JP6417246B2 - 補正装置、補正方法、プログラム及び静電容量式圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、印加荷重の最大到達荷重に応じて、印加荷重の増加時と減少時における静電容量の読み値の誤差が変化するヒステリシス特性を有する静電容量式圧力センサの出力を補正する補正装置、補正方法及びプログラムに関する。

荷重センサは、荷重を増加させる（漸増させる）過程と減少させる（漸減させる）過程とで、同一の荷重が載荷されていても出力値に差が生じる。この差はロードセルが載荷された荷重の履歴によって異なるので、ヒステリシス誤差と呼ばれている。このヒステリシス誤差を補正するために、元の漸増及び漸減ヒステリシス特性をそのまま使用するのではなく、折り返し点の荷重と下限荷重値または上限荷重値との差が、下限荷重値と上限荷重値との差に対して占める比率に基づいて、元の漸増及び漸減ヒステリシス特性の漸増または漸減誤差極大値及び漸増または漸減誤差極大荷重値とを修整して、漸増または漸減ヒステリシス補正特性を推定することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３０１２６号公報

しかしながら、特許文献１に開示される発明では、最大荷重折り返し点における誤差に対して、実際に加えた荷重の折り返し点を用いて誤差値を比例計算により算出するものであるため、荷重の変化とヒステリシス誤差の値がリニアに変化、つまり比例して変化する荷重センサにしか適用できないという問題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためのものであり、荷重の変化に対する最大値の特性が非線形なヒステリシス誤差を補正できる補正装置、補正方法、プログラム及び静電容量式圧力センサを提供することを目的とする。

本発明における補正装置は、印加荷重の最大到達荷重に応じて、印加荷重の増加時と減少時における静電容量の読み値の差であるヒステリシスが変化する静電容量式圧力センサの出力を補正する補正装置であって、前記印加荷重の増加時における到達荷重を特定する特定部と、荷重減少時に実際に読み取った静電容量の補正値を、前記特定部で特定された到達荷重と、前記到達荷重を変化させたときの前記ヒステリシスの最大値を生成する第１の関数と、前記到達荷重に応じて決まる前記印加荷重のヒステリシスを前記静電容量式圧力センサの定格荷重を印加した際のヒステリシスを基に生成する第２の関数と、に基づいて生成する補正値生成部と、前記補正値生成部で生成された補正値を用いて、前記印加荷重の減少時に実際に読み取った静電容量を補正する補正部とを有する。
上記構成によれば、荷重の変化に対する最大値の特性が非線形なヒステリシス誤差を補正できる補正装置を提供することができる。

好適には本発明の補正装置の補正部は、前記印加荷重をＦ_Ｎとし、前記到達荷重をＦｘとし、前記静電容量式圧力センサの定格荷重をＦ_ＭＡＸとし、前記第１の関数をｆ_ＰＥＡＫ（Ｆ_Ｘ）とし、前記第２の関数をｆ_ＨＹＳ(Ｆ_Ｎ／Ｆ_Ｘ×Ｆ_ＭＡＸ)とした場合に、前記補正部は、前記荷重減少時の静電容量から前記補正値生成部で生成された補正値ｆ_ＰＥＡＫ（Ｆ_Ｘ）×ｆ_ＨＹＳ(Ｆ_Ｎ／Ｆ_Ｘ×Ｆ_ＭＡＸ)を減算することにより、前記荷重減少時の静電容量を補正する。
上記構成によれば、荷重減少時の静電容量から補正値生成部で生成された補正値を減算するだけで、荷重減少時の静電容量を補正することができる。

好適には本発明の補正値生成部は、荷重増加時に実際に読み取った静電容量については、補正値を生成しない。上記構成によれば、荷重増加時の補正が必要でないため、演算処理の負荷を低減することができる。

好適には本発明の前記第２の関数ｆ_ＨＹＳ(Ｆ_Ｎ／Ｆ_Ｘ×Ｆ_ＭＡＸ)は、([An×(Ｆ_ＭＡＸ/Ｆ_Ｘ×Ｆ_Ｎ)ⁿ +A(n-1)×(Ｆ_ＭＡＸ/Ｆ_Ｘ×Ｆ_Ｎ)^(n-1)・・・+ A1×(Ｆ_ＭＡＸ/Ｆ_Ｘ×Ｆ_Ｎ) +A0])である、但し、A0〜Anは定数である。

