JPH01223808A - 電荷増幅回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電荷回路に関するもので、この回路の出力
はドリフト補償回路を介して信号入力に帰還される。こ
のドリフト補償回路は、トリガ信号を供給するトリガ装
置に接続してあり、このトリガ信号が生しると、ドリフ
ト補償装置の出力を介してその時の電流に相当する補償
電流を電荷増幅器の信号入力に印加する。

今日使用されている電荷増幅器（直結増幅器）では、例
えばピエゾ電気測定系に関連して、最大の絶縁を有し、
無視できる入力信号の漏れ電流を与える入力段を使用す
る必要があるので、これ等のことが出力電圧に何らかの
乱れたドリフトをもたらさないか、あるいは起こり得る
出力電圧の乱れたドリフトを適当な補償によって排除し
、それ故実際の測定信号に及ぼすその影響を消滅させる
必要がある。

巻頭に述べ、第二番目に述べた原理に基づいて動作する
この種の回路は、例えばオーストリア特許第３７７１３
２号公報により公知であり、その場合、ドリフトを補償
するため、電荷増幅器の出力に直流増幅器を備えた回路
、つまりデジタル・アナログ変換器と抵抗器が続（アナ
ログ・デジタル変換器がある。この変換器を経由して、
測定の前に入力漏れ電流が補償操作時に補償電流によっ
て自動的に補償される。この電流は次の測定操作時の間
は一定に保持されている。トリガー装置を駆動させた後
、この公知の回路では最も前に始動したデジタル過程が
保持され、系が「測定」モードにある限り、電荷増幅器
を入力することが最後に測定したドリフトに相当する電
流を補償して実行される。

この公知の装置は、確かに個々の測定を行うのに大変適
していて、その様な例は点火時に火器の銃身の圧力を測
定する場合に関連して弾道学で生しるが、周期的に生し
る測定信号を評価するのにしか適していなくて、特に前
記周期が非常に短く、例えば高速内燃機関の圧力測定を
行う場合、一方でこの目的に使用できるＡ／Ｄ変換器と
Ｄ／Ａ変換器の形はかなり複雑で、高価であり、他方で
この公知の装置では個々に生じる測定信号の間で周期的
な補償を簡単に都合よ（導入するための実行又は行い始
める目安がない。

この後に述べたことに関連して、例えば西独特許筒３６
３２２２１号公報から、前記に示した配置とはそれ自体
実質上区別できる配置が知られている。

この場合、電荷増幅器の出力の原点を安定化するため、
所望の電圧又は所望の測定値が分かる予め定めた瞬間に
出力信号を測定する。そして、この電圧又は測定値をこ
の値に対して一種の「リセット」装置によって補正され
る。一方で、バードウエヤに関する出費は、この装置に
対して周期測定信号をある意味で特徴付ける個々のトリ
ガー信号だけでな（、連続的に自走するクロンク信号又
は角度記号信号をもたらす必要性のため上昇し、また、
他方で電荷増幅器の出力のｒｓｒ　！す１的なリセッｌ
−のため、実際に重要な測定信号は全てのドリフトの変
形に対して耐えられない。

この発明の課題は、上記の公知回路に対して述べた欠点
を排除し、特に周期的に生じる測定信号と共に、特に短
周期の信号と共にドリフトに対して効果的な補償を簡単
な方法で可能にする巻頭の述べた種類に属する電荷増幅
回路を改良することにある。

この課題は、この発明により、周期的に生しる測定信号
の間のドリフトを補償するため、ドリフト補償回路には
、測定信号の周期に合わせて、サンプリング・パルスを
供給するためトリガーされるトリガー装置に繋がるサン
プル・ホールトユニットがあることによって解決されて
いる。このサンプル・ホールドユニ７１−は、特に例え
ば内燃機関エンジンのシリンダの圧力を監視する時のよ
うに測定信号の比較的短かい繰り返し周期に関連し、前
記公知の回路装置からなる二つのＡ／ＤとＤ／Ａ変換器
の組み合わせに対してほぼ等価であるが大幅に簡単で価
格に見合った代替、つまり特にサンプル・パルスを導（
始動装置の前記トリガーに関連して、簡単で、効果的で
しかも早い補償確実になる。この場合、原点のドリフト
を特徴付ける測定信号の基準線の傾きは、確認したドリ
フトに応じて周期的に変更される。従って、長い積分効
果のため全体として穏やかな補償が生し、実際に測定し
た値の誤差を無視できる大きさに低減される。

