JPH06347355A - 圧電センサの出力補正方法 - Google Patents
圧電センサの出力補正方法Info
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- JPH06347355A JPH06347355A JP5138592A JP13859293A JPH06347355A JP H06347355 A JPH06347355 A JP H06347355A JP 5138592 A JP5138592 A JP 5138592A JP 13859293 A JP13859293 A JP 13859293A JP H06347355 A JPH06347355 A JP H06347355A
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温に長時間さらされるような過酷な条件下
においても高精度な測定を維持することができる圧電セ
ンサの出力補正方法を提供する。 【構成】 本発明による圧電センサの出力補正方法は、
圧電センサの静電容量を検出（）し、検出された静電
容量値を予め定められた補正マップと比較することによ
り対応する補正値を求め（）、その補正値によりその
ときの圧電センサの出力を補正することを特徴とするも
のであり、圧電センサに用いる圧電セラミックスの物性
に基づき、温度上昇に伴ってセンサ出力が低下するとと
もに、その静電容量値が上昇するという温度特性を利用
し、圧電センサの静電容量を検出して出力補正値を求め
ることができる。
においても高精度な測定を維持することができる圧電セ
ンサの出力補正方法を提供する。 【構成】 本発明による圧電センサの出力補正方法は、
圧電センサの静電容量を検出（）し、検出された静電
容量値を予め定められた補正マップと比較することによ
り対応する補正値を求め（）、その補正値によりその
ときの圧電センサの出力を補正することを特徴とするも
のであり、圧電センサに用いる圧電セラミックスの物性
に基づき、温度上昇に伴ってセンサ出力が低下するとと
もに、その静電容量値が上昇するという温度特性を利用
し、圧電センサの静電容量を検出して出力補正値を求め
ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子、特に、圧力
や振動を検出するセンサ用圧電素子すなわち圧電センサ
の出力補正方法に関する。
や振動を検出するセンサ用圧電素子すなわち圧電センサ
の出力補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧力や振動を検出する圧電センサは、種
々の分野において利用されているが、特に、自動車産業
においては、排気ガス規制の強化、燃費規制の導入等の
地球環境問題と自動車の基本性能の向上とをバランス良
く達成するためにエンジンの精密な制御が求められてお
り、そのような制御に必要なパラメータの中で圧力や振
動を検出するセンサが多く必要とされており、例えば、
燃焼圧センサ、ノックセンサ等の圧電センサが用いられ
ている。
々の分野において利用されているが、特に、自動車産業
においては、排気ガス規制の強化、燃費規制の導入等の
地球環境問題と自動車の基本性能の向上とをバランス良
く達成するためにエンジンの精密な制御が求められてお
り、そのような制御に必要なパラメータの中で圧力や振
動を検出するセンサが多く必要とされており、例えば、
燃焼圧センサ、ノックセンサ等の圧電センサが用いられ
ている。
【０００３】エンジン制御用の圧電センサとしては、現
在、例えば、ノックセンサのように振動を検出する圧電
センサ素子には圧電セラミックスが用いられ、また、燃
焼圧センサのような圧力センサには半導体が用いられて
いるが、圧電セラミックスには加工性、量産性に優れ、
安価かつ特性制御が容易であるという利点があり、検出
回路を含め、より低コストで、かつ、出力が大きい圧電
セラミックスを用いることが検討されている。（「電子
材料 1988年4 月号」第30〜31頁参照）
在、例えば、ノックセンサのように振動を検出する圧電
センサ素子には圧電セラミックスが用いられ、また、燃
焼圧センサのような圧力センサには半導体が用いられて
いるが、圧電セラミックスには加工性、量産性に優れ、
安価かつ特性制御が容易であるという利点があり、検出
回路を含め、より低コストで、かつ、出力が大きい圧電
セラミックスを用いることが検討されている。（「電子
材料 1988年4 月号」第30〜31頁参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】圧電セラミックスは、
その結晶構造上、電気双極子すなわちドメインを有して
いるが、このドメインは焼成直後には分散状態にあり、
互いに打ち消し合って圧電特性を示さない。しかし、外
部から強電界をかけてドメインを揃える分極操作を施す
と、荷重に対してドメインの状態が変化して電荷が発生
するという圧電特性を示すようになる。このような分極
された圧電セラミックスに温度を加えると、揃っている
ドメインが分散して、荷重により発生する電荷量が低
下、すなわち、圧電特性が悪化し、ある一定温度以上に
なると圧電特性は完全に失われる。
その結晶構造上、電気双極子すなわちドメインを有して
いるが、このドメインは焼成直後には分散状態にあり、
互いに打ち消し合って圧電特性を示さない。しかし、外
部から強電界をかけてドメインを揃える分極操作を施す
と、荷重に対してドメインの状態が変化して電荷が発生
するという圧電特性を示すようになる。このような分極
された圧電セラミックスに温度を加えると、揃っている
ドメインが分散して、荷重により発生する電荷量が低
下、すなわち、圧電特性が悪化し、ある一定温度以上に
なると圧電特性は完全に失われる。
【０００５】このように、圧電セラミックスには、高温
にさらされると、圧電特性が低下して外力に対する出力
性能が劣化するという特性があり、したがって、高温条
件下にあるエンジンルーム内に配置するセンサとして圧
電セラミックスを用いることは、長期間にわたって高精
度の測定を実行することを困難にするという問題があ
る。
にさらされると、圧電特性が低下して外力に対する出力
性能が劣化するという特性があり、したがって、高温条
件下にあるエンジンルーム内に配置するセンサとして圧
電セラミックスを用いることは、長期間にわたって高精
度の測定を実行することを困難にするという問題があ
る。
【０００６】そこで、本発明は、上記したような加温に
よる圧電特性の劣化を解消し、高温に長時間さらされる
ような過酷な条件下においても高精度な測定を維持する
ことができる圧電センサの出力補正方法を提供すること
を目的とする。
よる圧電特性の劣化を解消し、高温に長時間さらされる
ような過酷な条件下においても高精度な測定を維持する
ことができる圧電センサの出力補正方法を提供すること
を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による圧電センサ
の出力補正方法は、圧電センサの静電容量を検出し、検
出された静電容量値を予め定められた補正マップと比較
することにより対応する補正値を求め、その補正値によ
りそのときの圧電センサの出力を補正することを特徴と
している。
の出力補正方法は、圧電センサの静電容量を検出し、検
出された静電容量値を予め定められた補正マップと比較
することにより対応する補正値を求め、その補正値によ
りそのときの圧電センサの出力を補正することを特徴と
している。
【０００８】
【作用】圧電センサに用いる圧電セラミックスの物性に
基づき、温度上昇に伴ってセンサ出力が低下するととも
に、その静電容量値が上昇するという温度特性を利用
し、圧電センサの静電容量を検出して出力補正値を求め
ることができる。
基づき、温度上昇に伴ってセンサ出力が低下するととも
に、その静電容量値が上昇するという温度特性を利用
し、圧電センサの静電容量を検出して出力補正値を求め
ることができる。
【０００９】
【実施例】図１は、本発明による圧電センサの出力補正
方法を座金型燃焼圧センサに適用した場合の実施システ
ムの構成を示す概念構成図である。図中、１は座金型燃
焼圧センサ、２は圧電セラミックス、３はエンジンヘッ
ド、４は点火プラグ、５はリード線、６はリレーＡ、７
はチャージアンプ、８は静電容量検出回路、９はリレー
Ｂ、１０は本システムの制御・演算とともにエンジン制
御・演算を実行するためのＣＰＵ、１１はデータ参照用
メモリである。
方法を座金型燃焼圧センサに適用した場合の実施システ
ムの構成を示す概念構成図である。図中、１は座金型燃
焼圧センサ、２は圧電セラミックス、３はエンジンヘッ
ド、４は点火プラグ、５はリード線、６はリレーＡ、７
はチャージアンプ、８は静電容量検出回路、９はリレー
Ｂ、１０は本システムの制御・演算とともにエンジン制
御・演算を実行するためのＣＰＵ、１１はデータ参照用
メモリである。
【００１０】座金型燃焼圧センサ１は、リング状の金属
ケース内に圧電セラミックスを内蔵しており、プラグ４
によりエンジンヘッド部３に一定荷重で固定されてい
る。座金型燃焼圧センサ１中の圧電セラミックス２の出
力は、リード線５を経て、リレー６および９により測定
・制御側のチャージアンプ７と出力補正側の静電容量検
出回路８とに分岐して伝送されるようになっている。
ケース内に圧電セラミックスを内蔵しており、プラグ４
によりエンジンヘッド部３に一定荷重で固定されてい
る。座金型燃焼圧センサ１中の圧電セラミックス２の出
力は、リード線５を経て、リレー６および９により測定
・制御側のチャージアンプ７と出力補正側の静電容量検
出回路８とに分岐して伝送されるようになっている。
【００１１】燃焼圧を測定する場合は、ＣＰＵ１０から
の制御信号によりリレーＡ６およびリレーＢ９を制御し
て、チャージアンプ７側に切り換える。燃焼圧の変化
は、プラグ４を介して圧電セラミックス２に伝わり、圧
電セラミックス２は電流を発生する。発生した電流は、
リード線５、リレー６を経て、チャージアンプ７に入力
され、そこで時間積分されて電荷量となる。チャージア
ンプ７はその電荷量に比例した電圧を発生し、リレー９
を経て、ＣＰＵ１０に入力される。圧電セラミックス２
に発生する電荷量は圧力に比例しており、したがって、
ＣＰＵ１０は入力されるチャージアンプ７の出力電圧か
ら燃焼圧を検知する。また、ＣＰＵ１０は、検知した燃
焼圧を用い、メモリ１１に記憶されている制御マップに
従ってエンジンを所望の状態に制御する。
の制御信号によりリレーＡ６およびリレーＢ９を制御し
て、チャージアンプ７側に切り換える。燃焼圧の変化
は、プラグ４を介して圧電セラミックス２に伝わり、圧
電セラミックス２は電流を発生する。発生した電流は、
リード線５、リレー６を経て、チャージアンプ７に入力
され、そこで時間積分されて電荷量となる。チャージア
ンプ７はその電荷量に比例した電圧を発生し、リレー９
を経て、ＣＰＵ１０に入力される。圧電セラミックス２
に発生する電荷量は圧力に比例しており、したがって、
ＣＰＵ１０は入力されるチャージアンプ７の出力電圧か
ら燃焼圧を検知する。また、ＣＰＵ１０は、検知した燃
焼圧を用い、メモリ１１に記憶されている制御マップに
従ってエンジンを所望の状態に制御する。
【００１２】センサ出力の補正を実施する場合は、ＣＰ
Ｕ１０からの制御信号により、リレー６および９を制御
して、静電容量検出回路８側に切り換える。図２は、静
電容量検出回路８の原理的構成を説明するための回路図
であり、圧力セラミックス２の他、電源２１、抵抗２
２、演算増幅器（オペ・アンプ）２３および整流器２４
から構成される。
Ｕ１０からの制御信号により、リレー６および９を制御
して、静電容量検出回路８側に切り換える。図２は、静
電容量検出回路８の原理的構成を説明するための回路図
であり、圧力セラミックス２の他、電源２１、抵抗２
２、演算増幅器（オペ・アンプ）２３および整流器２４
から構成される。
【００１３】いま、電源２１より数Ｖの矩形波電圧ａが
圧電セラミックス２に印加されると、圧電セラミックス
２の静電容量の影響を受けて積分され、抵抗２２の両端
の抵抗電圧ｂは図示したように傾斜部分を有する波形と
なる。この抵抗電圧ｂの傾斜部分と参照用一定電圧ｃと
をオペアンプ２３により比較し、矩形波電圧ｄを得る。
この矩形波電圧ｄのデューティ比は、圧電セラミックス
２の静電容量に比例しており、この矩形波電圧ｄを整流
器２４により整流して得た直流電圧ｅは圧電セラミック
ス２の静電容量に比例することとなる。こうして得られ
た直流電圧ｅが、リレー９を経て、ＣＰＵ１０に伝送さ
れ、ＣＰＵ１０はメモリ１１に記憶されている補正マッ
プに従って、センサ出力の補正値を決定する。
圧電セラミックス２に印加されると、圧電セラミックス
２の静電容量の影響を受けて積分され、抵抗２２の両端
の抵抗電圧ｂは図示したように傾斜部分を有する波形と
なる。この抵抗電圧ｂの傾斜部分と参照用一定電圧ｃと
をオペアンプ２３により比較し、矩形波電圧ｄを得る。
この矩形波電圧ｄのデューティ比は、圧電セラミックス
２の静電容量に比例しており、この矩形波電圧ｄを整流
器２４により整流して得た直流電圧ｅは圧電セラミック
ス２の静電容量に比例することとなる。こうして得られ
た直流電圧ｅが、リレー９を経て、ＣＰＵ１０に伝送さ
れ、ＣＰＵ１０はメモリ１１に記憶されている補正マッ
プに従って、センサ出力の補正値を決定する。
【００１４】図３は、圧電セラミックスの温度特性を示
す特性図であり、同図（Ｂ）に示すように、圧電セラミ
ックスの出力特性を示すｄ定数は、高温雰囲気にさらさ
れると、残留分極が減少するため、低下する。これに伴
って、同図（Ａ）に示すように、静電容量は上昇するこ
ととなる。そこで、図４に示したように、温度Ａ、Ｂ、
Ｃ・・・に対する圧電セラミックス２の静電容量値ａ、
ｂ、ｃ・・・に応じた出力補正値を例えば１、１．２、
１．４、・・・と定めて、補正マップとしてメモリ１１
に用意すれば、上記補正動作によりセンサ出力を一定に
保つことができる。なお、上記した補正値の中間の値
は、補間演算により求めることができる。
す特性図であり、同図（Ｂ）に示すように、圧電セラミ
ックスの出力特性を示すｄ定数は、高温雰囲気にさらさ
れると、残留分極が減少するため、低下する。これに伴
って、同図（Ａ）に示すように、静電容量は上昇するこ
ととなる。そこで、図４に示したように、温度Ａ、Ｂ、
Ｃ・・・に対する圧電セラミックス２の静電容量値ａ、
ｂ、ｃ・・・に応じた出力補正値を例えば１、１．２、
１．４、・・・と定めて、補正マップとしてメモリ１１
に用意すれば、上記補正動作によりセンサ出力を一定に
保つことができる。なお、上記した補正値の中間の値
は、補間演算により求めることができる。
【００１５】図５は、以上の圧電センサの補正方法を実
現するためのソフトウェアの一例を示す概略的なフロー
チャートであり、エンジン制御の主ループ中に組み込ま
れている例を示している。勿論、本補正ループを別ルー
チンとして構成し、エンジン制御主ループに割り込み処
理するように構成することも可能である。まず、ステッ
プにおいて、補正を実施するか否かを判断する。例え
ば、本発明による補正方法は、エンジンの始動時に実施
したり、エンジン運転時には一定時間毎に実施するよう
に設定することができる。補正時でなければ、エンジン
制御主ループへ戻り、補正時であれば、ステップにお
いて、圧電セラミックスの静電容量値を上述したシステ
ムにより検出する。次いで、ステップにおいて、検出
された静電容量値を基にして補正マップにより出力補正
値を計算する。その後、エンジン制御主ループに戻り、
計算された補正値を用いてエンジン制御を実行する。
現するためのソフトウェアの一例を示す概略的なフロー
チャートであり、エンジン制御の主ループ中に組み込ま
れている例を示している。勿論、本補正ループを別ルー
チンとして構成し、エンジン制御主ループに割り込み処
理するように構成することも可能である。まず、ステッ
プにおいて、補正を実施するか否かを判断する。例え
ば、本発明による補正方法は、エンジンの始動時に実施
したり、エンジン運転時には一定時間毎に実施するよう
に設定することができる。補正時でなければ、エンジン
制御主ループへ戻り、補正時であれば、ステップにお
いて、圧電セラミックスの静電容量値を上述したシステ
ムにより検出する。次いで、ステップにおいて、検出
された静電容量値を基にして補正マップにより出力補正
値を計算する。その後、エンジン制御主ループに戻り、
計算された補正値を用いてエンジン制御を実行する。
【００１６】上記した実施例においては、本発明による
圧電センサの出力補正方法を燃焼圧センサに適用した場
合について説明したが、例えばノックセンサのように、
高温にさらされるが、センサ入力が一定でなく、センサ
出力からはその劣化を判断することが不可能な場合に
も、センサの静電容量を測定する本発明方法によれば正
しくその劣化を把握し、必要な補正を実施することがで
きる。
圧電センサの出力補正方法を燃焼圧センサに適用した場
合について説明したが、例えばノックセンサのように、
高温にさらされるが、センサ入力が一定でなく、センサ
出力からはその劣化を判断することが不可能な場合に
も、センサの静電容量を測定する本発明方法によれば正
しくその劣化を把握し、必要な補正を実施することがで
きる。
【００１７】以上のセンサ出力補正システムを利用し
て、センサの劣化を判定することもできる。すなわち、
ＣＰＵ１０により、静電容量検出回路８の出力値と予め
定められた劣化判定値とを比較し、劣化判定値以下とな
れば、センサの劣化と判定して、エンジンの制御を変更
したり、また、警報を表示することができる。
て、センサの劣化を判定することもできる。すなわち、
ＣＰＵ１０により、静電容量検出回路８の出力値と予め
定められた劣化判定値とを比較し、劣化判定値以下とな
れば、センサの劣化と判定して、エンジンの制御を変更
したり、また、警報を表示することができる。
【００１８】
【発明の効果】以上、本発明による圧電センサの出力補
正方法は、圧電センサの劣化がその静電容量と比例関係
にあることに着目したものであり、静電容量の変化を測
定することにより圧電センサの劣化の程度を判定し、そ
れに応じた補正を実施するこが可能となった。この結
果、高温に長時間さらされるような過酷な条件下でも高
精度の測定を維持することができる。
正方法は、圧電センサの劣化がその静電容量と比例関係
にあることに着目したものであり、静電容量の変化を測
定することにより圧電センサの劣化の程度を判定し、そ
れに応じた補正を実施するこが可能となった。この結
果、高温に長時間さらされるような過酷な条件下でも高
精度の測定を維持することができる。
【００１９】また、圧電センサの静電容量により劣化を
判断するので、ノックセンサ等の出力の低下により劣化
を判断することができないセンサについても、効果的に
その劣化を測定することができる。
判断するので、ノックセンサ等の出力の低下により劣化
を判断することができないセンサについても、効果的に
その劣化を測定することができる。
【図１】本発明による圧電センサの出力補正方法を座金
型燃焼圧センサに適用した場合の実施システムの構成を
示す概念構成図である。
型燃焼圧センサに適用した場合の実施システムの構成を
示す概念構成図である。
【図２】静電容量検出回路の原理的構成を説明するため
の回路図である。
の回路図である。
【図３】圧電セラミックスの温度特性を示す特性図であ
る。
る。
【図４】補正マップの一例を示す表である。
【図５】本発明による圧電センサの補正方法を実現する
ためのソフトウェアの一例を示す概略的なフローチャー
トである。
ためのソフトウェアの一例を示す概略的なフローチャー
トである。
１…座金型燃焼圧センサ ２…圧電セラミックス ３…エンジンヘッド ４…点火プラグ ５…リード線 ６、９…リレー ７…チャージアンプ ８…静電容量検出回路 １０…ＣＰＵ １１…メモリ ２１…電源 ２２…抵抗 ２３…オペ・アンプ ２４…整流器
Claims (1)
- 【請求項１】 圧電センサの静電容量を検出し、 検出された静電容量値を予め定められた補正マップと比
較することにより対応する補正値を求め、 上記補正値により上記圧電センサの出力を補正する圧電
センサの出力補正方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5138592A JPH06347355A (ja) | 1993-06-10 | 1993-06-10 | 圧電センサの出力補正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5138592A JPH06347355A (ja) | 1993-06-10 | 1993-06-10 | 圧電センサの出力補正方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06347355A true JPH06347355A (ja) | 1994-12-22 |
Family
ID=15225705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5138592A Pending JPH06347355A (ja) | 1993-06-10 | 1993-06-10 | 圧電センサの出力補正方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06347355A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006126196A (ja) * | 2004-10-26 | 2006-05-18 | Robert Bosch Gmbh | センサ・エレメントの評価方法および装置 |
| JP2017003370A (ja) * | 2015-06-09 | 2017-01-05 | オムロン株式会社 | センサノード |
| KR20180023579A (ko) * | 2016-08-26 | 2018-03-07 | 주식회사 로보터스 | 정전 용량형 센서 및 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법 |
| US10989729B2 (en) | 2018-03-09 | 2021-04-27 | Seiko Epson Corporation | Physical quantity sensor device, and inclinometer, inertia measurement device, structure monitoring device, and moving object using physical quantity sensor device |
| JP2021135064A (ja) * | 2020-02-21 | 2021-09-13 | リオン株式会社 | 加速度測定装置および加速度測定方法 |
| JP2022068766A (ja) * | 2020-10-22 | 2022-05-10 | 横河電機株式会社 | 診断装置及び診断方法、並びにフィールド機器 |
-
1993
- 1993-06-10 JP JP5138592A patent/JPH06347355A/ja active Pending
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