JPH03134552A - 自己較正機能付検出装置 - 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信号に変換し、この値から物理量
を検出する検出装置に係り、特に自己較正機能と特性補
正を備えた検出装置に関する。　−〔従来の技術〕 従来の装置は例えば特開昭６１−３１９５２号公報に記
載のように校正動作中は計測動作を中止しオフラインで
校正動作を行う。検出装置に呪われる特性を分析するこ
とにより劣化診断を行う装置として特開昭６１−２１２
７５３号が挙げられるが、同様にオフラインで劣化だけ
診断するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術の較正はオフラインでの作業の自動化とい
う観点からなされている。また、オンラインでは鑑視を
行なって警報を出すというレベルで、検出装置の信頼性
を上げる提案がされている。

しかし、オンライン中の較正について配慮されてないた
め較正中は測定値の変動時間に比べて長い時間に亘り測
定できないという問題があった。

本発明はオンライン中に自己較正することを目的として
おり、その達成手段または方法を備えた検出装置を提供
することを目的とする。

本発明の他の目的は、これらの較正、補正を離間、遠隔
位置から広域、多数を対象に行い保守性。

安全性の高い検出装置システムを提供することである。

本発明のさらに他の目的は小形で生産性の高い自己較正
、補正機能付の検出装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するためには、測定値の変動周期に比べ
て十分短い時間に較正あるいは補正処理を実行する必要
がある。オンライン中、つまり測定動作中の較正あるい
は補正処理により測定中のデータに擾乱、誤差を与えて
はならないからである。電気信号の処理装置に関しては
近年のＬＳＩ技術の進歩により極めて高速の半導体ＩＣ
が製品化されている故、比較的変動が早い自動車などの
計測に用いる場合の数１０〜１００μｓには対応できる
６従って解決すべき問題は検出手段を駆動させる時間の
短縮化である。そこで本発明では検出手段に近接させて
これを刺激駆動する手段を設ける構成とした。近年進歩
しているシリコン等のマイクロマシニング技術を応用す
れば小形の例えば数１００μｍサイズのセンサ即ち検出
装置とアクチュエータ即ち刺激装置を一体化構成させる
ことも可能である。このような小形で一体化の構成によ
り検出装置に対する遅れなく較正信号としての刺激を与
えることができる。

上記他の目的を達成するために正確な較正信号を検出装
置に与え、その応答を正確に測定処理することが必要で
ある。このため−実施例としては高精度、高分解能なア
ナログ・デジタル変換器を含む信号処理回路を用いて較
正信号を与え検出装置固有の応答電気信号を処理すると
共に、マイクロプロセッサを用いて工夫された自己較正
のアルゴリズムを正確かつ迅速に実行することで実現で
きる。

上記他の目的を達成するため一実施例としては処置装置
に通信機能を持たせ、別に用意した通信機から遠隔離間
して自己較正と特性補正を指令しその結果を確認できる
ようにしたものである。

〔作用〕

本発明の検出装置は、検出手段に近接一体化させて刺激
手段を設け、これを通じて較正用信号を与える構成をと
っている故検出装置からの応答遅れが極めて少ない。併
せて高速信号処理回路を用いている故、自己較正をする
際の所要時間を測定値の変動時間に比べ短くすることが
できる。従って測定中において、自己較正を行っても検
出装置の出力に擾乱を与えることがなく、いわゆるオン
ライン較正が可能である。

