JP2018100932A - Concentration sensor - Google Patents

Concentration sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2018100932A
JP2018100932A JP2016247940A JP2016247940A JP2018100932A JP 2018100932 A JP2018100932 A JP 2018100932A JP 2016247940 A JP2016247940 A JP 2016247940A JP 2016247940 A JP2016247940 A JP 2016247940A JP 2018100932 A JP2018100932 A JP 2018100932A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
signal
output
voltage
detection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016247940A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6681547B2 (en
Inventor
孝士 川井
Takashi Kawai
孝士 川井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority to JP2016247940A priority Critical patent/JP6681547B2/en
Publication of JP2018100932A publication Critical patent/JP2018100932A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6681547B2 publication Critical patent/JP6681547B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the accuracy of measurement by a sensor for measuring an alcohol concentration in liquid by measuring a capacitance, if ambient temperatures change.SOLUTION: The concentration sensor includes an AC voltage source 1, a capacitor 2, a detector circuit 4, and a timing generation circuit 5. The timing generation circuit 5 includes an AD converting circuit 10 connected to the AC voltage source 1, a DA converting circuit 12 connected to the AD converting circuit 10, a voltage control oscillation circuit 14 connected to the DA conversion circuit 12, and a frequency divider circuit 15 connected to the voltage control oscillation circuit 14. A sampling timing signal of the AD converting circuit 10 is a clock signal φ0 output from the voltage control oscillation circuit 14, a sampling timing signal of the DA converting circuit 12 is an output signal φ1 from the frequency divider circuit 15, and a detection timing signal of the detector circuit 4 is an output signal φ2 from the frequency divider circuit 15.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、静電容量型の濃度センサに関する。   The present disclosure relates to a capacitance type density sensor.

自動車のエンジンなどの内燃機関の代替燃料として、近年、ガソリンにメタノールやエタノール等のアルコールを混合したアルコール混合燃料が検討されている。アルコール混合燃料は、アルコール濃度に応じて燃焼効率が変化するため、内燃機関の出力を制御する上で、内燃機関に供給するアルコール混合燃料のアルコール濃度を検出が重要となる。   In recent years, alcohol-mixed fuels in which alcohol such as methanol or ethanol is mixed with gasoline have been studied as alternative fuels for internal combustion engines such as automobile engines. Since the combustion efficiency of the alcohol-mixed fuel changes according to the alcohol concentration, it is important to detect the alcohol concentration of the alcohol-mixed fuel supplied to the internal combustion engine when controlling the output of the internal combustion engine.

そして、このような測定液中のアルコール濃度を検出する濃度センサとしては、一対の電極からなるコンデンサをアルコール混合燃料中に浸漬し、誘電率の異なるガソリンとアルコールの混合液中の電極間の静電容量変化を観察することで、アルコール濃度を検出する静電容量検出型の濃度センサが一般的に用いられている。   As a concentration sensor for detecting the alcohol concentration in such a measurement liquid, a capacitor composed of a pair of electrodes is immersed in an alcohol mixed fuel, and a static electricity between electrodes in a gasoline and alcohol mixed liquid having different dielectric constants is immersed. A capacitance detection type concentration sensor that detects an alcohol concentration by observing a change in capacitance is generally used.

なお、静電容量検出型の濃度センサを用いる上で注意しなければならないのは、アルコールの導電性である。導電性(抵抗成分)は導電性イオンが混入することで大きく変化し、導電性(抵抗成分)にともなう電極間の電気導通成分が静電容量検出の誤差として発生する。   Note that it is the conductivity of alcohol that must be taken into account when using a capacitance detection type concentration sensor. The conductivity (resistance component) is greatly changed by mixing conductive ions, and an electrical conduction component between the electrodes due to the conductivity (resistance component) is generated as an error in capacitance detection.

従来このような誤差成分を抑制する手法として、特許文献1では、コンデンサを形成する電極を絶縁体で覆い、電極間の電気導通を防止する構造が提案されている。また、特許文献2では、検出用コンデンサのほかに基準コンデンサを別に設け、双方の位相差の比較によりアルコール濃度の真値を求める構成が提案されている。   Conventionally, as a technique for suppressing such an error component, Patent Document 1 proposes a structure in which an electrode forming a capacitor is covered with an insulator to prevent electrical conduction between the electrodes. Patent Document 2 proposes a configuration in which a reference capacitor is separately provided in addition to the detection capacitor, and the true value of the alcohol concentration is obtained by comparing both phase differences.

特開2004−125464号公報JP 2004-125464 A 特開2005−121428号公報JP 2005-121428 A

そして、このような濃度センサにおいては、上述したように、内燃機関の出力制御に関する部品であるため、さらなる検出精度の向上が求められている。   Since such a concentration sensor is a component related to output control of an internal combustion engine as described above, further improvement in detection accuracy is required.

そこで、本開示はこのような要望に応え、濃度センサの検出精度を向上させることを目的とする。   In view of this, the present disclosure responds to such a demand and aims to improve the detection accuracy of the density sensor.

