(57)【要約】【課題】ＡＤ変換およびＤＡ変換を利用することなく、センサ制御装置から出力されるアナログ信号としての検出信号を補正する信号補正装置を提供する。【解決手段】信号補正装置１１は、センサ制御装置１３から出力されるアナログ信号としての検出電圧Ｖｉｐを、センサ１５（センサ素子１７）の個体差情報に基づいて補正し、補正後検出電圧Ｖｉｐを出力する。信号補正装置１１は、第１ＡＤ変換部２７および検出用抵抗３３を用いて、識別用抵抗１９の抵抗値（ランク抵抗Ｒｎ）を検出する。演算部２１は、ゲイン調整部２３での補正倍率がランク抵抗Ｒｎに対応する補正倍率Ｇｎとなるように、ゲイン設定部３７の抵抗値を設定する。ゲイン調整部２３は、補正倍率Ｇｎを用いたアナログ処理により検出電圧Ｖｉｐを補正し、アナログ信号としての補正後検出電圧Ｖｉｐを出力する。【選択図】 図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ素子を制御するセンサ制御装置から出力されるアナログ信号としての検出信号を補正する信号補正装置であって、
前記センサ素子の個体差を示す個体差情報を取得する個体差情報取得部と、
前記個体差情報に基づいて前記検出信号を補正する際の補正倍率を設定する補正倍率設定部と、
前記補正倍率を用いたアナログ処理により前記検出信号を補正し、アナログ信号としての補正後検出信号を出力する補正信号出力部と、
を備える信号補正装置。
【請求項２】
前記補正信号出力部は、抵抗値が変化するデジタルポテンショメータを備え、前記デジタルポテンショメータの抵抗値を変更することで、前記検出信号を補正する際の補正倍率を変更可能に構成されている、
請求項１に記載の信号補正装置。
【請求項３】
前記個体差情報取得部は、前記センサ素子の個体差に応じて抵抗値が定められた識別用抵抗素子の抵抗値を、前記個体差情報として取得するよう構成されている、
請求項１または請求項２に記載の信号補正装置。
【請求項４】
前記個体差情報とは異なる個別倍率情報を設定するための個別倍率設定部を備え、
前記補正倍率設定部は、前記個体差情報および前記個別倍率情報のうち少なくとも一方を用いて、前記補正倍率を設定するように構成されている、
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の信号補正装置。
【請求項５】
前記センサ素子が非活性状態であるときの前記検出信号が示す値を検出し、検出した値を基準値として設定する基準値設定部を備え、
前記補正信号出力部は、前記検出信号と前記基準値との差分値に前記補正倍率を乗算した値に前記基準値を加算して倍率補正検出信号を生成するとともに、前記倍率補正検出信号と前記基準値との差分値に予め定められたオフセット基準値を加算して前記補正後検出信号を生成するように構成されている、
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の信号補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、信号補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサ素子を制御するセンサ制御装置が知られている（特許文献１）。このセンサ制御装置は、例えば、被測定ガスに晒されたセンサ素子を制御することで、被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出する用途等に用いられる。
【０００３】
ここで、センサ素子は、同一品番であっても製造バラツキ等に起因して検出精度に個体差が生じる場合があり、検出対象の状態量が同一であっても、検出結果（検出信号）に誤差（ゲイン誤差など）が生じる場合がある。また、センサ制御装置においても、センサ素子の制御精度に個体差が生じる場合があり、センサ制御装置から出力される検出信号に誤差（ゲイン誤差、オフセット誤差など）が生じる場合がある。
【０００４】
これに対して、センサ制御装置における個体差を考慮して検出信号を補正する信号補正装置が提案されている。この信号補正装置における補正方法としては、例えば、アナログ信号としての検出信号をＡＤ変換（アナログ−デジタル変換）して、デジタル信号としての検出信号をデジタル処理することで、個体差に起因する誤差を低減する補正方法がある（特許文献２）。
【０００５】
なお、デジタル処理により補正されたデジタル信号としての補正後検出信号は、例えば、ＤＡ変換（デジタル−アナログ変換）を行うことで、アナログ信号としての補正後検出信号として出力してもよい。これにより、アナログ信号を用いて各種処理を行う機器において補正後検出信号を利用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−０７０１９４号公報
