JP2009300383A - Device and system for evaluating pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に車両の側面衝突検知に用いられる圧力センサの動的特性評価に好適な圧力センサ評価装置及び圧力センサ評価システムに関する。 The present invention relates to a pressure sensor evaluation apparatus and a pressure sensor evaluation system that are particularly suitable for evaluating dynamic characteristics of a pressure sensor used for side collision detection of a vehicle.
車両の正面衝突事故や側面衝突事故から乗員を保護する装置として、正面エアバッグやサイドエアバッグ等が有効であることは既に周知の事実である。正面衝突事故の場合はエンジンルーム等の空間があるため、衝突発生から正面エアバッグ展開までに要求される時間τFには時間的余裕がある。この時間τFは正面衝突の条件によって変化するが、概ね10〜20msecの時間範囲となる。一方、側面衝突事故の場合は乗員と衝突してくる相手側の車両等との間にドア1枚分の空間しかなく、側面衝突発生からサイドエアバッグ展開までに要求される時間τSは概ね5〜10msec以下と非常に短くなる。 It is a well-known fact that front airbags, side airbags, and the like are effective as devices for protecting passengers from vehicle frontal collisions and side collisions. In the case of a frontal collision accident, since there is a space such as an engine room, there is a time margin in the time τF required from the occurrence of a collision until the frontal airbag is deployed. This time τF varies depending on the condition of the frontal collision, but is approximately in the range of 10 to 20 msec. On the other hand, in the case of a side collision accident, there is only a space for one door between the opponent vehicle and the like colliding with the occupant, and the time τS required from the side collision to the deployment of the side airbag is approximately 5 -10 msec or less.
衝突検知用のセンサには様々な種類があるが、現在主流となっている加速度センサは、その原理上、車両全体の加速度変化が起こるまで衝突を検知できない、つまり衝突検知時間が比較的長くなるため、正面エアバッグ展開に要求される時間τFを達成することはできるが、サイドエアバッグ展開に要求される時間τSを達成することは困難である。 There are various types of collision detection sensors, but the current mainstream acceleration sensor cannot detect a collision until the acceleration of the entire vehicle changes, that is, the collision detection time is relatively long. Therefore, although the time τF required for deploying the front airbag can be achieved, it is difficult to achieve the time τS required for deploying the side airbag.
これに対し、近年では、ドア内部に圧力センサを設置し、側面衝突時にドアが変形してドア内空間の体積変化により生じる圧力変化を検知することで、短時間で側面衝突を検知することが可能なエアバッグシステムが注目されている。例えば、下記特許文献1には、上記のようなドア内部に圧力センサを設置して側面衝突を検知するエアバッグシステムが開示されている。
上記特許文献1の技術は、実際に車両に圧力センサを設置して側面衝突を検知するエアバッグシステムに関するものであるが、その前段階として、圧力センサをサイドエアバッグ用センサとして使用し、実用に供しうるまでに高い信頼性を確保したエアバッグシステムを開発するために、選定した圧力センサがシステムに要求される性能を満たすか否か、不測の異常動作を起こすか否かを予め詳細に評価する必要がある。
The technique of
通常、センサメーカや圧力センサの購入者は、時間的な圧力変化のない静圧力下で圧力センサの評価や校正を行い、詳細な物理モデルを用いた理論的考察によって上限周波数を予測し、その動作を保証して静圧力の国家標準とのトレーサビリティを保証している。このように圧力センサの評価手法としては、時間的な圧力変化のない静圧力下における静的特性評価を行うことが一般的であるが、サイドエアバッグ用の圧力センサを評価する場合、実際の側面衝突発生時におけるドア内部の圧力変化と同等の動圧力下で動的特性評価を行うことが要求される。 Normally, sensor manufacturers and purchasers of pressure sensors evaluate and calibrate pressure sensors under static pressure without temporal pressure changes, predict the upper limit frequency by theoretical considerations using detailed physical models, and The operation is guaranteed and the traceability with the national standard of static pressure is guaranteed. As described above, as a pressure sensor evaluation method, it is common to perform static characteristic evaluation under static pressure without temporal pressure change. However, when evaluating a pressure sensor for a side airbag, It is required to evaluate dynamic characteristics under a dynamic pressure equivalent to the pressure change inside the door when a side collision occurs.
