JP3966186B2 - 電気量検出センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気量検出センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電路を流れる電流を検出して、この電流値に対応した電圧信号を出力する電気量検出センサが提供されており、これらの電気量検出センサには、電圧信号の検出精度（ゲイン、オフセット）、及び温度特性（ゲイン温度係数、オフセット温度係数）の仕様が各々規定されている。
【０００３】
また、温度特性の変動を低減させて、温度特性の悪化を防止するために、電路に直列接続した検出抵抗の両端をトランスの１次巻線の両端にスイッチを介して接続し、このスイッチを所定周波数でオン・オフすることでトランスの２次巻線にピーク値が検出抵抗の両端電圧に比例した交流の電圧信号を発生させ、この交流の電圧信号を同期検波し、復調することで、検出抵抗の両端電圧に比例した直流の電圧信号を出力する電気量検出センサも提供されている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１９６０２０号公報（３頁左欄第４１行〜右欄第５行、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の電気量検出センサでは、出力信号の検出精度（ゲイン、オフセット）、及び温度特性（ゲイン温度係数、オフセット温度係数）の仕様が互いに異なるセンサを使用する場合は、所望する各検出精度、温度特性に各々適合した複数種の電気量検出センサを使用するか、あるいは所望する複数の仕様を満足する電気量検出センサを使用するしかなく、設備担当設計者等のセンサ使用者は、各仕様毎に多品種のセンサを用意するか、あるいは高価格のセンサを用意する必要があった。
【０００６】
また、設備等の設計仕様を決める際に要求されていた電気量検出センサの検出精度、温度特性が実設備で要求される仕様を満足しない場合は、新たに別のセンサを購入しなければならなかった。
【０００７】
さらに、設備設置後に電気量検出センサの検出精度、温度特性を変更する必要が発生した場合、既に設置しているセンサを取り外して、新たな仕様を満足した別のセンサに交換しなければならなかった。
【０００８】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、任意の検出精度、温度特性に変更できる電気量検出センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電路を流れる電流値に対応した電圧信号を出力する電気量検出手段と、前記電圧信号の検出精度及び温度特性の各データを格納するデータ格納部と、前記電圧信号の検出精度及び温度特性を前記データ格納部に格納された前記各データに基づいて設定する特性設定手段と、前記データ格納部の各データを外部より変更する特性変更手段と、外部とデータの授受を行うための外部インターフェース部と、外部から前記外部インターフェース部を介して受け取った前記検出精度及び温度特性の各データを記憶するデータ記憶部と、本センサの動作を制御するＣＰＵとを備え、前記ＣＰＵは電源投入時または書換え指示信号を受け取った時、前記データ記憶部の各データを前記データ格納部に転送し、前記特性設定手段は前記転送された各データに基づいて前記検出精度及び温度特性を設定し、前記特性設定手段が前記検出精度及び温度特性を設定した後、前記ＣＰＵは、センサを使用した温度範囲の中の、１つ以上の所定温度における前記電圧信号の温度特性を取り込み、取り込んだ温度特性に基づいて前記データ格納部に格納している前記温度特性のデータを最適なデータに変更することを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、電路を流れる電流値に対応した電圧信号を出力する電気量検出手段と、前記電圧信号の検出精度及び温度特性の各データを格納するデータ格納部と、前記電 圧信号の検出精度及び温度特性を前記データ格納部に格納された前記各データに基づいて設定する特性設定手段と、前記データ格納部の各データを外部より変更する特性変更手段と、外部とデータの授受を行うための外部インターフェース部と、外部から前記外部インターフェース部を介して受け取った前記検出精度及び温度特性の各データを記憶するデータ記憶部と、本センサの動作を制御するＣＰＵとを備え、前記ＣＰＵは電源投入時または書換え指示信号を受け取った時、前記データ記憶部の各データを前記データ格納部に転送し、前記特性設定手段は前記転送された各データに基づいて前記検出精度及び温度特性を設定し、前記特性設定手段が前記検出精度及び温度特性を設定した後、前記ＣＰＵは、センサを使用した温度範囲の中の中間温度における温度特性と、センサを使用した温度範囲の中の最低温度における温度特性と、センサを使用した温度範囲の中の最高温度における温度特性とを取り込み、最低温度、中間温度、最高温度における各温度特性から現在の温度特性を学習し、前記データ格納部に格納している前記温度特性のデータを最適なデータに変更することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記電気量検出手段は、所定周波数のクロック信号を入力されて所定周波数の発振信号を発生する発振回路と、発振信号に応じて所定周波数で点滅する発光素子と、発光素子に光学的に結合され発光素子が発光すると導通するスイッチ素子と、電路を流れる直流の電気信号が入力される入力端子間にスイッチ素子を介して一次巻線が接続されたトランスと、トランスの二次巻線に発生する交流の電気信号を前記クロック信号を基準として同期検波することにより、前記直流の電気信号の振幅に応じた直流の電圧信号を発生する同期検波回路とを備えることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
（参考例１）
本参考例の電気量検出センサ１は、図１に示すように、回路部２と、メモリ部３ａとから構成される。回路部２は、図２に示すように、所定電圧を電源として、電路２０に直列に接続された検出抵抗４と、所定周波数のクロック信号Ｓ１を発生するクロック発生回路５と、クロック信号Ｓ１に同期して発振信号Ｓ２を発生する発振回路６と、発振信号Ｓ２をベースに入力されるトランジスタ７と、アノードに抵抗８を介して一定電圧が印加されるとともに、カソードがトランジスタ７のコレクタに接続された発光ダイオード（発光素子）９ａ、及び発光ダイオード９ａと光学的に結合されるとともに電気的に絶縁されたフォトトランジスタ（スイッチ素子）９ｂからなるフォトモスリレーのような光伝送素子９と、検出抵抗４の両端間にフォトトランジスタ９ｂを介して一次巻線１０ａが接続されたトランス１０と、トランス１０の二次巻線１０ｂが発生する電圧信号Ｓ３を、基準となるクロック発生回路５のクロック信号Ｓ１により同期検波する同期検波回路１１と、同期検波回路１１の出力信号から不要な信号成分を除去するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２と、ローパスフィルタ１２が出力する電圧信号Ｓ４のオフセット及びオフセット温度係数を設定するオフセット可変回路１３と、オフセット可変回路１３の出力信号のゲイン及びゲイン温度係数を設定するゲイン可変回路１４と、ゲイン可変回路１４が出力する電圧信号を電路２０を流れる電気量の検出信号Ｓ５として出力する増幅器１５と、クロック発生回路５、発振回路６、ローパスフィルタ１２、オフセット可変回路１３、ゲイン可変回路１４の各動作を設定するデータを格納する内部レジスタ１６と、メモリ部３ａと内部レジスタ１６との間のデータ授受を行うためのインターフェース部１７とから構成される。
【００１４】
メモリ部３ａは、図１に示すように、外部機器との間でデータの授受を行うための外部インターフェース部２０と、外部インターフェース部２０を介して受け取ったセンサの検出精度（ゲイン、オフセット）及び温度特性（ゲイン温度係数、オフセット温度係数）の各データを記憶する不揮発性のメモリ２１と、メモリ２１のデータの入出力を制御するメモリ制御部２２とから構成される。
【００１５】
次にこの電気量検出センサ１の動作を説明する。発振回路５は所定周波数のクロック信号Ｓ１を発生し、このクロック信号Ｓ１に同期した発振信号Ｓ２によってオン・オフを繰り返すトランジスタ７を介して光伝送素子９の発光ダイオード９ａに断続的に電流が流れて発光ダイオード９ａが点滅し、フォトトランジスタ９ｂが所定周波数でオン・オフする。ここで、電路２０に直流の被検出電流Ｉが流れると、検出抵抗４の両端間には被検出電流Ｉの電流値に比例した電圧が発生し、この電圧をフォトトランジスタ９ｂでスイッチングすることによって、トランス１０の一次巻線１０ａに交流電流が流れ、二次巻線１０ｂにピーク値が検出抵抗４の両端電圧に比例した交流の電圧信号Ｓ３が発生する。そして、同期検波回路１１がこの電圧信号Ｓ３をクロック信号Ｓ１を基準として同期検波して、復調し、ローパスフィルタ１２が不要な信号成分を除去することによって、検出抵抗４の両端電圧に比例した直流の電圧信号Ｓ４を出力する。
【００１６】
そしてオフセット可変回路１３は、内部レジスタ１６に格納されているオフセット及びオフセット温度係数のデータに基づいてローパスフィルタ１２が出力する電圧信号Ｓ４のオフセット及びオフセット温度係数を設定し、さらにゲイン可変回路１４は、内部レジスタ１６に格納されているゲイン及びゲイン温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のゲイン及びゲイン温度係数を設定して、増幅器１５を介して検出信号Ｓ５として出力する。
【００１７】
ここで本参考例においては、内部レジスタ１６に格納されている検出精度（ゲイン、オフセット）、及び温度特性（ゲイン温度係数、オフセット温度係数）の各データを外部から変更可能であり、以下、そのデータ変更について説明する。
【００１８】
まずメモリ部３ａの不揮発性のメモリ２１に外部機器から外部インターフェース部２０、メモリ制御部２２を介して検出精度及び温度特性の各変更データを記憶させる。そして、次回のセンサ電源投入時に、メモリ２１に記憶された各変更データをメモリ制御部２２がインターフェース部１７を介して内部レジスタ１６に転送、格納する。以後オフセット可変回路１３は、変更されたオフセット及びオフセット温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のオフセット及びオフセット温度係数を設定し、さらにゲイン可変回路１４も、変更されたゲイン及びゲイン温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のゲイン及びゲイン温度係数を設定して、増幅器１５からは変更された検出精度及び温度特性を有する検出信号Ｓ５が出力される。
【００１９】
このように本参考例の電流センサ１は、仕様の異なるセンサに交換したり、メモリ２１を交換することなく、任意の検出精度、温度特性に柔軟、簡易、且つ低コストに変更できるものである。
【００２０】
また、回路部２では、光伝送素子９及びトランス１０を用いて、電路２０側と検出回路側とを電気的に絶縁しているので、電路２０側に与える影響を小さくでき、微少電流の計測を行う場合でも電路２０に流れる被検出電流Ｉを正確に検出することができる。また、検出抵抗４の両端電圧をクロック発生回路５のクロック信号Ｓ１でスイッチングすることによって交流信号に変換し、トランス１０を介して入力された電圧信号Ｓ３をクロック信号Ｓ１を基準として同期検波することにより、直流の電圧信号Ｓ４に復元しているので、ホール素子を用いた電流センサのように電流センサの性能がホール素子のみの性能に大きく依存することはなく、ホール素子のばらつきや温度特性によってセンサ自体の性能がばらついたり、温度特性が悪化するのを防止できる。
【００２１】
（実施形態１）
本実施形態の電気量検出センサ１は、図３に示すように、回路部２と、ＣＰＵ部３ｂとから構成される。ここで回路部２は、参考例１と同様に図２で示されるので説明は省略する。
【００２２】
ＣＰＵ部３ｂは、図３に示すように、外部機器との間でデータの授受を行うための外部インターフェース部２０と、外部インターフェース部２０を介して受け取ったセンサの検出精度（ゲイン、オフセット）及び温度特性（ゲイン温度係数、オフセット温度係数）の各データ、及び本センサの動作を実行するためのソフトウェアを記憶する不揮発性のメモリ２１と、メモリ２１のデータの入出力を制御すると共に電気量検出センサ１の動作を制御するＣＰＵ２３とから構成される。
【００２３】
