JP2009145181A - 検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スライド端子や信号ライン等の断線、グランドとの短絡（地絡）の双方を区別して診断する。
【解決手段】電源２１からの所定電圧が両端に印加される、抵抗値Ｒを有する検出抵抗器１０１と、検出抵抗器１０１の両端間を外力を受けてスライドするスライド端子１０２と、スライド端子１０２に表れる電圧を第１の抵抗器１１を介して入力するＡ／Ｄ変換回路２２とを備えた検出装置である。この検出装置は、第１の抵抗器１１とＡ／Ｄ変換回路２２との間とグランドとの間に接続される第２の抵抗器１２と、第１の抵抗器１１とＡ／Ｄ変換回路２２との間と電源２１との間にスイッチ２４を介して接続される第３の抵抗器１３と、スイッチ２４をオン、オフする制御部２３とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源からの所定電圧が両端に印加される所定の抵抗値を有する検出抵抗器と、該検出抵抗器の両端間を外力を受けてスライドするスライド端子と、該スライド端子に表れる電圧を第１の抵抗器を介して入力する検出回路とを備えた検出装置に関する。

従来、自動車等のコントローラシステムに採用される検出装置（センサ）として、ポテンシオメータを使用したものが知られている。この種の検出装置に使用されるポテンシオメータは車体に取り付けられたケースに内装され、それぞれの端子と電源や別箇所に配置されたコントローラとが配線を介して接続されている。ところが、長期に亘るスライド動作及び車体の振動等の影響により端子部分や配線のいずれかの箇所に被覆剥がれが生じる虞があり、この結果、ケースとの間（通常はグランド電位）での短絡や断線を生じることがあった。

特許文献１には、ポテンシオメータの信号ラインとグランドとの間に大きな抵抗値を有する抵抗器を接続し、ポテンシオメータによる検出電圧の範囲を一定の範囲に制限し、信号ラインに断線が生じたときには、該信号ラインがグランド電位に落ちることを利用して、断線を検出するものが提案されている。特許文献２には、信号ラインを半導体スイッチによって所定の抵抗値を介してグランドに接続する制御部を設けておき、断線を検出するものが提案されている。
実開昭５９−４２９７８ 特開平８−１７８９９１

ポテンシオメータの故障の原因は、断線のみならず、断線した部位がケースに接触したり、被覆剥がれの部位がケースに接触したりしてグランドと短絡する場合もある。しかしながら、特許文献１，２は、いずれも断線の検知を可能とするものであるが、断線と区別して前記グランドへの短絡を検知することができない。従って、故障の原因を正確乃至は詳細に診断することができない。また、スライド端子のグランドとの短絡は、スライド端子が電源側の端まで移動した状態では、電源がほぼグランドと短絡された状態となり、特にポテンシオメータに使用される配線は線が細く、電流容量が制限されていることから、過電流による発熱、断線に至る虞がある。

本発明は、上記問題点を解決するためのものであって、検出信号が出力されるスライド端子や信号ライン等の断線、グランドとの短絡（地絡）の双方を区別して診断することができる構成を備えた検出装置を提供することを目的とするものである。

請求項１記載の発明は、電源からの所定電圧が両端に印加される所定の抵抗値を有する検出抵抗器と、該検出抵抗器の両端間を外力を受けてスライドするスライド端子と、該スライド端子に表れる電圧を第１の抵抗器を介して入力する検出回路とを備えた検出装置において、前記第１の抵抗器と前記検出回路との間とグランドとの間に接続される第２の抵抗器と、前記第１の抵抗器と前記検出回路との間と前記電源との間にスイッチを介して接続される第３の抵抗器と、前記スイッチをオン、オフする制御部とを備えたことを特徴とするものである。

