(57)【要約】  センサを自己校正するための方法を、校正回路を有するシステムで実行することができる。校正回路は、センサの出力信号と、基準特性に関連する所定の基準信号とを比較する差動回路を有する。バイアス・コントローラは、所定の基準信号とセンサ出力信号との間の偏差に従ってセンサ動作バイアスを増分または減分して、センサ出力が、所定の基準電圧と対応するようにする。校正回路をセンサに埋め込んで、自己校正センサを提供することができる。論理回路を用いて、校正回路を形成することができる。
2009503450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサを自己校正するためのシステムであって、
校正回路を備え、該校正回路は、
前記センサのバイアス・パラメータを制御するためのバイアス・コントローラと、
前記センサの出力信号を受信するための第１の入力部と、所定の基準信号を受信するための第２の入力部と、前記バイアス・コントローラの入力部に結合され、前記所定の基準信号と前記センサの出力信号との間の偏差に従って制御信号を供給するための出力部とを有する差動回路と、
前記差動回路および／または前記バイアス・コントローラに動作可能に接続され、前記システムの動作モードを校正モードとノーマルモードとの間で切り替えるための校正スイッチと、
を有し、
使用時に、前記バイアス・コントローラは、前記制御信号の受信に応答して、前記センサの動作バイアス点を増分または減分して前記偏差を実質的に除去し、それによって、前記所定の基準信号と一致するセンサ出力信号を供給する、
システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記校正回路が前記センサに埋め込まれ、前記センサが、前記差動回路の前記第１の入力部に結合された出力部と、前記バイアス・コントローラの出力部に結合された入力部とを有する、システム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムであって、前記校正回路がデジタル論理回路から形成される、システム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムであって、前記差動回路が、
前記センサ出力部に結合された少なくとも１つの入力部と、前記所定の基準信号を受信するための少なくとも１つの入力部とを有するものであり、前記センサの出力と前記所定の基準信号とを比較するコンパレータ回路と、
前記コンパレータ回路の少なくとも１つの出力部に結合された少なくとも１つの入力部を有し、かつ前記バイアス・コントローラの入力部に結合された出力部を有するものであり、前記制御信号を前記バイアス・コントローラに供給するデジタル論理コントローラと
を含む、システム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムであって、前記デジタル論理コントローラが、校正要求入力部をさらに含み、前記校正スイッチが、前記校正要求入力部がイネーブルにされることによって前記センサシステムの動作モードを校正モードに切り替えるのに応答して、前記デジタル論理コントローラの前記出力部を前記バイアス・コントローラの入力部に接続するように動作可能であり、かつ、前記校正要求入力部がディスエーブルにされることによって前記センサシステムの動作モードを前記ノーマルモードに切り替えるのに応答して、前記デジタル論理コントローラの出力部の接続を解除するように動作可能である、システム。
【請求項６】
請求項４に記載のシステムであって、前記バイアス・コントローラが、
前記制御信号に従って値を増分または減分するデジタル・ポテンショメータと、
前記デジタル・ポテンショメータと前記センサとの間に配置され、前記ポテンショメータの値に従って前記センサにバイアスをかけるためのバイアス電源と、
を含む、システム。
【請求項７】
請求項４に記載のシステムであって、前記校正回路が、前記バイアス・コントローラに接続された校正メモリをさらに含み、該校正メモリは、前記センサを校正するために必要なバイアス・コントローラ設定を表す校正データを格納するためのものであり、前記校正メモリは、前記校正回路および／または前記センサに電源が投入されると、前記バイアス・コントローラに対して適用され、前記バイアス・コントローラは、前記予め校正された動作点に従って前記センサの動作点を設定する、システム。
【請求項８】
自己校正センサであって、
測定量を検知するための検知装置と、
前記検知装置に埋め込まれた校正回路と、
を備え、前記校正回路が、
