JP2001509900A - センサと評価回路からなるセンサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 センサ２３とセンサ２３の出力信号を評価するための評価回路からなるセンサ装置であって、動作電圧ＵＢに接続された少なくとも１つの第１の電流源２１を有し、該電流源によって電流がセンサ２３に導かれる。第２の電流源が設けられており、この電流源は第１の電流源２１と直列に接続されている。２つの電流源２１，２２は定電流源として、定電流を調整するための制御入力側と共に構成されている。フィードバック網２４が設けられており、このフィードバック網により定電流が、電流源２１，２２の出力電圧Ｕ１，Ｕ２が所定の値を取るように調整される。このようにして調整された定電流は、センサ内部抵抗８をアースに関係なく測定するのに使用される。

Description

【発明の詳細な説明】 センサと評価回路からなるセンサ装置 本発明は、センサと、センサの出力信号を評価するための評価回路からなるセ ンサ装置であって、動作電圧と接続された少なくとも１つの第１の電流源を有し 、該電流源によって電流がセンサに導かれる形式のセンサ装置に関する。 例えばＥＰ００４９３０４Ａ１から、誘導性センサを同時に距離または運動の 測定と温度の測定に使用することが公知である。ここでは、少なくとも１つのコ イルを備えたセンサが使用され、このコイルはその電気特性を測定量、例えばず れ並びに周囲温度に依存して変化する。 公知の装置では、測定コイルを備えた誘導形間隔測定装置が使用される。測定 コイルには、一方では高周波の交流電流が、他方では直流電流または低周波電流 が印加される。誘導された渦電流損失からコイルのインピーダンス、ひいては最 終的に測定コイルの位置が検出される。 測定コイルのオーム抵抗のため、コイルでは電圧が降下する。この電圧降下が ローパスフィルタにより直流電圧値にさらに変換処理される。測定コイルのオー ム抵抗は温度と共に変化するから、電圧値は同時に測 定コイルの温度に対する尺度であり、本来の測定信号を補償するのに使用するこ とができる。 ＥＰ０３３２１９６Ｂ１から、ロック防止車両制動装置において車輪の回転数 を測定するために誘導性センサを使用することが公知である。所属の評価回路は 、回転数に相応して誘導された電磁信号が振幅および周波数の点で回転数と共に 非常に大きくなることを考慮し、従って適切な補償手段を取る。さらに、回転数 センサの内部抵抗が温度に依存して変化することも考慮される。 評価精度を向上させるために温度補償が行われる。ここでは、回転数センサの 温度を別個のセンサにより検出するか、または前もって回転数センサの内部抵抗 の温度依存性を検出し、評価マイクロプロセッサに較正曲線として記憶する。回 転数および温度を別個に測定することは提案されていない。回転数センサの温度 をブレーキ温度に対する尺度として使用することも知られていない。 さらにＤＥ４４３１０４５Ａ１から、冒頭に述べたセンサ装置が公知である。 公知のセンサ装置は、２つの量、例えば車輪の回転数と温度を誘導性検出器によ り共通に測定するために使用される。この誘導性検出器は車輪の近傍に配置され 、これから影響を受ける。所属の評価回路は、誘導性検出器の出力信号パルスの 時間間隔から回転数を検出する。温度は発生した電圧 オフセットから求められる。センサ装置は車輪回転数センサとして自動車に使用 され、ブレーキの近傍に配置される。これにより、ブレーキ温度に依存する温度 が測定ないし評価される。 確かに公知のセンサ装置からは非常に良好な結果が得られるが、この装置の有 利な作用は、誘導性センサにおいて誘導または形成された交流電圧の周波数が測 定信号を表す場合にだけ達成される。従ってこの装置は有利には、測定信号が共 振回路離調またはＤＥ４４３１０４５Ａ１の場合のように回転数に依存する影響 により形成される場合にだけ使用される。