本開示の一態様における濃度センサは、交流電圧源とコンデンサと検波回路とタイミング生成回路とを備え、タイミング生成回路は、交流電圧源に接続されたAD変換回路と、AD変換回路に接続されたDA変換回路と、DA変換回路に接続された電圧制御発振回路と、電圧制御発振回路に接続された分周回路を有し、AD変換回路のサンプリングタイミング信号は、電圧制御発振回路から出力されたクロック信号であり、DA変換回路におけるサンプリングタイミング信号は、分周回路からの出力信号であり、検波回路の検波タイミング信号は、分周回路からの出力信号φ2とした。   The concentration sensor in one embodiment of the present disclosure includes an AC voltage source, a capacitor, a detection circuit, and a timing generation circuit, and the timing generation circuit is connected to the AD conversion circuit connected to the AC voltage source and the AD conversion circuit. A DA conversion circuit; a voltage control oscillation circuit connected to the DA conversion circuit; and a frequency division circuit connected to the voltage control oscillation circuit. A sampling timing signal of the AD conversion circuit is output from the voltage control oscillation circuit. The sampling timing signal in the DA converter circuit is an output signal from the frequency divider circuit, and the detection timing signal in the detector circuit is the output signal φ2 from the frequency divider circuit.

この構成により、濃度センサの検出精度を向上させることができる。   With this configuration, the detection accuracy of the density sensor can be improved.

図1は、本開示の濃度センサの使用形態を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a usage pattern of the concentration sensor of the present disclosure. 図2は、本開示の濃度センサの回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of the concentration sensor of the present disclosure. 図3は、本開示における交流電圧源からの出力信号を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an output signal from the AC voltage source in the present disclosure. 図4は、本開示における電流―電圧変換回路からの出力信号を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an output signal from the current-voltage conversion circuit according to the present disclosure. 図5は、本開示における検波回路での信号処理動作を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a signal processing operation in the detection circuit according to the present disclosure. 図6は、本開示におけるタイミング生成回路における信号処理動作を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a signal processing operation in the timing generation circuit according to the present disclosure. 図7は、本開示におけるタイミング生成回路における信号処理動作を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a signal processing operation in the timing generation circuit according to the present disclosure. 図8は、本開示におけるタイミング生成回路における信号処理動作を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a signal processing operation in the timing generation circuit according to the present disclosure.

以下では、本開示の実施の形態に係る濃度センサについて、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される形状、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。   Hereinafter, the concentration sensor according to the embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Note that each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present disclosure. Accordingly, the shapes, components, arrangement of components, connection forms, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present disclosure. Therefore, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims showing the highest concept of the present invention are described as optional constituent elements.

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構造については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化している。   Each figure is a mimetic diagram and is not necessarily illustrated strictly. In each figure, substantially the same structure is denoted by the same reference numeral, and redundant description is omitted or simplified.

図1は、濃度センサ100の使用形態を示した模式図である。濃度センサ100は、基本構成として交流電圧源1、コンデンサ2、検波回路4、タイミング生成回路5とを有する。交流電圧源1の出力信号は、コンデンサ2とタイミング生成回路5に接続されている。コンデンサ2の出力は検波回路4に接続されている。タイミング生成回路5の出力は検波回路4に接続されている。コンデンサ2と検波回路4の間には、電流―電圧変換回路3が配置しているが、必ずしも電流―電圧変換回路3を配置しなくてもよい。コンデンサ2は、対向する一対の導電板で構成される。コンデンサ2は、測定対象6の中に配置される。濃度センサ100は、測定対象6の濃度変化に伴うコンデンサ2の静電容量変化を検出する静電容量型センサである。また、交流電圧源1とコンデンサ2を除く各処理回路については、ICやマイコンを用いて形成することができる。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a usage pattern of the density sensor 100. The concentration sensor 100 includes an AC voltage source 1, a capacitor 2, a detection circuit 4, and a timing generation circuit 5 as a basic configuration. An output signal of the AC voltage source 1 is connected to the capacitor 2 and the timing generation circuit 5. The output of the capacitor 2 is connected to the detection circuit 4. The output of the timing generation circuit 5 is connected to the detection circuit 4. Although the current-voltage conversion circuit 3 is disposed between the capacitor 2 and the detection circuit 4, the current-voltage conversion circuit 3 is not necessarily disposed. The capacitor 2 is composed of a pair of opposing conductive plates. The capacitor 2 is disposed in the measurement object 6. The concentration sensor 100 is a capacitance type sensor that detects a change in capacitance of the capacitor 2 due to a change in concentration of the measurement target 6. Each processing circuit excluding the AC voltage source 1 and the capacitor 2 can be formed using an IC or a microcomputer.

