JP2013140048A - 圧力検出装置およびチャージアンプ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】電荷信号を積分し且つ増幅して得られた電圧信号における、直流成分の変動を抑制する。
【解決手段】実装基板２１０は、基準電圧Ｖｓと圧電素子から入力される入力電荷Ｑｉとを用いて入力電荷Ｑｉを積分することで得られた内部出力電圧Ｖｉを出力する積分回路２１３と、積分回路２１３から入力される内部出力電圧Ｖｉを増幅することで得られた外部出力電圧Ｖｏを出力する増幅回路２１４と、増幅回路２１４から出力される外部出力電圧Ｖｏにローパスフィルタ処理を施して直流成分である基底電圧Ｖｂを取得するとともに、この基底電圧Ｖｂと内部電源電圧Ｖｒとの比較結果に基づいて得られた新たな基準電圧Ｖｓを積分回路２１３に供給する帰還回路２１５とを備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、圧力検出装置およびチャージアンプ回路に関する。

従来、内燃機関に装着されて燃焼室内の圧力を検出する装置として、圧電素子を圧力検出部に使用した装置が提案されている。
公報記載の従来技術として、圧電素子から供給される入力信号を、チャージアンプ（積分増幅器）を用いて増幅するものが存在する（特許文献１参照）。
また、他の公報記載の従来技術として、圧電センサから出力されるセンス信号（交流電流信号）を、積分回路を用いて電圧信号に変換した後、この電圧信号を、増幅回路を用いて増幅するものが存在する（特許文献２参照）。

特開２００９−１１５４８４号公報 特開２０１０−１５４３９４号公報

しかしながら、圧電素子等から入力される電荷信号を積分して電圧信号に変換し、この電圧信号を増幅して出力する構成を採用した場合には、増幅後の電圧信号に含まれる直流成分の大きさが、圧力の変化に伴って変動してしまうことがあった。このため、このような増幅後の電圧信号に基づいて正確な圧力の検出を行うためには、複雑な補正を行う必要があった。
本発明は、電荷信号を積分し且つ増幅して得られた電圧信号における、直流成分の変動を抑制することを目的とする。

本発明の圧力検出装置は、圧力を受けることで電荷信号を出力する圧電素子と、前記圧電素子から入力される前記電荷信号に処理を施して出力する処理回路とを含み、前記処理回路は、前記圧電素子から入力される前記電荷信号と入力される基準電圧とを用いて当該電荷信号を積分することで、当該電荷信号を電圧信号に変換する積分回路と、前記積分回路から入力される前記電圧信号を増幅し、得られた増幅信号を出力する増幅回路と、前記増幅回路から入力される前記増幅信号にローパスフィルタ処理を施し、得られた濾波信号を出力するローパスフィルタ回路と、前記基準電圧の大きさと前記ローパスフィルタ回路から入力される前記濾波信号の大きさとを比較し、得られた較信号を新たな基準電圧として前記積分回路に供給する比較回路と、前記増幅信号を外部に出力する出力部とを有することを特徴とする。
この圧力検出装置において、前記積分回路は、単電源で動作する演算増幅器を含むことが好ましい。
また、前記増幅回路は、単電源で動作する他の演算増幅器を含み、前記比較回路は、単電源で動作するさらに他の演算増幅器を含むことが好ましい。
また、外部から供給される外部電源電圧を、当該外部電源電圧よりも小さい内部電源電圧に変換する電源回路をさらに含み、前記外部電源電圧は、前記積分回路に設けられた前記演算増幅器と、前記増幅回路に設けられた前記他の演算増幅器と、前記比較回路に設けられた前記さらに他の演算増幅器とをそれぞれ作動させるための単電源として供給され、前記内部電源電圧は、前記比較回路に前記基準電圧として供給されることが好ましい。
また、前記圧電素子から前記処理回路に前記電荷信号を伝導する伝導部材と、導電体にて構成され、前記圧電素子、前記伝導部材および前記処理回路を内部に収容するハウジングとをさらに含み、前記圧電素子の一端は前記ハウジングと電気的に接続され、前記処理回路における接地端子は前記ハウジングと電気的に接続されることが好ましい。

また、他の観点から捉えると、本発明のチャージアンプ回路は、入力される電荷信号と入力される基準電圧とを用いて当該電荷信号を積分することで、当該電荷信号を電圧信号に変換する積分回路と、前記積分回路から入力される前記電圧信号を増幅し、得られた増幅信号を出力する増幅回路と、前記増幅回路から入力される前記増幅信号にローパスフィルタ処理を施し、得られた濾波信号を出力するローパスフィルタ回路と、前記基準電圧の大きさと前記ローパスフィルタ回路から入力される前記濾波信号の大きさとを比較し、得られた比較信号を新たな基準電圧として前記積分回路に供給する比較回路とを含んでいる。

本発明によれば、電荷信号を積分し且つ増幅して得られた電圧信号における、直流成分の変動を抑制することができる。

実施の形態に係る内燃機関の概略構成図である。 図１に示す圧力検出装置のＩＩ部の拡大図である。 圧力検出装置の概略構成図である。 図３に示す圧力検出装置のＩＶ−ＩＶ部の断面図である。 図４に示す圧力検出装置のＶ部の拡大図である。 図４に示す圧力検出装置のＶＩ部の拡大図である。 信号処理部の回路構成図である。 信号処理部の各部における信号波形の例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関１の概略構成図である。また、図２は、図１に示す圧力検出装置５のＩＩ部の拡大図である。
内燃機関１は、シリンダ２ａを有するシリンダブロック２と、シリンダ２ａ内を往復動するピストン３と、シリンダブロック２に締結されてシリンダ２ａおよびピストン３などとともに燃焼室Ｃを形成するシリンダヘッド４と、を備えている。また、内燃機関１は、シリンダヘッド４に装着されて燃焼室Ｃ内の圧力を検出する圧力検出装置５と、圧力検出装置５が検出した圧力に基づいて内燃機関１の作動を制御する制御装置６と、圧力検出装置５とシリンダヘッド４との間に介在して燃焼室Ｃ内の気密性を保つためのシール部材７と、圧力検出装置５と制御装置６との間で電気信号を伝送する伝送ケーブル８と、を備えている。そして、図２に示すように、伝送ケーブル８は、３本のケーブルすなわち第１ケーブル８１、第２ケーブル８２および第３ケーブル８３と、これら第１ケーブル８１〜第３ケーブル８３を圧力検出装置５に接続するためのコネクタ８０とを有している。

また、図２に示すように、シリンダヘッド４には、燃焼室Ｃと外部とを連通する連通孔４ａが形成されている。連通孔４ａは、燃焼室Ｃ側から、第１孔部４ｂと、第１孔部４ｂの孔径から徐々に径が拡大している傾斜部４ｃと、第１孔部４ｂの孔径よりも孔径が大きい第２孔部４ｄと、を有している。第２孔部４ｄを形成する周囲の壁には、圧力検出装置５に形成された後述するハウジング３０の雄ねじ３３２ａがねじ込まれる雌ねじ４ｅが形成されている。

