(57)【要約】【課題】アナログ信号処理を主体とするセンサシステム、特に圧電センサシステムにおいて、簡単な構成で自己診断機能や、調整機能を実現する。【解決手段】機械的な外力に応じた電圧を出力する圧電センサ１と、圧電センサ１からの出力を交流増幅する交流増幅手段５と、交流増幅手段５からの出力に基づいて圧電センサ１への外力の印加の有無を判定する判定手段７とを備えた圧電センサシステムであって、以下の特徴を備える。  圧電センサ１からの出力を所定の遅延期間に亘り遅延させる遅延手段３を備え、判定手段７が、圧電センサシステムへの電源投入後の遅延期間における交流増幅手段５からの出力に基づいて、圧電センサシステムが正常か否かを判定する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的な外力に応じた電圧を出力する圧電センサと、この圧電センサからの出力を交流増幅する交流増幅手段と、この交流増幅手段からの出力に基づいて前記圧電センサへの前記外力の印加の有無を判定する判定手段と、を備えた圧電センサシステムであって、
前記圧電センサからの出力を所定の遅延期間に亘り遅延させる遅延手段を備え、
前記判定手段は、当該圧電センサシステムへの電源投入後の前記遅延期間における前記交流増幅手段からの出力に基づいて、当該圧電センサシステムが正常か否かを判定する圧電センサシステム。
【請求項２】
前記遅延手段は、前記圧電センサに並列に接続されたコンデンサを有する請求項１に記載の圧電センサシステム。
【請求項３】
前記コンデンサの容量値に前記圧電センサが有する浮遊容量の値を含み、前記判定手段は、前記容量値に応じて定まる前記遅延期間の経年変化に基づいて、前記圧電センサの経年劣化を判定する請求項２に記載の圧電センサシステム。
【請求項４】
機械的な外力に応じた電圧を出力する圧電センサと、この圧電センサからの出力を増幅する増幅手段と、この増幅手段からの出力に基づいて前記圧電センサへの前記外力の印加の有無を判定する判定手段と、を備えた圧電センサシステムであって、
前記圧電センサからの出力を所定の遅延期間に亘り遅延させる遅延手段を備え、
前記判定手段は、当該圧電センサシステムへの電源投入後の前記遅延期間に基づいて、前記増幅手段の増幅率、又は前記判定手段の判定基準を設定する圧電センサシステム。
【請求項５】
前記判定手段は、前記増幅手段からの出力の電気的特性値と、前記判定基準としての当該電気的特性値に対する所定のしきい値とに基づいて前記圧電センサへの前記外力の印加の有無を判定するものであり、
前記所定のしきい値は、前記遅延時間に基づいて設定される請求項４に記載の圧電センサシステム。
【請求項６】
アクチュエータにより駆動力を与えられて開閉される開閉体と、
前記開閉体の開閉部の少なくとも一方側に配設された圧電センサと、
この圧電センサを含む請求項１〜５の何れか一項に記載の圧電センサシステムと、を備え、前記外力として前記開閉体への物体の挟み込みを検出する挟み込み検出装置。
【請求項７】
前記開閉体の開閉に応じて、前記圧電センサシステムに電源が投入される請求項６に記載の挟み込み検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的な外力に応じた電圧を出力する圧電センサと、この圧電センサからの出力を増幅する増幅手段と、この増幅手段からの出力に基づいて前記圧電センサへの前記外力の印加の有無を判定する判定手段と、を備えた圧電センサシステムに関する。また、この圧電センサシステムを備えた開閉体の挟み込み検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人間の五感に応じた情報や五感を超えた情報を検出し、種々の機器を制御することが試みられている。利便性や安全性の向上につながるより良い制御を行うには、多くの情報が必要であり、センサシステムも一つの機器において数多く使用される。例えば、上記のような圧電センサシステムは、電動ドアの挟み込み検出装置などに適用することが可能なものである。
建築物の自動ドアや、自動車や鉄道等の車両の電動スライドドアでは、モータ等によってドアをスライドさせて開閉する電動開閉装置が備えられている。このような電動開閉装置では、ドアを閉める閉扉動作中にドア枠とドアとの間に物体を挟み込むことがある。このような場合に、閉扉動作を停止させたり、ドアを開ける開扉動作に変更させたりするような制御を実施する上で、挟み込み検出装置は大きな役割を担っている。
