(57)【要約】【課題】単純な構成で伝送線路の変化を容易に検知できる計測方法を提供する。【解決手段】計測システム１は、通信機Ａと、通信機Ｂと、二本の伝送線路を含む一対の差動伝送路１０と、合成器５と、計測器Ｃと、を備える。通信機Ａ及び通信機Ｂは、差動伝送路１０を介して、互いに極性が逆であるポジティブ信号及びネガティブ信号を送受信する。合成器５は、通信機Ａと通信機Ｂとの間でやり取りされるポジティブ信号及びネガティブ信号を、どちらもそのまま（非反転）で合成して、同相信号を生成する。計測器Ｃは、合成器５から出力される同相信号を計測する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一信号を伝送する第一伝送線路および前記第一信号と逆相の第二信号を伝送する第二伝送線路からなる一対の差動伝送路において、前記第一伝送線路を伝送された前記第一信号と、前記第二伝送線路を伝送された前記第二信号と、を合成して、同相信号を生成し、
生成された前記同相信号を計測する、
ことを特徴とする計測方法。
【請求項２】
生成された前記同相信号を増幅し、
増幅された前記同相信号を計測する、
ことを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
【請求項３】
生成された前記同相信号を、目的とする周波数帯域よりも高い周波数帯の信号を減衰させた後に計測する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の計測方法。
【請求項４】
前記第一伝送線路を伝送された前記第一信号と、前記第二伝送線路を伝送された前記第二信号と、を方向性結合器によって取り出して、合成する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の計測方法。
【請求項５】
第一信号を伝送する第一伝送線路および前記第一信号と逆相の第二信号を伝送する第二伝送線路からなる一対の差動伝送路が取り付けられる取付部と、
前記取付部を介して、前記差動伝送路に前記第一信号及び前記第一信号を送信する第一通信部と、
前記取付部を介して、前記差動伝送路から前記第一信号及び前記第二信号を受信する第二通信部と、
前記第二通信部が受信する前記第一信号及び前記第二信号を取り出し、合成して同相信号を生成する信号合成器と、
生成された前記同相信号を検出する検出器と、
検出された前記同相信号の大きさが閾値以上の場合にエラーと判定する判定部と、
を備えることを特徴とする診断装置。
【請求項６】
前記信号合成器で生成された前記同相信号を増幅する増幅器を備え、
前記検出器は、前記増幅器で増幅された前記同相信号を検出する、
ことを特徴とする請求項５に記載の診断装置。
【請求項７】
前記判定部は、前記第二通信部が受信する前記第一信号及び前記第二信号を取り出し、
メモリに格納されている正常特性のデータと比較することにより、前記エラーか否かを判断する、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の診断装置。
【請求項８】
第一信号が入力される第一線路と、
前記第一信号と逆相の第二信号が入力される第二線路と、
前記第一線路を通過した前記第一信号と、前記第二線路を通過した前記第二信号と、を合成して同相信号を生成する合成部と、
生成された前記同相信号の電圧を検出する検出部と、
検出された前記電圧から液面レベルを算出する算出部と、
を備えることを特徴とする検出装置。
【請求項９】
生成された前記同相信号を増幅する増幅部と、を備え、
前記検出部は、増幅された前記同相信号の電圧を検出する、
ことを特徴とする請求項８に記載の検出装置。
【請求項１０】
前記算出部は、前記液面レベルと前記電圧との対応を示すテーブルを参照して、前記液面レベルを算出する、
ことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の検出装置。
【請求項１１】
前記第一線路は、第一オープンスタブを有し、
前記第二線路は、第二オープンスタブを有し、
前記合成部は、前記第一オープンスタブを通過した前記第一信号と、前記第二オープンスタブを通過した前記第二信号と、を合成して前記同相信号を合成する、
ことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１２】
第一信号が入力される第一センサと、
前記第一信号と逆相の第二信号が入力される第二センサと、
前記第一センサを通過した前記第一信号と、前記第二センサを通過した前記第二信号と、を合成して同相信号を生成する合成部と、
生成された前記同相信号の電圧を検出する検出部と、
検出された前記電圧から変位レベル又は圧力を算出する算出部と、
を備えることを特徴とする検出装置。
【請求項１３】
前記第一センサ及び前記第二センサの少なくともいずれか一方は、ループコイルを含み、
前記算出部は、前記ループコイルと被測定物との距離を前記変位レベルとして算出する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の検出装置。
【請求項１４】
前記第一センサ及び前記第二センサのそれぞれは、互いに離間して配置された一対の極板を含み、
前記算出部は、加圧によって変化する前記前記一対の極板間の距離を前記圧力として算出する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の検出装置。
【請求項１５】
可動電極と、
前記可動電極から離間して配置され、前記可動電極を挟んで対向する第一及び第二固定電極と、
前記可動電極と前記第一固定電極との間を通過した第一信号と、前記可動電極と前記第二固定電極との間を通過した第二信号と、が合成された同相信号の電圧を検出する検出部と、
検出された前記電圧から加速度を算出する算出部と、
を備えることを特徴とする検出装置。
【請求項１６】
二つの通信機と、
前記二つの通信機間に配置される、線長の等しい第一及び第二伝送路と、
前記第一伝送路を通過した第一信号と、前記第二伝送路を通過した第二信号と、を合成して同相信号を生成する合成器と、
生成された前記同相信号を計測する計測器と、
を備えることを特徴とする線状センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測方法、伝送線路診断装置、検出装置、及び線状センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一対の信号線に互いに逆相の信号を伝送する差動伝送路における伝送線路の計測は、一方の信号はそのまま、他方の信号は反転して合成した合成信号（差動信号）を計測することにより行う。図２３は、差動信号を検出する計測システム１００の構成を示す図である。通信機Ａ，Ｂ間を接続する一対の信号線（差動伝送ケーブル）１１０には、互いに逆相の信号が伝送されている。通信機Ａにおいて取り出された信号のうち、一方の信号はそのまま、他方の信号は反転して、合成器１０１によって合成される。合成された信号（差動信号）は、計測器Ｃに入力されて計測される。図２４は、差動信号の波形例を示す図である。ドライバＤに入力された入力信号Ｉ１は、ポジティブ信号及びネガティブ信号として差動伝送ケーブル１１０を伝送し、レシーバＲにて合成され、出力信号ＯＤ１として出力される。正常時においては、図２４（ａ）に示すように、出力信号ＯＤ１は入力信号Ｉ１と同じ波形となる。一方、伝送線路に異常が発生した場合、図２４（ｂ）に示すように、
出力信号ＯＤ２は、入力信号Ｉ１と波形が異なる。
【０００３】
差動信号を計測して伝送線路の変化を計測する場合には、合成信号の変化が伝送線路の変化に対して極めて微量となり検知が難しい。このため、例えば特許文献１に示すように、様々な手法を組み合わせる工夫が提案されている。尚、特許文献２〜４はケーブル診断に関する技術を開示し、特許文献５〜８は液面センサに関する技術を開示し、特許文献９〜１１は変位センサに関する技術を開示する。また、特許文献１２〜１５は圧力センサに関する技術を開示し、特許文献１６〜１８は加速度センサに関する技術を開示し、非特許文献１〜２は光ファイバセンサに関する技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−９２６２１号公報
【特許文献２】特開２０１３−１８５８６４号公報
【特許文献３】特開２００３−２４４０３４号公報
【特許文献４】特開２０１０−２７６５８６号公報
【特許文献５】特開２０１５−４５６１号公報
【特許文献６】特開２００７−２４０４７２号公報
【特許文献７】特開２０１３−１０８９５８号公報
【特許文献８】特開２０１２−２２５７８８号公報
【特許文献９】特開２０１６−１１２３号公報
【特許文献１０】特開２００１−２０１３６３号公報
【特許文献１１】特開２０１１−１３７７４８号公報
【特許文献１２】特開２０１１−１３７７４６号公報
【特許文献１３】特開２０１７−１３３８４１号公報
【特許文献１４】特開２０１３−１０４７９７号公報
【特許文献１５】特開２０１４−１８２０３１号公報
【特許文献１６】特開２０１７−６７５００号公報
【特許文献１７】特開２０１３−１６０５５９号公報
【特許文献１８】特開２０１１−１８５８２８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】今井道男ほか、“光ファイバセンサを用いた構造モニタリング”、電子情報通信学会総合大会2019、BI-8-1、pp.SS-79-80、Mar. 19-22、2019
【非特許文献２】水口周ほか、“航空宇宙複合材構造のライフサイクルモニタリング”、電子情報通信学会総合大会2019、BI-8-2、pp.SS-81、Mar. 19-22、2019
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された技術によれば、伝送線路の変化を検出するための計測システムが複雑化してしまう。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、単純な構成で伝送線路の変化を容易に検知できる計測方法及び伝送線路診断装置を提供することにある。また他の目的は、コンパクトかつ高精度な液面レベル等の検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した目的を達成するために、本発明に係る計測方法、伝送線路診断装置、検出装置、及び線状センサ装置は、下記（１）〜（１６）を特徴としている。
（１）  第一信号を伝送する第一伝送線路および前記第一信号と逆相の第二信号を伝送する第二伝送線路からなる一対の差動伝送路において、前記第一伝送線路を伝送された前記第一信号と、前記第二伝送線路を伝送された前記第二信号と、を合成して、同相信号を生成し、
生成された前記同相信号を計測する、
ことを特徴とする計測方法。
（２）  生成された前記同相信号を増幅し、
増幅された前記同相信号を計測する、
ことを特徴とする上記（１）に記載の計測方法。
（３）  生成された前記同相信号を、目的とする周波数帯域よりも高い周波数帯の信号を減衰させた後に計測する、
ことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の計測方法。