以下に、圧力検出装置５について詳述する。
図３は、圧力検出装置５の概略構成図である。図４は、図３に示す圧力検出装置５のＩＶ−ＩＶ部の断面図である。図５は、図４に示す圧力検出装置５のＶ部の拡大図である。また、図６は、図４に示す圧力検出装置５のＶＩ部の拡大図である。
圧力検出装置５は、燃焼室Ｃ内の圧力を電気信号に変換する圧電素子１０を有するセンサ部１００と、センサ部１００からの電気信号を処理する信号処理部２００と、信号処理部２００を保持する保持部材３００と、を備えている。この圧力検出装置５をシリンダヘッド４に装着する際には、センサ部１００の後述するダイアフラムヘッド４０の方から先に、シリンダヘッド４に形成された連通孔４ａに挿入していく。以下の説明において、図４の左側を圧力検出装置５の先端側、右側を圧力検出装置５の後端側とする。

先ずは、センサ部１００について説明する。
センサ部１００は、受けた圧力を電気信号に変換する圧電素子１０と、筒状であってその内部に圧電素子１０などを収納する円柱状の孔が形成されたハウジング３０と、を備えている。以下では、ハウジング３０に形成された円柱状の孔の中心線方向を、単に中心線方向と称す。
また、センサ部１００は、ハウジング３０における先端側の開口部を塞ぐように設けられて、燃焼室Ｃ内の圧力が作用するダイアフラムヘッド４０と、ダイアフラムヘッド４０と圧電素子１０との間に設けられた第１電極部５０と、圧電素子１０に対して第１電極部５０とは反対側に配置された第２電極部５５と、を備えている。
また、センサ部１００は、第２電極部５５を電気的に絶縁するアルミナセラミック製の絶縁リング６０と、絶縁リング６０よりも後端側に設けられて、信号処理部２００の後述する覆い部材２３の端部を支持する支持部材６５と、第２電極部５５と後述する伝導部材２２との間に介在するコイルスプリング７０と、を備えている。

圧電素子１０は、圧電縦効果の圧電作用を示す圧電体を有している。圧電縦効果とは、圧電体の電荷発生軸と同一方向の応力印加軸に外力を作用させると、電荷発生軸方向の圧電体の表面に電荷が発生する作用をいう。本実施形態に係る圧電素子１０は、中心線方向が応力印加軸の方向となるようにハウジング３０内に収納されている。

次に、圧電素子１０に圧電横効果を利用した場合を例示する。圧電横効果とは、圧電体の電荷発生軸に対して直交する位置にある応力印加軸に外力を作用させると、電荷発生軸方向の圧電体の表面に電荷が発生する作用をいう。薄板状に薄く形成した圧電体を複数枚積層して構成しても良く、このように積層することで、圧電体に発生する電荷を効率的に集めてセンサの感度を上げることができる。圧電体としては、圧電縦効果及び圧電横効果を有するランガサイト系結晶（ランガサイト、ランガテイト、ランガナイト、ＬＧＴＡ）や水晶、ガリウムリン酸塩などを使用することを例示することができる。なお、本実施形態の圧電素子１０には、圧電体としてランガサイト単結晶を用いている。

ハウジング３０は、図５に示すように、先端側に設けられた第１ハウジング３１と、後端側に設けられた第２ハウジング３２と、を有する。
第１ハウジング３１は、内部に、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された円柱状の孔３１０が形成された薄肉円筒状の部材である。外周面には、中心線方向の中央部に、外周面から突出する突出部３１５が周方向の全域に渡って設けられている。
孔３１０は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第１孔３１１と、第１孔３１１の孔径よりも大きな孔径の第２孔３１２と、から構成される。突出部３１５は、先端部に、先端側から後端側にかけて徐々に径が大きくなる傾斜面３１５ａを有し、後端部に、中心線方向に垂直な垂直面３１５ｂを有している。

第２ハウジング３２は、図４に示すように、内部に、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された円柱状の孔３２０が形成された筒状の部材であり、外部に、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された外周面３３０が設けられている。
孔３２０は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第１孔径を有する第１円柱孔３２１と、第１孔径よりも小さな第２孔径を有する第２円柱孔３２２と、第２孔径よりも大きな第３孔径を有する第３円柱孔３２３と、第３孔径よりも大きな第４孔径を有する第４円柱孔３２４と、第４孔径よりも大きな第５孔径を有する第５円柱孔３２５と、から構成される。
第２ハウジング３２における先端部は、第１ハウジング３１における後端部にしまりばめで嵌合（圧入）されるように、第１円柱孔３２１における第１孔径は、第１ハウジング３１の外周面の径以下となるように設定されている。

外周面３３０は、先端側から後端側にかけて、第１外周面３３１と、第１外周面３３１の外径よりも大きな外径の第２外周面３３２と、第２外周面３３２の外径よりも大きな外径の第３外周面３３３と、第３外周面３３３の外径よりも大きな外径の第４外周面３３４と、第４外周面３３４の外径よりも小さな外径の第５外周面３３５と、から構成される。
第２外周面３３２における先端部には、シリンダヘッド４の雌ねじ４ｅにねじ込まれる雄ねじ３３２ａが形成されている。第３外周面３３３には、後述する第１シール部材７１がすきまばめで嵌め込まれ、第３外周面３３３の外径と第１シール部材７１の内径との寸法公差は、例えば零から０．２ｍｍとなるように設定される。第４外周面３３４における後端部は、周方向に等間隔に６つの面取りを有する正六角柱に形成されている。この正六角柱に形成された部位が、圧力検出装置５をシリンダヘッド４に締め付ける際に、締付用の工具が嵌め込まれ、工具に付与された回転力が伝達される部位となる。第５外周面３３５における中心線方向の中央部には、外周面から凹んだ凹部３３５ａが全周に渡って形成されている。

また、図６に示すように、第２ハウジング３２は、第４円柱孔３２４から第５円柱孔３２５への移行部分であり、第５円柱孔３２５における先端部には、信号処理部２００の後述する覆い部材２３の基板被覆部２３２における先端側の端面が突き当たる突当面３４０が設けられている。突当面３４０には、後述する信号処理部２００における回路基板部２１の第２接続ピン２１ｂが差し込まれるピン用凹部３４０ａが形成されている。

第１ハウジング３１および第２ハウジング３２は、燃焼室Ｃに近い位置に存在するため、少なくとも、−４０〜３５０〔℃〕の使用温度環境に耐える材料を用いて製作することが望ましい。具体的には、耐熱性の高いステンレス鋼材、例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ６３０、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４３０等を用いることが望ましい。

