JP3680834B2

JP3680834B2 - Sensor output converter

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Publication number: JP3680834B2
Application number: JP2002510897A
Authority: JP
Inventors: 克幸石井; 佳敬砂川; 芳浩梅内
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2021-06-13
Also published as: WO2001096815A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサ出力変換装置に関する。特に、本発明は、被検知量に対応して変化するセンサの素子定数に基づき、被検知量をパルス等の所定の出力形式に変換して出力するセンサ出力変換装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
特開平１１−２５８０９０号公報には、発振回路を用いて静電容量型の圧力センサの出力（静電容量値）を所定のパルスに変換し、検出した圧力値に応じた数のパルスを出力するようにし、安価な構成で正確な圧力を計測できるようにしたセンサ装置が開示されている。このセンサ装置は、圧力センサと、計測用の第１発振回路と、比較（リファレンス）用の第２発振回路と、基準クロック用の第３発振回路とを備えており、これらの発振回路から出力されるパルスをアップダウンカウンタでカウントすることによって圧力センサで検出されている圧力の値をパルス信号として出力するようにしている。
【０００３】
計測用の第１発振回路は、圧力センサで検知している圧力値に応じて変化する静電容量を構成要素とするものであって、圧力センサの静電容量が変化すると発振周波数が変化する。比較用の第２発振回路は、一定の静電容量を有する固定コンデンサを構成要素とするものであって、圧力センサが標準状態にあるとき（例えば、圧力センサが１気圧を検知しているとき）の発振周波数と等しい一定周波数でパルスを出力する。基準用の第３発振回路は、クロック計測のための基準パルス（以下、このパルスをクロックパルスということがある。）を出力するものである。
【０００４】
このセンサ装置による圧力の計測原理を図１により説明する。このセンサ装置が圧力の計測を開始すると、ラインＬ１に示すように、一定のアップカウント時間（クロックパルス数）Ｔ１１の間、アップダウンカウンタは第２発振回路から出力されるパルスＣＫ２をアップ（加算）カウントする。アップカウント時間Ｔ１１の間にカウントされたパルス数をＮ１とすれば、アップダウンカウンタの値はＮ０＋Ｎ１となる。ここでＮ０はアップダウンカウンタの初期設定値であって、計測開始時にアップダウンカウンタに保持されていた値である。
【０００５】
つぎに、アップカウント時間Ｔ１１と同じダウンカウント時間（クロックパルス数）Ｔ１２（＝Ｔ１１）の間、ラインＬ２に示すように、アップダウンカウンタは第１発振回路から出力されるパルスＣＫ１をダウン（減算）カウントする。ダウンカウント時間Ｔ１２の間にカウントされたパルス数をＮ２とすれば、アップダウンカウンタのカウント値はＮ０＋Ｎ１−Ｎ２となる。このとき、圧力センサが標準状態（例えば、１気圧の状態）にあれば、第１発振回路の発振周波数と第２発振回路の発振周波数は等しいので、Ｎ１＝Ｎ２となり、アップダウンカウンタのカウント値はＮ０となる。このときのアップダウンカウンタの値は、第３発振回路から出力される基準パルスＣＫ３毎にアップダウンカウンタのカウント値をダウンカウントしていけば、アップダウンカウンタのカウント値が０になるまでのクロックパルス数Ｔ１３から求めることができる（ラインＬ３）。
【０００６】
これに対し、圧力センサに加わる圧力が標準状態から変化している場合には、圧力変動による静電容量の変化に伴って第１発振回路の発振周波数が変化するので、ラインＬ４に示すように、ダウンカウント時間Ｔ１２の間に第１発振回路から出力されるパルス数はＮ３（≠Ｎ２）となる。従って、ダウンカウント時間Ｔ１２経過後のアップダウンカウンタのカウント値はＮ０＋Ｎ１−Ｎ３となる。このときのアップダウンカウンタのカウント値Ｎ０＋Ｎ１−Ｎ３と標準状態でのカウント値Ｎ０＋Ｎ１−Ｎ２との差Ｎ３−Ｎ２が、標準状態における圧力と圧力センサで検知されている圧力との差に相当するものであるから、この差Ｎ３−Ｎ２を求めることによって圧力センサで検出した圧力を知ることができる。この検知圧力に相当するカウント値の差Ｎ３−Ｎ２は、ラインＬ３及びＬ５に示すように、アップダウンカウンタのカウント値を基準パルスＣＫ３に同期させてダウンカウントさせたときに、ダウンカウンタのカウント値が０になるまでの間に出力されるクロックパルス数の差Ｔ１３−Ｔ１４から求めることができる。
【０００７】
よって、この圧力センサでは、アップダウンカウンタのカウント値（初期設定値）Ｎ０からスタートし、第２発振回路から出力されるパルスＣＫ２をアップカウント時間Ｔ１１の間アップカウントし、ついで、第１発振回路から出力されるパルスＣＫ１をダウンカウント時間Ｔ１２の間ダウンカウントした後、第３発振回路から出力されるクロックパルスによってアップダウンカウンタのカウント値がゼロになるまでダウンカウントし、そのときのクロックパルス数Ｔ１４を出力させれば、圧力センサで検出されている圧力の値に対応した信号を出力することができる。
【０００８】
また、このセンサ装置では、比較用の第２発振回路は、発振周波数の温度特性が計測用の第１発振回路と同じになるように構成されている。そのため、温度変化に伴って圧力計測過程がラインＬ１及びＬ４の状態から変化しても、圧力計測過程は図１に破線で示すラインＬ６及びＬ７のようになり、アップカウント時間Ｔ１１におけるアップダウンカウンタのアップカウント値の変化とダウンカウント時間Ｔ１２におけるダウンカウント値の変化とが互いに打ち消し合い、カウント値の変化Ｎ２−Ｎ３はセンサ装置の温度によって変化しない。よって、センサ装置の温度によらず、正確に圧力を計測できる。
【０００９】
しかし、第１発振回路と第２発振回路の温度特性を等しくすることは実際には困難である。そのため、圧力計測時の温度が異なると、図２に示すように、第１発振回路から出力されたパルスＣＫ１をダウンカウント時間Ｔ１２の間ダウンカウントした後のアップダウンカウンタの値が一致しなくなり、出力となるクロックパルス数Ｔ１４が温度によって変動することになる。
【００１０】
従って、上記のようなセンサ装置では、温度変化によって出力が影響を受ける恐れがあり、それによって計測精度が低下する恐れがあった。
【００１１】
また、従来のセンサ装置では、回路内に不揮発性メモリを持ち、この不揮発性メモリに補正値を記憶させておき、メモリ内に記憶させた補正値を利用して検出された圧力と出力との関係が線形となるように補正している。
【００１２】
しかし、従来のセンサ装置に用いられている補正方式は、出力データに補正演算を施すことによって線形出力となるように補正を加える方法である。このような方式では、乗算や除算を含む複雑な演算を行う必要があるので、論理演算回路を含む回路規模が大きくなる問題があった。
【００１３】
また、回路規模を小さくする方法としては、補正データをテーブル形式で不揮発性メモリに記憶させておき、必要な補正データをテーブルから読み出す方式がある。このような補正用のテーブルを用いた方式では、回路規模は小さくすることができるが、大容量のメモリが必要となる。
【００１４】
そのため、従来のセンサ装置においては、論理演算による方式にしろ、テーブル形式による方法にしろ、コストが高くついていた。
【００１５】
【発明の開示】
本発明の第１の目的は、被検知量の変化に応じて変化する静電容量や抵抗値等の素子定数を所定の出力形式に変換して出力するセンサ出力変換装置において、温度や湿度等の環境条件による出力の変動を簡単に補正できるようにすることにある。
【００１６】
また、本発明の第２の目的は、被検知量の変化に応じて変化する静電容量や抵抗値等の素子定数を所定の出力形式に変換して出力するセンサ出力変換装置において、被検知量と出力との線形性の補正を小さな回路規模と小さなメモリ容量で行えるようにすることにある。
【００１７】
本発明にかかるセンサ出力変換装置は、被検知量と被検知量以外の要素の変化に伴って変化する検知部の素子定数の変化により発振周波数が変化する第１の発振回路と、被検知量の変化によらず被検知量以外の要素の変化に伴って発振周波数が変化する第２の発振回路と、前記第１の発振回路の発振周波数に基づいて被検知量の検出信号を出力する手段と、前記第２の発振回路の発振周波数の変化に基づき、被検知量以外の要素の変化に伴う前記検出信号の変化を補正する手段と、前記第２の発振回路から出力されるパルスをカウントする手段と、前記補正手段で用いられる補正値を格納した記憶手段とを備え、前記第２の発振回路から所定時間内に出力されるパルスを前記カウント手段によりカウントし、前記記憶手段の、当該カウント値に対応するアドレスから補正値を読み出し、当該補正値により補正された検出信号を前記出力手段から出力することを特徴としている。
【００１８】
ここで、被検知量とは、センサ出力変換装置の用途に応じて、圧力、加速度、振動、傾き等であるが、特に被検知量の種類は限定されるものではない。また、素子定数とは、検知部により被検知量および被検知量以外の要素による検知量が変換された量であって、例えば静電容量値、抵抗値、インダクタンスなどである。また、被検知量以外の要素としては、例えば温度、湿度などの環境要素が挙げられる。
【００１９】
本発明のセンサ出力変換装置にあっては、被検知量の変化によっては発振周波数が変化しない第２の発振回路の発振周波数の変化により被検知量以外の要素の変化を知ることができるので、これに基づいて予め求められているデータから第１の発振回路における被検知量以外の要素による発振周波数の変化を評価することができる。よって、被検知量を計測するための第１の発振回路の出力から、被検知量以外の要素による発振周波数の変化を除くことができ、出力手段から出力される検出信号が被検知量以外の要素による影響を含まないよう補正することができる。
【００２０】
従って、本発明のセンサ出力変換装置によれば、被検知量以外の要素、例えば温度や湿度などによる出力誤差を簡単な構成で補正することができる。
【００２１】