好適には本発明の前記第１の関数および前記第２の関数は、シミュレーション結果または実測値を基に規定されている。

本発明における補正方法は、印加荷重の最大到達荷重に応じて、印加荷重の増加時と減少時における静電容量の読み値の差であるヒステリシスが変化する静電容量式圧力センサの出力を補正する補正方法であって、特定部が、前記印加荷重の増加時における到達荷重を特定する工程と、補正値生成部が、荷重増加時に実際に読み取った静電容量については、補正値を生成せず、荷重減少時に実際に読み取った静電容量の補正値を、前記特定部で特定された到達荷重と、前記到達荷重ＦＸを変化させたときの前記ヒステリシスの最大値を生成する第１の関数と、前記到達荷重に応じて決まる前記印加荷重のヒステリシスを前記静電容量式圧力センサの定格荷重を印加した際のヒステリシスを基に生成する第２の関数とに基づいて生成する工程と、補正部が、前記補正値生成部で生成された補正値を用いて、前記印加荷重の減少時に実際に読み取った静電容量を補正する工程とを有する。前記印加荷重をＦ _Ｎ とし、前記到達荷重をＦｘとし、前記静電容量式圧力センサの定格荷重をＦ _ＭＡＸ とし、前記第１の関数をｆ _ＰＥＡＫ （Ｆ _Ｘ ）とし、前記第２の関数をｆ _ＨＹＳ (Ｆ _Ｎ ／Ｆ _Ｘ ×Ｆ _ＭＡＸ )とした場合に、前記補正部が、前記荷重減少時の静電容量から前記補正値生成部で生成された補正値ｆ _ＰＥＡＫ （Ｆ _Ｘ ）×ｆ _ＨＹＳ (Ｆ _Ｎ ／Ｆ _Ｘ ×Ｆ _ＭＡＸ )を減算することにより、前記荷重減少時の静電容量を補正する。
上記構成によれば、荷重の変化に対する最大値の特性が非線形なヒステリシス誤差を補正できる補正方法を提供することができる。

本発明におけるプログラムは、印加荷重の最大到達荷重に応じて、印加荷重の増加時と減少時における静電容量の読み値の差であるヒステリシスが変化する静電容量式圧力センサの出力を補正するプログラムであって、コンピューターに、前記印加荷重の増加時における到達荷重を特定するステップと、荷重増加時に実際に読み取った静電容量については、補正値を生成せず、荷重減少時に実際に読み取った静電容量の補正値を、前記特定された到達荷重と、前記到達荷重を変化させたときの前記ヒステリシスの最大値を生成する第１の関数と、前記到達荷重に応じて決まる前記印加荷重のヒステリシスを前記静電容量式圧力センサの定格荷重を印加した際のヒステリシスを基に生成する第２の関数とに基づいて生成するステップと、前記補正値生成部で生成された補正値を用いて、前記印加荷重の減少時に実際に読み取った静電容量を補正するステップとを実行させ、前記印加荷重をＦ _Ｎ とし、前記到達荷重をＦｘとし、前記静電容量式圧力センサの定格荷重をＦ _ＭＡＸ とし、前記第１の関数をｆ _ＰＥＡＫ （Ｆ _Ｘ ）とし、前記第２の関数をｆ _ＨＹＳ (Ｆ _Ｎ ／Ｆ _Ｘ ×Ｆ _ＭＡＸ )とした場合に、前記荷重減少時の静電容量から補正値ｆ _ＰＥＡＫ （Ｆ _Ｘ ）×ｆ _ＨＹＳ (Ｆ _Ｎ ／Ｆ _Ｘ ×Ｆ _ＭＡＸ )を減算することにより、前記荷重減少時の静電容量を補正させる。
上記構成によれば、荷重の変化に対する最大値の特性が非線形なヒステリシス誤差を補正できるプログラムを提供することができる。

本発明の静電容量式圧力センサは、印加荷重の最大到達荷重に応じて、印加荷重の増加時と減少時における静電容量の読み値の差であるヒステリシスが変化する静電容量式圧力センサであって、前記印加荷重の増加時における到達荷重を特定する特定部と、荷重増加時に実際に読み取った静電容量については、補正値を生成せず、荷重減少時に実際に読み取った静電容量の補正値を、前記特定部で特定された到達荷重と、前記到達荷重を変化させたときの前記ヒステリシスの最大値を生成する第１の関数と、前記到達荷重に応じて決まる前記印加荷重のヒステリシスを前記静電容量式圧力センサの定格荷重を印加した際のヒステリシスを基に生成する第２の関数とに基づいて生成する補正値生成部と、前記補正値生成部で生成された補正値を用いて、前記印加荷重の減少時に実際に読み取った静電容量を補正する補正部とを有する。前記印加荷重をＦ _Ｎ とし、前記到達荷重をＦｘとし、前記静電容量式圧力センサの定格荷重をＦ _ＭＡＸ とし、前記第１の関数をｆ _ＰＥＡＫ （Ｆ _Ｘ ）とし、前記第２の関数をｆ _ＨＹＳ (Ｆ _Ｎ ／Ｆ _Ｘ ×Ｆ _ＭＡＸ )とした場合に、前記補正部は、前記荷重減少時の静電容量から前記補正値生成部で生成された補正値ｆ _ＰＥＡＫ （Ｆ _Ｘ ）×ｆ _ＨＹＳ (Ｆ _Ｎ ／Ｆ _Ｘ ×Ｆ _ＭＡＸ )を減算することにより、前記荷重減少時の静電容量を補正する。
この構成によれば、荷重の変化に対する最大値の特性が非線形なヒステリシス誤差を補正して印加荷重を高精度に検出できる。

