(57)【要約】【課題】部品点数の増大抑制と回路構成の簡素化を図りつつ出力値精度を向上できる、センサ出力信号処理装置及びセンサ出力信号処理システムを提供する。【解決手段】複数のオペアンプＯＰ１〜ＯＰ５を有し、センサ素子１０から出力されたセンサ出力信号を増幅する増幅回路４３（アナログ回路）と、増幅回路４３により増幅された信号が入力され、複数のオペアンプＯＰ１〜ＯＰ５の各々に対するオフセット電圧に基づき、前記増幅された信号をオフセット調整するマイコン４１（調整手段）と、を備える。そして、オペアンプのオフセット電圧を検出する検出回路４３４（検出手段）を、１つの検出対象オペアンプＯＰ５に対して設ける。マイコン４１は、検出対象オペアンプＯＰ５のオフセット電圧についてのみならず、非検出対象オペアンプＯＰ１〜ＯＰ４のオフセット値についても検出回路４３４の検出値を適用してオフセット調整を行う。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のオペアンプを有し、センサ素子から出力されたセンサ出力信号を増幅する増幅処理を少なくとも行うアナログ回路と、
前記アナログ回路により増幅された信号が入力され、前記複数のオペアンプの各々に対するオフセット値に基づき前記増幅された信号をオフセット調整する調整手段と、
を備え、
前記オペアンプのオフセット値を検出する検出手段を、前記複数のオペアンプのうち少なくとも１つの検出対象オペアンプに対して設け、
前記調整手段は、前記検出対象オペアンプのオフセット値について前記検出手段の検出値を適用するとともに、前記検出手段の検出対象でない非検出対象オペアンプのオフセット値についても前記検出値を適用して前記オフセット調整を行うことを特徴とするセンサ出力信号処理装置。
【請求項２】
前記アナログ回路により増幅された信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路と、
前記ＡＤ変換回路により変換されたデジタル信号が入力されるマイクロコンピュータと、
を備え、
前記調整手段は前記マイクロコンピュータであり、前記オフセット調整をデジタル処理により実行することを特徴とする請求項１に記載のセンサ出力信号処理装置。
【請求項３】
前記複数のオペアンプの少なくとも１つは電圧増幅回路を構成し、
前記検出手段は、前記複数のオペアンプのうち前記電圧増幅回路よりも後段側に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ出力信号処理装置。
【請求項４】
前記検出手段は、前記複数のオペアンプのうち最終段に位置するオペアンプを前記検出対象オペアンプとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のセンサ出力信号処理装置。
【請求項５】
前記センサ素子は、ガス室内に導入した被検出ガス中の酸素量を所定濃度レベルに調整するポンプセル、及び前記ポンプセルでの酸素量調整後のガスから特定成分の濃度を検出するセンサセルを有して構成されており、
前記センサ出力信号には、前記特定成分の濃度に応じて前記センサセルから出力されるセンサセル電流値が少なくとも含まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のセンサ出力信号処理装置。
【請求項６】
前記センサ素子は、前記ポンプセルでの酸素量調整後のガス中に残留する残留酸素濃度を検出するモニタセルを有し、
前記センサ出力信号には、前記残留酸素濃度に応じて前記モニタセルから出力されるモニタセル電流値が少なくとも含まれており、
前記複数のオペアンプの少なくとも１つは、前記モニタセル電流値と前記センサセル電流値との差分、又はこれらの電流値を変換した電圧値の差分を増幅して出力する差動増幅回路を構成しており、
前記検出手段は、前記複数のオペアンプのうち前記差動増幅回路又はこの差動増幅回路よりも後段側に位置するオペアンプを前記検出対象オペアンプとすることを特徴とする請求項５に記載のセンサ出力信号処理装置。
【請求項７】
前記センサ素子と、請求項１〜６のいずれか１つに記載のセンサ出力信号処理装置と、を備えることを特徴とするセンサ出力信号処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ出力信号を増幅処理するアナログ回路に設けられたオペアンプのオフセット調整を行う、センサ出力信号処理装置及びセンサ出力信号処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
理想的なオペアンプは入力電圧がゼロ（反転入力と非反転入力の和がゼロ）であれば出力はゼロになる。しかし実際には、入力電圧がゼロでも出力に電圧が発生してしまう。そのため、従来の一般的なオペアンプでは、入力端子間のオフセット電圧を検出する検出回路（特許文献１等参照）を備え、入力端子間にオフセット電圧を印加することで出力のゼロ調整（オフセット調整）を行っている。
【特許文献１】特開平６−５９７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、センサ素子から出力されたセンサ出力信号を増幅する増幅処理を行うアナログ回路においては、センサ出力信号が微小値であるため、上述のオフセット調整を行うことがアナログ回路の出力値精度向上に大きく貢献する。しかも、アナログ回路が複数のオペアンプを有して構成されている場合には、オフセット調整を各々のオペアンプに対して行うことが、出力値精度向上を図る上で効果的である、との知見を本発明者は得た。しかしながら、全てのオペアンプに対して前記検出回路を設け、各々のオペアンプについてオフセット電圧を検出しようとすると、アナログ回路の部品点数増大と回路構成の複雑化を招く。
【０００４】
なお、オフセット電流についてもオフセット電圧と同様であり、オフセット調整を各々のオペアンプに対して行うことが出力値精度向上を図る上で効果的であることが分かったが、各々のオペアンプについてオフセット電流を検出しようとすると、オフセット電流検出回路が部品点数増大と回路構成の複雑化を招く。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、部品点数の増大抑制と回路構成の簡素化を図りつつ出力値精度を向上できる、センサ出力信号処理装置及びセンサ出力信号処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００７】
請求項１記載の発明では、
複数のオペアンプを有し、センサ素子から出力されたセンサ出力信号を増幅する増幅処理を少なくとも行うアナログ回路と、
前記アナログ回路により増幅された信号が入力され、前記複数のオペアンプの各々に対するオフセット値に基づき前記増幅された信号をオフセット調整する調整手段と、
を備え、
前記オペアンプのオフセット値（入力オフセット電圧又は入力オフセット電流）を検出する検出手段を、前記複数のオペアンプのうち少なくとも１つの検出対象オペアンプに対して設け、
前記調整手段は、前記検出対象オペアンプのオフセット値について前記検出手段の検出値を適用するとともに、前記検出手段の検出対象でない非検出対象オペアンプのオフセット値についても前記検出値を適用して前記オフセット調整を行うことを特徴とする。
【０００８】
ここで、オペアンプのオフセット値は、雰囲気温度に応じて変化（温度ドリフト）するものであり温度依存性が高い。そのため、複数のオペアンプに対する各々のオフセット値を略同一であるとみなしても、オフセット調整の精度を十分に確保できる。この点を鑑みて為された上記請求項１記載の発明によれば、検出対象オペアンプについてはオフセット値を検出してオフセット調整を行い、非検出対象オペアンプについてもその検出値を適用してオフセット調整するので、オフセット値を検出する検出手段の数を少なくできるとともに、非検出対象オペアンプについても十分な精度でオフセット調整を行うことができる。よって、部品点数の増大抑制と回路構成の簡素化を図りつつ、出力値精度を向上できる。
【０００９】
請求項２記載の発明では、前記アナログ回路により増幅された信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路と、前記ＡＤ変換回路により変換されたデジタル信号が入力されるマイクロコンピュータと、を備え、前記調整手段は前記マイクロコンピュータであり、前記オフセット調整をデジタル処理により実行することを特徴とする。
【００１０】
これによれば、オフセット調整をデジタル処理により実行するので、特許文献１等に記載の如くオフセット調整をアナログ回路で実行する場合に比べ、回路構成をより一層簡素化できる。しかも、複数のオペアンプのオフセット調整を一括して実行することを容易に実現でき、複数のオペアンプについてオフセット調整を各々に実行する場合に比べオフセット調整の処理負担を軽減できる。
【００１１】
請求項３記載の発明では、前記複数のオペアンプの少なくとも１つは電圧増幅回路を構成し、前記検出手段は、前記複数のオペアンプのうち前記電圧増幅回路よりも後段側に位置することを特徴とする。本発明に反し、電圧増幅回路により増幅される前の信号についてオフセット値を検出した場合には、オフセット値の検出ノイズ等による誤差が電圧増幅回路により増幅されることとなるので、出力値精度の低下を招く。これに対し上記請求項３記載の発明によれば、電圧増幅回路により増幅された後の信号についてオフセット値を検出することとなるので、オフセット値検出誤差が増幅されることを回避でき、出力値精度をより一層向上できる。
【００１２】
請求項４記載の発明では、前記検出手段は、前記複数のオペアンプのうち最終段に位置するオペアンプを前記検出対象オペアンプとすることを特徴とする。これによれば、請求項３記載の発明と同様にしてオフセット値の検出誤差が出力値精度に与える影響を小さくできるので、出力値精度をより一層向上できる。
【００１３】
請求項５記載の発明では、前記センサ素子は、ガス室内に導入した被検出ガス中の酸素量を所定濃度レベルに調整するポンプセル、及び前記ポンプセルでの酸素量調整後のガスから特定成分の濃度を検出するセンサセルを有して構成されており、前記センサ出力信号には、前記特定成分の濃度に応じて前記センサセルから出力されるセンサセル電流値が少なくとも含まれていることを特徴とする。
【００１４】
このようなセンサ素子におけるセンサセル電流値は極めて微小（例えば５μＡ〜１０μＡ）であるため、オフセット調整を行うことがアナログ回路の出力値精度向上に大きく貢献する。よって、非検出対象オペアンプについても十分な精度でオフセット調整を行うことができる、といった請求項１記載の発明による効果が好適に発揮される。
【００１５】
請求項６記載の発明では、前記センサ素子は、前記ポンプセルでの酸素量調整後のガス中に残留する残留酸素濃度を検出するモニタセルを有し、
前記センサ出力信号には、前記残留酸素濃度に応じて前記モニタセルから出力されるモニタセル電流値が少なくとも含まれており、
前記複数のオペアンプの少なくとも１つは、前記モニタセル電流値と前記センサセル電流値との差分、又はこれらの電流値を変換した電圧値の差分を増幅して出力する差動増幅回路を構成しており、
前記検出手段は、前記複数のオペアンプのうち前記差動増幅回路又はこの差動増幅回路よりも後段側に位置するオペアンプを前記検出対象オペアンプとすることを特徴とする。
【００１６】
これによれば、上記発明に反して差動増幅回路よりも前段側に位置するオペアンプについてオフセット値を検出した場合に比べて、オフセット値の検出誤差が出力値精度に与える影響を小さくできるので、出力値精度をより一層向上できる。
【００１７】
請求項７記載の発明は、前記センサ素子及び上記センサ出力信号処理装置を備えることを特徴とするセンサ出力信号処理システムである。このセンサ出力信号処理システムによれば、上述の各種効果を同様に発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態のセンサ出力信号処理装置が適用されるセンサは、車載エンジンの排気管に設けられたＮＯｘセンサである。はじめに、そのＮＯｘセンサの出力に基づいて排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出システムについて説明する。なお、車載エンジンは例えばディーゼルエンジンであり、同エンジンの排気管に設けられる排気浄化装置としてのＮＯｘ浄化触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒やアンモニア選択還元触媒等）について、ＮＯｘセンサの出力に基づいて異常診断等が実施されるようになっている。例えば、ＮＯｘ浄化触媒の下流側にＮＯｘセンサが設けられ、同ＮＯｘセンサの出力から算出されるＮＯｘ濃度（ＮＯｘ浄化率）が所定の異常判定値を上回る場合に、ＮＯｘ浄化触媒が異常である旨診断される。
【００１９】
まずは、図１を用いてＮＯｘセンサを構成するセンサ素子１０について説明する。センサ素子１０はいわゆる積層型構造を有するものであり、その内部構造を図１に示している。図の左右方向がセンサ素子１０の長手方向に相当する。図の右側が素子基端側（排気管取り付け部位側）であり、図の左側が素子先端側である。センサ素子１０は、ポンプセル３１、モニタセル３４及びセンサセル３５の３つの電気化学的セルからなる、いわゆる３セル構造を有するものであり、それら各セルが積層配置されて構成されている。なお、モニタセルは、ポンプセル同様、ガス中の酸素排出の機能を具備するため、補助ポンプセル又は第２ポンプセルと称される場合もある。
【００２０】
センサ素子１０において、ジルコニア等の酸素イオン導電性材料からなる固体電解質体１１，１２はシート状をなし、アルミナ等の絶縁材料からなるスペーサ１３を介して図の上下に所定間隔を隔てて積層されている。このうち、図の上側の固体電解質体１１には排気導入口１１ａが形成されており、この排気導入口１１ａを介して当該センサ素子周囲の排気が第１チャンバ１４内に導入される。第１チャンバ１４は、絞り部１５を介して第２チャンバ１６に連通している。固体電解質体１１の図の上面には、排気を所定の拡散抵抗で出し入れするための多孔質拡散層１７が設けられるとともに、大気通路１８を区画形成するための絶縁層１９が設けられている。
【００２１】
また、固体電解質体１２の図の下面にはアルミナ等よりなる絶縁層２１が設けられ、この絶縁層２１により大気通路２２が形成されている。絶縁層２１には、センサ全体を加熱するためのヒータ（発熱体）２３が埋設されている。この場合、ヒータ２３により、ポンプセル３１、モニタセル３４及びセンサセル３５が加熱され、これら各セル３１，３４，３５が活性状態とされる。ヒータ２３は、図示しないバッテリ電源等からの給電により熱エネルギを発生する。
【００２２】
図の下側の固体電解質体１２には、第１チャンバ１４に対面するようにしてポンプセル３１が設けられており、ポンプセル３１は、第１チャンバ１４内に導入された排気中の酸素を出し入れして同チャンバ１４内の残留酸素濃度を所定濃度に調整する。ポンプセル３１は、固体電解質体１２を挟んで設けられる上下一対の電極３２，３３を有し、そのうち特に第１チャンバ１４側の電極３２はＮＯｘ不活性電極（ＮＯｘを分解し難い電極）となっている。ポンプセル３１は、電極３２，３３間に電圧が印加された状態で、第１チャンバ１４内に存在する酸素を分解して電極３３より大気通路２２側に排出する。
【００２３】
また、図の上側の固体電解質体１１には、第２チャンバ１６に対面するようにしてモニタセル３４及びセンサセル３５が設けられている。モニタセル３４は、上述したポンプセル３１により余剰酸素が排出された後に、第２チャンバ１６内の残留酸素濃度に応じて起電力、又は電圧印加に伴い電流出力を発生する。センサセル３５は、第２チャンバ１６内のガスからＮＯｘ濃度を検出する。
【００２４】
モニタセル３４及びセンサセル３５は、互いに近接した位置に並べて配置されており、第２チャンバ１６側に電極３６，３７を有するとともに、大気通路１８側に共通電極３８を有する構成となっている。すなわち、モニタセル３４は、固体電解質体１１とそれを挟んで対向配置された電極３６及び共通電極３８とにより構成され、センサセル３５は、同じく固体電解質体１１とそれを挟んで対向配置された電極３７及び共通電極３８とにより構成されている。モニタセル３４の電極３６（第２チャンバ１６側の電極）はＮＯｘに不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属からなるのに対し、センサセル３５の電極３７（第２チャンバ１６側の電極）はＮＯｘに活性な白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ等の貴金属からなる。なお、便宜上、図面ではモニタセル３４及びセンサセル３５を排気の流れ方向に対して前後に並べて示すが、実際には、これら各セル３４，３５は排気の流れ方向に対して同等位置になるよう配置されるようになっている。
【００２５】
ここで、ポンプセル３１と、モニタセル３４及びセンサセル３５とは、センサ素子１０の長手方向に並べて設けられており、センサ素子１０の先端側にポンプセル３１が設けられ、同基端側（排気管取り付け側）にモニタセル３４及びセンサセル３５が設けられている。
【００２６】
上記構成のセンサ素子１０では、排気は多孔質拡散層１７及び排気導入口１１ａを通って第１チャンバ１４に導入される。そして、この排気がポンプセル３１近傍を通過する際、ポンプセル電極３２，３３間にポンプセル印加電圧Ｖ0ｐが印加されることで分解反応が起こり、第１チャンバ１４内の酸素濃度に応じてポンプセル３１を介して酸素が出し入れされる。なおこのとき、第１チャンバ１４側の電極３２がＮＯｘ不活性電極であるため、ポンプセル３１では排気中のＮＯｘは分解されず、酸素のみが分解されて電極３３から大気通路２２に排出される。こうしたポンプセル３１の働きにより、第１チャンバ１４内が所定の低酸素濃度の状態に調整される。
【００２７】
ポンプセル３１近傍を通過したガス（酸素濃度調整後のガス）は第２チャンバ１６に流れ込み、モニタセル３４では、ガス中の残留酸素濃度に応じた出力が発生する。モニタセル３４の出力は、モニタセル電極３６，３８間に所定のモニタセル印加電圧Ｖ0ｍが印加されることでモニタセル電流Ｉｍとして検出される。また、センサセル電極３７，３８間に所定のセンサセル印加電圧Ｖ0ｓが印加されることでガス中のＮＯｘが還元分解され、その際発生する酸素が電極３８から大気通路１８に排出される。このとき、センサセル３５に流れた電流（センサセル電流Ｉｓ）により、排気中のＮＯｘ濃度が検出される。
【００２８】
次に、図２を用いてＮＯｘセンサの出力特性について説明する。図２はセンサセル３５の出力特性（Ｖ−Ｉ特性）を示しており、横軸はセンサセル印加電圧Ｖ0ｓ、縦軸はセンサセル電流Ｉｓである。電圧軸（横軸）に平行な平坦部分はセンサセル電流Ｉｓを特定する限界電流域であって、このセンサセル電流Ｉｓの増減が排気中のＮＯｘ濃度に対応している。つまり、排気中のＮＯｘ濃度が増えるほどセンサセル電流Ｉｓが増大し、排気中のＮＯｘ濃度が減るほどセンサセル電流Ｉｓが減少する。センサセル印加電圧Ｖ0ｓは、所定ＮＯｘ濃度相当のセンサセル電流Ｉｓを限界電流域（フラット域）で検出可能とする所定値Ｖαで設定されている。なお、限界電流域よりも低電圧側の傾き部分は抵抗支配域であり、その傾きは素子温度が低いほど小さいものとなる。
【００２９】
図２に示すように、ＮＯｘ濃度が０ｐｐｍであってもセンサセル電流Ｉｓの値はゼロにはならず、オフセット値（図２の例では約５μＡ）を有する。これは、センサセル３５が、ポンプセル３１により所定濃度に調整された残留酸素をＮＯｘとともに検出しているからであり、その残留酸素濃度が前記オフセット値に相当する。詳細には、残留酸素の酸素分子が分解されて生成された酸素イオンと、ＮＯｘ分子が分解されて生成された酸素イオンとの両方をセンサセル３５が検出することに起因する。
【００３０】
ポンプセル３１が残留酸素濃度を所定濃度に調整することは上述した通りであるが、その調整精度は、センサセル３５によるＮＯｘ濃度検出精度に比べて十分に小さいとは言えない。そこで本実施形態では、モニタセル３４により残留酸素濃度（オフセット値）を検出している。これによれば、センサセル３５の検出値であるセンサセル電流Ｉｓ（図２の縦軸の値）からモニタセル３４の検出値であるモニタセル電流Ｉｍを減算することで、後述するマイコン４１によりＮＯｘ濃度を精度良く算出できる。
【００３１】
次に、図３を用いてアンプ４０（センサ出力信号処理装置）について説明する。
【００３２】
アンプ４０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有するマイコン４１（マイクロコンピュータ）を備えており、このマイコン４１がセンサ制御の主体となる、マイコン４１により、ポンプセル３１の電極３２，３３間に印加するポンプセル電圧Ｖ0ｐ、モニタセル３４の電極３６，３８間に印加するモニタセル電圧Ｖ0ｍ、センサセル３５の電極３７，３８間に印加するセンサセル電圧Ｖ0ｓがそれぞれ制御される。マイコン４１には、ポンプセル電流Ｉｐ、モニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓの各々の計測値が逐次入力され、マイコン４１は、これらの計測値に基づいて排気中の酸素濃度やＮＯｘ濃度を算出する。
【００３３】
なお、算出した酸素濃度やＮＯｘ濃度は、エンジン制御を行うＥＣＵ５０に出力され、ＥＣＵ５０では、酸素濃度やＮＯｘ濃度に基づき、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒へのリッチガス打ち込み時期や、アンモニア選択還元触媒への尿素水噴射時期等を制御する。これにより、車載エンジンの排ガス中に含まれるＮＯｘが目標値以下となるようエンジン制御できる。
【００３４】
アンプ４０は、先述のマイコン４１、Ａ／Ｄ変換回路４２及び増幅回路４３（アナログ回路）を備えて構成されており、増幅回路４３は、電流−電圧変換回路４３１、増幅回路４３２及び差動増幅回路４３３を備えて構成されている。
【００３５】
電流−電圧変換回路４３１に設けられたオペアンプＯＰ１には、モニタセル電極３６から出力されるモニタセル電流Ｉｍ（センサ出力信号）が入力され、オペアンプＯＰ２には、センサセル電極３７から出力されるセンサセル電流Ｉｓ（センサ出力信号）が入力される。そして、これらのオペアンプＯＰ１，ＯＰ２及びシャント抵抗Ｒ１，Ｒ２等により、入力されたモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓを電圧変化に変換する。
【００３６】
増幅回路４３２は、電流−電圧変換回路４３１にて変換されたモニタセル電圧Ｖｍを増幅するオペアンプＯＰ３と、電流−電圧変換回路４３１にて変換されたセンサセル電圧Ｖｓを増幅するオペアンプＯＰ４とを備える。オペアンプＯＰ３，ＯＰ４によるそれぞれの増幅利得Ｇｍ，Ｇｓは、モニタセル電圧Ｖｍ及びセンサセル電圧Ｖｓの電圧変化のピーク値が５Ｖに近づくよう、負帰還抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６により設定されている。これにより、Ａ／Ｄ変換回路４２で処理可能な電圧範囲（０〜５Ｖ）で各電圧Ｖｍ，Ｖｓを大きく変化させることとなり、アンプ４０によるＮＯｘ濃度検出精度の向上を図る。
【００３７】
差動増幅回路４３３に設けられたオペアンプＯＰ５の非反転入力端子には、増幅回路４３２にて増幅されたモニタセル電圧Ｖｍ’（Ｖｍ’＝Ｇｍ×Ｖｍ）が入力される。一方、オペアンプＯＰ５の反転入力端子には、増幅回路４３２にて増幅されたセンサセル電圧Ｖｓ’（Ｖｓ’＝Ｇｓ×Ｖｓ）が入力される。そして、オペアンプＯＰ５の出力端子からは、これらの電圧の差分Ｖｓ’−Ｖｍ’がＮＯｘ電圧Ｖs-mとして出力される。オペアンプＯＰ５による増幅利得Ｇs-mは、電圧差分Ｖｓ’−Ｖｍ’のピーク値が５Ｖに近づくよう負帰還抵抗Ｒ７，Ｒ８により設定されている。なお、オペアンプＯＰ５による増幅利得Ｇs-m（例えば約４倍）は、オペアンプＯＰ３，ＯＰ４による増幅利得Ｇｍ，Ｇｓ（例えば約１．３倍）に比べて大きく設定されている。
【００３８】
オペアンプＯＰ５から出力されるＮＯｘ電圧Ｖs-mのアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換回路４２によりデジタル信号に変換された後、マイコン４１に入力される。マイコン４１は、ＮＯｘ電圧Ｖs-mのデジタル信号に基づき、ＮＯｘ濃度を算出する。
【００３９】
次に、上述の各種オペアンプＯＰ１〜ＯＰ５に対するオフセット調整の手法について説明する。
【００４０】
本実施形態では、差動増幅回路４３３に備えられたオペアンプＯＰ５のオフセット電圧を検出する検出回路４３４（検出手段）が備えられている。検出回路４３４は、図示しないスイッチの操作によりオペアンプＯＰ５の反転入力電圧及び非反転入力電圧をゼロにするとともに、その時の出力電圧を計測する。上記スイッチ等の検出回路４３４の構成部品は、オペアンプＯＰ５のＩＣチップに内蔵させてもよいし、オペアンプＯＰ５のＩＣチップ外部に設けてもよい。
【００４１】
検出回路４３４により検出されたオペアンプＯＰ５についてのオフセット電圧は、Ａ／Ｄ変換回路４２にてデジタル信号に変換された後、マイコン４１に入力される。以下、検出回路４３４の検出対象となるオペアンプＯＰ５を検出対象オペアンプと呼び、他のオペアンプＯＰ１〜ＯＰ４を非検出対象オペアンプと呼ぶ。非検出対象オペアンプＯＰ１〜ＯＰ４についてはオフセット電圧の検出は実行されない。
【００４２】
マイコン４１は、ＮＯｘ電圧Ｖs-m（マイコン入力電圧）に基づきＮＯｘ濃度を算出するにあたり、ＮＯｘ電圧Ｖs-mを変数ｘ（図４の横軸）、ＮＯｘ濃度を変数ｙ（図４の縦軸）とし、ｙ＝ａｘ＋ｂとの一次関数に基づきＮＯｘ濃度を算出する。そして、マイコン４１では、この一次関数の切片ｂの値を、Ａ／Ｄ変換回路４２から入力された検出回路４３４によるオフセット電圧に基づき補正しており、この補正により、全てのオペアンプＯＰ１〜ＯＰ５に対してオフセット調整が実行される。
【００４３】
このような切片ｂの補正量Δｂを算出するにあたり、検出対象オペアンプＯＰ５のオフセット電圧が検出回路４３４による検出値として、検出対象オペアンプＯＰ５のオフセット電圧に伴う補正量Ｂ５を算出する。一方、非検出対象オペアンプＯＰ１〜ＯＰ４のオフセット電圧についても、検出回路４３４による検出値と同じ値であるとみなして、非検出対象オペアンプＯＰ１〜ＯＰ４のオフセット電圧に伴う補正量Ｂ１〜Ｂ４を算出する。そして、補正量Δｂ＝ｂ１＋ｂ２＋ｂ３＋ｂ４＋ｂ５となるよう、補正量Δｂを算出する。そして、これらの補正量Ｂ１〜Ｂ５を加算した補正量Δｂを、前記一次関数により算出したＮＯｘ濃度（変数ｙ）の算出値に加算する補正を行うことで、全てのオペアンプＯＰ１〜ＯＰ５に対するオフセット調整を一括して行う。
【００４４】
つまり、オペアンプＯＰ１〜ＯＰ５の入力端子にオフセット電圧を印加させるオフセット調整回路を、増幅回路４３中に設けることを廃止して、全てのオペアンプＯＰ１〜ＯＰ５に対するオフセット調整を、マイコン４１の上記補正によるデジタル処理にて一括して実行する。
【００４５】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００４６】
（１）検出対象オペアンプＯＰ５については検出回路４３４により検出したオフセット電圧に基づき補正量Ｂ５を算出し、非検出対象オペアンプＯＰ１〜ＯＰ４についても、検出回路４３４により検出したオフセット電圧と同一であるとみなしてその検出値に基づき補正量Ｂ１〜Ｂ４を算出する。そして、ＮＯｘ電圧Ｖs-mに基づき算出されたＮＯｘ濃度を、補正量Ｂ１〜Ｂ５に基づき補正することでオフセット調整を行う。そのため、全てのオペアンプＯＰ１〜ＯＰ５に対して検出回路４３４を設ける必要を無くすことができるので、増幅回路４３を構成する部品の点数増大抑制と、増幅回路４３の構成簡素化を図ることができる。
【００４７】
また、オペアンプのオフセット値は、雰囲気温度に応じて変化（温度ドリフト）するものであり温度依存性が高いため、全てのオペアンプＯＰ１〜ＯＰ５に対する各々のオフセット電圧を同一であるとみなしても、オフセット調整の精度を十分に確保できる。
【００４８】
（２）マイコン４１の補正によるデジタル処理によりオフセット調整を実行するので、オペアンプＯＰ１〜ＯＰ５の入力端子にオフセット電圧を印加させるオフセット調整回路を増幅回路４３中に設ける場合に比べ、増幅回路４３の構成をより一層簡素化できる。しかも、複数のオペアンプＯＰ１〜ＯＰ５のオフセット調整を一括して実行することを容易に実現でき、複数のオペアンプについてオフセット調整を各々に実行する場合に比べ、マイコン４１の処理負担を軽減できる。
【００４９】
（３）検出対象オペアンプを、増幅回路４３２の後段側に位置する差動増幅回路４３３のオペアンプＯＰ５としているので、検出回路４３４により検出するにあたり検出ノイズ等による誤差が増幅回路４３２により増幅されることを回避できる。よって、マイコン４１によるＮＯｘ濃度の算出値、つまりマイコン４１からＥＣＵ５０に出力される出力値の算出精度をより一層向上できる。
【００５０】
（４）検出対象オペアンプを、増幅回路４３中のうち最終段に位置するオペアンプＯＰ５としているので、検出回路４３４により検出するにあたり検出ノイズ等による誤差がＮＯｘ濃度の算出精度をより一層向上できる。
【００５１】
（他の実施形態）
上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。また、本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下の各実施形態の特徴的構造をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
【００５２】
・図３に示す上記実施形態では、マイコン４１の補正によりオフセット調整を行っているが、オペアンプＯＰ１〜ＯＰ５の入力端子にオフセット電圧を印加させるオフセット調整回路を増幅回路４３中に設けるようにしてもよい。但しこの場合であっても、上記実施形態と同様にして、非検出対象オペアンプＯＰ１〜ＯＰ４については、検出回路４３４により検出したオフセット電圧と同一であるとみなしてその検出値に基づきオフセット電圧を印加させることを要する。
【００５３】
・図３に示す上記実施形態では、検出対象オペアンプＯＰ５を１つとしているが、検出対象オペアンプを複数（例えばＯＰ３，ＯＰ４，ＯＰ５）として、検出回路４３４を複数設けるようにしてもよい。但しこの場合であっても、非検出対象オペアンプＯＰ１，ＯＰ２については、検出回路４３４により検出したオフセット電圧と同一であるとみなしてオフセット調整させることを要する。
【００５４】
・図３に示す検出回路４３４に替えてオートゼロアンプ方式の検出回路を採用してもよい。このオートゼロアンプ方式では、オフセット電圧を検出する機能に加え、オペアンプＯＰ５の入力端子にオフセット電圧を印加してオフセット調整する機能を備えている。この場合、マイコン４１の補正によるオフセット調整では、非検出対象オペアンプＯＰ１〜ＯＰ４についてのみ補正を行うようにすればよい。すなわち、補正量Δｂを算出するにあたり、補正量Ｂ１〜Ｂ４のみを加算して算出すればよい。
【００５５】
ちなみに、オートゼロアンプ方式の検出回路の具体例として、スイッチ及びコンデンサ等により構成された回路が挙げられる。前記コンデンサは、オペアンプＯＰ５の反転入力端子と非反転入力端子との間に配置されており、前記スイッチを操作することでオフセット電圧をコンデンサに充電させる。そして、このコンデンサの電圧を検出することでオフセット電圧を検出するとともに、コンデンサに充電された電荷をオペアンプＯＰ５の反転入力端子又は非反転入力端子に投入することで、検出回路４３４自体でオフセット調整を行う。
【００５６】
・上記実施形態では、非検出対象オペアンプＯＰ１〜ＯＰ４のオフセット電圧を検出回路４３４による検出値と同じ値であるとみなして補正量Ｂ１〜Ｂ４を算出しているが、本発明は厳密に「同じ値」とみなすことに限られるものではなく、例えば複数の補正量Ｂ１〜Ｂ５に重み付けを持たせて算出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】発明の一実施形態におけるセンサ素子の概略を示す構成図。
【図２】ＮＯｘセンサの出力特性を示す図。
【図３】図１中のアンプの構成を示す図。
【図４】図３中のマイコンによるオフセット調整の手法を説明する図。
【符号の説明】
【００５８】
１０…センサ素子、３１…ポンプセル、３４…モニタセル、３５…センサセル、４１…マイクロコンピュータ（調整手段）、４２…Ａ／Ｄ変換回路、４３…増幅回路（アナログ回路）、４３２…電圧増幅回路、４３３…差動増幅回路、４３４…検出回路（検出手段）、ＯＰ１〜ＯＰ４…非検出対象オペアンプ、ＯＰ５…検出対象オペアンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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