JP2001500625A - センサブリッジの機能監視方法および機能監視用回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明により、シンメトリックなセンサブリッジ回路の機能監視は次のようにして行われる。すなわち、正または負のハーフブリッジ回路の信号を加算回路（２）で１／２のブリッジ給電電圧（Ｖ_s／２）から減算し、増幅器（３）により増幅してフルブリッジ信号（Ｖ_in）に対応させる。フルブリッジ信号（Ｖ_in）は増幅された差信号と比較器（５）において比較される。差信号とフルブリッジ信号とが許容できない差を有する場合には、比較器はアラーム信号をセンサの出力信号（６）に加えて、この出力信号が通常のセンサの動作領域の外側の信号領域を占めるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】 センサブリッジの機能監視方法および機能監視用回路装置 本発明は、フルブリッジ回路を形成するように接続されているセンサ素子を有 するシンメトリックなセンサブリッジ回路の機能監視方法および機能監視用回路 装置に関する。 物理量の検出、例えば圧力、速度、加速度その他を検出するために、しばしば 従来技術から知られているシンメトリックなブリッジ回路の形で設けられた半導 体センサ、およびこのセンサブリッジ回路の出力信号を形成する差動増幅器回路 が使用される。センサブリッジ回路からの出力信号は所定の測定電圧領域内で測 定すべき物理量例えば圧力を充分な線形の依存性で示す。 この種のセンサブリッジ回路を、確実性が要求される測定装置例えば自動車の アンチロックシステムにおいて使用する場合、自動車および乗員の安全のために 、センサの機能がその作動中にもつねに監視され、かつセンサのエラー動作時に はただちにこれを表すアラーム信号が形成されることがきわめて重要である。ま たこの場合、センサブリッジ回路への線路、センサブリッジ回路からの線路およ び給電線路その他の遮断だ けでなく、圧力センサの故障を引き起こすエラー状態をも検出することが重要で ある。これにより、徐々に測定精度を悪化させる経時的変化、例えば圧力センサ の特性曲線の変化、集積された増幅器の増幅度の変化などを検出することができ る。 米国特許第４８４５４３５号明細書に、線路の遮断または短絡を検出するセン サエラー検出装置が記載されており、この装置はセンサのアース側の出力端子と センサとの間にセンサ出力信号を形成する抵抗を有している。形成されたセンサ 出力信号を基準電圧と比較することにより、ここで使用されている比較器の出力 状態に基づいてセンサの状態またはセンサの動作能力についての推論が可能とな る。ただし例えばセンサがＡ／Ｄ変換器に接続されていると、それぞれの電圧給 電端子、出力端子およびセンサのアース端子の遮断を検出する場合に、この公知 の装置の信頼性は確実ではない。 本発明の説明 本発明の課題は、フルブリッジ回路を形成するように接続されているセンサ素 子を有するシンメトリックなセンサブリッジ回路の機能監視方法および機能監視 用回路装置を提供して、あらゆる動作状態において一連の測定信号を分離させる ことなくセンサ信号を監視し、低コストでセンサ線路、給電電圧線路、接続線路 だけでなくブリッジ抵抗、増幅器、一連の測定信号の 調整ユニットおよび補償ユニットの全てをつねに監視できるようにすることであ る。 上述の課題は本発明のシンメトリックなセンサブリッジ回路の機能監視方法に より、次の構成で解決される。すなわち、フルブリッジ信号をセンサブリッジ回 路から導出するステップと、ハーフブリッジ信号を正または負のハーフブリッジ 回路から導出するステップと、ハーフブリッジ信号の瞬時のレベルをブリッジ給 電電圧の１／２から減算して差信号を形成するステップと、この差信号を所定の 増幅度係数、すなわちセンサブリッジ回路が適正に動作する際に増幅された信号 がフルブリッジ信号に相応するような増幅度係数で増幅するステップと、フルブ リッジ信号と増幅された差信号とを比較するステップと、増幅された差信号とフ ルブリッジ信号とが許容できない差を有する場合にアラーム信号を形成するステ ップとを有する構成である。 この方法は本発明により、有利にはさらに、フルブリッジ信号を増幅し、増幅 された信号からセンサの出力信号を形成し、固定のレベル、固定の周波数等を有 するアラーム信号を形成し、このアラーム信号をセンサの出力信号に重畳するよ うに構成される。 