JP2015161601A - Pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導入経路に導入された測定媒体の圧力に応じたセンサ信号が圧力検出素子から出力される圧力センサに関するものである。 The present invention relates to a pressure sensor in which a sensor signal corresponding to the pressure of a measurement medium introduced into an introduction path is output from a pressure detection element.
従来より、ケースに複数の圧力導入孔が形成されたポート部を組み付け、ケースとポート部との間に構成される圧力検出室に、測定媒体の圧力に応じたセンサ信号を出力する圧力検出素子を備えた圧力センサが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a pressure detection element that assembles a port portion in which a plurality of pressure introduction holes are formed in a case and outputs a sensor signal corresponding to the pressure of a measurement medium to a pressure detection chamber configured between the case and the port portion (For example, refer patent document 1).
具体的には、このような圧力センサでは、ポート部には、各圧力導入孔のうちのケース側の端部が広げられることで壁面がテーパ状とされた部屋が構成されており、この部屋を含んで圧力検出室が構成されている。そして、圧力導入孔および圧力検出室によって構成される導入経路を介して測定媒体が圧力検出素子に印加されると、当該圧力検出素子から測定媒体の圧力に応じたセンサ信号が出力される。 Specifically, in such a pressure sensor, the port portion is configured with a chamber whose wall surface is tapered by widening the end portion on the case side of each pressure introducing hole. A pressure detection chamber is configured. When the measurement medium is applied to the pressure detection element via the introduction path constituted by the pressure introduction hole and the pressure detection chamber, a sensor signal corresponding to the pressure of the measurement medium is output from the pressure detection element.
このような圧力センサによれば、結露によって圧力検出室内に水滴が発生した場合、当該水滴はテーパ状とされている部屋の壁面を滑り落ちて各圧力導入孔から外部に排出される。すなわち、各圧力導入孔を通過する水滴の量が減ることになり、圧力導入孔が閉塞されることを抑制することができる。 According to such a pressure sensor, when water droplets are generated in the pressure detection chamber due to condensation, the water droplets slide down the wall surface of the tapered room and are discharged to the outside from each pressure introducing hole. That is, the amount of water droplets passing through each pressure introduction hole is reduced, and the pressure introduction hole can be prevented from being blocked.
しかしながら、上記圧力センサでは、各圧力導入孔が水滴によって閉塞されることを抑制することができるものの、圧力導入孔が閉塞されることを完全に防止することは困難である。また、圧力導入孔は、外部空間に存在する埃や塵等によって閉塞される可能性もある。 However, although the pressure sensor can suppress the pressure introduction holes from being blocked by water droplets, it is difficult to completely prevent the pressure introduction holes from being blocked. Further, the pressure introducing hole may be blocked by dust or dust existing in the external space.
そして、上記圧力センサでは、圧力導入孔(導入経路)が水滴、埃、塵等の異物によって閉塞されたとしても、圧力検出素子は閉塞された空間の圧力に応じた信号を出力し続ける。すなわち、上記圧力センサでは、測定媒体の圧力を正確に検出することができない場合があるという問題がある。 In the pressure sensor, even if the pressure introduction hole (introduction path) is blocked by foreign matter such as water droplets, dust, and dust, the pressure detection element continues to output a signal corresponding to the pressure in the closed space. That is, the pressure sensor has a problem that the pressure of the measurement medium may not be detected accurately.
本発明は上記点に鑑みて、導入経路に異物が付着したか否かを判定することのできる圧力センサを提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a pressure sensor that can determine whether or not foreign matter has adhered to an introduction path.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、測定媒体の圧力を導入する圧力導入孔(13)が形成されたケース(10)と、ケースに搭載され、測定媒体の圧力に応じてセンサ信号を出力する圧力検出素子(22)と、を備え、以下の点を特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the case (10) in which the pressure introduction hole (13) for introducing the pressure of the measurement medium is formed, and the case (10) mounted on the case, depending on the pressure of the measurement medium. And a pressure detection element (22) that outputs a sensor signal.