本実施形態においては、内部レジスタ１６に格納されている検出精度（ゲイン、オフセット）、及び温度特性（ゲイン温度係数、オフセット温度係数）の各データを外部から変更する検出精度／温度特性書換モードと、最適な温度特性を自動的に学習し、その最適な温度特性にオートチューニングする学習機能モードとを備えており、その各動作はメモリ２１に保存されているソフトウェアをＣＰＵ２３で実行することで実現される。
【００２４】
以下本実施形態の電気量検出センサ１のモード動作について図４のフローチャートを用いて説明する。まず電気量検出センサ１が動作を開始すると（ステップＳ１）、学習機能モードか否かを判別し（ステップＳ２）、学習機能モードでなければ検出精度／温度特性書換モードであるか否かを判別する（ステップＳ１１）。検出精度／温度特性書換モードであれば、以下の検出精度及び温度特性の書換動作を行う（ステップＳ１２）。
【００２５】
検出精度／温度特性書換モードでは、まずＣＰＵ部３ｂの不揮発性のメモリ２１に外部機器から外部インターフェース部２０、ＣＰＵ２３を介して検出精度及び温度特性の各変更データを記憶させる。そして、次回のセンサ電源投入時、またはＣＰＵ２３が外部機器から外部インターフェース部２０を介して書換え指示信号を受け取った時に、メモリ２１に記憶された各変更データをＣＰＵ２３がインターフェース部１７を介して内部レジスタ１６に転送、格納する。以後オフセット可変回路１３は、変更されたオフセット及びオフセット温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のオフセット及びオフセット温度係数を設定し、さらにゲイン可変回路１４も、変更されたゲイン及びゲイン温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のゲイン及びゲイン温度係数を設定して、増幅器１５からは変更された検出精度及び温度特性を有する検出信号Ｓ５が出力される。
【００２６】
ステップＳ１１において検出精度／温度特性書換モードでなければステップＳ２に戻る。
【００２７】
またステップＳ２において学習機能モードであれば、ＣＰＵ２３はセンサを使用した温度範囲の中で中間温度における温度特性データの取り込みを開始し（ステップＳ３）、データの取り込みが完了すれば（ステップＳ４）、次にＣＰＵ２３はセンサを使用した温度範囲の中で最低温度における温度特性データの取り込みを開始し（ステップＳ５）、データの取り込みが完了すれば（ステップＳ６）、次にＣＰＵ２３はセンサを使用した温度範囲の中で最高温度における温度特性データの取り込みを開始し（ステップＳ７）、データの取り込みが完了すると（ステップＳ８）、ＣＰＵ２３は取り込んだ最低温度、中間温度、最高温度における各温度特性データから現在の温度特性を学習し、その学習結果からオフセット可変回路１３が設定するオフセット温度係数、及びゲイン可変回路１４が設定するゲイン温度係数の最適な値を計算する（ステップＳ９）。そして、ＣＰＵ２３は最適な温度係数データをインターフェース部１７を介して内部レジスタ１６に転送、格納する（ステップＳ１０）。以後オフセット可変回路１３は、最適なオフセット温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のオフセット温度係数を設定し、さらにゲイン可変回路１４も、最適なゲイン温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のゲイン温度係数を設定する。
【００２８】
このように本実施形態の電流センサ１は、仕様の異なるセンサに交換したり、メモリ２１を交換することなく、任意のタイミングで任意の検出精度、温度特性に柔軟、簡易、且つ低コストに変更できると共に、検出精度／温度特性書換モードで任意の温度特性に変更した後、実際の温度特性を計測することなく、学習機能モードで最適な温度特性に補正できるものである。
【００２９】
（実施形態２）
本実施形態の電気量検出センサ１は、図５に示すように、回路部２と、外部書換え機器接続部３ｃとから構成される。ここで回路部２は、参考例１と同様に図２で示されるので説明は省略する。
【００３０】
回路部２のインターフェース部１７に接続した外部書換え機器接続部３ｃには外部からデータを書換える外部書換え機器５０が接続され、外部書換え機器５０で検出精度及び温度特性の各変更データを作成し、書換え実行を行うと、検出精度及び温度特性の各変更データを外部書換え機器５０から外部書換え機器接続部３ｃ及びインターフェース部１７を介して内部レジスタ１６に転送、格納する。以後オフセット可変回路１３は、変更されたオフセット及びオフセット温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のオフセット及びオフセット温度係数を設定し、さらにゲイン可変回路１４も、変更されたゲイン及びゲイン温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のゲイン及びゲイン温度係数を設定して、増幅器１５からは変更された検出精度及び温度特性を有する検出信号Ｓ５が出力される。
【００３１】
さらに外部書換え機器５０にＣＰＵ等を搭載することで、実施形態１と同様に、外部書換え機器５０で最適な温度特性を自動的に学習し、その最適な温度特性にオートチューニングする学習機能モードで動作することもできる。
【００３２】
このように本実施形態の電流センサ１は、仕様の異なるセンサに交換することなく、任意のタイミングで任意の検出精度、温度特性に柔軟、簡易、且つ低コストに変更できるものである。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の発明は、電路を流れる電流値に対応した電圧信号を出力する電気量検出手段と、前記電圧信号の検出精度及び温度特性の各データを格納するデータ格納部と、前記電圧信号の検出精度及び温度特性を前記データ格納部に格納された前記各データに基づいて設定する特性設定手段と、前記データ格納部の各データを外部より変更する特性変更手段と、外部とデータの授受を行うための外部インターフェース部と、外部から前記外部インターフェース部を介して受け取った前記検出精度及び温度特性の各データを記憶するデータ記憶部と、本センサの動作を制御するＣＰＵとを備え、前記ＣＰＵは電源投入時または書換え指示信号を受け取った時、前記データ記憶部の各データを前記データ格納部に転送し、前記特性設定手段は前記転送された各データに基づいて前記検出精度及び温度特性を設定し、前記特性設定手段が前記検出精度及び温度特性を設定した後、前記ＣＰＵは、センサを使用した温度範囲の中の、１つ以上の所定温度における前記電圧信号の温度特性を取り込み、取り込んだ温度特性に基づいて前記データ格納部に格納している前記温度特性のデータを最適なデータに変更するので、任意の検出精度、温度特性に変更できるという効果がある。