ダイアフラムヘッド４０は、図５に示すように、円筒状の円筒状部４１と、円筒状部４１の内側に形成された内側部４２と、を有している。
円筒状部４１における後端部は、ハウジング３０の第１ハウジング３１における先端部としまりばめで嵌合（圧入）されて、この先端部の内部に入り込む進入部４１ａと、この先端部における端面３１ａと同形状に形成され、嵌合された際にこの端面３１ａが突き当たる突当面４１ｂと、を有している。
内側部４２は、円筒状部４１における先端側の開口を塞ぐように設けられた円盤状の部材であり、後端側の面における中央部にはこの面から圧電素子１０側に突出する突出部４２ａが設けられている。また、内側部４２の、先端側の面における中央部にはこの面から圧電素子１０側に凹んだ凹部４２ｂが設けられている。
ダイアフラムヘッド４０の材料としては、高温でありかつ高圧となる燃焼室Ｃ内に存在するため、弾性が高く、かつ耐久性、耐熱性、耐触性等に優れた合金製であることが望ましく、例えばＳＵＨ６６０を例示することができる。

第１電極部５０は、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された円柱状の部材であり、第１円柱部５１と、第１円柱部５１の半径よりも大きな半径の第２円柱部５２と、から構成される。第１円柱部５１の外径はダイアフラムヘッド４０の進入部４１ａの内径よりも小さく、第２円柱部５２の外径は第１ハウジング３１の第１孔３１１の孔径と略同じである。そして、第１円柱部５１における先端側の端面がダイアフラムヘッド４０の内側部４２の突出部４２ａと、第２円柱部５２における後端側の端面が圧電素子１０における先端側の面とに接触するように配置される。第２円柱部５２の外周面が第１ハウジング３１の内周面と接触すること、および／または第１円柱部５１における先端側の端面がダイアフラムヘッド４０と接触することによって、圧電素子１０における先端部は、ハウジング３０と電気的に接続される。
第１電極部５０は、燃焼室Ｃ内の圧力を圧電素子１０に作用させるものであり、圧電素子１０側の端面である第２円柱部５２における後端側の端面が圧電素子１０の端面の全面を押すことが可能な大きさに形成される。また、第１電極部５０は、ダイアフラムヘッド４０から受ける圧力を均等に圧電素子１０に作用させることができるように、中心線方向の両端面が、それぞれ平滑面に形成されるとともに、中心線方向と直交する面に沿って互いに略平行に設けられている。
第１電極部５０の材質としては、ステンレスを例示することができる。

第２電極部５５は、円柱状の部材であり、先端側の端面が圧電素子１０における後端側の端面に接触し、後端側の端面が絶縁リング６０に接触するように配置される。第２電極部５５における後端側の端面には、この端面から後端側に突出する円柱状の突出部５５ａが設けられている。突出部５５ａは、端面側の基端部と、この基端部の外径よりも小さな外径の先端部と、を有する。突出部５５ａの外径は絶縁リング６０の内径よりも小さく設定されるとともに、突出部５５ａの長さは絶縁リング６０の幅（中心線方向の長さ）よりも長く設定され、突出部５５ａの先端が絶縁リング６０から露出している。この第２電極部５５は、第１電極部５０との間で圧電素子１０に対して一定の荷重を加えるように作用する部材であり、圧電素子１０側（先端側）の端面は、圧電素子１０の後端側の端面の全面を押すことが可能な大きさに形成されるとともに、平滑面且つ圧電素子１０の後端側の端面と平行な面に形成されている。第２電極部５５の外径は第１ハウジング３１の第２孔３１２の孔径よりも小さくなるように設定されており、第２電極部５５の外周面と第１ハウジング３１の内周面との間には隙間がある。
第２電極部５５の材質としては、ステンレスを例示することができる。

絶縁リング６０は、アルミナセラミックス等により形成された円筒状の部材であり、内径（中央部の孔径）は、第２電極部５５の突出部５５ａの基端部の外径よりもやや大きく、外径は、第１ハウジング３１の第２孔３１２の孔径と略同じに設定されている。第２電極部５５は、突出部５５ａが絶縁リング６０の中央部の孔に挿入されて配置されることで、第２電極部５５の中心位置と第１ハウジング３１の第２孔３１２の中心とが同じになるように配置される。

支持部材６５は、先端側から後端側にかけて、内部に、径が異なる複数の円柱状の孔６５０が形成され、外周面の径が同一の、筒状の部材である。
孔６５０は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第１孔６５１と、第１孔６５１の孔径よりも大きな孔径の第２孔６５２と、第２孔６５２の孔径よりも大きな孔径の第３孔６５３と、から構成される。第１孔６５１の孔径は、第２電極部５５の突出部５５ａの基端部の外径よりも大きく、この突出部５５ａが支持部材６５の内部まで露出する。第２孔６５２の孔径は、後述する信号処理部２００の伝導部材２２における先端部の外径よりも大きい。第３孔６５３の孔径は、後述する信号処理部２００の覆い部材２３における先端側の端部の外径よりも小さく、この覆い部材２３が第３孔６５３を形成する周囲の壁にしまりばめで嵌合される。これにより、支持部材６５は、覆い部材２３の端部を支持する部材として機能する。

コイルスプリング７０は、内径が、第２電極部５５の突出部５５ａにおける先端部の外径以上で基端部の外径より小さく、外径が、後述する伝導部材２２の挿入孔２２ａの径よりも小さい。コイルスプリング７０の内側に第２電極部５５の突出部５５ａの先端部が挿入されるとともに、コイルスプリング７０は、後述する伝導部材２２の挿入孔２２ａに挿入される。コイルスプリング７０の長さは、第２電極部５５と伝導部材２２との間に圧縮した状態で介在することができる長さに設定されている。コイルスプリング７０の材質としては、弾性が高く、かつ耐久性、耐熱性、耐触性等に優れた合金を用いるとよい。また、コイルスプリング７０の表面に金メッキを施すことで、電気伝導を高めるとよい。

次に、信号処理部２００について説明する。
信号処理部２００は、図３および図４に示すように、センサ部１００の圧電素子１０から得られる微弱な電荷である電気信号を少なくとも増幅処理する回路基板部２１と、圧電素子１０に生じた電荷を回路基板部２１まで導く棒状の伝導部材２２と、これら回路基板部２１、伝導部材２２などを覆う覆い部材２３と、回路基板部２１などを密封するＯリング２６と、を備えている。

回路基板部２１は、センサ部１００の圧電素子１０から得られる微弱な電荷を増幅するための回路を構成する電子部品などが実装された実装基板２１０を有する。実装基板２１０における先端部には、伝導部材２２における後端部を電気的に接続するための第１接続ピン２１ａと、接地用および位置決め用の第２接続ピン２１ｂとが、半田付けなどにより接続されている。また、実装基板２１０における後端部には、伝送ケーブル８の先端部に設けられたコネクタ８０を介して制御装置６と電気的に接続するための第３接続ピン２１ｃが３つ、半田付けなどにより接続されている。これら３つの第３接続ピン２１ｃは、それぞれ、制御装置６から実装基板２１０への電源電圧（後述する外部電源電圧Ｖｃ）およびＧＮＤ電圧の供給、実装基板２１０から制御装置６への出力電圧（後述する外部出力電圧Ｖｏ）の供給に用いられる。

