(57)【要約】【課題】従来に比べてシンプルな構成で圧力センサの出力値からオフセット値の影響を低減することができる圧力センサ出力処理回路を提供する。【解決手段】燃焼圧センサ２４のセンサ出力処理回路は、燃焼圧センサ２４の出力のボトム値ホールド用のコンデンサ５２を有するボトム値ホールド回路５０と、燃焼圧センサ２４の出力とボトム値ホールド回路５０の出力の差をとる差動増幅器６２を備えている。このセンサ出力処理回路によると、従来に比べてシンプルな構成で燃焼圧センサ２４の出力値からオフセット値の影響を低減することができる。この結果、作用する圧力の大きさを精度良く検知することができる。【選択図】　図１
2004108896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力センサの出力のボトム値ホールド用のコンデンサを有するボトム値ホールド手段と、
圧力センサの出力とボトム値ホールド手段の出力の差をとる差動手段を備えた圧力センサ出力処理装置。
【請求項２】
所定の場合に、ボトム値ホールド手段の出力を圧力センサの出力のボトム値に設定する設定手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ出力処理装置。
【請求項３】
前記設定手段は、圧力センサの出力のボトム値とボトム値ホールド手段の出力値の差が所定値より大きくなった場合に、ボトム値ホールド手段の出力を圧力センサの出力のボトム値に設定することを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ出力処理装置。
【請求項４】
前記ボトム値ホールド手段は、圧力センサの出力のボトム値ホールド用のコンデンサを有する第１ボトム値ホールド部と、その第１ボトム値ホールド部の出力のボトム値ホールド用のコンデンサを有する第２ボトム値ホールド部を備え、第２ボトム値ホールド部の出力はボトム値ホールド手段の出力であり、第２ボトム値ホールド部のコンデンサは第１ボトム値ホールド部のコンデンサよりも放電特性が緩やかであり、
前記設定手段は、第１ボトム値ホールド部と第２ボトム値ホールド部の出力値の差が所定値より大きくなった場合に、第２ボトム値ホールド部の出力を第１ボトム値ホールド部の出力値に設定することを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ出力処理装置。
【請求項５】
前記設定手段は、所定時間毎又は周期的に変化する圧力センサの出力の所定周期毎に、ボトム値ホールド手段の出力を圧力センサの出力のボトム値に設定することを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ出力処理装置。
【請求項６】
圧力センサの出力のボトム値ホールド用のコンデンサを有するボトム値ホールド手段と、
所定タイミングにおけるボトム値ホールド手段の出力を所定時間ホールドするホールド手段と、
圧力センサの出力とホールド手段の出力の差をとる差動手段を備えた圧力センサ出力処理装置。
【請求項７】
圧力センサの出力がボトム値となるタイミングを検出するタイミング検出手段をさらに備え、
前記ホールド手段は、そのタイミングにおけるボトム値ホールド手段の出力を所定時間ホールドすることを特徴とする請求項６に記載の圧力センサ出力処理装置。
【請求項８】
ボトム値ホールド手段の出力値を利用して、温度変化による圧力センサの感度変化に伴う装置出力の変化を補正する補正手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の圧力センサ出力処理装置
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の圧力センサ出力処理装置と、圧力センサを備えた圧力センサ装置。
【請求項１０】
前記圧力センサは、作用する応力に応じて電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子を有することを特徴とする請求項９に記載の圧力センサ装置。
【請求項１１】
前記ピエゾ抵抗素子は、単ゲージ構成であることを特徴とする請求項１０に記載の圧力センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力センサのセンサ出力処理装置に関する。また、本発明は、圧力センサとそのセンサ出力処理装置を備えた圧力センサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えばエンジンのシリンダ内の脈動的に変化する燃焼圧を圧力センサで検知し、そのセンサ出力値を利用してエンジンの点火時期を制御すること等が行われている。そのセンサ出力値は一般に、圧力の大きさに応じた値に、各種の要因によるオフセット値（作用している圧力がゼロであるにもかかわらずセンサ出力として現れる値）が重畳されたものとなっている。このオフセット値は、作用する圧力が上記燃焼圧のように脈動的に変化する場合、その脈動波形のボトム値として現れる。
【０００３】
このオフセット値が常に一定であればセンサ出力値から圧力の大きさに応じた値を一義的に求めることができるので問題はない。しかし、このオフセット値は一般に温度依存性を有する。即ち、圧力センサが置かれた環境の温度変化によってオフセット値は変化する。よって、上記エンジンのシリンダ内のようにエンジンの負荷変動により温度変化の大きい環境での圧力を検知しようとする場合は、オフセット値も大きく変化し得る。
従って、作用する圧力の大きさを精度良く検知するためには、センサ出力値からオフセット値の影響を低減した値から、圧力の大きさを検知することが望まれる。
【０００４】
圧力センサの出力値からオフセット値の影響を低減するためのセンサ出力処理回路の構成が、本出願人によって特許文献１に開示されている。図２４に、このセンサ出力処理回路の構成図を示す。図２５に、図２４に示す圧力センサ２２４の出力電圧波形を示す。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−３４４５５号公報（第９−１０頁、第１２図）
【０００６】
図２４に示すセンサ出力処理回路は、電流源２２２と、圧力センサ２２４の出力電圧Ｖ１を検出する電圧検出器２０６と、電圧検出器２０６で検出した電圧をタイミングＴ０とＴ１においてサンプリングするためのサンプリング信号を発生するサンプリング信号発生器２０４と、タイミングＴ０における検出電圧値Ｖ１（Ｔ０）を記憶するためのレジスタ（デジタルメモリ）２０８と、タイミングＴ１における検出電圧値Ｖ１（Ｔ１）を記憶するためのレジスタ２１０と、検出電圧値Ｖ１（Ｔ１）と検出電圧値Ｖ１（Ｔ０）の差をとる演算部２１２を備えている。
なお、図２５において、脈動的に変化するセンサ出力電圧Ｖ１がピーク値となるタイミングがＴ１である。そのセンサ出力電圧Ｖ１がボトム値となるタイミングの１つがＴ０である。
【０００７】
このセンサ信号処理回路は、サンプリング信号発生器２０４からタイミングＴ０に発生したサンプリング信号に同期してタイミングＴ０の検出電圧データＶ１（Ｔ０）をレジスタ２０８に記憶させる。また、サンプリング信号発生器２０４からタイミングＴ１に発生させたサンプリング信号に同期してタイミングＴ１の検出電圧データＶ１（Ｔ０）をレジスタ２１０に記憶させる。また、演算部２１２は、レジスタ２１０に記憶されたタイミングＴ１における検出電圧値Ｖ１（Ｔ１）と、レジスタ２０８に記憶されたタイミングＴ０における検出電圧Ｖ１（Ｔ０）の差を求める。この結果、検出電圧値Ｖ１（Ｔ１）からオフセット値Ｖ１（Ｔ０）の影響をほぼ取除いた値Ｖ２＝Ｖ１（Ｔ１）−Ｖ１（Ｔ０）を得ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このセンサ信号処理回路では、タイミングＴ１における検出電圧値Ｖ１（Ｔ１）から、タイミングＴ１よりも前のタイミングＴ０における検出電圧値Ｖ１（Ｔ０）の差をとる構成としている。よって、タイミングＴ０，Ｔ１における検出電圧値Ｖ１（Ｔ０）、Ｖ１（Ｔ１）をサンプリングするための構成（サンプリング信号発生器２０４等）が必要であった。また、サンプリングの際にサンプリング雑音が生じるという問題があった。さらに、タイミングＴ０、Ｔ１における検出電圧値Ｖ１（Ｔ０）、Ｖ１（Ｔ１）を記憶するための構成（レジスタ２０８，２１０等）が必要であった。このように、従来のセンサ出力処理回路によると、圧力センサの出力値からオフセット値の影響を低減するために複雑な構成を必要とするという問題があった。