すなわち、仕様が互いに異なるセンサを、所望する各検出精度、温度特性に各々適合した同種のセンサで構成でき、また設備等の設計仕様を決める際に要求されていた検出精度、温度特性が実設備で要求される仕様を満足しない場合、及び設備設置後に検出精度、温度特性を変更する必要が発生した場合には、既設のセンサを交換したり、データ記憶部を交換することなく、任意のタイミングで任意の検出精度、温度特性に変更できて、センサの仕様変更を柔軟、簡易、且つ低コストに行うことができる。
【００３４】
請求項２の発明は、電路を流れる電流値に対応した電圧信号を出力する電気量検出手段と、前記電圧信号の検出精度及び温度特性の各データを格納するデータ格納部と、前記電圧信号の検出精度及び温度特性を前記データ格納部に格納された前記各データに基づいて設定する特性設定手段と、前記データ格納部の各データを外部より変更する特性変更手段と、外部とデータの授受を行うための外部インターフェース部と、外部から前記外部インターフェース部を介して受け取った前記検出精度及び温度特性の各データを記憶するデータ記憶部と、本センサの動作を制御するＣＰＵとを備え、前記ＣＰＵは電源投入時または書換え指示信号を受け取った時、前記データ記憶部の各データを前記データ格納部に転送し、前記特性設定手段は前記転送された各データに基づいて前記検出精度及び温度特性を設定し、前記特性設定手段が前記検出精度及び温度特性を設定した後、前記ＣＰＵは、センサを使用した温度範囲の中の中間温度における温度特性と、センサを使用した温度範囲の中の最低温度における温度特性と、センサを使用した温度範囲の中の最高温度における温度特性とを取り込み、最低温度、中間温度、最高温度における各温度特性から現在の温度特性を学習し、前記データ格納部に格納している前記温度特性のデータを最適なデータに変更するので、任意の検出精度、温度特性に変更できるという効果がある。すなわち、仕様が互いに異なるセンサを、所望する各検出精度、温度特性に各々適合した同種のセンサで構成でき、また設備等の設計仕様を決める際に要求されていた検出精度、温度特性が実設備で要求される仕様を満足しない場合、及び設備設置後に検出精度、温度特性を変更する必要が発生した場合には、既設のセンサを交換したり、データ記憶部を交換することなく、任意のタイミングで任意の検出精度、温度特性に変更できて、センサの仕様変更を柔軟、簡易、且つ低コストに行うことができる。
【００３５】
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記電気量検出手段は、所定周波数のクロック信号を入力されて所定周波数の発振信号を発生する発振回路と、発振信号に応じて所定周波数で点滅する発光素子と、発光素子に光学的に結合され発光素子が発光すると導通するスイッチ素子と、電路を流れる直流の電気信号が入力される入力端子間にスイッチ素子を介して一次巻線が接続されたトランスと、トランスの二次巻線に発生する交流の電気信号を前記クロック信号を基準として同期検波することにより、前記直流の電気信号の振幅に応じた直流の電圧信号を発生する同期検波回路とを備えるので、直流の電気信号の振幅に応じた直流の電気信号を得ることができ、ホール素子を用いる電流センサのように検出性能がホール素子のみの性能によらず、１構成部品の性能によって製品間の性能のばらつきや温度特性が大きく影響を受けることがないという効果がある。さらに、被検出側の回路と検出側の回路とは光学的に結合された発光素子と、トランスとにより電気的に絶縁されているので、被検出側の回路に与える影響を小さくできるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例１の電気量検出センサの構成を示す図である。
【図２】 同上の回路部の構成を示す図である。
【図３】 本発明の実施形態１の電気量検出センサの構成を示す図である。
【図４】 同上の動作フローチャートある。
【図５】 本発明の実施形態２の電気量検出センサの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 電気量検出センサ
２ 回路部
３ａ メモリ部
２０ 外部インターフェース部
２１ メモリ
２２ メモリ制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気量検出センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電路を流れる電流を検出して、この電流値に対応した電圧信号を出力する電気量検出センサが提供されており、これらの電気量検出センサには、電圧信号の検出精度（ゲイン、オフセット）、及び温度特性（ゲイン温度係数、オフセット温度係数）の仕様が各々規定されている。
【０００３】
また、温度特性の変動を低減させて、温度特性の悪化を防止するために、電路に直列接続した検出抵抗の両端をトランスの１次巻線の両端にスイッチを介して接続し、このスイッチを所定周波数でオン・オフすることでトランスの２次巻線にピーク値が検出抵抗の両端電圧に比例した交流の電圧信号を発生させ、この交流の電圧信号を同期検波し、復調することで、検出抵抗の両端電圧に比例した直流の電圧信号を出力する電気量検出センサも提供されている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１９６０２０号公報（３頁左欄第４１行〜右欄第５行、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の電気量検出センサでは、出力信号の検出精度（ゲイン、オフセット）、及び温度特性（ゲイン温度係数、オフセット温度係数）の仕様が互いに異なるセンサを使用する場合は、所望する各検出精度、温度特性に各々適合した複数種の電気量検出センサを使用するか、あるいは所望する複数の仕様を満足する電気量検出センサを使用するしかなく、設備担当設計者等のセンサ使用者は、各仕様毎に多品種のセンサを用意するか、あるいは高価格のセンサを用意する必要があった。