（４）  前記第一伝送線路を伝送された前記第一信号と、前記第二伝送線路を伝送された前記第二信号と、を方向性結合器によって取り出して、合成する、
ことを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の計測方法。
（５）  第一信号を伝送する第一伝送線路および前記第一信号と逆相の第二信号を伝送する第二伝送線路からなる一対の差動伝送路が取り付けられる取付部と、
前記取付部を介して、前記差動伝送路に前記第一信号及び前記第一信号を送信する第一通信部と、
前記取付部を介して、前記差動伝送路から前記第一信号及び前記第二信号を受信する第二通信部と、
前記第二通信部が受信する前記第一信号及び前記第二信号を取り出し、合成して同相信号を生成する信号合成器と、
生成された前記同相信号を検出する検出器と、
検出された前記同相信号の大きさが閾値以上の場合にエラーと判定する判定部と、
を備えることを特徴とする診断装置。
（６）  前記信号合成器で生成された前記同相信号を増幅する増幅器を備え、
前記検出器は、前記増幅器で増幅された前記同相信号を検出する、
ことを特徴とする上記（５）に記載の診断装置。
（７）  前記判定部は、前記第二通信部が受信する前記第一信号及び前記第二信号を取り出し、メモリに格納されている正常特性のデータと比較することにより、前記エラーか否かを判断する、
ことを特徴とする上記（５）又は（６）に記載の診断装置。
（８）  第一信号が入力される第一線路と、
前記第一信号と逆相の第二信号が入力される第二線路と、
前記第一線路を通過した前記第一信号と、前記第二線路を通過した前記第二信号と、を合成して同相信号を生成する合成部と、
生成された前記同相信号の電圧を検出する検出部と、
検出された前記電圧から液面レベルを算出する算出部と、
を備えることを特徴とする検出装置。
（９）  生成された前記同相信号を増幅する増幅部と、を備え、
前記検出部は、増幅された前記同相信号の電圧を検出する、
ことを特徴とする上記（８）に記載の検出装置。
（１０）  前記算出部は、前記液面レベルと前記電圧との対応を示すテーブルを参照して、前記液面レベルを算出する、
ことを特徴とする上記（８）又は（９）に記載の検出装置。
（１１）  前記第一線路は、第一オープンスタブを有し、
前記第二線路は、第二オープンスタブを有し、
前記合成部は、前記第一オープンスタブを通過した前記第一信号と、前記第二オープンスタブを通過した前記第二信号と、を合成して前記同相信号を合成する、
ことを特徴とする上記（８）〜（１０）のいずれか一に記載の検出装置。
（１２）  第一信号が入力される第一センサと、
前記第一信号と逆相の第二信号が入力される第二センサと、
前記第一センサを通過した前記第一信号と、前記第二センサを通過した前記第二信号と、を合成して同相信号を生成する合成部と、
生成された前記同相信号の電圧を検出する検出部と、
検出された前記電圧から変位レベル又は圧力を算出する算出部と、
を備えることを特徴とする検出装置。
（１３）  前記第一センサ及び前記第二センサの少なくともいずれか一方は、ループコイルを含み、
前記算出部は、前記ループコイルと被測定物との距離を前記変位レベルとして算出する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の検出装置。
（１４）  前記第一センサ及び前記第二センサのそれぞれは、互いに離間して配置された一対の極板を含み、
前記算出部は、加圧によって変化する前記前記一対の極板間の距離を前記圧力として算出する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の検出装置。
（１５）  可動電極と、
前記可動電極から離間して配置され、前記可動電極を挟んで対向する第一及び第二固定電極と、
前記可動電極と前記第一固定電極との間を通過した第一信号と、前記可動電極と前記第二固定電極との間を通過した第二信号と、が合成された同相信号の電圧を検出する検出部と、
検出された前記電圧から加速度を算出する算出部と、
を備えることを特徴とする検出装置。
（１６）  二つの通信機と、
前記二つの通信機間に配置される、線長の等しい第一及び第二伝送路と、
前記第一伝送路を通過した第一信号と、前記第二伝送路を通過した第二信号と、を合成して同相信号を生成する合成器と、
生成された前記同相信号を計測する計測器と、
を備えることを特徴とする線状センサ装置。
【０００９】
上記（１）の構成の計測方法によれば、第一信号と第二信号とを反転させることなく合成した同相信号は、第一信号と、反転させた第二信号と、を合成した差動信号よりも、一対の伝送線路間における振幅や位相のずれを大きく捉えることができるため、伝送線路の変化を容易に検知でき、計測システムを単純化できる。
【００１０】
上記（２）の構成の計測方法によれば、同相信号を増幅することにより、伝送線路の微細な変化を容易に検出できる。
【００１１】
上記（３）の構成の計測方法によれば、不要な周波数帯域に重畳するノイズを除去できるため、より高感度で安定した検波出力を得ることができる。
【００１２】
上記（４）の構成の計測方法によれば、差動伝送路を流れる元信号を分離して取り出す際に、元信号の損失を最小限に抑えることができる。また、方向性結合器の配置箇所（信号分離位置）を基準に前後の何処で異常が発生しているのかを区別できるため、差動伝送システムのセンサーとして機能向上が図れる。
【００１３】
上記（５）の構成の診断装置によれば、第一信号と第二信号とを反転させることなく合成した同相信号は、第一信号と、反転させた第二信号と、を合成した差動信号よりも、一対の伝送線路間における振幅や位相のずれを大きく捉えることができるため、伝送線路の変化を容易に検知でき、微細なエラーを検出できる。また、第一信号及び第二信号として診断信号を用いる方法に限らず、実際の通信信号を用いた診断ができるため、汎用性が高い。通信信号を用いた診断を行う場合、診断対象の差動伝送路（ケーブル等）を用いる通信系をそのまま利用できるため、別途、診断信号を入出力する診断用システムを構築する必要がなく、診断システムの簡素化が可能となる。
【００１４】
上記（６）の構成の診断装置によれば、同相信号を増幅することにより、伝送線路の微細な変化を容易に検出できる。
【００１５】
上記（７）の構成の診断装置によれば、第一伝送線路と第二伝送線路とで同程度のエラーが生じ、第一信号と第二信号とで位相差が生じない場合であっても、第一信号及び第二信号のデータと正常特性のデータとに差異がある場合にはエラーとして検出できるため、
高精度な診断が可能となる。
【００１６】
上記（８）の構成の検出装置によれば、第一線路を液面レベル検出用として測定対象のタンク内等に設置し、第二線路を補正用のリファレンスとすることで、液面レベルに応じた差分が同相信号のレベルとして現れる。すなわち、第一信号及び第二信号の振幅変化ではなく、位相変化を検出できるため、高精度での液面レベル検出が可能となる。また、従来の容量検出方式のセンサではないため、直線のパターンで足り、センシング部の基板に容量を持たせるための櫛歯型パターンが不要となるため、センサ形状をスリム化できる。
【００１７】
上記（９）の構成の検出装置によれば、同相信号を増幅することにより、液面レベルの微細な変化を容易に検出できる。
【００１８】
上記（１０）の構成の検出装置によれば、予め用意したテーブルを参照することにより、液面レベルを容易に算出できる。
上記（１１）の構成の検出装置によれば、オープンスタブのみで液面レベルを検出でき、エレメントのスリム化が可能となる。
上記（１２）〜（１５）の検出装置によれば、第一信号と第二信号とを反転させることなく合成した同相信号を用いることで、高精度に変位、圧力、加速度を検出できる。
上記（１６）の線状センサ装置によれば、光ファイバセンサの欠点（変換損失が大きく、エネルギー効率が低い）を補う線状センサを実現できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、単純な構成で伝送線路の変化を容易に検知できる計測方法及び伝送線路診断装置を提供できる。また、コンパクトかつ高精度な検出装置を提供できる。
【００２０】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、第一実施形態における同相信号を検出する計測システムの構成を示す図である。
【図２】図２は、位相ズレに対する、差動信号と合成信号との差を示す図である。
【図３】図３は、同相信号の波形例を示す図である。
【図４】図４は、第二実施形態における同相信号を検出する計測システムの構成を示す図である。
【図５】図５は、増幅の有無による同相信号レベルの違いを示す図である。
【図６】図６は、第三実施形態における同相信号を検出する計測システムの構成を示す図である。
【図７】図７は、不要帯域を除去する前後のコモン波形例を示す図である。
【図８】図８は、第四実施形態におけるハイ・インピーダンスによる信号取り出しの概念図である。
【図９】図９は、第四実施形態における方向性結合器による信号取り出しの概念図である。
【図１０】図１０は、第四実施形態における分配合成器による信号取り出しの概念図である。
【図１１】図１１は、第五実施形態のケーブル診断装置の構成を示す図である。
【図１２】図１２は、第五実施形態の変形例を示す図である。
【図１３】図１３は、第五実施形態の変形例を示す図である。
【図１４】図１４は、第六実施形態のケーブル診断装置を示す図である。
【図１５】図１５は、第六実施形態のケーブル診断装置におけるケーブル不良診断の流れを示す図である。
【図１６】図１６は、第六実施形態の変形例を示す図である。
【図１７】図１７は、第六実施形態の変形例を示す図である。
【図１８】図１８は、第七実施形態の液面レベル検出装置の構成を示す図である。
【図１９】図１９は、第七実施形態の液面レベル検出装置におけるセンサ部のシミュレーション用モデルを示す図である。
【図２０】図２０は、図１９に示したモデルを用いたシミュレーション結果を示す図である。
【図２１】図２１は、第七実施形態の変形例を示す図である。
【図２２】図２２は、第七実施形態の変形例を示す図である。
【図２３】図２３は、差動信号を検出する計測システムの構成を示す図である。
【図２４】図２４は、差動信号の波形例を示す図である。
【図２５】図２５は、第八実施形態の液面レベル検出装置におけるセンサ部のシミュレーション用モデルを示す図である。
【図２６】図２６は、第八実施形態の液面レベル検出装置の測定原理を示す図である。
【図２７】図２７は、図２５に示したモデルを用いたシミュレーションによる液面レベル変化に対する周波数特性結果を示す図である。
【図２８】図２８は、図２５に示したモデルを用いたシミュレーション結果を示す図である。
【図２９】図２９は、第八実施形態の変形例を示す図である。
【図３０】図３０は、第八実施形態の変形例を示す図である。
【図３１】図３１は、第九実施形態の変位検出装置の構成を示す図である。
【図３２】図３２は、第九実施形態の変位検出装置におけるセンサ部のシミュレーションモデルを示す図である。
【図３３】図３３は、第九実施形態の変位検出装置の測定原理を説明するための図である。
