JP2006284375A - 物理量検出方法及びセンサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オフセットや感度等のパラメータが温度の変化に起因して非線形に変化するようなセンサであれ、それら温度特性を的確に補償して、対象となる物理量をより高精度に検出することのできる物理量検出方法及び該検出方法を利用するセンサ装置の提供。
【解決手段】センサの出力と実際の物理量との関係を、センサ自身の物理量に対する非直線性と感度及びオフセットの温度特性とをそれぞれ係数として規定される２次方程式にて近似する。また、それら係数のそれぞれについても、温度を独立変数とする２次方程式にて近似してその温度係数をＲＯＭ２２に記憶保持しておく。そして、この温度係数とその都度の温度とを上記温度を独立変数とする２次方程式に代入するとともに、得られた上記係数と上記センサの出力とを、同センサの出力と実際の物理量との関係を規定する上記２次方程式に代入して実際の物理量を算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被検出物理量とセンサ出力との関係を是正して物理量の検出を行う物理量検出方法及び該検出方法を利用するセンサ装置に関するものである。

近年、例えば車両では、温度、圧力、磁界等の物理量を検出する各種センサから出力されるセンサ信号をデジタルデータに変換し、このデジタルデータを用いてエンジンの運転制御をはじめとする各種制御を行っている。ただし、これらセンサは通常、オフセットや感度といった温度に依存するパラメータを有していることから、上記センサ信号も、たとえ検出対象とする物理量が同じであったとしても、そのときの温度によって異なる値を示すなどの不都合を生じることとなる。そして、こうしたセンサの特性に起因して実際の物理量とセンサ信号との乖離が大きくなると、上記制御そのものの信頼性が大きく低下することともなるため、従来より、こうしたセンサの温度特性を考慮して、センサ信号に対する補正が行われている。その補正方法の一例として、特許文献１に記載されたセンサ装置を採用する方法がある。

すなわちこのセンサ装置は、実際の物理量の変化とセンサ信号との関係を上記オフセットや感度も含めて直線近似、すなわち一次式で近似して、センサから出力される信号を、そのときのセンサの温度を考慮した値に補正するための補正係数を求める。そして、この求めた補正係数を適宜に記憶しておき、物理量を検出する際には、センサの温度を求めるとともに、その都度検出される物理量をこの求めたセンサの温度を考慮した上記補正係数を用いて補正演算するようにしている。
特開平１１−４４５８５号公報

ところで、センサ素子によっては、上述したオフセットや感度などのパラメータ自体が温度に依存して非直線的に、すなわち非線形的に変化することも多い。そしてこの場合には、これらパラメータの非線形な温度特性に起因して、実際の物理量の変化に対するセンサ信号の変化もより複雑なものとなる。しかし、上記従来のセンサ装置では、求める物理量とセンサ信号との関係をこれらオフセットや感度も含めて直線近似するようにしている。このため、これが例えばサーモパイルを用いた赤外線センサ、あるいは磁気抵抗素子を用いた磁気センサや電流センサ等のように、上記パラメータ自体が非線形な温度特性を有するセンサに適用される場合には、その検出精度の低下が避けられない。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、オフセットや感度等のパラメータが温度の変化に起因して非線形に変化するようなセンサであれ、それら温度特性を的確に補償して、対象となる物理量をより高精度に検出することのできる物理量検出方法及び該検出方法を利用するセンサ装置を提供することにある。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、センサの出力と同センサによって求める実際の物理量との関係を、当該センサ自身の上記物理量に対する非直線性の温度特性及び同センサの出力に影響を及ぼすパラメータの温度特性をそれぞれ係数として規定される２次方程式にて近似するとともに、それら係数のそれぞれについても、温度を独立変数とする高次の方程式にて近似してその温度係数を予め記憶手段に記憶保持しておき、上記センサのその都度の出力に基づき、
ａ．上記記憶保持している温度係数とその都度の温度とを上記高次の方程式に代入して、上記２次方程式の係数である上記センサ自身の上記物理量に対する非直線性の温度特性及び同センサの出力に影響を及ぼすパラメータの温度特性を求める処理、及び
ｂ．これら得られた係数と上記センサの出力とを上記２次方程式に代入して、同センサによって求める実際の物理量を算出する処理、
を実行して上記実際の物理量を検出するようにした。

物理量検出方法としてこのような方法によれば、センサの出力と同センサによって求める実際の物理量との関係が２次方程式にて近似されるとともに、この２次方程式の係数が高次の方程式にて近似されることとなるため、温度の変化に起因して非線形に変化するようなセンサであっても、その温度特性が的確に補償されるようになる。このため、これら方程式の解を求める処理にあたる上記ａ．の処理及び上記ｂ．の処理の実行を通じて検出される（求められる）実際の物理量も自ずと高い精度に維持されるようになる。

また、請求項２に記載の物理量検出方法によるように、上記センサの出力に影響を及ぼすパラメータとして上記センサの感度及びオフセットを用い、上記センサ自身の上記物理量に対する非直線性の温度特性と共に上記２次方程式の係数とするこれら感度の温度特性及びオフセットの温度特性のそれぞれについて上記温度を独立変数として近似する高次の方程式を２次方程式として近似することとすれば、上記ａ．の処理の実行にかかる負荷の軽減を通じて、実際の物理量の検出までにかかる時間も好適に短縮されるようになる。