前記検知装置の入力部に結合され、前記検知装置のバイアス・パラメータを制御するためのバイアス・コントローラと、
前記検知装置の出力信号を受信するための第１の入力部と、所定の基準信号を受信するための第２の入力部と、前記バイアス・コントローラの入力部に結合され、前記所定の基準信号と前記検知装置の出力信号との間の偏差に従って制御信号を供給するための出力部とを有する差動回路と、
前記差動回路および／または前記バイアス・コントローラに動作可能に接続され、前記システムの動作モードを校正モードとノーマルモードとの間で切り替えるための校正スイッチと
を含み、
校正モードにおいて、前記バイアス・コントローラは、前記制御信号の受信に応答して、前記検知装置の動作バイアス点を増分または減分して前記偏差を実質的に除去し、それによって、前記所定の基準信号と一致するセンサ出力信号を供給することができ、
ノーマルモードにおいて、前記検知装置は、前記校正された動作バイアス点で動作することができる、
自己校正センサ。
【請求項９】
センサを自己校正する方法であって、
基準材または他の測定量を検知するようにセンサを配置するステップと、
前記センサの出力信号を選択するステップと、
前記基準材または他の測定量に関連する所定の基準信号を選択するステップと、
前記センサの出力信号と前記所定の基準信号とを比較するステップと、
前記センサの出力信号と前記所定の基準信号との間の偏差を決定するステップと、
前記偏差が実質的に除去されるまで、前記センサの動作バイアス点を増分または減分して、前記センサ出力信号と前記所定の基準信号とが等しいまたはほぼ等しいようにするステップと、
を含むセンサを自己校正する方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
前記センサの出力信号が前記所定の基準信号に一致した場合の動作バイアス点値を格納するステップと、
前記センサの動作バイアス点を、前記格納された校正値に設定するステップと、
をさらに含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、センサ校正に関し、特に、センサを自己校正するシステムおよび方法に関する。実施形態はまた、赤外線（ＩＲ）、ホール効果、磁気抵抗およびピエゾ抵抗圧力の自己校正センサなどのような自己校正センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
センサは、いくつかの例を挙げると、自動車、医学および印刷の用途を始めとするあらゆる分野の技術用途で用いられている。かかる用途は、規定された性能特性に従って確実かつ再現可能に動作できるセンサを必要とする。このために、センサは、大量生産技術に起因するセンサ性能のわずかな偏差を埋め合わせるために、通常は、製造中に個別に校正されて、確実に、製造された何れのセンサも正確に測定を実行できるようにする。
【０００３】
電子センサの性能は、トランスデューサ／材料の特性およびバイアス電流または電圧に依存する。たとえば、ＩＲ発光ダイオード（ＬＥＤ）およびＩＲ検出器を有する赤外線（ＩＲ）センサの場合に、ＬＥＤからのビーム強度は、順方向電流（ＩＦ）、ＬＥＤの経年劣化、センサに蓄積するダストおよび他の要因によって影響される。その結果、所与の基準検知環境に対して実際に検出されるビーム強度は、規定された強度から変動することがあり、そのためにセンサの感度に影響する可能性がある。必要な感度を備えたセンサを得るために、各ＩＲセンサのＬＥＤのためのバイアス順方向電流を、製造段階だけでなく、後のセンサの寿命中の段階でも調節または校正して、センサが所与の基準検知環境に対しての要求または規定された出力信号を供給するようにできる。
【０００４】
周知のセンサ校正技法は、典型的には、センサとは別個の複雑な校正装置を用いて、必要なセンサ校正を実行する。したがって、個々のセンサは、校正のために校正装置へ一時的に接続されなければならない。したがって、かかる製造要件は、センサの製造のコストおよび時間を増加させることになる。
【０００５】
代替校正技法は、センサ校正回路を用いるが、この回路には、各センサのタイプに対して専用の複雑なアルゴリズムに基づいて、センサ特性に対して校正係数を計算するためのコンピュータが含まれる。校正装置は、様々なセンサのタイプに合わせて調整する必要がある。かかる技法は、個々のセンサで実行するには費用がかかりかつ複雑である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
