JP5236087B2 - センサ用の１ピンキャリブレーション組立体及びキャリブレーション方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して圧力及び温度センサのキャリブレーション（較正）に関し、特に、キャリブレーションを行うセンサ組立体及びセンサをキャリブレーションする方法に関する。

センサのキャリブレーションを行うことは、当該技術分野においてよく知られている。キャリブレーションを個別のセンサに対して行うことで、均一の出力測定値を得ることができる。多くの従来のセンサは、最終製造ステップが完了する前にキャリブレーション（較正）される。

しかしながら、製造プロセス中にセンサ素子及び環境の変化によって使用材料が原因となって生ずるストレスにより、センサの出力はセンサ毎に異なることがある。したがって、当該技術分野では、製造が完了した各センサをキャリブレーション（較正）し、これにより、各センサが圧力、温度、位置等の同一ストレスを受けたとき、ほぼ同一かつ均一の出力を生ずるようにすることが好ましい。

本発明の好適な態様では、圧力感知素子をキャリブレーションするための方法及び組立体を提供し、該キャリブレーション組立体は、少なくとも１つの保護回路、プローブ、マイクロプロセッサ、及びマルチピンコネクタを備える。

本発明の好適な方法では、センサ組立体が製造された後に、プローブをセンサ組立体に取り付ける。接続した後、プローブは、保護回路を無効にする信号を送信する。保護回路を無効にすることにより、センサのコネクタにおける圧力出力ピン及び温度出力ピンを通じて、マイクロプロセッサをプログラムし、通常センサ信号出力専用の出力部で双方向通信を可能にすることができる。

次に、プローブから発せられた信号は、マイクロプロセッサに対して、該マイクロプロセッサのソフトウェアにおける較正係数許容ルーチンを開始するように通知する。較正係数は、保護回路及びバイパスラインを通じて伝送される逆出力信号を介して、マイクロプロセッサに伝送され、不揮発性メモリにロードされる。該バイパスラインは、プロセッサと出力保護デバイスとの間にあるセンサ組立体の信号フィルタ又は他の信号調整回路を、バイパスする。該係数をマイクロプロセッサの補償ルーチンが使用し、ゲイン、線形性、及び温度変化を補償する。

特に、本発明の好適な態様では、コネクタにおける温度出力ピンが、係数データを供給し、コネクタにおける圧力出力ピンを、標準２線式デジタル通信プロトコルに準拠する信号を同期させるためのクロックタイミングの出力に用いる。単独の出力部、例えば単独の圧力出力部を用いる場合は、例えばSAE-J2716のような標準１線式デジタル通信プロトコルを用いることができるが、これに限られず、任意の標準１線式デジタル通信プロトコルを用いることができる。本発明の利点の１つは、センサ組立体を、最終組み立て後に、既存のコネクタを通じて補正し得ることである。本発明の他の利点は、過電圧、逆電圧、及び静電気放電から出力信号を保護する保護回路を用いることである。本発明の他の利点は、保護回路を、出力信号をキャリブレーションに使用可能にすることである。好適な態様において、保護回路は、マイクロプロセッサが極度の過電圧、極度の不足電圧、静電気放電、及び他の電気的ストレスに晒されないように、マイクロプロセッサを保護する。

本発明は、添付図面を参照することによって、より容易に理解されるであろう。図面において同様の参照符号は、同様の部分を示す。

本発明の一実施形態によるセンサ組立体のブロック図である。 本発明の保護集積回路における好適実施形態の概略図である。

全体的に、本発明は、次のように簡単に説明することができ、図１は、本発明のセンサ組立体100の好適実施例を示す。

センサ組立体100は、感知素子102、マイクロプロセッサ104、及び保護回路106を備える。感知素子は、環境変化、例えば好適実施形態では圧力及び温度を、感知できる、任意のタイプのセンサである。素子102の出力108及び110は、マイクロプロセッサ104に入力される。マイクロプロセッサ104は、その他に、とくに補償ルーチン及び較正係数許容ルーチンを備える。マイクロプロセッサは、感知素子102の出力108及び110を処理し、ストレス、例えばゲイン、線形性、温度、及び当該技術分野で良く知られた他のストレスを、補償する。