なお、この実施の形態における測定対象6は、ガソリンとアルコールを混合した混合燃料である。ガソリンとアルコールは誘電率が異なるため、混合燃料に含まれるアルコールの割合によって混合燃料の誘電率が変化する。この混合燃料の誘電率の変化をコンデンサ2で検出することで、混合燃料におけるアルコールの濃度を検出する。   In addition, the measuring object 6 in this embodiment is a mixed fuel obtained by mixing gasoline and alcohol. Since gasoline and alcohol have different dielectric constants, the dielectric constant of the mixed fuel changes depending on the proportion of alcohol contained in the mixed fuel. By detecting the change in the dielectric constant of the mixed fuel with the capacitor 2, the concentration of alcohol in the mixed fuel is detected.

図2に濃度センサ100の回路図を示す。タイミング生成回路5は、AD変換回路10、演算回路11、DA変換回路12、フィルタ回路13、電圧制御発振回路14、分周回路15、補償回路16を有する。   FIG. 2 shows a circuit diagram of the density sensor 100. The timing generation circuit 5 includes an AD conversion circuit 10, an arithmetic circuit 11, a DA conversion circuit 12, a filter circuit 13, a voltage control oscillation circuit 14, a frequency divider circuit 15, and a compensation circuit 16.

AD変換回路10は、交流電圧源1からの出力信号をデジタル値に変換する。演算回路11は、補償回路16から出力された出力値と、AD変換回路10から出力されたデジタ
ル値の差を演算する。DA変換回路12は、演算回路11から出力された出力値をアナログ信号に変換する。フィルタ回路13は、DA変換回路12から出力されたアナログ信号を積分処理する。電圧制御発振回路14は、フィルタ回路13からの出力電圧に応じた周波数のクロック信号φ0を出力する。クロック信号φ0は、AD変換回路10と分周回路15に入力される。クロック信号φ0は、AD変換回路10のサンプリングタイミング信号となる。分周回路15は、クロック信号φ0を8分周し出力信号φ1、φ2を出力する。出力信号φ1と出力信号φ2の位相は90°異なる。出力信号φ1は、DA変換回路12のサンプリングタイミング信号である。出力信号φ2は、検波回路4の検波タイミング信号である。補償回路16は、温度検出回路17と、演算回路18を有する。温度検出回路17は、測定対象6の温度を検出する。演算回路18は、温度検出回路17の検出結果に応じた目標値を所定の演算式に基づき演算する。目標値とは、交流電圧源1の出力信号の温度に対応した出力値である。
The AD conversion circuit 10 converts the output signal from the AC voltage source 1 into a digital value. The arithmetic circuit 11 calculates the difference between the output value output from the compensation circuit 16 and the digital value output from the AD conversion circuit 10. The DA conversion circuit 12 converts the output value output from the arithmetic circuit 11 into an analog signal. The filter circuit 13 integrates the analog signal output from the DA conversion circuit 12. The voltage controlled oscillation circuit 14 outputs a clock signal φ0 having a frequency corresponding to the output voltage from the filter circuit 13. The clock signal φ0 is input to the AD conversion circuit 10 and the frequency dividing circuit 15. The clock signal φ0 becomes a sampling timing signal of the AD conversion circuit 10. The frequency dividing circuit 15 divides the clock signal φ0 by 8 and outputs output signals φ1 and φ2. The phases of the output signal φ1 and the output signal φ2 are different by 90 °. The output signal φ1 is a sampling timing signal of the DA conversion circuit 12. The output signal φ2 is a detection timing signal of the detection circuit 4. The compensation circuit 16 includes a temperature detection circuit 17 and an arithmetic circuit 18. The temperature detection circuit 17 detects the temperature of the measurement object 6. The arithmetic circuit 18 calculates a target value corresponding to the detection result of the temperature detection circuit 17 based on a predetermined arithmetic expression. The target value is an output value corresponding to the temperature of the output signal of the AC voltage source 1.

上述したように、タイミング生成回路5において、AD変換回路10とDA変換回路12を配置さたことで、電圧制御発振回路14の前段にデジタル処理区間19は配置される。タイミング生成回路5にデジタル処理区間19を設けたことで、温度や湿度などの変動要素に対する補償情報を付加する場合において、回路規模の拡大を抑制することができる。   As described above, since the AD conversion circuit 10 and the DA conversion circuit 12 are arranged in the timing generation circuit 5, the digital processing section 19 is arranged before the voltage controlled oscillation circuit 14. By providing the digital processing section 19 in the timing generation circuit 5, it is possible to suppress an increase in circuit scale when adding compensation information for variable elements such as temperature and humidity.

次に、検波回路4における検波処理について説明する。   Next, the detection process in the detection circuit 4 will be described.

図3に交流電圧源1からの出力信号20を示す。図3における縦軸は、電圧を示し、横軸は時刻を示す。出力信号20は正弦波信号であり、V(t)=Vsinωtで表される。なお、時刻t0、t2、t3、t4は、出力信号20が0Vと交差するタイミングを示す。   FIG. 3 shows an output signal 20 from the AC voltage source 1. The vertical axis in FIG. 3 indicates voltage, and the horizontal axis indicates time. The output signal 20 is a sine wave signal and is represented by V (t) = Vsinωt. Times t0, t2, t3, and t4 indicate timings when the output signal 20 crosses 0V.

