JPH1123385A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 省電力化を図ることのできる圧力センサを提
供する。 【解決手段】 処理回路部５は点Ｂの電位に基づいて感
圧素子部３に圧力が印加されていない状態が所定期間継
続したことを判定すると、トランジスタＴＲをＯＦＦす
るとともに表示部６への供給電力量を削減するよう処理
して、圧力センサ自体を省電力状態に移行させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は圧力センサに関
し、特に、感圧部に抵抗素子を用いた圧力センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】圧力
センサは、その感圧部が一般に機械式、静電容量式、抵
抗式および振動式などのいずれかで構成されるので、圧
力に応じて感圧部の変位量が決定されて、圧力の計測ま
たは制御信号の出力を行なうことができる。

【０００３】図６は、従来の抵抗式圧力センサのブロッ
ク図である。図６の圧力センサは該センサの各部に動作
のための電源電圧Ｖｃｃを供給するための電源回路部
１、電源回路部１からの供給電圧Ｖｃｃを定電流にする
定電流回路部２、定電流回路部２から定電流が供給され
て、外部から加えられた圧力に応じた電気信号の変化を
素子出力として出力する感圧素子部３ａ、素子出力を増
幅する増幅回路部４、増幅された素子出力を入力して、
所定手順に従って処理するためにＭＰＵを含んで構成さ
れる処理回路部５ａ、電源が正常か否かを示す電源表示
ＬＥＤ６１と処理回路部５ａによる処理に従って制御出
力を表示するための制御出力表示ＬＥＤ６２を含む表示
部６、処理回路部５ａに表示部６の表示態様などを含む
各種の設定データを外部から与えるための設定部７ａ、
および処理回路部５ａからの出力信号を受けて検出され
た圧力値を電気信号にして外部に出力するための出力回
路部８を含む。表示部６は、検出された圧力値をデジタ
ル表示するために、たとえば４桁７セグメントから構成
されるもの、または液晶表示パネルであればよい。な
お、処理回路部５ａと設定部７ａおよび表示部６のそれ
ぞれとを接続する配線数は処理回路部５ａと入出力する
エレメント数に応じて決定される。

【０００４】図７は図６の感圧素子部３ａにおけるピエ
ゾ抵抗素子の配置を示す図である。感圧素子部３ａでは
シリコン基板からなる薄膜３１上に斜線で示されたピエ
ゾ抵抗素子３２〜３５が配線３７を介してブリッジ回路
にして構成される。動作においては、外力により薄膜３
１上に応力が発生するとピエゾ抵抗素子の抵抗値が応
力、つまり加圧力の大きさに応じて変化する。このと
き、ブリッジ回路には常時定電流が供給されているの
で、抵抗値の変化が電圧の変化として素子出力が得られ
る。

【０００５】現在主流の圧力センサとしては、ＬＥＤに
よる視野性のよい表示部（主に圧力値や制御出力状態の
表示を行なう）を備えているものが多いが、過去には機
械式の圧力センサや電子式ＬＣＤ表示付圧力センサが主
流であった。機械式の圧力センサの場合は電源は不要で
あり装置に圧力センサを搭載しても装置全体の消費電力
は変化しない。また、電子式ＬＣＤ表示タイプのものは
ＬＥＤ表示タイプより消費電力が少なく装置全体の消費
電力の増加分は小さい。

【０００６】ＬＥＤ表示圧力センサはこのような観点か
ら、圧力センサ自体の消費電力が増大すること、圧力セ
ンサの搭載される装置自体には数個から数十個の圧力セ
ンサが搭載されることなどから装置全体の消費電力の増
大が問題となっている。

【０００７】それゆえにこの発明の目的は、省電力化を
図ることができる圧力センサを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の圧力セ
ンサは、感圧部に加圧力の大きさに応じてその抵抗値が
変化する抵抗素子を用いたものであって、感圧部に対し
圧力が印加されていない期間は省電力状態に移行するよ
う構成される。