【０００９】
本発明は、従来に比べてシンプルな構成で圧力センサの出力値からオフセット値の影響を低減することができる圧力センサ出力処理装置又は圧力センサ装置を提供することを目的とする。
本発明は、このセンサ出力処理装置又は圧力センサ装置をさらに改良した技術を提供することを他の目的とする。
本発明は上記した目的の少なくとも１つを達成しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用と効果】
〔１〕本発明を具現化した圧力センサ出力処理装置は、圧力センサの出力のボトム値ホールド用のコンデンサを有するボトム値ホールド手段と、圧力センサの出力とボトム値ホールド手段の出力の差をとる差動手段を備えている。
ここで、本明細書にいう「差動手段」は、圧力センサの出力とボトム値ホールド手段の出力の差をとるとともにその差を増幅するようなものであってもよい。また、圧力センサの出力値に所定の処理（増幅等）が施された後の値と、ボトム値ホールド手段に所定の処理が施された後の値の差をとるようなものであってもよい。
【００１１】
本発明の装置は、圧力センサの出力のボトム値ホールド用コンデンサを有するボトム値ホールド手段を備えている。よって、圧力センサの出力のオフセット値は、ボトム値ホールド用のコンデンサによって圧力センサの出力のボトム値をホールドした値から近似的に得ることができる。よって、従来のように、圧力センサの出力をサンプリングするための構成（サンプリング信号発生器等）や、所定タイミングにサンプリングした圧力センサの出力値を記憶するための構成（レジスタ等）が不要である。このため、サンプリングの際に生じるサンプリング雑音が生じないという効果も得られる。
従って、本発明の装置によると、従来に比べてシンプルな構成で圧力センサの出力値からオフセット値の影響を低減することができる。この結果、作用する圧力の大きさを精度良く検知することができる。
【００１２】
〔２〕上記〔１〕の装置においては、所定の場合に、ボトム値ホールド手段の出力を圧力センサの出力のボトム値に設定する設定手段をさらに備えることが好ましい。
【００１３】
ボトム値ホールド用のコンデンサの放電特性を緩やかにして（放電時間を長くして）、ボトム値ホールド手段の出力の応答性を低くすると、ボトム値ホールド手段は、圧力センサの出力のボトム値に近い値を出力し続けるというメリットがある。その反面、上記応答性を低くすると、圧力センサの出力のボトム値の変動が大きい場合、その変動にボトム値ホールド手段の出力を十分に追従させるのが困難になるというデメリットがある。
【００１４】
これに対し、本発明者らは、〔１〕の装置に上記設定手段をさらに備えることで、そのデメリットの改善に成功した。即ち、ボトム値ホールド手段の出力の応答性が低く、圧力センサの出力のボトム値の変動にボトム値ホールド手段の出力を十分に追従させることができない場合でも、設定手段によって、所定の場合にはボトム値ホールド手段の出力を圧力センサの出力のボトム値に設定することで、ボトム値ホールド手段の出力から、圧力センサの出力のボトム値を精度良く検知することができる。このため、差動手段により得られる圧力センサの出力とボトム値ホールド手段の出力の差から、作用する圧力の大きさを精度良く検知することができる。
従って、本発明の装置によると、ボトム値ホールド手段の出力の応答性を低くした場合でも、そのメリットを享受しながら、そのデメリットを改善することができる。
【００１５】
〔３〕上記〔２〕の装置において、前記設定手段は、圧力センサの出力のボトム値とボトム値ホールド手段の出力値の差が所定値より大きくなった場合に、ボトム値ホールド手段の出力を圧力センサの出力のボトム値に設定することが好ましい。
〔４〕また、上記〔２〕の装置においては、以下の構成であることが好ましい。ボトム値ホールド手段は、圧力センサの出力のボトム値ホールド用のコンデンサを有する第１ボトム値ホールド部と、その第１ボトム値ホールド部の出力のボトム値ホールド用のコンデンサを有する第２ボトム値ホールド部を有する。第２ボトム値ホールド部の出力はボトム値ホールド手段の出力である。第２ボトム値ホールド部のコンデンサは第１ボトム値ホールド部のコンデンサよりも放電特性が緩やかである。前記設定手段は、第１ボトム値ホールド部と第２ボトム値ホールド部の出力値の差が所定値より大きくなった場合に、第２ボトム値ホールド部の出力を第１ボトム値ホールド部の出力値に設定する。
これらの構成によると、圧力センサの出力のボトム値とボトム値ホールド手段の出力値の差が大きくなり過ぎるという事態を回避できる。
【００１６】
〔５〕上記〔２〕の装置において、前記設定手段は、所定時間毎又は周期的に変化する圧力センサの出力の所定周期毎に、ボトム値ホールド手段の出力を圧力センサの出力のボトム値に設定することが好ましい。
この構成によると、圧力センサの出力のボトム値とボトム値ホールド手段の出力値の差が広がっていく状態が長期に亘って放置されるという事態を回避できる。
【００１７】
〔６〕本発明を具現化した他の圧力センサ出力装置は、圧力センサの出力のボトム値ホールド用のコンデンサを有するボトム値ホールド手段と、所定タイミングにおけるボトム値ホールド手段の出力を所定時間ホールドするホールド手段と、圧力センサの出力とホールド手段の出力の差をとる差動手段を備えている。
【００１８】
ボトム値ホールド用のコンデンサの放電特性を急峻にして（放電時間を短くして）、ボトム値ホールド手段の出力の応答性を高くすると、圧力センサの出力のボトム値の変動が大きい場合でも、その変動にボトム値ホールド手段の出力を追従させることができるというメリットがある。その反面、上記応答性を高くすると、ボトム値ホールド手段の出力は、時間が経過するにつれて圧力センサの出力のボトム値から徐々に離れた値になるというデメリットがある。
【００１９】
これに対し、本発明者らは、上記ホールド手段を備えることで、そのデメリットの改善に成功した。即ち、ボトム値ホールド手段の出力の応答性が高く、ボトム値ホールド手段の出力が圧力センサの出力のボトム値から徐々に離れた値となる場合でも、ホールド手段により得られる所定タイミングにおけるボトム値ホールド手段の出力を所定時間ホールドした値から、圧力センサの出力のボトム値を精度良く検知することができる。このため、差動手段により得られる圧力センサの出力と上記ホールド手段の出力の差から、作用する圧力の大きさを精度良く検知することができる。
従って、本発明の装置によると、ボトム値ホールド手段の出力の応答性を高くした場合でも、そのメリットを享受しながら、そのデメリットを改善することができる。
【００２０】
〔７〕上記〔６〕の装置においては、圧力センサの出力がボトム値となるタイミングを検出するタイミング検出手段をさらに備え、前記ホールド手段は、そのタイミングにおけるボトム値ホールド手段の出力を所定時間ホールドすることが好ましい。
【００２１】
〔８〕上記〔１〕〜〔７〕のいずれかの装置においては、ボトム値ホールド手段の出力値を利用して、温度変化による圧力センサの感度変化に伴う装置出力の変化を補正する補正手段をさらに備えることが好ましい。
圧力センサには、温度によって感度が変化するものがある。一方、ボトム値ホールド手段の出力値からは、温度によって変化するオフセット値の情報が得られる。即ち、ボトム値ホールド手段の出力値から、圧力センサが置かれた環境の温度情報を得ることができる。
