特許 7601490 センサの状態を出力するセンサアセンブリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】センサの状態を出力するセンサアセンブリ

(51)【国際特許分類】

   G08C 15/00 20060101AFI20241210BHJP

【ＦＩ】

G08C15/00 D

【請求項の数】 17

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023087470

(22)【出願日】2023-05-29

(65)【公開番号】P2023177304

(43)【公開日】2023-12-13

【審査請求日】2023-06-19

(31)【優先権主張番号】17/828421

(32)【優先日】2022-05-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】518345815

【氏名又は名称】ティーイー コネクティビティ ソリューソンズ ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100100077

【弁理士】

【氏名又は名称】大場 充

(74)【代理人】

【識別番号】100136010

【弁理士】

【氏名又は名称】堀川 美夕紀

(74)【代理人】

【識別番号】100203046

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 聖子

(72)【発明者】

【氏名】ジェフリー クリーク

(72)【発明者】

【氏名】マイケル ペドリック

【審査官】菅藤 政明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－８３２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５９６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２１３７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－２７４７７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０８Ｃ １５／００－２５／０４

Ｇ０１Ｄ ２１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサアセンブリ（１０）であって、
センサ信号（１３０）を生成するセンサ（１００）と、
前記センサ（１００）から出力された前記センサ信号（１３０）を受け取り、前記センサ（１００）によって検出された状態を表す信号出力（２７０）を出力する出力ユニット（２００）と、
前記センサ（１００）から出力された前記センサ信号（１３０）を受け取り、前記センサ（１００）の状態を表す状態出力（３８０）を出力する状態ユニット（３００）と、
前記センサ（１００）および前記状態ユニット（３００）に接続されたテストライン（４００）と、を備え、
前記テストライン（４００）は双方向であり、
前記センサアセンブリ（１０）の正常動作状態（Ｎ）において、前記テストライン（４００）は、前記状態ユニット（３００）により出力される前記状態出力（３８０）を出力する、センサアセンブリ（１０）。

【請求項2】

前記センサ（１００）および前記出力ユニット（２００）に接続された信号ライン（５００）をさらに備え、前記信号ライン（５００）は一方向であり、前記信号出力（２７０）を出力する、請求項１に記載のセンサアセンブリ（１０）。

【請求項3】

前記正常動作状態（Ｎ）において、前記出力ユニット（２００）は、前記信号出力（２７０）を前記信号ライン（５００）に連続して出力し、前記状態ユニット（３００）は、前記状態出力（３８０）を前記テストライン（４００）に連続して出力する、請求項２に記載のセンサアセンブリ（１０）。

【請求項4】

前記状態出力（３８０）は、前記センサ（１００）の正常状態、限界状態、および故障状態のうちの１つを表す、請求項１に記載のセンサアセンブリ（１０）。

【請求項5】

前記限界状態は、前記センサ（１００）が故障に近付いていることを示す、請求項４に記載のセンサアセンブリ（１０）。

【請求項6】

前記状態ユニット（３００）の分圧器（３１０、３２０）において前記センサ信号（１３０）をフィルタリングするまたは遅延させることによってベースライン信号（１３４）が生成され、
前記状態ユニット（３００）は、前記ベースライン信号（１３４）を複数の閾値（３５２、３６２）と比較して、前記センサ（１００）の前記状態が前記正常状態であるか、前記限界状態であるか、または前記故障状態であるかを判定する、請求項４に記載のセンサアセンブリ（１０）。

【請求項7】

前記信号出力（２７０）は、前記センサ（１００）によって検出された一対の状態のうちの一方を表し、前記センサ信号（１３０）が前記出力ユニット（２００）に受け取られると、主信号（１３２）が出力され、分圧器（２２０）において前記センサ信号（１３０）をフィルタリングするまたは遅延させることによってベースライン信号（１３４）が生成され、前記出力ユニット（２００）は、前記主信号（１３２）と前記ベースライン信号（１３４）とを比較して、前記センサ（１００）によって検出された状態を判定する、請求項１に記載のセンサアセンブリ（１０）。

【請求項8】

前記センサ（１００）と前記テストライン（４００）との間に接続されたスイッチ（６００）をさらに備え、前記スイッチ（６００）は、前記テストライン（４００）に沿ってセルフテスト入力（４１０）を受け取って、前記センサアセンブリ（１０）の前記正常動作状態（Ｎ）とセルフテスト状態（Ｓ）を切り替える、請求項３に記載のセンサアセンブリ（１０）。

【請求項9】

前記正常動作状態（Ｎ）において、前記状態出力（３８０）は、前記スイッチ（６００）をトリガすることなく前記テストライン（４００）に送られる、請求項８に記載のセンサアセンブリ（１０）。

【請求項10】

前記正常動作状態（Ｎ）において、前記状態ユニット（３００）は、前記状態出力（３８０）を前記テストライン（４００）に出力し、前記セルフテスト状態（Ｓ）において、前記状態ユニット（３００）は、前記状態出力（３８０）を前記テストライン（４００）に出力せず、前記セルフテスト状態（Ｓ）において、前記センサ（１００）はセルフテスト出力（１４０）を出力し、前記セルフテスト出力（１４０）は、前記スイッチ（６００）から前記センサ（１００）の信号調整器（１２０）に送られた駆動無効信号（６１０）によって決定付けられる、請求項９に記載のセンサアセンブリ（１０）。

【請求項11】

前記セルフテスト状態（Ｓ）において、
前記センサ（１００）は、前記セルフテスト出力（１４０）を前記出力ユニット（２００）に出力し、前記状態ユニット（３００）に出力しない、請求項１０に記載のセンサアセンブリ（１０）。

【請求項12】

前記出力ユニット（２００）および前記状態ユニット（３００）は、それぞれ複数の分圧器（２１０、２２０、３１０、３２０）、比較器（２３０、３３０、３４０）、およびレベル検出回路（２６０、３７０）を有し、前記センサ信号（１３０）から前記信号出力（２７０）および前記状態出力（３８０）を生成する、請求項１に記載のセンサアセンブリ（１０）。

【請求項13】

前記出力ユニット（２００）および前記状態ユニット（３００）は、コントローラ（８００）によって実行される、請求項１に記載のセンサアセンブリ（１０）。

【請求項14】

センサ（１００）の状態を出力する方法（７００）であって、
前記センサ（１００）、前記センサ（１００）に接続された出力ユニット（２００）、前記センサ（１００）に接続された状態ユニット（３００）、ならびに前記センサ（１００）および前記状態ユニット（３００）に接続されたテストライン（４００）であって、双方向であるテストライン（４００）を含むセンサアセンブリ（１０）を設けることと、
前記センサ（１００）のセンサ信号（１３０）を前記出力ユニット（２００）および前記状態ユニット（３００）に送ることと、
前記出力ユニット（２００）を用いて、前記センサ（１００）によって検出された状態を表す信号出力（２７０）を出力することと、
前記状態ユニット（３００）を用いて、前記センサ（１００）の状態を表す状態出力（３８０）を前記テストライン（４００）に出力することと
を含み、
前記センサアセンブリ（１０）の正常動作状態（Ｎ）において、前記テストライン（４００）は、前記状態ユニット（３００）により出力される前記状態出力（３８０）を出力する、方法。

【請求項15】

前記正常動作状態（Ｎ）において、前記出力ユニット（２００）は、前記信号出力（２７０）を、前記センサ（１００）および前記出力ユニット（２００）に接続された信号ライン（５００）に連続して出力し、前記状態ユニット（３００）は、前記状態出力（３８０）を前記テストライン（４００）に連続して出力し、前記状態出力（３８０）は、前記センサ（１００）の正常状態、限界状態、および故障状態のうちの１つを表す、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記テストライン（４００）に沿って受け取ったセルフテスト入力（４１０）に基づいて、前記センサアセンブリ（１０）を前記正常動作状態（Ｎ）とセルフテスト状態（Ｓ）との間で切り替えることをさらに含み、前記セルフテスト状態（Ｓ）において、前記状態ユニット（３００）は、前記状態出力（３８０）を前記テストライン（４００）に出力せず、前記センサ（１００）はセルフテスト出力（１４０）を出力する、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記セルフテスト状態（Ｓ）において、
前記センサ（１００）は、前記セルフテスト出力（１４０）を前記出力ユニット（２００）に出力し、前記状態ユニット（３００）に出力しない、請求項１６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサアセンブリに関し、より詳細には、センサアセンブリのセンサの状態を出力するセンサアセンブリに関する。

