JP4352715B2 - Sensor device - Google Patents

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JP4352715B2 JP2003037444A JP2003037444A JP4352715B2 JP 4352715 B2 JP4352715 B2 JP 4352715B2 JP 2003037444 A JP2003037444 A JP 2003037444A JP 2003037444 A JP2003037444 A JP 2003037444A JP 4352715 B2 JP4352715 B2 JP 4352715B2
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  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、センサ装置としては、例えば特許文献1に記載されたものが知られている。図3は、このセンサ装置を示す回路図である。このセンサ装置は、通常動作状態では、出力トランジスタQはベースに印加されるセンサの検出電位に応じてコレクタ−エミッタ間を流れる電流を増減する。これに伴い、抵抗R92の電圧降下が変化して信号出力端子91の電位が増減し、これに接続された変換器96の抵抗R94の電圧降下を変化させる。このセンサの検出電位に応じた抵抗R94の電圧降下に基づき、監視対象の状態が検出されるようになっている。
【0003】
【特許文献1】
特開平5−107292号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このセンサ装置において、センサの検出電位に応じて信号出力端子91の電位が所定電位となるよう、出力トランジスタQの制御端子の前段にオペレーションアンプを設ける。そして、オペレーションアンプと出力トランジスタQとにより負帰還を行い監視対象の状態を検出する構成とした場合、例えば電源端子93,94間の開放(断線)を検出しうるように、抵抗R94の抵抗値を100kΩ以上と大きく設定する方法が一方法として取られる。
【0005】
このような構成において、電源端子93,94間が開放(断線)すると、出力トランジスタQのエミッタがGNDから開放されてオフ状態となる。その結果、信号出力端子91の電位は抵抗R94と、抵抗R91との分圧比により決定される。このとき、抵抗R94の電圧降下が通常動作状態で発生しうる電圧上限よりも大きくなるように、抵抗R91に対して抵抗R94の抵抗値を十分に大きく設定することによって、電源端子93,94間の開放(断線)が検出可能となる。しかしながら、この場合、例えば電源電圧Eが5Vとして信号出力端子91から信号入力端子92への出力電流は、0.05mA(≒5V/100kΩ)以下と小さくなる。そして、これら信号出力端子91及び信号入力端子92が汎用の銅に錫メッキされた端子である場合には、電流が小さいためにこれら信号出力端子91及び信号入力端子92に形成される酸化膜を電流によって破砕することが困難となる。あるいは、この酸化膜の対策としてこれら信号出力端子91及び信号入力端子92に金メッキを施す必要性が生じ、製造工数及び製造コストの増大を余儀なくされている。
【0006】
本発明の目的は、製造工数及び製造コストを増大することなく、信号端子に形成される酸化膜を抑制することができるセンサ装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、第1入力端子に基準電位が印加されるとともに第2入力端子にセンサの検出電位が印加され、出力が第1抵抗を介してハイレベルとなる第1電源線に接続されたオペレーションアンプと、第1端子が前記第1電源線に接続され、第2端子が信号端子に接続され、制御端子が前記オペレーションアンプの出力と前記第1抵抗の接続部に接続されたスイッチング素子と、一端が前記信号端子に接続されるとともに、他端が電源端子を介してローレベルとなる第2電源線に接続された検出用抵抗と、前記第1電源線及び前記信号端子を接続する第2抵抗とを備え、前記信号端子の電位が、前記オペレーションアンプの第1入力端子に負帰還され、前記スイッチング素子がオン状態及びオフ状態のときに前記検出用抵抗に流れる電流は、前記信号端子及び前記電源端子に形成される酸化膜を破砕する電流値となるように前記検出用抵抗の抵抗値が設定されたことを要旨とする。
【0010】
請求項に記載の発明は、請求項1に記載のセンサ装置において、前記第2抵抗は、制御端子が前記第2電源線に接続された通常オンの断線検出用スイッチング素子を介して前記第1電源線に接続されたことを要旨とする。
【0011】
(作用)
請求項1に記載の発明によれば、上記スイッチング素子のオン状態では、前記オペレーションアンプの第2入力端子に印加される前記センサの検出電位の変量に応じて該オペレーションアンプの出力が変化すると、これに基づき前記第1抵抗の電圧降下が変化する。そして、第1抵抗の電圧降下の変化に基づき前記スイッチング素子の第1端子及び第2端子間を流れる電流量が変化すると、該電流量変化に基づく前記検出用抵抗の電圧降下の変化により前記センサによる監視対象の状態が検出される。このとき、上記信号端子の電位がオペレーションアンプの第1入力端子に負帰還されることでその検出に前記第2抵抗の影響を受けることはない。
【0012】
このスイッチング素子のオン状態では、上記検出用抵抗には信号端子の電位とその抵抗値に応じた量の電流が流れる。従って、検出用抵抗の抵抗値を小さく設定しておくことで、同検出用抵抗即ち前記信号端子には大きな電流が流れる。この大きな電流により、信号端子に形成される酸化膜は破砕される。
【0013】
一方、上記スイッチング素子のオフ状態では、上記検出用抵抗には第2抵抗及び検出用抵抗の合成抵抗値に応じた量の電流が流れる。従って、検出用抵抗の抵抗値を小さく設定しておくことで、同検出用抵抗即ち前記信号端子には大きな電流が流れる。この大きな電流により、信号端子に形成される酸化膜は破砕される。