伝導部材２２は、棒状（円柱状）の部材であり、先端部には、第２電極部５５の突出部５５ａの先端部が挿入される挿入孔２２ａが形成されている。伝導部材２２における後端部は、回路基板部２１の実装基板２１０に、導線（図示せず）および第１接続ピン２１ａを介して電気的に接続される。伝導部材２２の材質としては、真鍮及びベリリウム銅等を例示することができる。この場合、加工性およびコストの観点からは、真鍮が望ましい。これに対して、電気伝導性、高温強度、信頼性の観点からは、ベリリウム銅が望ましい。

覆い部材２３は、伝導部材２２の外周を覆う伝導部材被覆部２３１と、回路基板部２１の実装基板２１０の側面および下面を覆う基板被覆部２３２と、実装基板２１０に接続された第３接続ピン２１ｃの周囲を覆うとともに伝送ケーブル８の先端部に設けられたコネクタ８０が嵌め込まれるコネクタ部２３３と、を有している。

伝導部材被覆部２３１は、図３に示すように、中心線方向に沿って延び、伝導部材２２を先端部が露出するように覆っている。
また、伝導部材被覆部２３１は、先端側から後端側にかけて段階的に外径が異なるように、複数の円筒形状の部分から構成される。具体的には、先端側から後端側にかけて、第１外径を有する第１円筒部２４１と、第１外径よりも小さな第２外径を有する第２円筒部２４２と、第２外径よりも大きな第３外径を有する第３円筒部２４３と、第３外径よりも大きな第４外径を有する第４円筒部２４４とが並んで形成されている。
第１円筒部２４１における第１外径は、支持部材６５の第３孔６５３の孔径よりも大きく形成されている。これにより、伝導部材被覆部２３１における先端部は、支持部材６５の第３孔６５３を形成する周囲の壁にしまりばめで嵌合（圧入）される。

図３に示すように、伝導部材被覆部２３１には、伝導部材被覆部２３１の外周面から突出するとともに、それぞれが中心線方向に延びる複数の凸部２５０が設けられている。本実施の形態では、凸部２５０は、伝導部材被覆部２３１の第２円筒部２４２における先端部に設けられる第１凸部２５１と、伝導部材被覆部２３１の第４円筒部２４４に設けられる第２凸部２５２を有する。
この例では、第１凸部２５１は、第２円筒部２４２の外周面において、周方向に沿って９０度間隔で４個設けられている。また、第２凸部２５２は、第４円筒部２４４の外周面において、周方向に沿って９０度間隔で４個設けられている。
なお、この例では、４個の第１凸部２５１は、伝導部材被覆部２３１における第２円筒部２４２と一体的に形成され、４個の第２凸部２５２は、伝導部材被覆部２３１における第４円筒部２４４と一体的に形成されている。

信号処理部２００においては、図５に示すように、第２円筒部２４２に設けられた４個の第１凸部２５１が、それぞれ第２ハウジング３２における第２孔３２２を形成する壁に当接する。また、図６に示すように、第４円筒部２４４に設けられた複数の第２凸部２５２が、それぞれ第２ハウジング３２における第４孔３２４を形成する壁に当接する。これにより、伝導部材被覆部２３１が第２ハウジング３２に支持されることになる。

基板被覆部２３２は、基本的には円筒状の部位であり、その側面には、実装基板２１０を内部に設置するための矩形の開口部２３２ａが設けられている。また、基板被覆部２３２における後端側には、ハウジング３０内および実装基板２１０設置部を密封するためのＯリング２６用のリング溝２３２ｂが形成されている。

コネクタ部２３３は、基板被覆部２３２における後端側の端面２３２ｃから突出し、実装基板２１０に接続された３つの第３接続ピン２１ｃの周囲を覆うように形成された薄肉の部位である。コネクタ部２３３における後端部は開口しており、内部に伝送ケーブル８の先端部に設けられたコネクタ８０を受け入れることが可能になっている。また、コネクタ部２３３における後端側には、内部と外部とを連通する孔２３３ａが形成されており、伝送ケーブル８のコネクタ８０に設けられたフックがこの孔２３３ａに引っ掛ることで、伝送ケーブル８のコネクタ８０がコネクタ部２３３から脱落することが抑制される。

以上のように構成された覆い部材２３は、樹脂などの絶縁性を有する材料にて成形されている。また、覆い部材２３は、伝導部材２２、第１接続ピン２１ａ、第２接続ピン２１ｂおよび３つの第３接続ピン２１ｃとともに一体成形されている。より具体的には、覆い部材２３は、これら伝導部材２２、第１接続ピン２１ａ、第２接続ピン２１ｂおよび３つの第３接続ピン２１ｃをセットした金型に加熱した樹脂が押し込まれることで成形される。

信号処理部２００をユニット化するにあたっては、成形された覆い部材２３の開口部２３２ａから、回路基板部２１の実装基板２１０を挿入し、基板被覆部２３２の中央部に設置する。実装基板２１０を設置する際、板厚方向に貫通されたスルーホールに、第１接続ピン２１ａ、第２接続ピン２１ｂおよび３つの第３接続ピン２１ｃの先端を通し、半田付けする。その後、第１接続ピン２１ａと伝導部材２２とを導線を用いて接続する。また、覆い部材２３の基板被覆部２３２のリング溝２３２ｂにＯリング２６を装着する。Ｏリング２６は、フッ素系ゴムからなる周知のＯ状のリングである。

次に、保持部材３００について説明する。
保持部材３００は、薄肉円筒状の部材であり、図４に示すように、後端部に内周面から内側に突出した突出部３００ａが設けられている。保持部材３００は、第２ハウジング３２に装着された後、外部から、第５外周面３３５に設けられた凹部３３５ａに対応する部位が加圧されることでかしめられる。これにより、保持部材３００は、ハウジング３０に対して移動し難くなり、信号処理部２００がハウジング３０に対して移動することを抑制している。

続いて、信号処理部２００の回路構成について説明を行う。図７は、信号処理部２００における回路構成図を示している。
信号処理部２００は、ダイオード２１２と、積分回路２１３と、増幅回路２１４と、帰還回路２１５と、電源回路（Ｖｒｅｇ）２１６と、ダイオード２１７とを備える。

この回路では、圧電素子１０から入力されてくる電荷信号を、積分回路２１３で積分することで電圧信号に変換し、変換後の電圧信号を増幅回路２１４で増幅して外部（例えば図１に示す制御装置６）に出力するとともに、増幅回路２１４から出力される増幅後の電圧信号に対し、帰還回路２１５にて処理を施して積分回路２１３に帰還させる、所謂フィードバック制御を行っている。この間、電源回路２１６は、増幅回路２１４および帰還回路２１５で使用する電源電圧（後述する内部電源電圧Ｖｉ）の作成および出力を行う。

