JP6409148B1 - 圧力検出装置、処理回路 - Google Patents
圧力検出装置、処理回路 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6409148B1 JP6409148B1 JP2018159519A JP2018159519A JP6409148B1 JP 6409148 B1 JP6409148 B1 JP 6409148B1 JP 2018159519 A JP2018159519 A JP 2018159519A JP 2018159519 A JP2018159519 A JP 2018159519A JP 6409148 B1 JP6409148 B1 JP 6409148B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- operational amplifier
- circuit
- integration
- output
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
【解決手段】圧力検出装置に設けられた処理回路30は、圧電素子20の正極20bから出力される正の電荷信号を積分する第1積分回路31と、圧電素子20の負極20aから出力される負の電荷信号を積分する第2積分回路32と、第2積分回路32から出力される出力信号の一部を、第1積分回路31を介して第2積分回路32に帰還させる帰還回路33とを備えている。
【選択図】図2
Description
本発明は、コモンモードノイズによる影響を抑制するとともに、位相ずれに起因する出力の誤差を低減することを目的とする。
このような圧力検出装置において、前記第1積分回路は、受動素子を含み且つ演算増幅器を含まないことを特徴とすることができる。
また、前記第1積分回路は、前記受動素子としてコンデンサおよび抵抗を含むことを特徴とすることができる。
さらに、前記帰還回路は、他の演算増幅器を含む反転増幅回路で構成されることを特徴とすることができる。
さらにまた、前記反転増幅回路における電圧増幅率が1倍であることを特徴とすることができる。
また、前記第1積分回路は、前記圧電素子の前記正極側と並列に接続される第1コンデンサを備えるとともに、前記第2積分回路は、前記演算増幅器の前記反転入力端子と前記出力端子とに接続される第2コンデンサを備え、前記第1コンデンサおよび前記第2コンデンサが、同じ静電容量値であることを特徴とすることができる。
さらに、前記圧電素子と前記第1積分回路および前記第2積分回路とを電気的に接続する接続ケーブルをさらに含むことを特徴とすることができる。
また、他の観点から捉えると、本発明の処理回路は、圧力を受けることで正の電荷信号および負の電荷信号を出力する圧電素子の正極側と接続され、当該正の電荷信号を積分した第1積分信号を出力する第1積分回路と、
演算増幅器を含み、当該演算増幅器の非反転入力端子が前記第1積分回路の出力側と接続されるとともに、当該演算増幅器の反転入力端子が前記圧電素子の負極側と接続され、前記第1積分信号と前記負の電荷信号との差分を積分した第2積分信号を、当該演算増幅器の出力端子から出力する第2積分回路と、前記演算増幅器の前記出力端子から出力される前記第2積分信号の位相を反転させた反転信号を、当該演算増幅器の前記非反転入力端子に帰還させる帰還回路とを含んでいる。
<実施の形態>
[圧力検出装置の構成]
図1は、実施の形態が適用された圧力検出装置1の概略構成図である。
本実施の形態の圧力検出装置1は、各種内燃機関等における圧力を検出するために用いることができる。特に、この圧力検出装置1は、圧力の検出を行うユニットと検出結果に対する処理を行うユニットとを、ある程度の距離をおいて設置せざるを得ない、船舶用エンジンや飛行機用エンジン等に適用することが可能である。
圧力検出ユニット2は、外部から受けた圧力に応じた電荷を、電荷信号(検出信号)として出力する圧電素子20を内蔵している。
本実施の形態の圧電素子20を構成する圧電体としては、単結晶体および多結晶体のどちらを用いてもよく、また、圧電縦効果および圧電横効果のどちらを利用してもよい。
信号処理ユニット3は、接続ケーブル4を介して圧力検出ユニット2の圧電素子20から受け取った電荷信号に各種処理を施し、出力信号として出力する処理回路30を内蔵している。なお、処理回路30の詳細については後述する。
接続ケーブル4は、金属導線を用いた信号用ケーブルで構成されている。この種の接続ケーブル4の具体例としては、同軸ケーブルやツイストペアケーブル等を挙げることができる。
[処理回路]
図2は、実施の形態1における処理回路30の構成を示す図である。
本実施の形態の処理回路30は、圧電素子20の正極20bから出力される正の電荷信号を積分する第1積分回路31と、圧電素子20の負極20aから出力される負の電荷信号を積分する第2積分回路32とを備えている。また、この処理回路30は、第2積分回路32から出力される出力信号の一部を、第1積分回路31を介して第2積分回路32に帰還させる帰還回路33をさらに備えている。なお、本実施の形態の圧電素子20は、外部から圧力を受けたときに、負極20aおよび正極20bから、受けた圧力に応じた電荷信号を出力するようになっている。
