(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号源から入力抵抗素子を介して演算増幅器の反転入力に入力される、オフセット電圧と前記信号源のばらつきによるばらつき電圧とを含む入力信号を、非反転入力に印加されている演算基準電圧を基準にして増幅するに当たって、無信号時の前記入力信号が前記反転入力に入力されたとき、前記反転入力にフィードバック抵抗素子を介して接続されている前記演算増幅器の出力に前記演算基準電圧に等しい電圧が出力されるようにオフセット調整及びばらつき調整するインターフェースであって、
前記演算基準電圧の倍の大きさの第１基準電圧を発生し出力する第１基準電圧発生手段と、
前記第１基準電圧発生手段の出力と前記反転入力との間に接続された第１の固定抵抗素子と、
前記第１基準電圧発生手段とＧＮＤとの間に接続され、抵抗値の調整によって前記第１基準電圧とＧＮＤ電圧の間で変化する電圧を出力する可変抵抗素子と、
前記可変抵抗素子の出力と前記反転入力との間に接続された第２の固定抵抗素子とを備え、
前記第１の固定抵抗素子が、前記オフセット電圧と前記演算基準電圧との差電圧によって前記反転入力から前記入力抵抗素子を介して前記信号源に流れるオフセット電流に等しい大きさの電流を、前記第１基準電圧と前記演算基準電圧との差電圧に相当する電圧により、前記第１の基準電圧発生手段から前記反転入力に流す値を有し、
前記第２の固定抵抗素子が、前記オフセット電圧に重畳した最大のばらつき電圧と前記演算基準電圧との差電圧によって前記反転入力から前記入力抵抗素子を介して前記信号源に前記オフセット電流に重畳して流れる最大のばらつき電流に等しい大きさの電流を、前記可変抵抗素子が出力している前記第１基準電圧に相当する大きさの電圧と前記演算基準電圧との差電圧に相当する電圧により、前記第１基準電圧発生手段から前記反転入力に流す値を有し、
前記可変抵抗素子は、その抵抗値の調整によって、前記信号源から無信号時の入力信号が入力されている状態で、前記演算増幅器の出力が前記演算基準電圧となるように、前記第２の固定抵抗素子を介して流す電流の大きさと方向を調整する
ことを特徴とするインターフェース。
【請求項２】
演算増幅器を有し、該演算増幅器の反転入力に信号源から入力抵抗素子を介して入力される、オフセット電圧と前記信号源のばらつきによるばらつき電圧とを含む入力信号を、非反転入力に印加されている演算基準電圧を基準にして増幅する増幅回路であって、
無信号時の前記入力信号が前記反転入力に入力されたとき、前記反転入力にフィードバック抵抗素子を介して接続されている前記演算増幅器の出力に前記演算基準電圧に等しい電圧が出力されるように調整する請求項１記載の入力インタフェース
を備えることを特徴とする増幅回路。
【請求項３】
定電流源に接続されガス濃度に応じて電圧が変化するガス濃度信号を出力するガスセンサと、
該ガスセンサが出力するガス濃度信号に応じた信号を前記入力信号として入力して増幅する請求項２記載の増幅回路と、
該増幅回路の出力信号を受けてガス濃度の検知を行う演算手段と
を備えることを特徴とするガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インタフェースに関し、特に、入力信号にオフセット電圧を加算して入力信号のレベルシフトを行う入力インタフェースに関する。
【０００１】
また本発明は、増幅回路に関し、特に、入力信号を所定倍率で信号増幅する増幅手段を有する増幅回路に関する。
【０００２】
また本発明は、ガス装置に関し、特に、ガスセンサの出力信号を所定レベルの出力信号に変換するガス検出装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
図３は、従来の入力インタフェース及び増幅回路及びガス検出装置を説明するための回路図である。
【０００４】
従来この種の入力インタフェース、増幅回路及びガス検出装置としては、例えば、図３に示すようなものがある。
【０００５】
演算増幅器３の非反転入力端子に接続されている演算基準電位生成回路４が生成する演算基準電位ｖ４から大きく離れた被演算信号ｖ１を反転入力端子に入力して信号増幅する場合、図３に示すように、演算増幅器３における信号増幅後の演算増幅器３からの出力電圧が演算増幅器３の出力応動範囲（ダイナミックレンジ）内に収まるように被演算信号ｖ１を所定オフセット電位分だけシフトさせてオフセット電圧を吸収させるオフセット調整を被演算信号ｖ１に対して行った後、この被演算信号ｖ１を演算増幅器３に入力して信号増幅する回路構成が用いられていた。
【０００６】
更に、被演算信号ｖ１の基準信号電圧からのばらつきが前述のオフセット電圧と同時に存在する場合、図３に示すように、前述のオフセット調整と被演算信号ｖ１の基準信号電圧からのばらつきの調整の両方を単一のボリュームＶＲを共通に用いて調整する回路構成が用いられていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の入力インタフェース、増幅回路及びガス検出装置では、ボリュームＶＲを用いて調整しなければならない電圧範囲が大きくなってしまい、ボリュームＶＲの単位回転角当たりの調整電圧分解能が大きくなってしまい、その結果、前述のオフセット調整における分解能低下を引き起こしてしまうという問題点があった。
【０００８】
