JP2018132521A

JP2018132521A - 単一の圧力トランスデューサ素子を備えるデュアル出力の圧力センサ

Info

Publication number: JP2018132521A
Application number: JP2018010486A
Authority: JP
Inventors: クロメンフークエリック; Krommenhoek Erik; ファンデンボスアルノート; Van Den Bos Arnout
Original assignee: Sensata Technologies Inc
Current assignee: Sensata Technologies Inc
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2018-08-23
Also published as: GB2559834B; US10337938B2; CN108444638A; DE102017129821A1; KR20180094771A; GB201717946D0; GB2559834A; US20180231429A1

Abstract

【課題】単一の圧力トランスデューサ素子における小さい圧力レンジでの精度を確保する。
【解決手段】単一の圧力トランスデューサ素子１０２の出力を第１の圧力レンジを有する第１の信号調整回路１０６と第２の圧力レンジを有する第２の信号調整回路１１０に結合することにより、非常に高い精度で限定された圧力レンジにおいて圧力信号を出力し、また、より広い圧力レンジにおいて圧力信号を提供する。センサ装置は、多重化出力信号フォーマットにおいて単一の出力ノード上に出力を提供し得る。多重化出力信号フォーマットは、いくらかのデジタル出力フォーマットを含んでよく、センサ装置の単一の出力ピン上に提供されてよい。
【選択図】図１

Description

本開示は、センサの分野に関し、より詳細には、デュアルレンジの圧力センサの分野に関する。

一定の機械システムにおいて、同じ場所で第１の圧力レンジおよび第２の圧力レンジにおける媒体の圧力を、正確且つ迅速に感知することが望ましい。

伝統的に、圧力センサは、概して、信号調整モジュールに結合されるダイアフラムタイプの圧力トランスデューサまたは圧電性の圧力トランスデューサなど、単一の圧力トランスデューサ素子を含む。圧力トランスデューサ素子は、圧力トランスデューサ素子の圧力感知膜に印加される圧力に比例する出力信号を作る。信号調整モジュールは、センサ出力信号を発生させるため、圧力トランスデューサの出力電圧を線形化、増幅、および／または、フィルタする。伝統的な信号調整モジュールは、（Ｐ_ｍｉｎ）とみなされる最小圧力のロー状態から、（Ｐ_ｍａｘ）とみなされる最大圧力のハイ状態に及ぶセンサ出力信号に、圧力トランスデューサ出力信号を変換する。センサの圧力レンジは、Ｐ_ｍａｘ‐Ｐ_ｍｉｎと定義される。

センサの圧力レンジが増加されると、定義された印加圧力でのセンサ信号の最大出力誤差が典型的に増加する。これは、例えば、圧力非線形性誤差、キャリブレーションの圧力設定点の分布、および、デジタル信号経路におけるビット分解に関連し得る。

本開示に従ったセンサ装置は、２つのディスクリートの信号調整モジュールのそれぞれの入力に、または、２つのトランスデューサ素子出力信号を調整するように構成される多入力信号調整モジュールの両方の入力に結合される単一の圧力トランスデューサ素子を含む。

本開示の態様に従ったセンサ装置の実施形態は、例えば、燃焼機関上の粒子フィルタをモニタするための差圧センサを含め、多数のセンサタイプと共に使用されてよい。

燃焼機関粒子フィルタの用途において、穏やかな走行状態でのクリーンフィルタの圧力損失は、非常に小さい。これらの状態の下、車載診断（ＯＢＤ）要件が満たされるのを確実にするために、小さな圧力レンジの下端において高い精度が必要とされる。フィルタが搭載されてエンジンが全負荷で動くとき、フィルタのはるかに大きな圧力損失が生じる場合がある。これらの状況の下、圧力センサ装置は、フィルタの圧力損失が過度である状況を検出するため、より幅広の圧力レンジの上端の圧力を測定する。過度の圧力の状態は、例えば、出火、フィルタ損傷、または、エンジン損傷のリスクを避けるために、エンジン出力が削減されるべきであることを示す場合がある。

開示される圧力センサ装置は、精度またはレンジのいずれにおいても妥協することなく、単一の感知トランスデューサを使用して、狭い低圧レンジにおいて、およびまた、より幅広の圧力レンジにおいて動作することが可能である。例えば、開示されるセンサ装置は、非常に高い精度で、限定された圧力レンジにおいて圧力信号を出力し、一方で同時に伝統的な圧力センサ構成を備えて達成され得るのと同じ精度で、より幅広の圧力レンジにおいて圧力信号を提供する。