費用効果の高い方法で様々なセンサにおいて実行できる、センサを自己校正するシステムおよび方法を提供する必要がある。
【０００７】
したがって、本明細書に開示する実施形態は、多くの価格に敏感な用途に適した、センサを自己校正する効果的なシステムおよび方法を提供することによって、従来の校正システムおよび方法の欠点に直接的に取り組むものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、実施形態の一態様では、センサを自己校正するための改良されたシステムを提供する。
【０００９】
実施形態の別の態様では、センサを自己校正する改良された方法を提供する。
【００１０】
実施形態のさらなる態様では、低コストの自己校正センサを提供する。
【００１１】
実施形態のまた別の態様では、実質的に変更せずに、様々な異なるタイプのセンサで実行できる、センサを自己校正するシステムを提供する。
【００１２】
前述の態様および他の目的および利点は、本明細書で説明するように達成することができる。
【００１３】
一態様において、センサを自己校正するためのシステムは校正回路を有し、この校正回路は、センサの出力信号と、基準特性に関連する所定の基準信号とを比較し、所定の基準信号とセンサ出力信号との間の偏差に従ってセンサ動作バイアスを増分または減分して、センサ出力が、所定の基準電圧と一致するようにする。有利なことに、校正回路は、校正係数および伝達関数を計算するためのアルゴリズムなどのような、センサ特性用の複雑なアルゴリズムを実行するための回路を設けずに、低コストの回路設計を用いて実現することができる。さらに、校正回路は、好都合にセンサに埋め込むことができる。
【００１４】
校正回路は、センサのバイアス・パラメータを制御するためのバイアス・コントローラと、所定の基準信号をセンサ出力信号と比較するため及び制御信号をバイアス・コントローラに供給するための差動回路とを有する。差動回路は、センサ出力信号を受信するための第１の入力部と、所定の基準信号を受信するための第２の入力部と、前記バイアス・コントローラの入力部に接続された出力部とを有する。
【００１５】
差動回路および／またはバイアス・コントローラに動作可能に接続された校正スイッチは、校正モードとノーマル・モードとの間でシステムの動作モードを切り替えることができる。差動回路の出力を、校正制御信号とノーマル・モード制御信号との間で切り替えるために、スイッチを差動回路に組み込むことができる。バイアス・コントローラは、校正制御信号の受信に応答して動作バイアスを増分または減分し、バイアス・コントローラは、ノーマル・モード制御信号の受信に応答して、動作バイアスを、校正された値に設定する。
【００１６】
使用時に、バイアス・コントローラは、差動回路からの制御信号の受信に応答して、偏差に従って、センサの動作バイアス点を増分または減分して、所定の基準信号とセンサ出力信号との間の偏差を実質的に除去して、センサ出力信号が所定の基準信号と一致（対応）するようにできる。
【００１７】
別の態様において、自己校正センサは、測定量を検知するための検知装置と、検知装置に埋め込まれた校正回路とを有する。校正回路は、検知装置のバイアス・パラメータを制御するための、検知装置に接続されたバイアス・コントローラを有する。校正回路は差動回路を有し、この差動回路は、センサ出力信号を受信するための、前記検知装置の出力部に接続された第１の入力部と、センサによって測定されている基準特性に関連する所定の基準信号を受信するための第２の入力部と、バイアス・コントローラの入力部に接続された出力部とを有する。システムの動作モードを校正モードとノーマル・モードとの間で切り替えるために、校正スイッチを、差動回路および／またはバイアス・コントローラに動作可能に接続することができる。
【００１８】
差動回路は、バイアス・コントローラを制御するためにコントローラ回路に結合されたコンパレータ回路を有することができる。コンパレータ回路は、センサ出力信号を、所定の基準信号と比較し、フィードバック信号をコントローラ回路に供給し、コントローラ回路は、制御信号をバイアス・コントローラに供給する。
【００１９】
自己校正センサが校正モードで動作している場合には、バイアス・コントローラは、差動回路からの制御信号の受信に応答して、センサの動作バイアス点を増分または減分して、所定の基準信号とセンサ出力信号との間の偏差を実質的に除去して、センサ出力信号が、所定の基準信号と等しいまたはほぼ等しいようにすることができる。ノーマル・モードでは、検知装置は、校正された動作バイアス点で動作することができる。
【００２０】
