JP6434484B2 - センサ可変励起機能を有するプロセス計測システム - Google Patents
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Description
式中、Vcntlは、図3における制御電圧である。
Claims (32)
- プロセスパラメータと相関するセンサ信号を生成するセンサであって、第1の電圧と第2の電圧とが2つの段階で選択的に前記センサに適用され、第1の段階の際に前記センサに適用される前記第1の電圧と、第2の段階の際に前記センサに適用される前記第2の電圧との差に等しい電圧を励起電圧とし、前記センサ信号は、ハイ側信号とロー側信号とを含み、前記ハイ側信号及び前記ロー側信号のそれぞれが、前記プロセスパラメータ及び前記励起電圧に相関するセンサと、
前記プロセスパラメータの値を示すと共に、前記励起電圧の大きさには影響を受けることのない、前記ロー側信号に対する前記ハイ側信号の比を用い、前記センサ信号をデジタル計測データに変換するレシオメトリック計測回路と、
前記レシオメトリック計測回路のダイナミックレンジの全域が使用されるように、前記デジタル計測データによって示される前記プロセスパラメータの絶対値と相関関係を持たせて前記励起電圧の大きさを変化させる制御回路であって、前記プロセスパラメータの絶対値との前記相関関係は、前記プロセスパラメータが0のときに前記励起電圧が最大となり、前記プロセスパラメータの絶対値の増大に伴って前記励起電圧の大きさが減少する関係である制御回路と
を備えることを特徴とするプロセス計測システム。 - 前記センサは、静電容量式センサであることを特徴とする請求項1に記載のプロセス計測システム。
- 前記静電容量式センサは、静電容量式差圧センサであることを特徴とする請求項2に記載のプロセス計測システム。
- 前記制御回路は、差圧が減少すると前記励起電圧の大きさが増大するように、前記静電容量式差圧センサに選択的に適用される前記第1及び第2の電圧を制御することを特徴とする請求項3に記載のプロセス計測システム。
- 前記レシオメトリック計測回路は、シグマ・デルタA/Dコンバータを備えることを特徴とする請求項1に記載のプロセス計測システム。
- 前記シグマ・デルタA/Dコンバータは、
前記センサに接続された入力端子、及び積分器出力電圧を供給する出力端子を有するコンデンサ切換式積分器と、
前記コンデンサ切換式積分器の出力端子に接続された入力端子、及びパルス密度変調(PDM)信号を供給する出力端子を有するレベル検出器と、
前記レベル検出器の前記出力端子に接続された入力端子、及び前記デジタル計測データを供給する出力端子を有するデシメーションローパスフィルタと
を備えることを特徴とする請求項5に記載のプロセス計測システム。 - 前記デジタル計測データは、前記パルス密度変調(PDM)信号によって構成されることを特徴とする請求項6に記載のプロセス計測システム。
- 前記制御回路は、
前記パルス密度変調(PDM)信号をフィルタ処理して、前記パルス密度変調(PDM)信号の直流電圧レベルを生成するローパスフィルタと、
前記パルス密度変調(PDM)信号の直流電圧レベルと相関する励起制御信号を生成する絶対値回路と、
前記励起制御信号と相関する前記励起電圧を前記センサに適用する励起電圧発生器と
を備えることを特徴とする請求項7に記載のプロセス計測システム。 - 前記デジタル計測データは、前記積分器出力電圧によって構成されることを特徴とする請求項6に記載のプロセス計測システム。
- 前記制御回路は、
前記積分器出力電圧と相関する励起制御信号を生成する自動ゲインコントローラと、
前記励起制御信号と相関する電圧を、前記センサに選択的に適用する励起電圧発生器と
