JP2006343317A - 素子インピーダンス検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電圧変化量のホールド値の誤検出に起因する素子インピーダンスの検出精度の低下を抑制できる素子インピーダンス検出装置を提供する。
【解決手段】 素子インピーダンス検出装置（１）においては、第１ローパスフィルタ（７１）を備えることで、信号ホールド回路（５５）に入力される素子抵抗値信号Ｒｐｖｓに対して点火ノイズなどに起因したノイズ成分が重畳されるのを抑制でき、信号ホールド回路（５５）が保持する素子抵抗値信号Ｒｐｖｓのホールド値に、ノイズに起因する検出誤差が生じるのを抑制できる。したがって、素子インピーダンス検出装置（１）は、第１ローパスフィルタ（７１）を備えることで電圧変化量ΔＶｓ（素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ）のホールド値の誤検出を抑制できるため、素子インピーダンスの検出精度の低下を抑制することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被検出ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するガス濃度センサ素子の素子インピーダンスを検出する素子インピーダンス検出装置に関する。

従来より、固体電解質体を備えて形成されるガス濃度センサ素子のインピーダンスを検出する装置として、ガス濃度センサ素子に対して検出用電流を通電したときの電圧変化量に基づき、素子インピーダンスを検出する装置が知られている（特許文献１および特許文献２参照）。

そして、素子インピーダンスはガス濃度センサ素子の温度に応じて変化する特性を有することから、検出された素子インピーダンスは、ガス濃度センサ素子の温度制御に用いることができる（特許文献３参照）。

なお、素子インピーダンスを検出するための電気信号に対してノイズが重畳されると、素子インピーダンスの検出精度が低下することから、ノイズの影響を低減するためにフィルタ手段を用いることがある。特に、素子インピーダンスを検出する装置を車両に搭載した場合、車両にはノイズ発生源となる電気機器（点火コイル、発電機など）が数多く備えられているため、ノイズの影響を低減した形で素子インピーダンスを検出することは重要となる。

なお、フィルタ手段としては、ノイズと同様の周波数成分を除去するフィルタ回路や、電圧変化量の信号をＡ／Ｄ変換した後の信号についてソフトウェアによるフィルタ処理を行いノイズ成分を除去するフィルタ手段などを挙げることができる。例えば、特許文献１に記載の素子インピーダンス検出装置（素子抵抗検出装置）においては、電圧変化量保持手段（ピークホールド回路３１）の後段における信号（ピークホールド回路３１から出力された電圧変化量のピーク値信号）に重畳されたノイズの影響は、ローパスフィルタ４１によって低減される（図５参照）。
特開２０００−０８１４１４号公報（請求項１、図５） 特開２０００−３２９７３０号公報（請求項１） 特開平１０−０４８１８０号公報（請求項１）

しかし、上記従来の素子インピーダンス検出装置のように、電圧変化量保持手段の後段にフィルタを設ける構成においては、電圧変化量のホールド値信号に重畳されるノイズの影響は低減できるものの、電圧変化量のホールド値を検出する前段階の信号に対して重畳されるノイズの影響を低減できないという問題がある。

つまり、ホールド値を検出する前段階の電圧変化量の信号に対してノイズが重畳されると、ノイズの影響により電圧変化量の信号が大きな値に変動してしまい、電圧変化量のホールド値が実際の値よりも大きい値として誤検出される。このようにして電圧変化量のホールド値が誤って検出されると、素子インピーダンスの検出精度が低下する。

そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、電圧変化量のホールド値の誤検出に起因する素子インピーダンスの検出精度の低下を抑制できる素子インピーダンス検出装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、固体電解質体よりなるガス濃度センサ素子の素子インピーダンスを検出する素子インピーダンス検出装置であって、ガス濃度センサ素子に対して素子インピーダンスを検出するための検出用電流を、第１の一定期間にわたり通電する検出用電流通電手段と、検出用電流の通電によるガス濃度センサ素子の両端における電圧変化量を検出する電圧変化量検出手段と、電圧変化量検出手段により検出される電圧変化量を電圧変化量ホールド値として保持する電圧変化量保持手段と、電圧変化量保持手段に保持された電圧変化量ホールド値を出力する信号出力手段と、電圧変化量検出手段から電圧変化量保持手段までの信号経路において、予め定められた保持前境界周波数よりも高い周波数帯域を除去する保持前フィルタ手段と、を備えることを特徴とする素子インピーダンス検出装置である。

この素子インピーダンス検出装置においては、保持前フィルタ手段を備えることにより、保持前フィルタ手段の前段における信号経路で重畳されるノイズ成分（予め定められた保持前境界周波数よりも高い周波数帯域成分）を除去できる。

これにより、電圧変化量保持手段に入力される電圧変化量に対してノイズ成分が重畳されるのを抑制でき、電圧変化量保持手段が検出する電圧変化量のホールド値がノイズに起因して誤検出されるのを抑制できる。
よって、本発明によれば、電圧変化量のホールド値の誤検出を抑制することができ、素子インピーダンスの検出精度の低下を抑制することができる。

ここで、電圧変化量保持手段の回路構成は特に限定されないが、その態様としては、電圧変化量検出手段が検出する電圧変化量に応じた電圧値に充電され、その電圧値を電圧変化量ホールド値として保持するための電圧保持コンデンサと、オン状態になることで、電圧変化量検出手段からの出力電圧を電圧保持コンデンサに充電させることを許容する充電許容スイッチング手段と、この充電許容スイッチング手段のオン／オフ状態を切り替え制御するスイッチング制御部とから構成すると良い。比較的簡易な回路構成で、電圧変化量検出手段としての機能を得ることができるからである。

そして、このような回路構成の電圧変化量保持手段において、電圧変化量検出手段からの出力電圧を電圧保持コンデンサに充電し電圧変化量ホールド値として保持するには、例えば、検出用電流の通電開始と同期してあるいは通電開始の直前に充電許容スイッチング手段をオフからオン状態に切り替え、検出用電流が通電される一定期間内のあるタイミングで充電許容スイッチング手段をオフ状態に切り替えることで実現できる。

ところで、電圧保持コンデンサに電圧変化量ホールド値が保持された状態で、上述したように充電許容スイッチング手段を検出用電流の通電開始と同期してあるいは通電開始の直前にオフからオン状態に切り替えると、電圧変化量検出手段のもとでの電圧変動が検出用電流の通電開始により実質的に生ずる関係もあって、電圧保持コンデンサに充電された電荷が電圧変化量検出手段側に放電され、電圧変化量ホールド値はほぼ０Ｖまで下がることになる。そして、電圧保持コンデンサの電圧変化量ホールド値がほぼ０Ｖとされた状態で、電圧変化量検出手段からの出力電圧が充電されることになる。但し、本発明のように保持前フィルタ手段を備える構成では、電圧変化量検出手段からの出力電圧はなまされて電圧保持コンデンサに充電されるため、電圧変化量検出手段からの出力電圧の変化が特に大きく現れる場合、その電圧変化量が真値（本来取り得る電圧変化量に対応した電圧値）になる（到達する）前に電圧変化量ホールド値としてホールドされる可能性がある。

そこで、上記の素子インピーダンス検出装置であって、電圧変化量保持手段が、電圧変化量検出手段が検出する電圧変化量に応じた電圧値に充電され、その電圧値を電圧変化量ホールド値として保持するための電圧保持コンデンサと、オン状態になることで、電圧変化量検出手段からの出力電圧を電圧保持コンデンサに充電させることを許容する充電許容スイッチング手段と、検出用電流通電手段によりガス濃度センサ素子に通電を開始してから第１の一定時間より短い第２の一定時間の経過後であって、かつ第１の一定時間内の特定期間にわたって、充電許容スイッチング手段をオフからオン状態に切り替え制御するスイッチング制御部と、を備えると良い。

本発明の素子インピーダンス検出装置によれば、検出用電流の通電が開始されて電圧変化量検出手段のもとでの電圧変化が生じている最中に、充電許容スイッチング手段がオフからオン状態に切り替えられる。これにより、充電許容スイッチング手段がオン状態に切り替えられても、電圧保持コンデンサに保持されていた電圧変化量ホールド値は０Ｖに下がることはなく、かつ保持前フィルタ手段に入力され始める出力電圧はある程度の値にまで達しているので、電圧変化量ホールド値として保持される値（電圧変化量）は、真値あるいは真値に近い値を示すことになる。
従って、本発明の素子インピーダンス検出装置によれば、電圧保持コンデンサに入力される電圧変化量に対してノイズ成分が重畳するのを抑制するための保持前フィルタ手段を設けた際にも、電圧保持コンデンサにてホールドされる電圧変化量ホールド値を真値ないし真値に近づけることができ、素子インピーダンスの検出精度を向上させることができる。

また、上記目的を達成するためになされた請求項３に記載の発明は、固体電解質体よりなるガス濃度センサ素子の素子インピーダンスを検出する素子インピーダンス検出装置であって、ガス濃度センサ素子に対して素子インピーダンスを検出するための検出用電流を通電する検出用電流通電手段と、検出用電流の通電によるガス濃度センサ素子の両端における電圧変化量を検出する電圧変化量検出手段と、電圧変化量検出手段により検出される電圧変化量を電圧変化量ホールド値として保持する電圧変化量保持手段と、電圧変化量保持手段に保持された電圧変化量ホールド値を出力する信号出力手段と、を備えており、電圧変化量保持手段は、電圧変化量検出手段が検出する電圧変化量に応じた電圧値に充電され、その電圧値を前記電圧変化量ホールド値として保持するための電圧保持コンデンサを備えており、電圧保持コンデンサと共にローパスフィルタを構成する抵抗素子を備え、電圧保持コンデンサおよび抵抗素子により構成されるローパスフィルタは、予め定められた保持前境界周波数よりも高い周波数帯域を除去すること、を備えることを特徴とする素子インピーダンス検出装置である。

この素子インピーダンス検出装置においては、電圧保持コンデンサおよび抵抗素子により構成されるローパスフィルタを備えることで、電圧変化量保持手段に入力される電圧変化量の信号に重畳されるノイズ成分（予め定められた保持前境界周波数よりも高い周波数帯域成分）を除去できる。

これにより、電圧変化量保持手段に入力される電圧変化量に対してノイズ成分が重畳されるのを抑制でき、電圧変化量保持手段が検出する電圧変化量のホールド値がノイズに起因して誤検出されるのを抑制できる。

よって、本発明によれば、電圧変化量のホールド値の誤検出を抑制することができ、素子インピーダンスの検出精度の低下を抑制することができる。さらに、本発明の素子インピーダンス検出装置では、電圧変化量保持手段を構成する電圧保持コンデンサを、ローパスフィルタを構成するためのコンデンサとしても兼用させているため、使用するコンデンサの数を削減でき、装置構成が複雑化せず且つコストが安くなるという利点もある。

さらに、上記の素子インピーダンス検出装置であって、電圧変化量保持手段は、電圧保持コンデンサに加え、オン状態になることで、電圧変化量検出手段からの出力電圧を電圧保持コンデンサに充電させることを許容する充電許容スイッチング手段と、検出用電流通電手段によりガス濃度センサ素子に通電を開始してから第１の一定時間より短い第２の一定時間の経過後であって、かつ第１の一定時間内の特定期間にわたって、充電許容スイッチング手段をオフからオン状態に切り替え制御するスイッチング制御部と、を備えると良い。

本発明の素子インピーダンス検出装置によれば、検出用電流の通電が開始されて電圧変化量検出手段のもとでの電圧変化が生じている最中に、充電許容スイッチング手段がオフからオン状態に切り替えられる。これにより、充電許容スイッチング手段がオン状態に切り替えられても、電圧保持コンデンサに保持されていた電圧変化量ホールド値は０Ｖに下がることはなく、かつ電圧保持コンデンサおよび抵抗素子により構成されるローパスフィルタに入力され始める出力電圧はある程度の値にまで達しているので、電圧変化量ホールド値としてホールドされる値（電圧変化量）は、真値あるいは真値に近い値を示すことになる。
従って、本発明の素子インピーダンス検出装置によれば、電圧保持コンデンサに入力される電圧変化量に対してノイズ成分が重畳するのを抑制するための上記ローパスフィルタを設けた際にも、電圧保持コンデンサにて保持される電圧変化量ホールド値を真値ないし真値に近づけることができ、素子インピーダンスの検出精度を向上させることができる。

ここで、電圧変化量に重畳されるノイズ成分は、素子インピーダンス検出装置の設置環境（周囲に配置される外部機器の種類など）によって周波数帯域が異なる場合があることから、保持前境界周波数は、ノイズ成分を除去するように設置環境に応じて値を設定すればよい。

また、保持前フィルタ手段あるいはローパスフィルタ（電圧保持コンデンサおよび抵抗素子により構成されるローパスフィルタ）による特定周波数成分除去（フィルタリング）が、ノイズ成分のみならず電圧変化量の検出にまで影響すると、電圧変化量のホールド値の検出精度に悪影響を及ぼす虞がある。

そこで、上記の素子インピーダンス検出装置においては、保持前境界周波数が３［ｋＨｚ］以上であるとよい。
つまり、このように保持前境界周波数が設定された保持前フィルタ手段あるいはローパスフィルタ（電圧保持コンデンサおよび抵抗素子により構成されるローパスフィルタ）は、少なくとも３［ｋＨｚ］以下の周波数帯域の成分を除去しないため、この周波数帯域に含まれる電圧変化量は、保持前フィルタ手段あるいはローパスフィルタにより除去されることなく電圧変化量保持手段に入力される。

これにより、保持前フィルタ手段あるいはローパスフィルタによるフィルタリングが、電圧変化量の検出にまで影響が及ぶのを避けることができ、素子インピーダンスの検出精度が低下するのを抑制できる。

また、素子インピーダンスの検出対象となるガス濃度センサ素子は、単一の固体電解質体を備える構成（いわゆる１セルタイプ）のものに限定されず、固体電解質体にて形成される複数のセルを有する構成のものであってもよい。

そして、複数のセルを有するガス濃度センサ素子の素子インピーダンスを検出するにあたっては、少なくとも１つのセルに検出用電流を通電するようにし、検出用電流を流したセルの両端における電圧変化量を検出するようにすればよい。

なお、複数のセルを有するガス濃度センサ素子の具体例としては、起電力セルとポンプセルとを有する２セルタイプのガス濃度センサ素子が挙げられる。なお、この２セルタイプのガス濃度センサ素子においては、ポンプセルは、起電力セルとの間に被検出ガスを導入可能な拡散室を介して起電力セルに積層され、ポンプ電流に応じて拡散室内の酸素を出し入れするためのセルとして備えられる。なお、検出用電流が通電されるセルとしては、ポンプセルであっても起電力セルであっても良い。また、他のガス濃度センサ素子としては、起電力セルと第１ポンプセルと第２ポンプセルとを有する３セルタイプのガス濃度センサ素子が挙げられる。この３セルタイプのガス濃度センサ素子としては、第１ポンプセルは、被検出ガスを導入可能な第１拡散室を介して起電力セルの表面側に積層されており、第２ポンプセルは、第１拡散室と連通する第２拡散室を介して起電力セルの裏面側に積層される構造のものを例示することができる。

次に、上記の素子インピーダンス検出装置においては、電圧変化量保持手段から信号出力手段までの信号経路において、予め定められた出力前境界周波数よりも高い周波数帯域を除去する出力前フィルタ手段を備えてもよい。

つまり、保持前フィルタ手段あるいはローパスフィルタ（電圧保持コンデンサおよび抵抗素子により構成されるローパスフィルタ）に加えて、出力前フィルタ手段を備えることで、信号出力手段から外部に出力される電圧変化量のホールド値に重畳されるノイズ成分を除去することができる。

これにより、素子インピーダンス検出装置が外部に出力する電圧変化量のホールド値においては、ノイズ成分の影響による検出誤差をより一層小さくできる。
よって、本発明によれば、ノイズ成分の影響による電圧変化量のホールド値の検出誤差をより一層小さくすることができ、素子インピーダンスの検出精度をさらに向上できる。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
まず、本発明が適用された素子インピーダンス検出装置１の概略構成図を図１に示す。
なお、素子インピーダンス検出装置１は、内燃機関の排気管に設けられるガス濃度センサ素子８から素子抵抗値信号Ｒｐｖｓを検出し、検出した素子抵抗値信号Ｒｐｖｓをヒータ制御回路６０に対して出力する。また、素子インピーダンス検出装置１は、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓの他に、ガス濃度センサ素子８からガス検出信号ＶＩｐを検出し、検出したガス検出信号ＶＩｐを酸素濃度検出回路５２に対して出力する機能も有している。

ここで、ガス濃度センサ素子８の概略構成図を図２に示すと共に、ガス濃度センサ素子について簡単に説明する。
ガス濃度センサ素子８は、ポンプセル１４と、多孔質拡散層１８と、起電力セル２４と、補強板３０とを積層することにより構成されている。

ポンプセル１４は、部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ２）を主体とし、加熱されて活性化することにより酸素イオン伝導性を呈する固体電解質体１５と、白金を主体とし、固体電解質体１５の表面と裏面のそれぞれに形成される多孔質電極１２、１６とから構成されている。また、起電力セル２４は、同じく部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ２）を主体とし、加熱されて活性化することにより酸素イオン伝導性を呈する固体電解質体２３と、白金を主体とし、固体電解質体２３の表面と裏面のそれぞれに形成される多孔質電極２２、２８とから構成されている。

ポンプセル１４のうちで中空の拡散室２０に臨む多孔質電極１６と、起電力セル２４のうちで中空の拡散室２０に臨む多孔質電極２２とは、互いに導通されるとともに、ガス濃度センサ素子８の共通端子ＣＯＭに接続されている。なお、共通端子ＣＯＭは、抵抗器Ｒを介して素子インピーダンス検出装置１のＶｃｅｎｔ点に接続されている（図１参照）。

また、ポンプセル１４の多孔質電極１２は、ガス濃度センサ素子８の出力端子Ｉｐ＋に接続され、起電力セル２４の多孔質電極２８は、ガス濃度センサ素子８の出力端子Ｖｓ＋に接続されている。なお、出力端子Ｉｐ＋は、素子インピーダンス検出装置１におけるオペアンプＯＰ２の出力端子に接続され、出力端子Ｖｓ＋端子は、素子インピーダンス検出装置１における定電流源回路６２に接続されている（図１参照）。

また、補強板３０は、ジルコニアを主体に形成され、起電力セル２４の多孔質電極２８を閉塞しつつ基準酸素室２６を形成するように、起電力セル２４に積層されている。
ポンプセル１４と起電力セル２４との間には、多孔質拡散層１８により包囲された拡散室２０が形成されている。即ち、該拡散室２０は、多孔質拡散層１８を介して測定ガス雰囲気と連通されている。なお、本実施態様では、多孔質物質を充填して成る多孔質拡散層１８を用いるが、この代わりに小孔を配設することも可能である。

なお、ガス濃度センサ素子８の近傍には、ヒータ７０が配置されており、ガス濃度センサ素子８は、ヒータ７０による加熱によりポンプセル１４および起電力セル２４が活性化することで、ガス検出が可能となる。

図１に戻り、素子インピーダンス検出装置１における酸素濃度を測定する動作について説明する。なお、以下では、ガス濃度センサ素子８のポンプセル１４および起電力セル２４が活性化している状態での動作について説明する。
素子インピーダンス検出装置１では、定電流源回路６２より起電力セル２４に一定の微小電流Ｉｃｐを流しつつ、起電力セル２４の両端に発生する電圧Ｖｓが４５０ｍＶになるようにポンプセル１４に流すポンプ電流Ｉｐを制御して、拡散室２０への酸素の汲み入れ、ないし拡散室２０からの酸素の汲み出しを行う。ポンプセル１４に流れるポンプ電流Ｉｐの電流値及び電流方向は、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）に応じて変化することから、このポンプ電流Ｉｐに基づいて排気ガス中の酸素濃度を広域にわたって検出することができる。なお、起電力セル２４に拡散室２０の酸素を多孔質電極２８側に汲み出す方向に微小電流Ｉｃｐを流すことで、基準酸素室２６は内部酸素基準源として機能する。

また、素子インピーダンス検出装置１は、図１に示すように、定電流源回路６２のほか、オペアンプＯＰ１、オペアンプＯＰ２、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３、ＰＩＤ制御回路６９を含んでいる（なお、素子インピーダンス検出装置１は、通常、図示以外の構成も有するがここでは、説明に必要な範囲で図示している）。定電流源回路６２、起電力セル２４、抵抗器Ｒは、この順に接続されて、微小電流Ｉｃｐを流す電流路を構成している。

オペアンプＯＰ２は、一方の入力端子（反転入力端子）がＶｃｅｎｔ点に接続され、他方の入力端子（非反転入力端子）には基準電圧（仮想的なグランド電圧）＋４Ｖが印加され、出力端子はポンプセル１４のＩｐ＋端子に接続されている。ＰＩＤ制御回路６９では、オペアンプＯＰ１を介して接続された起電力セル２４のＶｓ＋端子の電位と、Ｖｃｅｎｔ点における電位との電位差（電圧Ｖｓに相当）が４５０ｍＶとなるように、ポンプセル１４に通電されるポンプ電流Ｉｐの大きさがＰＩＤ制御される。具体的には、ＰＩＤ制御回路６９にて、目標制御電圧（４５０ｍＶ）と起電力セル２４の両端に発生する電圧Ｖｓとの偏差ΔＶｓがＰＩＤ演算され、この偏差ΔＶｓがオペアンプＯＰ２の出力端子にフィードバックされて、ポンプセル１４にポンプ電流Ｉｐを流す。このポンプ電流Ｉｐは、その正負により、ポンプセル１４を介してオペアンプＯＰ２の出力端子に流れ込むか、またはオペアンプＯＰ２の出力端子から供給される。

さらに、素子インピーダンス検出装置１は、ポンプ電流Ｉｐを電圧信号に変換する検出抵抗Ｒ１と、この検出抵抗Ｒ１の両端電圧（電位Ｖｃｅｎｔと電位Ｖｐｉｄとの差分）を差動増幅して、ガス検出信号（Ｖｉｐ信号）として出力する差動増幅回路６１と、を含んでいる。

これらのガス検出信号（Ｖｉｐ信号）は、ガス検出信号出力端子４３（図１参照）から外部の酸素濃度検出回路５２に対して出力される。
そして、酸素濃度検出回路５２は、図示しないマイクロコンピュータを備えるものであり、ガス検出信号（Ｖｉｐ信号）を図示しないＡ／Ｄ変換回路にてデジタル値に変換した後、保持しているマップから対応する酸素濃度値を算出する。そして、酸素濃度検出回路５２は、算出した酸素濃度値酸素濃度値に基づき空燃比を検出する処理を行うと共に、目標空燃比となるように空燃比制御処理を行う。

次に、素子インピーダンス検出装置１における起電力セル２４の抵抗値（温度）測定動作について説明する。
素子インピーダンス検出装置１においては、オペアンプＯＰ１は、コンデンサＣ１、スイッチＳＷ１と共にサンプルホールド回路を形成しており、起電力セル２４の抵抗値測定時にスイッチＳＷ１をオンからオフ状態とし、起電力セル２４の抵抗値測定のための電流通電直前の起電力セル２４の両端に発生する電圧Ｖｓを保持することにより、抵抗値測定直前の電圧ＶｓをＰＩＤ制御回路６９に入力する役割を果たす。

オペアンプＯＰ３は、オペアンプＯＰ１に保持されているホールド値（抵抗値測定用の電流を通電する直前の起電力セル２４の電圧Ｖｓ）と、起電力セル２４に抵抗値測定用の電流−Ｉｃｏｎｓｔを通電した際のＶｓ＋電位との差分に応じた電圧変化量ΔＶｓを出力する。この電圧変化量ΔＶｓは、起電力セル２４のバルク抵抗値に比例することから、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓとして利用可能である。

つまり、オペアンプＯＰ３は、起電力セル２４のバルク抵抗値に比例する素子抵抗値信号Ｒｐｖｓを出力する。なお、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓは、上述したように起電力セル２４のバルク抵抗値に比例するとともに、起電力セル２４の温度に比例する特性を有している。

そして、オペアンプＯＰ３から出力された素子抵抗値信号Ｒｐｖｓは、信号反転回路７５、第１ローパスフィルタ７１、信号ホールド回路５５、第２ローパスフィルタ７３を介して、素子抵抗値信号出力端子４１から外部に出力される。

信号反転回路７５は、オペアンプＯＰ３から出力された素子抵抗値信号Ｒｐｖｓの正負極性を反転させて、反転後の信号のうち値が０以上となる信号を抽出して出力するよう構成されている。

第１ローパスフィルタ７１は、オペアンプＯＰ３から信号ホールド回路５５までの信号経路に備えられており、予め定められた保持前境界周波数（本実施形態では、１０［ｋＨｚ］）よりも大きい周波数帯域の信号成分を除去し、保持前境界周波数以下の周波数帯域の信号成分を通過するフィルタ回路で構成されている。

信号ホールド回路５５は、図７に示すように、電圧保持コンデンサ５７およびスイッチＳＷ４により構成され、スイッチＳＷ４がオフからオン状態に切り替わると、オペアンプＯＰ３から出力される素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ（詳細には、信号反転回路７５により反転抽出された素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ）のサンプルホールドを開始するよう構成されている。つまり、スイッチＳＷ４がオフからオン状態に切り替わると、電圧保持コンデンサ５７に素子抵抗値信号Ｒｐｖｓの充電が開始される。そして、信号ホールド回路５５は、そのスイッチＳＷ４がオンされてから所定期間経過後にオフ状態になると、電圧保持コンデンサ５７にて素子抵抗値信号Ｒｐｖｓの値を保持すると共に、保持している素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ（ホールド値）を出力するよう構成されている。なお、信号ホールド回路５５のスイッチＳＷ４のオン・オフの切り替え制御は、酸素濃度検出回路５２を構成する図示しないマイクロコンピュータから出力された切り替え信号に基づいて実行される。また、この切り替え信号は、入力端子４５を介して素子インピーダンス検出装置１に入力される。なお、入力端子４５には、スイッチＳＷ４のオン・オフの切り替え信号の他、後述するスイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオン・オフの切り替え制御を行うための切り替え信号が酸素濃度検出回路５２のマイクロコンピュータより入力されるようになっている。

第２ローパスフィルタ７３は、信号ホールド回路５５から素子抵抗値信号出力端子４１までの信号経路に備えられており、予め定められた出力前境界周波数よりも大きい周波数帯域の信号成分を除去し、出力前境界周波数以下の周波数帯域の信号成分を通過するフィルタ回路で構成されている。

このようにして、素子インピーダンス検出装置１は、素子抵抗値信号出力端子４１から外部に対して素子抵抗値信号Ｒｐｖｓを出力する。
なお、素子インピーダンス検出装置１において、スイッチＳＷ１は、オペアンプＯＰ１、即ち、サンプルホールド回路電圧ホールド動作を制御する。また、スイッチＳＷ２は、起電力セル２４の抵抗値測定用（インピーダンス検出用）の一定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流すための電流源６３をオン・オフし、スイッチＳＷ３は、スイッチＳＷ２にて流される抵抗値測定用の電流−Ｉｃｏｎｓｔとは逆極性の一定電流＋Ｉｃｏｎｓｔを流すための電流源６４をオン・オフする。

次に、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４のタイミングチャートと共に、起電力セル２４の両端に発生する電圧Ｖｓの波形を、図３に示す。また、信号反転回路７５が出力する反転抽出後の素子抵抗値信号Ｒｐｖｓの波形（図では、ΔＶｓとして波形を図示）、および信号ホールド回路５５が出力するサンプルホールド信号（信号ホールド回路５５が保持している素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ）の波形についても示す。

スイッチＳＷ１は、予め定められたインターバルＴ５毎に設定されたオフ時間Ｔ６（例えば、５００μｓ）に渡りオフし、起電力セル２４の抵抗測定を可能ならしめる。なお、このオフ時間Ｔ６においては、オペアンプＯＰ１等から成るサンプルホールド回路にて、ＰＩＤ制御回路６９への入力値は０．４５Ｖに維持される。

また、スイッチＳＷ１がオンからオフ状態へ切り替わるタイミングに同期して、信号ホールド回路５５のスイッチＳＷ４がオフからオン状態に切り替わる。このとき、サンプルホールド信号（信号ホールド回路５５が保持する素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ）は、オペンアプＯＰ３の出力端子に流れ込み、０Ｖにまで低下する。
スイッチＳＷ１がオフされてから時間Ｔ１が経過した後、スイッチＳＷ２が時間Ｔ３（１００μｓ）に渡りオンし、抵抗値測定用の一定電流−Ｉｃｏｎｓｔが起電力セル２４側に流される。この電流−Ｉｃｏｎｓｔの極性は、起電力セル２４に生じる内部起電力と逆極性であって、この電流−Ｉｃｏｎｓｔによって起電力セル２４の両端の電圧が、図中に示すようにΔＶｓ分低下する。

ここで、電流−Ｉｃｏｎｓｔの通電を開始した後、時間Ｔ２（６０μｓ）が経過すると、信号ホールド回路５５のスイッチＳＷ４がオンからオフ状態に切り替わり、当該時点（通電開始から６０μｓ経過時）でのオペアンプＯＰ３の出力（素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ）の値は、信号ホールド回路５５（電圧保持コンデンサ５７）に保持される。そして、信号ホールド回路５５は、次回の素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ検出のタイミング（具体的には、スイッチＳＷ１がオンからオフ状態に切り替わる時点）まで、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓのホールド値を保持すると共に、保持している素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ（換言すれば、サンプルホールド信号）を出力する。

なお、ここで、電流−Ｉｃｏｎｓｔの通電開始から６０μｓ経過時の値を測定するのは、測定された抵抗値に前記多孔質電極と前記固体電解質体の界面における抵抗成分が含まれないようにするためである。これは、低周波の電流や電圧によって測定を行うと起電力セル２４の多孔質電極２２、２８と固体電解質体との界面の劣化等による該界面における抵抗成分の変化分を含む値が検出されるため、この変化分によって正確に測定が行い得なくなるからである。なお、視点を変えると、この測定の時間を変化させることにより劣化を含めた抵抗を測定し、劣化検出に用いることが可能となる。

そして、スイッチＳＷ２のオン時点から時間Ｔ３が経過した時点で、スイッチＳＷ２をオフすると同時にスイッチＳＷ３をオンし、スイッチＳＷ２をオンした時間とほぼ等しい時間Ｔ３に渡り、抵抗値測定用の上記電流−Ｉｃｏｎｓｔとは逆極性の一定電流＋Ｉｃｏｎｓｔを起電力セル２４側に通電する。これは、起電力セル２４を構成する酸素イオン伝導性固体電解質体の配向現象によって内部起電力が影響を受けて、本来の酸素濃度差を反映する内部起電力値を出力しない状態から、正常な状態に復帰するまでの復帰時間を短縮させ、抵抗値の測定後に酸素濃度の測定を短時間で再開し得るようにするためである。

この一定電流＋Ｉｃｏｎｓｔの通電のための時間Ｔ３の経過後、スイッチＳＷ３がオフとなった後、時間Ｔ４が経過したタイミングで、スイッチＳＷ１がオンし、起電力セル２４の電圧Ｖｓが再び、オペアンプＯＰ１を介してＰＩＤ制御回路６９に加えられ、ポンプ電流をＰＩＤ制御した形での酸素濃度の測定が再開される。そして、インターバルＴ５の経過後スイッチＳＷ１がオフし、再び起電力セル２４の抵抗値を測定する。

なお、素子インピーダンス検出装置１は、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ（詳細には、サンプルホールド信号）をヒータ制御回路６０に対して出力しており、ヒータ制御回路６０は、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓに基づいて、起電力セル２４のバルク抵抗値と相関する値が目標値となるように、ガス濃度センサ素子８を加熱するためのヒータ７０への通電を制御する。この温度制御は実質的に、起電力セル２４のバルク抵抗値が目標値よりも高いときには、投入電力を高め、また、目標値よりも低いときには、投入電力を下げることにより、ガス濃度センサ素子８の温度を正確に目標温度（例えば、８００℃）に保つよう機能する。

ここで、オペアンプＯＰ３への入力信号（起電力セル２４の両端に発生する電圧Ｖｓ）に対してノイズが重畳して、オペアンプＯＰ３から出力される素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ（換言すれば、電圧変化量ΔＶｓ）の波形にノイズ成分が重畳したときの第１ローパスフィルタ７１の効果について、図４を用いて説明する。

なお、図４では、起電力セル２４の両端に発生する電圧Ｖｓの波形、スイッチＳＷ４のタイミングチャート、信号反転回路７５が出力する反転抽出後の素子抵抗値信号Ｒｐｖｓの波形（図では、ΔＶｓとして波形を図示）、および信号ホールド回路５５が出力するサンプルホールド信号（信号ホールド回路５５が保持している素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ）の波形について示す。

そして、サンプルホールド信号の波形として、第１ローパスフィルタ７１を備えない場合の波形と、第１ローパスフィルタ７１を備える場合の波形をそれぞれ示す。また、第１ローパスフィルタ７１を備えない場合のサンプルホールド信号の波形においては、比較用として、ノイズが重畳していないときのサンプルホールド信号の波形（図３と同様の波形）を点線で示す。

図４に示すように、第１ローパスフィルタ７１を備えない場合のサンプルホールド信号の波形は、ノイズが重畳していないときのサンプルホールド信号の波形（点線）に比べて大きな値を示している。これは、ノイズ成分の影響によって素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ（電圧変化量ΔＶｓ）の値に誤差が生じたためであり、その結果、サンプルホールド信号の値においてはノイズの影響による検出誤差が生じることになる。

これに対して、第１ローパスフィルタ７１を備える場合のサンプルホールド信号の波形は、ノイズ成分が第１ローパスフィルタ７１によって除去されるため、ノイズが重畳していないときのサンプルホールド信号の波形と同様の波形となる。つまり、第１ローパスフィルタ７１を備えることで、サンプルホールド信号（信号ホールド回路５５が保持する素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ）の検出に際して、ノイズの影響による検出誤差が生じるのを防止できる。

また、素子インピーダンス検出装置１においては、信号ホールド回路５５の後段において第２ローパスフィルタ７３を備えており、第２ローパスフィルタ７３は、第２ローパスフィルタ７３の前段における信号経路で重畳されるノイズ成分を除去する。つまり、外部機器（ヒータ制御回路６０）に対して出力する素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ（信号ホールド回路５５が保持するサンプルホールド信号）について、ノイズ成分が重畳されるのを防止できる。

なお、本実施形態においては、電流源６３およびスイッチＳＷ２が特許請求の範囲に記載された検出用電流通電手段に相当し、オペアンプＯＰ３、オペアンプＯＰ１、コンデンサＣ１、スイッチＳＷ１が電圧変化量検出手段に相当し、信号ホールド回路５５が電圧変化量保持手段に相当し、素子抵抗値信号出力端子４１が信号出力手段に相当し、第１ローパスフィルタ７１が保持前フィルタ手段に相当し、第２ローパスフィルタ７３が出力前フィルタ手段に相当する。また、スイッチＳＷ４が特許請求の範囲に記載された充電許可スイッチング手段に相当し、スイッチＳＷ４のオン／オフ切り替え制御を行う酸素濃度検出回路５２のマイクロコンピュータがスイッチング制御部に相当する。

以上説明したように、素子インピーダンス検出装置１においては、第１ローパスフィルタ７１を備えることで、信号ホールド回路５５に入力される素子抵抗値信号Ｒｐｖｓに対して点火ノイズなどに起因したノイズ成分が重畳されるのを抑制でき、信号ホールド回路５５が保持する素子抵抗値信号Ｒｐｖｓのホールド値に、ノイズに起因する検出誤差が生じるのを抑制できる。

また、第１ローパスフィルタ７１に加えて第２ローパスフィルタ７３を備えることで、ヒータ制御回路６０に対して出力する素子抵抗値信号Ｒｐｖｓについて、ノイズ成分が重畳されるのを防止できる。

したがって、本実施形態の素子インピーダンス検出装置１は、第１ローパスフィルタ７１を備えることで電圧変化量ΔＶｓ（素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ）のホールド値の誤検出を抑制できるため、素子インピーダンスの検出精度の低下を抑制することができる。また、第１ローパスフィルタ７１に加えて更に第２ローパスフィルタ７３を備えることで外部に出力する素子抵抗値信号Ｒｐｖｓにノイズ成分が重畳するのを抑制できることから、より一層、素子インピーダンスの検出精度の低下を抑制できる。

また、本実施形態においては、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓの周波数帯域が１０［ｋＨｚ］以下であることから、第１ローパスフィルタ７１が１０［ｋＨｚ］よりも大きい周波数帯域の信号成分を除去し、１０［ｋＨｚ］以下の周波数帯域の信号成分を通過するように構成されているので、ノイズ成分を有効に除去できる。さらに、第１ローパスフィルタ７１が素子抵抗値信号Ｒｐｖｓの信号成分を除去しないことから、第１ローパスフィルタ７１によるフィルタリングが、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓのホールド値の検出にまで影響が及ぶのを避けることができる。

なお、第１ローパスフィルタ７１を備えることなく、第２ローパスフィルタ７３のみを備える場合には、信号ホールド回路５５に入力される電圧変化量の信号に対してノイズ成分が重畳されるのを抑制することができず、ノイズ成分の影響により検出誤差が生じることがある。

そこで、図１に示す素子インピーダンス検出装置１から第１ローパスフィルタ７１を除いた場合の各部の波形を図５に示す。
図５では、起電力セル２４の両端に発生する電圧Ｖｓの波形、ＳＷ４のタイミングチャート、信号ホールド回路５５が出力するサンプルホールド信号（信号ホールド回路５５が保持している素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ）の波形、および第２ローパスフィルタ７３の後段における素子抵抗値信号Ｒｐｖｓの波形について示す。

図５に示すように、第１ローパスフィルタ７１を備えない場合のサンプルホールド信号の波形は、第１ローパスフィルタ７１を備える場合のサンプルホールド信号の波形（点線）に比べて大きな値を示している。これは、信号ホールド回路５５に入力される信号におけるノイズ成分を除去できず、ノイズ成分の影響によって素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ（ΔＶｓ）のホールド値が誤って実際よりも大きく検出されるためである。

そして、このような誤差を含むサンプルホールド信号が入力された第２ローパスフィルタ７３から出力される波形は、サンプルホールド信号の波形に比べて緩やかに変化する波形を示すものの、最終的には、誤差を含むサンプルホールド信号と同一値を示す。

このため、第１ローパスフィルタ７１を備えることなく、第２ローパスフィルタ７３のみを備える場合（従来技術の場合）には、素子抵抗値信号出力端子４１から外部に出力される素子抵抗値信号Ｒｐｖｓには誤差が含まれることとなり、素子インピーダンスの検出精度の低下を抑制することができない。

これに対して、本実施形態の素子インピーダンス検出装置１は、第１ローパスフィルタ７１を備えることから、信号ホールド回路５５に入力される電圧変化量の信号に対してノイズ成分が重畳されるのを抑制でき、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓに誤差が含まれるのを抑制できるため、素子インピーダンスの検出精度の低下を抑制することができる。

（別実施形態）
ついで、上述の実施形態とは異なる素子インピーダンス検出装置について説明する。本別実施形態では、上記実施形態（以下、第１実施形態ともいう）における第１ローパスフィルタ７１および信号ホールド回路５５に代えて、電圧保持用コンデンサ８７および抵抗素子８５を備えて構成される第２信号ホールド回路７７を有するものである。なお、この別実施形態は、第２信号ホールド回路７７以外の構成以外は、第１実施形態の構成（回路構成）と同一であるため、同一である部分の説明については省略するものとする。

図６に、第２信号ホールド回路７７の内部回路図を示す。
第２信号ホールド回路７７は、入力側端子８１から出力側端子８３にかけて、スイッチＳＷ４および抵抗素子８５が直列接続されると共に、抵抗素子８５と出力側端子８３との接続経路とグランドラインとの間に接続される電圧保持用コンデンサ８７を備えて構成される。なお、入力側端子８１は、信号反転回路７５（図１参照）の出力側に接続され、出力側端子８３は、第２ローパスフィルタ７３（図１参照）の入力側に接続される。

このうち、電圧保持用コンデンサ８７および抵抗素子８５はローパスフィルタを構成しており、電圧保持用コンデンサ８７の静電容量および抵抗素子８５の抵抗値は、このローパスフィルタが１０［ｋＨｚ］以下の信号成分を通過させ、１０［ｋＨｚ］よりも高い周波数の信号成分を除去するように、設定されている。

また、スイッチＳＷ４は、第１実施形態と同様に、図３に示すスイッチＳＷ４のタイミングチャートと同様に動作することで、外部から入力された信号（素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ）を電圧保持用コンデンサ８７に保持させる。

つまり、第２信号ホールド回路７７は、外部から入力された信号（素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ）をホールド（保持）する機能と、ノイズ成分を除去するローパスフィルタとしての機能を、兼ね備えている。

このため、第１実施形態における第１ローパスフィルタ７１および信号ホールド回路５５に代えて第２信号ホールド回路７７を備える素子インピーダンス検出装置においては、電圧保持用コンデンサ８７および抵抗素子８５からなるローパスフィルタが、第２信号ホールド回路７７に入力される素子抵抗値信号Ｒｐｖｓからノイズ成分を除去する。そして、第２信号ホールド回路７７は、ノイズ成分が除去された素子抵抗値信号Ｒｐｖｓを保持して、保持した素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ（ホールド値）を出力することができる。

つまり、第２信号ホールド回路７７を備える素子インピーダンス検出装置においても、第１実施形態と同様に、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓに対して点火ノイズなどに起因したノイズ成分が重畳されるのを抑制でき、第２信号ホールド回路７７が保持する素子抵抗値信号Ｒｐｖｓのホールド値に、ノイズに起因する検出誤差が生じるのを抑制できる。

したがって、第２信号ホールド回路７７を備える素子インピーダンス検出装置は、第１実施形態と同様に、電圧変化量ΔＶｓ（素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ）のホールド値の誤検出を抑制できるため、素子インピーダンスの検出精度の低下を抑制できる。

（変形例）
ついで、上記実施形態（第１の実施形態）に示した回路構成の素子インピーダンス検出装置１について、信号ホールド回路５５のスイッチＳＷ４のオン／オフ切り替え制御のタイミングについて変更した変形例について説明する。上記実施形態では、信号ホールド回路５５のスイッチＳＷ４のオフからオン状態に切り替わるタイミングを、スイッチＳＷ１がオンからオフ状態へ切り替わるタイミングに同期させた例を示した。これに対し、本変形例は、信号ホールド回路５５のスイッチＳＷ４のオフからオン状態に切り替わるタイミングを、一定電流−Ｉｃｏｎｓｔを流すためのスイッチＳＷ２がオフからオン状態に切り替わってから一定時間経過後に設定した例を示す。
以下では、上記実施形態の説明に用いた図３と同じ形式の図８に示したタイミングチャート、即ち起電力セル２４の両端に発生する電圧Ｖｓの波形、信号反転回路５７が出力する反転抽出後の素子抵抗値信号Ｒｐｖｓの波形（ΔＶｓとしての波形で図示）、信号ホールド回路５５が出力するサンプルホールド信号（信号ホールド回路５５が保持している素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ）の波形と共に示したスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４のタイミングチャートを参照して、この変形例について説明する。

スイッチＳＷ１は、上記実施形態と同様、予め定められたインターバルＴ５毎に設定されたオフ時間Ｔ６（例えば、５００μｓ）に渡りオフし、起電力セル２４の抵抗測定を可能ならしめる。なお、このオフ時間Ｔ６においては、オペアンプＯＰ１等から成るサンプルホールド回路にて、ＰＩＤ制御回路６９への入力値は０．４５Ｖに維持される。

ついで、スイッチＳＷ１がオフされてから時間Ｔ１が経過した後、スイッチＳＷ２が時間Ｔ３（約１００μｓ）に渡りオンし、抵抗値測定用の一定電流−Ｉｃｏｎｓｔが起電力セル２４側に流される。この電流−Ｉｃｏｎｓｔによって起電力セル２４の両端の電圧が、図中に示すようにΔＶｓ分低下する。

ここで、スイッチＳＷ２がオンされてから時間Ｔ７（時間Ｔ１より短い時間に設定された時間であって、具体的には３０μｓ）が経過すると、信号ホールド回路５５のスイッチＳＷ４がオフからオン状態に切り替わる。そして、スイッチＳＷ４がオン状態に切り替わってから３０μｓが経過（即ち、スイッチＳＷ２がオンされて電流−Ｉｃｏｎｓｔの通電が開始されて、時間Ｔ２（約６０μｓ）が経過）すると、信号ホールド回路５５のスイッチＳＷ４がオンからオフ状態に切り替わり、当該時間（通電開始から６０μｓ経過時）でのオペアンプＯＰ３の出力（素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ）の値は、信号ホールド回路５５（電圧保持コンデンサ５７）に保持される。なお、信号ホールド回路５５は、次回の素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ検出のタイミング（具体的には、スイッチＳＷ２がオフからオン状態に切り替わって３０μｓが経過する時）まで、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓのホールド値を保持すると共に、保持している素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ（換言すれば、サンプルホールド信号）を出力する。

そして、スイッチＳＷ２のオン時点から時間Ｔ３が経過した時点で、スイッチＳＷ２をオフすると同時にスイッチＳＷ３をオンし、スイッチＳＷ２をオンした時間とほぼ等しい時間Ｔ３に渡り、抵抗値測定用の上記−Ｉｃｏｎｓｔとは逆極性の一定電流＋Ｉｃｏｎｓｔを起電力セル２４側に通電する。この一定電流＋Ｉｃｏｎｓｔの通電のための時間Ｔ３の経過後、スイッチＳＷ３がオフとなった後、時間Ｔ４が経過したタイミングで、スイッチＳＷ１がオンし、起電力セル２４の電圧Ｖｓが再び、オペアンプＯＰ１を介してＰＩＤ制御回路６９に加えられ、酸素濃度の測定が再開される。そして、インターバルＴ５の経過後スイッチＳＷ１がオフし、再び上述した処理が繰り返される。

この変形例として説明した素子インピーダンス検出装置によれば、電流−ｃｏｎｓｔの通電が開始されて信号反転回路７５が出力する反転抽出後の素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ（ΔＶｓ）が変化している最中に、即ちスイッチＳＷ２がオンされてから３０μｓ経過後に、信号ホールド回路５５のスイッチＳＷ４がオフからオン状態に切り替えられる。これにより、スイッチＳＷ４がオン状態に切り替えられても、電圧保持コンデンサに保持されていた電圧変化量ホールド値（図８中のサンプルホールド信号の波形）は０Ｖに下がることはなく、かつ第１ローパスフィルタ７１に入力され始める出力（ΔＶｓ）はある程度の値にまで達しているので、信号ホールド回路５５（電圧保持コンデンサ５７）に保持される電圧変化量ホールド値（サンプルホールド信号）は、第１ローパスフィルタ７１を設けた場合であっても真値（本来取り得るΔＶｓの値）あるいは真値に近い値を示すことになる。

従って、この変形例の素子インピーダンス検出装置によれば、信号ホールド回路５５（電圧保持コンデンサ５７）に入力される電圧変化量に対してノイズ成分が重畳するのを抑制するための第１ローパスフィルタ７１を設定した場合にも、電圧保持コンデンサ５７にて保持される電圧変化量ホールド値（サンプルホールド信号）を真値ないし真値に近づけることができ、素子インピーダンスの検出精度をより高められる。

以上、本発明を上記実施形態及び別実施形態、変形例に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記実施形態等においては、ガス濃度センサ素子として、固体電解質体から形成された複数のセル（ポンプセル１４および起電力セル２４）を備えるガス濃度センサ素子８について説明したが、素子インピーダンスの検出対象となるガス濃度センサ素子は、複数の固体電解質体を備える構成に限られることはなく、単一の固体電解質体を備える構成（１セルタイプ）であっても良い。

さらに、ガス濃度センサ素子８においては、素子インピーダンスの検出対象を起電力セル２４の固体電解質体ではなくポンプセル１４の固体電解質体としてもよく、あるいは、起電力セル２４およびポンプセル１４の両方の固体電解質体について素子インピーダンスを検出しても良い。

また、第１ローパスフィルタ７１の保持前境界周波数は、１０［ｋＨｚ］に限られることはなく、電圧変化量ΔＶｓの信号（素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ）の周波数帯域に応じて、ノイズ成分を除去できるように設定すればよい。

例えば、内燃機関に設置されるガス濃度センサ素子において素子インピーダンスを検出する場合において、ガス濃度センサ素子がエキゾーストマニホールドあるいはその直後の排気管に設置される場合には、ガス濃度センサ素子が点火コイルの近くに配置されるため、ノイズの発生原因として点火ノイズが考えられる。そして、点火ノイズのうち素子インピーダンスの検出に悪影響を及ぼす高電圧部の周波数成分は、約３３［ｋＨｚ］程度であることから、第１ローパスフィルタ７１を３０［ｋＨｚ］よりも高い周波数成分を除去するように構成することで、点火ノイズの影響を除去することができる。

また、電圧変化量ΔＶｓの信号（素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ）の周波数帯域が３［ｋＨｚ］以下である場合には、素子抵抗値信号Ｒｐｖｓへの影響を抑制するために、第１ローパスフィルタ７１を３［ｋＨｚ］よりも高い周波数成分を除去するように構成するとよい。

さらに、信号ホールド回路５５から素子抵抗値信号出力端子４１までの信号経路においてノイズの影響が無い環境下においては、第２ローパスフィルタ７３を備えることなく、素子インピーダンス検出装置を構成しても良い。

また、第１ローパスフィルタ７１の設置位置は、オペアンプＯＰ３から信号ホールド回路５５までの信号経路のうち任意の位置に設定できるが、信号ホールド回路５５に入力される信号におけるノイズ成分を効果的に除去するためには、信号ホールド回路５５に近い位置に設置することが望ましい。

さらに、信号ホールド回路５５または第２信号ホールド回路７７において保持する素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ（電圧変化量ΔＶｓ）は、抵抗値測定用の一定電流−Ｉｃｏｎｓｔの通電開始時点から予め定められたホールド待機時間（上記の時間Ｔ２）が経過した時点の値に限られることはなく、抵抗値測定用電流の通電期間におけるピーク値であってもよい。

また、上記変形例にて説明した素子インピーダンス検出装置におけるスイッチＳＷ４のオン／オフ切り替えタイミングは、上記の別実施形態と同様に、図８に示すスイッチＳＷ４のタイミングチャートと同様に動作させ、外部から入力された信号（素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ）を第２信号ホールド回路７７（電圧保持コンデンサ８７）に保持させるようにしてもよい。このようにスイッチＳＷ４のオン／オフ切り替えタイミングを、変形例の素子インピーダンス検出装置において図８のように動作させることにより、第２信号ホールド回路７７にローパスフィルタとしての機能を兼ね備えさせた場合にも、電圧保持コンデンサ８７にて保持される電圧変化量ホールド値（サンプルホールド信号）を真値ないし真値に近づけることができ、素子インピーダンスの検出精度をより高められる。

素子インピーダンス検出装置の概略構成図である。 ガス濃度センサ素子の概略構成図である。 実施形態の素子インピーダンス検出装置の各部における信号波形を示すタイミングチャートである。 素子抵抗値信号Ｒｐｖｓ（電圧変化量ΔＶｓ）の波形にノイズ成分が重畳したときの第１ローパスフィルタの効果を示す説明図である。 素子インピーダンス検出装置から第１ローパスフィルタを除いた場合の各部の波形を示すタイミングチャートである。 第２信号ホールド回路の内部回路図である。 実施形態の素子インピーダンス検出装置に備えられる信号ホールド回路の回路構成図である。 変形例の素子インピーダンス検出装置の各部における信号波形を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１…素子インピーダンス検出装置、８…ガス濃度センサ素子、１４…ポンプセル、２４…起電力セル、４１…素子抵抗値信号出力端子、５２…酸素濃度検出回路、５５…信号ホールド回路、６３…電流源、６９…ＰＩＤ制御回路、７１…第１ローパスフィルタ、７３…第２ローパスフィルタ、７７…第２信号ホールド回路、８５…抵抗素子、５７、８７…電圧保持用コンデンサ、ＯＰ３…オペアンプ、ＳＷ２、ＳＷ４…スイッチ。

Claims (7)

1. 固体電解質体よりなるガス濃度センサ素子の素子インピーダンスを検出する素子インピーダンス検出装置であって、
   前記ガス濃度センサ素子に対して素子インピーダンスを検出するための検出用電流を、第１の一定時間にわたり通電する検出用電流通電手段と、
   前記検出用電流の通電による前記ガス濃度センサ素子の両端における電圧変化量を検出する電圧変化量検出手段と、
   前記電圧変化量検出手段により検出される前記電圧変化量を電圧変化量ホールド値として保持する電圧変化量保持手段と、
   前記電圧変化量保持手段に保持された前記電圧変化量ホールド値を出力する信号出力手段と、
   前記電圧変化量検出手段から前記電圧変化量保持手段までの信号経路において、予め定められた保持前境界周波数よりも高い周波数帯域を除去する保持前フィルタ手段と、
   を備えることを特徴とする素子インピーダンス検出装置。
2. 前記電圧変化量保持手段は、前記電圧変化量検出手段が検出する前記電圧変化量に応じた電圧値に充電され、その電圧値を前記電圧変化量ホールド値として保持するための電圧保持コンデンサと、オン状態になることで、前記電圧変化量検出手段からの出力電圧を前記電圧保持コンデンサに充電させることを許容する充電許容スイッチング手段と、前記検出用電流通電手段により前記ガス濃度センサ素子に通電を開始してから前記第１の一定時間より短い第２の一定時間の経過後であって、かつ該第１の一定時間内の特定期間にわたって、前記充電許容スイッチング手段をオフからオン状態に切り替え制御するスイッチング制御部と、を備えること、
   を特徴とする請求項１に記載の素子インピーダンス検出装置。
3. 固体電解質体よりなるガス濃度センサ素子の素子インピーダンスを検出する素子インピーダンス検出装置であって、
   前記ガス濃度センサ素子に対して素子インピーダンスを検出するための検出用電流を、第１の一定期間にわたり通電する検出用電流通電手段と、
   前記検出用電流の通電による前記ガス濃度センサ素子の両端における電圧変化量を検出する電圧変化量検出手段と、
   前記電圧変化量検出手段により検出される前記電圧変化量を電圧変化量ホールド値として保持する電圧変化量保持手段と、
   前記電圧変化量保持手段に保持された前記電圧変化量ホールド値を出力する信号出力手段と、
   を備えており、
   前記電圧変化量保持手段は、前記電圧変化量検出手段が検出する前記電圧変化量に応じた電圧値に充電され、その電圧値を前記電圧変化量ホールド値として保持するための電圧保持コンデンサを備えており、
   前記電圧保持コンデンサと共にローパスフィルタを構成する抵抗素子を備え、
   前記電圧保持コンデンサおよび前記抵抗素子により構成されるローパスフィルタは、予め定められた保持前境界周波数よりも高い周波数帯域を除去すること、
   を備えることを特徴とする素子インピーダンス検出装置。
4. 前記電圧変化量保持手段は、前記電圧保持コンデンサに加え、オン状態になることで、前記電圧変化量検出手段からの出力電圧を前記電圧保持コンデンサに充電させることを許容する充電許容スイッチング手段と、前記検出用電流通電手段により前記ガス濃度センサ素子に通電を開始してから前記第１の一定時間より短い第２の一定時間の経過後であって、かつ該第１の一定時間内の特定期間にわたって、前記充電許容スイッチング手段をオフからオン状態に切り替え制御するスイッチング制御部と、を備えること
   を特徴とする請求項３に記載の素子インピーダンス検出装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載された素子インピーダンス検出装置であって、
   前記保持前境界周波数は３［ｋＨｚ］以上であること、
   を特徴とする素子インピーダンス検出装置。
6. 前記ガス濃度センサ素子は、固体電解質体にて形成される複数のセルを有し、前記検出用電流通電手段は、少なくとも１つのセルに前記検出用電流を通電すること、
   を特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の素子インピーダンス検出装置。
7. 前記電圧変化量保持手段から前記信号出力手段までの信号経路において、予め定められた出力前境界周波数よりも高い周波数帯域を除去する出力前フィルタ手段を備えること、
   を特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の素子インピーダンス検出装置。