JP2004245747A

JP2004245747A - Sensor device

Info

Publication number: JP2004245747A
Application number: JP2003037444A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Sumi; 智明角
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: JP4352715B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor device capable of suppressing formation of an oxide film at a signal terminal, without increase of manufacturing processes and manufacturing costs. <P>SOLUTION: A positive input terminal of an operational amplifier 17 is applied with a reference potential, while a negative input terminal is applied with a detection potential of a load sensor 13, with an output terminal connected to a first power supply line 14, which becomes a high level via a resistor R2. The emitter of a PNP transistor 18 is connected to a first power supply line 14, the collector is connected to signal terminals CN3 and CN5, and the base is connected to the output terminal of the operational amplifier 17 and to a connection part C3 of the resistor R2. One end of a detection resistor 20 is connected to the signal terminals CN3 and CN5, while the other end is connected to a second power supply line 15 which comes to be a low level. A resistor R5 is connected to the first power supply line 14 and the signal terminal CN3. The electric potential of the signal terminal CN3 is subjected to negative feedback to a positive input terminal of the operational amplifier 17. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、センサ装置としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。図３は、このセンサ装置を示す回路図である。このセンサ装置は、通常動作状態では、出力トランジスタＱはベースに印加されるセンサの検出電位に応じてコレクタ−エミッタ間を流れる電流を増減する。これに伴い、抵抗Ｒ９２の電圧降下が変化して信号出力端子９１の電位が増減し、これに接続された変換器９６の抵抗Ｒ９４の電圧降下を変化させる。このセンサの検出電位に応じた抵抗Ｒ９４の電圧降下に基づき、監視対象の状態が検出されるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１０７２９２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このセンサ装置において、センサの検出電位に応じて信号出力端子９１の電位が所定電位となるよう、出力トランジスタＱの制御端子の前段にオペレーションアンプを設ける。そして、オペレーションアンプと出力トランジスタＱとにより負帰還を行い監視対象の状態を検出する構成とした場合、例えば電源端子９３，９４間の開放（断線）を検出しうるように、抵抗Ｒ９４の抵抗値を１００ｋΩ以上と大きく設定する方法が一方法として取られる。
【０００５】
このような構成において、電源端子９３，９４間が開放（断線）すると、出力トランジスタＱのエミッタがＧＮＤから開放されてオフ状態となる。その結果、信号出力端子９１の電位は抵抗Ｒ９３及び抵抗Ｒ９４の合成抵抗と、抵抗Ｒ９１との分圧比により決定される。このとき、抵抗Ｒ９４の電圧降下が通常動作状態で発生しうる電圧上限よりも大きくなるように、抵抗Ｒ９１に対して抵抗Ｒ９４の抵抗値を十分に大きく設定することによって、電源端子９３，９４間の開放（断線）が検出可能となる。しかしながら、この場合、例えば電源電圧Ｅが５Ｖとして信号出力端子９１から信号入力端子９２への出力電流は、０．０５ｍＡ（≒５Ｖ／１００ｋΩ）以下と小さくなる。そして、これら信号出力端子９１及び信号入力端子９２が汎用の銅に錫メッキされた端子である場合には、電流が小さいためにこれら信号出力端子９１及び信号入力端子９２に形成される酸化膜を電流によって破砕することが困難となる。あるいは、この酸化膜の対策としてこれら信号出力端子９１及び信号入力端子９２に金メッキを施す必要性が生じ、製造工数及び製造コストの増大を余儀なくされている。
【０００６】
本発明の目的は、製造工数及び製造コストを増大することなく、信号端子に形成される酸化膜を抑制することができるセンサ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、第１入力端子に基準電位が印加されるとともに第２入力端子にセンサの検出電位が印加され、出力が第１抵抗を介してハイレベルとなる第１電源線に接続されたオペレーションアンプと、第１端子が前記第１電源線に接続され、第２端子が信号端子に接続され、制御端子が前記オペレーションアンプの出力と前記第１抵抗の接続部に接続されたスイッチング素子と、一端が前記信号端子に接続されるとともに、他端がローレベルとなる第２電源線に接続された検出用抵抗と、前記第１電源線及び前記信号端子を接続する第２抵抗とを備え、前記信号端子の電位が、前記オペレーションアンプの第１入力端子に負帰還されたことを要旨とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のセンサ装置において、前記検出用抵抗の他端は、電源端子を介して前記第２電源線に接続されたことを要旨とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のセンサ装置において、前記信号端子と前記検出用抵抗の一端との間に断線が生じることで、該検出用抵抗を流れる電流が零になって該検出用抵抗の電圧降下が零になり、該信号端子と該検出用抵抗の一端との間の断線が検出されることを要旨とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のセンサ装置において、前記第２抵抗は、制御端子が前記第２電源線に接続された通常オンの断線検出用スイッチング素子を介して前記第１電源線に接続されたことを要旨とする。
【００１１】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、上記スイッチング素子のオン状態では、前記オペレーションアンプの第２入力端子に印加される前記センサの検出電位の変量に応じて該オペレーションアンプの出力が変化すると、これに基づき前記第１抵抗の電圧降下が変化する。そして、第１抵抗の電圧降下の変化に基づき前記スイッチング素子の第１端子及び第２端子間を流れる電流量が変化すると、該電流量変化に基づく前記検出用抵抗の電圧降下の変化により前記センサによる監視対象の状態が検出される。このとき、上記信号端子の電位がオペレーションアンプの第１入力端子に負帰還されることでその検出に前記第２抵抗の影響を受けることはない。
【００１２】
このスイッチング素子のオン状態では、上記検出用抵抗には信号端子の電位とその抵抗値に応じた量の電流が流れる。従って、検出用抵抗の抵抗値を小さく設定しておくことで、同検出用抵抗即ち前記信号端子には大きな電流が流れる。この大きな電流により、信号端子に形成される酸化膜は破砕される。
【００１３】
一方、上記スイッチング素子のオフ状態では、上記検出用抵抗には第２抵抗及び検出用抵抗の合成抵抗値に応じた量の電流が流れる。従って、検出用抵抗の抵抗値を小さく設定しておくことで、同検出用抵抗即ち前記信号端子には大きな電流が流れる。この大きな電流により、信号端子に形成される酸化膜は破砕される。
【００１４】
以上により、信号端子に形成される酸化膜を大電流により破砕することができ、同信号端子に金メッキを施すなどの工程も不要とされる。
請求項２に記載の発明によれば、前記信号端子と同様に電源端子にも大きな電流が流れる。従って、電源端子に形成される酸化膜を大電流により破砕することができ、同電源端子に金メッキを施すなどの工程も不要とされる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、上記信号端子と検出用抵抗の一端との間の断線が検出されることで不具合に対する早期対応が可能となる。
請求項４に記載の発明によれば、前記第２電源線に断線が生じることで上記断線検出用スイッチング素子がオフし、検出用抵抗を流れる電流が零になって該検出用抵抗の電圧降下が零になる。これに基づき、第２電源線の断線を検出することで不具合に対する早期対応が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１及び図２に従って説明する。
図１に示すように、センサ装置１０は、センサユニット１１と、電子制御ユニット１２とを備えている。
【００１７】
センサユニット１１は、センサとしての荷重センサ１３を備えている。この荷重センサ１３はストレーン・ゲージ歪ゲージであって、検出しようとする荷重によって撓み変形する図示しない起歪体上に形成されている。荷重センサ１３は、４個のストレーン・ゲージＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４を備えている。なお、各ストレーン・ゲージＧ１〜Ｇ４の抵抗値は起歪体に加わる荷重が「０」であるときには全て同じであって例えば数百Ωである。各ストレーン・ゲージＧ１〜Ｇ４の抵抗値は、加わった荷重の大きさに応じた起歪体の撓み変形量に対応して変化するようになっている。
【００１８】
ストレーン・ゲージＧ１及びストレーン・ゲージＧ２、ストレーン・ゲージＧ３及びストレーン・ゲージＧ４はそれぞれ直列接続されている。これら直列接続されたストレーン・ゲージＧ１，Ｇ２と、ストレーン・ゲージＧ３，Ｇ４とは並列接続されている。そして、ストレーン・ゲージＧ１，Ｇ３が接続される一端は、第１電源線１４に接続されている。この第１電源線１４は、センサユニット１１が備える一方の電源端子ＣＮ１に接続されている。この電源端子ＣＮ１は、汎用の銅に錫メッキされた端子である。第１電源線１４は、外部電源と接続されることでハイレベル（例えば５Ｖ）の基準電位Ｖｃｃに設定される。一方、ストレーン・ゲージＧ２，Ｇ４が接続される他端は、第２電源線１５に接続されている。この第２電源線１５は、センサユニット１１が備える他方の電源端子ＣＮ２に接続されている。この電源端子ＣＮ２は、汎用の銅に錫メッキされた端子である。第２電源線１５は、外部電源と接続されることでローレベル（例えば０Ｖ）の電位ＧＮＤに設定される。従って、外部電源と接続されることで、第１及び第２電源線１４，１５間に電圧Ｖｃｃが印加される。
【００１９】
ここで、ストレーン・ゲージＧ１，Ｇ２の接続部Ｃ１の電位は、起歪体に加わった荷重の大きさに応じて変化する両ストレーン・ゲージＧ１，Ｇ２の抵抗値で第１及び第２電源線１４，１５間の電圧（Ｖｃｃ）を分圧した電位となる。同様に、ストレーン・ゲージＧ３，Ｇ４の接続部Ｃ２の電位は、起歪体に加わった荷重の大きさに応じて変化する両ストレーン・ゲージＧ３，Ｇ４の抵抗値で第１及び第２電源線１４，１５間の電圧（Ｖｃｃ）を分圧した電位となる。従って、これら接続部Ｃ１，Ｃ２の電位は、起歪体に加わる荷重が「０」であるときには基準電位Ｖｃｃの半分の電位Ｖｃｃ／２となる。また、起歪体に加わる荷重が「０」から増大する（起歪体に圧縮荷重が作用する状態）ほど接続部Ｃ１の電位は電位Ｖｃｃ／２からより大きくなるとともに接続部Ｃ２の電位は電位Ｖｃｃ／２からより小さくなる。反対に、起歪体に加わる荷重が「０」から減少する（起歪体に引っ張り荷重が作用する状態）ほど接続部Ｃ１の電位は電位Ｖｃｃ／２からより小さくなるとともに接続部Ｃ２の電位は電位Ｖｃｃ／２からより大きくなる。接続部Ｃ１，Ｃ２の各電位は、予め設定されている検出範囲の荷重に対して、Ｖｃｃ／２から例えば数ｍＶの所定範囲で変化する。ここで、荷重検出範囲は、荷重センサ１３によってある程度以上の検出精度で検出することができる荷重範囲であって、起歪体に加わる負の荷重（引っ張り荷重）から正の荷重（圧縮荷重）までの荷重範囲である。
【００２０】
さらに、センサユニット１１は、増幅回路１６と、オペレーションアンプ１７と、スイッチング素子としてのＰＮＰトランジスタ１８と、断線検出用スイッチング素子としてのＰＮＰトランジスタ１９とを備えている。そして、上記接続部Ｃ１，Ｃ２は、それぞれ増幅回路１６に接続されている。増幅回路１６は、起歪体に作用する荷重に応じた接続部Ｃ１，Ｃ２間の電圧を所定増幅率にて増幅し、荷重センサ１３の検出電位として出力する。なお、増幅回路１６の出力（検出電位）は、接続部Ｃ１，Ｃ２間の電圧の極性（正負）に対応した極性を有する。
【００２１】
オペレーションアンプ１７は、その第１入力端子としてのプラス入力端子に基準電位Ｖｃｃが入力されており、第２入力端子としてのマイナス入力端子に前記増幅回路１６が接続されて検出電位が入力されている。そして、オペレーションアンプ１７の出力端子は、抵抗Ｒ１を介してＰＮＰトランジスタ１８の制御端子としてのベースに接続されている。また、抵抗Ｒ１及びＰＮＰトランジスタ１８（ベース）の接続部Ｃ３は、第１抵抗としての抵抗Ｒ２を介して第１電源線１４に接続されている。
【００２２】
ＰＮＰトランジスタ１８の第１端子としてのエミッタは上記第１電源線１４に接続されており、第２端子としてのコレクタは抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４を介して第２電源線１５と接続されている。そして、抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４の接続部Ｃ４は、抵抗Ｒ６を介してオペレーションアンプ１７のプラス入力端子に接続され、その電位が負帰還されている。従って、上記検出電位に応じてオペレーションアンプ１７の出力が変動すると、抵抗Ｒ２の電圧降下が変化してＰＮＰトランジスタ１８のベースの電位（エミッタ−ベース間の電圧）が変化する。これにより、ＰＮＰトランジスタ１８のオン状態において、エミッタ−コレクタ間の電圧が変化し、この間を流れる電流が増減される。なお、抵抗Ｒ４は、例えば１００ｋΩ程度の比較的大きな抵抗値を有している。