図７に示した回路は、それぞれ単体のオペアンプや抵抗等で構成しても良いが、集積回路化することも可能である。入力側に設けられたダイオード２１２、２１６は静電気保護用であり、集積回路の入力部には必ず必要とされるものである。ダイオード２１２、２１７は、単体のオペアンプを使用した構成の場合にはオペアンプ集積回路の入力保護回路を、単一の集積回路化した場合には該集積回路の入力保護回路を表す。

積分回路２１３は、第１演算増幅器ＯＰ１と、コンデンサＣと、帰還抵抗Ｒｆとを備える。積分回路２１３において、第１演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子は、入力信号端子２１１ａに接続される。また、第１演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子は、帰還回路２１５に設けられた第３演算増幅器ＯＰ３（詳細は後述する）の出力端子に接続される。さらに、第１演算増幅器ＯＰ１の出力端子は、増幅回路２１４に設けられた第２演算増幅器ＯＰ２（詳細は後述する）の非反転入力端子に接続される。さらにまた、コンデンサＣの一端は、第１演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子に接続され、コンデンサＣの他端は、第１演算増幅器ＯＰ１の出力端子に接続される。そして、帰還抵抗Ｒｆの一端は、第１演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子に接続され、帰還抵抗Ｒｆの他端は、第１演算増幅器ＯＰ１の出力端子に接続される。したがって、コンデンサＣおよび帰還抵抗Ｒｆは、第１演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子および出力端子に対し、並列に接続されている。

増幅回路２１４は、第２演算増幅器ＯＰ２と、第１設定抵抗Ｒ１と、第２設定抵抗Ｒ２とを備える。増幅回路２１４において、第２演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子は、第１設定抵抗Ｒ１を介して、電源回路２１６の出力端（ｏｕｔ）に接続される。また、第２演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端子は、積分回路２１３に設けられた第１演算増幅器ＯＰ１の出力端子に接続される。さらに、第２演算増幅器ＯＰ２の出力端子は、出力信号端子２１１ｄと、帰還回路２１５に設けられたローパスフィルタ回路ＬＰＦ（詳細は後述する）の入力端（ｉｎ）とに接続される。さらにまた、第２設定抵抗Ｒ２の一端は、第２演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子に接続され、第２設定抵抗Ｒ２の他端は、第２演算増幅器ＯＰ２の出力端子に接続される。

帰還回路２１５は、ローパスフィルタ回路ＬＰＦと、第３演算増幅器ＯＰ３とを備える。帰還回路２１５において、ローパスフィルタ回路ＬＰＦの入力端（ｉｎ）は、増幅回路２１４に設けられた第２演算増幅器ＯＰ２の出力端子に接続され、ローパスフィルタ回路ＬＰＦの出力端（ｏｕｔ）は、第３差動増幅回路ＯＰ３の反転入力端子に接続される。なお、ローパスフィルタ回路ＬＰＦのカットオフ周波数は、内燃機関１の回転周波数（おおむね１０Ｈｚから１００Ｈｚ）より十分に低く設定する必要がある。

一方、第３演算増幅器ＯＰ３の反転入力端子は、ローパスフィルタ回路ＬＰＦの出力端（ｏｕｔ）に接続される。また、第３演算増幅器ＯＰ３の非反転入力端子は、電源回路２１６の出力端（ｏｕｔ）に接続される。そして、第３演算増幅器ＯＰ３の出力端子は、積分回路２１３に設けられた第１演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子に接続される。なお、この例においては、第３演算増幅器ＯＰ３に、抵抗Ｒａおよび抵抗Ｒｂが接続されることで、反転増幅器が構成されている。

電源回路２１６は、その入力端（ｉｎ）が、電源端子２１１ｃに接続され、その出力端（ｏｕｔ）が、増幅回路２１４（より具体的には増幅回路２１４に設けられた第１設定抵抗Ｒ１）および帰還回路２１５（より具体的には第３演算増幅器ＯＰ３の非反転入力端子）に接続され、その接地端（ＧＮＤ）が、入力接地端子２１１ｂおよび出力接地端子２１１ｅに接続される。

また、積分回路２１３は、圧電素子１０から入力されてくる入力電荷Ｑｉを積分し、得られた電圧信号の一例としての内部出力電圧Ｖｉを増幅回路２１４に向けて出力する。このとき、第１演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子には、入力信号端子２１１ａから入力電荷Ｑｉが供給される。一方、第１演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子には、帰還回路２１５における第３演算増幅器ＯＰ３の出力端子から基準電圧Ｖｓが印加される。このように、本実施の形態の積分回路２１３は、第１演算増幅器ＯＰ１を用いた積分回路として構成されている。ただし、第１演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子は、ＧＮＤ電位に設定される（接地される）のではなく、基準電圧Ｖｓに設定される。これは、第１演算増幅器ＯＰ１が単電源で動作する（詳細は後述する）ことと、入力電荷Ｑｉが正負両方の値をとり得ることとを理由とするものである。

増幅回路２１４は、積分回路２１３から入力されてくる内部出力電圧Ｖｉを増幅し、得られた増幅信号の一例としての外部出力電圧Ｖｏを外部（例えば図１に示す制御装置６）に向けて出力する。このとき、第２演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子には、電源回路２１６から出力される内部電源電圧Ｖｒが、第１設定抵抗Ｒ１を介して印加される。また、第２演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子には、第２演算増幅器ＯＰ２の出力端子から出力される外部出力電圧Ｖｏが、第２設定抵抗Ｒ２を介して印加される。一方、第２演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端子には、積分回路２１３における第１演算増幅器ＯＰ１の出力端子から出力される内部出力電圧Ｖｉが印加される。このように、本実施の形態の増幅回路２１４は、第２演算増幅器ＯＰ２を用いた反転増幅回路として構成されている。

帰還回路２１５は、増幅回路２１４から入力されてくる外部出力電圧Ｖｏに対するローパスフィルタ処理、および、ローパスフィルタ処理によって得られた濾波信号の一例としての基底電圧Ｖｂと内部電源電圧Ｖｒとの比較処理を行い、比較結果として得られた基準電圧Ｖｓ（新たな基準電圧に対応）を積分回路２１３（より具体的には、第１演算増幅器ＯＰ１における非反転入力端子）に入力する。ここで、ローパスフィルタ回路ＬＰＦは、入力されてくる外部出力電圧Ｖｏから得られた、外部出力電圧Ｖｏにおける直流成分である基底電圧Ｖｂを、第３演算増幅器ＯＰ３に出力する。このとき、第３演算増幅器ＯＰ３の反転入力端子には、ローパスフィルタ回路ＬＰＦから出力される基底電圧Ｖｂが印加される。一方、第３演算増幅器ＯＰ３の非反転入力端子には、電源回路２１６から出力される内部電源電圧Ｖｒが印加される。そして、第３演算増幅器ＯＰ３からは、内部電源電圧Ｖｒと基底電圧Ｖｂとの差分に応じた基準電圧Ｖｓが出力され、この基準電圧Ｖｓが、積分回路２１３における第１演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子に印加される。このように、帰還回路２１５における第３演算増幅器ＯＰ３は、比較回路（コンパレータ）として機能している。