また、こうした物理量検出方法において、具体的には、例えば、請求項３に記載の発明によるように、上記センサ自身の上記物理量に対する非直線性をＡ、上記センサの感度をＢ、上記センサのオフセットをＣ_０、上記センサの出力をＣ_１とするとき、上記実際の物理量を、これをＸとして、演算

Ｘ＝−｛（Ｃ_０−Ｃ_１）／Ｂ｝・［１＋｛Ａ・（Ｃ_０−Ｃ_１）／Ｂ^２｝］

を実行して算出することが望ましい。この演算式は、センサの出力と同センサによって求める実際の物理量との関係を規定する上記２次方程式を級数展開し、この級数展開の結果として得られた項のうち、２次までの項を用いて上記２次方程式を物理量Ｘについて近似したものである。このような演算式を用いてセンサの出力から実際の物理量を算出するようにすれば、その演算負荷もさらに軽減され、ひいては演算にかかる時間のさらなる短縮が図られるようになる。特に、センサの出力をデジタルデータとして扱う場合には、２次方程式の演算は高次の多項式演算を通じて実行されることとなるため、その演算の実行に必要とされる回路の規模ばかりでなく、物理量の算出にかかる時間も無視できないものとなる。この点、上記演算式を用いた物理量検出方法によれば、上記処理ａ．及び上記処理ｂ．といった定型処理が速やかに実行されることとなり、物理量の算出にかかる時間の短縮とともに、回路規模の好適な抑制も図られるようになる。

また、請求項４に記載の発明では、物理量を検出するセンサの出力を入力する手段と、該入力されたセンサの出力と同センサによって検出する実際の物理量との関係を、当該センサ自身の上記物理量に対する非直線性の温度特性及び同センサの出力に影響を及ぼすパラメータの温度特性をそれぞれ係数として規定される２次方程式にて近似し、且つそれら係数のそれぞれについても、温度を独立変数とする高次の方程式にて近似したときの各温度係数を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されている温度係数とその都度の温度とを上記高次の方程式に代入して、上記２次方程式の係数である上記センサ自身の上記物理量に対する非直線性の温度特性及び同センサの出力に影響を及ぼすパラメータの温度特性を求めるとともに、これら得られた係数と上記センサの出力とを上記２次方程式に代入して、同センサによって検出する実際の物理量を演算する演算手段とを備えてセンサ装置を構成するようにした。

センサ装置としてこのような構成によれば、演算手段を通じて上記請求項１に記載の物理量検出方法が忠実に実行されることとなる。したがって、このようなセンサ装置によっても、オフセットや感度等のパラメータが温度の変化に起因して非線形に変化するようなセンサであれ、それら温度特性を的確に補償して、対象となる物理量をより高精度に検出することができるようになる。

また、センサ装置としてのこのような構成において請求項５に記載の発明によるように、上記センサの出力に影響を及ぼすパラメータが上記センサの感度及びオフセットであり、上記演算手段が、上記センサ自身の上記物理量に対する非直線性の温度特性と共に上記２次方程式の係数とするこれら感度の温度特性及びオフセットの温度特性のそれぞれについて上記温度を独立変数として近似する高次の方程式を２次方程式として近似して上記演算を実行するようにすれば、演算手段を通じて上記請求項２に記載の物理量検出方法が忠実に実行されることとなる。したがって、このようなセンサ装置によっても、演算負荷の軽減が図られ、実際の物理量の検出までにかかる時間も短縮されるようになる。

また、こうしたセンサ装置においても、具体的には、例えば、請求項６に記載の発明によるように、上記センサ自身の上記物理量に対する非直線性をＡ、上記センサの感度をＢ、上記センサのオフセットをＣ_０、上記センサの出力をＣ_１とするとき、上記演算手段が、上記実際の物理量を、これをＸとして、演算

Ｘ＝−｛（Ｃ_０−Ｃ_１）／Ｂ｝・［１＋｛Ａ・（Ｃ_０−Ｃ_１）／Ｂ^２｝］

を実行して算出するようにすることが望ましい。上述したように、この演算式は、入力されたセンサの出力から同センサによって検出する実際の物理量を求めるための近似式ではあるが、この近似式を用いてセンサの出力から実際の物理量を算出することで、必要十分な精度、並びに信頼性が確保された状態で、演算手段における演算負荷のさらなる軽減、並びに演算時間の短縮が図られるようになる。

また、請求項６に記載のセンサ装置は、請求項７に記載の発明によるように、上記センサの出力を入力する手段が、この入力したセンサの出力を所定の分解能にてデジタル信号に変換するＡＤ変換器を備え、上記演算手段が、この変換されたデジタル信号と上記記憶手段に記憶されている各温度係数を示すデータとに基づいて上記演算を実行するデジタル信号処理部からなるセンサ装置に適用して特に有効である。すなわち、デジタル信号処理部における２次方程式の演算は高次の多項式演算を通じて実行されることとなるため、デジタル信号処理部の回路規模やその演算時間は無視できないものとなる。この点、上記演算式（近似式）を用いて実際の物理量を算出するようにすれば、上記デジタル信号から実際の物理量を求めるまでの処理がデジタル信号処理部によって速やかに実行されることとなり、物理量の演算にかかる時間が短縮されるようになるとともに、デジタル信号処理部としての回路規模も抑制されるようになる。