この発明の特に有利な構成によれば、始動装置には外部
トリガ一部が装備してあり、このトリガ一部には、周期
的な測定信号に働く過程の出現に対応するトリガー信号
を調べる少なくとも一個の接続信号発生器がある。この
外部トリガ一部の出力信号発生器は、例えば内燃機関の
クランク軸又はカム軸の信号円板と協働する光通路又は
それに相当する誘導性あるいは容量性の受信装置によっ
て形成されていてもよく−この信号発生器から供給され
るトリガー信号が、その周期ない、又はその周期のｎ倍
で一致が生じる限り、本来の周期的な測定信号に対して
同時であろうと、時間をずらしていようと比較的無関係
である。必要であれば、遅延回路又は類似なものをそれ
に応じて選択し、中間接続して、始動信号を表すサンプ
ル信号が正しい時間に一つまり、周期的に生じる先端が
間の測定信号が零、又は最大値になる時−出力される。

この発明に他の実施例によれば、最後に述べたことに関
連して、信号発生器がトリガー装置の信号選択回路に接
続してあり、この装置はｎ番目の信号を選び出して、サ
ンプル・パルスを形成するためのトリガー信号の列を形
成することができる。

従って、例えばトリガー信号を発生させるためクランク
シャフトに取り付けた信号発生器付の四サイクル内燃機
関エンジンの周期過程を測定する場合、各第ニドリガー
信号がトリガー装置をトリガーするために選択されてい
ることように配置して、それ故、クランクアングルの７
２０°に渡って延びる四サイクル駆動の全周期を計算に
入れるため、サンプリンパルスを発生させることが簡単
になる。

これに関連して、理解できることは各７２０°の周期の
第−又は第ニドリガー信号がトリガー装置のトリガーに
導（信号になるかどうかを選択するが自由である。

この発明の特に有利な他の発明によれば、トリガー装置
には比較器を経由して電荷増幅器の信号出力に繋がり、
観測される測定信号の発生の間にサンプリング信号を発
生させる内部トリガー装置が装備しである。この様にし
て、補償の大きさが既に測定されたドリフトに合った瞬
間は、完全に外部装置と無関係で、測定信号から及び電
荷増幅器の出力信号から厳密に取り出せる。このことは
、バードウエヤーに非常に僅かな出費を費やし、広範な
測定の性能を大幅に単純化する。

この発明の他の実施例によれば、内部トリガー装置は、
最後に述べたことに関連して、クロック発生器と実際の
比較器の出力に接続された計数ユニットから成り、この
計数ユニットの出力は、ある一定の計数値に達するとサ
ンプリングパルスを発生させる。このことは、観測され
る測定信号のピーク間にサンプリング・パルスを始動さ
せる非常に簡単な方法である。この装置では、計数ユニ
ットは、例えば測定信号の立ち上がりと立ち下がりを取
り扱う分離した部分を有し、それ故、比較器とクロック
発生器と協働して、測定信号のピークが所定のしきい値
信号しベル以下にある時間の間の時間間隔を決めること
ができる。その時、この時間間隔を、例えば等分でき、
この等分した間隔の時間が終了した後、その周期にサン
プリング・パルスをサンプル・ホールド・ユニ、トに通
すことができる。

この発明の特に有利な実施例によれば、外部トリガー装
置によって発生させたサンプリング・パルス又は内部サ
ンプリング装置によって発生器せたパルスを何時でもサ
ンプル・オールド・ユニットに供給するための切換開閉
器がある。この開閉器は、明らかにこの発明による電荷
増幅器の使用範囲を広げ、回路に修正を入れる必要なし
に一定の測定状況に最適に合わせることができる。

この発明の他の実施例によれば、直流増幅器ばサンプル
・ホールド・ユニットの信号入力の先頭に接続しである
。このユニットの出力は、別な直流増幅器とこの増幅器
の後に続く抵抗を経由して電荷増幅器の信号入力に供給
される。こうして、個々の部品の正確な合わせに特別な
合ゎセをしなくても、充分な補償効果が保証され、特に
充分な補償電流が電荷増幅器の信号入力に得られる。

