JP4508123B2 - Element impedance detector - Google Patents

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Description

本発明は、被検出ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するガス濃度センサ素子の素子インピーダンスを検出する素子インピーダンス検出装置に関する。   The present invention relates to an element impedance detection device that detects an element impedance of a gas concentration sensor element that detects a concentration of a specific gas component in a gas to be detected.

従来より、固体電解質体を備えて形成されるガス濃度センサ素子のインピーダンスを検出する装置として、ガス濃度センサ素子に対して検出用電流を通電したときの電圧変化量に基づき、素子インピーダンスを検出する装置が知られている(特許文献1および特許文献2参照)。   Conventionally, as an apparatus for detecting the impedance of a gas concentration sensor element formed with a solid electrolyte body, the element impedance is detected based on the amount of voltage change when a detection current is applied to the gas concentration sensor element. An apparatus is known (see Patent Document 1 and Patent Document 2).

そして、素子インピーダンスはガス濃度センサ素子の温度に応じて変化する特性を有することから、検出された素子インピーダンスは、ガス濃度センサ素子の温度制御に用いることができる(特許文献3参照)。   And since element impedance has the characteristic which changes according to the temperature of a gas concentration sensor element, the detected element impedance can be used for temperature control of a gas concentration sensor element (refer patent document 3).

なお、素子インピーダンスを検出するための電気信号に対してノイズが重畳されると、素子インピーダンスの検出精度が低下することから、ノイズの影響を低減するためにフィルタ手段を用いることがある。特に、素子インピーダンスを検出する装置を車両に搭載した場合、車両にはノイズ発生源となる電気機器(点火コイル、発電機など)が数多く備えられているため、ノイズの影響を低減した形で素子インピーダンスを検出することは重要となる。   Note that, when noise is superimposed on an electrical signal for detecting element impedance, the detection accuracy of the element impedance is lowered, and therefore, filter means may be used to reduce the influence of noise. In particular, when a device for detecting element impedance is mounted on a vehicle, the vehicle is equipped with many electrical devices (ignition coils, generators, etc.) that are sources of noise. It is important to detect the impedance.

なお、フィルタ手段としては、ノイズと同様の周波数成分を除去するフィルタ回路や、電圧変化量の信号をA/D変換した後の信号についてソフトウェアによるフィルタ処理を行いノイズ成分を除去するフィルタ手段などを挙げることができる。例えば、特許文献1に記載の素子インピーダンス検出装置(素子抵抗検出装置)においては、電圧変化量保持手段(ピークホールド回路31)の後段における信号(ピークホールド回路31から出力された電圧変化量のピーク値信号)に重畳されたノイズの影響は、ローパスフィルタ41によって低減される(図5参照)。
特開2000−081414号公報(請求項1、図5) 特開2000−329730号公報(請求項1) 特開平10−048180号公報(請求項1)
The filter means includes a filter circuit that removes the same frequency component as noise, a filter means that removes the noise component by performing software filtering on the signal after A / D conversion of the voltage change amount signal, and the like. Can be mentioned. For example, in the element impedance detection device (element resistance detection device) described in Patent Document 1, a signal (a peak of a voltage change amount output from the peak hold circuit 31) in a subsequent stage of the voltage change amount holding means (peak hold circuit 31) is used. The influence of noise superimposed on the value signal) is reduced by the low-pass filter 41 (see FIG. 5).
JP 2000-081414 A (Claim 1, FIG. 5) JP 2000-329730 A (Claim 1) JP-A-10-048180 (Claim 1)

しかし、上記従来の素子インピーダンス検出装置のように、電圧変化量保持手段の後段にフィルタを設ける構成においては、電圧変化量のホールド値信号に重畳されるノイズの影響は低減できるものの、電圧変化量のホールド値を検出する前段階の信号に対して重畳されるノイズの影響を低減できないという問題がある。   However, in the configuration in which a filter is provided at the subsequent stage of the voltage change amount holding means as in the conventional element impedance detection device, although the influence of noise superimposed on the hold value signal of the voltage change amount can be reduced, the voltage change amount There is a problem that it is not possible to reduce the influence of noise superimposed on the signal in the previous stage for detecting the hold value of the first.

つまり、ホールド値を検出する前段階の電圧変化量の信号に対してノイズが重畳されると、ノイズの影響により電圧変化量の信号が大きな値に変動してしまい、電圧変化量のホールド値が実際の値よりも大きい値として誤検出される。このようにして電圧変化量のホールド値が誤って検出されると、素子インピーダンスの検出精度が低下する。   In other words, if noise is superimposed on the voltage change amount signal in the previous stage of detecting the hold value, the voltage change signal changes to a large value due to the noise, and the voltage change hold value is It is erroneously detected as a value larger than the actual value. Thus, if the hold value of the voltage change amount is erroneously detected, the detection accuracy of the element impedance is lowered.

そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、電圧変化量のホールド値の誤検出に起因する素子インピーダンスの検出精度の低下を抑制できる素子インピーダンス検出装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide an element impedance detection device capable of suppressing a decrease in detection accuracy of element impedance caused by erroneous detection of a hold value of a voltage change amount. .

かかる目的を達成するためになされた請求項1に記載の発明は、固体電解質体よりなるガス濃度センサ素子の素子インピーダンスを検出する素子インピーダンス検出装置であって、ガス濃度センサ素子に対して素子インピーダンスを検出するための検出用電流を、第1の一定期間にわたり通電する検出用電流通電手段と、検出用電流の通電によるガス濃度センサ素子の両端における電圧変化量を検出する電圧変化量検出手段と、電圧変化量検出手段により検出される電圧変化量を電圧変化量ホールド値として保持する電圧変化量保持手段と、電圧変化量保持手段に保持された電圧変化量ホールド値を出力する信号出力手段と、電圧変化量検出手段から電圧変化量保持手段までの信号経路において、予め定められた保持前境界周波数よりも高い周波数帯域を除去する保持前フィルタ手段と、を備えることを特徴とする素子インピーダンス検出装置である。   The invention according to claim 1, which has been made to achieve the above object, is an element impedance detection device for detecting an element impedance of a gas concentration sensor element made of a solid electrolyte body, wherein the element impedance relative to the gas concentration sensor element is Detection current energizing means for energizing a detection current for detecting the first constant period, and voltage change amount detecting means for detecting a voltage change amount at both ends of the gas concentration sensor element due to energization of the detection current; A voltage change amount holding means for holding the voltage change amount detected by the voltage change amount detecting means as a voltage change amount hold value; and a signal output means for outputting the voltage change amount hold value held in the voltage change amount holding means; The signal path from the voltage change amount detection means to the voltage change amount holding means is higher than a predetermined boundary frequency before holding. And holding before filter means for removing frequency band, an element impedance detection device, characterized in that it comprises a.

この素子インピーダンス検出装置においては、保持前フィルタ手段を備えることにより、保持前フィルタ手段の前段における信号経路で重畳されるノイズ成分(予め定められた保持前境界周波数よりも高い周波数帯域成分)を除去できる。   In this element impedance detection device, the pre-hold filter means is provided to remove noise components (frequency band components higher than a predetermined pre-hold boundary frequency) superimposed on the signal path upstream of the pre-hold filter means. it can.

これにより、電圧変化量保持手段に入力される電圧変化量に対してノイズ成分が重畳されるのを抑制でき、電圧変化量保持手段が検出する電圧変化量のホールド値がノイズに起因して誤検出されるのを抑制できる。
よって、本発明によれば、電圧変化量のホールド値の誤検出を抑制することができ、素子インピーダンスの検出精度の低下を抑制することができる。
As a result, it is possible to suppress the noise component from being superimposed on the voltage change amount input to the voltage change amount holding means, and the hold value of the voltage change amount detected by the voltage change amount holding means is erroneous due to noise. It can suppress being detected.
Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress erroneous detection of the hold value of the voltage change amount, and it is possible to suppress a decrease in detection accuracy of the element impedance.

ここで、電圧変化量保持手段の回路構成は特に限定されないが、その態様としては、電圧変化量検出手段が検出する電圧変化量に応じた電圧値に充電され、その電圧値を電圧変化量ホールド値として保持するための電圧保持コンデンサと、オン状態になることで、電圧変化量検出手段からの出力電圧を電圧保持コンデンサに充電させることを許容する充電許容スイッチング手段と、この充電許容スイッチング手段のオン/オフ状態を切り替え制御するスイッチング制御部とから構成すると良い。比較的簡易な回路構成で、電圧変化量検出手段としての機能を得ることができるからである。   Here, the circuit configuration of the voltage change amount holding unit is not particularly limited. However, as a mode, the voltage change amount detecting unit is charged to a voltage value corresponding to the voltage change amount detected by the voltage change amount detecting unit, and the voltage value is held in the voltage change amount holding unit. A voltage holding capacitor for holding as a value, a charge allowable switching means for allowing the output voltage from the voltage change detection means to charge the voltage holding capacitor by being turned on, and the charge allowable switching means It is good to comprise from the switching control part which controls switching on / off state. This is because the function as the voltage change amount detecting means can be obtained with a relatively simple circuit configuration.

そして、このような回路構成の電圧変化量保持手段において、電圧変化量検出手段からの出力電圧を電圧保持コンデンサに充電し電圧変化量ホールド値として保持するには、例えば、検出用電流の通電開始と同期してあるいは通電開始の直前に充電許容スイッチング手段をオフからオン状態に切り替え、検出用電流が通電される一定期間内のあるタイミングで充電許容スイッチング手段をオフ状態に切り替えることで実現できる。   In the voltage change amount holding means having such a circuit configuration, for example, in order to charge the output voltage from the voltage change amount detecting means to the voltage holding capacitor and hold it as a voltage change amount hold value, for example, start of energization of the detection current The charging permission switching means is switched from the OFF state to the ON state immediately before the start of energization, and the charging permission switching means is switched to the OFF state at a certain timing within a certain period in which the detection current is supplied.

ところで、電圧保持コンデンサに電圧変化量ホールド値が保持された状態で、上述したように充電許容スイッチング手段を検出用電流の通電開始と同期してあるいは通電開始の直前にオフからオン状態に切り替えると、電圧変化量検出手段のもとでの電圧変動が検出用電流の通電開始により実質的に生ずる関係もあって、電圧保持コンデンサに充電された電荷が電圧変化量検出手段側に放電され、電圧変化量ホールド値はほぼ0Vまで下がることになる。そして、電圧保持コンデンサの電圧変化量ホールド値がほぼ0Vとされた状態で、電圧変化量検出手段からの出力電圧が充電されることになる。但し、本発明のように保持前フィルタ手段を備える構成では、電圧変化量検出手段からの出力電圧はなまされて電圧保持コンデンサに充電されるため、電圧変化量検出手段からの出力電圧の変化が特に大きく現れる場合、その電圧変化量が真値(本来取り得る電圧変化量に対応した電圧値)になる(到達する)前に電圧変化量ホールド値としてホールドされる可能性がある。   By the way, when the voltage holding amount holding value is held in the voltage holding capacitor, when the charge allowable switching means is switched from the OFF state to the ON state in synchronization with the start of energization of the detection current or immediately before the energization start as described above. The voltage variation under the voltage change amount detecting means is substantially caused by the start of energization of the detection current, and the charge charged in the voltage holding capacitor is discharged to the voltage change amount detecting means side. The change amount hold value drops to almost 0V. Then, the output voltage from the voltage change detection means is charged in a state where the voltage change hold value of the voltage holding capacitor is substantially 0V. However, in the configuration including the pre-holding filter means as in the present invention, the output voltage from the voltage change detecting means is charged and charged to the voltage holding capacitor, so that the output voltage change from the voltage change detecting means is changed. Is particularly large, the voltage change amount may be held as a voltage change amount hold value before it reaches a true value (a voltage value corresponding to a voltage change amount that can be originally taken).

そこで、上記の素子インピーダンス検出装置であって、電圧変化量保持手段が、電圧変化量検出手段が検出する電圧変化量に応じた電圧値に充電され、その電圧値を電圧変化量ホールド値として保持するための電圧保持コンデンサと、オン状態になることで、電圧変化量検出手段からの出力電圧を電圧保持コンデンサに充電させることを許容する充電許容スイッチング手段と、検出用電流通電手段によりガス濃度センサ素子に通電を開始してから第1の一定時間より短い第2の一定時間の経過後であって、かつ第1の一定時間内の特定期間にわたって、充電許容スイッチング手段をオフからオン状態に切り替え制御するスイッチング制御部と、を備えると良い。   Therefore, in the element impedance detection device described above, the voltage change amount holding means is charged to a voltage value corresponding to the voltage change amount detected by the voltage change amount detection means, and the voltage value is held as a voltage change hold value. A voltage holding capacitor for charging, a charge allowable switching means that allows the voltage holding capacitor to charge the output voltage from the voltage change amount detecting means by being turned on, and a gas concentration sensor by means of a detection current energizing means The charge-acceptable switching means is switched from the off-state to the on-state after a lapse of a second fixed time shorter than the first fixed time after starting energization of the element and for a specific period within the first fixed time. And a switching control unit for controlling.