【０００６】
また、設備等の設計仕様を決める際に要求されていた電気量検出センサの検出精度、温度特性が実設備で要求される仕様を満足しない場合は、新たに別のセンサを購入しなければならなかった。
【０００７】
さらに、設備設置後に電気量検出センサの検出精度、温度特性を変更する必要が発生した場合、既に設置しているセンサを取り外して、新たな仕様を満足した別のセンサに交換しなければならなかった。
【０００８】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、任意の検出精度、温度特性に変更できる電気量検出センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電路を流れる電流値に対応した電圧信号を出力する電気量検出手段と、前記電圧信号の検出精度及び温度特性の各データを格納するデータ格納部と、前記電圧信号の検出精度及び温度特性を前記データ格納部に格納された前記各データに基づいて設定する特性設定手段と、前記データ格納部の各データを外部より変更する特性変更手段と、外部とデータの授受を行うための外部インターフェース部と、外部から前記外部インターフェース部を介して受け取った前記検出精度及び温度特性の各データを記憶するデータ記憶部と、本センサの動作を制御するＣＰＵとを備え、前記ＣＰＵは電源投入時または書換え指示信号を受け取った時、前記データ記憶部の各データを前記データ格納部に転送し、前記特性設定手段は前記転送された各データに基づいて前記検出精度及び温度特性を設定し、前記特性設定手段が前記検出精度及び温度特性を設定した後、前記ＣＰＵは、センサを使用した温度範囲の中の、１つ以上の所定温度における前記電圧信号の温度特性を取り込み、取り込んだ温度特性に基づいて前記データ格納部に格納している前記温度特性のデータを最適なデータに変更することを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、電路を流れる電流値に対応した電圧信号を出力する電気量検出手段と、前記電圧信号の検出精度及び温度特性の各データを格納するデータ格納部と、前記電 圧信号の検出精度及び温度特性を前記データ格納部に格納された前記各データに基づいて設定する特性設定手段と、前記データ格納部の各データを外部より変更する特性変更手段と、外部とデータの授受を行うための外部インターフェース部と、外部から前記外部インターフェース部を介して受け取った前記検出精度及び温度特性の各データを記憶するデータ記憶部と、本センサの動作を制御するＣＰＵとを備え、前記ＣＰＵは電源投入時または書換え指示信号を受け取った時、前記データ記憶部の各データを前記データ格納部に転送し、前記特性設定手段は前記転送された各データに基づいて前記検出精度及び温度特性を設定し、前記特性設定手段が前記検出精度及び温度特性を設定した後、前記ＣＰＵは、センサを使用した温度範囲の中の中間温度における温度特性と、センサを使用した温度範囲の中の最低温度における温度特性と、センサを使用した温度範囲の中の最高温度における温度特性とを取り込み、最低温度、中間温度、最高温度における各温度特性から現在の温度特性を学習し、前記データ格納部に格納している前記温度特性のデータを最適なデータに変更することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記電気量検出手段は、所定周波数のクロック信号を入力されて所定周波数の発振信号を発生する発振回路と、発振信号に応じて所定周波数で点滅する発光素子と、発光素子に光学的に結合され発光素子が発光すると導通するスイッチ素子と、電路を流れる直流の電気信号が入力される入力端子間にスイッチ素子を介して一次巻線が接続されたトランスと、トランスの二次巻線に発生する交流の電気信号を前記クロック信号を基準として同期検波することにより、前記直流の電気信号の振幅に応じた直流の電圧信号を発生する同期検波回路とを備えることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
（参考例１）
本参考例の電気量検出センサ１は、図１に示すように、回路部２と、メモリ部３ａとから構成される。回路部２は、図２に示すように、所定電圧を電源として、電路２０に直列に接続された検出抵抗４と、所定周波数のクロック信号Ｓ１を発生するクロック発生回路５と、クロック信号Ｓ１に同期して発振信号Ｓ２を発生する発振回路６と、発振信号Ｓ２をベースに入力されるトランジスタ７と、アノードに抵抗８を介して一定電圧が印加されるとともに、カソードがトランジスタ７のコレクタに接続された発光ダイオード（発光素子）９ａ、及び発光ダイオード９ａと光学的に結合されるとともに電気的に絶縁されたフォトトランジスタ（スイッチ素子）９ｂからなるフォトモスリレーのような光伝送素子９と、検出抵抗４の両端間にフォトトランジスタ９ｂを介して一次巻線１０ａが接続されたトランス１０と、トランス１０の二次巻線１０ｂが発生する電圧信号Ｓ３を、基準となるクロック発生回路５のクロック信号Ｓ１により同期検波する同期検波回路１１と、同期検波回路１１の出力信号から不要な信号成分を除去するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２と、ローパスフィルタ１２が出力する電圧信号Ｓ４のオフセット及びオフセット温度係数を設定するオフセット可変回路１３と、オフセット可変回路１３の出力信号のゲイン及びゲイン温度係数を設定するゲイン可変回路１４と、ゲイン可変回路１４が出力する電圧信号を電路２０を流れる電気量の検出信号Ｓ５として出力する増幅器１５と、クロック発生回路５、発振回路６、ローパスフィルタ１２、オフセット可変回路１３、ゲイン可変回路１４の各動作を設定するデータを格納する内部レジスタ１６と、メモリ部３ａと内部レジスタ１６との間のデータ授受を行うためのインターフェース部１７とから構成される。
【００１４】
メモリ部３ａは、図１に示すように、外部機器との間でデータの授受を行うための外部インターフェース部２０と、外部インターフェース部２０を介して受け取ったセンサの検出精度（ゲイン、オフセット）及び温度特性（ゲイン温度係数、オフセット温度係数）の各データを記憶する不揮発性のメモリ２１と、メモリ２１のデータの入出力を制御するメモリ制御部２２とから構成される。