例えば、演算基準電位v4＝１．２Ｖ、オフセット電圧±ばらつき電圧以外の信号成分を含まない無信号時の入力信号である被演算信号ｖ1＝０．６±０．０６Ｖ（オフセット電圧±信号源１のばらつきによるばらつき電圧）、抵抗素子ｒ1＝１０ｋΩとすると、抵抗素子ｒ1(＝１０ｋΩ）には、オフセットとばらつきに起因して、オフセット電流成分ｉ1＝６０μＡ（＝（演算基準電位v4−被演算信号ｖ1）／ｒ1＝（１．２−０．６）／１０ｋΩ）と、ばらつき電流成分ｉ2＝６μＡ（＝０．０６／ｒ1）とを合算した電流iが流れている。そこで、この電流に相当する大きさの電流を、電圧源２の発生する電圧ｖ２（＝２．４Ｖ）をボリュームＶRにより調整し抵抗ｒ２を介して流すようにすると、抵抗ｒ１を通じて流れる電流の全てが抵抗２を介して供給されるようになる。このことによって、抵抗ｒ３を通じて流れる電流が無くなるので、演算増幅器３の出力に、反転入力の演算基準電圧に等しい電圧１．２ｖが出現されるようになる。要するに、ボリュームＶRにより、オフセットとバラツキの両調整が同時に行われていた。
【０００９】
このとき、ボリュームＶRの全回転角＝２６０度とし、半分の回転数（＝１３０度）で前述のばらつき調整やオフセット調整の両方を行うと仮定すると、ボリュームＶRの回転角当たりの分解能＝０．５μＡ（＝６６μＡ／１３０度）となる。これは、信号源１のばらつきに対する補正電流幅６μＡの８．３％に相当し、調整をする上では十分とはいいがたい場合があるという問題点があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題点を解決することを課題としており、第１に、ばらつき調整時における調整用可変抵抗素子の単位回転角当たりの調整電圧幅を小さくして調整分解能の向上を図り、同時に、簡便化か色校正のばらつき調整用可変抵抗素子を用いて被演算信号のばらつき調整時の調整精度の向上を図ることを課題としている。
【００１１】
第２に、入力信号を所定倍率で信号増幅するに当たって、入力信号のばらつき調整時における調整用可変抵抗素子の単位回転角当たりの調整電圧幅を小さくして調整分解能の向上を図り、同時に、簡便化か色校正のばらつき調整用可変抵抗素子を用いて被演算信号のばらつき調整時の調整精度の向上を図ることを課題としている。
【００１２】
第３に、ガス濃度信号を入力信号として入力し、入力したガス濃度信号によりガス濃度を検出するため入力信号を所定倍率で信号増幅するに当たって、入力信号のばらつき調整時における調整用可変抵抗素子の単位回転角当たりの調整電圧幅を小さくして調整分解能の向上を図り、同時に、簡便化か色校正のばらつき調整用可変抵抗素子を用いて被演算信号のばらつき調整時の調整精度の向上を図ることを課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、信号源２１から入力抵抗素子Ｒ１を介して演算増幅器２３の反転入力に入力される、オフセット電圧と前記信号源のばらつきによるばらつき電圧とを含む入力信号を、非反転入力に印加されている演算基準電圧Ｖ22を基準にして増幅するに当たって、無信号時の前記入力信号が前記反転入力に入力されたとき、前記反転入力にフィードバック抵抗素子Ｒ４を介して接続されている前記演算増幅器の出力に前記演算基準電圧に等しい電圧が出力されるようにオフセット調整及びばらつき調整するインターフェース１０であって、
前記演算基準電圧の倍の大きさの第１基準電圧を発生し出力する第１基準電圧発生手段１２と、
前記第１基準電圧発生手段の出力と前記反転入力との間に接続された第１の固定抵抗素子Ｒ2と、
前記第１基準電圧発生手段とＧＮＤとの間に接続され、抵抗値の調整によって前記第１基準電圧とＧＮＤ電圧の間で変化する電圧を出力する可変抵抗素子ＶRと、
前記可変抵抗素子の出力と前記反転入力との間に接続された第２の固定抵抗素子Ｒ3とを備え、
前記第１の固定抵抗素子が、前記オフセット電圧と前記演算基準電圧との差電圧によって前記反転入力から前記入力抵抗素子を介して前記信号源に流れるオフセット電流Ｉ1に等しい大きさの電流を、前記第１基準電圧と前記演算基準電圧との差電圧に相当する電圧により、前記第１の基準電圧発生手段から前記反転入力に流す値を有し、
前記第２の固定抵抗が、前記オフセット電圧に重畳した最大のばらつき電圧と前記演算基準電圧との差電圧によって前記反転入力から前記入力抵抗素子を介して前記信号源に前記オフセット電流に重畳して流れる最大のばらつき電流Ｉ2に等しい大きさの電流を、前記可変抵抗素子が出力している前記第１基準電圧に相当する大きさの電圧と前記演算基準電圧との差電圧に相当する電圧により、前記第１基準電圧発生手段から前記反転入力に流す値を有し、
前記可変抵抗素子は、その抵抗値の調整によって、前記信号源から無信号時の入力信号が前記反転入力に入力されている状態で、前記演算増幅器の出力が前記演算基準電圧となるように、前記第２の固定抵抗を介して流す電流の大きさと方向を調整するように構成されている。
【００１４】