例えば測定信号がクロスコイル力セン サにより形成される場合にはこの公知のセンサ装置は使用できない。 本発明の課題は、冒頭に述べたセンサ装置を改善し、交流電圧の振幅が測定信 号である測定信号の評価にも使用できるようにすることである。 この課題は本発明により、請求項１の構成によって解決される。本発明の有利 な実施形態は従属請求項に記載されている。 本発明によれば第２の電流源が設けられており、この第２の電流源は第１の電 流源と直列に接続されている。ここで２つの電流源は定電流源として、定電流を 調整するための制御入力側と共に構成されており、フィードバック網が設けられ ており、このフィードバック網により定電流が、電流源の出力電圧が所定の値を 取るように調整される。このように調整された定電流は、センサ内部抵抗をアー スに関係なく測定するのに使用される。 ２つの電流源により有利には、センサを２つの電流源の間に配置することがで きる。フィードバック網により電流源の電流を調整することができるから、電流 源の出力電圧は所定の値を取ることができる。これにより、センサがその信号を 出力する電位が調整される。従ってセンサはもはや固定電位にあるのではなく、 アースに関係ない変動する電位にある。電位が自由であることにより、センサ信 号を増幅する差動増幅器で、供給される直流クロックノイズを補償できるという 大きな利点が得られる。 フィードバック網により電流源が飽和状態に達することが回避される。飽和状 態になると、電流源の出力はほぼ動作電圧の電位になるか、またはアース電位に なる。フィードバック網を内部制御することにより、本発明の回路装置は直流ク ロックノイズを抑圧できるだけでなく、さらに良好な定電流性が得られる。この ことは正確な温度測定に非常に有利に作用する。センサは片側で電位に引っ張ら れないから、さらに短絡識別および断線識別をアクティブにしておくことができ る。 力センサがクロスダクタとして実現され、その二次コイルを前記のように評価 できる場合、本発明のセン サ装置は非常に有利である。なぜならクロスダクタが回路の片側が固定されてい る場合、非常に小さな感度を有するからである。クロスダクタの一次側が同じよ うに片側で固定電位になれば、付加的に誤結合の危険性が生じることとなる。こ の欠点は、本発明のセンサ装置では回避される。 電流源の出力電圧値が動作電圧のほぼ半分の値に相応するようにフィードバッ ク網がが構成されていると特に有利である。このことにより、非常に大きな制御 領域が得られる。 フィードバック網が電流源の出力電圧をそれぞれ電流源の制御入力側で加算点 に導くと特に有利であることが判明した。このことにより内部制御が回路技術的 に特に簡単に実現される。さらにフィードバック網がローパスフィルタを有し、 その遮断周波数がセンサから送出される交流信号の周波数より下であるかまたは 格段に下であると非常に有利である。ローパスフィルタにより、フィードバック 網が、電流源の制御のための低周波信号成分だけを電流源の制御入力側に導通し 、高周波のセンサ信号は阻止するようになる。 本発明のさらなる特徴および利点は、図面に基づいた後の実施例の説明から明 らかである。 図１は、本発明のセンサ装置の第１実施例、 図２は、本発明のセンサ装置の第２実施例である。 図１に示したように、本発明のセンサ装置は２つの 電流源２１，２２とフィードバック網２４からなる。フィードバック網２４は電 流源２１，２２の動作点を安定させるために使用する。 電流源２１は、トランジスタ１，演算増幅器２，第１の抵抗３および第２の抵 抗４からなる。演算増幅器２の出力側はトランジスタ１のベースと接続されてい る。トランジスタ１のコレクタは電流源２１の出力側を形成する。トランジスタ １のエミッタは演算増幅器２の反転入力側と接続されている。