【図３４】図３４は、図３３に示した金属ブロックの距離変化に伴う周波数特性変化を示す図である。
【図３５】図３５は、図３２に示したモデルを用いたシミュレーション結果を示す図である。
【図３６】図３６は、第九実施形態の変形例を示す図である。
【図３７】図３７は、第十実施形態の圧力検出装置の構成を示す図である。
【図３８】図３８は、第十実施形態の圧力検出装置におけるセンサ部のシミュレーションモデルを示す図である。
【図３９】図３９は、図３８に示した極板間隔変化（圧力変化）に伴う周波数特性変化を示す図である。
【図４０】図４０は、第十実施形態の圧力検出装置におけるセンサ部のシミュレーションモデルを示す図である。
【図４１】図４１は、図３８、図４０に示したモデルを用いたシミュレーション結果を示す図である。
【図４２】図４２は、第十実施形態の変形例を示す図である。
【図４３】図４３は、第十実施形態の変形例を示す図である。
【図４４】図４４は、第十一実施形態の加速度検出装置の構成を示す図である。
【図４５】図４５は、第十一実施形態の加速度検出装置におけるセンサ部の構成を示す図である。
【図４６】図４６は、図４５に示したセンサ部のシミュレーションモデルを示す図である。
【図４７】図４７は、図４６に示したモデルを用いたシミュレーション結果（周波数特性変化）を示す図である。
【図４８】図４８は、図４６に示したモデルを用いたシミュレーション結果（出力電圧変化）を示す図である。
【図４９】図４９は、第十一実施形態の変形例を示す図である。
【図５０】図５０は、第十一実施形態の変形例を示す図である。
【図５１】図５１は、光ファイバセンサのイメージ図である。
【図５２】図５２は、第十二実施形態の線状センサの配策例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
【００２３】
（第一実施形態：計測方法）
図１は、第一実施形態における同相信号を検出する計測システム１の構成を示す図である。計測システム１は、通信機Ａと、通信機Ｂと、二本の伝送線路を含む一対の差動伝送路１０と、合成器５と、計測器Ｃと、を備える。通信機Ａ及び通信機Ｂは、差動伝送路１０を介して、互いに極性が逆であるポジティブ信号（第一信号）及びネガティブ信号（第二信号）を送受信する。合成器５は、通信機Ａと通信機Ｂとの間でやり取りされるポジティブ信号及びネガティブ信号を、どちらもそのまま（非反転）で合成して、同相信号を生成する。計測器Ｃは、合成器５から出力される同相信号を計測する。差動伝送路１０のポジティブ信号を伝送する線路又はネガティブ信号を伝送する線路に、物理的形状の変化や材質の変化といった変化が起きると、変化が生じた箇所（異常箇所）で伝送信号に対する伝送特性が変化する。線路の異常箇所を通過したポジティブ信号とネガティブ信号とは、
振幅や位相にも差が生じる。通信機Ａと通信機Ｂとの間の二本の伝送線路を伝送されるポジティブ信号及びネガティブ信号の間に振幅差、位相差が現れた場合、同相信号を計測器Ｃで計測することによって、伝送線路に生じたわずかな変化を捉えることができる。
【００２４】
図２は、位相ズレに対する、差動信号と合成信号との差を示す図である。関数Ｆ１は、
振幅ズレによる差動信号の変化を示し、図２３に示した合成器１０１から出力される差動信号の測定結果に相当する。この差動信号は、差動伝送ケーブル１１０で伝送されるポジティブ信号及びネガティブ信号を、一方を反転して合成した信号である。関数Ｆ２は、位相ズレによる同相信号の変化を示し、図１の合成器５から出力される同相信号の測定結果に相当する。図２によれば、関数Ｆ２の方が、関数Ｆ１よりも傾き（振幅の変化）が大きいことから、同相信号では差動信号に比べて、わずかな変化を捉えるのに向いていることがわかる。
【００２５】
図３は、同相信号の波形例を示す図である。図３（ａ）は、正常時、すなわち、差動伝送路１０に異常が発生していない場合における同相信号の波形（コモン波形）例を示す。
ドライバＤに入力されが入力信号Ｉ１は、ポジティブ信号及びネガティブ信号として差動伝送路１０を伝送された後、コンバイナーＣＢで合算され、出力信号ＯＣ１（同相信号）として出力される。正常時には、ポジティブ信号とネガティブ信号との間には極性が逆である以外は差がないので、両信号を合算すると相互に打ち消し合い、何も残らない。図３
（ｂ）は、差動伝送路１０のネガティブ信号を伝送する線路に異常が発生した場合における同相信号の波形例を示す。ドライバＤに入力された入力信号Ｉ１は、ポジティブ信号及びネガティブ信号として差動伝送路１０を伝送された後、コンバイナーＣＢで合算され、
出力信号ＯＣ２（同相信号）として出力される。ポジティブ信号とネガティブ信号との間に差（違い）がある場合、両信号を合算すると、打ち消しきれない同相成分（コモン信号）が残る。出力信号ＯＣ２は、振幅差によって生じたコモン波形ＯＣ２１、位相差によって生じたコモン波形ＯＣ２２、及び、立上り時間差によって生じたコモン波形ＯＣ２３が合算されたものである。
【００２６】
コモン信号の量（振幅の高さや時間的長さ等）は、ポジティブ信号とネガティブ信号との差異に依存（比例）する。つまり、コモン信号変化量と伝送線路変化量とは、比例関係にあるため、コモン信号の正常状態からの増加を観測することで伝送線路の変化を観測可能となる。例えば、正常時のコモン信号量をマハラノビスタグチシステムの単位空間に割り当て、コモン信号量の変化（増加）を信号空間として判別に掛けることで、変化の度合いを観測できる。その変化の推移を観測することで、将来の劣化進行度合いを予測可能となる。劣化信号度合いを予測することで、次のように、通信ネットワークシステムやそれを利用するサービス及び機能の信頼性を向上できる。通信ネットワークにつながる機器や、通信ネットワークを構成する伝送路に異常や不具合が発生した場合、通信ネットワークを利用して成り立つ上位のサービスや機能が喪失することとなる。そこで、本実施形態の計測システム１により、通信ネットワークに係る機器や伝送路の微細な兆候を診断・抽出し、その兆候が将来的にどの程度の期間を経てどのような不具合に繋がるかを予測する。
このように劣化進行度合いを予測することにより、未然に不具合への対策を行うことが可能となり、結果として、通信ネットワークシステムや、それを利用するサービス及び機能の信頼性を向上できる。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態の計測システム１によれば、計測信号として同相信号を用いることで、計測システムを複雑化させることなく、伝送線路に生じたわずかな変化を容易かつ高精度に検知できる。また、本実施形態の計測システム１を用いて伝送線路の劣化進行度合いを予測する事により、通信ネットワークシステム等の信頼性を向上できる。
【００２８】
（第二実施形態：計測方法）
図４は、第二実施形態における同相信号を検出する計測システム１１の構成を示す図である。計測システム１１は、通信基板１２と、通信チップ１３ａを含む通信基板１３と、
電力加算器１５と、低雑音アンプ１７と、検波器１８と、監視装置１９と、二本の伝送線路を含む一対の差動ケーブル２０と、を備える。差動ケーブル２０は、通信基板１２と通信基板１３との間に接続される。通信基板１２と通信基板１３とは、差動ケーブル２０を介して、互いに極性が逆であるポジティブ信号及びネガティブ信号を送受信する。電力加算器１５は、通信基板１２と通信チップ１３ａとの間でやり取りされるポジティブ信号及びネガティブ信号を、どちらもそのまま（非反転）で合成して、同相信号を生成する。低雑音アンプ１７は、電力加算器１５で生成された同相信号を増幅する。検波器１８は、高周波信号である同相信号の振幅レベルをアナログ値に変換して検波電圧として出力する。
監視装置１９は、検波器１８から出力される検波電圧（検波出力）を観測する。差動ケーブル２０に異常が発生し、差動ケーブル２０を伝送されるポジティブ信号及びネガティブ信号の間に振幅差、位相差が現れた場合、検波器１８からの検波出力を監視装置１９で観測することによって、伝送線路に生じたわずかな変化を捉えることができる。同相信号が低雑音アンプ１７によって増幅されているため、伝送線路に生じたわずかな変化を高感度で捉えることができる。低雑音アンプ１７によって、同相信号を例えば３０ｄＢほど増幅することで、一般的な広帯域検波器によって容易に変化を確認することが可能となる。
【００２９】
図５は、増幅の有無による同相信号レベルの違いを示す図である。図５に示したグラフは、差動ケーブル２０の初期状態における同相信号の波形（コモン波形）Ｗ１と、差動ケーブル２０に異常が発生している場合（異常状態）の素（非増幅）のコモン波形Ｗ２と、
差動ケーブル２０に異常が発生している場合（異常状態）の増幅されたコモン波形Ｗ３と、を示す。増幅を行わない場合、初期状態と異常状態とでコモン波形Ｗ１、Ｗ２の最大値の差は数十ｍＶ程度である。一方、増幅を行った場合、初期状態と異常状態とでコモン波形Ｗ１、Ｗ３の最大値の差は数百ｍＶまで強調されている。このように、伝送線路の変化をセンシングする能力が増したことが、図５から容易に見て取れる。
【００３０】
本実施形態では、増幅された信号は、検波器１８によって実効値検波を経て電圧に変換される。この検波電圧がセンサ出力とされる。本実施形態では、検波器１８が実効値検波を行うが、他の検波方式を適用してもよい。検波方式の例として、対数（Ｌｏｇ）検波や直線（リニア）検波の他、平均値や尖頭値、ダイオードの包絡線を用いた方式、ＩＣによって計算にて実効値を求める方式等が挙げられる。Ｌｏｇ検波は、微弱信号の検出に向いており、高周波信号レベル（ｄＢｍ）に対応した電圧出力が得られる。また、Ｌｏｇ検波は、対応レンジが広いが、分解能（精度）が低くなる。一方、リニア検波は、微弱な信号の検出には向かないものの、入力と出力に比例関係が得られる。また、リニア検波は、対応レンジは狭いが、分解能（精度）は高い。本実施形態における同相信号の増幅は、いずれの検波方式に対しても有効である。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態の計測システム１１によれば、第一実施形態の効果に加え、同相信号を増幅することにより、センサとしての感度を向上できる。
【００３２】
（第三実施形態：計測方法）
図６は、第三実施形態における同相信号を検出する計測システム２１の構成を示す図である。図６の計測システム２１は、図４に示した第二実施形態の計測システム１１に、フィルタ１６を追加したものである。以下、第二実施形態と異なる構成を中心に説明する。
フィルタ１６は、目的とする周波数帯域よりも高い周波数帯（不要帯域）の信号を減衰させるものである。フィルタ１６は、電力加算器１５と低雑音アンプ１７との間に配置される。
【００３３】
図７は、不要帯域を除去する前後のコモン波形例を示す図である。差動ディジタル伝送の同相信号を計測信号として用いる場合、検波器１８が有する広い帯域内に入るノイズの影響によって検波レベルが変化し、ケーブルに変化がないにもかかわらず変化ありと誤診してしまう可能性がある。そこで、情報伝送に必要となる帯域以外をフィルタ１６でカットする。図７（ａ）は、フィルタ１６を掛けない場合のコモン波形である。図７（ｂ）は、フィルタ１６で、例えば８０ＭＨｚ以上の周波数帯を減衰させた場合のコモン波形である。８０ＭＨｚ以下にしか有効なコモン波形が現れない場合、８０ＭＨｚ以上の周波数帯をフィルタ１６で減衰させることで、不要な帯域に重畳するノイズを除去でき、伝送線路の変化によって発生する同相信号だけを用いた診断が可能となる。
【００３４】
表１は、フィルタ１６の有無による検波出力電圧値の違いを示す。
【表１】
2020058019.tif 000003
表１において、検波出力の幅は、初期伝送路における検波出力電圧値と変化後の伝送路における検波出力電圧値との差である。初期伝送路において、フィルタ１６が無しの場合と有りの場合とで検波出力電圧値に差が見られるのは、本来伝送線路が変化しなければ現れないコモン波形以外に、ノイズが含まれてしまっているためである。変化後の伝送路において、フィルタ１６が無しの場合と有りの場合とで検波出力電圧値に差が見られるのは、伝送路の変化によって増加するコモン信号の周波数帯域に、ノイズの周波数帯域が重なっていることと、伝送路の変化によるコモン波形の変化の度合いがノイズよりも大きいことによる。フィルタ１６無しの場合における検波出力の幅１．０Ｖが、フィルタ１６有りの場合における検波出力の幅１．５Ｖよりも小さいことから、ノイズを除去しない場合は、伝送路の変化がノイズに埋もれてしまい、センサとしての感度が低下していることが分かる。逆に言えば、フィルタ１６によって不要帯域（ノイズ帯域）を除去することが、コモン波形を検波してセンサ出力を得る機能の感度を高めているといえる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態の計測システム２１によれば、第一及び第二実施形態の効果に加え、目的とする周波数帯域よりも高い周波数帯（不要帯域）の信号を除外することで、より高感度で安定した検波出力を得ることができる。
【００３６】
（第四実施形態：計測方法）
本実施形態では、第一実施形態から第三実施形態で説明した計測システム１，１１，２１において、送信先で受信されるべきポジティブ信号及びネガティブ信号（元信号）から、同相信号を取り出す方法について説明する。同相信号を利用するにあたり、元信号への影響を最小限にしながら、同相信号をできるだけ大きな信号レベルで取り出すことが重要である。情報系伝送線路には伝送規格が関わり、通信機器の間でやり取りされる元信号を不用意に減衰させたり歪ませることは許されないからである。元信号を等価分配して合成する方法では、元信号の信号レベルが半減されてしまい、通信規格で定める最低受信レベルを得られない場合がある。そこで、分岐による元信号レベルの低下を最小限に抑える信号取り出し方法として、発明者らは、Ａ）ハイ・インピーダンス、Ｂ）方向性結合器、Ｃ）カプラー、ディバイダ、コンバイナ（分配合成器）を用いる方法を考案した。以下では、図４において、差動ケーブル２０から通信チップ１３ａへの主伝送線路を伝送される元信号（差動信号ポジティブ及び差動信号ネガティブ）から、電力加算器１５への分配信号
（分配出力）を取り出す場合の例を説明する。
【００３７】
＜Ａ）ハイ・インピーダンスによる信号取り出し方法＞
図８は、ハイ・インピーダンスによる信号取り出しの概念図である。図８に示す方法は、伝送線路の元信号の信号波形に影響を与えないように、高い抵抗値（差動伝送路から見てオープンと同等とみなせる抵抗量）で線路を分岐し、分配信号を取り出すものである。
この方法によれば、非常に簡易で安価に分配信号を取り出せる。反面、抵抗値で分配するので、その抵抗比に合わせて主伝送線路の信号が減衰してしまうこと、また、抵抗そのもので信号が損失してしまうことがデメリットとなる。
【００３８】
＜Ｂ）方向性結合器による信号取り出し方法＞
図９は、方向性結合器による信号取り出しの概念図である。方向性結合器は、進行波と反射波とをそれぞれ別々に取り出すことが可能であり、例えばフェライトコア・トランスを用いて実現される。また、方向性結合器は、負荷に対する送信電力と反射電力との比から定在波比（ＶＳＷＲ：Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ）を求めることに用いられる。ここでは、通信基板１２及び通信基板１３間で行われる双方向通信における「通信基板１２→通信基板１３」の信号と「通信基板１３→通信基板１２」の信号とを、進行波出力と反射波出力とに分離して取り出すことに用いている。方向性結合器を用いることにより、元信号の損失を最小限に抑えることができる。元信号の損失は、基本的にはフェライトコアの損失分しか発生しない。また、入出力端と結合出力端との間のアイソレーションが十分に（例えば電力比で２０ｄＢ）取れることから、元信号への影響も小さくできる。
【００３９】
＜Ｃ）分配合成器による信号取り出し方法＞
図１０は、分配合成器による信号取り出しの概念図であり、図１０（ａ）は抵抗分配型、図１０（ｂ）はトランス分配型、図１０（ｃ）はトランス及び抵抗ハイブリッド型、図１０（ｄ）はウィルキンソン型の実現例を示す。カプラー、ディバイダ、コンバイナなどの分配合成器は、その名の通り、信号電力を分けたり足したりすることに用いられる。これらは主に信号電力を１対１や１対１０など、比較的近い割合で分配することが目的であるため、元信号のレベルを大きく低下させてしまう。図１０（ａ）の抵抗分配型は、抵抗値でインピーダンス整合して分配している。この場合、抵抗値の比が分配比となる。抵抗分配型のメリットとして、非常に簡易な構造であり、かつ、直流から高周波まで広帯域であることが挙げられる。反面、抵抗自体で信号が損失してしまうため、分配後の総電力量が分配前よりも減ってしまうことがデメリットとなる。また、元信号と分離（分配）先との間でアイソレーションがほとんど取れないので、負荷の変動による信号の逆流や流れ込みが発生し、特性が安定しない。図１０（ｂ）のトランス分配型は、図１０（ａ）の抵抗の代わりにトランスを用いている。トランス分配型のメリットとして、簡易な構成であり、かつ、抵抗分配のような損失が少ないことが挙げられる。反面、広帯域ではなく、抵抗分配型と同様にアイソレーションが取り難いため、特性が安定しないことがデメリットとなる。図１０（ｃ）のハイブリッド型は、抵抗分配型とトランス型とを混合した構造であり、メリットとして、広帯域、低損失、高アイソレーションが挙げられる。反面、部品点数が増えることによる構成の複雑化とコストアップがデメリットとなる。図１０（ｄ）のウィルキンソン型は、マイクロ波伝送線路のパターンを用いて、構造で分岐を実現したものである。メリットとして、バランス用の抵抗以外に部品が無く、低損失であることが挙げられる。反面、マイクロストリップ線路の幅や長さに依存した性能となるため、特定の周波数帯域に特化した狭帯域型であること、及び、周波数によっては線路長が長くなるので測定系が大型化することがデメリットとなる。
【００４０】
元信号への影響を最小限に抑える信号取り出し方法としては、Ｂ）の方向性結合器を用いることが望ましい。この方法を用いることで、「通信基板１２→通信基板１３」の信号と「通信基板１３→通信基板１２」の信号とを、それぞれ個別に取り出すことができるため、本来の目的以外にもメリットが得られる。それは、送信機側の伝送路に含まれる異常なのか、受信機側の機器故障によるインピーダンス不整合に起因する反射なのか、受信機側から送信される信号の異常なのか、などを切り分けることにも利用できるというメリットである。つまり、方向性結合器を用いた信号取り出しでは、方向性結合器の配置箇所（信号分離位置）を中心に前後の何処で異常が発生しているのかを区別できる。また、差動伝送路の両端につながる通信機に本機能が搭載されることで、どちらの機器の異常なのか、伝送路の異常なのか、の切り分けが可能となる。したがって、差動伝送システムのセンサとしての機能向上が図れる。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態の方向性結合器を用いた信号取り出し方法を、第一実施形態から第三実施形態の各測定システムに適用することにより、第一実施形態から第三実施形態の各効果に加え、以下の効果が得られる。すなわち、差動伝送路を流れる元信号を分離して取り出す際に、元信号の損失を最小限に抑えることができる。また、方向性結合器の配置箇所（信号分離位置）を基準に前後の何処で異常が発生しているのかを区別できるため、差動伝送システムのセンサとして機能向上が図れる。
【００４２】
（第五実施形態：伝送線路診断装置）
第五実施形態では、第一から第四実施形態で説明した測定システムを応用したケーブル診断装置について説明する。ケーブル診断装置は、ツイストペア線等の、二本の伝送線路を含む一対の差動伝送ケーブルの不良を診断するものである。
【００４３】
図１１は、第五実施形態のケーブル診断装置５０の構成を示す図である。図１１に示すケーブル診断装置５０は、基板５１と、通信チップ５２と、コネクタ５３と、基板５４と、コネクタ５５と、通信チップ５６と、ディバイダ５７と、アンプ５８と、ディテクタ５９と、ＬＥＤ６０と、を備える。通信チップ５２及びコネクタ５３は、基板５１上に設けられる。コネクタ５５、通信チップ５６、ディバイダ５７、アンプ５８、ディテクタ５９、及びＬＥＤ６０は、基板５４上に設けられる。コネクタ５３とコネクタ５５との間に、
検査対象となるケーブル７０が接続される。すなわち、コネクタ５３及びコネクタ５５は、検査対象となるケーブル７０を取り付けるための取付部である。
【００４４】
通信チップ５２及び通信チップ５６は、コネクタ５３，５５及びケーブル７０を介して、互いに極性が逆であるポジティブ信号及びネガティブ信号を送受信する。ディバイダ５７は、通信チップ５２と通信チップ５６との間でやり取りされるポジティブ信号及びネガティブ信号を、どちらもそのまま（非反転）で合成して、同相信号を生成する。アンプ５８は、ディバイダ５７で生成された同相信号を増幅する。ディテクタ５９は、アンプ５８で増幅された同相信号を計測し、計測値が一定値以上の大きさの場合にケーブル不良と判断してＬＥＤ６０を点灯させる。ＬＥＤ６０は、ケーブル不良と判断された場合に点灯する。ケーブル７０のポジティブ信号を伝送する線路又はネガティブ信号を伝送する線路に、物理的形状の変化や材質の変化といった変化が起きると、変化が生じた箇所（異常箇所）で伝送信号に対する伝送特性が変化する。線路の異常箇所を通過したポジティブ信号とネガティブ信号とは、振幅や位相にも差が生じる。通信チップ５２と通信チップ５６との間の二本の伝送線路を伝送されるポジティブ信号及びネガティブ信号の間に振幅差、位相差が現れた場合、増幅された同相信号をディテクタ５９で計測することによって、伝送線路に生じたわずかな変化を捉えることができる。さらに、変化が一定以上である場合にＬＥＤ６０を点灯することができる。
【００４５】
本実施形態のケーブル診断装置によれば、ポジティブ信号とネガティブ信号とを反転させることなく合成した同相信号は、ポジティブ信号と、反転させたネガティブ信号と、を合成した差動信号よりも、一対の伝送線路間における振幅や位相のずれを大きく捉えることができる。このため、伝送線路の変化を容易に検知でき、微細なエラーを検出できる。
また、本実施形態のケーブル診断装置は、ポジティブ信号及びネガティブ信号として診断信号を用いる方法に限らず、実際の通信信号を用いた診断ができるため、汎用性が高い。