また、請求項７に記載のセンサ装置において、請求項８に記載の発明によるように、上記記憶手段が、電気的に書き込み可能なＲＯＭからなり、上記各温度係数を示すデータが外部から書き込み可能に構成されてなるようにすれば、上記各温度係数を示すデータの書き込みを通じたより柔軟な温度係数の設定が可能となり、より自由度の高い、あるいはより厳格な温度特性の補償が可能となる。

一方、請求項６に記載のセンサ装置において、請求項９に記載の発明によるように、上記入力されたセンサの出力と同センサによって検出する実際の物理量との関係が、当該センサ自身の上記物理量に対する非直線性の温度特性及び同センサの出力に影響を及ぼすパラメータの温度特性を含めて、上記演算手段による演算結果を集約した温度別のマップデータとしてＲＯＭに格納されてなり、それらマップデータを選択する温度情報と上記センサの出力情報とが上記ＲＯＭに与えられることに基づき、上記実際の物理量Ｘの値を該ＲＯＭから直接読み出す構成とすることもできる。センサ装置としてのこのような構成によっても、オフセットや感度等のパラメータが温度の変化に起因して非線形に変化するようなセンサであれ、それら温度特性が的確に補償されることとなり、対象となる物理量をより高精度に検出することができるようになる。

以下、本発明にかかる物理量検出方法及び同検出方法を利用したセンサ装置を、例えば磁気抵抗素子等の磁気検出素子を用いて電流路を流れる電流の値を磁気的に、すなわち電流の値に対応した電界強度や磁気ベクトルの大きさに基づいて検出する電流センサ装置に適用した一実施の形態について図１〜図５を参照して説明する。

図１に示されるように、このセンサ装置は、センサに接続される入力部１０と、演算部（演算手段）２０と、出力部３０と、これら各部の動作を制御するコントロール部４０とを基本的に備えて構成されている。なお、本実施の形態において、上記入力部１０に接続されるセンサは、上述した磁気検出型の電流センサと温度検出用のセンサとの２つのセンサからなる。

このうち、電流センサは、例えばハーフブリッジ回路を備えて形成される磁気抵抗素子を有するセンサチップと、同磁気抵抗素子に磁気ベクトルを付与するバイアス磁石とを基板上に備えて構成されている。そして、この基板が、樹脂などからなるモールド材によりモールドされた状態で当該電流センサの電流検出の対象となる電流路、例えばバスバー上に設置される構造となっている。このような構成では、バスバーを流れる電流によって発生する磁気ベクトルと上記バイアス磁石による磁気ベクトルとの合成ベクトルが、上記電流の変化に伴って角度変化するようになる。電流センサは、こうした合成ベクトルの角度変化を感知してバスバーに流れる電流の電流量を検出し、この検出した電流量に対応する原センサ信号ＯＸを出力する。

一方、温度検出用のセンサは、例えば前記特許文献１に記載されているセンサのように、拡散抵抗（温度係数は１５００〜１７００ｐｐｍ／℃程度）により形成された感温抵抗素子と、温度係数が零に近い材料である例えばＣｒＳｉにより形成された拡散抵抗（基準抵抗素子）とが交互に接続されたフルブリッジ回路として構成されている。そして、このブリッジ回路にブリッジ電圧を印加しておき、該電圧の印加状態において温度が変化するときの上記感温抵抗素子の抵抗値の変化、すなわち上記感温抵抗素子と上記基準抵抗素子との対向する接続点間の電位差の変化に基づいて温度検出信号ＯＴを出力する。なお、ここで前記原センサ信号ＯＸ及び温度検出信号ＯＴは差動信号である場合もありうる。

本実施の形態の例えばこのようなセンサに接続されるセンサ装置において、上記入力部１０は、電流センサから入力される原センサ信号ＯＸと温度検出用のセンサから入力される温度検出信号ＯＴとのそれぞれを所定の分解能にてデジタル信号に変換する部分である。すなわち具体的には、この入力部１０は、同図１に示されるように、電流センサに接続される増幅器１１と、温度検出用のセンサに接続される増幅器１２と、マルチプレクサ１３と、上記デジタル信号に変換する部分であるＡＤ変換器１４とを備えて構成されている。ここでマルチプレクサ１３は、上記コントロール部４０からの入力切替信号に基づき、上記増幅器１１からのセンサ増幅信号ＰＸ及び上記増幅器１２からの温度増幅信号ＰＴのうちのいずれか一方の信号を選択して、その選択した信号をＡＤ変換器１４に出力する回路である。これにより、ＡＤ変換器１４では、同コントロール部４０からの変換開始信号をトリガとして、こうしてマルチプレクサ１３から入力される信号を上述した所定の分解能のデジタル信号に変換することとなる。なお、このＡＤ変換器１４では、該当する信号の上記デジタル信号への変換が完了すると、その旨を示す変換終了信号をコントロール部４０に出力する。そして、センサ増幅信号ＰＸに対応するデジタル信号についてはこれをＡＤ変換値Ｃ_１として、また温度増幅信号ＰＴに対応するデジタル信号についてはこれを温度データＴとして、それぞれこれらを演算部２０へ出力する。

