JP6237453B2

JP6237453B2 - 物理量検出装置

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Publication number: JP6237453B2
Application number: JP2014097480A
Authority: JP
Inventors: 長谷川　直樹; 直樹長谷川; 大野　和幸; 和幸大野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-05-09
Publication date: 2017-11-29
Anticipated expiration: 2034-05-09
Also published as: JP2015180854A; US20160349132A1; DE112015001090T5; WO2015133129A1; DE112015001090B4; US10001424B2

Description

本発明は、物理量を検出するように構成された物理量検出装置に関する。

従来より、物理量を検出するように構成された検出装置が、例えば特許文献１で提案されている。検出装置は、物理量が印加されることで変形可能な薄肉状のダイヤフラムと、ダイヤフラムの歪みに応じて歪むことで抵抗値が変化する複数の歪みゲージと、を備えている。各歪みゲージはブリッジ回路部を構成するように接続されている。

また、検出装置は上記のブリッジ回路部を２つ備えている。これにより、２つのブリッジ回路部の出力信号に基づく物理量の差が正常範囲を超える場合、各ブリッジ回路部のうちのいずれか一方が故障や特性変動を起こしていると判定することが可能となっている。

特開２００８−１１６２８７号公報

しかしながら、上記従来の技術では、検出装置にブリッジ回路部が２つ備えられているので、検出装置のサイズもコストも大きくなってしまう。したがって、発明者らは、ブリッジ回路部を１つとした構成でも当該ブリッジ回路部の異常を判定可能にすることができないか検討を行った。

その結果、発明者らは以下の回路構成を発案した。まず、電源とグランドとの間に１つのブリッジ回路部が接続され、このブリッジ回路部に並列に調整抵抗が接続される。ブリッジ回路部を構成する各歪みゲージは温度特性を有するが、調整抵抗は温度特性がほぼ無い。ブリッジ回路部及び調整抵抗に対しては定電流が供給される。

また、ブリッジ回路部の２つの中点がそれぞれ第１信号処理回路部及び第２信号処理回路部に接続される。各信号処理回路部は入力した信号をそれぞれ同じ増幅率で増幅するように構成されている。そして、第２信号処理回路部は第１信号処理回路部に対して極性が反転するようにブリッジ回路部の各中点に接続される。

このような構成によると、ブリッジ回路部が受ける温度が高い場合には各歪みゲージの抵抗値が大きくなるので、調整抵抗にはブリッジ回路部よりも大きな電流が流れる。一方、ブリッジ回路部が受ける温度が低い場合には各歪みゲージの抵抗値が小さくなるので、ブリッジ回路部には調整抵抗よりも大きな電流が流れる。このため、ブリッジ回路部の各中点の差電圧は温度に依存しないので、ブリッジ回路部の感度を一定に維持することができる。

また、各信号処理回路部の出力は互いに極性が反転した値となるので、各信号処理回路部の出力の合算値は一定となる。さらに、各信号処理回路部の出力を比較することで各信号処理回路部のいずれか一方の異常を判定することが可能である。

しかし、ブリッジ回路部に異常が発生したとしても各信号処理回路部の出力は互いに反転した値になるので、ブリッジ回路部の異常に関わらず各信号処理部の合算値は一定とな
る。すなわち、ブリッジ回路部の異常に基づく成分が各信号処理部の合算値に反映されないので、各信号処理回路部の出力に基づいてブリッジ回路部の異常を判定することができない。

本発明は上記点に鑑み、ブリッジ回路部を１つとした構成でも当該ブリッジ回路部の異常を判定可能にすることができる物理量検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、物理量の印加に応じて抵抗値が変化すると共に抵抗値が温度に応じて変化する第１歪みゲージ（２１）、第２歪みゲージ（２２）、第３歪みゲージ（２３）、及び第４歪みゲージ（２４）によってブリッジ回路が構成されており、当該ブリッジ回路に印加される入力電圧に基づいて第１歪みゲージ（２１）と第２歪みゲージ（２２）との第１中点（２５）の第１電圧を第１検出信号として出力すると共に、第３歪みゲージ（２３）と第４歪みゲージ（２４）との第２中点（２６）の第２電圧を第２検出信号として出力するブリッジ回路部（２０）を備えている。

また、ブリッジ回路部（２０）に対して並列に接続されており、第１〜第４歪みゲージ（２１〜２４）よりも物理量の印加及び温度に対する抵抗値の変化が小さいものであり、ブリッジ回路部（２０）に印加される入力電圧に対応する第３電圧を第３検出信号として出力する温度特性調整部（３０）を備えている。

また、第１検出信号及び第２検出信号を入力し、第１電圧と第２電圧との差電圧を第１増幅率で増幅した第１差電圧を第１差電圧信号として出力する第１信号処理回路部（４０）を備えている。

さらに、第２検出信号及び第３検出信号を入力し、第２電圧と第３電圧との差電圧を第１増幅率とは異なる第２増幅率で増幅した第２差電圧を第２差電圧信号として出力する第２信号処理回路部（５０）を備えていることを特徴とする。

これによると、第１信号処理回路部（４０）によってブリッジ回路部（２０）の状態に依存しやすい第１差電圧が取得される。一方、ブリッジ回路部（２０）の異常に関わらず、温度特性調整部（３０）によって安定したすなわち一定の第３電圧が生成されるので、第２信号処理回路部（５０）によってブリッジ回路部（２０）の状態に依存しにくい第２差電圧が取得される。このため、ブリッジ回路部（２０）で異常が発生した場合、第２差電圧に対して第１差電圧を変動させることができる。したがって、第１差電圧と第２差電圧との比較によってブリッジ回路部（２０）の異常の有無の判定が可能となる。以上により、ブリッジ回路部（２０）を１つとした構成でも当該ブリッジ回路部（２０）の異常を判定可能にすることができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る物理量検出装置の全体構成図である。ブリッジ回路部が正常である場合において、圧力に対する第１差電圧（Ｖ１）及び第２差電圧（Ｖ２）の変化を示した図である。本発明の第２実施形態に係る温度特性調整部の回路構成を示した図である。本発明の第３実施形態に係る温度特性調整部の回路構成を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る物理量検出装置は、例えば圧力媒体の圧力を検出する圧力センサ装置として構成されている。このような物理量検出装置は、図１に示されるように、定電流回路部１０、ブリッジ回路部２０、温度特性調整部３０、第１信号処理回路部４０、第２信号処理回路部５０、遮断回路部６０、及び判定回路部７０を備えて構成されている。