この構成によれば、検出抵抗器の両端には電源からの所定電圧が印加されており、この検出抵抗器の両端間を、外力を受けて（外力に応じて）スライドするスライド端子及び第１の抵抗器を介して検出回路に検出電圧が入力される。これにより通常の検出動作が行われる。診断時は、制御部からのオン信号を受けてスイッチがオンされる。スライド端子またはスライド端子と第１の抵抗器との間で断線が生じていると、第２の抵抗器と第３の抵抗器で電源電圧が分圧された特定の電圧値が検出回路に入力される。また、スライド端子またはスライド端子と第１の抵抗器との間でグランドに短絡（地絡）が生じていると、第１の抵抗器と第２の抵抗器との並列回路と第３の抵抗器との直列回路で電源電圧が分圧された特定の電圧が検出回路に入力される。従って、検出された電圧レベルから上記の断線及び地絡が区別可能に診断される。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の検出装置において、前記電源と前記検出抵抗器との間に介設された第４の抵抗器と、前記検出抵抗器とグランドとの間に介設された第５の抵抗器とを備えたものである。この構成によれば、通常の検査動作時には、検出回路に入力される検出電圧のレベルが、０ボルトから電源電圧までの範囲より狭い所定の範囲に限定される。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の検出装置において、前記制御部は、前記検出回路へ入力される検出電圧が予め設定された所定の値のとき、前記スイッチをオンに切り替える電子信号を出力するものである。この構成によれば、制御部によって、検出回路に入力される検出電圧が通常の検出動作の際に発生し得ない所定の値となったことが検出されると、異常が発生したとしてスイッチがオンに切り替えられて診断動作が行われる。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の検出装置において、前記制御部は、前記スイッチがオンされた時に前記検出回路で検出された電圧が、０ボルト以外の予め設定された値であるとき、警報動作を行うものである。この構成によれば、診断動作において、検出電圧が０ボルト以外の予め設定された値で異常と判断するようにしたので、断線と地絡とを区別して検出することが可能となる。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の検出装置において、前記スイッチは半導体スイッチであり、前記制御部は、前記半導体スイッチをオン、オフさせる電気信号を出力するものである。この構成によれば、制御部からの電気信号によって半導体スイッチがオン、オフされる。

請求項１，５記載の発明によれば、検出信号が出力されるスライド端子や信号ライン等の断線、グランドとの短絡（地絡）の双方を区別して診断することができる。

請求項２記載の発明によれば、通常の検査動作時に、検出回路に入力される検出電圧のレベルを、０ボルトから電源電圧までの範囲より狭い所定の範囲に限定することで、異常発生の判断を可能にすることができる。

請求項３記載の発明によれば、検出回路に入力される検出電圧が通常の検出動作の際に発生し得ない所定の値となったことを検出することで、異常が発生したとしてスイッチをオンに切り替えて診断動作が行うことができる。

請求項４記載の発明によれば、診断動作において、検出電圧が０ボルト以外の予め設定された値で異常と判断するようにしたので、断線と地絡とを区別して検出することが可能となる。

図１は、本発明に係る検出装置の一実施形態を示す回路構成図である。本検出装置は、例えば自動車や建設機械等の内燃機関の制御を行うコントローラシステムに適用されるもので、内燃機関の吸気通路に介設されて、吸入空気量に応じて作用し、その作用状態を電気信号としてコントローラに出力するものである。その結果、コントローラは、検出結果と別途検出した機関回転数とから内燃機関への燃料供給量を設定するようにしたものである。

図１において、本検出装置は、ポテンシオメータ１０、ポテンシオメータ１０に所定の電圧を供給印加する電源２１、ポテンシオメータ１０からの出力信号をデジタル信号に変換し、変換されたデジタル信号を図外のコントローラ等へ出力するＡ／Ｄ変換回路２２を備えている。

ポテンシオメータ１０は、例えば、前述した内燃機関の吸気通路に介設されるもので、所定のケースに内装されている。ポテンシオメータ１０は、公知のものが採用可能であり、所要の長さを備え、両端間で所定の抵抗値Ｒを有する抵抗線部１０１と、この抵抗線部１０１の両端間を抵抗線部１０１に接触した状態でスライド可能にされたスライド端子１０２を備えている。なお、ポテンシオメータ１０の形式によっては、抵抗線部１０１は環状に組み込まれ、スライド端子１０２をその軸中心で回転させる構造のものとしてもよい。抵抗線部１０１はその両端に端子Ｔ１、Ｔ３を備え、スライド端子１０２は接点側と逆側に端子Ｔ２を有している。これらの端子Ｔ１〜Ｔ３には外部からの配線がそれぞれ接続される。

電源２１は端子Ｔ１に接続され、端子Ｔ３はグランドラインに接続されている。従って、本実施形態では、ポテンシオメータ１０の抵抗値Ｒの両端に電源電圧Ｅが印加された状態となる。また、端子Ｔ２は抵抗値Ｒ１を有する抵抗器１１（第１の抵抗器）を介してＡ／Ｄ変換回路２２の入力端に接続されている。抵抗器１１とＡ／Ｄ変換回路２２との間とグランドとの間には抵抗値Ｒ２を有する抵抗器１２（第２の抵抗器）が介設されている。また、抵抗器１１とＡ／Ｄ変換回路２２との間と電源２１との間には抵抗値Ｒ３を有する抵抗器１３（第３の抵抗器）とスイッチ２４からなる直列回路が接続されている。

上記において、抵抗値Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の関係は、Ｒ＜＜Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とする。このように設定することで検出電流の漏れを抑制して、スライド端子１０２のスライド位置とスライド端子１０２からの出力電圧との精度を確保するようにしている。

スイッチ２４は機械式、電気式（半導体素子からなるスイッチ）のいずれでもよく、制御部２３からのオン、オフ信号を受けてオン、オフに切り替えられる。スイッチ２４は機械式の場合には制御部２３としての駆動源からの切り替え指示によってオン、オフ操作され、半導体スイッチの場合は制御部２３としての電気信号発生源からの切り替え信号によってオン、オフ動作される。スイッチ２４は、通常動作時はオフ状態にあり、診断動作が行われる場合にオン状態とされる。

次に動作について説明する。
（１）スイッチ２４がオフ状態で、通常の検出動作が行われている場合
今、スライド端子１０２が抵抗値Ｒをα対（１−α）の比率で分割した位置にあるとすると（但し、０＝＜α＜＝１）、端子Ｔ２に表れる電圧（検出電圧）は、Ｒ＜＜Ｒ１，Ｒ２であることから、α・Ｅとなる。例えば、スライド端子１０２が電源側の端部にあれば、α＝１であるから、出力電圧はＥ（Ｖ）となり、グランド側の端部にあれば、α＝０であるから、出力電圧は０（Ｖ）となる。かかる出力電圧が、抵抗器１１と抵抗器１２とで分圧、すなわちＲ２／（Ｒ１＋Ｒ２）に変換されて、Ａ／Ｄ変換回路２２に入力される。

（２）スイッチ２４がオンされた状態で、診断動作を行う場合
まず、通常動作時において、スライダ端子１０２やこの信号ラインがグランドに短絡し、あるいは断線した場合、抵抗器１１を介して電圧信号が入力されなくなるため、Ａ／Ｄ変換回路２２の入力電圧が０ボルトとなる。すなわち、ポテンシオメータ１０を内装する前記ケースはグランドレベルにある車体に取り付けられていることから、グランドレベルとなる。制御部２３は、通常動作中に、かかる電圧（０ボルト）を検出すると、異常の可能性があると判断して、スイッチ２４をオンさせるハイレベル信号を出力して、診断動作に移行する。
（Ａ）スライド端子１０２と抵抗器１１との間が断線している場合
Ａ／Ｄ変換回路２２には、電源電圧Ｅを抵抗値Ｒ２と抵抗値Ｒ３とで分圧した電圧が入力されることとなる。すなわち、検出電圧は、Ｅ・Ｒ２／（Ｒ２＋Ｒ３）となる。
（Ｂ）スライド端子１０２と抵抗器１１との間の配線が地絡している場合
抵抗値Ｒ１の抵抗器１１が抵抗値Ｒ２の抵抗器１２と並列接続されることになり、これと抵抗値Ｒ３の抵抗器１３との分圧となる。従って、検出電圧は、
Ｅ・Ｒ１・Ｒ２／（Ｒ１・Ｒ２＋Ｒ２・Ｒ３＋Ｒ３・Ｒ１） …（式１）
となる。このように、（Ａ）、（Ｂ）の場合には、０ボルト以外のそれぞれ特定の値が得られる。

このように診断時には、検出電圧は、ポテンシオメータ１０の抵抗値Ｒ及び分割比αのいずれとも無関係な特定の値となる。従って、図外のコントローラあるいは制御部２２は、これらの値を予め格納しておいて、Ａ／Ｄ変換回路２２の出力電圧と比較し、両者が一致すれば、出力電圧に応じて断線または地絡と診断して、それに応じた警報（表示ランプ、あるいはブザー等）を行うように構成されている。

図２は、本発明に係る検出装置の他の実施形態を示す回路構成図である。図２は、図１をより具体的にした回路構成図で、図１に対して、制御部２３がマイクロコンピュータで構成され、スイッチ２４が半導体素子（半導体スイッチ）からなり、更に、抵抗器１４，１５を備えている点が相違している。なお、コンデンサＣ１はノイズ吸収用である。

図２において、抵抗器１４（第４の抵抗器）は抵抗値Ｒ４を有するもので、端子Ｔ１と電源２１との間に介設されている。抵抗器１５（第５の抵抗器）は抵抗値Ｒ５を有するもので、端子Ｔ３とグランドとの間に介設されている。なお、抵抗値Ｒ，Ｒ４，Ｒ５の関係は、Ｒ４，Ｒ５＜Ｒであり、これにより、抵抗線部１０１での電圧可変幅を所要の範囲に確保するようにしている。制御部２３は、Ａ／Ｄ変換回路２２からの出力信号の取り込みや、スイッチ２４へのオン、オフ信号の出力を行うものである。スイッチ２４は、トランジスタ２４０、及び分圧用の、エミッタベース間に接続された抵抗器２４１及び制御部２３とベース間に接続された抵抗器２４２から構成されている。制御部２３からハイレベルが出力されている間は、ベース電位が高くなってトランジスタ２４０はオフ状態とされ、一方、診断動作のために制御部２３からローレベルが出力されると、その間は、ベース電位がエミッタより低くなる結果、トランジスタ２４０はオン状態とされる。

次に動作について説明する。
（１）スイッチ２４がオフ状態で、通常の検出動作が行われている場合
今、スライド端子１０２が抵抗値Ｒをα対（１−α）の比率で分圧する位置にあるとすると（但し、０＝＜α＜＝１）、Ａ／Ｄ変換回路２２に表れる検出電圧は、
Ｅ・（α・Ｒ＋Ｒ５）・Ｒ２／[（α・Ｒ＋Ｒ５）・（Ｒ１＋Ｒ２）＋｛Ｒ４＋（１−α）・Ｒ｝・（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ５＋α・Ｒ）] …（式２）
となる、ここで、Ｒ＜＜Ｒ１，Ｒ２であることから、検出電圧は、
Ｅ・（α・Ｒ＋Ｒ５）・Ｒ２／[（Ｒ１＋Ｒ２）・（Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ）] …（式３）
と近似できる。

上記において、スライド端子１０２がグランド側の端部まで振り切れたときは、α＝０であるから、検出電圧は、
Ｅ・Ｒ５・Ｒ２／[（Ｒ１＋Ｒ２）・（Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ）] …（式４）
となり、０ボルトにはならない。

一方、スライド端子１０２が電源側の端部まで振り切れたときは、α＝１であるから、検出電圧は、
Ｅ・（Ｒ＋Ｒ５）・Ｒ２／[（Ｒ１＋Ｒ２）・（Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ）] …（式５）
となり、電源電圧Ｅには達しない。かかる（式４）から（式５）の範囲の電圧が、検出電圧としてＡ／Ｄ変換回路２２に入力される。

また、ポテンシオメータ１０の計測点で天絡が発生すると、その時のスライダ端子１０２の位置に関係なく、検出電圧は、Ｅ・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ４）より高くなることはない。従って、スライド端子１０２を移動させても検出電圧が上記の特定値に固定されている場合には、測定点において天絡が生じたとの診断が可能となる。

（２）スイッチ２４がオンされた状態で、診断動作を行う場合
まず、通常動作時において、スライダ端子１０２やこの信号ラインがグランドに短絡し、あるいは断線した場合、抵抗器１１を介して電圧信号が入力されなくなるため、Ａ／Ｄ変換回路２２の入力電圧が、上述したように０ボルトとなる。この電圧は、前記（式４）及び（式５）から明らかなように、正常に動作している場合には発生し得ない電圧である。制御部２３は、通常動作中にかかる異常電圧（０ボルト）を検出すると、異常が発生したと判断して、スイッチ２４をオンさせるハイレベル信号を出力して、診断動作に移行する。
（Ａ）スライド端子１０２と抵抗器１１との間が断線している場合
Ａ／Ｄ変換回路２２には、電源電圧Ｅを抵抗値Ｒ２と抵抗値Ｒ３とで分圧した電圧が入力されることとなる。すなわち、検出電圧は、Ｅ・Ｒ２／（Ｒ２＋Ｒ３）となる。
（Ｂ）スライド端子１０２と抵抗器１１との間の配線が地絡している場合
抵抗値Ｒ１が抵抗値Ｒ２と並列接続されることになり、これと抵抗値Ｒ３との分圧となる。従って、検出電圧は、Ｅ・Ｒ１・Ｒ２／（Ｒ１・Ｒ２＋Ｒ２・Ｒ３＋Ｒ３・Ｒ１）となる。このように、（Ａ）（Ｂ）の場合には、０ボルト以外のそれぞれ特定の値が得られる。

このように診断時には、検出電圧は、ポテンシオメータ１０の抵抗値Ｒ及び分割比αのいずれとも無関係な特定の値となる。従って、図外のコントローラあるいは制御部２２は、これらの値を予め格納しておいて、Ａ／Ｄ変換回路２２の出力電圧と比較し、両者が一致すれば、出力電圧に応じて断線または地絡と診断して、それに応じた警報（表示ランプ、あるいはブザー等）を行うように構成されている。

なお、図１に示す検出装置における診断動作は異常の可能性が判断された場合のみならず、所定の時点で、例えば通常検出動作（通常動作モード）の途中で周期的に診断動作（診断モード）を行う態様としてもよい。

また、本発明は、センサ部分がポテンシオメータに限定されず、電源から所定の電圧が印加され、可動部分から検出電気信号が出力される形態を有するセンサ一般に適用可能である。

本発明に係る検出装置の一実施形態を示す回路構成図である。 本発明に係る検出装置の他の実施形態を示す回路構成図である。

符号の説明

１０ ポテンシオメータ（検出抵抗器）
１０１ 抵抗線部
１０２ スライド端子
１１ 抵抗器（第１の抵抗器）
１２ 抵抗器（第２の抵抗器）
１３ 抵抗器（第３の抵抗器）
１４ 抵抗器（第４の抵抗器）
１５ 抵抗器（第５の抵抗器）
２１ 電源
２２ Ａ／Ｄ変換回路（検出回路）
２３ 制御部
２４ スイッチ
２４０ トランジスタ
２４１，２４２ 抵抗器
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３ 端子
Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５ 抵抗値

Claims (5)

1. 電源からの所定電圧が両端に印加される所定の抵抗値を有する検出抵抗器と、該検出抵抗器の両端間を外力を受けてスライドするスライド端子と、該スライド端子に表れる電圧を第１の抵抗器を介して入力する検出回路とを備えた検出装置において、
   前記第１の抵抗器と前記検出回路との間とグランドとの間に接続される第２の抵抗器と、
   前記第１の抵抗器と前記検出回路との間と前記電源との間にスイッチを介して接続される第３の抵抗器と、
   前記スイッチをオン、オフする制御部とを備えたことを特徴とする検出装置。
2. 前記電源と前記検出抵抗器との間に介設された第４の抵抗器と、前記検出抵抗器とグランドとの間に介設された第５の抵抗器とを備えた請求項１記載の検出装置。
3. 前記制御部は、前記検出回路へ入力される検出電圧が予め設定された所定の値のとき、前記スイッチをオンに切り替える電子信号を出力するものである請求項２記載の検出装置。
4. 前記制御部は、前記スイッチがオンされた時に前記検出回路で検出された電圧が、０ボルト以外の予め設定された値であるとき、警報動作を行う請求項３記載の検出装置。
5. 前記スイッチは半導体スイッチであり、前記制御部は、前記半導体スイッチをオン、オフさせる電気信号を出力するものである請求項１〜４のいずれかに記載の検出装置。

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