図5は、側面衝突発生時におけるドア内部圧力の時間変化PC(t)を示す模式図である。この図5に示すように、側面衝突発生前(時刻T0前)では、ドア内部圧力は大気圧P0と一致し、側面衝突発生以降(時刻T0以降)、ドア内部圧力は大気圧P0から最大到達圧力PMまで急激に上昇した後、大気圧に向かって緩やかに下降する。また、図5において、ΔP/ΔTは、ドア内部圧力が大気圧P0から最大到達圧力PMに達するまでに要した時間TMにおける単位時間当たりの圧力変化(圧力勾配)を表している。サイドエアバッグ用の圧力センサの動的特性評価には、図5に示すような最大到達圧力PM、時間TM、圧力勾配ΔP/ΔT、圧力時間変化PC(t)を再現する必要がある。 FIG. 5 is a schematic diagram showing the time change PC (t) of the door internal pressure when the side collision occurs. As shown in FIG. 5, before the side collision occurs (before time T0), the door internal pressure coincides with the atmospheric pressure P0, and after the side collision occurs (after time T0), the door internal pressure reaches the maximum from the atmospheric pressure P0. After rapidly increasing to the pressure PM, it gradually decreases toward atmospheric pressure. In FIG. 5, ΔP / ΔT represents a pressure change (pressure gradient) per unit time in the time TM required for the door internal pressure to reach the maximum ultimate pressure PM from the atmospheric pressure P0. For dynamic characteristic evaluation of the pressure sensor for the side airbag, it is necessary to reproduce the maximum ultimate pressure PM, the time TM, the pressure gradient ΔP / ΔT, and the pressure time change PC (t) as shown in FIG.
しかしながら、従来では、圧力センサの静圧力下における静的特性評価に関する評価手法や評価装置等は確立されていたが、動圧力下における動的特性評価、特にサイドエアバッグの対象とする圧力範囲や圧力勾配ΔP/ΔTでの動的特性評価に関する評価手法や評価装置は十分に確立されているとは言い難い状況にあった。従って、従来では、各自動車メーカとも、実車を用いた衝突実験設備を使用し、様々な衝突条件下で繰り返し衝突実験を実施することでサイドエアバッグ用の圧力センサの動的特性評価を行う他なく、圧力センサの評価に膨大な費用と時間を必要としていた。 However, in the past, evaluation methods and evaluation devices for static characteristic evaluation under static pressure of pressure sensors have been established, but dynamic characteristic evaluation under dynamic pressure, particularly the pressure range targeted for side airbags, It has been difficult to say that an evaluation method and an evaluation apparatus relating to dynamic characteristic evaluation with the pressure gradient ΔP / ΔT are sufficiently established. Therefore, in the past, each automobile manufacturer used a collision test facility using an actual vehicle and repeatedly performed a collision experiment under various collision conditions to evaluate the dynamic characteristics of the pressure sensor for the side airbag. In addition, enormous costs and time were required to evaluate the pressure sensor.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、圧力センサの動的特性評価を行うにあたって、大規模な実験設備を必要とせず、評価に要する費用及び時間を大幅に削減することが可能な圧力センサ評価装置及び圧力センサ評価システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and does not require a large-scale experimental facility when performing dynamic characteristic evaluation of a pressure sensor, and can greatly reduce the cost and time required for evaluation. An object of the present invention is to provide a pressure sensor evaluation device and a pressure sensor evaluation system.
上記目的を達成するために、本発明は、圧力センサ評価装置に係る第1の解決手段として、入力波形に応じた駆動力を発生して可動部を駆動することにより被測定圧力センサの動的特性評価に用いる目標圧力波形を発生させることを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a dynamic solution of a pressure sensor to be measured by generating a driving force according to an input waveform and driving a movable part as a first solution means for a pressure sensor evaluation apparatus. A target pressure waveform used for characteristic evaluation is generated.
また、圧力センサ評価装置に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、内部に圧力媒体を含むと共に内部圧力を前記被測定圧力センサの圧力導入口に導入するための圧力導出口が設けられた圧力発生体を備え、前記可動部を駆動することにより前記圧力媒体の圧縮及び引張を行うことで前記圧力発生体の内部に前記目標圧力波形を発生させることを特徴とする。 Further, as a second solving means related to the pressure sensor evaluation apparatus, in the first solving means, a pressure deriving port for containing a pressure medium therein and introducing an internal pressure into a pressure introducing port of the pressure sensor to be measured. Is provided, and the target pressure waveform is generated inside the pressure generator by compressing and pulling the pressure medium by driving the movable portion.
また、圧力センサ評価装置に係る第3の解決手段として、上記第2の解決手段において、
前記圧力発生体には、内部圧力を前記被測定圧力センサのリファレンスとなる基準圧力センサの圧力導入口に導入するための圧力導出口が設けられていることを特徴とする。
Further, as a third solution means related to the pressure sensor evaluation apparatus, in the second solution means,
The pressure generator is provided with a pressure outlet for introducing an internal pressure into a pressure inlet of a reference pressure sensor serving as a reference for the pressure sensor to be measured.