物理量検出装置のうち、定電流回路部１０、ブリッジ回路部２０、温度特性調整部３０、第１信号処理回路部４０、第２信号処理回路部５０、及び遮断回路部６０はセンサ装置８０として構成されている。また、判定回路部７０はＥＣＵ９０（Electrical Control Unit）に設けられている。

定電流回路部１０は、一定の電流を生成するように構成されている。定電流回路部１０は、生成した定電流をブリッジ回路部２０及び温度特性調整部３０に供給する。

ブリッジ回路部２０は、圧力媒体の圧力に応じた検出信号を出力するセンシング手段である。ブリッジ回路部２０は、第１歪みゲージ２１、第２歪みゲージ２２、第３歪みゲージ２３、及び第４歪みゲージ２４を備えて構成されている。各歪みゲージ２１〜２４は、物理量の印加に応じて抵抗値が変化すると共に抵抗値が温度に応じて変化する抵抗体である。

また、各歪みゲージ２１〜２４は、第１歪みゲージ２１及び第２歪みゲージ２２の直列接続部と第３歪みゲージ２３及び第４歪みゲージ２４の直列接続部とが並列に接続されることでホイートストンブリッジ回路を構成している。各歪みゲージ２１〜２４は、例えば図示しない半導体基板に形成された拡散抵抗である。

そして、ブリッジ回路部２０は、定電流回路部１０から定電流が供給されると共に入力電圧が印加される。したがって、ブリッジ回路部２０は、ホイートストンブリッジ回路に印加される入力電圧に基づいて第１歪みゲージ２１と第２歪みゲージ２２との第１中点２５の第１電圧を第１検出信号として出力する。また、ブリッジ回路部２０は、第３歪みゲージ２３と第４歪みゲージ２４との第２中点２６の第２電圧を第２検出信号として出力する。例えば、入力電圧をＶとすると、各歪みゲージ２１〜２４に圧力が印加されていないときの各中点２５、２６の出力はＶ／２となる。

温度特性調整部３０は、ブリッジ回路部２０に対して並列に接続されている。具体的に、温度特性調整部３０は、第１抵抗３１と第２抵抗３２とが直列接続されて構成されている。第１抵抗３１及び第２抵抗３２は、ブリッジ回路部２０の各歪みゲージ２１〜２４よりも圧力の印加及び温度に対する抵抗値の変化が小さいものである。第１抵抗３１及び第２抵抗３２は、例えば半導体基板の上に形成されたＣｒＳｉ等の薄膜抵抗である。例えば、第１抵抗３１及び第２抵抗３２は抵抗値が同じである。

また、温度特性調整部３０は、ブリッジ回路部２０に印加される入力電圧に対応する第３電圧を第３検出信号として出力する。本実施形態では、第１抵抗３１と第２抵抗３２との第３中点３３の電圧が第３電圧とされる。第１抵抗３１および第２抵抗３２は、第３電圧がブリッジ回路部２０の第１電圧と第２電圧との差電圧と同じになるように、それぞれ抵抗値が調整されている。例えば、入力電圧をＶとすると、第３中点３３の第３電圧はＶ／２となる。すなわち、第１抵抗３１及び第２抵抗３２は同じ抵抗値になっている。

第１信号処理回路部４０は、ブリッジ回路部２０の第１電圧と第２電圧との差電圧を第１増幅率で増幅した第１差電圧を生成し、この第１差電圧を第１差電圧信号として出力するものである。第１信号処理回路部４０は、第１増幅部４１、第１調整部４２、及び第１出力部４３を備えて構成されている。

第１増幅部４１は、ブリッジ回路部２０から第１検出信号及び第２検出信号を入力し、第１電圧と第２電圧との差電圧を所定の増幅率で増幅するように構成された差動増幅器である。第１調整部４２は、第１増幅部４１の出力に対してオフセット補正や温度特性に基づく補正を行う信号調整手段である。

第１出力部４３は、電流ブースタとしてのボルテージホロワを構成するものである。第１出力部４３は、第１増幅部４１及び第１調整部４２によって信号調整された第１差電圧信号を第１増幅率で増幅して出力する。第１差電圧信号はブリッジ回路部２０の第１電圧及び第２電圧に基づいて生成された信号であるので、第１差電圧信号は温度に依存した信号となる。

第２信号処理回路部５０は、ブリッジ回路部２０の第２電圧と温度特性調整部３０の第３電圧との差電圧を第１増幅率とは異なる第２増幅率で増幅した第２差電圧を生成し、この第２差電圧を第２差電圧信号として出力するものである。第２信号処理回路部５０は、第２増幅部５１、第２調整部５２、及び第２出力部５３を備えて構成されている。

第２増幅部５１は、ブリッジ回路部２０から第２検出信号を入力すると共に温度特性調整部３０から第３検出信号を入力し、第２電圧と第３電圧との差電圧を所定の増幅率で増幅するように構成された差動増幅器である。第２調整部５２は、第２増幅部５１の出力に対してオフセット補正や温度特性に基づく補正を行う信号調整手段である。

