist und einen anormalen Zustand einer Verdrahtungsleitung zwischen der Brückenschaltung und der Erfassungssignalempfangsschaltung basierend auf einer Spannung überwacht, die in das Signaleingangsende der Erfassungssignalempfangsschaltung eingegeben wird.