すなわち、測定媒体を圧力検出素子に導入する導入経路(80)が圧力導入孔を含んで構成されており、導入経路は、測定媒体が有する周波数と異なる共鳴周波数を有しており、導入経路の共鳴周波数が所定の周波数の範囲外である場合、導入経路に異物(100)が付着していると判定する自己診断を行う診断手段(23)を備えていることを特徴としている。 That is, the introduction path (80) for introducing the measurement medium into the pressure detection element includes a pressure introduction hole, and the introduction path has a resonance frequency different from the frequency of the measurement medium. When the resonance frequency is outside the predetermined frequency range, a diagnostic means (23) for performing self-diagnosis to determine that the foreign substance (100) is attached to the introduction path is provided.
このように、導入経路の共鳴周波数が所定の周波数の範囲外であるか否かを判定することにより、導入経路に異物が付着しているか否かを判定する自己診断を行うことができる。このため、導入経路が閉塞されたままの状態で圧力検出を行うことを抑制できる。 As described above, by determining whether or not the resonance frequency of the introduction path is out of the predetermined frequency range, it is possible to perform self-diagnosis for determining whether or not foreign substances are attached to the introduction path. For this reason, it can suppress performing pressure detection in the state where the introduction course is obstructed.
また、導入経路の共鳴周波数は、導入経路の異物の付着状況によって変化する。このため、比較する周波数の範囲を適宜設定することにより、導入経路が異物によって完全に閉塞されていなくても、測定媒体を適切に導入できないような場合に異常があると自己診断することができる。 In addition, the resonance frequency of the introduction path varies depending on the state of foreign matter adhering to the introduction path. For this reason, by appropriately setting the frequency range to be compared, even if the introduction path is not completely blocked by foreign matter, it is possible to self-diagnose that there is an abnormality when the measurement medium cannot be introduced properly. .
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。本実施形態の圧力センサは、例えば、車両のドア内のスペースに取り付けられ、車両のドア内の圧力を検出する圧力センサとして用いられると好適である。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. The pressure sensor of the present embodiment is preferably attached to a space in a vehicle door, for example, and used as a pressure sensor for detecting the pressure in the vehicle door.
図1および図2に示されるように、圧力センサはケース10を備えている。このケース10は、例えば、樹脂材料を型成形することにより作られた略円柱状とされている。そして、一端部(図1中紙面上側の端部)側に凹部11が形成されていると共に、他端部(図1中紙面下側の端部)側に開口部12が形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the pressure sensor includes a
また、ケース10には、凹部11内の空間と外部空間とを連通し、測定媒体を外部空間から導入するための圧力導入孔13が形成されている。なお、図1では、圧力導入孔13として測定媒体が通過する経路が屈曲する形状のものを示しているが、測定媒体が通過する経路が屈曲しない形状とされていてもよい。
In addition, the
そして、ケース10の凹部11には、センサユニット20が配置されている。センサユニット20は、図3に示されるように、一面21aおよび他面21bを有し、配線パターンやビア等を介して一面21aと他面21bとの間が電気的に接続されるセラミック基板やプリント基板等の配線基板21を有している。そして、配線基板21の一面21aには、センサチップ22や回路チップ23が搭載され、これらセンサチップ22および回路チップ23はボンディングワイヤ24を介して配線基板21と電気的に接続されている。また、配線基板21の他面21bには、コンデンサ等の電子部品25が図示しない導電性接着剤等を介して搭載されている。
A
センサチップ22は、測定媒体の圧力に応じたセンサ信号を出力するものであり、本発明の圧力検出素子に相当している。本実施形態では、ダイヤフラムにブリッジ回路を構成するようにゲージ抵抗が形成され、ダイヤフラムに圧力が印加されるとゲージ抵抗の抵抗値が変化してブリッジ回路の電圧が変化し、この電圧の変化に応じたセンサ信号を出力する半導体ダイヤフラム式のものが用いられる。
The