従って、本発明の装置のようにボトム値ホールド手段の出力値を利用する補正手段を備えることで、別途温度検知手段を設けなくても、温度変化による圧力センサの感度変化に伴う装置出力の変化を補正できる。
【００２２】
補正手段は、圧力センサの駆動電流源又は電圧源の電流値又は電圧値を調整することで装置出力の変化を補正することが好ましい。あるいは、補正手段は、装置に設けられた可変抵抗の抵抗値を調整することで装置出力の変化を補正することが好ましい。あるいは、補正手段は、装置に設けられた増幅手段の増幅度を調整することで装置出力の変化を補正することが好ましい。
【００２３】
〔９〕本発明は、〔１〕〜〔８〕のいずれかの圧力センサ出力処理装置と、圧力センサを備えた圧力センサ装置にも具現化される。
本発明によると、上記した有用性を持つ圧力センサ出力処理装置と、圧力センサを備えた有用な圧力センサ装置が実現される。
【００２４】
〔１０〕上記〔９〕の装置において、前記圧力センサは、作用する応力に応じて電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子を有することが好ましい。
ピエゾ抵抗素子は、温度に応じて電気抵抗値が変化する。よって、このピエゾ抵抗素子を用いた圧力センサでは、温度変化に応じてオフセット値が変化し易い。このため、〔１〕〜〔８〕のいずれかの圧力センサ出力処理装置は、このようなピエゾ抵抗素子を有する圧力センサに用いると、より有用な効果を発揮することができる。
【００２５】
ここで、前記圧力センサは、ピエゾ抵抗素子を有する力検知ブロックと、力検知ブロックに隣接して配置されているとともに作用する圧力に起因する力を前記ピエゾ抵抗素子に伝達する力伝達ブロックとを有する力検知素子を備えていることが好ましい。
【００２６】
〔１１〕上記〔１０〕の装置においては、前記ピエゾ抵抗素子は、単ゲージ構成であることが好ましい。但し、ホイートストンブリッジ構成にも適用可能である。
単ゲージ構成は、通常は電極が４個必要なホイートストンブリッジ構成に比べて、電極を２個にできるため、電極と端子を接続するワイヤを４本から２本できるという利点がある。その一方、ホイートストンブリッジ構成のように温度補償構造がとられていない。よって、この単ゲージ構成のピエゾ抵抗素子を用いた圧力センサでは、センサ出力と比較して温度変化に応じてオフセット値が大きく変化し易い。このため、〔１〕〜〔８〕のいずれかの圧力センサ出力処理装置は、このような単ゲージ構成のピエゾ抵抗素子を有する圧力センサに用いると、よりさらに有用な効果を発揮することができる。
なお、ここでいう「単ゲージ構成」には、ピエゾ抵抗素子が１つのものに限られず、例えばピエゾ抵抗素子が４つ形成されていても等価的に１つのピエゾ抵抗素子とみなせるものであれば含まれる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）　図１に、第１実施形態の燃焼圧センサ装置の構成図を示す。
第１実施形態の燃焼圧センサ装置は、燃焼圧センサ２４と、燃焼圧センサ２４のセンサ出力処理回路を備えている。センサ出力処理回路は、電流源２２と、ボトム値ホールド回路５０と、差動増幅器６２を有する。
燃焼圧センサ２４は、作用する応力に応じて電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子４６をゲージ部として有している。ピエゾ抵抗素子４６には、電流源２２から定電流が流される。ピエゾ抵抗素子４６に定電流が流されている状態で、圧力（応力）がピエゾ抵抗素子４６に加わり、その抵抗値が変化すると、その両端に現れる電圧（出力電圧）Ｖ１も抵抗値の変化に応じて変化する。
【００２８】
燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１は、ボトム値ホールド回路５０を構成する差動増幅器５８の正相入力端子に入力される。また、その出力電圧Ｖ１は分岐して、差動増幅器６２の正相入力端子にも入力される。ボトム値ホールド回路５０の出力電圧Ｖ２は、差動増幅器６２の逆相入力端子に入力される。また、その出力電圧Ｖ２は分岐しており、出力端子６６からも取出すことができる。差動増幅器６２は、正相入力端子に入力された燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１と、逆相入力端子に入力されたボトム値ホールド回路５０の出力電圧Ｖ２の差をとり、所定の増幅度で増幅し、端子６８にＶ３として出力する。なお、差動増幅器６２には、ベース電圧Ｖｂｂの設定用端子６４が設けられている。
【００２９】
図２に、燃焼圧センサ２４の構成例を示す。燃焼圧センサ２４は、アウターハウジング２６と、インナーハウジング２８と、断熱部材３０と、センサ部３２と、ハーメチック端子３６と、細長状の端子３８と、ワイヤ３４等を備えている。なお、図２の右側を前端側、左側を後端側とする。
アウターハウジング２６には、インナーハウジング２８が収容されている。インナーハウジング２８は金属からなり、前端部に形成されたダイアフラム部２８ａと、筒状部２８ｂによって構成されている。断熱部材３０はダイアフラム部２８ａの後端面に取付けられている。センサ部３２は、ハーメチック端子３６上に載置され、かつ、固定されている。細長状の端子３８は、ハーメチック端子３６の空洞部を通って後端側へ伸びている。センサ部３２の前端（半球の前端）は、断熱部材３０の後端面と接触している。
【００３０】
図３に、燃焼圧センサ２４のセンサ部（力検知素子）３２の概略斜視図を示す。図４に、燃焼圧センサ２４のセンサ部（力検知素子）３２の電気的構成を示す。センサ部としての力検知素子３２は、力検知ブロック４８と、力伝達ブロック４０，４２を有する。力検知ブロック４８はシリコン基板からなり、４本の細長状でメサ段差状の突出部が形成されており、この突出部にピエゾ抵抗素子４６ａ〜４６ｄが形成されている。このうち、ピエゾ抵抗素子４６ａ，４６ｃは応力が作用すると抵抗値が変化し、ピエゾ抵抗素子４６ｂ，４６ｄは応力が作用しても抵抗値がほとんど変化しないように構成されている（図４（ａ）参照）。直方体状の第１力伝達ブロック４２はガラスからなり、力検知ブロック４８に陽極接合されている。半球状の第２力伝達ブロック４０は、鉄等の金属からなり、第１力伝達ブロック４２に接着されている。なお、第２力伝達ブロック４０についても、シリコンあるいはガラス等によって形成してもよい。
【００３１】
４本のピエゾ抵抗素子４６ａ〜４６ｄは□形に配置されている。□形のピエゾ抵抗素子４６ａ〜４６ｄの４つの角部から外方に伸びる位置には、電極４４ａ〜４４ｄが形成されている。図４（ａ）に示すように、電極４４ａ，４４ｄは共に電流源２２（図１参照）に接続されている。電極４４ｂ，４４ｃは共に接地されている。このため、力検知素子３２の電気的構成は、図４（ｂ）に示す構成と等価である。即ち、図４（ａ）の構成は、図４（ｂ）のように、ピエゾ抵抗素子４６ａ，４６ｃが並列接続された単ゲージ構成のピエゾ抵抗素子４６に電流源２２が接続された構成と等価となる。
【００３２】
図２に示すように、ハーメチック端子１４の前端面からは細長状の端子３８の一部が突出している。図２には細長状の端子３８は２本のみ示されているが、実際には４本存在する。４つの電極３４ａ〜３４ｄ（図３参照）と４本の細長状の端子３８は１対１に対応付けられてワイヤ３４を介して接続されている。
【００３３】
この燃焼圧センサ２４では、圧力がダイアフラム部２８ａに加わると、ダイアフラム部２８ａがたわむことで断熱部材３０が後端側に変位する。断熱部材３０が後端側に変位すると、断熱部材３０に接触するセンサ部（力検知素子）３２の力検知ブロック４８のピエゾ抵抗素子４６（４６ａ，４６ｃ）に圧縮応力が作用する。この結果、そのピエゾ抵抗素子４６（４６ａ，４６ｃ）の抵抗値が変化する。その抵抗値に変化に応じた出力電圧が図４（ｂ）に示すようにＶ１として電極４４ａ（又は４４ｄ）に現れる。この出力電圧Ｖ１を利用することで、ダイアフラム部２８ａに加わる圧力の大きさを検知し得る。