【０００９】請求項１に係る圧力センサでは、外部から
圧力が印加されていない期間は省電力状態となって該セ
ンサにおける消費電力量が削減される。

【００１０】請求項２に記載の圧力センサは請求項１に
記載の圧力センサが、抵抗素子の抵抗値に基づいて感圧
部に圧力が印加されていない無圧力状態を検出するため
の状態検出手段と、状態検出手段により検出された無圧
力状態が所定期間継続することを判定する判定手段と、
判定手段の判定出力に応答して圧力センサを省電力状態
に移行させる状態移行手段とを備えて構成される。

【００１１】請求項２に係る圧力センサでは感圧部に圧
力が印加されていない無圧力状態が所定期間継続した場
合には速やかに省電力状態に移行するので、該センサに
おける消費電力量の削減が図られる。

【００１２】また、状態検出手段による無圧力状態の検
出は抵抗素子の抵抗値に基づくものなので、無圧力状態
の検出が簡単にできる。

【００１３】請求項２に記載の圧力センサにおいて状態
検出手段が感圧部の抵抗素子の抵抗値が無圧力状態を示
す値であることを判定する抵抗値判定部を含んで構成さ
れてもよい。このように構成された場合、抵抗値判定部
により無圧力状態の検出が容易にできる。

【００１４】請求項３に記載の圧力センサは、請求項２
に記載の圧力センサにおいて、感圧部の抵抗素子には加
圧力の大きさを測定するための第１の抵抗素子と加圧力
の有無を測定するための第２の抵抗素子とが含まれ、状
態検出手段は、第２の抵抗素子の抵抗値に基づいて無圧
力状態を検出するよう構成される。

【００１５】請求項３に係る圧力センサによれば、感圧
部に第２の抵抗素子を含ませるような単純改良により簡
単に省電力化を図ることができる。

【００１６】請求項３に記載の圧力センサにおいてセン
サ内の各部への電流供給路の開閉制御部を含み、この開
閉制御部は省電力状態において第２の抵抗素子への電流
供給路を確立するよう構成されてもよい。このように構
成されると、省電力状態にあるときでも、感圧部の第２
の抵抗素子への電力供給路は確立されて外部からの加圧
の有無を検出できる。したがって、省電力状態であって
も加圧されると速やかに圧力値の検出可能状態に復帰で
きるので、センサとしての応答性を十分に維持しながら
消費電力を低減できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。

【００１８】図１はこの発明の一実施の形態による抵抗
式圧力センサのブロック図である。図１の圧力センサと
図６の圧力センサとを比較し異なる点は、図１のセンサ
が工程遷移中など外力によって感圧部に応力が発生しな
い状態（以下、無圧力状態と呼ぶ）が所定期間継続する
と該センサを省電力状態に移行させるために圧力判定部
９およびトランジスタＴＲを新たに設け、さらに感圧素
子部３ａ、処理回路部５ａおよび設定部７ａのそれぞれ
に代替して感圧素子部３、処理回路部５および設定スイ
ッチ７１を含む設定部７のそれぞれを設けた点にある。
処理回路部５は入出力ポートとしてトランジスタＴＲを
ＯＮ／ＯＦＦするためにトランジスタＴＲのベース側に
接続される電流供給路開閉用出力ポートＥおよび圧力判
定部９の出力信号を入力するための圧力判別ポートＤを
新たに含む。図１のセンサのその他の各部は図６のそれ
と同じもので説明を省略する。

【００１９】無圧力状態のとき必要最低限動作させてお
く必要のある回路部は以下のとおりである。無圧力状態
が一定時間続いた後、省電力状態になっている間であっ
ても、圧力が印加されれば直ちに通常計測状態に移行し
なくてはならないので、圧力判定部９の検知機能の部分
と出力回路部８は動作させておく。また、無圧力状態時
に設定する可能性もあるため、たとえ省電力状態に移行
してもユーザが設定可能なように常時、設定部７の入力
を受付可能状態とする。各回路部の電源供給の要否は次
のとおりである。

【００２０】電源回路部１は当然必要である。圧力判定
部９は圧力判別をするため微小電流を常時流す必要があ
る。処理回路部５は、点Ｂおよび後述する点Ｂ１の電位
を常時読取り判別するために電力供給は必要である。設
定部７はメンテナンス時に無圧力状態に設定を変更でき
なくなるため設定部７からの入力が常時処理回路部５で
読取られるように、電力供給は必要である。