第２出力部５３は、電流ブースタとしてのボルテージホロワを構成するものである。第２出力部５３は、第２増幅部５１及び第２調整部５２によって信号調整された第２差電圧信号を第２増幅率で増幅して出力する。本実施形態では、第２増幅率は第１増幅率の２倍に設定されている。第２差電圧信号は温度特性調整部３０の第３電圧に基づいて生成された信号であるので、第２差電圧信号は第１差電圧信号とは異なる感度の信号となる。

遮断回路部６０は、センサ装置８０からＥＣＵ９０への信号の出力を制御するものである。遮断回路部６０は、第１スイッチ部６１、第２スイッチ部６２、及び切替部６３を備えて構成されている。

第１スイッチ部６１は、第１出力部４３とセンサ装置８０の第１出力端子８１（Ｖｏｕｔ１）とを電気的に接続または切断するスイッチ手段である。第２スイッチ部６２は、第２出力部５３とセンサ装置８０の第２出力端子８２（Ｖｏｕｔ２）とを電気的に接続または切断するスイッチ手段である。

切替部６３は、第１スイッチ部６１及び第２スイッチ部６２の接続または切断を制御するものである。切替部６３は、第１差電圧信号及び第２差電圧信号のうち判定回路部７０によって異常であると判定された信号の出力を遮断するように第１スイッチ部６１及び第２スイッチ部６２を制御する。

判定回路部７０は、ブリッジ回路部２０の異常の有無を判定するものである。判定回路部７０は、センサ装置８０から第１差電圧信号及び第２差電圧信号を入力し、第１差電圧と第２差電圧とが正常範囲内であるか否かを判定する。例えば、判定回路部７０は、第１
差電圧と第２差電圧との合算値が正常範囲内であるか否かを判定する。判定回路部７０は、第１差電圧と第２差電圧との差分が正常範囲内であるか否かを判定しても良い。また、判定回路部７０は判定結果に応じてセンサ装置８０の遮断回路部６０の切替部６３に指令を出す。この判定回路部７０により、物理量検出装置において、ブリッジ回路部２０の異常の有無を判定することができる。

なお、ＥＣＵ９０は、判定回路部７０の他に圧力値を用いた制御を行うように構成されている。また、センサ装置８０は電源端子８３（ＶＣＣ）及びグランド端子８４（ＧＮＤ）を介してＥＣＵ９０から電源供給される構成となっている。以上が、本実施形態に係る物理量検出装置の全体構成である。

次に、物理量検出装置の作動について説明する。ここで、ブリッジ回路部２０の第１中点２５及び第２中点２６の各初期電位をＶｇとする。また、ブリッジ回路部２０のオフセット成分をαとする。αは定電流に比例するパラメータである。温度特性調整部３０の第１抵抗３１及び第２抵抗３２によるオフセット成分をβとする。さらに、ブリッジ回路部２０への圧力印加による各中点２５、２６の電圧の変動分をΔＶとする。

上記に加え、第１信号処理回路部４０の第１増幅部４１及び第２信号処理回路部５０の第２増幅部５１の増幅率をＡとする。また、第１信号処理回路部４０の第１出力部４３の第１増幅率をＢとし、第２信号処理回路部５０の第２出力部５３の第２増幅率を２Ｂとする。

まず、ブリッジ回路部２０が正常に動作している場合について説明する。
［正常時：圧力が０（ＭＰａ）の場合］
ブリッジ回路部２０に圧力が印加されていない場合、ブリッジ回路部２０の第１中点２５の第１電圧をＶｓｐとすると、Ｖｓｐは数１で表される。
（数１）
Ｖｓｐ＝Ｖｇ＋α
同様に、ブリッジ回路部２０の第２中点２６の第２電圧をＶｓｍとすると、Ｖｓｍは数２で表される。
（数２）
Ｖｓｍ＝Ｖｇ−α
さらに、温度特性調整部３０の第３中点３３の第３電圧をＶｓとすると、Ｖｓは数３で表される。
（数３）
Ｖｓ＝Ｖｇ＋β
したがって、第１信号処理回路部４０で生成される第１差電圧をＶ１とすると、Ｖ１は数４で表される。ここで、第１調整部４２において調整されるオフセット成分をＶｚ１とし、温度特性成分をＶｔ１とする。
（数４）
Ｖ１＝｛（Ｖｓｐ−Ｖｓｍ）×Ａ＋Ｖｚ１＋Ｖｔ１｝×Ｂ＝Ｃ
これは、第１電圧と第２電圧との差電圧であるＶｓｐ−Ｖｓｍ（＝２α）が第１増幅部４１でＡ倍されると共に第１調整部４２でＶｚ１＋Ｖｔ１の調整が行われ、さらにこの信号が第１出力部４３でＢ倍されることでＣとなることを意味している。Ｖｚ１＋Ｖｔ１は例えば−２Ａαとなるように設定される。ここで、Ｃは圧力が０の場合のＶ１の初期オフセット値である。