【００３４】
次に、図１に示すボトム値ホールド回路５０について詳細に説明する。ボトム値ホールド回路５０は、差動増幅器５８と、ダイオード６０と、ボトム値ホールド用のコンデンサ５４と、そのコンデンサ５４の放電手段としての抵抗５６と、電源５２を備えている。差動増幅器５８の逆相入力端子は、ボトム値ホールド回路５０の出力部６１に接続されている。差動増幅器５８の出力端子には、ダイオード６０のカソード側が接続されている。ダイオード６０のアノード側はボトム値ホールド回路５０の出力部６１に接続されている。この出力部６１にはさらに、並列接続されたコンデンサ５４と抵抗５６の一端に接続されている。並列接続されたコンデンサ５４と抵抗５６の他端には、電源５２が接続されている。
【００３５】
このボトム値ホールド回路５０の動作を、図５と図６を参照しながら説明する。図５は、第１実施形態の燃焼圧センサ装置の各部の電圧波形を示す。図６は、ボトム値ホールド回路５０の動作の説明図を示す。
図５のＶ１〜Ｖ３，ＶＸは、図１におけるＶ１〜Ｖ３，ＶＸと同じものである。即ち、Ｖ１は、燃焼圧センサ２４の出力電圧である。Ｖ２は、ボトム値ホールド回路５０の出力電圧である。Ｖ３は、差動増幅器６２の出力電圧である。ＶＸは、ボトム値ホールド回路５０を構成する差動増幅器５８の出力電圧である。
ボトム値ホールド回路５０は、大きく分けると、Ｖ２＜Ｖ１の場合と、Ｖ２＝Ｖ１の場合で動作が異なる。
図５に示すような、燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１を構成する脈動波形の１周期において、最初から約９割の部分ではＶ２＜Ｖ１であり、残り約１割の部分でＶ２＝Ｖ１となる。但し、この割合は、後述するコンデンサ５４と抵抗５６の素子値で決まる時定数によって変化する。
【００３６】
図６（ａ）に示すように、Ｖ２＜Ｖ１の場合は、差動増幅器５８はコンパレータ状態であり、差動増幅器５８の出力電圧ＶＸはＶＨｉとなる。ＶＸ＝ＶＨｉのときはダイオード（等価的にスイッチとみなせる）６０がオフするように、電源５２の電圧値ＶＰ等が設定されている。ダイオード６０がオフの状態では、後述するダイオード６０がオンのときにコンデンサ５４に蓄積された電荷が抵抗（放電手段）５６を通じて放電される。ダイオード６０がオフの状態では、ボトム値ホールド回路５０の出力電圧Ｖ２は、電源５２の電圧値ＶＰとコンデンサ５４の両端電圧の差ＶＰ−ＶＣとなる。ＶＰは一定であり、ＶＣはコンデンサ５４の放電により徐々に減少するから、Ｖ２は徐々に増加する（図５参照）。Ｖ２の増加の度合い（Ｖ２の傾き）は、コンデンサ５４と抵抗５６の時定数によって決まる。時定数を大きくすると、Ｖ２の応答性は低くなる。即ち、Ｖ２の増加の度合いは緩やかになる。逆に時定数を小さくすると、Ｖ２の応答性は高くなる。即ち、Ｖ２の増加の度合いは急になる。
【００３７】
一方、ダイオード６０がオフの状態において、図５に示すように、Ｖ２が徐々に大きくなり、Ｖ１がピーク値を超えて徐々に小さくなると、Ｖ２＞Ｖ１となる状態が発生した結果、Ｖ２がＶＸより大きくなり、ダイオード６０がオンする。
ダイオード６０がオンすると、図６（ｂ）に示すように、差動増幅器５８を含む回路はボルテージフォロワ状態となる。この結果、ダイオード６０の順方向電圧（オン電圧）をＶＤとすると、Ｖ２＝Ｖ１＝ＶＸ＋ＶＤとなる。ダイオード６０がオンの状態では、コンデンサ５４には、その両端電圧ＶＣが、電源５２の電圧値ＶＰとボトム値ホールド回路５０の出力電圧Ｖ２の差ＶＰ−Ｖ２となるように充電される。
【００３８】
さらに、図５に示すように、Ｖ１が徐々に小さくなり、ボトム値に達した後に再度上昇に転じると、再びＶ２＜Ｖ１となり、ダイオード６０はオフする。このように、ボトム値ホールド回路５０は、燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１のボトム値を境にして、ダイオード６０がオンからオフに切換わる。この結果、Ｖ２はコンデンサ５４の放電により、先に述べたコンデンサ５４と抵抗５６の時定数の大きさに応じて徐々に増加する。
このように、ボトム値ホールド回路５０は、燃焼圧センサ２４の出力として断続的に大きく変化する脈動波形Ｖ１のボトム値を、ボトム値ホールド用のコンデンサ５４を利用してホールドするように構成されている。
【００３９】
図７（ａ）に示すように、燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１は、燃焼圧の大きさに応じた電圧値ＶＡ１、ＶＡ２、ＶＡ３にそれぞれ、オフセット電圧値（ボトム電圧値）ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３が重畳した値となっている。このオフセット電圧値ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３は燃焼圧センサ２４の配置された環境の温度によって変化する。
オフセット値が生じる要因は種々あるが、大きく分けると次の２つのものとなる。１つ目は、作用している圧力はゼロであるが、何らかの要因によってセンサ部（力検知素子３２）に力が加わっている場合である。２つ目は、作用している圧力もセンサ部３２に加わっている力もゼロであるが、作用する圧力がゼロの時のセンサ素子（ピエゾ抵抗素子４６）の抵抗値が予め想定された基準値からずれている場合である。
【００４０】
前者の例としては、図２に示す力検知素子３２に断熱部材３０を通じて加えられるプリロード（予荷重）がある。即ち、力検知素子３０にプリロードが加えられることで、燃焼圧センサ２４の出力にはオフセット値が重畳される。このプリロード量は、温度によって変化する。これは、力検知素子３２を構成するシリコン基板４８等に比べて、インナーハウジング２８を構成する金属の方が熱膨張率が大きいからである。例えば、高温になると、力検知素子３２が前端側（図２の右側）に熱膨張する長さに比べて、インナーハウジング２８の筒状部２８ｂが前端側に熱膨張する長さの方が長くなるので、プリロード量が減少する。この結果、オフセット値も減少する。逆に低温になると、この場合はオフセット値が増加する。
【００４１】
後者の例としては、センサ素子の抵抗値が温度依存性を有し、温度が変化することで、予め想定された基準抵抗値から実際の抵抗値が変化した場合には、その変化量がオフセット値となる。また、センサ素子の製造上のばらつきにより、予め想定された基準抵抗値から実際の抵抗値が変化しているセンサ素子については、その変化量がオフセット値となる。
【００４２】
特に後者の要因によるオフセット値は、センサ素子がピエゾ抵抗素子であって、しかも単ゲージ構成の場合には、温度変化に大きく依存して変化する。単ゲージ構成の場合は、ワイヤを２本に減じることができるという有用な利点を有するものの、温度補償構造がとられていないからである。このため、単ゲージ構成のピエゾ抵抗素子を用いる場合には、温度に応じて大きく変化するオフセット値に対する対策を施すことが強く望まれる。
【００４３】
第１実施形態の燃焼圧センサ装置は、このオフセット値に対する対策が有効に施されている。この燃焼圧センサ装置は、差動増幅器６２において、オフセット電圧値が重畳した燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１から、ボトム値ボールド回路５０の出力電圧（オフセット電圧値に相当）Ｖ２の差をとり、所定の増幅度で増幅する。この結果、差動増幅器６２からは、図７（ｂ）に示すように、Ｖ１−Ｖ２を増幅した値ＶＣ１、ＶＣ２、ＶＣ３にベース電圧設定用端子６２で設定した一定のベース電圧値Ｖｂｂが重畳された値Ｖ３が出力される。このように、第１実施形態の燃焼圧センサ装置によると、燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１に含まれるオフセット電圧値の影響がほぼ取除かれた電圧値Ｖ３を得ることができる。よって、この電圧値Ｖ３から、燃焼圧の大きさを精度良く検知できる