また、第２の発振回路のカウント値に所定の値を加えたり、引いたりすることによってアドレスを演算することができ、そのアドレスに格納された補正値を読み出し、この補正値を用いて被検知量以外の要素による検出信号の誤差を補正することができる。よって、乗算や除算のような演算を用いることなく補正値を求めることができ、演算方式の補正方法に比べて回路規模を小さくすることができ、またテーブル形式の補正方法に比べてメモリ容量も小さくすることができ、コストを安価にすることができる。
【００２２】
本発明にかかる別なセンサ出力変換装置は、被検知量の変化に伴って変化する検知部の素子定数の変化により発振周波数が変化する発振回路と、前記発振回路の発振周波数に基づいて被検知量の検出信号を出力する手段と、前記発振回路から出力されるパルスをカウントする手段と、前記出力手段から出力される検出信号が被検知量に対して線形となるように補正するための補正値を格納した記憶手段とを備え、前記発振回路から所定時間内に出力されるパルスを前記カウント手段によりカウントし、前記記憶手段の、当該カウント値に対応するアドレスから補正値を読み出し、当該補正値により補正された検出信号を前記出力手段から出力するようにしたものである。
【００２３】
本発明にかかる別なセンサ出力変換装置にあっては、発振回路の発振周波数の変化により被検知量を知ることができるので、予め求められているデータに基づいて出力手段から出力される検出信号と被検知量とが線形となるように補正するための補正値を求めることができる。よって、この補正値を用いることにより、センサ出力変換装置の出力が被検知量に対して線形となるよう、簡単な構成で補正することができる。
【００２４】
しかも、本発明の別なセンサ出力変換装置によれば、第１の発振回路のカウント値に所定の値を加えたり、引いたりすることによってアドレスを演算することができ、そのアドレスに格納された補正値を読み出し、この補正値を用いて被検知量と出力との線形関係からの外れを補正することができる。よって、乗算や除算のような演算を用いることなく補正値を求めることができ、演算方式の補正方法に比べて回路規模を小さくすることができ、またテーブル形式の補正方法に比べてメモリ容量も小さくすることができ、コストを安価にすることができる。
【００２５】
よって、本発明の別なセンサ出力変換装置によれば、センサ出力変換装置の出力が被検知量に対して線形となるように補正することができ、しかも、回路規模を大きくしたり、メモリ容量を増大させたりすることなく、コストの安価な方法によって線形性が得られるように補正することができる。
【００２６】
なお、本発明の別なセンサ出力変換装置においても、被検知量の変化によっては発振周波数が変化しない第２の発振回路を用いることにより、温度や湿度等の変化による出力誤差を補正することもできる。
【００２７】
また、本発明のセンサ出力変換装置又は本発明の別なセンサ出力変換装置における前記記憶手段は、前記カウント手段によりカウントされたカウント値に対して一定値加算又は減算したアドレスに、該当する補正値を格納している。
【００２８】
このため、これらの態様によれば、記憶手段には補正値を格納したアドレスの他には、カウント値とアドレスとの関係を決める一定値を格納したアドレスが必要となるだけであって、記憶手段の容量を非常に少なくすることができる。また、この一定値を適当に定めることにより、記憶手段の空きアドレスを利用して補正値を格納することができる。
【００２９】
なお、この発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。
【００３０】
【発明を実施するための最良の形態】
図面を参照して、本発明に係る好ましい実施形態について以下に詳細に説明する。ここでは、圧力検出用のセンサ装置の場合について説明するが、本発明は特に圧力検出用のセンサ装置に限るものでなく、例えば特開平７−３０６２２３号公報に開示されているような加速度（振動）や傾きを検出するためのセンサ素子（加速度センサ）を用いたセンサ装置にも適用することができるなど、任意のセンサ装置に適用することが可能である。
【００３１】
（第１の好ましい実施形態）
まず、本発明の第１の好ましい実施形態の原理を図８により説明する。このセンサ装置１は、圧力センサ２の出力によって発振周波数が変化する第１発振回路５と、圧力センサ２の出力によっては発振周波数が変化しない第２発振回路７と、時間計測用の第３発振回路１０と、各発振回路５、７、１０のパルスをカウントするアップダウンカウンタ１５を備えている（図３参照）。
【００３２】
しかして、このセンサ装置１にあっては、図８に示すように、始めの準備時間ｔ１の間に、アップダウンカウンタ１５のカウント値を初期設定値Ｎ０に設定し、基準データＫを不揮発性メモリ１７から読み出す。準備時間ｔ１が経過すると、アップダウンカウンタ１５により一定のアップカウント時間（一定クロック数）Ｔ１の間、第２発振回路７の発振パルスＣＫ２のパルス数をアップカウントする。第２発振回路７の発振周波数は圧力センサ２の検出値に依らないので、アップカウント時間Ｔ１が経過した後のカウントアップ値は圧力センサ２の検出値には依らないが、周囲温度が変動すると、温度特性のため、図８のＮＡ、ＮＢ、ＮＣというようにカウントアップ値が変化する。なお、以下においては、カウントアップ値がＮＡであるとして説明する。
【００３３】
不揮発性メモリ１７の先頭アドレスには、カウントアップ値の固定部分（基準データＫ）が格納されており、補正データを格納するためのアドレスにはカウントアップ値の変動部分の値を割り当て、カウントアップ値の変動部分に相当するアドレス（＝カウントアップ値−基準データＫ）には、対応するオフセット補正値が納められている。
【００３４】
しかして、カウントアップ値がＮＡに確定したとすると、準備時間ｔ２において、先頭アドレスから読み出した基準データＫをカウントアップ値ＮＡから引いてＮＡ−Ｋを演算し、当該アドレスＮＡ−Ｋからオフセット補正値ΔＡを読み出す。ついで、一定のダウンカウント時間Ｔ２の開始直前にカウントアップ値ＮＡからオフセット補正値ΔＡを引いてアップダウンカウンタ１５に設定（オフセット補正）し、アップダウンカウンタ１５のカウント値をＮＡ−ΔＡに変更する。
【００３５】
この後、カウント値ＮＡ−ΔＡからスタートし、所定のダウンカウント時間Ｔ２の間、第１発振回路５から出力されたパルスＣＫ１に同期させてアップダウンカウンタ１５のカウント値をダウンカウントさせ、ダウンカウント時間Ｔ２が経過すると、ダウンカウントを停止する。ここで、不揮発性メモリ１７に格納されているオフセット補正値は、図８に示すように、このダウンカウント時間Ｔ２が終了した時点において、温度が異なっていても検知圧力が同じであれば、１点に集束するように（つまり、同じカウント値となるように）予め実験的に定められている。
【００３６】
このときのアップダウンカウンタ１５のカウント値は、検知圧力を示す出力信号として出力されるものであって、第３発振回路１０に同期させてアップダウンカウンタ１５をダウンカウントし、アップダウンカウンタ１５のカウント値が”０”になるまで第３発振回路１０のパルスＣＫ３を外部へ出力させることにより、アップダウンカウンタ１５のカウント値だけのパルスＣＫ３を外部へ出力することができる。
【００３７】
図３はこのセンサ装置１の具体的構成を示すブロック構成図である。図３に示すように、センサ装置１は、被検知量である圧力の変化により静電容量が変化する静電容量型の圧力センサ２（検知部）と、圧力センサ２で検出した圧力の大きさをディジタルパルス列として出力するセンサ出力変換回路３とを備えている。
【００３８】
圧力センサ２は、例えば図４（ａ）（ｂ）に示すような構造を有している。図４（ａ）は圧力センサ２の分解斜視図、図４（ｂ）はその断面図である。この圧力センサ２は、シリコン基板２１の上面にガラス基板２２を接合して構成されている。シリコン基板２１の中央部には、その上面を薄くエッチングすると共に下面を深くエッチングすることにより薄肉のダイアフラム２３が形成されており、ダイアフラム２３は、その下面に導入された圧力（例えば、ガス圧）とその上面の圧力との差圧によって撓まされるようになっている。
【００３９】
また、ダイアフラム２３は導電性を有していて可動電極となっている。シリコン基板２１の端部表面には絶縁部２６が設けられており、絶縁部２６にはダイアフラム２３と電気的に導通したボンディングパッド２４と、ダイアフラム２３から絶縁されたボンディングパッド２５とが設けられている。
【００４０】
ガラス基板２２は、ボンディングパッド２５の一部とボンディングパッド２４を露出させるようにしてシリコン基板２１の上に重ねて接合されており、ガラス基板２２の下面には、ダイアフラム２３と対向させて金属蒸着膜からなる固定電極２７が形成されている。また、ガラス基板２２の下面には、固定電極２７と導通した引き出し線２８が設けられており、引き出し線２８の端部はシリコン基板２１上のボンディングパッド２５に圧接し、シリコン基板２１上のボンディングパッド２５は固定電極２７と導通している。
【００４１】
しかして、ダイアフラム２３（可動電極）と固定電極２７とによって可変キャパシタが構成されており、その静電容量値はダイアフラム２３に加わる圧力に応じてダイアフラム２３が撓むことによって変化するので、圧力センサ２の静電容量を計測することによって圧力センサ２によって計測されている圧力の値を知ることができる。
【００４２】
圧力センサ２のボンディングパッド２４、２５はセンサ出力変換回路３の入力端子に直接に、あるいは増幅回路を介して間接的に接続され、ダイアフラム２３と固定電極２７との間の静電容量値は、ボンディングパッド２４、２５間の静電容量としてセンサ出力変換回路３へ出力される。
【００４３】
センサ出力変換回路３は、不揮発性メモリ１７を除けば、主としてＡＳＩＣにより構成されている。また、不揮発性メモリ１７はＥＥＰＲＯＭのような書き替え可能な不揮発性メモリＩＣによって構成されている。
【００４４】
第１発振回路５は、圧力センサ２で検知している圧力（すなわち、圧力センサ２の静電容量）の変化に応じて発振周波数が変化する検知用パルスＣＫ１を出力するＣＲ発振回路であって、第１発振回路５には圧力センサ２と固定抵抗６とが接続されている。
【００４５】
第２発振回路７は、比較（リファレンス）用パルスＣＫ２を一定周波数で出力するＣＲ発振回路であって、第２発振回路７には静電容量の固定された固定コンデンサ８と固定抵抗９とが接続されている。ここで、第２発振回路７の発振周波数は、第１発振回路５から出力されるパルスＣＫ１の発振周波数と異なっていても差し支えない。また、第２発振回路７の発振周波数は、第１発振回路５の発振周波数と同じ温度特性を持つように設計されている。
【００４６】
