JP2014010011A - 湿度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータ加熱を行うことなく、感湿膜の経時劣化によるセンサ特性不良を検出できる湿度センサを提供する。
【解決手段】センサエレメント１０に含まれる第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２と異常検出用エレメント２０に含まれる第１、第２容量Ｃｔ１、Ｃｔ２とを組み合わせて湿度検出を行う。これにより、第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２の系と第１可変容量Ｃ１と第２容量Ｃｔ２の系および第２可変容量Ｃ２と第１容量Ｃｔ１の系の３つの系による湿度検出が行える。そして、感湿膜が経時劣化していない場合と経時劣化が生じている場合とで、センサ特性が変化することになるため、上記３つの系での湿度検出の結果は感湿膜が経時劣化していない場合からずれた値となることから、それに基づいてセンサ特性不良を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘電膜によって構成される容量が湿度に応じて変化することに基づいて湿度の検出を行う湿度センサに関するものである。

従来、特許文献１において、検出対象となる物理量の変化に応じて容量値を変化させる可変容量が備えられた容量式センサエレメントを有する物理量センサとして、加速度センサが提案されている。この加速度センサでは、容量式センサエレメントに備えられた可変容量を構成するための可動電極と固定電極のスティッキング不良、つまり可動電極と固定電極とが接触した状態が持続して出力異常になるモードを検出することが可能となっている。具体的には、加速度センサでは、基本的には可動電極と固定電極とが離間させられていることから、スティッキング不良が発生したときには正常時と全く異なった出力が発生させられる。このため、スティッキング不良を検出することができる。

一方、特許文献２において、センシング素子に加えて基準素子を備え、基準素子とセンシング素子とを比較することで異常検出を行う容量式の湿度センサが提案されている。この湿度センサでは、基準素子をヒータで加熱することにより、付着している水分を除去してリフレッシュさせ、感湿膜の経時劣化による変動量を補正するようにしている。

特許第４２０７１５４号公報 特開２０１１−９４９７９号公報

しかしながら、特許文献１のように可動電極と固定電極とが離間配置されるような加速度センサにおいては、スティッキング不良を検出することができるが、感湿膜の容量変化によって湿度を検出する湿度センサでは、感湿膜の経時劣化による異常を検出できない。つまり、スティッキング不良については正常時と全く異なる出力となることから異常検出が容易に行える。ところが、感湿膜の経時劣化のように出力が正常時と比較して多少変動しただけで、出力された湿度が実際の湿度と異なった値で表されているだけのようなセンサ特性不良の場合には、異常を検出できない。

また、特許文献２の湿度センサでは、ヒータ加熱によってリフレッシュさせて変動量を補正しているが、ヒータ発熱による微小な湿度変化（１〜数％ＲＨ未満の変化）を検出することは困難である。つまり、湿度を相対湿度で検出しているため、温度変化によって検出される湿度にずれが発生し、微小な湿度変化の検出が困難になる。また、ヒータ加熱による電力消費が生じるため、消費電力の増大が発生する。さらに、可燃性ガスが存在する雰囲気中ではヒータ加熱を行うことができないため、このような雰囲気の湿度検出を行う湿度センサには適用できないという問題も発生する。

本発明は上記点に鑑みて、ヒータ加熱を行うことなく、感湿膜の経時劣化によるセンサ特性不良を検出できる湿度センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、湿度に応じて誘電率を変化させる感湿膜にて構成され、互いに逆位相となる周期的な搬送波（ＰＷ１、ＰＷ２）が印加される第１可変容量（Ｃ１）と第２可変容量（Ｃ２）とを有し、第１可変容量および第２可変容量が直列接続されることで第１系を構成するセンサエレメント（１０）の他に、第１可変容量および第２可変容量のうちの一方に対して並列接続された誘電膜にて構成される異常検出容量（Ｃｔ１、Ｃｔ２）を有し、該異常検出容量と第１可変容量および第２可変容量のうち該異常検出容量と並列接続されている方と反対側の可変容量とによって直列接続された第１系と異なる系を構成する異常検出用エレメント（２０）を備えるようにしている。