【００４４】
第１実施形態の燃焼圧センサ装置では、上記したように、ボトム値ホールド用のコンデンサ５４を有するボトム値ホールド回路５０によって、燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１のボトム値をホールドした値から、オフセット電圧値を近似的に得ている。よって、図２２に示す従来のセンサ出力処理回路のように、圧力センサ２２４の出力をサンプリングするための構成（サンプリング信号発生器２０４等）や、所定タイミングにサンプリングした圧力センサの出力値を記憶するための構成（レジスタ２０８，２１０等）が不要である。
従って、第１実施形態の燃焼圧センサ装置によると、従来に比べてシンプルな構成で燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１からオフセット電圧値の影響をほぼ取除くことができる。
【００４５】
（第１実施形態の変形例）　第１実施形態の燃焼圧センサ装置のセンサ部３２のピエゾ抵抗素子は、図８に示すように、ホイートストンブリッジ構成にしてもよい。図８の構成では、ピエゾ抵抗素子４７ａと４７ｄの接続部の電圧Ｖ１ａと、ピエゾ抵抗素子４７ｂと４７ｃの接続部の電圧Ｖ１ｂを差動増幅器５７に入力し、これらの差Ｖ１ａ−Ｖ１ｂを増幅した値を出力Ｖ１としている。図８のようなホイートストンブリッジ構成の燃焼圧センサ装置では、抵抗温度特性が補償されているため、一見すると第１実施形態のような構成は不要にも思える。しかし、ホイートストンブリッジ構成の燃焼圧センサ装置でも、先に述べたようなプリロード（予荷重）によるオフセットが生じる。このオフセットは温度によって変動する。よって、ホイートストンブリッジ構成の燃焼圧センサ装置にも第１実施形態の構成は有効である。但し、ホイートストンブリッジ構成のオフセット出力は基本的にはプリロード分だけなので、単ゲージ構成に比較すると、センサ出力に対するオフセット量は小さく、その影響は小さい。従って、第１実施形態の構成は、ホイートストンブリッジ構成にも効果があるが、単ゲージ構成でより効果を発揮することができる。
【００４６】
（改善するのが好ましい課題）　第１実施形態の燃焼圧センサ装置では、容量値ＣＢのコンデンサ５４と抵抗値ＲＢの抵抗５６の時定数ＣＢＲＢを大きくすると、ボトム値ホールド回路５０の出力の応答性が低くなる。即ち、出力電圧Ｖ２の上昇が緩やかになる。よって、燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１のボトム値の変動が小さい場合には、ボトム値ホールド回路５０の出力電圧Ｖ２から、燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１のオフセット値を精度良く検知できる。このため、差動増幅器６２の出力電圧Ｖ３から、燃焼圧センサ２４に加えられた圧力の大きさを精度良く検知できるというメリットがある。
その反面、時定数ＣＢＲＢを大きくして、上記応答性を低くすると、図８（ａ）に示すように、燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１のボトム値ＶＢが上昇する方向に変動した場合に、その変動にボトム値ホールド回路５０の出力電圧Ｖ２を十分に追従させるのが困難になる。この結果、加えられた燃焼圧の大きさ（圧力変化分の大きさ）が脈動波形の各周期において仮に一定であったとしても、差動増幅器６２の出力電圧Ｖ３は、脈動波形の周期数が増加するにつれて、図９（ａ）に示すような徐々にボトム値が増加する波形となってしまう。このため、燃焼圧センサ２４に作用する燃焼圧の大きさの検知精度が低下するというデメリットがある。作用する燃焼圧の大きさが脈動波形の各周期において仮に一定であるならば、図９（ｂ）に示すように、脈動波形の周期数が増加しても差動増幅器６２の出力電圧Ｖ３のピーク値及びボトム値が一定であるのが理想である。
【００４７】
これに対し、コンデンサ５４と抵抗５６の時定数ＣＢＲＢを小さくすると、ボトム値ホールド回路５０の出力の応答性が高くなる。即ち、出力電圧Ｖ２の上昇が急になる。よって、燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１のボトム値ＶＢが上昇する方向に変化した場合でも、その変動にボトム値ホールド回路５０の出力電圧Ｖ２を追従させることができるというメリットがある。
その反面、時定数ＣＢＲＢを小さくして、上記応答性を高くすると、燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１のボトム値の上昇が緩やかな場合には、ボトム値ホールド回路５０の出力電圧Ｖ２は、時間が経過するにつれて燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１のボトム値から徐々に離れた値になるというデメリットがある。
【００４８】
以下の第２実施形態〜第５実施形態は、上記の時定数ＣＢＲＢについてのトレードオフの問題を改善し得る技術等を提供するものである。
【００４９】
（第２実施形態）　図１０に、第２実施形態の燃焼圧センサ装置の構成を示す。図１１に、第２実施形態の燃焼圧センサ装置の各部の電圧波形を示す。
第２実施形態の燃焼圧センサ装置は、第１実施形態の燃焼圧センサ装置が備える構成に加えて、加算器８５，８７と、差動増幅器８６，８８と、リセット信号発生回路９０をさらに備えている。さらに、ボトム値ホールド回路５０にリセットスイッチ８４が設けられている。このリセットスイッチ８４は、ＭＯＳＦＥＴによって構成されており、そのドレイン端子とソース端子はそれぞれ、並列接続されたコンデンサ５４と抵抗５６の一端と他端に接続されている。ゲート端子はリセット信号発生回路９０の出力端子に接続されている。
また、第２実施形態においては、ボトム値ホールド回路５０のコンデンサ５４の容量値ＣＢと抵抗５６の抵抗値ＲＢで決まる時定数ＣＢＲＢを大きくして、ボトム値ホールド回路５０の出力電圧Ｖ２の応答性を低くしている（図１１の出力電圧波形Ｖ２参照）。
【００５０】
第１加算器８５は、ボトム値ホールド回路５０の出力電圧Ｖ２と第１基準電圧ＶＫ１を加算して、第１判定用電圧ＶＴＨ１＝Ｖ２＋ＶＫ１を出力する。この第１判定用電圧ＶＴＨ１は、第１差動増幅器８６の逆相入力端子に入力される。第１差動増幅器８６の正相入力端子には、燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１が入力される。第１差動増幅器８６の出力電圧Ｖ４は、Ｖ１がＶＴＨ１より大きい場合はハイ値となり、Ｖ１がＶＴＨ１より小さい場合はロー値となる。
第２加算器８７は、ボトム値ホールド回路５０の出力電圧Ｖ２と第２基準電圧ＶＫ２を加算して、第２判定用電圧ＶＴＨ２＝Ｖ２＋ＶＫ２を出力する。この第２判定用電圧ＶＴＨ２は、第２差動増幅器８８の逆相入力端子に入力される。第２差動増幅器８８の正相入力端子には、燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１が入力される。第２差動増幅器８８の出力電圧Ｖ５は、Ｖ１がＶＴＨ２より大きい場合はハイ値となり、Ｖ１がＶＴＨ２より小さい場合はロー値となる。
【００５１】