【0014】
以上により、信号端子に形成される酸化膜を大電流により破砕することができ、同信号端子に金メッキを施すなどの工程も不要とされる。
また、前記信号端子と同様に電源端子にも大きな電流が流れる。従って、電源端子に形成される酸化膜を大電流により破砕することができ、同電源端子に金メッキを施すなどの工程も不要とされる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図1及び図2に従って説明する。
図1に示すように、センサ装置10は、センサユニット11と、電子制御ユニット12とを備えている。
【0017】
センサユニット11は、センサとしての荷重センサ13を備えている。この荷重センサ13はストレーン・ゲージ歪ゲージであって、検出しようとする荷重によって撓み変形する図示しない起歪体上に形成されている。荷重センサ13は、4個のストレーン・ゲージG1,G2,G3,G4を備えている。なお、各ストレーン・ゲージG1〜G4の抵抗値は起歪体に加わる荷重が「0」であるときには全て同じであって例えば数百Ωである。各ストレーン・ゲージG1〜G4の抵抗値は、加わった荷重の大きさに応じた起歪体の撓み変形量に対応して変化するようになっている。
【0018】
ストレーン・ゲージG1及びストレーン・ゲージG2、ストレーン・ゲージG3及びストレーン・ゲージG4はそれぞれ直列接続されている。これら直列接続されたストレーン・ゲージG1,G2と、ストレーン・ゲージG3,G4とは並列接続されている。そして、ストレーン・ゲージG1,G3が接続される一端は、第1電源線14に接続されている。この第1電源線14は、センサユニット11が備える一方の電源端子CN1に接続されている。この電源端子CN1は、汎用の銅に錫メッキされた端子である。第1電源線14は、外部電源と接続されることでハイレベル(例えば5V)の基準電位Vccに設定される。一方、ストレーン・ゲージG2,G4が接続される他端は、第2電源線15に接続されている。この第2電源線15は、センサユニット11が備える他方の電源端子CN2に接続されている。この電源端子CN2は、汎用の銅に錫メッキされた端子である。第2電源線15は、外部電源と接続されることでローレベル(例えば0V)の電位GNDに設定される。従って、外部電源と接続されることで、第1及び第2電源線14,15間に電圧Vccが印加される。
【0019】
ここで、ストレーン・ゲージG1,G2の接続部C1の電位は、起歪体に加わった荷重の大きさに応じて変化する両ストレーン・ゲージG1,G2の抵抗値で第1及び第2電源線14,15間の電圧(Vcc)を分圧した電位となる。同様に、ストレーン・ゲージG3,G4の接続部C2の電位は、起歪体に加わった荷重の大きさに応じて変化する両ストレーン・ゲージG3,G4の抵抗値で第1及び第2電源線14,15間の電圧(Vcc)を分圧した電位となる。従って、これら接続部C1,C2の電位は、起歪体に加わる荷重が「0」であるときには基準電位Vccの半分の電位Vcc/2となる。また、起歪体に加わる荷重が「0」から増大する(起歪体に圧縮荷重が作用する状態)ほど接続部C1の電位は電位Vcc/2からより大きくなるとともに接続部C2の電位は電位Vcc/2からより小さくなる。反対に、起歪体に加わる荷重が「0」から減少する(起歪体に引っ張り荷重が作用する状態)ほど接続部C1の電位は電位Vcc/2からより小さくなるとともに接続部C2の電位は電位Vcc/2からより大きくなる。接続部C1,C2の各電位は、予め設定されている検出範囲の荷重に対して、Vcc/2から例えば数mVの所定範囲で変化する。ここで、荷重検出範囲は、荷重センサ13によってある程度以上の検出精度で検出することができる荷重範囲であって、起歪体に加わる負の荷重(引っ張り荷重)から正の荷重(圧縮荷重)までの荷重範囲である。
【0020】
さらに、センサユニット11は、増幅回路16と、オペレーションアンプ17と、スイッチング素子としてのPNPトランジスタ18と、断線検出用スイッチング素子としてのPNPトランジスタ19とを備えている。そして、上記接続部C1,C2は、それぞれ増幅回路16に接続されている。増幅回路16は、起歪体に作用する荷重に応じた接続部C1,C2間の電圧を所定増幅率にて増幅し、荷重センサ13の検出電位として出力する。なお、増幅回路16の出力(検出電位)は、接続部C1,C2間の電圧を増幅した信号となる。
【0021】
オペレーションアンプ17は、その第1入力端子としてのプラス入力端子に基準電位が入力されており、第2入力端子としてのマイナス入力端子に前記増幅回路16が接続されて検出電位が入力されている。そして、オペレーションアンプ17の出力端子は、抵抗R1を介してPNPトランジスタ18の制御端子としてのベースに接続されている。また、抵抗R1及びPNPトランジスタ18(ベース)の接続部C3は、第1抵抗としての抵抗R2を介して第1電源線14に接続されている。
【0022】
PNPトランジスタ18の第1端子としてのエミッタは上記第1電源線14に接続されており、第2端子としてのコレクタは抵抗R3及び抵抗R4を介して第2電源線15と接続されている。そして、抵抗R3及び抵抗R4の接続部C4は、抵抗R6を介してオペレーションアンプ17のプラス入力端子に接続され、その電位が負帰還されている。従って、上記検出電位に応じてオペレーションアンプ17の出力が変動すると、抵抗R2の電圧降下が変化してPNPトランジスタ18のベースの電位(エミッタ−ベース間の電圧)が変化する。これにより、PNPトランジスタ18のオン状態において、エミッタ−コレクタ間の電圧が変化し、この間を流れる電流が増減される。なお、抵抗R4は、例えば100kΩ程度の比較的大きな抵抗値を有している。
【0023】