校正回路は、デジタル論理回路を用いて実現することができる。バイアス・コントローラは、電流または電圧源などのようなバイアス電源に結合されたデジタル・ポテンショメータの形態とすることができる。バイアス・コントローラの抵抗値は、制御信号に応じて増分または減分され、それに応じてバイアス電源の出力がセンサにバイアスをかけるようにすることができる。あるいは、バイアス・コントローラは、バイアス電源に結合されたパルス幅変調器／復調器の形態とすることができる。変調器のパルス幅は、制御信号に応じて増分または減分することが可能であり、パルス幅復調器は、出力をバイアス電源に供給し、それに応じてバイアス電源がセンサにバイアスをかけるようにすることができる。
【００２１】
校正回路は、校正データの値を格納するための、不揮発性の電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）などのような校正メモリを含むことができる。
【００２２】
別の態様によれば、センサを自己校正する方法は、基準ターゲット材または他の測定量を検知するようにセンサを配置するステップと、前記センサの出力信号を選択するステップと、前記基準材または他の測定量に関連する所定の基準信号を選択するステップと、前記センサ出力信号と前記所定の基準信号とを比較するステップと、前記センサ出力信号と前記所定の基準信号との間の偏差を決定するステップと、前記偏差が実質的に除去されるまで、前記偏差に応じて前記センサの動作バイアス点を増分または減分して、前記センサ出力信号と前記所定の基準信号とが等しいまたはほぼ等しいようにするステップとを含む。
【００２３】
センサはＩＲセンサとすることができ、基準ターゲットはバーコードを含むことができる。あるいは、速度検知用途のためには、センサには、ホール効果／磁気抵抗センサを含むことができ、基準ターゲットは強磁性ギヤを含むことができる。近接検知の場合には、センサは、ホール効果／磁気抵抗センサとすることができ、基準ターゲットは、強磁性材料を含むことができる。圧力カットイン／カットオフ用途では、センサは、ピエゾ抵抗トランスデューサとすることができ、基準ターゲットは、流体／空気圧力を含むことができる。
【００２４】
さらに、本方法は、前記センサ出力信号が前記所定の基準信号と一致した場合の動作バイアス点値を格納するステップと、必要に応じて、前記センサの動作バイアス点を、前記格納された校正値に設定するステップとを含むことができる。
【００２５】
センサを校正する本システムおよび方法は、バイアス信号を用いて機能する任意のタイプのセンサと組み合わせて実現することができる。
【００２６】
添付の図面において、同様の参照符号は、個々の図の全てにわたって同一または機能的に類似の要素を指すものであり、添付の図面は、本明細書に組み込まれてその一部を形成するものであり、さらに、本発明を図示し、かつ本発明の背景、本発明の概要および本発明の詳細な説明と共になって本発明の原理を説明する役割をする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
好ましい実施形態による自己校正センサのブロック図を示す添付図面の図１を参照すると、自己校正センサ１の主な要素は、センサ・トランスデューサ２、３と、センサ・トランスデューサ３の出力部に結合された増幅器５と、センサを自己校正するためにそれらに結合された自己校正回路６、７、１０とを含む。ＩＲ  ＬＥＤなどのようなＩＲ源２、およびフォトトランジスタなどのような関連する光検出器３が、センサ・トランスデューサを形成する。自己校正システムは、差動回路７と、差動回路７の出力部およびセンサ・トランスデューサ２の入力部に結合されたバイアス・コントローラ／電源６と、センサ・トランスデューサの出力部と差動回路７の入力部との間に置かれた校正スイッチ１０とを有する。
【００２８】
図１に示す例示的な実施形態は、校正係数を計算することによりセンサを特徴付けする複雑なアルゴリズムを用いずに、効率的で費用効果の高い方法で自己校正を実行できる自己校正センサを提供する一般的な手法を提示する。当業者には、図１の実例が単に実施形態の一例を示し、実施形態がこの例に限定されないことが理解されよう。以下でより詳細に説明するように、自己校正システムの回路は、様々な異なるモードで実施することができる。さらに、自己校正システムは、たとえばホール効果センサや、磁気抵抗センサや、ピエゾ抵抗圧力センサなどのようなバイアス信号を用いて動作する任意のタイプのセンサに容易に適用することができ、図１に示す実施形態で例示した光センサに限定されない。
【００２９】