第３発振回路１０は、時間計測用の基準となるクロックパルス（基準パルス）ＣＫ３を一定周期で出力するＣＲ発振回路であって、第３発振回路１０には固定コンデンサ１１と固定抵抗１２とが接続されている。ここで、第３発振回路１０は、温度が変化しても発振周波数が変化しない、あるいは温度による発振周波数の変化ができるだけ小さくなるように設計されている。圧力センサ２を接続されている第２発振回路７では、圧力センサ２の構造上の制約などから発振周波数を温度変化に対して安定させることは難しいが、この第３発振回路１０では、そのような制約が無いので、温度変化に対して発振周波数を安定させることができる。
【００４７】
第１、第２及び第３発振回路５、７、１０から出力されるパルスＣＫ１、ＣＫ２、ＣＫ３は、セレクタ１３へ送出される。また、第３発振回路１０から出力されるクロックパルスＣＫ３は、動作タイミング発生回路１４にも送出される。
【００４８】
動作タイミング発生回路１４は、第３発振回路１０から出力されたクロックパルスＣＫ３を内蔵の分周回路（図示せず）で分周することにより複数の周期のタイミング信号を生成する。このタイミング信号としては、第１発振回路５、第２発振回路７及び第３発振回路１０の発振を制御するイネーブル信号Ｓ１、Ｓ２及びＳ３、セレクタ１３を制御する２ビットのセレクト信号Ｓ４、アップダウンカウンタ１５のアップカウントとダウンカウントを切り替えるためのアップダウン信号Ｓ５、補正回路１８の動作タイミングを制御する信号Ｓ６、演算回路１６及び不揮発性メモリ１７による基準データＫとカウントダウン時間Ｔ２の読出しタイミングを制御する読出しタイミング信号Ｓ７がある。
【００４９】
詳しくは、動作タイミング発生回路１４から第１発振回路５へ送られる信号Ｓ１は、ダウンカウント時間Ｔ２の前の準備時間ｔ２に第１発振回路５の発振を開始させるためのものであり、動作タイミング発生回路１４から第２発振回路７へ送られる信号Ｓ２は、アップカウント時間Ｔ１の前の準備時間ｔ１に第２発振回路７の発振を開始させるためのものであり、動作タイミング発生回路１４から第３発振回路１０へ送られる信号Ｓ３は、リセット時に第３発振回路１０の発振を開始させるためのものである。
【００５０】
リセット時に動作タイミング発生回路１４から演算回路１６及び不揮発性メモリ１７へ読出しタイミング信号Ｓ７が出力されると、演算回路１６は不揮発性メモリ１７に対して補正データの先頭アドレスを含む信号Ｓ９を送信する。不揮発性メモリ１７内の連続した所定アドレス領域には、図５に示すように先頭アドレス（000000）に基準データＫが１６ビットデータとして格納されており、その後のアドレス（000001〜011111）には補正データ（オフセット補正値）が３２ビットデータとして格納されている。信号Ｓ９に応答して不揮発性メモリ１７は演算回路１６に先頭アドレス内の基準データＫを信号Ｓ１０により送り返す。読み出された基準データＫは演算回路１６により所定のデータ処理を施された後、信号Ｓ１１によって補正回路１８へ送られる。
【００５１】
また、ダウンカウント時間Ｔ２の前に動作タイミング発生回路１４から演算回路１６及び不揮発性メモリ１７へ読出しタイミング信号Ｓ７が出力されると、演算回路１６は不揮発性メモリ１７に対して所定アドレスを含む信号Ｓ９を送信し、それに対して不揮発性メモリ１７は信号Ｓ８によりカウントダウン時間Ｔ２の値を動作タイミング発生回路１４へ送り出す。
【００５２】
セレクタ１３は、動作タイミング発生回路１４からのセレクト信号Ｓ４に応じて、第１〜第３発振回路５、７、１０からのパルスＣＫ１，ＣＫ２又はクロックパルスＣＫ３のうち１つの発振パルスを選択し、パルスＣＫ４としてアップダウンカウンタ１５へ出力する。また、出力回路４からの出力時には、セレクト信号Ｓ４に応答してクロックパルスＣＫ３をパルスＣＫ５として補正回路１８へ出力する。具体的には、パルスＣＫ４としては、セレクト信号Ｓ４が”01”のときはパルスＣＫ１を選択し、“10”のときはパルスＣＫ２を選択し、“11”のときはクロックパルスＣＫ３を選択し、“00”のときはいずれの発振信号も選択せず、その出力はプルダウン抵抗等によりグランドに接続してローレベルになる。
【００５３】
アップダウンカウンタ１５は、動作タイミング発生回路１４からのアップダウン信号Ｓ５に応じて、セレクタ１３から得られるパルスＣＫ４（つまり、パルスＣＫ１、ＣＫ２又はＣＫ３）をカウントするカウンタである。このアップダウンカウンタ１５は、アップダウン信号Ｓ５がローレベルのときは、パルス信号ＣＫ４の立ち上がりタイミングでカウント値を１ずつ増加（アップカウント）させ、アップダウン信号Ｓ５がハイレベルのときは、パルス信号ＣＫ４の立ち上がりタイミングでカウント値を１ずつ減少（ダウンカウント）させる。なお、アップダウンカウンタ１５のカウント値は、リセット時に初期設定値Ｎ0に設定される。
【００５４】
また、アップダウンカウンタ１５は、補正回路１８に対してアップカウント時間Ｔ１経過後のアップカウント値、ダウンカウント時間Ｔ２経過後のダウンカウント値、信号出力中においてカウント値が“０”になったときのゼロカウント信号を信号Ｓ１２として補正回路１８へ出力する。
【００５５】
補正回路１８が不揮発性メモリ１７から読み出した基準データＫは、信号Ｓ１３により補正回路１８からアップダウンカウンタ１５へ送られ、アップダウン時間Ｔ１が経過した後、アップダウンカウンタ１５のアップダウンカウント値と共に演算回路１６へ送られる。アップダウンカウント値と基準値Ｋを受け取った演算回路１６は、アップダウンカウント値から基準値Ｋを引いた値を指定アドレスとして不揮発性メモリ１７へ送り、当該アドレスに格納されている補正データを読み出す。読み出された補正データは、補正回路１８へ送られ、さらにアップダウンカウンタ１５へ送られ、ダウンカウント時間Ｔ２が開始する前にアップダウンカウンタ１５のアップカウント値を補正値だけ減少させる。
【００５６】
補正回路１８は、オフセット補正時には、アップダウンカウンタ１５に基準データＫを信号Ｓ１３として送り、アップダウンカウンタ１５から演算回路１６へカウントアップ値ＮＡと基準データＫを信号Ｓ１４として送る。演算回路１６は、カウントアップ値ＮＡから基準データＫを減算し、その値ＮＡ−Ｋを指定アドレスとして不揮発性メモリ１７からオフセット補正値ΔＡを読み出し、オフセット補正値ΔＡを信号Ｓ１１として補正回路１８へ送出する。そして、補正回路１８は、このオフセット補正値ΔＡを用いてアップダウンカウンタ１５のカウントアップ値ＮＡをΔＡだけ減少させ、アップダウンカウンタ１５の値をＮＡ−ΔＡに補正する。
【００５７】
また、補正回路１８は、準備時間ｔ３の後で出力を開始すると同時に、セレクタ１３から受け取ったパルスＣＫ５（＝ＣＫ３）からなるパルスＣＫ６を出力回路４へ送り、パルス列からなる信号ＣＫＰoutとして出力回路４から外部へ出力し、アップダウンカウンタ１５からゼロカウント信号を受け取ると、出力回路４からの出力Ｐoutを停止させ、センサ出力変換回路３を動作停止させる。
【００５８】
出力回路４から各発振回路５、７、１０へ出力されている信号Ｓ１５は、所定パルス列の出力信号Ｐoutを出力し終わったら、各発振回路５、７、１０の発振を停止させて電力消費を低減させるものである。
【００５９】
また、アップカウント時間Ｔ１が経過した後のカウントアップ値は、信号Ｓ１６によりアップダウンカウンタ１５から外部のカウンタ１９へ出力されており、そのカウントアップ値は信号Ｓ１７でモニター２０へ出力され、モニター２０に表示される。よって、出力値Ｐoutの異常が発生した場合には、モニター２０を見ることにより、故障の原因が圧力センサ２にあるのか、センサ出力変換回路３にあるのかを容易に判別することができる。
【００６０】
次に、上記のような構成のセンサ装置１の動作を図６の波形図及び図７のフロー図を用いて説明する。まず、センサ出力変換回路３の電源が投入されると（ステップＳ１）、ついでセンサ出力変換回路３がリセットされる（ステップＳ２）。このリセット時には、動作タイミング発生回路１４からの信号Ｓ３によって第３発振回路１０が発振を開始し、準備時間ｔ１中に不揮発性メモリ１７から先頭アドレスの基準データＫが読み込まれる（ステップＳ３）。同時に、信号Ｓ２によって第２発振回路７が発振を開始し、リセットのための準備時間ｔ１が経過すると、セレクタ１３からアップダウンカウンタ１５へ第２発振回路７のパルスＣＫ２が送られ、アップダウンカウンタ１５でＣＫ２のパルス数がカウントされる（ステップＳ４）。こうしてカウントアップ時間Ｔ１が経過すると、その間のパルスＣＫ２の数、すなわちカウントアップ値ＮＡが確定する。
【００６１】
ついで、準備時間ｔ２中には、カウントアップ値ＮＡと基準データＫの差ＮＡ−Ｋからアドレスを決定し（ステップＳ５）、そのアドレスからオフセット補正値ΔＡが読み込む（ステップＳ６）。このオフセット補正値ΔＡの分だけアップダウンカウンタ１５のカウント値を減少させてＮＡ−ΔＡに設定した（ステップＳ７）後、不揮発性メモリ１７から所定のカウントダウン時間Ｔ２を読み出して設定し（ステップＳ８）、第１発振回路５を発振させる。
【００６２】
準備時間ｔ２が経過すると、セレクタ１３を切り替える（ステップＳ９）ことによって、アップダウンカウンタ１５に第１発振回路５のパルスＣＫ１を送り、所定のダウンカウント時間Ｔ２の間、パルスＣＫ１と同期させてカウント値ＮＡ−ΔＡからカウント値を順次ダウンカウントしていく（ステップＳ１０）。
【００６３】
こうしてダウンカウント時間Ｔ２が経過した後のカウント値が出力回路４からの出力値となるものである。この出力値に対応した数のパルス列Ｐoutを出力させるため、準備時間ｔ３の後にセレクタ１３を切り替えて（ステップＳ１１）セレクタ１３から補正回路１８へクロックパルスＣＫ３を送り、さらに出力回路４からクロックパルスＣＫ３を出力できるようにする（ステップＳ１２）。そして、アップダウンカウンタ１５のカウント値が”０”になると、セレクタ１３からの出力を遮断してクロックパルスＣＫ３が出力されないようにし、圧力センサ２を動作停止させる（ステップＳ１３）。
【００６４】
なお、この実施形態では、ダウンカウント時間Ｔ２の直前にオフセット補正を行ったが、ダウンカウント時間Ｔ２が経過した後、ダウンカウント時間Ｔ３の前にオフセット補正を行うようにしてもよい。
【００６５】
この実施形態によれば、上記のように簡単な方法で温度変化による出力誤差を簡単な方法で補正することができ、センサ装置１の計測精度を向上させることができる。
【００６６】
（第２の好ましい実施形態）
