JPH01320432A - センサ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は物理量を電気的な微少信号に変換して出力する
センサ回路に関し、特に、容量成分を含むセンサ部の異
常を検出することができるものに関する。

［従来の技術］ 従来、例えば、音波や超音波等の物理量を電気信号とし
て検出するためのセンサ回路は、いわゆるセンサ部と、
このセンサ部からの検出信号を増幅処理して後段の処理
回路に送出するアナログ電子回路とを備えている。

このようなセンサ回路の中には、第２図に示すように、
さらに、センサ部の断線等の異常を検出するための基準
信号を発生する基準信号発生回路を備えたものがある。

第２図において、センサ部１は演算増幅器（アナログ電
子回路）２の一対の入力端子に接続されると共に、抵抗
３に並列に接続されている。基準信号発生回路４は、セ
ンサ部１の検出信号の周波数に近い周波数の基準信号を
発生するものであり、センサ部１のアース側に挿入され
ている。

このような従来のセンサ回路では、センサ部１が一最に
その！ｌＩ造から容量成分を含むので、その基準信号発
生回路４から見た等価回路は、第３図に示すように、コ
ンデンサ（センサ部１）を直列に、抵抗３を並列に接続
した、いわゆる高域通過フィルタ回路を構成する。この
高域通過フィルタ回路の周波数特性は、第４図（Ａ）に
実線で示すように、センサ部１の容量成分の静電容量を
Ｃ［Ｆ］、抵抗３の抵抗値をＲ［Ω］とすると、次式 ％式％（１） に示す遮断周波数ｆｃ［Ｈｚ］を越えた部分が平坦とな
るものとなる。

ここで、正常時の遮断周波数ｆＣをセンサ回路の検出信
号（すなわちセンサ部１の出力信号〉の下限周波数ｆｎ
ｌよりも低い周波数に選定し、基準信号発生回路４の基
準信号の周波数ｆ「を検出信号の周波数帯域ｆｎ１〜ｆ
ｎ２と遮断周波数ｆｃとの間に選定する。

この状態において、センサ部１に断線等の異常が生じる
と、センサ部１の容量成分が変化し、高域通過フィルタ
回路の周波数特性は、第４図（Ａ）に破線曲線で示すよ
うに、遮断周波数ｆＣ１が変化し、その結果、基準信号
の周波数成分子ｒに対する利得が変化する。基準信号発
生回路４から演算増幅器２を介して得られるこの基準信
号のレベル変化を監視することにより、センナ部１の異
常を検出することができる。

なお、センサ部１の検出信号に対しても、センサ部１の
容量成分と抵抗３とが高域通過フィルタ回路として機能
し、この検出信号に対する周波数特性も第４図（Ｂ）に
示すように基準信号発生回路４から見た場合の高域通過
フィルタ回路の正常時の周波数特性と同一になる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述のような従来のセンサ回路において
は、センサ部１の異常による容量変化が断線異常のよう
な大きい場合には、その異常を検出することができるが
、異常による容量変化が小さい場合には、第４図（Ａ＞
に１点鎖線を付した程度に周波数特性が変化するだけで
あり、基準信号の周波数ｆｒに対して利得が平坦のまま
であり、異常を検出することができない。

これは、基準信号を検出信号と同様に増幅処理等を行な
って後段回路に出力するため、この基準信号の周波数ｆ
「を周波数特性の平坦部に周波数帯ｆｎ１〜ｆｎ２が設
けられた検出信号に近い周波数に設けることを要し、こ
の周波数ｆｒが周波数特性の傾斜部に位置するようにな
る容量の変化は相当大きな変化であるためである。因み
に、検出信号の周波数帯ｆｎ１〜ｆｎ２は、その周波数
帯の成分が上述した高域通過フィルタ回路を介しても正
確に後段回路に引き渡すことができるように傾斜部から
余裕をもって離されている。

このため、センサ部１の容量成分がその劣化等により多
少変化しても、基準信号の周波数ｆ　ｒではその出力レ
ベルはほとんど変化せず、これて′は、センサ部１の性
能の劣化に伴うセンサ部１の容量成分の変化を精度良く
検出することはできず、センサ部１の劣化等のような容
量変化が小さい異常の検出を行なうことはできない。

本発明は、以上の点を考慮してなされたもので、センサ
部の性能劣化等による容量変化が小さな異常に対しても
、その異常を高精度に検出することのできるセンサ回路
を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ かかる課題を解決するため、本発明においては、容量成
分を含むセンサ部をアナログ電子回路に電気的に接続し
、さらに、センサ部の異常を検出するための基準信号を
発生する基準信号発生回路が設けられたセンサ回路にお
いて、基準信号発生回路からの基準信号を、抵抗器を介
してセンサ部の信号側に入力するようにした。

［作用］ このようにすると、基準信号発生回路から見た等価回路
は、いわゆる低域通過フィルタ回路を構成する。そこで
、基準信号発生回路からの基準信号の周波数を正常時の
低域通過フィルタ回路の周波数特性の傾斜部に設定する
と、センサ部の容量成分が変化して遮断周波数が僅かに
でも変化すると、アナログ電子回路に入力される基準信
号のレベルが変化する。そのなめ、アナログ電子回路に
入力される基準信号のレベルの変化により、容量変化が
小さいセンサ部の異常を検出することができるようにな
る。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら詳述する
。