本発明の素子インピーダンス検出装置によれば、検出用電流の通電が開始されて電圧変化量検出手段のもとでの電圧変化が生じている最中に、充電許容スイッチング手段がオフからオン状態に切り替えられる。これにより、充電許容スイッチング手段がオン状態に切り替えられても、電圧保持コンデンサに保持されていた電圧変化量ホールド値は0Vに下がることはなく、かつ保持前フィルタ手段に入力され始める出力電圧はある程度の値にまで達しているので、電圧変化量ホールド値として保持される値(電圧変化量)は、真値あるいは真値に近い値を示すことになる。
従って、本発明の素子インピーダンス検出装置によれば、電圧保持コンデンサに入力される電圧変化量に対してノイズ成分が重畳するのを抑制するための保持前フィルタ手段を設けた際にも、電圧保持コンデンサにてホールドされる電圧変化量ホールド値を真値ないし真値に近づけることができ、素子インピーダンスの検出精度を向上させることができる。
According to the element impedance detection device of the present invention, the charging allowable switching unit is changed from the off state to the on state while the detection current is started and the voltage change is occurring under the voltage change amount detection unit. Can be switched. As a result, even if the charge allowable switching means is switched to the ON state, the voltage change amount hold value held in the voltage holding capacitor does not drop to 0 V, and the output voltage that starts to be input to the pre-holding filter means is somewhat Therefore, the value held as the voltage change amount hold value (voltage change amount) indicates a true value or a value close to the true value.
Therefore, according to the element impedance detection device of the present invention, even when the pre-holding filter means for suppressing the noise component from being superimposed on the voltage change amount input to the voltage holding capacitor is provided, the voltage holding The voltage change amount hold value held by the capacitor can be made close to the true value or the true value, and the detection accuracy of the element impedance can be improved.

また、上記目的を達成するためになされた請求項3に記載の発明は、固体電解質体よりなるガス濃度センサ素子の素子インピーダンスを検出する素子インピーダンス検出装置であって、ガス濃度センサ素子に対して素子インピーダンスを検出するための検出用電流を通電する検出用電流通電手段と、検出用電流の通電によるガス濃度センサ素子の両端における電圧変化量を検出する電圧変化量検出手段と、電圧変化量検出手段により検出される電圧変化量を電圧変化量ホールド値として保持する電圧変化量保持手段と、電圧変化量保持手段に保持された電圧変化量ホールド値を出力する信号出力手段と、を備えており、電圧変化量保持手段は、電圧変化量検出手段が検出する電圧変化量に応じた電圧値に充電され、その電圧値を前記電圧変化量ホールド値として保持するための電圧保持コンデンサを備えており、電圧保持コンデンサと共にローパスフィルタを構成する抵抗素子を備え、電圧保持コンデンサおよび抵抗素子により構成されるローパスフィルタは、予め定められた保持前境界周波数よりも高い周波数帯域を除去すること、を備えることを特徴とする素子インピーダンス検出装置である。   The invention according to claim 3 made to achieve the above object is an element impedance detection device for detecting an element impedance of a gas concentration sensor element made of a solid electrolyte body. Detection current supply means for supplying a detection current for detecting element impedance, voltage change amount detection means for detecting a voltage change amount at both ends of the gas concentration sensor element due to supply of the detection current, and voltage change amount detection Voltage change amount holding means for holding the voltage change amount detected by the means as a voltage change amount hold value, and signal output means for outputting the voltage change amount hold value held in the voltage change amount holding means. The voltage change amount holding means is charged to a voltage value corresponding to the voltage change amount detected by the voltage change amount detecting means, and the voltage value is changed to the voltage change amount. A voltage holding capacitor for holding as a hold value is provided. The voltage holding capacitor includes a resistance element that forms a low-pass filter. The low-pass filter configured by the voltage holding capacitor and the resistance element has a predetermined pre-holding boundary. An element impedance detection apparatus comprising: removing a frequency band higher than the frequency.

この素子インピーダンス検出装置においては、電圧保持コンデンサおよび抵抗素子により構成されるローパスフィルタを備えることで、電圧変化量保持手段に入力される電圧変化量の信号に重畳されるノイズ成分(予め定められた保持前境界周波数よりも高い周波数帯域成分)を除去できる。   In this element impedance detection device, a noise component (predetermined in advance) is provided by providing a low-pass filter composed of a voltage holding capacitor and a resistance element. Frequency band components higher than the pre-holding boundary frequency) can be removed.

これにより、電圧変化量保持手段に入力される電圧変化量に対してノイズ成分が重畳されるのを抑制でき、電圧変化量保持手段が検出する電圧変化量のホールド値がノイズに起因して誤検出されるのを抑制できる。   As a result, it is possible to suppress the noise component from being superimposed on the voltage change amount input to the voltage change amount holding means, and the hold value of the voltage change amount detected by the voltage change amount holding means is erroneous due to noise. It can suppress being detected.

よって、本発明によれば、電圧変化量のホールド値の誤検出を抑制することができ、素子インピーダンスの検出精度の低下を抑制することができる。さらに、本発明の素子インピーダンス検出装置では、電圧変化量保持手段を構成する電圧保持コンデンサを、ローパスフィルタを構成するためのコンデンサとしても兼用させているため、使用するコンデンサの数を削減でき、装置構成が複雑化せず且つコストが安くなるという利点もある。   Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress erroneous detection of the hold value of the voltage change amount, and it is possible to suppress a decrease in detection accuracy of the element impedance. Furthermore, in the element impedance detection device of the present invention, the voltage holding capacitor constituting the voltage change amount holding means is also used as a capacitor for constituting the low-pass filter, so that the number of capacitors to be used can be reduced. There is also an advantage that the configuration is not complicated and the cost is reduced.

さらに、上記の素子インピーダンス検出装置であって、電圧変化量保持手段は、電圧保持コンデンサに加え、オン状態になることで、電圧変化量検出手段からの出力電圧を電圧保持コンデンサに充電させることを許容する充電許容スイッチング手段と、検出用電流通電手段によりガス濃度センサ素子に通電を開始してから第1の一定時間より短い第2の一定時間の経過後であって、かつ第1の一定時間内の特定期間にわたって、充電許容スイッチング手段をオフからオン状態に切り替え制御するスイッチング制御部と、を備えると良い。   Further, in the above-described element impedance detection device, the voltage change amount holding unit is turned on in addition to the voltage holding capacitor to charge the output voltage from the voltage change amount detection unit to the voltage holding capacitor. The first constant time after the elapse of a second fixed time shorter than the first fixed time from the start of energization of the gas concentration sensor element by the permissible charge switching means and the detection current supply means. It is preferable to provide a switching control unit that switches the charge-permissible switching means from the OFF state to the ON state over a specific period.

本発明の素子インピーダンス検出装置によれば、検出用電流の通電が開始されて電圧変化量検出手段のもとでの電圧変化が生じている最中に、充電許容スイッチング手段がオフからオン状態に切り替えられる。これにより、充電許容スイッチング手段がオン状態に切り替えられても、電圧保持コンデンサに保持されていた電圧変化量ホールド値は0Vに下がることはなく、かつ電圧保持コンデンサおよび抵抗素子により構成されるローパスフィルタに入力され始める出力電圧はある程度の値にまで達しているので、電圧変化量ホールド値としてホールドされる値(電圧変化量)は、真値あるいは真値に近い値を示すことになる。
従って、本発明の素子インピーダンス検出装置によれば、電圧保持コンデンサに入力される電圧変化量に対してノイズ成分が重畳するのを抑制するための上記ローパスフィルタを設けた際にも、電圧保持コンデンサにて保持される電圧変化量ホールド値を真値ないし真値に近づけることができ、素子インピーダンスの検出精度を向上させることができる。
According to the element impedance detection device of the present invention, the charging allowable switching unit is changed from the off state to the on state while the detection current is started and the voltage change is occurring under the voltage change amount detection unit. Can be switched. Thereby, even if the charge allowable switching means is switched to the on state, the voltage change amount hold value held in the voltage holding capacitor does not drop to 0V, and the low-pass filter configured by the voltage holding capacitor and the resistance element Since the output voltage that starts to be input reaches a certain value, the value held as the voltage change amount hold value (voltage change amount) indicates a true value or a value close to the true value.
Therefore, according to the element impedance detection device of the present invention, even when the low-pass filter for suppressing the noise component from being superimposed on the voltage change amount input to the voltage holding capacitor is provided, The voltage change amount hold value held in (1) can be made close to the true value or the true value, and the detection accuracy of the element impedance can be improved.

ここで、電圧変化量に重畳されるノイズ成分は、素子インピーダンス検出装置の設置環境(周囲に配置される外部機器の種類など)によって周波数帯域が異なる場合があることから、保持前境界周波数は、ノイズ成分を除去するように設置環境に応じて値を設定すればよい。   Here, the noise component superimposed on the voltage change amount may have a different frequency band depending on the installation environment of the element impedance detection device (such as the type of external device disposed in the surroundings). What is necessary is just to set a value according to an installation environment so that a noise component may be removed.

また、保持前フィルタ手段あるいはローパスフィルタ(電圧保持コンデンサおよび抵抗素子により構成されるローパスフィルタ)による特定周波数成分除去(フィルタリング)が、ノイズ成分のみならず電圧変化量の検出にまで影響すると、電圧変化量のホールド値の検出精度に悪影響を及ぼす虞がある。   In addition, if specific frequency component removal (filtering) by pre-holding filter means or low-pass filter (low-pass filter composed of voltage holding capacitor and resistance element) affects not only noise component but also detection of voltage change, voltage change The detection accuracy of the quantity hold value may be adversely affected.

そこで、上記の素子インピーダンス検出装置においては、保持前境界周波数が3[kHz]以上であるとよい。
つまり、このように保持前境界周波数が設定された保持前フィルタ手段あるいはローパスフィルタ(電圧保持コンデンサおよび抵抗素子により構成されるローパスフィルタ)は、少なくとも3[kHz]以下の周波数帯域の成分を除去しないため、この周波数帯域に含まれる電圧変化量は、保持前フィルタ手段あるいはローパスフィルタにより除去されることなく電圧変化量保持手段に入力される。
Therefore, in the element impedance detection device described above, the boundary frequency before holding is preferably 3 [kHz] or more.
That is, the pre-holding filter means or the low-pass filter (low-pass filter composed of a voltage holding capacitor and a resistance element) in which the pre-holding boundary frequency is set in this way does not remove at least components in the frequency band of 3 [kHz] or less. Therefore, the voltage change amount included in this frequency band is input to the voltage change amount holding means without being removed by the pre-holding filter means or the low-pass filter.

これにより、保持前フィルタ手段あるいはローパスフィルタによるフィルタリングが、電圧変化量の検出にまで影響が及ぶのを避けることができ、素子インピーダンスの検出精度が低下するのを抑制できる。   Thereby, it is possible to prevent the filtering by the pre-holding filter means or the low-pass filter from affecting the detection of the voltage change amount, and it is possible to suppress the deterioration of the detection accuracy of the element impedance.

また、素子インピーダンスの検出対象となるガス濃度センサ素子は、単一の固体電解質体を備える構成(いわゆる1セルタイプ)のものに限定されず、固体電解質体にて形成される複数のセルを有する構成のものであってもよい。   Further, the gas concentration sensor element to be detected by the element impedance is not limited to the one having a single solid electrolyte body (so-called one cell type), and has a plurality of cells formed by the solid electrolyte body. It may be configured.

そして、複数のセルを有するガス濃度センサ素子の素子インピーダンスを検出するにあたっては、少なくとも1つのセルに検出用電流を通電するようにし、検出用電流を流したセルの両端における電圧変化量を検出するようにすればよい。   When detecting the element impedance of a gas concentration sensor element having a plurality of cells, a detection current is applied to at least one cell, and a voltage change amount at both ends of the cell through which the detection current is passed is detected. What should I do?

なお、複数のセルを有するガス濃度センサ素子の具体例としては、起電力セルとポンプセルとを有する2セルタイプのガス濃度センサ素子が挙げられる。なお、この2セルタイプのガス濃度センサ素子においては、ポンプセルは、起電力セルとの間に被検出ガスを導入可能な拡散室を介して起電力セルに積層され、ポンプ電流に応じて拡散室内の酸素を出し入れするためのセルとして備えられる。なお、検出用電流が通電されるセルとしては、ポンプセルであっても起電力セルであっても良い。また、他のガス濃度センサ素子としては、起電力セルと第1ポンプセルと第2ポンプセルとを有する3セルタイプのガス濃度センサ素子が挙げられる。この3セルタイプのガス濃度センサ素子としては、第1ポンプセルは、被検出ガスを導入可能な第1拡散室を介して起電力セルの表面側に積層されており、第2ポンプセルは、第1拡散室と連通する第2拡散室を介して起電力セルの裏面側に積層される構造のものを例示することができる。   A specific example of the gas concentration sensor element having a plurality of cells is a two-cell type gas concentration sensor element having an electromotive force cell and a pump cell. In this two-cell type gas concentration sensor element, the pump cell is stacked on the electromotive force cell through a diffusion chamber capable of introducing a gas to be detected between the pump cell and the diffusion chamber according to the pump current. It is provided as a cell for taking in and out oxygen. The cell through which the detection current is passed may be a pump cell or an electromotive force cell. Another gas concentration sensor element includes a three-cell type gas concentration sensor element having an electromotive force cell, a first pump cell, and a second pump cell. In this three-cell type gas concentration sensor element, the first pump cell is stacked on the surface side of the electromotive force cell through the first diffusion chamber into which the gas to be detected can be introduced, and the second pump cell is the first pump cell. The thing of the structure laminated | stacked on the back surface side of an electromotive force cell through the 2nd diffusion chamber connected with a diffusion chamber can be illustrated.

