JP5589969B2 - センサ装置 - Google Patents

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本発明は、物理量に応じて抵抗値が変化する検出部を備えたセンシング部を有し、当該センシング部の断線等の故障検出機能を備えたセンサ装置に関するものである。
従来より、センシング部の断線等の故障検出機能を備えたセンサ装置として次のようなものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。すなわち、センサ装置は、センシング部としての可変抵抗器を備えており、当該可変抵抗器は一端部側が第1スイッチを介して定電圧源に接続されていると共に他端部側が第2スイッチを介してグランドに接続されている。また、この可変抵抗器には、可動端子が接続されている。そして、可動端子は、可変抵抗器よりも抵抗値が十分に大きくされた抵抗体を介して断線検出用定電圧源に接続されていると共に制御部に接続されている。
これによれば、第1、第2スイッチのオン、オフを適宜制御することにより、断線等の故障がある場合には制御部に断線検出用定電圧源の電圧が入力されるため、断線検出を行うことができる。例えば、第1、第2スイッチがオンであり、可変抵抗器と可動端子とを接続するラインに断線がない場合や可変抵抗器が故障(断線)等していない場合には、制御部には、可変抵抗器の可動端子の位置に対応する比率で分圧された定電圧源の電圧が入力される。また、第1、第2スイッチがオンであり、可変抵抗器と可動端子とを接続するラインに断線がある場合や可変抵抗器が故障(断線)等している場合には、制御部には、断線検出用定電圧源の電圧が入力される。このため、制御部は、入力される電圧によって、可変抵抗器と可動端子とを接続するラインや可変抵抗器に断線等の故障があるか否かを判定することができる。
特開2006−242699号公報
しかしながら、上記センサ装置では、可動端子と断線検出用定電圧源との間に配置される抵抗体は、可変抵抗器より抵抗値が十分に大きくされるので、通常可変抵抗器とは別材料(部品)で構成される。このため、可変抵抗器と抵抗体との間の温度特性等のばらつきが大きくなり、検出精度が低下するという問題がある。
ところで、車両には、抵抗値の変化によって圧力や加速度等の物理量を検出するセンシング部が複数搭載されており、これらセンシング部は車両ECUとそれぞれ接続されている。また、センシング部は、それぞれIDが割り振られており、当該IDを記憶する記憶手段を備えた制御部と接続されている。そして、車両ECUは、イグニッションスイッチがオンになると、各センシング部に接続された制御部にID要求信号を送信して当該制御部から接続されているセンシング部のIDを取得し、各センシング部から送信される結果(情報)が何の物理量であるかを識別している。
このような車両において、上記のようなセンサ装置を適用した場合には、車両ECUは、各センシング部のIDを取得した後に断線等の故障検出を行わせることになるが、IDを取得する期間と故障検出を行う期間とが別々であるため、時間効率が悪いという問題がある。
本発明は上記点に鑑みて、検出精度が低下することを抑制することができ、また時間効率を向上させることのできるセンサ装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、物理量に応じて抵抗値が変化する抵抗(11a〜11d)を有する検出部(11)を備え、検出部(11)の一端部が電源(24)と接続されていると共に他端部がグランドと接続され、IDが割り振られているセンシング部(10)と、センシング部(10)の一端部または/および他端部と接続され、IDに対応したパルス信号を出力する制御部(30)と、制御部(30)とセンシング部(10)との接続を制御する第1スイッチ手段(21)と、制御部(30)が接続される側のセンシング部(10)の端部と、当該端部と接続される電源(24)またはグランドとの接続を制御し、第1スイッチ手段(21)がオンであるときにオフになると共に第1スイッチ手段(21)がオフであるときにオンとなる第2スイッチ手段(22)と、センシング部(10)に接続され、センシング部(10)の出力を外部回路に出力する出力端子(60)と、を備え、制御部(30)は、外部回路からID要求信号を受信したとき、第1、第2スイッチ手段(21、22)を制御して当該制御部(30)とセンシング部(10)とを接続すると共にパルス信号をセンシング部(10)に印加することを特徴としている。