図4に電流―電圧変換回路3からの出力信号30を示す。図4における縦軸は、電圧を示し、横軸は時刻を示す。図中の時刻t0〜t4は、図3に示す時刻t0〜t4と一致する。出力信号30は、コンデンサ2から出力される電流信号を電流―電圧変換回路3により電圧信号に変換したものである。出力信号30は、I(t)=(V/R)sinωt+(VωC)cosωtで表される。   FIG. 4 shows an output signal 30 from the current-voltage conversion circuit 3. The vertical axis in FIG. 4 indicates voltage, and the horizontal axis indicates time. Times t0 to t4 in the figure coincide with the times t0 to t4 shown in FIG. The output signal 30 is obtained by converting the current signal output from the capacitor 2 into a voltage signal by the current-voltage conversion circuit 3. The output signal 30 is represented by I (t) = (V / R) sinωt + (VωC) cosωt.

信号31は、出力信号30における抵抗成分電流を示す。抵抗成分電流は、(V/R)sinωtで表される。信号31は、測定対象6の導電率によって変化する。信号31の位相は、図3に示す交流電圧源1からの出力信号20と位相が一致する。   Signal 31 indicates the resistance component current in the output signal 30. The resistance component current is represented by (V / R) sinωt. The signal 31 varies depending on the conductivity of the measurement object 6. The phase of the signal 31 matches the phase of the output signal 20 from the AC voltage source 1 shown in FIG.

信号32は、出力信号30における静電容量成分電流を示す。静電容量成分電流は、(VωC)cosωtで表される。信号32は、測定対象6の誘電率によって変化する。測定対象6の誘電率は、測定対象6の濃度に比例する。信号32の位相は、図3に示す交流電圧源1からの出力信号20の位相と90°異なる。   A signal 32 indicates the capacitance component current in the output signal 30. The capacitance component current is represented by (VωC) cosωt. The signal 32 varies depending on the dielectric constant of the measurement target 6. The dielectric constant of the measurement object 6 is proportional to the concentration of the measurement object 6. The phase of the signal 32 is 90 ° different from the phase of the output signal 20 from the AC voltage source 1 shown in FIG.

図5に検波回路4における信号処理動作を示す。図5における縦軸は、電圧を示し、横軸は時刻を示す。なお、時刻t0〜t4は、図3に示す時刻t0〜t4と一致する。時刻j0、j1、j2、j3は、図4に示す信号32が0Vと交差するタイミングを示す。   FIG. 5 shows a signal processing operation in the detection circuit 4. In FIG. 5, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents time. Note that the times t0 to t4 coincide with the times t0 to t4 shown in FIG. Times j0, j1, j2, and j3 indicate timings at which the signal 32 shown in FIG. 4 crosses 0V.

信号40は、検波回路4の検波タイミング信号である。つまり、信号40は、図2における分周回路15の出力信号φ2である。図3に示す交流電圧源1からの出力信号20と信号40の位相の差は90°である。タイミング生成回路5における検波タイミング信号の形成については後述する。   The signal 40 is a detection timing signal of the detection circuit 4. That is, the signal 40 is the output signal φ2 of the frequency dividing circuit 15 in FIG. The phase difference between the output signal 20 and the signal 40 from the AC voltage source 1 shown in FIG. 3 is 90 °. The formation of the detection timing signal in the timing generation circuit 5 will be described later.

検波回路4における検波処理は、電流−電圧変換回路3からの出力信号30に対して時刻j0〜j1の区間と時刻j2〜j3の区間において反転処理をおこなう。そして、反転処理を行った信号に対して時刻j0〜j4のタイミングで積分処理するものである。   The detection processing in the detection circuit 4 performs inversion processing on the output signal 30 from the current-voltage conversion circuit 3 in the section of time j0 to j1 and the section of time j2 to j3. Then, the integration processing is performed on the signal subjected to the inversion processing at timings j0 to j4.

電流−電圧変換回路3から出力信号30は、上述したように、抵抗成分電流である信号31と容量成分電流である信号32を含む。   As described above, the output signal 30 from the current-voltage conversion circuit 3 includes the signal 31 that is a resistance component current and the signal 32 that is a capacitance component current.

抵抗成分電流の信号31は、時刻j0〜j1の区間と、時刻j2〜j3の区間で反転されて反転信号31aを形成する。反転信号31aは、時刻j0〜j4のタイミングで積分処理されることで、電圧が0Vの信号41となる。つまり、抵抗成分電流は検波処理によりキャンセルされる。   The resistance component current signal 31 is inverted between the time j0 to j1 and the time j2 to j3 to form an inverted signal 31a. The inversion signal 31a is integrated at the timing of times j0 to j4, so that the voltage 41 becomes a signal 41. That is, the resistance component current is canceled by the detection process.