サンプル・ホールト・ユニットに続く潮流増幅器の増幅
率は、後続する抵抗と丁度同じように、少なくとも段階
的に可変できる。このことは、特に可変できる感度の電
荷増幅器に特に関連して、広く可変される測定の要求に
対して木質的な利点をもたらる。

この発明の他の有利な実施例によれば、サンプル・パル
スを供給するのに、間隔監視ユニットがサンプル・ホー
ルド・ユニットに接続されている。

この監視ユニットは、この間隔が所定の間隔にを越えた
場合、サンプル・パルス入力を「ハイ」に設定し、従っ
て連続的にドリフト補償に切換る。

例えば、エンジンか非常にゆっくり早い速度で走行する
時、内燃機関エンジンに関する測定では、＝　１１− 電荷増幅器の補償制御が再び次の飽和になるほど時間間
隔が長く続（まで、制御回路が動作する。

従って、測定信号のピークの間の時間間隔が長くなるな
ら、又は−例えば休止しているエンジンのため一時間間
隔は実質上無限になるなら、出力のドリフトは連続的に
恒久的に補償される。もっとも、その時には測定信号を
効果的に取り扱うことができないことが分かる。ここで
−例外は、恐らく非常に短い周期の信号を取り扱うこと
である、これ等は前の遅い補償によって見掛は上影響さ
れない。測定信号の間の長い間隔を伴うこの「長期間の
補償」の利点は、測定信号又はピークが短い間隔で再び
生じる時、電荷増幅器が既にその出力のドリフ１−に関
して補償されるので、新しい一連の測定の始動時に何も
位相を合わせる必要がない。

この発明を更に具体例に関し例示によって、図面と説明
用の信号グラフで一部図式的に以下に説明する。

第１図による電荷増幅器回路の電荷増幅器ｌは、実質上
演算増幅器２を有する。この増幅器の出力３はコンデン
サー４を経由して信号入力端（−）に供給される。この
実施例に対する代わりとして、電荷増幅器１を当業者に
とって知られた他の適当な方法でも構成できる。接続線
６を経由して電荷増幅器１の信号入力端５に（及び、そ
れによってこの場合演算増幅器２の入力端（−）に）は
、ピエヅ電気変換器又はピックアップ７が接続されてい
る。このピンクアップは、ここではこれ以上説明しない
方法で、例えば内燃機関エンジンの圧縮率を測定するた
めに使用される。

避けがたい絶縁抵抗（点線で示す抵抗Ｒｉ　Ｓ　Ｏによ
って表しである）のために、漏洩電流がＩ　ｉｓ。

が流れ、−何も圧縮がない場合−電荷増幅器１の統合効
果のため、絶縁抵抗は第２図に示す方法で導体８の出力
信号のドリフトが生しる。ここで、注意すべきことは、
第２図に示す関係が誇張した形にして図示しである一今
口の電荷増幅器の電流ではドリフトは、例えば内燃機関
エンジンの通常の速度は範囲で生じる周期的に生じる測
定信号に関連して、ドリフトが第２図に示す値より相当
少ない、しかしこのことはこの説明に対して重要ではな
い。第２図に示す飽和レベルも羊に例として見做せる。

周期的Ｇこ生じる測定信号間のドリフトを補償できるた
めには、電荷増幅器１の出力（導体８）がサンプル・ホ
ールド・ユニ・ノド９に接続しである。

このユニットは抵抗Ｒを経由して信号入力端５に帰還さ
れている。トリガー回路１０を通過して、サンプリング
・パルスがトリガ信号として導体１１を経由してサンプ
ル・ホールド・ユニット９に供給され、個々の信号間の
時間間隔で発生し、主要な測定ドリフトに対応する補償
電圧Ｕ、。９を発生させる。それ故、抵抗Ｒを介して補
償電流１　ｃ。

■が信号入力端５に印加される。

装置１０のトリガ信号は測定信号又はその信号のピーク
の列から導体１２を介して内部的に形成されるか、ある
いは導体１３を介してこの導体に通ずる信号発生器から
外部的に形成される。この発生器は例えばエンジンのク
ランクシャフトと共に回転する円板１６のマーク１５を
検出する。