次に、上記の素子インピーダンス検出装置においては、電圧変化量保持手段から信号出力手段までの信号経路において、予め定められた出力前境界周波数よりも高い周波数帯域を除去する出力前フィルタ手段を備えてもよい。   Next, the element impedance detection apparatus includes pre-output filter means for removing a frequency band higher than a predetermined pre-output boundary frequency in the signal path from the voltage change amount holding means to the signal output means. Also good.

つまり、保持前フィルタ手段あるいはローパスフィルタ(電圧保持コンデンサおよび抵抗素子により構成されるローパスフィルタ)に加えて、出力前フィルタ手段を備えることで、信号出力手段から外部に出力される電圧変化量のホールド値に重畳されるノイズ成分を除去することができる。   In other words, in addition to the pre-holding filter means or the low-pass filter (low-pass filter composed of a voltage holding capacitor and a resistance element), the pre-output filter means is provided to hold the voltage change amount output from the signal output means to the outside. The noise component superimposed on the value can be removed.

これにより、素子インピーダンス検出装置が外部に出力する電圧変化量のホールド値においては、ノイズ成分の影響による検出誤差をより一層小さくできる。
よって、本発明によれば、ノイズ成分の影響による電圧変化量のホールド値の検出誤差をより一層小さくすることができ、素子インピーダンスの検出精度をさらに向上できる。
As a result, the detection error due to the influence of the noise component can be further reduced in the hold value of the voltage change amount output to the outside by the element impedance detection device.
Therefore, according to the present invention, the detection error of the hold value of the voltage change amount due to the influence of the noise component can be further reduced, and the detection accuracy of the element impedance can be further improved.

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
まず、本発明が適用された素子インピーダンス検出装置1の概略構成図を図1に示す。
なお、素子インピーダンス検出装置1は、内燃機関の排気管に設けられるガス濃度センサ素子8から素子抵抗値信号Rpvsを検出し、検出した素子抵抗値信号Rpvsをヒータ制御回路60に対して出力する。また、素子インピーダンス検出装置1は、素子抵抗値信号Rpvsの他に、ガス濃度センサ素子8からガス検出信号VIpを検出し、検出したガス検出信号VIpを酸素濃度検出回路52に対して出力する機能も有している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, the schematic block diagram of the element impedance detection apparatus 1 to which this invention was applied is shown in FIG.
The element impedance detection device 1 detects the element resistance value signal Rpvs from the gas concentration sensor element 8 provided in the exhaust pipe of the internal combustion engine, and outputs the detected element resistance value signal Rpvs to the heater control circuit 60. In addition to the element resistance value signal Rpvs, the element impedance detection device 1 detects a gas detection signal VIp from the gas concentration sensor element 8, and outputs the detected gas detection signal VIp to the oxygen concentration detection circuit 52. Also have.

ここで、ガス濃度センサ素子8の概略構成図を図2に示すと共に、ガス濃度センサ素子について簡単に説明する。
ガス濃度センサ素子8は、ポンプセル14と、多孔質拡散層18と、起電力セル24と、補強板30とを積層することにより構成されている。
Here, a schematic configuration diagram of the gas concentration sensor element 8 is shown in FIG. 2 and the gas concentration sensor element will be briefly described.
The gas concentration sensor element 8 is configured by laminating a pump cell 14, a porous diffusion layer 18, an electromotive force cell 24, and a reinforcing plate 30.

ポンプセル14は、部分安定化ジルコニア(ZrO2)を主体とし、加熱されて活性化することにより酸素イオン伝導性を呈する固体電解質体15と、白金を主体とし、固体電解質体15の表面と裏面のそれぞれに形成される多孔質電極12、16とから構成されている。また、起電力セル24は、同じく部分安定化ジルコニア(ZrO2)を主体とし、加熱されて活性化することにより酸素イオン伝導性を呈する固体電解質体23と、白金を主体とし、固体電解質体23の表面と裏面のそれぞれに形成される多孔質電極22、28とから構成されている。   The pump cell 14 is mainly composed of partially stabilized zirconia (ZrO 2), and is heated and activated to activate a solid electrolyte body 15 that exhibits oxygen ion conductivity. The pump cell 14 is mainly composed of platinum, and includes a front surface and a back surface of the solid electrolyte body 15. It is comprised from the porous electrodes 12 and 16 formed in this. Further, the electromotive force cell 24 is mainly composed of partially stabilized zirconia (ZrO2), and is heated and activated to activate the solid electrolyte body 23 that exhibits oxygen ion conductivity, and mainly includes platinum. It is comprised from the porous electrodes 22 and 28 formed in each of the front surface and the back surface.

ポンプセル14のうちで中空の拡散室20に臨む多孔質電極16と、起電力セル24のうちで中空の拡散室20に臨む多孔質電極22とは、互いに導通されるとともに、ガス濃度センサ素子8の共通端子COMに接続されている。なお、共通端子COMは、抵抗器Rを介して素子インピーダンス検出装置1のVcent点に接続されている(図1参照)。   The porous electrode 16 facing the hollow diffusion chamber 20 in the pump cell 14 and the porous electrode 22 facing the hollow diffusion chamber 20 in the electromotive force cell 24 are electrically connected to each other and the gas concentration sensor element 8. Are connected to the common terminal COM. The common terminal COM is connected to the Vcent point of the element impedance detection device 1 via the resistor R (see FIG. 1).

また、ポンプセル14の多孔質電極12は、ガス濃度センサ素子8の出力端子Ip+に接続され、起電力セル24の多孔質電極28は、ガス濃度センサ素子8の出力端子Vs+に接続されている。なお、出力端子Ip+は、素子インピーダンス検出装置1におけるオペアンプOP2の出力端子に接続され、出力端子Vs+端子は、素子インピーダンス検出装置1における定電流源回路62に接続されている(図1参照)。   The porous electrode 12 of the pump cell 14 is connected to the output terminal Ip + of the gas concentration sensor element 8, and the porous electrode 28 of the electromotive force cell 24 is connected to the output terminal Vs + of the gas concentration sensor element 8. The output terminal Ip + is connected to the output terminal of the operational amplifier OP2 in the element impedance detection apparatus 1, and the output terminal Vs + terminal is connected to the constant current source circuit 62 in the element impedance detection apparatus 1 (see FIG. 1).

また、補強板30は、ジルコニアを主体に形成され、起電力セル24の多孔質電極28を閉塞しつつ基準酸素室26を形成するように、起電力セル24に積層されている。
ポンプセル14と起電力セル24との間には、多孔質拡散層18により包囲された拡散室20が形成されている。即ち、該拡散室20は、多孔質拡散層18を介して測定ガス雰囲気と連通されている。なお、本実施態様では、多孔質物質を充填して成る多孔質拡散層18を用いるが、この代わりに小孔を配設することも可能である。
The reinforcing plate 30 is mainly formed of zirconia, and is laminated on the electromotive force cell 24 so as to form the reference oxygen chamber 26 while closing the porous electrode 28 of the electromotive force cell 24.
A diffusion chamber 20 surrounded by a porous diffusion layer 18 is formed between the pump cell 14 and the electromotive force cell 24. That is, the diffusion chamber 20 is communicated with the measurement gas atmosphere via the porous diffusion layer 18. In this embodiment, the porous diffusion layer 18 filled with a porous material is used, but small holes can be provided instead.

なお、ガス濃度センサ素子8の近傍には、ヒータ70が配置されており、ガス濃度センサ素子8は、ヒータ70による加熱によりポンプセル14および起電力セル24が活性化することで、ガス検出が可能となる。   A heater 70 is disposed in the vicinity of the gas concentration sensor element 8, and the gas concentration sensor element 8 can detect gas when the pump cell 14 and the electromotive force cell 24 are activated by heating by the heater 70. It becomes.

図1に戻り、素子インピーダンス検出装置1における酸素濃度を測定する動作について説明する。なお、以下では、ガス濃度センサ素子8のポンプセル14および起電力セル24が活性化している状態での動作について説明する。
素子インピーダンス検出装置1では、定電流源回路62より起電力セル24に一定の微小電流Icpを流しつつ、起電力セル24の両端に発生する電圧Vsが450mVになるようにポンプセル14に流すポンプ電流Ipを制御して、拡散室20への酸素の汲み入れ、ないし拡散室20からの酸素の汲み出しを行う。ポンプセル14に流れるポンプ電流Ipの電流値及び電流方向は、排気ガス中の酸素濃度(空燃比)に応じて変化することから、このポンプ電流Ipに基づいて排気ガス中の酸素濃度を広域にわたって検出することができる。なお、起電力セル24に拡散室20の酸素を多孔質電極28側に汲み出す方向に微小電流Icpを流すことで、基準酸素室26は内部酸素基準源として機能する。
Returning to FIG. 1, the operation of measuring the oxygen concentration in the element impedance detection apparatus 1 will be described. Hereinafter, the operation of the gas concentration sensor element 8 in a state where the pump cell 14 and the electromotive force cell 24 are activated will be described.
In the element impedance detection device 1, the constant current source circuit 62 supplies a constant minute current Icp to the electromotive force cell 24, and the pump current flows to the pump cell 14 so that the voltage Vs generated at both ends of the electromotive force cell 24 becomes 450 mV. By controlling Ip, oxygen is pumped into the diffusion chamber 20 or oxygen is pumped out of the diffusion chamber 20. Since the current value and current direction of the pump current Ip flowing through the pump cell 14 change according to the oxygen concentration (air-fuel ratio) in the exhaust gas, the oxygen concentration in the exhaust gas is detected over a wide area based on the pump current Ip. can do. In addition, the reference | standard oxygen chamber 26 functions as an internal oxygen reference source by flowing the microcurrent Icp to the electromotive force cell 24 in the direction which pumps the oxygen of the diffusion chamber 20 to the porous electrode 28 side.

また、素子インピーダンス検出装置1は、図1に示すように、定電流源回路62のほか、オペアンプOP1、オペアンプOP2、スイッチSW1〜SW3、PID制御回路69を含んでいる(なお、素子インピーダンス検出装置1は、通常、図示以外の構成も有するがここでは、説明に必要な範囲で図示している)。定電流源回路62、起電力セル24、抵抗器Rは、この順に接続されて、微小電流Icpを流す電流路を構成している。   1, the element impedance detection apparatus 1 includes an operational amplifier OP1, an operational amplifier OP2, switches SW1 to SW3, and a PID control circuit 69 in addition to a constant current source circuit 62 (element impedance detection apparatus) 1 generally has a configuration other than that shown in the drawing, but is shown here in a range necessary for explanation). The constant current source circuit 62, the electromotive force cell 24, and the resistor R are connected in this order to constitute a current path through which a minute current Icp flows.

オペアンプOP2は、一方の入力端子(反転入力端子)がVcent点に接続され、他方の入力端子(非反転入力端子)には基準電圧(仮想的なグランド電圧)+4Vが印加され、出力端子はポンプセル14のIp+端子に接続されている。PID制御回路69では、オペアンプOP1を介して接続された起電力セル24のVs+端子の電位と、Vcent点における電位との電位差(電圧Vsに相当)が450mVとなるように、ポンプセル14に通電されるポンプ電流Ipの大きさがPID制御される。具体的には、PID制御回路69にて、目標制御電圧(450mV)と起電力セル24の両端に発生する電圧Vsとの偏差ΔVsがPID演算され、この偏差ΔVsがオペアンプOP2の出力端子にフィードバックされて、ポンプセル14にポンプ電流Ipを流す。このポンプ電流Ipは、その正負により、ポンプセル14を介してオペアンプOP2の出力端子に流れ込むか、またはオペアンプOP2の出力端子から供給される。   In the operational amplifier OP2, one input terminal (inverted input terminal) is connected to the Vcent point, the other input terminal (non-inverted input terminal) is applied with a reference voltage (virtual ground voltage) + 4V, and the output terminal is a pump cell. 14 Ip + terminals. In the PID control circuit 69, the pump cell 14 is energized so that the potential difference (corresponding to the voltage Vs) between the potential of the Vs + terminal of the electromotive force cell 24 connected via the operational amplifier OP1 and the potential at the Vcent point is 450 mV. The pump current Ip is PID controlled. Specifically, the PID control circuit 69 calculates a deviation ΔVs between the target control voltage (450 mV) and the voltage Vs generated at both ends of the electromotive force cell 24, and feeds back this deviation ΔVs to the output terminal of the operational amplifier OP2. Then, the pump current Ip is supplied to the pump cell 14. The pump current Ip flows into the output terminal of the operational amplifier OP2 via the pump cell 14 or is supplied from the output terminal of the operational amplifier OP2 depending on the sign.

