JPH07146197A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で、かつ、高信頼性の圧力センサ
を提供する。 【構成】 圧力変化に応じて変位するダイヤフラム１を
一方の電極とし、ダイヤフラム１に対向した固定電極２
を他方の電極としたコンデンサ３と、コイル４とによっ
て閉回路を構成した共振回路５と、この共振回路５のコ
イル４に非接触状態で電磁結合されたピックアップコイ
ルとを備え、共振回路５のコンデンサ３の静電容量の変
化による共振周波数をピックアップコイルで測定するこ
とによって、圧力の変化を検出するように構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車のタイヤやタン
クなどの圧力を測定する圧力センサに係り、特に、ダイ
ヤフラム等の変換素子を使って圧力を変位に変換し、こ
れを電気的に検出する圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の圧力センサとして、例え
ば、静電容量式圧力センサ、あるいは差動変圧器形圧力
センサ等が知られている。前者はダイヤフラムと、これ
に対向して設置した電極との間の静電容量がダイヤフラ
ムの変位に伴って変化することを利用する方法である。
また、後者はダイヤフラムの中心部に可動鉄心を固定
し、その変化を圧力シールした円筒の外側に巻いたコイ
ルによって検出するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の圧力センサには、次のような問題がある。上記
いずれの圧力センサもリード線を介して発振器等に接続
される必要があり、そのため、測定対象が回転体の内部
圧力（例えば、自動車のタイヤの空気圧）のような場合
に、適用することが困難であった。本発明は、このよう
な事情に鑑みてなされたものであって、測定対象の内部
圧力を非接触で容易に測定することができる圧力センサ
を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項１に記載の発明は、圧力変化に応じて変位す
るダイヤフラムを一方の電極とし、前記ダイヤフラムに
対向した固定電極を他方の電極としたコンデンサと、コ
イルとによって閉回路を構成した共振回路と、前記共振
回路のコイルに非接触状態で電磁結合されたピックアッ
プコイルと、を備えたものである。

【０００５】また、請求項２に記載の発明は、圧力変化
に応じて変位するダイヤフラムに連結されることによ
り、内部鉄芯との相対的な位置関係が変化するコイル
と、コンデンサとによって閉回路を構成した共振回路
と、前記共振回路のコイルに非接触状態で電磁結合され
たピックアップコイルと、を備えたものである。

【０００６】

【作用】本発明の作用は次のとおりである。請求項１に
記載の発明によれば、圧力変化に応じて変位するダイヤ
フラムを一方の電極とし、このダイヤフラムに対向した
固定電極を他方の電極としたコンデンサと、コイルとに
よって閉回路を構成した共振回路により、圧力の変化を
静電容量の変位に変換し、これに応じて変化する共振周
波数を、共振回路のコイルに非接触状態で電磁結合され
たピックアップコイルで検出することによって、圧力が
検出される。

【０００７】また、請求項２に記載の発明によれば、圧
力変化に応じて変位するダイヤフラムに連結されること
により、内部鉄心との相対的な位置関係が変化するコイ
ルと、コンデンサとによって閉回路を構成した共振回路
によって、圧力の変化をコイルのインダクタンスの変位
に変換し、これに応じて変化する共振周波数を、共振回
路のコイルに非接触状態で電磁結合されたピックアップ
コイルで検出することによって、圧力が検出される。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例のいく
つかを説明する。 〔第一実施例〕本発明の第一実施例に係る圧力センサ１
０の構成を図１、図２を参照して説明する。図１は第一
実施例の圧力検出部の概略縦断面図である。圧力検出部
は、外圧（図１中に矢印で示す）によって弾性変形する
ダイヤフラム１と、このダイヤフラム１と対向する固定
電極２とで形成されたコンデンサ３と、このコンデンサ
３に並列接続された補助コンデンサＣ₀ と、コンデンサ
３およびＣ₀ に直列に接続されたコイル４とを備え、閉
回路の共振回路５を構成している。

【０００９】圧力センサ１０は、上述した共振回路５
と、この共振回路５中のコイル４に非接触で電磁結合す
るピックアップコイル６とを備え、共振回路５のコンデ
ンサ３の静電容量の変化による共振周波数の変化をピッ
クアップコイル６で測定することによって、圧力の変化
を検出するように構成されている。

【００１０】つぎに、圧力センサ１０を用いた圧力の検
出について図２と図３を参照して説明する。図２は圧力
センサ１０を用いた圧力測定装置の全体概略ブロック図
であり、図３は各部の波形図である。周波数f₁を発生さ
せる発振器７に接続されたピックアップコイル６を、共
振回路５のコイル４に近づけると、電磁誘導によって共
振回路５に電流が流れ共振周波数f₁が発生するととも
に、ピックアップコイル６から共振回路５へのエネルギ
ーの吸収が起こり、ピックアップコイル６の電圧が低下
するようになる。このエネルギーの吸収はコンデンサ３
の容量変位に伴って変化するので、この変化をａｂ間の
電圧を測定することによって、圧力を検出するものであ
る。以下、詳細に説明する。