電源回路２１６は、電源端子２１１ｃを介して入力されてくる外部電源電圧Ｖｃ（この例ではＤＣ＋５．０Ｖ）を、より低い内部電源電圧Ｖｒ（この例ではＤＣ＋１．０Ｖ）に変換して出力する。なお、電源回路２１６における電圧生成手法としては、例えば抵抗分圧やトランジスタを用いたバンドギャップレギュレータ等を適用することができる。

ここで、積分回路２１３に設けられた第１演算増幅器ＯＰ１、増幅回路２１４に設けられた第２演算増幅器ＯＰ２、および帰還回路２１５に設けられた第３演算増幅器ＯＰ３は、それぞれ、ＤＣ＋５．０Ｖの単電源で動作するものを用いている。これら第１演算増幅器ＯＰ１、第２演算増幅器ＯＰ２および第３演算増幅器ＯＰ３のそれぞれにおいて、正電源端子（図示せず）は、図示しない配線を介して電源端子２１１ｃに接続されており、負電源端子（図示せず）は、図示しない配線を介して入力接地端子２１１ｂおよび出力接地端子２１１ｅに接続されている。したがって、これら第１演算増幅器ＯＰ１、第２演算増幅器ＯＰ２および第３演算増幅器ＯＰ３には、それぞれ、動作電圧としてＤＣ＋５．０Ｖが供給されることになる。

ここで、上述した圧力検出装置５における電気的な接続構造について説明する。
先ず、圧電素子１０における先端側の端面は、金属製の第１電極部５０およびダイアフラムヘッド４０を介して、金属製のハウジング３０と電気的に接続される。

これに対し、圧電素子１０における後端側の端面は、金属製の第２電極部５５と電気的に接続され、第２電極部５５は、突出部５５ａを介して金属製のコイルスプリング７０と電気的に接続される。また、コイルスプリング７０は、金属製の伝導部材２２と電気的に接続され、伝導部材２２は、第１接続ピン２１ａを介して実装基板２１０の入力信号端子２１１ａと電気的に接続される。他方、第２電極部５５の突出部５５ａの外径は支持部材６５の第１孔６５１の孔径よりも小さく、伝導部材２２における先端部の外径は支持部材６５の第２孔６５２の孔径よりも小さい。つまり、第２電極部５５、コイルスプリング７０および伝導部材２２は、支持部材６５と直接接触していないために、電気的に接続されていない。それゆえ、第２電極部５５からコイルスプリング７０および伝導部材２２を介して実装基板２１０へと至る電荷信号の伝送経路は、それぞれが絶縁体で構成された、絶縁リング６０および覆い部材２３によって、金属製のハウジング３０と電気的に絶縁される。

以上のように構成された圧力検出装置５をシリンダヘッド４に装着する際には、センサ部１００のダイアフラムヘッド４０の方から先にシリンダヘッド４に形成された連通孔４ａに挿入していき、ハウジング３０の第２ハウジング３２に形成された雄ねじ３３２ａをシリンダヘッド４の連通孔４ａに形成された雌ねじ４ｅにねじ込む。
圧力検出装置５をシリンダヘッド４に装着することにより、ハウジング３０は、金属製のシリンダヘッド４と電気的に接続される。このシリンダヘッド４は、電気的に接地された状態にあるため、圧力検出装置５では、ハウジング３０を介して、圧電素子１０における先端部が接地される。ここで、この例では、圧電素子１０の側面とハウジング３０の内壁面とが接触し得る構造になっているが、圧電素子１０が絶縁体で構成されていることにより抵抗値が極めて大きいことと、圧力変化に伴って発生する電荷が、圧電素子１０における中心線方向の両端部に発生することとにより、特に問題とはならない。

次に、シール部材７について説明する。
シール部材７は、図２に示すように、シリンダヘッド４における連通孔４ａを形成する周囲の壁のセンサ部１００締め付け方向の端面と、圧力検出装置５のハウジング３０の第３外周面３３３と第４外周面３３４とを接続する接続面との間に配置された第１シール部材７１を有している。また、シール部材７は、シリンダヘッド４の連通孔４ａの傾斜部４ｃと、圧力検出装置５のハウジング３０の第１ハウジング３１の傾斜面３１５ａとの間に配置された第２シール部材７２を有している。

次に、本実施の形態の圧力検出装置５による圧力検出動作について説明する。
内燃機関１の作動時には、センサ部１００のダイアフラムヘッド４０の内側部４２に、燃焼室Ｃ内で発生した燃焼圧が付与される。そして、ダイアフラムヘッド４０に付与された燃焼圧が、第１電極部５０と第２電極部５５とによって挟まれた圧電素子１０に作用することにより、この圧電素子１０に燃焼圧に応じた電荷が生じる。圧電素子１０に生じた電荷は、第２電極部５５、コイルスプリング７０および伝導部材２２を介して、入力電荷Ｑｉとして回路基板部２１の実装基板２１０に供給される。実装基板２１０に供給された入力電荷Ｑｉは、実装基板２１０に設けられた各種回路にて積分処理および増幅処理がなされた後、その電荷に応じた外部出力電圧Ｖｏが、回路基板部２１に接続された第３接続ピン２１ｃおよび伝送ケーブル８を介して、制御装置６に供給される。

続いて、上述した圧力検出動作における、信号処理部２００を構成する各回路の動作について説明する。
図８は、信号処理部２００の各部における信号波形の例を示す図である。ここで、図８（ａ）は、時間ｔと、圧電素子１０に入力される圧力Ｐとの関係を示している。図８（ｂ）は、時間ｔと、圧電素子１０から積分回路２１３に入力される入力電荷Ｑｉとの関係を示している。図８（ｃ）は、時間ｔと、電源回路２１６から出力される内部電源電圧Ｖｒとの関係を示している。図８（ｄ）は、時間ｔと、帰還回路２１５（第３演算増幅器ＯＰ３）から出力される基準電圧Ｖｓとの関係を示している。図８（ｅ）は、時間ｔと、積分回路２１３から出力される（増幅回路２１４に入力される）内部出力電圧Ｖｉとの関係を示している。図８（ｆ）は、時間ｔと、積分回路２１３から出力される外部出力電圧Ｖｏとの関係を示している。図８（ｇ）は、時間ｔと、帰還回路２１５のローパスフィルタ回路ＬＰＦから出力される（帰還回路２１５の第３演算増幅器ＯＰ３に入力される）基底電圧Ｖｂとの関係を示している。