さらに、素子インピーダンス検出装置1は、ポンプ電流Ipを電圧信号に変換する検出抵抗R1と、この検出抵抗R1の両端電圧(電位Vcentと電位Vpidとの差分)を差動増幅して、ガス検出信号(Vip信号)として出力する差動増幅回路61と、を含んでいる。   Furthermore, the element impedance detection device 1 differentially amplifies the detection resistor R1 that converts the pump current Ip into a voltage signal and the voltage across the detection resistor R1 (difference between the potential Vcent and the potential Vpid), thereby detecting the gas detection signal. And a differential amplifier circuit 61 that outputs as a (Vip signal).

これらのガス検出信号(Vip信号)は、ガス検出信号出力端子43(図1参照)から外部の酸素濃度検出回路52に対して出力される。
そして、酸素濃度検出回路52は、図示しないマイクロコンピュータを備えるものであり、ガス検出信号(Vip信号)を図示しないA/D変換回路にてデジタル値に変換した後、保持しているマップから対応する酸素濃度値を算出する。そして、酸素濃度検出回路52は、算出した酸素濃度値酸素濃度値に基づき空燃比を検出する処理を行うと共に、目標空燃比となるように空燃比制御処理を行う。
These gas detection signals (Vip signals) are output from the gas detection signal output terminal 43 (see FIG. 1) to the external oxygen concentration detection circuit 52.
The oxygen concentration detection circuit 52 includes a microcomputer (not shown), which converts a gas detection signal (Vip signal) into a digital value by an A / D conversion circuit (not shown) and then responds from the map held. The oxygen concentration value to be calculated is calculated. The oxygen concentration detection circuit 52 performs a process for detecting the air-fuel ratio based on the calculated oxygen concentration value and the air-fuel ratio control process so that the target air-fuel ratio is obtained.

次に、素子インピーダンス検出装置1における起電力セル24の抵抗値(温度)測定動作について説明する。
素子インピーダンス検出装置1においては、オペアンプOP1は、コンデンサC1、スイッチSW1と共にサンプルホールド回路を形成しており、起電力セル24の抵抗値測定時にスイッチSW1をオンからオフ状態とし、起電力セル24の抵抗値測定のための電流通電直前の起電力セル24の両端に発生する電圧Vsを保持することにより、抵抗値測定直前の電圧VsをPID制御回路69に入力する役割を果たす。
Next, the resistance value (temperature) measurement operation of the electromotive force cell 24 in the element impedance detection apparatus 1 will be described.
In the element impedance detection device 1, the operational amplifier OP1 forms a sample hold circuit together with the capacitor C1 and the switch SW1. When the resistance value of the electromotive force cell 24 is measured, the switch SW1 is turned off to turn off the electromotive force cell 24. By holding the voltage Vs generated at both ends of the electromotive force cell 24 immediately before the current application for resistance value measurement, the voltage Vs immediately before the resistance value measurement is input to the PID control circuit 69.

オペアンプOP3は、オペアンプOP1に保持されているホールド値(抵抗値測定用の電流を通電する直前の起電力セル24の電圧Vs)と、起電力セル24に抵抗値測定用の電流−Iconstを通電した際のVs+電位との差分に応じた電圧変化量ΔVsを出力する。この電圧変化量ΔVsは、起電力セル24のバルク抵抗値に比例することから、素子抵抗値信号Rpvsとして利用可能である。   The operational amplifier OP3 energizes the hold value (the voltage Vs of the electromotive force cell 24 immediately before energizing the current for resistance value measurement) held in the operational amplifier OP1 and the resistance value measuring current -Iconst to the electromotive force cell 24. A voltage change amount ΔVs corresponding to the difference from Vs + potential at the time of output is output. Since this voltage change amount ΔVs is proportional to the bulk resistance value of the electromotive force cell 24, it can be used as the element resistance value signal Rpvs.

つまり、オペアンプOP3は、起電力セル24のバルク抵抗値に比例する素子抵抗値信号Rpvsを出力する。なお、素子抵抗値信号Rpvsは、上述したように起電力セル24のバルク抵抗値に比例するとともに、起電力セル24の温度に比例する特性を有している。   That is, the operational amplifier OP3 outputs an element resistance value signal Rpvs that is proportional to the bulk resistance value of the electromotive force cell 24. The element resistance value signal Rpvs has a characteristic proportional to the bulk resistance value of the electromotive force cell 24 and proportional to the temperature of the electromotive force cell 24 as described above.

そして、オペアンプOP3から出力された素子抵抗値信号Rpvsは、信号反転回路75、第1ローパスフィルタ71、信号ホールド回路55、第2ローパスフィルタ73を介して、素子抵抗値信号出力端子41から外部に出力される。   The element resistance value signal Rpvs output from the operational amplifier OP3 is externally transmitted from the element resistance value signal output terminal 41 via the signal inversion circuit 75, the first low-pass filter 71, the signal hold circuit 55, and the second low-pass filter 73. Is output.

信号反転回路75は、オペアンプOP3から出力された素子抵抗値信号Rpvsの正負極性を反転させて、反転後の信号のうち値が0以上となる信号を抽出して出力するよう構成されている。   The signal inverting circuit 75 is configured to invert the positive / negative polarity of the element resistance value signal Rpvs output from the operational amplifier OP3, and extract and output a signal having a value of 0 or more among the inverted signals.

第1ローパスフィルタ71は、オペアンプOP3から信号ホールド回路55までの信号経路に備えられており、予め定められた保持前境界周波数(本実施形態では、10[kHz])よりも大きい周波数帯域の信号成分を除去し、保持前境界周波数以下の周波数帯域の信号成分を通過するフィルタ回路で構成されている。   The first low-pass filter 71 is provided in the signal path from the operational amplifier OP3 to the signal hold circuit 55, and is a signal in a frequency band larger than a predetermined pre-holding boundary frequency (10 [kHz] in the present embodiment). The filter circuit is configured to remove the component and pass the signal component in the frequency band equal to or lower than the pre-holding boundary frequency.

信号ホールド回路55は、図7に示すように、電圧保持コンデンサ57およびスイッチSW4により構成され、スイッチSW4がオフからオン状態に切り替わると、オペアンプOP3から出力される素子抵抗値信号Rpvs(詳細には、信号反転回路75により反転抽出された素子抵抗値信号Rpvs)のサンプルホールドを開始するよう構成されている。つまり、スイッチSW4がオフからオン状態に切り替わると、電圧保持コンデンサ57に素子抵抗値信号Rpvsの充電が開始される。そして、信号ホールド回路55は、そのスイッチSW4がオンされてから所定期間経過後にオフ状態になると、電圧保持コンデンサ57にて素子抵抗値信号Rpvsの値を保持すると共に、保持している素子抵抗値信号Rpvs(ホールド値)を出力するよう構成されている。なお、信号ホールド回路55のスイッチSW4のオン・オフの切り替え制御は、酸素濃度検出回路52を構成する図示しないマイクロコンピュータから出力された切り替え信号に基づいて実行される。また、この切り替え信号は、入力端子45を介して素子インピーダンス検出装置1に入力される。なお、入力端子45には、スイッチSW4のオン・オフの切り替え信号の他、後述するスイッチSW1〜SW3のオン・オフの切り替え制御を行うための切り替え信号が酸素濃度検出回路52のマイクロコンピュータより入力されるようになっている。   As shown in FIG. 7, the signal hold circuit 55 includes a voltage holding capacitor 57 and a switch SW4. When the switch SW4 is switched from the off state to the on state, the element resistance value signal Rpvs (in detail, output from the operational amplifier OP3). The device resistance value signal Rpvs) inverted and extracted by the signal inverting circuit 75 is started to be sampled and held. That is, when the switch SW4 is switched from the off state to the on state, the voltage holding capacitor 57 starts to be charged with the element resistance value signal Rpvs. The signal hold circuit 55 holds the value of the element resistance value signal Rpvs in the voltage holding capacitor 57 and the held element resistance value when the switch SW4 is turned on after a predetermined period has elapsed since the switch SW4 was turned on. A signal Rpvs (hold value) is output. The on / off switching control of the switch SW4 of the signal hold circuit 55 is executed based on a switching signal output from a microcomputer (not shown) constituting the oxygen concentration detection circuit 52. The switching signal is input to the element impedance detection device 1 via the input terminal 45. In addition to the on / off switching signal of the switch SW4, a switching signal for performing on / off switching control of switches SW1 to SW3 described later is input from the microcomputer of the oxygen concentration detection circuit 52 to the input terminal 45. It has come to be.

第2ローパスフィルタ73は、信号ホールド回路55から素子抵抗値信号出力端子41までの信号経路に備えられており、予め定められた出力前境界周波数よりも大きい周波数帯域の信号成分を除去し、出力前境界周波数以下の周波数帯域の信号成分を通過するフィルタ回路で構成されている。   The second low-pass filter 73 is provided in a signal path from the signal hold circuit 55 to the element resistance value signal output terminal 41, removes a signal component in a frequency band larger than a predetermined pre-output boundary frequency, and outputs it. It consists of a filter circuit that passes signal components in a frequency band below the front boundary frequency.

このようにして、素子インピーダンス検出装置1は、素子抵抗値信号出力端子41から外部に対して素子抵抗値信号Rpvsを出力する。
なお、素子インピーダンス検出装置1において、スイッチSW1は、オペアンプOP1、即ち、サンプルホールド回路電圧ホールド動作を制御する。また、スイッチSW2は、起電力セル24の抵抗値測定用(インピーダンス検出用)の一定電流−Iconstを流すための電流源63をオン・オフし、スイッチSW3は、スイッチSW2にて流される抵抗値測定用の電流−Iconstとは逆極性の一定電流+Iconstを流すための電流源64をオン・オフする。
In this way, the element impedance detection apparatus 1 outputs the element resistance value signal Rpvs from the element resistance value signal output terminal 41 to the outside.
In the element impedance detection apparatus 1, the switch SW1 controls the operational amplifier OP1, that is, the sample hold circuit voltage hold operation. The switch SW2 turns on / off a current source 63 for flowing a constant current -Iconst for measuring the resistance value (impedance detection) of the electromotive force cell 24, and the switch SW3 is a resistance value passed by the switch SW2. The current source 64 for supplying a constant current + Iconst having a polarity opposite to that of the measurement current −Iconst is turned on / off.

次に、スイッチSW1、SW2、SW3、SW4のタイミングチャートと共に、起電力セル24の両端に発生する電圧Vsの波形を、図3に示す。また、信号反転回路75が出力する反転抽出後の素子抵抗値信号Rpvsの波形(図では、ΔVsとして波形を図示)、および信号ホールド回路55が出力するサンプルホールド信号(信号ホールド回路55が保持している素子抵抗値信号Rpvs)の波形についても示す。   Next, FIG. 3 shows the waveform of the voltage Vs generated at both ends of the electromotive force cell 24 together with the timing chart of the switches SW1, SW2, SW3, and SW4. Further, the waveform of the element resistance value signal Rpvs after inversion extraction output from the signal inversion circuit 75 (the waveform is shown as ΔVs in the figure), and the sample hold signal output from the signal hold circuit 55 (held by the signal hold circuit 55). The waveform of the element resistance value signal Rpvs) is also shown.

スイッチSW1は、予め定められたインターバルT5毎に設定されたオフ時間T6(例えば、500μs)に渡りオフし、起電力セル24の抵抗測定を可能ならしめる。なお、このオフ時間T6においては、オペアンプOP1等から成るサンプルホールド回路にて、PID制御回路69への入力値は0.45Vに維持される。   The switch SW1 is turned off for an off time T6 (for example, 500 μs) set every predetermined interval T5, thereby enabling the resistance measurement of the electromotive force cell 24 to be performed. During the off time T6, the input value to the PID control circuit 69 is maintained at 0.45 V in the sample hold circuit including the operational amplifier OP1 and the like.