PNPトランジスタ19の制御端子としてのベースは第2電源線15に接続されている。そして、PNPトランジスタ19のエミッタは第1電源線14に接続されており、コレクタは第2抵抗としての抵抗R5を介して上記接続部C4に接続されている。従って、このPNPトランジスタ19は、常にオン状態となっている。なお、抵抗R5は、例えば11kΩ程度の比較的小さな抵抗値を有している。既述のように、接続部C4の電位は抵抗R6を介してオペレーションアンプ17のプラス入力端子に負帰還されているため、PNPトランジスタ18のオン状態においてこの電位が抵抗R5の影響を受けることはない。
【0024】
上記接続部C4は、外部回路(電子制御ユニット12)との接続用の信号端子としての信号出力端子CN3と接続されている。この信号出力端子CN3も、汎用の銅に錫メッキされた端子である。
【0025】
前記電子制御ユニット12は、電源端子CN4と、信号端子としての信号入力端子CN5と、これら電源端子CN4及び信号入力端子CN5を接続する検出用抵抗20と、A/Dコンバータを備えている。検出用抵抗20は、例えば1kΩ程度の小さな抵抗値を有している。また、これら電源端子CN4及び信号入力端子CN5は、汎用の銅に錫メッキされた端子である。そして、電源端子CN2,CN4は、ハーネスを構成する一方の接続線W1を介して接続されている。また、信号出力端子CN3及び信号入力端子CN5は、ハーネスを構成する他方の接続線W2を介して接続されている。
【0026】
次に、このセンサ装置10の動作について説明する。
まず、オペレーションアンプ17のマイナス入力端子に正の検出電位が入力されたとする。このとき、オペレーションアンプ17の出力が低下する。これに伴い、抵抗R2の電圧降下が大きくなり、PNPトランジスタ18のエミッタ−ベース間の電圧が増加する。これにより、PNPトランジスタ18のオン状態において、エミッタ−コレクタ間の電圧が小さくなり、この間を流れる電流(コレクタ電流)が増加して信号出力端子CN3の電位が増加する。
【0027】
反対に、オペレーションアンプ17のマイナス入力端子に負の検出電位が入力されたとする。このとき、オペレーションアンプ17の出力が増加する。これに伴い、抵抗R2の電圧降下が小さくなり、PNPトランジスタ18のエミッタ−ベース間の電圧が低下する。これにより、PNPトランジスタ18のオフ状態において、エミッタ−コレクタ間の電圧が大きくなり、この間を流れる電流(コレクタ電流)が減少して信号出力端子CN3の電位が低下する。
【0028】
以上の信号出力端子CN3の電位変化により、検出用抵抗20で検出電位に応じた電圧降下が生じる。この検出用抵抗20の電圧降下(出力信号)により、電子制御ユニット12において荷重センサ13による監視対象の状態が検出されるようになっている。
【0029】
図2は、荷重センサ13による荷重検出範囲での出力信号(検出用抵抗20の電圧降下)の変化を示すグラフである。同図に示すように、この荷重検出範囲では、出力信号は荷重の変化に比例するリニア特性を示す。この荷重検出範囲に対応する出力信号の範囲(荷重信号範囲)は、例えば0.5〜4.5Vの範囲となっている。なお、抵抗R4に比べて検出用抵抗20の抵抗値が十分に小さいことから、PNPトランジスタ18のオン状態では、信号出力端子CN3、信号入力端子CN5、検出用抵抗20へと数mA程度(≒5V/数kΩ)の電流が流れる。このように、信号出力端子CN3、信号入力端子CN5を流れる電流が大きくなることで、これら端子に形成される酸化膜は電流によって破砕される。
【0030】
また、PNPトランジスタ18のオフ状態でも、電源端子CN1、PNPトランジスタ19のコレクタ、エミッタ、抵抗R5を介して信号出力端子CN3、信号入力端子CN5、検出用抵抗20へと0.4mA程度(≒5V/(11+1)kΩ)の電流が流れる。この場合も、電源端子CN2,CN4、信号出力端子CN3、信号入力端子CN5を流れる電流が大きくなることで、これら端子に形成される酸化膜は電流によって破砕される。なお、PNPトランジスタ18のオフ状態における検出用抵抗20の電圧降下(0.4V)は、荷重センサ13による荷重検出範囲での同電圧降下(0.5〜4.5V)に含まれていない。
【0032】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
(1)本実施形態では、PNPトランジスタ18のオン状態では、1kΩ程度に小さく設定された抵抗値を有する検出用抵抗20には、数mA程度の大きな電流が流れる。すなわち、信号出力端子CN3、信号入力端子CN5、検出用抵抗20には同様の大きな電流が流れる。この大きな電流により、これら信号出力端子CN3、信号入力端子CN5に形成される酸化膜は破砕される。
【0033】
一方、PNPトランジスタ18のオフ状態では、検出用抵抗20には、抵抗R5及び検出用抵抗20の合成抵抗値に応じた0.4mA程度の大きな電流が流れる。すなわち、信号出力端子CN3、信号入力端子CN5、検出用抵抗20には同様の大きな電流が流れる。この大きな電流により、これら信号出力端子CN3、信号入力端子CN5に形成される酸化膜は破砕される。また、電源端子CN6,CN1,CN2,CN4にはセンサユニット11の回路部、ストレーン・ゲージG1〜G4の歪ゲージ部の抵抗値が小さく大電流が流れることにより、電源端子CN6,CN1,CN2,CN4に形成される酸化膜は破砕される。
【0034】
以上により、これら信号出力端子CN3、信号入力端子CN5、電源端子CN6,CN1及び電源端子CN4,CN2に形成される酸化膜を大電流により破砕することができ、これらに金メッキを施すなどの工程及びメッキによるコストアップも不要にできる。
【0036】
お、本発明の実施の形態は上記実施形態に限定されるものではなく、次のように変更してもよい。
【0037】
・前記実施形態においては、スイッチング素子としてPNPトランジスタ18を採用したが、例えばP型FET(電界効果トランジスタ)を採用してもよい。
・前記実施形態においては、断線検出用スイッチング素子としてPNPトランジスタ19を採用したが、例えばP型FETを採用してもよい。
【0038】