処理手段に用意した較正、補正アルゴリズムにより検出
装置の初期特性と使用時の特性を比較し、常に補正する
ため初期性能を保持し信頼度を向上させることができる
。

〔実施例〕

第１図により一実施例としての基本構成を説明する。１
は検出手段、２はこれに近接一体化して設けた刺激手段
、３はその部組体、４は第２図に示すような構成であっ
て検出手段１．刺激手段２を励起するための電源電圧Ｅ
、を供給したり、刺激手段２へ与える較正用の信号を作
成したり、また検出手段１からの応答出力信号を増幅、
変換する、いわゆる信号調整機能とマイクロコンピュー
タ４４を用いたディジタルデータ処理により入出力間の
較正や特性補正機能を有する信号処理手段である。５は
これらを含んだ検出装置である。通常は、全体として検
出装置は圧カ、流量、加速度などの大刃物理量をあるビ
ット数のディジタル量に変換して出力する。７は通信器
で信号処理手段４との間で指令信号、出力信号を送受信
したり表示する機能を有する。

第２図は信号処理手段の具体的回路でメモリ４５を有す
るマイクロコンピュータ４４がらの指令によりマルチプ
レクサ４１１が動作して検出手段１の出力信号を増幅器
４１２ａおよびアナログディジタル変換器４２に取り込
みディジタル信号に変換する。この値を基に電源電圧Ｅ
Ｘ　を供給したり、刺激手段２へ増幅器４２１ｂを介し
て較正信号を加えたりする。これにより誤差が補正でき
る高精度の検出出力が得られる。

次に具体的例として静電容量式圧力センサを例としてス
パン校正原理を第３図〜第５図を用いて説明する。

容量式圧力センサは第３図のように、面積Ａの電極板１
ａと１ｂの中間に差圧ΔＰによって変位する電極板２を
挾んだ構造となっている。差圧が負荷されていないとき
の各極板間隔をＸｏとする。

またこれらの極板間は誘電率εの物質でｉＸＩたされて
いるとする。

差圧ΔＰが負荷されたとき、第４図のように中間電極は
ΔＸだけ変位する。変位量はΔＸはほぼ差圧に比例する
ため、ΔＸ＝ｋ・ΔＰとなる。ここで、にはコンプライ
アンス（バネ定数の逆数）である。

ｋが経時変化すると仮定し時間Ｔの関数としてｋ　（Ｔ
）と表わす。上記、中間極板２の変位により電極１ａと
電極２間の容量ＣＩ　と電極２と電極１ｂ間の容量Ｃｚ
の間に容量差ΔＣが生じる。

第５図のような回路構成とすることにより、差圧による
容量差ΔＣが次の式で検出できる。

二二でＥは励起電圧、ｅは検出される電圧、ΔＣはＣ２
−Ｃ１である。またこれを負荷された差圧ΔＰで表現す
ると、 となる。この式より、最大差圧へＰ　ｗａｘ　を負荷し
たときの検出電圧ｅ　ｗａｘすなわち出力スパンはもし
コンプライアンスｋが経時変化すると経時変化すること
が分かる。

中間電極の電圧Ｖを印加し静電力により変位ΔＸｖを生
じしめこの時の出力電圧ｅを測定しこれらの関係から上
記のスパン変化を校正する。

まず、第５図に示す較正電圧Ｖを（３）式のように選ぶ
。

Ｖ　＝　Ｅ　／　２　＋　ｖ　　　　　　　　　　・・
・（３）ただし、ｖ＜Ｅ／２とするとき、電圧Ｖによる
変位は第６図のΔＸのようになり、 ４式で与えられる。

このとき出力電圧ｅは ・・・（５） となるため、■を変化させることによりｋ（Ｔ）が分か
り、スパン校正が可能となる。

以下にその手法を示す。

校正電圧Ｖｌ、　Ｖｌ印加時の出力をｅｉ、ｅｚと定義
する。（５）式から圧力依存の項を除くため、Δｅ＝ａ
ｔ−ｅｘ Ｏａ を計算し、初期Ｔ＝ＯのときのΔｅとの比をとする。こ
のｄを用いて校正出力ｅは ｅ＝ｄ・ｅ のように計算できる。（ただしＶ＝Ｏである）第７図に
マイクロコンピュータにおける処理の流れ図を示す。第
７図（ａ）はメインルーチンであり通常の固定作業は経
路１を流れる。該経路では（５）式におけるＶ＝Ｏの時
の検出電圧ｅを測定し、較正係数ｄを乗じて較正電圧ｅ
を算出する。

該ｅが最終検出値である。ここで、較正係数ｄは路２で
算出される。マイコンプログラムには第７図（ｂ）に示
す較正測定サブルーチンが設けられており、較正用パル
ス電圧ｖｌおよびｖ２を印加してそれぞれの検出電圧ｅ
１およびｅｚをｉｌ＋９定し、これら検出電圧の差分値
Δｅを算出する。

較正には初期較正と任意較正の２系統がある。

初期較正は製品出荷時に実施され、経路３の実行によっ
て初期の差分値Δｅ−ｉｎｉｔを算出し記憶する。経路
２は任意時刻の較正時に実行され、現在の差分値Δｅ−
ｐｒｅｓｅｎｔを算出しΔｅ−ｉｎｉｔとの比である較
正係数ｄを算出し記憶更新する。

このように、検出電圧ｅに較正係数ｄを乗じた較正電圧
ｅにより感度ドリフトが補正された圧力を得ることがで
きる。

第８．第９図はシリコンのマイクロマシーニング技術を
用いた半導体加速度センサの代表的な２つの方式である
静電容量式及びピエゾ抵抗式の基本的な構造である。

加速度センサは、加速度が存在する場合、ある一定の質
量に作用する慣性力の測定から加速度を求めるものであ
る。第８図、第９図の加速度センサでは、５１の中部シ
リコン基板に異方性エツチングによって荷重５３と荷重
を支持するカンチレバー５４を形成する。加速度αが印
加されると荷重（質量ｍ）には慣性力Ｆ　１　＝　ｍα
　が働き変位しようとする。一方、カンチレバーにはば
ねとしての作用があり、荷重に変位方向とは逆方向の復
元力Ｆｚ＝ｋｘ（ｋ：ばね定数、ｘ：変位量）を与える
。そして荷重は２つの力がつり合う位置まで変位する。

この時の変位量Ｘは、Ｆｌ＝Ｆ２よりｘ　＝　ｍ　ｄ　
／　ｋ　　　　　　　　　　　・・・（１）となる。従
って、変位Ｘから加速度αを求めることができる。

第８図の静電容量式加速度センサでは、中部シリコン基
板の上、下に位置する上部基板５２ａ及び下部基板５２
ｂの荷重に対向した面に上部固定電極５５ａ、５５ｂを
形成し、固定電極と荷重（可動電極）との間の静電容量
から式（１）の変位Ｘを求め、加速度を測定する。

一方、第９図のピエゾ抵抗式では、カンチレバー上に不
純物拡散領域から成るゲージ部５８を形成する。加速度
によって荷重が変位するとカンチレバーが変形し、ピエ
ゾ抵抗効果によってゲージ部の電気抵抗が変化する。こ
のゲージ部の電気抵抗から変位さらに加速度を求めるも
のである。

荷重と固定電極間の静電容量又はゲージ部の電気抵抗か
ら信号処理回路によって、加速度に対応し−た出力信号
Ｖ（α）が得られる。多くの場合、出力と加速度αは直
線関係になるよう信号処理されることから、出力Ｖ（α
）を次式で表す。

■（α）＝ｐα＋９　　　　　　　　　・・・（２）今
、センサが何らかの原因で経時変化を起こすとする。加
速度と出力の直線関係が維持（近似的にでも良い）され
たまま変化するとすると、出力は時間の関数にもなり、 ■（αｅ　ｔ）＝ｐ（ｔ）α＋ｑ（ｔ）　　　　・・・
（３）となる。この時、加速度−出力−特性（３）のス
パンｐ（ｔ）および零点ｑ（ｔ）が正しくわかつていれ
ば、出力Ｖ（α＋　１）の測定から加速度αを正確に求
めることができる。