上記第１の実施形態では、アップダウンカウンタ１５のカウント値をオフセット補正することによってセンサ装置１の温度特性を補正したが、ここで説明する第２の実施形態では、オフセット補正に加えてスパン補正を行っている。ここでスパン補正とは、アップカウント値に応じて第１発振回路５のパルスＣＫ１をダウンカウントする時間Ｔ２（スパン）を補正するものである。
【００６７】
図９により、この第２の実施形態を説明するが、第１の実施形態で用いた構成要素と同一構成要素には、同一の符号を用いる。この第２の実施形態でも、アップダウンカウンタ１５のカウント値を初期設定値Ｎ０に設定し、基準データＫを不揮発性メモリ１７から読み出すための準備時間ｔ１が経過すると、アップダウンカウンタ１５により一定のアップカウント時間Ｔ１の間、第２発振回路７の発振パルス数をアップカウントする。
【００６８】
不揮発性メモリ１７内のカウントアップ値の変動部分に相当するアドレス（＝カウントアップ値−基準データＫ）には、対応するオフセット補正値とスパン補正値が納められている。
【００６９】
しかして、カウントアップ値が例えばＮＡに確定したとすると、準備時間ｔ２において、先頭アドレスから読み出した基準データをカウントアップ値ＮＡから引いてＮＡ−Ｋを演算し、当該アドレスＮＡ−Ｋからオフセット補正値ΔＡとスパン補正値δＡを読み出す。ついで、アップダウンカウンタ１５のカウント値ＮＡからオフセット補正値ΔＡを引くと共に標準のカウントダウン時間Ｔ２からスパン補正値δＡを引き、第１発振回路５のパルスＣＫ１をダウンカウントするダウンカウント時間をＴ２−δＡに補正する。
【００７０】
この後、スパン補正したダウンカウント時間Ｔ２−δＡにおいては、カウント値ＮＡ−ΔＡからスタートし、第１の発振回路から出力されたパルスＣＫ１に同期させてアップダウンカウンタ１５のカウント値をダウンカウントさせ、ダウンカウント時間Ｔ２−δＡが経過すると、ダウンカウントを停止する。ここで、前記オフセット補正値及びスパン補正値は、図９に示すように、ダウンカウント時間Ｔ２終了時点において、温度が異なっていても検知圧力が同じであれば、アップダウンカウンタ１５が同じカウント値となるように予め実験的に定められており、オフセット補正と併用する場合には、各スパン補正値は、温度と対応するオフセット補正値との関数となる。
【００７１】
従って、出力中においては、第３発振回路１０に同期させてアップダウンカウンタ１５をダウンカウントし、アップダウンカウンタ１５のカウント値が”０”になるまで第３発振回路１０のパルスＣＫ３を出力回路４を通して外部へ出力させることにより、アップダウンカウンタ１５のカウント値だけのパルス数のパルスＣＫ３を外部へ出力することができる。この出力は、温度によらず等しくなるので、温度による出力誤差が補正される。
【００７２】
スパン補正は、従来はセンサ出力変換回路３の感度補正に用いられていたものである。図１０に示すように、スパン補正を行う場合における最大圧力時と最小圧力時におけるパルス数の差と、スパン無補正の場合における最大圧力時と最小圧力時におけるパルス数の差とは変化する。このパルス数の差が大きいほどセンサ装置１の感度は良好になるので、スパン補正によりセンサ装置１の感度を調整できることが分かる。本発明は、このようなスパン補正を温度特性による出力誤差の補正に用いられるようにしたものである。
【００７３】
また、ここでは、オフセット補正とスパン補正とを併用したが、スパン補正のみでも差し支えない。しかし、実際の使用においては、オフセット補正とスパン補正とを併用したものが好ましい。
【００７４】
（第３の好ましい実施形態）
次に説明する本発明の第３の実施形態は、出力が線形となるように補正するものである。一般には、圧力センサ２で検出される圧力と出力回路４から出力される出力とは、用いている検知部の特性や製造誤差等によって、図１２に実線で示すように線形から外れることがある。この実施形態では、このような場合に、オフセット補正によって図１２に破線で示すように出力が被検知量に対して線形となるように補正している。以下、図１１に従って当該実施形態による直線性の補正方法を説明する。
【００７５】
図１１に示すように、アップダウンカウンタ１５のカウント値を初期設定値Ｎ０に設定し、基準データＫを不揮発性メモリ１７から読み出すための準備時間ｔ１が経過すると、アップダウンカウンタ１５により一定のダウンカウント時間Ｔ５の間、第１発振回路５の発振パルスの数をダウンカウントする。このダウンカウント値ＮＡ等は、補正前の圧力検出値であるから、図１２の補正前出力（非線形）に相当するものである。
【００７６】
不揮発性メモリ１７内には、カウントダウン値ＮＡの固定部分（基準データＫ）と補正量とが格納されており、カウントダウン値ＮＡの固定部分である基準データＫは先頭アドレスに格納されており、カウントダウン値ＮＡの変動部分ＮＡ−Ｋをアドレスとして対応するオフセット補正値が納められている。このオフセット補正値は、カウントダウン時間Ｔ５及びＴ２においてカウントダウン値が線形特性から外れる量を表しており、図１２に示すように出力回路４の出力が線形特性の上に乗るように補正する補正量に対応するものである。
【００７７】
しかして、カウントダウン値が例えばＮＡであるとすると、カウントダウン値ＮＡからスタートし、所定のアップカウント時間Ｔ１の間、第２の発振回路７から出力されたパルスＣＫ２に同期させてアップダウンカウンタ１５のカウント値をアップカウントさせ、アップカウント時間Ｔ１が経過すると、アップカウントを停止する。この時のアップカウント量をＭとすると、アップダウンカウンタ１５のカウント値はＮＡ＋Ｍとなる。
【００７８】
この後の準備時間ｔ２において、先頭アドレスから読み出した基準データＫを先ほどのカウントダウン値ＮＡから引いてＮＡ−Ｋを演算し、当該アドレスＮＡ−Ｋからオフセット補正値ΔＡを読み出す。ついで、アップダウンカウンタ１５のカウントアップ値ＮＡ＋Ｍからオフセット補正値ΔＡを引いてオフセット補正し、アップダウンカウンタ１５のカウント値をＮＡ＋Ｍ−ΔＡに変更する。
【００７９】
この後、所定のカウントダウン時間Ｔ２の間、第１発振回路５から出力されたパルスＣＫ１に同期させてアップダウンカウンタ１５のカウント値をダウンカウントさせ、ダウンカウント時間Ｔ２が経過すると、ダウンカウントを停止する。
【００８０】
このときのアップダウンカウンタ１５のカウント値は、線形性を保つように補正されており、検知圧力を示す線形出力信号として出力されるものであって、第３発振回路１０に同期させてアップダウンカウンタ１５をダウンカウントし、アップダウンカウンタ１５のカウント値が”０”になるまで第３発振回路１０のパルスＣＫ３を出力回路４を通して外部へ出力させることにより、アップダウンカウンタ１５のカウント値だけのパルス数のパルスＣＫ３を外部へ出力することができる。
【００８１】
このような方式で直線性補正すれば、演算回路１６等では、直線性補正のために乗算や除算を行う必要が無く、基準データＫの引き算だけでよいので、演算用の回路規模が大きくなることがない。また、補正値もカウント値に対応する各アドレスに格納するだけでよく、テーブル形式の補正方法に比べてメモリ容量も小さくて済む。
【００８２】
また、説明は省略するが、直線性補正においても、オフセット補正に変えてスパン補正を採用してもよく、あるいはオフセット補正とスパン補正とを併用してもよい。
【００８３】
なお、この実施形態においては、パルスＣＫ２を発生する第２発振回路７と、当該パルスＣＫ２をカウントする時間Ｔ１とは省略してもよい。その場合、第１発振回路５のパルスＣＫ１をカウントする過程（時間Ｔ５及びＴ２）では、アップダウンカウンタ１５でカウントアップさせるようにしてもよい。ただし、第２発振回路７を用いてカウント時間Ｔ１に第２発振回路７を発振させ、Ｔ１＝Ｔ５＋Ｔ２となるようにすれば、従来例と同様な原理により温度補正等も行える。また、オフセット補正値やスパン補正値に直線性補正と温度や湿度等の環境要素の変化に対する補正とを同時に含ませてもよい。
【００８４】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、検知部として静電容量式の圧力センサを説明したが、ピエゾ抵抗等を用いた抵抗値検出型のセンサであってもよく、インダクタンス検出型のセンサであっても差し支えない。また、補正の対象は、温度特性に限らず、湿度特性などでもよい。
【００８５】
本発明は、被検知量に対応して変化するセンサの素子定数に基づき、被検知量をパルス等の所定の出力形式に変換して出力するセンサ出力装置に関するものであって、例えば圧力検出用のセンサ装置（圧力センサ）、加速度（振動）や傾きを検出するためのセンサ素子（加速度センサ）を用いたセンサ装置などに適用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の圧力センサにおける圧力検出過程を説明する図である。
【図２】同上の圧力センサにおける課題を説明する図である。
【図３】本発明にかかる第１の好ましい実施形態による圧力検出用のセンサ装置の構成を示すブロック図である。
【図４】（ａ）は同上のセンサ装置に用いられている圧力センサの分解斜視図、（ｂ）はその断面図である。
【図５】オフセット補正値を格納したメモリの構成を示す図である。
【図６】図３に示したセンサ装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図７】図３に示したセンサ装置の動作を説明するためのフロー図である。
【図８】図３に示したセンサ装置の動作原理を説明する図である。
【図９】本発明にかかる第２の好ましい実施形態によるセンサ装置の動作を説明する図である。
【図１０】スパン補正の意義を説明する図である。
【図１１】本発明にかかる第３の好ましい実施形態によるセンサ装置の動作を説明する図である。
【図１２】被検知量である圧力とセンサ出力との線形性及び非線形性を表した図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sensor output conversion device. In particular, the present invention relates to a sensor output conversion device that converts a detected amount into a predetermined output format such as a pulse based on a sensor element constant that changes corresponding to the detected amount.