まず、第1積分回路31についての説明を行う。本実施の形態の第1積分回路31は、演算増幅器等の能動素子を用いない、複数の受動素子の組み合わせによって構成されている。そして、第1積分回路31は、第1コンデンサC1と、第1抵抗R1とを備えている。
次に、第2積分回路32についての説明を行う。本実施の形態の第2積分回路32は、演算増幅器からなる能動素子と複数の受動素子との組み合わせによって構成されている。そして、第2積分回路32は、第1演算増幅器OP1と、第2コンデンサC2と、第2抵抗R2とを備えている。ここで、第1演算増幅器OP1は、例えば±5Vの両電源で動作するようになっている。
続いて、帰還回路33についての説明を行う。本実施の形態の帰還回路33は、演算増幅器からなる能動素子と複数の受動素子との組み合わせによって構成されている。本実施の形態における帰還回路33は、演算増幅器を用いた反転増幅回路からなる。そして、帰還回路33は、第2演算増幅器OP2と、第3抵抗R3と、第4抵抗R4と、第3コンデンサC3とを備えている。ここで、第2演算増幅器OP2は、例えば±5Vの両電源で動作するようになっている。
では、本実施の形態の圧力検出装置1による圧力検出動作について説明を行う。
圧力検出の対象となる機器(例えば内燃機関)が動作しているとき、圧力検出ユニット2に設けられた圧電素子20には、機器で発生した圧力が付与される。これに伴い、圧電素子20の負極20aおよび正極20bには、受けた圧力に応じた電荷が生じる。このようにして圧電素子20に生じた正負の電荷は、電荷信号として、接続ケーブル4を介して信号処理ユニット3の処理回路30に供給される。
続いて、処理回路30に設けられた各回路の動作について説明を行う。
まず、第1積分回路31には、圧電素子20の正極20bから正の電荷信号が入力される。そして、第1積分回路31は、この正の電荷信号を積分して得た正の積分信号(第1積分信号の一例)を、第2積分回路32に設けられた第1演算増幅器OP1の非反転入力端子に出力する。
本実施の形態の圧力検出装置1では、圧電素子20の正極20bから供給される正の電荷信号を積分するとともに、圧電素子20の負極20aから供給される負の電荷信号を積分し、これらを相殺するようにした。これにより、外部のノイズ源から接続ケーブル4に重畳されるコモンモードノイズを低減することができる。
本実施の形態は、実施の形態1とほぼ同様であるが、処理回路30の一部の構成が実施の形態1とは異なる。なお、本実施の形態において、実施の形態1と同様のものについては、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
図3は、実施の形態2における処理回路30の構成を示す図である。
本実施の形態の処理回路30も、第1積分回路31と、第2積分回路32と、帰還回路33とを備えている。ここで、第2積分回路32および帰還回路33の構成は、図2に示す実施の形態1の処理回路30と同じである。また、本実施の形態の処理回路30は、第1積分回路31が、演算増幅器等の能動素子を用いない、複数の受動素子の組み合わせによって構成されている点、および、第1コンデンサC1と第1抵抗R1とを備えている点で、実施の形態1と同じであるが、これらの接続関係が実施の形態1とは異なる。
では、第1積分回路31についての説明を行う。第1積分回路31は、第1コンデンサC1と、第1抵抗R1とを備えている。
本実施の形態の圧力検出装置1においても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、第1積分回路31における第1コンデンサC1および第1抵抗R1の接続手法を、実施の形態1とは異ならせたため、圧電素子20から接続ケーブル4を介して第1コンデンサC1に至るラインに乗る浮遊容量の影響を、実施の形態1よりも低減することが可能になる。
なお、実施の形態1、2では、内燃機関の燃焼圧を、圧力検出装置1による圧力の検出対象としていたが、これに限られない。例えば、上述した圧力検出装置1を、タイヤの空気圧センサや各種産業機器における圧力の検出に用いることもでき、また、加速度を応力として検出することでガスタービン等の加速度の検出に用いることもできる。
本発明者は、処理回路30の構成を異ならせた複数の圧力検出装置1を作製し、得られた各圧力検出装置1に対し、電気的特性に基づく評価を行った。
実施例1では、実施の形態1で説明した、図2に示す処理回路30を用いた。また、実施例2では、実施の形態2で説明した、図3に示す処理回路30を用いた。
ここで、表1は、実施例1、2の処理回路30で用いた各素子の電気的特性を、一覧として示したものである。
図4は、比較例における処理回路30の構成を示す図である。
比較例の処理回路30は、圧電素子20の正極20bから出力される正の電荷信号を積分する正側積分回路301と、圧電素子20の負極20aから出力される負の電荷信号を積分する負側積分回路302とを備えている。また、比較例の処理回路30は、正側積分回路301が出力する正の積分信号と負側積分回路302が出力する負の積分信号との差分を増幅する差動増幅回路303をさらに備えている。このように、比較例の処理回路30は、2つの積分回路を備えている点で、実施例1、2と共通するが、その入出力の関係が、実施例1、2とは異なる。また、比較例の処理回路30は、帰還回路33ではなく差動増幅回路303を備えている点で、実施例1、2とは異なる。