リセット信号発生回路９０には、第１及び第２差動増幅器８６，８８の出力が入力される。リセット信号発生回路９０は、第２差動増幅器８８の出力電圧Ｖ５がロー値の間、第１差動増幅器８６の出力電圧Ｖ４が常にハイ値であった場合に、パルス状のリセット信号ＶＲＳＴを出力する（図１１参照）。この構成によると、燃焼圧センサ２４の脈動的に変化する出力電圧Ｖ１がボトム値となるタイミングが判らなくても（そのタイミングを検出する回路等を設けなくても）、燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１のボトム値がＶＴＨ１より大きくなったこと（即ち、Ｖ１のボトム値とＶ２の差がＶＫ１より大きくなったこと）が検知できる。また、このパルス状のリセット信号ＶＲＳＴは、図１１に示すように、出力電圧Ｖ４がハイ値からロー値に切換わるタイミングに出力する。
このリセット信号ＶＲＳＴがボトム値ホールド回路５０のリセットスイッチ８４のゲート端子に入力されると、リセットスイッチ８４がオンし、並列接続されている抵抗５６とコンデンサ５４の両端が短絡される。この結果、コンデンサ５４に蓄積されていた電荷は瞬時に放電される。
【００５２】
先に述べたように、第２実施形態においては、ボトム値ホールド回路５０の出力電圧Ｖ２の応答性を低くしているため、図１１に示すように基本的にＶ２＜Ｖ１となっている。Ｖ２＜Ｖ１の場合は、第１実施形態で説明したようにダイオード６０がオフしている。ダイオード６０がオフした状態において、上記のように抵抗５６及びコンデンサ５４の両端が短絡されると、Ｖ２はＶＰとなる。図１１には、パルス状のリセット信号ＶＲＳＴがリセットスイッチ８４に出力されたことで、Ｖ２がピーク値ＶＰのパルス状に変化した状態が示されている。このＶ２の変化が終了し、Ｖ２の値が低下すると、Ｖ２＝Ｖ１となる状態が生じる。この状態では、第１実施形態で説明したように、ダイオード６０がオンしている。そして、Ｖ１の値が低下してボトム値に達した後、増加に転じると、ダイオード６０がオフし、Ｖ２はＶ１の上昇したボトム値に設定された後、そのボトム値をホールドする。
【００５３】
第２実施形態によると、先に述べたように、リセット信号ＶＲＳＴは、出力電圧Ｖ４がハイ値からロー値に切換わるタイミングに出力しているため、下降しているＶ１にＶ２を追従させることができる。よって、Ｖ２をＶ１のボトム値に確実に設定できる。また、第２実施形態によると、先に述べたように、並列接続された抵抗５６とコンデンサ５４の両端をリセットスイッチ８４によって短絡することによって、比較的簡単な構成でありながら、確実にＶ２をＶ１のボトム値に設定することができる。
なお、Ｖ２がＶ１の上昇したボトム値に設定された後は、ＶＴＨ１（＝Ｖ２＋ＶＫ１）及びＶＴＨ２（＝Ｖ２＋ＶＫ２）の値もこれに応じて上昇する。よって、Ｖ２の値が変化しても、Ｖ１のボトム値とＶ２の差がＶＫ１より大きくなったことを確実に検出できる。
【００５４】
このように、第２実施形態の燃焼圧センサ装置は、Ｖ１のボトム値とＶ２の差が所定値ＶＫ１より大きくなったことをリセット信号発生回路９０が検出した場合に、Ｖ２をＶ１のボトム値に設定し、そのボトム値をホールドするように構成されている。よって、Ｖ１のボトム値とＶ２の差が大きくなり過ぎるという事態を回避できるので、Ｖ２から、Ｖ１のボトム値を精度良く検知することができる。このため、差動増幅器６２により得られるＶ１とＶ２の差を増幅したＶ６から、作用する圧力の大きさを精度良く検知することができる。
従って、第２実施形態の燃焼圧センサ装置によると、ボトム値ホールド回路５０の出力の応答性を低くした場合でも、そのメリットを享受しながら、そのデメリットを改善することができる。
【００５５】
（第３実施形態）　図１２に、第３実施形態の燃焼圧センサ装置の構成を示す。図１３に、第３実施形態の燃焼圧センサ装置の各部の電圧波形を示す。
第３実施形態の燃焼圧センサ装置は、第１ボトム値ホールド回路５０Ａと、第２ボトム値ホールド回路５０Ｂと、リセット信号発生回路９１をさらに備えている。ボトム値ホールド回路５０Ａ，５０Ｂの構成は、第１実施形態のボトム値ホールド回路と基本的には同様であるが、第２ボトム値ホールド回路５０Ｂには、第２実施形態のボトム値ホールド回路と同様に、リセットスイッチ８４Ｂが設けられている。第１ボトム値ホールド回路５０Ａのコンデンサ５４Ａと抵抗５６Ａで決まる時定数は小さく（早く）、コンデンサ５４Ａの放電特性は急峻である（放電時間は短い）。即ち、回路出力Ｖ２の応答性が高い（図１３のＶ２参照）。一方、第２ボトム値ホールド回路５０Ｂのコンデンサ５４Ｂと抵抗５６Ｂで決まる時定数は大きく（遅く）、コンデンサ５４Ｂの放電特性は緩やかである（放電時間は長い）。即ち、回路出力Ｖ４の応答性は低い（図１３のＶ４参照）。
第１ボトム値ホールド回路５０Ａの差動増幅器５８Ａの正相入力端子には、燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１が入力される。第１ボトム値ホールド回路５０Ａの出力電圧Ｖ２は、第２ボトム値ホールド回路５０Ｂの差動増幅器５８Ｂの正相入力端子に入力される。第２ボトム値ホールド回路５０Ｂの出力電圧Ｖ４は、差動増幅器６２の逆相入力端子に入力されるとともに、出力端子６７に出力される。
【００５６】
リセット信号発生回路９１は、誤差増幅器（差動増幅器）１０２と、比較器１０４と、基準電源１０６を備えている。誤差増幅器１０２の正相入力端子と逆相入力端子にはそれぞれ、第１及び第２ボトム値ホールド回路５０Ａ，５０Ｂの出力が入力される。誤差増幅器１０２の出力は、比較器１０４の正相入力端子に入力される。比較器１０４の逆相入力端子には、基準電源１０６によって基準電圧Ｖｒが入力される。比較器１０４の出力ＶＲＳＴは、リセットスイッチ８４のゲート端子に入力される。
【００５７】
図１３のように、燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１が徐々に上昇するに伴って、燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１のボトム値をホールドした値である第１ボトム値ホールド回路５０Ａの出力電圧Ｖ２も徐々に上昇する。出力電圧Ｖ２の応答性は高いので、出力電圧Ｖ１の上昇によく追従している。一方、第１ボトム値ホールド回路５０Ａの出力電圧Ｖ２のボトム値をホールドした値である第２ボトム値ホールド回路５０Ｂの出力電圧Ｖ４は、図１３の初期から中期にかけてはほとんど一定である。これは、出力電圧Ｖ４の応答性を低く設定したためである。
出力電圧Ｖ２とＶ４の差は、誤差増幅器１０２でＫ倍に増幅される。誤差増幅器１０２の出力Ｋ（Ｖ２−Ｖ４）が基準値Ｖｒより大きくなったことが比較器１０４で検出されると、比較器１０４（リセット信号発生回路９１）から、リセット信号ＶＲＳＴが出力される。すると、第２ボトム値ホールド回路５０Ｂのコンデンサ５４Ｂに蓄積されていた電荷は瞬時に放電される。そして、第２ボトム値ホールド回路５０Ｂの出力電圧Ｖ４は、第１ボトム値ホールド回路５０Ａの出力電圧Ｖ２の変動に追従し、その出力電圧Ｖ２のボトム値（出力電圧Ｖ１のボトム値と実質的に等しい）に設定される。
【００５８】
よって、Ｖ１のボトム値とＶ４の差が大きくなり過ぎるという事態を回避できるので、Ｖ４から、Ｖ１のボトム値を精度良く検知することができる。このため、差動増幅器６２により得られるＶ１とＶ４の差を増幅したＶ３から、作用する圧力の大きさを精度良く検知することができる。
従って、第３実施形態の燃焼圧センサ装置によると、第２ボトム値ホールド回路５０Ｂの出力の応答性を低くした場合でも、そのメリットを享受しながら、そのデメリットを改善することができる。
【００５９】
（第４実施形態）　図１４に、第４実施形態の燃焼圧センサ装置の構成を示す。図１５に、第４実施形態の燃焼圧センサ装置の各部の電圧波形を示す。
第４実施形態の燃焼圧センサ装置は、第１実施形態の燃焼圧センサ装置が備える構成に加えて、タイマ式のリセット信号発生回路９２をさらに備えている。さらに、ボトム値ホールド回路５０にリセットスイッチ８４が設けられている。このリセットスイッチ８４の構成は、第２実施形態のものと同様であり、そのゲート端子は、上記したタイマ式のリセット信号発生回路９２の出力端子に接続されている。