【０００３】
圧電素子は、外力に応じて発生する電気分極（圧電効果）を利用するものである。つまり、センサが曲げられて配設されていても安定状態において外力が印加されなければ検出信号は出力されない。従って、取り付け方法に依らず様々な場所への配置が可能である。また、挟み込みの初期など、外力の弱い時から電圧を発生するので、早期の検出が可能である。このような利点により、近年需要が高まっている。
【０００４】
一方、圧電効果によって出力される信号は非常に微弱であるため、増幅が必要である。しかし、直流増幅回路では、オフセット電圧が大きいために、増幅器の電源電圧範囲内で充分に信号を増幅することが困難である。そのため、一般にインピーダンス変換後（初段の直流増幅を兼ねてもよい。）の信号をカップリングコンデンサを介して交流増幅する方法が用いられる。交流増幅であれば、増幅器の電源電圧範囲を有効に活用した増幅が可能であるから、圧電効果による微小信号を充分に増幅することができる。
但し、交流増幅後の信号は、安定状態において振幅がゼロとなるので、圧電センサの出力に基づいて、システムが正常であるか否かを判定することは困難である。
【０００５】
ところで、この種のセンサシステムは、機器を制御する上で非常に有益であるが、その反面、センサシステムが正常ではない場合には、機器自体の制御が損なわれ、好ましくない。
そこで、しばしば、センサシステムが自己診断を行い、機器本体の制御装置に報知するように構成される。
【０００６】
下記に出典を示す特許文献１には、このようなセンサシステムの一つである半導体圧力センサの診断方法に関する技術が示されている。これは、基本的には圧力に対して異なる出力特性を有する２出力型の半導体圧力センサに適用されるもので、以下のようなものである。
この圧力センサが使用されるシステム中のマイクロコンピュータで所定の圧力に対する出力特性の初期値を読み込んで記憶しておく。そして、実使用状態での圧力に対する上記２出力をマイクロコンピュータに読み込み、演算、処理する。マイクロコンピュータは、全てのモードに対して当該半導体圧力センサが正常であるか否かを自己診断することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−３００６１５号公報（第１〜６段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に示された自己診断方法は、全てのモードに対して当該センサが正常であるか否かを診断可能な点で非常に優れた方法である。しかし、このような診断を実施するには、ある程度以上の高性能なマイクロコンピュータを備えたシステムでなければならない。また、汎用のマイクロコンピュータからテストパターンをセンサに入力するような方法も考えられるが、それでも、システム内にマイクロコンピュータを備えている必要がある。マイクロコンピュータに限らず、発振回路や論理回路からテスト信号を入力する場合も同様にこれらの回路を備えている必要がある。
【０００９】
既にシステム内に、マイクロコンピュータや発振回路を備えていれば、それらを活用すればよい。しかし、例えばアナログ信号処理が主体の圧電センサシステムなどでは、これらの回路を改めて追加する必要が生じる。これは、コストの増大や回路規模の増大を招き、好ましくない。
また、上述したような圧電センサシステムでは、交流増幅後の信号の振幅が、安定状態においてゼロとなる。従って、別途回路を付加することなく、圧電センサの出力に基づいて、システムが正常であるか否かを判定することはさらに困難である。
また、程度によっては、例えば、判定基準値を変更するなどのキャリブレーションによって、機能が回復する場合もある。従って、自己診断機能と共に、調整機能が備わっていると更に好ましいものとなるが、これも、回路規模とのトレードオフとなる。
【００１０】
本願は上記課題に鑑みてなされたもので、その目的は、アナログ信号処理を主体とするセンサシステム、特に圧電センサシステムにおいて、簡単な構成で自己診断機能を実現することにある。また、当該システムにおいて、簡単な構成で調整機能を実現することを目的とする。