有利にはアラーム信号のレベルは、センサの出力信号がアラーム形成時に通常 のセンサの動作領域の外側にシフトされるように選定される。 さらに有利には増幅された差信号およびフルブリッジ信号は比較ステップの前 に同じ大きさのオフセットおよび感度で同時に調製される。 有利には本発明の方法は、自動車のアンチロックシステムにおける圧力測定時 に使用される圧力センサの機能監視に用いられる。 さらに本発明の方法はディーゼルまたはガソリン噴射装置の機能監視、または ステアリングギアまたはトランスミッションにおける圧力測定時の機能監視、ま たは自動車のエアコンディショナーで使用される圧力センサの機能監視に使用さ れる。 本発明の別の実施形態により、上述の課題はフルブリッジ回路を形成するよう に接続されているセンサ素子を有するシンメトリックなセンサブリッジ回路の機 能監視回路により、次の構成で解決される。すなわち、センサブリッジ回路の測 定端子に接続された差動増幅器を有しており、この差動増幅器は測定信号を表す フルブリッジ信号を正負のハーフブリッジ信号の差から形成し、センサブリッジ 回路の正または負の測定端子に接続された加算回路を有しており、この加算回路 は正または負のハーフブリッジ信号の瞬時のレベルをブリッジ給電電圧の１／２ から減算して相応の差信号を形成し、加算回路に接続された増幅器回路を有して おり、この増幅器回路は差信号を所定の増幅度係数、すなわちセンサブリッジ回 路が適正に動作する際に増 幅された信号がフルブリッジ信号に相応するような増幅度係数で増幅し、増幅器 回路に接続された比較器を有しており、この比較器はフルブリッジ信号と増幅さ れた差信号との比較を行い、比較器の出力信号により作動されるアラーム信号発 生器を有しており、このアラーム信号発生器は増幅器回路によって増幅された差 信号とフルブリッジ信号とが許容できない差を有する場合にアラーム信号を形成 することにより解決される。 有利には比較器はウィンドウコンパレータを有しており、このウィンドウコン パレータの出力信号はアラーム信号であり、第２の増幅器回路で増幅されたセン サの出力信号に付加的な電圧として重畳される。これによりこの出力信号はセン サのエラー時にセンサの通常動作領域の外側の信号領域を占める。 これに代えて有利にはオフセット補正および感度補正装置が設けられており、 この装置は増幅器回路で増幅された差信号およびフルブリッジ信号を、これらの 信号が比較器で比較されるまでに同じ大きさのオフセットおよび感度で同時に調 製する。 さらに本発明によりセンサの出力信号に、ベース電圧発生器により、センサの 出力信号をセンサの動作領域へシフトするベース電圧（基礎となる電圧）が重畳 される。 さらに有利には、増幅器回路の増幅度、比較器およ びベース電圧発生器の基準電圧、および使用されるセンサフルブリッジ回路の特 性値を予め調整する手段が設けられている。前述の基準電圧は、通常の動作領域 とアラーム信号の動作領域とを規定するものであり、給電電圧に相応する。 上述の解決手段の特徴から、ハーフブリッジ信号とフルブリッジ信号との比較 により第２の信号測定路が形成される。この測定路はセンサ内のメイン測定路と 比較される。これによりセンサ内に、メイン測定路のチェックのみに用いられる テスト路または監視路としてのセンサが形成される。 本発明の方法および回路装置により、センサの動作中、しかも圧力が印加され る状態でも圧力が印加されない状態でもセンサブリッジ回路の自動的な機能監視 が可能となる。 本発明の有利な別の特徴および目的を以下の実施例の説明に基づいて図に関連 して詳細に説明する。 図には機能ブロック回路図の形でシンメトリックなセンサブリッジ回路の機能 監視用回路装置、特にアンチロックシステムブレーキ装置での圧力測定に用いら れる回路装置の有利な実施例が示されている。 本発明の監視回路の実施例を図示しているブロック回路図には測定センサ例え ば圧力センサ１が示されており、このセンサでは４つの同種のセンサ素子ａ、ｂ 、ｃ、ｄがシンメトリックなフルブリッジ回路の形で 接続されている。このフルブリッジ回路の給電電圧端子は一方では給電電圧Ｖ_s に置かれており、他方ではアースに置かれている。シンメトリックなフルブリッ ジ回路１の正の出力信号Ｖ_inpおよび負の出力信号Ｖ_innは、それぞれ差動増幅器 の正の入力端子および負の入力端子へ印加され、この差動増幅器の出力側からフ ルブリッジ信号Ｖ_inが送出される。