式（３）において、ｐ（ｔ）とｑ（ｔ）が未知である時
、これを求めるためには、何らかの方法で２つの異なっ
た加速度α１．α２を発生させ、それに対応した出力Ｖ
（α１ｔ　ｔ）　ｒ　ｖ　（α２．ｔ）を測定すれば良
いことがわかる。すなわち、 という２つの連立方程式からｐ（ｔ）、ｑ（ｔ）を求め
ることができる。

一方、加速度αは荷重の変位Ｘと式（１）によって与え
られる関係で対応している。従って、加速度αｌ、α２
を設定することは、それに対応した変位ＸＬ、Ｘ２を設
定することと等価となる。式（１）。

（４）から、 となる。ここで ｐ’　　（ｔ）＝ｋｐ（ｔ）／ｍ　　　　　　　　　・
・・（６）式（５）における定まった変位Ｘ１．Ｘｌは
比較的容易に実現することができる。すなわち、荷重を
アクチュエータによって強制的に変位させ、ある特定の
変位ＸＩ及びＸ２の所でセンサ出力Ｖ（ｘ、ｔ）の性質
が急に変化するように構成するか、それ以上変位しない
ようにすれば良い。

第１０図及び第１１図はその一例である。これらの実施
例では、荷重に加速度又は外力が働いてもある一定の値
以上変位しないようストッパ６０ａ、６０ｂが設けられ
ている。荷重がこれらのストッパに接触した時の変位量
ｘｌ、ｘ２があらかじめ既知であれば、この時のセンサ
の出力Ｖ（Ｘｌ。

ｔ）及びＶ　Ｃｘｚ、ｔ）を測定すると、式（５）。

（６）よりｐ（ｔＬ　ｑ（ｔ）を求めることができる。

荷重を任意の時に変位させ、ストッパに接触させるには
、静電容量式の場合、加速度に対応した静電容量を求め
るための上部固定ｍ　ｔ！ｌ！　５５　ａ又は下部固定
電極５５ｂと荷重との間に電圧を印加して両者の間に静
電気力を加える。ピエゾ抵抗式でも同様に上部固定電極
５５ａ及び下部固定電極５５ｂを形成し、荷重との間に
電圧を印加する。

以上のように、定期的に固定電極と荷重との間に電圧を
印加し、その出力から簡単な演算によって加速−出力特
性の経時変化を補正することができる効果がある。しか
も、この補正はセンサに加速度が印加されている状態で
も可能であるという特長がある。

以上の実施例では、荷重の変位量を測定し、これから加
速度を求めるというものであった。代表的な加速度セン
サにはこれら以外にサーボ式がある。この方式は、加速
度による荷重の変位量を計測し、この変位量信号をフィ
ードバックして信号に応じてセンサ内部で何らかの方法
によって荷重に逆向きの力を印加し、荷重を元の位置に
もどしてやるというもので、フィードバック量が加速度
の大きさに対応することから、このフィードバック量か
ら加速度を求める。この方式では、変位量は加速度によ
らず常にほぼ一定である。

変位量の計測には、上の実施例と同様静電容量やピエゾ
抵抗がよく用いられる。また、フィードバック量に応じ
て荷重に力を加えるのには、静電気力や磁気力よくか用
いられる。

サーボ式のセンサでも最終的な出力信号と加速度の関係
は式（２）で表わされる場合が多い。ここで、荷重にサ
ーボ系のフィードバック量に応じた力以外に第２の力Ｆ
を加えたとする。この時のセンサ出力は次式で表わされ
る。

■（α＋　Ｆ　）、＝　ｐ　（α＋Ｆ／ｍ）＋ｑ　　　
　　・・・（７）ある定まった２種類の大きさの第２の
力Ｆｌ。

Ｆ２を加えた場合は、 ■（α、Ｆ２）：　Ｐ　（（！　＋　Ｆ２／ｍ）＋　ｑ
上式から下式を引くと、 Ｖ（ａ、Ｆｒ）−Ｖ（ａ、Ｆｚ）＝ｐ（Ｆｔ−Ｆｚ）／
ｍ・・・（９） Ｖ（α＋　Ｆｘ）、Ｖ（ａ＋　Ｆ２）、Ｆｌｌ　Ｆｉｌ
　ｍが既知であればｐを求めることができる。