【特許文献２】特開平０２−０１２０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、検出信号の補正に際してＡＤ変換およびＤＡ変換を利用する場合、補正後の検出信号にＡＤ変換およびＤＡ変換に起因する誤差が生じることがあり、また、ＡＤ変換およびＤＡ変換に起因する応答速度の遅延が生じるなど、ＡＤ変換およびＤＡ変換に起因する問題が生じる虞がある。
【０００８】
つまり、例えば、ＡＤ変換およびＤＡ変換を実施する場合には、サンプリング時間に応じて検出信号の波形が階段状になり、量子化誤差が発生することがある。また、このような階段状の波形を避けるために、波形のフィルタ処理を行う場合、信号の遅延が発生することになる。さらに、ＡＤ変換およびＤＡ変換におけるサンプリング時間によって、応答速度の限界値（上限値）が発生することになる。
【０００９】
本開示は、ＡＤ変換およびＤＡ変換を利用することなく、センサ制御装置から出力されるアナログ信号としての検出信号を補正する信号補正装置およびセンサシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一態様は、センサ素子を制御するセンサ制御装置から出力されるアナログ信号としての検出信号を補正する信号補正装置であって、個体差情報取得部と、補正倍率設定部と、補正信号出力部と、を備える。
【００１１】
個体差情報取得部は、センサ素子の個体差を示す個体差情報を取得するように構成されている。補正倍率設定部は、個体差情報に基づいて検出信号を補正する際の補正倍率を設定するように構成されている。補正信号出力部は、補正倍率を用いたアナログ処理により検出信号を補正し、アナログ信号としての補正後検出信号を出力するように構成されている。
【００１２】
この信号補正装置は、補正倍率を用いたアナログ処理により検出信号を補正する補正信号出力部を備えることから、検出信号の補正に際してＡＤ変換およびＤＡ変換を利用することなく、検出信号を補正する構成となる。このため、この信号補正装置によれば、ＡＤ変換およびＤＡ変換に起因する誤差や応答速度の遅延などを抑制できるため、補正後検出信号における誤差や応答速度の遅延などを抑制できる。
【００１３】
また、この信号補正装置は、個体差情報取得部で取得した個体差情報に基づいて補正倍率を設定する補正倍率設定部を備えるため、作業者の手作業による補正倍率の設定が不要となり、検出信号の補正に関する補正倍率の設定作業が簡便になる。
【００１４】
なお、センサ制御装置から出力される検出信号としては、例えば、センサ素子による検出結果に応じた値を示す信号であって、検出対象の状態量が同一であってもセンサ素子の個体差に起因して検出結果がわずかに変動する特性を有した信号が挙げられる。
【００１５】
次に、本開示の信号補正装置においては、補正信号出力部は、抵抗値が変化するデジタルポテンショメータを備え、デジタルポテンショメータの抵抗値を変更することで、検出信号を補正する際の補正倍率を変更可能に構成されてもよい。
【００１６】
このような構成の補正信号出力部を備えることで、抵抗値の調整によりアナログ信号に対する補正倍率を変更できるため、個体差情報に基づいて補正倍率を容易に設定できるとともに、アナログ信号としての補正後検出信号を容易に出力できる。このため、この信号補正装置は、アナログ信号としての検出信号をデジタル信号に変換することなく、個体差情報に基づいて補正することが可能となる。
【００１７】
次に、本開示の信号補正装置においては、個体差情報取得部は、センサ素子の個体差に応じて抵抗値が定められた識別用抵抗素子の抵抗値を、個体差情報として取得するよう構成されてもよい。
【００１８】
このように、個体差情報取得部が識別用抵抗素子の抵抗値を読み取ることで、そのセンサ素子の個体差情報を他のセンサ素子の個体差情報と間違えることなく正確に読み取ることができる。とりわけ、識別用抵抗素子がセンサ素子に付帯して備えられている場合には、そのセンサ素子の個体差情報を確実に読み取ることができる。
【００１９】
次に、本開示の信号補正装置においては、個体差情報とは異なる個別倍率情報を設定するための個別倍率設定部を備え、補正倍率設定部は、個体差情報および個別倍率情報のうち少なくとも一方を用いて、補正倍率を設定するように構成されてもよい。
【００２０】
このように、個体差情報のみならず個別倍率情報を用いて補正倍率を設定する構成であれば、同一のセンサ素子における検出信号を補正する場合において、異なる補正倍率を設定することができる。このため、例えば、検出信号を拡大して観察する用途においては、補正倍率が大きくなるように個別倍率情報を設定することで、検出信号が拡大された補正後検出信号を出力できる。反対に、検出信号を縮小して観察する用途においても、個別倍率情報を適宜設定すればよい。
【００２１】
次に、本開示の信号補正装置においては、センサ素子が非活性状態であるときの検出信号が示す値を検出し、検出した値を基準値として設定する基準値設定部を備え、補正信号出力部は、検出信号と基準値との差分値に補正倍率を乗算した値に基準値を加算して倍率補正検出信号を生成するとともに、倍率補正検出信号と基準値との差分値に予め定められたオフセット基準値を加算して補正後検出信号を生成するように構成されてもよい。