そして、第１可変容量および第２可変容量との間と、異常検出容量と第１可変容量および第２可変容量のうち異常検出容量に対して直列接続された方との間と、の差動容量を電圧変換する変換回路（３０）と、変換回路が出力する信号を処理してセンサ出力として発生させる信号処理回路（４０）と、搬送波の印加を第１系と該第１系とは異なる系のいずれに印加するかを制御する制御回路（５０）とを備え、第１系と該第１系とは異なる系とは第１可変容量および第２可変容量を構成している感湿膜の経時劣化前には湿度に対するセンサ出力の特性が同じ傾きで変化し、経時劣化後には湿度に対するセンサ出力の特性が異なる傾きで変化するように、第１可変容量と第２可変容量および異常検出容量が設定されていることを特徴としている。

このように構成された湿度センサを用いて、センサエレメントに含まれる第１、第２可変容量と異常検出用エレメントに含まれる異常検出容量とを組み合わせて湿度検出を行う。これにより、第１系と第１系とは異なる系による湿度検出が行える。そして、感湿膜が経時劣化していない場合と経時劣化が生じている場合とで、センサ特性が変化することになるため、各系での湿度検出の結果は感湿膜が経時劣化していない場合からずれた値となる。したがって、各系での湿度検出の結果を比較することで感湿膜が経時劣化していない場合からずれている異常を、つまりセンサ特性不良を検出することができる。これにより、ヒータ加熱を行うことなく、感湿膜の経時劣化によるセンサ特性不良を的確に検出することが可能となる。

請求項２に記載の発明では、異常検出用エレメントは、第１可変容量に対して並列接続された第１容量（Ｃｔ１）と第２可変容量に並列接続された第２容量（Ｃｔ２）とを有し、第１系とは異なる系として、第１容量と第２可変容量にて構成される第２系と第１可変容量と第２容量にて構成される第３系とを有していることを特徴としている。

このように、３つの系を備えるようにすれば、感湿膜の経時劣化に伴うセンサ特性の変動量の絶対値を求めることができる。したがって、この変動量の絶対値に基づいて異常検出を行っても良いし、これをフィードバックして補正すれば、感湿膜の経時劣化に起因する変動をキャンセルでき、感湿膜が経時変化しても正確な湿度を検出することが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかる湿度センサの回路構成を示したブロック図である。 センサエレメント１０と異常検出用エレメント２０の回路構成を模式的に示した回路図である。 感湿膜の経時劣化前と経時劣化後のセンサ出力に対する湿度の特性の一例を示した図である。 本発明の第２実施形態にかかる湿度センサの回路構成を示したブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。まず、図１を参照して、本実施形態にかかる容量式の湿度センサの構成について説明する。

図１に示すように、湿度センサは、センサエレメント１０、異常検出用エレメント２０、Ｃ−Ｖ変換回路３０、信号処理回路４０および制御回路５０を有した構成とされている。

センサエレメント１０は、感湿膜によって形成された第１可変容量Ｃ１と第２可変容量Ｃ２を備えた構成とされている。感湿膜は、湿度に応じて変化する水分の付着量に基づいて容量を変化させる誘電膜によって構成されている。この感湿膜の表裏両面に固定電極を備えることで各可変容量Ｃ１、Ｃ２が構成されている。第１可変容量Ｃ１と第２可変容量Ｃ２は、互いの一方の固定電極同士が接続されることで直列接続されており、もう一方の固定電極にはスイッチ１１、１２を介して互いに反転する周期的な矩形波の電圧信号（搬送波）ＰＷ１、ＰＷ２が印加可能となっている。そして、通常の湿度検出時には、スイッチ１１、１２がオンされることで、第１可変容量Ｃ１と第２可変容量Ｃ２との間の電位が湿度変化により生じる微小容量変化を表す差動容量（以下、容量差ΔＣという）としてＣ−Ｖ変換回路３０に入力されるようになっている。

