(57)【要約】【課題】  内部抵抗の測定終了後迅速に通常動作が可能となり、内部抵抗測定後の応答性を向上することを課題とする。【解決手段】  第１のバイアス電源ＶＣＣ１から出力されたバイアス電圧ＶＣＣを第１のスイッチＳＷ１を介してセンサ１０に印加し、センサ１０を浅い順バイアス状態にしてセンサ１０の内部抵抗ＲＳの測定を行うように構成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサに印加される第１のバイアス電圧を、前記センサの通常動作時のセンサ出力電圧に対して順バイアスとなるように出力する第１のバイアス電源と、
前記センサの内部抵抗を測定する測定動作時に、前記第１のバイアス電源から出力された第１のバイアス電圧を選択的に前記センサに与える第１のスイッチと、
前記センサの出力電圧を計測する計測手段と、
前記センサの内部抵抗の測定動作を制御し、前記計測手段の計測結果に基づいて、前記センサの内部抵抗を求める測定制御手段と
を有することを特徴とするセンサ内部抵抗測定回路。
【請求項２】
前記センサに印加される第２のバイアス電圧を、前記センサの通常動作時のセンサ出力電圧に対して逆バイアスとなるように出力する第２のバイアス電源と、
前記センサの内部抵抗測定終了後、前記第２のバイアス電源から出力された第２のバイアス電圧を選択的に前記センサに所定の時間与える第２のスイッチと
を有することを特徴とする請求項１記載のセンサ内部抵抗測定回路。
【請求項３】
前記第１のスイッチは、前記センサの内部抵抗測定時以外は、所定の電位を選択して前記センサに与える
ことを特徴とする請求項１又は２記載のセンサ内部抵抗測定回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサの内部抵抗の測定後の応答性を改善したセンサ内部抵抗測定回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサの内部抵抗を測定する技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献に記載されたセンサ内部抵抗測定回路を図４に示す。図４において、被測定対象のセンサ２０は、内部抵抗ＲＳとセンサ電圧ＶＳを出力するセンサ出力電源ＶＳとで構成されている。このセンサ２０には、内部抵抗ＲＳの測定時に、バイアス電源ＶＧとセンサ２０との間に直列に接続されたスイッチＳＷと直列抵抗ＲＶを介して電圧ＶＧ（例えば５Ｖ程度）がセンサ出力電源ＶＳに対して逆バイアスで印加される。センサ２０の両端間の電圧ＶＭは増幅器２１に入力されて計測され、増幅器２１の出力は、この出力に基づいて内部抵抗ＲＳを求めるマイクロコンピュータ（μＣ）２２のＡ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄに与えられる。
【０００３】
このように構成されたセンサ内部抵抗測定回路において、スイッチＳＷがオンして電圧ＶＧがセンサ２０に印加されると、センサ２０には電流Ｉが流れる。これにより、センサ２０の端子間電圧ＶＭは、（数１）で表される。
【０００４】
（数１）
ＶＭ＝Ｉ×ＲＳ＋ＶＳ
また、電圧ＶＧは（数２）で表される。
【０００５】
（数２）
ＶＧ＝Ｉ×ＲＶ＋ＶＭ＝Ｉ×ＲＶ＋Ｉ×ＲＳ＋ＶＳ
上記により、センサ２０の内部抵抗ＲＳは、（数３）で表される。
【０００６】
（数３）
ＲＳ＝ＲＶ（ＶＭ−ＶＳ）／（ＶＧ−ＶＭ）
ここで、ＲＶならびにＶＧは予め設定されて既知の値であり、ＶＭはスイッチＳＷがオンした際（内部抵抗測定時）に増幅器２１で測定され、ＶＳはスイッチＳＷがオフ時（センサ２０の通常動作時）に増幅器２１で測定される。したがって、これらの測定結果ならびに上記（数３）に基づいて、センサ２０の内部抵抗ＲＳが算出される。
【特許文献１】特表平０４−５０１１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上説明したように、従来のセンサ内部抵抗測定回路においては、センサ２０の内部抵抗を測定する際に、スイッチＳＷを介してバイアス電源ＶＧからセンサ２０に対して逆バイアスが印加される。したがって、内部抵抗ＲＳの測定中は、センサ２０は逆バイアス状態となっている。
【０００８】
このため、内部抵抗ＲＳの測定が終了して、スイッチＳＷをオフ状態にし、バイアス電源ＶＧからセンサ２０への逆バイアスの供給が停止されても、しばらくの間は逆バイアスの印加がセンサ２０に影響を与えることになる。すなわち、センサ２０の出力電圧は、図５に示すように、測定終了後は深い逆バイアス状態となっているため、センサ２０の出力電圧が深いバイアス状態から通常動作時の出力レベルに回復するまでに時間がかかってしまう。したがって、センサ２０の出力電圧が深いバイアス状態から通常動作時の出力レベルに戻るまでの期間は、センサ２０が正常に動作することができない。これにより、内部抵抗ＲＳの測定後速やかにセンサ２０が正常に動作することが困難となり、センサ制御の応答性が悪化するといった不具合を招いていた。
【０００９】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内部抵抗の測定終了後迅速に通常動作が可能となり、センサ制御の応答性を向上したセンサ内部抵抗測定回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、センサに印加される第１のバイアス電圧を、前記センサの通常動作時のセンサ出力電圧に対して順バイアスとなるように出力する第１のバイアス電源と、前記センサの内部抵抗を測定する測定動作時に、前記第１のバイアス電源から出力された第１のバイアス電圧を選択的に前記センサに与える第１のスイッチと、前記センサの出力電圧を計測する計測手段と、前記センサの内部抵抗の測定動作を制御し、前記計測手段の計測結果に基づいて、前記センサの内部抵抗を求める測定制御手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
上記特徴の請求項１の発明によれば、センサの内部抵抗の測定を順バイアス状態で実施することが可能となり、センサの内部抵抗の測定終了後センサ出力を通常の測定可能状態に回復するまでの時間を短縮することができる。この結果、センサの内部抵抗測定後のセンサの応答性を向上させることができる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、前記請求項１記載の発明において、前記センサに印加される第２のバイアス電圧を、前記センサの通常動作時のセンサ出力電圧に対して逆バイアスとなるように出力する第２のバイアス電源と、前記センサの内部抵抗測定終了後、前記第２のバイアス電源から出力された第２のバイアス電圧を選択的に前記センサに所定の時間与える第２のスイッチとを有することを特徴とする。
【００１３】
上記特徴の請求項２の発明によれば、内部抵抗の測定終了後順バイアスにあるセンサ出力を逆バイアスの方向へ反転移行させることが可能となり、センサの内部抵抗の測定終了後センサ出力を通常の測定可能状態に回復するまでの時間をより一層短縮することができる。この結果、センサの内部抵抗測定後のセンサの応答性を向上させることができる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、前記請求項１又は２記載の発明において、前記第１のスイッチは、前記センサの内部抵抗測定時以外は、前記センサの通常動作に必要な所定の電位を選択して前記センサに与えることを特徴とする。
【００１５】
上記特徴の請求項３記載の発明は、センサの内部抵抗測定以外の動作時を安定して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は本発明の実施例１に係るセンサ内部抵抗測定回路の構成を示す図である。図１に示す実施例１のセンサ内部抵抗測定回路は、図４に示す従来例と同様に、温度により抵抗値が変化する内部抵抗ＲＳとセンサ出力電源ＶＳとで構成されたセンサ１０の内部抵抗ＲＳの抵抗値を測定する回路である。内部抵抗ＲＳが測定されるセンサ１０は、例えば排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサであり、この酸素センサは、例えば車両等の排気管の途中に配置され、排気管から排出される排気ガス中に含まれる酸素濃度を検出する。車両は、検出された酸素濃度に基づいて燃料と空気との混合比率である空燃比Ａ／Ｆを所定の理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）とするように吸引空気量をフィードバック制御している。
【００１８】
図１において、センサ１０は、そのセンサ出力電源ＶＳの正極側が内部抵抗ＲＳの一端に接続され、負極側が第１のスイッチＳＷ１に接続されている。
【００１９】
第１のスイッチＳＷ１は、固定接点ａとこの固定接点ａに対して選択的に接続される選択接点ｂならびに選択接点ｃを有している。第１のスイッチＳＷ１は、その固定接点ａがセンサ１０のセンサ出力電源ＶＳの負極側に接続され、選択接点ｂが測定用抵抗ＲＶの一端に接続され、選択接点ｃがグランド（接地電位）に接続されている。測定用抵抗ＲＶの他端は第１のバイアス電源ＶＣＣ１の正極側に接続され、第１のバイアス電源ＶＣＣ１の負極側はグランドに接続されている。
