(57)【要約】  センシングエレメント上の付着物を除去する手段を備えた温度センサを提案する。センサは付加的に付着物を識別する手段を有することもできる。付着物を除去する手段はセンシングエレメントの加熱を行う駆動回路によって実現される。さらに基準センシングエレメントを使用して、これにより間接的な加熱からセンシングエレメントの検査を行ってもよい。センシングエレメント上に触媒層を設ければ比較的低温で付着物を除去することができる。
2005513433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度を検出するセンシングエレメント（１）と該センシングエレメントの出力信号を評価する評価回路（２）とを有する
温度センサにおいて、
センシングエレメント（１）の付着物を除去する手段を有する
ことを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
付着物を識別する手段を有する、請求項１記載のセンサ。
【請求項３】
付着物を除去する手段はセンシングエレメント（１）を加熱するセンシングエレメント用駆動回路（３）を有している、請求項１または２記載のセンサ。
【請求項４】
駆動回路（３）によってセンシングエレメント（ＲＴ）と並列に駆動される基準センシングエレメント（ＲＨ）を有しており、評価回路（２）がセンシングエレメント（ＲＴ）の第１の出力信号と基準センシングエレメント（ＲＨ）の第２の出力信号との比較からセンシングエレメント（ＲＴ）上の付着物を識別する、請求項３記載のセンサ。
【請求項５】
駆動回路（３）は基準センシングエレメント（ＲＨ）およびセンシングエレメント（ＲＴ）を周期的な信号で駆動する、請求項４記載のセンサ。
【請求項６】
予め駆動回路（３）によりセンシングエレメント（１）を加熱しておき、評価回路（２）はセンシングエレメント（ＲＴ）の冷却状態から付着物を識別する、請求項４記載のセンサ。
【請求項７】
付着物の除去手段はセンシングエレメント上に加熱によって付着物を除去することのできる触媒層を有する、請求項１記載のセンサ。
【請求項８】
触媒層は貴金属、有利にはロジウム、白金またはパラジウムとして構成されている、請求項７記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来の技術
本発明は独立請求項の上位概念記載の温度センサに関する。
【０００２】
本出願人による未公開の独国出願第１００５７２５８号明細書から、側方衝突の検出に用いられる温度センサが公知である。ここでは側方衝突による車体側部の変形から発生した断熱性の温度上昇が測定され、これにより側方衝突が識別される。
【０００３】
本発明の利点
本発明の独立請求項の特徴部分の構成を有する温度センサは、従来技術に対して、温度の検出に用いられるセンシングエレメントの付着物を除去する手段を備えているという利点を有する。これにより水、氷または他の有機的な付着物などをセンシングエレメント（通常は温度絶縁性のメンブレイン上に設けられた抵抗）から除去することができる。有利には動作確実性が高められる。なぜならセンシングエレメント上の付着物による衝突検出の障害が識別され、除去されるからである。
【０００４】
従属請求項に記載された実施手段および実施形態により独立請求項に記載された温度センサの有利な改善が達成される。
【０００５】
特に有利には、温度センサは付着物を識別する手段をも有する。これにより状況に応じて付着物の除去手段を使用することができる。付着物を識別する手段を設けない場合には、付着物の除去手段を所定の時間間隔で繰り返し使用しなければならない。
【０００６】
付着物の除去手段は有利にはセンシングエレメントを加熱するセンシングエレメント用駆動回路を有する。これにより例えば水を加熱して除去することができる。また水溶性の他の付着物もいっしょに蒸発させることができる。
【０００７】