【００２２】
このように基準値設定部を備えることで、センサ素子およびセンサ制御装置が経年劣化などの影響により特性が変動した場合でも、その特性変動に応じて基準値を更新できるため、特性変化の影響による誤差の発生を抑制しつつ、検出信号を補正できる。よって、この信号補正装置によれば、検出信号の補正精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】センサ評価装置およびセンサを備えるセンサ評価システムの概略構成を表す説明図である。
【図２】信号補正装置の構成を表す説明図である。
【図３】センサ評価処理の内容を表したフローチャートである。
【図４】ランク抵抗Ｒｎと補正倍率Ｇｎとの対応関係情報を表す説明図である。
【図５】センサを用いて検出した検出電圧Ｖｉｐのうち、信号補正装置による補正前の検出電圧Ｖｉｐと、ゲイン調整後の検出電圧Ｖｉｐと、オフセット調整後の検出電圧Ｖｉｐと、の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
尚、本開示は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
【００２５】
［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
第１実施形態として、センサ１５を評価するためのセンサ評価システム１について説明する。
【００２６】
センサ評価システム１は、図１に示すように、センサ評価装置３およびセンサ１５を備える。
センサ評価システム１は、評価対象であるセンサ１５が検出対象の状態量を正常に検出できる状態であるか否かを評価する用途に用いられる。例えば、センサ評価装置３は、評価用ガスに晒したセンサ１５を用いて検出される検出信号（検出電圧Ｖｉｐなど）を出力する。評価者（作業者）は、センサ評価装置３から出力された検出信号が予め定められた正常範囲に含まれるか否かを判定することで、センサ１５を評価する。
【００２７】
センサ１５は、被測定ガス（例えば、内燃機関の排気ガス）中の酸素濃度を広域にわたって検出するためのガスセンサ（酸素センサ）であり、詳細には酸素濃度に応じて検出信号が略比例的に変化するガスセンサ（酸素センサ）である。センサ１５は、センサ素子１７と、識別用抵抗１９と、を備えている。センサ素子１７は、固体電解質体および一対の電極を有するセルを少なくとも１個以上備えて構成されている。例えば、センサ素子１７は、酸素ポンプセル１７ａと、酸素濃度検知セル（図示省略）と、を備えた公知の構成を有する２セル式のセンサ素子である。識別用抵抗１９は、センサ素子１７の個体差に応じて定められた抵抗値（以下、ランク抵抗Ｒｎ（ｎは１以上の整数）ともいう）を示す抵抗素子を用いて構成されている。
【００２８】
センサ評価装置３は、信号補正装置１１と、センサ制御装置１３と、を備えている。
信号補正装置１１は、センサ制御装置１３から出力された検出電圧Ｖｉｐを補正して、補正後検出電圧Ｖｉｐを出力する。信号補正装置１１の詳細については、後述する。
【００２９】
センサ制御装置１３は、センサ１５のセンサ素子１７を制御して、センサ素子１７から各種信号を検出し、検出結果を示す検出信号を他機器（本実施形態では、信号補正装置１１）に対して出力する。検出信号としては、例えば、被測定ガス中の酸素濃度に応じて変化する電圧信号である検出電圧Ｖｉｐが挙げられる。また、他の検出信号としては、例えば、センサ素子１７の抵抗値に応じて変化する抵抗値検出信号が挙げられる。センサ素子１７の抵抗値は、センサ素子１７の温度によって変化する特性（温度特性）を有するため、この抵抗値検出信号は、センサ素子１７の温度を判定するために利用できる。
【００３０】
センサ制御装置１３は、センサ素子１７の制御モードを複数種類の中のいずれかに設定可能に構成されている。なお、制御モードの種類としては、例えば、非活性モード、測定モード、保護モードが挙げられる。
【００３１】
非活性モードは、被測定ガス中の酸素濃度を検出する前の準備段階に相当する制御モードであり、センサ素子１７に対して微小電流を通電するなど、センサ素子１７の状態（詳細には、セルの状態など）を酸素検出可能な状態に移行させる制御モードである。この状態のセンサ素子１７から出力される検出電圧Ｖｉｐは、酸素濃度を検出していない状態での検出電圧Ｖｉｐの値（後述する基準値Ｖｂａ）として利用できる。
【００３２】
測定モードは、被測定ガス中の酸素濃度を検出する場合の制御モードであり、センサ素子１７に対して制御電流の通電や制御電圧の印加を行う制御モードである。この状態のセンサ素子１７から出力される検出電圧Ｖｉｐは、酸素濃度の検出結果に応じた値を示しており、酸素濃度の検出に利用できる。
【００３３】
保護モードは、センサ素子１７を過電流や過電圧などから保護するための制御モードであり、センサ素子１７に対する電流通電および電圧印加を停止する制御モードである。この状態のセンサ素子１７からは検出電圧Ｖｉｐを検出できない。