第１の抵抗３は一 方では動作電圧ＵＢに接続され、他方では同じように演算増幅器２の反転入力側 と接続されている。第２の抵抗４は一方では入力電圧ＵＢと、他方では演算増幅 器２の非反転入力側と接続されている。演算増幅器２の非反転入力側は加算点１ ５である。 加算点１５は電流源２１の制御入力側を形成する。演算増幅器２の非反転入力 側ないし加算点１５はさらにフィードバック網２４の第３の抵抗５と接続されて いる。フィードバック網２４はさらに第４の抵抗６，第５の抵抗５’、第６の抵 抗６’およびコンデンサ７を有する。第４の抵抗６および第３の抵抗５、ないし 第６の抵抗６’および第５の抵抗５’とコンデンサ７とはこれらがそれぞれ１つ のローパスフィルタを形成するように構成されている。第３の抵抗５の、加算点 １５とは接続されていない方の端子は第５の抵抗５’、コンデンサ７，第４の抵 抗６および第６の抵抗６’ と接続されている。コンデンサ７は他方ではアース電位と接続されている。第４ の抵抗６は他方ではトランジスタ１のコレクタないし第１の電流源２１の出力側 と接続されている。 第２の電流源２２は第１の電流源２１に対して相補形に構成されており、別の トランジスタ１’、別の演算増幅器２’、別の第１の抵抗３’および別の第２の 抵抗４’からなる。しかしｐｎｐ形トランジスタ１の代わりにｎｐｎ形トランジ スタ１’が使用される。さらに別の第１の抵抗３’および別の第２の抵抗４’は 動作電圧ＵＢではなくアース電位に接続されている。別の演算増幅器２’の非反 転入力側は別の加算点１５’である。別の加算点１５’は第２の電流源２２の制 御入力側を形成する。第２の電流源２２の制御入力側ないし別の加算点１５’は 、第５の抵抗５’のコンデンサ７とは接続されていない方の端子に接続されてい る。別のトランジスタ１’のコレクタは、第６の抵抗６’のコンデンサ７とは接 続されていない方の端子と接続されている。 第１の電流源２１の出力側を形成するトランジスタ１のコレクタは、クロスダ クタの二次コイル２３の第１の端子と接続されている。第２の電流源２２の出力 側を形成する別のトランジスタ１’のコレクタは、クラスダクタ２３の第２の端 子と接続されている。クロスダクタ２３は誘導形の力センサであり、このセンサ は内部抵抗８および電圧源１４からなるように示すことができる。クロスダクタ ２３の第１の端子はさらに第７の抵抗９と接続されており、この抵抗の他方の端 子は、差動増幅器として接続された演算増幅器１３の反転入力側と接続されてい る。クロスダクタ２３の第２の端子は第８の抵抗１０と接続されており、この抵 抗の他方の端子は差動増幅器として接続された演算増幅器１３の非反転入力側と 接続されている。演算増幅器１３の出力側と演算増幅器１３の反転入力側との間 には、第９の抵抗１１が接続されている。差動増幅器として接続された演算増幅 器１３の出力側に発生する直流電圧は、センサ温度に対する尺度であり、ローパ スフィルタ２６を介して評価することができる。センサの力信号は交流電圧４２ の振幅に相応し、カプリングコンデンサ２５を介して出力結合される。 第１の電流源２１と第２の電流源２２は相互に相補形に構成されているから、 回路の機能を第１の電流源２１に基づいて説明する。 第２の抵抗４と第３の抵抗５を介して電流は加算点１５に流れる。これにより 第２の抵抗４には所定の電圧降下が生じる。第２の抵抗４で発生した電圧降下は 、第１の抵抗３で発生した電圧降下と演算増幅器２により比較され、これにより トランジスタ１で所定のコレクタ電流が調整される。 クロスダクタ２３の第１の入力側と接続されたトラ ンジスタ１のコレクタは、動作電圧ＵＢのほぼ半分の電位に維持しなければなら ない。このためにコレクタに発生する電圧Ｕ１が第４の抵抗６と第３の抵抗５を 介して第１の電流源２１の加算点１５にフィードバックされる。