JPH05157645A - 圧力検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】圧力検出回路において、感圧センサの押圧感度
の低下を防止する。 【構成】反転増幅器１の入力端と出力端との間に、加圧
力に応じて抵抗値Ｒsが変化する感圧センサ２を接続
し、この入力端に抵抗３を接続する。一方、出力端に出
力端子５と、第２の増幅器６の非反転入力端とを接続す
る。第２の増幅器６の反転入力端に、基準電圧Ｅref を
発生する基準電圧源７を接続し、その出力端に時定数回
路８を介して電圧フォロア１１を接続する。時定数回路
８は、第２の増幅器６の出力端と電圧フォロア１１の非
反転入力端との間に接続された抵抗９と、同非反転入力
端に接続されたコンデンサ１０とを備える。電圧フォロ
ア１１の出力端に抵抗３の他端を接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車のパワーウイン
ド装置等の自動開閉装置に用いて好適な圧力検出回路に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車のパワーウインド装置等
の自動開閉装置では、窓ガラスなどの移動体がモータに
より開閉動作させられるが、窓ガラスの閉塞時に手や指
が挟み込まれた時には、モータを停止或は逆転させて手
や指を引っ込めさせる必要があり、従って手や指等の異
物の挟込みを検出する必要がある。この異物の挟込検出
には、感圧型導電ゴムや感圧型導電塗料を用いた感圧セ
ンサが用いられる。

【０００３】この種の感圧センサの電気特性は、一般
に、加圧力が大きくなるに従って抵抗値が指数的に減少
する。また、この感圧センサを用いた圧力検出回路は、
本出願人によって特願平３−２２８３９０号に開示さ
れ、図１に示すように、第１の増幅器１の反転入力端及
び出力端の間に感圧センサ２が接続される。この第１の
増幅器１は、反転入力端に接地抵抗３が接続され、出力
端が出力端子５及び第２の増幅器６の反転入力端に接続
される。一方、第２の増幅器６は、基準電圧源７が非反
転入力端に接続され、出力端と第１の増幅器１の非反転
入力端との間に、抵抗９及びコンデンサ１０を備えた時
定数回路８が介挿される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、第１の増幅
器１において、未加圧時の感圧センサ２の抵抗値をＲ
ｓ、接地抵抗３の抵抗値をＲｉ、非反転入力端の入力電
圧をＥｉとすると、出力端の出力電圧Ｅｏは、次の式で
表される。 Ｅｏ＝Ｅｉ×（Ｒｉ＋Ｒｓ）／Ｒｉ ………………………（１）

【０００５】感圧センサ２が加圧された時の感圧センサ
２の抵抗値をＲｓ’とすると、出力端の出力電圧Ｅｏ’
は、次の式で表される。 Ｅｏ’＝Ｅｉ×（Ｒｉ＋Ｒｓ’）／Ｒｉ ………………（２）

【０００６】従って、感圧センサ２の未加圧時及び加圧
時の間の電圧変化率Ｅｏ’／Ｅｏ即ち感圧回路の感度
は、入力電圧Ｅｉがコンデンサ１０によって瞬間的に一
定に保持させられるので、式１及び２から次の式３が求
められる。 Ｅｏ’／Ｅｏ＝（Ｒｉ＋Ｒｓ’）／（Ｒｉ＋Ｒｓ）……………（３）

【０００７】ここで、感圧センサ２の抵抗値Ｒｓが接地
抵抗３の抵抗値Ｒｉより極めて大きい場合即ち１≪Ｒｓ
／Ｒｉの場合、感圧センサ２の抵抗値の変化率に対して
出力電圧の変化率が略同じであるが、抵抗値Ｒｓが抵抗
値Ｒｉと略同等の場合には、感圧センサ２の抵抗値の変
化率に対して出力電圧の変化率が極めて小さくなり、従
って、感圧センサ２への押圧力に対する感度が低下する
問題がある。

【０００８】本発明は、上述した問題点を、接地抵抗３
と対応する基準抵抗の他端に出力電圧と異極性の電圧を
供給することによって、押圧感度の低下を防止し、即ち
感圧センサの抵抗値Ｒｓの大小に拘わらず感圧感度を一
定にさせて、異物挟込み検出の信頼性を向上させられる
圧力検出回路を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の圧力検出回路は、加圧力に応じて抵抗値が
変化する感圧センサと、この感圧センサが各々接続され
る第１の入力端と第１の出力端とを含む第１の反転増幅
器と、この第１の出力端が接続される第２の非反転入力
端と、基準電圧源が接続される第２の反転入力端と、第
２の出力端を含む第２の増幅器と、抵抗を介して前記第
１の反転入力端に接続される第３の出力端と、第３の入
力端とを含む電圧フォロアと、前記第２の出力端と、前
記第３の入力端との間に接続される時定数回路とを備
え、前記第１の出力端から、前記感圧センサに加えられ
る圧力に応じた検出信号が出力されることを特徴とす
る。

【００１０】かかる構成によれば、第１の増幅器の出力
電圧は、無負荷時に、感圧センサの抵抗値に関係なく基
準電圧に等しい。感圧センサに圧力が加えられた場合に
は、感圧センサの抵抗値が急激に減少し、第１の増幅器
の増幅率が急激に増加するが、感圧センサの反転入力端
側の電圧を略ゼロボルトにするように、接地抵抗３の接
地側の端子に電圧が供給されている。この時点では、第
１の増幅器は、この電圧は、一定に保持されているの
で、出力電圧が感圧センサの抵抗値の減少に対応して減
少する。この第１の増幅器の出力電圧が基準電圧から所
定の電圧値分低い閾値（電圧）を越えた場合に、圧力検
出信号とすることができる。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明による圧力検出回路の一実施
例を図面を参照して説明する。図２において、図１に示
す部品と対応する部品には同一の符号が付してある。

【００１２】図２において、本発明による圧力検出回路
は、反転増幅器１の入力端及び出力端の間に、加圧力に
応じて抵抗値が変化する感圧センサ２が接続される。ま
た、反転増幅器１は、入力端に抵抗３が接続され、出力
端が出力端子５と第２の増幅器６の非反転入力端とに接
続される。この第２の増幅器６の反転入力端には、一定
の基準電圧Ｅref を発生する基準電圧源７が接続され
る。

【００１３】また、第２の増幅器６の出力端は、時定数
回路８及び電圧フォロア１１を介して反転増幅器１の入
力端に接続されている。この時定数回路８は、１次、２
次或はｎ次ハイカットフィルタを構成するもので、第２
の増幅器６の出力端と電圧フォロア１１の非反転入力端
との間に接続された抵抗９と、電圧フォロア１１の非反
転入力端に接続されたコンデンサ１０とを備える。この
コンデンサ１０は接地される。また、電圧フォロア１１
は、出力端が反転入力端及び抵抗３の他端に接続され
る。

【００１４】反転増幅器１において、感圧センサ２の抵
抗値をＲｓ、抵抗３の抵抗値をＲｉ、電圧フォロア１１
から抵抗３に供給される入力電圧をＥｉとすると、出力
端の出力電圧Ｅｏは、次の式で表される。 Ｅｏ＝−Ｅｉ×（Ｒｓ／Ｒｉ） ………………………（４）

【００１５】一方、第２の増幅器６は、反転入力端に基
準電圧源７から基準電圧Ｅrefが供給され、従って、２
つの入力端の比較結果に基づいて、出力端の電圧が略正
負電源電圧間の所定の電圧値になり、この値が抵抗９を
介してコンデンサ１０に供給されて、コンデンサ１０を
充電或は放電させる。最終的には、反転増幅器１の出力
電圧Ｅｏが基準電圧Ｅref に等しい値になる定常状態に
移行させる。この定常状態では、入力電圧Ｅｉが、 Ｅｉ＝−Ｅref ×（Ｒｉ／Ｒｓ） ………………………（５） となる。

【００１６】定常状態では、Ｅref 及びＲｓが一定であ
るので、Ｅｉも一定である。これを式４に代入して、 Ｅｏ＝Ｋ・Ｒｓ ………………………（６） 但し、Ｋ＝−Ｅｉ／Ｒｉ となる。従って、出力電圧の変化率は、感圧センサ２の
抵抗値の変化率と同一になる。

【００１７】今、取付けられている感圧センサ２の抵抗
値を例えば１０ｋΩとし、抵抗３の抵抗値を１０ｋΩと
し、基準電圧Ｅref を５ボルトとすると、出力電圧Ｅｏ
は５ボルトで平衡する。また、入力電圧Ｅｉは−５ボル
トであり、この電圧がコンデンサ１０に充電されてい
る。

【００１８】この１０ｋΩの感圧センサ２を、抵抗値が
９ｋΩである（ばらつきのある）感圧センサ２と瞬時に
交換した時には、出力電圧Ｅｏが瞬時に４．５ボルトに
減少する。第２の増幅器６は、非反転入力端の電圧４．
５Ｖが反転入力端の電圧即ち基準電圧Ｅref （５ボル
ト）より低いので、出力端の電圧を瞬時に略負電源電圧
まで下降させる。この出力端の電圧は、抵抗９を経由し
てコンデンサ１０の電荷を略−５．５６ボルトまでに徐
々に放電させる。

【００１９】一方、反転増幅器１は、入力電圧が−５ボ
ルトから−５．５６ボルトに下降するにつれて、出力端
の出力電圧Ｅｏを４．５ボルトから５ボルトに上昇さ
せ、これにより、第２の増幅器６の出力端の電圧がコン
デンサ１０の端子電圧と等しくなって、コンデンサ１０
の放電を停止させる。

【００２０】このように、本来１０ｋΩの仕様を持つ感
圧センサ２の抵抗値が９ｋΩにばらついても、定常時の
圧力検出回路の出力電圧は、基準電圧Ｅref例えば５ボ
ルトに等しくなり、また、感圧センサ２の温度特性或は
経年変化によって抵抗値が変化しても、基準電圧に等し
くなる。

【００２１】上記の説明を感圧センサ２の加圧時の説明
に当てはめて見る。感圧センサ２の無負荷（未加圧）時
の抵抗値を１０ｋΩとし、感圧センサ２が押圧されてそ
の抵抗値が９ｋΩになった場合にも、出力端子５の出力
電圧Ｅｏが４．５ボルトに下降する。この出力電圧を例
えば４．８ボルトの第２の基準電圧を持つ比較器（図示
略）に印加した場合には、この比較器の出力が二値論理
の「Ｈ」になり、この「Ｈ」が圧力検出信号として、自
動車のパワーウインドのモータの制御に利用できる。従
って、第２の基準電圧値は、感圧センサ２が誤動作を起
こさない程度、第１の基準電圧Ｅrefより低い。

【００２２】次に、本実施例における圧力検出動作を説
明する。感圧センサ２に圧力が加え始められて、感圧セ
ンサ２の抵抗値Ｒｓが急激に減少した場合には、反転増
幅器１は、入力電圧Ｅｉが時定数回路８及び電圧フォロ
ア１１の作用で一時的に一定に保持されるので、その出
力電圧Ｅｏが定常状態の電圧値Ｅrefから急激に下降す
る。

【００２３】出力電圧Ｅｏは、第１の基準電圧からの下
降過程で、第２の基準電圧より低くなり、この結果比較
器が圧力検出信号を出力する。一方、第２の増幅器６
は、非反転入力端に印加される電圧Ｅｏが反転入力端の
基準電圧Ｅrefより低くなっているので、出力端の電圧
を略負電源電圧に低下させる。これにより、入力電圧Ｅ
ｉは時定数τに応じた速度で緩やかに下降する。ここ
で、コンデンサ１０の容量値をＣ、抵抗９の抵抗値をＲ
とすると、時定数τの値はＣ・Ｒである。

【００２４】感圧センサ２に対する加圧力が飽和して、
感圧センサの抵抗値Ｒｓが飽和した場合には、出力電圧
Ｅｏが一転して上昇し始め、やがて基準電圧Ｅref と等
しい定常値まで戻る。

【００２５】実際、この圧力検出回路を自動車のパワー
ウインドに適用した場合は、出力電圧Ｅｏが第２の基準
電圧値Ｅsまで下がった時点で、異物の挟込みを検知
し、窓ガラスを閉じさせるモータの正転駆動が所定の制
御回路により停止或は逆転駆動される。

【００２６】なお、本実施例の圧力検出回路は不平衡型
であるが、図２に示す回路を２個組み合わせて平衡型を
構成してもよい。この場合、基準電圧源７及びコンデン
サ１０は、不平衡型の場合の接地端がもう１つの組の第
２の増幅器の非反転入力端及び電圧フォロアの非反転入
力端に各々接続される。また、２組の反転増幅器の出力
端からは、外来ノイズに強い平衡型の出力電圧が得られ
る。

【００２７】これら反転増幅器１、第２の増幅器６及び
電圧フォロア１１は、汎用のオペアンプ例えば４５５８
或はＬＦ４１２が用いられる。従って、このオペアンプ
は、反転増幅器１に用いた場合に、非反転入力端が接地
され、反転入力端が入力端として定義される。また、本
発明の圧力検出回路は、正負電源を用いているが、これ
の代りに単一正電源を用いる場合には、反転増幅器１に
相当するオペアンプの非反転入力端が、単一正電源の電
圧より低い所定の電圧を持つ正電源に接続される。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧力検出
回路は、感圧センサの押圧感度の低下を防止できる。勿
論、感圧センサの抵抗値に製造上のバラツキや温度変化
または経時変化が生じても、その影響を受けることのな
い安定な圧力検出信号即ち電圧を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本出願人による従来の圧力検出回路の一実施例
の構成を示す回路図である。

【図２】本発明の圧力検出回路の一実施例の構成を示す
回路図である。

【符号の説明】

１ 反転増幅器 ２ 感圧センサ ３ 抵抗 ６ 第２の増幅器 ７ 基準電圧源 ８ 時定数回路 １１ 電圧フォロア

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加圧力に応じて抵抗値が変化する感圧セン
   サと、 この感圧センサが各々接続される第１の反転入力端と第
   １の出力端とを含む第１の増幅器と、 この第１の出力端が接続される第２の非反転入力端と、
   基準電圧源が接続される第２の反転入力端と、第２の出
   力端を含む第２の増幅器と、 抵抗を介して前記第１の反転入力端に接続される第３の
   出力端と、第３の非反転入力端とを含む電圧フォロア
   と、 前記第２の出力端と、前記第３の非反転入力端との間に
   接続される時定数回路とを備え、 前記第１の出力端から、前記感圧センサに加えられる圧
   力に応じた検出信号が出力されることを特徴とする圧力
   検出回路。