静電容量成分電流の信号32は、時刻j1〜j2の区間と、時刻j3〜j4の区間で反転されて反転信号32aを形成する。反転信号32aは、時刻j0〜j4のタイミングで積分処理されることで、電圧がv1Vの信号42となる。   The signal 32 of the capacitance component current is inverted in the interval from time j1 to j2 and in the interval from time j3 to j4 to form an inverted signal 32a. The inversion signal 32a is integrated at the timings of time j0 to j4, thereby becoming a signal 42 having a voltage of v1V.

つまり、検波回路4から出力される信号は、抵抗成分電流の影響がキャンセルされるので、高い検出精度の濃度センサ100が実現できる。   That is, since the influence of the resistance component current is canceled in the signal output from the detection circuit 4, the concentration sensor 100 with high detection accuracy can be realized.

次に、タイミング生成回路5における検波タイミング信号の生成について説明する。   Next, generation of a detection timing signal in the timing generation circuit 5 will be described.

図6から図8に、タイミング生成回路5における信号処理動作を示す。図3における縦軸は、電圧を示し、横軸は時刻を示す。   6 to 8 show signal processing operations in the timing generation circuit 5. The vertical axis in FIG. 3 indicates voltage, and the horizontal axis indicates time.

信号50は、AD変換回路10のサンプリングタイミング信号である。つまり、信号50は、電圧制御発振回路14から出力されたクロック信号φ0である。信号50は、交流電圧源1の出力信号20を8逓倍したパルス波である。AD変換回路10は、信号50の立下り時刻s0〜s7において出力信号20をサンプリングしたデジタル値を出力する。時刻s0、s4は、交流電圧源1の出力信号20が0Vとなるタイミングと一致している。信号51は、DA変換回路12のサンプリングタイミング信号である。信号51は、分周回路15出力信号φ1である。信号51の周波数は、交流電圧源1からの出力信号20の周波数と一致する。DA変換回路12は、信号51の立下りタイミングでデジタル値をサンプリングしアナログ信号として出力する。したがって、クロック信号φ0は、時刻s0のタイミングにおいて交流電圧源1の出力信号20と同期するように制御される。信号52は、分周回路15の出力信号φ2である。信号51と信号52の位相の差は90°である。   A signal 50 is a sampling timing signal of the AD conversion circuit 10. That is, the signal 50 is the clock signal φ0 output from the voltage controlled oscillation circuit 14. The signal 50 is a pulse wave obtained by multiplying the output signal 20 of the AC voltage source 1 by eight. The AD conversion circuit 10 outputs a digital value obtained by sampling the output signal 20 at the falling times s0 to s7 of the signal 50. Times s0 and s4 coincide with the timing when the output signal 20 of the AC voltage source 1 becomes 0V. A signal 51 is a sampling timing signal of the DA conversion circuit 12. The signal 51 is the frequency dividing circuit 15 output signal φ1. The frequency of the signal 51 matches the frequency of the output signal 20 from the AC voltage source 1. The DA conversion circuit 12 samples the digital value at the falling timing of the signal 51 and outputs it as an analog signal. Therefore, clock signal φ0 is controlled to synchronize with output signal 20 of AC voltage source 1 at the timing of time s0. The signal 52 is the output signal φ2 of the frequency dividing circuit 15. The phase difference between the signal 51 and the signal 52 is 90 °.

図6は、信号50と出力信号20の位相が時刻s0において一致している状態での信号処理動作を示す。この場合、時刻s0における出力信号20の電圧20aが0Vなので、AD変換回路は0をデジタル値として出力する。したがって、後段に配置された電圧制御発振回路14の出力クロックφ0の状態が維持される。   FIG. 6 shows a signal processing operation in a state where the phases of the signal 50 and the output signal 20 match at the time s0. In this case, since the voltage 20a of the output signal 20 at time s0 is 0V, the AD conversion circuit outputs 0 as a digital value. Therefore, the state of the output clock φ0 of the voltage controlled oscillation circuit 14 arranged in the subsequent stage is maintained.

図7は、時刻s0のタイミングにおいて出力信号20の位相が進んだ状態での信号処理動作を示す。この場合、時刻s0における出力信号20の電圧20bが負の値なので、AD変換回路10は負の値をデジタル値として出力する。したがって、後段に配置されたフィルタ回路13は、このデジタル値に応じて、電圧制御発振回路14の出力クロックの周波数が下がる極性の信号を出力する。電圧制御発振回路14は、フィルタ回路13の出力に応じて出力クロックの周波数が減少される。   FIG. 7 shows a signal processing operation in a state where the phase of the output signal 20 has advanced at the timing of time s0. In this case, since the voltage 20b of the output signal 20 at time s0 is a negative value, the AD conversion circuit 10 outputs a negative value as a digital value. Therefore, the filter circuit 13 disposed in the subsequent stage outputs a signal having a polarity that decreases the frequency of the output clock of the voltage controlled oscillation circuit 14 in accordance with the digital value. In the voltage controlled oscillation circuit 14, the frequency of the output clock is reduced according to the output of the filter circuit 13.