を備えることを特徴とする請求項9に記載のプロセス計測システム。 - プロセスパラメータに比例して静電容量が互いに逆方向に変化し、2段階で適用される電圧に比例して静電容量が変化するように差動的に配置された2つのコンデンサ素子として第1のコンデンサ素子及び第2のコンデンサ素子を備え、第1の段階の際に前記第1のコンデンサ素子に適用される第1の電圧と、第2の段階の際に前記第2のコンデンサ素子に適用される第2の電圧との差に等しい電圧を励起電圧とすることにより、前記プロセスパラメータと前記第1の電圧との関数として生成されるハイ側信号と、前記プロセスパラメータと前記第2の電圧との関数として生成されるロー側信号とからなるセンサ信号を生成するセンサと、
前記励起電圧の大きさには影響を受けることのない、前記ロー側信号に対する前記ハイ側信号の比を用い、前記センサ信号をデジタル計測データに変換するレシオメトリック計測回路と、
前記レシオメトリック計測回路のダイナミックレンジの全域が使用されるように、前記デジタル計測データによって示される前記プロセスパラメータの絶対値と相関関係を持たせて前記励起電圧の大きさを変化させる制御回路であって、前記プロセスパラメータの絶対値との前記相関関係は、前記プロセスパラメータが0のときに前記励起電圧が最大となり、前記プロセスパラメータの絶対値の増大に伴って前記励起電圧の大きさが減少する関係である制御回路と
を備えることを特徴とするプロセス計測システム。 - 前記制御回路は、前記センサへの前記第1及び第2の電圧の選択的な適用を制御することを特徴とする請求項11に記載のプロセス計測システム。
- 前記センサは、静電容量式差圧センサであることを特徴とする請求項11に記載のプロセス計測システム。
- 前記制御回路は、差圧が減少すると前記励起電圧の大きさが増大するように、前記静電容量式差圧センサの前記励起電圧を制御することを特徴とする請求項13に記載のプロセス計測システム。
- 前記レシオメトリック計測回路は、シグマ・デルタA/Dコンバータを備えることを特徴とする請求項11に記載のプロセス計測システム。
- 前記シグマ・デルタA/Dコンバータは、
前記センサに接続された入力端子、及び積分器出力電圧を供給する出力端子を有するコンデンサ切換式積分器と、
前記コンデンサ切換式積分器の出力端子に接続された入力端子、及びパルス密度変調(PDM)信号を供給する出力端子を有するレベル検出器と、
前記レベル検出器の前記出力端子に接続された入力端子、及び前記デジタル計測データを供給する出力端子を有するデシメーションローパスフィルタと
を備えることを特徴とする請求項15に記載のプロセス計測システム。 - 前記デジタル計測データは、前記パルス密度変調(PDM)信号によって構成されることを特徴とする請求項16に記載のプロセス計測システム。
- 前記制御回路は、
前記パルス密度変調(PDM)信号をフィルタ処理して、前記パルス密度変調(PDM)信号の直流電圧レベルを生成するローパスフィルタと、
前記パルス密度変調(PDM)信号の直流電圧レベルと相関する励起制御信号を生成する絶対値回路と、
前記励起制御信号と相関する前記励起電圧を前記センサに適用する励起電圧発生器と
を備えることを特徴とする請求項17に記載のプロセス計測システム。 - 前記デジタル計測データは、前記積分器出力電圧によって構成されることを特徴とする請求項16に記載のプロセス計測システム。
- 前記制御回路は、
前記積分器出力電圧と相関する励起制御信号を生成する自動ゲインコントローラと、
前記励起電圧を制御する励起電圧発生器と
を備えることを特徴とする請求項19に記載のプロセス計測システム。 - プロセスパラメータと相関するセンサ信号を生成するセンサであって、第1の電圧と第2の電圧とが2つの段階で選択的に前記センサに適用され、第1の段階の際に前記センサに適用される前記第1の電圧と、第2の段階の際に前記センサに適用される前記第2の電圧との差に等しい電圧を励起電圧とし、前記センサ信号は、ハイ側信号とロー側信号とを含み、前記ハイ側信号及び前記ロー側信号のそれぞれが、前記プロセスパラメータ及び前記励起電圧に相関するセンサと、
前記プロセスパラメータの値を示すと共に、前記励起電圧の大きさには影響を受けることのない、前記ロー側信号に対する前記ハイ側信号の比を用い、前記センサ信号をレシオメトリックに変換して計測データを得るA/Dコンバータと、