図２は、図１に示す自己校正回路を用いてセンサを校正するステップを概説する流れ図を示す。最初に、センサは、基準特性を検知するように配置される（図２のステップ１０１）。たとえば、図１に示す光センサ２、３の場合、基準特性は、ＩＲ源２と光検出器３との間に配置された、標準品質紙などのような基準ターゲット材４とすることができる。システムの校正モードは、処理のためにセンサ出力信号を選択することによって作動される（図２のステップ１０２）。これは、図１の自己校正センサにおいて、光検出器３の出力電圧１１が差動回路７へフィードバックされるように校正スイッチ１０を閉じることによって、達成される。基準特性に関連する所定の基準信号が選択される（図２のステップ１０３）。たとえば、基準ターゲット４が、検出器３で受信されるＩＲ源ビーム強度の５０％の低減をもたらす場合、基準電圧８の値（Ｖｒｅｆ）は、ビームにおける５０％の低減を検出するために必要な検出器の規定された出力信号と一致するように選択される。
【００３０】
次に、処理のために選択された実際のセンサ出力が、所定の基準信号と比較され（図２のステップ１０４）、センサ出力信号と基準信号との間の偏差が決定される（図２のステップ１０５）。
【００３１】
これは、図１の例では、センサ出力電圧１１（Ｖ０）と基準電圧８（Ｖｒｅｆ）とを比較する差動回路７によって達成される。次に、センサの動作バイアス点が、出力と基準信号との間の偏差が負または正のいずれであるかに従って、すなわち、偏差の極性に従って、バイアス制御電源６によって増分または減分され、それによって、実際のセンサ出力信号と所定の基準信号との間の偏差が実質的に除去されるまで、センサ出力信号を増加または低減し、実際の出力信号が基準信号に一致（対応）するようにする（図２のステップ１０６）。
【００３２】
図１に示す例において、バイアス制御電源６は、実際の出力電圧１１が、基準ターゲット４に関連する基準電圧８と等しいかまたはほぼ同じになるまで、差動回路７の出力に従ってＩＲ源のバイアス電流を増分または減分して、検出器出力電圧が、ＩＲ源ビームにおける５０％の低減に対しての必要な規定された出力信号と一致（対応）するようにする。
【００３３】
その後、センサの動作バイアス点を、結果として得られた校正値に固定することによって、センサのノーマル動作モードが作動される（図２のステップ１０７）。これは、図１の例では、校正スイッチ１０を開き、それによって差動回路７への検出器出力信号の更なるフィードバックを妨げて、それにより、バイアス電源が、ＩＲ源２の動作バイアスを、校正された動作点に保持するようにすることによって、達成される。
【００３４】
図１の自己校正センサは、様々な用途において校正することができる。たとえば、自己校正センサが、校正モードで、紙の品質や量を検出するために用いられる場合には、標準品質紙が、基準ターゲットとして働くように、ＩＲ源と検出器との間に挿入される。検出器によって検出された光強度が規定センサ出力を供給するように、所定の基準信号または閾値が選択される。たとえば、校正後に、基準電圧が２．５Ｖである場合には、ＩＲ源は、その特定の品質の紙に対する検出器出力が２．５Ｖになるような光強度を有するビームを供給する。
【００３５】
したがって、紙やバーコードの検知用途では、ＩＲ源が供給するように設計された光量が、基準電圧を規定する。基準電圧は、検出器が活性領域で動作するように選択される。ノーマル動作モードでは、センサシステムを用いて、紙の品質や、紙の様々な量を検出することができる。低品質の紙が、ＩＲ源と検出器との間に置かれた場合、ビームは、低品質紙によって、標準品質紙と比較して異なる影響を受け、その結果として、標準用紙と比較しての、検出器におけるビーム強度の小さな変化をもたらす。
【００３６】
検出器は、活性領域で動作するように校正しているので、ビーム強度の小さな変化は、検出器の出力信号、この場合には出力電圧の、基準信号からの測定可能なシフト、たとえば２．５Ｖ＋δＶをもたらす。この小さな変化を用いて、低品質紙を検知することができる。さらに、１枚より多くの紙が、ＩＲ源と検出器との間に置かれた場合、検出器におけるビーム強度は、一枚の紙が間に置かれた場合よりも小さいであろう。これは、検出器の出力電圧を基準電圧からの変化させることになり、たとえば２．５−δＶとする。
【００３７】
したがって、図１の自己校正センサは、任意の材料品質（光またはＩＲに対して半透明）に対して校正することができる。検出器が活性領域で動作するように校正されるので、光強度の小さな個別の変化を検出することができる。
【００３８】