図8は、時刻s0のタイミングにおいて出力信号20の位相が遅れた状態での信号処理
動作を示す。この場合、時刻s0における出力信号20の電圧20cが正の値なので、AD変換回路10は正の値をデジタル値として出力する。したがって、後段に配置されたフィルタ回路13は、このデジタル値に応じて、電圧制御発振回路14の出力クロックの周波数が上がる極性の信号を出力する。電圧制御発振回路14は、フィルタ回路13の出力に応じて出力クロックの周波数が増加される。
FIG. 8 shows a signal processing operation in a state where the phase of the output signal 20 is delayed at the timing of time s0. In this case, since the voltage 20c of the output signal 20 at time s0 is a positive value, the AD conversion circuit 10 outputs a positive value as a digital value. Therefore, the filter circuit 13 disposed in the subsequent stage outputs a signal having a polarity that increases the frequency of the output clock of the voltage controlled oscillation circuit 14 in accordance with the digital value. In the voltage controlled oscillation circuit 14, the frequency of the output clock is increased according to the output of the filter circuit 13.

タイミング生成回路5は、図7における信号処理動作と図8における信号処理動作を繰り返すことで、最終的に図6に示す目標の信号処理動作の状態に収束される。なお、このようなタイミング生成回路5はAD変換回路10の分解能単位で設定することが出来るため、電圧制御発振器25のクロック周波数に因らず微細な設定が可能である。   The timing generation circuit 5 finally converges to the target signal processing operation state shown in FIG. 6 by repeating the signal processing operation in FIG. 7 and the signal processing operation in FIG. Note that such a timing generation circuit 5 can be set in units of resolution of the AD conversion circuit 10, and therefore can be set finely regardless of the clock frequency of the voltage controlled oscillator 25.

また、AD変換回路10とDA変換回路12の間は、デジタル処理区間である。デジタル区間においては付加的な信号処理を行う場合での回路規模の拡大が抑制される。上述したタイミング生成回路5では、AD変換回路10とDA変換回路12の間に演算回路11が配置されている。演算回路11には、補償回路16が接続されている。補償回路16では、温度条件や湿度条件といった環境変化に応じた目標値を出力する。演算回路11では、補償回路16から出力された目標値とAD変換回路10から出力されたデジタル値の差を演算し、DA変換回路12に出力される。したがって、タイミング生成回路5は環境変化の影響を抑制することができる。   Further, a portion between the AD conversion circuit 10 and the DA conversion circuit 12 is a digital processing section. In the digital section, expansion of the circuit scale when additional signal processing is performed is suppressed. In the timing generation circuit 5 described above, the arithmetic circuit 11 is disposed between the AD conversion circuit 10 and the DA conversion circuit 12. A compensation circuit 16 is connected to the arithmetic circuit 11. The compensation circuit 16 outputs a target value corresponding to environmental changes such as temperature conditions and humidity conditions. In the arithmetic circuit 11, the difference between the target value output from the compensation circuit 16 and the digital value output from the AD conversion circuit 10 is calculated and output to the DA conversion circuit 12. Therefore, the timing generation circuit 5 can suppress the influence of environmental changes.

このタイミング生成回路5では、補償回路16が温度検出回路17と演算回路18で構成している。温度検出回路17は温度を検出する。演算回路18は、予め設定された関数により検出温度に応じた目標値を決定して出力する。これにより濃度センサ100は、温度変化の影響を抑制した高い精度での検出が可能となる。   In the timing generation circuit 5, the compensation circuit 16 includes a temperature detection circuit 17 and an arithmetic circuit 18. The temperature detection circuit 17 detects the temperature. The arithmetic circuit 18 determines and outputs a target value corresponding to the detected temperature using a preset function. As a result, the concentration sensor 100 can perform detection with high accuracy while suppressing the influence of temperature change.

例えば、温度検出回路17で測定対象6の温度を検出する場合、測定対象6の温度変化に伴う出力変動を抑制することができる。特に、測定対象6が、上述したようにガソリンとアルコールを混合した混合燃料であれば、温度変化に伴う出力変動が大きくなるので、温度変化に伴う出力変動の抑制が有効である。また、温度検出回路17で電圧制御発振回路14や検波回路4などの濃度センサ100を構成する処理回路の温度を検出する場合、処理回路の温度変化に伴う出力変動を抑制することができる。特に、複数の処理回路を集積したICを用いる場合であれば、温度変化に伴う出力変動が大きくなるので、温度変化に伴う出力変動の抑制が有効である。   For example, when the temperature of the measurement object 6 is detected by the temperature detection circuit 17, the output fluctuation accompanying the temperature change of the measurement object 6 can be suppressed. In particular, if the measurement object 6 is a mixed fuel in which gasoline and alcohol are mixed as described above, the output fluctuation accompanying the temperature change becomes large, so that the suppression of the output fluctuation accompanying the temperature change is effective. Further, when the temperature detection circuit 17 detects the temperature of the processing circuit that constitutes the concentration sensor 100 such as the voltage controlled oscillation circuit 14 and the detection circuit 4, it is possible to suppress the output fluctuation accompanying the temperature change of the processing circuit. In particular, in the case of using an IC in which a plurality of processing circuits are integrated, the output fluctuation accompanying the temperature change becomes large, so it is effective to suppress the output fluctuation accompanying the temperature change.