また、スイッチSW1がオンからオフ状態へ切り替わるタイミングに同期して、信号ホールド回路55のスイッチSW4がオフからオン状態に切り替わる。このとき、サンプルホールド信号(信号ホールド回路55が保持する素子抵抗値信号Rpvs)は、オペンアプOP3の出力端子に流れ込み、0Vにまで低下する。
スイッチSW1がオフされてから時間T1が経過した後、スイッチSW2が時間T3(100μs)に渡りオンし、抵抗値測定用の一定電流−Iconstが起電力セル24側に流される。この電流−Iconstの極性は、起電力セル24に生じる内部起電力と逆極性であって、この電流−Iconstによって起電力セル24の両端の電圧が、図中に示すようにΔVs分低下する。
Further, the switch SW4 of the signal hold circuit 55 is switched from the off state to the on state in synchronization with the timing at which the switch SW1 is switched from the on state to the off state. At this time, the sample hold signal (the element resistance value signal Rpvs held by the signal hold circuit 55) flows into the output terminal of the open OP3 and decreases to 0V.
After the time T1 has elapsed since the switch SW1 was turned off, the switch SW2 is turned on for a time T3 (100 μs), and a constant current −Iconst for measuring the resistance value is caused to flow to the electromotive force cell 24 side. The polarity of the current -Iconst is opposite to that of the internal electromotive force generated in the electromotive force cell 24, and the voltage at both ends of the electromotive force cell 24 is decreased by ΔVs by the current -Iconst as shown in the figure.

ここで、電流−Iconstの通電を開始した後、時間T2(60μs)が経過すると、信号ホールド回路55のスイッチSW4がオンからオフ状態に切り替わり、当該時点(通電開始から60μs経過時)でのオペアンプOP3の出力(素子抵抗値信号Rpvs)の値は、信号ホールド回路55(電圧保持コンデンサ57)に保持される。そして、信号ホールド回路55は、次回の素子抵抗値信号Rpvs検出のタイミング(具体的には、スイッチSW1がオンからオフ状態に切り替わる時点)まで、素子抵抗値信号Rpvsのホールド値を保持すると共に、保持している素子抵抗値信号Rpvs(換言すれば、サンプルホールド信号)を出力する。   Here, after the start of energization of the current -Iconst, when the time T2 (60 μs) elapses, the switch SW4 of the signal hold circuit 55 is switched from the on state to the off state, and the operational amplifier at the time (60 μs elapses after the energization start). The value of the output of OP3 (element resistance value signal Rpvs) is held in the signal hold circuit 55 (voltage holding capacitor 57). The signal hold circuit 55 holds the hold value of the element resistance value signal Rpvs until the next detection timing of the element resistance value signal Rpvs (specifically, when the switch SW1 is switched from on to off). The held element resistance value signal Rpvs (in other words, the sample hold signal) is output.

なお、ここで、電流−Iconstの通電開始から60μs経過時の値を測定するのは、測定された抵抗値に前記多孔質電極と前記固体電解質体の界面における抵抗成分が含まれないようにするためである。これは、低周波の電流や電圧によって測定を行うと起電力セル24の多孔質電極22、28と固体電解質体との界面の劣化等による該界面における抵抗成分の変化分を含む値が検出されるため、この変化分によって正確に測定が行い得なくなるからである。なお、視点を変えると、この測定の時間を変化させることにより劣化を含めた抵抗を測定し、劣化検出に用いることが可能となる。   Here, the value of 60 μs after the start of energization of the current −Iconst is measured so that the measured resistance value does not include the resistance component at the interface between the porous electrode and the solid electrolyte body. Because. This is because a value including a change in resistance component at the interface due to deterioration of the interface between the porous electrodes 22 and 28 of the electromotive force cell 24 and the solid electrolyte body is detected when measurement is performed with a low-frequency current or voltage. For this reason, accurate measurement cannot be performed by this change. When the viewpoint is changed, the resistance including deterioration can be measured by changing the measurement time and used for detecting deterioration.

そして、スイッチSW2のオン時点から時間T3が経過した時点で、スイッチSW2をオフすると同時にスイッチSW3をオンし、スイッチSW2をオンした時間とほぼ等しい時間T3に渡り、抵抗値測定用の上記電流−Iconstとは逆極性の一定電流+Iconstを起電力セル24側に通電する。これは、起電力セル24を構成する酸素イオン伝導性固体電解質体の配向現象によって内部起電力が影響を受けて、本来の酸素濃度差を反映する内部起電力値を出力しない状態から、正常な状態に復帰するまでの復帰時間を短縮させ、抵抗値の測定後に酸素濃度の測定を短時間で再開し得るようにするためである。   When the time T3 elapses from the time when the switch SW2 is turned on, the switch SW2 is turned off and the switch SW3 is turned on at the same time, and the current for measuring the resistance value− is almost equal to the time when the switch SW2 is turned on. A constant current + Iconst having a polarity opposite to that of Iconst is supplied to the electromotive force cell 24 side. This is because the internal electromotive force is affected by the orientation phenomenon of the oxygen ion conductive solid electrolyte body constituting the electromotive force cell 24, and the normal electromotive force value reflecting the original oxygen concentration difference is not output. This is to shorten the return time until the state is restored, and to restart the oxygen concentration measurement in a short time after the resistance value measurement.

この一定電流+Iconstの通電のための時間T3の経過後、スイッチSW3がオフとなった後、時間T4が経過したタイミングで、スイッチSW1がオンし、起電力セル24の電圧Vsが再び、オペアンプOP1を介してPID制御回路69に加えられ、ポンプ電流をPID制御した形での酸素濃度の測定が再開される。そして、インターバルT5の経過後スイッチSW1がオフし、再び起電力セル24の抵抗値を測定する。   After the elapse of time T3 for energization of the constant current + Iconst, after the switch SW3 is turned off, the switch SW1 is turned on at the timing when the time T4 elapses, and the voltage Vs of the electromotive force cell 24 is again changed to the operational amplifier OP1. Then, the measurement of the oxygen concentration is resumed in a form in which the pump current is PID controlled. Then, after the elapse of the interval T5, the switch SW1 is turned off, and the resistance value of the electromotive force cell 24 is measured again.

なお、素子インピーダンス検出装置1は、素子抵抗値信号Rpvs(詳細には、サンプルホールド信号)をヒータ制御回路60に対して出力しており、ヒータ制御回路60は、素子抵抗値信号Rpvsに基づいて、起電力セル24のバルク抵抗値と相関する値が目標値となるように、ガス濃度センサ素子8を加熱するためのヒータ70への通電を制御する。この温度制御は実質的に、起電力セル24のバルク抵抗値が目標値よりも高いときには、投入電力を高め、また、目標値よりも低いときには、投入電力を下げることにより、ガス濃度センサ素子8の温度を正確に目標温度(例えば、800℃)に保つよう機能する。   The element impedance detection device 1 outputs an element resistance value signal Rpvs (specifically, a sample hold signal) to the heater control circuit 60, and the heater control circuit 60 is based on the element resistance value signal Rpvs. The energization to the heater 70 for heating the gas concentration sensor element 8 is controlled so that the value correlated with the bulk resistance value of the electromotive force cell 24 becomes the target value. This temperature control substantially increases the input power when the bulk resistance value of the electromotive force cell 24 is higher than the target value, and decreases the input power when the bulk resistance value is lower than the target value. It functions to keep the temperature at the target temperature (for example, 800 ° C.) accurately.

ここで、オペアンプOP3への入力信号(起電力セル24の両端に発生する電圧Vs)に対してノイズが重畳して、オペアンプOP3から出力される素子抵抗値信号Rpvs(換言すれば、電圧変化量ΔVs)の波形にノイズ成分が重畳したときの第1ローパスフィルタ71の効果について、図4を用いて説明する。   Here, noise is superimposed on the input signal to the operational amplifier OP3 (voltage Vs generated at both ends of the electromotive force cell 24), and the element resistance value signal Rpvs (in other words, voltage change amount) output from the operational amplifier OP3. The effect of the first low-pass filter 71 when a noise component is superimposed on the waveform of (ΔVs) will be described with reference to FIG.

なお、図4では、起電力セル24の両端に発生する電圧Vsの波形、スイッチSW4のタイミングチャート、信号反転回路75が出力する反転抽出後の素子抵抗値信号Rpvsの波形(図では、ΔVsとして波形を図示)、および信号ホールド回路55が出力するサンプルホールド信号(信号ホールド回路55が保持している素子抵抗値信号Rpvs)の波形について示す。   In FIG. 4, the waveform of the voltage Vs generated at both ends of the electromotive force cell 24, the timing chart of the switch SW4, and the waveform of the element resistance value signal Rpvs after inversion extraction output from the signal inversion circuit 75 (in the figure, as ΔVs) A waveform is shown) and a waveform of a sample hold signal (element resistance value signal Rpvs held by the signal hold circuit 55) output from the signal hold circuit 55 is shown.

そして、サンプルホールド信号の波形として、第1ローパスフィルタ71を備えない場合の波形と、第1ローパスフィルタ71を備える場合の波形をそれぞれ示す。また、第1ローパスフィルタ71を備えない場合のサンプルホールド信号の波形においては、比較用として、ノイズが重畳していないときのサンプルホールド信号の波形(図3と同様の波形)を点線で示す。   As a waveform of the sample hold signal, a waveform when the first low-pass filter 71 is not provided and a waveform when the first low-pass filter 71 is provided are shown. In addition, in the waveform of the sample and hold signal when the first low-pass filter 71 is not provided, the waveform of the sample and hold signal when no noise is superimposed (the same waveform as in FIG. 3) is indicated by a dotted line for comparison.

図4に示すように、第1ローパスフィルタ71を備えない場合のサンプルホールド信号の波形は、ノイズが重畳していないときのサンプルホールド信号の波形(点線)に比べて大きな値を示している。これは、ノイズ成分の影響によって素子抵抗値信号Rpvs(電圧変化量ΔVs)の値に誤差が生じたためであり、その結果、サンプルホールド信号の値においてはノイズの影響による検出誤差が生じることになる。   As shown in FIG. 4, the waveform of the sample and hold signal when the first low-pass filter 71 is not provided is larger than the waveform (dotted line) of the sample and hold signal when noise is not superimposed. This is because an error occurs in the value of the element resistance value signal Rpvs (voltage change amount ΔVs) due to the influence of the noise component. As a result, a detection error due to the influence of noise occurs in the value of the sample hold signal. .

これに対して、第1ローパスフィルタ71を備える場合のサンプルホールド信号の波形は、ノイズ成分が第1ローパスフィルタ71によって除去されるため、ノイズが重畳していないときのサンプルホールド信号の波形と同様の波形となる。つまり、第1ローパスフィルタ71を備えることで、サンプルホールド信号(信号ホールド回路55が保持する素子抵抗値信号Rpvs)の検出に際して、ノイズの影響による検出誤差が生じるのを防止できる。   On the other hand, the waveform of the sample hold signal when the first low pass filter 71 is provided is similar to the waveform of the sample hold signal when noise is not superimposed because the noise component is removed by the first low pass filter 71. It becomes the waveform. That is, by providing the first low-pass filter 71, it is possible to prevent a detection error due to the influence of noise when detecting the sample hold signal (the element resistance value signal Rpvs held by the signal hold circuit 55).

また、素子インピーダンス検出装置1においては、信号ホールド回路55の後段において第2ローパスフィルタ73を備えており、第2ローパスフィルタ73は、第2ローパスフィルタ73の前段における信号経路で重畳されるノイズ成分を除去する。つまり、外部機器(ヒータ制御回路60)に対して出力する素子抵抗値信号Rpvs(信号ホールド回路55が保持するサンプルホールド信号)について、ノイズ成分が重畳されるのを防止できる。   In addition, the element impedance detection apparatus 1 includes a second low-pass filter 73 in the subsequent stage of the signal hold circuit 55, and the second low-pass filter 73 is a noise component superimposed on the signal path in the previous stage of the second low-pass filter 73. Remove. That is, it is possible to prevent the noise component from being superimposed on the element resistance value signal Rpvs (sample hold signal held by the signal hold circuit 55) output to the external device (heater control circuit 60).

なお、本実施形態においては、電流源63およびスイッチSW2が特許請求の範囲に記載された検出用電流通電手段に相当し、オペアンプOP3、オペアンプOP1、コンデンサC1、スイッチSW1が電圧変化量検出手段に相当し、信号ホールド回路55が電圧変化量保持手段に相当し、素子抵抗値信号出力端子41が信号出力手段に相当し、第1ローパスフィルタ71が保持前フィルタ手段に相当し、第2ローパスフィルタ73が出力前フィルタ手段に相当する。また、スイッチSW4が特許請求の範囲に記載された充電許可スイッチング手段に相当し、スイッチSW4のオン/オフ切り替え制御を行う酸素濃度検出回路52のマイクロコンピュータがスイッチング制御部に相当する。   In the present embodiment, the current source 63 and the switch SW2 correspond to the detection current supply means described in the claims, and the operational amplifier OP3, the operational amplifier OP1, the capacitor C1, and the switch SW1 serve as the voltage change amount detection means. The signal hold circuit 55 corresponds to voltage change amount holding means, the element resistance value signal output terminal 41 corresponds to signal output means, the first low-pass filter 71 corresponds to pre-holding filter means, and the second low-pass filter. 73 corresponds to pre-output filter means. Further, the switch SW4 corresponds to the charge permission switching means described in the claims, and the microcomputer of the oxygen concentration detection circuit 52 that performs on / off switching control of the switch SW4 corresponds to the switching control unit.