・前記実施形態において、増幅回路16を割愛して荷重センサ13からの信号をそのまま検出電位としてオペレーションアンプ17のマイナス入力端子に入力してもよい。
【0039】
・前記実施形態では、荷重検出範囲において出力信号がリニア特性を示すようにしたが、その他の特性を示すようにしてもよい。
・前記実施形態においては、荷重センサとして、荷重に応じて抵抗値が変化するものを採用したが、例えば荷重に応じて静電容量が変化するものを採用してもよい。
【0040】
・前記実施形態において、センサは、荷重センサ13に限らず、トルク・メータ、圧力センサ、加速度センサ等のストレーン・ゲージ式センサであってもよい。
【0041】
・前記実施形態において、ストレーン・ゲージは、線歪ゲージ、圧膜抵抗体歪ゲージ、箔歪ゲージ、半導体歪ゲージ等のいずれの形態であってもよい。
・前記実施形態において、センサは、直列接続された一対のストレーン・ゲージのみを備えたものであってもよい。
【0042】
・前記実施形態における回路構成は一例であって、本発明を逸脱しない範囲で適宜の構成を採用してもよい。
次に、以上の実施形態から把握することができる技術的思想を、その効果とともに以下に記載する。
【0043】
(イ)請求項1又は2に記載のセンサ装置において、前記スイッチング素子のオン状態では、前記検出用抵抗の電圧降下は前記センサの検出電位の変量に対しリニアに変化することを特徴とするセンサ装置。
【0044】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1乃至に記載の発明によれば、製造工数及び製造コストを増大することなく、信号端子及び電源端子に形成される酸化膜を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す回路図。
【図2】同実施形態の荷重と出力信号との関係を示すグラフ。
【図3】従来形態を示す回路図。
【符号の説明】
13 センサとしての荷重センサ
14 第1電源線
15 第2電源線
17 オペレーションアンプ
18 スイッチング素子としてのPNPトランジスタ
19 断線検出用スイッチング素子としてのPNPトランジスタ
20 検出用抵抗
CN2,CN4 電源端子
CN3 信号端子としての信号出力端子
CN5 信号端子としての信号入力端子
R2 第1抵抗としての抵抗
R5 第2抵抗としての抵抗
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sensor device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, a sensor device described in Patent Document 1 is known. FIG. 3 is a circuit diagram showing this sensor device. In this sensor device, in a normal operation state, the output transistor Q increases or decreases the current flowing between the collector and the emitter according to the detection potential of the sensor applied to the base. Along with this, the voltage drop of the resistor R92 changes to increase or decrease the potential of the signal output terminal 91, thereby changing the voltage drop of the resistor R94 of the converter 96 connected thereto. The state of the monitoring target is detected based on the voltage drop of the resistor R94 corresponding to the detection potential of this sensor.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-5-107292 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in this sensor device, an operation amplifier is provided in front of the control terminal of the output transistor Q so that the potential of the signal output terminal 91 becomes a predetermined potential according to the detection potential of the sensor. When the operation amplifier and the output transistor Q are used to perform negative feedback to detect the state of the monitoring target, for example, the resistance value of the resistor R94 can be detected so that an open (disconnection) between the power supply terminals 93 and 94 can be detected. One method is to set the value as large as 100 kΩ or more.
