JP4559805B2 - 物理量センサ - Google Patents
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Description
上記振動体の振動特性は周囲温度によって変化するが、物理量センサの出力の検出感度や零点電圧は常に一定である必要があるため、その出力信号の補正が必要である。この補正については、多くの提案がなされている(例えば、特許文献1参照。)。
図3は、特許文献1に示した従来技術を、その内容を逸脱しない範囲で書き直した回路図である。1はセンサ素子、2は検波回路、3はD/A変換器、6は可変ゲイン増幅手段、7は制御手段、8は温度計測手段である。
なお、ここでの物理量センサの零点電圧とは、物理量センサに角速度を印加しないときの出力電圧であり、物理量センサの感度とは、印加した角速度から出力電圧への変換比率(スケールファクタ)を意味する。
ドリフト補正とは、物理量センサの出力零点(角速度を印加しないときの出力)の温度変化による変化、すなわち温度ドリフトを打ち消し、物理量センサの出力零点を0V近傍にする操作である。
D/A変換器3は、ディジタルデータ入力に対応して、D/A変換器3に固有の最小分解能電圧を整数倍した信号を出力する、よく知られた回路である。
例えば、可変ゲイン増幅手段6の増幅率の上限と下限との比が4倍であれば、D/A変換器3は4倍の精度が必要であるが、上記ノイズ特性を満すD/A変換器3は、大規模で構成が複雑になるばかりでなく、製造誤差の影響で生産性が極めて悪くなることが知られている。
理量センサであって、調整手段は、出力零点を補正する補正信号を生成する補正信号生成手段と、補正信号生成手段の出力信号を増幅する補正信号調整手段と、センサ素子の出力信号に対して補正信号調整手段の補正信号を加算した信号を増幅する可変ゲイン増幅手段と、補正信号調整手段と可変ゲイン増幅手段の増幅率を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、補正信号生成手段の補正信号を制御するとともに、補正信号調整手段の増幅率と可変ゲイン増幅手段の増幅率を互いに逆数の値になるように制御することを特徴とする。
信号調整手段の増幅率を小さく設定することで、補正信号生成手段の出力が最小分解能の分だけ変化した際に物理量センサ出力に生じる変動量を抑制することが可能となる。
さらに、補正信号生成手段のデータ幅を小さくできることから、この補正信号生成手段への設定値を記憶するメモリについても、必要最低限のデータ幅で済むため、ドリフト補正データを記憶するメモリ量を小さくできるといった効果も有する。
まず、図1を用いて本発明の物理量センサの全体構成について説明する。10はセンサ手段、20は検波手段、30は補正信号生成手段、40は補正信号調整手段、50は加算手段、60は可変ゲイン増幅手段、70は制御手段、80は温度計測手段、90はメモリ手段、100は調整手段である。S1はセンサ素子出力、S2は検波出力、S3は調整前補正信号、S4は補正信号、S5は加算信号、S6は物理量センサ出力、S7およびS8はディジタル入力である。なお、この物理量センサの回路部分、すなわち検波手段20および調整手段100は、外部から印加する±2.5Vの電圧で動作する構成となっている。
検波手段20は、このセンサ素子10から得られたセンサ素子出力S1を増幅および検波し、直流化した信号を出力する回路である。検波手段20の出力は検波出力S2とした。センサ素子10および検波手段20の構成は、一般に知られている回路であるので説明は省略する。
メモリ手段90には、予め、センサ感度補正データとドリフト補正データとが格納されている。
調整手段100においては、補正信号生成手段30の出力信号である調整前補正信号S3を、補正信号調整手段40が電圧レベルを調整して補正信号S4として出力し、さらに
加算手段50がこの補正信号S4と検波手段20の検波出力S2とを加算した信号を加算信号S5として出力する。加算手段50の加算信号S5は、可変ゲイン増幅手段60が増幅し、物理量センサ出力S6として外部に出力する。
補正信号生成手段30は、フルスケールレンジが電源電圧(±2.5V)の1/8、すなわち約±312mVであるものを用いる。補正信号生成手段30の出力分解能は約0.6mVである。ディジタル入力S8は、補正信号生成手段30の出力電圧値を設定するための符号付き10ビットディジタル信号であり、周囲温度情報をもとにメモリ手段90から読み出される各温度でのドリフト補正データを表すデータである。
次に、図2を用いて本発明の可変ゲイン増幅手段60や補正信号調整手段40に用いる可変ゲイン増幅回路の構成の一例について説明する。図2は、可変ゲイン増幅手段60の構成を説明する回路図である。61は入力抵抗部、62は帰還抵抗部、63は可変抵抗、64は抵抗素子、65はオペアンプ(演算増幅器)である。
端子からは、調整手段100の出力信号である物理量センサ出力S6が出力される。
K=−R2/R1
と表すことができる。例として、可変抵抗63の抵抗値を20KΩ〜高抵抗とし、抵抗素子64に60KΩ、帰還抵抗部62に30KΩを選ぶことで、可変ゲイン増幅手段60の増幅率Kを、ディジタル入力S7に対し、0.5〜2.0倍に変化させることができる。
上記のような構成で、本発明の物理量センサを構成する。
続いて、図1に示す制御手段70の動作について説明する。まず、制御手段70は、温度計測手段80から得られる周囲温度情報をもとに、予めメモリ手段90に記憶してあるセンサ感度補正データを読み出し、入力データとしてディジタル入力S7を可変ゲイン増幅手段60に送出する。これにより、可変ゲイン増幅手段60は各温度毎に必要な増幅率の設定となる。これにより、制御手段70は、物理量センサの感度(スケールファクタ)が一定となるように可変ゲイン増幅手段60の増幅率を変化させる。
20 検波手段
30 補正信号生成手段
40 補正信号調整手段
50 加算手段
60 可変ゲイン増幅手段
70 制御手段
100 調整手段
Claims (4)
- センサ素子の出力信号に対して出力零点及び検出感度の補正を行う調整手段を有する物理量センサであって、
前記調整手段は、前記出力零点を補正する補正信号を生成する補正信号生成手段と、前記補正信号生成手段の出力信号を増幅する補正信号調整手段と、前記センサ素子の出力信号に対して前記補正信号調整手段の補正信号を加算した信号を増幅する可変ゲイン増幅手段と、前記補正信号調整手段と前記可変ゲイン増幅手段の増幅率を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記補正信号生成手段の補正信号を制御するとともに、前記補正信号調整手段の増幅率と前記可変ゲイン増幅手段の増幅率を互いに逆数の値になるように制御することを特徴とする物理量センサ。 - 前記補正信号生成手段は、D/A変換器であることを特徴とする請求項1に記載の物理量センサ。
- 前記制御手段は周囲温度を計測する温度計測手段を備え、該温度計測手段の出力に応じて前記補正信号調整手段の増幅率及び前記可変ゲイン増幅手段の増幅率を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の物理量センサ。
- 前記制御手段は周囲温度を計測する温度計測手段を備え、該温度計測手段の出力に応じて前記補正信号生成手段の補正信号を制御することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の物理量センサ。
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