また、第２信号処理回路部５０で生成される第２差電圧をＶ２とすると、Ｖ２は数５で表される。ここで、第２調整部５２において調整されるオフセット成分をＶｚ２とし、温度特性成分をＶｔ２とする。
（数５）
Ｖ２＝｛（Ｖｓｍ−Ｖｓ）×Ａ＋Ｖｚ２＋Ｖｔ２｝×２Ｂ＝Ｄ
これは、第２電圧と第３電圧との差電圧であるＶｓｍ−Ｖｓ（＝−α−β）が第２増幅部５１でＡ倍されると共に第２調整部５２でＶｚ２＋Ｖｔ２の調整が行われ、さらにこの信号が第２出力部５３で２Ｂ倍されることでＤとなることを意味している。Ｖｚ２＋Ｖｔ２は例えばＡ（α＋β）となるように設定される。ここで、Ｄは圧力が０の場合のＶ２の初期オフセット値である。
［正常時：圧力がＰ（ＭＰａ）の場合］
ブリッジ回路部２０にＰの圧力が印加されている場合、ブリッジ回路部２０の第１中点２５の第１電圧（Ｖｓｐ）は数６で表される。なお、Ｖｇは圧力により変動しないとする。
（数６）
Ｖｓｐ＝Ｖｇ＋α＋ΔＶ
同様に、ブリッジ回路部２０の第２中点２６の第２電圧（Ｖｓｍ）は数７で表される。
（数７）
Ｖｓｍ＝Ｖｇ−α−ΔＶ
さらに、温度特性調整部３０の第３中点３３の第３電圧（Ｖｓ）は数８で表される。
（数８）
Ｖｓ＝Ｖｇ＋β
したがって、第１信号処理回路部４０で生成される第１差電圧（Ｖ１）は数９で表される。
（数９）
Ｖ１＝｛（Ｖｓｐ−Ｖｓｍ）×Ａ＋Ｖｚ１＋Ｖｔ１｝×Ｂ＝Ｃ＋２ＡＢΔＶ
これは、Ｖｓｐ−Ｖｓｍ（＝２α＋２ΔＶ）が第１増幅部４１でＡ倍されると共に第１調整部４２でＶｚ１＋Ｖｔ１（＝−２Ａα）の調整が行われ、さらにこの信号が第１出力部４３でＢ倍されることで＋２ＡＢΔＶの変動が生じることを意味している。２ＡＢΔＶの成分は圧力値に応じた大きさとなる。

また、第２信号処理回路部５０で生成される第２差電圧（Ｖ２）は数１０で表される。（数１０）
Ｖ２＝｛（Ｖｓｍ−Ｖｓ）×Ａ＋Ｖｚ２＋Ｖｔ２｝×２Ｂ＝Ｄ−２ＡＢΔＶ
これは、Ｖｓｍ−Ｖｓ（＝−α−β−ΔＶ）が第２増幅部５１でＡ倍されると共に第２調整部５２でＶｚ２＋Ｖｔ２（＝Ａ（α＋β））の調整が行われ、さらにこの信号が第２出力部５３で２Ｂ倍されることで−２ＡＢΔＶの変動が生じることを意味している。

このように、圧力印加時では数９及び数１０に示されるように互いに反転した値が算出される。このため、図２に示されるように、圧力の増加に伴って第１信号処理回路部４０で生成された第１差電圧（Ｖ１）が一定の傾きで増加する一方、第２信号処理回路部５０で生成された第２差電圧（Ｖ２）は第１差電圧（Ｖ１）と同じ傾きで減少する。したがって、第１差電圧（Ｖ１）と第２差電圧（Ｖ２）との合算値は一定になる。

ＥＣＵ９０の判定回路部７０は、第１差電圧（Ｖ１）と第２差電圧（Ｖ２）との合算値を取得する。そして、判定回路部７０は、第１差電圧（Ｖ１）と第２差電圧（Ｖ２）との合算値が正常範囲内であると判定する。

続いて、ブリッジ回路部２０において、第１電圧（Ｖｓｐ）に異常が発生した場合と第２電圧（Ｖｓｍ）に異常が発生した場合とについて説明する。ここで、「異常」とは、耐久変動やその他の異常を意味している。この異常を表す成分をγとする。
［異常時；第１電圧（Ｖｓｐ）の場合］
ブリッジ回路部２０にＰ（ＭＰａ）の圧力が印加されている場合、ブリッジ回路部２０
の第１中点２５の第１電圧（Ｖｓｐ）は数１１で表される。
（数１１）
Ｖｓｐ＝Ｖｇ＋α＋ΔＶ＋γ
同様に、ブリッジ回路部２０の第２中点２６の第２電圧（Ｖｓｍ）は数１２で表される。（数１２）
Ｖｓｍ＝Ｖｇ−α−ΔＶ
さらに、温度特性調整部３０の第３中点３３の第３電圧（Ｖｓ）は数１３で表される。
（数１３）
Ｖｓ＝Ｖｇ＋β
したがって、第１信号処理回路部４０で生成される第１差電圧（Ｖ１）は数１４で表される。
（数１４）
Ｖ１＝｛（Ｖｓｐ−Ｖｓｍ）×Ａ＋Ｖｚ１＋Ｖｔ１｝×Ｂ＝Ｃ＋２ＡＢΔＶ＋２ＡＢγ
これは、Ｖｓｐ−Ｖｓｍ（＝２α＋２ΔＶ＋γ）が第１増幅部４１でＡ倍されると共に第１調整部４２でＶｚ１＋Ｖｔ１（＝−２Ａα）の調整が行われ、さらにこの信号が第１出力部４３でＢ倍されることで＋２ＡＢΔＶ＋２ＡＢγの変動が発生することを意味している。

また、第２信号処理回路部５０で生成される第２差電圧（Ｖ２）は数１５で表される。（数１５）
Ｖ２＝｛（Ｖｓｍ−Ｖｓ）×Ａ＋Ｖｚ２＋Ｖｔ２｝×２Ｂ＝Ｄ−２ＡＢΔＶ
これは、Ｖｓｍ−Ｖｓ（＝−α−β−ΔＶ）が第２増幅部５１でＡ倍されると共に第２調整部５２でＶｚ２＋Ｖｔ２（＝Ａ（α＋β））の調整が行われ、さらにこの信号が第２出力部５３で２Ｂ倍されることで−２ＡＢΔＶの変動が生じることを意味している。

このように、第１電圧（Ｖｓｐ）の異常時では数１４及び数１５に示されるように「２ＡＢγ」の成分の差が生じる。この差は、ブリッジ回路部２０の第１電圧（Ｖｓｐ）が異常によって変化する一方、温度特性調整部３０の第３電圧（Ｖｓ）は一定値で安定していることから生じる。つまり、第１差電圧（Ｖ１）と第２差電圧（Ｖ２）とで異常に対する影響度を異ならせているので、異常に基づく成分を発生させることができる。