請求項１に記載の発明に依れば、無信号時の入力信号が演算増幅器の反転入力に入力されているときに、第１の固定抵抗素子Ｒ2を介してオフセット電流に相当する電流を流すようにその値を設定するとともに、第２の固定抵抗素子Ｒ3を介して流している最大のばらつき電流に相当する電流を流すようにその値を設定し、しかも可変抵抗素子ＶRを実際のばらつき電流の大きさに応じて可変して演算増幅器の出力が演算基準電圧となるように調整しているので、オフセット電圧とばらつき電圧とを含む入力信号が非反転入力に印加されても、オフセット電流及びばらつき電流による電流がフィードバック抵抗素子Ｒ４を通じて流れることがなくなり、演算増幅器の出力に演算基準電圧を基準にして増幅したに等しい電圧が出力されるようにオフセット調整及びばらつき調整が行われる。
したがって、ばらつき調整時におけるばらつき調整素子としての可変抵抗素子ＶRは、最大のばらつき電流に対応する電流を実際のばらつき電流の大きさに応じて減少させる調整のためにのみ使用されるようになり、その単位回転角当たりの調整電圧幅を小さくして調整分解能の向上を図ることができるようになる。更に同時に、簡便な回路構成のばらつき調整素子ＶRを用いて入力信号のばらつき調整時の調整精度の向上を図ることができるようになる。
【００１５】
すなわち、入力信号の基準信号からのばらつきと前述のオフセット電圧とが同時に存在しオフセット調整と入力信号の基準信号からのばらつきの調整の両方を調整する場合であっても、ばらつき調整素子としての可変抵抗素子ＶRを用いて調整しなければならない電圧範囲が大きくなってしまうことを回避できるようになり、ばらつき調整素子ＶRの単位回転角当たりの調整電圧分解能の高精度化を図ることができるようになり、その結果、ばらつき調整における分解能低下を回避できるようになるといった効果を奏する。
【００３１】
請求項２に記載の発明は、演算増幅器２３を有し、該演算増幅器の反転入力に信号源から入力抵抗素子を介して入力される、オフセット電圧と前記信号源のばらつきによるばらつき電圧とを含む入力信号を、非反転入力に印加されている演算基準電圧を基準にして増幅する増幅回路であって、無信号時の前記入力信号が前記反転入力に入力されたとき、前記反転入力にフィードバック抵抗素子を介して接続されている前記演算増幅器の出力に前記演算基準電圧に等しい電圧が出力されるように調整する請求項１記載の入力インタフェース１０を備えるように構成されている。
【００３２】
請求項２に記載の発明に依れば、請求項１記載のインタフェースの使用によって、演算増幅器の反転入力に入力されるオフセット電圧とばらつき電圧とを含む入力信号を、非反転入力に印加されている演算基準電圧を基準にして増幅する増幅回路として、ばらつき調整時におけるばらつき調整用可変抵抗素子としての可変抵抗素子ＶRの単位回転角当たりの調整電圧幅を小さくして調整分解能の向上を図ることができるようになる。更に同時に、簡便な回路構成のばらつき調整用可変抵抗素子ＶRを用いて入力信号のばらつき調整時の調整精度の向上を図ることができるようになる。
【００３３】
すなわち、演算増幅器２３の入力段に入力される入力信号の基準信号からのばらつきと前述のオフセット電圧とが同時に存在しオフセット調整と演算増幅器２３の入力段に入力される入力信号の基準信号からのばらつきの調整の両方を調整する場合であっても、ばらつき調整用可変抵抗素子ＶRを用いて調整しなければならない電圧範囲が大きくなってしまうことを回避できるようになり、ばらつき調整用可変抵抗素子ＶRの単位回転角当たりの調整電圧分解能の高精度化を図ることができるようになり、その結果、オフセット調整における分解能低下を回避できるようになるといった効果を奏する。
【００４９】
請求項３に記載の発明は、定電流源３２に接続されガス濃度に応じて電圧が変化するガス濃度信号３３ａを出力するガスセンサ３１Ｂと、該ガスセンサが出力するガス濃度信号に応じた信号を前記入力信号として入力して増幅する請求項２記載の増幅回路２０と、該増幅回路の出力信号を受けてガス濃度の検知を行う演算手段３５とを備えるように構成されている。
【００５０】
請求項３に記載の発明に依れば、請求項２記載の増幅回路２０を使用していることによって、定電流源によって動作するガスセンサが出力するガス濃度信号が無信号状態で含むオフセット電圧と素子ばらつきによって発生するばらつき電圧の両方を調整するとき、ばらつき調整時におけるばらつき調整用可変抵抗素子ＶRの単位回転角当たりの調整電圧幅を小さくして調整分解能の向上を図ることができるようになる。更に同時に、簡便な回路構成の可変抵抗素子ＶRを用いてガスセンサ３１Ｂの出力信号のばらつき調整時の調整精度の向上を図ることができるようになる。
【００５１】
すなわち、演算増幅器２３の反転入力端子（−）に入力さればらつき調整用可変抵抗素子ＶRを介してばらつき補正されたガスセンサ３１Ｂの出力信号に応じた信号に加算された信号を非反転入力端子に入力された演算基準電位に対して差動増幅する際のガスセンサ３１Ｂの出力信号の基準信号からのばらつきと前述のオフセット電圧とが同時に存在しオフセット調整と増幅回路２０の入力段の差動増幅器２３の反転入力端子（−）に入力されるガスセンサ３１Ｂの出力信号に応じた信号の基準信号からのばらつきの調整の両方を調整して差動増幅する場合であっても、可変抵抗素子ＶRを用いて調整しなければならない電圧範囲が大きくなってしまいうことを回避できるようになり、ばらつき調整用可変抵抗素子ＶRの単位回転角当たりの調整電圧分解能の高精度化を図ることができるようになり、その結果、オフセット調整における分解能低下を回避できるようになるといった効果を奏する。
【００６９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