このようなセンサ装置では、制御部(30)は、外部回路からID要求信号を受信したとき、センシング部(10)のIDに対応するパルス信号をセンシング部(10)に印加する。つまり、センシング部(10)のIDに対応するパルス信号をセンシング部(10)を通過させて外部回路に出力する。このため、外部回路は、出力端子(60)から入力される信号に基づいて、センシング部(10)に断線等の故障があるか否かを判定することができ、正常である場合には入力される信号からセンシング部(10)のIDも同時に取得することができる。したがって、時間効率を向上させることができる。
さらに、従来のようにセンシング部(10)と異なる抵抗を備える必要もないため、検出精度が低下することを抑制することもできる。
また、請求項2に記載の発明のように、センシング部(10)と出力端子(60)との間に、センシング部(10)の出力を増幅、調整する増幅調整部(40)を備えることができる。
そして、請求項3に記載の発明のように、パルス信号は、電圧信号であり、振幅が検出部(11)の可動範囲内とされているものとすることができる。さらに、請求項4に記載の発明のように、パルス信号は、電流信号であり、振幅が検出部(11)の可動範囲内とされているものとすることができる。
また、請求項5に記載の発明のように、出力端子(60)は、第1端子と、第3スイッチ手段およびバッファアンプを介してセンシング部(10)と接続される第2端子とを備えるものとすることができる。そして、制御部(30)は、ID要求信号を受信したとき、第3スイッチ手段を制御してセンシング部(10)と第2端子とを接続し、センシング部(10)の出力を第2端子から外部回路に出力するものとすることができる。
さらに、請求項6に記載の発明のように、センシング部(10)を複数備えてセンシング部群を構成することができる。そして、制御部(30)を複数備え、センシング部群を構成するそれぞれのセンシング部(10)の一端部または/および他端部と各制御部(30)とを第1スイッチ手段(21)を介して接続することができる。
また、請求項7に記載の発明のように、請求項1ないし6のいずれか1つに記載のセンサ装置を車両に搭載して用いることができる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
本発明の第1実施形態におけるセンサ装置の回路構成を示す図である。 図1に示すセンサ装置のタイミングチャートである。 本発明の第2実施形態におけるセンサ装置の回路構成を示す図である。 図3に示すセンサ装置のタイミングチャートである。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、本実施形態におけるセンサ装置の回路構成を示す図である。なお、本実施形態のセンサ装置は車両に搭載されて使用されるものであり、図1は車両ECUに接続されるセンサ装置のうちの一部分を示したものである。
図1に示されるように、センシング部10は、圧力に応じて抵抗値が変化する4つの歪ゲージ11a〜11dをブリッジ接続して構成されたブリッジ(歪ゲージブリッジ)回路を有する検出部11を備えている。すなわち、図1に示すセンシング部10は、物理量として測定媒体の圧力を検出するものである。なお、本実施形態では、歪ゲージ11a〜11dが本発明の抵抗に相当している。
このようなセンシング部10は、歪ゲージ11a〜11dに圧力が印加されると、歪ゲージ11c、11dの共通接続点の電位VSPが上昇すると共に歪ゲージ11a、11bの共通接続点の電位VSMが下降し、その差電圧(VSP−VSM)が印加された圧力にほぼ比例した値となる。
歪ゲージ11a、11dの共通接続点は、第1スイッチ21を介して制御部30と接続されている。また、歪ゲージ11a、11dの共通接続点は、第2スイッチ22および定電流源23を介して電源電圧Vddを供給する電源24に接続されるようになっており、第2スイッチ22がオンのときに定電流が供給されるようになっている。
なお、本実施形態では、歪ゲージ11a、11dの共通接続点が本発明のセンシング部10の一端部に相当している。また、第1スイッチ21が本発明の第1スイッチ手段に相当し、第2スイッチ22が本発明の第2スイッチ手段に相当している。