さらに、当該システムを備えた開閉体の挟み込み検出装置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】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明に係る圧電センサシステムは、機械的な外力に応じた電圧を出力する圧電センサと、この圧電センサからの出力を交流増幅する交流増幅手段と、この交流増幅手段からの出力に基づいて前記圧電センサへの前記外力の印加の有無を判定する判定手段とを備えたものであって、以下の特徴を備える。
即ち、当該圧電センサシステムの特徴構成は、前記圧電センサからの出力を所定の遅延期間に亘り遅延させる遅延手段を備え、前記判定手段が、当該圧電センサシステムへの電源投入後の前記遅延期間における前記交流増幅手段からの出力に基づいて、当該圧電センサシステムが正常か否かを判定する点にある。
【００１２】
この特徴構成によれば、電源電圧が所定の電圧レベルまで立ち上がり、判定手段が判定可能な状態となった時点で、圧電センサからの出力は定常レベルまで達していない。圧電センサの出力は、遅延手段により所定の遅延時間に亘って、遅延されるので、この時点では過渡状態である。つまり、圧電センサからの出力を交流増幅する交流増幅手段の出力も、過渡状態の信号を増幅することになる。
従って、判定手段は、交流増幅手段の出力に基づいて、信号変化があることを判定することができる。そして、信号変化がある場合には、当該圧電センサシステムが正常に機能していると判定することができる。
また、信号変化が継続する時間が、想定された所定の遅延期間と比べて、短すぎたり、長すぎたりするような場合にも、正常ではないという判定を行うことができる。
このように、本特徴構成によれば、アナログ信号処理を主体とするセンサシステムにおいて、簡単な構成で自己診断機能を実現することができる。
【００１３】
また、本発明に係る圧電センサシステムは、前記遅延手段が、前記圧電センサに並列に接続されたコンデンサを有することを特徴とする。
【００１４】
コンデンサによるインピーダンスは、静電容量をＣとすると、（１／ｊωＣ）で表される。コンデンサが並列に接続される場合のインピーダンスは、ｊωＣで表される。圧電センサの出力が過度状態であるとき、その出力は直流ではなく、交流成分を有している。つまり、何らかの周波数を有した信号であるため、角周波数（角速度）ωはゼロではない。従って、インピーダンスｊωＣはゼロではなく、幾分かのインピーダンスを有する。このインピーダンスにより、圧電センサの出力は遅延される。
また、コンデンサは抵抗器などと組み合わせることによって、容易に上記所定の遅延期間を規定することができる。例えば、静電容量をＣ、抵抗値をＲとすると、時定数τは、ＣとＲとの積で表される。このように簡単に時定数τが求められ、時定数τから遅延期間を規定することができる。
このように、本特徴によれば、簡単な構成で遅延手段を構成し、自己診断機能を実現することができる。
【００１５】
また、本発明に係る圧電センサシステムは、前記コンデンサの容量値に前記圧電センサが有する浮遊容量の値を含み、前記判定手段が、前記容量値に応じて定まる前記遅延期間の経年変化に基づいて、前記圧電センサの経年劣化を判定することを特徴とする。
【００１６】
圧電センサの構成要素である圧電体は、強誘電体でもある。従って、圧電センサは、浮遊容量を有する。この浮遊容量は、誘電体である圧電体の物性と関連がある。例えば、圧電体が劣化すれば、誘電体としての浮遊容量も低下する。従って、浮遊容量の変化と圧電体の劣化とは相関関係がある。
本特徴によれば、上記遅延手段を構成するコンデンサの容量値にこの浮遊容量を含む。所定の遅延期間は、この容量値にほぼ比例するため、判定手段は遅延期間の変化から容量値の変化、即ち、浮遊容量の変化を判定することができる。そして、この浮遊容量の変化は、圧電体の劣化と関連するので、判定手段は、圧電体の劣化、即ち、圧電センサの劣化を判定することができる。このように、劣化についても自己診断することができる。
【００１７】
また、本発明に係る圧電センサシステムの別の特徴構成は、機械的な外力に応じた電圧を出力する圧電センサと、この圧電センサからの出力を増幅する増幅手段と、この増幅手段からの出力に基づいて前記圧電センサへの前記外力の印加の有無を判定する判定手段と、を備えたものであって、以下のように構成される点にある。
即ち、その特徴構成は、前記圧電センサからの出力を所定の遅延期間に亘り遅延させる遅延手段を備え、前記判定手段が、当該圧電センサシステムへの電源投入後の前記遅延期間に基づいて、前記増幅手段の増幅率、又は前記判定手段の判定基準を設定する点にある。
【００１８】
圧電体は、圧電効果の他にも、焦電効果を有する。従って、圧電センサからの出力に熱電変換による出力を含む場合がある。熱電変換により生じる出力の変化は、機械的な外力により生じる出力の変化に比べて、非常に緩慢である。従って、多くの場合、この影響は直流成分となって圧電センサの出力に現れる。圧電センサの出力が交流増幅される場合には、交流増幅の前段のカップリングコンデンサによって、直流成分がカットされるため、上記影響はある程度抑制される。
しかし、一般的は、交流増幅に先立って、圧電センサからの出力をインピーダンス変換すると共に直流増幅する直流増幅手段が備えられることが多い。この直流増幅手段においては、熱電変換による直流成分が与える影響は大きい。
勿論、圧電効果による交流的な出力に全く影響が無い訳ではない。例えば、温度上昇による圧電体の硬さの変化によって、周波数や振幅が異なる場合がある。
また、焦電効果は、圧電センサが有する浮遊容量にも影響を与える。
従って、上述したような経年変化が現れるまでの期間であれば、浮遊容量の変化によって、温度や湿度の変化などの環境変化を検出することができる。つまり、判定手段は、遅延時間の変化に基づいて、浮遊容量を検出することにより、環境状態や環境変化を検出することができる。そして、判定手段は、この環境状態や環境変化に応じて判定手段の判定基準や、増幅手段（直流増幅又は／及び交流増幅する増幅手段）の増幅率を設定する。
これにより、簡単な構成で環境変化などに対応した調整機能を実現することができる圧電センサシステムを提供することができる。
【００１９】
また、本発明に係る圧電センサシステムは、前記判定手段が、前記増幅手段からの出力の電気的特性値と、前記判定基準としての当該電気的特性値に対する所定のしきい値とに基づいて前記圧電センサへの前記外力の印加の有無を判定するものであることを特徴とする。ここで、前記所定のしきい値は、前記遅延時間に基づいて設定されるものであることを特徴とする。
【００２０】
判定手段が、増幅手段からの出力の電気的特性値と、この電気的特性値に対するしきい値とに基づいて判定を行うと、簡単な回路構成で判定手段を実現することができる。また、本特徴構成によれば、判定基準であるしきい値は、遅延時間に基づいて設定される。遅延時間は、上述したように環境変化に伴う浮遊容量の変化に応じて変化する。従って、判定基準であるしきい値を遅延時間に対応させることによって、良好に環境変化に追従させることができる。
【００２１】
また、本発明に係る圧電センサシステムを備えた本発明に係る挟み込み検出装置は、以下のように構成される。
即ち、当該挟み込み検出装置は、アクチュエータにより駆動力を与えられて開閉される開閉体と、前記開閉体の開閉部の少なくとも一方側に配設された圧電センサと、この圧電センサを含む当該圧電センサシステムとを備えて構成され、前記外力として前記開閉体への物体の挟み込みを検出する。
尚、物体の挟み込みは、当該開閉体による狭持に限定されず、狭持に至るまでの当該開閉体への当接（接触）を含む。
【００２２】
本発明に係る圧電センサシステムを、開閉体への物体の挟み込み検出装置に提要すると、自己診断や調節機能を有して信頼性の高い挟み込み検出装置を得ることができる。
また、圧電体は種々の形状、例えばケーブル状にも加工し易く、開閉体の開閉部への配設が容易であり、対応範囲の広い挟み込み検出装置を得ることができる。
【００２３】
また、本発明に係る挟み込み検出装置は、前記開閉体の開閉に応じて、前記圧電センサシステムに電源が投入されることを特徴とする。
【００２４】
開閉体が開閉作動していない場合には、狭持による挟み込みは生じない。また、当接（接触）が生じても、それが狭持にはつながる可能性は非常に低い。従って、開閉体の開閉に応じて圧電センサシステムに電源が投入されると、無駄な待機電力を消費することがない。