また、圧力センサ評価装置に係る第4の解決手段として、上記第2または第3の解決手段において、前記可動部としてボイスコイルを有し、該ボイスコイルへの入力波形に応じたローレンツ力を発生して前記ボイスコイルを駆動するボイスコイルモータを備えることを特徴とする。 Further, as a fourth solving means related to the pressure sensor evaluation apparatus, in the second or third solving means, a voice coil is provided as the movable portion, and a Lorentz force corresponding to an input waveform to the voice coil is generated. And a voice coil motor for driving the voice coil.
また、圧力センサ評価装置に係る第5の解決手段として、上記第4の解決手段において、前記圧力発生体としてシリンダを備え、前記ボイスコイルモータによってピストンを前記シリンダ内で摺動することにより、該シリンダ内部に前記目標圧力波形を発生させることを特徴とする。 Further, as a fifth solving means according to the pressure sensor evaluation apparatus, in the fourth solving means, a cylinder is provided as the pressure generating body, and the piston is slid in the cylinder by the voice coil motor. The target pressure waveform is generated inside the cylinder.
一方、圧力センサ評価システムに係る第1の解決手段として、予め被測定圧力センサの動的特性評価に用いる目標圧力波形を記憶し、評価開始時には前記目標圧力波形に応じた入力波形を生成する波形制御装置と、前記入力波形に応じた駆動力を発生して可動部を駆動することにより被測定圧力センサの動的特性評価に用いる目標圧力波形を発生させる圧力センサ評価装置と、前記圧力センサ評価装置にて発生された目標圧力波形を検出し、該目標圧力波形に応じた信号を出力する被測定圧力センサと、前記被測定圧力センサの出力信号を測定する測定装置とを備えることを特徴とする。 On the other hand, as a first means for solving the pressure sensor evaluation system, a target pressure waveform used for dynamic characteristic evaluation of the pressure sensor to be measured is stored in advance, and a waveform for generating an input waveform corresponding to the target pressure waveform at the start of the evaluation A control device, a pressure sensor evaluation device for generating a target pressure waveform to be used for dynamic characteristic evaluation of the pressure sensor to be measured by generating a driving force according to the input waveform and driving a movable portion; and the pressure sensor evaluation A pressure sensor to be measured which detects a target pressure waveform generated by the apparatus and outputs a signal corresponding to the target pressure waveform; and a measuring apparatus which measures an output signal of the pressure sensor to be measured. To do.
また、圧力センサ評価システムに係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記圧力センサ評価装置は、内部に圧力媒体を含むと共に内部圧力を前記被測定圧力センサの圧力導入口に導入するための圧力導出口が設けられた圧力発生体を備え、前記可動部を駆動することにより前記圧力媒体の圧縮及び引張を行うことで前記圧力発生体の内部に前記目標圧力波形を発生させることを特徴とする。 Further, as a second solution means related to the pressure sensor evaluation system, in the first solution means, the pressure sensor evaluation device includes a pressure medium inside and supplies an internal pressure to a pressure inlet of the pressure sensor to be measured. A pressure generating body provided with a pressure outlet for introduction, and generating the target pressure waveform in the pressure generating body by compressing and pulling the pressure medium by driving the movable portion; It is characterized by that.
また、圧力センサ評価システムに係る第3の解決手段として、上記第2の解決手段において、前記被測定圧力センサのリファレンスとなる基準圧力センサを備え、前記圧力センサ評価装置における前記圧力発生体には、内部圧力を前記基準圧力センサの圧力導入口に導入するための圧力導出口が設けられており、前記測定装置は、前記被測定圧力センサ及び前記基準圧力センサの出力信号を測定することを特徴とする。 Further, as a third solution means related to the pressure sensor evaluation system, in the second solution means, a reference pressure sensor serving as a reference for the pressure sensor to be measured is provided, and the pressure generator in the pressure sensor evaluation apparatus includes A pressure deriving port for introducing an internal pressure into a pressure introducing port of the reference pressure sensor is provided, and the measuring device measures output signals of the pressure sensor to be measured and the reference pressure sensor. And
また、圧力センサ評価システムに係る第4の解決手段として、上記第2または第3の解決手段において、前記圧力センサ評価装置は、前記可動部としてボイスコイルを有し、該ボイスコイルへの入力波形に応じたローレンツ力を発生して前記ボイスコイルを駆動するボイスコイルモータを備えることを特徴とする。 Further, as a fourth solution means related to the pressure sensor evaluation system, in the second or third solution means, the pressure sensor evaluation device has a voice coil as the movable portion, and an input waveform to the voice coil. And a voice coil motor that drives the voice coil by generating a Lorentz force according to the frequency.