第３図に示すように、実際の測定信号、例えば四ストロ
ーク内燃機関エンジンのクランク角度の７２０°毎に生
じる圧縮信号は最上部に描いである。

これ以下の信号の配列は、例えば第１図に示しである導
体１３を介して供給される発生器１４がらの、つまり四
ストローク内燃機関エンジンの動作図式に応じて、圧縮
の最上デッド中心だけでなく、排出最上デッド中心でも
生じるクランク・シャフトの角度マークからの信号を表
す。適当な回路配置によって、第３図の底部に示すパル
ス列を用いて測定信号の個々のピーク間の間隔に生じる
トリガー信号のみがサンプリング・パルスになるので、
ドリフトが実際に測定した信号に逆効果を与えることな
しに、説明したように補正され得ることが確認される。

プントセンター位置に一致しいる第３図に示すトリガ信
号の位置から全く離れ、ドリフト補償のトリガ信号が測
定信号のピークの間の波の谷−ここではこの信号が最小
の変化を別にして通常零である−に生じることが確実に
することがただ必要であるので、クランク角度の一定値
だけずれた一連のトリガ信号を形成することができるこ
とが分かる。

第４図に示す上部の信号列は、（左側に）第２図の右側
に示した電荷増幅器のドリフトの結果飽和する測定信号
を示している。この発明によるドリフト補償の始めには
、先ず最大補償電流が電荷増幅器の信号入力端に印加さ
れる。そこでは、当然ある程度の過補償があり、第４図
に示す上部信号列の基準線は零ラインを越えて下側に移
動する。

従って、生じる次のサンプリング信号では、反対向きの
補償（しかしより少ない値での補（ｔｉ）となる。数サ
イクルの後には、第４図の右側に示した位置に到達し、
そこで測定信号の基準線は零線の回りを僅かな量で上下
している。個々の補償サイクルの最初の値と最後の値の
ある種の振動が必ずあるので、少な（ともそれ等の値の
間の中間に生じる実際の測定値は、見掛は上それ等の変
化によって影響されない。

第５図には、更に実際の測定信号が所定のしきい値レベ
ル以下にある「信号のない」周期Ｔが適当な回路の目安
によって半分にされる、そうして、測定信号がしきい値
のレベル以下に低下する時間に続く瞬間Ｔ／２の後の間
隔にトリガ信号を発生できる。こうして、長さが測定の
間にも変わるー例えば、エンジンの速度が変化する結果
−間隔を非常に簡単に処理できる。

第６図の左上に、ここにそれ以上示してない（第１図の
７）変換器又はピンクアンプの入力端１７が示しである
。この入力端は更に導線６を経由して実際の電荷増幅器
１の信号入力端５に繋がっている。この電荷増幅器の出
力端３は、一方でそれ以上の興味はないが、出力端１９
に現れる測定信号に付加的な濾波、増幅あるいは他の所
望の機能又は因子を有するユニット１８に導入される。

ここでは、一般に２１に示しであるドリフト補償゛装置
が動産２０を介して接続してあり、この場合直流増幅器
２２がサンプル・ホールト・ユニノｈ　９の先頭電荷増
幅器の出力信号からの接続に装入されている。このユニ
ット９の出力端は、導線２３と切換装置２４を介して別
なＤＣ増幅器２５に接続されている。この増幅器は導線
２６を介して切換装置２４の開閉器２７を任意に経由し
て、更に引き続くリレー２８を介して値の異なる二つの
抵抗２９と３０に通じている。これ等の抵抗（第１図の
対応する抵抗Ｒも）は、それぞれ導線６に繋がり、しか
も電荷増幅器１の信号入力端５に繋がる。抵抗２９．３
０間の切換の前記可能性から全く離れて、電荷増幅器ｌ
の感動調整３１に繋がる切換装置２４によって、ＤＣ増
幅器２５の増幅を段階的に切り換える可能性もあるので
、広い範囲内で前記補償装置は測定要求又は使用する変
換器によって予め決めである最も大きく相違する環境に
合わせることができる。

切換開閉器３２によって、サンプル・ホールドユニット
９は導線３３を介して供給される外部で発生したサンプ
ル・パルスと共に、又は同じ様に導線３４を経由した対
応する内部発生サンプル・パルスと共に導線１１を経由
して供給される。第６図に示す「内部」位置で測定信号
がＤＣ増幅器２２の先頭の導線３５を経由して分岐し、
更に別なＤＣ増幅器３６及び次いで比較器３７に供給さ
れる。この比較器の出力信号は、ダウン計数器３９とア
ップ計数器４０を有する計数ユニット３８に達する。こ
のユニットは、更にクロック発生器４１に繋がっている
。こうして、第５図に関連して説明した補償操作法は直
接達成でき、繰り返しを避けるため、ここではこれ以上
議論をする必要はない。トリガ信号又は第５図の下側に
示した対応するサンプル・パルスは、説明したように導
線３４を経由してサンプル・ホールト・ユニノｌ−に達
する。

開閉器の他の「外部」位置で、信号発生器から入力端４
２を介して供給される外部トリガ信号、ここには示さな
い（例えば、第１図の１４を参照）、又は比較器４３で
発生させた信号列は、選択ユニット４４に供給される。

このユニットによって（例えば、クランク・シャフトに
加わる信号マークを有するニサイクルエンジンで）、こ
の信号列をその上段を経由し、そして直接導線４５を−
１９＝ 経由して導線３３に導入できるか、あるいは二つの下段
の各々で（例えば、マークをクランク・シャフト等に設
置した四サイクル内燃機関エンジンの圧縮率測定に関連
して）サンプル信号をトリガするのに使用される実際の
トリガ信号に内部修正を加えることができ−この内部修
正はただ導線４６を経由してここに示しである。この例
では、ユニット４７は入力端４２を経由して供給した外
部トリガ信号の列を等分するのに使用される。

第６図に関連して完全性のため、この点で測定と検査点
４８に注意する。これ等の検査点は、しかしながら、そ
の回路自体にも、あるいはドリフト補償を行う方法にも
何の関係もない。

更に、第６圀による回路配置では、内部監視ユニット４
９もある。このユニットは切換スイッチ３２からサンプ
ル・ホールドユニット９にサンプル・パルスを供給する
ために挿入してあり、所定の時間間隔、ここでは例えば
１．２秒を越えると、サンプル・パルスの入力をＦＨＪ
　（高い論理レベル）にし、従って連続的なドリフト補
償にする。

巻頭に説明した様に、このことが測定信号の個々のピー
クの間の長い時間間隔があるところで、過補償、従って
制御のハンチングを避けることができる結果を達成する
のに使用される。ここではＬＥＤで形成した表示器５０
によって、主要な動作条件（例えば、連続補償のための
連続的に照らした表示器と周期的な補償のためのフリン
カー表示器）を観察できる。

ここで、注意することは、サンプル・ホールドユニット
の代わりに、当業者によく知られた等価な回路を採用で
き、説明した方法でトリガ信号を用いて供給され、説明
したドリフト補償に同じ様に使用できることにある。

最後に、注意すべきことは、基準値の代わりに、主要な
新しいドリフト補償の瞬間に電荷増幅器の出力に対する
上記の説明で「零」が、何時も仮定されることにある。

適当な段階７を踏んで、何らかの望ましい他の標準値を
代わりに採用できる。この値によって、説明した配置も
所定の電圧レベルに対して予め定めた瞬間に補償できる
。補償が生しる瞬間を変える付加的な自由度を提供する
ことが望まれる限り、適当な信号列は、例えば対応する
クランク・シャフト角度マークの対応する数を走査する
検出器から導くこともできることが分かる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による電荷増幅器の部分的な模式回
路図。 第２図は、飽和に「ドリフトＪする未補償電荷増幅器の
出力信号の電圧・時間グラフ。 第３図は、外部トリガ装置の関連するトリガ信号とこの
発明によるドリフト補償装置の関連するトリガ信号と共
に、四サイクル内燃機関エンジンの、例えば圧縮圧を示
す信号列のフローチャート図。 第４図は、この発明によるドリフト補償が電荷増幅器の
出力信号に及ぼす作用を示す電圧・時間グラフ。 第５図は、別な電圧・時間グラフと関連するｌ−リガ・
パルスグラフに関連して、この発明による内部ドリフト
補償用の可能な配置図。 第６図は、この発明による別な電荷増幅器の詳細回路図
。 図中引用記号： １・・・電荷増幅器、 ２・・・演算増幅器、 ３・・・電荷増幅器の信号出力、 ４・・・コンデンサー、 ５・・・電荷増幅器の信号入力、 ７・・・圧電変換器（ピック・アップ）、９・・・サン
プル・ホールド回路、 １０・・・トリガ装置、 １４・・・信号発生器、 １５・・　・マーク、 １６・・・円板、 ２１・・・ドリフト補償装置、 ２２．２５．３６・・・ＤＣ増幅器、 ２４・・・切換開閉器、 ２９．３０・・・抵抗、 ３２・・・切換開閉器、 ３７・・・比較ユニット、 ３８・・・計数ユニット、 ４１・・・クロンク発生器、 ４４・・・信号選択回路、 ４９・・・内部監視ユニット。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、出力をドリフト補償回路を介して信号入力端に供給
   し、前記ドリフト補償回路をトリガ信号を供給するトリ
   ガ装置に接続し、トリガ信号の到達後、主要なドリフト
   に対応する補償電流をドリフト補償回路の出力端を経由
   して電荷増幅器の信号入力端に印加している電荷増幅器
   において、周期的に生じる測定信号の間の間隔でドリフ
   トを平衡させるため、ドリフト補償回路（２１）には、
   測定信号の周期に応じてトリガし、サンプリング・パル
   スを供給するトリガ装置（１０）に繋がるサンプル・ホ
   ールド・ユニット（９）があることを特徴とする回路。 ２、トリガ装置（１０）には、外部トリガ装置があり、
   この外部トリガ装置は周期測定信号を発生させる過程の
   発生に応じて、トリガ信号を発生させる少なくとも一個
   の付属信号発生器（１４）を有することを特徴とする請
   求項１記載の回路。 ３、信号発生器（１４）は、トリガ装置の信号選択回路
   （４４）に接続されていて、このトリガ装置はｎ番目の
   信号毎に検出することによって、サンプル・パルスを形
   成するトリガ信号列を発生することを特徴とする請求項
   ２記載の回路。 ４、トリガ装置（１０）には、内部トリガ装置があり、
   この内部トリガ装置は比較ユニット（３７）を経由して
   電荷増幅器（１）の信号出力端（３）に接続され、この
   内部トリガ装置は検出した測定信号の発生の間にそれぞ
   れサンプリング・パルスの発生を開始させることを特徴
   とする請求項１記載の回路。 ５、内部トリガ装置は、クロック発生器（４１）と、実
   際の比較器（３７）の出力端に接続している計数ユニッ
   ト（３８）とから成り、計数ユニットの出力は、所定の
   計数に達した時、サンプリング・パルスを発生させるこ
   とを特徴とする請求項４記載の回路。 ６、切換開閉器（３２）は、サンプル・ホールド・ユニ
   ット（９）に外部又は内部トリガ装置によって発生させ
   たサンプリング・パルスを郷愁するために装備してある
   ことを特徴とする請求項２又は４記載の回路。 ７、サンプル・ホールド・ユニット（９）の信号入力端
   は、先頭に繋がるＤＣ増幅器（２２）を有し、前記ユニ
   ット（９）の出力端は別なＤＣ増幅器（２５）とこの増
   幅器の後に続く抵抗（Ｒ；２９、３０）を経由して電荷
   増幅器（１）の信号入力端（５）に接続されていること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の回路
   。 ８、サンプル・ホールド・ユニット（９）に続くＤＣ増
   幅器（２５）の増幅率は、サンプル・ホールド・ユニッ
   トに続く抵抗（２９、３０）の様に、少なくとも段階的
   に可変できることを特徴とする請求項７記載の回路。 ９、サンプル・ホールド・ユニット（９）にサンプリン
   グ・パルスを供給する場合、内部監視ユニット（４９）
   が配設してあり、この監視ユニットはサンプリング・パ
   ルス入力を「Ｈ」に切換、所定の時間間隔を越えると、
   連続的なドリフト補償に導くことを特徴とする請求項１
   〜８のいずれか１項に記載の回路。