第1、第2スイッチ21、22は、トランジスタで構成され、制御部30からの制御信号VSWに基づいてオン、オフが制御されるようになっている。具体的には、第1スイッチ21を構成するトランジスタのゲートはNOTゲート25の入力端子側に接続され、第2スイッチ22を構成するトランジスタのゲートはNOTゲート25の出力端子側に接続されている。すなわち、第1、第2スイッチ21、22は、一方がオンのときに他方がオフとなるようになっている。
また、歪ゲージ11b、11cの共通接続点はグランドに接続されている。なお、本実施形態では、歪ゲージ11b、11cの共通接続点が本発明のセンシング部の他端部に相当している。
制御部30は、本発明の外部回路に相当する図示しない車両ECUと接続されている。また、制御部30は、接続されるセンシング部10のIDを記憶するROM等の記憶装置と、当該IDに対応したパルス電圧信号VIを生成するための分周回路等で構成される波形生成部とを有している。そして、車両ECUからID要求信号を受信すると、制御信号VSWとしてハイ信号を出力し、第1スイッチ21をオンすると共に第2スイッチ22をオフする。また、接続されるセンシング部10のIDに対応したパルス電圧信号VIを歪ゲージ11a、11dの共通接続点からセンシング部10に印加する。なお、パルス電圧信号VIの振幅は、検出部11が破壊されないように、検出部11の可動範囲内とされている
さらに、センシング部10は、歪ゲージ11a、11bの共通接続点および歪ゲージ11c、11dの共通接続点が増幅調整部40に接続されている。本実施形態の増幅調整部40は、第1〜第3オペアンプ41〜43、抵抗44〜49およびコンデンサ50を有して構成されている。
具体的には、第1オペアンプ41は、非反転入力端子が歪ゲージ11c、11dの共通接続点に接続されており、出力端子が抵抗44、45の直列回路を介して基準電圧Vrefに接続されている。また、反転入力端子は、抵抗44、45の共通接続点に接続されている。
第2オペアンプ42は、出力端子が抵抗46、47の直列回路を介して第1オペアンプ41の出力端子と接続されており、反転入力端子が抵抗46、47の共通接続点と接続されている。また、非反転入力端子は、歪ゲージ11a、11bの共通接続点に接続されている。
第3オペアンプ43は、反転入力端子が抵抗48を介して第2オペアンプ42の出力端子と接続されており、非反転入力端子は基準電圧Vrefに接続されている。また、反転入力端子は、抵抗49を介して自身の出力端子に接続されていると共に、コンデンサ50を介して自身の出力端子に接続されている。なお、抵抗44〜47は、抵抗44と抵抗46、抵抗45と抵抗47の抵抗値が等しくされている。また、第3オペアンプ43の出力端子は、出力端子60に接続されており、出力端子60から信号VOUTが車両ECUに出力される。
以上が、本実施形態におけるセンサ装置の一部の構成である。すなわち、上記では、センシング部10、制御部30、増幅調整部40、出力端子60が1つずつ備えられている構成を説明したが、実際には、複数のセンシング部10を備えてセンシング部群が構成されており、センシング部群を構成する各センシング部10にそれぞれ接続される制御部30、増幅調整部40、出力端子60を備えてセンサ装置は構成されている。また、センシング部10は、圧力を検出するものに加えて、加速度等の他の物理量を検出するものを含んでいる。
次にセンサ装置の作動について説明する。図2は、図1に示すセンサ装置のタイミングチャートであり、(a)はセンシング部10、増幅調整部40、これらセンシング部10および増幅調整部40を接続するライン等に断線等の故障がない(正常である)場合のタイミングチャートであり、(b)はセンシング部10、増幅調整部40、これらセンシング部10および増幅調整部40を接続するライン等に断線等の故障がある場合のタイミングチャートである。
図2に示されるように、時点T1においてイグニッションスイッチがオンされると、制御部30は車両ECUからID要求信号を受信する。このとき、制御部30は、制御信号VSWとしてハイ信号を出力し、第1スイッチ21をオンすると共に第2スイッチ22をオフする。