マイクロプロセッサ104は、マイクロプロセッサの出力当たり少なくとも１つのローパスフィルタ（図示せず）を介して、保護回路106に接続する。検出される環境変化が２つ存在する好適実施形態において、マイクロプロセッサは、ローパスフィルタを介して保護回路106に接続する少なくとも２つの出力112及び114を有する。マイクロプロセッサの出力が２つ存在する当該実施形態において、保護回路は、２つの保護集積回路116及び118を備える。好適実施形態において、２つの保護集積回路のそれぞれにおける出力120及び122は、センサ組立体のコネクタ（図示せず）における所定のピンに接続する。

測定すべき環境ストレスが１つのみ存在する他の実施形態では、測定及び較正すべき感知素子からの出力が１つのみであるため、１つの保護回路のみが必要である。

好適実施形態において、保護回路は、マイクロプロセッサが極度の過電圧、極度の不足電圧、静電気放電、及び他の電気的ストレスに晒されないように、マイクロプロセッサを保護する。

次に、図２は、図１の保護集積回路116の好適実施形態を示す。保護回路は、次のように動作する。C_extラインがプローブ（図示せず）からデジタル信号を受信すると、保護回路からの出力信号C_ext-chipが、マイクロプロセッサに対して、較正係数許容ルーチンを開始するように通知する。同時に、C_extからの信号は、また、接続部134を閉状態にし、これによりV_outからの信号が、ドライバ136を回避し、代わりに較正データV_{out_chip}としてマイクロプロセッサの入力に入る。

さらに、保護回路は、また、チップに損傷を与えるような極度の高電圧、静電気放電、又は逆電圧のいずれかをチップが受けないように、チップを保護する。特に、V_inが高過ぎる場合、V_inは接続130を開状態にし、マイクロプロセッサに電圧が及ぶのを防ぐ。V_inは、また、V_outライン上の接続部132を開状態にし、マイクロプロセッサが損傷するのを防ぐ。同様にして、何らかの理由で大きな電圧又は逆電圧がV_outラインを通過すれば、この電圧又は逆電圧も接続をオープンにし、電圧がチップを破壊するのを防ぐ。この様にして、組立体のマイクロプロセッサ及びセンサ側も保護される。

次に、図１及び図２において、本発明の好適なキャリブレーション方法では、センサ組立体100が製造された後、プローブ（図示せず）が、マイクロセッサに信号120を送信し、保護回路106を無効にする。本発明の好適実施形態においては、プローブを、組立体コネクタ（図示せず）におけるピンに接続する。保護回路106を無効にすることにより、センサのコネクタ（図示せず）の圧力出力ピン122及び温度出力ピン124を通じて、マイクロプロセッサをプログラムし、通常出力専用のセンサ信号を用いて双方向通信を可能にすることができる。

次に、プローブは、マイクロプロセッサ104に入力126を介して信号を送信する。これによりマイクロセッサは、自己のソフトウェアにおける較正係数許容ルーチンを開始する。較正係数は、保護回路106及びバイパスライン128、130を通じて伝送される逆出力信号を介して、マイクロプロセッサに伝送される。バイパスライン128及び130は、センサ組立体のバイパスフィルター（図示せず）をバイパスし、係数を不揮発性メモリにロードする。この係数をマイクロプロセッサの補償ルーチンが使用して、ゲイン、線形性、及び温度変化を補償する。

特に、本発明の好適実施形態において、コネクタ内の温度出力ピン124は、熱係数データを提供し、コネクタにおける圧力出力ピン122は、信号どうしを同期させるためのクロックタイミング出力として用いる。

本発明の一実施形態において、マイクロプロセッサは、較正データを受信すると、プローブがさらなる較正データを受信できないようにする。次に、この較正データを使用して、ゲイン、線形性、及び温度変化等を補償する。

本発明の利点の１つは、センサ組立体を、最終組み立て後に、既存のコネクタを通じてキャリブレーションを行うことができることである。本発明の他の利点は、保護回路が、出力信号を過電圧、逆電圧、及び静電気放電から保護することである。本発明の他の利点は、保護回路が、出力信号をキャリブレーションに使用可能にすることである。

このタイプのセンサを、とくに、自動車業界、航空機業界、暖房、換気、及び空調システム（ＨＶＡＣ: Heating, Ventilating, and Air Conditioning）の業界において、使用可能であることは、当業者に明らかであろう。