回路チップ23は、センサ信号に対して所定の処理を行う信号処理機能等を有するものであり、本発明の診断手段に相当している。本実施形態では、回路チップ23は、図4に示されるように、センサチップ22から出力されたセンサ信号を所定倍に増幅して出力する増幅回路23aを有している。また、増幅回路23aに接続されたローパスフィルタ23bおよびバンドパスフィルタ23c、バンドパスフィルタ23cに接続された位相同期回路(PPL回路)23d、位相同期回路23dに接続された判定回路23e等を有している。
The
なお、本実施形態では、ローパスフィルタ23bが本発明の第1フィルタに相当し、バンドパスフィルタ23cが本発明の第2フィルタに相当している。
In the present embodiment, the
ここで、具体的には後述するが、回路チップ23の処理について簡単に説明する。センサチップ22からセンサ信号が出力されると、当該センサ信号は増幅回路23aで所定倍に増幅された後、ローパスフィルタ23bおよびバンドパスフィルタ23cに入力される。そして、ローパスフィルタ23bに入力されたセンサ信号は、所定周波数以上の成分が減衰されて外部回路30に出力される。なお、ローパスフィルタ23bは、測定媒体が有する可能性のある周波数成分を通すように設計されている。
Here, although specifically described later, processing of the
一方、バンドパスフィルタ23cに入力されたセンサ信号は、所定周波数以下の成分が減衰されて位相同期回路23dに出力される。位相同期回路23dは、位相比較器、分周回路、電圧制御発振器等を有し、入力信号の位相と分周器から出力される基準信号の位相との差に応じた信号を出力する周知のものが用いられる。つまり、位相同期回路23dは、バンドパスフィルタ23cを介して入力された信号の位相と、基準信号の位相との位相差に応じた信号を出力する。なお、バンドパスフィルタ23cは、後述する導入経路80が有する可能性のある共鳴周波数成分を通すように設計されている。
On the other hand, the sensor signal input to the
そして、判定回路23eでは、位相同期回路23dから入力された信号が所定の範囲内であるか否かを判定し、判定結果を外部回路30に出力する。
The
また、センサユニット20は、図3に示されるように、樹脂材料を型成形することにより作られた接続部材26を有している。この接続部材26は、本実施形態では、配線基板21の外縁に沿った枠状とされ、一端部(図1中紙面上側の端部)と他端部(図1中紙面下側の端部)との間の部分に内側に突出した突出部26aを有している。そして、一端部側が配線基板21の側面に沿って配置されると共に、他端部側が配線基板21の一面21aから突出するように、突出部26aのうちの一端部側の部分が配線基板21の一面21aのうちの外縁部に接着剤27を介して接合されている。
Further, as shown in FIG. 3, the
また、配線基板21の一面21a側には、接続部材26で囲まれる空間に、センサチップ22や回路チップ23、ボンディングワイヤ24を封止するように、保護部材28が配置されている。つまり、接続部材26は、保護部材28が濡れ広がることを抑制するダムとしての機能を有している。なお、保護部材28としては、例えば、シリコーンゲルやフッ素ゲル等の耐腐食性や耐薬品性等に優れたものが用いられる。
Further, a
以上がセンサユニット20の構成である。そして、このセンサユニット20は、図1および図2に示されるように、凹部11の底面に形成された圧力導入孔13の開口部を閉塞するように、凹部11に搭載されている。具体的には、配線基板21の一面21aが凹部11の底面と対向するように、接続部材26の他端部側が凹部11の底面に接着剤29を介して搭載されている。
The above is the configuration of the
また、センサユニット20が凹部11に搭載されることにより、保護部材28と凹部11の底面との間に部屋14が形成されている。つまり、本実施形態の圧力センサでは、圧力導入孔13に導入された測定媒体は、部屋14に導入された後にセンサチップ22に印加される。すなわち、本実施形態では、圧力導入孔13および部屋14によって本発明の導入経路が構成されている。
In addition, by mounting the
また、ケース10には、配線基板21と電気的に接続される複数本の金属製棒状のターミナル40が備えられており、各ターミナル40はインサートモールドによりケース10と一体に成形されることによってケース10内に保持されている。
Further, the
具体的には、各ターミナル40は、一端部が凹部11内に突出しており、他端部が開口部12内に突出するようにケース10内に保持されている。そして、凹部11内に突出している各ターミナル40の一端部は、ボンディングワイヤ50を介して配線基板21と電気的に接続されている。また、各ターミナル40の他端部は、図示しない外部配線部材を介して外部回路30と電気的に接続される。つまり、回路チップ23からの信号は、ターミナル40を介して外部回路30に出力される。
Specifically, each terminal 40 is held in the
また、ケース10には、凹部11を閉塞するように、樹脂材料が型成形されることによって作られた蓋部60が図示しない接着剤等を介して接合されている。さらに、ケース10のうちの一端部と他端部との間には、圧力センサを被取付部材に取り付けるためのボルト70もインサート成形されている。
In addition, a
以上が本実施形態における圧力センサの構成である。このような圧力センサでは、図5(a)に示されるように、圧力導入孔13および部屋14によって所定の共鳴周波数を有する導入経路(共鳴管)80が構成される。なお、導入経路80の共鳴周波数は、測定媒体が有する可能性のある周波数とは異なる周波数とされている。本実施形態では、測定媒体が有する可能性のある周波数が数百Hzであるため、導入経路80は、共鳴周波数が数〜数十KHzとなるように設計されている。
The above is the configuration of the pressure sensor in the present embodiment. In such a pressure sensor, an introduction path (resonance tube) 80 having a predetermined resonance frequency is constituted by the
このため、図5(b)に示されるように、この共鳴周波数と一致する周波数成分を有する音が外部の音源90から印加されると、共鳴によってセンサ信号にピーク値が出現する。
