电荷变化型传感器的输出电路制造技术

本发明专利技术提供一种电荷变化型传感器的输出电路。该电荷变化型传感器的输出电路包括：运算放大器(24)，该运算放大器(24)具有经由传感器电缆与电荷变化型传感器的输出相连的反相输入(-)、与基准电位(Vin)相连的非反相输入(+)、经由第一电阻(R1)与反相输入(-)相连的输出；连接在电荷变化型传感器的输出与接地之间的第二电阻(R2)，运算放大器(24)输出按照电荷变化型传感器所保有的电荷量(ΔQ)而变化的检测信号(Vout)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电荷变化型传感器的输出电路，更具体地，涉及将电荷变化型传感器的电流输出转换成电压输出并将其输出的输出电路。
技术介绍
以往，作为压电元件等电荷变化型传感器的输出电路，有将传感器的电荷量储蓄在电容器中并获得其输出电压的电荷-电压转换电路(电荷放大器型电路)和将传感器的电荷量作为经由电阻流动的电流并根据该电流获得输出电压的电流-电压转换电路。专利文献1公开了一种电荷变化型传感器的信号处理装置。该信号处理装置中， 在电荷-电压转换电路(电荷放大器型电路)中检测电荷变化型传感器的异常。专利文献1 日本特开2007-51930号公报在现有的电荷-电压转换电路(电荷放大器型电路)中，由于传感器电缆的绝缘电阻以及运算放大器的输入阻抗实际上是有限的，因此，电荷变化型传感器所产生的电荷的一部分通过传感器电缆的绝缘电阻或运算放大器的输入端子而漏掉。其结果是，测量误差(灵敏度降低、零点漂移)，特别是低频或长时间测量下的测量误差变大。在利用专利文献1记载的电荷-电压转换电路(电荷放大器型电路)的信号处理装置中，无法避免或降低这一测量误差的问题。这一点，现有的电流-电压转换电路能够降低该绝缘电阻和输入阻抗导致的测量误差(灵敏度降低)。但是，现有的电流-电压转换电路，即使电荷变化型传感器或传感器电缆电路发生故障(断线、短路)，当没有产生电荷时，也无法检测该故障。在希望在测量电荷之前确认故障的情况下，需要另外准备对该电路不造成影响的故障检测电路。而且，现有的任一方式的转换电路，都没有考虑到对电荷变化型传感器的温度进行测量并将其利用于测量数据的温度补偿。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于，在电荷变化型传感器的输出电路中，降低基于绝缘电阻及输入阻抗的测量误差(灵敏度降低)。而且，本专利技术的目的在于，在电荷变化型传感器的输出电路中，即使在开始实际的测量之前，也能够检测电荷变化型传感器或传感器电缆电路的故障(断线、短路)。而且，本专利技术的目的在于，在电荷变化型传感器的输出电路中，能够测量电荷变化型传感器的温度，并将其利用于测量数据的温度补偿。本专利技术提供一种电荷变化型传感器的输出电路，该电荷变化型传感器的输出电路包括运算放大器，该运算放大器具有经由传感器电缆与电荷变化型传感器的输出相连的反相输入、与基准电位相连的非反相输入、经由第一电阻与所述反相输入相连的输出；连接在电荷变化型传感器的输出与接地之间的第二电阻，运算放大器输出按照电荷变化型传感器所保有的电荷量而变化的检测信号输出。根据本专利技术，在电荷变化型传感器的输出电路中，能够降低基于绝缘电阻及输入阻抗的测量误差(灵敏度降低)。根据本专利技术的一个方式，当所述电荷变化型传感器或所述传感器电缆发生断线或短路时，运算放大器分别输出规定的偏置信号。根据本专利技术的一个方式，在开始实际的测量之前，也能够检测电荷变化型传感器或传感器电缆电路的故障(断线、短路)。根据本专利技术的一个方式，基准电位是大于OV的规定电位，运算放大器的偏置信号按照电荷变化型传感器或传感器电缆的断线或短路相应地成为规定电位或运算放大器的饱和输出电位。根据本专利技术的一个方式，能够根据电荷变化型传感器的输出电路的输出(运算放大器的偏置信号)甄别并检测出电荷变化型传感器或传感器电缆的断线或短路的任一情况。根据本专利技术的一个方式，进一步具有判断电路，该判断电路与运算放大器的输出相连，判断电荷变化型传感器或传感器电缆有无断线或短路，该判断电路具有低通滤波器，其接受运算放大器的输出并输出检测信号；平滑电路，其接受运算放大器的输出并输出偏置信号。