また、力Ｆを加えたまま（Ｆｚ０でもよい）モータなど
のアクチュエータでセンサ素子の上下を逆転してやると
、センサに対して印加される加速度及び第２の力は逆向
きになるので出力は次式のようになる。

Ｖ（−ａ、　−Ｆ）＝ｐ（−ａ−Ｆ／ｍ）＋ｑ　　　−
・−ｎｏ）式（７）と（１０）を加えると Ｖ（α、　Ｆ）＋Ｖ（−ａ　、　−Ｆ）＝　２　ｑ　　
　　−（１１）ｑは式（１１）より求めることができる
。

具体的なセンサ素子構造の一例を第１２．第１３図に示
す。第１２図では静電容量で、また第１３図ではピエゾ
抵抗素子で荷重の変位量を測定する。また両者ともサー
ボ系を形成するためのフィードバック量に応じた荷重へ
の力の印加及び第２の力の印加は静電気力で行う。６１
ａ、６１ｂは変位に応じた静電容量検出用電極、６２ａ
。

６２ｂはサーボ用静電気力印加電極、６３ａ。

６３ｂは荷重に第２の力を加えるための静電気力印加電
極である。これらの電極は適当なサーボ系及び静電気力
印加用の回路構成をとればお互いに兼用することができ
る。

サーボ式においては、荷重の変位は常にほぼ一定である
ことから、静電気力印加電極６３ａ。

６３ｂと荷重の間の間隙の大きさは一定であるので、式
（８）における一定の力Ｆｌ及びＦｚは静電気力印加電
極に加える電圧を変えるだけで与えられる。電極面積２
間隙の大きさ、印加電圧がわかっていれば、ＦＡ、Ｆ２
の大きさは計算できる。

以上の実施例によれば、サーボ式加速度センサの加速度
−出力特性の経時変化を補正できる効果がある。

本発明による自己診断機能付センサの概念を自動車用空
燃比センサへ適用した場合の例を以下に述べる。空気過
剰率λと排ガス成分濃度及び起電力の関係を第１４図に
示す。良く知られているように、リーン領域（λ〉１）
では残存酸素濃度が。

リッチ領域（λく１）では−酸化発素や水素などの未燃
ガス濃度が空気過剰率λに対応して増加する。自動車の
排ガス規制へ対応するために、これまで理論空燃比（λ
＝１）で階段状の出力特性を示す起電力ｅ、を利用した
０２センサがエンジン制御用のキイセンサとして実用さ
れている。しかし、リッチ領域での高出力化、理論空燃
比での排ガス浄化性及びリーン領域での経済性を両立さ
せるためには、理論空燃比のみしか検出できない０２セ
ンサでは対応できない。それ故、エンジンの最適な燃焼
制御を達成するために、リッチ領域からリーン領域に渡
る広い範囲の空気過剰率λを連続的に、しかも高精度に
検出できる空燃比センサの実現が強く望まれている。こ
の目的のために、ガス拡散膜における前述の各種ガス成
分の拡散律速現象とジルコニア固体電解質の酸素ポンプ
現象を利用した方式の空燃比センサが知られている。

良く知られたこの方式の空燃比センサのＶ−Ｉ時性の一
例を第１５図に示す。この図は検出部に印加した励起電
圧Ｅと検出部を流れるポンプ電流Ｉ、の関係を示したも
のである。図に示すように。