【００２３】
ＰＮＰトランジスタ１９の制御端子としてのベースは第２電源線１５に接続されている。そして、ＰＮＰトランジスタ１９のエミッタは第１電源線１４に接続されており、コレクタは第２抵抗としての抵抗Ｒ５を介して上記接続部Ｃ４に接続されている。従って、このＰＮＰトランジスタ１９は、常にオン状態となっている。なお、抵抗Ｒ５は、例えば１１ｋΩ程度の比較的小さな抵抗値を有している。既述のように、接続部Ｃ４の電位は抵抗Ｒ６を介してオペレーションアンプ１７のプラス入力端子に負帰還されているため、ＰＮＰトランジスタ１８のオン状態においてこの電位が抵抗Ｒ５の影響を受けることはない。
【００２４】
上記接続部Ｃ４は、外部回路（電子制御ユニット１２）との接続用の信号端子としての信号出力端子ＣＮ３と接続されている。この信号出力端子ＣＮ３も、汎用の銅に錫メッキされた端子である。
【００２５】
前記電子制御ユニット１２は、電源端子ＣＮ４と、信号端子としての信号入力端子ＣＮ５と、これら電源端子ＣＮ４及び信号入力端子ＣＮ５を接続する検出用抵抗２０と、Ａ／Ｄコンバータを備えている。検出用抵抗２０は、例えば１ｋΩ程度の小さな抵抗値を有している。また、これら電源端子ＣＮ４及び信号入力端子ＣＮ５は、汎用の銅に錫メッキされた端子である。そして、電源端子ＣＮ２，ＣＮ４は、ハーネスを構成する一方の接続線Ｗ１を介して接続されている。また、信号出力端子ＣＮ３及び信号入力端子ＣＮ５は、ハーネスを構成する他方の接続線Ｗ２を介して接続されている。
【００２６】
次に、このセンサ装置１０の動作について説明する。
まず、オペレーションアンプ１７のマイナス入力端子に正の検出電位が入力されたとする。このとき、オペレーションアンプ１７の出力が低下する。これに伴い、抵抗Ｒ２の電圧降下が大きくなり、ＰＮＰトランジスタ１８のエミッタ−ベース間の電圧が増加する。これにより、ＰＮＰトランジスタ１８のオン状態において、エミッタ−コレクタ間の電圧が小さくなり、この間を流れる電流（コレクタ電流）が増加して信号出力端子ＣＮ３の電位が増加する。
【００２７】
反対に、オペレーションアンプ１７のマイナス入力端子に負の検出電位が入力されたとする。このとき、オペレーションアンプ１７の出力が増加する。これに伴い、抵抗Ｒ２の電圧降下が小さくなり、ＰＮＰトランジスタ１８のエミッタ−ベース間の電圧が低下する。これにより、ＰＮＰトランジスタ１８のオン状態において、エミッタ−コレクタ間の電圧が大きくなり、この間を流れる電流（コレクタ電流）が減少して信号出力端子ＣＮ３の電位が低下する。
【００２８】
以上の信号出力端子ＣＮ３の電位変化により、検出用抵抗２０で検出電位に応じた電圧降下が生じる。この検出用抵抗２０の電圧降下（出力信号）により、電子制御ユニット１２において荷重センサ１３による監視対象の状態が検出されるようになっている。
【００２９】
図２は、荷重センサ１３による荷重検出範囲での出力信号（検出用抵抗２０の電圧降下）の変化を示すグラフである。同図に示すように、この荷重検出範囲では、出力信号は荷重の変化に比例するリニア特性を示す。この荷重検出範囲に対応する出力信号の範囲（荷重信号範囲）は、例えば０．５〜４．５Ｖの範囲となっている。なお、抵抗Ｒ４に比べて検出用抵抗２０の抵抗値が十分に小さいことから、ＰＮＰトランジスタ１８のオン状態では、信号出力端子ＣＮ３、信号入力端子ＣＮ５、検出用抵抗２０へと数ｍＡ程度（≒５Ｖ／数ｋΩ）の電流が流れる。このように、信号出力端子ＣＮ３、信号入力端子ＣＮ５を流れる電流が大きくなることで、これら端子に形成される酸化膜は電流によって破砕される。
【００３０】
また、ＰＮＰトランジスタ１８のオフ状態でも、電源端子ＣＮ１、トランジスタのコレクタ、エミッタ、抵抗Ｒ５を介して信号出力端子ＣＮ３、信号入力端子ＣＮ５、検出用抵抗２０へと０．４ｍＡ程度（≒５Ｖ／（１１＋１）ｋΩ）の電流が流れる。この場合も、電源端子ＣＮ２，ＣＮ４、信号出力端子ＣＮ３、信号入力端子ＣＮ５を流れる電流が大きくなることで、これら端子に形成される酸化膜は電流によって破砕される。なお、ＰＮＰトランジスタ１８のオフ状態における検出用抵抗２０の電圧降下（０．４Ｖ）は、荷重センサ１３による荷重検出範囲での同電圧降下（０．５〜４．５Ｖ）に含まれていない。
【００３１】
さらに、例えば接続線Ｗ１（第２電源線１５）が断線したとすると、これにベースが接続されたＰＮＰトランジスタ１９はオフ状態になる。このとき、検出用抵抗２０を流れる電流が零になってその電圧降下は０Ｖ程度に著しく低下し、その異常が検出されるようになっている。また、例えば接続線Ｗ２が断線したとすると、同様に検出用抵抗２０の電圧降下は０Ｖ程度に著しく低下し、その異常が検出されるようになっている。更に、接続線Ｗ３が断線すると電圧供給ができなくなり、第１電源線１４が０Ｖになり、同様に検出用抵抗２０の電圧降下は０Ｖ程度に著しく低下することにより、断線異常が検出されるようになっている。
【００３２】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、ＰＮＰトランジスタ１８のオン状態では、１ｋΩ程度に小さく設定された抵抗値を有する検出用抵抗２０には、数ｍＡ程度の大きな電流が流れる。すなわち、信号出力端子ＣＮ３、信号入力端子ＣＮ５、検出用抵抗２０には同様の大きな電流が流れる。この大きな電流により、これら信号出力端子ＣＮ３、信号入力端子ＣＮ５に形成される酸化膜は破砕される。
【００３３】
一方、ＰＮＰトランジスタ１８のオフ状態では、検出用抵抗２０には、抵抗Ｒ５及び検出用抵抗２０の合成抵抗値に応じた０．４ｍＡ程度の大きな電流が流れる。すなわち、信号出力端子ＣＮ３、信号入力端子ＣＮ５、検出用抵抗２０には同様の大きな電流が流れる。この大きな電流により、これら信号出力端子ＣＮ３、信号入力端子ＣＮ５に形成される酸化膜は破砕される。また、電源端子ＣＮ６，ＣＮ１，ＣＮ２，ＣＮ４にはセンサユニット１１の回路部、ストレーン・ゲージＧ１〜Ｇ４の歪ゲージ部の抵抗値が小さく大電流が流れることにより、電源端子ＣＮ６，ＣＮ１，ＣＮ２，ＣＮ４に形成される酸化膜は破砕される。
【００３４】
以上により、これら信号出力端子ＣＮ３、信号入力端子ＣＮ５、電源端子ＣＮ６，ＣＮ１及び電源端子ＣＮ４，ＣＮ２に形成される酸化膜を大電流により破砕することができ、これらに金メッキを施すなどの工程及びメッキによるコストアップも不要にできる。
【００３５】
（２）本実施形態では、接続線Ｗ２の断線（信号出力端子ＣＮ３、信号入力端子ＣＮ５と検出用抵抗２０の一端との間の断線）が検出されることで不具合に対する早期対応が可能となる。
【００３６】
（３）本実施形態では、第２電源線１５の断線を検出することで不具合に対する早期対応が可能となる。
なお、本発明の実施の形態は上記実施形態に限定されるものではなく、次のように変更してもよい。
【００３７】
・前記実施形態においては、スイッチング素子としてＰＮＰトランジスタ１８を採用したが、例えばＰ型ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を採用してもよい。
・前記実施形態においては、断線検出用スイッチング素子としてＰＮＰトランジスタ１９を採用したが、例えばＰ型ＦＥＴを採用してもよい。
【００３８】
・前記実施形態において、増幅回路１６を割愛して荷重センサ１３からの信号をそのまま検出電位としてオペレーションアンプ１７のマイナス入力端子に入力してもよい。
【００３９】
・前記実施形態では、荷重検出範囲において出力信号がリニア特性を示すようにしたが、その他の特性を示すようにしてもよい。
・前記実施形態においては、荷重センサとして、荷重に応じて抵抗値が変化するものを採用したが、例えば荷重に応じて静電容量が変化するものを採用してもよい。
【００４０】
・前記実施形態において、センサは、荷重センサ１３に限らず、トルク・メータ、圧力センサ、加速度センサ等のストレーン・ゲージ式センサであってもよい。