好適には本発明の静電容量式圧力センサは、前記印加荷重Ｆ_Ｎとして、検出対象とする指定値を用い、前記印加荷重Ｆ_Ｎの減少時において、荷重減少時に実際に読み取った静電容量が、前記補正部で補正された前記静電容量になったことを検出する検出部をさらに有する。
この構成によれば、印加荷重Ｆ_Ｎの減少時において、検出対象とする指定値に印加荷重Ｆ_Ｎがなったことを簡単な演算量で正確に検出できる。

以上説明したように、本発明によれば、荷重の変化に対する最大値の特性が非線形なヒステリシス誤差を補正できる補正装置、補正方法、プログラム及び静電容量式圧力センサを提供することができる。

本発明の実施形態に係る静電容量式圧力センサの構成図である。 本発明の実施形態に係る補正装置に接続される荷重センサの構成図である。 本発明の実施形態に係る補正装置の機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る補正装置の動作を示すフローチャートである。 本発明のその他の実施形態に係る静電容量式圧力センサの構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態の静電容量式圧力センサ１の構成図である。図２は、本実施形態に係る補正装置２０接続される荷重センサ１０の構成図である。図３は、本実施形態に係る補正装置２０の機能ブロック図である。

図１に示すように、静電容量式圧力センサ１は、荷重センサ１０と補正装置２０を有する。
補正装置２０は、荷重センサ１０に接続され、荷重センサ１０から出力される検出値を補正する。本実施形態で使用される荷重センサ１０は、静電容量式圧力センサであり、図２に示すように、２つの電極１１，１２と、該２つの電極１１，１２に挟まれた誘電体１３とで構成される。図２（ａ）は、荷重印加前の荷重センサ１０の状態を、図２（ｂ）は、荷重印加後の荷重センサ１０の状態を夫々示している。図２（ｂ）に示すように、定格荷重内で荷重Ｆ_Ｎを印加した状態では、誘電体１３が弾性変形して厚みが薄くなる。

図２（ａ）に示す、荷重が印加されていない状態の誘電体１３の厚みをｄ_０とすると、荷重印加前の荷重センサ１０の静電容量Ｃ_０は、以下の（１）式で表される。なお、電極１１，１２の対向する面積をＳ、誘電体１３の誘電率をεとする。
[数１]
Ｃ_０＝ε・Ｓ／ｄ_０・・・（１）

ここで、誘電体１３のばね定数をｋとすると、荷重Ｆ_Ｎによる誘電体１３の厚みの変化ｄ_Ｎは、以下の（２）式で表すことができる。
[数２]
ｄ_Ｎ＝Ｆ_Ｎ／ｋ・・・（２）

上記（１）式及び（２）式から荷重Ｆ_Ｎを印加した状態での静電容量Ｃ_Ｎは、以下の（３）式で表される。
[数３]
Ｃ_Ｎ＝ε・Ｓ／（ｄ_０−ｄ_Ｎ）＝ε・Ｓ／（ｄ_０−Ｆ_Ｎ／ｋ）・・・（３）

静電容量型の荷重センサの特徴として、荷重Ｆ_Ｎの増加に対して、静電容量Ｃ_Ｎがほぼリニアに増加することがあげられる。また、圧電素子型の荷重センサに比べて、荷重に対する変位量を大きくとることができる。しかしながら、静電容量型の荷重センサでは、荷重増加時と荷重減少時における静電容量の値の推移が異なる。

なお、荷重センサ１０の静電容量は、既存の技術を用いて求めることができる。例えば、２つの電極１１，１２の荷重が無い場合の周波数と、荷重がある場合の周波数との比から求めることができる。なお、ここで言う周波数とは、ＲＣ充電の時定数とオペアンプの基準電圧によって決まる発振周波数のことである。

本実施形態に係る補正装置２０は、この荷重増加時と荷重減少時における静電容量の値の差（以下、ヒステリシス誤差）を補正する。図１に示すように、補正装置２０は、荷重センサ１０から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ２１と、演算処理装置であるＣＰＵ２２と、記憶装置であるメモリ２３とを備える。