まず、正側積分回路301についての説明を行う。正側積分回路301は、演算増幅器からなる能動素子と複数の受動素子との組み合わせによって構成されている。そして、正側積分回路301は、正側演算増幅器OP01と、正側コンデンサC01と、正側抵抗R01とを備えている。ここで、正側演算増幅器OP01は、例えば±5Vの両電源で動作するようになっている。
次に、負側積分回路302についての説明を行う。負側積分回路302は、演算増幅器からなる能動素子と複数の受動素子との組み合わせによって構成されている。そして、負側積分回路302は、負側演算増幅器OP02と、負側コンデンサC02と、負側抵抗R02とを備えている。ここで、負側演算増幅器OP02は、例えば±5Vの両電源で動作するようになっている。
続いて、差動増幅回路303についての説明を行う。差動増幅回路303は、演算増幅器からなる能動素子と複数の受動素子との組み合わせによって構成されている。そして、差動増幅回路303は、差動演算増幅器OP03と、差動第1抵抗R031と、差動第2抵抗R032と、差動第3抵抗R033と、差動第4抵抗R034とを備えている。ここで、差動演算増幅器OP03は、例えば±5Vの両電源で動作するようになっている。
続いて、電気的特性による評価方法について説明を行う。今回は、電気的特性として、各処理回路30の応答特性による評価を行った。
より具体的に説明すると、本発明者は、実施例1、2および比較例の各処理回路30に対し、電荷信号に対応する入力信号として、周波数1kHz(周期1msec)の正弦波を供給し、外部出力端子OUTに生じる、出力信号に対応する外部出力電圧VOUT等に関する測定を行った。
図5は、図2に示す実施例1の処理回路30における各部の出力波形の一例を示す図である。
ここで、図5(a)は、実施例1の処理回路30における電流の出力波形の一例を示している。より具体的に説明すると、図5(a)は、第1積分回路31に設けられた第1コンデンサC1に流れる第1コンデンサ電流IC1と、第2積分回路32に設けられた第2コンデンサC2に流れる第2コンデンサ電流IC2との関係を示している。そして、図5(a)では、第1コンデンサ電流IC1を破線で、第2コンデンサ電流IC2を実線で、それぞれ示している。なお、図5(a)において、横軸は時間であり、縦軸は電流値である。そして、これら横軸および縦軸の関係は、後述する図6(a)および図7(a)においても同様である。
図6は、図3に示す実施例2の処理回路30における各部の出力波形の一例を示す図である。
ここで、図6(a)は、実施例2の処理回路30における電流の出力波形の一例を示している。より具体的に説明すると、図6(a)は、第1積分回路31に設けられた第1コンデンサC1に流れる第1コンデンサ電流IC1と、第2積分回路32に設けられた第2コンデンサC2に流れる第2コンデンサ電流IC2との関係を示している。そして、図6(a)では、第1コンデンサ電流IC1を破線で、第2コンデンサ電流IC2を実線で、それぞれ示している。
図7は、図4に示す比較例の処理回路30における各部の出力波形の一例を示す図である。
ここで、図7(a)は、比較例の処理回路30における電流の出力波形の一例を示している。より具体的に説明すると、図7(a)は、正側積分回路301に設けられた正側コンデンサC01に流れる正側コンデンサ電流IC01と、負側積分回路302に設けられた負側コンデンサC02に流れる負側コンデンサ電流IC02との関係を示している。そして、図7(a)では、正側コンデンサ電流IC01を破線で、負側コンデンサ電流IC02を実線で、それぞれ示している。
Claims (8)
- 圧力を受けることで正の電荷信号および負の電荷信号を出力する圧電素子と、
前記圧電素子の正極側と接続され、前記正の電荷信号を積分した第1積分信号を出力する第1積分回路と、
演算増幅器を含み、当該演算増幅器の非反転入力端子が前記第1積分回路の出力側と接続されるとともに、当該演算増幅器の反転入力端子が前記圧電素子の負極側と接続され、前記第1積分信号と前記負の電荷信号との差分を積分した第2積分信号を、当該演算増幅器の出力端子から出力する第2積分回路と、
前記演算増幅器の前記出力端子から出力される前記第2積分信号の位相を反転させた反転信号を、当該演算増幅器の前記非反転入力端子に帰還させる帰還回路と
を含む圧力検出装置。 - 前記第1積分回路は、受動素子を含み且つ演算増幅器を含まないことを特徴とする請求項1記載の圧力検出装置。
- 前記第1積分回路は、前記受動素子としてコンデンサおよび抵抗を含むことを特徴とする請求項2記載の圧力検出装置。
- 前記帰還回路は、他の演算増幅器を含む反転増幅回路で構成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の圧力検出装置。
- 前記反転増幅回路における電圧増幅率が1倍であることを特徴とする請求項4記載の圧力検出装置。
- 前記第1積分回路は、前記圧電素子の前記正極側と並列に接続される第1コンデンサを備えるとともに、前記第2積分回路は、前記演算増幅器の前記反転入力端子と前記出力端子とに接続される第2コンデンサを備え、
前記第1コンデンサおよび前記第2コンデンサが、同じ静電容量値であること