電圧はコンデン サ７により平滑化され、これによりクロスダクタ２３の電圧源１４の成分および ノイズ電圧がろ波される。 第１の電流源１ないし第２の電流源２によりクロスダクタ２３に導かれた電流 は内部抵抗８で電圧降下を形成する。この電圧降下は内部抵抗８の大きさに依存 する。内部抵抗８が変化すると、ここで形成される電圧降下も変化する。 クロスダクタ２３の内部抵抗における電圧降下は、差動増幅器として接続され た演算増幅器１３により増幅される。従って差動増幅器として接続された演算増 幅器１３の出力信号の直流電圧成分は、クロスダクタ２３の内部抵抗８に対する 尺度である。 従ってクロスダクタ２３の内部抵抗８を、差動増幅器として接続された演算増 幅器１３によりローパスフィルタを介して測定することができる。同時にクロス ダクタ２３に誘導された交流電圧（これは電圧源１４として示されている）をコ ンデンサを介して測定することができ、その際に２つの電流源２１，２２から形 成された変動する電流源が信号を格段に妨害することはない。 図２に示された本発明のセンサ装置の第２の実施例は、図１に示された実施例 の変形である。このセンサ装置は２つの電流源５１，５２とフィードバック網５ ４からなる。フィードバック網５４は電流源５１，５２の動作点を安定させるた めに使用する。 電流源５１は第１のトランジスタ３１，第２のトランジスタ３２，第３のトラ ンジスタ３３，第１の抵抗３４，第２の抵抗３５，第３の抵抗３６，第４の抵抗 ３７，第５の抵抗３８および第１のコンデンサ４７からなる。第１のトランジス タ３１はｐｎｐ形トランジスタであり、第２のトランジスタ３２と第３のトラン ジスタ３３は絶縁層電界効果トランジスタである。第２のトランジスタ３２と第 ３のトランジスタ３３は差動増幅器として接続されている。差動増幅器の出力側 を形成する第３のトランジスタ３３のドレイン端子は第１のトランジスタ３１の ベースと接続されている。第１のトランジスタ３１のコレクタは第１の電流源５ １の出力側を形成する。 第２のトランジスタ３２と第３のトランジスタ３３のソース端子は相互に接続 されており、第５の抵抗３８を介してアース電位に接続されている。第２のトラ ンジスタ３２のドレイン端子はさらに第１の抵抗３４を介して動作電圧ＵＢに接 続されている。第２のトランジスタ３２のドレイン端子は動作電圧ＵＢと直接接 続されている。第１のトランジスタ３１のエミッタは 第２の抵抗３５を介して動作電圧ＵＢと接続されている。さらに第１のトランジ スタ３１のエミッタは第３の抵抗３６と第４の抵抗３７を介してアース電位と接 続されている。第３の抵抗３６および第４の抵抗３７は分圧器を形成する。第３ の抵抗３６と第４の抵抗３７から形成された分圧器の中間タップには、一方では 第３のトランジスタ３３のゲート端子が、他方では第１のコンデンサ４７が接続 されている。第１のコンデンサ４７の他方の端子はアースに接続されている。 第２の電流源５２は第１の電流源５１に対して相補形に構成されており、別の 第１のトランジスタ３１’、別の第２のトランジスタ３２’、別の第３のトラン ジスタ３３’、並びに別の第１から第５の抵抗３４’〜３８’および別の第１の コンデンサ４７’からなる。しかしｐｎｐ形トランジスタ３１の代わりにｎｐｎ 形トランジスタ３１’が使用される。また、ｎチャネルトランジスタ３２，３３ の代わりに、ｐチャネルトランジスタ３２’、３３’が使用される。さらに別の 第２のトランジスタ３１’のドレイン端子、並びに別の第１と第２の抵抗３４’ 、３５’は動作電圧ＵＢではなくアースと接続されている。 第１の電流源５１の出力側を形成する第１のトランジスタ３１のコレクタはセ ンサ５３の第１の端子と接続されている。第２の電流源５２の秀逸力側を形成す る別の第１のトランジスタ３１’のコレクタはセンサ ５２の第２の端子と接続されている。