図３は、本実施形態に係る補正装置２０の機能ブロック図である。図３に示す機能は、ＣＰＵ２２がメモリ２３からプログラムＰＲＧ及びデータを読み込むことにより実現される。図３に示すように、補正装置２０は、特定部１０１と、記憶部１０２と、補正値生成部１０３と、補正部１０４とを有する。

特定部１０１は、荷重センサ１０に荷重を印加した際の印加荷重の増加時における到達荷重Ｆｘを特定する。ここで、到達荷重Ｆ_Ｘとは、荷重センサ１０の定格荷重のことではなく、荷重センサ１０に荷重を印加した際に、どこまで荷重が印加されたか、つまり印加された荷重の最大値のことをいう。

記憶部１０２には、到達荷重Ｆ_Ｘを変化させたときのヒステリシスの最大値を生成する第１の関数（ｆ_ＰＥＡＫ（Ｆ_Ｘ））と、静電容量式圧力センサの定格荷重Ｆ_ＭＡＸを印加した際のヒステリシスを生成する第２の関数（ｆ_ＨＹＳ(Ｆ_Ｎ／Ｆ_Ｘ×Ｆ_ＭＡＸ)）とが記憶されている。以下では、第１の関数（ｆ_ＰＥＡＫ（Ｆ_Ｘ））及び第２の関数（ｆ_ＨＹＳ(Ｆ_Ｎ／Ｆ_Ｘ×Ｆ_ＭＡＸ)）について説明する。
本実施形態において、第１の関数（ｆ_ＰＥＡＫ（Ｆ_Ｘ））及び第２の関数（ｆ_ＨＹＳ(Ｆ_Ｎ／Ｆ_Ｘ×Ｆ_ＭＡＸ)）は、シミュレーション結果または実測値を基に規定されている。

初めに、荷重センサ１０で生じるヒステリシスを表す第２の関数をｆ_ＨＹＳ（Ｆ_Ｎ）とすると、第２の関数ｆ_ＨＹＳ（Ｆ_Ｎ）は、荷重増加時と荷重減少時における荷重センサ１０の静電容量の差と定義しているので、以下の（４）式で表すことができる。
[数４]
ｆ_ＨＹＳ（Ｆ_Ｎ）＝Ｃ_ｕｐ（Ｆ_Ｎ）−Ｃ_ｄｏｗｎ（Ｆ_Ｎ）・・・（４）
ここで、Ｃ_ｕｐ（Ｆ_Ｎ）は、荷重増加時の印加荷重Ｆ_Ｎにおける荷重センサ１０の静電容量である。また、Ｃ_ｄｏｗｎ（Ｆ_Ｎ）は、荷重減少時の印加荷重Ｆ_Ｎにおける荷重センサ１０の静電容量である。

また、静電容量式圧力センサの場合、このヒステリシスが最大到達荷重ｆ_ＭＡＸにより変化することから、到達荷重Ｆ_ＭＡＸの時のヒステリシス曲線を表す第２の関数ｆ_ＨＹＳ（Ｆ_Ｎ）は、以下の（５）式のように定義できる。
[数５]
Ｈｙｓ（Ｆ_ＭＡＸ，Ｆ_Ｎ）＝ｆ_ＨＹＳ（Ｆ_Ｎ）・・・（５）

次に、ヒステリシス曲線の形状を到達荷重Ｆ_Ｘによらない一定の曲線形状に近似し、到達荷重Ｆ_Ｘを変化させたときのヒステリシスのＰＥＡＫ値（最大値）を第１の関数ｆ_ＰＥＡＫ（Ｆ_Ｘ）で近似し、印加荷重Ｆ_Ｎを最大到達荷重Ｆ_ＭＡＸで正規化すると以下の（６）式となる。
[数６]
Ｈｙｓ（Ｆ_Ｘ，Ｆ_Ｎ）＝ｆ_ＰＥＡＫ（Ｆ_Ｘ）×ｆ_ＨＹＳ（Ｆ_Ｎ／Ｆ_Ｘ×Ｆ_ＭＡＸ）・・・（６）
但し、
Ｆ_Ｎ＝０〜Ｆ_Ｘ
Ｆ_Ｘ＝０〜Ｆ_ＭＡＸ

なお、上述の印加荷重Ｆ_Ｎを最大到達荷重Ｆ_ＭＡＸで正規化するとは、統計学的な正規化のことではなく、Peak荷重に達した時（荷重の折り返しポイント）では、ヒステリシスがゼロのであるため、ヒステリシス比＝荷重減少（Down）／荷重増加(Up)＝1を基準として計算しているという意味である。