また、圧力センサ評価システムに係る第5の解決手段として、上記第4の解決手段において、前記圧力センサ評価装置は、前記圧力発生体としてシリンダを備え、前記ボイスコイルモータによってピストンを前記シリンダ内で摺動することにより、該シリンダ内部に前記目標圧力波形を発生させることを特徴とする。 Further, as a fifth solving means related to the pressure sensor evaluation system, in the fourth solving means, the pressure sensor evaluation device includes a cylinder as the pressure generator, and the piston is moved inside the cylinder by the voice coil motor. The target pressure waveform is generated inside the cylinder by sliding.
また、圧力センサ評価システムに係る第6の解決手段として、上記第1〜第5のいずれかの解決手段において、前記波形制御装置は、前記圧力センサ評価装置の固有の伝達特性に起因して前記目標圧力波形に生じる誤差を補正可能とする前記入力波形を生成することを特徴とする。 Further, as a sixth solving means relating to the pressure sensor evaluation system, in any one of the first to fifth solving means, the waveform control device is caused by the inherent transfer characteristic of the pressure sensor evaluation device. The input waveform that enables correction of an error occurring in the target pressure waveform is generated.
本発明に係る圧力センサ評価装置は、入力波形に応じた駆動力を発生して可動部を駆動することにより被測定圧力センサの動的特性評価に用いる目標圧力波形を発生させるという実現が容易な構成を採用しているため、被測定圧力センサの動的特性評価を行うにあたって、従来のような大規模な実験設備を必要とせず、評価に要する費用及び時間を大幅に削減することが可能となる。 The pressure sensor evaluation apparatus according to the present invention is easy to realize that a target pressure waveform used for dynamic characteristic evaluation of a pressure sensor to be measured is generated by generating a driving force according to an input waveform and driving a movable part. Because the configuration is adopted, it is possible to significantly reduce the cost and time required for evaluation without the need for large-scale experimental facilities as in the past when evaluating the dynamic characteristics of the pressure sensor to be measured. Become.
また、被測定圧力センサの圧力導入口にのみ目標圧力波形を印加する構成を採用することにより、装置全体の小型化を図ることができ、開発・製造コストの削減、生成した衝撃圧力による爆発等の事故の回避が可能である。また、装置全体を小型・軽量化した結果、場所をとらずメンテナンスも容易でランニングコストや環境への影響も無視できる。 In addition, by adopting a configuration in which the target pressure waveform is applied only to the pressure inlet of the pressure sensor to be measured, it is possible to reduce the overall size of the device, reduce development and manufacturing costs, explode due to the generated impact pressure, etc. It is possible to avoid accidents. In addition, as a result of reducing the size and weight of the entire device, maintenance is easy without taking up space, and the impact on running costs and the environment can be ignored.
以下、図面を参照して、本発明に係る圧力センサ評価装置及び圧力センサ評価システムの一実施形態について説明する。
〔圧力センサ評価装置〕
図1(a)は、本実施形態に係る圧力センサ評価装置10の概略構成を示す模式断面図である。図1(a)に示すように、圧力センサ評価装置10は、円筒形状の磁性材料からなる磁路形成用部材11と、磁路形成用部材11の内周に沿って配置された円筒形状の永久磁石12と、永久磁石12の中心軸に対して同軸配置されていると共に該中心軸に沿って上下動可能に配置された円柱形状のボビン13と、ボビン13の外周に沿って所定の巻数で巻かれたボイスコイル14と、ピストンロッド15を介してボビン13と同軸接続された円柱形状のピストン16と、ピストン16を挿入するための開口部を下方に向けて配置された円筒形状のシリンダ17とから構成されている。
Hereinafter, an embodiment of a pressure sensor evaluation device and a pressure sensor evaluation system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[Pressure sensor evaluation device]
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a pressure