【００４１】
・前記実施形態において、ストレーン・ゲージは、線歪ゲージ、圧膜抵抗体歪ゲージ、箔歪ゲージ、半導体歪ゲージ等のいずれの形態であってもよい。
・前記実施形態において、センサは、直列接続された一対のストレーン・ゲージのみを備えたものであってもよい。
【００４２】
・前記実施形態における回路構成は一例であって、本発明を逸脱しない範囲で適宜の構成を採用してもよい。
次に、以上の実施形態から把握することができる技術的思想を、その効果とともに以下に記載する。
【００４３】
（イ）請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ装置において、前記スイッチング素子のオン状態では、前記検出用抵抗の電圧降下は前記センサの検出電位の変量に対しリニアに変化することを特徴とするセンサ装置。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１乃至４に記載の発明によれば、製造工数を増大することなく、信号端子に形成される酸化膜を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す回路図。
【図２】同実施形態の荷重と出力信号との関係を示すグラフ。
【図３】従来形態を示す回路図。
【符号の説明】
１３センサとしての荷重センサ
１４第１電源線
１５第２電源線
１７オペレーションアンプ
１８スイッチング素子としてのＰＮＰトランジスタ
１９断線検出用スイッチング素子としてのＰＮＰトランジスタ
２０検出用抵抗
ＣＮ２，ＣＮ４電源端子
ＣＮ３信号端子としての信号出力端子
ＣＮ５信号端子としての信号入力端子
Ｒ２第１抵抗としての抵抗
Ｒ５第２抵抗としての抵抗[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a sensor device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a sensor device, for example, a sensor device described in Patent Document 1 is known. FIG. 3 is a circuit diagram showing the sensor device. In this sensor device, in a normal operation state, the output transistor Q increases or decreases the current flowing between the collector and the emitter according to the detection potential of the sensor applied to the base. Accordingly, the voltage drop of the resistor R92 changes, and the potential of the signal output terminal 91 increases and decreases, thereby changing the voltage drop of the resistor R94 of the converter 96 connected thereto. The state of the monitoring target is detected based on the voltage drop of the resistor R94 according to the detection potential of this sensor.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-5-107292
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in this sensor device, an operation amplifier is provided before the control terminal of the output transistor Q so that the potential of the signal output terminal 91 becomes a predetermined potential according to the detection potential of the sensor. When the operation amplifier and the output transistor Q perform a negative feedback to detect the state of the monitoring target, for example, the resistance value of the resistor R94 is determined so that the open (break) between the power terminals 93 and 94 can be detected. Is set as large as 100 kΩ or more as one method.
[0005]
In such a configuration, when the power supply terminals 93 and 94 are opened (disconnected), the emitter of the output transistor Q is opened from GND and turned off. As a result, the potential of the signal output terminal 91 is determined by the combined resistance of the resistors R93 and R94 and the voltage dividing ratio of the resistor R91. At this time, the resistance value of the resistor R94 is set to be sufficiently large with respect to the resistor R91 so that the voltage drop of the resistor R94 becomes larger than the upper limit voltage that can be generated in the normal operation state. Open (disconnection) can be detected. However, in this case, for example, when the power supply voltage E is 5 V, the output current from the signal output terminal 91 to the signal input terminal 92 becomes as small as 0.05 mA (≒ 5 V / 100 kΩ) or less. When the signal output terminal 91 and the signal input terminal 92 are terminals that are tin-plated on general-purpose copper, the oxide film formed on the signal output terminal 91 and the signal input terminal 92 is reduced because the current is small. It becomes difficult to crush by electric current. Alternatively, as a measure against the oxide film, it is necessary to apply gold plating to the signal output terminal 91 and the signal input terminal 92, so that the number of manufacturing steps and the manufacturing cost are inevitably increased.