【００１１】まず、タイヤ圧が正常時、一定圧力が掛け
られ、図１の示すように、ダイヤフラム１ａが変形した
状態で、共振回路５の共振周波数と発振器７の発振周波
数が同じであるとした場合、ピックアップコイル６から
共振回路５へのエネルギーの吸収が起こり、ａｂ間の電
圧Ｖ_abは、図３（ａ）のようになる。電圧Ｖ_abのレベル
変化を検出するために、ダイオード１１で半波整流に変
換した後、これを平滑化回路１２で図３（ｂ）に示すよ
うに平滑化する。さらに比較器１３で平滑化された波形
を予め規定レベルの圧力に設定された基準電圧Ｖ_REFと
比較し、その信号を警報器１４へ送る。

【００１２】次に、タイヤ圧が異常時、圧力が低下する
と、ダイヤフラム１ａと固定電極２との間隙が広がり、
コンデンサ３の静電容量が小さくなることによって、共
振回路５の共振周波数がf₁からf₂に変わる。その結果、
ピックアップコイル６から共振回路５へのエネルギーの
吸収が起こりにくくなる。これによって、ａｂ間の電圧
Ｖ_abが高くなる。そして、図３（ｃ）に示すように基準
電圧Ｖ_REF より高くなると、比較器１３から信号が警報
器１４へ送られ、この警報器１４に例えばブザーあるい
はＬＥＤなどを設けて圧力の異常を知らせるように構成
されている。

【００１３】〔第二実施例〕本発明の第二実施例に係る
圧力センサ２０の構成を図４を参照して説明する。図４
は第二実施例の圧力検出部の概略縦断面図である。圧力
検出部は、外圧によって弾性変形するダイヤフラム２１
の中央部に取付けた可動鉄芯２２と、筒状部材２３を介
して可動鉄芯２２の外周に巻き付けたコイル２４にコン
デンサ２５を接続し構成した閉回路の共振回路２６とを
備え構成されている。その他の構成は第一実施例と同様
であり、以下、図２を参照して説明する。

【００１４】圧力センサ２０は、上記の共振回路２６
と、共振回路２６のコイル２４に非接触で電磁結合する
ピックアップコイル６とを備え、圧力の変動を可動鉄芯
２２の変位に変換し、この可動鉄芯２２がコイル２４内
を変位することによってインダクタンスが変化する。こ
れに応じて変化する共振周波数を、ピックアップコイル
６で検出することによって、圧力の変化を検出するよう
に構成されている。なお、圧力変化の検出は第一実施例
と同様に行われるので、ここでの詳細な説明は省略す
る。

【００１５】なお、上述した第二実施例では、ダイヤフ
ラム２１に可動鉄芯２２を連結したが、これは逆に、ダ
イヤフラム２１にコイル２４の筒状部材２３を連結し、
鉄心を固定するように構成してもよい。

【００１６】〔第三実施例〕本発明の第三実施例に係る
タイヤの圧力検出装置の構成を図５を参照して説明す
る。図５は第三実施例のタイヤの圧力検出装置の概略縦
断面図である。なお、第三実施例は、車のタイヤに上記
した圧力センサ１０を用いて、タイヤのパンク等による
空気圧の異常を検出するように構成されている。以下、
詳細に説明する。

【００１７】タイヤ３０のホイール３１に圧力センサ１
０の共振回路５をダイヤフラム１がタイヤ内部に貫通す
るように取り付ける。一方、共振回路５のコイル４に電
磁結合可能にピックアップコイル６を車体側のプレート
３２に取り付ける。

【００１８】また、共振回路５とピックアップコイル６
と、そして、検出回路１５は、タイヤ毎に設けられ、運
転席に設けられた警報器１４へと接続することによっ
て、各タイヤの空気圧の異常時が検出されるように構成
されている。

【００１９】つぎに、圧力センサ１０を用いた圧力の検
出について図２と図６を参照して説明する。図６はピッ
クアップコイル６の両端の波形図である。まず、正常
時、一定圧力が掛けられている場合、タイヤが回転し、
共振回路５のコイル４とピックアップコイル６とが近接
して電磁結合すると、ピックアップコイル６から共振回
路５へのエネルギーの吸収が起こり、ａｂ間の電圧Ｖ_ab
は、図６に示すように、電磁結合するｃ間だけ低下す
る。

【００２０】これを第一実施例と同様に、ダイオード１
１で半波整流に変換した後、これを平滑化回路１２で図
３（ｂ）に示すように平滑化する。さらに、比較器１３
で平滑化された波形を予め規定レベルの圧力に設定され
た基準電圧Ｖ_REF と比較し、その信号を警報器１４へ送
る。

【００２１】次に、異常時、パンク等により圧力が低下
すると、第一実施例と同様に、ピックアップコイル６か
ら共振回路５へのエネルギーの吸収が起こりにくくな
る。これによって、ａｂ間の電圧Ｖ_abが高くなる。そし
て、図３（ｃ）に示すように基準電圧Ｖ_REF より高くな
ると、比較器１３から信号が警報器１４に送られ、運転
者に圧力の異常を知らせるように構成されている。

【００２２】以上のように、共振回路５とピックアップ
コイル６とが電磁結合によって非接触であるので、走行
時にもタイヤ３０の異常がリアルタイムに運転者に伝え
られる。タイヤのバースト等による事故を回避すること
ができる。また、無線であるので、コードの断線等によ
る検出不良もなく信頼性が高い、また、耐久性に優れた
圧力センサである。

【００２３】なお、第三実施例では、第一実施例の圧力
センサ１０を用いたが、第二実施例の圧力センサ２０を
用いても良い。

【００２４】また、第三実施例では、共振回路５をタイ
ヤ３０のホイール３１に取り付けたが、これに限定され
るものではない。

【００２５】また、第三実施例では、発振器７および検
出回路１５をタイヤ毎に設けたが、これらの各々一つに
して４輪共用としてもよい。この場合、発振器および検
出回路と、各タイヤごとのピックアップコイルとの間に
電子式の切り換えスイッチを介在させ、このスイッチを
切り換えて各ピックアップコイルの端子間電圧の変化を
順に監視することにより、どのタイヤがバーストしたか
を検出することも可能である。

【００２６】さらに、図６に示したピックアップコイル
の端子間電圧Ｖ_abの変動回数（パルスｃの個数）を計数
するようにすれば、タイヤの回転数を知ることができる
ので、速度検出やタイヤの寿命を算定することも可能で
ある。

【００２７】〔第四実施例〕本発明の第四実施例に係る
タイヤの圧力検出装置の構成を図７を参照して説明す
る。図７は第四実施例のタイヤの圧力検出装置の概略縦
断面図である。第三実施例と同様にホイール３１に圧力
センサ１０の共振回路５を取り付ける。但し、コイル４
をホイール３１の内周面に巻回配設する。一方、コイル
４に隣接するようにピックアップコイル６を車体側のプ
レート３２に巻回する。これによって、回転するホイー
ル３１に取り付けられたコイル４が常にピックアップコ
イル６に電磁結合するように構成されている。本実施例
によれば、共振回路５のコイル４と、ピックアップコイ
ル６とが常に電磁結合されているので、タイヤ内の圧力
が低下すると、電圧Ｖ_abは、図８に示すように、全体的
に変化するので、第三実施例の装置よりも、圧力検出精
度が高くなる。なお、その他の構成は第一実施例と同様
であるので、ここでの詳細な説明は省略する。

【００２８】また、上記各実施例では、測定対象の内部
圧力が正常であるときの共振回路の共振周波数が、ピッ
クアップコイルに接続された発振回路の発振周波数に一
致するように構成したが、本発明はこれに限らず、圧力
が異常値になったときの共振回路の共振周波数が、発振
回路の発振周波数に一致するように構成してもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の効果は次のとおりである。請求項１に記載の発明によ
れば、圧力の変化を静電容量の変化に変換し、これに応
じて変化する共振周波数を、共振回路のコイルに非接触
状態で電磁結合されたピックアップコイルで検出するこ
とによって、圧力が検出されるので、圧力検出部に直接
取り付けられる共振回路に発振回路等を接続する必要が
なく、簡単な構造でしかも小型軽量化することができ
る。

【００３０】また、非接触で圧力が検出されるので、接
点の信頼性が向上し、回転体などの駆動している物の圧
力検出が連続的に行うことができ、汎用性に優れてい
る。

【００３１】また、請求項２に記載の発明によれば、圧
力の変化をコイルのインダクタンスの変化に変換し、こ
れに応じて変化する共振周波数を、共振回路のコイルに
非接触状態で電磁結合されたピックアップコイルで検出
することによって、圧力が検出されるので、上記した請
求項１と同様の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施例の圧力検出部の概略縦断面図であ
る。

【図２】圧力検出装置の概略構成を示すブロック図であ
る。

【図３】圧力検出装置の各部の波形図である。

【図４】第二実施例の圧力検出部の概略縦断面図であ
る。

【図５】第三実施例のタイヤの圧力検出装置の概略縦断
面図である。

【図６】ピックアップコイルの両端の波形図である。

【図７】第四実施例のタイヤの圧力検出装置の概略縦断
面図である。

【図８】ピックアップコイルの両端の波形図である。

【符号の説明】

１，２１ … ダイヤフラム ２ … 固定電極 ３，２５ … コンデンサ ４，２４ … コイル ５，２６ … 共振回路 ６ … ピックアップコイル ７ … 発振器 １０，２０ … 圧力センサ １５ … 検出回路 ２２ … 可動鉄芯 ３０ … タイヤ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力変化に応じて変位するダイヤフラム
   を一方の電極とし、前記ダイヤフラムに対向した固定電
   極を他方の電極としたコンデンサと、コイルとによって
   閉回路を構成した共振回路と、 前記共振回路のコイルに非接触状態で電磁結合されたピ
   ックアップコイルと、 を備えたことを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 圧力変化に応じて変位するダイヤフラム
   に連結されることにより、内部鉄芯との相対的な位置関
   係が変化するコイルと、コンデンサとによって閉回路を
   構成した共振回路と、 前記共振回路のコイルに非接触状態で電磁結合されたピ
   ックアップコイルと、 を備えたことを特徴とする圧力センサ。