上記の構成要素の内、磁路形成用部材11、永久磁石12、ボビン13及びボイスコイル14は、ボイスコイル14への入力波形に応じたローレンツ力を発生してボイスコイル14(ボビン13)を駆動するボイスコイルモータを構成するものである。
Among the above components, the magnetic
シリンダ17の上底部には、シリンダ17の内部圧力を外部に導出するための圧力導出口17a及び17bが設けられており、この圧力導出口17aの上部には評価対象の圧力センサ(以下、被測定圧力センサSと称す)が配置され、圧力導出口17bの上部には被測定圧力センサSのリファレンス用センサである基準圧力センサRSが配置される。
図1(b)は、被測定圧力センサSの一般的な構成を示す断面図である。この図1(b)に示すように、被測定圧力センサSは、外部圧力を導入するための圧力導入口Saが設けられたセンサケースS1の内部に、圧力センサ素子S2が実装された基板S3が配置された構成となっている。すなわち、被測定圧力センサSは、上記の圧力導入口Saがシリンダ17の圧力導出口17aと連通するようにシリンダ17に配置される。圧力センサ素子S2は、センサケースS1の圧力導入口Sa及び圧力導入路Sbを介して導入されるシリンダ17の内部圧力を検出し、その検出結果を示すアナログ電圧信号を出力する。この圧力センサ素子S2から出力されたアナログ電圧信号は、基板S3及びその出力リード線S4を介して外部測定装置(図示省略)に送られる。なお、基準圧力センサRSの構成も同様である。
FIG. 1B is a cross-sectional view showing a general configuration of the pressure sensor S to be measured. As shown in FIG. 1B, the pressure sensor S to be measured is a substrate S3 in which a pressure sensor element S2 is mounted inside a sensor case S1 provided with a pressure introduction port Sa for introducing external pressure. Is arranged. That is, the pressure sensor S to be measured is disposed in the
上記のように構成された圧力センサ評価装置10において、ボイスコイル14に所定の電圧波形を印加すると、この電圧波形に応じたローレンツ力がボイスコイル14に作用してピストン16が上下振動し、シリンダ17の内部には電圧波形と同じ形状の圧力波形(圧力変化)が発生する。つまり、図5に示すような、実際の側面衝突時におけるドア内部の圧力変化PC(t)を目標圧力波形とし、この目標圧力波形PC(t)と同じ形状の電圧波形eC(t)をボイスコイル14に印加することにより、シリンダ17の内部に目標圧力波形PC(t)を発生させることができる。従って、本実施形態に係る圧力センサ評価装置10を用いることにより、被測定圧力センサSの動的特性評価を行うにあたって、大規模な実験設備を必要とせず、評価に要する費用及び時間を大幅に削減することが可能となる。
In the pressure
なお、この圧力センサ評価装置10によって再現可能な目標圧力波形PC(t)は一種類だけでなく、様々な衝突事故状況を想定してボイスコイル14への入力波形(電圧波形)を変えることにより、複雑多様な目標圧力波形を再現することが可能となる。例えば、単一の衝突波形だけでなく、「該当車両側面に小動物が衝突した直後に他の車両との側面衝突事故に遭遇した場合」等、想定し得る全てのワーストケースや組み合わせを、実際の空気圧力変化として被測定圧力センサSに印加することができる。
Note that the target pressure waveform PC (t) reproducible by the pressure
また、本実施形態における圧力センサ評価装置10では、被測定圧力センサSの圧力導入口Saにのみ目標圧力波形を印加するため、圧力の印加される空間が数〜数十立方センチメートルと小さく、その結果装置全体の小型化を図ることができる。このような装置全体の小型化によって、以下のような様々なメリットを得ることができる。
Moreover, in the pressure
(1)図2(a)は、被測定圧力センサSの圧力導入口Saにのみ目標圧力波形を印加する場合、つまりセンサ内空間V1(cm3)のような小さな空間を圧力センサ評価装置10で駆動する場合を示し、図2(b)は、被測定圧力センサSを格納できる測定チャンバのような大きな空間V2(cm3)を圧力センサ評価装置10で駆動する場合を示している。同じ圧力センサ評価装置10を用いた場合、大きな空間V2を駆動する場合よりも小さな空間V1を駆動した場合の方が、シリンダ17内の圧力ピーク値が大きくなることは明らかである。従って、本実施形態における圧力センサ評価装置10のように、被測定圧力センサS内空間にだけ必要な圧力を印加する方式は小型化に極めて有効である。なお、シリンダ17内部の空間CHAとセンサ内空間V1との比率CHA:V1は、約4.0cm:0.5cm(=8:1)とすることが好適である。
(1) FIG. 2A shows a case where a target pressure waveform is applied only to the pressure introduction port Sa of the pressure sensor S to be measured, that is, a small space such as the sensor inner space V1 (cm 3 ). FIG. 2B shows a case where the pressure
(2)小型化することで波形再現に必要な高速バイポーラ電源の出力が小さくできる。
再現する波形にもよるが、約4立方cmのシリンダ空間CHAを駆動して目標圧力波形を得るためには約50〜180Wの瞬間電力が必要であることが実験により確認された。従って、効率など不確定要因を無視して単純に計算すると、図2(b)のような、1辺10cmの試料チャンバを駆動しようとする場合、その容積は1000立方cmとなるから、1000/4=250、即ち12.5〜45kWの瞬間電力に対応した高速バイポーラ電源が必要となり小規模・安価な装置を実現することはできない。
(2) By reducing the size, the output of the high-speed bipolar power source necessary for waveform reproduction can be reduced.