[0006]
An object of the present invention is to provide a sensor device that can suppress an oxide film formed on a signal terminal without increasing the number of manufacturing steps and manufacturing cost.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 is configured such that a reference potential is applied to a first input terminal, a detection potential of a sensor is applied to a second input terminal, and an output is supplied via a first resistor. An operational amplifier connected to a first power supply line which is at a high level, a first terminal is connected to the first power supply line, a second terminal is connected to a signal terminal, and a control terminal is connected to an output of the operation amplifier and the output terminal. A switching element connected to a connection portion of the first resistor; a detection resistor connected to a second power supply line having one end connected to the signal terminal and the other end at a low level; and the first power supply line And a second resistor connecting the signal terminal, wherein the potential of the signal terminal is negatively fed back to the first input terminal of the operation amplifier.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the sensor device according to the first aspect, the other end of the detection resistor is connected to the second power supply line via a power supply terminal.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the sensor device according to the first or second aspect, since a disconnection occurs between the signal terminal and one end of the detection resistor, a current flowing through the detection resistor becomes zero. Thus, the point is that the voltage drop of the detection resistor becomes zero, and a disconnection between the signal terminal and one end of the detection resistor is detected.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the sensor device according to any one of the first to third aspects, the second resistor is a normally-on disconnection detection switching element having a control terminal connected to the second power supply line. And that it is connected to the first power supply line via the.
[0011]
(Action)
According to the first aspect of the present invention, when the output of the operation amplifier changes in accordance with a variation in the detection potential of the sensor applied to the second input terminal of the operation amplifier in the on state of the switching element, Based on this, the voltage drop of the first resistor changes. When the amount of current flowing between the first terminal and the second terminal of the switching element changes based on the change in the voltage drop of the first resistor, the change in the voltage drop of the detection resistor based on the change in the amount of current causes the sensor to change. The state of the monitoring target is detected. At this time, since the potential of the signal terminal is negatively fed back to the first input terminal of the operation amplifier, the detection is not affected by the second resistor.