以上説明したように、素子インピーダンス検出装置1においては、第1ローパスフィルタ71を備えることで、信号ホールド回路55に入力される素子抵抗値信号Rpvsに対して点火ノイズなどに起因したノイズ成分が重畳されるのを抑制でき、信号ホールド回路55が保持する素子抵抗値信号Rpvsのホールド値に、ノイズに起因する検出誤差が生じるのを抑制できる。   As described above, the element impedance detection device 1 includes the first low-pass filter 71 so that a noise component caused by ignition noise or the like is superimposed on the element resistance value signal Rpvs input to the signal hold circuit 55. The detection error due to noise can be suppressed from occurring in the hold value of the element resistance value signal Rpvs held by the signal hold circuit 55.

また、第1ローパスフィルタ71に加えて第2ローパスフィルタ73を備えることで、ヒータ制御回路60に対して出力する素子抵抗値信号Rpvsについて、ノイズ成分が重畳されるのを防止できる。   Further, by providing the second low-pass filter 73 in addition to the first low-pass filter 71, it is possible to prevent noise components from being superimposed on the element resistance value signal Rpvs output to the heater control circuit 60.

したがって、本実施形態の素子インピーダンス検出装置1は、第1ローパスフィルタ71を備えることで電圧変化量ΔVs(素子抵抗値信号Rpvs)のホールド値の誤検出を抑制できるため、素子インピーダンスの検出精度の低下を抑制することができる。また、第1ローパスフィルタ71に加えて更に第2ローパスフィルタ73を備えることで外部に出力する素子抵抗値信号Rpvsにノイズ成分が重畳するのを抑制できることから、より一層、素子インピーダンスの検出精度の低下を抑制できる。   Therefore, the element impedance detection apparatus 1 of the present embodiment can suppress erroneous detection of the hold value of the voltage change amount ΔVs (element resistance value signal Rpvs) by including the first low-pass filter 71, so that the detection accuracy of the element impedance is improved. The decrease can be suppressed. Further, by providing the second low-pass filter 73 in addition to the first low-pass filter 71, it is possible to suppress the noise component from being superimposed on the element resistance value signal Rpvs output to the outside. Reduction can be suppressed.

また、本実施形態においては、素子抵抗値信号Rpvsの周波数帯域が10[kHz]以下であることから、第1ローパスフィルタ71が10[kHz]よりも大きい周波数帯域の信号成分を除去し、10[kHz]以下の周波数帯域の信号成分を通過するように構成されているので、ノイズ成分を有効に除去できる。さらに、第1ローパスフィルタ71が素子抵抗値信号Rpvsの信号成分を除去しないことから、第1ローパスフィルタ71によるフィルタリングが、素子抵抗値信号Rpvsのホールド値の検出にまで影響が及ぶのを避けることができる。   In the present embodiment, since the frequency band of the element resistance value signal Rpvs is 10 [kHz] or less, the first low-pass filter 71 removes signal components in a frequency band larger than 10 [kHz], and 10 Since it is configured to pass signal components in a frequency band of [kHz] or less, noise components can be effectively removed. Furthermore, since the first low-pass filter 71 does not remove the signal component of the element resistance value signal Rpvs, it is avoided that filtering by the first low-pass filter 71 affects the detection of the hold value of the element resistance value signal Rpvs. Can do.

なお、第1ローパスフィルタ71を備えることなく、第2ローパスフィルタ73のみを備える場合には、信号ホールド回路55に入力される電圧変化量の信号に対してノイズ成分が重畳されるのを抑制することができず、ノイズ成分の影響により検出誤差が生じることがある。   If only the second low-pass filter 73 is provided without providing the first low-pass filter 71, it is possible to suppress the noise component from being superimposed on the voltage change amount signal input to the signal hold circuit 55. Detection error may occur due to the influence of noise components.

そこで、図1に示す素子インピーダンス検出装置1から第1ローパスフィルタ71を除いた場合の各部の波形を図5に示す。
図5では、起電力セル24の両端に発生する電圧Vsの波形、SW4のタイミングチャート、信号ホールド回路55が出力するサンプルホールド信号(信号ホールド回路55が保持している素子抵抗値信号Rpvs)の波形、および第2ローパスフィルタ73の後段における素子抵抗値信号Rpvsの波形について示す。
Accordingly, FIG. 5 shows waveforms of respective parts when the first low-pass filter 71 is removed from the element impedance detection device 1 shown in FIG.
In FIG. 5, the waveform of the voltage Vs generated at both ends of the electromotive force cell 24, the timing chart of SW4, the sample hold signal output by the signal hold circuit 55 (the element resistance value signal Rpvs held by the signal hold circuit 55). The waveform and the waveform of the element resistance value signal Rpvs in the subsequent stage of the second low-pass filter 73 are shown.

図5に示すように、第1ローパスフィルタ71を備えない場合のサンプルホールド信号の波形は、第1ローパスフィルタ71を備える場合のサンプルホールド信号の波形(点線)に比べて大きな値を示している。これは、信号ホールド回路55に入力される信号におけるノイズ成分を除去できず、ノイズ成分の影響によって素子抵抗値信号Rpvs(ΔVs)のホールド値が誤って実際よりも大きく検出されるためである。   As shown in FIG. 5, the waveform of the sample and hold signal when the first low-pass filter 71 is not provided is larger than the waveform of the sample and hold signal (dotted line) when the first low-pass filter 71 is provided. . This is because the noise component in the signal input to the signal hold circuit 55 cannot be removed, and the hold value of the element resistance value signal Rpvs (ΔVs) is erroneously detected larger than the actual value due to the influence of the noise component.

そして、このような誤差を含むサンプルホールド信号が入力された第2ローパスフィルタ73から出力される波形は、サンプルホールド信号の波形に比べて緩やかに変化する波形を示すものの、最終的には、誤差を含むサンプルホールド信号と同一値を示す。   The waveform output from the second low-pass filter 73 to which the sample hold signal including such an error is input shows a waveform that changes more slowly than the waveform of the sample hold signal. It shows the same value as the sample hold signal including.

このため、第1ローパスフィルタ71を備えることなく、第2ローパスフィルタ73のみを備える場合(従来技術の場合)には、素子抵抗値信号出力端子41から外部に出力される素子抵抗値信号Rpvsには誤差が含まれることとなり、素子インピーダンスの検出精度の低下を抑制することができない。   Therefore, when only the second low-pass filter 73 is provided without the first low-pass filter 71 (in the case of the prior art), the element resistance value signal Rpvs output to the outside from the element resistance value signal output terminal 41 is used. Includes an error, and it is impossible to suppress a decrease in detection accuracy of the element impedance.

これに対して、本実施形態の素子インピーダンス検出装置1は、第1ローパスフィルタ71を備えることから、信号ホールド回路55に入力される電圧変化量の信号に対してノイズ成分が重畳されるのを抑制でき、素子抵抗値信号Rpvsに誤差が含まれるのを抑制できるため、素子インピーダンスの検出精度の低下を抑制することができる。   On the other hand, since the element impedance detection apparatus 1 of the present embodiment includes the first low-pass filter 71, the noise component is superimposed on the voltage change amount signal input to the signal hold circuit 55. Since it can suppress, and it can suppress that an error is contained in element resistance value signal Rpvs, the fall of the detection accuracy of element impedance can be controlled.

(別実施形態)
ついで、上述の実施形態とは異なる素子インピーダンス検出装置について説明する。本別実施形態では、上記実施形態(以下、第1実施形態ともいう)における第1ローパスフィルタ71および信号ホールド回路55に代えて、電圧保持用コンデンサ87および抵抗素子85を備えて構成される第2信号ホールド回路77を有するものである。なお、この別実施形態は、第2信号ホールド回路77以外の構成以外は、第1実施形態の構成(回路構成)と同一であるため、同一である部分の説明については省略するものとする。
(Another embodiment)
Next, an element impedance detection apparatus different from the above-described embodiment will be described. In the second embodiment, a voltage holding capacitor 87 and a resistance element 85 are provided in place of the first low-pass filter 71 and the signal hold circuit 55 in the above embodiment (hereinafter also referred to as the first embodiment). A two-signal hold circuit 77 is provided. Since this other embodiment is the same as the configuration (circuit configuration) of the first embodiment except for the configuration other than the second signal hold circuit 77, the description of the same portion will be omitted.

図6に、第2信号ホールド回路77の内部回路図を示す。
第2信号ホールド回路77は、入力側端子81から出力側端子83にかけて、スイッチSW4および抵抗素子85が直列接続されると共に、抵抗素子85と出力側端子83との接続経路とグランドラインとの間に接続される電圧保持用コンデンサ87を備えて構成される。なお、入力側端子81は、信号反転回路75(図1参照)の出力側に接続され、出力側端子83は、第2ローパスフィルタ73(図1参照)の入力側に接続される。
FIG. 6 shows an internal circuit diagram of the second signal hold circuit 77.
In the second signal hold circuit 77, the switch SW4 and the resistance element 85 are connected in series from the input side terminal 81 to the output side terminal 83, and between the connection path between the resistance element 85 and the output side terminal 83 and the ground line. And a voltage holding capacitor 87 connected to the. The input side terminal 81 is connected to the output side of the signal inverting circuit 75 (see FIG. 1), and the output side terminal 83 is connected to the input side of the second low-pass filter 73 (see FIG. 1).

このうち、電圧保持用コンデンサ87および抵抗素子85はローパスフィルタを構成しており、電圧保持用コンデンサ87の静電容量および抵抗素子85の抵抗値は、このローパスフィルタが10[kHz]以下の信号成分を通過させ、10[kHz]よりも高い周波数の信号成分を除去するように、設定されている。   Among these, the voltage holding capacitor 87 and the resistance element 85 constitute a low-pass filter, and the electrostatic capacity of the voltage holding capacitor 87 and the resistance value of the resistance element 85 are signals that the low-pass filter has 10 kHz or less. It is set to pass the component and remove the signal component having a frequency higher than 10 [kHz].

また、スイッチSW4は、第1実施形態と同様に、図3に示すスイッチSW4のタイミングチャートと同様に動作することで、外部から入力された信号(素子抵抗値信号Rpvs)を電圧保持用コンデンサ87に保持させる。   Similarly to the first embodiment, the switch SW4 operates in the same manner as the timing chart of the switch SW4 shown in FIG. 3, so that an externally input signal (element resistance value signal Rpvs) is supplied to the voltage holding capacitor 87. To hold.

つまり、第2信号ホールド回路77は、外部から入力された信号(素子抵抗値信号Rpvs)をホールド(保持)する機能と、ノイズ成分を除去するローパスフィルタとしての機能を、兼ね備えている。   That is, the second signal hold circuit 77 has a function of holding (holding) an externally input signal (element resistance value signal Rpvs) and a function of a low-pass filter for removing noise components.

このため、第1実施形態における第1ローパスフィルタ71および信号ホールド回路55に代えて第2信号ホールド回路77を備える素子インピーダンス検出装置においては、電圧保持用コンデンサ87および抵抗素子85からなるローパスフィルタが、第2信号ホールド回路77に入力される素子抵抗値信号Rpvsからノイズ成分を除去する。そして、第2信号ホールド回路77は、ノイズ成分が除去された素子抵抗値信号Rpvsを保持して、保持した素子抵抗値信号Rpvs(ホールド値)を出力することができる。   For this reason, in the element impedance detection device including the second signal hold circuit 77 instead of the first low pass filter 71 and the signal hold circuit 55 in the first embodiment, the low pass filter including the voltage holding capacitor 87 and the resistance element 85 is provided. The noise component is removed from the element resistance value signal Rpvs input to the second signal hold circuit 77. The second signal hold circuit 77 can hold the element resistance value signal Rpvs from which the noise component has been removed and output the held element resistance value signal Rpvs (hold value).

つまり、第2信号ホールド回路77を備える素子インピーダンス検出装置においても、第1実施形態と同様に、素子抵抗値信号Rpvsに対して点火ノイズなどに起因したノイズ成分が重畳されるのを抑制でき、第2信号ホールド回路77が保持する素子抵抗値信号Rpvsのホールド値に、ノイズに起因する検出誤差が生じるのを抑制できる。   That is, even in the element impedance detection device including the second signal hold circuit 77, similarly to the first embodiment, it is possible to suppress a noise component caused by ignition noise or the like from being superimposed on the element resistance value signal Rpvs, It is possible to suppress the occurrence of a detection error due to noise in the hold value of the element resistance value signal Rpvs held by the second signal hold circuit 77.

したがって、第2信号ホールド回路77を備える素子インピーダンス検出装置は、第1実施形態と同様に、電圧変化量ΔVs(素子抵抗値信号Rpvs)のホールド値の誤検出を抑制できるため、素子インピーダンスの検出精度の低下を抑制できる。   Therefore, since the element impedance detection device including the second signal hold circuit 77 can suppress erroneous detection of the hold value of the voltage change amount ΔVs (element resistance value signal Rpvs) as in the first embodiment, detection of element impedance is possible. A decrease in accuracy can be suppressed.