[0002]
[Background]
In Japanese Patent Laid-Open No. 11-258090, an output (capacitance value) of a capacitance type pressure sensor is converted into a predetermined pulse using an oscillation circuit, and a number of pulses corresponding to the detected pressure value are output. Thus, there is disclosed a sensor device that can measure an accurate pressure with an inexpensive configuration. This sensor device includes a pressure sensor, a first oscillation circuit for measurement, a second oscillation circuit for comparison (reference), and a third oscillation circuit for a reference clock, and outputs from these oscillation circuits. The value of the pressure detected by the pressure sensor is output as a pulse signal by counting the pulses to be detected by an up / down counter.
[0003]
The first oscillation circuit for measurement has a capacitance that changes according to the pressure value detected by the pressure sensor as a component, and the oscillation frequency changes when the capacitance of the pressure sensor changes. . The second oscillation circuit for comparison has a fixed capacitor having a constant capacitance as a component, and when the pressure sensor is in a standard state (for example, when the pressure sensor detects 1 atmosphere) The pulse is output at a constant frequency equal to the oscillation frequency of). The third reference oscillation circuit outputs a reference pulse for clock measurement (hereinafter, this pulse may be referred to as a clock pulse).
[0004]
The principle of pressure measurement by this sensor device will be described with reference to FIG. When the sensor device starts measuring pressure, the up / down counter increases (adds) the pulse CK2 output from the second oscillation circuit for a certain up count time (number of clock pulses) T11 as shown in a line L1. ) Count. If the number of pulses counted during the up-count time T11 is N1, the value of the up / down counter is N0 + N1. Here, N0 is an initial setting value of the up / down counter, and is a value held in the up / down counter at the start of measurement.
[0005]
Next, during the same down count time (number of clock pulses) T12 (= T11) as the up count time T11, the up / down counter reduces (subtracts) the pulse CK1 output from the first oscillation circuit, as shown by the line L2. ) Count. If the number of pulses counted during the down count time T12 is N2, the count value of the up / down counter is N0 + N1-N2. At this time, if the pressure sensor is in a standard state (for example, 1 atm), the oscillation frequency of the first oscillation circuit is equal to the oscillation frequency of the second oscillation circuit, so N1 = N2, and the count value of the up / down counter Becomes N0. The value of the up / down counter at this time is the clock until the count value of the up / down counter reaches 0 if the count value of the up / down counter is counted down for each reference pulse CK3 output from the third oscillation circuit. It can be obtained from the number of pulses T13 (line L3).
[0006]
On the other hand, when the pressure applied to the pressure sensor changes from the standard state, the oscillation frequency of the first oscillation circuit changes with the change in capacitance due to the pressure fluctuation, so that the line L4 shows. The number of pulses output from the first oscillation circuit during the down count time T12 is N3 (≠ N2). Therefore, the count value of the up / down counter after the elapse of the down count time T12 is N0 + N1-N3. The difference N3-N2 between the count value N0 + N1-N3 of the up / down counter at this time and the count value N0 + N1-N2 in the standard state corresponds to the difference between the pressure in the standard state and the pressure detected by the pressure sensor. Therefore, the pressure detected by the pressure sensor can be known by obtaining this difference N3-N2. As indicated by lines L3 and L5, the difference N3-N2 in the count value corresponding to the detected pressure is the count value of the down counter when the count value of the up / down counter is counted down in synchronization with the reference pulse CK3. It can be obtained from the difference T13-T14 in the number of clock pulses output until the value becomes zero.
[0007]
Therefore, this pressure sensor starts from the count value (initial setting value) N0 of the up / down counter, up-counts the pulse CK2 output from the second oscillation circuit for the up-count time T11, and then the first oscillation circuit. After down-counting the pulse CK1 outputted from the counter during the down-count time T12, the clock pulse outputted from the third oscillation circuit counts down until the count value of the up / down counter becomes zero, and the number of clock pulses at that time If T14 is output, a signal corresponding to the pressure value detected by the pressure sensor can be output.
[0008]
In this sensor device, the second oscillation circuit for comparison is configured such that the temperature characteristics of the oscillation frequency are the same as the first oscillation circuit for measurement. Therefore, even if the pressure measurement process changes from the state of the lines L1 and L4 with the temperature change, the pressure measurement process becomes like the lines L6 and L7 indicated by broken lines in FIG. 1, and the up / down counter at the up count time T11. The change in the up-count value and the change in the down-count value at the down-count time T12 cancel each other, and the change in the count value N2-N3 does not change with the temperature of the sensor device. Therefore, the pressure can be accurately measured regardless of the temperature of the sensor device.
[0009]
However, it is actually difficult to make the temperature characteristics of the first oscillation circuit and the second oscillation circuit equal. Therefore, if the temperature at the time of pressure measurement is different, as shown in FIG. 2, the value of the up / down counter after down-counting the pulse CK1 output from the first oscillation circuit for the down count time T12 does not match, The number of clock pulses T14 to be output varies with temperature.
[0010]
Therefore, in the sensor device as described above, the output may be affected by a temperature change, which may reduce the measurement accuracy.
[0011]
Further, the conventional sensor device has a nonvolatile memory in the circuit, stores the correction value in the nonvolatile memory, and uses the correction value stored in the memory to detect the pressure and the output. The relationship is corrected to be linear.
[0012]
However, the correction method used in the conventional sensor device is a method of correcting the output data so as to obtain a linear output by performing a correction operation. In such a system, since it is necessary to perform complicated operations including multiplication and division, there is a problem that the circuit scale including the logic operation circuit becomes large.
[0013]
As a method for reducing the circuit scale, there is a method in which correction data is stored in a nonvolatile memory in a table format and necessary correction data is read from the table. In the method using such a correction table, the circuit scale can be reduced, but a large-capacity memory is required.
[0014]
Therefore, in the conventional sensor device, whether it is a method using a logical operation or a method using a table format, the cost is high.
[0015]
DISCLOSURE OF THE INVENTION
A first object of the present invention is to provide a sensor output conversion device that converts element constants such as capacitance and resistance that change in accordance with changes in the amount to be detected into a predetermined output format, and outputs temperature, humidity, and the like. It is intended to make it possible to easily correct output fluctuations due to environmental conditions.
[0016]
A second object of the present invention is to provide a sensor output conversion device that converts element constants such as capacitance and resistance values that change in accordance with changes in the amount to be detected into a predetermined output format and outputs them. The purpose is to make it possible to correct the linearity between the quantity and the output with a small circuit scale and a small memory capacity.
[0017]
A sensor output conversion device according to the present invention includes a first oscillation circuit in which an oscillation frequency changes due to a change in an element constant of a detection unit that changes in accordance with changes in a detected amount and elements other than the detected amount, and a detected amount And a means for outputting a detection signal of the detected amount based on the oscillation frequency of the first oscillation circuit, and a second oscillation circuit whose oscillation frequency changes in accordance with changes in elements other than the detected amount regardless of changes in And a means for correcting a change in the detection signal due to a change in an element other than the amount to be detected based on a change in the oscillation frequency of the second oscillation circuit, and output from the second oscillation circuit pulse And a storage means storing a correction value used in the correction means, and output from the second oscillation circuit within a predetermined time pulse Is counted by the counting means, a correction value is read from an address corresponding to the count value of the storage means, and a detection signal corrected by the correction value is output from the output means.
[0018]
Where detected amount When Is pressure, acceleration, vibration, inclination, etc., depending on the application of the sensor output conversion device, but the type of the detected amount is not particularly limited. The element constant is the amount detected by the detector. Detected amount due to factors other than detected amount Is a converted amount, for example, a capacitance value, a resistance value, an inductance, or the like. Examples of elements other than the detected amount include environmental elements such as temperature and humidity.