上記（６）式からは、到達荷重Ｆ_Ｘと、到達荷重Ｆ_Ｘを変化させたときのヒステリシスの最大値を生成する第１の関数ｆ_ＰＥＡＫ（Ｆ_Ｘ）と、最大到達荷重Ｆ_ＭＡＸの時のヒステリシスを表す第２の関数ｆ_ＨＹＳ（Ｆ_Ｎ／Ｆ_Ｘ×Ｆ_ＭＡＸ）とからヒステリシスＨｙｓ（Ｆ_Ｘ、Ｆ_Ｎ）を求めることができることがわかる。なお、ｆ_ＰＥＡＫ（Ｆ_Ｘ）及びｆ_ＨＹＳ（Ｆ_Ｎ／Ｆ_Ｘ×Ｆ_ＭＡＸ）は、事前にシミュレーションや実測等により測定し、設定しておく必要がある。

第２の関数ｆ_ＨＹＳ（Ｆ_Ｎ／Ｆ_Ｘ×Ｆ_ＭＡＸ）は、到達荷重Ｆ_Ｘに応じて決まる印加荷重Ｆ_Ｎのヒステリシスを、荷重センサ１０の定格荷重Ｆ_ＭＡＸを印加した際のヒステリシスを基に生成する関数である。

なお、上記第２の関数ｆ_ＨＹＳ（Ｆ_Ｎ／Ｆ_Ｘ×Ｆ_ＭＡＸ）は、以下の（７）式により近似することができる。
式（７）において、A0〜Anは定数であり、シミュレーション等により決定される。
[数７]
ｆ_ＨＹＳ（Ｆ_Ｎ／Ｆ_Ｘ×Ｆ_ＭＡＸ）＝([An×(Ｆ_ＭＡＸ/Ｆ_Ｘ×Ｆ_Ｎ)ⁿ +A(n-1)×(Ｆ_ＭＡＸ/Ｆ_Ｘ×Ｆ_Ｎ)^(n-1)・・・+ A1×(Ｆ_ＭＡＸ/Ｆ_Ｘ×Ｆ_Ｎ) +A0])・・・（７）

上記処理により、代表値を用いた近似値ながら、読み取った静電容量値からヒステリシス成分を計算することが可能となる。また、ヒステリシスを求める演算処理の負荷を低減することができる。

補正値生成部１０３は、特定部１０１で特定された到達荷重Ｆ_Ｘと、記憶部１０２に記憶されている到達荷重Ｆ_Ｘを変化させたときのヒステリシスの最大値を生成する第１の関数ｆ_ＰＥＡＫ（Ｆ_Ｘ）と、静電容量式圧力センサの定格荷重Ｆ_ＭＡＸを印加した際の前記ヒステリシスを生成する第２の関数ｆ_ＨＹＳ（Ｆ_Ｎ／Ｆ_Ｘ×Ｆ_ＭＡＸ）とに基づいて生成する。

補正部１０４は、補正値生成部１０３で生成された補正値を用いて、印加荷重の減少時に実際に読み取った静電容量を補正する。具体的には、以下の（８）式に示すように、荷重減少時の荷重センサ１０の静電容量の読み値Ｃ_ｄｏｗｎ（Ｆ_Ｎ）から誤差であるヒステリシスＨｙｓ（Ｆ_Ｘ，Ｆ_Ｎ）を除算して補正後の静電容量の読み値Ｃ_ｃｏｒｒ（Ｆ_Ｎ）を算出する。
[数８]
Ｃ_ｃｏｒｒ（Ｆ_Ｎ）＝Ｃ_ｄｏｗｎ（Ｆ_Ｎ）−Ｈｙｓ（Ｆ_Ｘ，Ｆ_Ｎ）・・・（８）

なお、上記（８）式に（６）式を代入すると、以下の（９）式を得ることができる。
Ｃ_ｃｏｒｒ（Ｆ_Ｎ）＝Ｃ_ｄｏｗｎ（Ｆ_Ｎ）−ｆ_ＰＥＡＫ（Ｆ_Ｘ）×ｆ_ＨＹＳ(Ｆ_Ｎ／Ｆ_Ｘ×Ｆ_ＭＡＸ)・・・（９）

なお、本実施形態に係る補正装置２０では、荷重増加時の荷重センサ１０の読み値には、ヒステリシスが含まれないため、読み値をそのまま使用する。

次に、補正装置２０の動作について説明する。
初めに、荷重センサ１０に荷重が印加されると、補正装置２０の特定部１０１は、荷重が減少しているか判断する（ステップＳ１０１）。荷重が減少していない場合（ステップＳ１０１のＮｏ）、補正装置２０は、荷重増加時であると判断し、荷重センサ１０の読み値を補正せずに出力する（ステップＳ１０２）。