メイン測定路Ｉはこのフルブリッジ信号Ｖ_in を以下に機能を説明する加算点１１を介して、固定に調整された増幅度を有する 増幅器（以下第２の増幅器回路とも称する）１２へ送出する。さらにメイン測定 路Ｉは別の加算点１３を介して出力端子１５に接続されており、この出力端子に センサ出力電圧６（Ｖ_out）が送出される。 さらにテスト信号路または監視信号路ＩＩが次のようにして形成される。すな わち、別の加算点２により１／２のブリッジ給電電圧Ｖ_s／２が負のハーフブリ ッジ信号Ｖ_innから減算され、続いて増幅器３で増幅される。この増幅器の増幅 度は、増幅された差信号Ｖ_inn−Ｖ_s／２がフルブリッジ信号Ｖ_inに相応するよう に調整されている。このようにして増幅された差信号は別の加算点１１’を介し て比較器５に供給される。この比較器は差動増幅器を有しており、この作動増幅 器はウィンドウコンパレータに接続されている。比較器５において増幅された差 信号と増幅されないフルブリッジ信号Ｖ_inとが比較される。増幅された差信号と フルブリッジ信号とが許容できない差を有する場合には、ウィンドウコンパレー タの出力信号によりアラーム信号発生器９が作動される。このアラーム信号発生 器はセンサの出力端子１５での出力信号Ｖ_outに付加的な電圧を加える。この電 圧によりセンサの出力信号はセンサの通常の動作領域の外側に存在する信号領域 へシフトされる。 前述の手段によりセンサ内にメイン測定路の機能監視のみに用いられるテスト 路または監視路ＩＩとしてのセンサを形成することができる。このセンサは圧力 センサ１の動作中、しかも圧力が印加される状態でも圧力が印加されない状態で もセンサブリッジ回路の機能を自動的に監視する。 オフセット補正および感度補正装置４は必要な場合に、フルブリッジ信号Ｖ_in および増幅された差信号Ｖ_inn−Ｖ_s／２についてオフセット補正および感度補正 （例えば温度補償）を行うために使用され、これにより２つの信号はオフセット および感度の点で同一の信号を有する。このためにこの２つの信号Ｖ_in、Ｖ_inn −Ｖ_s／２には、メイン測定路Ｉに存在する加算点１１、およびテスト路または 監視路ＩＩに存在する加算点１１’において補正電圧が加えられる。 メイン測定路Ｉに存在する別の加算点１３により、測定信号にベース電圧発生 器７からの一定の電圧例えば０．５Ｖが加えられ、これにより出力信号Ｖ_outは センサの動作領域へシフトされる。 図示された構成要素および回路素子は有利には共通の基板上に集積回路の形で 集積される。センサブリッジ回路の機能監視に必要な構成素子は集積回路のチッ プ表面をわずかしか拡大しないので、ここで生じるコストは無視できる。 図示されている負のハーフブリッジ信号Ｖ_innに代えて正のハーフブリッジ信 号Ｖ_inpをセンサのハーフブリッジから取り出し、給電電圧の１／２に対する差 を形成することができることは明らかである。 全体として本発明の測定原理により、シンメトリックなフルブリッジ回路から 送出される測定信号の監視があらゆる動作状態中に可能となる。これは一連の測 定信号を分離することなく監視信号をブリッジ信号から取り出し、これをフルブ リッジ信号と比較することにより行われ、これにより測定信号は持続的に使用可 能となる。これにより測定ブリッジの接続線路および給電電圧線路の遮断および 短絡だけでなく、ブリッジ抵抗、増幅器、調整ユニットおよび補償ユニット全体 も自動的に監視される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. フルブリッジ回路を形成するように接続されているセンサ素子（ａ、ｂ、ｃ 、ｄ）を有するシンメトリックなセンサブリッジ回路（１）の機能監視方法にお いて、 フルブリッジ信号（Ｖ_in）をセンサブリッジ回路から導出するステップと、 ハーフブリッジ信号（Ｖ_inp、Ｖ_inn）を正または負のハーフブリッジ回路か ら導出するステップと、 前記ハーフブリッジ信号（Ｖ_inp、Ｖ_inn）の瞬時のレベルをブリッジ給電電 圧の１／２（Ｖ_s／２）から減算して差信号（Ｖ_inn−Ｖ_s／２）を形成するステ ップと、 該差信号を、センサブリッジ回路（１）が適正に動作する際に増幅された信 号がフルブリッジ信号（Ｖ_in）に相応するような所定の増幅度係数（ｘ）で増幅 するステップと、 フルブリッジ信号（Ｖ_in）と増幅された差信号とを比較するステップと、 増幅された差信号とフルブリッジ信号（Ｖ_in）とが許容できない差を有する 場合にアラーム信号を形成するステップとを有する、 ことを特徴とするセンサブリッジ回路の機能監視方法。 