[0019]
In the sensor output conversion device of the present invention, the change in the elements other than the detected amount can be known by the change in the oscillation frequency of the second oscillation circuit in which the oscillation frequency does not change depending on the change in the detected amount. Based on this, it is possible to evaluate changes in the oscillation frequency due to factors other than the amount to be detected in the first oscillation circuit from data obtained in advance. Therefore, the change of the oscillation frequency due to an element other than the detected amount can be excluded from the output of the first oscillation circuit for measuring the detected amount, and the detection signal output from the output means is other than the detected amount. Corrections can be made so as not to include the influence of elements.
[0020]
Therefore, according to the sensor output conversion device of the present invention, it is possible to correct an output error due to factors other than the detected amount, such as temperature and humidity, with a simple configuration.
[0021]
Also, The address can be calculated by adding or subtracting a predetermined value to the count value of the second oscillation circuit, and the correction value stored at the address is read out, and this correction value is used to detect other than the detected amount The error of the detection signal due to the element can be corrected. Therefore, the correction value can be obtained without using operations such as multiplication and division, the circuit scale can be reduced compared with the correction method of the calculation method, and the memory capacity is also larger than that of the correction method of the table format. The size can be reduced, and the cost can be reduced.
[0022]
Another sensor output conversion device according to the present invention includes an oscillation circuit in which an oscillation frequency changes due to a change in an element constant of a detection unit that changes in accordance with a change in the amount to be detected, and a detection target based on the oscillation frequency of the oscillation circuit Means for outputting a quantity detection signal, and output from the oscillation circuit pulse And a storage means storing a correction value for correcting the detection signal output from the output means to be linear with respect to the detected amount, and within a predetermined time from the oscillation circuit Output pulse Is counted by the counting means, the correction value is read from the address corresponding to the count value of the storage means, and the detection signal corrected by the correction value is output from the output means.
[0023]
In another sensor output conversion device according to the present invention, since the amount to be detected can be known from a change in the oscillation frequency of the oscillation circuit, the detection signal output from the output means based on data obtained in advance. And a correction value for correcting the detected amount to be linear. Therefore, by using this correction value, correction can be performed with a simple configuration so that the output of the sensor output conversion device is linear with respect to the detected amount.
[0024]
In addition, according to another sensor output conversion device of the present invention, an address can be calculated by adding or subtracting a predetermined value to the count value of the first oscillation circuit, and stored in the address. A correction value is read out, and the deviation from the linear relationship between the detected amount and the output can be corrected using the correction value. Therefore, the correction value can be obtained without using operations such as multiplication and division, the circuit scale can be reduced compared with the correction method of the calculation method, and the memory capacity is also larger than that of the correction method of the table format. The size can be reduced, and the cost can be reduced.
[0025]
Therefore, according to another sensor output conversion device of the present invention, the output of the sensor output conversion device can be corrected so as to be linear with respect to the detected amount, and the circuit scale can be increased or the memory capacity can be increased. Can be corrected so that linearity can be obtained by an inexpensive method.
[0026]
In another sensor output conversion device of the present invention, it is possible to correct an output error due to a change in temperature, humidity, etc. by using the second oscillation circuit whose oscillation frequency does not change depending on a change in the amount to be detected. it can.
[0027]
Also, The sensor output converter of the present invention or another sensor output converter of the present invention The storage means stores a corresponding correction value at an address obtained by adding or subtracting a constant value to the count value counted by the counting means.
[0028]
For this reason, according to these aspects, in addition to the address storing the correction value, the storage means only needs an address storing a fixed value that determines the relationship between the count value and the address. The capacity of the means can be greatly reduced. Further, by appropriately determining this fixed value, the correction value can be stored using the free address of the storage means.
[0029]
The above-described constituent elements of the present invention can be arbitrarily combined as much as possible.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, the case of a sensor device for pressure detection will be described, but the present invention is not particularly limited to the sensor device for pressure detection. For example, acceleration (vibration) as disclosed in JP-A-7-306223 is disclosed. ) Or a sensor device using a sensor element (acceleration sensor) for detecting tilt, and can be applied to any sensor device.
[0031]
(First preferred embodiment)
First, the principle of the first preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The sensor device 1 includes a first oscillation circuit 5 whose oscillation frequency changes according to the output of the pressure sensor 2, a second oscillation circuit 7 whose oscillation frequency does not change according to the output of the pressure sensor 2, and a third oscillation for time measurement. Circuit 10 and each oscillation circuit 5, 7, 10 pulse Is provided with an up / down counter 15 (see FIG. 3).
[0032]
Therefore, in this sensor device 1, as shown in FIG. 8, during the initial preparation time t1, the count value of the up / down counter 15 is set to the initial set value N0, and the reference data K is nonvolatile. Read from the memory 17. When the preparation time t1 elapses, the up / down counter 15 up-counts the number of oscillation pulses CK2 of the second oscillation circuit 7 for a certain up-counting time (a constant number of clocks) T1. Since the oscillation frequency of the second oscillation circuit 7 does not depend on the detection value of the pressure sensor 2, the count-up value after the elapse of the up-count time T1 does not depend on the detection value of the pressure sensor 2, but the ambient temperature varies. Because of the temperature characteristics, the count-up values change as NA, NB, and NC in FIG. In the following description, it is assumed that the count-up value is NA.
[0033]
The fixed address (reference data K) of the count-up value is stored at the start address of the nonvolatile memory 17, and the value of the variable part of the count-up value is assigned to the address for storing the correction data to count up. A corresponding offset correction value is stored in an address (= count-up value−reference data K) corresponding to a value fluctuation portion.
[0034]
If the count-up value is determined to be NA, at the preparation time t2, the reference data K read from the head address is subtracted from the count-up value NA to calculate NA-K, and offset correction is performed from the address NA-K. Read the value ΔA. Next, the offset correction value ΔA is subtracted from the count-up value NA and set in the up / down counter 15 (offset correction) immediately before the start of the fixed down-count time T2, and the count value of the up / down counter 15 is changed to NA−ΔA. .
[0035]
Thereafter, starting from the count value NA−ΔA, the count value of the up / down counter 15 is down-counted in synchronization with the pulse CK1 output from the first oscillation circuit 5 for a predetermined down-count time T2, and the down-count When the time T2 has elapsed, the down-counting is stopped. Here, as shown in FIG. 8, the offset correction value stored in the non-volatile memory 17 is 1 if the detected pressure is the same even when the temperature is different at the end of the down-count time T2. It is experimentally determined in advance so as to be focused on a point (that is, to have the same count value).
[0036]
The count value of the up / down counter 15 at this time is output as an output signal indicating the detected pressure, and the up / down counter 15 counts down in synchronization with the third oscillation circuit 10. By outputting the pulse CK3 of the third oscillation circuit 10 to the outside until the count value becomes “0”, the pulse CK3 of only the count value of the up / down counter 15 can be output to the outside.
[0037]
FIG. 3 is a block configuration diagram showing a specific configuration of the sensor device 1. As shown in FIG. 3, the sensor device 1 includes a capacitance-type pressure sensor 2 (detection unit) whose capacitance changes due to a change in pressure, which is a detected amount, and the magnitude of pressure detected by the pressure sensor 2. And a sensor output conversion circuit 3 for outputting the signal as a digital pulse train.
[0038]
For example, the pressure sensor 2 has a structure as shown in FIGS. 4A is an exploded perspective view of the pressure sensor 2, and FIG. 4B is a cross-sectional view thereof. The pressure sensor 2 is configured by bonding a glass substrate 22 to the upper surface of a silicon substrate 21. A thin diaphragm 23 is formed in the central portion of the silicon substrate 21 by thinly etching the upper surface and deeply etching the lower surface, and the diaphragm 23 is pressure (for example, gas pressure) introduced into the lower surface. And the pressure on the upper surface thereof is bent.
[0039]
The diaphragm 23 has conductivity and is a movable electrode. An insulating part 26 is provided on the end surface of the silicon substrate 21, and a bonding pad 24 electrically connected to the diaphragm 23 and a bonding pad 25 insulated from the diaphragm 23 are provided on the insulating part 26. Yes.
[0040]
The glass substrate 22 is bonded to the silicon substrate 21 so as to expose a part of the bonding pad 25 and the bonding pad 24, and metal deposition is performed on the lower surface of the glass substrate 22 so as to face the diaphragm 23. A fixed electrode 27 made of a film is formed. Further, a lead wire 28 that is electrically connected to the fixed electrode 27 is provided on the lower surface of the glass substrate 22, and an end portion of the lead wire 28 is in pressure contact with the bonding pad 25 on the silicon substrate 21, and bonding on the silicon substrate 21 is performed. The pad 25 is electrically connected to the fixed electrode 27.
[0041]
Thus, the diaphragm 23 (movable electrode) and the fixed electrode 27 constitute a variable capacitor, and the capacitance value thereof is changed by the deflection of the diaphragm 23 according to the pressure applied to the diaphragm 23. Therefore, the pressure sensor By measuring the capacitance of 2, the pressure value measured by the pressure sensor 2 can be known.
[0042]
The bonding pads 24 and 25 of the pressure sensor 2 are connected directly to the input terminal of the sensor output conversion circuit 3 or indirectly through an amplifier circuit, and the capacitance value between the diaphragm 23 and the fixed electrode 27 is The capacitance between the bonding pads 24 and 25 is output to the sensor output conversion circuit 3.
[0043]
The sensor output conversion circuit 3 is mainly composed of an ASIC except for the nonvolatile memory 17. The nonvolatile memory 17 is constituted by a rewritable nonvolatile memory IC such as an EEPROM.
[0044]
The first oscillation circuit 5 is a CR oscillation circuit that outputs a detection pulse CK1 whose oscillation frequency changes according to a change in pressure detected by the pressure sensor 2 (ie, capacitance of the pressure sensor 2). The pressure sensor 2 and the fixed resistor 6 are connected to the first oscillation circuit 5.