上述した実施形態は、本発明の例示的な実施形態である。当業者は、本明細書に開示した本発明の概念から逸脱することなく、上述した実施形態を、様々な用途に使用し、変形することができる。よって、本明細書に開示する実施形態の構成は、本発明を限定するものではない。したがって、本発明は、特許請求の範囲のみによって規定される。

Claims (12)

1. センサをキャリブレーションする組立体であって、
   少なくとも１つの出力信号を有する感知素子と、
   少なくとも１つの出力信号を生成し、少なくとも２つの入力信号を受信することが可能なマイクロプロセッサと、
   少なくとも２つの入力信号を受信し、少なくとも２つの出力信号を生成する保護回路と、
   前記保護回路に組立体コネクタを介して接続されたプローブであり、前記保護回路を介して前記マイクロプロセッサに信号を伝送するとともに、前記保護回路を無効にして、組立体コネクタ内の少なくとも１つのピンを通じた双方向通信により、較正データ信号が前記保護回路から前記マイクロプロセッサに入力され得るようにする、該プローブと、
   を備え、
   前記少なくとも１つのピンは、前記保護回路が有効であるときに、出力専用ピンとして機能する、組立体。
2. 請求項１に記載の組立体において、前記マイクロプロセッサは、補償ルーチンと較正係数許容ルーチンとを含む、組立体。
3. 請求項１に記載の組立体において、前記マイクロプロセッサ又は他の信号調整回路からの補償された出力信号を、該補償された出力信号が前記保護回路に入力される前に、フィルタ処理するローパスフィルタをさらに備えた、組立体。
4. 請求項１に記載の組立体において、前記感知素子は、少なくとも２つの出力信号を生成し、当該感知素子からの当該少なくとも２つの出力信号は、前記マイクロプロセッサにより処理される、組立体。
5. 請求項４に記載の組立体において、前記保護回路は、少なくとも２つの保護集積回路を備え、前記感知素子からの前記出力信号の各々に対してそれぞれ１つの前記保護集積回路を設けた、組立体。
6. 請求項１に記載の組立体において、前記マイクロプロセッサが前記較正データ信号を受信した後、前記感知素子から前記マイクロプロセッサに入力される全ての信号は、前記較正データ信号を用いて補償される、組立体。
7. 感知信号を送信する感知素子、マイクロプロセッサ、及び保護回路を有するセンサ組立体のキャリブレーション方法であって、
   前記センサ組立体にプローブを取り付けるプローブ取り付けステップであり、前記プローブは、信号を送信して前記保護回路を無効にし、これにより前記保護回路を経る双方向通信を可能にする、該プローブ取り付けステップと、
   前記マイクロプロセッサのソフトウェアにおける較正係数許容ルーチンを有効にするステップと、
   前記プローブから前記保護回路を介して前記マイクロプロセッサに較正係数を伝送するステップと、
   前記較正係数を前記マイクロプロセッサの不揮発性メモリに格納して、前記マイクロプロセッサが前記感知素子から受信する前記感知信号を較正し得るようにする、ステップと、
   を含む、方法。
8. 請求項７に記載の方法において、前記センサ組立体のフィルタ又は信号調整回路のいずれかをバイパスするステップをさらに含む、方法。
9. 請求項７に記載の方法において、前記マイクロプロセッサが、前記較正係数を受信すると、さらなる較正係数を受け入れないようにするステップをさらに含む、方法。
10. 請求項７に記載の方法において、前記較正係数を、オフセット、ゲイン、線形性、及び温度変化を含む因子の補償に使用するステップをさらに含む、方法。
11. 少なくともセンサ、マイクロプロセッサ、メモリ、保護回路、及び出力コネクタを有するセンサ組立体をキャリブレーションする方法であって、
    プローブを前記出力コネクタの少なくとも単一のピンに接続するステップと、
    前記少なくとも単一のピンに接続された前記プローブからの信号に応じて、前記保護回路のドライバコンポーネントを無効にして、これにより前記保護回路を経る双方向通信を可能にするステップであって、前記保護回路は、前記センサ組立体を、過電圧、逆電圧、及び静電気放電から保護する、ステップと、
    前記プローブから前記単一のピンに較正係数を与えるステップと、
    前記較正係数を前記メモリにロードするステップであって、前記較正係数は前記マイクロプロセッサにより前記センサ組立体内の変化を補償するのに用いられる、ステップと、
    を有する方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、前記センサ組立体内の変化は、ゲイン、線形性、及び温度変化からなるグループから選択される、方法。

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