近接／位置検知の用途の場合には、ターゲットと検知素子との間の空隙が、所定の基準信号または閾値を規定する。速度検知の用途では、基準信号または閾値は、検知素子と歯車の歯との間の空隙によって規定される。圧力スイッチの用途では、基準信号または閾値は、カットオン／カットオフ圧力によって規定される。
【００３９】
この方法は、所定の基準信号または閾値に対してセンサを動的に校正することに依存するので、自己校正は、特定のタイプのセンサに関連する複雑なアルゴリズム計算を用いずに、任意のタイプのセンサにおいて効率的および迅速に実行することができる。したがって、自己校正センサは、各タイプのセンサ用にアルゴリズムおよび関連するコンポーネントを調整せずに製造することができ、これにより、システムの製造の費用効果がより高くなり、掛かる時間がより少なくて済む。さらに、この校正方法は、費用効果の高い方法で、センサに埋め込むことができる回路設計において、より容易に実行することができる。さらに、図１に示す自己校正システムは、実質的に変更せずに、様々なタイプのセンサと共に用いることができる。必要なことは、センサの動作特性に従って、適切なタイプの基準信号および制御バイアスを提供することだけである。
【００４０】
センサを自己校正する方法およびシステムは、様々な校正回路設計を用いて実現することができる。１つのかかる回路は、別の実施形態による自己校正センサ２００を例示する図３に示すようなデジタル・ポテンショメータ・タイプの回路である。この特定の実施形態において、センサ・トランスデューサ２０２は、増幅器２０５に電気的に結合された出力部を有し、増幅器２０５は、増幅されたセンサ出力電圧２３０（Ｖｏ’）を基準電圧２０８（Ｖｒｅｆ−１）と比較するために、コンパレータ回路２１４、２１５の入力部に電気的に結合される。コンパレータ回路は、たとえば、当業者には周知のように、相補モードに配置された一対の演算増幅器２１４、２１５によって実現することができる。増幅器２０５の出力部はまた、出力電圧２３０を電圧基準２１７（Ｖｒｅｆ−２）と比較してデジタル信号出力２２３を供給するために、別のコンパレータ２１６の入力部に電気的に結合される。
【００４１】
デジタル論理コントローラ２０７は、コンパレータ２１４、２１５の出力部およびデジタル・ポテンショメータ２１１の入力部に電気的に結合され、ポテンショメータ２１１は、センサ・トランスデューサ２０２にバイアスをかけるためにバイアス電流／電圧源２０６に電気的に結合される。コントローラ２０７は論理回路を有し、この論理回路は、コントローラが負または正のコンパレータ出力によってトリガされた場合に、デジタル・ポテンショメータ２１１の抵抗値を増分または減分するように構成される。論理コントローラは、校正要求線２２０およびステータス信号線２２１と接続するための追加の入力部／出力部を有する。ＥＥＰＲＯＭなどのような不揮発性校正メモリ２１２が、デジタル・ポテンショメータおよび論理コントローラ回路に電気的に結合される。電源２１３が、センサ回路のそれぞれの要素に電力を供給する。
【００４２】
自己校正センサ２００を校正モードへ切り替えるために、デジタル論理コントローラ校正要求２２０がイネーブルにされ、それにより、コンパレータ回路２１４、２１５の出力に基づいてコントローラが制御信号をデジタル・ポテンショメータへ供給するようにさせる。コンパレータ入力部に印加されたセンサ出力電圧２３０が基準電圧２０８（Ｖｒｅｆ−１）よりわずかに大きい場合には、コンパレータ回路２１４の出力は論理ハイに近づき、コンパレータ回路２１５の出力は論理ローに近づく。出力電圧２３０が基準２０８よりわずかに小さい場合には、コンパレータ回路２１４の出力は論理ローに近づき、コンパレータ回路２１５は論理ハイに近づく。
【００４３】
論理コントローラ２０７は、ポテンショメータ２１１の抵抗値を増分または減分し、ポテンショメータ２１１は、バイアス電流／電圧源２０６の出力を変更して、センサ出力電圧２３０が最終的に電圧基準２０８に達するまでセンサ出力電圧２３０を増加または低減する。たとえば、ＩＲセンサや、磁気抵抗センサや、ホール効果センサの場合、バイアス電源２０６は、ＩＲ  ＬＥＤ、磁気抵抗トランスデューサ、ホール効果トランスデューサをそれぞれ通じての順方向バイアス電流を調節する。ピエゾ抵抗圧力センサがセンサとして用いられる場合には、バイアス源は電圧／電流源を含み、バイアス点は、センサ・トランスデューサに結合されたブリッジ抵抗器に対してのバイアス電圧／電流を調節することによって、調節される。
【００４４】