したがって、判定回路部７０は、第１差電圧（Ｖ１）と第２差電圧（Ｖ２）との合算値が正常範囲を超えると判定する。また、判定回路部７０は、２ＡＢγの値に基づいて第１電圧（Ｖｓｐ）の異常であると判定し、遮断回路部６０に対して第１スイッチ部６１を遮断する旨の指令を出す。
［異常時；第２差電圧（Ｖ２）の場合］
ブリッジ回路部２０にＰ（ＭＰａ）の圧力が印加されている場合、ブリッジ回路部２０の第１中点２５の第１電圧（Ｖｓｐ）は数１６で表される。
（数１６）
Ｖｓｐ＝Ｖｇ＋α＋ΔＶ
同様に、ブリッジ回路部２０の第２中点２６の第２電圧（Ｖｓｍ）は数１７で表される。（数１７）
Ｖｓｍ＝Ｖｇ−α−ΔＶ＋γ
さらに、温度特性調整部３０の第３中点３３の第３電圧（Ｖｓ）は数１８で表される。
（数１８）
Ｖｓ＝Ｖｇ＋β
したがって、第１信号処理回路部４０で生成される第１差電圧（Ｖ１）は数１９で表される。
（数１９）
Ｖ１＝｛（Ｖｓｐ−Ｖｓｍ）×Ａ＋Ｖｚ１＋Ｖｔ１｝×Ｂ＝Ｃ＋２ＡＢΔＶ＋ＡＢγ
これは、Ｖｓｐ−Ｖｓｍ（＝２α＋２ΔＶ−γ）が第１増幅部４１でＡ倍されると共に第１調整部４２でＶｚ１＋Ｖｔ１（＝−２Ａα）の調整が行われ、さらにこの信号が第１出力部４３でＢ倍されることで＋２ＡＢΔＶ＋ＡＢの変動が発生することを意味している。

また、第２信号処理回路部５０で生成される第２差電圧（Ｖ２）は数２０で表される。（数２０）
Ｖ２＝｛（Ｖｓｍ−Ｖｓ）×Ａ＋Ｖｚ２＋Ｖｔ２｝×２Ｂ＝Ｄ−２ＡＢΔＶ＋２ＡＢγ
これは、Ｖｓｍ−Ｖｓ（＝−α−β−ΔＶ＋γ）が第２増幅部５１でＡ倍されると共に第２調整部５２でＶｚ２＋Ｖｔ２（＝Ａ（α＋β））の調整が行われ、さらにこの信号が第２出力部５３で２Ｂ倍されることで−２ＡＢΔＶ＋２ＡＢγの変動が生じることを意味している。

このように、第２差電圧（Ｖ２）の異常時では数１９及び数２０に示されるように「ＡＢγ」の成分の差が生じる。したがって、判定回路部７０は、第１差電圧（Ｖ１）と第２差電圧（Ｖ２）との合算値が正常範囲を超えると判定する。また、判定回路部７０は、ＡＢγの値に基づいて第２差電圧（Ｖ２）の異常であると判定し、遮断回路部６０に対して第２スイッチ部６２を遮断する旨の指令を出す。

続いて、ブリッジ回路部２０にＰの圧力が印加されているときに、定電流回路部１０に異常が発生した場合について説明する。ここで、定電流回路部１０の異常による成分をδとする。

この場合、ブリッジ回路部２０の第１電圧（Ｖｓｐ）は数２１で表される。
（数２１）
Ｖｓｐ＝δ（Ｖｇ＋α＋ΔＶ）
同様に、ブリッジ回路部２０の第２電圧（Ｖｓｍ）は数２２で表される。
（数２２）
Ｖｓｍ＝δ（Ｖｇ−α−ΔＶ）
さらに、温度特性調整部３０の第３中点３３の第３電圧（Ｖｓ）は数２３で表される。
（数２３）
Ｖｓ＝δ（Ｖｇ＋β）
定電流回路部１０の異常は、ブリッジ回路部２０及び温度特性調整部３０の全体に掛かるものであるので、第１電圧（Ｖｓｐ）、第２電圧（Ｖｓｍ）、及び第３電圧（Ｖｓ）はδによって支配される。

そして、第１信号処理回路部４０で生成される第１差電圧（Ｖ１）は数２４で表される。
（数２４）
Ｖ１＝｛（Ｖｓｐ−Ｖｓｍ）×Ａ＋Ｖｚ１＋Ｖｔ１｝×Ｂ＝Ｃ＋｛δＡ（２α＋２ΔＶ）−２Ａα｝×Ｂ
また、第２信号処理回路部５０で生成される第２差電圧（Ｖ２）は数２５で表される。
（数２５）
Ｖ２＝｛（Ｖｓｍ−Ｖｓ）×Ａ＋Ｖｚ２＋Ｖｔ２｝×２Ｂ＝Ｄ＋｛δＡ（−α−β−ΔＶ）＋Ａ（α＋β）｝×２Ｂ
このように、定電流回路部１０の異常時では数２４及び数２５に示されるように第１差電圧（Ｖ１）と第２差電圧（Ｖ２）とは全く異なる値となる。したがって、判定回路部７０は、第１差電圧（Ｖ１）と第２差電圧（Ｖ２）との合算値が正常範囲を超えると判定する。また、判定回路部７０は、合算値に基づいて定電流回路部１０の異常であると判定し、遮断回路部６０に対して第１スイッチ部６１及び第２スイッチ部６２を遮断する旨の指令を出す。

以上説明したように、本実施形態では、センサ装置８０の第１信号処理回路部４０によってブリッジ回路部２０の状態に依存しやすい第１差電圧（Ｖ１）を取得する構成となっている。一方、ブリッジ回路部２０の異常に関わらず、温度特性調整部３０によって一定の第３電圧を生成することにより、第２信号処理回路部５０によってブリッジ回路部２０の状態に依存しにくい第２差電圧（Ｖ２）を取得する構成となっている。これにより、ブリッジ回路部２０で異常が発生した場合、第２差電圧（Ｖ２）に対して第１差電圧（Ｖ１）を変動させることができる。また、定電流回路部１０の異常時にも第１差電圧（Ｖ１）及び第２差電圧（Ｖ２）を変動させることができる。