【００７０】
図１は、本発明の入力インタフェース１０の一実施形態を説明するための回路図である。
【００７１】
図１に示す入力インタフェース１０は、入力インタフェース１０の入力段に入力される入力信号にオフセット電圧を加算して入力信号のレベルシフトを行う回路であって、ばらつき調整素子ＶRとしてのばらつき調整用可変抵抗素子ＶRと、第１基準電圧Ｖ12を生成する第１基準電圧発生手段１２と、シフト素子Ｒ2としての固定シフト抵抗素子Ｒ2とを中心にして構成されている。ここで、ばらつき調整用可変抵抗素子ＶRと固定シフト抵抗素子Ｒ2とが個別に設けられている点に特徴を有している。
【００７２】
図１に示す第１基準電圧Ｖ12（具体的には、２．４ｖ）を生成する第１基準電圧発生手段１２は、接地電位ＧＮＤを基準にして演算基準電圧の倍の大きさの２．４ｖの第１基準電圧Ｖ12を出力できるボルテージレギュレータを用いて実現することが望ましい。
【００７３】
図１に示す固定シフト抵抗素子Ｒ２は、第１基準電圧Ｖ１２と接地電位ＧＮＤ間に接続された状態でオフセット電圧を入力信号に加算して入力信号のレベルシフトを行うためのオフセット電圧を生成する機能を有し、具体的には、固定抵抗値を示す固定抵抗素子（カーボン抵抗素子、２０［ＫΩ］）を用いることが望ましい。
【００７４】
これに依り、固定抵抗素子Ｒ2を介して生成されたオフセット電圧をポテンショメータＶRを介してばらつき補正された入力信号に加算してオフセット調整を行い、ばらつき調整時におけるポテンショメータＶRの単位回転角当たりの調整電圧幅を小さくして調整分解能の向上を図ることができるようになる。このことによって、簡便な回路構成のポテンショメータＶRを用いて入力信号のばらつき調整時の調整精度の向上を図ることができるようになる。
【００７５】
すなわち、入力信号の基準信号からのばらつきと前述のオフセット電圧とが同時に存在しオフセット調整と入力信号の基準信号からのばらつきの調整の両方を調整する場合であっても、ポテンショメータＶRを用いて調整しなければならない電圧範囲が大きくなってしまうことを回避できるようになり、ポテンショメータＶRの単位回転角当たりの調整電圧分解能の高精度化を図ることができるようになり、その結果、オフセット調整における分解能低下を回避できるようになるといった効果を奏する。
【００７６】
図１に示すばらつき調整用可変抵抗素子ＶRは、第１基準電圧発生手段１２の出力段と接地電位ＧＮＤ間に接続され、可変抵抗素子ＶRにより調整された電圧が後述する増幅手段（演算増幅器）２３の入力段との間に設けられ固定抵抗素子Ｒ3を介して信号源２１（信号電圧＝０．６±０．０６Ｖ（ばらつき））の出力段に接続されるだけでなく、第１基準電圧発生手段１２の出力段が固定シフト抵抗素子Ｒ2を介して信号源２１に直接続されている。可変抵抗素子ＶRとしては、ポテンショメータＶR（全回転角２６０度）を用いることが望ましい。なお、それ程の調整精度が必要でない場合にはポテンショメータＶRに代えてボリュームを用いることも可能である。以下の説明では、ばらつき調整用可変抵抗素子ＶRをポテンショメータＶRで代表することにする。
【００７７】
ポテンショメータＶＲを用いることにより、固定シフト抵抗素子Ｒ２を介して生成されたオフセット電圧をポテンショメータＶＲを介してばらつき補正された入力信号に加算してオフセット調整を行う固定シフト抵抗素子Ｒ２を用いてオフセット調整時におけるポテンショメータＶＲの単位回転角当たりの調整電圧幅を小さくして調整分解能の向上を図ることができるようになる。更に同時に、簡便な回路構成のポテンショメータＶＲを用いて入力信号のばらつき調整時の調整精度の向上を図ることができるようになる。
【００７８】
すなわち、入力信号の基準信号からのばらつきと前述のオフセット電圧とが同時に存在しオフセット調整と入力信号の基準信号からのばらつきの調整の両方を調整する場合であっても、ポテンショメータＶRを用いて調整しなければならない電圧範囲が大きくなってしまうことを回避できるようになり、ポテンショメータＶRの単位回転角当たりの調整電圧分解能の高精度化を図ることができるようになり、その結果、ばらつき調整における分解能低下を回避できるようになるといった効果を奏する。
【００７９】
このような回路構成において、入力インタフェース１０は、固定シフト抵抗素子Ｒ２を介して生成されたオフセット電圧をポテンショメータＶＲを介してばらつき補正された入力信号に加算して出力するように動作する。換言すれば、入力インタフェース１０は、固定シフト抵抗素子Ｒ２を介して生成されたオフセット電圧とポテンショメータＶＲを介してばらつき補正された入力信号とを次段の入力段に並列に出力することになる。
【００８０】
以上説明したように、入力インタフェース１０に依れば、固定シフト抵抗素子Ｒ2を介して生成されたオフセット電圧をポテンショメータＶRを介してばらつき補正された入力信号に加算してオフセット調整を行い、ばらつき調整時におけるポテンショメータＶRの単位回転角当たりの調整電圧幅を小さくして調整分解能の向上を図ることができるようになる。更に同時に、簡便な回路構成のポテンショメータＶRを用いて入力信号のばらつき調整時の調整精度の向上を図ることができるようになる。
【００８１】