前記A/Dコンバータからの前記計測データによって示される前記プロセスパラメータの絶対値と相関関係を持たせて前記励起電圧の大きさを変化させる制御回路であって、前記プロセスパラメータの絶対値との前記相関関係は、前記プロセスパラメータが0のときに前記励起電圧が最大となり、前記プロセスパラメータの絶対値の増大に伴って前記励起電圧の大きさが減少する関係である制御回路と
を備えることを特徴とするプロセス計測システム。 - 前記制御回路は、前記センサへの前記第1及び第2の電圧の選択的な適用を制御することを特徴とする請求項21に記載のプロセス計測システム。
- 前記センサは、静電容量式差圧センサであることを特徴とする請求項21に記載のプロセス計測システム。
- 前記制御回路は、差圧が減少すると前記励起電圧の大きさが増大するように、前記静電容量式差圧センサの前記励起電圧を制御することを特徴とする請求項23に記載のプロセス計測システム。
- 前記A/Dコンバータは、
前記センサに接続された入力端子、及び積分器出力電圧を供給する出力端子を有するコンデンサ切換式積分器と、
前記コンデンサ切換式積分器の出力端子に接続された入力端子、及びパルス密度変調(PDM)信号を供給する出力端子を有するレベル検出器と、
前記レベル検出器の前記出力端子に接続された入力端子、及び前記計測データを供給する出力端子を有するデシメーションローパスフィルタと
を備えることを特徴とする請求項21に記載のプロセス計測システム。 - 前記計測データは、前記パルス密度変調(PDM)信号によって構成されることを特徴とする請求項25に記載のプロセス計測システム。
- 前記制御回路は、
前記パルス密度変調(PDM)信号をフィルタ処理して、前記パルス密度変調(PDM)信号の直流電圧レベルを生成するローパスフィルタと、
前記パルス密度変調(PDM)信号の直流電圧レベルと相関する励起制御信号を生成する絶対値回路と、
前記励起制御信号と相関する前記励起電圧を前記センサに適用する励起電圧発生器と
を備えることを特徴とする請求項26に記載のプロセス計測システム。 - 前記計測データは、前記積分器出力電圧によって構成されることを特徴とする請求項25に記載のプロセス計測システム。
- 前記制御回路は、
前記積分器出力電圧と相関する励起制御信号を生成する自動ゲインコントローラと、
前記励起制御信号と相関する前記励起電圧を、前記センサに適用する励起電圧発生器と
を備えることを特徴とする請求項28に記載のプロセス計測システム。 - プロセスパラメータに基づき計測データを生成する方法であって、
第1の電圧と第2の電圧とを2つの段階で選択的に適用してセンサを励起し、ハイ側信号とロー側信号とを含んでセンサ値を示すセンサ信号を生成する工程であって、第1の段階の際に前記センサに適用される前記第1の電圧と、第2の段階の際に前記センサに適用される前記第2の電圧との差に等しい電圧を励起電圧とし、前記ハイ側信号及び前記ロー側信号のそれぞれが、前記プロセスパラメータ及び前記励起電圧に相関する工程と、
前記プロセスパラメータの値を示すと共に、前記励起電圧の大きさには影響を受けることのない、前記ロー側信号に対する前記ハイ側信号の比を用い、前記センサ信号をレシオメトリックに変換して計測データを得る工程と、
前記プロセスパラメータの絶対値が減少すると前記励起電圧の大きさが増大するように、前記プロセスパラメータの絶対値と相関関係を持たせて前記励起電圧の大きさを変化させる工程であって、前記プロセスパラメータの絶対値との前記相関関係は、前記プロセスパラメータが0のときに前記励起電圧が最大となり、前記プロセスパラメータの絶対値の増大に伴って前記励起電圧の大きさが減少する関係である工程と
を備えることを特徴とする方法。 - 前記センサは、静電容量式センサからなり、前記センサ値は充電量であることを特徴とする請求項30に記載の方法。
- 前記センサ信号を前記計測データに変換する前記工程は、シグマ・デルタA/Dコンバータによって実行することを特徴とする請求項30に記載の方法。
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