[0012]
In the ON state of the switching element, a current flows through the detection resistor in an amount corresponding to the potential of the signal terminal and the resistance value. Therefore, by setting the resistance value of the detection resistor small, a large current flows through the detection resistor, that is, the signal terminal. The oxide film formed on the signal terminal is broken by the large current.
[0013]
On the other hand, in the off state of the switching element, a current flows through the detection resistor in an amount corresponding to a combined resistance value of the second resistor and the detection resistor. Therefore, by setting the resistance value of the detection resistor small, a large current flows through the detection resistor, that is, the signal terminal. The oxide film formed on the signal terminal is broken by the large current.
[0014]
As described above, the oxide film formed on the signal terminal can be crushed by a large current, and a step such as plating the signal terminal with gold is not required.
According to the invention described in claim 2, a large current flows through the power supply terminal as well as the signal terminal. Therefore, the oxide film formed on the power supply terminal can be crushed by a large current, and a step of plating the power supply terminal with gold is not required.
[0015]
According to the third aspect of the present invention, a disconnection between the signal terminal and one end of the detection resistor is detected, so that an early response to a problem can be achieved.
According to the fourth aspect of the present invention, when the second power supply line is disconnected, the disconnection detection switching element is turned off, the current flowing through the detection resistor becomes zero, and the voltage of the detection resistor drops. Becomes zero. Based on this, detecting a disconnection of the second power supply line enables an early response to a failure.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the sensor device 10 includes a sensor unit 11 and an electronic control unit 12.
[0017]
The sensor unit 11 includes a load sensor 13 as a sensor. The load sensor 13 is a strain gauge strain gauge, and is formed on a not-shown strain element that is bent and deformed by a load to be detected. The load sensor 13 includes four strain gauges G1, G2, G3, and G4. Note that the resistance values of the strain gauges G1 to G4 are all the same when the load applied to the flexure element is “0”, for example, several hundred Ω. The resistance value of each of the strain gauges G1 to G4 changes according to the amount of flexural deformation of the flexure element according to the magnitude of the applied load.
[0018]
The strain gauge G1 and the strain gauge G2, and the strain gauge G3 and the strain gauge G4 are respectively connected in series. The strain gauges G1, G2 connected in series and the strain gauges G3, G4 are connected in parallel. One end to which the strain gauges G1 and G3 are connected is connected to the first power supply line 14. The first power supply line 14 is connected to one power supply terminal CN1 of the sensor unit 11. The power supply terminal CN1 is a general-purpose copper-tinned terminal. The first power supply line 14 is set to a high level (for example, 5 V) reference potential Vcc by being connected to an external power supply. On the other hand, the other end to which the strain gauges G2 and G4 are connected is connected to the second power supply line 15. The second power supply line 15 is connected to the other power supply terminal CN2 of the sensor unit 11. The power supply terminal CN2 is a general-purpose copper-tinned terminal. The second power supply line 15 is set to a low-level (for example, 0 V) potential GND by being connected to an external power supply. Therefore, the voltage Vcc is applied between the first and second power supply lines 14 and 15 by being connected to the external power supply.
[0019]
Here, the electric potential of the connection portion C1 of the strain gauges G1, G2 is determined by the resistance values of the strain gauges G1, G2 which change in accordance with the magnitude of the load applied to the flexure element. It becomes a potential obtained by dividing the voltage (Vcc) between 14 and 15. Similarly, the potential of the connection portion C2 of the strain gauges G3 and G4 is determined by the resistance values of the strain gauges G3 and G4, which change according to the magnitude of the load applied to the flexure element. It becomes a potential obtained by dividing the voltage (Vcc) between 14 and 15. Accordingly, when the load applied to the flexure element is “0”, the potentials of the connection portions C1 and C2 are half the reference potential Vcc, that is, the potential Vcc / 2. Further, as the load applied to the flexure element increases from “0” (in a state where a compressive load acts on the flexure element), the potential of the connection portion C1 increases from the potential Vcc / 2, and the potential of the connection portion C2 decreases. From Vcc / 2. Conversely, as the load applied to the flexure element decreases from “0” (in a state where a tensile load acts on the flexure element), the potential of the connection portion C1 becomes smaller from the potential Vcc / 2, and the potential of the connection portion C2 becomes It becomes larger from potential Vcc / 2. Each potential of the connection portions C1 and C2 changes within a predetermined range of Vcc / 2, for example, several mV, with respect to a load in a preset detection range. Here, the load detection range is a load range that can be detected by the load sensor 13 with a certain level of detection accuracy or more, and ranges from a negative load (tensile load) to a positive load (compressive load) applied to the flexure element. Is the load range.
[0020]
Further, the sensor unit 11 includes an amplifier circuit 16, an operation amplifier 17, a PNP transistor 18 as a switching element, and a PNP transistor 19 as a switching element for disconnection detection. The connection portions C1 and C2 are connected to the amplifier circuit 16, respectively. The amplifying circuit 16 amplifies the voltage between the connection portions C1 and C2 according to the load acting on the flexure element at a predetermined amplification rate, and outputs the amplified voltage as a detection potential of the load sensor 13. Note that the output (detection potential) of the amplifier circuit 16 has a polarity corresponding to the polarity (positive or negative) of the voltage between the connection portions C1 and C2.