すなわち、入力信号の基準信号からのばらつきと前述のオフセット電圧とが同時に存在しオフセット調整と入力信号の基準信号からのばらつきの調整の両方を調整する場合であっても、ポテンショメータＶRを用いて調整しなければならない電圧範囲が大きくなってしまうことを回避できるようになり、ポテンショメータＶRの単位回転角当たりの調整電圧分解能の高精度化を図ることができるようになり、その結果、ばらつき調整における分解能低下を回避できるようになるといった効果を奏する。
【００８２】
次に、図面に基づき、増幅回路の一実施形態を説明する。
【００８３】
図１は、前述の入力インタフェース１０を用いた増幅回路２０の一実施形態を説明するための回路図である。
【００８４】
図１に示す増幅回路２０は、前述の入力インタフェース１０を用いた増幅回路であり、入力信号を所定倍率（抵抗素子Ｒ1及びＲ4によって決定できるゲイン）で信号増幅する増幅手段２３、第１基準電圧Ｖ12の半分の電圧である差動基準電位としての演算基準電位Ｖ22を生成する第２基準電圧発生手段２２を有し、入力インタフェース１０から出力されるオフセット電圧とばらつき補正された入力信号とが増幅手段２３の入力段に並列に接続された回路構成となっている。
【００８５】
入力インタフェース１０から出力されるオフセット電圧とばらつき補正された入力信号とが演算増幅器２３の一方の入力端子である反転入力端子（−）に並列に接続された回路構成となっている。
【００８６】
このような回路構成によれば、固定抵抗素子Ｒ2を介して生成されたオフセット電圧を、演算増幅器２３の入力段に入力されポテンショメータＶRを介してばらつき補正された入力信号に加算してオフセット調整を行い、ばらつき調整時におけるポテンショメータＶRの単位回転角当たりの調整電圧幅を小さくして調整分解能の向上を図ることができるようになる。更に同時に、簡便な回路構成のポテンショメータＶRを用いて入力信号のばらつき調整時の調整精度の向上を図ることができるようになる。
【００８７】
すなわち、演算増幅器２３の入力段に入力される入力信号の基準信号からのばらつきと前述のオフセット電圧とが同時に存在しオフセット調整と演算増幅器２３の入力段に入力される入力信号の基準信号からのばらつきの調整の両方を調整する場合であっても、ポテンショメータＶRを用いて調整しなければならない電圧範囲が大きくなってしまいうことを回避できるようになり、ポテンショメータＶRの単位回転角当たりの調整電圧分解能の高精度化を図ることができるようになり、その結果、ばらつき調整における分解能低下を回避できるようになるといった効果を奏する。
【００８８】
また図１に示す演算増幅器２３は、入力インタフェース１０から出力されるオフセット電圧とばらつき補正された入力信号とが加算された状態で反転入力端子（−）に入力され、この信号を非反転入力端子（＋）に入力されている演算基準電位Ｖ２２（具体的には、第２基準電圧発生手段２２が出力する１．２Ｖ）に対して差動増幅するような回路構成を有している。
【００８９】
また演算増幅器２３は、入力インタフェース１０から出力されるオフセット電圧とばらつき補正された入力信号とが反転入力端子（−）に入力され、非反転入力端子（＋）に入力された演算基準電位Ｖ２２を差動基準電位として差動増幅するような回路構成となっている。また演算増幅器２３は、フィードバック抵抗素子（１０［ｋΩ］）は反転入力端子（−）−出力端子間に接続された回路構成となっている。
【００９０】
このような回路構成によれば、固定抵抗素子Ｒ2を介して生成されたオフセット電圧を、差動増幅器２３の反転入力端子（−）に入力されポテンショメータＶRを介してばらつき補正された入力信号に加算された信号を非反転入力端子（＋）に入力された演算基準電位に対して差動増幅する際に、ばらつき調整時におけるポテンショメータＶRの単位回転角当たりの調整電圧幅を小さくして調整分解能の向上を図ることができるようになる。更に同時に、簡便な回路構成のポテンショメータＶRを用いて入力信号のばらつき調整時の調整精度の向上を図ることができるようになる。
【００９１】
すなわち、演算増幅器２３の反転入力端子（−）に入力されポテンショメータＶRを介してばらつき補正された入力信号に加算された信号を非反転入力端子（＋）に入力された演算基準電位に対して差動増幅する際の入力信号の基準信号からのばらつきと前述のオフセット電圧とが同時に存在しオフセット調整と差動増幅器２３の反転入力端子（−）に入力される入力信号の基準信号からのばらつきの調整の両方を調整して差動増幅する場合であっても、ポテンショメータＶRを用いて調整しなければならない電圧範囲が大きくなってしまうことを回避できるようになり、ポテンショメータＶRの単位回転角当たりの調整電圧分解能の高精度化を図ることができるようになり、その結果、オフセット調整における分解能低下を回避できるようになるといった効果を奏する。
このような回路構成によれば、固定抵抗素子Ｒ2を介して生成されたオフセット電圧を、演算増幅器２３の入力段に入力されポテンショメータＶRを介してばらつき補正された入力信号に加算された信号を演算基準電位Ｖ22に対して差動増幅する際に、ばらつき調整時におけるポテンショメータＶRの単位回転角当たりの調整電圧幅を小さくして調整分解能の向上を図ることができるようになる。更に同時に、簡便な回路構成のポテンショメータＶRを用いて入力信号のばらつき調整時の調整精度の向上を図ることができるようになる。
【００９２】