【００３４】
［１−２．信号補正装置］
信号補正装置１１は、図２に示すように、演算部２１と、ゲイン調整部２３と、オフセット調整部２５と、を備えている。また、信号補正装置１１は、第１ＡＤ変換部２７と、第２ＡＤ変換部２９と、バッファ３１と、検出用抵抗３３と、第１ＤＡ変換部４３と、第２ＤＡ変換部４５と、個別倍率設定部４７と、を備えている。
【００３５】
演算部２１は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンともいう。図示省略。）を備える。マイコンは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび信号入出力部を備える。演算部２１の各種機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、ＲＯＭが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。信号入出力部は、外部機器との間で各種信号の送受信を行う。なお、マイコンを構成するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび信号入出力部のそれぞれの個数は１つでも複数でもよい。また、マイコンが実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。
【００３６】
ゲイン調整部２３は、バッファ３１に一時記憶されている検出電圧Ｖｉｐを所定の補正倍率で補正して出力するように構成されている。なお、バッファ３１は、センサ制御装置１３から入力されて検出電圧Ｖｉｐを一次記憶するための機器である。ゲイン調整部２３は、オペアンプ３５と、ゲイン設定部３７と、抵抗３９と、を備えている。
【００３７】
オペアンプ３５は、いわゆる汎用オペアンプを用いて構成されている。オペアンプ３５は、例えば、電源供給形式が単電源（５Ｖ）のオペアンプを用いて構成してもよく、あるいは、電源電圧の範囲内全域で動作可能なレールツーレール（rail to rail）のオペアンプを用いて構成してもよい。
【００３８】
オペアンプ３５の非反転入力端子（＋）は、後述する第１ＤＡ変換部４３に接続されている。オペアンプ３５の反転入力端子（−）は、ゲイン設定部３７を介してオペアンプ３５の出力端子に接続されるとともに、抵抗３９を介してバッファ３１に接続されている。オペアンプ３５の出力端子は、オフセット調整部２５に接続されている。
【００３９】
ゲイン設定部３７は、デジタルポテンショメータを用いて構成されている。ゲイン設定部３７は、デジタル通信線４９（図２では、太線で表記）を介して演算部２１からゲイン指令値Ｓｇを受信し、ゲイン指令値Ｓｇに基づいてオペアンプ３５の反転入力端子（−）と出力端子との間の抵抗値を変更可能に構成されている。なお、デジタル通信線４９は、例えば、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface ）などで構成される。
【００４０】
つまり、ゲイン調整部２３は、ゲイン設定部３７と抵抗３９との抵抗比に基づいて入力信号（検出電圧Ｖｉｐ）を増幅する反転増幅回路である。また、ゲイン調整部２３は、演算部２１からのゲイン指令値Ｓｇに基づいてゲイン設定部３７の抵抗値を変更することで、検出電圧Ｖｉｐの増幅率（後述する補正倍率Ｇｎ）を変更できるよう構成されている。
【００４１】
オフセット調整部２５は、計装アンプ４１と、第１ＤＡ変換部４３と、第２ＤＡ変換部４５と、を備えている。
計装アンプ４１は、一対の差動入力端子のうち、一方がゲイン調整部２３に接続され、他方が第１ＤＡ変換部４３に接続されており、基準端子が第２ＤＡ変換部４５に接続されており、出力端子が信号補正装置１１の出力端子１１ａに接続されている。計装アンプ４１は、一対の差動入力端子における電位差（電圧差）を、基準端子に入力された基準電位に加算した電位を、出力端子から出力するように構成されている。例えば、一対の差動入力端子における電位差が０．５Ｖで、基準電位が２．５Ｖである場合、計装アンプ４１は、出力端子から３．０Ｖを出力する。
【００４２】
第１ＤＡ変換部４３は、非活性状態であるときのセンサ素子１７が出力する検出電圧Ｖｉｐである基準値Ｖｂａ（アナログ値）を出力する。基準値Ｖｂａは、演算部２１のデジタル処理により、第１ＤＡ変換部４３に対してデジタル値として設定される。具体的には、演算部２１は、センサ素子１７が非活性状態であるときに、第２ＡＤ変換部２９が出力する検出電圧Ｖｉｐ（デジタル値）を、第１ＤＡ変換部４３の基準値Ｖｂａ（デジタル値）として設定する処理を実行する。第１ＤＡ変換部４３は、デジタル値としての基準値ＶｂａをＤＡ変換し、アナログ値としての基準値Ｖｂａを出力するように構成されている。
【００４３】
なお、検出電圧Ｖｉｐは、センサ素子１７の酸素ポンプセル１７ａにポンプ電流Ｉｐを通電したときに酸素ポンプセル１７ａに発生する電圧である。この検出電圧Ｖｉｐは、被測定ガス中の酸素濃度に応じて値が変動する。