なお、この例では、圧電素子１０に対し、最大で１５ＭＰａの圧力Ｐが加わるものとする。また、この例では、圧電素子１０に対し１５ＭＰａの圧力Ｐが加えられた場合において、内部出力電圧Ｖｉの変化が＋０．９Ｖ程度となるように、積分回路２１３におけるコンデンサＣの容量値および帰還抵抗Ｒｆの抵抗値が決められており、この場合において、外部出力電圧Ｖｏの変化が＋３．０Ｖ程度となるように、増幅回路２１４における第１設定抵抗Ｒ１の抵抗値および第２設定抵抗Ｒ２の抵抗値（増幅率＝Ｒ２／Ｒ１）が決められている。ここで、積分回路２１３に設けられる帰還抵抗Ｒｆは、低周波数域における積分回路２１３の増幅度を制限するためのものである。また、内部電源電圧Ｖｒは、常にＤＣ＋１．０Ｖに設定されているものとする。

そして、この例では、圧力Ｐが周期Ｔで繰り返し変動しているものとする。本実施の形態の圧力検出装置５を内燃機関１に取り付けた場合には、内燃機関１の回転数に応じて周期Ｔが変わる。より具体的に説明すると、内燃機関１の回転数が増加するほど周期Ｔは短くなり、内燃機関１の回転数が低下するほど周期Ｔは長くなる。したがって、自動車等に取り付けられた内燃機関１の圧力変動を圧力検出装置５で検出する場合、回転数の増減に伴って周期Ｔは刻々と変化することになる。
なお、以下の説明においては、図８（ａ）に示す最初（図中左側）の圧力変動を「１回目」と呼び、図８（ａ）における次（図中右側）の圧力変動を「２回目」と呼ぶ。また、実際の基底電圧は、ある時定数をもってゆるやかに変化するが、図８では、現象が理解しやすいように、一周期ごとにデジタル的に変化させてある。

圧電素子１０に１回目の圧力変化が作用すると、この圧力変化の傾きに対応して入力電荷Ｑｉが変化する。なお、この例では、圧力Ｐが増加している間は、入力電荷Ｑｉが負の値をとり、圧力Ｐが減少している間は、入力電荷Ｑｉが正の値をとる。

次に、積分回路２１３では、第１演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子に、１回目の圧力変化に伴って発生した入力電荷Ｑｉが入力され、第１演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子に、基準電圧Ｖｓが入力される。このときの基準電圧Ｖｓは、ＤＣ＋１．０Ｖに設定されている。

そして、積分回路２１３で入力電荷Ｑｉの積分が行われることにより、積分回路２１３からは、１回目の圧力変化に相似した波形を有する内部出力電圧Ｖｉが出力される。このとき、内部出力電圧Ｖｉには、基準電圧Ｖｓに起因する直流成分が重畳される。ただし、この直流成分は、基準電圧Ｖｓ（ＤＣ＋１．０Ｖ）とは異なる大きさになる。内部出力電圧Ｖｉに含まれる直流成分と基準電圧Ｖｓとの大きさが異なってしまうのは、積分回路２１３に帰還抵抗Ｒｆを設けたことにより、内部出力電圧Ｖｉが、１つの周期Ｔ内において基準電圧Ｖｓを中心に電圧×時間の面積が±０となるように補正されてしまい、結果として、内部出力電圧Ｖｉにおいて基準電圧Ｖｓの沈み込みが生じてしまうことに起因する。

また、ダイオード２１２、２１７で生じるリーク電流も、内部出力電圧Ｖｉにおける直流成分の大きさに変動を生じさせる。このリーク電流は、半導体の性質上温度が１０℃上昇するごとに約２倍になる性質を持っているため、通常、常温では問題にならないが、１００℃を越えるような高温化では無視できない大きさになる。そして、このリーク電流が抵抗Ｒｆを通ることで、内部出力電圧Ｖｉにおける直流成分に大きなオフセットを生じさせる。

続いて、増幅回路２１４で内部出力電圧Ｖｉの増幅が行われることにより、増幅回路２１４からは、１回目の圧力変化に相似した波形を有する外部出力電圧Ｖｏが出力される。このとき、外部出力電圧Ｖｏにも、基準電圧Ｖｓに起因する直流成分が重畳される。この外部出力電圧Ｖｏに含まれる直流成分が、基底電圧Ｖｂとなる。

そして、帰還回路２１５に設けられたローパスフィルタ回路ＬＰＦで、外部出力電圧Ｖｏに対するローパスフィルタ処理が行われることにより、ローパスフィルタ回路ＬＰＦからは、１回目の圧力変化に対応する外部出力電圧Ｖｏから取り出された基底電圧Ｖｂ（この例ではＤＣ＋０．７Ｖ）が出力される。

引き続き、帰還回路２１５に設けられた第３演算増幅器ＯＰ３（比較回路）で、ローパスフィルタ回路ＬＰＦから入力される基底電圧Ｖｂと、電源回路２１６から入力される内部電源電圧Ｖｒとが比較され、第３演算増幅器ＯＰ３からは、１回目の圧力変化に対応する外部出力電圧Ｖｏに基づいて得られた新たな基準電圧Ｖｓ（この例ではＤＣ＋１．３Ｖ）が出力される。

それから、圧電素子１０に２回目の圧力変化が作用すると、この圧力変化の傾きに対応して入力電荷Ｑｉが変化する。なお、この例では、１回目の圧力変化と２回目の圧力変化とにおいて、圧力Ｐの波形が同じであるものとした。

次に、積分回路２１３では、第１演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子に、２回目の圧力変化に伴って発生した入力電荷Ｑｉが入力され、第１演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子に、基準電圧Ｖｓが入力される。このときの基準電圧Ｖｓは、上述したフィードバックによってＤＣ＋１．３Ｖに修正されている。

そして、積分回路２１３で入力電荷Ｑｉの積分が行われることにより、積分回路２１３からは、１回目の圧力変化に相似した波形を有する内部出力電圧Ｖｉが出力される。このとき、内部出力電圧Ｖｉには、基準電圧Ｖｓに起因する直流成分が重畳される。ただし、この直流成分は、上述した理由により、基準電圧Ｖｓ（ＤＣ＋１．３Ｖ）とは異なる大きさになる。

続いて、増幅回路２１４で内部出力電圧Ｖｉの増幅が行われることにより、増幅回路２１４からは、２回目の圧力変化に相似した波形を有する外部出力電圧Ｖｏが出力される。このとき、外部出力電圧Ｖｏにも、基準電圧Ｖｓに起因する直流成分が重畳される。このとき、外部出力電圧Ｖｏに含まれる直流成分である基底電圧Ｖｂは、基準電圧Ｖｓが補正されたことに伴い、ＤＣ＋１．０Ｖとなっている。

その後、上述した手順にて、帰還回路２１５による基準電圧Ｖｓのフィードバックが行われる。そして、実装基板２１０に設けられた積分回路２１３、増幅回路２１４および帰還回路２１５を用いて、外部出力電圧Ｖｏに含まれる基底電圧Ｖｂの大きさを、ＤＣ＋１．０Ｖとすべく、フィードバック制御が繰り返し行われていく。