また、同センサ装置において、上記演算部２０は、デジタル信号処理部２１とＲＯＭ（記憶手段）２２とを備えて構成されている。このＲＯＭ２２には、デジタル信号処理部２１が後述する演算処理を実行する際に用いる複数の温度係数（後述）の値が予め記憶されている。また、デジタル信号処理部２１は、複数のレジスタ２１ａを備えており、上記ＡＤ変換器１４から入力されたセンサ信号のＡＤ変換値Ｃ_１あるいは温度データＴをこのレジスタ２１ａに記憶する。また、デジタル信号処理部２１では、上記コントロール部４０から演算開始信号が入力されると、予め設定された所定の論理演算処理の実行を通じて、上記ＡＤ変換値Ｃ_１、上記温度データＴ、及び上記温度係数から上記電流センサによって求めるべき実際の物理量（推定値Ｘ）、すなわちバスバーに流れる電流量を示すデジタル値を算出する。そして、デジタル信号処理部２１では、同演算処理が終了すると、コントロール部４０に対して演算終了信号を出力する。なお、デジタル信号処理部２１は、コントロール部４０から供給されるクロック信号に同期して上記演算処理を実行する。

ここで、上記デジタル信号処理部２１により実行される演算処理についてさらに詳細に説明する。この演算処理は、以下に示す演算式への上記ＡＤ変換値Ｃ_１、温度データＴ、及び温度係数のそれぞれの代入を通じて上記推定値Ｘを算出する定型処理として実行される処理であり、まず、こうした演算処理において使用される上記演算式の導出例を図２にしたがって説明する。

＜演算式の導出＞
本実施の形態では、センサの有する温度特性として、センサ自身の磁界の強度に対する非直線性の温度特性と、同センサの出力に影響を及ぼすパラメータ、すなわちオフセット及び感度の温度特性とを考える。したがって、上記ＡＤ変換値Ｃ_１と上記推定値Ｘとの関係は、センサ自身の磁界の強度（磁気ベクトルの大きさ）に対する非直線性をＡ、センサの感度をＢ、センサのオフセットをＣ_０とするとき、

ＡＤ変換値Ｃ_１＝Ａ・Ｘ^２＋Ｂ・Ｘ＋Ｃ_０

となる２次方程式で規定される。また、上記非直線性Ａ、感度Ｂ、及びオフセットＣ_０のそれぞれについても、温度データＴを独立変数とする２次方程式で近似する。すなわち、非直線性Ａ、感度Ｂ、及びオフセットＣ_０はそれぞれ、非直線性Ａの温度係数をＮ_０〜Ｎ_２、感度Ｂの温度係数をＳ_０〜Ｓ_２、オフセットＣ_０の温度係数をＯ_０〜Ｏ_２としたとき、

非直線性Ａ＝Ｎ_２・Ｔ^２＋Ｎ_１・Ｔ＋Ｎ_０
感度Ｂ＝Ｓ_２・Ｔ^２＋Ｓ_１・Ｔ＋Ｓ_０
オフセットＣ_０＝Ｏ_２・Ｔ^２＋Ｏ_１・Ｔ＋Ｏ_０

として規定される。このように温度特性を近似したときの上記ＡＤ変換値Ｃ_１と上記推定値Ｘとの関係を図２にグラフとして示す。また、図３は、上記非直線性Ａ、感度Ｂ、及びオフセットＣ_０を規定する２次方程式とこの２次方程式の各温度係数とを表としてまとめたものであり、上記演算部２０が備えるＲＯＭ２２には、これら温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２の値が予め記憶されている。

ここで、上述したＡＤ変換値Ｃ_１と推定値Ｘとの関係を示す２次方程式を推定値Ｘについて解くと、

推定値Ｘ＝｛−Ｂ±（Ｂ^２−４・Ａ・Ｃ）^１／２｝／（２・Ａ）

となる。この式を、感度Ｂが正の場合について演算すれば、デジタル信号処理部２１によって推定値Ｘを算出することは可能である。ただし、この式に基づくデジタル信号処理部２１での演算は、該式の級数展開の結果得られる高次の多項式についての演算となるため、推定値Ｘの算出までにかかる演算負荷、並びに時間が無視できないものとなる。そこで、本実施の形態では、以下に示す手順によってデジタル信号処理部２１による推定値Ｘの算出にかかる負荷の軽減、並びに時間の短縮を図るようにしている。

すなわち、（１＋Ｘ）^１／２を級数展開すると、

（１＋Ｘ）^１／２＝１＋（１／２）・Ｘ−（１／８）・Ｘ^２＋・・・・

となる高次の多項式が得られることとなるが、このうちの２次までの項を用いて、先のＡＤ変換値Ｃ_１と推定値Ｘとの関係を示す２次方程式を整理する。そして、Ｃ＝Ｃ_０−Ｃ_１と置くことにより、