[0021]
In the operation amplifier 17, the reference potential Vcc is input to a plus input terminal as a first input terminal, and the amplification circuit 16 is connected to a minus input terminal as a second input terminal to input a detection potential. . The output terminal of the operation amplifier 17 is connected to the base as the control terminal of the PNP transistor 18 via the resistor R1. Further, a connection portion C3 between the resistor R1 and the PNP transistor 18 (base) is connected to the first power supply line 14 via a resistor R2 as a first resistor.
[0022]
The emitter as the first terminal of the PNP transistor 18 is connected to the first power supply line 14, and the collector as the second terminal is connected to the second power supply line 15 via the resistors R3 and R4. The connection C4 between the resistors R3 and R4 is connected to the plus input terminal of the operation amplifier 17 via the resistor R6, and the potential is negatively fed back. Therefore, when the output of the operation amplifier 17 fluctuates according to the detected potential, the voltage drop of the resistor R2 changes and the base potential (voltage between the emitter and the base) of the PNP transistor 18 changes. As a result, when the PNP transistor 18 is in the ON state, the voltage between the emitter and the collector changes, and the current flowing therebetween increases or decreases. The resistor R4 has a relatively large resistance value of, for example, about 100 kΩ.
[0023]
The base as a control terminal of the PNP transistor 19 is connected to the second power supply line 15. The emitter of the PNP transistor 19 is connected to the first power supply line 14, and the collector is connected to the connection portion C4 via a resistor R5 as a second resistor. Therefore, the PNP transistor 19 is always on. The resistor R5 has a relatively small resistance value of, for example, about 11 kΩ. As described above, the potential of the connection portion C4 is negatively fed back to the plus input terminal of the operation amplifier 17 via the resistor R6. Therefore, when the PNP transistor 18 is on, the potential of the potential is affected by the resistor R5. Absent.
[0024]
The connection part C4 is connected to a signal output terminal CN3 as a signal terminal for connection with an external circuit (electronic control unit 12). The signal output terminal CN3 is also a terminal that is tin-plated with general-purpose copper.
[0025]
The electronic control unit 12 includes a power supply terminal CN4, a signal input terminal CN5 as a signal terminal, a detection resistor 20 for connecting the power supply terminal CN4 and the signal input terminal CN5, and an A / D converter. The detection resistor 20 has a small resistance value of, for example, about 1 kΩ. The power supply terminal CN4 and the signal input terminal CN5 are general-purpose copper tin-plated terminals. The power terminals CN2 and CN4 are connected via one connection line W1 forming a harness. Further, the signal output terminal CN3 and the signal input terminal CN5 are connected via the other connection line W2 forming the harness.
[0026]
Next, the operation of the sensor device 10 will be described.
First, it is assumed that a positive detection potential is input to the negative input terminal of the operation amplifier 17. At this time, the output of the operation amplifier 17 decreases. Accordingly, the voltage drop of the resistor R2 increases, and the voltage between the emitter and the base of the PNP transistor 18 increases. As a result, when the PNP transistor 18 is turned on, the voltage between the emitter and the collector is reduced, the current flowing between the emitter and the collector (collector current) is increased, and the potential of the signal output terminal CN3 is increased.
[0027]
Conversely, it is assumed that a negative detection potential is input to the negative input terminal of the operation amplifier 17. At this time, the output of the operation amplifier 17 increases. Accordingly, the voltage drop of the resistor R2 is reduced, and the voltage between the emitter and the base of the PNP transistor 18 is reduced. As a result, when the PNP transistor 18 is turned on, the voltage between the emitter and the collector increases, and the current flowing between them (collector current) decreases to lower the potential of the signal output terminal CN3.
[0028]
Due to the above potential change of the signal output terminal CN3, a voltage drop occurs in the detection resistor 20 according to the detected potential. By the voltage drop (output signal) of the detection resistor 20, the electronic control unit 12 detects the state of the object to be monitored by the load sensor 13.
[0029]
FIG. 2 is a graph showing a change in an output signal (voltage drop of the detection resistor 20) in a load detection range of the load sensor 13. As shown in the figure, in this load detection range, the output signal shows a linear characteristic proportional to a change in load. The output signal range (load signal range) corresponding to this load detection range is, for example, in the range of 0.5 to 4.5V. Since the resistance value of the detection resistor 20 is sufficiently smaller than that of the resistor R4, when the PNP transistor 18 is in the ON state, the signal output terminal CN3, the signal input terminal CN5, and the detection resistor 20 are fed by several mA (≒). A current of 5 V / several kΩ) flows. As described above, when the current flowing through the signal output terminal CN3 and the signal input terminal CN5 increases, the oxide film formed on these terminals is broken by the current.
[0030]
Also, even when the PNP transistor 18 is off, the signal output terminal CN3, the signal input terminal CN5, and the detection resistor 20 are supplied to the signal output terminal CN3, the signal input terminal CN5, and the detection resistor 20 through the power supply terminal CN1, the collector and the emitter of the transistor, and the resistor R5 (about 5 V / ( 11 + 1) kΩ). Also in this case, the current flowing through the power supply terminals CN2 and CN4, the signal output terminal CN3, and the signal input terminal CN5 increases, so that the oxide film formed on these terminals is broken by the current. The voltage drop (0.4 V) of the detection resistor 20 in the off state of the PNP transistor 18 is not included in the same voltage drop (0.5 to 4.5 V) in the load detection range of the load sensor 13.