以上により、ブリッジ回路部２０を１つとした構成でも、第１差電圧（Ｖ１）及び第２差電圧（Ｖ２）に基づいてブリッジ回路部２０の異常の有無の判定を可能とすることができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図３に示されるように、温度特性調整部３０は１つの第３抵抗３４によって構成されている。そして、第３抵抗３４のローサイドの電圧すなわちグランド電圧が第３電圧（Ｖｓ）とされる。このように、ブリッジ回路部２０に印加される入力電圧（Ｖ）に対応する第３電圧（Ｖｓ）をグランド電圧としても良い。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、第３抵抗３４が特許請求の範囲の「抵抗」に対応する。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図４に示されるように、第３抵抗３４のハイサイドの電圧すなわち入力電圧が第３電圧（Ｖｓ）とされる。このように、ブリッジ回路部２０に印加される入力電圧（Ｖ）に対応する第３電圧（Ｖｓ）を入力電圧（Ｖ）そのものとしても良い。

（第４実施形態）
本実施形態に係る物理量検出装置の構成は、図１に示された構成と同じである。但し、上記各実施形態に係るブリッジ回路部２０の第１〜第４歪みゲージ２１〜２４は平衡条件を満たすホイートストンブリッジ回路として構成されていた。しかしながら、本実施形態に係るブリッジ回路部２０の第１〜第４歪みゲージ２１〜２４は平衡条件を満たさないブリッジ回路として構成されている。すなわち、第１〜第４歪みゲージ２１〜２４は平衡条件を満たさないように各抵抗値がそれぞれ設定されている。つまり、第１〜第４歪みゲージ２１〜２４のゲージバランスが予め崩されている。これにより、ブリッジ回路部２０は、オフセット成分を含んだ第１検出信号及び第２検出信号を出力する。

第１信号処理回路部４０は、第１検出信号及び第２検出信号に含まれるオフセット成分を補正するための第１オフセット補正値を有している。そして、第１信号処理回路部４０は、第１オフセット補正値によって第１差電圧を補正し、第１差電圧信号を出力する。なお、第１調整部４２が第１オフセット補正値を用いた補正を行う。

一方、第２信号処理回路部５０は、第２検出信号に含まれるオフセット成分を補正するための第２オフセット補正値を有している。そして、第２信号処理回路部５０は、第２オフセット補正値によって第２差電圧を補正し、第２差電圧信号を出力する。なお、第２調整部５２が第２オフセット補正値を用いた補正を行う。

ＥＣＵ９０の判定回路部７０は、上記のブリッジ回路部２０の異常の有無を判定する機能だけでなく、定電流回路部１０の異常の有無を判定する機能も備えている。判定回路部７０は、第１信号処理回路部４０から第１差電圧信号を入力すると共に第２信号処理回路部５０から第２差電圧信号を入力し、第１差電圧と第２差電圧との和が正常範囲内であるか否かを判定することにより定電流回路部１０の異常の有無を判定する。以上が、本実施形態に係る物理量検出装置の構成である。

次に、判定回路部７０における定電流回路部１０の異常判定の作動について説明する。

まず、定電流回路部１０が正常に動作している場合について説明する。定電流回路部１０が正常動作している場合、定電流回路部１０はブリッジ回路部２０にＩの定電流を流すとする。

そして、第１歪みゲージ２１の抵抗値をＲ１、第２歪みゲージ２２の抵抗値をＲ２とすると、第１中点２５の第１電圧（Ｖｓｐ）は数２６で表される。
（数２６）
Ｖｓｐ＝｛Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）｝×Ｉ
また、第３歪みゲージ２３の抵抗値をＲ３、第４歪みゲージ２４の抵抗値をＲ４とすると、第２中点２６の第２電圧（Ｖｓｍ）は数２７で表される。
（数２７）
Ｖｓｍ＝｛Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）｝×Ｉ
さらに、温度特性調節部３０の第１抵抗３１の抵抗値をＲ５とし、第２抵抗３２の抵抗値をＲ６とすると、温度特性調整部３０の第３中点３３の第３電圧をＶｓは数２８で表される。
（数２８）
Ｖｓ＝｛Ｒ６／（Ｒ５＋Ｒ６）｝×Ｉ
したがって、第１信号処理回路部４０で生成される第１差電圧（Ｖ１）は、数２９で表される。
（数２９）
Ｖ１＝｛（Ｖｓｐ−Ｖｓｍ）×Ａ＋Ｖｚ１＋Ｖｔ１｝×Ｂ＝ΔＥ−ΔＥ＝０
これは、第１電圧と第２電圧との差電圧であるＶｓｐ−Ｖｓｍ（＝Ｒｇ１×Ｉ）が第１増幅部４１でＡＢ倍されるとΔＥとなり、さらに第１調整部４２で（Ｖｚ１＋Ｖｔ１）×Ｂ（＝−ΔＥ）のオフセット調整が行われることを意味している。すなわち、第１信号処理回路部４０は第１オフセット補正値として−ΔＥを有している。上述のように、第１〜第４歪みゲージ２１〜２４のゲージバランスが崩されているので、第１信号処理回路部４０は第１オフセット補正値（−ΔＥ）によって第１検出信号に含まれるオフセット成分を補正する。なお、Ｒｇ１は数３０で表される。
（数３０）
Ｒｇ１＝（Ｒ２Ｒ３−Ｒ１Ｒ４）／｛（Ｒ１＋Ｒ２）×（Ｒ３＋Ｒ４）｝
また、第２信号処理回路部５０で生成される第２差電圧（Ｖ２）は、数３１で表される。
（数３１）
Ｖ２＝｛（Ｖｓｍ−Ｖｓ）×Ａ＋Ｖｚ２＋Ｖｔ２｝×２Ｂ＝−（１／２）×ΔＥ＋（１／２）×ΔＥ＝０
これは、第２電圧と第３電圧との差電圧であるＶｓｍ−Ｖｓ（＝Ｒｇ２×Ｉ）が第２増幅部５１で２ＡＢ倍されると−（１／２）×ΔＥとなり、さらに第２調整部５２で（Ｖｚ２＋Ｖｔ２）×２Ｂ（＝＋（１／２）×ΔＥ）のオフセット調整が行われることを意味している。すなわち、第２信号処理回路部５０は第２オフセット補正値として＋（１／２）×ΔＥを有している。上述のように、第１〜第４歪みゲージ２１〜２４のゲージバランスが崩されているので、第２信号処理回路部５０は第２オフセット補正値（＋（１／２）×ΔＥ）によって第１検出信号に含まれるオフセット成分を補正する。なお、Ｒｇ２は数３２で表される。
（数３２）
Ｒｇ２＝（Ｒ４Ｒ５−Ｒ３Ｒ６）／｛（Ｒ３＋Ｒ４）×（Ｒ５＋Ｒ６）｝
そして、ＥＣＵ９０の判定回路部７０は、第１差電圧（Ｖ１）と第２差電圧（Ｖ２）との合算値を取得する。合算値は数３３で表される。
（数３３）
Ｖ１＋Ｖ２＝０
判定回路部７０は、第１差電圧（Ｖ１）と第２差電圧（Ｖ２）との合算値が正常範囲内であると判定し、定電流回路部１０に異常が無いと判定する。