Although depending on the waveform to be reproduced, it was confirmed by experiments that an instantaneous power of about 50 to 180 W was required to drive the cylinder space CHA of about 4 cubic cm to obtain the target pressure waveform. Therefore, if the calculation is performed simply by ignoring uncertain factors such as efficiency, the volume of the sample chamber having a side of 10 cm as shown in FIG. 4 = 250, that is, a high-speed bipolar power supply corresponding to an instantaneous power of 12.5 to 45 kW is required, and a small-scale and inexpensive device cannot be realized.
(3)小型化することによってピストン16の質量が小さくなり、その結果高速で摺動する際の慣性が減少し、結果として再現できる波形立ち上り特性を向上でき、目標圧力波形の周波数スペクトルの上限を高くできる。
(4)大型化した場合、摺動部品との接触やチャンバの爆発、メンテナンス時における部品落下や挟み込みなどによる怪我などの危険が想定されるが、小型化することで安全性が確保できる。
(5)被測定圧力センサSの圧力導入口Saのみにシリンダ17を密着させればよいため、センサケースS1に対する大きさ依存性がない。仮にセンサケースS1が大きくても圧力センサ評価装置10を大規模にする必要はない。
(6)小型化することで部材削減、動作時の電力削減など地球環境への負荷が少なくなる上、ランニングコスト、長期メンテナンスの労力やコスト削減にも寄与する。
(3) By reducing the size of the
(4) In the case of an increase in size, there is a risk of injury due to contact with sliding parts, explosion of the chamber, dropping of parts or pinching during maintenance, etc., but safety can be ensured by downsizing.
(5) Since the
(6) Downsizing reduces the burden on the global environment, such as reducing the number of components and power during operation, and also contributes to running costs, labor for long-term maintenance, and cost reduction.
〔圧力センサ評価システム〕
図3は、本実施形態に係る圧力センサ評価システムの構成概略図である。この図2に示すように、圧力センサ評価システム100は、上記の圧力センサ評価装置10の他、制御用コンピュータ110、電圧波形発生器120、電力増幅器130、電流プローブ140、シグナルコンディショナ150及びデータ測定・収集装置160を備えている。なお、これら構成要素の内、制御用コンピュータ110及び電圧波形発生器120は、本発明における波形制御装置を構成するものであり、データ測定・収集装置160は、本発明における測定装置に相当するものである。
[Pressure sensor evaluation system]
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the pressure sensor evaluation system according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the pressure
制御用コンピュータ110は、例えばPC(Personal Computer)であり、ハードディスク等の記憶媒体に予め目標圧力波形PC(t)のデジタルデータを記憶しており、評価開始時には、その目標圧力波形PC(t)のデジタルデータを記憶媒体から読み出して電圧波形発生器120に出力する。電圧波形発生器120は、制御コンピュータ110から入力される目標圧力波形PC(t)のデジタルデータを基に、目標圧力波形PC(t)と同じ形状のアナログ電圧信号である電圧波形eC(t)を生成して電力増幅器130に出力する。電力増幅器130は、電圧波形発生器120から入力される電圧波形eC(t)の電力増幅を行い、電力増幅後の電圧波形eC(t)を圧力センサ評価装置10のボイスコイル14に印加する。
The
このように、電圧波形eC(t)が圧力センサ評価装置10のボイスコイル14に印加されることにより、シリンダ17の内部に目標圧力波形PC(t)が発生し、圧力センサ評価装置10に配置された被測定圧力センサS及び基準圧力センサRSは、その目標圧力波形PC(t)に応じたアナログ電圧信号をデータ測定・収集装置160に出力する。
In this way, the voltage waveform eC (t) is applied to the
電流プローブ140は、電力増幅器130の出力電流を検出し、その検出結果を示す信号をシグナルコンディショナ150に出力する。シグナルコンディショナ150は、電流プローブ140の出力信号をデータ測定・収集装置160に入力可能な信号に変換してデータ測定・収集装置160に出力する。なお、上記の電流プローブ140及びシグナルコンディショナ150は、圧力センサ評価装置10に印加可能な最大電力を超えないように印加電流を監視するために設けられたものである。
The
データ測定・収集装置160は、被測定圧力センサS及び基準圧力センサRSの出力信号(目標圧力波形PC(t)の検出結果)と、シグナルコンディショナ150の出力信号(圧力センサ評価装置10への印加電流の検出結果)とをデジタルデータに変換して、制御用コンピュータ110に出力する。
The data measurement /
ここで、上記のような圧力センサ評価装置10に、目標圧力波形PC(t)と同じ形状の電圧波形eC(t)をそのまま印加すると、圧力センサ評価装置10の固有の伝達関数TF(f)に応じた変形を受けた圧力波形P1(t)がシリンダ17内部に発生する。一般的に、これらPC(t)とP1(t)の形状は異なるため、このままでは正確な圧力センサの動的特性評価を行うことはできない。そこで、目標圧力波形PC(t)と同じ圧力波形を得るには伝達関数TF(f)による変形分を予め考慮した補正電圧波形e2(t)を生成し、その波形を圧力センサ評価装置1に印加する必要がある。