【００４４】
第２ＤＡ変換部４５は、予め定められたオフセット電圧Ｖｏｆ（アナログ値）を計装アンプ４１の基準端子に対して出力する。オフセット電圧Ｖｏｆは、演算部２１のデジタル処理により、第２ＤＡ変換部４５に対してデジタル値として設定される。具体的には、演算部２１は、記憶部（ＲＯＭなど）に予め記憶されているオフセット電圧Ｖｏｆを、第２ＤＡ変換部４５のオフセット電圧Ｖｏｆ（デジタル値）として設定する処理を実行する。第２ＤＡ変換部４５は、デジタル値としてのオフセット電圧ＶｏｆをＤＡ変換し、アナログ値としてのオフセット電圧Ｖｏｆを出力するように構成されている。
【００４５】
第１ＡＤ変換部２７は、識別用抵抗１９と検出用抵抗３３との接続点の電位（接続点電位Ｖｒ）に基づいて識別用抵抗１９の抵抗値（ランク抵抗Ｒｎ）を検出し、検出したランク抵抗Ｒｎ（アナログ値）をＡＤ変換して、デジタル値としてのランク抵抗Ｒｎを演算部２１に送信するように構成されている。検出用抵抗３３は、一端がグランドラインに接続され、他端が識別用抵抗１９を介して駆動電圧Ｖｃｃを供給する電源ライン５１に接続されている。第１ＡＤ変換部２７は、検出用抵抗３３の抵抗値、駆動電圧Ｖｃｃの各値が予め記憶されており、検出した接続点電位Ｖｒと、検出用抵抗３３と識別用抵抗１９との抵抗分圧との関係を踏まえて、識別用抵抗１９の抵抗値（ランク抵抗Ｒｎ）を演算するように構成されている。
【００４６】
なお、演算部２１は、受信したランク抵抗Ｒｎに基づいて、検出電圧Ｖｉｐの補正に用いる補正倍率Ｇｎを設定する。ランク抵抗Ｒｎに対応する補正倍率Ｇｎの演算方法については、後述する。
【００４７】
個別倍率設定部４７は、作業者の操作により特定された個別倍率を表す個別倍率情報Ｐｎを、演算部２１に設定するように構成されている。個別倍率設定部４７は、例えば、ディップスイッチ、ダイヤル式スイッチなどを用いて構成できる。
【００４８】
演算部２１は、ランク抵抗Ｒｎおよび個別倍率情報Ｐｎのうち少なくとも一方を用いて、検出電圧Ｖｉｐの補正に用いる補正倍率Ｇｎを設定するように構成されている。つまり、ランク抵抗Ｒｎのみならず個別倍率情報Ｐｎを用いて補正倍率Ｇｎを設定する構成であれば、同一のセンサ素子１７における検出電圧Ｖｉｐを補正する場合において、異なる補正倍率Ｇｎを設定することができる。
【００４９】
このため、例えば、検出電圧Ｖｉｐを拡大して観察する用途においては、補正倍率Ｇｎが大きくなるように個別倍率情報Ｐｎを設定することで、検出電圧Ｖｉｐが拡大された補正後検出電圧Ｖｉｐを出力できる。反対に、検出電圧Ｖｉｐを縮小して観察する用途においても、個別倍率情報Ｐｎを適宜設定すればよい。
【００５０】
なお、補正倍率Ｇｎの設定に際して個別倍率情報Ｐｎを用いる場合には、ランク抵抗Ｒｎおよび個別倍率情報Ｐｎの両者を用いて補正倍率Ｇｎを設定してもよいし、あるいは、個別倍率情報Ｐｎのみを用いて補正倍率Ｇｎを設定してもよい。
【００５１】
［１−３．センサ評価処理］
次に、センサ評価システム１にて実行される一連のセンサ評価処理について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。
【００５２】
まず、センサ評価システム１が起動されて、センサ評価処理が開始されると、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）では、初期化処理を実行する。例えば、信号補正装置１１およびセンサ制御装置１３において、各種制御処理を実行するための初期値の設定やフラグの状態設定などを実行する。
【００５３】
次のＳ１２０では、センサ制御装置１３によるセンサ１５の制御を開始する。具体的には、センサ素子１７を加熱するためのヒータ（図示省略）を駆動して、センサ素子１７の温度を上昇させる。
【００５４】
次のＳ１３０では、センサ制御装置１３によるセンサ素子１７の制御モードを上述した非活性モードに設定する。
次のＳ１４０では、非活性モードでの検出電圧Ｖｉｐを初期の検出電圧Ｖｉｐとして読み取る。具体的には、第２ＡＤ変換部２９が、アナログ値としての初期の検出電圧ＶｉｐをＡＤ変換して、デジタル値としての初期の検出電圧Ｖｉｐをデジタル通信線４９に対して出力する。
【００５５】
次のＳ１５０では、第２ＡＤ変換部２９が出力したデジタル値としての初期の検出電圧Ｖｉｐを、第１ＤＡ変換部４３の出力値として設定する。第１ＤＡ変換部４３は、デジタル値としての初期の検出電圧ＶｉｐをＤＡ変換して、アナログ値として出力する。これにより、第１ＤＡ変換部４３は、非活性状態であるときのセンサ素子１７が出力する検出電圧Ｖｉｐである基準値Ｖｂａ（アナログ値）を出力できる状態となる。
【００５６】
次のＳ１６０では、演算部２１が、記憶部（ＲＯＭなど）に予め記憶されているオフセット電圧Ｖｏｆを、第２ＤＡ変換部４５のオフセット電圧Ｖｏｆ（デジタル値）として設定する処理を実行する。これにより、第２ＤＡ変換部４５は、オフセット電圧Ｖｏｆ（デジタル値）をＤＡ変換して、オフセット電圧Ｖｏｆ（アナログ値）を計装アンプ４１の基準端子に対して出力できる状態となる。
【００５７】
次のＳ１７０では、第１ＡＤ変換部２７が、識別用抵抗１９の抵抗値（ランク抵抗Ｒｎ（ｎは１以上の整数））を読み取る処理を実行する。第１ＡＤ変換部２７は、アナログ値としてのランク抵抗ＲｎをＡＤ変換して、デジタル値としてのランク抵抗Ｒｎを演算部２１に送信する。
【００５８】
次のＳ１８０では、演算部２１がランク抵抗Ｒｎに基づいて、ゲイン調整部２３での補正倍率を設定する。具体的には、記憶部（ＲＯＭなど）に予め記憶された対応関係情報に基づいて、ランク抵抗Ｒｎに対応する補正倍率Ｇｎ（ｎは１以上の整数）を取得する。
【００５９】
対応関係情報は、例えば、図４に示すように構成されている。図４に示す例では、５段階のランクが設定された例であり、各ランクにおいてランク抵抗Ｒｎと補正倍率Ｇｎとの対応関係が特定されている。なお、補正倍率Ｇｎが１よりも小さい値である場合（Ｇｎ＜１）には、補正後の検出電圧Ｖｉｐは補正前よりも小さい値となり、補正倍率Ｇｎが１である場合（Ｇｎ＝１）には、補正後の検出電圧Ｖｉｐは補正前と同じ値となり、補正倍率Ｇｎが１よりも大きい値である場合（Ｇｎ＞１）には、補正後の検出電圧Ｖｉｐは補正前よりも大きい値となる。
【００６０】
演算部２１は、ゲイン調整部２３での補正倍率がランク抵抗Ｒｎに対応する補正倍率Ｇｎとなるように、ゲイン設定部３７に対してゲイン指令値Ｓｇを送信し、ゲイン設定部３７の抵抗値を設定する。
【００６１】
次のＳ１９０では、センサ素子１７が活性化状態となったか否かを判定し、肯定判定するとＳ２００に移行し、否定判定すると活性化状態となるまで同ステップを繰り返し実行することで待機する。
【００６２】
Ｓ１９０で肯定判定されると、Ｓ２００では、センサ制御装置１３によるセンサ素子１７の制御モードを上述した測定モードに設定する。
このあと、センサ素子１７が活性化状態である間は、Ｓ１９０およびＳ２００の処理を繰り返し実行することで、信号補正装置１１による検出電圧Ｖｉｐの補正処理が実行される。
【００６３】
なお、センサ素子１７が非活性化状態になるとＳ１９０で否定判定されて、測定モードが解除される。この場合、非活性モードに移行してもよい。
このセンサ評価処理は、センサ評価システム１が停止することで終了する。
【００６４】
このようなセンサ評価処理を実行することで、個体差情報（ランク抵抗Ｒｎ）に基づいて補正された補正後検出電圧Ｖｉｐが、センサ評価システム１のセンサ評価装置３（詳細には、信号補正装置１１）から出力される。このとき、信号補正装置１１は、センサ制御装置１３から入力されたアナログ信号としての検出電圧ＶｉｐをＡＤ変換することなく補正して、補正後検出電圧Ｖｉｐを出力するように構成されている。
【００６５】
評価者（作業者）は、センサ評価装置３から出力された検出信号（補正後検出電圧Ｖｉｐ）が予め定められた正常範囲に含まれるか否かを判定することで、センサ１５が検出対象の状態量（本実施形態では、酸素濃度）を正常に検出できる状態であるか否かを評価することができる。
【００６６】
［１−４．補正前の検出電圧Ｖｉｐと補正後検出電圧Ｖｉｐ］
センサ１５を用いて検出した検出電圧Ｖｉｐのうち、信号補正装置１１による補正前の検出電圧Ｖｉｐと、ゲイン調整後の検出電圧Ｖｉｐと、オフセット調整後の検出電圧Ｖｉｐと、について、図５を用いて説明する。ここでは、補正倍率Ｇｎ＝０．８７７、オフセット電圧Ｖｏｆ＝２．３０［Ｖ］である場合の例を表している。
【００６７】
図５では、センサ制御装置１３が出力する検出電圧Ｖｉｐを「補正前のＶｉｐ」として記載し、信号補正装置１１のゲイン調整部２３が出力する補正後検出電圧Ｖｉｐを「ゲイン調整後のＶｉｐ」と記載し、信号補正装置１１のオフセット調整部２５が出力する補正後検出電圧Ｖｉｐを「オフセット調整後のＶｉｐ」と記載する。さらに、図５では、大気が被測定ガスである場合（酸素濃度が高い場合）と、空燃比が理論空燃比（ストイキ）に制御された内燃機関の排気ガスが被測定ガスである場合（酸素濃度が低い場合）と、について示している。
【００６８】
まず、補正前の検出電圧Ｖｉｐは、酸素濃度が高い場合（大気）には３．６８［Ｖ］となり、酸素濃度が低い場合（ストイキ）には２．３１［Ｖ］となる。酸素濃度が低い場合の検出電圧Ｖｉｐ（＝２．３１［Ｖ］）は、基準値Ｖｂａとして利用される電圧値に相当する。
【００６９】
次に、ゲイン調整後の検出電圧Ｖｉｐは、酸素濃度が高い場合（大気）には３．５１［Ｖ］に補正され、酸素濃度が低い場合（ストイキ）には２．３１［Ｖ］のままである。つまり、補正前の検出電圧Ｖｉｐ（＝３．６８）と基準値Ｖｂａ（＝２．３１）との差分値（＝３．６８−２．３１）に補正倍率Ｇｎ（＝０．８７７）を乗算して得た値（＝（３．６８−２．３１）×０．８７７＝１．２０）を、基準値Ｖｂａに加算した値（＝１．２０＋２．３１＝３．５１）が、ゲイン調整後の検出電圧Ｖｉｐ（ゲイン補正を行った補正後検出電圧）である。