出力電圧２３０が、電圧基準２０８と一致するか、またはわずかに超える場合には、それらの間の偏差が効果的に除去され、コンパレータ出力の極性が切り替わる。論理コントローラ２０７は、コンパレータ２１４およびコンパレータ２１５の出力部に結合されたデジタル・コンパレータ入力部からなり、出力電圧２３０が電圧基準２０８に等しい場合には、両方のコンパレータ２１４、２１５の出力は論理ローに近づく。論理コントローラ２０７は、これを、校正プロセスが完了した指標として検出する。これに応答して、論理コントローラ２０７は、フラッグ信号を校正メモリ２１２に送信して、デジタル・ポテンショメータ抵抗値を格納し、校正ステータス線２２１をイネーブルにして、校正プロセスが終了したことおよびセンサが今やノーマルモードで動作できることを示す。
【００４５】
自己校正センサ２００の電源が切られた場合には、デジタル・ポテンショメータの校正された抵抗値が校正メモリ２１２に保持されて、センサに電源が再投入されると、デジタル・ポテンショメータの抵抗値が校正値に設定され、それによって、電源喪失にかかわらずセンサ動作点を校正値に維持するようにする。
【００４６】
センサを自己校正するシステムおよび方法を実現するのに適した別のタイプの校正回路は、図４に示すパルス幅変調回路であり、図４は、さらに別の実施形態による自己校正センサのブロック図を示す。この特定の実施形態において、センサ３０２は、増幅器３０５に電気的に結合された出力部を有し、増幅器３０５は、アナログ電圧出力部３２３およびコントローラ３５０への入力部に電気的に結合される。
【００４７】
コントローラは、センサ・トランスデューサ３０２のアナログ出力電圧３５１をデジタル・データに変換するためのアナログ／デジタル変換器３１５と、デジタル・データを、所定の電圧基準３１８（Ｖｒｅｆ−１）および所定の電圧３１７（Ｖｒｅｆ−２）と比較するためのデジタル・コンパレータ３１４と、ＰＷＭジェネレータ３５０およびデジタルコンパレータ３１４およびデジタル基準電圧３１８、３１７を制御する命令セットを格納するための、不揮発性フラッシュ／ＥＰＲＯＭなどのようなプログラム・メモリ３１３と、校正データを格納するための、不揮発性ＥＥＰＲＯＭなどのような校正メモリ３１２と、変調された交番信号を発生するためのパルス幅変調器３０７とを含む。コントローラ３５０は、デジタル信号出力部３２５を有する。
【００４８】
追加の入力部／出力部を、それぞれ、校正要求線３２０および校正ステータス線３２１に接続することができる。パルス幅変調器から受信された交番信号のパルス幅の値に対応する値を備えた出力を生成するためのパルス幅復調器３１１が、バイアス電流／電圧源３０６に電気的に結合され、バイアス電流／電圧源３０６は、センサ・トランスデューサ３０２の入力部に電気的に結合される。電源３１３は、センサ３００のそれぞれの要素に電力を供給する。
【００４９】
パルス幅変調回路に校正回路を実現することは、特に費用効果が高い。なぜなら、コンパレータ回路、論理コントローラ、校正メモリ、パルス幅変調器および他の回路を、シングルチップ・コントローラに組み込むことができるからである。
【００５０】
センサ３００を校正モードに切り替えるために、校正要求３２０がイネーブルにされて、それにより、パルス幅変調器３０７に、変調された交番信号を発生させて、この交番信号がパルス幅復調器に結合されて、交番信号のパルス幅に比例した出力を発生し、この出力がバイアス電流／電圧源３０６を変化させて、センサ・トランスデューサ３０２の出力電圧３５１を増加または低減する。増幅されたセンサ出力電圧３５１は、変換器３１５によってデジタル・データに変換され、デジタル・コンパレータ３１４によってデジタル基準３１８（Ｖｒｅｆ−１）と比較される。
【００５１】
デジタル・コンパレータ３１４からの負または正の出力が、パルス幅変調器３０７をトリガして、パルス幅復調器によってバイアス電流／電圧源３０６へ供給される出力が、出力電圧３５１を所定の基準電圧３１８に到達させるのに十分になるまで、交番信号のパルス幅を増加または低減させる。その後、コントローラ３５０は、変換器からのデジタルデータが基準３１８（Ｖｒｅｆ−１）と同じあることを検出し、発生された交番信号のパルス幅を表すデータを校正メモリ３１２に格納する。
【００５２】
校正されたパルス幅データが校正メモリに格納されており、それが電源投入時にパルス幅ジェネレータ３０７に再印加されるので、電源を切られた後にセンサ３００に電源を投入する場合であっても、センサ・トランスデューサ３０２は、バイアス電源３０６により設定動作点に保持される。次に、校正ステータス線３２１は、イネーブルにされて、校正プロセスが完了したこと、およびセンサ３００をノーマル・モードで使用できることを示す。