本開示の濃度センサは、特に自動車などの内燃機関用途において有効となる。   The concentration sensor of the present disclosure is particularly effective in an internal combustion engine application such as an automobile.

1 交流電圧源
2 コンデンサ
4 検波回路
5 タイミング生成回路
6 測定対象
10 AD変換回路
11 演算回路(第一の演算回路)、
12 DA変換回路
14 電圧制御発振回路
15 分周回路
16 補償回路
17 温度検出回路
18 演算回路(第二の演算回路)
20 出力信号
100 濃度センサ
φ0 クロック信号
φ1 出力信号
φ2 出力信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC voltage source 2 Capacitor 4 Detection circuit 5 Timing generation circuit 6 Measurement object 10 AD conversion circuit 11 Calculation circuit (1st calculation circuit),
12 DA converter circuit 14 Voltage controlled oscillation circuit 15 Frequency divider circuit 16 Compensation circuit 17 Temperature detection circuit 18 Calculation circuit (second calculation circuit)
20 Output signal 100 Concentration sensor φ0 Clock signal φ1 Output signal φ2 Output signal

Claims (3)

測定対象の中に配置されるコンデンサと、
前記コンデンサに交流電圧を印加する交流電圧源と、
前記コンデンサからの出力信号を検波する検波回路と、
前記交流電圧から前記検波回路の検波タイミング信号を生成するタイミング生成回路と、を備え、
前記タイミング生成回路は、
前記交流電圧源からの出力信号をデジタル値に変換するAD変換回路と、
前記AD変換回路から出力されたデジタル値をアナログ信号に変換するDA変換回路と、前記DA変換回路から出力されたアナログ信号に応じたクロック信号を出力する電圧制御発振回路と、
前記電圧制御発振回路から出力されたクロック信号を分周する分周回路と、を有し、
前記AD変換回路におけるサンプリングタイミング信号は、前記電圧制御発振回路から出力されたクロック信号であり、
前記DA変換回路におけるサンプリングタイミング信号は、前記分周回路からの出力信号であり、
前記検波回路の検波タイミング信号は、前記分周回路からの出力信号である、
濃度センサ。
A capacitor placed in the measurement object;
An AC voltage source for applying an AC voltage to the capacitor;
A detection circuit for detecting an output signal from the capacitor;
A timing generation circuit that generates a detection timing signal of the detection circuit from the AC voltage,
The timing generation circuit includes:
An AD conversion circuit for converting an output signal from the AC voltage source into a digital value;
A DA conversion circuit that converts a digital value output from the AD conversion circuit into an analog signal; a voltage-controlled oscillation circuit that outputs a clock signal corresponding to the analog signal output from the DA conversion circuit;
A frequency dividing circuit that divides the clock signal output from the voltage controlled oscillation circuit,
The sampling timing signal in the AD conversion circuit is a clock signal output from the voltage controlled oscillation circuit,
The sampling timing signal in the DA converter circuit is an output signal from the frequency divider circuit,
The detection timing signal of the detection circuit is an output signal from the frequency divider circuit.
Concentration sensor.
前記AD変換回路と前記DA変換回路の間に接続された第一の演算回路と、
前記第一の演算回路に接続された補償回路とを、備えた、
請求項1に記載の濃度センサ。
A first arithmetic circuit connected between the AD conversion circuit and the DA conversion circuit;
A compensation circuit connected to the first arithmetic circuit,
The concentration sensor according to claim 1.
前記補償回路は、
温度検出回路と、
前記温度検出回路の検出結果に基づいて出力値を演算する第二の演算回路を有し、
前記第一の演算回路において、前記第二の演算回路からの出力値と前記AD変換回路からの出力値の差を演算する、
請求項2に記載の濃度センサ。
The compensation circuit includes:
A temperature detection circuit;
A second arithmetic circuit that calculates an output value based on a detection result of the temperature detection circuit;
In the first arithmetic circuit, a difference between an output value from the second arithmetic circuit and an output value from the AD converter circuit is calculated.
The concentration sensor according to claim 2.
JP2016247940A 2016-12-21 2016-12-21 Concentration sensor Expired - Fee Related JP6681547B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016247940A JP6681547B2 (en) 2016-12-21 2016-12-21 Concentration sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016247940A JP6681547B2 (en) 2016-12-21 2016-12-21 Concentration sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018100932A true JP2018100932A (en) 2018-06-28
JP6681547B2 JP6681547B2 (en) 2020-04-15

Family

ID=62715314

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016247940A Expired - Fee Related JP6681547B2 (en) 2016-12-21 2016-12-21 Concentration sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6681547B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020148691A (en) * 2019-03-15 2020-09-17 パナソニックIpマネジメント株式会社 Concentration sensor and signal processing method for concentration sensor