を特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の圧力検出装置。 - 前記圧電素子と前記第1積分回路および前記第2積分回路とを電気的に接続する接続ケーブルをさらに含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の圧力検出装置。
- 圧力を受けることで正の電荷信号および負の電荷信号を出力する圧電素子の正極側と接続され、当該正の電荷信号を積分した第1積分信号を出力する第1積分回路と、
演算増幅器を含み、当該演算増幅器の非反転入力端子が前記第1積分回路の出力側と接続されるとともに、当該演算増幅器の反転入力端子が前記圧電素子の負極側と接続され、前記第1積分信号と前記負の電荷信号との差分を積分した第2積分信号を、当該演算増幅器の出力端子から出力する第2積分回路と、
前記演算増幅器の前記出力端子から出力される前記第2積分信号の位相を反転させた反転信号を、当該演算増幅器の前記非反転入力端子に帰還させる帰還回路と
を含む処理回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018159519A JP6409148B1 (ja) | 2018-08-28 | 2018-08-28 | 圧力検出装置、処理回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018159519A JP6409148B1 (ja) | 2018-08-28 | 2018-08-28 | 圧力検出装置、処理回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6409148B1 true JP6409148B1 (ja) | 2018-10-17 |
JP2020034343A JP2020034343A (ja) | 2020-03-05 |
Family
ID=63855206
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018159519A Active JP6409148B1 (ja) | 2018-08-28 | 2018-08-28 | 圧力検出装置、処理回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6409148B1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020120593A1 (de) * | 2018-12-14 | 2020-06-18 | Kistler Holding Ag | Sensoranordnung mit einem piezoelektrischen sensor und mit einem messverstärker |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015137924A (ja) * | 2014-01-22 | 2015-07-30 | 株式会社デンソー | チャージアンプ内蔵型燃焼圧センサ |
JP5901982B2 (ja) * | 2012-01-30 | 2016-04-13 | シチズンファインデバイス株式会社 | 検出システムおよび検出装置 |
JP5933570B2 (ja) * | 2010-10-29 | 2016-06-15 | マーポス、ソチエタ、ペル、アツィオーニMarposs S.P.A. | 接触式プローブ及び関連する検査方法 |
US9658127B2 (en) * | 2012-10-05 | 2017-05-23 | Contintental Automotive France | Measurement amplifying circuit for piezoelectric sensor positioned in an internal combustion engine |
JP6305522B2 (ja) * | 2014-03-27 | 2018-04-04 | シチズンファインデバイス株式会社 | 圧力検出装置 |
JP6348573B2 (ja) * | 2014-03-27 | 2018-06-27 | シチズンファインデバイス株式会社 | 圧力検出装置 |
-
2018
- 2018-08-28 JP JP2018159519A patent/JP6409148B1/ja active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5933570B2 (ja) * | 2010-10-29 | 2016-06-15 | マーポス、ソチエタ、ペル、アツィオーニMarposs S.P.A. | 接触式プローブ及び関連する検査方法 |
JP5901982B2 (ja) * | 2012-01-30 | 2016-04-13 | シチズンファインデバイス株式会社 | 検出システムおよび検出装置 |
US9658127B2 (en) * | 2012-10-05 | 2017-05-23 | Contintental Automotive France | Measurement amplifying circuit for piezoelectric sensor positioned in an internal combustion engine |