For this reason, as shown in FIG. 5B, when a sound having a frequency component matching the resonance frequency is applied from the
そして、図6(a)に示されるように、圧力導入孔13に異物100が付着すると、圧力導入孔13の断面積が小さくなり、測定媒体が通過する経路が狭くなる。このため、図6(b)に示されるように、導入経路80の共鳴周波数が低くなり、ピーク値が変動する。
As shown in FIG. 6A, when the
なお、部屋14に異物100が付着した場合には、部屋14の体積が小さくなるため、導入経路80の共鳴周波数は高くなる。
In addition, when the
次に、上記圧力センサの作動について具体的に説明する。上記圧力センサは、例えば、車両のドア内のスペースに取り付けて用いられる。なお、車両のドア内のスペースとは、ドアの室外側を構成するアウターパネルと室内側のドアトリムとに挟まれたスペースのことである。また、アウターパネルとドアトリムとの間にインナートリムが配置される場合には、ドア内のスペースとは、アウターパネルとインナーパネルに挟まれたスペース、またはインナートリムとドアトリムとに挟まれたスペースのことである。 Next, the operation of the pressure sensor will be specifically described. The pressure sensor is used by being attached to a space in a vehicle door, for example. In addition, the space in the door of a vehicle is the space pinched | interposed into the outer panel which comprises the outdoor side of a door, and the door trim of a room inner side. When the inner trim is arranged between the outer panel and the door trim, the space in the door is the space between the outer panel and the inner panel, or the space between the inner trim and the door trim. That is.
そして、圧力導入孔13に測定媒体が導入されると、センサチップ22から測定媒体の圧力に応じたセンサ信号が出力される。また、車両に搭載されているスピーカ等の音源90から導入経路80の共鳴周波数と一致する周波数の音が印加されると、当該周波数においてピーク値が出現する。
When the measurement medium is introduced into the
そして、図3に示されるように、センサチップ22から出力されたセンサ信号は、増幅回路23aで増幅された後、ローパスフィルタ23bおよびバンドパスフィルタ23cに入力される。そして、ローパスフィルタ23bから出力された信号は外部回路30に入力され、外部回路30は当該信号に基づいて測定媒体の圧力の検出を行う。
As shown in FIG. 3, the sensor signal output from the
また、バンドパスフィルタ23cから出力される信号は位相同期回路23dに入力される。そして、位相同期回路23dは、バンドパスフィルタ23cから入力された信号の位相と基準信号の位相との位相差に応じた信号を出力する。
The signal output from the
ここで、上記のように、導入経路80に異物100が付着している場合には、共鳴周波数が変化するため、位相同期回路23dから出力される信号は、導入経路80の異物100の付着状況によって変化する。そして、判定回路23eは、この信号が所定の範囲内にあるか否かを判定し、信号が所定の範囲外である場合に導入経路80に異物100が付着していると判定して判定結果を外部回路30に入力する。つまり、判定回路23eは、導入経路80の共鳴周波数が所定の周波数の範囲外である場合、導入経路80に異物100が付着していると判定して判定結果を外部回路30に入力する。
Here, as described above, when the
そして、圧力センサが車両に搭載されて用いられる場合には、外部回路30は乗員に圧力センサに異常がある旨を報知する。例えば、外部回路30は、ハンドルの前方またはダッシュボードの中央部に配された計器表示盤の一部に配置される液晶ディスプレイに異常発生の表示をしたり、音源90から異常発生の音声を流す等して乗員に報知することができる。
When the pressure sensor is mounted on a vehicle and used, the
以上説明したように、導入経路80の共鳴周波数が所定の周波数の範囲外であるか否かを判定することにより、導入経路80に異物100が付着しているか否かを判定する自己診断を行うことができる。そして、このように自己診断を行うことにより、例えば、圧力センサが車両に搭載されて用いられる場合には、乗員に圧力センサの異常を報知でき、導入経路80が閉塞されている状態で圧力の検出を行うことを抑制できる。
As described above, the self-diagnosis is performed to determine whether or not the
また、上記圧力センサでは、導入経路80が完全に閉塞されなくても判定できる。つまり、判定回路23eで比較する周波数の範囲を適宜設定することにより、導入経路80が完全に閉塞されていなくても、測定媒体を適切に導入できないような場合に異常があると判定できる。
Moreover, in the said pressure sensor, even if the introduction path |
さらに、上記圧力センサでは、自己診断を行うための新たな別部材を配置する必要がなく、構造が複雑になることを抑制できる。 Furthermore, in the pressure sensor, it is not necessary to arrange a new separate member for performing a self-diagnosis, and the structure can be prevented from becoming complicated.