また、本発明によれば、電源投入後の遅延期間に応じて、自己診断や調整が実施される。従って、開閉作動の都度、自己診断や調整が実施されるので、信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明に係る圧電センサシステムは、図１に示すように、圧電センサ１と、交流増幅手段５と、判定手段７とを備えるものである。圧電センサ１は、機械的な外力に応じた電圧を出力するセンサである。交流増幅手段５は、圧電センサ１からの出力を交流増幅するものである。判定手段７は、交流増幅手段５からの出力に基づいて圧電センサ１への外力の印加の有無を判定するものである。
また、この圧電センサシステムは、さらに、圧電センサ１からの出力を所定の遅延期間に亘り遅延させる遅延手段３を備えている。
【００２６】
図２に示すように、圧電センサ１からの出力は、おおよそ、（ｔ２−ｔ１）で示される遅延期間に亘り、遅延される。例えば、判定手段７は、電源電圧が所定の電圧レベルＶｃｃまで立ち上がると、判定可能な状態となる。圧電センサ１からの出力（以降、適宜「センサ出力」と称す。）は、外力の印加がない場合、定常レベルである所定のバイアス電圧ｖ１に達して安定する。図２に示すように、電源電圧が立ち上がった時刻ｔ１の時点では、センサ出力は定常レベルに達していない。センサ出力は、遅延手段３により所定の遅延時間に亘って、遅延されるので、この時点では過渡状態である。従って、センサ出力を交流増幅する交流増幅手段５も、過渡状態の信号を増幅することになる。
判定手段７は、上記のような電源投入後の遅延期間（ｔ２−ｔ１）における交流増幅手段５からの出力に基づいて、当該圧電センサシステムが正常か否かを判定する。
例えば、判定手段７は、遅延期間に信号変化がある場合には、当該圧電センサシステムが正常に機能していると判定することができる。また、信号変化が継続する時間が、想定された所定の遅延期間と比べて、短すぎたり、長すぎたりするような場合に、正常ではないという判定を行うこともできる。
また、図６を利用して後述するように、交流増幅に際してはその初段にカップリングコンデンサが備えられることが多い。本発明によれば、このカップリングコンデンサを含め、良好に当該センサシステムが正常に機能しているか否かを判定することができる。
【００２７】
図３は、圧電センサ１（１Ａ）の構成例を示す斜視図である。図３に示すように圧電センサ１Ａは、圧電体１２を２つの電極１１、１３で挟んで構成される。圧電センサ１Ａは、加速度や振動、接触などの機械的な外力により圧電体に生じる歪に起因する圧電効果によって電荷を生じ、電極間に電圧信号を出力する。
図３に一例を示した圧電センサ１Ａは、電極として導線又は軸心に導電体を巻きつけた第一電極１１と、チューブ状の第二電極１３とを有する。そして、これら電極間に、圧電体１２を挟み込み、全体を被覆１４で覆って同軸ケーブル状に構成されている。
また、同軸ケーブル状の圧電センサ１Ａの一端側において、第一電極１１と第二電極１３との間に抵抗器１５が接続されている。この抵抗器１５は、圧電センサ１Ａの断線チェックなどに利用される。
【００２８】
圧電センサ１Ａは、同軸ケーブル状に構成されているので、径方向の全方向の検出が可能で、屈曲した部位への配設が行い易い。このため例えば、図４に示すように車両のスライドドア２０Ａのドアパネルの開口端部に良好に配設することができる。勿論ドア枠の開口端部に沿って圧電センサ１Ａを配設してもよい。また、この圧電センサ１Ａは、スライドドア２０Ａに限らず適宜、建物の自動ドアや回転ドア、鉄道のドア等の開閉体２０に配設することができる。
つまり、図５に示すように、本発明の圧電センサシステムを備えて、本発明の挟み込み検出装置３０を構成することができる。
【００２９】
図４及び図５に示すように、挟み込み検出装置３０は、開閉体２０（スライドドア２０Ａ）と、圧電センサ１Ａ（１）と、圧電センサ１Ａ（１）を含む圧電センサシステムとを備えて構成される。
圧電センサ１Ａは、開閉体２０の開閉部２０ａ及び２０ｂのうちの少なくとも一方側２０ａに配設される。圧電センサ１Ａは、可動する側に配設される方が、開閉体２０による狭持前の接触において、挟み込みを検出できて好ましい。開閉部２０ａ及び２０ｂの両方が可動する場合には、両方又は適宜選択して圧電センサ１Ａが配設される。本例のようなスライドドア２０Ａの場合には、可動するドアパネルの開口端部（符号２０ａ）に配設されるとよい。