【００５３】
上記の開示の変形および他の特徴、態様および機能またはこれらの代替例を、他の多くの異なるシステムまたは用途に望ましく組み合わせることができることが理解されよう。また、当業者によって、これらの現在予期も予測もできない様々な代替、変更、変形または改良が後になされる可能性があり、これらもまた特許請求の範囲に包含されるものであることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、好ましい実施形態による自己校正センサのブロック図を示す。
【図２】図２は、実施形態に従ってセンサを自己校正するステップを概説する流れ図を示す。
【図３】図３は、別の実施形態による自己校正センサのブロック図を示す。
【図４】図４は、さらに別の実施形態による自己校正センサのブロック図を示す。
【図１】
2009503450.tif 000003
【図２】
2009503450.tif 000004
【図３】
2009503450.tif 000005
【図４】
2009503450.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月25日(2008.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサを自己校正するためのシステムであって、
校正回路を備え、該校正回路は、
前記センサのバイアス・パラメータを制御するためのバイアス・コントローラと、
前記センサの出力信号を受信するための第１の入力部と、所定の基準信号を受信するための第２の入力部と、前記バイアス・コントローラの入力部に結合され、前記所定の基準信号と前記センサの出力信号との間の偏差に従って制御信号を供給するための出力部とを有する差動回路と、
前記差動回路および／または前記バイアス・コントローラに動作可能に接続され、前記システムの動作モードを校正モードとノーマルモードとの間で切り替えるための校正スイッチと、
を有し、
使用時に、前記バイアス・コントローラは、前記制御信号の受信に応答して、前記センサの動作バイアス点を増分または減分して前記偏差を実質的に除去し、それによって、前記所定の基準信号と一致するセンサ出力信号を供給する、
システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記校正回路が前記センサに埋め込まれ、前記センサが、前記差動回路の前記第１の入力部に結合された出力部と、前記バイアス・コントローラの出力部に結合された入力部とを有する、システム。
【請求項３】
自己校正センサであって、
測定量を検知するための検知装置と、
前記検知装置に埋め込まれた校正回路と、
を備え、前記校正回路が、
前記検知装置の入力部に結合され、前記検知装置のバイアス・パラメータを制御するためのバイアス・コントローラと、
前記検知装置の出力信号を受信するための第１の入力部と、所定の基準信号を受信するための第２の入力部と、前記バイアス・コントローラの入力部に結合され、前記所定の基準信号と前記検知装置の出力信号との間の偏差に従って制御信号を供給するための出力部とを有する差動回路と、
前記差動回路および／または前記バイアス・コントローラに動作可能に接続され、前記システムの動作モードを校正モードとノーマルモードとの間で切り替えるための校正スイッチと
を含み、
校正モードにおいて、前記バイアス・コントローラは、前記制御信号の受信に応答して、前記検知装置の動作バイアス点を増分または減分して前記偏差を実質的に除去し、それによって、前記所定の基準信号と一致するセンサ出力信号を供給することができ、
ノーマルモードにおいて、前記検知装置は、前記校正された動作バイアス点で動作することができる、
自己校正センサ。
【請求項４】
センサを自己校正する方法であって、
基準材または他の測定量を検知するようにセンサを配置するステップと、
前記センサの出力信号を選択するステップと、
前記基準材または他の測定量に関連する所定の基準信号を選択するステップと、
前記センサの出力信号と前記所定の基準信号とを比較するステップと、
前記センサの出力信号と前記所定の基準信号との間の偏差を決定するステップと、
前記偏差が実質的に除去されるまで、前記センサの動作バイアス点を増分または減分して、前記センサ出力信号と前記所定の基準信号とが等しいまたはほぼ等しいようにするステップと、
を含むセンサを自己校正する方法。
【国際調査報告】
2009503450.tif 000007
2009503450.tif 000008