【００１５】
次にこの電気量検出センサ１の動作を説明する。発振回路５は所定周波数のクロック信号Ｓ１を発生し、このクロック信号Ｓ１に同期した発振信号Ｓ２によってオン・オフを繰り返すトランジスタ７を介して光伝送素子９の発光ダイオード９ａに断続的に電流が流れて発光ダイオード９ａが点滅し、フォトトランジスタ９ｂが所定周波数でオン・オフする。ここで、電路２０に直流の被検出電流Ｉが流れると、検出抵抗４の両端間には被検出電流Ｉの電流値に比例した電圧が発生し、この電圧をフォトトランジスタ９ｂでスイッチングすることによって、トランス１０の一次巻線１０ａに交流電流が流れ、二次巻線１０ｂにピーク値が検出抵抗４の両端電圧に比例した交流の電圧信号Ｓ３が発生する。そして、同期検波回路１１がこの電圧信号Ｓ３をクロック信号Ｓ１を基準として同期検波して、復調し、ローパスフィルタ１２が不要な信号成分を除去することによって、検出抵抗４の両端電圧に比例した直流の電圧信号Ｓ４を出力する。
【００１６】
そしてオフセット可変回路１３は、内部レジスタ１６に格納されているオフセット及びオフセット温度係数のデータに基づいてローパスフィルタ１２が出力する電圧信号Ｓ４のオフセット及びオフセット温度係数を設定し、さらにゲイン可変回路１４は、内部レジスタ１６に格納されているゲイン及びゲイン温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のゲイン及びゲイン温度係数を設定して、増幅器１５を介して検出信号Ｓ５として出力する。
【００１７】
ここで本参考例においては、内部レジスタ１６に格納されている検出精度（ゲイン、オフセット）、及び温度特性（ゲイン温度係数、オフセット温度係数）の各データを外部から変更可能であり、以下、そのデータ変更について説明する。
【００１８】
まずメモリ部３ａの不揮発性のメモリ２１に外部機器から外部インターフェース部２０、メモリ制御部２２を介して検出精度及び温度特性の各変更データを記憶させる。そして、次回のセンサ電源投入時に、メモリ２１に記憶された各変更データをメモリ制御部２２がインターフェース部１７を介して内部レジスタ１６に転送、格納する。以後オフセット可変回路１３は、変更されたオフセット及びオフセット温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のオフセット及びオフセット温度係数を設定し、さらにゲイン可変回路１４も、変更されたゲイン及びゲイン温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のゲイン及びゲイン温度係数を設定して、増幅器１５からは変更された検出精度及び温度特性を有する検出信号Ｓ５が出力される。
【００１９】
このように本参考例の電流センサ１は、仕様の異なるセンサに交換したり、メモリ２１を交換することなく、任意の検出精度、温度特性に柔軟、簡易、且つ低コストに変更できるものである。
【００２０】
また、回路部２では、光伝送素子９及びトランス１０を用いて、電路２０側と検出回路側とを電気的に絶縁しているので、電路２０側に与える影響を小さくでき、微少電流の計測を行う場合でも電路２０に流れる被検出電流Ｉを正確に検出することができる。また、検出抵抗４の両端電圧をクロック発生回路５のクロック信号Ｓ１でスイッチングすることによって交流信号に変換し、トランス１０を介して入力された電圧信号Ｓ３をクロック信号Ｓ１を基準として同期検波することにより、直流の電圧信号Ｓ４に復元しているので、ホール素子を用いた電流センサのように電流センサの性能がホール素子のみの性能に大きく依存することはなく、ホール素子のばらつきや温度特性によってセンサ自体の性能がばらついたり、温度特性が悪化するのを防止できる。
【００２１】
（実施形態１）
本実施形態の電気量検出センサ１は、図３に示すように、回路部２と、ＣＰＵ部３ｂとから構成される。ここで回路部２は、参考例１と同様に図２で示されるので説明は省略する。
【００２２】
ＣＰＵ部３ｂは、図３に示すように、外部機器との間でデータの授受を行うための外部インターフェース部２０と、外部インターフェース部２０を介して受け取ったセンサの検出精度（ゲイン、オフセット）及び温度特性（ゲイン温度係数、オフセット温度係数）の各データ、及び本センサの動作を実行するためのソフトウェアを記憶する不揮発性のメモリ２１と、メモリ２１のデータの入出力を制御すると共に電気量検出センサ１の動作を制御するＣＰＵ２３とから構成される。
【００２３】
本実施形態においては、内部レジスタ１６に格納されている検出精度（ゲイン、オフセット）、及び温度特性（ゲイン温度係数、オフセット温度係数）の各データを外部から変更する検出精度／温度特性書換モードと、最適な温度特性を自動的に学習し、その最適な温度特性にオートチューニングする学習機能モードとを備えており、その各動作はメモリ２１に保存されているソフトウェアをＣＰＵ２３で実行することで実現される。
【００２４】
以下本実施形態の電気量検出センサ１のモード動作について図４のフローチャートを用いて説明する。まず電気量検出センサ１が動作を開始すると（ステップＳ１）、学習機能モードか否かを判別し（ステップＳ２）、学習機能モードでなければ検出精度／温度特性書換モードであるか否かを判別する（ステップＳ１１）。検出精度／温度特性書換モードであれば、以下の検出精度及び温度特性の書換動作を行う（ステップＳ１２）。
【００２５】
検出精度／温度特性書換モードでは、まずＣＰＵ部３ｂの不揮発性のメモリ２１に外部機器から外部インターフェース部２０、ＣＰＵ２３を介して検出精度及び温度特性の各変更データを記憶させる。そして、次回のセンサ電源投入時、またはＣＰＵ２３が外部機器から外部インターフェース部２０を介して書換え指示信号を受け取った時に、メモリ２１に記憶された各変更データをＣＰＵ２３がインターフェース部１７を介して内部レジスタ１６に転送、格納する。以後オフセット可変回路１３は、変更されたオフセット及びオフセット温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のオフセット及びオフセット温度係数を設定し、さらにゲイン可変回路１４も、変更されたゲイン及びゲイン温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のゲイン及びゲイン温度係数を設定して、増幅器１５からは変更された検出精度及び温度特性を有する検出信号Ｓ５が出力される。