第４実施形態の燃焼圧センサ装置は、図１５に示すように、タイマ式のリセット信号発生回路９２からリセット信号ＶＲＳＴを、所定時間Ｔ毎にリセットスイッチ８４に出力する構成としている。リセット信号ＶＲＳＴがリセットスイッチ８４に出力された後の動作は、第２実施形態と同様である。
【００６０】
第４実施形態の燃焼圧センサ装置によると、Ｖ１のボトム値とＶ２の差が広がっていく状態が長期に亘って放置されるという事態を回避できるので、Ｖ２から、Ｖ１のボトム値を精度良く検知することができる。
従って、第４実施形態の燃焼圧センサ装置によると、第２実施形態と同様に、ボトム値ホールド回路５０の出力の応答性を低くした場合でも、そのメリットを享受しながら、そのデメリットを改善することができる。
【００６１】
（第５実施形態）　図１５に、第５実施形態の燃焼圧センサ装置の構成を示す。図１６に、第５実施形態の燃焼圧センサ装置の各部の電圧波形を示す。
第５実施形態の燃焼圧センサ装置は、第１実施形態の燃焼圧センサ装置が備える構成に加えて、パルス端検出回路７０と、サンプル・ホールド回路７６をさらに備えている。
パルス端検出回路７０は、微分回路によって構成されている。この微分回路はコンデンサ７４と抵抗７４によって構成されている。コンデンサ７４は、一端がボトム値ホールド回路５０の差動増幅器５８の出力端子に接続されている。コンデンサ７４の他端は抵抗７４の一端に接続されている。抵抗７４の他端は接地されている。コンデンサ７２と抵抗７４の接続点はパルス端検出回路７０の出力となっている。
【００６２】
サンプル・ホールド回路７６は、スイッチング素子（この例ではＭＯＳＦＥＴ）７８と、コンデンサ８０と、ボルテージフォロワ回路８２によって構成されている。スイッチング素子７８のゲート端子は、パルス端検出回路７０の出力（コンデンサ７２と抵抗７４の接続点）に接続されている。スイッチング素子７８のドレイン端子は、ボトム値ホールド回路５０の出力に接続されている。スイッチング素子７８のソース端子には、コンデンサ８０の一端が接続されているとともに、ボルテージフォロワ回路８２の入力端子に接続されている。コンデンサ８０の他端は接地されている。
【００６３】
また、第５実施形態においては、ボトム値ホールド回路５０のコンデンサ５４の容量値ＣＢと抵抗５６の抵抗値ＲＢで決まる時定数ＣＢＲＢを小さくして、ボトム値ホールド回路５０の出力電圧Ｖ２の応答性を高くしている（図１７の出力電圧波形Ｖ２参照）。
【００６４】
第５実施形態の燃焼圧センサ装置の動作について説明する。ボトム値ホールド回路５０の差動増幅器５８の出力ＶＸは、第１実施形態で述べたように、ダイオードオフ状態ではＶＸ＝ＶＨｉとなり、ダイオードオン状態ではＶＸ＋ＶＤ＝Ｖ１＝Ｖ２となる（図１７参照）。なお、ＶＤはダイオード６０の順方向電圧である。ＶＸ＝ＶＨｉのときと、ＶＸ＋ＶＤ＝Ｖ１＝Ｖ２のときではＶＸの大きさに差があるから、ＶＸは近似的にパルス状の波形となっている。
このＶＸがパルス端検出回路７０に入力される。パルス端検出回路７０は微分回路によって構成されているから、パルス状の波形ＶＸが入力された場合は、その波形ＶＸのパルス端の部分でピーク状の波形Ｖ３を出力する。パルス状の波形ＶＸの立下りのパルス端では、負の向きにピーク状の波形Ｖ３が出力される。パルス状の波形ＶＸの立上がりのパルス端では、正の向きにピーク状の波形Ｖ３が出力される。このうち、負の向きのピーク状の波形Ｖ３は無視するものとする。
【００６５】
正の向きにピーク状の波形Ｖ３がサンプル・ホールド回路７６のスイッチング素子７８のゲート端子に入力されると、スイッチング素子７８がオンする。スイッチング素子７８がオンしたタイミングは、出力電圧Ｖ１がボトム値となるタイミングである。このように、パルス端検出回路７０は、出力電圧Ｖ１がボトム値となるタイミングを検出する役割を果たしている。
この結果、そのスイッチング素子７８がオンしたタイミング（出力電圧Ｖ１がボトム値となったタイミング）におけるボトム値ホールド回路５０の出力電圧Ｖ２（＝Ｖ４）が、サンプルホールド回路７６のボルテージフォロワ回路８２の入力部８１に伝わる。この結果、その入力部８１に一端が接続されたコンデンサ８０には、その両端電圧がＶ４となるように電荷が蓄積され、両端電圧がＶ４の状態をホールドする。
【００６６】
ボルテージフォロワ回路８２はバッファとしての役割を果たすものであり、ボルテージフォロワ回路８２の出力には、上記電圧Ｖ４がそのまま出力される。この出力電圧Ｖ４は差動増幅器６２の逆相入力端子に入力される。この出力電圧Ｖ４の値は、スイッチング素子７８が再度オンするまで同じ値がホールドされている。即ち、図１７に示すように、Ｖ１のボトム値が徐々に増加する状態の場合には、出力電圧Ｖ４の値は、Ｖ１のボトム値において段差ができる階段状の波形となる。ここで、差動増幅器６２の正相入力端子には、第１実施形態と同様に、燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１が入力される。
このため、差動増幅器６２の出力電圧Ｖ５は、燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１からサンプルホールド回路７６の出力電圧Ｖ４の差を増幅した値に、一定のベース電圧Ｖｂｂが重畳した値となる。この出力電圧波形が図１７に示されている。
【００６７】
第５実施形態の燃焼圧センサ装置によると、ボトム値ホールド回路５０の出力電圧Ｖ２の応答性が高く、Ｖ２がＶ１のボトム値から徐々に離れた値となる場合でも、サンプル・ホールド回路７６の出力電圧Ｖ４から、Ｖ１のボトム値を精度良く検知することができる。このため、差動増幅器６２により得られるＶ１とＶ４の差を増幅した値Ｖ５から、作用する圧力の大きさを精度良く検知することができる。また、時定数ＣＢＲＢを小さくできるので、容量値ＣＢの小さなコンデンサ５４、あるいは抵抗値ＲＢの小さな抵抗５２を使用できるという効果も得られる。
従って、第５実施形態の燃焼圧センサ装置によると、ボトム値ホールド回路５０の出力の応答性を高くした場合でも、そのメリットを享受しながら、そのデメリットを改善することができる。
【００６８】
（第６実施形態）　図１８に、第６実施形態の燃焼圧センサ装置の構成を示す。
第６実施形態の燃焼圧センサ装置は、第１実施形態の燃焼圧センサ装置が備える構成に加えて、制御回路（補正回路）９４ａをさらに備えている。
この制御回路９４ａは、ボトム値ホールド回路５０の出力電圧Ｖ２を検出し、その出力電圧値Ｖ２に応じて電流源２２の電流値を制御する。より具体的には、制御回路９４ａは、検出した出力電圧値Ｖ２が基準値からどれだけ異なるか（大きいか、小さいかも含む）を検出する。検出した出力電圧値Ｖ２が基準値よりも所定値だけ大きい場合は、電流源２２から流す電流値を前記所定値の大きさに応じて減少させる。即ち、ピエゾ抵抗素子４６の抵抗温度係数と感度温度係数が正の場合であって、検出した出力電圧値Ｖ２が基準値よりも大きい場合は、燃焼圧センサ２４の配置された環境が高温となっており、ピエゾ抵抗素子４６の感度が基準感度よりも高くなっていると想定できる。よって、この燃焼圧センサ２４の感度上昇に伴う差動増幅器６２の出力電圧（装置出力）Ｖ３の増加を補正するため、電流源２２から流す電流値を減少させる。この結果、所定の圧力が作用したときの燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１、ひいては差動増幅器６２の出力電圧Ｖ３の増加が抑制される。
一方、検出した出力電圧値Ｖ２が基準値よりも所定値だけ小さい場合は、電流源２２から流す電流値を前記所定値の大きさに応じて増加させて、所定の圧力が作用したときの差動増幅器６２の出力電圧Ｖ３の低下を抑制する。
なお、電流源２２を、制御回路９４ａで電圧値を調整可能な電圧源に置換えてもよい。
【００６９】
（第７実施形態）　図１９に、第７実施形態の燃焼圧センサ装置の構成を示す。