JP2015137924A (ja) * | 2014-01-22 | 2015-07-30 | 株式会社デンソー | チャージアンプ内蔵型燃焼圧センサ |
JP6305522B2 (ja) * | 2014-03-27 | 2018-04-04 | シチズンファインデバイス株式会社 | 圧力検出装置 |
JP6348573B2 (ja) * | 2014-03-27 | 2018-06-27 | シチズンファインデバイス株式会社 | 圧力検出装置 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020120593A1 (de) * | 2018-12-14 | 2020-06-18 | Kistler Holding Ag | Sensoranordnung mit einem piezoelektrischen sensor und mit einem messverstärker |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020034343A (ja) | 2020-03-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1894026B1 (en) | Capacitance-to-voltage conversion method and apparatus | |
US8508217B2 (en) | Output circuit of charge mode sensor | |
US10247633B2 (en) | Combustion pressure sensor with built-in charge amplifier | |
JP3301405B2 (ja) | 圧電式加速度センサ用増幅回路 | |
JP6348573B2 (ja) | 圧力検出装置 | |
US8525529B2 (en) | Impedance detection circuit and adjustment method of impedance detection circuit | |
US6392477B2 (en) | Amplification circuit for electric charge type sensor | |
JP6409148B1 (ja) | 圧力検出装置、処理回路 | |
JP5502597B2 (ja) | インピーダンス検出回路およびインピーダンス検出方法 | |
WO2003023417A1 (en) | Sensor capacity sensing apparatus and sensor capacity sensing method | |
JP2003075487A (ja) | インピーダンス検出装置及び静電容量検出装置 | |
US7368920B2 (en) | Potential fixing device and potential fixing method | |
JP2016109465A (ja) | 静電容量型センサ | |
JP4069158B1 (ja) | チャージアンプ、チャージアンプ装置、及び、バイアス電流補償方法 | |
JP5687311B2 (ja) | 電圧測定回路 | |
JP2001308652A (ja) | 電荷型センサ用増幅回路 | |
CN108732415B (zh) | 交流传感器及断路器 | |
CN106771353B (zh) | 加速度传感器 | |
JP4358976B2 (ja) | マイクロフォン装置 | |
US7046016B2 (en) | Potential fixing device, potential fixing method, and capacitance measuring instrument | |
CN107959911B (zh) | 放大器装置 | |
US8018273B2 (en) | Filter circuit | |
JP2017096886A (ja) | 圧電センサ | |
JP2009031223A (ja) | 補償回路、プローブ装置、プローブ装置キット | |
JPH0377071A (ja) | 電流検出装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180829 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20180829 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20180905 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180918 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180921 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6409148 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |