(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力を測定するためのインピーダンスブリッジ回路と、
前記インピーダンスブリッジ回路にパルス駆動波形の電圧を印加するための駆動手段と、
前記インピーダンスブリッジ回路の両アームの中間点における電位差を前記パルス駆動波形の電圧の印加毎にサンプリング測定する測定手段と、
前記測定手段によってサンプリング測定された今回の圧力とその前回の圧力の差が一定のしきい値以下になったか否かを判定し、今回の圧力を測定値として決定する判定手段と、
を備える圧力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力測定装置に関し、より詳細には、半導体圧力センサを用いる圧力測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体圧力センサには通電による出力変動特性があることが知られている。この特性について図８〜図１０を用いて説明する。まず、従来の圧力測定装置の構成を説明する。図８は、従来の圧力測定装置２の概略的な回路構成図である。この図８において、従来の圧力測定装置２は、センサ駆動部２１、圧力センサ部２２、及び電圧計２３から構成される。
【０００３】
センサ駆動部２１は、圧力センサ部２２を駆動するために圧力センサ部２２の両端に電圧を印加するものである。圧力センサ部２２は、４つのインピーダンスから構成されるホイートストーンブリッジ形のインピーダンスブリッジ回路である。電圧計２３は、このインピーダンスブリッジ回路の両アームにおける中間点の間の電位差を測定し、その測定値をセンサ出力として出力及び表示するものである。
【０００４】
次に、図９及び図１０を用いて、従来の圧力測定装置の動作を説明する。図９は、従来の圧力測定装置２におけるセンサ駆動部２１が圧力センサ部２２を駆動するために出力する駆動波形と、電圧計２３において電圧を測定するタイミングを表す測定サンプリングとを示す図である。この図９に示されるように、センサ駆動部２１から出力される駆動波形は、ステップ波形であり、圧力センサ部２２の両アームにおける中間点の間の電位差は、所定の時間間隔（タイミング）で測定される。
【０００５】
図１０は、従来の圧力測定装置２における圧力センサ部２２のセンサ出力通電特性を示す図である。この図１０に示されるように、圧力センサ部２２の出力は、センサ駆動部２１による電圧印加から所定期間の過渡期部分と、所定期間後の定常期部分とから構成される。このように、半導体圧力センサは、過渡現象を有するセンサ出力変動特性を持つ。このため、従来は、測定サンプリングの初めから複数回の電圧測定を行い、その各測定値の平均値を計算して今回の圧力測定値とする方法、あるいは、所定回数電圧を測定し若しくは一定時間経過後から所定回数測定し、その平均値を測定値とする方法などが用いられていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の圧力測定装置２では、通電による圧力変動の過渡期があるため、通電から決まった時点（時間）で圧力を測定することも考えられるが、一度圧力測定を行った後に定常状態から初期状態まで戻る途中の場合などには、初期状態が違ったものとなり、正確な値が測定できないという問題があった。
【０００７】
また、従来の圧力測定装置２では、図１０に示される通電による圧力変動の過渡期にかかる時間がときには数十秒に及ぶことがあり、従来のように所定の複数回の測定サンプリングでは、センサ出力の変動中に測定を行ってしまっているという問題があった。
【０００８】
さらに、これらの問題を解決するために、圧力センサ部２２の出力変動が安定するまで通電を続けてから圧力測定を行うとすると、圧力センサ部２２に通電する消費電流が大きくなってしまう。このように、従来の圧力測定装置２の電力消費量が増大するため、その筺体がいくら小さくできるとしても、消費電力の関係上、従来の圧力測定装置２の携帯性が損なわれてしまうという問題もあった。
【０００９】
そこで、この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、圧力センサの出力の精度が高く、しかも、圧力センサの消費電力が小さいために携帯可能な圧力測定装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の圧力測定装置は、圧力を測定するためのインピーダンスブリッジ回路と、前記インピーダンスブリッジ回路に電圧を印加するための駆動手段と、前記インピーダンスブリッジ回路の両アームの中間点における電位差を一定の時間間隔でサンプリング測定する測定手段と、前記測定手段によってサンプリング測定された今回の圧力とその前回の圧力の差が一定のしきい値以下になったか否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、測定手段によって所定のタイミングで圧力がサンプリング測定され、判定手段によってその測定値の差が予め決められたしきい値以下になったか否かを判定され、しきい値以下になったときの測定値をセンサ出力として表示・出力等する。したがって、圧力センサの出力変動特性における過渡現象の影響を受けることが少ないので、圧力測定装置における圧力センサの出力の精度を高めることができる。
【００１２】
また、従来のように圧力センサの出力の精度を増すために、測定サンプリングを相当な回数行うことが必要でないので、圧力測定装置の消費電力を小さく押さえることができる。そのため、外部電源からの電力供給を必要とせず、携帯することが可能である。
【００１３】
なお、本発明が適用される圧力センサとしては、４つのポリシリコンピエゾ抵抗器を用いてホイートストーンブリッジを形成する半導体圧力センサなどが考えられるが、これに限られず、出力変動特性を有する圧力センサであればよい。
【００１４】
また、上記発明において、前記駆動手段によって印加される駆動電圧波形は、ステップ波形又はパルス波形のいずれかであってもよい。駆動電圧がステップ電圧の場合においても、上記本発明に特有の効果を十分に奏するが、駆動電圧がパルス電圧の場合には、ステップ電圧に比べて、圧力センサの出力を早期に定常状態にすることができる、すなわち過渡現象の時間が短くなるとともに、ステップ波形に比べてパルス波形の方が電力を低減できるので、測定サンプリングの回数を低減することができるとともに、圧力センサの消費電流（消費電力）を一層低減することができる。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明の圧力測定装置は、圧力を測定するためのインピーダンスブリッジ回路と、前記インピーダンスブリッジ回路にパルス駆動波形の電圧を印加するための駆動手段と、前記インピーダンスブリッジ回路の両アームの中間点における電位差を一定の時間間隔でサンプリング測定する測定手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、駆動手段によってインピーダンスブリッジ回路からなる圧力センサにパルス駆動波形の電圧を印加することにより、圧力センサの出力を早期に定常状態にすることができるので、測定サンプリングの回数を低減することができ、それによって、圧力センサの消費電流を低減、すなわち、圧力測定装置の消費電力を低減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６を参照して本発明に係る圧力測定装置１の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態は例示として挙げるものであり、これにより本発明を限定的に解釈すべきではない。
【００１８】
まず、本発明の構成を説明する。図１は、本発明における圧力測定装置１の概略的な回路構成図である。この図１において、圧力測定装置１は、センサ駆動部１１、圧力センサ部１２、電圧計１３、及び制御部１４から構成される。なお、制御部１４以外の各構成要素は、従来の圧力測定装置２の各構成要素と同一のものであるので、ここではそれらの説明を省略する。
【００１９】
制御部１４は、予め設定された一定のしきい値データを格納し、圧力センサ部１２の測定サンプリング毎に今回の測定値と前回の測定値の差、すなわち出力変動量を計算し、その値がしきい値以下になるか否かを判定するものである。そして、制御部１４によって出力変動量がしきい値以下になったと判定されると、制御部１４は、圧力測定装置１の出力としてその値を図示しない表示部に表示させるものである。また、制御部１４は、センサ駆動部１１の電源のＯＮ／ＯＦＦを制御するものである。
【００２０】
また、この圧力測定装置１は、上記以外の構成要素として、ユーザが圧力測定の開始を指示し、あるいは設定モードを変更するための入力部（図示せず）を含む。入力部とは圧力測定装置１の筺体側面に配設されるボタンなどのことをいい、上記表示部は、圧力測定装置１の筺体上に据え付けられる液晶表示部（ＬＣＤ：liquid crystal display）などのことをいう。
【００２１】
次に、本発明の動作を説明する。図２〜図７は、本発明における圧力測定装置１の動作を説明するための図である。図２及び図３を用いて、本発明の実施の形態１を説明する。図２は、本発明の実施の形態１における圧力測定装置１におけるセンサ駆動部１１が圧力センサ部１２を駆動するために出力する駆動波形、及び、電圧計１３において電圧を測定する測定サンプリングを示す図である。この図２から分かるように、駆動波形及び測定サンプリングは、従来適用していたものと同様である。また、図３は、本発明の実施の形態１における圧力測定装置１の圧力センサ部１２のセンサ出力通電特性を示す図である。
【００２２】
図２に示されるように、センサ駆動部１１から圧力センサ部１２に印加される電圧は、従来と同様にステップ波形の電圧であり、測定サンプリングも一定時間間隔で行われる。本発明と従来技術とが異なるところは、制御部１４が、測定サンプリング毎に測定されたセンサ出力の値の出力変動量（今回の測定値から前回の測定値を差分したもの）を監視することである。図３には、圧力センサ部１２のセンサ出力３１とその出力変動量３２の２つの曲線が示される。この図３に示されるように、出力変動量３２は、通電による出力変動特性の過渡期において特に大きく、時間が経つにつれて、すなわち、定常状態に向かってほぼ０に収束していく。
【００２３】
また、図３のグラフの下方に示される太線３３は、制御部１４に予め設定されている出力変動量３２のしきい値である。このしきい値は、圧力センサ部１２のセンサ出力に応じて、予め定められたものでもよく、あるいはユーザの使用形態に応じて（例えば、使用頻度が大きいので省電力としたい場合には、しきい値を大きい値に設定するとか、測定値の精度をより高くしたい場合には、より小さい値に設定するなど）、ユーザによって設定されるものでもよく、勿論０に設定されてもよい。
【００２４】
圧力センサ部１２の出力変動量３２がしきい値以下となったとき、すなわち、図３において、出力変動量３２が太線３３よりも下方になったとき（図では、測定ポイントと表示している）、制御部１４は、今回の圧力センサ部１２のセンサ出力を測定値として図示しない表示部に表示する。そして、制御部１４は、圧力測定値を決定すると、センサ駆動部１１の電源をＯＦＦする。
【００２５】
以上のように、本発明の実施の形態１における圧力測定装置１では、圧力を測定するための圧力センサ部（インピーダンスブリッジ回路）１２と、前記圧力センサ部１２に電圧を印加するためのセンサ駆動部１１と、前記インピーダンスブリッジ回路の両アームの中間点における電位差を一定の時間間隔でサンプリング測定する電圧計１３と、前記電圧計１３によってサンプリング測定された今回の圧力とその前回の圧力の差が一定のしきい値以下になったか否かを判定する制御部１４とを備えることとした。そのため、本発明の圧力測定装置１は、圧力センサの出力変動特性における過渡現象の影響を受けることが少ないので、圧力測定装置における圧力センサの出力の精度を高めることができる。
【００２６】
また、従来の圧力測定装置２が行っていたような圧力センサの出力の精度を増すために、測定サンプリングを相当な回数行うことが必要でないので（無駄な測定をしなくても済むので）、圧力測定装置１の消費電力を小さく押さえることができる。そのため、外部電源からの電力供給を必要とせず、ユーザは、本発明の圧力測定装置１を携帯することが可能である。
【００２７】
次いで、図４及び図５を用いて、本発明の実施の形態２を説明する。図４は、本発明の実施の形態２における圧力測定装置１におけるセンサ駆動部１１が圧力センサ部１２を駆動するために出力する駆動波形（パルス波形）、及び、電圧計１３において電圧を測定する測定サンプリングを示す図である。この図４に示されるように、駆動波形は、第１の実施の形態におけるステップ波形の場合と異なり、パルス波形である。なお、本実施の形態における圧力測定装置１の構成は、第１の実施の形態における圧力測定装置１と全く同一のものであってもよく、あるいは制御部１４を省略したものでもよい。
【００２８】
図５は、本発明の実施の形態２における圧力測定装置１の圧力センサ１２のセンサ出力通電特性を示す図である。この図５では、パルス駆動における圧力センサ部１２の出力変動特性と同じく、それとの比較のために、常時駆動（すなわち、ステップ電圧を印加）における圧力センサ部１２の出力変動特性を示す。このように、パルス駆動とすることにより、ステップ駆動の場合よりも早く定常期に至る（この図において、およそ６００ｍｓ）。これは、圧力センサ部１２の出力変動量が、電圧の印加の瞬間により大きく（急峻に）変化することを利用したものである。
【００２９】
以上のように、本発明の実施の形態２における圧力測定装置１では、第１の実施の形態におけるステップ駆動波形の場合と異なり、圧力センサ部１２に印加する駆動波形をパルス駆動波形としたので、センサ出力通電特性における定常期に至る時間を短縮することができるとともに、測定サンプリングの回数を低減することができる。
【００３０】
また、ステップ波形に比べてパルス波形の方が圧力センサ部１２を駆動するための電力を低減できるので、圧力センサの消費電流（消費電力）を一層低減することができる。
【００３１】
次いで、図６及び図７を用いて、本発明の実施の形態３を説明する。図６は、本発明の実施の形態３における圧力測定装置１におけるセンサ駆動部１１が圧力センサ部１２を駆動するために出力する駆動波形、及び、電圧計１３において電圧を測定する測定サンプリングを示す図である。この第３の実施の形態は、上記第１及び第２の実施の形態を組み合わせて適用したものである。したがって、この図６に示される駆動波形及び測定サンプリングは、第２の実施の形態において図４に示されるものと同様のものである。また、本実施の形態における圧力測定装置１の構成は、第１の実施の形態における構成と全く同様である。
【００３２】
図７は、本発明の実施の形態３における圧力測定装置１の圧力センサ１２のセンサ出力通電特性を示す図である。圧力センサ部１２のセンサ出力及びその出力変動量についての説明などは、第１の実施の形態（図３）と同一であるので、ここでは省略する。図３及び図７を比較することによって分かるように、この実施の形態では、第１の実施の形態における駆動電圧波形がステップ波形の場合よりも、圧力センサ部１２の出力が早期に定常状態に至る。
【００３３】
以上のように、本発明の実施の形態３における圧力測定装置１は、第１及び第２の実施の形態における圧力測定装置１の構成及び動作を組み合わせて構成したので、第１及び第２の実施の形態における圧力測定装置１の有利な効果を相乗的に奏することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、圧力センサの出力変動特性における過渡現象の影響を受けることが少ないので、圧力測定装置における圧力センサの出力の精度を高めることができる。また、圧力測定装置の消費電力を小さく押さえることができるので、外部電源からの電力供給を必要とせず、携帯することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における圧力測定装置１の概略的な回路構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における圧力測定装置１におけるセンサ駆動部１１が圧力センサ部１２を駆動するために出力する駆動波形、及び、電圧計１３において電圧を測定する測定サンプリングを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１における圧力測定装置１の圧力センサ部１２のセンサ出力通電特性を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２における圧力測定装置１におけるセンサ駆動部１１が圧力センサ部１２を駆動するために出力する駆動波形（パルス波形）、及び、電圧計１３において電圧を測定する測定サンプリングを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２における圧力測定装置１の圧力センサ部１２のセンサ出力通電特性を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３における圧力測定装置１におけるセンサ駆動部１１が圧力センサ部１２を駆動するために出力する駆動波形（パルス波形）、及び、電圧計１３において電圧を測定する測定サンプリングを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３における圧力測定装置１の圧力センサ部１２のセンサ出力通電特性を示す図である。
【図８】従来の圧力測定装置２の概略的な回路構成図である。
【図９】従来の圧力測定装置２におけるセンサ駆動部２１が圧力センサ部２２を駆動するために出力する駆動波形、及び、電圧計２３において電圧を測定する測定サンプリングを示す図である。
【図１０】従来の圧力測定装置２における圧力センサ部２２のセンサ出力通電特性を示す図である。
【符号の説明】
１    圧力測定装置
１１    センサ駆動部
１２    圧力センサ部
１３    電圧計
１４    制御部
２    従来の圧力測定装置
【図１】
0004184657.tif 000002
【図２】
0004184657.tif 000003
【図３】
0004184657.tif 000004
【図４】
0004184657.tif 000005
【図５】
0004184657.tif 000006
【図６】
0004184657.tif 000007
【図７】
0004184657.tif 000008
【図８】
0004184657.tif 000009
【図９】
0004184657.tif 000010
【図１０】
0004184657.tif 000011