第７実施形態の燃焼圧センサ装置は、第１実施形態の燃焼圧センサ装置が備える構成に加えて、制御回路（補正回路）９４ｂをさらに備えている。また、ピエゾ抵抗素子４６の入力兼出力端子と電圧源２３の端子の間には、可変抵抗９６が設けられている。
この制御回路９４ｂは、ボトム値ホールド回路５０の出力電圧Ｖ２を検出し、その出力電圧値Ｖ２に応じて可変抵抗９６の抵抗値を調整する。より具体的には、制御回路９４ｂは、ピエゾ抵抗素子４６の抵抗温度係数と感度温度係数が正の場合であって、検出した出力電圧値Ｖ２が基準値よりも所定値だけ大きい場合は、可変抵抗９６の抵抗値を前記所定値の大きさに応じて増加させる。この結果、所定の圧力が作用したときの燃焼圧センサ２４の出力電圧Ｖ１、ひいては差動増幅器６２の出力電圧Ｖ３の増加が抑制される。
一方、検出した出力電圧値Ｖ２が基準値よりも所定値だけ小さい場合は、可変抵抗９６の抵抗値を前記所定値の大きさに応じて減少させて、所定の圧力が作用したときの差動増幅器６２の出力電圧Ｖ３の低下を抑制する。
なお、可変抵抗９６は、燃焼圧センサ２４のグランド側（接地側）に挿入してもよい。
【００７０】
（第８実施形態）　図２０に、第８実施形態の燃焼圧センサ装置の構成を示す。
第８実施形態の燃焼圧センサ装置は、第１実施形態の燃焼圧センサ装置が備える構成に加えて、制御回路（補正回路）９４ｃをさらに備えている。また、差動増幅器６２の出力端子６８とベース電圧Ｖｂｂの設定用端子６４の間には、可変抵抗９８と固定抵抗１００が直列に接続されている。可変抵抗９８と固定抵抗１００の接続部には、補正出力端子６８ａが設けられている。
この制御回路９４ｃは、ボトム値ホールド回路５０の出力電圧Ｖ２を検出し、その出力電圧値Ｖ２に応じて、第７実施形態と同様に、可変抵抗９８の抵抗値を調整し、燃焼圧センサ２４（ピエゾ抵抗素子４６）の感度変化に伴う差動増幅器６２の出力電圧Ｖ３の変化を補正した値Ｖ３ａを補正出力端子６８ａから出力する。
【００７１】
（第９実施形態）　図２１に、第９実施形態の燃焼圧センサ装置の構成を示す。
第９実施形態の燃焼圧センサ装置は、第１実施形態の燃焼圧センサ装置が備える構成に加えて、制御回路（補正回路）９４ｄをさらに備えている。
この制御回路９４ｄは、ボトム値ホールド回路５０の出力電圧Ｖ２を検出し、その出力電圧値Ｖ２に応じて、差動増幅器６２の増幅度を調整する。より具体的には、制御回路９４ｄは、検出した出力電圧値Ｖ２が基準値よりも所定値だけ大きい場合は、差動増幅器６２の増幅度を前記所定値の大きさに応じて減少させて、所定の圧力が作用したときの差動増幅器６２の出力電圧Ｖ３の増加を抑制する。
一方、検出した出力電圧値Ｖ２が基準値よりも所定値だけ小さい場合は、差動増幅器６２の増幅度を前記所定値の大きさに応じて増加させて、所定の圧力が作用したときの差動増幅器６２の出力電圧Ｖ３の低下を抑制する。
【００７２】
第６〜第９実施形態の燃焼圧センサ装置によると、燃焼圧センサ装置が配置された環境の温度変化があり、燃焼圧センサ２４の感度変化が生じた場合でも、所定の圧力が作用したときの装置出力（上記例では差動増幅器６２の出力電圧Ｖ３，Ｖ３ａ）をぼぼ一定に保つことができる。
【００７３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
（１）上記実施形態では、センサ素子としてピエゾ抵抗素子を用いた燃焼圧センサを例に説明したが、センサ素子として圧電素子を用いたものであってもよい。
（２）上記実施形態では、ピエゾ抵抗素子が単ゲージ構成のものを例に説明したが、フルブリッジ構成や、ハーフブリッジ構成のものであってもよい。
（３）第２実施形態（図１０、図１１参照）においては、出力電圧Ｖ１がボトム値となるタイミングを検出し、そのタイミングにおけるＶ１の値がＶＴＨ１以上となったことを検出する構成としてもよい。
（４）第２実施形態（図１０、図１１参照）等では、ボトム値ホールド回路５０のコンデンサ５４と抵抗５６をスイッチ素子８４で短絡することで、コンデンサ５４に蓄積された電荷を放電させ、Ｖ２をＶＰに設定し、Ｖ２を下降しているＶ１に追従させ、Ｖ２をＶ１のボトム値に設定するようにしている（図１１参照）。しかし、例えば図２２や図２３の構成によって充分に小さな時定数に切換えることで、Ｖ２の応答性を向上させて、Ｖ２をＶ１のボトム値に設定するようにしてもよい。即ち、図２２に示すように、リセット信号発生回路９０からのリセット信号によってスイッチ８５ａをオンさせ、抵抗５６に抵抗値の小さな抵抗５６ａを並列接続させることで、小さな時定数に切換えるようにしてもよい。また、図２３に示すように、リセット信号発生回路９０からのリセット信号によってスイッチ８５ｂをオフさせ、コンデンサ５４に並列接続されていたコンデンサ５４ａを切り離すことで、小さな時定数に切換えるようにしてもよい。
（５）第４実施形態（図１４、図１５参照）では、リセット信号発生回路９２からのリセット信号ＶＲＳＴを、所定時間Ｔ毎にリセットスイッチ８４に出力する構成としたが、脈動波形Ｖ１の脈動数（パルス数）をカウントする回路（脈動周波数検出回路）を設け、所定数カウントされる毎にリセット信号ＶＲＳＴをリセットスイッチ８４を出力する構成としてもよい。また、脈動周波数検出回路で検出された脈動周波数に応じて、ボトム値ホールド回路５０のコンデンサと抵抗で決まる時定数を制御する（例えば複数の段階に切換える）構成としてもよい。例えば、脈動周波数が小さいときは時定数を大きくして応答性を低くしても、ボトム値ホールド回路５０で脈動波形Ｖ１のボトム値をホールドし得る。よって、不必要に時定数を小さくすることで応答性を高くして、誤差（脈動波形Ｖ１の実際のボトム値とボトム値ホールド回路５０の出力Ｖ２の差）が大きくなることを回避できる。
【００７４】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の燃焼圧センサ装置の構成を示す。
【図２】燃焼圧センサの構成を示す。
【図３】燃焼圧センサのセンサ部（力検知素子）の概略斜視図を示す。
【図４】燃焼圧センサのセンサ部（力検知素子）の電気的構成を示す。
【図５】第１実施形態の燃焼圧センサ装置の各部の電圧波形を示す。
【図６】ボトム値ホールド回路の動作の説明図を示す。
【図７】燃焼圧センサの出力電圧波形と、センサ出力処理回路の出力電圧波形を示す。
【図８】第１実施形態の変形例の燃焼圧センサ装置の構成を示す。
【図９】燃焼圧センサの出力電圧波形が徐々に上昇していく場合の第１実施形態の燃焼圧センサ装置の各部の電圧波形を示す。
【図１０】第２実施形態の燃焼圧センサ装置の構成を示す。
【図１１】第２実施形態の燃焼圧センサ装置の各部の電圧波形を示す。
【図１２】第３実施形態の燃焼圧センサ装置の構成を示す。
【図１３】第３実施形態の燃焼圧センサ装置の各部の電圧波形を示す。
【図１４】第４実施形態の燃焼圧センサ装置の構成を示す。
【図１５】第４実施形態の燃焼圧センサ装置の各部の電圧波形を示す。
【図１６】第５実施形態の燃焼圧センサ装置の構成を示す。
【図１７】第５実施形態の燃焼圧センサ装置の各部の電圧波形を示す。
【図１８】第６実施形態の燃焼圧センサ装置の構成を示す。
【図１９】第７実施形態の燃焼圧センサ装置の構成を示す。
【図２０】第８実施形態の燃焼圧センサ装置の構成を示す。
【図２１】第９実施形態の燃焼圧センサ装置の構成を示す。
【図２２】第２実施形態等の第１変形例の燃焼圧センサ装置の構成を部分的に示す。
【図２３】第２実施形態等の第２変形例の燃焼圧センサ装置の構成を部分的に示す。
【図２４】従来の圧力センサのセンサ出力処理回路の構成を示す。
【図２５】圧力センサの出力電圧波形を示す。
【符号の説明】
２２：電流源
２４：燃焼圧センサ
２６：ピエゾ抵抗素子
５０：ボトム値ホールド回路６２：差動増幅器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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