Here, when the voltage waveform eC (t) having the same shape as the target pressure waveform PC (t) is directly applied to the pressure
以下、補正電圧波形e2(t)を求める具体例について説明する。
1)まず、目標圧力波形PC(t)と同じ形状の電圧波形eC(t)を圧力センサ評価装置10に印加し、そのときの標準圧力センサRSの出力信号e1(t)をデータ測定・収集装置160によってデジタル変換して制御用コンピュータ110に記録する。
2)制御用コンピュータ110を用いて、e1(t)のデジタルデータに関して高域制限フイルタ処理(LPF)、窓関数処理、FFTのための総データ数合わせ、オフセット除去等の演算処理を行う。
Hereinafter, a specific example for obtaining the correction voltage waveform e2 (t) will be described.
1) First, a voltage waveform eC (t) having the same shape as the target pressure waveform PC (t) is applied to the pressure
2) Using the
3)eC(t)とe1(t)をFFT変換してEC(f)、E1(f)を求める。
EC(f) = FFT(eC(t))
E1(f) = FFT(e1(t))
4)逆伝達関数RTF(f)を次式から求める。
RTF(f)= EC(f)/E1(f)
5)逆伝達関数RTF(f)にEC(f)を乗じE2(f)を求める。
E2(f) = RTF(f)・EC(f)
6)E2(f)を逆FFT変換する。
e2(t) = IFFT(E2(f))
このe2(t)が求める補正電圧波形である。
3) FFT is performed on eC (t) and e1 (t) to obtain EC (f) and E1 (f).
EC (f) = FFT (eC (t))
E1 (f) = FFT (e1 (t))
4) The inverse transfer function RTF (f) is obtained from the following equation.
RTF (f) = EC (f) / E1 (f)
5) Multiply the inverse transfer function RTF (f) by EC (f) to obtain E2 (f).
E2 (f) = RTF (f) · EC (f)
6) Inverse FFT transforms E2 (f).
e2 (t) = IFFT (E2 (f))
This e2 (t) is a correction voltage waveform to be obtained.
図4に、目標圧力波形PC(t)と同じ形状の電圧波形eC(t)を無補正のまま圧力センサ評価装置10に印加した場合に被測定圧力センサSから出力される電圧波形e1(t)と、上記のように算出した補正電圧波形e2(t)を圧力センサ評価装置10に印加した場合に被測定圧力センサSから出力される電圧波形e3とを比較したグラフを示す。この図4に示すように、e1(t)よりもe3(t)のほうが電圧波形eC(t)、つまり目標圧力波形PC(t)に類似していることは明らかであり、補正の効果及び本発明の目的である実際の衝突波形の再現が実現されていることが確認できる。
In FIG. 4, when a voltage waveform eC (t) having the same shape as the target pressure waveform PC (t) is applied to the pressure
以上、本発明の一実施形態に係る圧力センサ評価装置10及び圧力センサ評価システム100について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が考えられる。
(1)上記実施形態では、ボイスコイルモータを使用してピストン16を駆動することにより目標圧力波形を発生する構成を採用した場合を例示したが、この他、例えば電界によるクーロン力、油圧などの液圧や圧空を駆動力として用いる構成や、圧電気、電歪、磁歪アクチュエータとテコによる変位拡大機構を用いる構成を採用しても良い。または、これらを組み合わせて用いても良い。
The pressure
(1) In the above embodiment, the case where the configuration in which the target pressure waveform is generated by driving the
(2)上記実施形態では、シリンダ17内の圧力媒体として空気を使用する場合を例示して説明したが、その他の気体、液体、可塑性固体、ゲル、ゾル等の流体と固体の中間的性質を有する物質、またはこれらの組み合わせを圧力媒体として用いても良い。さらに、圧力媒体を用いずに、ピストン16が直接被測定圧力センサSの圧力センサ素子S2に駆動力を伝達するような構成としても良い。
(2) In the above-described embodiment, the case where air is used as the pressure medium in the
(3)上記実施形態では、ピストン16を駆動してシリンダ17内の圧力を目標圧力波形と一致させる構成を採用したが、例えばシリンダ17の代わりにゴム等の弾性体によって圧力媒体を含む閉空間を作製し、この閉空間に対してピストン16によって1方向以上から力を印加することにより、閉空間の内部に目標圧力波形を発生させるような構成としても良い。また、シリンダ17の代わりに内部に圧力媒体を含む蛇腹状密閉構造を使用し、この蛇腹状密閉構造を圧縮及び引張することにより、蛇腹状密閉構造の内部に目標圧力波形を発生させるような構成としても良い。また、茶筒と蓋のような双方が凹の構造のはめあいを駆動して内部圧力を変化させる構成や、ピストン16とシリンダ17を使わず、ボイスコイル等の可動部に固定した棒やテコ又はギアなどの機構が直接被測定圧力センサSの圧力センサ素子S2に駆動力を伝達する構成としても良い。
(3) In the above embodiment, a configuration is adopted in which the