開示されるセンサ装置は、単一の圧力接続のみを必要とするので、専用の低レンジおよび高レンジの圧力センサと比較してコストが著しく低い。これは、例えば、配管の複雑さおよびコストを削減する。

開示されるセンサ装置の実施形態は、多重化出力信号フォーマットにおいて単一の出力ノード上に出力を提供し得る。多重化出力信号フォーマットは、いくらかのデジタル出力フォーマットを含んでよく、センサ装置の単一の出力ピン上に提供されてよい。これは、さらに、例えば配線のコストを削減することによってセンサ装置の実施のコストを削減する。

本明細書に組み込まれ、また、その一部を構成する添付の図面は、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態を図示し、また、説明と共にこれらの実施形態を説明する。

本開示の態様に従った圧力感知装置の例示的な実施形態を図示するブロック図である。

本開示の別の態様に従った圧力感知装置の例示的な実施形態を図示するブロック図である。

本開示の態様に従った圧力測定を提供するための方法を図示するプロセスのフローチャートである。

本開示の態様に従った圧力センサ装置が、図１を参照して説明される。圧力センサ装置１００は、第１の出力パス１０４を含む第１の圧力トランスデューサ素子１０２を含む。第１の入力パス１０８を含む第１の信号調整回路１０６が、第１の圧力トランスデューサ素子１０２の第１の出力パス１０４に結合される。また、第２の入力パス１１２を含む第２の信号調整回路１１０が、第１の圧力トランスデューサ素子１０２の第１の出力パス１０４に結合される。本開示の態様によれば、第１の信号調整回路１０６は第１の圧力レンジに基づいて構成され、第２の信号調整回路１１０は第２の圧力レンジに基づいて構成される。

第１の信号調整回路１０６の出力が、第１の圧力レンジにおいて第１の圧力トランスデューサ素子１０２によって測定される圧力を示し、第２の信号調整回路１１０の出力が、第２の圧力レンジにおいて第１の圧力トランスデューサ素子１０２によって測定される圧力を示す。

開示される圧力センサ装置１００の説明的な実施形態は、第１の信号調整回路１０６の出力、および／または、第２の信号調整回路１１０の出力を表すデジタル出力を発生させるように構成されるデジタル回路要素を含む。デジタル回路要素は、第１の信号調整回路１０６および／または第２の信号調整回路１１０とは別個であってもよく、または、それと一体化されてもよい。

この説明的な実施形態において、デジタル出力は、第１の信号調整回路１０６の出力に基づく第１の測定、および、第２の信号調整回路１１０の出力に基づく第２の測定を含むデジタルメッセージであってよい。

図２を参照すると、圧力センサ装置１００は、第１の圧力トランスデューサ素子１０２に結合される特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）パッケージ２０２を含んでよく、ＡＳＩＣパッケージは、第１の信号調整回路１０６、第２の信号調整回路１１０、および、デジタル回路要素を含む。

別の説明的な実施形態において、圧力センサ装置１００は、第１の信号調整回路１０６の出力を表す第１のアナログ出力、および、第２の信号調整回路１１０の出力を表す第２のアナログ出力を発生させるように構成されるアナログ回路要素を含んでよい。アナログ回路要素は、第１の信号調整回路１０６および／または第２の信号調整回路１１０とは別個であってもよく、または、それと一体化されてもよい。

この説明的な実施形態において、第１の圧力トランスデューサ素子１０２に結合される特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）パッケージ２０２は、第１の信号調整回路１０６、第２の信号調整回路１１０、および、アナログ回路要素を含む。

本開示の別の態様によれば、圧力センサ装置１００は、第１の信号調整回路１０６の出力を表す第１のアナログ出力を発生させるように構成される第１のアナログ回路要素と、第２の信号調整回路１１０の出力を表す第２のアナログ出力を発生させるように構成される第２のアナログ回路要素とを含んでよい。第１のアナログ回路要素は、第１の信号調整回路１０６とは別個であってもよく、または、それと一体化されてもよい。第２のアナログ回路要素は、第２の信号調整回路１１０とは別個であってもよく、または、それと一体化されてもよい。