第１可変容量Ｃ１と第２可変容量Ｃ２は同じ容量ではなくアンバランスな容量とされ、湿度に応じた容量の変化が第１可変容量Ｃ１と第２可変容量Ｃ２とで変わるように設定されている。第１可変容量Ｃ１と第２可変容量Ｃ２の間の容量差ΔＣについては、そのままの値で出力するとセンサ出力が飽和してしまうため、特定湿度の時に容量差ΔＣが０となるようにオフセット補正してある。

異常検出用エレメント２０は、第１可変容量Ｃ１に並列接続された第１容量Ｃｔ１と第２可変容量Ｃ２に並列接続された第２容量Ｃｔ２を備えた構成とされている。第１容量Ｃｔ１と第２容量Ｃｔ２は、異常検出容量に相当するもので、感湿膜ではないが誘電膜で構成され、誘電膜の表裏両面に固定電極を備えることで各容量Ｃｔ１、Ｃｔ２が構成されている。これら第１容量Ｃｔ１と第２容量Ｃｔ２も、互いの一方の固定電極同士が接続されることで直列接続されており、もう一方の固定電極にはスイッチ１３、１４を介して互いに反転する周期的な矩形波の電圧信号（搬送波）ＰＷ１、ＰＷ２が印加可能となっている。また、センサエレメント１０における第１可変容量Ｃ１と第２可変容量Ｃ２との間と異常検出用エレメント２０における第１容量Ｃｔ１と第２容量Ｃｔ２との間は接続されている。このため、異常検出時には、スイッチ１１〜１４のオンオフ動作に基づいて、様々な組み合わせの容量間の電位が容量差ΔＣとしてＣ−Ｖ変換回路３０に入力可能となっている。

第１容量Ｃｔ１と第２容量Ｃｔ２は、特定の湿度環境下、例えば５０％ＲＨにおいて、第１可変容量Ｃ１および第２可変容量Ｃ２とそれぞれ同じ容量を有する。これら第１容量Ｃｔ１および第２容量Ｃｔ２は、第１可変容量Ｃ１および第２可変容量Ｃ２の容量差ΔＣのオフセット補正を行うためと、第１可変容量Ｃ１および第２可変容量Ｃ２を構成する感湿膜の経時劣化に基づく異常（センサ特性不良）検出を行うために用いられる。

具体的には、第１容量Ｃｔ１および第２容量Ｃｔ２には、オフセット補正を行うためのオフセット補正容量ΔＣｔ１、ΔＣｔ２が含まれているのに加えて、異常検出用の容量Ｃｔ１’、Ｃｔ２’が含まれている。このため、センサエレメント１０と異常検出用エレメント２０の回路構成を模式的に示すと、図２のような回路図となる。これにより、オフセット補正容量ΔＣｔ１、ΔＣｔ２により、第１可変容量Ｃ１および第２可変容量Ｃ２の特定湿度時の容量差ΔＣが０となるようにしている。また、異常検出用の容量Ｃｔ１’、Ｃｔ２’により、第１容量Ｃｔ１および第２容量Ｃｔ２が特定の湿度環境下において第１可変容量Ｃ１および第２可変容量Ｃ２とそれぞれ同じ容量となるようにしている。

なお、第１容量Ｃｔ１および第２容量Ｃｔ２に含まれるオフセット補正容量ΔＣｔ１、ΔＣｔ２については、第１可変容量Ｃ１および第２可変容量Ｃ２の容量差ΔＣに基づいて予め調整される。また、上記したように、第１可変容量Ｃ１と第２可変容量Ｃ２との間および第１容量Ｃｔ１と第２容量Ｃｔ２との間が接続されているが、以下の説明では、この接続箇所を接続点Ａという。