特に有利には、温度センサは駆動回路によってセンシングエレメントと並列に駆動される基準センシングエレメントを有している。ここで評価回路はセンシングエレメントの第１の出力信号と基準センシングエレメントの第２の出力信号との比較から、センシングエレメント上の付着物を識別する。駆動回路が周期的な信号を基準センシングエレメントおよびセンシングエレメントに送出することにより、振幅および位相に関する信号比較から、センシングエレメント上の付着物の有無が識別される。このために基準センシングエレメントを周囲から遮蔽する必要があり、ここに付着物が付着してはならない。これに代えて、センシングエレメントへ送出される信号とセンシングエレメントからの出力信号とを比較し、センシングエレメントの伝達関数を求めてもよい。この場合にも振幅比較および位相比較によって付着物を識別することができる。伝達関数の分析を導入することにより付着物のタイプを求めることもできる。またこれに代えて、センシングエレメントを付着物の付着していない時点で加熱信号によって駆動してもよい。こうした時点は例えば最終キャリブレーションの時点である。このようにして得られた出力信号は当該のセンシングエレメントに対する基準信号として用いられる。したがって付加的な基準センシングエレメントは必要ない。付着物を検出するには、前述したように、基準センシングエレメントと任意の時点で測定された出力信号とのあいだの振幅比較または位相比較を行う。これに代えて伝達関数を計算して付着物の有無を導出してもよい。
【０００８】
さらに有利には、予め駆動回路によりセンシングエレメントを加熱しておき、評価回路によってセンシングエレメントの冷却状態から付着物を識別する。これによりステップ関数の範囲でセンシングエレメントによるこのステップ関数への応答を付着物の検出に使用することができる。ステップ応答とはここではステップ状の加熱状態のことであり、その応答から冷却状態を評価することができる。例えばこのような評価にとっての典型的な低下値はオイラー数の逆数から求められる。
【０００９】
さらに、センシングエレメントそのものが加熱によって付着物を除去することのできる触媒層を有する構成も有利である。この触媒層は貴金属、有利にはロジウム、白金またはパラジウムから成る。ここで特にメンブレインの熱分解洗浄を行うことができる。特に温度センサに付着した有機的な付着物を洗浄することができる。熱分解洗浄の開始に必要な温度はメンブレイン上に設けられた抵抗を介してメンブレインを加熱することにより得られる。
【００１０】
図面
本発明の実施例を図示し、以下に詳細に説明する。図１には本発明の温度センサのブロック図が示されている。図２にはマイクロメカニカルセンサとしての温度センサの実施例が示されている。図３には温度センサの第１の等価回路図が示されている。図４には本発明のセンサの入力信号と出力信号との比較が示されている。図５には温度センサの第２の等価回路図が示されている。図６には付着物のあるときとないときとの温度センサでの冷却過程が示されている。
【００１１】
実施例の説明
温度センサは車両の分野でますます使用される機会が多くなっている。上述のようにこの種の温度センサは側方衝突の検出に用いられる。車両で使用されるため、温度センサは大きく変動する気象条件に曝される。こうした気象条件のもとで、外界と接触せざるをえない温度センサには液体すなわち水分が付着することがある。これはセンサの結露、凍結または汚染を引き起こす。
【００１２】
本発明によれば、こうした温度センサに付着物を除去する手段が設けられる。１つの実施例では、温度センサに付着物を識別する手段が設けられ、さらに温度センサのセンシングエレメント上に加熱によって付着物を除去することのできる触媒層が設けられる。
【００１３】
温度センサは温度を検出するセンシングエレメントとセンシングエレメントの出力信号に対する評価回路とを有する。センシングエレメントは通常は熱絶縁性のメンブレイン上に設けられた金属膜抵抗によって実現される。評価回路はセンシングエレメントの出力信号を評価する。出力信号は評価回路によって増幅されディジタル化される。処理された信号は制御装置へ伝送される。センシングエレメントの付着物を除去する手段は典型的にはヒータによって実現される。これはセンシングエレメントそのものを加熱するか、または他の間接的な手段によって加熱を行う。触媒層を設けて付着物の加熱が増幅されるように構成してもよい。
【００１４】