[0045]
The second oscillation circuit 7 is a CR oscillation circuit that outputs a comparison (reference) pulse CK2 at a constant frequency. The second oscillation circuit 7 includes a fixed capacitor 8 having a fixed capacitance and a fixed resistor 9. It is connected. Here, the oscillation frequency of the second oscillation circuit 7 may be different from the oscillation frequency of the pulse CK1 output from the first oscillation circuit 5. The oscillation frequency of the second oscillation circuit 7 is First oscillation circuit 5 It is designed to have the same temperature characteristics as the oscillation frequency.
[0046]
The third oscillation circuit 10 is a CR oscillation circuit that outputs a clock pulse (reference pulse) CK3 serving as a reference for time measurement at a constant period. The third oscillation circuit 10 includes a fixed capacitor 11 and a fixed resistor 12. It is connected. Here, the third oscillation circuit 10 is designed so that the oscillation frequency does not change even if the temperature changes, or the change in the oscillation frequency due to the temperature is as small as possible. In the second oscillation circuit 7 to which the pressure sensor 2 is connected, it is difficult to stabilize the oscillation frequency against temperature change due to the structural limitations of the pressure sensor 2. Since there are no restrictions, the oscillation frequency can be stabilized against temperature changes.
[0047]
Pulses CK1, CK2, and CK3 output from the first, second, and third oscillation circuits 5, 7, and 10 are sent to the selector 13. The clock pulse CK3 output from the third oscillation circuit 10 is also sent to the operation timing generation circuit 14.
[0048]
The operation timing generation circuit 14 generates a timing signal having a plurality of periods by dividing the clock pulse CK3 output from the third oscillation circuit 10 by a built-in frequency dividing circuit (not shown). The timing signals include enable signals S1, S2 and S3 for controlling the oscillation of the first oscillation circuit 5, the second oscillation circuit 7 and the third oscillation circuit 10, a 2-bit select signal S4 for controlling the selector 13, and an up-down signal. An up / down signal S5 for switching the up-counting and down-counting of the counter 15, a signal S6 for controlling the operation timing of the correction circuit 18, and the timing for reading the reference data K and the count-down time T2 by the arithmetic circuit 16 and the nonvolatile memory 17 There is a read timing signal S7.
[0049]
Specifically, the signal S1 sent from the operation timing generation circuit 14 to the first oscillation circuit 5 is for starting the oscillation of the first oscillation circuit 5 at the preparation time t2 before the down-count time T2. The signal S2 sent from the generation circuit 14 to the second oscillation circuit 7 is for starting the oscillation of the second oscillation circuit 7 at the preparation time t1 before the up-count time T1. The signal S3 sent to the third oscillation circuit 10 is for starting the oscillation of the third oscillation circuit 10 at the time of reset.
[0050]
When the read timing signal S7 is output from the operation timing generation circuit 14 to the arithmetic circuit 16 and the nonvolatile memory 17 at the time of resetting, the arithmetic circuit 16 transmits a signal S9 including the start address of the correction data to the nonvolatile memory 17. . As shown in FIG. 5, the reference data K is stored as 16-bit data at the head address (000000) in the continuous predetermined address area in the nonvolatile memory 17, and the subsequent addresses (000001 to 011111) are corrected. Data (offset correction value) is stored as 32-bit data. In response to the signal S9, the nonvolatile memory 17 sends the reference data K in the head address back to the arithmetic circuit 16 by the signal S10. The read reference data K is subjected to predetermined data processing by the arithmetic circuit 16, S 11 to the correction circuit 18.
[0051]
When the read timing signal S7 is output from the operation timing generation circuit 14 to the arithmetic circuit 16 and the nonvolatile memory 17 before the down-count time T2, the arithmetic circuit 16 outputs a signal including a predetermined address to the nonvolatile memory 17. In response to this, the nonvolatile memory 17 sends the value of the countdown time T2 to the operation timing generation circuit 14 in response to the signal S8.
[0052]
The selector 13 selects one oscillation pulse from the pulses CK1, CK2 or the clock pulse CK3 from the first to third oscillation circuits 5, 7, 10 in response to the select signal S4 from the operation timing generation circuit 14, It outputs to the up / down counter 15 as pulse CK4. At the time of output from the output circuit 4, the clock pulse CK3 is output as the pulse CK5 to the correction circuit 18 in response to the select signal S4. Specifically, as the pulse CK4, the pulse CK1 is selected when the select signal S4 is “01”, the pulse CK2 is selected when it is “10”, and the clock pulse CK3 is selected when it is “11”. When "00", no oscillation signal is selected, and its output is connected to the ground by a pull-down resistor or the like and becomes low level.
[0053]
The up / down counter 15 is a counter that counts the pulse CK4 (that is, the pulse CK1, CK2, or CK3) obtained from the selector 13 in accordance with the up / down signal S5 from the operation timing generation circuit 14. The up / down counter 15 increases the count value by 1 (up count) at the rising timing of the pulse signal CK4 when the up / down signal S5 is at a low level, and the pulse signal when the up / down signal S5 is at a high level. The count value is decreased by 1 (down count) at the rising timing of CK4. The count value of the up / down counter 15 is set to the initial set value N0 at the time of reset.
[0054]
In addition, the up / down counter 15 receives an up count value after the up count time T1 has elapsed, a down count value after the down count time T2 has elapsed, and when the count value becomes “0” during signal output. Is output to the correction circuit 18 as a signal S12.
[0055]
The reference data K read from the non-volatile memory 17 by the correction circuit 18 is sent from the correction circuit 18 to the up / down counter 15 by the signal S13, and together with the up / down count value of the up / down counter 15 after the up / down time T1 has elapsed. It is sent to the arithmetic circuit 16. Receiving the up / down count value and the reference value K, the arithmetic circuit 16 sends the value obtained by subtracting the reference value K from the up / down count value to the nonvolatile memory 17 as a designated address, and reads out the correction data stored at the address. . The read correction data is sent to the correction circuit 18 and further sent to the up / down counter 15, and the up count value of the up / down counter 15 is decreased by the correction value before the down count time T2 starts.
[0056]
At the time of offset correction, the correction circuit 18 sends the reference data K to the up / down counter 15 as a signal S13, and signals the count-up value NA and the reference data K from the up / down counter 15 to the arithmetic circuit 16. S Send as 14. The arithmetic circuit 16 subtracts the reference data K from the count-up value NA, reads the offset correction value ΔA from the nonvolatile memory 17 using the value NA−K as a specified address, and supplies the offset correction value ΔA as the signal S11 to the correction circuit 18. Send it out. Then, the correction circuit 18 uses the offset correction value ΔA to decrease the count-up value NA of the up / down counter 15 by ΔA, and corrects the value of the up / down counter 15 to NA−ΔA.
[0057]
Further, the correction circuit 18 starts output after the preparation time t3, and at the same time, sends the pulse CK6 composed of the pulse CK5 (= CK3) received from the selector 13 to the output circuit 4, and outputs the signal CKPout composed of the pulse train as the output circuit 4 When the zero count signal is received from the up / down counter 15, the output Pout from the output circuit 4 is stopped and the sensor output conversion circuit 3 is stopped.
[0058]
The signal S15 output from the output circuit 4 to each of the oscillation circuits 5, 7, and 10 stops the oscillation of each of the oscillation circuits 5, 7, and 10 after the output signal Pout of a predetermined pulse train has been output. It is to reduce.
[0059]
The count-up value after the elapse of the up-count time T1 is output from the up / down counter 15 to the external counter 19 by the signal S16, and the count-up value is output to the monitor 20 by the signal S17. Is displayed. Therefore, when an abnormality occurs in the output value Pout, it is possible to easily determine whether the cause of the failure is the pressure sensor 2 or the sensor output conversion circuit 3 by looking at the monitor 20.
[0060]
Next, the operation of the sensor device 1 configured as described above will be described with reference to the waveform diagram of FIG. 6 and the flowchart of FIG. First, when the sensor output conversion circuit 3 is powered on (step S1), the sensor output conversion circuit 3 is reset (step S2). At the time of resetting, the third oscillation circuit 10 starts oscillating by the signal S3 from the operation timing generation circuit 14, and the reference data K of the head address is read from the nonvolatile memory 17 during the preparation time t1 (step S3). At the same time, when the second oscillation circuit 7 starts to oscillate by the signal S2 and the preparation time t1 for resetting elapses, the pulse CK2 of the second oscillation circuit 7 is sent from the selector 13 to the up / down counter 15, and the up / down counter 15, the number of pulses of CK2 is counted (step S4). Thus, when the count-up time T1 elapses, the number of pulses CK2 during that time, that is, the count-up value NA is determined.
[0061]
Next, during the preparation time t2, an address is determined from the difference NA−K between the count-up value NA and the reference data K (step S5), and the offset correction value ΔA is read from the address (step S6). After the count value of the up / down counter 15 is decreased by this offset correction value ΔA and set to NA−ΔA (step S7), a predetermined countdown time T2 is read from the nonvolatile memory 17 and set (step S8). The first oscillation circuit 5 is oscillated.
[0062]
When the preparation time t2 elapses, the selector 13 is switched (step S9), thereby sending the pulse CK1 of the first oscillation circuit 5 to the up / down counter 15, and counting in synchronization with the pulse CK1 for a predetermined down count time T2. The count value is sequentially down-counted from the value NA−ΔA (step S10).
[0063]
Thus, the count value after the elapse of the downcount time T2 becomes the output value from the output circuit 4. In order to output the number of pulse trains Pout corresponding to the output value, the selector 13 is switched after the preparation time t3 (step S11), the clock pulse CK3 is sent from the selector 13 to the correction circuit 18, and the clock pulse CK3 is further sent from the output circuit 4. Can be output (step S12). When the count value of the up / down counter 15 becomes “0”, the output from the selector 13 is cut off so that the clock pulse CK3 is not output, and the pressure sensor 2 is stopped (step S13).
[0064]
In this embodiment, the offset correction is performed immediately before the down count time T2. However, the offset correction may be performed before the down count time T3 after the down count time T2 has elapsed.
[0065]
According to this embodiment, the output error due to the temperature change can be corrected by a simple method as described above, and the measurement accuracy of the sensor device 1 can be improved.