推定値Ｘ＝−（Ｃ／Ｂ）・｛１＋Ａ・（Ｃ／Ｂ^２）｝

となる演算式（近似式）が導出される。本実施の形態におけるデジタル信号処理部２１では、この近似式を用いて推定値Ｘの算出を行う。すなわち、デジタル信号処理部２１は、上記非直線性Ａ、感度Ｂ、及びオフセットＣ_０をそれぞれ規定する２次方程式へその都度の温度データＴを代入するとともに、その結果求められた非直線性Ａ、感度Ｂ、及びオフセットＣ_０の各パラメータを上記近似式へ代入して推定値Ｘを算出する。

次に、デジタル信号処理部２１により実行される演算処理を図４にフローチャートとして示し、このフローチャートを参照しつつ、同演算処理にかかる処理手順を以下に列記する。

＜演算処理の手順＞
１．レジスタ２１ａに記憶されているその都度の温度データＴと、ＲＯＭ２２に記憶されている温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２とから非直線性Ａ、感度Ｂ、及びオフセットＣ_０のそれぞれを算出する（図４ステップＳ１００）。
２．このうちオフセットＣ_０とＡＤ変換値Ｃ_１とを用いて変数Ｃ（＝Ｃ_０−Ｃ１）を算出する（図４ステップＳ１０１）。
３．非直線性Ａ、感度Ｂ、及び変数Ｃを先の近似式に代入して推定値Ｘを算出する（図４ステップＳ１０２）。
４．推定値Ｘをレジスタ２１ａの中の出力用レジスタに記憶する（図４ステップＳ１０３）。

なお、上記ＡＤ変換器１４でのデジタル変換も含めてこの演算処理をマイクロコンピュータ等で実行することも可能である。また、この場合には、こうした演算処理等を例えばエンジン制御等に用いられる電子制御装置内部の処理としてもよい。ただし上述のように、ここでの演算処理の内容は定型処理であるため、本実施の形態によるように、これをデジタル信号処理部２１によるいわゆるＤＳＰ（Digital Signal Processor）による演算とすることによって、上記推定値Ｘの算出をより高速に実行することができるようになり、そのリアルタイム性も好適に確保することができるようになる。

また、図１に示すこのセンサ装置において、上記出力部３０は、ＤＡ変換器３１とボルテージフォロア３２とを備えて構成されている。この出力部３０は、コントロール部４０からデータ取込信号が入力されると、デジタル信号処理部２１のレジスタ２１ａの中の出力レジスタに記憶されている推定値Ｘを取り込み、ＤＡ変換器３１にてこの推定値Ｘをアナログ信号に変換した後、ボルテージフォロア３２を介して出力する部分である。このように、デジタル値である推定値Ｘをアナログ信号に変換することにより、該センサ装置と上記電子制御装置とが距離的に離間して配設される場合であれ、その間を基本的には１本の信号線で結線することが可能となる。

なお、上記推定値Ｘのアナログ信号への変換は任意であり、例えばこのセンサ装置が上記電子制御装置に組み込まれており、両者間の配線数（信号線の数）が問題とならない場合には、出力部３０を割愛して、上記デジタル値からなる推定値Ｘを直接電子制御装置内の制御部（マイクロコンピュータ）に取り込むようにしてもよい。また、出力部３０の構成も任意であり、例えば、パラレルーシリアル変換回路を備える構成として、上記電子制御装置への推定値Ｘの転送をシリアル通信にて行うようにしてもよい。

そして、同じく図１に示すこのセンサ装置において、上記コントロール部４０は、例えば周知の論理回路によって構成され、発信回路４１から入力されるクロック信号に同期して、入力部１０のマルチプレクサ１３及びＡＤ変換器１４、演算部２０のデジタル信号処理部２１、出力部３０のＤＡ変換器３１のそれぞれを統括制御する部分である。このコントロール部４０が実行する処理を図５にフローチャートとして示し、このフローチャートを参照しつつ、同処理の手順を以下に列記する。
１．センサ増幅信号ＰＸを選択する旨の入力切替信号をマルチプレクサ１３に出力する（図５ステップＳ２００）。
２．変換開始信号をＡＤ変換器１４に出力する（図５ステップＳ２０１）。これにより、センサ増幅信号ＰＸのデジタル信号への変換が開始される。
３．ＡＤ変換器１４から変換終了信号が返されるのを待つ（図５ステップＳ２０２）。
４．ＡＤ変換器１４から変換終了信号が返された後、すなわちＡＤ変換値Ｃ_１が求められた後、温度増幅信号ＰＴを選択する旨の入力切替信号をマルチプレクサ１３に出力する（図５ステップＳ２０３）。
５．変換開始信号をＡＤ変換器１４に出力する（図５ステップＳ２０４）。これにより、温度増幅信号ＰＴのデジタル信号への変換が開始される。
６．ＡＤ変換器１４から変換終了信号が返されるのを待つ（図５ステップＳ２０５）。
７．ＡＤ変換器１４から変換終了信号が返された後、すなわち、温度データＴが求められた後、演算開始信号及びクロック信号をデジタル信号処理部２１に出力する（図５ステップＳ２０６）。これにより、デジタル信号処理部２１では、上述した演算処理が実行されることとなる。
８．デジタル信号処理部２１から演算終了信号が返されるのを待つ（図５ステップＳ２０７）。
９．デジタル信号処理部２１から演算終了信号が返された後、すなわち、推定値Ｘが算出された後、データ取込信号をＤＡ変換器３１に出力する（図５ステップＳ２０８）。これにより、算出された推定値Ｘはアナログ信号に変換されることとなる。