そして、制御部30は、接続されているセンシング部10のIDに対応したパルス電圧信号VIを歪ゲージ11a、11dの共通接続点からセンシング部10に印加する。このとき、図2(a)に示されるように、センシング部10、増幅調整部40、これらセンシング部10および増幅調整部40等を接続するライン等に故障等がない(正常である)場合には、出力端子60から出力される信号VOUTは、センシング部10に印加されるパルス電圧信号VIと同じデューティ比となる。このため、車両ECUは、出力端子60から入力される信号VOUTからセンシング部10、増幅調整部40、これらセンシング部10および増幅調整部40を接続するラインに故障がないと判定すると共に、当該信号VOUTからセンシング部10のIDを同時に取得する。
また、図2(b)に示されるように、センシング部10、増幅調整部40、これらセンシング部10および増幅調整部40等を接続するライン等に断線等の故障がある場合には、出力端子60からはセンシング部10に印加されたパルス電圧信号VIと同じデューティ比の信号(波形)は出力されない。このため、車両ECUは、センシング部10、増幅調整部40、これらセンシング部10および増幅調整部40を接続するラインのいずれかに断線等の故障があると判定する。
そして、制御部30は、パルス電圧信号VIをセンシング部10に入力した後、つまり時点T2になると、制御信号VSWとしてロー信号を出力し、第1スイッチ21をオフすると共に第2スイッチ22をオンし、歪ゲージ11a、11dの共通接続点と電源24とを接続する。その後、図2(a)に示されるように、センシング部10、増幅調整部40、これらセンシング部10および増幅調整部40等を接続するライン等に故障等がない(正常である)場合には、センシング部10は、圧力に応じて歪ゲージ11a〜11dの抵抗値が変化するため、出力端子60から圧力に応じた信号VOTが出力される。そして、車両ECUは、取得したIDから入力される信号VOUTが何の情報であるかを識別して所定の処理を行う。
以上説明したように、本実施形態では、制御部30は、車両ECUからID要求信号を受信したとき、センシング部10のIDに対応するパルス電圧信号VIをセンシング部10に印加している。つまり、センシング部10のIDに対応するパルス電圧信号VIをセンシング部10を通過させて車両ECUに出力している。このため、車両ECUは、出力端子60から入力される信号VOUTに基づいて、センシング部10、増幅調整部40、これらセンシング部10および増幅調整部40を接続するラインに断線等の故障があるか否かを判定することができ、正常である場合には入力された信号VOUTからセンシング部10のIDも同時に取得することができる。したがって、時間効率を向上させることができる。
また、従来のようにセンシング部10(可変抵抗器)と異なる抵抗を備える必要もないため、検出精度が低下することを抑制することができる。
さらに、センシング部10や増幅調整部40等が経時劣化した場合には、車両ECUに入力される信号VOUTの振幅が変化するため、車両ECUは入力された信号VOUTから経時劣化を同時に判定することもできる。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して、制御部30を歪ゲージ11b、11cの共通接続点と第1スイッチ21を介して接続されるようにしたものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図3は、本実施形態におけるセンサ装置の回路構成を示す図である。
図3に示されるように、歪ゲージ11a、11dの共通接続点は、定電流源23を介して電源24に接続されている。また、歪ゲージ11b、11cの共通接続点は、第1スイッチ21を介して制御部30と接続されるようになっていると共に第2スイッチ22を介してグランドに接続されるようになっている。第1、第2スイッチ21、22は、上記第1実施形態と同様に、第1スイッチ21を構成するトランジスタのゲートがNOTゲート25の入力端子側に接続され、第2スイッチ22を構成するトランジスタのゲートがNOTゲート25の出力端子側に接続されている。すなわち、第1、第2スイッチ21、22は、一方がオフのときに他方がオンとなるようになっている。
次に、センサ装置の作動について説明する。図4は、センサ装置のタイミングチャートであり、(a)はセンシング部10、増幅調整部40、これらセンシング部10および増幅調整部40を接続するライン等に断線等の故障がない(正常である)場合のタイミングチャートであり、(b)はセンシング部10、増幅調整部40、これらセンシング部10および増幅調整部40を接続するライン等に断線等の故障がある場合のタイミングチャートである。