【００２６】
ステップＳ１１において検出精度／温度特性書換モードでなければステップＳ２に戻る。
【００２７】
またステップＳ２において学習機能モードであれば、ＣＰＵ２３はセンサを使用した温度範囲の中で中間温度における温度特性データの取り込みを開始し（ステップＳ３）、データの取り込みが完了すれば（ステップＳ４）、次にＣＰＵ２３はセンサを使用した温度範囲の中で最低温度における温度特性データの取り込みを開始し（ステップＳ５）、データの取り込みが完了すれば（ステップＳ６）、次にＣＰＵ２３はセンサを使用した温度範囲の中で最高温度における温度特性データの取り込みを開始し（ステップＳ７）、データの取り込みが完了すると（ステップＳ８）、ＣＰＵ２３は取り込んだ最低温度、中間温度、最高温度における各温度特性データから現在の温度特性を学習し、その学習結果からオフセット可変回路１３が設定するオフセット温度係数、及びゲイン可変回路１４が設定するゲイン温度係数の最適な値を計算する（ステップＳ９）。そして、ＣＰＵ２３は最適な温度係数データをインターフェース部１７を介して内部レジスタ１６に転送、格納する（ステップＳ１０）。以後オフセット可変回路１３は、最適なオフセット温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のオフセット温度係数を設定し、さらにゲイン可変回路１４も、最適なゲイン温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のゲイン温度係数を設定する。
【００２８】
このように本実施形態の電流センサ１は、仕様の異なるセンサに交換したり、メモリ２１を交換することなく、任意のタイミングで任意の検出精度、温度特性に柔軟、簡易、且つ低コストに変更できると共に、検出精度／温度特性書換モードで任意の温度特性に変更した後、実際の温度特性を計測することなく、学習機能モードで最適な温度特性に補正できるものである。
【００２９】
（実施形態２）
本実施形態の電気量検出センサ１は、図５に示すように、回路部２と、外部書換え機器接続部３ｃとから構成される。ここで回路部２は、参考例１と同様に図２で示されるので説明は省略する。
【００３０】
回路部２のインターフェース部１７に接続した外部書換え機器接続部３ｃには外部からデータを書換える外部書換え機器５０が接続され、外部書換え機器５０で検出精度及び温度特性の各変更データを作成し、書換え実行を行うと、検出精度及び温度特性の各変更データを外部書換え機器５０から外部書換え機器接続部３ｃ及びインターフェース部１７を介して内部レジスタ１６に転送、格納する。以後オフセット可変回路１３は、変更されたオフセット及びオフセット温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のオフセット及びオフセット温度係数を設定し、さらにゲイン可変回路１４も、変更されたゲイン及びゲイン温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のゲイン及びゲイン温度係数を設定して、増幅器１５からは変更された検出精度及び温度特性を有する検出信号Ｓ５が出力される。
【００３１】
さらに外部書換え機器５０にＣＰＵ等を搭載することで、実施形態１と同様に、外部書換え機器５０で最適な温度特性を自動的に学習し、その最適な温度特性にオートチューニングする学習機能モードで動作することもできる。
【００３２】
このように本実施形態の電流センサ１は、仕様の異なるセンサに交換することなく、任意のタイミングで任意の検出精度、温度特性に柔軟、簡易、且つ低コストに変更できるものである。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の発明は、電路を流れる電流値に対応した電圧信号を出力する電気量検出手段と、前記電圧信号の検出精度及び温度特性の各データを格納するデータ格納部と、前記電圧信号の検出精度及び温度特性を前記データ格納部に格納された前記各データに基づいて設定する特性設定手段と、前記データ格納部の各データを外部より変更する特性変更手段と、外部とデータの授受を行うための外部インターフェース部と、外部から前記外部インターフェース部を介して受け取った前記検出精度及び温度特性の各データを記憶するデータ記憶部と、本センサの動作を制御するＣＰＵとを備え、前記ＣＰＵは電源投入時または書換え指示信号を受け取った時、前記データ記憶部の各データを前記データ格納部に転送し、前記特性設定手段は前記転送された各データに基づいて前記検出精度及び温度特性を設定し、前記特性設定手段が前記検出精度及び温度特性を設定した後、前記ＣＰＵは、センサを使用した温度範囲の中の、１つ以上の所定温度における前記電圧信号の温度特性を取り込み、取り込んだ温度特性に基づいて前記データ格納部に格納している前記温度特性のデータを最適なデータに変更するので、任意の検出精度、温度特性に変更できるという効果がある。すなわち、仕様が互いに異なるセンサを、所望する各検出精度、温度特性に各々適合した同種のセンサで構成でき、また設備等の設計仕様を決める際に要求されていた検出精度、温度特性が実設備で要求される仕様を満足しない場合、及び設備設置後に検出精度、温度特性を変更する必要が発生した場合には、既設のセンサを交換したり、データ記憶部を交換することなく、任意のタイミングで任意の検出精度、温度特性に変更できて、センサの仕様変更を柔軟、簡易、且つ低コストに行うことができる。
【００３４】