続いて、定電流回路部１０において異常が発生した場合について説明する。この場合、定電流回路部１０はブリッジ回路部２０に例えば２Ｉの異常な電流を流す。したがって、Ｖｓｐ−Ｖｓｍ＝Ｒｇ１×２Ｉとなるので、第１信号処理回路部４０で生成される第１差電圧（Ｖ１）は数３４で表される。
（数３４）
Ｖ１＝｛（Ｖｓｐ−Ｖｓｍ）×Ａ＋Ｖｚ１＋Ｖｔ１｝×Ｂ＝２ΔＥ−ΔＥ＝ΔＥ
これは、（Ｖｓｐ−Ｖｓｍ）×Ａ×Ｂ（＝２ΔＥ）が２倍の値になるのに対し、第１オフセット補正値である（Ｖｚ１＋Ｖｔ１）×Ｂ（＝−ΔＥ）の値には変化がないため、演算結果としてΔＥが残ることを示している。

一方、Ｖｓｍ−Ｖｓ＝Ｒｇ２×２Ｉとなるので、第２信号処理回路部５０で生成される第２差電圧（Ｖ２）は数３５で表される。
（数３５）
Ｖ２＝｛（Ｖｓｍ−Ｖｓ）×Ａ＋Ｖｚ２＋Ｖｔ２｝×２Ｂ＝−ΔＥ＋（１／２）×ΔＥ＝−（１／２）×ΔＥ
これは、（Ｖｓｍ−Ｖｓ）×２ＡＢが２倍の値になるのに対し、第２オフセット補正値である（Ｖｚ２＋Ｖｔ２）×２Ｂ（＝＋（１／２）×ΔＥ）の値には変化がないため、演算結果として−（１／２）×ΔＥが残ることを示している。

そして、ＥＣＵ９０の判定回路部７０は、第１差電圧（Ｖ１）と第２差電圧（Ｖ２）との合算値を取得する。合算値は数３６で表される。
（数３６）
Ｖ１＋Ｖ２＝（１／２）×ΔＥ
このように、定電流回路部１０に異常が発生している場合は第１差電圧（Ｖ１）と第２差電圧（Ｖ２）との合算値に異常成分が生じる。すなわち、定電流回路部１０からブリッジ回路部２０に供給される電流値に変化が生じると、第１電位差（Ｖ１）のＶｓｐ−Ｖｓｍと第２電位差（Ｖ２）のＶｓｍ−Ｖｓとに差が生じる。したがって、判定回路部７０は、第１差電圧（Ｖ１）と第２差電圧（Ｖ２）との合算値が正常範囲を超えると判定し、定電流回路部１０に異常が発生していると判定する。

なお、判定回路部７０が定電流回路部１０に異常が発生していると判定した場合、判定回路部７０は遮断回路部６０を動作させてセンサ装置８０からＥＣＵ９０への信号出力を遮断することもできる。

以上説明したように、定電流回路部１０に異常が発生して定電流の電流値が変化した場合、ブリッジ回路部２０のオフセット成分が変化する。この場合、第１信号処理回路部４０はブリッジ回路部２０の出力を処理する一方、第２信号処理回路部５０はブリッジ回路部２０の出力だけでなく温度特性調整部３０の出力も処理する。このため、第１信号処理回路部４０及び第２信号処理回路部５０の出力に差を生じさせることができる。したがって、第１信号処理回路部４０で取得された第１差電圧（Ｖ１）と第２信号処理回路部５０で取得された第２差電圧（Ｖ２）との和が変化するので、定電流回路部１０の異常を検出することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された物理量検出装置の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、物理量検出装置が検出すべき物理量は圧力に限られず、検出対象はブリッジ回路部２０によって検出可能な他の物理量でも良い。

温度特性調整部３０の構成は、上記各実施形態で示された構成に限られない。例えば、温度特性調整部３０は、第３電圧（Ｖｓ）が第１電圧（Ｖｓｐ）と第２電圧（Ｖｓｍ）との差電圧と同じになるように、抵抗値が調整された抵抗によって構成されていても良い。

上記各実施形態では、第２信号処理回路部５０の第２増幅部５１の第２増幅率は、第１信号処理回路部４０の第１出力部４３の第１増幅率の２倍に設定されていたが、これは増幅率の一例である。したがって、第２増幅率は第１増幅率の２倍に限られない。