図4に示されるように、時点T1においてイグニッションスイッチがオンされると、制御部30は、制御信号VSWとしてハイ信号を出力して第1スイッチ21をオンすると共に第2スイッチ22をオフする。
そして、制御部30は、接続されているセンシング部10のIDに対応したパルス電圧信号VIを歪ゲージ11b、11cの共通接続点からセンシング部10に印加する。このとき、図4(a)に示されるように、センシング部10、増幅調整部40、これらセンシング部10および増幅調整部40等を接続するライン等に故障等がない(正常である)場合には、歪ゲージ11a、11dの共通接続点が電源24と接続されているため、上記第1実施形態と比較して、最小電圧が上昇する(振幅が減少する)ものの、出力端子60から出力される信号VOUTは、センシング部10に印加されるパルス電圧信号VIと同じデューティ比となる。このため、車両ECUは、出力端子60から入力される信号VOUTからセンシング部10、増幅調整部40、これらセンシング部10および増幅調整部40を接続するラインに故障がないと判定すると共に、当該信号VOUTからセンシング部10のIDを同時に取得する。
また、図4(b)に示されるように、センシング部10、増幅調整部40、これらセンシング部10および増幅調整部40等を接続するライン等に断線等の故障がある場合には、出力端子60からはセンシング部10に印加されたパルス電圧信号VIと同じデューティ比の信号(波形)は出力されない。このため、図4(b)のような場合には、車両ECUは、センシング部10、増幅調整部40、これらセンシング部10および増幅調整部40を接続するラインのいずれかに断線等の故障があると判定する。
このように、制御部30を歪ゲージ11b、11cの共通接続点に接続するようにし、歪ゲージ11b、11cの共通接続点からパルス電圧信号VIをセンシング部10に印加するようにしても上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
(他の実施形態)
上記各実施形態では、イグニッションスイッチがオンされたときに故障検出とIDの取得とを同時に行う例を説明したが、イグニッションスイッチがオンされた後は、車両ECUは定期的に故障検出を行うように制御部30に故障検出開始信号を送信するようにしてもよい。
また、上記各実施形態では、センシング部10と出力端子60との間に増幅調整部40を備えた例について説明したが、増幅調整部40は備えられていなくてもよい。
さらに、上記各実施形態において、出力端子60を、第3オペアンプ43の出力端子と接続される第1端子と、第3オペアンプ43の出力端子と本発明の第3スイッチ手段に相当する第3スイッチおよびバッファアンプを介して接続される第2端子とを備えているものとしてもよい。この場合、第1スイッチ21と第3スイッチのオン、オフの期間を同じにし、制御部30からセンシング部10にパルス電圧信号VIを印加した場合には、第2端子から車両ECUに信号が入力されるようにすることが好ましい。これによれば、車両ECUは、バッファアンプによって入力される信号がローレベルであるかハイレベルであるのかを明確に区別することができるようになるため、特に、増幅調整部40を備えないようなセンサ装置である場合に誤判定してしまうことを抑制することができる。
そして、上記各実施形態では、制御部30からパルス電圧信号VIを印加する例について説明したが、制御部30からパルス電流信号を印加するようにしてもよい。この場合も検出部11が破壊されないように、パルス電流信号の振幅を検出部11の可動範囲内とすることが好ましい。例えば、検出部11の可動限界値近傍となるように、パルス電流信号の最大電流を定電流源23の電流の2倍程度にすることができる。
また、上記第1実施形態と上記第2実施形態を組み合わせてもよい。すなわち、二つの制御部30を備え、歪ゲージ11a、11dの共通接続点および歪ゲージ11b、11cの共通接続点をそれぞれ第1スイッチ21を介して各制御部30と接続する。そして、歪ゲージ11a、11dの共通接続点と接続される制御部30に対して、ID要求信号を受信した後、パルス電圧信号VIを歪ゲージ11a、11dの共通接続点側からセンシング部10に印加させる。その後、歪ゲージ11b、11cの共通接続点に接続される制御部30に対して、パルス電圧信号VIを歪ゲージ11b、11cの共通接続点側からセンシング部10に印加させる。