このように、本実施の形態では、実装基板２１０上に、基準電圧Ｖｓと圧電素子１０から入力される入力電荷Ｑｉとを用いて入力電荷Ｑｉを積分することで得られた内部出力電圧Ｖｉを出力する積分回路２１３と、積分回路２１３から入力される内部出力電圧Ｖｉを増幅することで得られた外部出力電圧Ｖｏを出力する増幅回路２１４と、増幅回路２１４から出力される外部出力電圧Ｖｏにローパスフィルタ処理を施して直流成分である基底電圧Ｖｂを取得するとともに、この基底電圧Ｖｂと内部電源電圧Ｖｒとの比較結果に基づいて得られた新たな基準電圧Ｖｓを積分回路２１３に供給する帰還回路２１５とを設けた。

これにより、制御装置６に向けて出力される外部出力電圧Ｖｏにおける基底電圧Ｖｂの大きさが変動するのを抑制することが可能となる。特に、本実施の形態のように、圧力変化の周期Ｔが変動する内燃機関１等に圧力検出装置５を取り付けた場合において、基準電圧Ｖｓを一定の大きさにすると、周期Ｔの変動に伴って基底電圧Ｖｂが変動してしまうことになるが、フィードバック制御によって基準電圧Ｖｓの調整を行うことにより、このような基底電圧Ｖｂのぶれを抑制することが可能になる。

また、本実施の形態では、積分回路２１３、増幅回路２１４および比較回路２１５のそれぞれを、演算増幅器を用いて構成した。しかも、積分回路２１３、増幅回路２１４および比較回路２１５のそれぞれに設けられる演算増幅器として、単電源で動作するものを用いた。これにより、例えば自動車など、負電源を確保することが困難な機器に装着された内燃機関１における圧力検出を、複雑な電源回路等を用いることなく行うことができる。

さらに、本実施の形態では、実装基板２１０上に、制御装置６から供給される外部電源電圧Ｖｃを用いて外部電源電圧Ｖｃよりも低い内部電源電圧Ｖｒを作成する電源回路２１６を設けた。そして、各演算増幅器の電源として外部電源電圧Ｖｃを利用するとともに、外部出力電圧Ｖｏから得られた基底電圧Ｖｂと電源回路２１６で作成された内部電源電圧Ｖｒとの比較結果に基づいて基準電圧Ｖｓを修正するようにした。これにより、電源構成を簡易なものとしつつ、圧力検出装置５における各種信号処理を実行することができる。

さらにまた、本実施の形態では、圧電素子１０におけるグランド側および実装基板２１０における入力接地端子２１１ｂを、それぞれ、圧力検出装置５のハウジング３０を介して内燃機関１のシリンダヘッド４に接続（接地）するようにした。これにより、簡易な構成で、圧力検出装置５（実装基板２１０）から出力される外部出力電圧Ｖｏにノイズが重畳するのを抑制することができる。

なお、本実施の形態では、積分回路２１３、増幅回路２１４および帰還回路２１５を、共通のプリント配線基板２１１上に配置していたが、これに限られるものではなく、２以上の基板に分けて取り付けてもかまわない。

１…内燃機関、２…シリンダブロック、３…ピストン、４…シリンダヘッド、５…圧力検出装置、６…制御装置、７…シール部材、８…伝送ケーブル、１０…圧電素子、２１…回路基板部、２２…伝導部材、２３…覆い部材、２６…Ｏリング、３０…ハウジング、４０…ダイアフラムヘッド、５０…第１電極部、５５…第２電極部、６０…絶縁リング、６５…支持部材、７０…コイルスプリング、８０…コネクタ、８１…第１ケーブル、８２…第２ケーブル、８３…第３ケーブル、１００…センサ部、２００…信号処理部、２１０…実装基板、２１１…プリント配線基板、２１１ａ…入力信号端子、２１１ｂ…入力接地端子、２１１ｃ…電源端子、２１１ｄ…出力信号端子、２１１ｅ…出力接地端子、２１３…積分回路、２１４…増幅回路、２１５…帰還回路、２１６…電源回路、３００…保持部材、Ｑｉ…入力電荷、Ｖｉ…内部出力電圧、Ｖｃ…外部電源電圧、Ｖｒ…内部電源電圧、Ｖｏ…外部出力電圧、Ｖｓ…基準電圧、Ｖｂ…基底電圧

Claims (6)

1. 圧力を受けることで電荷信号を出力する圧電素子と、
   前記圧電素子から入力される前記電荷信号に処理を施して出力する処理回路とを含み、
   前記処理回路は、
   前記圧電素子から入力される前記電荷信号と入力される基準電圧とを用いて当該電荷信号を積分することで、当該電荷信号を電圧信号に変換する積分回路と、
   前記積分回路から入力される前記電圧信号を増幅し、得られた増幅信号を出力する増幅回路と、
   前記増幅回路から入力される前記増幅信号にローパスフィルタ処理を施し、得られた濾波信号を出力するローパスフィルタ回路と、
   前記基準電圧の大きさと前記ローパスフィルタ回路から入力される前記濾波信号の大きさとを比較し、得られた較信号を新たな基準電圧として前記積分回路に供給する比較回路と、
   前記増幅信号を外部に出力する出力部と
   を有することを特徴とする圧力検出装置。
2. 前記積分回路は、単電源で動作する演算増幅器を含むことを特徴とする請求項１記載の圧力検出装置。
3. 前記増幅回路は、単電源で動作する他の演算増幅器を含み、
   前記比較回路は、単電源で動作するさらに他の演算増幅器を含むこと
   を特徴とする請求項２記載の圧力検出装置。
4. 外部から供給される外部電源電圧を、当該外部電源電圧よりも小さい内部電源電圧に変換する電源回路をさらに含み、
   前記外部電源電圧は、前記積分回路に設けられた前記演算増幅器と、前記増幅回路に設けられた前記他の演算増幅器と、前記比較回路に設けられた前記さらに他の演算増幅器とをそれぞれ作動させるための単電源として供給され、
   前記内部電源電圧は、前記比較回路に前記基準電圧として供給されることを特徴とする請求項３記載の圧力検出装置。
5. 前記圧電素子から前記処理回路に前記電荷信号を伝導する伝導部材と、
   導電体にて構成され、前記圧電素子、前記伝導部材および前記処理回路を内部に収容するハウジングと
   をさらに含み、
   前記圧電素子の一端は前記ハウジングと電気的に接続され、
   前記処理回路における接地端子は前記ハウジングと電気的に接続されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の圧力検出装置。
6. 入力される電荷信号と入力される基準電圧とを用いて当該電荷信号を積分することで、当該電荷信号を電圧信号に変換する積分回路と、
   前記積分回路から入力される前記電圧信号を増幅し、得られた増幅信号を出力する増幅回路と、
   前記増幅回路から入力される前記増幅信号にローパスフィルタ処理を施し、得られた濾波信号を出力するローパスフィルタ回路と、
   前記基準電圧の大きさと前記ローパスフィルタ回路から入力される前記濾波信号の大きさとを比較し、得られた比較信号を新たな基準電圧として前記積分回路に供給する比較回路と
   を含むチャージアンプ回路。

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