【００７０】
次に、オフセット調整後の検出電圧Ｖｉｐは、酸素濃度が高い場合（大気）には３．５０［Ｖ］に補正され、酸素濃度が低い場合（ストイキ）には２．３０［Ｖ］となる。つまり、ゲイン調整後の検出電圧Ｖｉｐ（＝３．５１）と基準値Ｖｂａ（＝２．３１）との差分値（＝３．５１−２．３１＝１．２０）を、オフセット電圧Ｖｏｆ（＝２．３０）に加算した値（＝１．２０＋２．３０＝３．５０）が、オフセット調整後の検出電圧Ｖｉｐ（ゲイン補正およびオフセット補正を行った補正後検出電圧）である。
【００７１】
このようにして演算された補正後検出電圧Ｖｉｐが、センサ評価装置３（詳細には、信号補正装置１１）から出力される。
［１−５．効果］
以上説明したように、本実施形態のセンサ評価システム１に備えられるセンサ評価装置３は、信号補正装置１１と、センサ制御装置１３と、を備えている。
【００７２】
信号補正装置１１は、センサ制御装置１３から出力されるアナログ信号としての検出電圧Ｖｉｐを、センサ１５（詳細には、センサ素子１７）の個体差情報に基づいて補正し、補正後検出電圧Ｖｉｐを出力するように構成されている。なお、センサ制御装置１３は、センサ１５（センサ素子１７）を制御して、酸素濃度の検出結果に応じた検出電圧Ｖｉｐを出力するように構成されている。
【００７３】
信号補正装置１１は、第１ＡＤ変換部２７および検出用抵抗３３を用いて、識別用抵抗１９の抵抗値（ランク抵抗Ｒｎ）を検出するように構成されている。
そして、演算部２１は、対応関係情報に基づいて、ランク抵抗Ｒｎに対応する補正倍率Ｇｎを取得する。演算部２１は、ゲイン調整部２３での補正倍率がランク抵抗Ｒｎに対応する補正倍率Ｇｎとなるように、ゲイン設定部３７に対してゲイン指令値Ｓｇを送信し、ゲイン設定部３７の抵抗値を設定する。
【００７４】
ゲイン調整部２３は、補正倍率Ｇｎを用いたアナログ処理により検出電圧Ｖｉｐを補正し、アナログ信号としての補正後検出電圧Ｖｉｐを出力するように構成されている。
信号補正装置１１は、補正倍率Ｇｎを用いたアナログ処理により検出電圧Ｖｉｐを補正するゲイン調整部２３を備えることから、検出電圧Ｖｉｐの補正に際してＡＤ変換およびＤＡ変換を利用することなく、検出電圧Ｖｉｐの補正値である補正後検出電圧Ｖｉｐを演算する構成となる。
【００７５】
よって、信号補正装置１１によれば、検出電圧Ｖｉｐを補正するにあたり、ＡＤ変換およびＤＡ変換に起因する誤差や応答速度の遅延などを抑制できるため、補正後検出電圧Ｖｉｐにおける誤差や応答速度の遅延などを抑制できる。
【００７６】
また、信号補正装置１１は、センサ１５に備えられる識別用抵抗１９からランク抵抗Ｒｎを読み取るための第１ＡＤ変換部２７および検出用抵抗３３を備えるとともに、読み取ったランク抵抗Ｒｎに基づいてゲイン調整部２３の補正倍率Ｇｎを設定するための演算部２１を備えている。このため、信号補正装置１１を用いることで、作業者の手作業による補正倍率Ｇｎの設定が不要となり、検出電圧Ｖｉｐの補正に関する補正倍率Ｇｎの設定作業が簡便になる。
【００７７】
なお、センサ制御装置１３から出力される検出電圧Ｖｉｐは、センサ素子１７による検出結果に応じた値を示す信号であって、検出対象の状態量（例えば、酸素濃度）が同一であってもセンサ素子１７の個体差に起因して検出結果（電圧値）がわずかに変動する特性を有した信号である。
【００７８】
次に、ゲイン設定部３７は、デジタルポテンショメータを用いて構成されており、ゲイン調整部２３は、ゲイン設定部３７の抵抗値を変更することで、入力信号を補正する際の補正倍率を変更可能に構成されている。そして、ゲイン調整部２３は、演算部２１からのゲイン指令値Ｓｇに基づいてゲイン設定部３７の抵抗値が設定されることで、ランク抵抗Ｒｎに応じた補正倍率Ｇｎで検出電圧Ｖｉｐを補正するように構成されている。
【００７９】
このような構成のゲイン調整部２３を備えることで、ゲイン設定部３７の抵抗値の調整により検出電圧Ｖｉｐに対する補正倍率Ｇｎを変更できるため、ランク抵抗Ｒｎに基づいて補正倍率Ｇｎを容易に設定できるとともに、アナログ信号としての補正後検出電圧Ｖｉｐを容易に出力できる。このため、信号補正装置１１は、アナログ信号としての検出電圧Ｖｉｐをデジタル信号に変換することなく、個体差情報としてのランク抵抗に基づいて補正することが可能となる。
【００８０】
次に、信号補正装置１１は、第１ＡＤ変換部２７および検出用抵抗３３を備えることで、センサ素子１７の個体差に応じて抵抗値が定められた識別用抵抗１９の抵抗値（ランク抵抗Ｒｎ）を、センサ素子１７の個体差を示す個体差情報として取得するよう構成されている。
【００８１】
センサ１５のように、識別用抵抗１９がセンサ素子１７に付帯して備えられている場合には、第１ＡＤ変換部２７および検出用抵抗３３が識別用抵抗１９のランク抵抗Ｒｎを読み取ることで、そのセンサ素子１７の個体差情報を他のセンサ素子の個体差情報と間違えることなく正確に読み取ることができる。
【００８２】