[0031]
Further, for example, if the connection line W1 (second power supply line 15) is disconnected, the PNP transistor 19 whose base is connected to the connection line W1 is turned off. At this time, the current flowing through the detection resistor 20 becomes zero, and the voltage drop is remarkably reduced to about 0 V, so that the abnormality is detected. Further, for example, if the connection line W2 is disconnected, the voltage drop of the detection resistor 20 is significantly reduced to about 0 V, and the abnormality is detected. Further, when the connection line W3 is disconnected, the voltage cannot be supplied, the first power supply line 14 becomes 0V, and similarly, the voltage drop of the detection resistor 20 is significantly reduced to about 0V, so that the disconnection abnormality is detected. It has become.
[0032]
As described in detail above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the present embodiment, when the PNP transistor 18 is in the ON state, a large current of about several mA flows through the detecting resistor 20 having a resistance value set as small as about 1 kΩ. That is, the same large current flows through the signal output terminal CN3, the signal input terminal CN5, and the detection resistor 20. The oxide film formed on the signal output terminal CN3 and the signal input terminal CN5 is broken by the large current.
[0033]
On the other hand, when the PNP transistor 18 is off, a large current of about 0.4 mA according to the combined resistance value of the resistor R5 and the detection resistor 20 flows through the detection resistor 20. That is, the same large current flows through the signal output terminal CN3, the signal input terminal CN5, and the detection resistor 20. The oxide film formed on the signal output terminal CN3 and the signal input terminal CN5 is broken by the large current. In addition, since the resistance value of the circuit portion of the sensor unit 11 and the strain gauge portion of the strain gauges G1 to G4 is small and a large current flows to the power supply terminals CN6, CN1, CN2, and CN4, the power supply terminals CN6, CN1, CN2, The oxide film formed on CN4 is crushed.
[0034]
As described above, the oxide films formed on the signal output terminal CN3, the signal input terminal CN5, the power supply terminals CN6 and CN1, and the power supply terminals CN4 and CN2 can be crushed by a large current. The cost increase by plating can be eliminated.
[0035]
(2) In the present embodiment, the disconnection of the connection line W2 (the disconnection between the signal output terminal CN3, the signal input terminal CN5 and one end of the detection resistor 20) is detected, so that an early response to a failure can be achieved. .
[0036]
(3) In the present embodiment, it is possible to quickly respond to a problem by detecting disconnection of the second power supply line 15.
Note that the embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be modified as follows.
[0037]
In the above embodiment, the PNP transistor 18 is used as the switching element. However, for example, a P-type FET (field effect transistor) may be used.
In the above embodiment, the PNP transistor 19 is used as the disconnection detection switching element. However, for example, a P-type FET may be used.
[0038]
In the above embodiment, the signal from the load sensor 13 may be directly input to the minus input terminal of the operation amplifier 17 as the detection potential without the amplification circuit 16.
[0039]
In the above embodiment, the output signal has a linear characteristic in the load detection range. However, the output signal may have another characteristic.
In the above embodiment, the load sensor whose resistance value changes according to the load is used. However, for example, a sensor whose capacitance changes according to the load may be used.
[0040]
In the above embodiment, the sensor is not limited to the load sensor 13, but may be a strain gauge sensor such as a torque meter, a pressure sensor, and an acceleration sensor.
[0041]
In the above embodiment, the strain gauge may be in any form such as a linear strain gauge, a pressure film resistor strain gauge, a foil strain gauge, and a semiconductor strain gauge.
In the above embodiment, the sensor may include only a pair of strain gauges connected in series.
[0042]
-The circuit configuration in the above embodiment is an example, and an appropriate configuration may be adopted without departing from the present invention.
Next, technical ideas that can be grasped from the above embodiments are described below together with their effects.
[0043]
(A) The sensor device according to any one of claims 1 to 4, wherein, when the switching element is in an ON state, a voltage drop of the detection resistor changes linearly with respect to a variation of a detection potential of the sensor. Sensor device.
[0044]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the first to fourth aspects of the present invention, the oxide film formed on the signal terminal can be suppressed without increasing the number of manufacturing steps.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a load and an output signal according to the embodiment.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a conventional embodiment.
[Explanation of symbols]
13 Load sensor 14 as sensor 14 First power line 15 Second power line 17 Operation amplifier 18 PNP transistor 19 as switching element PNP transistor 20 as switching element for disconnection detection Resistance CN2, CN4 for detection Power supply terminal CN3 As signal terminal Signal output terminal CN5 Signal input terminal R2 as a signal terminal Resistance R5 as a first resistance Resistance as a second resistance

Claims

An operation amplifier connected to a first power supply line to which a reference potential is applied to a first input terminal, a detection potential of a sensor is applied to a second input terminal, and an output goes to a high level via a first resistor;
A switching element having a first terminal connected to the first power supply line, a second terminal connected to the signal terminal, and a control terminal connected to a connection between the output of the operation amplifier and the first resistor;
One end is connected to the signal terminal, and the other end is connected to a second power supply line having a low level;
A second resistor connecting the first power supply line and the signal terminal;
A sensor device, wherein the potential of the signal terminal is negatively fed back to a first input terminal of the operation amplifier.

The sensor device according to claim 1,
The other end of the detection resistor is connected to the second power supply line via a power supply terminal.

The sensor device according to claim 1 or 2,
When a disconnection occurs between the signal terminal and one end of the detection resistor, the current flowing through the detection resistor becomes zero, the voltage drop of the detection resistor becomes zero, and the signal terminal and the detection A disconnection between one end of the use resistor and a sensor device is detected.

The sensor device according to any one of claims 1 to 3,
The sensor device according to claim 1, wherein the second resistor is connected to the first power supply line via a normally-on disconnection detection switching element having a control terminal connected to the second power supply line.