(4)上記実施形態では、補正電圧波形e2(t)の算出にFFT、IFFT等の離散数学を使用する手法を採用した場合を例示して説明したが、例えばフーリエ変換、フーリエ逆変換、フーリエ級数等の連続系数学を使用する手法や、数式処理ソフトウエアと数値処理ソフトウエアを用いてそれらを併用する手法を採用しても良い。また、上記実施形態では、電圧波形を補正して目標圧力波形を得る手法を採用したが、電流波形を補正する手法、電力波形を補正する手法、パルス間隔が補正波形と同等の駆動力を発生するように調整して目標圧力波形を得る手法などを採用しても良い。 (4) In the above embodiment, the case where a technique using discrete mathematics such as FFT and IFFT is employed for calculating the correction voltage waveform e2 (t) has been described as an example. For example, Fourier transform, inverse Fourier transform, Fourier A technique using continuous mathematics such as a series, or a technique using both mathematical expression processing software and numerical processing software may be employed. In the above-described embodiment, the method of correcting the voltage waveform to obtain the target pressure waveform is adopted. However, the method of correcting the current waveform, the method of correcting the power waveform, and the driving force in which the pulse interval is equivalent to the correction waveform is generated. For example, a method of obtaining a target pressure waveform by adjusting so may be adopted.
10…圧力センサ評価装置、11…磁路形成用部材、12…永久磁石、13…ボビン、14…ボイスコイル、15…ピストンロッド、16…ピストン、17…シリンダ、100…圧力センサ評価システム、110…制御用コンピュータ、120…電圧波形発生器、130…電力増幅器、140…電流プローブ、150…シグナルコンディショナ、160…データ測定・収集装置
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記入力波形に応じた駆動力を発生して可動部を駆動することにより被測定圧力センサの動的特性評価に用いる目標圧力波形を発生させる圧力センサ評価装置と、
前記圧力センサ評価装置にて発生された目標圧力波形を検出し、該目標圧力波形に応じた信号を出力する被測定圧力センサと、
前記被測定圧力センサの出力信号を測定する測定装置と、
を備えることを特徴とする圧力センサ評価システム。 A waveform control device that stores in advance a target pressure waveform used for dynamic characteristic evaluation of the pressure sensor to be measured, and generates an input waveform corresponding to the target pressure waveform at the start of evaluation,
A pressure sensor evaluation device that generates a target pressure waveform to be used for dynamic characteristic evaluation of a pressure sensor to be measured by generating a driving force according to the input waveform and driving a movable portion;
A pressure sensor to be measured that detects a target pressure waveform generated by the pressure sensor evaluation device and outputs a signal corresponding to the target pressure waveform;
A measuring device for measuring an output signal of the pressure sensor to be measured;
A pressure sensor evaluation system comprising:
前記圧力センサ評価装置における前記圧力発生体には、内部圧力を前記基準圧力センサの圧力導入口に導入するための圧力導出口が設けられており、
前記測定装置は、前記被測定圧力センサ及び前記基準圧力センサの出力信号を測定することを特徴とする請求7記載の圧力センサ評価システム。 A reference pressure sensor serving as a reference for the pressure sensor to be measured;
The pressure generator in the pressure sensor evaluation apparatus is provided with a pressure outlet for introducing an internal pressure into a pressure inlet of the reference pressure sensor,
The pressure sensor evaluation system according to claim 7, wherein the measuring device measures output signals of the pressure sensor to be measured and the reference pressure sensor.
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