これによれば、パルス電圧信号VIをセンシング部10における歪ゲージ11a、11dの共通接続点側および歪ゲージ11b、11cの共通接続点側から順番に印加することになるため、センシング部10、増幅調整部40、これらセンシング部10、増幅調整部40を接続するラインに断線等の故障がない場合には、印加された順番に同じデューティ比を有する信号が出力されることになる。ここで、上記では、センシング部10や増幅調整部40のオフセット電圧を考慮していないが実際にはオフセット電圧が含まれる場合があり、歪ゲージ11a、11dの共通接続点側からパルス電圧信号VIを印加した場合と歪ゲージ11b、11cの共通接続点側からパルス電圧信号VIを印加した場合とでは、出力される信号に含まれるオフセット電圧が異なることになる。したがって、これによれば、車両ECUは、センシング部10のオフセット電圧を検出しやすくなる。
10 センシング部
11a〜11d 歪ゲージ
21 第1スイッチ
22 第2スイッチ
23 定電流源
24 電源
25 NOTゲート
30 制御部
40 増幅調整部
60 出力端子

Claims (7)

  1. 物理量に応じて抵抗値が変化する抵抗(11a〜11d)を有する検出部(11)を備え、前記検出部(11)の一端部が電源(24)と接続されていると共に他端部がグランドと接続され、IDが割り振られているセンシング部(10)と、
    前記センシング部(10)の前記一端部または/および前記他端部と接続され、前記IDに対応したパルス信号を出力する制御部(30)と、
    前記制御部(30)と前記センシング部(10)との接続を制御する第1スイッチ手段(21)と、
    前記制御部(30)が接続される側の前記センシング部(10)の端部と、当該端部と接続される前記電源(24)または前記グランドとの接続を制御し、前記第1スイッチ手段(21)がオンであるときにオフになると共に前記第1スイッチ手段(21)がオフであるときにオンとなる第2スイッチ手段(22)と、
    前記センシング部(10)に接続され、前記センシング部(10)の出力を外部回路に出力する出力端子(60)と、を備え、
    前記制御部(30)は、前記外部回路からID要求信号を受信したとき、前記第1、第2スイッチ手段(21、22)を制御して当該制御部(30)と前記センシング部(10)とを接続すると共に前記パルス信号を前記センシング部(10)に印加することを特徴とするセンサ装置。
  2. 前記センシング部(10)と前記出力端子(60)との間には、前記センシング部(10)の出力を増幅、調整する増幅調整部(40)が備えられていることを特徴とする請求項1に記載のセンサ装置。
  3. 前記パルス信号は、電圧信号であり、振幅が前記検出部(11)の可動範囲内とされていることを特徴とする請求項1または2に記載のセンサ装置。
  4. 前記パルス信号は、電流信号であり、振幅が前記検出部(11)の可動範囲内とされていることを特徴とする請求項1または2に記載のセンサ装置。
  5. 前記出力端子(60)は、第1端子と、第3スイッチ手段およびバッファアンプを介して前記センシング部(10)と接続される第2端子とを備え、
    前記制御部(30)は、前記ID要求信号を受信したとき、前記第3スイッチ手段を制御して前記センシング部(10)と前記第2端子とを接続し、前記センシング部(10)の出力を前記第2端子から前記外部回路に出力することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載のセンサ装置。

  6. 前記センシング部(10)は、複数備えられてセンシング部群を構成しており、
    前記制御部(30)は、複数備えられ、前記センシング部群を構成するそれぞれの前記センシング部(10)の一端部または/および他端部と前記第1スイッチ手段(21)を介して接続されることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載のセンサ装置。
  7. 請求項1ないし6のいずれか1つに記載のセンサ装置は、車両に搭載されて用いられることを特徴とするセンサ装置。
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