図１には温度センサのブロック回路図が示されている。センシングエレメント１は評価回路２に接続されている。評価回路２は上述のように、測定値増幅器、アナログディジタル変換器および信号処理部を有している。信号処理部は通常プロセッサまたはＡＳＩＣによって実現される。センシングエレメント１を駆動する駆動回路３は評価回路２によって制御され、これらから閉ループ制御回路が形成される。この場合には評価回路２で評価された信号に依存してセンシングエレメント１が駆動制御される。駆動回路３はこのために電流源および場合により電力増幅器を有する。
【００１５】
図２にはセンシングエレメントの構成が示されている。メンブレイン４上に金属膜抵抗ＲＴ，ＲＨが存在しており、図２にはその平面図と構造体の中央で切断した断面図とが示されている。メンブレイン４は基板（有利には半導体基板）のエッチングによって製造されている。蒸着またはエレクトロデポジションなどの堆積技術により金属膜抵抗ＲＴ，ＲＨはメンブレイン上に堆積される。金属膜抵抗ＲＴ，ＲＨの材料として通常は白金が用いられる。抵抗ＲＴ，ＲＨは小さなミアンダ構造体をなしており、相互に電気的に分離されている。ただしこれらは相互に近接して配置され、間接的な加熱が可能となっている。第１の抵抗ＲＴは側方衝突センサとして使用される場合、温度上昇の測定に用いられる。評価回路２によりその抵抗値が測定され、抵抗に比例する信号ＵＤＴが形成される。第１の抵抗ＲＴに熱的に結合された第２の抵抗ＲＨを用いて温度上昇をシミュレーションすることができる。このために加熱電圧ＵＨまたは加熱電流ＩＨによって第２の抵抗ＲＨを駆動する駆動回路３が必要である。
【００１６】
図３には上述の構成の簡単な等価回路図が示されている。第２の抵抗ＲＨは駆動回路３に接続されており、電流ＩＨまたは電圧ＵＨを介して加熱される。第１の抵抗ＲＴを介して電圧ＵＤＴが取り出され、この電圧が評価回路２によって測定される。
【００１７】
図４には前述の信号の信号特性のグラフが示されている。上方のグラフには電圧ＵＨが示されている。これは第２の抵抗ＲＨの加熱に使用される電圧である。ここでは正弦電圧１０が使用される。下方の電圧‐時間のグラフでは時間が横軸に、電圧が縦軸に示されており、縦軸には評価回路２で測定された電圧ＵＤＴが示されている。
【００１８】
第２の抵抗ＲＨが時間変化する信号ＵＨによって駆動される場合、第１の抵抗ＲＴおよび第２の抵抗ＲＨの周期的な加熱および冷却が行われる。この加熱および冷却は評価回路２によって測定され、温度に依存する出力信号ＵＤＴが形成される。既知の駆動信号に対して、汚染されておらず損なわれていないセンシングエレメントでは定義された振幅および定義された位相オフセットを有する信号がつねに発生する。これは下方のグラフに参照番号２０で示されている。センシングエレメントが結露、凍結または汚染を有するときには、質量が増大しまた抵抗が放熱するために、出力信号ＵＤＴ位相オフセットおよび／または振幅が変化し、信号３０が形成される。したがってこうしたパラメータを測定することにより付着物を識別することができる。本発明の方法は図４に正弦波状の信号として示されているが、基本的には他の信号形状、例えば矩形波または鋸歯波なども使用可能である。
【００１９】
本発明の測定原理によればセンシングエレメントに対して加熱抵抗ＲＨを省略することもできる。このことが図５に示されている。この実施例では第１の抵抗ＲＴしか設けられていない。測定時に当該の抵抗ＲＴが加熱に対しても測定に対しても用いられる。このために抵抗ＲＴは駆動回路３に結合されている。加熱後、抵抗は駆動回路３から分離され、評価回路２へ接続される。したがって信号ＵＤＴはセンシングエレメントの冷却過程を表す。付着物のないセンシングエレメントの冷却過程はきわめて迅速に、約０．１〜５０ｍｓで経過する。これに対して付着物のあるセンシングエレメントの冷却過程は緩慢である。なぜなら熱に関連する質量が増大するからである。加熱の遮断から抵抗ＲＴが所定の温度に達するまでの時間を電圧値ＵＴＤＴに対して測定すれば、付着物のあるセンシングエレメントに対して遅延時間δＴを測定することができる。
【００２０】
図６には上述の特性の電圧‐時間のグラフが示されている。ここには抵抗ＲＤＴの冷却状態に対して種々の低下時間を表した２つの曲線が示されている。右方の低下する曲線は汚染された抵抗の冷却状態を表しており、付着物のないセンサよりも冷却に時間がかかっている。付着物のないセンサの特性は急峻に低下する左方の曲線に表れており、つまり冷却が迅速である。評価回路２と駆動回路３とのあいだの切換は電子的にまたは電気化学的に行われる。