[0005]
In such a configuration, when the power supply terminals 93 and 94 are opened (disconnected), the emitter of the output transistor Q is released from GND and is turned off. As a result, the potential of the signal output terminal 91 and the resistor R9 4, is determined by the voltage division ratio of the resistor R91. At this time, the resistance value of the resistor R94 is set sufficiently large with respect to the resistor R91 so that the voltage drop of the resistor R94 is larger than the upper limit of the voltage that can be generated in the normal operation state. Can be detected. However, in this case, for example, when the power supply voltage E is 5 V, the output current from the signal output terminal 91 to the signal input terminal 92 is as small as 0.05 mA (≈5 V / 100 kΩ) or less. When the signal output terminal 91 and the signal input terminal 92 are tin-plated terminals for general-purpose copper, since the current is small, an oxide film formed on the signal output terminal 91 and the signal input terminal 92 is formed. It becomes difficult to crush by the electric current. Alternatively, it is necessary to apply gold plating to the signal output terminal 91 and the signal input terminal 92 as a countermeasure against the oxide film, which inevitably increases the number of manufacturing steps and the manufacturing cost.
[0006]
The objective of this invention is providing the sensor apparatus which can suppress the oxide film formed in a signal terminal, without increasing a manufacturing man-hour and manufacturing cost.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 is characterized in that the reference potential is applied to the first input terminal, the detection potential of the sensor is applied to the second input terminal, and the output is passed through the first resistor. An operation amplifier connected to the first power supply line that is at a high level, a first terminal connected to the first power supply line, a second terminal connected to the signal terminal, a control terminal connected to the output of the operation amplifier, A switching element connected to the connection portion of the first resistor, a detection resistor connected to a second power supply line having one end connected to the signal terminal and the other end being at a low level via the power supply terminal ; and a second resistor connecting said first power supply line and the signal terminals, the potential of the signal terminal, the negatively fed back to a first input terminal of the operational amplifier, the switching element is turned on and off like The current flowing in the detection resistor is summarized as that the resistance value of the detection resistor so that the current value of crushing the oxide film formed on the signal terminal and the power supply terminal is set at .
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the sensor device according to the first aspect, the second resistor is connected to the second resistor via a normally-on disconnection detecting switching element having a control terminal connected to the second power supply line. The gist is that it is connected to one power line.
[0011]
(Function)
According to the first aspect of the present invention, in the on state of the switching element, when the output of the operation amplifier changes in accordance with the variation of the detection potential of the sensor applied to the second input terminal of the operation amplifier, Based on this, the voltage drop of the first resistor changes. When the amount of current flowing between the first terminal and the second terminal of the switching element changes based on a change in voltage drop of the first resistor, the sensor is caused by a change in voltage drop of the detection resistor based on the change in current amount. The status of the monitoring target by is detected. At this time, since the potential of the signal terminal is negatively fed back to the first input terminal of the operation amplifier, the detection is not affected by the second resistor.
[0012]
In the ON state of the switching element, a current corresponding to the potential of the signal terminal and the resistance value flows through the detection resistor. Therefore, by setting the resistance value of the detection resistor to be small, a large current flows through the detection resistor, that is, the signal terminal. Due to this large current, the oxide film formed on the signal terminal is crushed.
[0013]
On the other hand, in the OFF state of the switching element, a current corresponding to the combined resistance value of the second resistor and the detection resistor flows through the detection resistor. Therefore, by setting the resistance value of the detection resistor to be small, a large current flows through the detection resistor, that is, the signal terminal. Due to this large current, the oxide film formed on the signal terminal is crushed.
[0014]
As described above, the oxide film formed on the signal terminal can be crushed by a large current, and a process such as applying gold plating to the signal terminal is unnecessary.
In addition , a large current flows through the power supply terminal as well as the signal terminal. Therefore, the oxide film formed on the power supply terminal can be crushed by a large current, and a process such as gold plating on the power supply terminal is unnecessary.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the sensor device 10 includes a sensor unit 11 and an electronic control unit 12.