根据本专利技术的一个方式，电荷变化型传感器的输出电路所具有的判断电路，能够对电荷变化型传感器的检测信号和表示电荷变化型传感器或传感器电缆的断线或短路的偏置信号进行有区别地输出，因此，在取得电荷变化型传感器的检测信号之前和取得中的任一过程中，都能够依次迅速掌握电荷变化型传感器或传感器电缆的故障的有无。根据本专利技术的一个方式，第二电阻由测温电阻体构成，根据偏置信号检测电荷变化型传感器附近的温度。根据本专利技术的一个方式，在电荷变化型传感器的输出电路中，能够测量电荷变化型传感器的温度并将其利用于测量数据的温度补偿。根据本专利技术的一个方式，判断电路具有将运算放大器的反相输入和输出作为输入的差动放大器，低通滤波器和平滑电路与该差动放大器的输出相连。附图说明图1是表示依据本专利技术的一个实施例的电荷变化型传感器的输出电路的构成的图。图2是表示现有的电荷变化型传感器的电流-电压转换电路的构成例的图。图3是表示图2的时间积分器的输出例的图。图4是表示依据本专利技术的其他实施例的电荷变化型传感器的输出电路的构成的图。图5是表示电荷变化型传感器的输出电路的输出的图。图6是表示电荷变化型传感器的输出电路的输出的图。具体实施例方式参照附图对本专利技术的实施方式进行说明。其中，为了进行比较，根据需要同时参照表示现有技术的图进行说明。另外，在以下说明中，作为任一电荷变化型传感器，表示了使用传感器电缆的压电传感器的情况，但本专利技术并非只能适用于压电传感器，也能够适用于利用电极基板间的静电电容的变化的静电电容式和利用摩擦力所产生的静电量的摩擦电方式等的任意的电荷变化型的传感器。图1是表示依据本专利技术的一个实施例的电荷变化型传感器的输出电路的构成的图。图2是为进行比较而表示的、表示现有的电荷变化型传感器的电流-电压转换电路的构成例的图。首先对图2的现有的电荷变化型传感器的电流-电压转换电路进行说明。图2中，区域10是压电传感器的等效电路，包含传感器内部的静电电容Cl。AQ 代表由压电传感器产生的电荷量。区域11是压电传感器的传感器电缆的等效电路，包含绝缘电阻r和静电电容C2。区域12是电流-电压转换电路，包含运算放大器14。运算放大器14的非反相输入(+)连接在压电传感器的传感器电缆上并经由电阻R3接地，反相输入 (-)和输出Vout由反馈线15连接。运算放大器14的输出Vout被输入到时间积分器13。 在希望获得与电荷△ Q成比例的测量数据的情况下，时间积分器13是用于对输出Vout进行时间积分的电路。图2的电路是将基于压电传感器所产生的电荷AQ的电流Ie( = d(AQ)/dt)流过电阻R3时产生的电压Vout输出的电路。希望测量的现象是当与截止频率fc = 1/ (2 π (C1+C2)R3)相比频率足够低、且传感器电缆的绝缘电阻r以及运算放大器的输入阻抗为无限大时，与压电传感器以及传感器电缆的静电电容Cl、C2无关地，通过下式能够获得与基于电荷AQ的电流Ik成比例的电压Vout。而且从时间积分器13能够获得对Vout进行了时间积分的测量数据。Vout = IkX R3(1)在图2的现有的电流-电压转换电路中，在截止频率fc的前后，输出特性发生变化。即，希望测量的现象是当比截止频率fc低的频率时，能够得到与基于(1)式的电流Ik 成比例的电压Vout，但当其是比截止频率fc高的频率时，能够得到与电荷Δ Q成比例的电压 Vout0另外，在图2的现有的电流-电压转换电路中，即使压电传感器或传感器电缆发生故障(断线、短路)，当没有产生电荷AQ时，输出Vout保持为O不变，无法检测该故障。另外，断线指的是向电流-电压转换电路的输入变成断开的状态，短路指的是本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电荷变化型传感器的输出电路，其特征在于，包括：运算放大器，该运算放大器具有经由传感器电缆与电荷变化型传感器的输出相连的反相输入、与基准电位相连的非反相输入、经由第一电阻与所述反相输入相连的输出；连接在所述电荷变化型传感器的输出与接地之间的第二电阻，所述运算放大器输出按照所述电荷变化型传感器所保有的电荷量而变化的检测信号。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：江口能正，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP