JPH10267779A - トランスデューサの変量を調整するピエゾ抵抗圧力トランスデューサ回路 - Google Patents
トランスデューサの変量を調整するピエゾ抵抗圧力トランスデューサ回路Info
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- JPH10267779A JPH10267779A JP10001921A JP192198A JPH10267779A JP H10267779 A JPH10267779 A JP H10267779A JP 10001921 A JP10001921 A JP 10001921A JP 192198 A JP192198 A JP 192198A JP H10267779 A JPH10267779 A JP H10267779A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
- G01L9/06—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices
- G01L9/065—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices with temperature compensating means
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の回路は温度上昇に連れて圧力に対する
不感性、抵抗値の可変性、温度に対する感度等の特性が
同一でなく、圧力感度が温度上昇に反比例する。 【解決手段】 コンピュータは、第１及び第２の可変抵
抗素子の未知の抵抗値を求め、且つ第１及び第２の可変
抵抗素子を未知数とし、温度及び圧力を他の未知数とし
た一組の等式を解くことにより、第１及び第２の可変抵
抗素子を有し、水銀柱で１００ｍｍ当たり１．２〜１５
Ω／１０００Ωの範囲の圧力感度および温度特性を有す
ることを特徴とする超小型ピエゾ抵抗圧力のトランスデ
ューサによって測定される温度補償された圧力値を供給
する。
不感性、抵抗値の可変性、温度に対する感度等の特性が
同一でなく、圧力感度が温度上昇に反比例する。 【解決手段】 コンピュータは、第１及び第２の可変抵
抗素子の未知の抵抗値を求め、且つ第１及び第２の可変
抵抗素子を未知数とし、温度及び圧力を他の未知数とし
た一組の等式を解くことにより、第１及び第２の可変抵
抗素子を有し、水銀柱で１００ｍｍ当たり１．２〜１５
Ω／１０００Ωの範囲の圧力感度および温度特性を有す
ることを特徴とする超小型ピエゾ抵抗圧力のトランスデ
ューサによって測定される温度補償された圧力値を供給
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願は、１９９５年６月
１９日付出願の米国特許出願第０８／４９２，３９７号
（現米国特許第５，５５１，３０１号）の継続出願であ
る１９９６年９月３日付け出願の米国特許出願第０８／
７０７，２９９号の一部継続出願である。この発明は、
トランスデューサの変量を調整し、ダイナミックレンジ
への要求を低減したピエゾ抵抗圧力トランスデューサ回
路に関するものである。
１９日付出願の米国特許出願第０８／４９２，３９７号
（現米国特許第５，５５１，３０１号）の継続出願であ
る１９９６年９月３日付け出願の米国特許出願第０８／
７０７，２９９号の一部継続出願である。この発明は、
トランスデューサの変量を調整し、ダイナミックレンジ
への要求を低減したピエゾ抵抗圧力トランスデューサ回
路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の圧力トランスデューサシステム
は、ひずみゲージ型でもピエゾ抵抗型であっても、典型
的には均衡のとれたホイートストンブリッジ回路を２つ
の可変抵抗素子および２つの固定抵抗素子の間に利用し
ている。トランスデューサ自体は、２つの可変抵抗素子
のみ、あるいは、４つの抵抗素子から構成されていても
よい。典型的には、抵抗素子は、圧力零における公称抵
抗値に高精度に一致させるために、製造工程中に調節さ
れる。抵抗素子は、個々の圧力抵抗特性に高精度で一致
するように調節される。典型的には、このような抵抗素
子と共に利用される電子回路は、ブリッジ回路の１つの
出力回路に微少なオフセット電圧を加えることにより、
複数の固定抵抗のうちの１つの抵抗値に微調整を加える
ことが可能である。復調増幅された出力は、アナログデ
ジタル変換器に供給される。
は、ひずみゲージ型でもピエゾ抵抗型であっても、典型
的には均衡のとれたホイートストンブリッジ回路を２つ
の可変抵抗素子および２つの固定抵抗素子の間に利用し
ている。トランスデューサ自体は、２つの可変抵抗素子
のみ、あるいは、４つの抵抗素子から構成されていても
よい。典型的には、抵抗素子は、圧力零における公称抵
抗値に高精度に一致させるために、製造工程中に調節さ
れる。抵抗素子は、個々の圧力抵抗特性に高精度で一致
するように調節される。典型的には、このような抵抗素
子と共に利用される電子回路は、ブリッジ回路の１つの
出力回路に微少なオフセット電圧を加えることにより、
複数の固定抵抗のうちの１つの抵抗値に微調整を加える
ことが可能である。復調増幅された出力は、アナログデ
ジタル変換器に供給される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような回路におい
て、増幅信号のダイナミックレンジは、アナログデジタ
ル変換器の入力に適合され、９ビットの分解能（５１２
分の１）のみがアナログデジタル変換器で十分な圧力分
解能（この分解能は０−３００ｍｍＨｇ即ち０−３００
ｍｍＨｇの範囲では１ｍｍＨｇ以下であることが好まし
く、人間の血圧を測定するのに必要とされるものであ
る）を供給するために必要とされる。同時係属中の１９
９４年９月２日出願の米国特許出願第０８／３００，４
４５号に開示されたような超小型圧力センサの出現と共
に、このような従来のホイートストン回路は、温度上昇
に連れて、圧力に対する不感性、抵抗値の可変性、温度
に対する感度のような様々な特性を同一にすることがで
きず、圧力感度が温度上昇に反比例することが判明し
た。それゆえ、上述の変動を吸収し得る超小型圧力セン
サに用いる新たな改良された回路が必要である。
て、増幅信号のダイナミックレンジは、アナログデジタ
ル変換器の入力に適合され、９ビットの分解能（５１２
分の１）のみがアナログデジタル変換器で十分な圧力分
解能（この分解能は０−３００ｍｍＨｇ即ち０−３００
ｍｍＨｇの範囲では１ｍｍＨｇ以下であることが好まし
く、人間の血圧を測定するのに必要とされるものであ
る）を供給するために必要とされる。同時係属中の１９
９４年９月２日出願の米国特許出願第０８／３００，４
４５号に開示されたような超小型圧力センサの出現と共
に、このような従来のホイートストン回路は、温度上昇
に連れて、圧力に対する不感性、抵抗値の可変性、温度
に対する感度のような様々な特性を同一にすることがで
きず、圧力感度が温度上昇に反比例することが判明し
た。それゆえ、上述の変動を吸収し得る超小型圧力セン
サに用いる新たな改良された回路が必要である。
【０００４】概して、この発明の目的は該トランスデュ
ーサの変動を吸収するピエゾ抵抗圧力トランスデューサ
回路および方法を提供することである。
ーサの変動を吸収するピエゾ抵抗圧力トランスデューサ
回路および方法を提供することである。
【０００５】この発明の他の目的は、各可変抵抗器の抵
抗値の変化による圧力成分と温度成分を測定することを
可能にする回路を提供することである。
抗値の変化による圧力成分と温度成分を測定することを
可能にする回路を提供することである。
【０００６】この発明の他の目的は、上述の特性を有
し、可変抵抗の差動測定と共に独立した測定を可能にし
た回路とその方法を提供することである。
し、可変抵抗の差動測定と共に独立した測定を可能にし
た回路とその方法を提供することである。
【０００７】この発明の他の目的は、上述の特性を有
し、ダイナミックレンジの低減を図った回路とその方法
を提供することである。
し、ダイナミックレンジの低減を図った回路とその方法
を提供することである。
【０００８】この発明の他の目的は、上述の特性を有
し、容易に入手できる安価な素子で構成した回路とその
方法を提供することである。
し、容易に入手できる安価な素子で構成した回路とその
方法を提供することである。
【０００９】この発明の他の目的は、上述の特性を有
し、抵抗の可変性を補償するためのコンピュータを用い
る回路及びその方法を提供することである。
し、抵抗の可変性を補償するためのコンピュータを用い
る回路及びその方法を提供することである。
【００１０】この発明の他の目的は、上述の特性を有
し、トランスデューサの好ましくない特性を即時に補償
できる回路及びその方法を提供することである。
し、トランスデューサの好ましくない特性を即時に補償
できる回路及びその方法を提供することである。
【００１１】この発明の他の目的は、上述の特性を有
し、コンピュータによって即時に発生されるフィードバ
ックによりダイナミックレンジへの要求を低減した回路
及びその方法を提供することである。
し、コンピュータによって即時に発生されるフィードバ
ックによりダイナミックレンジへの要求を低減した回路
及びその方法を提供することである。
【００１２】この発明の他の目的は、第３の（好ましく
ない）抵抗素子を有するトランスデューサと共に機能す
る上述の特性を有する回路及び方法を提供することであ
る。
ない）抵抗素子を有するトランスデューサと共に機能す
る上述の特性を有する回路及び方法を提供することであ
る。
【００１３】この発明の他の目的は、理想的な環境下に
おいて接地基準導体として用いられる導体に生じる好ま
しくない抵抗素子を排除する上述の特性を有する回路及
び方法を提供することである。
おいて接地基準導体として用いられる導体に生じる好ま
しくない抵抗素子を排除する上述の特性を有する回路及
び方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明の圧力トランス
デューサ変量を調整する圧力トランスデューサ回路は、
第１及び第２の可変抵抗素子を有し、水銀柱で１００ｍ
ｍ当たり１．２〜１５Ω／１０００Ωの範囲の圧力感度
および温度特性を有することを特徴とする超小型ピエゾ
抵抗圧力のトランスデューサと、第１の既知の固定抵抗
素子を含む超小型ピエゾ抵抗圧力のトランスデューサの
第１及び第２の可変抵抗素子に接続された回路と、既知
の固定抵抗素子を通じて第１および第２の可変抵抗素子
に超小型ピエゾ抵抗圧力のトランスデューサ励磁電圧を
供給するために、既知の固定抵抗素子を第１及び第２の
可変抵抗素子に接続する手段と、それぞれ入力端及び出
力端を有する第１及び第２の増幅器と、第１及び第２の
可変抵抗素子にかかる電圧を測定するために、第１及び
第２の増幅器の各入力端を第１及び第２の可変抵抗素子
に接続し、第１及び第２の増幅器が圧力成分及び温度成
分を含む出力を有するようにする手段と、第１及び第２
の増幅器の出力を受信して、超小型ピエゾ抵抗圧力のト
ランスデューサによって測定される温度補償された圧力
値を供給するために、独立した可変抵抗素子としての第
１及び第２の可変抵抗素子の未知の抵抗値を求め、且つ
第１及び第２の可変抵抗素子を未知数とし、温度及び圧
力を他の未知数とした一組の等式を解くためのコンピュ
ータ手段とを備える。
デューサ変量を調整する圧力トランスデューサ回路は、
第１及び第２の可変抵抗素子を有し、水銀柱で１００ｍ
ｍ当たり１．２〜１５Ω／１０００Ωの範囲の圧力感度
および温度特性を有することを特徴とする超小型ピエゾ
抵抗圧力のトランスデューサと、第１の既知の固定抵抗
素子を含む超小型ピエゾ抵抗圧力のトランスデューサの
第１及び第２の可変抵抗素子に接続された回路と、既知
の固定抵抗素子を通じて第１および第２の可変抵抗素子
に超小型ピエゾ抵抗圧力のトランスデューサ励磁電圧を
供給するために、既知の固定抵抗素子を第１及び第２の
可変抵抗素子に接続する手段と、それぞれ入力端及び出
力端を有する第１及び第２の増幅器と、第１及び第２の
可変抵抗素子にかかる電圧を測定するために、第１及び
第２の増幅器の各入力端を第１及び第２の可変抵抗素子
に接続し、第１及び第２の増幅器が圧力成分及び温度成
分を含む出力を有するようにする手段と、第１及び第２
の増幅器の出力を受信して、超小型ピエゾ抵抗圧力のト
ランスデューサによって測定される温度補償された圧力
値を供給するために、独立した可変抵抗素子としての第
１及び第２の可変抵抗素子の未知の抵抗値を求め、且つ
第１及び第２の可変抵抗素子を未知数とし、温度及び圧
力を他の未知数とした一組の等式を解くためのコンピュ
ータ手段とを備える。
【００１５】また、生体内の圧力測定を行うために、こ
の発明の超小型ピエゾ抵抗圧力のトランスデューサを備
えた回路を利用する方法は、超小型ピエゾ抵抗圧力のト
ランスデューサは、水銀柱で１００ｍｍ当たり１．２〜
１５Ω／１０００Ωの範囲の圧力感度を有することを特
徴とすると共に、第１及び第２の抵抗素子を備え、これ
らの第１及び第２の抵抗素子に接続された回路は、既知
の固定抵抗素子と、上記第１及び第２の抵抗素子に接続
された手段とを備える上記方法において、上記既知の固
定抵抗素子を通じて上記第１及び第２の可変抵抗素子に
超小型ピエゾ抵抗圧力のトランスデューサ励磁電圧を供
給する行程と、上記第１及び第２の可変抵抗素子の両端
間の電圧を測定する行程と、測定された電圧を増幅する
行程と、上記超小型ピエゾ抵抗圧力のトランスデューサ
によって測定される温度補償された圧力値を供給するた
めに、独立した可変抵抗としての第１及び第２の可変抵
抗素子の未知の抵抗値を求め、且つ上記第１及び第２の
可変抵抗素子を未知数とすると共に、圧力及び温度を残
りの未知数とした一組の等式を解く行程とからなる。
の発明の超小型ピエゾ抵抗圧力のトランスデューサを備
えた回路を利用する方法は、超小型ピエゾ抵抗圧力のト
ランスデューサは、水銀柱で１００ｍｍ当たり１．２〜
１５Ω／１０００Ωの範囲の圧力感度を有することを特
徴とすると共に、第１及び第２の抵抗素子を備え、これ
らの第１及び第２の抵抗素子に接続された回路は、既知
の固定抵抗素子と、上記第１及び第２の抵抗素子に接続
された手段とを備える上記方法において、上記既知の固
定抵抗素子を通じて上記第１及び第２の可変抵抗素子に
超小型ピエゾ抵抗圧力のトランスデューサ励磁電圧を供
給する行程と、上記第１及び第２の可変抵抗素子の両端
間の電圧を測定する行程と、測定された電圧を増幅する
行程と、上記超小型ピエゾ抵抗圧力のトランスデューサ
によって測定される温度補償された圧力値を供給するた
めに、独立した可変抵抗としての第１及び第２の可変抵
抗素子の未知の抵抗値を求め、且つ上記第１及び第２の
可変抵抗素子を未知数とすると共に、圧力及び温度を残
りの未知数とした一組の等式を解く行程とからなる。
【００１６】この発明の付加的な目的および特徴は、添
付の図面に沿って詳細に記載される実施の形態の以下に
記す詳細な説明によって明らかになるであろう。
付の図面に沿って詳細に記載される実施の形態の以下に
記す詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】一般的に、生体内部の圧力測定を
行うためにこの発明を組み込むと共に、圧力トランスデ
ューサの変量を調整する圧力トランスデューサ回路は、
第１及び第２の可変抵抗素子を有する超小型ピエゾ抵抗
圧力素子を備える。圧力トランスデューサは、水銀柱１
００ｍｍ当たり１．２〜１５Ω／１０００Ωの範囲の圧
力感度と、その圧力感度より大きな温度感度とを有する
ように特徴づけられている。
行うためにこの発明を組み込むと共に、圧力トランスデ
ューサの変量を調整する圧力トランスデューサ回路は、
第１及び第２の可変抵抗素子を有する超小型ピエゾ抵抗
圧力素子を備える。圧力トランスデューサは、水銀柱１
００ｍｍ当たり１．２〜１５Ω／１０００Ωの範囲の圧
力感度と、その圧力感度より大きな温度感度とを有する
ように特徴づけられている。
【００１８】回路は、トランスデューサの第１及び第２
の可変抵抗素子に接続されると共に、既知の固定抵抗素
子を含む。既知の固定抵抗素子を第１及び第２の可変抵
抗素子に接続し、既知の固定抵抗素子を通じて第１及び
第２の可変抵抗素子にトランスデューサ励磁電圧を供給
するための手段が備えられている。それぞれ入力端及び
出力端を有する第１及び第２の増幅手段が備えられてい
る。第１及び第２の増幅器が圧力成分と温度成分からな
る出力を有するように、第１及び第２の増幅手段の入力
を第１及び第２の可変抵抗素子に接続して、第１及び第
２の可変抵抗素子の間の電圧を測定する手段が備えられ
ている。
の可変抵抗素子に接続されると共に、既知の固定抵抗素
子を含む。既知の固定抵抗素子を第１及び第２の可変抵
抗素子に接続し、既知の固定抵抗素子を通じて第１及び
第２の可変抵抗素子にトランスデューサ励磁電圧を供給
するための手段が備えられている。それぞれ入力端及び
出力端を有する第１及び第２の増幅手段が備えられてい
る。第１及び第２の増幅器が圧力成分と温度成分からな
る出力を有するように、第１及び第２の増幅手段の入力
を第１及び第２の可変抵抗素子に接続して、第１及び第
２の可変抵抗素子の間の電圧を測定する手段が備えられ
ている。
【００１９】独立した可変抵抗素子としての第１及び第
２の可変抵抗素子の未知の抵抗値を求めて、未知数とし
ての第１及び第２の可変抵抗素子と、他の未知数として
の温度及び圧力を含み、超小型圧力トランスデューサに
よって測定される値としての温度補償圧力値を供給する
ための一組の等式を解くために、第１及び第２の増幅器
の出力を受け取るためのコンピュータ手段が備えられて
いる。
２の可変抵抗素子の未知の抵抗値を求めて、未知数とし
ての第１及び第２の可変抵抗素子と、他の未知数として
の温度及び圧力を含み、超小型圧力トランスデューサに
よって測定される値としての温度補償圧力値を供給する
ための一組の等式を解くために、第１及び第２の増幅器
の出力を受け取るためのコンピュータ手段が備えられて
いる。
【００２０】さらに、特に図１に示すように、この発明
の回路１１は超小型ピエゾ抵抗圧力トランスデューサ１
２と共に用いられている。この圧力トランスデューサ１
２は、１９９４年９月２日付け出願の同時係属中の第０
８／３００，４４５号の出願に記載された形式のもので
ある。その記載にあるように、トランスデューサ１２
は、例えば直径が０．０１８インチ以下のガイドワイヤ
のような可撓性の長い素子の末端に取り付けられるよう
に大きさが設定されている。ガイドワイヤは、カテーテ
ルを用いた診断上や治療上の手続きに用いるものであ
り、カテーテルは例えば血管形成過程において、ガイド
ワイヤとして用いられているものである。
の回路１１は超小型ピエゾ抵抗圧力トランスデューサ１
２と共に用いられている。この圧力トランスデューサ１
２は、１９９４年９月２日付け出願の同時係属中の第０
８／３００，４４５号の出願に記載された形式のもので
ある。その記載にあるように、トランスデューサ１２
は、例えば直径が０．０１８インチ以下のガイドワイヤ
のような可撓性の長い素子の末端に取り付けられるよう
に大きさが設定されている。ガイドワイヤは、カテーテ
ルを用いた診断上や治療上の手続きに用いるものであ
り、カテーテルは例えば血管形成過程において、ガイド
ワイヤとして用いられているものである。
【００２１】ピエゾ抵抗トランスデューサは、ピエゾ抵
抗トランスデューサを例えばシリコンのような結晶体か
らなるダイアフラム構造の中に含める圧力センサアッセ
ンブリの中に配設されると共に、０．０１４インチのガ
イドワイヤ用には長さ１０５０ミクロンで幅２５０ミク
ロンとし、０．０１８インチのガイドワイヤ用には幅を
２５０から３５０ミクロンとし、厚さが５０ミクロンの
金型を用いて組み立てられる。
抗トランスデューサを例えばシリコンのような結晶体か
らなるダイアフラム構造の中に含める圧力センサアッセ
ンブリの中に配設されると共に、０．０１４インチのガ
イドワイヤ用には長さ１０５０ミクロンで幅２５０ミク
ロンとし、０．０１８インチのガイドワイヤ用には幅を
２５０から３５０ミクロンとし、厚さが５０ミクロンの
金型を用いて組み立てられる。
【００２２】第１及び第２の抵抗素子は、上記同時係属
中の出願（１９９４年９月２８日付出願の米国特許出願
第０８／３００，４４５号）に記載したように、金型の
中に形成される。可変抵抗ＲＡ、ＲＢで示されるこれら
２つの可変抵抗器は、その第１端および第２端をそれぞ
れ１、２で表す。２つの可変抵抗ＲＡ、ＲＢは、フレキ
シブルシリコンダイアフラムに圧力を加えることによっ
て一方の抵抗素子の抵抗値が高めらると共に他方の抵抗
素子の抵抗値が低められるようにフレキシブルシリコン
ダイアフラム上に張設される。
中の出願（１９９４年９月２８日付出願の米国特許出願
第０８／３００，４４５号）に記載したように、金型の
中に形成される。可変抵抗ＲＡ、ＲＢで示されるこれら
２つの可変抵抗器は、その第１端および第２端をそれぞ
れ１、２で表す。２つの可変抵抗ＲＡ、ＲＢは、フレキ
シブルシリコンダイアフラムに圧力を加えることによっ
て一方の抵抗素子の抵抗値が高めらると共に他方の抵抗
素子の抵抗値が低められるようにフレキシブルシリコン
ダイアフラム上に張設される。
【００２３】この発明の回路設計によるピエゾ抵抗圧力
トランスデューサの主な特性は、以下に記すとおりであ
る。 公称抵抗値、各抵抗器 ３５００Ω±１０００Ω 圧力感度（ＫＰ） １．２５Ω〜１５Ω／１０００Ω／
１００ｍｍＨｇ 抵抗値の温度係数（Ｋｔ） ＋２８％±７．５％／１０
０℃ 圧力感度の温度係数（ＫＳ） −２０％±７．５％・１
００℃ 抵抗期間の整合 なし 最適抵抗器消費電力（各抵抗器） ０．０３５〜０．０
７ｍＷ 上記諸元に基づき、超小型ピエゾ抵抗トランスデューサ
の圧力に対する感度は、最良の場合、あるいは最悪の場
合、好ましくない温度感度特性のほぼ２０倍以下であ
る。
トランスデューサの主な特性は、以下に記すとおりであ
る。 公称抵抗値、各抵抗器 ３５００Ω±１０００Ω 圧力感度（ＫＰ） １．２５Ω〜１５Ω／１０００Ω／
１００ｍｍＨｇ 抵抗値の温度係数（Ｋｔ） ＋２８％±７．５％／１０
０℃ 圧力感度の温度係数（ＫＳ） −２０％±７．５％・１
００℃ 抵抗期間の整合 なし 最適抵抗器消費電力（各抵抗器） ０．０３５〜０．０
７ｍＷ 上記諸元に基づき、超小型ピエゾ抵抗トランスデューサ
の圧力に対する感度は、最良の場合、あるいは最悪の場
合、好ましくない温度感度特性のほぼ２０倍以下であ
る。
【００２４】この発明において、トランスデューサの抵
抗ＲＡ、ＲＢにそれぞれかかる電圧は、独立して測定さ
れなければならない。これらの測定は、未知数Ｐ（圧
力）およびＴ（温度）を含む２つの方程式を解くために
重要である。トランスデューサに関する他のパラメータ
は、公称抵抗値Ｒ１、感度因子ＫＰ、ＫＴおよびＫＳで
あり、これらの値は分からなければならないものであ
り、製造工程における修正段階で測定されるものであ
る。
抗ＲＡ、ＲＢにそれぞれかかる電圧は、独立して測定さ
れなければならない。これらの測定は、未知数Ｐ（圧
力）およびＴ（温度）を含む２つの方程式を解くために
重要である。トランスデューサに関する他のパラメータ
は、公称抵抗値Ｒ１、感度因子ＫＰ、ＫＴおよびＫＳで
あり、これらの値は分からなければならないものであ
り、製造工程における修正段階で測定されるものであ
る。
【００２５】これを達成する回路は図１に示されてお
り、２つの外部固定抵抗器ＲＦ１およびＲＦ２を備え、
これらの第１端及び第２端はそれぞれ１、２で示されて
いる。図１に示すように、導体１６で示す手段は、共に
接地１７に接続されて帰還線路を形成する第１及び第２
の可変抵抗ＲＡ、ＲＢの各第１端を接続するように配設
されている。導体１９で示す手段は、第１の可変抵抗Ｒ
Ａの第２端と、第１固定抵抗器ＲＦ１の第２端とを接続
して第１の接合を形成するように配設されている。導体
２１で示す手段は、第２の可変抵抗器ＲＢの第２端と、
第２固定抵抗器ＲＦ２の第２端とを接続して第２の接合
を形成するように配設されている。
り、２つの外部固定抵抗器ＲＦ１およびＲＦ２を備え、
これらの第１端及び第２端はそれぞれ１、２で示されて
いる。図１に示すように、導体１６で示す手段は、共に
接地１７に接続されて帰還線路を形成する第１及び第２
の可変抵抗ＲＡ、ＲＢの各第１端を接続するように配設
されている。導体１９で示す手段は、第１の可変抵抗Ｒ
Ａの第２端と、第１固定抵抗器ＲＦ１の第２端とを接続
して第１の接合を形成するように配設されている。導体
２１で示す手段は、第２の可変抵抗器ＲＢの第２端と、
第２固定抵抗器ＲＦ２の第２端とを接続して第２の接合
を形成するように配設されている。
【００２６】導体２３で示される手段は、第１の固定抵
抗器ＲＦ１の第１端と第２の固定抵抗器ＲＦ２の第２端
を接合するように配設されると共に、励磁電圧源６に接
続されている。第１の独立増幅手段３１は、入力端が導
体３２を通じて導体１９に接続され、出力３３を出力す
るように配設されている。第２分離独立増幅手段３６
は、導体３７によって導体２１に接続された入力と、出
力３８を備える。第１及び第２のアナログデジタル変換
器４１および４２は、増幅器３１および３６の出力３３
および３８にそれぞれ接続されている。図１に示すよう
に、コンピュータ４６は通信リンク４７を通じてアナロ
グデジタル変換器４１、４２に接続され、アナログデジ
タル変換器４１、４２から供給されるデジタル電圧を読
みとって、これに基づいて、トランスデューサ１２によ
って測定される圧力を演算する。コンピュータは、例え
ば１６ビットマイクロプロセッサーを備えたものが好適
である。
抗器ＲＦ１の第１端と第２の固定抵抗器ＲＦ２の第２端
を接合するように配設されると共に、励磁電圧源６に接
続されている。第１の独立増幅手段３１は、入力端が導
体３２を通じて導体１９に接続され、出力３３を出力す
るように配設されている。第２分離独立増幅手段３６
は、導体３７によって導体２１に接続された入力と、出
力３８を備える。第１及び第２のアナログデジタル変換
器４１および４２は、増幅器３１および３６の出力３３
および３８にそれぞれ接続されている。図１に示すよう
に、コンピュータ４６は通信リンク４７を通じてアナロ
グデジタル変換器４１、４２に接続され、アナログデジ
タル変換器４１、４２から供給されるデジタル電圧を読
みとって、これに基づいて、トランスデューサ１２によ
って測定される圧力を演算する。コンピュータは、例え
ば１６ビットマイクロプロセッサーを備えたものが好適
である。
【００２７】以上の説明から、２つの独立した増幅器３
１、３６は、コンピュータ４６に接続された２つの独立
したアナログデジタル変換器に信号を供給するために用
いられている。これにより、２つの未知数を含む２つの
重要な方程式を解くために必要な情報を供給することが
できる。測定された各電圧は、圧力要素と温度要素であ
る。これらの要素を独立に測定することにより、上述し
た２つのパラメータを求めるために２つの重要な方程式
を解くことが可能である。
１、３６は、コンピュータ４６に接続された２つの独立
したアナログデジタル変換器に信号を供給するために用
いられている。これにより、２つの未知数を含む２つの
重要な方程式を解くために必要な情報を供給することが
できる。測定された各電圧は、圧力要素と温度要素であ
る。これらの要素を独立に測定することにより、上述し
た２つのパラメータを求めるために２つの重要な方程式
を解くことが可能である。
【００２８】２つの電圧が測定されるやいなや、励磁電
圧及び固定抵抗器ＲＦ１、ＲＦ２の各値から可変抵抗Ｒ
Ａ、ＲＢを演算することができる。これに伴い温度補償
圧力が演算される。トランスデューサのの抵抗値Ｒ（各
抵抗に対するもの）は、較正温度及び圧力における最初
の抵抗値Ｒ１、供給圧力Ｐ、圧力感度Ｋｐ、温度Ｔ、抵
抗の熱係数ＫＴ、および圧力感度の熱係数ＫＳからなる
６つのパラメータに基づく式で表される。この方程式は Ｒ＝Ｒ１＋ＫＴ・Ｔ＋（ＫＰ・Ｐ）（１−ＫＳ・Ｔ）
圧及び固定抵抗器ＲＦ１、ＲＦ２の各値から可変抵抗Ｒ
Ａ、ＲＢを演算することができる。これに伴い温度補償
圧力が演算される。トランスデューサのの抵抗値Ｒ（各
抵抗に対するもの）は、較正温度及び圧力における最初
の抵抗値Ｒ１、供給圧力Ｐ、圧力感度Ｋｐ、温度Ｔ、抵
抗の熱係数ＫＴ、および圧力感度の熱係数ＫＳからなる
６つのパラメータに基づく式で表される。この方程式は Ｒ＝Ｒ１＋ＫＴ・Ｔ＋（ＫＰ・Ｐ）（１−ＫＳ・Ｔ）
【００２９】上述の変数のうち、Ｐ、Ｔ以外は知ること
ができるが、２つの独立した抵抗値（それぞれ独自のＲ
１、ＫＴ、ＫＰ、およびＫＳに基づくもの）の測定が確
認できているので、ＲＡ、ＲＢに対する上述の２つの方
程式は、ＰおよびＴについて解かれる。これにより、２
つの抵抗の一方及びそのパラメータに基づいてＰを、ま
た他方の抵抗についてＴを求めると以下のように表せ
る。 Ｐ＝［ＲＡ−Ｒ１(Ａ)−ＫＴ(Ａ)・Ｔ］／［ＫＰ(Ａ)−
ＫＰ(Ａ)・ＫＳ(Ａ)・Ｔ］ および Ｔ＝［ＲＢ−Ｒ１(Ｂ)−ＫＰ(Ｂ)・Ｐ］／［ＫＴ(Ｂ)−
ＫＰ(Ｂ)・ＫＳ(Ｂ)・Ｐ］
ができるが、２つの独立した抵抗値（それぞれ独自のＲ
１、ＫＴ、ＫＰ、およびＫＳに基づくもの）の測定が確
認できているので、ＲＡ、ＲＢに対する上述の２つの方
程式は、ＰおよびＴについて解かれる。これにより、２
つの抵抗の一方及びそのパラメータに基づいてＰを、ま
た他方の抵抗についてＴを求めると以下のように表せ
る。 Ｐ＝［ＲＡ−Ｒ１(Ａ)−ＫＴ(Ａ)・Ｔ］／［ＫＰ(Ａ)−
ＫＰ(Ａ)・ＫＳ(Ａ)・Ｔ］ および Ｔ＝［ＲＢ−Ｒ１(Ｂ)−ＫＰ(Ｂ)・Ｐ］／［ＫＴ(Ｂ)−
ＫＰ(Ｂ)・ＫＳ(Ｂ)・Ｐ］
【００３０】そして、Ｔに関する方程式はＰに関する方
程式に置き換わる。Ｐに関する方程式を解くことは、２
次元方程式を解くことになり、その解は Ｐ＝［（ＤＥ＋ＢＦ−ＣＧ−ＡＨ）±｛（ＣＧ−ＤＥ＋
ＡＨ−ＢＦ）2−４（ＤＦ−ＣＨ）（ＢＥ−Ａ
Ｇ）｝1/2］／［２（ＤＦ−ＣＨ）］ 上式においては、簡潔にするために以下の関係を用いて
いる。 Ａ＝｛ＲＡ−Ｒ１（Ａ）｝ Ｂ＝ＫＴ（Ａ） Ｃ＝ＫＰ（Ａ） Ｄ＝｛（ＫＰ（Ａ）・ＫＳ（Ａ）｝ Ｅ＝｛ＲＢ−Ｒ１（Ｂ）｝ Ｆ＝ＫＰ（Ｂ） Ｇ＝ＫＴ（Ｂ） Ｈ＝｛ＫＰ（Ｂ）・ＫＳ（Ｂ）｝
程式に置き換わる。Ｐに関する方程式を解くことは、２
次元方程式を解くことになり、その解は Ｐ＝［（ＤＥ＋ＢＦ−ＣＧ−ＡＨ）±｛（ＣＧ−ＤＥ＋
ＡＨ−ＢＦ）2−４（ＤＦ−ＣＨ）（ＢＥ−Ａ
Ｇ）｝1/2］／［２（ＤＦ−ＣＨ）］ 上式においては、簡潔にするために以下の関係を用いて
いる。 Ａ＝｛ＲＡ−Ｒ１（Ａ）｝ Ｂ＝ＫＴ（Ａ） Ｃ＝ＫＰ（Ａ） Ｄ＝｛（ＫＰ（Ａ）・ＫＳ（Ａ）｝ Ｅ＝｛ＲＢ−Ｒ１（Ｂ）｝ Ｆ＝ＫＰ（Ｂ） Ｇ＝ＫＴ（Ｂ） Ｈ＝｛ＫＰ（Ｂ）・ＫＳ（Ｂ）｝
【００３１】以上から、超小型ピエゾ抵抗トランスデュ
ーサに対する温度補償圧力値が求められる。しかしなが
ら、これに加えて、上述の超小型ピエゾ抵抗トランスデ
ューサで作動する実用的で安価な回路に関する必要性に
応えるためには、上述のピエゾ抵抗トランスデューサの
ダイナミックレンジ（最小及び最大信号の間の差）への
要求を低減させる必要がある。例えば、同時係属中の出
願（１９９４年９月２日付出願の米国特許出願第０８／
３００，４４５号）に記載されたような特性を有する超
小型ピエゾ抵抗トランスデューサ１２を用いれば、０−
３００ｍｍＨｇの範囲における公称励磁電圧が１ボルト
の低感度トランスデューサからの圧力信号は、８３６μ
Ｖあるいは２．８μＶ／ｍｍＨｇと演算される。
ーサに対する温度補償圧力値が求められる。しかしなが
ら、これに加えて、上述の超小型ピエゾ抵抗トランスデ
ューサで作動する実用的で安価な回路に関する必要性に
応えるためには、上述のピエゾ抵抗トランスデューサの
ダイナミックレンジ（最小及び最大信号の間の差）への
要求を低減させる必要がある。例えば、同時係属中の出
願（１９９４年９月２日付出願の米国特許出願第０８／
３００，４４５号）に記載されたような特性を有する超
小型ピエゾ抵抗トランスデューサ１２を用いれば、０−
３００ｍｍＨｇの範囲における公称励磁電圧が１ボルト
の低感度トランスデューサからの圧力信号は、８３６μ
Ｖあるいは２．８μＶ／ｍｍＨｇと演算される。
【００３２】必要とされる圧力及び電圧の範囲内におけ
る超小型ピエゾ抵抗トランスデューサの特性の極大点に
おいて発生される最大信号は約１９０ｍＶである（これ
らのほとんどはトランスデューサの抵抗が公称の３５０
０Ωからずれすることによりもたらされるものであ
る）。従って、１ｍｍＨｇという分解能を得るために
は、最小値である６８０００分の１（１９０ｍｖ／２．
８μＶ）として演算することが必要である。アナログデ
ジタル変換器がこの信号をデジタル変換するために用い
られているとすれば、正確に１７ビットが最小値とな
る。
る超小型ピエゾ抵抗トランスデューサの特性の極大点に
おいて発生される最大信号は約１９０ｍＶである（これ
らのほとんどはトランスデューサの抵抗が公称の３５０
０Ωからずれすることによりもたらされるものであ
る）。従って、１ｍｍＨｇという分解能を得るために
は、最小値である６８０００分の１（１９０ｍｖ／２．
８μＶ）として演算することが必要である。アナログデ
ジタル変換器がこの信号をデジタル変換するために用い
られているとすれば、正確に１７ビットが最小値とな
る。
【００３３】上述したような低感度トランスデューサで
使用できる一般的な回路を提供するためには、とても高
価なものとなる。多大な増幅が必要であるが、これはオ
フセット電圧をも増幅する。十分なダイナミックレンジ
を有する増幅器を提供することは困難である。もし可能
であっても、非常に大きなオフセット電圧から圧力信号
を求めるための大きなダイナミックレンジを有するアナ
ログデジタル変換器を提供することが必要である。図２
は、アナログデジタル変換器のダイナミックレンジに関
する上述のような困難さを解決した回路を示す図であ
る。
使用できる一般的な回路を提供するためには、とても高
価なものとなる。多大な増幅が必要であるが、これはオ
フセット電圧をも増幅する。十分なダイナミックレンジ
を有する増幅器を提供することは困難である。もし可能
であっても、非常に大きなオフセット電圧から圧力信号
を求めるための大きなダイナミックレンジを有するアナ
ログデジタル変換器を提供することが必要である。図２
は、アナログデジタル変換器のダイナミックレンジに関
する上述のような困難さを解決した回路を示す図であ
る。
【００３４】図２に示す回路５１は、図１に示すものに
類似したブリッジ構成を含んでおり、トランスデューサ
１２の中の可変抵抗ＲＡ、ＲＢおよび外部の固定抵抗器
ＲＦ１、ＲＦ２を備えるが、励磁電圧回路２６と共に、
接続体２３が省かれている。ブリッジ５２に供給される
励磁電圧は分割されており、２つの独立したデジタルア
ナログ変換器５３、５４によって励磁が行われる。デジ
タルアナログ変換器５３は第１の固定抵抗ＲＦ１の第１
端に接続され、デジタルアナログ変換器５４は第２の固
定抵抗ＲＦ２の第１端に接続されている。これらのデジ
タルアナログ変換器５３、５４は、通信リンク５６を通
じてコンピュータ４６によって制御される。
類似したブリッジ構成を含んでおり、トランスデューサ
１２の中の可変抵抗ＲＡ、ＲＢおよび外部の固定抵抗器
ＲＦ１、ＲＦ２を備えるが、励磁電圧回路２６と共に、
接続体２３が省かれている。ブリッジ５２に供給される
励磁電圧は分割されており、２つの独立したデジタルア
ナログ変換器５３、５４によって励磁が行われる。デジ
タルアナログ変換器５３は第１の固定抵抗ＲＦ１の第１
端に接続され、デジタルアナログ変換器５４は第２の固
定抵抗ＲＦ２の第１端に接続されている。これらのデジ
タルアナログ変換器５３、５４は、通信リンク５６を通
じてコンピュータ４６によって制御される。
【００３５】独立増幅器３１に代わって、導体１９に接
続された導体６２に１つの入力端が接続された高入力イ
ンピーダンス差動増幅器６１が配設されている。他の入
力端は、導体６３によって、基準電圧源６８に接続され
た抵抗電圧分割ネットワーク６６に接続されている。基
準電圧源６８は、それ相応の電圧、例えば２．５００ボ
ルトを抵抗分割ネットワーク６６に供給すると共に、導
体６９を通じてデジタルアナログ変換器５３に供給し、
さらに、導体７１を通じてデジタルアナログ変換器５４
に供給する。抵抗分割ネットワーク６６は、共に接地７
２に接続された直列接続された抵抗Ｒ１及びＲ２から構
成される。そして、それ相応の基準電圧、例えば、０．
５ボルトを差動増幅器６１の他の入力端に供給する。
続された導体６２に１つの入力端が接続された高入力イ
ンピーダンス差動増幅器６１が配設されている。他の入
力端は、導体６３によって、基準電圧源６８に接続され
た抵抗電圧分割ネットワーク６６に接続されている。基
準電圧源６８は、それ相応の電圧、例えば２．５００ボ
ルトを抵抗分割ネットワーク６６に供給すると共に、導
体６９を通じてデジタルアナログ変換器５３に供給し、
さらに、導体７１を通じてデジタルアナログ変換器５４
に供給する。抵抗分割ネットワーク６６は、共に接地７
２に接続された直列接続された抵抗Ｒ１及びＲ２から構
成される。そして、それ相応の基準電圧、例えば、０．
５ボルトを差動増幅器６１の他の入力端に供給する。
【００３６】同様に、差動増幅器７６は、独立増幅器３
６に代わるものであり、その入力端は導体７７を通じて
導体２１に接続されている。差動増幅器の他の入力端
は、導体７８を通じて分割ネットワーク６６に接続さ
れ、それ相応の基準電圧として、例えば０．５Ｖが分割
ネットワーク６６から供給される。
６に代わるものであり、その入力端は導体７７を通じて
導体２１に接続されている。差動増幅器の他の入力端
は、導体７８を通じて分割ネットワーク６６に接続さ
れ、それ相応の基準電圧として、例えば０．５Ｖが分割
ネットワーク６６から供給される。
【００３７】各独立差動増幅器６１および７６は、例え
ば１０14Ωの非常に高い入力インピーダンスを供給する
ために２つのオペアンプを用いている。多くの製造者か
ら並のコストで提供されている低ノイズおよび低オフセ
ット電圧を有する適当なオペアンプは有益である。アナ
ログデジタル変換器４１および４２は、２チャンネル型
のものでもよく、差動増幅器６１及び７６の出力を測定
でき、デジタルアナログ変換器５３および５４で発生さ
れる励磁電圧を測定できる。これらの付加的なチャンネ
ルは使用中の回路の自己診断や自己較正を行うことがで
きる。
ば１０14Ωの非常に高い入力インピーダンスを供給する
ために２つのオペアンプを用いている。多くの製造者か
ら並のコストで提供されている低ノイズおよび低オフセ
ット電圧を有する適当なオペアンプは有益である。アナ
ログデジタル変換器４１および４２は、２チャンネル型
のものでもよく、差動増幅器６１及び７６の出力を測定
でき、デジタルアナログ変換器５３および５４で発生さ
れる励磁電圧を測定できる。これらの付加的なチャンネ
ルは使用中の回路の自己診断や自己較正を行うことがで
きる。
【００３８】差動増幅器６１及び７２上述したような入
力として、基準電圧源６８から供給される基準電圧に応
答して正確に発生された０．５ボルトのオフセット電圧
を有する。このオフセット電圧は、トランスデューサ電
圧から引き出されたものであり、励磁電圧としての機能
を有し、公称的にトランスデューサ電圧である０．５ボ
ルトを得るためにコンピュータ４６によって制御される
デジタルアナログ変換器５３、５４によって正確に発生
されるものである。
力として、基準電圧源６８から供給される基準電圧に応
答して正確に発生された０．５ボルトのオフセット電圧
を有する。このオフセット電圧は、トランスデューサ電
圧から引き出されたものであり、励磁電圧としての機能
を有し、公称的にトランスデューサ電圧である０．５ボ
ルトを得るためにコンピュータ４６によって制御される
デジタルアナログ変換器５３、５４によって正確に発生
されるものである。
【００３９】従って、トランスデューサ１２がコンピュ
ータ４６によって正確に設定され、公称温度あるいは公
称圧力がトランスデューサに供給されると、差動増幅器
に対する各入力は０．５ボルトとなると共に、その出力
は０ボルトとなる。従って、差動増幅器６１及び７６の
出力端における信号は、トランスデューサ１２によって
検出される圧力あるいは温度のいずれかに依存するもの
である。温度が決定されるやいなや、コンピュータ４６
は即時に励磁電圧を補償し、トランスデューサの温度成
分を排除して、差動増幅器６１及び７６の出力がトラン
スデューサ１２によって測定される圧力のみによって表
されるようにする。
ータ４６によって正確に設定され、公称温度あるいは公
称圧力がトランスデューサに供給されると、差動増幅器
に対する各入力は０．５ボルトとなると共に、その出力
は０ボルトとなる。従って、差動増幅器６１及び７６の
出力端における信号は、トランスデューサ１２によって
検出される圧力あるいは温度のいずれかに依存するもの
である。温度が決定されるやいなや、コンピュータ４６
は即時に励磁電圧を補償し、トランスデューサの温度成
分を排除して、差動増幅器６１及び７６の出力がトラン
スデューサ１２によって測定される圧力のみによって表
されるようにする。
【００４０】トランスデューサ１２のオフセットおよび
温度電圧成分を補償することにより、信号の圧力成分を
非常に大きいゲインで増幅して用いることができる。信
号の圧力成分は、合成されたオフセットと温度電圧成分
に較べて数千倍も小さいため、これは非常に重要なこと
である。オフセット電圧および温度電圧成分の全てある
いはほとんど全てが大きく増幅される信号から予め除か
れることは、このような理由によるものである。
温度電圧成分を補償することにより、信号の圧力成分を
非常に大きいゲインで増幅して用いることができる。信
号の圧力成分は、合成されたオフセットと温度電圧成分
に較べて数千倍も小さいため、これは非常に重要なこと
である。オフセット電圧および温度電圧成分の全てある
いはほとんど全てが大きく増幅される信号から予め除か
れることは、このような理由によるものである。
【００４１】以上から、ブリッジの各線路を駆動するコ
ンピュータ制御されたデジタルアナログ変換器５３およ
び５４によって発生される独立励磁電圧を用いれば、コ
ンピュータ４６は、各トランスデューサにおける公称抵
抗値が分かっていれば、トランスデューサ抵抗の理想抵
抗値（３５００Ω）からのずれによるオフセットがキャ
ンセルされるように励磁電圧を設定することができる。
ンピュータ制御されたデジタルアナログ変換器５３およ
び５４によって発生される独立励磁電圧を用いれば、コ
ンピュータ４６は、各トランスデューサにおける公称抵
抗値が分かっていれば、トランスデューサ抵抗の理想抵
抗値（３５００Ω）からのずれによるオフセットがキャ
ンセルされるように励磁電圧を設定することができる。
【００４２】従って、公称圧力及び公称温度において
は、アナログデジタル変換器４１及び４２への入力電圧
は本質的に０ボルトである。このような場合、アナログ
デジタル変換器の入力は、温度信号及び圧力信号のみに
基づく結果としてのより小さいダイナミックレンジで分
解能に対する要求を満たすことができる。
は、アナログデジタル変換器４１及び４２への入力電圧
は本質的に０ボルトである。このような場合、アナログ
デジタル変換器の入力は、温度信号及び圧力信号のみに
基づく結果としてのより小さいダイナミックレンジで分
解能に対する要求を満たすことができる。
【００４３】上述の例で用いた場合と同様のトランスデ
ューサ及び作動状況に対して、全ての入力ダイナミック
レンジは４５ｍＶにまで低減される。さらに付加的な効
果として、この発明では実際の抵抗の関数としての励磁
電圧を調整することにより、最悪の状況のトランスデュ
ーサの抵抗を理想的なトランスデューサの抵抗に正規化
するので、最悪の状況のトランスデューサの実効感度は
３．３５μＶ／ｍｍＨｇへ増加する。結果として、４倍
の改善よりもよい結果である分解能１３４００分の１
（４５ｍＶ／３．３５μＶ）のみが必要であり、１５ビ
ットの能力のアナログデジタル変換器を作成すれば十分
である。
ューサ及び作動状況に対して、全ての入力ダイナミック
レンジは４５ｍＶにまで低減される。さらに付加的な効
果として、この発明では実際の抵抗の関数としての励磁
電圧を調整することにより、最悪の状況のトランスデュ
ーサの抵抗を理想的なトランスデューサの抵抗に正規化
するので、最悪の状況のトランスデューサの実効感度は
３．３５μＶ／ｍｍＨｇへ増加する。結果として、４倍
の改善よりもよい結果である分解能１３４００分の１
（４５ｍＶ／３．３５μＶ）のみが必要であり、１５ビ
ットの能力のアナログデジタル変換器を作成すれば十分
である。
【００４４】図２に示すような回路において、コンピュ
ータ４６は信号の温度成分を即時に追跡することがで
き、連続的に励磁電圧を修正し、温度変化を補償するこ
とができる。この場合の出力ダイナミックレンジは、最
も感度のよいトランスデューサによって発生される圧力
信号と同程度、即ち約１３ｍＶである。これは、分解能
３９００分の１（１３ｍｖ／３．３５μＶ）に対する正
確な測定のみを必要とするものであり、１２ビットのア
ナログデジタル変換器によって測定でき、従来の方法に
較べてダイナミックレンジを１７倍以上も減少させるこ
とができる。
ータ４６は信号の温度成分を即時に追跡することがで
き、連続的に励磁電圧を修正し、温度変化を補償するこ
とができる。この場合の出力ダイナミックレンジは、最
も感度のよいトランスデューサによって発生される圧力
信号と同程度、即ち約１３ｍＶである。これは、分解能
３９００分の１（１３ｍｖ／３．３５μＶ）に対する正
確な測定のみを必要とするものであり、１２ビットのア
ナログデジタル変換器によって測定でき、従来の方法に
較べてダイナミックレンジを１７倍以上も減少させるこ
とができる。
【００４５】従って、図２に示す回路において、コンピ
ュータ４６による補償が行われる。初期抵抗値及び温度
の関数として、トランスデューサ１２の各可変抵抗Ｒ
Ａ、ＲＢに対する励磁電圧を独立的に変化させて、公称
トランスデューサ出力電圧を基準電圧源６８から供給さ
れる固定増幅基準電圧に一致させている。
ュータ４６による補償が行われる。初期抵抗値及び温度
の関数として、トランスデューサ１２の各可変抵抗Ｒ
Ａ、ＲＢに対する励磁電圧を独立的に変化させて、公称
トランスデューサ出力電圧を基準電圧源６８から供給さ
れる固定増幅基準電圧に一致させている。
【００４６】図３に示すように、固定トランスデューサ
励磁電圧の結果生じるトランスデューサのオフセット電
圧に一致させるように、増幅基準電圧を変化させること
によって補償が行われる。これを達成するために、基準
電圧源６８から供給される基準電圧は、通信リンク５６
を通じてコンピュータ４６によって制御されるデジタル
アナログ変換器５３及び５４に供給される。
励磁電圧の結果生じるトランスデューサのオフセット電
圧に一致させるように、増幅基準電圧を変化させること
によって補償が行われる。これを達成するために、基準
電圧源６８から供給される基準電圧は、通信リンク５６
を通じてコンピュータ４６によって制御されるデジタル
アナログ変換器５３及び５４に供給される。
【００４７】デジタルアナログ変換器５３及び５４の出
力８１及び８２は差動増幅器６１及び７６の基準入力端
に接続され、これらに入力される基準電圧を個々に変化
させている。各差動増幅器に供給される基準電圧は、ト
ランスデューサ１２の瞬時のオフセット成分および温度
成分に一致するように調整され、差動増幅器から信号の
圧力成分のみが増幅されて出力される。アナログデジタ
ル変換の分解能の要求は、図２に示す回路と同様のもの
となる。
力８１及び８２は差動増幅器６１及び７６の基準入力端
に接続され、これらに入力される基準電圧を個々に変化
させている。各差動増幅器に供給される基準電圧は、ト
ランスデューサ１２の瞬時のオフセット成分および温度
成分に一致するように調整され、差動増幅器から信号の
圧力成分のみが増幅されて出力される。アナログデジタ
ル変換の分解能の要求は、図２に示す回路と同様のもの
となる。
【００４８】従って、図２及び図３におけるコンピュー
タ４６は、２つのアナログデジタル変換器４１及び４２
でデジタル変換された電圧を読取り、これらの情報に基
づいて圧力と温度を演算する。図２及び図３に示す回路
においても、コンピュータ４６はフィードバック制御を
行い、トランスデューサ１２の公称抵抗値及び温度特性
からのずれを補償する。
タ４６は、２つのアナログデジタル変換器４１及び４２
でデジタル変換された電圧を読取り、これらの情報に基
づいて圧力と温度を演算する。図２及び図３に示す回路
においても、コンピュータ４６はフィードバック制御を
行い、トランスデューサ１２の公称抵抗値及び温度特性
からのずれを補償する。
【００４９】以上より、信号のダイナミックレンジの低
減するために補償技術を利用したトランスデューサの変
動を吸収するピエゾ抵抗トランスデューサ回路および方
法が提供される。これにより、増幅器やアナログデジタ
ル変換器に供給される信号のダイナミックレンジを低減
してコンピュータに可変抵抗素子の可変性を補償させ、
その結果、コンピュータに可変抵抗素子への温度の影響
を補償させている。この発明によれば、劇的に低減され
たダイナミックレンジの要求により安価な増幅器及びア
ナログデジタル変換器を提供することもさらに可能であ
る。
減するために補償技術を利用したトランスデューサの変
動を吸収するピエゾ抵抗トランスデューサ回路および方
法が提供される。これにより、増幅器やアナログデジタ
ル変換器に供給される信号のダイナミックレンジを低減
してコンピュータに可変抵抗素子の可変性を補償させ、
その結果、コンピュータに可変抵抗素子への温度の影響
を補償させている。この発明によれば、劇的に低減され
たダイナミックレンジの要求により安価な増幅器及びア
ナログデジタル変換器を提供することもさらに可能であ
る。
【００５０】この発明は、より大きな感度を有する従来
のトランスデューサ抵抗と比較して、圧力に対する感度
の良くないトランスデューサ抵抗の利用を可能にし、即
ち、感度が水銀柱１００ｍｍ当たり１．２〜１５Ω／１
０００Ω（これは従来のより大きな圧力トランスデュー
サと比較して一桁小さい値である）の圧力トランスデュ
ーサの使用を可能にする。この発明の抵抗トランスデュ
ーサ素子は、正確な最終値に調整することが不可能では
ないにしろ、困難である構造を有している。
のトランスデューサ抵抗と比較して、圧力に対する感度
の良くないトランスデューサ抵抗の利用を可能にし、即
ち、感度が水銀柱１００ｍｍ当たり１．２〜１５Ω／１
０００Ω（これは従来のより大きな圧力トランスデュー
サと比較して一桁小さい値である）の圧力トランスデュ
ーサの使用を可能にする。この発明の抵抗トランスデュ
ーサ素子は、正確な最終値に調整することが不可能では
ないにしろ、困難である構造を有している。
【００５１】例えば、このような抵抗素子は、公称抵抗
値として３５００Ωを有しているが、圧力が印加されて
いない状況において２５００〜４５００Ω、即ちほぼ±
３３％で変化し得る製造誤差を有している。このような
抵抗素子は温度に対しても非常に敏感であり、また各抵
抗素子は１００℃の温度変化により、抵抗値を３５％も
増大させることもあり得る。この発明は、上述の抵抗素
子のさらに他の特性、即ち温度上昇に伴い圧力感度が減
少することも克服している。圧力感度の減少は１００度
の温度変化で２７％にもなることが分かった。この発明
においては、このような超小型ピエゾ抵抗素子の好まし
くない全ての特徴は改善されている。
値として３５００Ωを有しているが、圧力が印加されて
いない状況において２５００〜４５００Ω、即ちほぼ±
３３％で変化し得る製造誤差を有している。このような
抵抗素子は温度に対しても非常に敏感であり、また各抵
抗素子は１００℃の温度変化により、抵抗値を３５％も
増大させることもあり得る。この発明は、上述の抵抗素
子のさらに他の特性、即ち温度上昇に伴い圧力感度が減
少することも克服している。圧力感度の減少は１００度
の温度変化で２７％にもなることが分かった。この発明
においては、このような超小型ピエゾ抵抗素子の好まし
くない全ての特徴は改善されている。
【００５２】超小型ピエゾ抵抗圧力トランスデューサの
諸問題を解決することにより、圧力を供給することが可
能であり、例えば外径が０．０１８インチ以下、とりわ
け０．０１４インチのガイドワイヤの末端で圧力測定を
行うことができる。従って、ガイドワイヤの端部に担持
された超音波トランスデューサによるドップラー速度測
定を行う際に、本願を利用すると共に補完速度及び圧力
情報を与えることにより圧力測定を行うことも可能であ
り、これは冠状動脈症の治療に非常に価値がある。この
発明においては、患者の血管の中の病変部による圧力変
動をつかむことが可能である。
諸問題を解決することにより、圧力を供給することが可
能であり、例えば外径が０．０１８インチ以下、とりわ
け０．０１４インチのガイドワイヤの末端で圧力測定を
行うことができる。従って、ガイドワイヤの端部に担持
された超音波トランスデューサによるドップラー速度測
定を行う際に、本願を利用すると共に補完速度及び圧力
情報を与えることにより圧力測定を行うことも可能であ
り、これは冠状動脈症の治療に非常に価値がある。この
発明においては、患者の血管の中の病変部による圧力変
動をつかむことが可能である。
【００５３】仮に病変部の両側で重大な圧力傾斜がある
とすると、これは外科医に対して重大な血行障害が発生
していることを示している。ガイドワイヤ中において、
超音波ドップラートランスデューサはガイドワイヤの先
端から前方を見るために、その末端に配設することもで
きる。この発明に係る圧力トランスデューサは、超音波
トランスデューサの近傍に近接配置して、ガイドワイヤ
先端部で障害部を繰り返し横切ることなく、血管形成過
程において狭窄部の向こう側の速度を測定し、その後障
害部の手前側及び向こう側で圧力測定を行うためにガイ
ドワイヤを遠隔位置および近傍位置で操作することによ
り、障害部を跨いで圧力傾斜を測定することができる。
ガイドワイヤの先端は常に障害部の向こう側に配置され
る。
とすると、これは外科医に対して重大な血行障害が発生
していることを示している。ガイドワイヤ中において、
超音波ドップラートランスデューサはガイドワイヤの先
端から前方を見るために、その末端に配設することもで
きる。この発明に係る圧力トランスデューサは、超音波
トランスデューサの近傍に近接配置して、ガイドワイヤ
先端部で障害部を繰り返し横切ることなく、血管形成過
程において狭窄部の向こう側の速度を測定し、その後障
害部の手前側及び向こう側で圧力測定を行うためにガイ
ドワイヤを遠隔位置および近傍位置で操作することによ
り、障害部を跨いで圧力傾斜を測定することができる。
ガイドワイヤの先端は常に障害部の向こう側に配置され
る。
【００５４】以上に述べた回路に関しては、シリコント
ランスデューサの特性およびその製造工程により、もと
もと接地基準導体として用いられていた導体に相当な抵
抗が生じることが分かった。上述の回路について以上に
説明したのと同様に、また、図４に示すように、理想的
なトランスデューサは可変抵抗ＲＡ、ＲＢを有する。実
際には、例えば前述したシリコントランジスタのような
トランスデューサは、図５にＲＣとして示す付加抵抗を
さらに備える。この抵抗ＲＣは、典型的には３００Ω程
度の抵抗値を有する。この抵抗ＲＣは、抵抗ＲＡ、ＲＢ
について説明したのと同程度の温度依存性を有するが、
圧力感度は有しない。
ランスデューサの特性およびその製造工程により、もと
もと接地基準導体として用いられていた導体に相当な抵
抗が生じることが分かった。上述の回路について以上に
説明したのと同様に、また、図４に示すように、理想的
なトランスデューサは可変抵抗ＲＡ、ＲＢを有する。実
際には、例えば前述したシリコントランジスタのような
トランスデューサは、図５にＲＣとして示す付加抵抗を
さらに備える。この抵抗ＲＣは、典型的には３００Ω程
度の抵抗値を有する。この抵抗ＲＣは、抵抗ＲＡ、ＲＢ
について説明したのと同程度の温度依存性を有するが、
圧力感度は有しない。
【００５５】トランスデューサが前述した回路に接続さ
れているとすると、抵抗ＲＣの存在は受け入れがたい誤
りを発生させる。抵抗ＲＣの公称値および温度特性は調
整行程において決定される。しかしながら、前述の圧力
の式は第３の未知数を包含した後では直接解くことがで
きないことも示している。抵抗ＲＣの値を仮定して式を
繰り返し解いてみると、許容できる小さな誤差を伴う結
果が算出される。しかしながら、これを達成するために
必要とされる演算時間は遙かに増大し、それゆえこの解
き方は好ましくないものである。
れているとすると、抵抗ＲＣの存在は受け入れがたい誤
りを発生させる。抵抗ＲＣの公称値および温度特性は調
整行程において決定される。しかしながら、前述の圧力
の式は第３の未知数を包含した後では直接解くことがで
きないことも示している。抵抗ＲＣの値を仮定して式を
繰り返し解いてみると、許容できる小さな誤差を伴う結
果が算出される。しかしながら、これを達成するために
必要とされる演算時間は遙かに増大し、それゆえこの解
き方は好ましくないものである。
【００５６】この発明に関して、図６に示す回路構成を
用いると、抵抗ＲＣの影響を削除あるいは少なくとも最
小限にできることが分かった。図６において、単一の励
磁電圧ＶＥは、図示するようにデジタルアナログ変換器
（ＤＡＣ）８６から固定基準抵抗素子ＲＦを通じ、さら
に直列接続された可変抵抗素子ＲＡ、ＲＢを通じて、接
地に供給される。図示する可変抵抗素子ＲＡ、ＲＢは、
第１端及び第２端を有し、第１抵抗素子ＲＡの第２端は
第２抵抗素子ＲＢの第１端に接続されている。
用いると、抵抗ＲＣの影響を削除あるいは少なくとも最
小限にできることが分かった。図６において、単一の励
磁電圧ＶＥは、図示するようにデジタルアナログ変換器
（ＤＡＣ）８６から固定基準抵抗素子ＲＦを通じ、さら
に直列接続された可変抵抗素子ＲＡ、ＲＢを通じて、接
地に供給される。図示する可変抵抗素子ＲＡ、ＲＢは、
第１端及び第２端を有し、第１抵抗素子ＲＡの第２端は
第２抵抗素子ＲＢの第１端に接続されている。
【００５７】第１及び第２の抵抗素子の第１端及び第２
端のうちの一つ、即ち、抵抗素子のＲＢの第２端は接地
されている。抵抗素子ＲＦおよびＲＡの間の接合８７
は、導体８８によって、非常に高い入力インピーダンス
を有する第１差動増幅器８９の第２入力に接続されてい
る。差動増幅器８９の第１入力端には、電圧分割ネット
ワーク９１の抵抗Ｒ１を通じて、固定基準電圧源９６か
ら基準電圧ＶｒｅｆＡが供給される。
端のうちの一つ、即ち、抵抗素子のＲＢの第２端は接地
されている。抵抗素子ＲＦおよびＲＡの間の接合８７
は、導体８８によって、非常に高い入力インピーダンス
を有する第１差動増幅器８９の第２入力に接続されてい
る。差動増幅器８９の第１入力端には、電圧分割ネット
ワーク９１の抵抗Ｒ１を通じて、固定基準電圧源９６か
ら基準電圧ＶｒｅｆＡが供給される。
【００５８】図示するように、固定基準電圧源９６は導
体９７によってデジタルアナログ変換器８６に接続され
ている。可変抵抗素子ＲＡ、ＲＢの間の接続点９８は、
抵抗器Ｒｃを通じて入力インピーダンスの非常に高い第
２差動増幅器１０１の第２入力端に接続されている。基
準電圧ＶｒｅｆＢは、図示するように、抵抗Ｒ１と、こ
れに直列接続されると共に他の抵抗Ｒ３を通じて電圧分
割ネットワーク９１の接地に接続された抵抗Ｒ２とを通
じて、固定基準電圧源９６から第２差動増幅器１０１の
第１入力端に供給される。
体９７によってデジタルアナログ変換器８６に接続され
ている。可変抵抗素子ＲＡ、ＲＢの間の接続点９８は、
抵抗器Ｒｃを通じて入力インピーダンスの非常に高い第
２差動増幅器１０１の第２入力端に接続されている。基
準電圧ＶｒｅｆＢは、図示するように、抵抗Ｒ１と、こ
れに直列接続されると共に他の抵抗Ｒ３を通じて電圧分
割ネットワーク９１の接地に接続された抵抗Ｒ２とを通
じて、固定基準電圧源９６から第２差動増幅器１０１の
第１入力端に供給される。
【００５９】図６に示すように、第１差動増幅器８９の
出力はアナログデジタル変換器１０６に接続され、同様
に、第２差動増幅器１０１の出力はアナログデジタル変
換器１０７に接続されている。アナログデジタル変換器
１０６及び１０７の出力は、通信リンク１１１によっ
て、前述した形式のコンピュータ１１２に接続されてい
る。コンピュータ１１２は、通信リンク１１１によっ
て、デジタルアナログ変換器８６にも接続されている。
出力はアナログデジタル変換器１０６に接続され、同様
に、第２差動増幅器１０１の出力はアナログデジタル変
換器１０７に接続されている。アナログデジタル変換器
１０６及び１０７の出力は、通信リンク１１１によっ
て、前述した形式のコンピュータ１１２に接続されてい
る。コンピュータ１１２は、通信リンク１１１によっ
て、デジタルアナログ変換器８６にも接続されている。
【００６０】図６に示す回路の動作及び用途について
は、以下で簡単に説明する。その動作は、前述の実施の
形態で説明したものと非常に似通ったものである。第２
差動増幅器は非常に高い入力インピーダンスを有するた
め、抵抗ＲＣを通じて差動増幅器１０１に流入する入力
電流は無視できるものである。これは、商業的に用いる
ことの可能なオペレーショナルアンプは、１０ｎＡある
いはそれ以下程度の入力バイアス電流を有するため、抵
抗ＲＣに３μＶあるいはそれ以下のオフセット電圧を生
じる結果となるからである。
は、以下で簡単に説明する。その動作は、前述の実施の
形態で説明したものと非常に似通ったものである。第２
差動増幅器は非常に高い入力インピーダンスを有するた
め、抵抗ＲＣを通じて差動増幅器１０１に流入する入力
電流は無視できるものである。これは、商業的に用いる
ことの可能なオペレーショナルアンプは、１０ｎＡある
いはそれ以下程度の入力バイアス電流を有するため、抵
抗ＲＣに３μＶあるいはそれ以下のオフセット電圧を生
じる結果となるからである。
【００６１】前述の実施の形態のように、トランスデュ
ーサ電流ＩＴによってもたらされるトランスデューサ電
圧ＶＡ、ＶＢは、独立した差動増幅器８９及び１０１に
よって増幅効果がもたらされるアナログデジタル変換器
１０６及び１０７によって検出される。ＶＥとＲＦの値
が分かれば電流ＩＴを決定できるので、抵抗ＲＡ、ＲＢ
を求めることができる。 ＩＴ＝（ＶＥ−ＶＡ）／ＲＦ ここに、 ＲＡ＝（ＶＡ−ＶＢ）／ＩＴ および ＲＢ＝ＶＢ／ＩＴ である。
ーサ電流ＩＴによってもたらされるトランスデューサ電
圧ＶＡ、ＶＢは、独立した差動増幅器８９及び１０１に
よって増幅効果がもたらされるアナログデジタル変換器
１０６及び１０７によって検出される。ＶＥとＲＦの値
が分かれば電流ＩＴを決定できるので、抵抗ＲＡ、ＲＢ
を求めることができる。 ＩＴ＝（ＶＥ−ＶＡ）／ＲＦ ここに、 ＲＡ＝（ＶＡ−ＶＢ）／ＩＴ および ＲＢ＝ＶＢ／ＩＴ である。
【００６２】抵抗ＲＡ、ＲＢとして計算された値は、前
述の圧力の式に代入される。以上より、好ましくない大
きな抵抗素子（前述した他の全ての不要な特性に加え
て）を有する圧力トランスデューサを調整することに加
えて、図５に示す回路は、前述の実施の形態の図２に示
した第２励磁電圧を供給するために用いられていた１つ
のデジタルアナログ変換器を削除している。図１、２及
び３に示された実施の形態における１つの固定基準抵抗
ＲＦ２は、削除されている。アナログデジタル変換器に
おける前述したダイナミックレンジの低減を保持するた
めに、２つの差動増幅器８９及び１０１に対する基準電
圧（ＶｒｅｆＡ、ＶｒｅｆＢ）は、異なるものでなけれ
ばならず、抵抗Ｒ１、Ｒ２およびＲ３からなる電圧分割
ネットワーク９１に１つの抵抗Ｒ２を加える必要があ
る。さらに、図６に示す回路は、好ましくない第３の抵
抗器を備えない前述のトランスデューサとしても機能す
ることは評価されるべきことである。
述の圧力の式に代入される。以上より、好ましくない大
きな抵抗素子（前述した他の全ての不要な特性に加え
て）を有する圧力トランスデューサを調整することに加
えて、図５に示す回路は、前述の実施の形態の図２に示
した第２励磁電圧を供給するために用いられていた１つ
のデジタルアナログ変換器を削除している。図１、２及
び３に示された実施の形態における１つの固定基準抵抗
ＲＦ２は、削除されている。アナログデジタル変換器に
おける前述したダイナミックレンジの低減を保持するた
めに、２つの差動増幅器８９及び１０１に対する基準電
圧（ＶｒｅｆＡ、ＶｒｅｆＢ）は、異なるものでなけれ
ばならず、抵抗Ｒ１、Ｒ２およびＲ３からなる電圧分割
ネットワーク９１に１つの抵抗Ｒ２を加える必要があ
る。さらに、図６に示す回路は、好ましくない第３の抵
抗器を備えない前述のトランスデューサとしても機能す
ることは評価されるべきことである。
【図１】 この発明に係る改良されたブリッジ回路の構
成を示すブロック図であり、理想的な超小型圧力トラン
スデューサを含む。
成を示すブロック図であり、理想的な超小型圧力トラン
スデューサを含む。
【図２】 この発明の他の改良されたブリッジ回路の構
成を示すブロック図であり、理想的な超小型圧力トラン
スデューサを含み、アナログデジタル変換器のダイナミ
ックレンジへの要求が大幅に低減されている。
成を示すブロック図であり、理想的な超小型圧力トラン
スデューサを含み、アナログデジタル変換器のダイナミ
ックレンジへの要求が大幅に低減されている。
【図３】 この発明のさらに他の改良されたブリッジ回
路を示すブロック図であり、図２に示す回路によって達
成される結果を実現するための他の回路及び方法を示す
ものである。
路を示すブロック図であり、図２に示す回路によって達
成される結果を実現するための他の回路及び方法を示す
ものである。
【図４】 ２つの可変抵抗ＲＡ、ＲＢから構成される理
想的な超小型圧力トランスデューサを示す図である。
想的な超小型圧力トランスデューサを示す図である。
【図５】 付加的な好ましくない抵抗ＲＣを備える理想
的なトランスデューサを示す図である。
的なトランスデューサを示す図である。
【図６】 好ましくない抵抗ＲＣの影響を排除した回路
を示す図である。
を示す図である。
ＲＡ 第１の可変抵抗素子、ＲＢ 第２の可変抵抗素
子、ＲＣ 第３の抵抗素子、８９ 第１の増幅器、１０
１ 第２の増幅器、１１２ コンピュータ手段。
子、ＲＣ 第３の抵抗素子、８９ 第１の増幅器、１０
１ 第２の増幅器、１１２ コンピュータ手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 598006679 2870 ＫＩＬＧＯＲＥ ＲＯＡＤ， ＲＡ ＮＣＨＯ ＣＯＲＤＯＶＡ， ＣＡＬＩＦ ＯＲＮＩＡ 95670， Ｕ．Ｓ．Ａ.
Claims (12)
- 【請求項１】 第１及び第２の可変抵抗素子を有し、水
銀柱で１００ｍｍ当たり１．２〜１５Ω／１０００Ωの
範囲の圧力感度および温度特性を有することを特徴とす
る超小型ピエゾ抵抗圧力のトランスデューサと、第１の
既知の固定抵抗素子を含む超小型ピエゾ抵抗圧力のトラ
ンスデューサの第１及び第２の可変抵抗素子に接続され
た回路と、既知の固定抵抗素子を通じて上記第１および
第２の可変抵抗素子に超小型ピエゾ抵抗圧力のトランス
デューサ励磁電圧を供給するために、上記既知の固定抵
抗素子を上記第１及び第２の可変抵抗素子に接続する手
段と、それぞれ入力端及び出力端を有する第１及び第２
の増幅器と、第１及び第２の可変抵抗素子にかかる電圧
を測定するために、上記第１及び第２の増幅器の各入力
端を第１及び第２の可変抵抗素子に接続し、上記第１及
び第２の増幅器が圧力成分及び温度成分を含む出力を有
するようにする手段と、上記第１及び第２の増幅器の出
力を受信して、上記超小型ピエゾ抵抗圧力のトランスデ
ューサによって測定される温度補償された圧力値を供給
するために、独立した可変抵抗素子としての上記第１及
び第２の可変抵抗素子の未知の抵抗値を求め、且つ上記
第１及び第２の可変抵抗素子を未知数とし、温度及び圧
力を他の未知数とした一組の等式を解くためのコンピュ
ータ手段とを備える圧力トランスデューサ変量を調整す
る圧力トランスデューサ回路。 - 【請求項２】 上記第１及び第２の抵抗素子は、公称抵
抗値からのずれを含む独立した好ましくない特性と、上
記第１及び第２の増幅手段の入力端にオフセット電圧を
生じさせる温度特性とを有し、上記回路は、さらに、上
記第１の既知の固定抵抗素子を通じて上記超小型ピエゾ
抵抗圧力のトランスデューサの第１及び第２の可変抵抗
素子に接続された上記コンピュータによって制御され、
上記超小型ピエゾ抵抗圧力のトランスデューサの第１及
び第２の可変抵抗素子の抵抗特性及び温度特性から生じ
るオフセット電圧を補償するためのフィードバック制御
手段を有する請求項１に記載の回路。 - 【請求項３】 上記増幅器は、共に第１及び第２の入力
端をそれぞれ有する差動増幅器であって、該第２の入力
端は共に第１及び第２の可変抵抗素子に接続され、さら
に上記第１及び第２の差動増幅器の各第１の入力端に固
定基準電圧を供給するための手段を備える請求項１に記
載の回路。 - 【請求項４】 上記第１及び第２の可変抵抗素子は並列
に接続されている請求項１に記載の回路。 - 【請求項５】 上記第１及び第２の可変抵抗素子は、共
通接続点を有すると共に、該共通接続点を接地する手段
を備える請求項４に記載の回路。 - 【請求項６】 上記第１及び第２の可変抵抗素子は直列
に接続されている請求項１に記載の回路。 - 【請求項７】 上記第１及び第２の抵抗素子は第１端お
よび第２端を有すると共に、上記第１及び第２の抵抗素
子の上記第１端及び第２端のうちの一つを接地する手段
を備える請求項６に記載の回路。 - 【請求項８】 上記第１及び第２の可変抵抗素子に接続
された第２の既知の固定抵抗素子を備え、上記第１の既
知の固定抵抗素子は第１可変抵抗素子に接続され、上記
負荷された固定抵抗素子は上記第２の可変抵抗素子に接
続されている請求項１に記載の回路。 - 【請求項９】 上記超小型ピエゾ抵抗圧力のトランスデ
ューサは、一端が上記第１及び第２の可変抵抗素子の接
続点に接続されると共に、第２端が上記第２差動増幅器
の第２入力端に接続された第３の抵抗素子を備え、上記
差動増幅器は非常に高い入力インピーダンスを有するた
め、上記第３の抵抗素子に流れる増幅電流によって該第
３の抵抗素子に生じる電圧は無視できるものである請求
項１に記載の回路。 - 【請求項１０】 生体内の圧力測定を行うために、超小
型ピエゾ抵抗圧力のトランスデューサを備えた回路を利
用する方法であって、超小型ピエゾ抵抗圧力のトランス
デューサは、水銀柱で１００ｍｍ当たり１．２〜１５Ω
／１０００Ωの範囲の圧力感度を有することを特徴とす
ると共に、第１及び第２の抵抗素子を備え、これらの第
１及び第２の抵抗素子に接続された回路は、既知の固定
抵抗素子と、上記第１及び第２の抵抗素子に接続された
手段とを備える上記方法において、上記既知の固定抵抗
素子を通じて上記第１及び第２の可変抵抗素子に超小型
ピエゾ抵抗圧力のトランスデューサ励磁電圧を供給する
行程と、上記第１及び第２の可変抵抗素子の両端間の電
圧を測定する行程と、測定された電圧を増幅する行程
と、上記超小型ピエゾ抵抗圧力のトランスデューサによ
って測定される温度補償された圧力値を供給するため
に、独立した可変抵抗としての第１及び第２の可変抵抗
素子の未知の抵抗値を求め、且つ上記第１及び第２の可
変抵抗素子を未知数とすると共に、圧力及び温度を残り
の未知数とした一組の等式を解く行程とからなる方法。 - 【請求項１１】 上記第１及び第２の可変抵抗素子が、
公称抵抗値からのずれを含む独立した好ましくない特性
及び温度特性を有してなり、さらに上記方法が測定され
た電圧を増幅するための基準を有する第１及び第２の差
動増幅器を用いる行程と、オフセット電圧を上記差動増
幅器の各基準に供給する行程と、上記超小型ピエゾ抵抗
圧力のトランスデューサの温度を求める行程と、上記第
１及び第２の差動増幅器の出力が上記超小型ピエゾ抵抗
圧力のトランスデューサにより測定される圧力のみを反
映するように、上記第１及び第２の差動増幅器の出力を
調整する行程とをさらに備える請求項１１に記載の方
法。 - 【請求項１２】 上記第１及び第２の差動増幅器の出力
を調整する行程は、第１及び第２の可変抵抗素子のオフ
セット電圧と温度特性を補償するための励磁電圧を独立
的に変化させる行程をさらに備える請求項１１に記載の
方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/780,387 US5668320A (en) | 1995-06-19 | 1997-01-08 | Piezoresistive pressure transducer circuitry accommodating transducer variability |
| US08/780387 | 1997-01-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10267779A true JPH10267779A (ja) | 1998-10-09 |
Family
ID=25119457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10001921A Pending JPH10267779A (ja) | 1997-01-08 | 1998-01-07 | トランスデューサの変量を調整するピエゾ抵抗圧力トランスデューサ回路 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5668320A (ja) |
| EP (1) | EP0857957A1 (ja) |
| JP (1) | JPH10267779A (ja) |
| CA (1) | CA2226442A1 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004138425A (ja) * | 2002-10-16 | 2004-05-13 | Tadahiro Omi | 圧力式流量制御装置の温度測定装置 |
| JP2009515592A (ja) * | 2005-11-14 | 2009-04-16 | エドワーズ ライフサイエンシーズ コーポレイション | 圧力モニタリングのための無線通信システム |
| JP2009136675A (ja) * | 2001-05-18 | 2009-06-25 | Volcano Corp | 可変動作特性を有する血管内センサを生理学的モニタにインターフェースする信号調整装置 |
| JP2013525747A (ja) * | 2010-03-18 | 2013-06-20 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | ピエゾ抵抗型マイクロメカニカルセンサ構成素子および相応の測定方法 |
| JP2014502857A (ja) * | 2010-11-12 | 2014-02-06 | セント ジュード メディカル システムズ アーベー | インターフェース・ユニット、測定システム及びインターフェース・ユニットにおける方法 |
Families Citing this family (39)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1658808A1 (en) * | 1994-09-02 | 2006-05-24 | Volcano Corporation | Microminiature pressure sensor and guidewire using the same |
| SE9600334D0 (sv) * | 1996-01-30 | 1996-01-30 | Radi Medical Systems | Combined flow, pressure and temperature sensor |
| US6658941B1 (en) * | 1997-07-21 | 2003-12-09 | Helix Technology Corporation | Apparatus and methods for heat loss pressure measurement |
| US6938493B2 (en) * | 1997-07-21 | 2005-09-06 | Helix Technology Corporation | Apparatus and methods for heat loss pressure measurement |
| US6237394B1 (en) * | 1999-02-25 | 2001-05-29 | Redwood Microsystems, Inc. | Apparatus and method for correcting drift in a sensor |
| DE19930661A1 (de) * | 1999-07-02 | 2001-01-18 | Siemens Ag | Meßumformer |
| US6433524B1 (en) | 2001-03-15 | 2002-08-13 | Rosemount Aerospace Inc. | Resistive bridge interface circuit |
| DE10160794B4 (de) * | 2001-12-11 | 2006-07-27 | Parker Hannifin Gmbh | Signalverarbeitungseinrichtung für einen Druckschalter od. dgl. |
| US6663570B2 (en) | 2002-02-27 | 2003-12-16 | Volcano Therapeutics, Inc. | Connector for interfacing intravascular sensors to a physiology monitor |
| US7134994B2 (en) | 2002-05-20 | 2006-11-14 | Volcano Corporation | Multipurpose host system for invasive cardiovascular diagnostic measurement acquisition and display |
| US6928379B2 (en) * | 2002-06-21 | 2005-08-09 | Emerson Electric Co. | Apparatus and method for sensing temperature |
| US7082834B2 (en) * | 2003-06-18 | 2006-08-01 | New Jersey Institute Of Technology | Flexible thin film pressure sensor |
| US20060021444A1 (en) * | 2004-07-28 | 2006-02-02 | Helix Technology Corporation | Method of operating a resistive heat-loss pressure sensor |
| US7249516B2 (en) * | 2004-07-28 | 2007-07-31 | Brooks Automation, Inc. | Method of operating a resistive heat-loss pressure sensor |
| EP1688314A1 (en) * | 2005-02-04 | 2006-08-09 | IEE INTERNATIONAL ELECTRONICS & ENGINEERING S.A. | Foil-type pressure sensor and method for evaluating the sensor response |
| US7331237B2 (en) | 2006-02-01 | 2008-02-19 | Brooks Automation, Inc. | Technique for improving Pirani gauge temperature compensation over its full pressure range |
| US7950286B2 (en) | 2008-12-19 | 2011-05-31 | Honeywell International Inc. | Multi-range pressure sensor apparatus and method utilizing a single sense die and multiple signal paths |
| CN101806602B (zh) * | 2009-12-23 | 2011-08-10 | 哈尔滨工业大学 | 自动校正零偏的压阻式传感器电路 |
| US8656772B2 (en) | 2010-03-22 | 2014-02-25 | Honeywell International Inc. | Flow sensor with pressure output signal |
| US8878598B2 (en) | 2010-12-28 | 2014-11-04 | British Virgin Islands Central Digital Inc. | Sensing module |
| TW201227753A (en) * | 2010-12-28 | 2012-07-01 | British Virgin Islands Central Digital Inc | Sensor temperature compensation circuit and method thereof |
| US8695417B2 (en) | 2011-01-31 | 2014-04-15 | Honeywell International Inc. | Flow sensor with enhanced flow range capability |
| US10888232B2 (en) | 2011-08-20 | 2021-01-12 | Philips Image Guided Therapy Corporation | Devices, systems, and methods for assessing a vessel |
| US9339348B2 (en) | 2011-08-20 | 2016-05-17 | Imperial Colege of Science, Technology and Medicine | Devices, systems, and methods for assessing a vessel |
| EP2856098B1 (en) | 2012-05-25 | 2019-10-16 | Vascular Imaging Corporation | Optical fiber pressure sensor |
| US9052217B2 (en) | 2012-11-09 | 2015-06-09 | Honeywell International Inc. | Variable scale sensor |
| JP5827759B2 (ja) * | 2013-06-19 | 2015-12-02 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 増幅回路及び増幅回路ｉｃチップ |
| CN104902811B (zh) | 2013-07-01 | 2019-08-16 | 山东苏黎世医疗科技有限公司 | 用于血管内的测量的装置和方法 |
| US10835183B2 (en) | 2013-07-01 | 2020-11-17 | Zurich Medical Corporation | Apparatus and method for intravascular measurements |
| ES2856009T3 (es) | 2013-07-18 | 2021-09-27 | Endophys Holdings Llc | Sistema y método de análisis de la presión arterial |
| US10327645B2 (en) | 2013-10-04 | 2019-06-25 | Vascular Imaging Corporation | Imaging techniques using an imaging guidewire |
| US10537255B2 (en) | 2013-11-21 | 2020-01-21 | Phyzhon Health Inc. | Optical fiber pressure sensor |
| EP3039436A4 (en) | 2013-12-31 | 2017-04-19 | Halliburton Energy Services, Inc. | Method for multiplexing wheatstone bridge measurements |
| US10258240B1 (en) | 2014-11-24 | 2019-04-16 | Vascular Imaging Corporation | Optical fiber pressure sensor |
| BR102016022714A8 (pt) * | 2016-09-29 | 2018-05-22 | Zammi Instrumental Ltda | sistema de zeramento automático e ajuste eletrônico do nível do transdutor de pressão aplicados a monitoires de sinais vitais |
| GB201716669D0 (en) * | 2017-10-11 | 2017-11-22 | Cambridge Mechatronics Ltd | Sma resistance measurement |
| US10845263B2 (en) | 2018-04-17 | 2020-11-24 | Mks Instruments, Inc. | Thermal conductivity gauge |
| CN109259744B (zh) * | 2018-09-30 | 2023-09-19 | 珠海亚特兰生命工程科技有限公司 | 高精度体内压力监测仪 |
| EP3690417A1 (en) * | 2019-02-01 | 2020-08-05 | Sens4 A/S | Apparatus for heat-loss vacuum measurement with improved temperature compensation and extended measurement range |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1414144A (en) * | 1972-03-20 | 1975-11-19 | Welwyn Electric Ltd | Strain measuring device |
| JPS55113904A (en) * | 1979-02-26 | 1980-09-02 | Hitachi Ltd | Method of zero point temperature compensation for strain-electric signal transducer |
| JPS59217375A (ja) * | 1983-05-26 | 1984-12-07 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 半導体機械−電気変換装置 |
| DE3427743A1 (de) * | 1984-07-27 | 1986-02-06 | Keller AG für Druckmeßtechnik, Winterthur | Verfahren zur temperaturkompensation und messschaltung hierfuer |
| JPS62218813A (ja) * | 1986-03-20 | 1987-09-26 | Hokoku Kikai Kk | 圧力検出装置 |
| GB2234069B (en) * | 1988-10-28 | 1992-08-12 | Motorola Inc | Sensor arrangement |
| US5146788A (en) * | 1990-10-25 | 1992-09-15 | Becton, Dickinson And Company | Apparatus and method for a temperature compensation of a catheter tip pressure transducer |
| US5193393A (en) * | 1991-02-04 | 1993-03-16 | Motorola, Inc. | Pressure sensor circuit |
| US5329818A (en) * | 1992-05-28 | 1994-07-19 | Rosemount Inc. | Correction of a pressure indication in a pressure transducer due to variations of an environmental condition |
| JP2768219B2 (ja) * | 1993-06-24 | 1998-06-25 | 日本電気株式会社 | 歪量検出装置並びにその駆動回路及び増幅回路 |
| US5460049A (en) * | 1994-01-26 | 1995-10-24 | Instrumention Northwest, Inc. | Digitally-temperature-compensated strain-gauge pressure measuring apparatus |
| US5551301A (en) * | 1995-06-19 | 1996-09-03 | Cardiometrics, Inc. | Piezoresistive pressure transducer circuitry accommodating transducer variability |
-
1997
- 1997-01-08 US US08/780,387 patent/US5668320A/en not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-01-07 CA CA002226442A patent/CA2226442A1/en active Pending
- 1998-01-07 JP JP10001921A patent/JPH10267779A/ja active Pending
- 1998-01-07 EP EP98200021A patent/EP0857957A1/en not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009136675A (ja) * | 2001-05-18 | 2009-06-25 | Volcano Corp | 可変動作特性を有する血管内センサを生理学的モニタにインターフェースする信号調整装置 |
| JP2004138425A (ja) * | 2002-10-16 | 2004-05-13 | Tadahiro Omi | 圧力式流量制御装置の温度測定装置 |
| JP2009515592A (ja) * | 2005-11-14 | 2009-04-16 | エドワーズ ライフサイエンシーズ コーポレイション | 圧力モニタリングのための無線通信システム |
| JP2013525747A (ja) * | 2010-03-18 | 2013-06-20 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | ピエゾ抵抗型マイクロメカニカルセンサ構成素子および相応の測定方法 |
| US9110090B2 (en) | 2010-03-18 | 2015-08-18 | Robert Bosch Gmbh | Piezoresistive micromechanical sensor component and corresponding measuring method |
| JP2014502857A (ja) * | 2010-11-12 | 2014-02-06 | セント ジュード メディカル システムズ アーベー | インターフェース・ユニット、測定システム及びインターフェース・ユニットにおける方法 |
| US9592009B2 (en) | 2010-11-12 | 2017-03-14 | St. Jude Medical Coordination Center Bvba | Interface unit and a measurement system |
| US10624584B2 (en) | 2010-11-12 | 2020-04-21 | St. Jude Medical Coordination Center Bvba | Interface unit, measurement system and a method in an interface unit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2226442A1 (en) | 1998-07-08 |
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| US5668320A (en) | 1997-09-16 |
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