次に、信号補正装置１１は、作業者の操作により特定された個別倍率を表す個別倍率情報Ｐｎを、演算部２１に設定するための個別倍率設定部４７を備えている。そして、演算部２１は、ランク抵抗Ｒｎおよび個別倍率情報Ｐｎのうち少なくとも一方を用いて補正倍率Ｇｎを設定するように構成されている。このため、信号補正装置１１は、同一のセンサ素子１７における検出電圧Ｖｉｐを補正する場合においても、個別倍率設定部４７を用いて個別倍率情報Ｐｎを調整することで、異なる補正倍率Ｇｎを設定することができる。
【００８３】
次に、信号補正装置１１は、センサ素子１７が非活性状態であるときの検出電圧Ｖｉｐ（初期の検出電圧Ｖｉｐ）を検出する第２ＡＤ変換部２９と（Ｓ１４０）、第２ＡＤ変換部２９が検出した初期の検出電圧Ｖｉｐを出力値（基準値Ｖｂａ）として設定する第１ＤＡ変換部４３と（Ｓ１５０）、を備える。ゲイン調整部２３は、検出電圧Ｖｉｐと基準値Ｖｂａとの差分値に補正倍率Ｇｎを乗算した値に基準値Ｖｂａを加算して倍率補正検出電圧Ｖｉｐを生成するように構成されている。オフセット調整部２５は、倍率補正検出電圧Ｖｉｐと基準値Ｖｂａとの差分値にオフセット電圧Ｖｏｆを加算して補正後検出電圧Ｖｉｐを生成するように構成されている。
【００８４】
このように第２ＡＤ変換部２９および第１ＤＡ変換部４３を備えることで、センサ素子１７およびセンサ制御装置が経年劣化などの影響により特性が変動した場合でも、その特性変動に応じて基準値Ｖｂａを更新できる。このため、信号補正装置１１は、特性変化の影響による誤差の発生を抑制しつつ、検出電圧Ｖｉｐを補正できる。よって、信号補正装置１１によれば、検出電圧Ｖｉｐの補正精度を向上できる。
【００８５】
また、信号補正装置１１と、センサ制御装置１３と、を備えるセンサ評価装置３は、信号補正装置１１と同様に、検出電圧Ｖｉｐを補正するにあたり、ＡＤ変換およびＤＡ変換に起因する誤差や応答速度の遅延などを抑制できるため、補正後検出電圧Ｖｉｐにおける誤差や応答速度の遅延などを抑制できる。さらに、センサ評価装置３およびセンサ素子１７を備えるセンサ評価システム１についても、信号補正装置１１およびセンサ評価装置３と同様の作用効果を奏する。
【００８６】
［１−６．文言の対応関係］
ここで、文言の対応関係について説明する。
信号補正装置１１が信号補正装置の一例に相当し、ランク抵抗Ｒｎが個体差情報の一例に相当し、第１ＡＤ変換部２７および検出用抵抗３３が個体差情報取得部の一例に相当し、Ｓ１８０を実行する演算部２１が補正倍率設定部の一例に相当し、ゲイン調整部２３およびオフセット調整部２５が補正信号出力部の一例に相当する。
【００８７】
ゲイン設定部３７がデジタルポテンショメータの一例に相当し、識別用抵抗１９が識別用抵抗素子の一例に相当する。第２ＡＤ変換部２９および第１ＤＡ変換部４３が基準値設定部の一例に相当し、基準値Ｖｂａが基準値の一例に相当し、オフセット電圧Ｖｏｆがオフセット基準値の一例に相当する。
【００８８】
［２．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【００８９】
例えば、上記実施形態では、信号補正装置をセンサ素子の評価に利用する形態について説明したが、他の用途に利用しても良い。例えば、センサ素子を用いた実際の測定（ガス濃度検出、温度検出など）に、本開示の信号補正装置を利用してもよい。
【００９０】
また、上記実施形態で記載した検出電圧Ｖｉｐ、基準値Ｖｂａ、オフセット電圧Ｖｏｆなどにおける各数値はあくまで一例であり、他の値を採りうることは言うまでもない。
さらに、上記実施形態では、対応関係情報として、５段階のランクが設定された例について説明したが、４段階以下のランクが設定された対応関係情報であっても良いし、６段階以上のランクが設定された対応関係情報であってもよい。
【００９１】
次に、上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【００９２】
上述したマイコンの他、当該マイコンを構成要素とするシステム、当該マイコンとしてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、濃度算出方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
【符号の説明】
【００９３】
１…センサ評価システム、３…センサ評価装置、１１…信号補正装置、１３…センサ制御装置、１５…センサ、１７…センサ素子、１９…識別用抵抗、２１…演算部、２３…ゲイン調整部、２５…オフセット調整部、２７…第１ＡＤ変換部、２９…第２ＡＤ変換部、３３…検出用抵抗、３５…オペアンプ、３７…ゲイン設定部、４１…計装アンプ、４３…第１ＤＡ変換部、４５…第２ＤＡ変換部、４７…個別倍率設定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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