【００２０】
第１のスイッチＳＷ１は、センサ１０の通常動作時ならびにセンサ１０の内部抵抗測定終了後のセンサ出力強制回復動作を実施する場合には、固定接点ａと選択接点ｃとが接続される一方、センサ１０の内部抵抗測定時には、固定接点ａと選択接点ｂとが接続されるように接続制御される。第１のバイアス電源ＶＣＣ１は、センサ１０の内部抵抗測定時に、第１のスイッチＳＷ１を介してセンサ１０に対して例えば５Ｖ程度のバイアス電圧ＶＣＣを順バイアス状態で印加するように機能する。
【００２１】
センサ１０は、その内部抵抗ＲＳの他端が第２のスイッチＳＷ２の一端に接続され、第２のスイッチＳＷ２の他端は第２のバイアス電源ＶＣＣ２の正極側に接続され、第２のバイアス電源ＶＣＣ２の負極側はグランドに接続されている。
【００２２】
第２のスイッチＳＷ２は、センサ１０の通常動作時にはオフ状態に制御される一方、センサ１０の内部抵抗測定時ならびにセンサ１０の内部抵抗測定終了後のセンサ出力強制回復時にオン状態に制御される。第２のバイアス電源ＶＣＣ２は、センサ１０の内部抵抗測定終了後のセンサ出力強制回復時に第２のスイッチＳＷ２を介してセンサ１０に対してバイアス電圧ＶＣＣ／２を逆バイアス状態で印加するように機能する。
【００２３】
センサ１０は、内部抵抗ＲＳの他端が増幅器ＡＭＰの一方の入力端子に接続され、増幅器ＡＭＰの他方の入力端子はセンサ１０のセンサ出力電源ＶＳの負極側ならびに第１のスイッチＳＷ１の固定接点ａに接続され、増幅器ＡＭＰの出力端子は、マイクロコンピュータ（μＣ）１１のＡ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄに接続されている。したがって、増幅器ＡＭＰは、内部抵抗ＲＳの他端とセンサ出力電源ＶＳの負極側との間の電圧、すなわちセンサ１０の出力電圧ＶＭを計測し、計測した電圧ＶＭをマイクロコンピュータ１１のＡ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄに与える。
【００２４】
マイクロコンピュータ１１は、センサ１０の内部抵抗ＲＳを測定する処理動作を制御する制御中枢として機能し、内部に記憶された制御ロジックのプログラムに基づいて、内部抵抗ＲＳを測定する処理動作を制御実行する。マイクロコンピュータ１１は、センサ１０の通常動作時ならびにセンサ１０の内部抵抗ＲＳの測定時に応じて、第１のスイッチＳＷ１の接続選択ならびに第２のスイッチＳＷ２のオン／オフを制御する。すなわち、マイクロコンピュータ１１は、センサ１０の通常動作モードでは第２のスイッチＳＷ２をオフ状態とし、第１のスイッチＳＷ１の固定接点ａと選択接点ｃとを接続する一方、センサ１０の内部抵抗測定時には第２のスイッチＳＷ２をオン状態とし、第１のスイッチＳＷ１の固定接点ａと選択接点ｂとを接続する。マイクロコンピュータ１１は、センサ１０の内部抵抗測定後、浅い順バイアス状態のセンサ出力を強制的に通常動作状態の出力レベルに回復する動作を行う場合には、第２のスイッチＳＷ２をオン状態にしたまま、第１のスイッチＳＷ１の固定接点ａを選択接点ｂから選択接点ｃに切り替えて接続する。このセンサ出力の強制回復動作は、任意に実施される動作である。
【００２５】
また、マイクロコンピュータ１１は、増幅器ＡＭＰによって計測されてＡ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄに与えられた計測電圧ＶＭに基づいて、センサ１０の内部抵抗ＲＳを求める。第２のスイッチＳＷ２がオンし、第１のスイッチＳＷ１の固定接点ａと選択接点ｂとが接続されて、第１のバイアス電源ＶＣＣ１から順バイアスの電圧ＶＣＣがセンサ１０に印加さると、センサ１０は浅い順バイアス状態となりセンサ１０には電流Ｉが流れる。これにより、センサ１０の端子間電圧ＶＭは、（数４）で表される。
【００２６】
（数４）
ＶＭ＝Ｉ×ＲＳ＋ＶＳ
また、電流Ｉがセンサ１０に流れることで、次式（数５）が成立する。
【００２７】
（数５）
ＶＣＣ／２＝Ｉ×ＲＶ＋ＶＭ＝Ｉ×ＲＶ＋Ｉ×ＲＳ＋ＶＳ
上記（数４）ならびに（数５）により、センサ１０の内部抵抗ＲＳは、（数６）で表される。
【００２８】
（数６）
ＲＳ＝ＲＶ（ＶＭ−ＶＳ）／（ＶＣＣ／２−ＶＭ）
ここで、測定用抵抗ＲＶの抵抗値ＲＶならびに第２のバイアス電源ＶＣＣ２の電圧ＶＣＣは予め設定されて既知の値であり、ＶＭは第２のスイッチＳＷ２がオンし、かつ第１のスイッチＳＷ１の固定接点ａと選択接点ｂとが接続された際（内部抵抗測定時）に増幅器ＡＭＰで測定され、ＶＳは第２のスイッチＳＷ２がオフし、かつ第１のスイッチＳＷ１の固定接点ａと選択接点ｃとが接続された際（センサ１０の通常動作時）に増幅器ＡＭＰで測定される。したがって、マイクロコンピュータ１１は、これらの測定結果ならびに上記（数６）に基づいて、センサ１０の内部抵抗ＲＳを算出する。