請求項２の発明は、電路を流れる電流値に対応した電圧信号を出力する電気量検出手段と、前記電圧信号の検出精度及び温度特性の各データを格納するデータ格納部と、前記電圧信号の検出精度及び温度特性を前記データ格納部に格納された前記各データに基づいて設定する特性設定手段と、前記データ格納部の各データを外部より変更する特性変更手段と、外部とデータの授受を行うための外部インターフェース部と、外部から前記外部インターフェース部を介して受け取った前記検出精度及び温度特性の各データを記憶するデータ記憶部と、本センサの動作を制御するＣＰＵとを備え、前記ＣＰＵは電源投入時または書換え指示信号を受け取った時、前記データ記憶部の各データを前記データ格納部に転送し、前記特性設定手段は前記転送された各データに基づいて前記検出精度及び温度特性を設定し、前記特性設定手段が前記検出精度及び温度特性を設定した後、前記ＣＰＵは、センサを使用した温度範囲の中の中間温度における温度特性と、センサを使用した温度範囲の中の最低温度における温度特性と、センサを使用した温度範囲の中の最高温度における温度特性とを取り込み、最低温度、中間温度、最高温度における各温度特性から現在の温度特性を学習し、前記データ格納部に格納している前記温度特性のデータを最適なデータに変更するので、任意の検出精度、温度特性に変更できるという効果がある。すなわち、仕様が互いに異なるセンサを、所望する各検出精度、温度特性に各々適合した同種のセンサで構成でき、また設備等の設計仕様を決める際に要求されていた検出精度、温度特性が実設備で要求される仕様を満足しない場合、及び設備設置後に検出精度、温度特性を変更する必要が発生した場合には、既設のセンサを交換したり、データ記憶部を交換することなく、任意のタイミングで任意の検出精度、温度特性に変更できて、センサの仕様変更を柔軟、簡易、且つ低コストに行うことができる。
【００３５】
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記電気量検出手段は、所定周波数のクロック信号を入力されて所定周波数の発振信号を発生する発振回路と、発振信号に応じて所定周波数で点滅する発光素子と、発光素子に光学的に結合され発光素子が発光すると導通するスイッチ素子と、電路を流れる直流の電気信号が入力される入力端子間にスイッチ素子を介して一次巻線が接続されたトランスと、トランスの二次巻線に発生する交流の電気信号を前記クロック信号を基準として同期検波することにより、前記直流の電気信号の振幅に応じた直流の電圧信号を発生する同期検波回路とを備えるので、直流の電気信号の振幅に応じた直流の電気信号を得ることができ、ホール素子を用いる電流センサのように検出性能がホール素子のみの性能によらず、１構成部品の性能によって製品間の性能のばらつきや温度特性が大きく影響を受けることがないという効果がある。さらに、被検出側の回路と検出側の回路とは光学的に結合された発光素子と、トランスとにより電気的に絶縁されているので、被検出側の回路に与える影響を小さくできるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例１の電気量検出センサの構成を示す図である。
【図２】 同上の回路部の構成を示す図である。
【図３】 本発明の実施形態１の電気量検出センサの構成を示す図である。
【図４】 同上の動作フローチャートある。
【図５】 本発明の実施形態２の電気量検出センサの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 電気量検出センサ
２ 回路部
３ａ メモリ部
２０ 外部インターフェース部
２１ メモリ
２２ メモリ制御部
Claims (3)
- 電路を流れる電流値に対応した電圧信号を出力する電気量検出手段と、前記電圧信号の検出精度及び温度特性の各データを格納するデータ格納部と、前記電圧信号の検出精度及び温度特性を前記データ格納部に格納された前記各データに基づいて設定する特性設定手段と、前記データ格納部の各データを外部より変更する特性変更手段と、外部とデータの授受を行うための外部インターフェース部と、外部から前記外部インターフェース部を介して受け取った前記検出精度及び温度特性の各データを記憶するデータ記憶部と、本センサの動作を制御するＣＰＵとを備え、
前記ＣＰＵは電源投入時または書換え指示信号を受け取った時、前記データ記憶部の各データを前記データ格納部に転送し、前記特性設定手段は前記転送された各データに基づいて前記検出精度及び温度特性を設定し、
前記特性設定手段が前記検出精度及び温度特性を設定した後、前記ＣＰＵは、センサを使用した温度範囲の中の、１つ以上の所定温度における前記電圧信号の温度特性を取り込み、取り込んだ温度特性に基づいて前記データ格納部に格納している前記温度特性のデータを最適なデータに変更する
ことを特徴とする電気量検出センサ。 - 電路を流れる電流値に対応した電圧信号を出力する電気量検出手段と、前記電圧信号の検出精度及び温度特性の各データを格納するデータ格納部と、前記電圧信号の検出精度及び温度特性を前記データ格納部に格納された前記各データに基づいて設定する特性設定手段と、前記データ格納部の各データを外部より変更する特性変更手段と、外部とデータの授受を行うための外部インターフェース部と、外部から前記外部インターフェース部を介して受け取った前記検出精度及び温度特性の各データを記憶するデータ記憶部と、本センサの動作を制御するＣＰＵとを備え、
前記ＣＰＵは電源投入時または書換え指示信号を受け取った時、前記データ記憶部の各データを前記データ格納部に転送し、前記特性設定手段は前記転送された各データに基づいて前記検出精度及び温度特性を設定し、
前記特性設定手段が前記検出精度及び温度特性を設定した後、前記ＣＰＵは、センサを使用した温度範囲の中の中間温度における温度特性と、センサを使用した温度範囲の中の最低温度における温度特性と、センサを使用した温度範囲の中の最高温度における温度特性とを取り込み、最低温度、中間温度、最高温度における各温度特性から現在の温度特性を学習し、前記データ格納部に格納している前記温度特性のデータを最適なデータに変更する
ことを特徴とする電気量検出センサ。 - 前記電気量検出手段は、所定周波数のクロック信号を入力されて所定周波数の発振信号を発生する発振回路と、発振信号に応じて所定周波数で点滅する発光素子と、発光素子に光学的に結合され発光素子が発光すると導通するスイッチ素子と、電路を流れる直流の電気信号が入力される入力端子間にスイッチ素子を介して一次巻線が接続されたトランスと、トランスの二次巻線に発生する交流の電気信号を前記クロック信号を基準として同期検波することにより、前記直流の電気信号の振幅に応じた直流の電圧信号を発生する同期検波回路とを備えることを特徴とする請求項１または２記載の電気量検出センサ。
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