ポンプ電流工、はある範囲の励起電圧に渡って一定値を
示す。これは、ガス拡散膜における拡散抵抗Ｒと空気過
剰率λによって決まる値であり、限界電流値と呼ばれて
いる。この限界電流値Ｉｐの大きさから、空気過剰率λ
を測定するものである５拡散抵抗Ｒはガス旅散膜へのゴ
ミの付着やガス拡散膜自体のマイクロクラックによって
変化し、これに応じて限界電流値■、も変る。前者の場
合は、拡散抵抗が大きくなる故、限界？！！流値は減少
する。これに対して、後者の場合は拡散抵抗が小さくな
って、限界電流値は増加する。いずれの場合も、空気過
剰率λの高精度な検出はできなくなる。

空気過剰率先に対応した限界電流値を出力電圧Ｖｏに変
換した特性を第１６図に示す。図中へ、空燃比センサの
初期特性を実線で示した。ガス拡散孔部の拡散抵抗Ｒが
経時変化によって大きくなった場合の出力特性を一点鎖
線で、拡散抵抗■くが小さくなった場合の出力特性を二
点鎖線で示した。

図に示すように、空燃比センサの零点、即ち理論空燃比
点（λ＝１）における出力電圧は変化しない。これは、
第１５図に示すように、理論空燃比点における限界電流
値が零であるからである。リッチ領域（λく１）あるい
はリーン領域（λ〉１）における出力電圧が変化するの
み、即ち空燃比センサの感度が変化するのみである。

次に、本発明による較正用の電気信号を加えたときのセ
ンサ固有の変量の変化分を測定し、この電気信号と変量
の変化分に基づき、感度の経時変化を補正した自己診断
機能付空燃比センサを第１７図により説明する。

図において、空燃比センサの検出部はジルコニア固体電
解質１００．多孔質電極１０１，１０２及びガス拡散膜
１０３よりなる。ジルコニア固体電解質１００は袋管形
状よりなり、その内面に多孔質電極１０１．外面に多孔
質電極１０２とガス拡散膜１０３が形成される。ジルコ
ニア固体電解質１００を隔壁として、前者は大気雰囲気
へ、後者は排ガス雰囲気中へさらされる。

検出手段はスイッチ１０４．限界電流値■、測定部１０
５よりなり、刺激手段は定電流Ｉｐ”供給部１０６より
なる。処理手段１０７は、自己較正機能を有し、望しく
けマイクロ・コンピュータで構成される。スイッチ１０
４は接点１０８，１０９及び１１０よりなり、接点１０
８が接点１０９と接続されたときは定電流ＩＰ傘供給部
１０６が動作し、接点１０８が接点１１０と接続された
ときは限界電流値ＩＰ測定部１０５が動作することを模
式的に示している。なお、接点１０８が接点１０９と１
１０のいずれにも接続されていないときは、限界電流値
Ｉｐ測定部１０５．定電流■Ｐ＊供給部１０６の両方と
も動作しない。

排ガス雰囲気中のガス濃度は空気過剰率λによって変り
、残存酸素や一酸化炭素などの未燃ガス成分の濃度に応
じた限界電流値工、は接点１０８と１１０が閉じている
とき、限界電流値Ｉｐ測定部１０５によって計測される
。空燃比センサの出力特性は所定時間毎（例えば、約１
ケ月毎）に自己診断される。即ち、ある所定の空気過剰
率λ（望しくは、理論空燃比点λ＝１）の状態が長く続
いているとき、自己診断機能部１０７はスイッチ１０４
を制御して接点１０８と１０９を接続し、定電流Ｉｐ”
供給部１０６を駆動する。定ｔｄ流Ｉｐ”供給部１０６
は検出部へ較正用の電気信号ｒｐ’＆強制的に供給して
、大気雰囲気側の多孔質電極１０１部よりジルコニア固
体電解質１００を介して排ガス雰囲気側の多孔質電極１
０２部ノ＼定電流Ｉｐ”に応じた一定量の酸素を送り込
むことができる。