(変形例)
ついで、上記実施形態(第1の実施形態)に示した回路構成の素子インピーダンス検出装置1について、信号ホールド回路55のスイッチSW4のオン/オフ切り替え制御のタイミングについて変更した変形例について説明する。上記実施形態では、信号ホールド回路55のスイッチSW4のオフからオン状態に切り替わるタイミングを、スイッチSW1がオンからオフ状態へ切り替わるタイミングに同期させた例を示した。これに対し、本変形例は、信号ホールド回路55のスイッチSW4のオフからオン状態に切り替わるタイミングを、一定電流−Iconstを流すためのスイッチSW2がオフからオン状態に切り替わってから一定時間経過後に設定した例を示す。
以下では、上記実施形態の説明に用いた図3と同じ形式の図8に示したタイミングチャート、即ち起電力セル24の両端に発生する電圧Vsの波形、信号反転回路57が出力する反転抽出後の素子抵抗値信号Rpvsの波形(ΔVsとしての波形で図示)、信号ホールド回路55が出力するサンプルホールド信号(信号ホールド回路55が保持している素子抵抗値信号Rpvs)の波形と共に示したスイッチSW1、SW2、SW3、SW4のタイミングチャートを参照して、この変形例について説明する。
(Modification)
Next, a modified example in which the timing of the on / off switching control of the switch SW4 of the signal hold circuit 55 is changed in the element impedance detection device 1 having the circuit configuration shown in the above embodiment (first embodiment) will be described. In the above-described embodiment, the example in which the timing at which the switch SW4 of the signal hold circuit 55 is switched from the off state to the on state is synchronized with the timing at which the switch SW1 is switched from the on state to the off state. On the other hand, in the present modification, the timing at which the switch SW4 of the signal hold circuit 55 is switched from the OFF state to the ON state is set after a certain time has elapsed since the switch SW2 for flowing the constant current -Iconst is switched from the OFF state to the ON state. An example is shown.
In the following, the timing chart shown in FIG. 8 in the same format as that of FIG. The switch SW1 shown together with the waveform of the element resistance value signal Rpvs (shown as a waveform as ΔVs) and the waveform of the sample hold signal (element resistance value signal Rpvs held by the signal hold circuit 55) output from the signal hold circuit 55. This modification will be described with reference to the timing charts of SW2, SW3, SW3 and SW4.

スイッチSW1は、上記実施形態と同様、予め定められたインターバルT5毎に設定されたオフ時間T6(例えば、500μs)に渡りオフし、起電力セル24の抵抗測定を可能ならしめる。なお、このオフ時間T6においては、オペアンプOP1等から成るサンプルホールド回路にて、PID制御回路69への入力値は0.45Vに維持される。   The switch SW1 is turned off over an off time T6 (for example, 500 μs) set every predetermined interval T5, as in the above embodiment, and the resistance of the electromotive force cell 24 can be measured. During the off time T6, the input value to the PID control circuit 69 is maintained at 0.45 V in the sample hold circuit including the operational amplifier OP1 and the like.

ついで、スイッチSW1がオフされてから時間T1が経過した後、スイッチSW2が時間T3(約100μs)に渡りオンし、抵抗値測定用の一定電流−Iconstが起電力セル24側に流される。この電流−Iconstによって起電力セル24の両端の電圧が、図中に示すようにΔVs分低下する。   Next, after a time T1 has elapsed since the switch SW1 was turned off, the switch SW2 is turned on for a time T3 (about 100 μs), and a constant current −Iconst for measuring the resistance value is caused to flow to the electromotive force cell 24 side. Due to this current -Iconst, the voltage across the electromotive force cell 24 is lowered by ΔVs as shown in the figure.

ここで、スイッチSW2がオンされてから時間T7(時間T1より短い時間に設定された時間であって、具体的には30μs)が経過すると、信号ホールド回路55のスイッチSW4がオフからオン状態に切り替わる。そして、スイッチSW4がオン状態に切り替わってから30μsが経過(即ち、スイッチSW2がオンされて電流−Iconstの通電が開始されて、時間T2(約60μs)が経過)すると、信号ホールド回路55のスイッチSW4がオンからオフ状態に切り替わり、当該時間(通電開始から60μs経過時)でのオペアンプOP3の出力(素子抵抗値信号Rpvs)の値は、信号ホールド回路55(電圧保持コンデンサ57)に保持される。なお、信号ホールド回路55は、次回の素子抵抗値信号Rpvs検出のタイミング(具体的には、スイッチSW2がオフからオン状態に切り替わって30μsが経過する時)まで、素子抵抗値信号Rpvsのホールド値を保持すると共に、保持している素子抵抗値信号Rpvs(換言すれば、サンプルホールド信号)を出力する。   Here, when a time T7 (a time set to a time shorter than the time T1, specifically 30 μs) has elapsed after the switch SW2 is turned on, the switch SW4 of the signal hold circuit 55 changes from the off state to the on state. Switch. When 30 μs elapses after the switch SW4 is turned on (that is, when the switch SW2 is turned on and the energization of the current −Iconst starts and time T2 (about 60 μs elapses)), the switch of the signal hold circuit 55 The SW4 is switched from the on state to the off state, and the value of the output (element resistance value signal Rpvs) of the operational amplifier OP3 at this time (60 μs has elapsed from the start of energization) is held in the signal hold circuit 55 (voltage holding capacitor 57). . The signal hold circuit 55 holds the hold value of the element resistance value signal Rpvs until the next detection timing of the element resistance value signal Rpvs (specifically, when 30 μs elapses after the switch SW2 is switched from the off state to the on state). And the held element resistance value signal Rpvs (in other words, the sample hold signal) is output.

そして、スイッチSW2のオン時点から時間T3が経過した時点で、スイッチSW2をオフすると同時にスイッチSW3をオンし、スイッチSW2をオンした時間とほぼ等しい時間T3に渡り、抵抗値測定用の上記−Iconstとは逆極性の一定電流+Iconstを起電力セル24側に通電する。この一定電流+Iconstの通電のための時間T3の経過後、スイッチSW3がオフとなった後、時間T4が経過したタイミングで、スイッチSW1がオンし、起電力セル24の電圧Vsが再び、オペアンプOP1を介してPID制御回路69に加えられ、酸素濃度の測定が再開される。そして、インターバルT5の経過後スイッチSW1がオフし、再び上述した処理が繰り返される。   When the time T3 elapses from the time when the switch SW2 is turned on, the switch SW2 is turned off at the same time as the switch SW3 is turned on. Is applied to the electromotive force cell 24 side with a constant current + Iconst having a reverse polarity. After the elapse of time T3 for energization of the constant current + Iconst, after the switch SW3 is turned off, the switch SW1 is turned on at the timing when the time T4 elapses, and the voltage Vs of the electromotive force cell 24 is again changed to the operational amplifier OP1. Is added to the PID control circuit 69, and the measurement of the oxygen concentration is resumed. Then, after the elapse of the interval T5, the switch SW1 is turned off, and the above-described processing is repeated again.

この変形例として説明した素子インピーダンス検出装置によれば、電流−constの通電が開始されて信号反転回路75が出力する反転抽出後の素子抵抗値信号Rpvs(ΔVs)が変化している最中に、即ちスイッチSW2がオンされてから30μs経過後に、信号ホールド回路55のスイッチSW4がオフからオン状態に切り替えられる。これにより、スイッチSW4がオン状態に切り替えられても、電圧保持コンデンサに保持されていた電圧変化量ホールド値(図8中のサンプルホールド信号の波形)は0Vに下がることはなく、かつ第1ローパスフィルタ71に入力され始める出力(ΔVs)はある程度の値にまで達しているので、信号ホールド回路55(電圧保持コンデンサ57)に保持される電圧変化量ホールド値(サンプルホールド信号)は、第1ローパスフィルタ71を設けた場合であっても真値(本来取り得るΔVsの値)あるいは真値に近い値を示すことになる。   According to the element impedance detection device described as the modification, the inversion-extracted element resistance value signal Rpvs (ΔVs) output from the signal inversion circuit 75 is changed while the energization of the current −const is started. That is, the switch SW4 of the signal hold circuit 55 is switched from OFF to ON after 30 μs has elapsed since the switch SW2 was turned ON. As a result, even if the switch SW4 is turned on, the voltage change amount hold value (the waveform of the sample hold signal in FIG. 8) held in the voltage holding capacitor does not drop to 0V, and the first low-pass Since the output (ΔVs) that starts to be input to the filter 71 has reached a certain value, the voltage change amount hold value (sample hold signal) held in the signal hold circuit 55 (voltage hold capacitor 57) is the first low pass. Even when the filter 71 is provided, it shows a true value (a value of ΔVs that can be originally taken) or a value close to the true value.

従って、この変形例の素子インピーダンス検出装置によれば、信号ホールド回路55(電圧保持コンデンサ57)に入力される電圧変化量に対してノイズ成分が重畳するのを抑制するための第1ローパスフィルタ71を設定した場合にも、電圧保持コンデンサ57にて保持される電圧変化量ホールド値(サンプルホールド信号)を真値ないし真値に近づけることができ、素子インピーダンスの検出精度をより高められる。   Therefore, according to the element impedance detection device of this modification, the first low-pass filter 71 for suppressing the noise component from being superimposed on the voltage change amount input to the signal hold circuit 55 (voltage holding capacitor 57). Even when is set, the voltage change hold value (sample hold signal) held by the voltage holding capacitor 57 can be brought close to the true value or the true value, and the detection accuracy of the element impedance can be further improved.

以上、本発明を上記実施形態及び別実施形態、変形例に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記実施形態等においては、ガス濃度センサ素子として、固体電解質体から形成された複数のセル(ポンプセル14および起電力セル24)を備えるガス濃度センサ素子8について説明したが、素子インピーダンスの検出対象となるガス濃度センサ素子は、複数の固体電解質体を備える構成に限られることはなく、単一の固体電解質体を備える構成(1セルタイプ)であっても良い。
As mentioned above, although this invention was demonstrated according to the said embodiment, another embodiment, and a modification, this invention is not limited to the said embodiment etc., A various aspect can be taken.
For example, in the above-described embodiment and the like, the gas concentration sensor element 8 including a plurality of cells (pump cell 14 and electromotive force cell 24) formed from a solid electrolyte body has been described as the gas concentration sensor element. The target gas concentration sensor element is not limited to a configuration including a plurality of solid electrolyte bodies, and may be a configuration including a single solid electrolyte body (one cell type).

さらに、ガス濃度センサ素子8においては、素子インピーダンスの検出対象を起電力セル24の固体電解質体ではなくポンプセル14の固体電解質体としてもよく、あるいは、起電力セル24およびポンプセル14の両方の固体電解質体について素子インピーダンスを検出しても良い。   Further, in the gas concentration sensor element 8, the detection target of the element impedance may be not the solid electrolyte body of the electromotive force cell 24 but the solid electrolyte body of the pump cell 14, or the solid electrolytes of both the electromotive force cell 24 and the pump cell 14. The element impedance may be detected for the body.

また、第1ローパスフィルタ71の保持前境界周波数は、10[kHz]に限られることはなく、電圧変化量ΔVsの信号(素子抵抗値信号Rpvs)の周波数帯域に応じて、ノイズ成分を除去できるように設定すればよい。   Further, the pre-holding boundary frequency of the first low-pass filter 71 is not limited to 10 [kHz], and noise components can be removed according to the frequency band of the signal of the voltage change amount ΔVs (element resistance value signal Rpvs). It should be set as follows.

例えば、内燃機関に設置されるガス濃度センサ素子において素子インピーダンスを検出する場合において、ガス濃度センサ素子がエキゾーストマニホールドあるいはその直後の排気管に設置される場合には、ガス濃度センサ素子が点火コイルの近くに配置されるため、ノイズの発生原因として点火ノイズが考えられる。そして、点火ノイズのうち素子インピーダンスの検出に悪影響を及ぼす高電圧部の周波数成分は、約33[kHz]程度であることから、第1ローパスフィルタ71を30[kHz]よりも高い周波数成分を除去するように構成することで、点火ノイズの影響を除去することができる。   For example, when detecting an element impedance in a gas concentration sensor element installed in an internal combustion engine, if the gas concentration sensor element is installed in an exhaust manifold or an exhaust pipe immediately thereafter, the gas concentration sensor element is connected to an ignition coil. Since they are arranged close to each other, ignition noise is considered as a cause of noise generation. And since the frequency component of the high voltage part which has a bad influence on the detection of element impedance among ignition noise is about 33 [kHz], the 1st low pass filter 71 removes a frequency component higher than 30 [kHz]. By configuring so, the influence of ignition noise can be removed.

