(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】  測定用バイアス電源ＶＣＣ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、増幅器ＡＭＰで計測されたセンサ１０の出力電圧ＶＭに基づいてセンサの内部抵抗を測定した後、第２のスイッチＳＷ２を介して接地電位又は負の電位をセンサ１０に印加し、センサ１０の出力を逆バイアス状態から順バイアスの方向へと強制的に反転移行して構成される。【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測定電圧を出力する測定電圧源と、
前記センサの内部抵抗を測定する測定動作時に、前記測定電圧源から出力された測定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
を備えたセンサ内部抵抗測定回路において、
前記測定電源から前記センサに測定電圧が印加されることで逆バイアス状態にある前記センサの出力を逆バイアス状態から順バイアスの方向に反転移行させる電位反転手段
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】
前記電位反転手段は、前記センサの内部抵抗の測定終了後、前記センサへの測定電圧の印加が停止されたと同時に、前記センサの出力電圧に対して逆の電圧を前記センサに所定時間印加する
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ制御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３に示す。図３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４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測定電圧を出力する測定電圧源と、前記センサの内部抵抗を測定する測定動作時に、前記測定電圧源から出力された測定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備えたセンサ内部抵抗測定回路において、前記測定電源から前記センサに測定電圧が印加されることで逆バイアス状態にある前記センサの出力を逆バイアス状態から順バイアスの方向に反転移行させる電位反転手段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、センサの出力を逆バイアス状態から通常の測定可能状態に迅速に回復させることが可能となり、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、センサ制御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、前記電位反転手段は、前記センサの内部抵抗の測定終了後、前記センサへの測定電圧の印加が停止されたと同時に、前記センサの出力電圧に対して逆の電圧を前記センサに所定時間印加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、内部抵抗の終了後直ちにセンサの出力電圧を通常の測定可能状態に回復させる動作を開始することが可能となる。これにより、センサ出力電圧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、センサ制御の応答性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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】
【００１５】
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３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。
【００１６】
図１において、センサ１０は、そのセンサ出力電源ＶＳの負極側が第１グランドＧＮＤ１に接続され、正極側が内部抵抗ＲＳの一端に接続され、内部抵抗ＲＳの他端は測定用抵抗ＲＶの一端に接続されている。
【００１７】
測定用抵抗ＲＶは、その他端が第１のスイッチＳＷ１の一端に接続され、第１のスイッチＳＷ１の他端は測定用バイアス電源ＶＣＣの正極側に接続され、測定用バイアス電源ＶＣＣの負極側は第１グランドＧＮＤ１に接続されている。
【００１８】
スイッチＳＷ１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の内部抵抗測定時にはオン状態に制御される。測定用バイアス電源ＶＣＣ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に対してバイアス電圧ＶＣＣの逆バイアスを印加するように機能する。なお、第１グランドＧＮＤ１は、接地電位、もしくは例えば測定用バイアス電源ＶＣＣの１／２の電位（ＶＣＣ／２）の仮想グランドに設定される。
【００１９】
センサ１０の内部抵抗ＲＳと測定用抵抗ＲＶとの接続点には、第２のスイッチＳＷ２の一端が接続され、第２のスイッチＳＷ２の他端は第２グランドＧＮＤ２に接続されている。第２のスイッチＳＷ２は、センサ１０の通常動作にはオフ状態に制御される一方、センサ１０の内部抵抗ＲＳの測定が終了して第１のスイッチＳＷ１がオン状態からオフ状態に切り替わると同時にオフ状態からオン状態に制御され、所定の時間オン状態にされた後オフ状態に制御される。なお、第２グランドＧＮＤ２は、接地電位、もしくは負の電位として設定される。したがって、第２のスイッチＳＷ２と第２グランドＧＮＤ２は、センサ１０の内部抵抗ＲＳ測定後に、深い逆バイアス状態にあるセンサ１０のセンサ出力を急激かつ強制的に順バイアスの方向へ反転移行させる手段として機能する。
【００２０】
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第１グランドＧＮＤ１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の他端と測定用抵抗ＲＶの一端との接続点の電圧、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。
【００２１】
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、ならびにセンサ１０の回復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ならびに回復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１のスイッチＳＷ１ならびに第２のスイッチＳＷ２をオフ状態とする一方、センサ１０の内部抵抗測定時には第１のスイッチＳＷ１をオン状態とし、内部抵抗ＲＳの測定が終了して第１のスイッチＳＷ１をオン状態からオフ状態にしたと同時に第２のスイッチＳＷ２を所定時間オン状態とし、その後オフ状態とする。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を先に説明した従来と同様にして求める。
【００２２】
なお、図１に示す構成において、破線で囲まれた部分、すなわち、センサ１０、測定用バイアス電源ＶＣＣならびにマイクロコンピュータ１１を除いた測定回路の各構成要素はＩＣ化されている。
【００２３】
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１のスイッチＳＷ１ならびに第２のスイッチＳＷ２はオフ状態となり、測定用バイアス電源ＶＣＣからバイアス電圧ＶＣＣ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。
【００２４】
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。
【００２５】
その後、第１のスイッチＳＷ１をオン状態にする。これにより、測定用バイアス電源ＶＣＣからセンサ１０に電圧ＶＣＣの逆バイアスが印加され、測定用バイアス電源ＶＣＣ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。
【００２６】
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３）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。
【００２７】
このようにして、センサ１０の内部抵抗ＲＳの測定が終了すると、第１のスイッチＳＷ１をオフ状態とし、測定用バイアス電源ＶＣＣからセンサ１０への逆バイアスの印加を停止する。これと同時に、第２のスイッチＳＷ２をオフ状態からオン状態とし、第２のスイッチＳＷ２を介してセンサ１０に第２グランドＧＮＤ２の電位を与える。これにより、図２に示すように、センサ１０の出力電圧を逆バイアスから順バイアスの方向へと急激かつ強制的に反転移行させる。このような状態を予め設定された所定の時間、すなわちセンサ１０の出力電圧が少なくとも通常時の出力レベルに回復するまでの時間継続する。予め設定された所定の時間が経過した後、第２のスイッチＳＷ２をオン状態からオフ状態にして、センサ１０を通常動作モードに戻す。
【００２８】
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の測定が終了し、第１のスイッチＳＷ１をオン状態からオフ状態に切り替えてセンサ１０への逆バイアスの印加を停止したと同時に、センサ１０を強制的に順バイアスの方向へと反転移行するようにしたので、従来のように自然に放置した場合に比べて、センサ１０の出力を逆バイアス状態から通常の測定可能状態に速やかに回復させ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測定後のセンサ制御の応答性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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】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４】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】
【００３０】
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
ＧＮＤ１…第１グランド
ＧＮＤ２…第２グランド
ＲＳ…内部抵抗
ＲＶ…測定用抵抗
ＶＣＣ…測定用バイアス電源
ＶＳ…センサ出力電源
ＳＷ，ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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