【００２１】
温度センサの凍結または結露はセンサの加熱により回避されるか、または排除される。抵抗ＲＴ，ＲＨが設けられる場合、抵抗ＲＨを加熱に使用する。加熱を駆動回路３を介して切換なしに行うことができる。抵抗ＲＴのみが設けられる場合には、加熱過程を評価回路２から分離し、駆動回路３へ結合しなければならない。
【００２２】
加熱は緩慢に行ってもよいし、パルス状に行ってもよい。緩慢な加熱では氷膜または水膜のヴォリューム全体が蒸発していく。パルス状の加熱では膜の蒸発が生じ、氷膜または液体膜の剥離にいたる。
【００２３】
メンブレイン４の領域で触媒層を使用することにより、比較的低温でメンブレイン４の熱分解洗浄を行うことができる。このようにしてセンサから有機的な付着物が除去される。熱分解洗浄の開始に必要な温度はメンブレイン上に設けられた抵抗ＲＴ，ＲＨを介したメンブレインの加熱によって得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の温度センサのブロック図である。
【００２５】
【図２】マイクロメカニカルセンサとしての温度センサの実施例を示す図である。
【００２６】
【図３】温度センサの第１の等価回路図である。
【００２７】
【図４】本発明のセンサの入力信号と出力信号とを比較したグラフである。
【００２８】
【図５】温度センサの第２の等価回路図である。
【００２９】
【図６】付着物のあるときとないときとの温度センサでの冷却過程を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
2005513433.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年5月26日(2004.5.26)
【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】
温度を検出するセンシングエレメント（１）と、センシングエレメントの出力信号を評価する評価回路（２）と、センシングエレメント（１）の付着物を除去する手段とを有する
温度センサにおいて、
駆動回路（３）によってセンシングエレメント（ＲＴ）と並列に駆動される基準センシングエレメント（ＲＨ）を有しており、
評価回路（２）がセンシングエレメント（ＲＴ）の第１の出力信号と基準センシングエレメント（ＲＨ）の第２の出力信号との比較からセンシングエレメント（ＲＴ）上の付着物を識別する
ことを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
付着物を識別する手段を有する、請求項１記載のセンサ。
【請求項３】
付着物を除去する手段はセンシングエレメント（１）に対してこれを加熱するセンシングエレメント用駆動回路（３）を有している、請求項１または２記載のセンサ。
【請求項４】
駆動回路（３）は基準センシングエレメント（ＲＨ）およびセンシングエレメント（ＲＴ）を周期的な信号で駆動する、請求項１記載のセンサ。
【請求項５】
予め駆動回路（３）によってセンシングエレメント（１）を加熱しておき、評価回路（２）によりセンシングエレメント（ＲＴ）の冷却状態から付着物を識別する、請求項１記載のセンサ。
【請求項６】
付着物の除去手段はセンシングエレメント上に加熱によって付着物を除去することのできる触媒層を有する、請求項１記載のセンサ。
【請求項７】
触媒層は貴金属、有利にはロジウム、白金またはパラジウムとして構成されている、請求項６記載のセンサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
本出願人による未公開の独国出願第１００５７２５８号明細書から、側方衝突の検出に用いられる温度センサが公知である。ここでは側方衝突による車体側部の変形から発生した断熱性の温度上昇が測定され、これにより側方衝突が識別される。
米国特許第５００３２９５号明細書から、センシングエレメントとセンシングエレメントの付着物の除去手段とを備えた氷検出プローブが公知である。このセンサはさらに評価回路を有しており、この評価回路はケーシング内に配置され、センサの出力信号の評価に用いられる。


【国際調査報告】
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