Ｃ−Ｖ変換回路３０は、第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２や第１、第２容量Ｃｔ１、Ｃｔ２のいずれかの組み合わせからなる差動容量の変化を電圧に変換して取り出すもので、オペアンプ３１、コンデンサ３２、スイッチ３３とを有した構成となっている。

オペアンプ３１の反転入力端子は接続点Ａに接続されており、反転入力端子と出力端子との間に、コンデンサ３２およびスイッチ３３が並列に接続されている。スイッチ３３は制御回路５０からのスイッチ制御信号によって駆動されるようになっており、オペアンプ３１の非反転入力端子には、電圧信号ＰＷ１、ＰＷ２として用いられている電圧Ｖｄｄの半分の電圧Ｖｄｄ／２（すなわち中点電圧）が入力される。

信号処理回路４０は、サンプルホールド回路とＳＣＦ（スイッチトキャパシタフィルタ）回路や増幅回路等を備えた構成とされている。サンプルホールド回路は、制御回路５０からの制御信号に基づいて駆動され、Ｃ−Ｖ変換回路３０の出力をサンプリングして一定期間保持する。ＳＣＦ回路は、サンプルホールド回路の出力電圧からノイズ除去を行い、所定の周波数帯域の成分のみを取り出す。増幅回路は、ＳＣＦ回路によるノイズ除去後の信号を所定の増幅率で増幅する回路であり、この増幅回路による増幅後の信号がセンサ出力として発生させられる。増幅回路での増幅率については、センサ出力と湿度との関係が所望のセンサ特性と一致するように調整してあり、第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２と第１、第２容量Ｃｔ１、Ｃｔ２のうち選択される容量に応じて個々の増幅率が設定できるようになっている。

制御回路５０は、電圧信号ＰＷ１、ＰＷ２、スイッチ１１〜１４の切替えタイミングを示すスイッチ制御信号、スイッチ３３の切替えタイミングを示す制御信号、サンプルホールド回路や増幅回路への制御信号を出力する。具体的には、制御回路５０は、電圧信号ＰＷ１を第１可変容量Ｃ１と第１容量Ｃｔ１のいずれに印加するかや、電圧信号ＰＷ２を第２可変容量Ｃ２と第２容量Ｃｔ２のいずれに印加するかを制御する。また、制御回路５０は、電圧信号ＰＷ１、ＰＷ２の周期に合わせてスイッチ３３のオンオフを制御したり、サンプルホールド回路のサンプリングタイミングを制御している。さらに、制御回路５０は、信号処理回路４０内の増幅回路に対して通常の湿度検出時であるか異常検出時であるかを制御信号にて示すようにしている。

なお、例えばセンサ出力や制御回路５からの制御信号が外部に備えられたマイコンに入力され、マイコンでセンサ出力に基づいて湿度検出や異常検出が行われるようになっている。

上記のように構成された湿度センサでは、初期設定として、オフセット補正や増幅回路での増幅率の調整を行って、湿度（％ＲＨ）とセンサ出力との関係が所望の関係となるように設定している。

まず、特定湿度の時に第１可変容量Ｃ１と第２可変容量との容量差ΔＣが０となるように第１容量Ｃｔ１と第２容量Ｃｔ２に含まれるオフセット補正容量ΔＣ１、ΔＣ２および増幅回路における増幅率を設定している。これにより、スイッチ１１、１２がオン、スイッチ１３、１４がオフされて、第１可変容量Ｃ１と第２可変容量との容量差ΔＣに基づいてセンサ出力を発生させるときのセンサ特性が所望の特性となる。これがセンサ特性の基準特性となる。

また、異常検出のために、第１可変容量Ｃ１および第２容量Ｃｔ２とを用いて参照湿度検出が行えるようにする。そして、この場合の参照湿度とセンサ出力との関係で示される特性が第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２を用いる場合のセンサ特性と一致するように増幅率を合わせ込む。同様に、異常検出のために、第２可変容量Ｃ２および第１容量Ｃｔ１とを用いて参照湿度検出が行えるようにする。そして、この場合の参照湿度とセンサ出力との関係で示される特性が第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２を用いる場合のセンサ特性と一致するように増幅率を合わせ込む。

このような設定を行っておけば、感湿膜が経時劣化していなければ、第１可変容量Ｃ１と第２可変容量Ｃ２の系（第１系）と第１可変容量Ｃ１と第２容量Ｃｔ２もしくは第２可変容量Ｃ２と第１容量Ｃｔ１の系（第２系または第３系）いずれの場合でも、同じセンサ出力が同じ湿度を表すことになる。

続いて、初期設定完了後の湿度センサの作動について、通常の湿度検出時と異常検出時と分けて説明する。通常の湿度検出は、例えば湿度センサが車両搭載用として用いられている場合であれば、イグニッションスイッチがオンされている期間中に行われる。この期間中常に湿度検出を行っても良いが、湿度は急激には変化しないことから、消費電力低減を図るために、所定周期毎にウェイクアップさせて湿度検出を行い、それ以外の期間はスリープ状態となるようにしても良い。異常検出は、湿度センサへの電源投入が行える状況であればいつ行われても良く、例えばイグニッションスイッチがオンされると同時に行われるイニシャルチェック時などに行われる。

通常の湿度検出時には、制御回路５０からのスイッチ制御信号に基づいて、スイッチ１１、１２がオンされ、スイッチ１３、１４がオフされる。したがって、電圧信号ＰＷ１、ＰＷ２は、スイッチ１１、１２を介して第１可変容量Ｃ１および第２可変容量Ｃ２に印加される。そして、制御回路５０から電圧信号ＰＷ１、ＰＷ２の周期に対応してスイッチ３３のオンオフが制御するための制御信号やサンプルホールド回路への制御信号が出力される。これにより、信号処理回路４０から第１可変容量Ｃ１と第２可変容量Ｃ２との容量差ΔＣに応じたセンサ出力が発生させられ、マイコンにて、予め記憶しておいたセンサ出力と湿度との関係に基づいて湿度を検出することができる。

なお、湿度検出時におけるスイッチ３３のオンオフタイミングやサンプルホールド回路の制御については、特許文献１に示される加速度検出のときと同様である。

また、異常検出時には、通常の湿度検出時と同様にスイッチ１１、１２をオン、スイッチ１３、１４をオフさせて上記湿度検出時と同様の動作を行うと共に、異常検出用エレメント２０を用いて上記湿度検出時と同様の動作を異常検出用に行う。本実施形態の場合、異常検出用に、スイッチ１１、１４をオン、スイッチ１２、１３をオフさせて上記湿度検出時と同様の動作を行うと共に、スイッチ１１、１４をオフ、スイッチ１２、１３をオンさせて上記湿度検出時と同様の動作を行っている。すなわち、第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２と第１、第２容量Ｃｔ１、Ｃｔ２を組み合わせて湿度測定を行うことで、異常検出を行う。このときの組み合わせの順番については任意であるが、ここではその一例を挙げて説明する。

まず、通常の湿度検出時と同様に、スイッチ１１、１２をオン、スイッチ１３、１４をオフすることで、第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２を用いて湿度検出を行う。このときの湿度は、第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２を用いて検出された値であることから、第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２を構成する感湿膜が経時劣化している場合には、その経時劣化に起因するセンサ特性変動が含まれた値となる。

続いて、スイッチ１１、１４をオン、スイッチ１２、１３をオフすることで、第１可変容量Ｃ１と第２容量Ｃｔ２を用いて湿度検出を行う。このときの湿度は、第１可変容量Ｃ１と第２容量Ｃｔ２を用いて検出された値である。そして、第２容量Ｃｔ２は感湿膜ではない誘電膜で構成されていて経時劣化がほぼ生じないことから、第１可変容量Ｃ１を構成する感湿膜が経時劣化している場合には、その経時劣化に起因するセンサ特性変動が含まれた湿度となる。

さらに、スイッチ１１、１４をオフ、スイッチ１２、１３をオンすることで、第２可変容量Ｃ２と第１容量Ｃｔ１を用いて湿度検出を行う。このときの湿度は、第２可変容量Ｃ２と第２容量Ｃｔ１を用いて検出された値である。そして、第１容量Ｃｔ１は感湿膜ではない誘電膜で構成されていて経時劣化がほぼ生じないことから、第２可変容量Ｃ２を構成する感湿膜が経時劣化している場合には、その経時劣化に起因するセンサ特性変動が含まれた湿度となる。

このように、センサエレメント１０に含まれる第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２と異常検出用エレメント２０に含まれる第１、第２容量Ｃｔ１、Ｃｔ２とを組み合わせて湿度検出を行う。これにより、第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２の系と第１可変容量Ｃ１と第２容量Ｃｔ２の系および第２可変容量Ｃ２と第１容量Ｃｔ１の系の３つの系による湿度検出が行える。

そして、感湿膜が経時劣化していない場合と経時劣化が生じている場合とで、センサ特性が変化することになるため、上記３つの系での湿度検出の結果は感湿膜が経時劣化していない場合からずれた値となる。したがって、３つの系での湿度検出の結果を比較することで感湿膜が経時劣化していない場合からずれている異常を検出することができる。例えば、感湿膜が経時劣化したときには、各系の特性が図３のようにセンサ特性の基準特性からずれることになる。

例えば、図３に示すように、第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２を用いて湿度検出を行ったときには基準特性よりも、同じ湿度であってもセンサ出力が高い値として現れる（図中（１））。第１可変容量Ｃ１と第２容量Ｃｔ２を用いて湿度検出を行ったときにも基準特性よりも、同じ湿度であってもセンサ出力が高い値として現れる（図中（２））。第２可変容量Ｃ２と第１容量Ｃｔ１を用いて湿度検出を行ったときには基準特性よりも、同じ湿度であってもセンサ出力が低い値として現れる（図中（３））。

したがって、感湿膜に経時劣化が生じている場合には、それぞれの系でセンサ出力に基づいて検出される湿度が異なった値となることから、その湿度の差に基づいて経時劣化に起因する湿度センサの異常を検出することができる。例えば、各系での湿度の差が所定の閾値を超えていれば、経時劣化に起因する湿度センサの異常が発生していることを検出している。これにより、感湿膜の経時劣化によるセンサ特性不良を的確に検出することが可能となる。

このように、本実施形態の湿度センサによれば、ヒータ加熱を行うことなく、感湿膜の経時劣化によるセンサ特性不良を検出できる。このような異常検出については、同じ状況下での各系の湿度に基づいて行われ、特定の湿度でなければ行えないものではない。このため、特定の湿度であるか否かにかかわらず、どの湿度においても異常検出が行える。したがって、基準となる正確な湿度を検出するための系を備える必要がなくても、異常検出が行える。また、ヒータ加熱を行わないことから、消費電力の増大を抑制できるし、可燃性ガスが存在する雰囲気中でも湿度センサを適用できる。また、ヒータ加熱による微小な湿度変化が生じないため、より的確に湿度検出を行うことが可能となる。

なお、ここでは第１系から第３系それぞれに対して電圧信号ＰＷ１、ＰＷ２を印加したときのセンサ出力から求められた湿度を比較することでセンサ特性不良を検出したが、センサ出力そのものを比較することでセンサ特性不良を検出しても良い。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態のように増幅回路の増幅率調整によって各系の特性の合わせ込みを行うのではなく、外部記憶装置によって行うようにする。その他については、本実施形態は、第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図４に示すように、信号処理回路４０から出力されたセンサ出力が外部記憶装置６０に伝えられている。外部記憶装置６０には、各系の特性の初期値もしくは、その初期値に応じて各系の特性の合わせ込みを行うに必要な補正値を記憶してある。このため、本実施形態では、外部記憶装置６０において、記憶された初期値もしくは補正値に基づいて各系の特性の合わせ込んだ値にセンサ出力を補正する。そして、外部記憶装置６０による補正後のセンサ出力に基づいてマイコンにて湿度を検出する。