[0017]
The sensor unit 11 includes a load sensor 13 as a sensor. This load sensor 13 is a strain / gauge strain gauge, and is formed on a strain generating body (not shown) that is bent and deformed by a load to be detected. The load sensor 13 includes four strain gauges G1, G2, G3, and G4. The resistance values of the strain gauges G1 to G4 are all the same when the load applied to the strain generating body is “0”, for example, several hundred Ω. The resistance values of the strain gauges G1 to G4 change in accordance with the amount of deformation of the strain generating body according to the magnitude of the applied load.
[0018]
The strain gauge G1, the strain gauge G2, the strain gauge G3, and the strain gauge G4 are connected in series. The strain gauges G1 and G2 connected in series and the strain gauges G3 and G4 are connected in parallel. One end to which the strain gauges G 1 and G 3 are connected is connected to the first power supply line 14. The first power supply line 14 is connected to one power supply terminal CN1 provided in the sensor unit 11. The power supply terminal CN1 is a terminal tin-plated on general-purpose copper. The first power supply line 14 is set to a high level (for example, 5 V) reference potential Vcc by being connected to an external power supply. On the other hand, the other end to which the strain gauges G2 and G4 are connected is connected to the second power supply line 15. The second power supply line 15 is connected to the other power supply terminal CN2 provided in the sensor unit 11. The power supply terminal CN2 is a terminal tin-plated on general-purpose copper. The second power supply line 15 is set to a low level (for example, 0 V) potential GND by being connected to an external power supply. Accordingly, the voltage Vcc is applied between the first and second power supply lines 14 and 15 by being connected to the external power supply.
[0019]
Here, the potential of the connection portion C1 of the strain gauges G1 and G2 is a resistance value of both the strain gauges G1 and G2 that changes in accordance with the magnitude of the load applied to the strain generating body. This is a potential obtained by dividing the voltage between 14 and 15 (Vcc). Similarly, the potential of the connection portion C2 of the strain gauges G3 and G4 is a resistance value of both the strain gauges G3 and G4 that changes according to the magnitude of the load applied to the strain generating body. This is a potential obtained by dividing the voltage between 14 and 15 (Vcc). Accordingly, the potentials of the connection portions C1 and C2 become a potential Vcc / 2 that is half of the reference potential Vcc when the load applied to the strain generating body is “0”. Further, as the load applied to the strain generating body increases from “0” (a state in which a compressive load acts on the strain generating body), the potential of the connection portion C1 becomes higher from the potential Vcc / 2 and the potential of the connection portion C2 becomes the potential. It becomes smaller from Vcc / 2. On the contrary, as the load applied to the strain generating body decreases from “0” (a state in which a tensile load acts on the strain generating body), the potential of the connection portion C1 becomes smaller from the potential Vcc / 2 and the potential of the connection portion C2 becomes lower. It becomes larger from the potential Vcc / 2. The respective potentials of the connecting portions C1 and C2 change within a predetermined range from Vcc / 2 to, for example, several mV with respect to a preset detection range load. Here, the load detection range is a load range that can be detected by the load sensor 13 with a certain degree of detection accuracy, from a negative load (tensile load) applied to the strain generating body to a positive load (compressive load). This is the load range.
[0020]
The sensor unit 11 further includes an amplifier circuit 16, an operational amplifier 17, a PNP transistor 18 as a switching element, and a PNP transistor 19 as a disconnection detection switching element. The connecting portions C1 and C2 are connected to the amplifier circuit 16, respectively. The amplification circuit 16 amplifies the voltage between the connection portions C1 and C2 corresponding to the load acting on the strain generating body at a predetermined amplification factor, and outputs the amplified voltage as a detection potential of the load sensor 13. The output (detection potential) of the amplifier circuit 16 is a signal obtained by amplifying the voltage between the connection portions C1 and C2 .
[0021]
Operational amplifier 17, the reference potential level to the positive input terminal of the first input terminal is inputted, the amplifier circuit 16 is connected to the detection potential to the negative input terminal of the second input terminal is input . The output terminal of the operation amplifier 17 is connected to the base as the control terminal of the PNP transistor 18 via the resistor R1. The connection portion C3 of the resistor R1 and the PNP transistor 18 (base) is connected to the first power supply line 14 via a resistor R2 as a first resistor.
[0022]
The emitter as the first terminal of the PNP transistor 18 is connected to the first power supply line 14, and the collector as the second terminal is connected to the second power supply line 15 through the resistors R 3 and R 4. The connection C4 between the resistors R3 and R4 is connected to the plus input terminal of the operation amplifier 17 via the resistor R6, and the potential is negatively fed back. Accordingly, when the output of the operation amplifier 17 varies according to the detection potential, the voltage drop of the resistor R2 changes, and the base potential (emitter-base voltage) of the PNP transistor 18 changes. Thereby, in the ON state of the PNP transistor 18, the voltage between the emitter and the collector is changed, and the current flowing between them is increased or decreased. The resistor R4 has a relatively large resistance value of, for example, about 100 kΩ.