また、電圧変化量ΔVsの信号(素子抵抗値信号Rpvs)の周波数帯域が3[kHz]以下である場合には、素子抵抗値信号Rpvsへの影響を抑制するために、第1ローパスフィルタ71を3[kHz]よりも高い周波数成分を除去するように構成するとよい。   When the frequency band of the voltage change amount ΔVs signal (element resistance value signal Rpvs) is 3 [kHz] or less, the first low-pass filter 71 is set to suppress the influence on the element resistance value signal Rpvs. It may be configured to remove frequency components higher than 3 [kHz].

さらに、信号ホールド回路55から素子抵抗値信号出力端子41までの信号経路においてノイズの影響が無い環境下においては、第2ローパスフィルタ73を備えることなく、素子インピーダンス検出装置を構成しても良い。   Further, in an environment where there is no influence of noise in the signal path from the signal hold circuit 55 to the element resistance value signal output terminal 41, the element impedance detection device may be configured without the second low-pass filter 73.

また、第1ローパスフィルタ71の設置位置は、オペアンプOP3から信号ホールド回路55までの信号経路のうち任意の位置に設定できるが、信号ホールド回路55に入力される信号におけるノイズ成分を効果的に除去するためには、信号ホールド回路55に近い位置に設置することが望ましい。   In addition, the installation position of the first low-pass filter 71 can be set to any position in the signal path from the operational amplifier OP3 to the signal hold circuit 55, but the noise component in the signal input to the signal hold circuit 55 is effectively removed. In order to do so, it is desirable to install it at a position close to the signal hold circuit 55.

さらに、信号ホールド回路55または第2信号ホールド回路77において保持する素子抵抗値信号Rpvs(電圧変化量ΔVs)は、抵抗値測定用の一定電流−Iconstの通電開始時点から予め定められたホールド待機時間(上記の時間T2)が経過した時点の値に限られることはなく、抵抗値測定用電流の通電期間におけるピーク値であってもよい。   Further, the element resistance value signal Rpvs (voltage change amount ΔVs) held in the signal hold circuit 55 or the second signal hold circuit 77 is a hold hold time determined in advance from the start of energization of the constant current for measuring the resistance value −Iconst. The value is not limited to the value at the time when (the above time T2) has elapsed, and may be a peak value in the energization period of the resistance measurement current.

また、上記変形例にて説明した素子インピーダンス検出装置におけるスイッチSW4のオン/オフ切り替えタイミングは、上記の別実施形態と同様に、図8に示すスイッチSW4のタイミングチャートと同様に動作させ、外部から入力された信号(素子抵抗値信号Rpvs)を第2信号ホールド回路77(電圧保持コンデンサ87)に保持させるようにしてもよい。このようにスイッチSW4のオン/オフ切り替えタイミングを、変形例の素子インピーダンス検出装置において図8のように動作させることにより、第2信号ホールド回路77にローパスフィルタとしての機能を兼ね備えさせた場合にも、電圧保持コンデンサ87にて保持される電圧変化量ホールド値(サンプルホールド信号)を真値ないし真値に近づけることができ、素子インピーダンスの検出精度をより高められる。   Further, the on / off switching timing of the switch SW4 in the element impedance detection apparatus described in the modification example is operated in the same manner as the timing chart of the switch SW4 shown in FIG. The input signal (element resistance value signal Rpvs) may be held in the second signal hold circuit 77 (voltage holding capacitor 87). As described above, even when the second signal hold circuit 77 has a function as a low-pass filter by operating the switch SW4 on / off switching timing as shown in FIG. The voltage change amount hold value (sample hold signal) held by the voltage holding capacitor 87 can be brought close to the true value or the true value, and the detection accuracy of the element impedance can be further improved.

素子インピーダンス検出装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of an element impedance detection apparatus. ガス濃度センサ素子の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a gas concentration sensor element. 実施形態の素子インピーダンス検出装置の各部における信号波形を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the signal waveform in each part of the element impedance detection apparatus of an embodiment. 素子抵抗値信号Rpvs(電圧変化量ΔVs)の波形にノイズ成分が重畳したときの第1ローパスフィルタの効果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the effect of a 1st low-pass filter when a noise component is superimposed on the waveform of element resistance value signal Rpvs (voltage change amount (DELTA) Vs). 素子インピーダンス検出装置から第1ローパスフィルタを除いた場合の各部の波形を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the waveform of each part at the time of removing the 1st low pass filter from an element impedance detection device. 第2信号ホールド回路の内部回路図である。FIG. 6 is an internal circuit diagram of a second signal hold circuit. 実施形態の素子インピーダンス検出装置に備えられる信号ホールド回路の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the signal hold circuit with which the element impedance detection apparatus of embodiment is equipped. 変形例の素子インピーダンス検出装置の各部における信号波形を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the signal waveform in each part of the element impedance detection apparatus of a modification.

符号の説明Explanation of symbols

1…素子インピーダンス検出装置、8…ガス濃度センサ素子、14…ポンプセル、24…起電力セル、41…素子抵抗値信号出力端子、52…酸素濃度検出回路、55…信号ホールド回路、63…電流源、69…PID制御回路、71…第1ローパスフィルタ、73…第2ローパスフィルタ、77…第2信号ホールド回路、85…抵抗素子、57、87…電圧保持用コンデンサ、OP3…オペアンプ、SW2、SW4…スイッチ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Element impedance detection apparatus, 8 ... Gas concentration sensor element, 14 ... Pump cell, 24 ... Electromotive force cell, 41 ... Element resistance value signal output terminal, 52 ... Oxygen concentration detection circuit, 55 ... Signal hold circuit, 63 ... Current source 69 ... PID control circuit, 71 ... first low-pass filter, 73 ... second low-pass filter, 77 ... second signal hold circuit, 85 ... resistive element, 57, 87 ... voltage holding capacitor, OP3 ... op amp, SW2, SW4 …switch.

Claims (7)

固体電解質体よりなるガス濃度センサ素子の素子インピーダンスを検出する素子インピーダンス検出装置であって、
前記ガス濃度センサ素子に対して素子インピーダンスを検出するための検出用電流を、第1の一定時間にわたり通電する検出用電流通電手段と、
前記検出用電流の通電による前記ガス濃度センサ素子の両端における電圧変化量を検出する電圧変化量検出手段と、
前記電圧変化量検出手段により検出される前記電圧変化量を電圧変化量ホールド値として保持する電圧変化量保持手段と、
前記電圧変化量保持手段に保持された前記電圧変化量ホールド値を出力する信号出力手段と、
前記電圧変化量検出手段から前記電圧変化量保持手段までの信号経路において、予め定められた保持前境界周波数よりも高い周波数帯域を除去する保持前フィルタ手段と、
を備えることを特徴とする素子インピーダンス検出装置。
An element impedance detection device for detecting an element impedance of a gas concentration sensor element made of a solid electrolyte body,
A detection current supply means for supplying a detection current for detecting an element impedance to the gas concentration sensor element over a first fixed time;
Voltage change amount detecting means for detecting a voltage change amount at both ends of the gas concentration sensor element by energization of the detection current;
Voltage change amount holding means for holding the voltage change amount detected by the voltage change amount detecting means as a voltage change amount hold value;
Signal output means for outputting the voltage change amount hold value held in the voltage change amount holding means;
Pre-holding filter means for removing a frequency band higher than a predetermined pre-holding boundary frequency in a signal path from the voltage change amount detecting means to the voltage change amount holding means;
An element impedance detection apparatus comprising:
前記電圧変化量保持手段は、前記電圧変化量検出手段が検出する前記電圧変化量に応じた電圧値に充電され、その電圧値を前記電圧変化量ホールド値として保持するための電圧保持コンデンサと、オン状態になることで、前記電圧変化量検出手段からの出力電圧を前記電圧保持コンデンサに充電させることを許容する充電許容スイッチング手段と、前記検出用電流通電手段により前記ガス濃度センサ素子に通電を開始してから前記第1の一定時間より短い第2の一定時間の経過後であって、かつ該第1の一定時間内の特定期間にわたって、前記充電許容スイッチング手段をオフからオン状態に切り替え制御するスイッチング制御部と、を備えること、
を特徴とする請求項1に記載の素子インピーダンス検出装置。
The voltage change amount holding means is charged to a voltage value corresponding to the voltage change amount detected by the voltage change amount detection means, and a voltage holding capacitor for holding the voltage value as the voltage change amount hold value; The gas concentration sensor element is energized by the charging allowable switching means that allows the voltage holding capacitor to be charged with the output voltage from the voltage change detection means, and the detection current energizing means. Control of switching the charge-acceptable switching means from off to on after a lapse of a second fixed time shorter than the first fixed time from the start and over a specific period within the first fixed time A switching control unit that performs,
The element impedance detection apparatus according to claim 1.
固体電解質体よりなるガス濃度センサ素子の素子インピーダンスを検出する素子インピーダンス検出装置であって、
前記ガス濃度センサ素子に対して素子インピーダンスを検出するための検出用電流を、第1の一定期間にわたり通電する検出用電流通電手段と、
前記検出用電流の通電による前記ガス濃度センサ素子の両端における電圧変化量を検出する電圧変化量検出手段と、
前記電圧変化量検出手段により検出される前記電圧変化量を電圧変化量ホールド値として保持する電圧変化量保持手段と、
前記電圧変化量保持手段に保持された前記電圧変化量ホールド値を出力する信号出力手段と、
を備えており、
前記電圧変化量保持手段は、前記電圧変化量検出手段が検出する前記電圧変化量に応じた電圧値に充電され、その電圧値を前記電圧変化量ホールド値として保持するための電圧保持コンデンサを備えており、
前記電圧保持コンデンサと共にローパスフィルタを構成する抵抗素子を備え、
前記電圧保持コンデンサおよび前記抵抗素子により構成されるローパスフィルタは、予め定められた保持前境界周波数よりも高い周波数帯域を除去すること、
を備えることを特徴とする素子インピーダンス検出装置。
An element impedance detection device for detecting an element impedance of a gas concentration sensor element made of a solid electrolyte body,
A detection current supply means for supplying a detection current for detecting an element impedance to the gas concentration sensor element over a first fixed period;
Voltage change amount detecting means for detecting a voltage change amount at both ends of the gas concentration sensor element by energization of the detection current;
Voltage change amount holding means for holding the voltage change amount detected by the voltage change amount detecting means as a voltage change amount hold value;
Signal output means for outputting the voltage change amount hold value held in the voltage change amount holding means;
With
The voltage change amount holding unit is charged with a voltage value corresponding to the voltage change amount detected by the voltage change amount detection unit, and includes a voltage holding capacitor for holding the voltage value as the voltage change amount hold value. And
Comprising a resistance element constituting a low-pass filter together with the voltage holding capacitor;
The low-pass filter constituted by the voltage holding capacitor and the resistance element removes a frequency band higher than a predetermined boundary frequency before holding;
An element impedance detection apparatus comprising:
前記電圧変化量保持手段は、前記電圧保持コンデンサに加え、オン状態になることで、前記電圧変化量検出手段からの出力電圧を前記電圧保持コンデンサに充電させることを許容する充電許容スイッチング手段と、前記検出用電流通電手段により前記ガス濃度センサ素子に通電を開始してから前記第1の一定時間より短い第2の一定時間の経過後であって、かつ該第1の一定時間内の特定期間にわたって、前記充電許容スイッチング手段をオフからオン状態に切り替え制御するスイッチング制御部と、を備えること
を特徴とする請求項3に記載の素子インピーダンス検出装置。
The voltage change amount holding means, in addition to the voltage holding capacitor, by being turned on, charging permission switching means that allows the voltage holding capacitor to charge the output voltage from the voltage change amount detecting means, A specific period within the first constant time after the elapse of a second fixed time shorter than the first fixed time after the gas current sensor is energized by the detection current supply means. The device impedance detection apparatus according to claim 3, further comprising: a switching control unit that controls the charge-accepting switching unit to switch from an off state to an on state.
請求項1から請求項4のいずれかに記載された素子インピーダンス検出装置であって、
前記保持前境界周波数は3[kHz]以上であること、
を特徴とする素子インピーダンス検出装置。
The element impedance detection device according to any one of claims 1 to 4,
The boundary frequency before holding is 3 [kHz] or more,
An element impedance detection device characterized by the above.
前記ガス濃度センサ素子は、固体電解質体にて形成される複数のセルを有し、前記検出用電流通電手段は、少なくとも1つのセルに前記検出用電流を通電すること、
を特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の素子インピーダンス検出装置。
The gas concentration sensor element has a plurality of cells formed of a solid electrolyte body, and the detection current energizing means energizes the detection current to at least one cell;
The element impedance detection apparatus according to claim 1, wherein:
前記電圧変化量保持手段から前記信号出力手段までの信号経路において、予め定められた出力前境界周波数よりも高い周波数帯域を除去する出力前フィルタ手段を備えること、
を特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の素子インピーダンス検出装置。
Comprising pre-output filter means for removing a frequency band higher than a predetermined pre-output boundary frequency in a signal path from the voltage change amount holding means to the signal output means;
The element impedance detection apparatus according to claim 1, wherein:
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