ここで、第１図はこの実施例の構成を示す接続図、第５
図はその基準信号発生回路から見た等価回路を示す接続
図、第６図（Ａ）及び（Ｂ）は基準信号発生回路から見
た実施例回路の周波数特性及びセンサ部１から見た周波
数特性を示す特性曲線図である。

第２図との対応部分に同一符号を付して示す第１図にお
いて、センサ回路は、例えば、マイクロフォンや音響浮
標（ソナーブイ）等の受渡器など、物理量等を微弱な電
気信号として検出するためのセンサ部１を備えており、
このセンサ部１はその構造からも容量成分を含む種類の
センサである。

このセンサ部１の一対の出力端子は、従来回路と同様に
演算増幅器２の入力端子に接続されている。

このセンサ部１には、また抵抗５及び６の直列回路が並
列に接続されており、センサ部１の信号端子側に接続さ
れている抵抗５がセンサ部１のアース端子側に接続され
ている抵抗６より抵抗値が高く選定されている。

この実施例の場合、センサ部１の異常を検出するための
基準信号を発生する基準信号発生回路４は、抵抗５及び
６の接続中点に接続されており、主として抵抗５を介し
てセンサ部１に基準信号を与えるようになされている。

次に、かかるセンサ回路の動作について説明する。

まず、センサ部１の両端には、物理量等の変化に伴って
微弱な電気信号が発生する。この微弱な検出信号は演算
増幅器２を介して増幅されて処理回路に出力される。こ
こて′、センサ部１がら見た回路の周波数特性は、セン
サ部１自体の容量成分と、抵抗５及び６による抵抗成分
とが並列に接続されているので、従来回路と同様に第６
図（Ｂ）に示すように高域通過フィルタ回路の周波数特
性を呈する。この検出信号の伝送においてロスが発生し
ないように、センサ部１からの検出信号の周波数ｆｎ１
〜ｆｎ２は、高域通過フィルタ回路の遮断周波数ｆＣ３
よりも十分高く設定されている。

一方、この実施例において、基準信号発生回路４から見
た等価回路は、第５図に示すようになる。

すなわち、基準信号発生回路４に対し、高抵抗５を直列
に、センサ部１（容量成分）を並列に接続しな、いわゆ
る低域通過フィルタ回路となっている。このように構成
された低域通過フィルタ回路の周波数特性は、第６図（
Ａ）に示すように、その抵抗値と容量値によって定めら
れる遮断周波数ｆｃ４が、センサ部１からの検出信号の
周波数帯ｆｎ１〜ｆｎ２及び基準信号発生回路４からの
基準信号の周波数ｆｒよりも低い値になるように設定さ
れている。これは、例えば、抵抗５の抵抗値を調整する
ことによって行なわれる。

すなわち、第６図（Ａ＞からも明らかなように、基準信
号の周波数ｆｒは、低域通過フィルタ回路の周波数特性
の平坦な部分ではなく、周波数が高くなるに従ってその
出力レベルが下がる右下がりの部分に設定されている。

ここで、センサ部１の容量が微少量変化したとする。こ
の容量変化によって第６図（Ａ）に破線曲線で示すよう
に周波数特性は、周波数軸方向にスライドする。従って
、基準信号発生回路４から演算増幅器２の入力端子に入
力される基準信号レベルがこの変化に応じて変化し、そ
の出力端子から後段に接続された処理回路に送られる出
力信号のレベルもこれに伴って変化する。かくして、こ
の後段の処理回路はこの基準信号レベルの変化を検出し
、よって、センサ部１の容量変化が小さい異常をも検出
する。

従って、上述の実施例によれば、正常時のセンサ部１か
らの検出信号の伝送に影響を与えることなく、センサ部
１の容量変化の小さい異常をも確実に検出することがで
きるようになる。

なお、本発明は、マイクロフォンやソナーブイだけでな
く、容量成分を有するセンサ部を備えたセンサ回路に広
く適用することができる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、センサ部の容量の比較
的小さな変化をも正確かつ容易に検出することができる
ので、センサ部の断線だけではなく、さらにその容量変
化を伴う性能の劣化等の微妙な異常をも正確に検出でき
る異常検出機能を備えたセンサ回路を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるセンサ回路の一実施例を示す接続
図、第２図は従来回路を示す接続図、第３図は従来回路
の基準信号発生回路から見た等価回路を示す接続図、第
４図（Ａ）及び（Ｂ）は従来回路における基準信号発生
回路から見た等価回路の周波数特性及びセンサ部から見
た等価回路の周波数特性を示す特性曲線図、第５図は上
記実施例の基準信号発生回路から見た等価回路を示す接
続図、第６図（Ａ＞及び（Ｂ）はそれぞれ上記実施例の
基準信号発生回路から見た等価回路の周波数特性及びセ
ンサから見た等価回路の周波数特性を示す特性曲線図で
ある。 １・・・センサ部、２・・・演算増幅器、４・・・基準
信号発生回路、３．５．６・・・抵抗。 ｗＩ１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　少なくとも容量成分を含むと共に、電気的微少信号を
   出力するセンサ部と、このセンサ部に電気的に接続され
   たアナログ電子回路と、上記センサ部の異常を検出する
   ための基準信号を発生する基準信号発生回路とを備えた
   センサ回路において、上記基準信号発生回路からの基準
   信号を、抵抗器を介して上記センサ部の信号側に入力す
   るようにしたことを特徴とするセンサ回路。