[0023]
A base as a control terminal of the PNP transistor 19 is connected to the second power supply line 15. The emitter of the PNP transistor 19 is connected to the first power supply line 14, and the collector is connected to the connection portion C4 via a resistor R5 as a second resistor. Therefore, the PNP transistor 19 is always on. The resistor R5 has a relatively small resistance value of about 11 kΩ, for example. As described above, since the potential of the connection portion C4 is negatively fed back to the positive input terminal of the operation amplifier 17 via the resistor R6, this potential is not affected by the resistor R5 when the PNP transistor 18 is on. Absent.
[0024]
The connecting portion C4 is connected to a signal output terminal CN3 as a signal terminal for connection with an external circuit (electronic control unit 12). This signal output terminal CN3 is also a terminal tin-plated on general-purpose copper.
[0025]
The electronic control unit 12 includes a power supply terminal CN4, a signal input terminal CN5 as a signal terminal, a detection resistor 20 that connects the power supply terminal CN4 and the signal input terminal CN5, and an A / D converter. The detection resistor 20 has a small resistance value of, for example, about 1 kΩ. The power supply terminal CN4 and the signal input terminal CN5 are terminals that are tin-plated on general-purpose copper. The power terminals CN2 and CN4 are connected via one connection line W1 constituting the harness. Further, the signal output terminal CN3 and the signal input terminal CN5 are connected via the other connection line W2 constituting the harness.
[0026]
Next, the operation of the sensor device 10 will be described.
First, it is assumed that a positive detection potential is input to the negative input terminal of the operation amplifier 17. At this time, the output of the operational amplifier 17 decreases. Along with this, the voltage drop of the resistor R2 increases, and the voltage between the emitter and base of the PNP transistor 18 increases. As a result, when the PNP transistor 18 is in the ON state, the voltage between the emitter and the collector is reduced, the current flowing between them (collector current) is increased, and the potential of the signal output terminal CN3 is increased.
[0027]
Conversely, assume that a negative detection potential is input to the negative input terminal of the operational amplifier 17. At this time, the output of the operational amplifier 17 increases. Along with this, the voltage drop of the resistor R2 becomes small, and the voltage between the emitter and base of the PNP transistor 18 decreases. As a result, when the PNP transistor 18 is in the OFF state, the voltage between the emitter and the collector increases, the current (collector current) flowing therebetween decreases, and the potential of the signal output terminal CN3 decreases.
[0028]
Due to the above potential change of the signal output terminal CN3, a voltage drop corresponding to the detection potential occurs in the detection resistor 20. The state to be monitored by the load sensor 13 is detected in the electronic control unit 12 by the voltage drop (output signal) of the detection resistor 20.
[0029]
FIG. 2 is a graph showing changes in the output signal (voltage drop of the detection resistor 20) in the load detection range by the load sensor 13. As shown in FIG. As shown in the figure, in this load detection range, the output signal exhibits a linear characteristic proportional to the load change. The output signal range (load signal range) corresponding to the load detection range is, for example, in the range of 0.5 to 4.5V. Since the resistance value of the detection resistor 20 is sufficiently small compared to the resistor R4, when the PNP transistor 18 is in an on state, the signal output terminal CN3, the signal input terminal CN5, and the detection resistor 20 are about several mA (≈ 5V / several kΩ) flows. As described above, the current flowing through the signal output terminal CN3 and the signal input terminal CN5 increases, so that the oxide film formed on these terminals is crushed by the current.
[0030]
Even when the PNP transistor 18 is in an OFF state, the signal output terminal CN3, the signal input terminal CN5, and the detection resistor 20 are connected to the power supply terminal CN1, the collector and emitter of the PNP transistor 19 , and the resistor R5, and about 0.4 mA (≈5V). / (11 + 1) kΩ) current flows. Also in this case, since the current flowing through the power supply terminals CN2 and CN4, the signal output terminal CN3, and the signal input terminal CN5 increases, the oxide film formed on these terminals is crushed by the current. Note that the voltage drop (0.4 V) of the detection resistor 20 in the OFF state of the PNP transistor 18 is not included in the voltage drop (0.5 to 4.5 V) in the load detection range by the load sensor 13.
[0032]
As described above in detail, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the present embodiment, when the PNP transistor 18 is in the ON state, a large current of about several mA flows through the detection resistor 20 having a resistance value set to a low value of about 1 kΩ. That is, a similar large current flows through the signal output terminal CN3, the signal input terminal CN5, and the detection resistor 20. Due to this large current, the oxide films formed at the signal output terminal CN3 and the signal input terminal CN5 are crushed.
[0033]
On the other hand, when the PNP transistor 18 is in the OFF state, a large current of about 0.4 mA corresponding to the combined resistance value of the resistor R5 and the detection resistor 20 flows through the detection resistor 20. That is, a similar large current flows through the signal output terminal CN3, the signal input terminal CN5, and the detection resistor 20. Due to this large current, the oxide films formed at the signal output terminal CN3 and the signal input terminal CN5 are crushed. The power terminals CN6, CN1, CN2, and CN4 have a small resistance value of the circuit section of the sensor unit 11 and the strain gauge sections of the strain gauges G1 to G4. The oxide film formed on CN4 is crushed.