このように、外部記憶装置６０に各系の特性の初期値もしくは、その初期値に応じて各系の特性の合わせ込みを行うのに必要な補正値を記憶しておくようにしても、第１実施形態と同様に、感湿膜の経時劣化による湿度センサの異常を検出できる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２の系と第１可変容量Ｃ１と第２容量Ｃｔ２の系および第２可変容量Ｃ２と第１容量Ｃｔ１の系の３つの系による湿度検出を行って、湿度センサの経時劣化に起因する異常を検出した。しかしながら、これは単なる一例を示したに過ぎず、第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２の系に加えて、第１可変容量Ｃ１と第２容量Ｃｔ２の系もしくは第２可変容量Ｃ２と第１容量Ｃｔ１のいずれか１つの系という少なくとも２つの系があれば、異常検出が行える。すなわち、感湿膜が経時劣化したときに、第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２の系に加えて当該系とセンサ特性の傾き（湿度に対するセンサ出力の傾き）が異なった値になる系が少なくとも１つあれば、異常検出を行うことができる。

ただし、３つの系を備えるようにすれば、感湿膜の経時劣化に伴うセンサ特性の変動量の絶対値を求めることができる。すなわち、第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２の系を用いたときに得られた湿度には第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２を構成する感湿膜の経時劣化が含まれた値となる。また、第１可変容量Ｃ１と第２容量Ｃｔ２の系を用いたときに得られた湿度には第１可変容量Ｃ１を構成する感湿膜の経時劣化が含まれた値となる。さらに、第２可変容量Ｃ２と第１容量Ｃｔ１の系を用いたときに得られた湿度には第２可変容量Ｃ２を構成する感湿膜の経時劣化が含まれた値となる。したがって、第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２を構成する感湿膜の経時劣化を変数として、３つの系にて２つの変数が含まれる３つの関数式を導出することができる。このため、その関数式を解くことで２つの変数を求めることができ、これが第１、第２可変容量Ｃ１、Ｃ２を構成する感湿膜の経時劣化に対応したセンサ出力の誤差、つまり湿度の誤差となる。この誤差分をフィードバックして例えば増幅率や外部記憶装置６０内の補正量を補正することで、感湿膜の経時劣化に起因する変動をキャンセルでき、感湿膜が経時変化しても正確な湿度を検出することが可能となる。

なお、感湿膜の経時変化に伴う湿度の誤差については、どのような湿度であっても同程度の誤差となる。このため、検出された誤差分をフィードバックして補正すれば、どのような湿度であっても、感湿膜の経時劣化に起因する変動をキャンセルでき、感湿膜が経時変化しても正確な湿度を検出することが可能となる。

また、上記実施形態では、外部記憶装置６０や図示しないマイコンを湿度センサの外部に備えた構成について説明したが、これらが湿度センサ内に備えられていても良い。

さらに、上記実施形態において、センサ特性不良が検出されると図示しない報知手段に対してセンサ特性不良が検出されたこと示す信号を送り、報知手段にてセンサ特性不良が検出されたことを報知させることもできる。

１０ センサエレメント
１１〜１４ スイッチ
２０ 異常検出用エレメント
３０ Ｃ−Ｖ変換回路
４０ 信号処理回路
５０ 制御回路
６０ 外部記憶装置
Ｃ１ 第１可変容量
Ｃ２ 第２可変容量
Ｃｔ１ 第１容量
Ｃｔ２ 第２容量

Claims (7)