(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.
例えば、上記第1実施形態において、導入経路80が圧力導入孔13のみで形成されていてもよい。
For example, in the first embodiment, the
また、上記第1実施形態において、回路チップ23は、配線基板21の他面21bに配置されていてもよい。同様に、電子部品25は、配線基板21の一面21aに配置されていてもよい。
In the first embodiment, the
そして、上記第1実施形態において、導入経路80は、測定媒体が有する可能性のある周波数より低い共鳴周波数を有するように構成されていてもよい。
In the first embodiment, the
さらに、上記第1実施形態において、音源90として、車両走行中に発生するエンジン音等の外乱ノイズ(ホワイトノイズ)を用いてもよい。また、音源90は、例えば、凹部11内に配置されていてもよい。つまり、音源90を備える圧力センサとしてもよい。
Further, in the first embodiment, disturbance noise (white noise) such as engine sound generated while the vehicle is running may be used as the
そして、上記第1実施形態において、ケース10は、2部材で構成されていてもよい。例えば、圧力導入孔13が形成された第1部材と、センサユニット20を搭載する第2部材とを組み付けてケース10を構成するようにしてもよい。
In the first embodiment, the
10 ケース
13 圧力導入孔
22 圧力検出素子
23 診断手段
80 導入経路
100 異物
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ケースに搭載され、前記測定媒体の圧力に応じてセンサ信号を出力する圧力検出素子(22)と、を備え、
前記測定媒体を前記圧力検出素子に導入する導入経路(80)が前記圧力導入孔を含んで構成されており、
前記導入経路は、前記測定媒体が有する周波数と異なる共鳴周波数を有しており、
前記導入経路の共鳴周波数が所定の周波数の範囲外である場合、前記導入経路に異物(100)が付着していると判定する自己診断を行う診断手段(23)を備えていることを特徴とする圧力センサ。 A case (10) in which a pressure introduction hole (13) for introducing the pressure of the measurement medium is formed;
A pressure detection element (22) mounted on the case and outputting a sensor signal in accordance with the pressure of the measurement medium;
An introduction path (80) for introducing the measurement medium into the pressure detection element includes the pressure introduction hole,
The introduction path has a resonance frequency different from the frequency of the measurement medium;
When the resonance frequency of the introduction path is out of a predetermined frequency range, diagnostic means (23) for performing self-diagnosis for determining that a foreign substance (100) is attached to the introduction path is provided. Pressure sensor.
前記導入経路は、前記圧力導入孔および前記部屋にて構成されていることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ。 A chamber (14) is formed between the pressure introduction hole and the pressure detection element,
The pressure sensor according to claim 1, wherein the introduction path includes the pressure introduction hole and the room.
The diagnostic means includes a first filter (23b) that passes a frequency component of the measurement medium in the sensor signal, and a second filter (23c) that passes a resonance frequency component of the introduction path of the sensor signal. A phase synchronization circuit (23d) connected to the second filter and outputting a signal corresponding to a phase difference between a signal input from the second filter and a reference signal, and connected to the phase synchronization circuit and The pressure sensor according to claim 1 or 2, further comprising: a determination circuit (23e) that determines whether or not a signal input from the phase synchronization circuit is within a predetermined range.
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