[0034]
As described above, the oxide film formed on the signal output terminal CN3, the signal input terminal CN5, the power supply terminals CN6 and CN1, and the power supply terminals CN4 and CN2 can be crushed by a large current, and these are subjected to a process such as gold plating. Cost increases due to plating can also be eliminated.
[0036]
Na us, the embodiment of the present invention is not limited to the above embodiments may be modified as follows.
[0037]
In the above-described embodiment, the PNP transistor 18 is employed as the switching element. However, for example, a P-type FET (field effect transistor) may be employed.
In the embodiment, the PNP transistor 19 is used as the disconnection detecting switching element. However, for example, a P-type FET may be used.
[0038]
In the above-described embodiment, the amplifier circuit 16 may be omitted and the signal from the load sensor 13 may be directly input to the negative input terminal of the operation amplifier 17 as a detection potential.
[0039]
In the above embodiment, the output signal shows linear characteristics in the load detection range, but other characteristics may be shown.
In the embodiment, the load sensor whose resistance value changes according to the load is adopted, but for example, a sensor whose capacitance changes according to the load may be adopted.
[0040]
In the embodiment, the sensor is not limited to the load sensor 13 but may be a strain gauge type sensor such as a torque meter, a pressure sensor, or an acceleration sensor.
[0041]
In the above-described embodiment, the strain gauge may be in any form such as a linear strain gauge, a pressure film resistor strain gauge, a foil strain gauge, and a semiconductor strain gauge.
In the embodiment, the sensor may include only a pair of strain gauges connected in series.
[0042]
-The circuit structure in the said embodiment is an example, Comprising: You may employ | adopt a suitable structure in the range which does not deviate from this invention.
Next, technical ideas that can be grasped from the above embodiments are described below together with the effects thereof.
[0043]
(A) In the sensor device according to claim 1 or 2 , in the ON state of the switching element, the voltage drop of the detection resistor changes linearly with respect to a variable amount of the detection potential of the sensor. apparatus.
[0044]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the first and second aspects of the invention, the oxide films formed on the signal terminal and the power supply terminal can be suppressed without increasing the number of manufacturing steps and the manufacturing cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a load and an output signal in the embodiment.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a conventional embodiment.
[Explanation of symbols]
13 Load sensor 14 as sensor 1st power supply line 15 2nd power supply line 17 Operation amplifier 18 PNP transistor 19 as switching element 19 PNP transistor 20 as disconnection detecting switching element Detection resistor CN2, CN4 Power supply terminal CN3 As signal terminal Signal output terminal CN5 Signal input terminal R2 as a signal terminal Resistance R5 as a first resistance Resistance as a second resistance

Claims (2)

第1入力端子に基準電位が印加されるとともに第2入力端子にセンサの検出電位が印加され、出力が第1抵抗を介してハイレベルとなる第1電源線に接続されたオペレーションアンプと、
第1端子が前記第1電源線に接続され、第2端子が信号端子に接続され、制御端子が前記オペレーションアンプの出力と前記第1抵抗の接続部に接続されたスイッチング素子と、
一端が前記信号端子に接続されるとともに、他端が電源端子を介してローレベルとなる第2電源線に接続された検出用抵抗と、
前記第1電源線及び前記信号端子を接続する第2抵抗とを備え、
前記信号端子の電位が、前記オペレーションアンプの第1入力端子に負帰還され、
前記スイッチング素子がオン状態及びオフ状態のときに前記検出用抵抗に流れる電流は、前記信号端子及び前記電源端子に形成される酸化膜を破砕する電流値となるように前記検出用抵抗の抵抗値が設定されたことを特徴とするセンサ装置。
An operation amplifier connected to a first power supply line, in which a reference potential is applied to the first input terminal, a detection potential of the sensor is applied to the second input terminal, and an output is at a high level via the first resistor;
A switching element in which a first terminal is connected to the first power supply line, a second terminal is connected to a signal terminal, and a control terminal is connected to an output of the operation amplifier and a connection portion of the first resistor;
One end of which is connected to the signal terminal and the other end of which is connected to the second power supply line that is at a low level via the power supply terminal;
A second resistor connecting the first power line and the signal terminal;
The potential of the signal terminal is negatively fed back to the first input terminal of the operation amplifier,
The resistance value of the detection resistor is such that the current flowing through the detection resistor when the switching element is in an on state and an off state is a current value that crushes an oxide film formed on the signal terminal and the power supply terminal. Is set as a sensor device.
請求項1に記載のセンサ装置において、
前記第2抵抗は、制御端子が前記第2電源線に接続された通常オンの断線検出用スイッチング素子を介して前記第1電源線に接続されたことを特徴とするセンサ装置。
The sensor device according to claim 1,
The sensor device, wherein the second resistor is connected to the first power supply line through a normally-on disconnection detecting switching element connected to the second power supply line.
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