荷重が減少している場合（ステップＳ１０１のＹｅｓ）、補正装置２０の特定部１０１は、荷重センサ１０に印加されている荷重の到達荷重Ｆ_Ｘを特定する（ステップＳ１０３）。次に、補正装置２０の補正値生成部１０３は、特定した到達荷重ＦＸと、記憶部１０２に記憶されている到達荷重Ｆ_Ｘを変化させたときのヒステリシスの最大値を生成する第１の関数ｆ_ＰＥＡＫ（Ｆ_Ｘ）と、静電容量式圧力センサの定格荷重Ｆ_ＭＡＸを印加した際の前記ヒステリシスを生成する第２の関数ｆ_ＨＹＳ（Ｆ_Ｎ／Ｆ_Ｘ×Ｆ_ＭＡＸ）とに基づいて補正値を生成する（ステップＳ１０４）。

次に、補正装置２０の補正部１０４は、生成した補正値に基づいて、荷重センサ１０の読み値を補正する（ステップＳ１０５）。次に、補正装置２０は、補正後の荷重センサ１０の読み値を出力する（ステップＳ１０６）。動作が終了した場合（ステップＳ１０７のＹｅｓ）、補正装置２０は、動作を終了する。また、動作が終了していない場合（ステップＳ１０７のＮｏ）、補正装置２０は、動作を継続する。

以上のように、本実施形態に係る補正装置２０は、印加荷重の最大到達荷重に応じて、印加荷重の増加時と減少時における静電容量の読み値の差であるヒステリシスが変化する静電容量式圧力センサの出力を補正する補正装置であって、印加荷重の増加時における到達荷重Ｆｘを特定する特定部１０１と、荷重減少時に実際に読み取った静電容量の補正値を、特定部で特定された到達荷重Ｆ_Ｘと、到達荷重Ｆ_Ｘを変化させたときのヒステリシスの最大値を生成する第１の関数と、静電容量式圧力センサの定格荷重Ｆ_ＭＡＸを印加した際のヒステリシスを生成する第２の関数とに基づいて生成する補正値生成部１０３と、補正値生成部で生成された補正値を用いて、印加荷重の減少時に実際に読み取った静電容量を補正する補正部１０４とを有する。このため、荷重の変化に対する最大値の特性が非線形なヒステリシス誤差を補正できる補正装置を提供することができる。

本発明では、補正装置２０の補正部１０４は、荷重減少時の静電容量から補正値生成部１０３で生成された補正値ｆ_ＰＥＡＫ（Ｆ_Ｘ）×ｆ_ＨＹＳ(Ｆ_Ｎ／Ｆ_Ｘ×Ｆ_ＭＡＸ)を減算することにより、荷重減少時の静電容量を補正する。このため、荷重減少時の静電容量から補正値生成部１０３で生成された補正値を減算するだけで、荷重減少時の静電容量を補正することができる。

また、本実施形態に係る補正装置２０の補正値生成部１０３は、荷重増加時に実際に読み取った静電容量については、補正値を生成しない。このため、荷重増加時の補正が必要でない。この結果、演算処理の負荷を低減することができる。

本実施形態に係る補正方法は、印加荷重の最大到達荷重に応じて、印加荷重の増加時と減少時における静電容量の読み値の差であるヒステリシスが変化する静電容量式圧力センサの出力を補正する補正方法であって、特定部１０１が、印加荷重の増加時における到達荷重Ｆｘを特定する工程と、補正値生成部１０３が、特定部で特定された到達荷重Ｆ_Ｘと、荷重減少時に実際に読み取った静電容量の補正値を、到達荷重Ｆ_Ｘを変化させたときの前記ヒステリシスの最大値を生成する第１の関数と、静電容量式圧力センサの定格荷重Ｆ_ＭＡＸを印加した際のヒステリシスを生成する第２の関数とに基づいて生成する工程と、補正部１０４が、補正値生成部で生成された補正値を用いて、印加荷重の減少時に実際に読み取った静電容量を補正する工程とを有する。このため、荷重の変化に対する最大値の特性が非線形なヒステリシス誤差を補正できる補正方法を提供することができる。

本実施形態に係るプログラムは、印加荷重の最大到達荷重に応じて、印加荷重の増加時と減少時における静電容量の読み値の差であるヒステリシスが変化する静電容量式圧力センサの出力を補正するプログラムであって、コンピューターに、印加荷重の増加時における到達荷重Ｆｘを特定するステップと、荷重減少時に実際に読み取った静電容量の補正値を、特定された到達荷重Ｆ_Ｘと、到達荷重Ｆ_Ｘを変化させたときのヒステリシスの最大値を生成する第１の関数と、静電容量式圧力センサの定格荷重Ｆ_ＭＡＸを印加した際のヒステリシスを生成する第２の関数とに基づいて生成するステップと、補正値生成部で生成された補正値を用いて、印加荷重の減少時に実際に読み取った静電容量を補正するステップとを実行させる。このため、荷重の変化に対する最大値の特性が非線形なヒステリシス誤差を補正できるプログラムを提供することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない限りにおいて適宜に設計変更して具体化できる。
図５は、本発明のその他の実施形態に係る静電容量式圧力センサ１０１の構成図である。
図５に示すように、静電容量式圧力センサ１０１では、図１に示す補正装置２０の後段に検出部１６０を設けている。
この例では、印加荷重Ｆ_Ｎとして、検出対象とする指定値を用いる。当該指定値は、例えば２．５Ｎである。