【背景技術】

【0002】

センサアセンブリのセンサは、通常、出力ラインまたはピンと、入力ラインまたはピンとを有する。センサによって検知された変数を表す信号が、出力ラインに出力される。入力ラインは、セルフテスト信号をセンサに入力して、センサが適切に機能しているかどうかを判定するために使用され、センサは、セルフテスト信号を受け取ったことに応えて、センサが故障状態にあるかどうかを判定するために評価可能な所定の信号を出力する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

セルフテストはセンサの故障を示すことができるが、センサの状態は、セルフテスト信号を受け取ったときにのみ、要求に応じて出力される。それ以外の場合、センサの状態はわからず、センサは、セルフテスト信号によって開始される故障判定より前に、信頼性のない信号を出力することがある。さらに、セルフテストにおいてセンサから出力される所定の信号の評価は、センサが動作しているかどうか、またはセンサが既に故障状態に達しているかどうかのみを示す。セルフテスト信号によって促されるセンサの出力は、センサが故障に近付いているときに中間指示を与えることができない。

【課題を解決するための手段】

【0004】

センサアセンブリは、センサ信号を生成するセンサと、センサから出力されたセンサ信号を受け取る出力ユニットおよび状態ユニットと、センサおよび状態ユニットに接続されたテストラインとを備える。出力ユニットは、センサによって検出された状態を表す信号出力を出力する。状態ユニットは、センサの状態を表す状態出力を出力する。テストラインは双方向であり、状態出力を出力する。

【0005】

以下で、添付図面を参照しながら、本発明を例として説明する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】一実施形態によるセンサアセンブリの概略ブロック図である。

【図2】センサアセンブリの出力ユニットの概略ブロック図である。

【図3】センサアセンブリの状態ユニットの概略ブロック図である。

【図4A】第１の閾値および第２の閾値を伴う、センサアセンブリのセンサの主信号およびベースライン信号のグラフである。

【図4B】図４Ａのグラフの部分Ｂの拡大図である。

【図5】センサアセンブリを使用してセンサの状態を出力する方法のフローチャートである。

【図6】別の実施形態によるセンサアセンブリの概略ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下で、添付図面を参照しながら本開示の例示的な実施形態について詳細に説明する。図中、同一の参照数字は同一の要素を指す。しかしながら、本開示は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が本開示の概念を当業者に伝えるように提供される。加えて、以下の詳細な説明では、説明の目的で、開示する実施形態の徹底的な理解をもたらすために、多数の具体的な詳細を記載する。しかしながら、これらの具体的な詳細がなくても１つまたは複数の実施形態を実施することができることが明らかである。

【0008】

一実施形態によるセンサアセンブリ１０が、図１に示されている。センサアセンブリ１０は、センサ１００と、センサ１００に接続された出力ユニット２００と、センサ１００に接続された状態ユニット３００と、スイッチ６００を介して状態ユニット３００に接続されたテストライン４００と、出力ユニット２００に接続された信号ライン５００とを備える。

【0009】

図１に示すように、センサ１００は、検知要素１１０と信号調整器１２０とを含む。検知要素１１０は、測定された変数の状態を検知し、信号調整器１２０は、駆動信号に基づいて検知要素１１０と相互作用して、検知要素１１０によって検知された状態を表すセンサ信号１３０を生成し出力する。

【0010】

一実施形態において、信号調整器１２０は、超音波を発生する圧電結晶であり、検知要素１１０は、超音波を受け取り、かつ検知要素１１０によって検知された状態に基づいて超音波を電気信号に変換する圧電結晶である。別の実施形態において、検知要素１１０と信号調整器１２０とは、例えば、パルスエコーモードで動作する単一の圧電トランシーバであってよい。
さらなる実施形態において、信号調整器１２０は、励起信号を供給する任意のタイプの要素であってよく、検知要素１１０は、信号調整器１２０からの励起信号に対して、検知要素１１０によって検知された状態を表す応答信号を供給する任意のタイプの要素であってよい。様々な実施形態において、信号調整器１２０が、検知要素１１０から測定された変数の状態を受け取り、電圧信号などの測定可能な電気信号としてセンサ信号１３０を出力するのであれば、信号調整器１２０は、電圧調節、フィルタリング、増幅、および／または緩衝のための部品をさらに含むことができる。一実施形態において、詳細に後述するスイッチ６００は、信号調整器１２０の一部であってもよい。

【0011】

一実施形態において、検知要素１１０は、水分の存在を検出し、例えば、医療用途などにおいて、チューブを満たしている液体が、液体中に存在する気泡（そこ以外は湿潤状態であるのに乾燥している状態）を有するかどうかを検出する。他の実施形態において、検知要素１１０は、加速度、力、振動、圧力、または様々な用途のための他の測定された変数を検出することができる。

【0012】

センサアセンブリ１０の正常動作状態Ｎにおいて、センサ１００は、センサ信号１３０を出力ユニット２００および状態ユニット３００のそれぞれに出力する。最初に正常動作状態Ｎについてより詳細に説明し、次に、センサアセンブリ１０のセルフテスト状態Ｓについて説明する。

【0013】

図１に示すように、正常動作状態Ｎにおいて、出力ユニット２００は、センサ１００から出力されたセンサ信号１３０を受け取り、センサ信号１３０およびセンサ信号１３０によって検出された状態を表す信号出力２７０を出力する。

【0014】

図２に示すように、出力ユニット２００は、第１の出力分圧器２１０と、第２の出力分圧器２２０と、第１の出力分圧器２１０および第２の出力分圧器２２０に接続された第１の出力比較器２３０とを含む。第１の出力分圧器２１０および第２の出力分圧器２２０は、それぞれセンサ信号１３０を受け取る。第１の出力分圧器２１０は主信号１３２を出力し、この主信号１３２は、センサ信号１３０を直接表し、センサ信号１３０と共に変化する。図示の実施形態において、第２の出力分圧器２２０は、センサ信号１３０をフィルタリングしてまたは遅延させて、ベースライン信号１３４を生成し、このベースライン信号１３４は、センサ信号１３０および主信号１３２よりも長い時定数もしくは低い周波数における動的な応答または変化を有する。

【0015】

主信号１３２およびベースライン信号１３４は、図４Ａおよび図４Ｂに示され、これらの図は、主信号１３２が、ベースライン信号１３４よりも、センサ１００によって検出された状態の動的な応答であることを示す。様々な実施形態において、センサ１００は、全体的なセンサ挙動、性能、または効率を示すベースライン信号１３４と、検知要素１１０によって検出された測定状態をより動的に示す主信号１３２とを有する任意のタイプのセンサ１００であってよい。

【0016】

図２に示す第１の出力比較器２３０は、主信号１３２とベースライン信号１３４とを比較し、主信号１３２がベースライン信号１３４よりも大きいか小さいかを表す第１の出力比較２３２を出力する。一実施形態において、第１の出力比較２３２は電圧信号である。図４Ａおよび図４Ｂに示す主信号１３２およびベースライン信号１３４の例示的なグラフにおいて、主信号１３２がベースライン信号１３４よりも大きくまたは小さくなるように経時的に変化するにつれて、第１の出力比較２３２は変化する。

【0017】

図２に示すように、出力ユニット２００は、電圧基準器２４０と、電圧基準器２４０に接続された第２の出力比較器２５０とを含む。電圧基準器２４０は、予め設定された値を有する基準電圧２４２を出力する任意のタイプの電子部品であってよい。第２の出力比較器２５０は、センサ信号１３０と基準電圧２４２とを受け取り、センサ信号１３０と基準電圧２４２とを比較する。第２の出力比較器２５０は、センサ信号１３０が基準電圧２４２よりも大きいか小さいかを表す第２の出力比較２５２を出力する。

【0018】

図２に示すように、出力ユニット２００は出力レベル検出回路２６０を含み、この出力レベル検出回路２６０は、第１の出力比較器２３０から第１の出力比較２３２を受け取り、第２の出力比較器２５０から第２の出力比較２５２を受け取る。出力レベル検出回路２６０は、第１の出力比較２３２および第２の出力比較２５２に基づいて信号出力２７０を出力する。ベースライン信号１３４が主信号１３２よりも大きいことを第１の出力比較２３２が示す場合、出力レベル検出回路２６０は、第１の状態の信号出力２７０を出力する。逆に、主信号１３２がベースライン信号１３４よりも大きいことを第１の出力比較２３２が示す場合、出力レベル検出回路２６０は、第２の状態の信号出力２７０を出力する。信号出力２７０の状態を決定付ける主信号１３２とベースライン信号１３４との経時的な例示的関係が、図４Ｂに示されている。

【0019】

出力レベル検出回路２６０に送られた第２の出力比較２５２は、第１の出力比較器２３０に関する問題が信号出力２７０に影響を与えることを防ぐ。第１の出力比較器２３０が振動しているまたは動作不良である場合、出力レベル検出回路２６０は、第２の出力比較２５２により、信号出力２７０の第１の状態および第２の状態のうちの一方を常に示す。

【0020】

一実施形態において、信号出力２７０は、第１の状態で、例えばチューブの液体を検知する用途における湿潤状態を示す０Ｖ信号であり、第２の状態で、例えば乾燥状態またはチューブの液体における気泡を示す５Ｖ信号である。他の実施形態において、第１の状態および第２の状態を示すために使用される信号出力２７０の電圧を入れ替えてもよく、そうでなければ異なる値を有していてもよい。

【0021】

図１に示すように、正常動作状態Ｎにおいて、状態ユニット３００は、センサ１００から出力されたセンサ信号１３０を受け取り、センサ１００の状態を表す状態出力３８０を出力する。

【0022】

図３に示すように、状態ユニット３００は、それぞれセンサ信号１３０を受け取る第１の状態分圧器３１０と第２の状態分圧器３２０とを含む。第１の状態分圧器３１０と第２の状態分圧器３２０とは、それぞれセンサ信号１３０をフィルタリングしてまたは遅延させて、前述したベースライン信号１３４を出力する。

【0023】

図３に示すように、状態ユニット３００は、第１の状態分圧器３１０に接続された第１の状態比較器３３０と、第１の閾値分圧器３５０と、第２の状態分圧器３２０に接続された第２の状態比較器３４０と、第２の閾値分圧器３６０とを含む。第１の閾値分圧器３５０は、予め設定された電圧値である第１の閾値３５２を第１の状態比較器３３０に出力し、第２の閾値分圧器３６０は、第１の閾値３５２とは異なる、予め設定された電圧である第２の閾値３６２を第２の状態比較器３４０に出力する。第１の閾値分圧器３５０および第２の閾値分圧器３６０のそれぞれは、センサアセンブリ１０の内部または外部の供給源から電圧を受け取って、第１の閾値３５２および第２の閾値３６２を出力することができる。
一実施形態において、例えば図４Ａに示すように、第１の閾値３５２は約０．３Ｖであってよく、第２の閾値３６２は約１．３Ｖであってよい。他の実施形態において、第１の閾値３５２と第２の閾値３６２とは、その値が互いに異なっていて第２の閾値３６２が第１の閾値３５２よりも大きければ、他の値を有していてもよい。

【0024】

図３に示す第１の状態比較器３３０は、ベースライン信号１３４と第１の閾値３５２とを比較し、ベースライン信号１３４が第１の閾値３５２よりも大きいか小さいかを表す第１の状態比較３３２を出力する。同様に、第２の状態比較器３４０は、ベースライン信号１３４と第２の閾値３６２とを比較し、ベースライン信号１３４が第２の閾値３６２よりも大きいか小さいかを表す第２の状態比較３４２を出力する。一実施形態において、第１の状態比較３３２および第２の状態比較３４２は、それぞれ電圧信号である。

【0025】

図３に示すように、状態ユニット３００は状態レベル検出回路３７０を含み、この状態レベル検出回路３７０は、第１の状態比較器３３０から第１の状態比較３３２を受け取り、第２の状態比較器３４０から第２の状態比較３４２を受け取る。状態レベル検出回路３７０は、第１の状態比較３３２および第２の状態比較３４２に基づいて、状態出力３８０を出力する。状態出力３８０は、センサ１００の３つの状態のうちの１つを表す。
すなわち、第１の状態比較３３２および第２の状態比較３４２により、ベースライン信号１３４が第１の閾値３５２および第２の閾値３６２の両方よりも大きいと示される場合、状態出力３８０は第１の状態にあり、ベースライン信号１３４が第１の閾値３５２よりも大きく第２の閾値３６２よりも小さいと示される場合、状態出力３８０は第２の状態にあり、ベースライン信号１３４が第１の閾値３５２および第２の閾値３６２の両方よりも小さいと示される場合、状態出力３８０は第３の状態にある。状態出力３８０の状態を決定付けるベースライン信号１３４と閾値３５２、３６２との経時的な例示的関係が、図４Ａに示されている。

【0026】

図示の実施形態において、ベースライン信号１３４を、１つのより小さい第１の閾値３５２および１つのより大きい第２の閾値３６２と比較する。別の実施形態において、ベースライン信号１３４が所望の量を超えて増加することも可能である場合、ベースライン信号１３４を、一対の第１の閾値３５２および一対の第２の閾値３６２と比較してもよい。本実施形態において、第２の閾値３６２間のベースライン信号１３４は、第１の状態を示し、第２の閾値３６２のうちの一方と第１の閾値３５２のうちの一方との間のベースライン信号１３４は、第２の状態を示し、第１の閾値３５２のいずれからも外れたベースライン信号１３４は、第３の状態を示す。

【0027】

一実施形態において、状態出力３８０は、第１の状態で、例えばセンサ１００の正常状態を示す０Ｖ信号であり、第２の状態で、例えばセンサ１００の限界状態を示す１．２５Ｖ信号であり、第３の状態で、例えばセンサ１００の故障状態を示す２．５Ｖ信号である。別の実施形態において、状態出力３８０は、第２の状態および第３の状態の両方で２．５Ｖ信号であってよい。さらなる実施形態において、３つの状態を示すために使用される状態出力３８０の電圧を入れ替えてもよく、そうでなければ異なる値を有していてもよい。

【0028】

図１に示すテストライン４００および信号ライン５００は、センサ１００に接続された２本のラインであり、それに沿って信号が送られる。テストライン４００および信号ライン５００は、それぞれトランジスタ－トランジスタロジック（ＴＴＬ）ラインであってよい。テストライン４００および信号ライン５００は、本明細書において「ライン」と称されるが、別の実施形態において、センサ１００に接続された２本のピンであってもよく、それに沿って信号が送られる。図示の実施形態において、テストライン４００および信号ライン５００は、単に２本のラインまたはピンであり、それに沿って信号をセンサ１００とやり取りすることができる。

【0029】

図１に示すように、テストライン４００は、状態ユニット３００を介してセンサ１００に接続され、スイッチ６００にも接続されている。テストライン４００は双方向である。正常動作状態Ｎにおいて、テストライン４００は、状態ユニット３００から状態出力３８０を受け取り、状態出力３８０を出力する。セルフテスト入力４１０も、テストライン４００に入力することができ、これにより、詳細に後述するように、スイッチ６００をトリガして、センサアセンブリ１０を正常動作状態Ｎからセルフテスト状態Ｓに変更することができる。

【0030】

図１に示すように、信号ライン５００は、センサ１００および出力ユニット２００に接続されている。信号ライン５００は一方向であり、すなわち、入力を受け取ることができず、出力ユニット２００から受け取った信号出力２７０を出力する。

【0031】

図１に示すスイッチ６００は、閾値電圧を超えたときに切り替わることのできる任意のタイプの電気回路スイッチであってよい。一実施形態において、スイッチ６００は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）スイッチである。スイッチ６００の閾値電圧は、状態出力３８０のすべての状態の電圧よりも大きく、セルフテスト入力４１０の電圧よりも小さい。一実施形態において、閾値電圧は２．５Ｖ～５Ｖである。

【0032】

次に、主に図５を参照しながら、センサアセンブリ１０を使用してセンサ１００の状態を出力する方法７００について、より詳細に説明する。

【0033】

センサアセンブリ１０は、正常動作状態Ｎから開始する。図５に示す正常動作状態Ｎの第１のステップ７０２において、図１に示すように、センサ１００は、前述したようにセンサ信号１３０を出力ユニット２００および状態ユニット３００に出力する。センサ１００は、正常動作状態Ｎにおいて、出力ユニット２００および状態ユニット３００の両方にセンサ信号１３０を連続して出力するまたは送る。

【0034】

図５のステップ７０４において、図２に関して前述したように、出力ユニット２００は、センサ信号１３０およびセンサ信号１３０によって検出された状態を表す信号出力２７０を信号ライン５００に出力する。同様に、ステップ７０６において、図３に関して前述したように、状態ユニット３００は、センサ１００の状態を表す状態出力３８０をテストライン４００に出力する。状態出力３８０は十分に低い電圧を有し、ステップ７０６においてスイッチ６００はトリガされない。正常動作状態Ｎにおいて、出力ユニット２００は、信号出力２７０を信号ライン５００に連続して出力し、状態ユニット３００は、状態出力３８０をテストライン４００に連続して出力する。

【0035】

図５のステップ７０８において、信号出力２７０が評価される。信号出力２７０は、センサ信号１３０においてセンサ１００により検出された状態を表し、信号出力２７０の第１の状態または第２の状態の重要性は、用途に応じて決まる。例えば、例示的な液体の気泡の検出用途において、信号出力２７０の第２の状態は、乾燥状態またはチューブの液体における気泡を示すことができ、これは警告その他の動作を促すことができ、一方、信号出力２７０の第１の状態は、チューブの液体の正常な湿潤状態を示すことができる。センサアセンブリ１０の他の用途において、信号出力２７０の第１の状態と第２の状態とは、異なる措置を促す場合がある。

【0036】

図５のステップ７１０において、状態出力３８０が評価される。状態出力３８０の第１の状態は、センサ１００が正常に動作しているセンサ１００の正常状態を示す。状態出力３８０の第２の状態は、センサ１００の限界状態を示す。センサ１００は、限界状態で、動作を続けて有用な信号出力２７０を提供することができるが、限界状態は、センサ１００が故障に近付いていることを示す。状態出力３８０の第３の状態は、信号出力２７０に信頼性がない、センサ１００の故障状態を示す。

【0037】

図５に示すステップ７１２においてセルフテスト入力４１０がテストライン４００に入力されない限り、センサアセンブリ１０は、正常動作状態Ｎのままであり、信号出力２７０および状態出力３８０の両方を連続して出力する。セルフテスト入力４１０がテストライン４００に入力されると、センサアセンブリ１０はセルフテスト状態Ｓに切り替わる。

【0038】

図５に示すステップ７１４において、セルフテスト入力４１０は、テストライン４００に沿ってスイッチ６００に送られる。セルフテスト入力４１０は、スイッチ６００の起動閾値よりも大きく、スイッチ６００を起動する。スイッチ６００が起動されると、図５のステップ７１６に示すように、スイッチ６００から信号調整器１２０への駆動無効信号６１０が、信号調整器１２０の駆動信号を無効にし、それにより、センサ１００は、センサ信号１３０の代わりに、図１に示すセルフテスト出力１４０を出力する。駆動無効信号６１０により決定付けられるセルフテスト出力１４０は、既定の値である。セルフテスト状態Ｓにおいて、スイッチ６００は状態ユニット３００を迂回し、セルフテスト状態Ｓにおいて、状態出力３８０はテストライン４００に出力されない。

【0039】

セルフテスト状態Ｓにおいて、セルフテスト出力１４０は、出力ユニット２００によって処理され、信号出力２７０として信号ライン５００に出力される。図５に示すセルフテスト状態Ｓのステップ７１８において、セルフテスト出力１４０を表す信号出力２７０が、セルフテスト入力４１０と比較される。セルフテスト出力１４０は、セルフテスト入力４１０に一致する信号出力２７０を生成するものである。セルフテスト状態Ｓにおいて信号出力２７０がセルフテスト入力４１０に一致しない場合、センサ１００の故障状態を判定することができる。

【0040】

図５に示すステップ７２０において、センサアセンブリ１０は、セルフテスト入力４１０がテストライン４００に入力される限り、セルフテスト状態Ｓのままであり、センサ１００の故障状態について信号出力２７０の評価を続ける。テストライン４００へのセルフテスト入力４１０の入力が終了すると、スイッチ６００は元に戻り、図５に示すように、センサアセンブリ１０は正常動作状態Ｎで進む。

【0041】

センサアセンブリ１０は、例えば、正常動作状態Ｎのステップ７１０またはセルフテスト状態Ｓのステップ７１８におけるセンサ１００の故障状態判定によりセンサアセンブリ１０が動作停止されるまで、正常動作状態Ｎまたはセルフテスト状態Ｓのままである。

【0042】

図１～図５に示すセンサアセンブリ１０において、出力ユニット２００、状態ユニット３００、およびスイッチ６００は、マイクロプロセッサを必要とすることなく上記の機能を実現し、それにより、センサアセンブリ１０のコストが削減される。図６に示すセンサアセンブリ１０’の別の実施形態において、コントローラ８００が、前述した出力ユニット２００、状態ユニット３００、およびスイッチ６００の機能を果たすことができる。図１～図５に関して図示し前述した実施形態と比較して、同一の参照数字は同一の要素を指し、コントローラ８００に関する図６に示す実施形態の違いについて、主に詳細に説明する。

【0043】

図６に示すように、コントローラ８００は、プロセッサ８１０と、プロセッサ８１０に接続されたメモリ８２０とを含む。メモリ８２０は、プロセッサ８１０により実行されると本明細書に記載のモジュールの機能を果たすモジュールとして複数のアルゴリズムを格納する、非一過性のコンピュータ可読媒体である。メモリ８２０は、出力モジュール８２２、状態モジュール８２４、およびスイッチモジュール８２６を格納する。出力モジュール８２２は、プロセッサ８１０により実行されると、前述した出力ユニット２００のすべての機能を果たし、状態モジュール８２４は、プロセッサ８１０により実行されると、前述した状態ユニット３００のすべての機能を果たし、スイッチモジュール８２６は、プロセッサ８１０により実行されると、前述したスイッチ６００のすべての機能を果たす。
したがって、コントローラ８００により、センサアセンブリ１０’は、前述したセンサアセンブリ１０と同じ機能を果たすことができ、正常動作状態Ｎにおいて、信号ライン５００の信号出力２７０およびテストライン４００の状態出力３８０の両方を連続して出力し、セルフテスト状態Ｓにおいて、センサ１００のセルフテスト出力１４０を表す信号出力２７０を出力するが、必要な部品はより少なくなる。

【0044】

前述した実施形態によるセンサアセンブリ１０、１０’により、センサアセンブリ１０、１０’に通信ラインを追加することなく、センサ１００の状態のより信頼性の高い判定が可能になる。センサアセンブリ１０、１０’は、状態出力３８０を連続して出力し、信号出力２７０も信号ライン５００に出力され、要求に応じたセルフテスト入力４１０より前にセンサ１００の状態を提供する。センサアセンブリ１０、１０’は、故障状態より前に状態出力３８０の限界状態を示して、センサ１００がまだ有効な信号出力２７０を出力している間に、差し迫った故障の警告を発することもできる。センサアセンブリ１０、１０’により、双方向テストライン４００を介したセルフテスト状態Ｓの開始がさらに可能になる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】