1. 湿度に応じて誘電率を変化させる感湿膜にて構成され、互いに逆位相となる周期的な搬送波（ＰＷ１、ＰＷ２）が印加される第１可変容量（Ｃ１）と第２可変容量（Ｃ２）とを有し、前記第１可変容量および前記第２可変容量が直列接続されることで第１系を構成するセンサエレメント（１０）と、
   前記第１可変容量および前記第２可変容量のうちの一方に対して並列接続された誘電膜にて構成された異常検出容量（Ｃｔ１、Ｃｔ２）を有し、該異常検出容量と前記第１可変容量および前記第２可変容量のうち該異常検出容量と並列接続されている方と反対側の可変容量とによって直列接続された前記第１系と異なる系を構成する異常検出用エレメント（２０）と、
   前記第１可変容量および第２可変容量との間や、前記異常検出容量と前記第１可変容量および前記第２可変容量のうち前記異常検出容量に対して直列接続された方との間の差動容量を電圧変換する変換回路（３０）と、
   前記変換回路が出力する信号を処理してセンサ出力として発生させる信号処理回路（４０）と、
   前記搬送波の印加を前記第１系と該第１系とは異なる系のいずれに印加するかを制御する制御回路（５０）と、を有し、前記センサ出力に基づいて湿度の検出が行われるように構成され、
   前記第１系と該第１系とは異なる系とは前記第１可変容量および前記第２可変容量を構成している感湿膜の経時劣化前には湿度に対するセンサ出力の特性が同じ傾きで変化し、前記経時劣化後には湿度に対するセンサ出力の特性が異なる傾きで変化するように、前記第１可変容量と前記第２可変容量および前記異常検出容量が設定されていることを特徴とする湿度センサ。
2. 前記異常検出用エレメントは、前記第１可変容量に対して並列接続された第１容量（Ｃｔ１）と前記第２可変容量に並列接続された第２容量（Ｃｔ２）とを有し、前記第１系とは異なる系として、前記第１容量と前記第２可変容量にて構成される第２系と前記第１可変容量と前記第２容量にて構成される第３系とを有していることを特徴とする請求項１に記載の湿度センサ。
3. 前記信号処理回路は、増幅回路を有しており、前記経時劣化前において、前記第１系と前記第２系および前記第３系における湿度に対するセンサ出力の特性が一致するように前記増幅回路の増幅率が前記第１系と前記第２系および前記第３系それぞれで設定されており、異常検出時に、前記第１系と前記第２系および前記第３系それぞれに対して前記搬送波を印加したときのセンサ出力もしくは該センサ出力から求められる湿度を比較することでセンサ特性不良を検出することを特徴とする請求項２に記載の湿度センサ。
4. 前記異常検出時に、前記第１系と前記第２系および前記第３系それぞれに対して前記搬送波を印加したときのセンサ出力もしくは該センサ出力から求められる湿度の誤差分をフィードバックして前記増幅回路における増幅率を補正することを特徴とする請求項３に記載の湿度センサ。
5. 前記第１系と前記第２系および前記第３系それぞれにおけるセンサ出力もしくは該センサ出力から求められる湿度の補正量を記憶装置（６０）に記憶させてあり、異常検出時には前記第１系と前記第２系および前記第３系それぞれに対して前記搬送波を印加したときのセンサ出力もしくは該センサ出力から求められる湿度を前記記憶装置に記憶させた補正量にて補正してから比較することでセンサ特性不良を検出することを特徴とする請求項２に記載の湿度センサ。
6. 前記異常検出時に、前記第１系と前記第２系および前記第３系それぞれに対して前記搬送波を印加したときのセンサ出力もしくは該センサ出力から求められる湿度の誤差分をフィードバックして前記記憶装置に記憶させた補正量を補正することを特徴とする請求項５に記載の湿度センサ。
7. 前記センサ特性不良が検出されると報知手段に対して前記センサ特性不良が検出されたことを報知させることを指示することを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１つに記載の湿度センサ。

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