検出部１６０は、荷重減少時において、図３に示す補正装置２０の補正部１０４から入力した補正後の静電容量を監視し、当該補正後の静電容量が上記指定値になったか検出する。
この構成によれば、印加荷重Ｆ_Ｎの減少時において、印加荷重Ｆ_Ｎが検出対象とする指定値になったことを簡単な演算量で正確に検出できる。

１ 静電容量式圧力センサ
１０ 荷重センサ
２０ 補正装置
２１ Ａ／Ｄコンバータ
２２ ＣＰＵ
２３ メモリ
１０１ 特定部
１０２ 記憶部
１０３ 補正値生成部
１０４ 補正部
１６０ 検出部

Claims (7)

1. 印加荷重の最大到達荷重に応じて、印加荷重の増加時と減少時における静電容量の読み値の差であるヒステリシスが変化する静電容量式圧力センサの出力を補正する補正装置であって、
   前記印加荷重の増加時における到達荷重を特定する特定部と、
   荷重増加時に実際に読み取った静電容量については、補正値を生成せず、荷重減少時に実際に読み取った静電容量の補正値を、前記特定部で特定された到達荷重と、前記到達荷重を変化させたときの前記ヒステリシスの最大値を生成する第１の関数と、前記到達荷重に応じて決まる前記印加荷重のヒステリシスを前記静電容量式圧力センサの定格荷重を印加した際のヒステリシスを基に生成する第２の関数とに基づいて生成する補正値生成部と、
   前記補正値生成部で生成された補正値を用いて、前記印加荷重の減少時に実際に読み取った静電容量を補正する補正部とを有し、
   前記印加荷重をＦ _Ｎ とし、前記到達荷重をＦｘとし、前記静電容量式圧力センサの定格荷重をＦ _ＭＡＸ とし、前記第１の関数をｆ _ＰＥＡＫ （Ｆ _Ｘ ）とし、前記第２の関数をｆ _ＨＹＳ (Ｆ _Ｎ ／Ｆ _Ｘ ×Ｆ _ＭＡＸ )とした場合に、
   前記補正部は、前記荷重減少時の静電容量から前記補正値生成部で生成された補正値ｆ _ＰＥＡＫ （Ｆ _Ｘ ）×ｆ _ＨＹＳ (Ｆ _Ｎ ／Ｆ _Ｘ ×Ｆ _ＭＡＸ )を減算することにより、前記荷重減少時の静電容量を補正する
   補正装置。
2. 前記第２の関数ｆ_ＨＹＳ(Ｆ_Ｎ／Ｆ_Ｘ×Ｆ_ＭＡＸ)は、([An×(Ｆ_ＭＡＸ/Ｆ_Ｘ×Ｆ_Ｎ)ⁿ＋A(n-1)×(Ｆ_ＭＡＸ/Ｆ_Ｘ×Ｆ_Ｎ)^(n-1)・・・＋A1×(Ｆ_ＭＡＸ/Ｆ_Ｘ×Ｆ_Ｎ)＋A0])である、
   但し、A0〜Anは定数である
   請求項１に記載の補正装置。
3. 前記第１の関数および前記第２の関数は、シミュレーション結果または実測値を基に規定されている
   請求項１または請求項２に記載の補正装置。
4. 印加荷重の最大到達荷重に応じて、印加荷重の増加時と減少時における静電容量の読み値の差であるヒステリシスが変化する静電容量式圧力センサの出力を補正する補正方法であって、
   特定部が、前記印加荷重の増加時における到達荷重を特定する工程と、
   補正値生成部が、荷重増加時に実際に読み取った静電容量については、補正値を生成せず、荷重減少時に実際に読み取った静電容量の補正値を、前記特定部で特定された到達荷重と、前記到達荷重Ｆ_Ｘを変化させたときの前記ヒステリシスの最大値を生成する第１の関数と、前記到達荷重に応じて決まる前記印加荷重のヒステリシスを前記静電容量式圧力センサの定格荷重を印加した際のヒステリシスを基に生成する第２の関数とに基づいて生成する工程と、
   補正部が、前記補正値生成部で生成された補正値を用いて、前記印加荷重の減少時に実際に読み取った静電容量を補正する工程とを有し、
   前記印加荷重をＦ _Ｎ とし、前記到達荷重をＦｘとし、前記静電容量式圧力センサの定格荷重をＦ _ＭＡＸ とし、前記第１の関数をｆ _ＰＥＡＫ （Ｆ _Ｘ ）とし、前記第２の関数をｆ _ＨＹＳ (Ｆ _Ｎ ／Ｆ _Ｘ ×Ｆ _ＭＡＸ )とした場合に、