【００２１】出力回路部８は圧力センサが停止されてい
ても制御出力としてＯＮまたはＯＦＦを出力しておく必
要があるので電力供給が必要である。表示部６は無圧力
状態時は基本的に圧力センサを停止させるため表示が必
要とならず、電源供給は不要である。増幅回路部４は無
圧力状態時は基本的に圧力センサを停止させるため、圧
力計測は行なわれず、そのため電力供給は不必要であ
る。定電流回路部２は、無圧力状態時は基本的に圧力セ
ンサを停止させるため、圧力計測は行なわれず電力供給
は不必要である。

【００２２】図２は図１の感圧素子部３におけるピエゾ
抵抗素子の配置を示す図である。図２では感圧素子部３
内の薄膜３１上に従来の抵抗ブリッジ回路に加えて１つ
のピエゾ抵抗素子３６が追加形成される。圧力判定部９
は感圧素子部３を抵抗３６および９１を介して電源電圧
Ｖｃｃ側と接続して、抵抗９１と３６間の点Ｂが処理回
路部５のポートＤに接続される。

【００２３】図３は図１の処理回路部５の内部ブロック
図である。図３において処理回路部５はＭＰＵ５１、無
圧力状態における電位データＮＰおよび所定時間データ
ＴＤを記憶するＲＡＭ５２、ＲＯＭ５３、Ａ／Ｄコンバ
ータ５４、設定部７からの設定状態を入力するための入
力ポート５５、および表示部６に対し出力するための出
力ポート５６を含む。

【００２４】ＭＰＵ５１はＡ／Ｄコンバータ５４を介し
て増幅回路部４から与えられる感圧素子部の素子出力と
ポートＤに与えられた点Ｂの電位を入力する。圧力セン
サへの電源は無圧力状態にして投入されるので、ＭＰＵ
５１は点Ｂの電位を入力して、無圧力時の電位データＮ
ＰとしてＲＡＭ５２に格納する。また予めユーザによる
設定部７の設定スイッチ７１の操作により得られた省電
力状態への移行を判定するための無圧力状態の継続時間
を所定時間データＴＤとしてＲＡＭ５２に格納する。

【００２５】図４は、この発明のその他の実施の形態に
よる抵抗式圧力センサのブロック図である。ここでは、
処理回路部５によるトランジスタＴＲのＯＮ／ＯＦＦ制
御により増幅回路部４のみへの電流供給路が開／閉され
るような構成となっている。

【００２６】図４の圧力センサでは従来の感圧素子部３
ａのブリッジ回路の抵抗値を図中の点Ｂ１で測定して、
その測定値が所定期間継続して無圧力状態に相当する値
を示せば、応じて処理回路部５がポートＥを介してトラ
ンジスタＴＲをＯＮ→ＯＦＦに制御し増幅回路部４への
電流供給を断つとともに、表示部６に対する供給電力量
を電源表示ＬＥＤ６１のみ点灯可能な量に削減する。こ
れにより、図４のセンサにおいて無圧力状態における省
電力化が図られる。

【００２７】図５は、図１と図４の処理回路部５による
圧力センサの省電力化を図るための処理フローチャート
である。図１〜図５を参照して処理回路部５による省電
力化の動作を説明する。ＭＰＵは測定モードにあると
き、感圧素子部３（３ａ）による素子出力に基づいて加
圧力を検出するとともに、点Ｂ（Ｂ１）の電位をポート
Ｄを介して入力し、Ａ／Ｄコンバータ５４で変換し、点
Ｂ（Ｂ１）の電圧データがＲＡＭ５２中の無圧力時の電
位データＮＰを示すか否かにより、現在無圧力状態か否
かを判定する（Ｓ１〜Ｓ２）。

【００２８】無圧力状態でなければ（Ｓ３でＮ）、Ｓ１
〜Ｓ３の処理により圧力の測定が行なわれる。

【００２９】一方、無圧力状態であることが判定される
と（Ｓ３でＹ）、ＭＰＵ５１は内部のタイマをスタート
させて（Ｓ４）、無圧力状態が所定時間データＴＤで示
される時間期間継続するか否か判定する（Ｓ５）。