また、このコントロール部４０は、入力部１０の増幅器１１、１２のゲイン設定や零点調整等を行うための回路も併せて備えている。この回路を通じて、例えば製造時には、上記増幅器１１、１２のゲインの設定や零点調整等が行われる。

以上説明した本実施の形態にかかる物理量検出方法及び同検出方法を利用したセンサ装置によれば、以下のような効果を得ることができるようになる。
（１）センサの出力（ＡＤ変換値Ｃ_１）と同センサによって求める実際の物理量（推定値Ｘ）との関係を２次方程式にて近似するとともに、この２次方程式の係数、すなわち非直線性Ａ、感度Ｂ、及びオフセットＣ_０も温度データＴを独立変数とする２次方程式にて近似することとしたため、センサの温度特性が的確に補償されるようになる。また、非直線性Ａ、感度Ｂ、オフセットＣ_０は、その都度の温度データＴに基づいて算出することとしたため、推定値Ｘをより高精度に算出することができるようになる。

（２）非直線性Ａ、感度Ｂ、オフセットＣ_０の各パラメータの温度特性は、温度データＴを独立変数とする２次方程式で近似することとした。このように、本来高次の方程式で規定される温度特性を２次方程式で近似することにより、デジタル信号処理部２１での演算処理の実行にかかる負荷の軽減、並びに時間の短縮が図られるようになる。なお、このように２次方程式で近似することとしても、実使用上、十分な精度のもとでの推定値Ｘの算出が可能である。

（３）デジタル信号処理部２１では、ＡＤ変換値Ｃ_１と推定値Ｘとの関係を規定する２次方程式の級数展開を通じて求められる多項式のうち、２次までの項を用いた推定値Ｘについての近似式を用いて演算するようにした。このため、こうした演算にかかる時間が大幅に短縮されるようになるとともに、演算にかかる処理負荷も軽減されるようになる。また、こうした近似式を用いての推定値Ｘの算出により、デジタル信号処理部２１の回路規模も抑制されるようになる。

（４）センサの出力に対応するＡＤ変換値Ｃ_１と温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２とその都度の温度データＴとから推定値Ｘを算出するまでの処理をデジタル信号処理部２１によるいわゆるＤＳＰ（Digital Signal Processor）による処理により実行するようにしたため、推定値Ｘをより高速に算出することができるようになる。

（５）ＲＯＭ２２に記憶すべきデータは９つの温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２を示すデータのみであるため、ＲＯＭ２２としても記憶容量の小さいＲＯＭを採用することができ、その意味でもセンサ装置としての小型化が促進されるようになる。

なお、この発明にかかる物理量検出方法及びセンサ装置は上記実施の形態に限定されるものではなく、同実施の形態を適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。

・上記実施の形態では、デジタル信号処理部２１における演算負荷を軽減するために、ＡＤ変換値Ｃ_１と推定値Ｘとの関係を示す２次方程式を級数展開し、その結果得られる多項式のうち２次までの項のみを用いて近似式を導出して、この近似式を用いて推定値Ｘを算出するようにしている。しかし、この近似式の導出に用いる上記多項式の項数は任意であり、デジタル信号処理部２１の処理能力に余裕があるときには、例えば上記多項式のうち４次までの項を用いて近似式を導出するようにしてもよい。このようにすれば、センサの温度特性をさらに高精度に補償することができるようになる。

・上記実施の形態においては、デジタル信号処理部２１の演算処理に供される温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２のデータを、ＲＯＭ２２に予め記憶しておくこととした。他に、これら温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２をセンサ毎に求め、この求めた温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２のデータを別途ＲＯＭ２２に記憶するようにしてもよい。具体的には、ＲＯＭ２２を例えば電気的に書き込み可能なフラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭ等に変更するとともに、図１に一点鎖線にて示すように、入出力回路（Ｉ／Ｏ）５０をパーソナルコンピュータ５１とコントロール部４０との間に設けておき、この入出力回路５０を介してＲＯＭ２２の内容を適宜に変更するようにしてもよい。