すなわち、算増幅器の入力段に入力されポテンショメータＶRを介してばらつき補正された入力信号に加算された信号を演算基準電位Ｖ22に対して差動増幅する際の入力信号の基準信号からのばらつきと前述のオフセット電圧とが同時に存在しオフセット調整と演算増幅器２３の入力段に入力される入力信号の基準信号からのばらつきの調整の両方を調整して差動増幅する場合であっても、ポテンショメータＶRを用いて調整しなければならない電圧範囲が大きくなってしまうことを回避できるようになり、ポテンショメータＶRの単位回転角当たりの調整電圧分解能の高精度化を図ることができるようになり、その結果、ばらつき調整における分解能低下を回避できるようになるといった効果を奏する。
【００９３】
次に、増幅回路２０のオフセット調整精度、ばらつき調整精度を説明する。
【００９４】
例えば、演算基準電位Ｖ22＝１．２Ｖ、被演算信号Ｖ21＝０．６±０．０６Ｖ（オフセット電圧±ばらつき電圧）、抵抗素子R1＝１０ｋΩとすると、抵抗素子R1(＝１０ｋΩ）には、オフセットとばらつきに起因して、オフセット電流成分I1＝６０μＡ（＝（演算基準電位Ｖ22−被演算信号Ｖ21）／ｒ1＝（１．２−０．６）／１０ｋΩ）と、ばらつ電流成分I2＝６μＡ（＝０．０６／ｒ1＝０．０６／１０ｋΩ）とからなる電流Ｉが流れる。そこで、オフセットに起因する電流I1を、第１基準電圧発生手段が発生する第１基準電圧と演算基準電圧の差電圧が両端にかかっている固定抵抗素子Ｒ2を介して流すとともに、ばらつきに起因するばらつき電流I2を、ポテンショメータＶRにより調整した第１基準電圧と演算基準電圧の差電圧が両端にかかっている固定抵抗素子Ｒ3を介して流すことによって、演算増幅器２３の出力に、オフセットとばらつきの両調整を同時に行っていた演算基準電圧に等しい電圧１．２ｖを出力させるようにしている。
【００９５】
このとき、ポテンショメータＶRの全回転角＝２６０度とし、半分の回転数（＝１３０度）で前述のばらつき調整を行うと仮定すると、ポテンショメータＶRの回転角当たりの分解能＝０．０４６μＡ（＝６μＡ／１３０度）となる。これは、信号源２１のばらつきに対する補正電流幅６μＡの０．７６６％に相当し、調整をする上では十分な精度であると考えられる。
【００９６】
以上説明したように、増幅回路２０に依れば、固定抵抗素子Ｒ2を介して生成されたオフセット電圧を、演算増幅器２３の入力段に入力されポテンショメータＶRを介してばらつき補正された入力信号に加算してオフセット調整を行い、ばらつき調整時におけるポテンショメータＶRの単位回転角当たりの調整電圧幅を小さくして調整分解能の向上を図ることができるようになる。更に同時に、簡便な回路構成のポテンショメータＶRを用いて入力信号のばらつき調整時の調整精度の向上を図ることができるようになる。
【００９７】
すなわち、演算増幅器２３の入力段に入力される入力信号の基準信号からのばらつきと前述のオフセット電圧とが同時に存在しオフセット調整と演算増幅器２３の入力段に入力される入力信号の基準信号からのばらつきの調整の両方を調整する場合であっても、ポテンショメータＶRを用いて調整しなければならない電圧範囲が大きくなってしまいうことを回避できるようになり、ポテンショメータＶRの単位回転角当たりの調整電圧分解能の高精度化を図ることができるようになり、その結果、ばらつき調整における分解能低下を回避できるようになるといった効果を奏する。
【００９８】
次に、図面に基づき、ガス検出装置の一実施形態を説明する。
【００９９】
図２は、本発明のガス検出装置３０の一実施形態を説明するための機能ブロック図である。
【０１００】
図２に示すガス検出装置３０は、ガスセンサ３１Ｂの出力信号を所定レベルの出力信号に変換する装置であって、ガスセンサ３１Ｂの出力信号がインタフェースの入力段に入力されている増幅回路２０（図１）を有し、増幅回路２０によって増幅された信号に基づいてガス濃度を検知し、ガス濃度信号３３ａを出力するガス濃度検出手段３３と、温度センサ３１Aの出力信号を所定レベルの出力信号に変換する装置であって、ガスセンサ３１Aの出力信号がインタフェースの入力段である信号源２１に入力されている増幅回路２０（図１）を有し、増幅回路２０によって増幅された信号に基づいて温度を検知し、温度信号３４ａを出力する温度検出手段３４と、定電流Ｉcを生成する定電流源３２と、定電流源３２に接続され測定環境温度に応じた信号を出力する温度検出用センサ３１Ａ（具体的には、サーミスタ、以下の説明では、温度検出用センサ３１Ａをサーミスタ３１Ａで代表することにする）と、定電流源３２に接続されガス濃度に応じた信号を出力するガスセンサ３１Ｂ（具体的には、接触燃焼式ガスセンサ、以下の説明では、ガスセンサ３１Ｂを接触燃焼式ガスセンサ３１Ｂで代表することにする。）と、温度信号３４ａを用いて測定環境温度のガス濃度信号３３ａに対する影響を補償して真のガス濃度を演算し、演算結果のガス濃度に応じて警報信号３５ａを生成する演算手段３５（具体的には、マイクロコンピュータ、以下の説明では、演算手段３５をマイクロコンピュータ３５で代表することにする）と、温度検出手段３４と、警報信号３５ａに応じてガス濃度が所定基準を越えた旨を報知する警報手段３６（具体的には、ブザー）とを中心にして構成されている。
【０１０１】
マイクロコンピュータ３５は、温度検出手段３４からの温度信号３４ａを用いて測定環境温度のガス濃度信号３３ａに対する影響を補償して真のガス濃度を演算し、演算結果のガス濃度に応じて警報信号３５ａを生成するような回路構成となっている。