[0066]
(Second preferred embodiment)
In the first embodiment, the temperature characteristic of the sensor device 1 is corrected by offset correction of the count value of the up / down counter 15, but in the second embodiment described here, span correction is performed in addition to offset correction. It is carried out. Here, the span correction is a time for counting down the pulse CK1 of the first oscillation circuit 5 according to the up count value. T2 (Span) is corrected.
[0067]
Although the second embodiment will be described with reference to FIG. 9, the same reference numerals are used for the same components as those used in the first embodiment. Also in the second embodiment, when the count value of the up / down counter 15 is set to the initial set value N0 and the preparation time t1 for reading the reference data K from the nonvolatile memory 17 elapses, the up / down counter 15 makes a constant value. During the up-count time T1, the number of oscillation pulses of the second oscillation circuit 7 is up-counted.
[0068]
The corresponding offset correction value and span correction value are stored in an address (= count up value−reference data K) corresponding to the variable part of the count up value in the nonvolatile memory 17.
[0069]
If the count-up value is determined to be NA, for example, at the preparation time t2, the reference data read from the head address is subtracted from the count-up value NA to calculate NA-K, and offset correction is performed from the address NA-K. The value ΔA and the span correction value δA are read out. Next, the offset correction value ΔA is subtracted from the count value NA of the up / down counter 15 and the span correction value δA is subtracted from the standard countdown time T2, and the downcount time for down-counting the pulse CK1 of the first oscillation circuit 5 is defined as T2-δA. To correct.
[0070]
Thereafter, in the down-corrected time T2-δA with span correction, the count value of the up / down counter 15 is counted down in synchronization with the pulse CK1 output from the first oscillation circuit, starting from the count value NA−ΔA. When the down count time T2-δA has elapsed, the down count is stopped. Here, as shown in FIG. 9, if the detected pressure is the same even if the temperature is different, the up / down counter 15 has the same count value as the offset correction value and the span correction value. The span correction value is a function of the temperature and the corresponding offset correction value when used together with the offset correction.
[0071]
Therefore, during output, the up / down counter 15 is down-counted in synchronization with the third oscillation circuit 10, and the pulse CK3 of the third oscillation circuit 10 is output until the count value of the up / down counter 15 becomes “0”. 4, the pulse CK3 having the number of pulses corresponding to the count value of the up / down counter 15 can be output to the outside. Since this output becomes equal regardless of temperature, the output error due to temperature is corrected.
[0072]
The span correction is conventionally used for the sensitivity correction of the sensor output conversion circuit 3. As shown in FIG. 10, the difference in the number of pulses at the maximum pressure and the minimum pressure when performing span correction, and the difference in the number of pulses at the maximum pressure and at the minimum pressure in the case of no span correction are changed. As the difference in the number of pulses is larger, the sensitivity of the sensor device 1 becomes better. Therefore, it can be seen that the sensitivity of the sensor device 1 can be adjusted by span correction. In the present invention, such span correction is used to correct an output error due to temperature characteristics.
[0073]
Here, offset correction and span correction are used together, but only span correction may be used. However, in actual use, a combination of offset correction and span correction is preferable.
[0074]
(Third preferred embodiment)
In the third embodiment of the present invention described below, the output is corrected so as to be linear. In general, the pressure detected by the pressure sensor 2 and the output output from the output circuit 4 may deviate from the linear shape as shown by the solid line in FIG. . In this embodiment, in such a case, the output is corrected so as to be linear with respect to the detected amount as indicated by a broken line in FIG. 12 by offset correction. Hereinafter, the linearity correction method according to this embodiment will be described with reference to FIG.
[0075]
As shown in FIG. 11, when the count value of the up / down counter 15 is set to the initial set value N0 and the preparation time t1 for reading the reference data K from the nonvolatile memory 17 elapses, the up / down counter 15 causes the constant down During the count time T5, the number of oscillation pulses of the first oscillation circuit 5 is counted down. Since the downcount value NA and the like are pressure detection values before correction, they correspond to the output before correction (nonlinear) in FIG.
[0076]
In the non-volatile memory 17, a fixed part (reference data K) of the countdown value NA and the correction amount are stored, and the reference data K which is a fixed part of the countdown value NA is stored at the head address, and the countdown Corresponding offset correction values are stored using the variation NA-K of the value NA as an address. This offset correction value represents the amount by which the countdown value deviates from the linear characteristic at the countdown times T5 and T2, and is a correction amount for correcting the output of the output circuit 4 to be on the linear characteristic as shown in FIG. Corresponding.
[0077]
Thus, if the countdown value is, for example, NA, the countdown value NA is started, and the up / down counter 15 is synchronized with the pulse CK2 output from the second oscillation circuit 7 for a predetermined upcount time T1. When the count value is up-counted and the up-count time T1 has elapsed, the up-count is stopped. If the up count amount at this time is M, the count value of the up / down counter 15 is NA + M.
[0078]
At the subsequent preparation time t2, the reference data K read from the head address is subtracted from the previous countdown value NA to calculate NA-K, and the offset correction value ΔA is read from the address NA-K. Next, the offset correction value ΔA is subtracted from the count-up value NA + M of the up / down counter 15 to perform offset correction, and the count value of the up / down counter 15 is changed to NA + M−ΔA.
[0079]
Thereafter, the count value of the up / down counter 15 is down-counted in synchronization with the pulse CK1 output from the first oscillation circuit 5 for a predetermined count-down time T2, and the down-count is stopped when the down-count time T2 elapses. To do.
[0080]
The count value of the up / down counter 15 at this time is corrected so as to maintain linearity, and is output as a linear output signal indicating the detected pressure, and is synchronized with the third oscillation circuit 10. By counting down the counter 15 and outputting the pulse CK3 of the third oscillation circuit 10 to the outside through the output circuit 4 until the count value of the up / down counter 15 becomes “0”, only the count value of the up / down counter 15 is obtained. The number of pulses CK3 can be output to the outside.
[0081]
If linearity correction is performed in this manner, the arithmetic circuit 16 or the like does not need to perform multiplication or division for linearity correction, and only the subtraction of the reference data K is required, so that the arithmetic circuit scale becomes large. There is nothing. Further, the correction value only needs to be stored at each address corresponding to the count value, and the memory capacity can be reduced as compared with the table-type correction method.
[0082]
Although explanation is omitted, in the linearity correction, span correction may be adopted instead of offset correction, or offset correction and span correction may be used in combination.
[0083]
In this embodiment, the second oscillation circuit 7 for generating the pulse CK2 and the time T1 for counting the pulse CK2 may be omitted. In that case, in the process of counting the pulse CK1 of the first oscillation circuit 5 (time T5 and T2), the up / down counter 15 may count up. However, if the second oscillation circuit 7 is used to oscillate the second oscillation circuit 7 at the count time T1 so that T1 = T5 + T2, temperature correction and the like can be performed by the same principle as in the conventional example. Further, linearity correction and correction for changes in environmental elements such as temperature and humidity may be included in the offset correction value and span correction value at the same time.
[0084]
(Other embodiments)
In the above embodiment, the capacitive pressure sensor has been described as the detection unit. However, a resistance value detection type sensor using a piezoresistor or the like may be used, or an inductance detection type sensor may be used. Further, the correction target is not limited to the temperature characteristic, but may be a humidity characteristic or the like.
[0085]
The present invention relates to a sensor output device that converts a detected amount into a predetermined output format such as a pulse based on an element constant of a sensor that changes corresponding to the detected amount, and for example, for pressure detection It can be applied to a sensor device (pressure sensor), a sensor device using a sensor element (acceleration sensor) for detecting acceleration (vibration) and inclination.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a pressure detection process in a conventional pressure sensor.
FIG. 2 is a diagram illustrating a problem in the pressure sensor same as above.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a sensor device for pressure detection according to a first preferred embodiment of the present invention.
4A is an exploded perspective view of a pressure sensor used in the above sensor device, and FIG. 4B is a cross-sectional view thereof.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a memory storing offset correction values.
6 is a time chart for explaining the operation of the sensor device shown in FIG. 3;
7 is a flowchart for explaining the operation of the sensor device shown in FIG. 3; FIG.
FIG. 8 is a diagram for explaining an operation principle of the sensor device shown in FIG. 3;
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of a sensor device according to a second preferred embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating the significance of span correction.
FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of a sensor device according to a third preferred embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing linearity and non-linearity between the pressure that is the detected amount and the sensor output.

Claims

A first oscillation circuit in which an oscillation frequency is changed by a change in an element constant of a detection unit that changes in accordance with a change in a detected amount and an element other than the detected amount;
A second oscillation circuit whose oscillation frequency changes in accordance with a change in an element other than the detected amount regardless of a change in the detected amount;
Means for outputting a detection amount detection signal based on the oscillation frequency of the first oscillation circuit;
Means for correcting a change in the detection signal due to a change in an element other than the detected amount based on a change in the oscillation frequency of the second oscillation circuit;
Means for counting pulses output from the second oscillation circuit;
Storage means storing correction values used in the correction means,
A pulse output from the second oscillation circuit within a predetermined time is counted by the counting means, a correction value is read from an address corresponding to the count value of the storage means, and a detection signal corrected by the correction value Is output from the output means.

An oscillation circuit in which the oscillation frequency changes due to a change in the element constant of the detection unit that changes with a change in the detected amount;
Means for outputting a detection amount detection signal based on the oscillation frequency of the oscillation circuit;
Means for counting pulses output from the oscillation circuit;
Storage means for storing a correction value for correcting the detection signal output from the output means to be linear with respect to the detected amount;
The pulse output from the oscillation circuit is counted by the counting means, the correction value is read from the address corresponding to the count value of the storage means, and the detection signal corrected by the correction value is output from the output means. A sensor output conversion device.

The sensor according to claim 1 or 2, wherein the storage means stores a corresponding correction value at an address obtained by adding or subtracting a constant value to the count value counted by the counting means. Output converter.