上記各実施形態では、判定回路部７０は物理量検出装置を構成するＥＣＵ９０に設けられていたが、判定回路部７０はセンサ装置８０に設けられていても良い。

上記各実施形態では、判定回路部７０は物理量検出装置を構成するＥＣＵ９０に設けられていたが、物理量検出装置に判定回路部７０が設けられていなくても良い。上記各実施形態に係る物理量検出装置は、ブリッジ回路部２０の異常判定が可能な信号を出力するように構成されているので、物理量検出装置の出力先で異常の有無の判定が行われれば良い。

上記各実施形態では、物理量検出装置に遮断回路部６０が設けられていたが、これは構成の一例である。したがって、信号の出力の許可または禁止についての構成が不要であれば、物理量検出装置に遮断回路部６０を設けなくても良い。

第１、第４実施形態では、第１抵抗３１及び第２抵抗３２は抵抗値が同じであったがこれは一例である。したがって、第１抵抗３１及び第２抵抗３２は抵抗値が異なっていても良い。

図３及び図４に示された温度特性調整部３０の構成に対して第４実施形態で示されたブリッジ回路部２０、第１信号処理回路部４０、第２信号処理回路部５０、及び判定回路部７０を適用しても良い。

２０ブリッジ回路部
２１〜２４第１〜第４歪みゲージ
２５第１中点
２６第２中点
３０温度特性調整部
４０第１信号処理回路部
５０第２信号処理回路部

Claims

物理量の印加に応じて抵抗値が変化すると共に前記抵抗値が温度に応じて変化する第１歪みゲージ（２１）、第２歪みゲージ（２２）、第３歪みゲージ（２３）、及び第４歪みゲージ（２４）によってブリッジ回路が構成されており、当該ブリッジ回路に印加される入力電圧に基づいて前記第１歪みゲージ（２１）と前記第２歪みゲージ（２２）との第１中点（２５）の第１電圧を第１検出信号として出力すると共に、前記第３歪みゲージ（２３）と前記第４歪みゲージ（２４）との第２中点（２６）の第２電圧を第２検出信号として出力するブリッジ回路部（２０）と、
前記ブリッジ回路部（２０）に対して並列に接続されており、前記第１〜第４歪みゲージ（２１〜２４）よりも前記物理量の印加及び前記温度に対する抵抗値の変化が小さいものであり、前記ブリッジ回路部（２０）に印加される前記入力電圧に対応する第３電圧を第３検出信号として出力する温度特性調整部（３０）と、
前記第１検出信号及び前記第２検出信号を入力し、前記第１電圧と前記第２電圧との差電圧を第１増幅率で増幅した第１差電圧を第１差電圧信号として出力する第１信号処理回路部（４０）と、
前記第２検出信号及び前記第３検出信号を入力し、前記第２電圧と前記第３電圧との差電圧を前記第１増幅率とは異なる第２増幅率で増幅した第２差電圧を第２差電圧信号として出力する第２信号処理回路部（５０）と、
を備えていることを特徴とする物理量検出装置。
前記第１差電圧信号及び前記第２差電圧信号を入力し、前記第１差電圧と前記第２差電圧とが正常範囲内であるか否かを判定することにより前記ブリッジ回路部（２０）の異常の有無を判定する判定回路部（７０）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
前記第１信号処理回路部（４０）から出力される前記第１差電圧信号と、前記第２信号処理回路部（５０）から出力される前記第２差電圧信号と、のうち前記判定回路部（７０）によって異常であると判定された信号の出力を遮断する遮断回路部（６０）を備えていることを特徴とする請求項２に記載の物理量検出装置。
前記ブリッジ回路部（２０）は、前記第１〜第４歪みゲージ（２１〜２４）が平衡条件を満たさないように前記第１〜第４歪みゲージ（２１〜２４）の各抵抗値がそれぞれ設定されており、これにより、前記第１検出信号及び前記第２検出信号としてオフセット成分を含んだ信号を出力するようになっており、
前記第１信号処理回路部（４０）は、前記オフセット成分を補正するための第１オフセット補正値を有し、当該第１オフセット補正値によって前記第１差電圧を補正し、
前記第２信号処理回路部（５０）は、前記オフセット成分を補正するための第２オフセット補正値を有し、当該第２オフセット補正値によって前記第２差電圧を補正し、
さらに、
前記ブリッジ回路部（２０）及び前記温度特性調整部（３０）に定電流を供給する定電流回路部（１０）と、
前記第１差電圧信号及び前記第２差電圧信号を入力し、前記第１差電圧と前記第２差電圧との和が正常範囲内であるか否かを判定することにより前記定電流回路部（１０）の異常の有無を判定する判定回路部（７０）と、を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の物理量検出装置。
前記温度特性調整部（３０）は、第１抵抗（３１）と当該第１抵抗（３１）と同じ抵抗値の第２抵抗（３２）とが直列接続されて構成されており、前記第１抵抗（３１）と前記第２抵抗（３２）との第３中点（３３）の電圧が前記第３電圧とされ、当該第３電圧を前記第３検出信号として出力するようになっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の物理量検出装置。
前記温度特性調整部（３０）は、１つの抵抗（３４）によって構成されていると共に前記抵抗（３４）のローサイドがグランドに電気的に接続されており、当該抵抗（３４）のローサイドの電圧が前記第３電圧とされ、当該第３電圧を前記第３検出信号として出力するようになっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の物理量検出装置。
前記温度特性調整部（３０）は、１つの抵抗（３４）によって構成されていると共に前記抵抗（３４）のハイサイドに前記入力電圧が印加されており、当該抵抗（３４）のハイサイドの入力電圧が前記第３電圧とされ、当該第３電圧を前記第３検出信号として出力するようになっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の物理量検出装置。