【００２９】
このような構成において、センサ１０の通常動作モードでは、第２のスイッチＳＷ２はオフ状態となり、第１のスイッチＳＷ１の固定接点ａは選択接点ｃに接続され、第１のバイアス電源ＶＣＣ１ならびに第２のバイアス電源ＶＣＣ２からともにバイアス電圧がセンサ１０に印加されず、センサ１０から出力されるセンサ電圧ＶＳは増幅器ＡＭＰで計測され、増幅器ＡＭＰの出力がセンサ１０のセンサ電圧ＶＳとなる。
【００３０】
一方、センサ１０の内部抵抗ＲＳを測定する、センサ１０の測定動作モードでは、先ず上述した通常動作モードにおいてセンサ１０から出力されるセンサ電圧ＶＳが増幅器ＡＭＰで計測され、計測結果はマイクロコンピュータ１１に与えられて内部のメモリに記憶される。
【００３１】
その後、第２のスイッチＳＷ２をオフ状態からオン状態とし、第１のスイッチＳＷ１の固定接点ａを選択接点ｃから選択接点ｂに切り替えて接続する。これにより、第１のバイアス電源ＶＣＣ１からセンサ１０に電圧ＶＣＣの順バイアスが印加され、かつ第２のバイアス電源ＶＣＣ２からセンサ１０に電圧ＶＣＣ／２の逆バイアスが印加される。この結果、センサ１０は浅い順バイアス状態となり、第１のバイアス電源ＶＣＣ１から測定用抵抗ＲＶを介してセンサ１０に電流Ｉが流れる。この時に、センサ１０の出力電圧は、増幅器ＡＭＰで計測され、その計測電圧をＶＭとする。計測された電圧ＶＭは、マイクロコンピュータ１１に与えられる。
【００３２】
マイクロコンピュータ１１は、増幅器ＡＭＰで計測された電圧ＶＭならびにセンサ出力電圧ＶＳと、既知の値の測定用抵抗ＲＶの抵抗値ＲＶとを参照して、先に説明した（数６）に基づいて、マイクロコンピュータ１１でセンサ１０の内部抵抗ＲＳを算出する。
【００３３】
このようにして、センサ１０が順バイアス状態でセンサ１０の内部抵抗ＲＳの測定が終了すると、第２のスイッチＳＷ２をオフ状態とし、第１のスイッチＳＷ１の固定接点ａを選択接点ｂから選択接点ｃに切り替えて接続し、第１のバイアス電源ＶＣＣ１ならびに第２のバイアス電源ＶＣＣ２からセンサ１０へのバイアス電圧の印加を停止する。
【００３４】
このように、上記第１の実施例１では、センサ１０の内部抵抗ＲＳの測定を、従来のように深い逆バイアス状態で行うのではなく、センサ１０を浅い順バイアス状態にして実施するようにしたので、図２に示すように、センサ１０の出力は浅い順バイアス状態から通常の測定可能状態に速やかに回復することが可能となる。これにより、通常の測定可能状態に回復するまでの時間を、図５に示す従来に比べて短縮することが可能となり、センサ１０の内部抵抗ＲＳ測定後のセンサ１０の応答性を向上させることができる。
【００３５】
また、内部抵抗ＲＳの測定終了後、第２のスイッチＳＷ２をオン状態にしたまま、第１のスイッチＳＷ２の固定接点ａを選択接点ｂから選択接点ｃに切り替えて接続し、浅いバイアス状態のセンサ１０に対して、第２のバイアス電源ＶＣＣ２から逆バイアスを短時間印加するようにしてもよい。このように、浅い順バイアス状態にあるセンサ出力を逆バイアス状態の方向に反転移行させ、センサ出力を通常動作時のセンサ出力レベルに強制的に回復される動作を実施することで、図３に示すように、センサ出力が通常の測定可能状態に回復するまでの時間をより一層短縮することが可能となり、センサ１０の内部抵抗ＲＳ測定後のセンサ１０の応答性をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例１に係るセンサ内部抵抗測定回路の構成を示す図である。
【図２】実施例１に係るセンサにおけるセンサ出力の応答性を示す図である。
【図３】センサ出力の回復動作を実施した際のセンサ出力の応答性を示す図である。
【図４】従来のセンサ内部抵抗測定回路の構成を示す図である。
【図５】従来のセンサにおけるセンサ出力の応答性を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０，２０…センサ
１１，２２…マイクロコンピュータ
２１，ＡＭＰ…増幅器
Ａ／Ｄ…Ａ／Ｄ変換ポート
ＲＳ…内部抵抗
ＲＶ…測定用抵抗
ＳＷ，ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ
ＶＣＣ１…第１のバイアス電源
ＶＣＣ２…第２のバイアス電源
ＶＳ…センサ出力電源
【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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