   前記補正部が、前記荷重減少時の静電容量から前記補正値生成部で生成された補正値ｆ _ＰＥＡＫ （Ｆ _Ｘ ）×ｆ _ＨＹＳ (Ｆ _Ｎ ／Ｆ _Ｘ ×Ｆ _ＭＡＸ )を減算することにより、前記荷重減少時の静電容量を補正する
   補正方法。
5. 印加荷重の最大到達荷重に応じて、印加荷重の増加時と減少時における静電容量の読み値の差であるヒステリシスが変化する静電容量式圧力センサの出力を補正するプログラムであって、
   コンピューターに、
   前記印加荷重の増加時における到達荷重を特定するステップと、
   荷重増加時に実際に読み取った静電容量については、補正値を生成せず、荷重減少時に実際に読み取った静電容量の補正値を、前記特定された到達荷重と、前記到達荷重を変化させたときの前記ヒステリシスの最大値を生成する第１の関数と、前記到達荷重に応じて決まる前記印加荷重のヒステリシスを前記静電容量式圧力センサの定格荷重を印加した際のヒステリシスを基に生成する第２の関数とに基づいて生成するステップと、
   前記生成された補正値を用いて、前記印加荷重の減少時に実際に読み取った静電容量を補正するステップとを実行させ、
   前記印加荷重をＦ _Ｎ とし、前記到達荷重をＦｘとし、前記静電容量式圧力センサの定格荷重をＦ _ＭＡＸ とし、前記第１の関数をｆ _ＰＥＡＫ （Ｆ _Ｘ ）とし、前記第２の関数をｆ _ＨＹＳ (Ｆ _Ｎ ／Ｆ _Ｘ ×Ｆ _ＭＡＸ )とした場合に、
   前記荷重減少時の静電容量から補正値ｆ _ＰＥＡＫ （Ｆ _Ｘ ）×ｆ _ＨＹＳ (Ｆ _Ｎ ／Ｆ _Ｘ ×Ｆ _ＭＡＸ )を減算することにより、前記荷重減少時の静電容量を補正させる
   プログラム。
6. 印加荷重の最大到達荷重に応じて、印加荷重の増加時と減少時における静電容量の読み値の差であるヒステリシスが変化する荷重センサと、
   前記荷重センサの前記印加荷重を補正する補正装置と
   を有し、
   前記補正装置は、
   前記印加荷重の増加時における到達荷重を特定する特定部と、
   荷重増加時に実際に読み取った静電容量については、補正値を生成せず、前記荷重センサが印加荷重の減少時に実際に読み取った静電容量の補正値を、前記特定部で特定された到達荷重と、前記到達荷重を変化させたときの前記ヒステリシスの最大値を生成する第１の関数と、前記到達荷重に応じて決まる前記印加荷重のヒステリシスを前記静電容量式圧力センサの定格荷重を印加した際のヒステリシスを基に生成する第２の関数とに基づいて生成する補正値生成部と、
   前記補正値生成部で生成された補正値を用いて、前記印加荷重の減少時に実際に読み取った静電容量を補正する補正部とを有し、
   前記印加荷重をＦ _Ｎ とし、前記到達荷重をＦｘとし、前記静電容量式圧力センサの定格荷重をＦ _ＭＡＸ とし、前記第１の関数をｆ _ＰＥＡＫ （Ｆ _Ｘ ）とし、前記第２の関数をｆ _ＨＹＳ (Ｆ _Ｎ ／Ｆ _Ｘ ×Ｆ _ＭＡＸ )とした場合に、
   前記補正部は、前記荷重減少時の静電容量から前記補正値生成部で生成された補正値ｆ _ＰＥＡＫ （Ｆ _Ｘ ）×ｆ _ＨＹＳ (Ｆ _Ｎ ／Ｆ _Ｘ ×Ｆ _ＭＡＸ )を減算することにより、前記荷重減少時の静電容量を補正する
   静電容量式圧力センサ。
7. 前記印加荷重Ｆ_Ｎとして、検出対象とする指定値を用い、
   前記印加荷重Ｆ_Ｎの減少時において、荷重減少時に実際に読み取った静電容量が、前記補正部で補正された前記静電容量になったことを検出する検出部をさらに有する
   請求項６に記載の静電容量式圧力センサ。