【０１０２】
このような回路構成によれば、固定抵抗素子Ｒ2（図１）を介して生成されたオフセット電圧を、ガス濃度検出手段３３又は温度検出手段３４の入力段に設けられている増幅回路２０（図１）に入力されポテンショメータＶRを介してばらつき補正されたガス濃度信号３３ａ又は温度信号３４ａに加算された信号を非反転入力端子（＋）に入力された演算基準電位に対して差動増幅する際のばらつき調整時におけるポテンショメータＶRの単位回転角当たりの調整電圧幅を小さくして調整分解能の向上を図ることができるようになり、その結果、ガス濃度又は測定環境温度の検出精度や警報精度の向上を図ることができるようになる。更に同時に、簡便な回路構成のポテンショメータＶRを用いてガス濃度信号３３ａ又は温度信号３４ａのばらつき調整時の調整精度の向上を図ることができるようになり、その結果、ガス濃度又は測定環境温度の検出精度や警報精度の向上を図ることができるようになる。
【０１０３】
すなわち、演算増幅器２３に入力されポテンショメータＶRを介してばらつき補正されたガス濃度信号３３ａ又は温度信号３４ａに加算された信号を非反転入力端子（＋）に入力された演算基準電位に対して差動増幅する際のガス濃度信号３３ａ又は温度信号３４ａの基準信号からのばらつきと前述のオフセット電圧とが同時に存在しオフセット調整とガス濃度検出手段３３又は温度検出手段３４の入力段に設けられている増幅回路２０に入力されるガス濃度信号３３ａ又は温度信号３４ａの基準信号からのばらつきの調整の両方を調整して差動増幅する場合であっても、ポテンショメータＶRを用いて調整しなければならない電圧範囲が大きくなってしまうことを回避できるようになり、ポテンショメータＶRの単位回転角当たりの調整電圧分解能の高精度化を図ることができるようになり、その結果、ばらつき調整における分解能低下を回避できるようになり、その結果、ガス濃度又は測定環境温度の検出精度や警報精度の向上を図ることができるようになる。
【０１０４】
ここで、図２に示すサーミスタ３１Ａは接触燃焼式ガスセンサ３１Ｂと同じ温度特性を有し、接触燃焼式ガスセンサ３１Ｂの近傍に設けられている。
【０１０５】
これに依り、サーミスタ３１Ａの温度特性と接触燃焼式ガスセンサ３１Ｂの温度特性を揃えることで、温度変動による接触燃焼式ガスセンサ３１Ｂのガス濃度信号３３ａの温度ドリフトをサーミスタ３１Ａの温度信号３４ａを用いて相殺することができるようになるといった効果を奏する。
【０１０６】
また図２に示すサーミスタ３１Ａと接触燃焼式ガスセンサ３１Ｂとが直列に接続された状態で定電流源３２に接続され、サーミスタ３１Ａと接触燃焼式ガスセンサ３１Ｂとに同じ定電流Ｉｃが供給されるような回路構成となっている。
【０１０７】
このような回路構成によれば、サーミスタ３１Ａと接触燃焼式ガスセンサ３１Ｂとを定電流Ｉｃ動作させることにより、接触燃焼式ガスセンサ３１Ｂのガス濃度信号３３ａやサーミスタ３１Ａの温度信号３４ａの安定化を図ることできるようになるといった効果を奏する。更に、サーミスタ３１Ａと接触燃焼式ガスセンサ３１Ｂとが同じ定電流Ｉｃで駆動されるので、温度変動による接触燃焼式ガスセンサ３１Ｂのガス濃度信号３３ａの温度ドリフトをサーミスタ３１Ａの温度信号３４ａを用いて効果的に相殺することができるようになるといった効果を奏する。
【０１０８】
図２に示すガス濃度検出手段３３は、入力段に増幅回路２０が設けられ、接触燃焼式ガスセンサ３１Ｂからの入力信号が演算増幅器２３の入力段に入力されて所定の信号レベルに変換されるような回路構成となっている。
【０１０９】
ガス濃度検出手段３３に依れば、固定抵抗素子Ｒ2を介して生成されたオフセット電圧を、増幅回路２０の入力段の演算増幅器２３の反転入力端子（−）に入力されポテンショメータＶRを介してばらつき補正されたガス濃度信号３３ａに加算された信号を非反転入力端子（＋）に入力された演算基準電位に対して差動増幅する際のばらつき調整時におけるポテンショメータＶRの単位回転角当たりの調整電圧幅を小さくして調整分解能の向上を図ることができるようになり、その結果、ガス濃度の検出精度や警報精度の向上を図ることができるようになる。更に同時に、簡便な回路構成のポテンショメータＶRを用いてガス濃度信号３３ａのばらつき調整時の調整精度の向上を図ることができるようになり、その結果、ガス濃度の検出精度や警報精度の向上を図ることができるようになる。
【０１１０】
すなわち、演算増幅器２３の反転入力端子（−）に入力されポテンショメータＶRを介してばらつき補正されたガス濃度信号３３ａに加算された信号を非反転入力端子（＋）に入力された演算基準電位に対して差動増幅する際のガス濃度信号３３ａの基準信号からのばらつきと前述のオフセット電圧とが同時に存在しオフセット調整と増幅回路２０の入力段の演算増幅器２３の反転入力端子（−）に入力されるガス濃度信号３３ａの基準信号からのばらつきの調整の両方を調整して差動増幅する場合であっても、ポテンショメータＶRを用いて調整しなければならない電圧範囲が大きくなってしまうことを回避できるようになり、ポテンショメータＶRの単位回転角当たりの調整電圧分解能の高精度化を図ることができるようになり、その結果、ばらつき調整における分解能低下を回避できるようになり、その結果、ガス濃度の検出精度や警報精度の向上を図ることができるようになる。