このような構成において、センサ毎に最適な温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２をＲＯＭ２２に登録するまでの手順について、図１に示したブロック図を参照しつつ、以下に列記する。
１．まず、コントロール部４０では、デジタル信号処理部２１のレジスタ２１ａに記憶されているＡＤ変換値Ｃ_１を取り込み、入出力回路５０を介してパーソナルコンピュータ５１に出力する。
２．パーソナルコンピュータ５１では、このＡＤ変換値Ｃ_１をもとに最適な温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２を算出して、この算出した温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２をＲＯＭ２２に書き込む旨の調整指令を入出力回路５０を介してコントロール部４０に出力する。
３．コントロール部４０では、パーソナルコンピュータ５１から温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２と上記調整指令が入力されることに基づき、これら温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２の値（データ）をＲＯＭ２２に書き込む。
４．また、パーソナルコンピュータ５１では、出力した温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２がＲＯＭ２２に書き込まれたことを確認するために、ＲＯＭ２２の記憶内容の読み込みを所望する旨の指令を、同じく入出力回路５０を介してコントロール部４０に出力する。
５．コントロール部４０では、こうしてＲＯＭ２２の内容の読み込みを所望する旨の指令が入力された場合、ＲＯＭ２２に記憶されている温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２を読み出し、これら読み出した温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２の値（データ）を入出力回路５０を介してパーソナルコンピュータ５１に出力する。
６．パーソナルコンピュータ５１では、出力した温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２の値と入力された温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２の値とを比較することによって、ＲＯＭ２２への書き込みが確実に行われたか否かを判断する。

このように、センサ毎に最適な温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２がＲＯＭ２２に登録されるようにすれば、たとえセンサ毎に温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２の異なるときでも、それら接続されるセンサの温度特性を的確に補償することができるようになる。なお、ここではセンサ毎に最適な温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２をＲＯＭ２２に登録する一例について説明したが、ＲＯＭ２２に登録すべき温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２の値としては、種々の形態のものが採用可能である。例えば、センサ毎に最適な温度係数Ｏ_０〜Ｏ_２、Ｓ_０〜Ｓ_２、Ｎ_０〜Ｎ_２を予め複数求めておき、それらの平均値をＲＯＭ２２に登録するようにしてもよい。

・演算部２０の構成は任意である。例えば図６に例示するように、デジタル信号処理部２１に代えて、ＲＯＭ６１と、ＲＯＭ６２とによって演算部２０を構成するようにしてもよい。このうちＲＯＭ６１には、温度増幅信号ＰＴのデジタル信号である温度データＤＴと、この温度データＤＴに対応する温度Ｔとがマップデータとして予め格納される。そして、ＲＯＭ６１は、温度データＤＴが入力されると、その温度データＤＴに対応する温度データＴ、例えば温度データＴ１を上記マップデータから求め、この温度データＴ１をＲＯＭ６２に出力する。一方、ＲＯＭ６２には、ＡＤ変換値Ｃ_１と推定値Ｘとの関係が、当該センサ自身の物理量に対する非直線性の温度特性及び同センサの出力に影響を及ぼすパラメータ、すなわち感度Ｂ及びオフセットＣ_０の温度特性を含めて、上記デジタル信号処理部２１による演算と同様の結果を集約した温度別のマップデータが格納される。そしてこのＲＯＭ６２では、ＲＯＭ６１からマップデータを選択する温度情報と上記センサの出力情報とが与えられることに基づいて上記推定値Ｘを直接読み出す。すなわちここでの例では、ＲＯＭ６２は、ＲＯＭ６１から温度データＴ１が入力され、入力部１０からＡＤ変換値Ｃ_１が入力されると、上記マップデータから温度データＴ１に対応する曲線を選択し、この選択した曲線上で上記ＡＤ変換値Ｃ_１に対応する推定値Ｘを求める。なお、これらＲＯＭ６１及びＲＯＭ６２に格納された各マップデータの読み出しに際しては、適宜の補間演算を採用するようにしてもよい。センサ装置としてのこのような構成によっても、その都度の温度情報とセンサの出力情報とをＲＯＭ６２に与えることによって、オフセットＣ_０や感度Ｂ等のパラメータが温度の変化に起因して非線形に変化するようなセンサであれ、それら温度特性が的確に補償されることとなり、対象となる物理量をより高精度に検出することができるようになる。

・本発明にかかるセンサ装置に接続されるセンサは、上述した電流センサ（磁気検出型電流センサ）に限定されない。本発明にかかるセンサ装置は、感度ＢやオフセットＣ_０等のパラメータが温度の変化に起因して非線形に変化するセンサに適用することができる。

本発明にかかるセンサ装置の一実施の形態についてその構成例を示すブロック図。 ＡＤ変換値（センサ出力）と推定値（実際の物理量）との関係の一例を示すグラフ。 図２に例示した関係を前提として、物理量を検出する際に用いられる温度係数と、オフセット、感度、非直線性の各パラメータとの関係を一覧して示す図。 同実施の形態にかかるセンサ装置の演算部を構成するデジタル信号処理部が行う演算処理についてその処理手順を示すフローチャート。 同実施の形態にかかるセンサ装置のコントロール部が行う処理についてその処理手順を示すフローチャート。 同実施の形態にかかるセンサ装置の演算部についてその変形例を示すブロック図。

符号の説明

１０…入力部、１１、１２…増幅器、１３…マルチプレクサ、１４…ＡＤ変換器、２０…演算部、２１…デジタル信号処理部、２１ａ…レジスタ、２２、６１、６２…ＲＯＭ、３０…出力部、３１…ＤＡ変換器、３２…ボルテージフォロア、４０…コントロール部、４１…発信回路、５０…入出力回路、５１…パーソナルコンピュータ。

Claims (9)

1. センサの出力と同センサによって求める実際の物理量との関係を、当該センサ自身の前記物理量に対する非直線性の温度特性及び同センサの出力に影響を及ぼすパラメータの温度特性をそれぞれ係数として規定される２次方程式にて近似するとともに、それら係数のそれぞれについても、温度を独立変数とする高次の方程式にて近似してその温度係数を予め記憶手段に記憶保持しておき、前記センサのその都度の出力に基づき、
   ａ．前記記憶保持している温度係数とその都度の温度とを前記高次の方程式に代入して、前記２次方程式の係数である前記センサ自身の前記物理量に対する非直線性の温度特性及び同センサの出力に影響を及ぼすパラメータの温度特性を求める処理、及び
   ｂ．これら得られた係数と前記センサの出力とを前記２次方程式に代入して、同センサによって求める実際の物理量を算出する処理、
   を実行して前記実際の物理量を検出する物理量検出方法。
2. 前記センサの出力に影響を及ぼすパラメータとして前記センサの感度及びオフセットを用い、前記センサ自身の前記物理量に対する非直線性の温度特性と共に前記２次方程式の係数とするこれら感度の温度特性及びオフセットの温度特性のそれぞれについて前記温度を独立変数として近似する高次の方程式を２次方程式として近似する
   請求項１に記載の物理量検出方法。
3. 前記センサ自身の前記物理量に対する非直線性をＡ、前記センサの感度をＢ、前記センサのオフセットをＣ_０、前記センサの出力をＣ_１とするとき、前記実際の物理量を、これをＸとして、演算
   
   Ｘ＝−｛（Ｃ_０−Ｃ_１）／Ｂ｝・［１＋｛Ａ・（Ｃ_０−Ｃ_１）／Ｂ^２｝］
   
   を実行して算出する
   請求項２に記載の物理量検出方法。
4. 物理量を検出するセンサの出力を入力する手段と、
   該入力されたセンサの出力と同センサによって検出する実際の物理量との関係を、当該センサ自身の前記物理量に対する非直線性の温度特性及び同センサの出力に影響を及ぼすパラメータの温度特性をそれぞれ係数として規定される２次方程式にて近似し、且つそれら係数のそれぞれについても、温度を独立変数とする高次の方程式にて近似したときの各温度係数を記憶する記憶手段と、
   該記憶手段に記憶されている温度係数とその都度の温度とを前記高次の方程式に代入して、前記２次方程式の係数である前記センサ自身の前記物理量に対する非直線性の温度特性及び同センサの出力に影響を及ぼすパラメータの温度特性を求めるとともに、これら得られた係数と前記センサの出力とを前記２次方程式に代入して、同センサによって検出する実際の物理量を演算する演算手段と、
   を備えるセンサ装置。
5. 前記センサの出力に影響を及ぼすパラメータが前記センサの感度及びオフセットであり、前記演算手段は、前記センサ自身の前記物理量に対する非直線性の温度特性と共に前記２次方程式の係数とするこれら感度の温度特性及びオフセットの温度特性のそれぞれについて前記温度を独立変数として近似する高次の方程式を２次方程式として近似して前記演算を実行する
   請求項４に記載のセンサ装置。
6. 前記センサ自身の前記物理量に対する非直線性をＡ、前記センサの感度をＢ、前記センサのオフセットをＣ_０、前記センサの出力をＣ_１とするとき、前記演算手段は、前記実際の物理量を、これをＸとして、演算
   
   Ｘ＝−｛（Ｃ_０−Ｃ_１）／Ｂ｝・［１＋｛Ａ・（Ｃ_０−Ｃ_１）／Ｂ^２｝］
   
   を実行して算出する
   請求項５に記載のセンサ装置。
7. 前記センサの出力を入力する手段は、この入力したセンサの出力を所定の分解能にてデジタル信号に変換するＡＤ変換器を備え、前記演算手段は、この変換されたデジタル信号と前記記憶手段に記憶されている各温度係数を示すデータとに基づいて前記演算を実行するデジタル信号処理部からなる
   請求項６に記載のセンサ装置。
8. 前記記憶手段は、電気的に書き込み可能なＲＯＭからなり、前記各温度係数を示すデータが外部から書き込み可能に構成されてなる
   請求項７に記載のセンサ装置。
9. 前記入力されたセンサの出力と同センサによって検出する実際の物理量との関係が、当該センサ自身の前記物理量に対する非直線性の温度特性及び同センサの出力に影響を及ぼすパラメータの温度特性を含めて、前記演算手段による演算結果を集約した温度別のマップデータとしてＲＯＭに格納されてなり、それらマップデータを選択する温度情報と前記センサの出力情報とが前記ＲＯＭに与えられることに基づき、前記実際の物理量Ｘの値を該ＲＯＭから直接読み出す
   請求項６に記載のセンサ装置。

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