スライドドア２０Ａは、アクチュエータ２１により駆動力を与えられて開閉される。アクチュエータ２１は、ドア開閉制御装置４０の制御手段２２により制御される。制御手段２２には、ドアハンドル２３Ａに設けられた不図示のセンサやスイッチ、車室内に設けられたスイッチなどの開閉指示検出手段２３からの検出信号が入力される。
【００３０】
制御手段２２には、挟み込み検出装置３０の検出結果も入力され、この検出結果に基づいて、アクチュエータ２１によるスライドドア２０Ａへの駆動力が制御される。例えば、制御手段２２は、挟み込み（当接・接触を含む）が検出された場合には、アクチュエータ２１を減速・停止・反転させるような制御を行う。
また、例えば、制御手段２２は、圧電センサシステムの自己診断の結果に応じて、開閉作動の速度を遅くするような制御を実施してもよい。つまり、圧電センサシステムが正常ではない場合には、開閉体２０の作動速度を遅くすることで、挟み込みが生じた場合に物体に印加される外力を低下させる。
【００３１】
また、挟み込み検出装置３０へは、開閉体２０の開閉に応じて電源が投入される。つまり、制御手段２２は、例えばアクチュエータ２１への電源供給開始に応じて、圧電センサシステムへ電源を投入する。
開閉体２０が開閉作動していない場合には、狭持による挟み込みは生じない。また、当接（接触）が生じても、それが狭持にはつながる可能性は非常に低い。従って、開閉体２０の開閉に応じて圧電センサシステムに電源が投入されると、無駄な待機電力を消費することがない。
また、本発明の圧電センサシステムは、電源投入後の遅延期間に応じて、自己診断が実施される。従って、開閉作動の都度、自己診断が実施されることになり、信頼性が向上する。
【００３２】
圧電センサ１（１Ａ）の出力は、出力インピーダンスが高く、微小電圧である。従って、そのままではＥＣＵ（electronic control unit）などの制御装置へ検出信号を出力することが困難である。
このため、信号処理部を設けて、インピーダンス変換や、増幅などの信号処理を行い、さらに一次的な挟み込みの判定処理を行っている。図６は、このような信号処理部１０の構成例を模式的に示す回路ブロック図である。
圧電センサ１Ａの第二電極１３は、信号処理部１０と共通のグラウンドに接続され、第一電極１１からセンサ出力が取り出される。
【００３３】
アンプ４Ａは、直流増幅手段４の中核であり、オペアンプやＦＥＴなどが用いられる。オペアンプやＦＥＴは、入力インピーダンスが高く、入力される信号を減衰させにくい。従って、出力インピーダンスが高く、微小信号であるセンサ出力を、信号の減衰を抑制して受け取ることができる。
アンプ４Ａは、センサ出力を直流増幅し、低インピーダンスの出力として出力する。つまり、アンプ４Ａは、直流増幅手段４であると共に、インピーダンス変換手段でもある。アンプ４Ａの入力段の抵抗器４１は、圧電センサ１Ａからの出力を一定のバイアス電圧ｖ１にバイアスする。本例では、圧電センサ１Ａの備える抵抗器１５とアンプ４Ａの入力段の抵抗器４１とによって、電源電圧Ｖｃｃが分圧され、バイアス電圧ｖ１が設定されている。
【００３４】
アンプ５Ａは、交流増幅手段５の中核であり、直流増幅手段４と同様にオペアンプやＦＥＴなどが用いられる。アンプ５Ａの入力段には、カップリングコンデンサ５１が備えられ、アンプ４Ａの出力から直流成分をカットし、交流成分のみをアンプ５Ａに伝達する。カップリングコンデンサ５１とアンプ５Ａとの間には、電源Ｖｃｃとグラウンド間を分圧する抵抗器５２、５３が備えられている。この分圧電圧は、交流成分のみとなったセンサ出力をバイアスすると共に、交流増幅手段５であるアンプ５Ａの基準電圧となるものである。
【００３５】
判定回路７Ａ（判定手段７）は、オペアンプやコンパレータなどで構成される。判定回路７Ａは、交流増幅されたセンサ出力の振幅や、周波数（周期）などの電気的特性値に基づいて、圧電センサ１Ａによる検出結果を一次判定する。
尚、ここで、周期による判定には、振幅があるしきい値を超えた時間が所定時間以上である場合に、所定の周期以上であると判定することを含む。
この判定結果は、ＥＣＵ９に伝達され、例えば、ＥＣＵ９は接触や挟み込みがあったか否かを判定する。従って、このようなＥＣＵ９の機能の一部を本発明の判定手段７に含めてもよい。
【００３６】