センサ５３は誘導形の力センサであり、こ のセンサは内部抵抗４１および電圧源４２からなるものとして示すことができる 。センサ５３の２つの端子はさらに、差動増幅器として接続された演算増幅器４ ６の入力側と接続されている。 第１のトランジスタ３１のエミッタに発生し、第３と第４の抵抗３６，３７か らなる分圧器を介して第３のトランジスタ３３のゲート端子にフィードバックさ れる電圧は、第１の電流源５１の出力電流の制御に用いられる。フィードバック された信号は第１のコンデンサ４７により平滑化され、これにより不安定な制御 特性が回避される。第６の抵抗３９および別の第６の抵抗３９’と第２のコンデ ンサ４０からなるフィードバック網５４は第１の実施例と同じ作用を有する。第 １のトランジスタ３１のコレクタに発生した電圧Ｕ１は第６の抵抗３９を介して 第２のトランジスタ３２のゲート端子にフィードバックされる。同じように第２ のトランジスタ３２のゲート端子と接続された第２のコンデンサ４０はフィード バックされた電圧を平滑化するのに用いる。これによりセンサ５３の電圧源４２ の成分およびノイズ電圧がろ波される。 センサ５３の内部抵抗４１で降下する電圧は、差動増幅器として接続された演 算増幅器４６により増幅される。従って演算増幅器４６の出力信号の直流成分は センサ５３の内部抵抗４１に対する尺度であり、ローパスフィルタ５６を介して 測定することができる。演算増幅器４６の出力信号の交流成分は本来のセンサ信 号であり、カップリングコンデンサ５５を介して測定することができる。これに より２つの量を相互に依存しないで測定することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． センサ（２３；５３）と、該センサ（２３；５３）の出力信号を評価す るための評価回路からなるセンサ装置であって、 動作電圧（ＵＢ）に接続された少なくとも１つの電流源（２１；５１）を有し 、該電流源により電流がセンサ（２３；５３）に導かれる形式のセンサ装置にお いて、 第２の電流源（２２；５２）が設けられており、該第２の電流源は第１の電流 源（２１；５１）と直列に接続されており、 ２つの電流源（２１，２２；５１；５２）は定電流源として、定電流の調整の ための制御入力側と共に構成されており、 フィードバック網（２４；５４）が設けられており、 該フィードバック網によって定電流が、電流源（２１，２２；５１，５２）の 出力電圧（Ｕ１，Ｕ２）が所定の値を取るように調整され、 このように調整された定電流が、センサ内部抵抗（８，４１）をアースに関係 なく測定するために使用される、 ことを特徴とするセンサ装置。 ２． フィードバック網（２４；５４）は、出力電 圧（Ｕ１，Ｕ２）の値が動作電圧（ＵＢ）のほぼ本文であるように構成されてい る、請求項１記載のセンサ装置。 ３． フィードバック網（２４；５４）は、電流源（２１，２２；５１，５２ ）の出力電圧（２１，２２；５１，５２）をそれぞれ、電流源（２１，２２；５ １，５２）の制御入力側にある加算点（１５，１５’）に導く、請求項１または ２記載のセンサ装置。 ４． フィードバック網（２４；５４）はローパスフイルタ（６，６’、７； ３９’、４０）を有し、 該ローパスフィルタの遮断周波数はセンサから送出された交流電圧の周波数よ りも下である、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ装置。 ５． センサ（２３；５３）の出力信号は交流電圧であり、 該交流電圧は、検出すべき量に相応する振幅を有し、 前記センサの内部抵抗は温度に依存する、請求項１から４までのいずれか１項 記載のセンサ装置。 ６． センサ（２３；５３）は誘導形の力センサであり、該センサの二次コイ ル（２３，５３）は全期のようにして評価される、請求項１から５までのいずれ か１項記載のセンサ装置。