この酸素は多孔質電極１０２部よりガス拡散膜１０３を
介して排ガス雰囲気中へ放出されろ。酸素の放出速度は
ガス拡散膜１０３の拡散抵抗Ｒによって決まる故、多孔
質電極１０２部とガス拡１￥ｌ膜１０３部界面の酸素濃
度の変化を計測することによって、空燃比センサの感度
の経時変化を診断することが可能になる。ガス拡散膜１
０３部の拡散抵抗Ｒが大きいときは酸素の放出速度は遅
く、拡散抵抗が小さいときは早くなる。

前に述べたように、酸素の放出速度が初期値より遅くな
ったときは空燃比センサの感度が低下。

逆に早くなったときは感度が増加した証拠である。

定電流ＩＰ傘供給部１０６を動作させた直後に、自己診
断機能部１０７の指令によって限界電流値Ｉｐ測定部１
０５を間欠的に駆動し、酸素の放出速度の経時的な変化
（即ち、拡散抵抗Ｒの経時的な変化）が推定される。拡
散抵抗Ｒの経時的な変化が分れば、空燃比センサの感度
を自己診断機能部１０７部で補正し、空気過剰率λに対
応した正確な出力電圧Ｖ。ｕｔを取り出すことができる
。

拡散抵抗Ｒの経時的な変化の診断方法を第１８図により
詳細に説明する。図において、（、）は限界電流値ＩＰ
ａ′ｌＩＩ定部１０５の出力特性、（ｂ）は限界電流値
■、測定部１０５の動作状態、（Ｃ）は定電流ＩＰ傘供
給部１０６の動作状態、（ｄ）は接点１０８の完全なオ
ープン状態を示したものである。

（ａ）に示すように、空気過剰率λは自動車の運転状態
に対応した適当な空燃比へ、λ′→λ＝１→λ′のよう
に制御される。理論空燃比（λ＝１）での運転状態があ
る期間経過した後、スイッチ１０４内の接点１０８を接
点１１０から１０９へ切換えて一定の時間（ｔＯ）だけ
定電流ＩＰ孝供給部１０６を駆動し、多孔質電極１０１
部より１０２部へ強制的に一定量の酸素を供給する。次
に、限界電流値ＩＰ２１１！ｌ定部１０５を間欠的に駆
動し、検出部でのＩＰ変化を検出する。検出される電流
値Ｉｐは（ａ）中へ一点鎖線で示す如く次第に減少し、
所定のＩｐ値（即ち、　　Ｉｐｃ）へ下るまでに時間τ
を要する。このようなＩｐ値の減少は、多孔質電極１０
２部とガス拡散膜１０３部との界面における酸素が排ガ
ス雰囲気中へ放出され、この界面の酸素濃度が次第に減
少するからである。

ガス拡散膜１０３部の拡散抵抗Ｒが小さくなったとき、
前記の時間τは初期値τ０より小さくなる。逆に、拡散
抵抗が大きくなったときは初期値τ０より大きくなる。

従って、空燃比センサの感度は前者の場合に小さくなる
ように、後者の場合は逆に大きくなるように自己診断機
能部１０７で補正される。この結果、高い精度の出力電
圧Ｖ　ｏ　ｕ　ｔを常に取り出すことができる。

このように、較正用の電気信号（Ｉ　、傘）を加えたと
きの空燃比センサ固有の変量（ＩＰ）の変化分を測定し
、この変化分の値に基づき感度の経時的な変化を診断し
て、補正することが可能になった。