本発明の遅延手段３は、直流増幅手段４（アンプ４Ａ）の前段に備えられる。図５に示した回路ブロックでは、圧電センサ１Ａに対して並列に接続されたコンデンサ３１が遅延手段３に相当する。
また、アンプ４Ａへの入力に対するバイアス抵抗である抵抗器２１と、コンデンサ３１とにより構成されるＲＣ回路を遅延手段３としてもよい。
また、圧電センサ１Ａに備えられた抵抗器１５と、コンデンサ３１とによってＲＣ回路を構成し、遅延手段３としてもよい。
【００３７】
また、このようなセンサシステムでは、センサ出力が高インピーダンスであり、外来ノイズが重畳し易い。そこで、しばしば、センサの出力部にノイズ除去用のハイカットフィルタ（ローパスフィルタ）が備えられる。ハイカットフィルタは、ＲＣフィルタやＬＣフィルタで構成される場合が多く、このようなフィルタは共に信号を遅延させる性質を有する。従って、このようなフィルタがセンサシステムに備えられている場合には、これらフィルタを遅延手段３としてもよい。
【００３８】
ところで、圧電センサ１Ａの構成要素である圧電体１２は、強誘電体でもあり、浮遊容量を有する。この浮遊容量の大きさは、図３に示したようなケーブル状の圧電センサ１Ａの場合には、ほぼその長さに比例する（例えば、１ｍで１５００ｐＦ程度。）。この浮遊容量を、遅延手段３を構成するコンデンサ３１の静電容量値に含めてもよい。
浮遊容量は、圧電体１２の物性と関連するため、例えば圧電体１２の劣化などの物性変化に応じて変化する。つまり、圧電体が劣化すれば、誘電体としての浮遊容量も低下する。従って、浮遊容量の変化と圧電体の劣化とは相関関係がある。
【００３９】
遅延手段３による所定の遅延期間は、静電容量値にほぼ比例する。例えば、ＲＣ回路の場合には、おおよそ時定数τ＝ＣＲ（Ｃ：静電容量値、Ｒ：抵抗値）で定義される遅延期間が、静電容量値にほぼ比例することになる。遅延手段３を構成するコンデンサ３１の容量値にこの浮遊容量を含むと、判定手段７は遅延期間の変化から浮遊容量の変化を判定することができる。そして、この浮遊容量の変化は、圧電体１２の劣化と関連するので、判定手段７は、圧電体１２の劣化、即ち、圧電センサ１Ａの劣化を判定することができる。
【００４０】
尚、このような判定は、必ずしも判定回路７Ａにおいて行う必要はなく、ＥＣＵ９において行ってもよい。この場合、ＥＣＵ９は、判定手段７としての役割を担うものとなる。
ＥＣＵ９は、初期値として、製造当初の遅延期間の値や、遅延期間の値から導かれる遅延手段３の静電容量値、あるいはその静電容量値からコンデンサ３１の容量値を減じて導かれる圧電センサ１Ａの浮遊容量値などを記憶する。
そして、電源投入の都度、センサ出力が正常であるか否かを判定すると共に、センサ出力から遅延期間の値を演算する。次に、演算された遅延期間の値や、この値から導かれる遅延手段３の静電容量値、あるいはこの静電容量値から導かれる圧電センサ１Ａの浮遊容量値と、記憶している初期値とを比較する。そして、この比較結果より、圧電センサ１Ａの劣化を判定する。
【００４１】
尚、圧電体１２は、さらに焦電効果を有するものであり、センサ出力に熱電変換による出力を含む場合がある。しかし、熱電変換により生じる出力の変化は、機械的な外力により生じる出力の変化に比べて、非常に緩慢である。従って、多くの場合、この影響は直流成分となってセンサ出力に現れる。センサ出力が交流増幅される場合には、交流増幅の前段のカップリングコンデンサ５１によって、直流成分がカットされるため、上記影響はある程度抑制される。
但し、焦電効果は浮遊容量に影響を与える場合があり、圧電センサ１Ａの劣化の判定に影響を与える可能性がある。従って、ＥＣＵ９は、温度特性を加味した初期値を記憶し、図外の温度センサなどによって得られた温度情報を加味して劣化判定を行うようにするとさらに好適である。
【００４２】
一方、一般的には、図６に示したように、交流増幅に先立って、圧電センサ１Ａからの出力をインピーダンス変換すると共に直流増幅する直流増幅手段４が備えられることが多い。この直流増幅手段４においては、熱電変換による直流成分が与える影響は大きい。
また、圧電効果による交流的な出力にも、全く影響が無い訳ではない。例えば、温度上昇による圧電体の硬さの変化によって、周波数や振幅が異なる場合がある。さらに、上述したように、焦電効果は、圧電センサが有する浮遊容量に影響を与える。
従って、上述したような経年変化が現れるまでの期間であれば、浮遊容量の変化によって、温度や湿度の変化などの環境変化を検出することができる。