通信信号を用いた診断を行う場合、診断対象の差動伝送路（ケーブル等）を用いる通信系をそのまま利用できるため、別途、診断信号を入出力する診断用システムを構築する必要がなく、診断システムの簡素化が可能となる。
【００４６】
第五実施形態では、一方の基板５４のみに診断部であるディバイダ５７、アンプ５８、
ディテクタ５９及びＬＥＤ６０を設けたが、図１２に示すケーブル診断装置５０Ａのように、他方の基板５１にも診断部を設けてよい。診断対象となるケーブル７０のエラー分自体、伝送されるにつれて減衰するため、検出部（元信号からの信号取り出し位置）がエラー発生位置に近いほど、感度よく診断できる。そこで、双方の基板５１，５４に診断部を設けることにより、診断精度が向上する。
【００４７】
また、第五実施形態では、診断対象のケーブル７０としてツイストペア線を用いたが、
診断対象はこれに限定されない。例えば、図１３に示すように、差動線路の基板７１といった、差動伝送に関わる種々の伝送線路を診断対象とすることができる。
【００４８】
（第六実施形態：伝送線路診断装置）
図１１に示した第五実施形態のケーブル診断装置５０において、ツイストペア線の出荷検査を行う際、通常、ツイスト線のいずれかが不良（エラー）を起こしている可能性が高く、両方のツイスト線に不良が生じていたとしても、不良の程度がまったく同程度となる可能性は低い。しかし、二本の伝送線路で発生したエラー分が偶然にも同程度となり、位相差が生じない場合、診断を誤る可能性がある。この場合であっても、エラーを検出できるケーブル診断装置について、第六実施形態で説明する。
【００４９】
図１４は、第六実施形態のケーブル診断装置８０を示す図である。本実施形態のケーブル診断装置８０と図１１のケーブル診断装置５０とで、同様の機能を実行する構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。ケーブル診断装置８０は、基板５４に設けられた、コモンモード検出部８１と、振幅変化検出部８２と、を備える。コモンモード検出部８１は、ディバイダ５７と、アンプ５８と、ディテクタ５９と、を含む。振幅変化検出部８２は、メモリ８３と、判定部ＣＰＵ８４と、を含む。メモリ８３は、正常特性のケーブルのデータを事前に格納している。判定部ＣＰＵ８４は、通信している信号の振幅レベルそのものを検出して監視を行う。すなわち、判定部ＣＰＵ８４は、ケーブル７０を伝送されたポジティブ信号及びネガティブ信号を、一方を反転させて合成した差動信号の振幅変化レベルを検出し、メモリ８３に格納されている正常特性のケーブルのデータと比較する。そして、判定部ＣＰＵ８４は、両者にしきい値（振幅変化用しきい値）以上の差異がある場合、エラーと判定する。ＬＥＤ８５は、コモンモード検出部８１のディテクタ５９及び振幅変化検出部８２の判定部ＣＰＵ８４のいずれかでエラーと判定された場合に、点灯する。
【００５０】
図１５は、第六実施形態のケーブル診断装置８０におけるケーブル不良診断の流れを示す図である。検査対象のケーブルがケーブル診断装置８０に取り付けられ、ケーブル診断が開始されると、コモンモード検出部８１及び振幅変化検出部８２は、それぞれ、ポジティブ信号及びネガティブ信号（通信信号）を取り出し（ステップＳ１）、以下の処理に移行する。コモンモード検出部８１は、ディテクタ５９が検出した同相信号のレベルを判定し（ステップＳ２）、同相信号のレベルが同相信号用しきい値以下か否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３において、コモンモード検出部８１は、同相信号のレベルが、同相信号用しきい値以下でない場合は「不良」と判定してＬＥＤ８５を点灯し（ステップＳ４）、同相信号用しきい値以下の場合は正常品と判定して検査を終了する。一方、振幅変化検出部８２は、差動信号の振幅変化を判定し（ステップＳ５）、差動信号の振幅変化が振幅変化用しきい値以下か否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６において、振幅変化検出部８２は、差動信号の振幅変化が、振幅変化用しきい値以下でない場合は「不良」と判定してＬＥＤ８５を点灯し（ステップＳ７）、振幅変化用しきい値以下の場合は正常品と判定して検査を終了する。同相信号用しきい値及び振幅変化用しきい値は、
検査対象ごとに診断の都度決定される。
【００５１】
本実施形態のケーブル診断装置８０によれば、コモンモード検出部８１及び振幅変化検出部８２の二つの検出部を設け、ケーブルが不良か否かの判断を並列で行うことにより、
第五実施形態の効果に加え、以下の効果が得られる。すなわち、差動伝送路を構成する二本の伝送線路に、同時に同程度の不良が発生している場合であっても、正常特性のデータとの比較によりエラーとして検出できる。したがって、診断の高精度化が可能となる。
【００５２】
第六実施形態では、一方の基板５４のみに診断部であるコモンモード検出部８１、振幅変化検出部８２及びＬＥＤ８５を設けたが、図１６に示すように、他方の基板５１にも診断部を設けてよい。診断対象となるケーブル７０のエラー分自体、伝送されるにつれて減衰するため、検出部（元信号からの信号取り出し位置）がエラー発生位置に近いほど、感度よく診断できる。そこで、双方の基板５１，５４に診断部を設けることにより、診断精度が向上する。
【００５３】
また、第六実施形態では、診断対象のケーブル７０としてツイストペア線を用いたが、
診断対象はこれに限定されない。例えば、図１７に示すように、差動線路の基板７１といった、差動伝送に関わる種々の伝送線路を診断対象とすることができる。
【００５４】
（第七実施形態：液面レベル検出装置）
第七実施形態では、第一から第四実施形態で説明した測定システムを応用した液面レベル検出装置について説明する。
【００５５】
図１８は、第七実施形態の液面レベル検出装置９０の構成を示す図である。図１８に示す液面レベル検出装置９０は、センサ部と判定部９１とで構成される。センサ部は、直線路を折り返した形のパターンＰＡ１、ＰＡ２（第一線路、第二線路）がそれぞれ設けられた同形状の二つの基板ＳＵ１、ＳＵ２を備える。基板ＳＵ１は、液面レベルを検出するための基板として扱う（以下、液面レベル検出基板ＳＵ１とも称する。）。基板ＳＵ２は、
補正用のリファレンス基板として扱う（以下、リファレンス基板ＳＵ２とも称する。）。
判定部９１は、発振器９２と、バラン９３と、ディバイダ９４、アンプ９５及びディテクタ９６を含むコモンモード検出部９７と、ＣＰＵ９８と、ディスプレイ９９と、を備える。基板ＳＵ１は、測定対象のタンクＴ内に設置され、基板ＳＵ２は、タンクＴの外部（近傍）に設置される。
【００５６】
発振器９２は、診断用の信号を生成する。バラン９３は、発振器９２の出力から差動信号、すなわち、互いに極性が逆であるポジティブ信号及びネガティブ信号を形成する。バラン９３から出力されたポジティブ信号及びネガティブ信号は、液面レベル検出基板ＳＵ１及びリファレンス基板ＳＵ２に入力される。ポジティブ信号は、リファレンス基板ＳＵ２において、ｐｏｒｔ１からパターンＰＡ２に入力され、ｐｏｒｔ３から出力されて、ディバイダ９４に入力される。ネガティブ信号は、液面レベル検出基板ＳＵ１において、ｐｏｒｔ２からパターンＰＡ１に入力され、ｐｏｒｔ４から出力されて、ディバイダ９４に入力される。ディバイダ９４は、基板ＳＵ１及びＳＵ２を通過したポジティブ信号及びネガティブ信号を、どちらもそのまま（非反転）で合成して、同相信号（コモンモード信号）を生成する。この同相信号のレベルが、後述するように、タンクＴ内の液面レベルに相当する。アンプ９５は、ディバイダ９４で生成された同相信号を増幅する。同相信号を増幅することにより、液面レベルの微細な変化を容易に検出できる。ディテクタ９６は、アンプ９５で増幅された同相信号を計測する。ＣＰＵ９８は、同相信号の計測結果から液面レベルを算出する。ディスプレイ９９は、算出された液面レベルを表示する。
【００５７】
図１９は、センサ部のシミュレーション用モデルを示す図である。図１９に示す、リファレンス基板ＳＵ２と液面レベル検出基板ＳＵ１の３次元電磁界シミュレーションモデルを作成し、液面レベルを変化させた場合の伝送特性を解析した。センサ部は、１ｍｍ幅のＣｕパターンを有するｆｒ４基板である。測定対象の液体として、ガソリンを想定した誘電率３の液体を設定した。このシミュレーション用モデルを用いた電磁界解析で得られた伝送特性を、コモンモード検出部９７のみを取り出した回路シミュレータモデルのセンサ特性に取り込み、液面変化に対するコモンモード電圧変化を解析した。検出用の信号は、
１００ＭＨｚでＶｐ−ｐ１００ｍＶの差動の正弦波を用いた。シミュレーション結果を図２０に示す。
【００５８】
図２０は、図１９に示したモデルを用いたシミュレーション結果を示す図である。図２０は、液面レベルを０，２０，４０，６０，８０，１００ｍｍと変化させた際のコモンモード電圧の変化を示している。図２０から、液面レベルの変化に伴い、コモンモード電圧がリニアに変化している結果が確認できる。このシミュレーション結果を予めテーブルとして保存しておけば、ＣＰＵ９８は、テーブルを参照することで、ディテクタ９６の計測結果から、液面レベルを容易に算出できる。
【００５９】
本実施形態の液面レベル検出装置９０によれば、基板ＳＵ１を液面レベル検出用として測定対象のタンクＴ内に設置し、基板ＳＵ２を補正用のリファレンスとすることで、タンクＴ内の液面レベルに応じた差分が同相信号のレベルとして現れる。すなわち、ポジティブ信号及びネガティブ信号の振幅変化ではなく、位相変化を検出できるため、高精度での液面レベル検出が可能となる。また、従来の容量検出方式のセンサではないため、直線のパターンで足り、センサ部の基板に容量を持たせるための櫛歯型パターンが不要となるため、センサ形状をスリム化できる。
【００６０】
第七実施形態では、センサ部として、直線路を折り返したパターンＰＡ１，ＰＡ２を有する基板ＳＵ１，ＳＵ２を使用したが、図２１（ａ）に示すツイストペア線や、図２１（ｂ）に示すストリップラインを使用してもよい。または、フラット線、ＦＰＣ等、信号伝送できる媒体であれば、センサ部として適用できる。
【００６１】
第七実施形態では、液面レベル検出基板及びリファレンス基板として、同じ形状の基板ＳＵ１，ＳＵ２を使用したが、リファレンス基板は、液面レベル検出基板と同じ速度、同じ時間で信号伝送できるものであればよい。よって、同じライン形状でなくとも、図２２
（ａ）に示す高誘電率基板や、図２２（ｂ）に示すミアンダラインを適用して、液面レベル検出基板のパターンと電気長が等長となるように設計することで、リファレンス基板を小型化できる。
【００６２】
（第八実施形態：液面レベル検出装置）
図１８に示した第七実施形態の液面レベル検出装置９０は、センサ部の線路のうちＵ字状の往復経路部分が、液面レベルの検出に用いられる（液内に配置される）ため、短手方向の幅（横幅）が往復線路分必要でありスペースをとる。また、第七実施形態の液面レベル検出装置９０は、液面レベル検出対象の溶液が変更されて、例えば誘電率等が低くなると、リファレンスとの変化が小さくなり、コモン（同相信号）出力値が減少し検出が困難になったとしても、調整が困難な場合がある。第八実施形態では、これらを解消でし得る液面レベル検出装置について説明する。
【００６３】
第八実施形態の液面レベル検出装置９０は、図１８に示す第七実施形態の液面レベル検出装置９０において、基板ＳＵ１、ＳＵ２に代えて、同形状の二つの基板ＳＵ１Ａ、ＳＵ２Ａを備える。基板ＳＵ１Ａ、ＳＵ２Ａは、図２５に示すように、基板ＳＵ１、ＳＵ２において、センサ部のパターンＰＡ１、ＰＡ２をパターンＰＡ１Ａ、ＰＡ２Ａにそれぞれ変更したものである。第八実施形態の液面レベル検出装置９０のその他の構成は前述の通りであるため、重複する説明を省略する。
【００６４】
図２５は、第八実施形態の液面レベル検出装置におけるセンサ部のシミュレーション用モデルを示す図である。本実施形態のパターンＰＡ１Ａ、ＰＡ２Ａは、基板ＳＵＡ１、ＳＵＡ２上部の入出力通過ラインＬ１（ｐｏｒｔ１からｐｏｒｔ３へのライン）、Ｌ２（ｐｏｒｔ２からｐｏｒｔ４へのライン）に、オープンスタブＳＴ１、ＳＴ２をそれぞれ設けた形状を有する。本実施形態では、入出力通過ラインＬ１、Ｌ２は、液面レベルのセンシングには使用せず、オープンスタブＳＴ１、ＳＴ２を用いて液面レベルの検出を行う。
【００６５】
図２６は、第八実施形態の液面レベル検出装置の測定原理を示す図であり、オープンスタブＳＴ１、ＳＴ２での周波数特性変化を示すものである。高周波信号は、オープンスタブを含むラインに伝送されると、スタブ長がλ／４にあたる波長λの周波数において電気的にショートの振る舞いをするという特徴がある（図２６（ａ））。この時、信号は、スタブ方向に流れ込むイメージとなり、入力信号の通過特性（Ｓ２１パラメータ）が悪化して、図２６に示すように谷の特性を示す。ここでスタブ部分が液面レベル検出対象の溶液に浸された場合、溶液に浸された長さに応じてスタブ長が電気的に長くなった状態となるため、通過特性が悪化する周波数が低周波側に移動する（図２６（ｂ））。すなわち、ある特定周波数で検出を行う際における通過特性の変化は、信号レベルの変化、位相変化が発生していることと同義であるため、このときのコモンモード（同相信号）電圧変化で液面レベルの検出が可能となる。
【００６６】
図２７は、図２５に示したモデルを用いたシミュレーションによる液面レベル変化に対する周波数特性結果を示す図であり、液面レベルを１〜１００ｍｍの範囲で変化させたときの通過特性結果を示す。図２７から、液面レベルが上昇するにつれ、周波数特性が低周波側に移動している様子がわかる。
【００６７】
図２８は、図２５に示したモデルを用いたシミュレーション結果を示す図であり、図２７の結果を示したセンサ特性をコモンモード検出回路に挿入し、液面レベルに対するコモンモード電圧値をグラフにした結果である。図２８から、液面レベルが上昇するにつれて電圧値がリニアに上昇しており、電圧値から液面レベルを検出可能であることがわかる。本実施形態の液面レベル検出装置９０は、センシングする周波数を変化させると、感度を変化できるという特徴を有する。図２８は、１００ＭＨｚの信号を入力した場合の検出結果であるが、図２７に示す結果より、１００ＭＨｚ以上で周波数特性の変化が大きくなっているため、検出感度の向上が想定される。よって、液面レベル検出対象の溶液が誘電率の異なるもの等に変更された場合であっても、感度調整を行うことができる。
【００６８】
本実施形態の液面レベル検出装置９０は、入出力ラインＬ１、Ｌ２設けたオープンスタブＳＴ１、ＳＴ２を用いて、液面の位置変化に応じた信号の差を同相信号として生成し、液面位置を検知する。この構成により、第七実施形態の効果に加え、コンパクト且つ高精度な液面レベル測定が可能となる。すなわち、オープンスタブＳＴ１、ＳＴ２（一本の線路）のみで液面レベルの検出ができるため、センサエレメントのスリム化が可能となる。よって、熱量計等の液面レベルを検出することが可能となる。また、誘電率の低い溶液等、リファレンスとの変化が小さく同相信号の検出が困難となる液面レベル検出対象に対して、検出用の周波数を調整することで、センサの感度を向上でき、センサレベルの検出が可能となる。
【００６９】
第八実施形態では、センサ部として、直線路にオープンスタブＳＴ１、ＳＴ２を含むパターンＰＡ２Ａ、ＰＡ１Ａを有する基板ＳＵ１Ａ、ＳＵ２Ａを使用したが、図２９（ａ）に示すシングル線や、図２９（ｂ）に示すストリップラインを使用してもよい。または、ツイストペア線、フラット線、ＦＰＣ等、信号伝送できる媒体であれば、センサ部として適用できる。
【００７０】
第八実施形態では、液面レベル検出基板及びリファレンス基板として、同じ形状の基板ＳＵ１Ａ、ＳＵ２Ａを使用したが、リファレンス基板は、液面レベル検出基板と同じ速度、同じ時間で信号伝送できるものであればよい。よって、同じライン形状でなくとも、図３０（ａ）に示す高誘電率基板や図３０（ｂ）に示すミアンダラインを適用して、液面レベル検出基板のパターンと電気長が等長となるように設計することで、リファレンス基板を小型化できる。
【００７１】
（第九実施形態：変位検出装置）
位置検出を行う変位センサとして、例えば、被測定物の金属板に生じる渦電流による誘導電圧を受信コイルで検出し、誘導電圧とメモリに格納されている情報との比較を通じて位置情報を出力するものがある（特許文献９参照）。この変位センサにおいては、温度変化等周囲環境変化による測定値のバラつきが想定され、測定精度に課題がある。また、この変位センサにおいては、測定対象のサイズ、センサ距離等によっては測定感度が変化すると思われるが、感度調整が困難である。第九実施形態では、これらの課題を解消し得る非接触変位検出装置について説明する。第九実施形態の非接触変位検出装置は、第一から第四実施形態で説明した測定システムを応用した変位検出装置である。
【００７２】
図３１は、第九実施形態の変位検出装置２００の構成を示す図である。図３１の変位検出装置２００は、図１８の液面レベル検出装置９０におけるセンサ部を変更したものである。図３１の変位検出装置２００と図１８の液面レベル検出装置９０とで、同様の機能を実行する構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。図３１に示す変位検出装置２００は、センサ部と判定部９１とで構成される。図３１のセンサ部は、基板で形成した１巻き半のループコイル２０３を適用した、リファレンスセンサ２０１、変位センサ２０２を有する。ＣＰＵ９８は、同相信号の計測結果から変位レベルを算出し、算出された変位レベルがディスプレイ９９に表示される。すなわち、第九実施形態では、被測定物（ＤＵＴ）である金属ブロックが変位センサ２０２に近接した際の位置変化に応じた信号の差を同相信号として生成し、非接触で位置を検知することができる。
【００７３】
図３２は、第九実施形態の変位検出装置２００におけるセンサ部のシミュレーションモデルを示す図であり、図３３は、第九実施形態の変位検出装置の測定原理を説明するための図である。図３２（ａ）に示すように、センサモデルとして、１巻き半のループコイル２０３を用いる。変位センサ２０２に、放射が発生する周波数にて金属ブロック２０４を近接して置き、変位センサ２０２と金属ブロック２０４との距離Ｄを変化させた場合の周波数特性（Ｓ２１特性）を解析する。シミュレーションモデルとして、図３３に示すように、同形状のセンサを用意し、一方をリファレンスセンサ２０１、他方を変位センサ２０２として用いる。リファレンスセンサ２０１に対して、変位センサ２０２と金属ブロック２０４との距離Ｄに応じてコイル特性の差が生じる。変位検出装置２００は、この差を同相信号として生成して検出する。金属ブロック２０４が変位センサ２０２に近接するにしたがい、コイル（１巻き半のループコイル２０３）からの発生磁界が鎖交し、金属ブロック２０４にて渦電流が発生する。この発生磁界がコイルインダクタンス特性に影響する。
【００７４】
図３４は、図３３に示した金属ブロック２０４の距離変化に伴う周波数特性（Ｓ２１特性）変化を示す図である。図３４によれば、金属ブロック２０４が変位センサ２０２に近接するに伴い、Ｓ２１特性が改善している傾向がみられる。これは、コイルのインダクタンス変化によりインピーダンスがマッチングする方向に変化しているためと考えられる。図３４によれば、Ｓ２１特性は、変位センサ２０２と金属ブロック２０４との距離Ｄに応じてリニアに変化しており、位置検出ができることが示されている。
【００７５】
図３５は、図３２に示したモデルを用いたシミュレーション結果を示す図であり、図３１に示すセンサ部（リファレンスセンサ２０１、変位センサ２０２）に図３４に示した電磁界解析結果を取り込んでシミュレーションを行った結果を示す。検出用の信号は９００ＭＨｚでＶｐ−ｐ１００ｍＶの差動の正弦波を用いた。検出周波数を９００ＭＨｚにしたのは、図３４の結果において、距離Ｄの変化に対する周波数特性の差がリニアに変化しているためである。図３５に示すように、距離Ｄを１０ｍｍずつ近接させた際のコモンモード電圧は、リニアに増加している。距離Ｄが０の時に電圧が生じているのは、金属ブロック２０４が置かれていないリファレンスセンサ２０１と比較して、金属ブロック２０４の有無による変化の電圧が生じるためである。
【００７６】
本実施形態の変位検出装置２００によれば、リファレンスとの比較によって変位を検出するため、外部環境等誤差要因の影響を低減し、精度の良い測定が可能となる。また、検出周波数を調整することで、センサ形状を変更せずともセンサの感度調整が可能となる。さらに、非接触で物体の検知が可能となるため、人感センサ、ペットセンサ等、幅広い応用が可能となる。
【００７７】
第九実施形態では、センサ部として、１巻き半のループコイル２０３を用いたが、基板によるコイル以外に、図３６（ａ）に示すようにソレノイドコイルを適用してもよい。ソレノイドコイルを用いることで、中心軸方向に感度の高い変位センサを実現できる。また、図３６（ｂ）に示すように、リファレンスセンサ２０１を、コンデンサ等のチップ部品に置き換えることで、センサのスリム化が可能となる。
【００７８】
（第十実施形態：圧力検出装置）
圧力を検出する圧力センサとして、例えば、ダイヤフラムに固定され、そのたわみに応じて応力が発生する圧電振動子と励振電極を含む圧力センサがある（特許文献１２参照）。この圧力センサは、ダイヤフラムに加わった応力により、圧電振動子の発振周波数が変化するため、この周波数の値に応じて圧力値を導出する。この圧力センサは、圧電振動子を用い、電極で挟み込むという複雑な構造をしており、使用環境による影響や使用時間による劣化等を考慮すると、感度を保ちつつ妥当な結果を得ることが困難と想定される。また、この圧力センサは、圧力を検知する対象の変化や環境の要因等のバラつき容易にに対する感度の調整が難しい。第十実施形態では、これらの課題を解消し得る圧力検出装置について説明する。第十実施形態の圧力検出装置は、第一から第四実施形態で説明した測定システムを応用した圧力検出装置である。
【００７９】
図３７は、第十実施形態の圧力検出装置２１０の構成を示す図である。図３７の圧力検出装置２１０は、図１８の液面レベル検出装置９０におけるセンサ部を変更したものである。図３７の圧力検出装置２１０と図１８の液面レベル検出装置９０とで、同様の機能を実行する構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。図３７に示す圧力検出装置２１０は、センサ部と判定部９１とで構成される。図３７のセンサ部は、リファレンスセンサ２１１、圧力センサ２１２を有する。ＣＰＵ９８は、同相信号の計測結果から圧力、応力等のレベルを算出し、算出されたレベルがディスプレイ９９に表示される。すなわち、第十実施形態では、圧力センサへの加圧変化に応じた信号の差を同相信号として生成し、圧力変化を検知することができる。
【００８０】
図３８は、第十実施形態の圧力検出装置２１０におけるセンサ部のシミュレーションモデルを示す図であり、加圧による変化パラメータも示す。センサ形状の一例として、ここでは、直径２０ｍｍの極板を１ｍｍの間隔で対向させダイヤフラムで覆われたセンサ２１３の例を説明する。シミュレーションでは、このセンサ２１３に圧力が加わることで極板間隔が０．１ｍｍずつ狭まる場合の周波数特性（Ｓ２１特性）を解析する。
【００８１】
図３９は、図３８に示した極板間隔変化（圧力変化）に伴う周波数特性変化を示す図である。極板間が近接するほど容量が増加するため、通過する信号のカットオフ周波数が低周波側に移動し、Ｓ２１の周波数特性が変化する。図３９によれば、０．１ｍｍ近接するにしたがって、周波数的に等間隔で低周波にシフトしていることがわかる。
【００８２】
図４０は、第十実施形態の圧力検出装置２１０におけるセンサ部のシミュレーションモデルを示す図であり、同形状のセンサを用意し、一方をリファレンスセンサ２１１、他方を圧力センサ２１２として用いる。リファレンスセンサ２１１に対し、圧力センサ２１２において圧力により極板間隔が変化しこの変化に伴い容量が変化することで、図３９に示した通過特性の差が生じる。圧力検出装置２１０は、この差を同相信号として生成して検出する。
【００８３】
図４１は、図３８、図４０に示したモデルを用いたシミュレーション結果を示す図であり、図３７に示すセンサ部（リファレンスセンサ２１１、圧力センサ２１２）に図３９に示した電磁界解析で得られたＳ２１特性を取り込んでシミュレーションを行った結果を示す。このシミュレーションにおいて、圧力変化に見立てたセンサの極板間隔変化に対するコモンモード電圧変化を解析した。検出用の信号は、１００ＭＨｚでＶｐ−ｐ１００ｍＶの差動の正弦波を用いた。検出周波数を１００ＭＨｚにしたのは、図３９の結果において、極板間隔変化に対する周波数特性の差が明確に見えていたためである。図４１に示すように、極板間隔を０．１ｍｍずつ近接させた際のコモンモード電圧は、リニアに増加している。
【００８４】
本実施形態の圧力検出装置２１０によれば、コモンモード検出方式により、高感度なセンシングが可能となる。また、リファレンスとの比較によって圧力を検出するため、外部環境等誤差要因の影響を低減し、精度の良い測定が可能となる。さらに、検出周波数を調整することで、センサ形状を変更せずともセンサの感度調整が可能となる。このため、タイヤやバッテリーパック内の圧力変化、シートベルトにかかる応力変化を検知することが可能となる。
【００８５】
第十実施形態では、センサ部として、リファレンスセンサ２１１、圧力センサ２１２にそれぞれセンサ２１３を用いたが、両者を一体化してもよい。図４２に示すように、圧力センサの直下にリファレンスセンサ設置し、両者を一体化することで、センサのスリム化が可能となる。また、図４３に示すように、リファレンスセンサ２１１を、コンデンサ等のチップ部品に置き換えることで、センサのスリム化が可能となる。
【００８６】
（第十一実施形態：加速度検出装置）
加速度を検出する加速度センサとして、例えば、可動電極と固定電極との間の静電容量の変化に基づいて加速度を計測する静電容量型の加速度センサがある（特許文献１６参照）。この加速度センサは、複数のオペアンプ、抵抗、コンデンサを含む電荷・電圧変換回路が、固定電極と可動電極との間に蓄積される電荷を電圧信号に変換して出力する。この加速度センサは、固定電極と可動電極との間の電位変動差を捉える方式だが、容量を検出する二つのオペアンプ出力の差を次段のオペアンプで検出するという誤差が生じやすい構成である。また、この構成は、リアルタイムなセンシングや感度において懸念がある。さらに、この加速度センサは、検出システムを作製した後、センシングの感度調整ができない。第十一実施形態では、これらの課題を解消し得る加速度検出装置について説明する。第十実施形態の加速度検出装置は、第一から第四実施形態で説明した測定システムを応用した加速度検出装置である。
【００８７】
図４４は、第十一実施形態の加速度検出装置２２０の構成を示す図である。図４５は、第十一実施形態の加速度検出装置２２０におけるセンサ部２２１の構成を示す図である。図４４に示す加速度検出装置２２０は、図１８の液面レベル検出装置９０におけるセンサ部と判定部９１の一部とを変更したものである。図４４の加速度検出装置２２０と図１８の液面レベル検出装置９０とで、同様の機能を実行する構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。図４４に示す加速度検出装置２２０は、センサ部２２１と判定部９１Ａとで構成される。判定部９１Ａは、図１８に示す判定部９１においてディバイダ９４を除いたものである。
【００８８】
センサ部２２１は、一軸加速度センサであり、図４５に示すように、可動電極２２２と、一対の固定電極２２３と、支持体２２４と、四つのばね２２５と、を備える。可動電極２２２は、箱形状を有し、支持体２２４の中央に配置される。一対の固定電極２２３は、それぞれ、箱状を有し、可動電極２２２の両端に、可動電極２２２と一定間隔離間させて配置される。支持体２２４は、底板２２４Ａと、底板２２４Ａの両端に立設された一対の側板２２４Ｂと、を有し、鉛直面に沿う断面視でＵ字形状を有する。各側板２２４Ｂには、各固定電極２２３が固定され、固定電極２２３の下方において、一端が側板２２４Ｂに固定され他端が可動電極２２２に接続された二つのばね２２５が弾設される。すなわち、可動電極２２２は、支持体２２４に固定されたばね２２５によって支持される。加速と共に可動電極２２２が移動すると、その際の電極間（固定電極２２３と可動電極２２２との間）の静電容量変化が移動量に換算され、さらに、ばね定数と可動電極の質量により加速度が算出される。
【００８９】
図４４に示す加速度検出装置２２０において、発振器９２で生成された診断用の信号から、バラン９３で差動信号（ポジティブ信号及びネガティブ信号）が生成され、一対の固定電極２２３にそれぞれ入力される。その後、電極間の容量に応じて通過した信号が可動電極２２２を通って合成されて、すなわち、可動電極２２２の振動変化に応じた信号の差が同相信号として生成されて、アンプ９５に入力される。アンプ９５は、同相信号を増幅、すなわち、電極間の容量に応じて通過した両信号の振幅、位相差から生じる差分の信号を増幅する。ディテクタ９６は、アンプ９５で増幅された同相信号を計測し、解析用の信号として出力する。ＣＰＵ９８は、同相信号の計測結果から加速度を算出する。ディスプレイ９９は、算出された加速度を表示する。
【００９０】
図４６は、図４５に示したセンサ部２２１のシミュレーションモデルを示す図である。このモデルでは、中央の可動電極２２２に対し、一対の固定電極２２３が１ｍｍずつ間隔をあけた状態で設置されている。図４４に示したバラン９３からの差動信号をｐｏｒｔ１、ｐｏｒｔ２への入力とし、通過後の可動電極２２２からの信号がｐｏｒｔ３より出力される。すなわち、バラン９３から出力されたポジティブ信号及びネガティブ信号は、ｐｏｒｔ１、ｐｏｒｔ２から一対の固定電極２２３にそれぞれ入力される。そして、電極間を通過したポジティブ信号及びネガティブ信号がどちらもそのまま（非反転）で合成されて生成された同相信号（コモンモード信号）が、ｐｏｒｔ３より出力される。このモデルにおいて、可動電極２２２に加速に伴い０．１ｍｍずつｐｏｒｔ１側に移動したという状況での周波数特性を解析する。
【００９１】
図４７は、図４６に示したモデルを用いたシミュレーション結果（周波数特性変化）を示す図である。図４７は、可動電極２２２がｐｏｒｔ１側に０．１ｍｍと０．４ｍｍ移動したときの特性をピックアップして示している。傾向として、可動電極２２２（極板）の移動により、一方の固定電極２２３と近接するほど容量が増加するため、通過する信号のカットオフ周波数が低周波側に移動する。このとき、逆サイドの固定電極２２３と可動電極２２２との間隔は拡大するため、通過する信号のカットオフ周波数が高周波側に移動する。よって、ｐｏｒｔ３に現れる合成された信号は、極板の移動距離が大きいほど大きい信号が出力されることが想定される。図４７においてｗは可動電極２２２（極板）の移動距離を表し、例えばｗ０１は極板が０．１ｍｍ移動したことを示す。図４７の右側に拡大された帯域で見ると、周波数特性が等間隔で変化している様子がわかる。０．１ｍｍ移動と０．４ｍｍ移動での、Ｓ３１パラメータ（ｗ０１＿ｓ３１）とＳ３２パラメータ（ｗ０４＿Ｓ３２）との差をみると、０．４ｍｍの場合は０．１ｍｍの場合の３倍程度の差が生じていることがわかる。
【００９２】
図４８は、図４６に示したモデルを用いたシミュレーション結果（出力電圧変化）を示す図である。検出用の信号は、１ＧＨｚでＶｐ−ｐ１００ｍＶの差動の正弦波を用いた。検出周波数を１ＧＨｚにしたのは、図４７の結果において、極板間隔変化に対する周波数特性の差が傾向として明確に見えていたためである。
【００９３】
本実施形態の加速度検出装置２２０によれば、高周波信号をそのまま極板に長し、振幅変化のみならず位相変化の差を同時にとりコモンモード電圧として出力するため、高精度な測定ができ、計測系がシンプルとなる。また、加速度検出装置２２０は、図４７のシミュレーション結果に示すように、可動電極２２２（極板）の移動に対し、周波数によりさまざまな感度を示すため、バイアス電圧による共振を生成せずとも、適用する検出周波数の調整により、感度の良い周波数や多周波での測定が可能となる。
【００９４】
第十一実施形態では、センサ部２２１が一軸加速度センサである例を示したが、図４９に示すように、一対の固定電極２２３の配列方向に直交する方向に、可動電極２２２を挟んでもう一対の固定電極２２３Ａを設けることで、二軸対応の加速度センサ（加速度検出装置２２０Ａ）とすることができる。また、図５０に示すように、可動電極２２２へ信号を入力し、一対の固定電極２２３からの各信号をディバイダ９４Ｃで合成することでコモンモード信号として、両信号の差を取り出す方式の加速度検出装置２２０Ｂとすることも可能である。図４９、図５０に示すように、センサ部９１Ｂ、９１Ｃにおいてディバイダ９４Ａ〜９４Ｃで波形を合成することで、信号差分導出の精度向上が期待できる。
【００９５】
（第十二実施形態：線状センサ装置）
建築分野や航空機材料分野において、光ファイバセンサを用いて、劣化診断を行うことが提案されている。図５０に示すように、光ファイバセンサ１２０は、光ファイバ１２１の両端に、電気信号を光信号に変換するＥ／Ｏ変換部１２２と、光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換部１２３とを、それぞれ設けたものである。光ファイバセンサは、小型軽量で長寿命、センサ部に給電不要等の特長を持つ。特に、光ファイバそのものがセンサとして機能する分布型光ファイバセンサは、光ファイバ全長に沿って位置的に連続するひずみ分布を得られる。光ファイバ内で生じる散乱光にはいくつかの種類があり、そのうちブリルアン散乱光は入射光により発生・伝播する音響波による散乱現象で、入射した光はドップラーシフトを受け音響波の振動数に応じて波長がシフトする。この散乱は光ファイバ内のいたるところで発生し、散乱光の波長が発生位置のひずみに依存する。光ファイバに沿ってすべての位置でひずみ情報を得られる。光ファイバの片端からの入射光による「自然ブリルアン散乱光」を用いたセンシング技術は、これまでに建築分野において多くの適用が試みられている。一方、光ファイバの両端からふたつの光を対向させることによる「誘導ブリルアン散乱光」を用いたセンシング技術の開発も盛んで、その強い光強度によって高い空間分解能などの特長を有する。
【００９６】
しかしながら、光ファイバセンサでは、電気信号を光信号に変換（Ｅ／Ｏ変換）し、再度光信号を電気信号に変換（Ｏ／Ｅ変換）するため、信号の損失が大きい。このため、エネルギー変換効率が低い。また、Ｏ／Ｅ変換用のデバイスが高価でコストダウンが難しい。一方、光ファイバセンサは、劣化診断を点でなく線で行える線状センサという機能的メリットがある。そこで、光ファイバセンサの欠点を補う線状センサ技術が必要とされてきた。
【００９７】
第十二実施形態では、光ファイバセンサの欠点を補う線状センサについて説明する。第十二実施形態の線状センサ装置は、第一から第四実施形態で説明した測定システムを応用したものである。すなわち、図１に示す計測システム１において、通信機Ａ，Ｂ間の伝送線路（差動伝送路１０）を線状センサとすることにより、異常のあった箇所を点で捉えることが可能となる。
【００９８】
図５２は、第十二実施形態の線状センサの配策例を示す図であり、二次元に分布する線状センサとしての配策例を示す。図５２（ａ）に示す線状センサ１０Ａは、線長の等しい二本の線１０Ａ−１、１０Ａ−２を平行に配策したものである。この配策の仕方は、二本の線間が狭くても差が予想される場合に適する。図５２（ｂ）に示す線状センサ１０Ｂは、線長の等しい二本の線１０Ｂ−１、１０Ｂ−２を平行に、互いを補完するように配策したものである。この配策の仕方によれば、二本の線間を広くでき、差が捉えやすくなる。また、図５２（ｃ）の場合と異なり、二本ともセンサとして利用できる。図５２（ｃ）に示す線状センサ１０Ｃは、線長の等しい二本の線１０Ｃ−１、１０Ｃ−２のうち、一方の線１０Ｃ−１を測定用、他方の線１０Ｃ−２を基準用とする。この配策の仕方によれば、線間の差が最大となり、精密測定に適する。
【００９９】
本実施形態によれば、第一から第四実施形態で説明した測定システムにおいて差動伝送路１０を線状センサ１０Ａ〜１０Ｃとすることで、光ファイバを用いず、電気信号のみで構成できる線状センサ装置が構築できる。この線状センサによれば、光ファイバよりも伝送路そのものの損失は大きいものの、Ｅ／Ｏ、Ｏ／Ｅ変換時の損失低減により、エネルギー利用効率が高い。したがって、長距離用途では光ファイバが、短距離用途では本実施形態の線状センサが優れると考えられる。コスト比較も同様と推測される。
【０１００】
ここで、上述した本発明の実施形態に係る計測方法、伝送線路診断装置、検出装置、及び線状センサ装置の特徴をそれぞれ以下［１］〜［１６］に簡潔に纏めて列記する。
［１］  第一信号を伝送する第一伝送線路および前記第一信号と逆相の第二信号を伝送する第二伝送線路からなる一対の差動伝送路（１０）において、前記第一伝送線路を伝送された前記第一信号と、前記第二伝送線路を伝送された前記第二信号と、を合成して、同相信号を生成し（合成器５）、
生成された前記同相信号を計測する（計測器Ｃ）、
ことを特徴とする計測方法。
［２］  生成された前記同相信号を増幅し（低雑音アンプ１７）、
増幅された前記同相信号を計測する、
ことを特徴とする上記［１］に記載の計測方法。
［３］  生成された前記同相信号を、目的とする周波数帯域よりも高い周波数帯の信号を減衰させ（フィルタ１６）た後に計測する、
ことを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の計測方法。
［４］  前記第一伝送線路を伝送された前記第一信号と、前記第二伝送線路を伝送された前記第二信号と、を方向性結合器によって取り出して、合成する、
ことを特徴とする上記［１］〜［３］のいずれかに記載の計測方法。
［５］  第一信号を伝送する第一伝送線路および前記第一信号と逆相の第二信号を伝送する第二伝送線路からなる一対の差動伝送路（ケーブル７０）が取り付けられる取付部（コネクタ５３、５５）と、
前記取付部を介して、前記差動伝送路に前記第一信号及び前記第一信号を送信する第一通信部（通信チップ５２）と、
前記取付部を介して、前記差動伝送路から前記第一信号及び前記第二信号を受信する第二通信部（通信チップ５３）と、
前記第二通信部が受信する前記第一信号及び前記第二信号を取り出し、合成して同相信号を生成する信号合成器（ディバイダ５７）と、
生成された前記同相信号を検出する検出器（ディテクタ５９）と、
検出された前記同相信号の大きさが閾値以上の場合にエラーと判定する判定部（ディテクタ５９）と、
を備えることを特徴とする診断装置。
［６］  前記信号合成器で生成された前記同相信号を増幅する増幅器（アンプ５８）を備え、
前記検出器は、前記増幅器で増幅された前記同相信号を検出する、
ことを特徴とする上記［５］に記載の診断装置。
［７］  前記判定部は、前記第二通信部が受信する前記第一信号及び前記第二信号を取り出し、メモリに格納されている正常特性のデータと比較することにより、前記エラーか否かを判断する、
ことを特徴とする上記［５］又は［６］に記載の診断装置。
［８］  第一信号が入力される第一線路（パターンＰＡ１）と、
前記第一信号と逆相の第二信号が入力される第二線路（パターンＰＡ２）と、
前記第一線路を通過した前記第一信号と、前記第二線路を通過した前記第二信号と、を合成して同相信号を生成する合成部（ディバイダ９４）と、
生成された前記同相信号の電圧を検出する検出部（ディテクタ９６）と、
検出された前記電圧から液面レベルを算出する算出部（ＣＰＵ９８）と、
を備えることを特徴とする検出装置（液面レベル検出装置９０）。
［９］  生成された前記同相信号を増幅する増幅部（アンプ９５）と、を備え、
前記検出部は、増幅された前記同相信号の電圧を検出する、
ことを特徴とする上記［８］に記載の検出装置。
［１０］  前記算出部は、前記液面レベルと前記電圧との対応を示すテーブルを参照して、前記液面レベルを算出する、
ことを特徴とする上記［８］又は［９］に記載の検出装置。
［１１］  前記第一線路は、第一オープンスタブ（ＳＴ１）を有し、
前記第二線路は、第二オープンスタブ（ＳＴ２）を有し、
前記合成部は、前記第一オープンスタブを通過した前記第一信号と、前記第二オープンスタブを通過した前記第二信号と、を合成して前記同相信号を合成する、
ことを特徴とする上記［８］〜［１０］のいずれか一に記載の検出装置。
［１２］  第一信号が入力される第一センサ（リファレンスセンサ２０１、２１１）と、
前記第一信号と逆相の第二信号が入力される第二センサ（変位センサ２０２、圧力センサ２１２）と、
前記第一センサを通過した前記第一信号と、前記第二センサを通過した前記第二信号と、を合成して同相信号を生成する合成部（ディバイダ９４）と、
生成された前記同相信号の電圧を検出する検出部（ディテクタ９６）と、
検出された前記電圧から変位レベル又は圧力を算出する算出部（ＣＰＵ９８）と、
を備えることを特徴とする検出装置（変位検出装置２００、圧力検出装置２１０）。
［１３］  前記第一センサ及び前記第二センサの少なくともいずれか一方は、ループコイル（２０３）を含み、
前記算出部は、前記ループコイルと被測定物との距離を前記変位レベルとして算出する、
ことを特徴とする上記［１２］に記載の検出装置（変位検出装置２００）。
［１４］  前記第一センサ及び前記第二センサのそれぞれは、互いに離間して配置された一対の極板を含み、
前記算出部は、加圧によって変化する前記前記一対の極板間の距離を前記圧力として算出する、
ことを特徴とする上記［１２］に記載の検出装置（圧力検出装置２１０）。
［１５］  可動電極（２２２）と、
前記可動電極から離間して配置され、前記可動電極を挟んで対向する第一及び第二固定電極（２２３）と、
前記可動電極と前記第一固定電極との間を通過した第一信号と、前記可動電極と前記第二固定電極との間を通過した第二信号と、が合成された同相信号の電圧を検出する検出部（ディテクタ９６）と、
検出された前記電圧から加速度を算出する算出部（ＣＰＵ９８）と、
を備えることを特徴とする検出装置（加速度検出装置２２０）。
［１６］  二つの通信機（Ａ、Ｂ）と、
前記二つの通信機間に配置される、線長の等しい第一及び第二伝送路（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）と、
前記第一伝送路を通過した第一信号と、前記第二伝送路を通過した第二信号と、を合成して同相信号を生成する合成器（５）と、
生成された前記同相信号を計測する計測器（Ｃ）と、
を備えることを特徴とする線状センサ装置。
【符号の説明】
【０１０１】
１  計測システム
５  合成器
１０  差動伝送路
１０Ａ〜１０Ｃ  線状センサ
１１  計測システム
１２  通信基板
１３  通信基板
１３ａ  通信チップ
１５  電力加算器
１６  フィルタ
１７  低雑音アンプ
１８  検波器
１９  監視装置
２０  差動ケーブル
２１  計測システム
５０  ケーブル診断装置
５０Ａ  ケーブル診断装置
５１  基板
５２  通信チップ
５３  通信チップ
５３  コネクタ
５４  基板
５５  コネクタ
５６  通信チップ
５７  ディバイダ
５８  アンプ
５９  ディテクタ
６０  ＬＥＤ
７０  ケーブル
７１  基板
８０  ケーブル診断装置
８１  コモンモード検出部
８２  振幅変化検出部
８３  メモリ
８４  判定部ＣＰＵ
８５  ＬＥＤ
９０  液面レベル検出装置
９１  判定部
９２  発振器
９３  バラン
９４  ディバイダ
９５  アンプ
９６  ディテクタ
９７  コモンモード検出部
９８  ＣＰＵ
９９  ディスプレイ
１００  計測システム
１０１  合成器
１１０  差動伝送ケーブル
１１０  信号線（差動伝送ケーブル）
２００  変位検出装置
２０１、２１１  リファレンスセンサ
２０２  変位センサ
２１２  圧力センサ
２２０  加速度検出装置
２２２  可動電極
２２３、２２３Ａ  固定電極
Ａ  通信機
Ｂ  通信機
Ｃ  計測器
ＣＢ  コンバイナー
Ｄ  ドライバ
Ｒ  レシーバ
ＳＴ１、ＳＴ２  オープンスタブ
ＳＵ１、ＳＵ１Ａ  液面レベル検出基板
ＳＵ２、ＳＵ２Ａ  リファレンス基板
Ｔ  タンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
2020058019.tif 000050
【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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