2. フルブリッジ信号（Ｖ_in）を増幅して、そこからセンサの出力信号（Ｖ_out ）を形成し、固定のレベルおよび固定の周波数等を有するアラーム信号を形成し 、該アラーム信号を前記センサの出力信号（Ｖ_out）に重畳する、請求項１記載 の方法。 3. アラーム信号のレベルを、センサの出力信号がアラーム発生時にセンサの通 常の動作領域の外側に存在するように選択する、請求項２記載の方法。 4. 増幅された差信号およびフルブリッジ信号（Ｖ_in）を同じ大きさのオフセッ トおよび感度により比較ステップの前に同時に調製する、請求項１から３までの いずれか１項記載の方法。 5. 自動車のアンチロックシステム、またはディーゼルまたはガソリン噴射法、 またはステアリングギア、エアコンディショナー、またはトランスミッションに おける圧力測定時に使用される圧力センサの機能を監視するための、請求項１か ら４までのいずれか１項記載の方法の使用。 6. フルブリッジ回路を形成するように接続されており、給電電圧（Ｖ_s）を給 電されるセンサ素子（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を有するシンメトリックなセンサブリッ ジ回路（１）の機能監視用回路装置において、 センサブリッジ回路の測定端子に接続された差動増幅器（１０）を有してお り、該差動増幅器は測定信号を表すフルブリッジ信号（Ｖ_in）を正負のハー フブリッジ信号の差（Ｖ_inp−Ｖ_inn）から形成するものであり、 センサブリッジ回路の正または負の測定端子に接続された加算回路（２）を有 しており、該加算回路は正または負のハーフブリッジ信号（Ｖ_inpまたはＶ_inn） の瞬時のレベルをブリッジ給電電圧の１／２（Ｖ_s／２）から減算して相応の差 信号（Ｖ_inn−Ｖ_s／２）を形成するものであり、 前記加算回路（２）に接続された増幅器回路（３）を有しており、該増幅器回 路は前記差信号を、センサブリッジ回路（１）が適正に動作する際に増幅された 信号がフルブリッジ信号（Ｖ_in）に相応するような所定の増幅度係数（ｘ）で増 幅するものであり、 前記増幅器回路（３）に接続された比較器（５）を有しており、該比較器はフ ルブリッジ信号（Ｖ_in）と増幅された差信号との比較を行うものであり、 前記比較器（５）の出力信号により作動されるアラーム信号発生器（９）を有 しており、該アラーム信号発生器は前記増幅器回路（３）によって増幅された差 信号とフルブリッジ信号（Ｖ_in）とが許容できない差を有する場合にアラーム信 号を形成するものである、 ことを特徴とするセンサブリッジ回路の機能監視用回路装置。 7. 前記比較器（５）はウィンドウコンパレータを有しており、該比較器の出力 信号はアラーム信号であり、かつ付加的な電圧として第２の増幅器回路（１２） によって増幅されたセンサの出力信号（６）に重畳され、該出力信号はセンサの エラー時にセンサの通常の動作領域の外側に存在する信号領域を有する、請求項 ６記載の回路装置。 8. さらにオフセット補正および感度補正装置（４）が設けられており、該オフ セット補正および感度補正装置により、第１の増幅器回路（３）によって増幅さ れた差信号およびフルブリッジ信号（Ｖ_in）が同じ大きさのオフセットおよび感 度で比較器（５）における比較の前に同時に調製される、請求項６または７記載 の回路装置。 9. ベース電圧発生器（７）によりセンサの出力信号に、該出力信号をセンサの 動作領域へシフトさせるベース電圧（＋Sockel）が重畳される、請求項６から８ までのいずれか１項記載の回路装置。 10．第１の増幅器回路および第２の増幅器回路（３、１２）の増幅度、通常の動 作領域とアラーム信号領域とを定める給電電圧に相応する、比較器およびベース 電圧発生器（７）の基準電圧、および使用されるセンサフルブリッジ回路（１） の特性値を予め調整する手段が設けられている、請求項６から９までのいずれか １項記載の回路装置。 11．自動車のアンチロックシステムでの圧力測定に使用される圧力センサの機能 監視のための、請求項６から１０までのいずれか１項記載の回路装置の使用。 12．ディーゼル噴射装置またはガソリン噴射装置、ステアリングギア、エアコン ディショナーまたはオートマティックトランスミッションでの圧力測定に使用さ れる圧力センサの機能監視のための、請求項６から１０までのいずれか１項記載 の回路装置の使用。