つまり、判定手段７は、遅延時間の変化に基づいて、浮遊容量を検出することにより、環境状態や環境変化を検出することができる。
【００４３】
図７に示す圧電センサシステムは、このような環境状態や環境変化を検出して、当該システムを調整するものである。
つまり、判定手段７は、検出された環境状態や環境変化に応じて判定手段７の判定基準７ａや、増幅手段６（直流増幅手段４、交流増幅手段５）の増幅率６ａを設定する。
例えば、増幅手段６（交流増幅手段５）からの出力の電気的特性値に対する所定のしきい値を判定基準７ａとする。電気的特性値とは、例えば、振幅や周波数（周期）である。尚、ここで、周期による判定には、振幅があるしきい値を超えた時間が所定時間以上である場合に、所定の周期以上であると判定することを含む。
【００４４】
判定手段７は、この所定のしきい値を遅延手段３による遅延時間に基づいて設定する。遅延時間は、上述したように環境変化に伴う浮遊容量の変化に応じて変化する。従って、判定基準７ａであるしきい値を遅延時間に対応させることによって、良好に環境変化に追従させることができる。
図８は、浮遊容量と温度との関係を示す特性の一例である。判定手段７は、例えば、遅延時間から算出された浮遊容量が所定値よりも大きい場合及び小さい場合には、正常ではないと判定する。使用温度範囲を超えていたり、他の要因により圧電センサシステムが正常ではないと考えられるからである。
判定手段７は、浮遊容量の値が正常と考えられる範囲において、浮遊容量の値に応じた環境条件を判定する。本例では、環境温度に応じて、３つの温度範囲ａ、ｂ、ｃを判定している。そして、判定手段７はそれぞれの温度条件に応じた判定基準７ａ（所定のしきい値）や、増幅率６ａを設定する。
【００４５】
尚、勿論、このような自己調整機能を有した圧電センサシステムも、図９に示すように、本発明の挟み込み検出装置３０Ａを構成することができる。
図５に基づいて説明したように、挟み込み検出装置３０Ａへは、開閉体２０の開閉に応じて電源が投入される。つまり、制御手段２２は、例えばアクチュエータ２１への電源供給開始に応じて、圧電センサシステムへ電源を投入する。
本発明の圧電センサシステムは、電源投入後の遅延期間に応じて、自己調整が実施される。従って、開閉作動の都度、自己調整が実施されることになり、信頼性が向上する。
【００４６】
尚、当然ながら、本発明の圧電センサシステムは、自己診断機能と自己調整機能との双方を有する場合を含む。
【００４７】
以上説明したように、本発明によって、アナログ信号処理を主体とするセンサシステムにおいて、簡単な構成で自己診断機能を実現することができる。また、当該システムにおいて、簡単な構成で調整機能を実現することができる。さらに、当該システムを備えた開閉体の挟み込み検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る圧電センサシステムの構成例を模式的に示す機能ブロック図
【図２】遅延手段による効果を説明するグラフ
【図３】圧電センサの構成例を示す斜視図
【図４】圧電センサの設置例を示す斜視図
【図５】本発明に係る挟み込み検出装置の構成例を模式的に示す機能ブロック図
【図６】圧電センサシステムの構成例を模式的に示す回路ブロック図
【図７】本発明に係る圧電センサシステムの別の構成例を模式的に示す機能ブロック図
【図８】浮遊容量と温度との関係を示すグラフ
【図９】本発明に係る挟み込み検出装置の別の構成例を模式的に示す機能ブロック図
【符号の説明】
【００４９】
１：圧電センサ
１Ａ：圧電センサ
３：遅延手段
３１：コンデンサ（遅延手段）
４：直流増幅手段（増幅手段）
５：交流増幅手段（増幅手段）
５Ａ：アンプ（交流増幅手段）
５１：カップリングコンデンサ（交流増幅手段）
５２、５３：抵抗器（交流増幅手段）
６：増幅手段
７：判定手段
７Ａ：判定回路（判定手段）
９：ＥＣＵ（判定手段）
２０：開閉体、２０Ａ：スライドドア（開閉体）
２１：アクチュエータ
３０、３０Ａ：挟み込み検出装置
【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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