【００３０】無圧力状態が所定時間データＴＤで示す期
間継続しなければ前述と同様にして圧力値の測定が行な
われる（Ｓ５でＮ）。

【００３１】一方、無圧力状態が所定時間データＴＤで
示す期間継続したことが判定されると（Ｓ５でＹ）、Ｍ
ＰＵ５１は内部の図示されないスイッチングトランジス
タをプログラム処理によりＯＦＦして表示部６への電源
供給を電源表示ＬＥＤ６１のみ駆動可能な電力量に削減
するとともに、ポートＥを介してトランジスタＴＲをＯ
ＦＦする（Ｓ６）。トランジスタＴＲのＯＦＦにより、
図１の圧力センサにおいては増幅回路部４および定電流
回路部２への電流供給路が遮断され、図４の圧力センサ
においては増幅回路部４への電流供給路が遮断される。
なお、この時、判定部９への電流供給路は確立された状
態が維持されるので、後で無圧力状態から解放されたこ
とは速やかに確認できる。

【００３２】その後、ＭＰＵ５１は現在も無圧力状態で
あるか否かを判定する（Ｓ７）。無圧力状態でないこと
が判定されると（Ｓ７でＮ）、ＭＰＵ５１はポートＥを
介してトランジスタＴＲをＯＮにして図１においては増
幅回路部４および定電流回路部２への電流供給路を再度
確立させるとともに、表示部６に通常の電力量を供給す
る。また図４の圧力センサにおいてはトランジスタＴＲ
をＯＮにして増幅回路部４への電流供給路を確立させて
表示部６への電力供給量を通常レベルに戻す。

【００３３】一方現在も無圧力状態であると判定すれば
（Ｓ７でＹ）、Ｓ６の処理を繰返し電流供給路の遮断と
表示部６への電力供給量の削減が継続される。

【００３４】上述したように、図１および図４の圧力セ
ンサのいずれにおいても、無圧力状態では必要最低限の
電力供給しか行なわれないので、センサ自体の消費電力
を軽減できる。したがって、センサ自体の発熱の抑制や
センサの劣化の軽減による長寿命化を図ることができ
る。また、この圧力センサを搭載する装置についても消
費電力を削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態による抵抗式圧力セン
サのブロック図である。

【図２】図１の感圧素子部におけるピエゾ抵抗素子の配
置を示す図である。

【図３】図１の処理回路部の内部ブロック図である。

【図４】この発明のその他の実施の形態による抵抗式圧
力センサのブロック図である。

【図５】図１と図４の処理回路部による圧力センサの省
電力化を図るための処理フローチャートである。

【図６】従来の抵抗式圧力センサのブロック図である。

【図７】図６の感圧素子部におけるピエゾ抵抗素子の配
置を示す図である。

【符号の説明】

３、３ａ 感圧素子部 ５ 処理回路部 ３２、３３、３４、３５、３６ ピエゾ抵抗素子 ５１ ＭＰＵ ＮＰ 無圧力時の電位データ ＴＤ 所定時間データ なお、各図中同一のものは同一または相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感圧部に加圧力の大きさに応じてその抵
   抗値が変化する抵抗素子を用いた圧力センサであって、 前記感圧部に対し圧力が印加されていない期間は省電力
   状態に移行する、圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記抵抗素子の抵抗値に基づいて前記感
   圧部に圧力が印加されていない無圧力状態を検出するた
   めの状態検出手段と、 前記状態検出手段により検出された前記無圧力状態が所
   定期間継続することを判定する判定手段と、 前記判定手段の判定出力に応答して、前記圧力センサを
   前記省電力状態に移行させる状態移行手段とを備えた、
   請求項１に記載の圧力センサ。
3. 【請求項３】 前記感圧部の前記抵抗素子には、前記加
   圧力の大きさを測定するための第１の抵抗素子と前記加
   圧力の有無を測定するための第２の抵抗素子とが含ま
   れ、 前記状態検出手段は、前記第２の抵抗素子の抵抗値に基
   づいて前記無圧力状態を検出することを特徴とする、請
   求項２に記載の圧力センサ。