図３を参照すると、説明的な実施形態において、本開示の態様に従った装置１００は、第１の圧力トランスデューサ素子１０２に結合される第１の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）パッケージ３０２を含んでよく、第１のＡＳＩＣパッケージは、第１の信号調整回路１０６および第１のアナログ回路要素を含み、また、装置１００は、第１の圧力トランスデューサ素子１０２に結合される第２のＡＳＩＣパッケージ３０４を含んでよく、第２のＡＳＩＣパッケージは、第２の信号調整回路１１０および第２のアナログ回路要素を含む。

本開示の別の態様は、圧力測定を提供する方法を含む。図４を参照すると、方法４００は、ブロック４０２で、第１の出力パスを含む第１の圧力トランスデューサ素子を提供すること、ブロック４０４で、第１の入力パスを含む第１の信号調整回路を、第１の圧力トランスデューサ素子の第１の出力パスに結合すること、および、ブロック４０６で、第２の入力パスを含む第２の信号調整回路を、第１の圧力トランスデューサ素子の第１の出力パスに結合することを含む。この方法４００に従って、第１の信号調整回路は第１の圧力レンジに基づいて構成され、第２の信号調整回路は第２の圧力レンジに基づいて構成される。

方法はまた、ブロック４０８で、第１の圧力レンジにおいて第１の圧力トランスデューサ素子によって測定される圧力を表す第１の信号調整回路の出力を提供すること、および、ブロック４１０で、第２の圧力レンジにおいて第１の圧力トランスデューサ素子によって測定される圧力を表す第２の信号調整回路の出力を提供することを含む。

図４および図５を参照すると、説明的な実施形態において、方法４００は、ブロック５０２で、第１の信号調整回路の出力、および／または、第２の信号調整回路の出力を表すデジタル出力を発生させることを含んでよい。

この実施形態において、デジタル出力は、例えば、第１の信号調整回路の出力に基づく第１の測定、および、第２の信号調整回路の出力に基づく第２の測定を含むデジタルメッセージであってよい。

方法４００はまた、ブロック５０４で、第１の圧力トランスデューサ素子に結合される特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）パッケージを提供することを含んでよく、ＡＳＩＣパッケージは、第１の信号調整回路、第２の信号調整回路、および、デジタル回路要素を含む。

図４および図６を参照すると、別の説明的な実施形態において、方法４００は、ブロック６０２で、第１の信号調整回路の出力を表す第１のアナログ出力、および、第２の信号調整回路の出力を表す第２のアナログ出力を発生させるように構成されるアナログ回路要素を提供することを含んでよい。

方法４００はまた、ブロック６０４で、第１の圧力トランスデューサ素子に結合される特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）パッケージを提供することを含んでよく、ＡＳＩＣパッケージは、例えば、第１の信号調整回路、第２の信号調整回路、および、アナログ回路要素を含む。

図４および図７を参照すると、方法４００は、ブロック７０２で、第１の信号調整回路の出力を表す第１のアナログ出力を発生させるように構成される第１のアナログ回路要素を提供すること、および、ブロック７０４で、第２の信号調整回路の出力を表す第２のアナログ出力を発生させるように構成される第２のアナログ回路要素を提供すること含んでよい。

ブロック７０６で、方法４００は、第１の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）パッケージを第１の圧力トランスデューサ素子に結合することを含んでよく、第１のＡＳＩＣパッケージは、第１の信号調整回路と、第１のアナログ回路要素とを含み、また、第２のＡＳＩＣパッケージを第１の圧力トランスデューサ素子に結合することを含んでよく、第２のＡＳＩＣパッケージは、第２の信号調整回路と、第２のアナログ回路要素とを含む。

本開示の別の態様は、デュアルレンジセンサ装置を含む。デュアルレンジセンサ装置は、第１の出力パスを含む第１のセンサ素子と、第１のセンサ素子の第１の出力パスに結合される第１の入力パスを含む第１の信号調整回路と、第１のセンサ素子の第１の出力パスに結合される第２の入力パスを含む第２の信号調整回路とを含む。第１の信号調整回路は、第１のセンサ素子によって感知されるパラメータの第１のレンジに基づいて構成され、第２の信号調整回路は、第１のセンサ素子によって感知されるパラメータの第２のレンジに基づいて構成される。本開示の態様によれば、第１のセンサ素子は、例えば、圧力センサ素子、温度センサ素子、歪みセンサ素子、光センサ素子、または、電磁場センサ素子を含め、多数のセンサタイプのうちの１つであってよい。

実施形態の前述の記載は、図および説明を提供することを意図しており、包括的であること、または、開示された明確な形態に本発明を限定することを意図しない。修正および変形が、上記の教示に照らして可能であり、または、本発明の実施から必要とされてよい。

本開示の態様が、圧力感知の実施態様に関して本明細書において説明されたが、開示される装置が、例えば、圧力センサ素子ではなく、様々な他のタイプのセンサ素子およびトランスデューサを含んでよいことを理解すべきである。例えば、開示されるセンサデバイスの代替的な実施形態は、図１〜図３に示された圧力センサ素子の代わりに、温度感知素子、光感知素子、歪み感知素子、または、電磁場感知素子を含んでよい。

本明細書において使用される要素、行為、または、命令は、明確に述べられる場合を除いて、発明にとって重要または不可欠であると解釈されるべきでない。また、本明細書において使用されるように、冠詞「ａ」は、１つまたは複数のアイテムを含むことが意図される。ただ１つのアイテムが意図される場合、「１つ（ｏｎｅ）」という語または同様の言葉が用いられる。さらに、「〜に基づいて（ｂａｓｅｄｏｎ）」という句は、そうではないと明確に述べられる場合を除いて、「少なくとも部分的に〜に基づいて（ｂａｓｅｄ, ａｔｌｅａｓｔｉｎｐａｒｔ，ｏｎ）」を意味することが意図される。

Claims

圧力センサ装置であって、
第１の出力パスを備える第１の圧力トランスデューサ素子と、
前記第１の圧力トランスデューサ素子の前記第１の出力パスに結合される第１の入力パスを備える第１の信号調整回路と、
前記第１の圧力トランスデューサ素子の前記第１の出力パスに結合される第２の入力パスを備える第２の信号調整回路と、
を含み、
前記第１の信号調整回路が第１の圧力レンジに基づいて構成され、前記第２の信号調整回路が第２の圧力レンジに基づいて構成される、
圧力センサ装置。
請求項１に記載の装置であって、
前記第１の信号調整回路の出力が、前記第１の圧力レンジにおいて前記第１の圧力トランスデューサ素子によって測定される圧力を表し、
前記第２の信号調整回路の出力が、前記第２の圧力レンジにおいて前記第１の圧力トランスデューサ素子によって測定される圧力を表す、
装置。
請求項２に記載の装置であって、
前記第１の信号調整回路の前記出力、および／または、前記第２の信号調整回路の前記出力を表すデジタル出力を発生させるように構成される、デジタル回路要素
を含む、装置。
請求項３に記載の装置であって、前記デジタル出力が、前記第１の信号調整回路の前記出力に基づく第１の測定、および、前記第２の信号調整回路の前記出力に基づく第２の測定を備えるメッセージを含む、装置。
請求項３に記載の装置であって、前記第１の圧力トランスデューサ素子に結合される特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）パッケージを含み、前記ＡＳＩＣパッケージが、前記第１の信号調整回路、前記第２の信号調整回路、および、前記デジタル回路要素を備える、装置。
請求項２に記載の装置であって、前記第１の信号調整回路の前記出力を表す第１のアナログ出力、および、前記第２の信号調整回路の前記出力を表す第２のアナログ出力を発生させるように構成されるアナログ回路要素を含む、装置。
請求項６に記載の装置であって、前記第１の圧力トランスデューサ素子に結合される特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）パッケージを含み、前記ＡＳＩＣパッケージが、前記第１の信号調整回路、前記第２の信号調整回路、および、前記アナログ回路要素を備える、装置。
請求項２に記載の装置であって、
前記第１の信号調整回路の前記出力を表す第１のアナログ出力を発生させるように構成される第１のアナログ回路要素と、
前記第２の信号調整回路の前記出力を表す第２のアナログ出力を発生させるように構成される第２のアナログ回路要素と
を含む、装置。
請求項８に記載の装置であって、
前記第１の圧力トランスデューサ素子に結合される第１の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）パッケージであって、前記第１のＡＳＩＣパッケージが、前記第１の信号調整回路および前記第１のアナログ回路要素を備える、前記第１のＡＳＩＣパッケージと、
前記第１の圧力トランスデューサ素子に結合される第２のＡＳＩＣパッケージであって、前記第２のＡＳＩＣパッケージが、前記第２の信号調整回路および前記第２のアナログ回路要素を備える、前記第２のＡＳＩＣパッケージと
を含む、装置。
圧力測定を提供する方法であって、
第１の出力パスを備える第１の圧力トランスデューサ素子を提供することと、
第１の入力パスを備える第１の信号調整回路を、前記第１の圧力トランスデューサ素子の前記第１の出力パスに結合することと、
第２の入力パスを備える第２の信号調整回路を、前記第１の圧力トランスデューサ素子の前記第１の出力パスに結合することと
を含み、
前記第１の信号調整回路が第１の圧力レンジに基づいて構成され、前記第２の信号調整回路が第２の圧力レンジに基づいて構成される、
方法。
請求項１０に記載の方法であって、さらに、
前記第１の圧力レンジにおいて前記第１の圧力トランスデューサ素子によって測定される圧力を表す、前記第１の信号調整回路の出力を提供することと、
前記第２の圧力レンジにおいて前記第１の圧力トランスデューサ素子によって測定される圧力を表す、前記第２の信号調整回路の出力を提供すること
を含む、方法。
請求項１１に記載の方法であって、
前記第１の信号調整回路の前記出力、および／または、前記第２の信号調整回路の前記出力を表すデジタル出力を発生させること
を含む、方法。
請求項１２に記載の方法であって、前記デジタル出力が、前記第１の信号調整回路の前記出力に基づく第１の測定、および、前記第２の信号調整回路の前記出力に基づく第２の測定を備えるメッセージを含む、方法。
請求項１２に記載の方法であって、前記第１の圧力トランスデューサ素子に結合される特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）パッケージを提供することを含み、前記ＡＳＩＣパッケージが、前記第１の信号調整回路および前記第２の信号調整回路を備える、方法。
請求項１１に記載の方法であって、前記第１の信号調整回路の前記出力を表す第１のアナログ出力、および、前記第２の信号調整回路の前記出力を表す第２のアナログ出力を発生させるように構成されるアナログ回路要素を提供することを含む、方法。
請求項１５に記載の方法であって、前記第１の圧力トランスデューサ素子に結合される特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）パッケージを提供することを含み、前記ＡＳＩＣパッケージが、前記第１の信号調整回路、前記第２の信号調整回路、および、前記アナログ回路要素を備える、方法。
請求項１１に記載の方法であって、
前記第１の信号調整回路の前記出力を表す第１のアナログ出力を発生させるように構成される第１のアナログ回路要素を提供することと、
前記第２の信号調整回路の前記出力を表す第２のアナログ出力を発生させるように構成される第２のアナログ回路要素を提供すること
を含む、方法。
請求項１７に記載の方法であって、
第１の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）パッケージを、前記第１の圧力トランスデューサ素子に結合することであって、前記第１のＡＳＩＣパッケージが、前記第１の信号調整回路および前記第１のアナログ回路要素を備える、前記結合することと、
第２のＡＳＩＣパッケージを、前記第１の圧力トランスデューサ素子に結合することであって、前記第２のＡＳＩＣパッケージが、前記第２の信号調整回路および前記第２のアナログ回路要素を備える、前記結合すること
を含む、方法。
デュアルレンジセンサ装置であって、
第１の出力パスを備える第１のセンサ素子と、
前記第１のセンサ素子の前記第１の出力パスに結合される第１の入力パスを備える第１の信号調整回路と、
前記第１のセンサ素子の前記第１の出力パスに結合される第２の入力パスを備える第２の信号調整回路と
を含み、
前記第１の信号調整回路が、前記第１のセンサ素子によって感知されるパラメータの第１のレンジに基づいて構成され、前記第２の信号調整回路が、前記第１のセンサ素子によって感知される前記パラメータの第２のレンジに基づいて構成される、方法。
請求項１９に記載の装置であって、前記第１のセンサ素子が、
圧力センサ素子、温度センサ素子、歪みセンサ素子、光センサ素子、および、電磁場センサ素子から構成されるグループにある、
装置。