【０１１１】
図２に示す温度検出手段３４は、入力段に増幅回路２０が設けられ、サーミスタ３１Ａからの入力信号が演算増幅回路２３の反転入力端子（−）に入力され、所定の信号レベルに変換された温度信号３４ａを出力するような回路構成となっている。
【０１１２】
このような温度検出手段３４によれば、固定抵抗素子Ｒ2を介して生成されたオフセット電圧を、増幅回路２０の入力段の演算増幅器２３の反転入力端子（−）に入力されポテンショメータＶRを介してばらつき補正された温度信号３４ａに加算された信号を非反転入力端子（＋）に入力された演算器順電位に対して差動増幅する際のばらつき調整時におけるポテンショメータＶRの単位回転角当たりの調整電圧幅を小さくして調整分解能の向上を図ることができるようになり、その結果、ガス濃度の検出精度や警報精度の向上を図ることができるようになる。更に同時に、簡便な回路構成のポテンショメータＶRを用いて温度信号３４ａのばらつき調整時の調整精度の向上を図ることができるようになり、その結果、ガス濃度の検出精度や警報精度の向上を図ることができるようになる。
【０１１３】
すなわち、演算増幅器２３の反転入力端子（−）に入力されポテンショメータＶRを介してばらつき補正された温度信号３４ａに加算された信号を非反転入力端子（＋）に入力された演算基準電位に対して差動増幅する際の温度信号３４ａの基準信号からのばらつきと前述のオフセット電圧とが同時に存在しオフセット調整と増幅回路２０の入力段の演算増幅器２３の反転入力端子（−）に入力される温度信号３４ａの基準信号からのばらつきの調整の両方を調整して差動増幅する場合であっても、ポテンショメータＶRを用いて調整しなければならない電圧範囲が大きくなってしまうことを回避できるようになり、ポテンショメータＶRの単位回転角当たりの調整電圧分解能の高精度化を図ることができるようになり、その結果、ばらつき調整における分解能低下を回避できるようになり、その結果、ガス濃度の検出精度や警報精度の向上を図ることができるようになる。
【０１１４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明に依れば、入力信号の基準信号からのばらつきと前述のオフセット電圧とが同時に存在しオフセット調整と入力信号の基準信号からのばらつきの調整の両方を調整する場合であっても、ばらつき調整素子を用いて調整しなければならない電圧範囲が大きくなってしまうことを回避できるようになり、ばらつき調整素子の単位回転角当たりの調整電圧分解能の高精度化を図ることができるようになり、その結果、ばらつき調整における分解能低下を回避できるようになるといった効果を奏する。
【０１２５】
請求項２に記載の発明に依れば、増幅手段の入力段に入力される入力信号の基準信号からのばらつきと前述のオフセット電圧とが同時に存在しオフセット調整と増幅手段の入力段に入力される入力信号の基準信号からのばらつきの調整の両方を調整する場合であっても、ばらつき調整用可変抵抗素子を用いて調整しなければならない電圧範囲が大きくなってしまうことを回避できるようになり、ばらつき調整用可変抵抗素子の単位回転角当たりの調整電圧分解能の高精度化を図ることができるようになり、その結果、ばらつき調整における分解能低下を回避できるようになるといった効果を奏する。
【０１３７】
請求項３に記載の発明に依れば、演算増幅器の反転入力端子に入力さればらつき調整用可変抵抗素子を介してばらつき補正されたガスセンサの出力信号に加算された信号を非反転入力端子に入力された演算器順電位に対して差動増幅する際のガスセンサの出力信号の基準信号からのばらつきと前述のオフセット電圧とが同時に存在しオフセット調整と増幅回路の入力段の差動増幅器の反転入力端子に入力されるガスセンサの出力信号の基準信号からのばらつきの調整の両方を調整して差動増幅する場合であっても、ばらつき調整用可変抵抗素子を用いて調整しなければならない電圧範囲が大きくなってしまいうことを回避できるようになり、ばらつき調整用可変抵抗素子の単位回転角当たりの調整電圧分解能の高精度化を図ることができるようになり、その結果、ばらつき調整における分解能低下を回避できるようになるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の入力インタフェース及び増幅回路の一実施形態を説明するための回路図である。
【図２】本発明のガス検出装置の一実施形態を説明するための機能ブロック図である。
【図３】従来の入力インタフェース及び増幅回路及びガス検出装置を説明するための回路図である。
【符号の説明】
１０…入力インタフェース
１２…第１基準電圧発生手段
２０…増幅回路
２２…第２基準電圧発生手段
２３…増幅手段（演算増幅器、差動増幅器）
３０…ガス検出装置
３２…定電流源
３１Ａ…温度検出用センサ
３１Ｂ…ガスセンサ
３３…ガス濃度検出手段
３３ａ…ガス濃度信号
３４…温度検出手段
３４ａ…温度信号
３５…演算手段
３６…警報手段
３６ａ…警報信号
Ｉｃ…定電流
Ｒ２…シフト素子（固定シフト抵抗素子（固定抵抗素子））
Ｖ１２…第１基準電圧
Ｖ２２…演算基準電位
ＶＲ…ばらつき調整素子（ばらつき調整用可変抵抗素子（ポテンショメータ））
【図１】
0003603987.tif 000002
【図２】
0003603987.tif 000003
【図３】
0003603987.tif 000004