〔発明の効果〕

本発明によれば測定動作と共に較正動作も行なえ、連続
的により正確な検出出力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の基本構成を示す図。 第２図は信号処理手段を示す回路図、第３図〜第６図は
静電容量式圧力センサの動作説明図、第７図（ａ）と第
７項（ｂ）はマイクロコンピュータにおける処理フロー
図、第８図〜第１１図は半導体加速度センサの動作説明
図、第１２図と第１３図に加速度センサの他の実施例を
示す図、第１４図は空燃比センサの空気過剰率に対する
特性図、第１５図は空燃比センサの電圧−電流特性図、
第１６図は空燃比センサの出力特性図、第１７図は自己
診断機能付センサの構造図、第１８図は自己診断動作の
説明図である。 １・・・検出手段、２・・・刺激手段、４・・・信号処
理手段、７・・・通信機、４４・・・マイクロコンピュ
ータ。 第１図 第 ２ 図 第 図 ３ 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 ５９・・配線 第１０ 図 ６０ａ　　　ストッパ ６０ｂ・−・ストッパ 第１１ 図 第１２図 第１３図 第 １４図 空気過剰率λ 第１６ 図 空気過剰率 λ 第１５ 図 ０．５ 励起電圧 （ｖ） 第１７図 ”６＋＋１ １．０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、物理量を電気量として検出する装置であつて、検出
   手段とこれを刺激する手段及び信号処理手段を有し、該
   処理手段から発し、前記刺激手段を通じて較正用信号を
   前記検出手段に与え、検出手段固有の応答を測定し、そ
   の変化分に基づいて自己較正と特性補正を行う機能を備
   えたことを特徴とする検出装置。 ２、物理量を電気量として検出する装置のデータ処理方
   法であつて、処理手段から発し、刺激手段を通じて較正
   用信号を検出手段に与え、検出手段固有の応答信号を測
   定し自己較正処理を行い、予め測定した初期特性と比較
   しその変化分に基づいて特性補正処理を行うことを特徴
   とするデータ処理方法。 ３、通信機からの指令を受け、第２項記載の自己較正及
   び特性補正を行うことを特徴とする検出装置システム。 ４、第２項記載の検出装置であつて、自己較正及び特性
   補正結果を処理装置または通信機に設けた表示手段に表
   示し、要すれば記憶手段に記憶することを特徴とする検
   出装置システム。 ５、第１項記載の検出装置であつて、検出手段、刺激手
   段及び処理手段がシリコン基板に形成されたことを特徴
   とする検出装置。 ６、第２、３項記載の検出装置システムであつて、通信
   機は識別コードを有する複数の検出装置と通信すること
   を特徴とする検出装置システム。 ７、第２、３項記載の検出システムであつて通信信号は
   、電磁波または超音波の断続により構成され通信機が搬
   送自在であることを特徴とする検出装置システム。 ８、第５項記載の検出装置であつて、検出手段と刺激手
   段がシリコン単結晶基板に形成され、基板上に形成した
   酸化膜または窒化膜をマスクとして異方性エッチング加
   工により製造したことを特徴とする検出装置。 ９、第１項記載の検出装置であつて、検出装置、刺激装
   置が朋珪酸ガラスを介して静電接合されたことを特徴と
   する検出装置。 １０、第１項記載の検出装置であつて、検出手段がピエ
   ゾ抵抗素子を形成した起歪体からなり、刺激手段として
   該起歪体の中央部に形成した静電容量を介して較正電圧
   信号を印加し、前記ピエゾ抵抗素子の抵抗を測定しこの
   変化に基づいて感度の較正を行うことを特徴とする検出
   装置。 １１、第１項記載の検出装置であつて、検出手段が支持
   された可動電極と固定電極とからなる可変静電容量であ
   り、刺激手段として前記可動電極ともう一つの固定電極
   とで形成した静電容量を介して較正電圧信号を印加し前
   記可変静電容量の容量を測定しこの変化に基づいて感度
   の較正を行うことを特徴とする検出装置。 １２、第１項の検出装置であつて、検出手段が固体電解
   質を挟んで両側に形成された電極、ガス拡散膜及び限界
   電流測定部からなり、刺激手段として定電流供給部を設
   け、これにより較正電流信号を印加し、前記限界電流の
   減衰時間を測定してこの変化に基づいて感度の較正を行
   うことを特徴とする検出装置。