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04262250A (en) * 1991-02-18 1992-09-17 Mitsubishi Electric Corp Detecting apparatus for permittivity of fuel
JPH04343063A (en) * 1991-05-20 1992-11-30 Japan Electron Control Syst Co Ltd Capacitance type device for measuring concentration of alcohol
JPH06109783A (en) * 1992-09-28 1994-04-22 Hioki Ee Corp Lcr tester
JPH06265509A (en) * 1993-03-15 1994-09-22 Mitsubishi Electric Corp Apparatus for detecting concentration of alcohol of fuel
JPH07306172A (en) * 1994-05-12 1995-11-21 Mitsubishi Electric Corp Mixing ratio detector for fuel
JP2003240747A (en) * 2001-12-12 2003-08-27 Lifescan Inc Biosensor apparatus and method for detecting type and volume of samples
JP2005121428A (en) * 2003-10-15 2005-05-12 Alps Electric Co Ltd Liquid concentration sensor
US20090001961A1 (en) * 2007-06-29 2009-01-01 Yingjie Lin Systems and methods for determining a concentration of biodiesel in a mixture of biodiesel and petrodiesel
JP2010034722A (en) * 2008-07-28 2010-02-12 Panasonic Corp Pll circuit and angular speed sensor using the same
JP2016197017A (en) * 2015-04-02 2016-11-24 パナソニックIpマネジメント株式会社 Angular velocity sensor

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04262250A (en) * 1991-02-18 1992-09-17 Mitsubishi Electric Corp Detecting apparatus for permittivity of fuel
JPH04343063A (en) * 1991-05-20 1992-11-30 Japan Electron Control Syst Co Ltd Capacitance type device for measuring concentration of alcohol
JPH06109783A (en) * 1992-09-28 1994-04-22 Hioki Ee Corp Lcr tester
JPH06265509A (en) * 1993-03-15 1994-09-22 Mitsubishi Electric Corp Apparatus for detecting concentration of alcohol of fuel
JPH07306172A (en) * 1994-05-12 1995-11-21 Mitsubishi Electric Corp Mixing ratio detector for fuel
JP2003240747A (en) * 2001-12-12 2003-08-27 Lifescan Inc Biosensor apparatus and method for detecting type and volume of samples
JP2005121428A (en) * 2003-10-15 2005-05-12 Alps Electric Co Ltd Liquid concentration sensor
US20090001961A1 (en) * 2007-06-29 2009-01-01 Yingjie Lin Systems and methods for determining a concentration of biodiesel in a mixture of biodiesel and petrodiesel
JP2010034722A (en) * 2008-07-28 2010-02-12 Panasonic Corp Pll circuit and angular speed sensor using the same
JP2016197017A (en) * 2015-04-02 2016-11-24 パナソニックIpマネジメント株式会社 Angular velocity sensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020148691A (en) * 2019-03-15 2020-09-17 パナソニックIpマネジメント株式会社 Concentration sensor and signal processing method for concentration sensor
JP7129601B2 (en) 2019-03-15 2022-09-02 パナソニックIpマネジメント株式会社 Concentration sensor and its signal processing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP6681547B2 (en) 2020-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11035739B2 (en) Integrated electronic device comprising a temperature sensor and sensing method
TWI392877B (en) Capacitor sensing circuit and capacitor difference sensing method
JP4970129B2 (en) Proximity detection sensor and proximity detection method
JP4327843B2 (en) Gas sensor drive device
CN108880535A (en) Sensor interface circuitry based on oscillator
JP2009210281A (en) Redundancy type rotating angle detection device
US10983141B2 (en) Excitation circuit, system including excitation circuit and capacitive transducer, and method
JP6681547B2 (en) Concentration sensor
JP2004279261A (en) Physical quantity detector
US10578660B2 (en) Reactance measurement apparatus
JP4116451B2 (en) Capacitance measuring device and sine wave amplitude detecting device
US9291510B2 (en) Measuring apparatus
JP2005121428A (en) Liquid concentration sensor
JP2017053711A (en) Control device of air-fuel ratio sensor
JP2017116333A (en) Sensor
JP5009870B2 (en) Capacitance sensor abnormality detection device
JP2014041034A (en) Measuring device and measuring method
JP2954449B2 (en) Capacitance measuring circuit and LCR meter having the same
JP2009265043A (en) Abnormality detector for capacitance sensor
CN106461599B (en) Method for running sensor device
RU2625440C2 (en) Detector of camera elements with regulation scheme
JP2007304072A (en) Position detector
EP2767805B1 (en) Method for phase drift correction of a capacitive position encoder and capacitive position encoder
JP7129601B2 (en) Concentration sensor and its signal processing method
CN113049872B (en) Electric signal zero detection method for multiple times of low-frequency current ripple suppression

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181212

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20190118

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191031

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191126

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191129

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200204

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200217

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6681547

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees