(57)【要約】【課題】共振周波数の導出を迅速化することの可能な共振周波数測定装置、環境検出装置、及び環境検出方法を提供する。【解決手段】共振周波数測定装置１Ａは、信号発生器１０と、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２及び容量Ｃからなる共振回路と、信号発生器１０の電流を検出する電流検出手段１１と、電流検出手段１１で検出した電流を基に前記共振回路の共振周波数を導出するコントローラ１２と、を備える。信号発生器１０は、前記共振回路の共振周波数を含む所定周波数範囲の全体において強度を有するホワイトノイズを前記共振回路に印加する。【選択図】図１
2020063987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号発生器と、
前記信号発生器に接続された少なくとも１つの共振回路と
前記信号発生器又は前記共振回路の電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で検出した電流を基に、前記共振回路の共振周波数を導出する演算部と、を備え、
前記信号発生器は、前記共振回路の共振周波数を含む所定周波数範囲の全体において強度を有する信号を前記共振回路に印加する、共振周波数測定装置。
【請求項２】
前記信号発生器は、ホワイトノイズを前記共振回路に印加する、請求項１に記載の共振周波数測定装置。
【請求項３】
前記共振回路は、互いに磁気結合ないし容量結合した一次側回路及び二次側回路を有する、請求項１又は２に記載の共振周波数測定装置。
【請求項４】
前記一次側回路と前記二次側回路とが、互いに配線を渡すことのできない第１空間と第２空間に分けて配置される、請求項３に記載の共振周波数測定装置。
【請求項５】
信号発生器と、
前記信号発生器に接続された少なくとも１つの共振回路と
前記信号発生器又は前記共振回路の電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で検出した電流を基に、前記共振回路の共振周波数を導出する演算部と、を備え、
前記信号発生器は、前記共振回路の共振周波数を含む所定周波数範囲の全体において強度を有する信号を前記共振回路に印加可能であり、
前記共振回路は、周辺環境によってインピーダンスが変化する回路素子を含み、
前記演算部は、前記共振回路の共振周波数の交流信号を前記信号発生器から出力したときの前記信号発生器又は前記共振回路の電圧及び電流によって前記回路素子の周辺環境を検出する、環境検出装置。
【請求項６】
前記共振回路は、互いに配線を渡すことのできない第１空間と第２空間に分けて配置され、互いに磁気結合ないし容量結合した一次側回路及び二次側回路を有し、
前記信号発生器は前記一次側回路に接続され、前記回路素子は前記二次側回路に設けられる、請求項５に記載の環境検出装置。
【請求項７】
信号発生器から、周辺環境によってインピーダンスが変化する回路素子を含む共振回路に、前記共振回路の共振周波数を含む所定周波数範囲の全体において強度を有する信号を印加し、
前記信号発生器の電流を基に、前記共振回路の共振周波数を導出し、
前記信号発生器から前記共振回路に、前記共振回路の共振周波数の交流信号を印加し、
前記信号発生器又は前記共振回路の電圧及び電流によって前記回路素子の周辺環境を検出する、環境検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振回路の共振周波数を測定する共振周波数測定装置、並びに共振周波数を利用して温度等の環境を検出する環境検出装置及び環境検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１は、高周波加熱装置を開示する。この高周波加熱装置では、感温用のコンデンサとコイルアンテナとで共振回路を構成したワイヤレス温度プローブを被加熱物に挿入し、前記ワイヤレス温度プローブの温度に対応した共振周波数を包含した掃引信号を送信アンテナより送信し、その信号を前記ワイヤレス温度プローブを挟んで接地した受信アンテナで受けて共振点をとらえ、被加熱物の温度を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−８８４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、送信アンテナから掃引信号を送信して共振周波数をとらえる構成のため、共振周波数の導出に時間を要する。
【０００５】
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、共振周波数の導出を迅速化することの可能な共振周波数測定装置、環境検出装置、及び環境検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、共振周波数測定装置である。この共振周波数測定装置は、
信号発生器と、
前記信号発生器に接続された少なくとも１つの共振回路と
前記信号発生器又は前記共振回路の電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で検出した電流を基に、前記共振回路の共振周波数を導出する演算部と、を備え、
前記信号発生器は、前記共振回路の共振周波数を含む所定周波数範囲の全体において強度を有する信号を前記共振回路に印加する。
【０００７】
前記信号発生器は、ホワイトノイズを前記共振回路に印加してもよい。
【０００８】
前記共振回路は、互いに磁気結合ないし容量結合した一次側回路及び二次側回路を有してもよい。
【０００９】
前記一次側回路と前記二次側回路とが、互いに配線を渡すことのできない第１空間と第２空間に分けて配置されてもよい。
【００１０】
本発明のもう１つの態様は、環境検出装置である。この環境検出装置は、
信号発生器と、
前記信号発生器に接続された少なくとも１つの共振回路と
前記信号発生器又は前記共振回路の電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で検出した電流を基に、前記共振回路の共振周波数を導出する演算部と、を備え、
前記信号発生器は、前記共振回路の共振周波数を含む所定周波数範囲の全体において強度を有する信号を前記共振回路に印加可能であり、
前記共振回路は、周辺環境によってインピーダンスが変化する回路素子を含み、
前記演算部は、前記共振回路の共振周波数の交流信号を前記信号発生器から出力したときの前記信号発生器又は前記共振回路の電圧及び電流によって前記回路素子の周辺環境を検出する。
【００１１】
前記共振回路は、互いに配線を渡すことのできない第１空間と第２空間に分けて配置され、互いに磁気結合ないし容量結合した一次側回路及び二次側回路を有し、
前記信号発生器は前記一次側回路に接続され、前記回路素子は前記二次側回路に設けられてもよい。
【００１２】
本発明のもう１つの態様は、環境検出方法である。この環境検出方法は、
信号発生器から、周辺環境によってインピーダンスが変化する回路素子を含む共振回路に、前記共振回路の共振周波数を含む所定周波数範囲の全体において強度を有する信号を印加し、
前記信号発生器の電流を基に、前記共振回路の共振周波数を導出し、
前記信号発生器から前記共振回路に、前記共振回路の共振周波数の交流信号を印加し、
前記信号発生器又は前記共振回路の電圧及び電流によって前記回路素子の周辺環境を検出する。
【００１３】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現をシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、共振周波数の導出を迅速化することの可能な共振周波数測定装置、環境検出装置、及び環境検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る共振周波数測定装置１Ａの概略回路図。
【図２】図１の信号発生器１０の出力電圧の時間変化の一例を示すグラフ。
【図３】図１の信号発生器１０の出力電流の時間変化の一例を示すグラフ。
【図４】図３の出力電流波形の周波数特性を示すグラフ。
【図５】図４の縦軸のスケールを拡大したグラフ。
【図６】図１の信号発生器１０の出力電流のゲインの周波数特性を示すグラフ。
【図７】本発明の実施の形態２に係る環境検出装置１Ｂの概略回路図。
【図８】環境検出装置１Ｂの第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の結合係数が低い場合における、信号発生器１０の出力する電圧の周波数と、信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）と、の関係を示す、シミュレーションによる特性図。
【図９】前記結合係数が高い場合における同関係を示す、シミュレーションによる特性図。
【図１０】環境検出装置１ＢのサーミスタＲの抵抗値と、信号発生器１０から１Ｖppかつ周波数が第１共振周波数ｆａの電圧を出力した場合に信号発生器１０に流れる電流（周波数特性における極小値の電流）と、の関係を、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の結合係数の値ごとに示した概略グラフ。
【図１１】第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の結合係数と、信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）が極大値となる第２共振周波数ｆｂと、の関係を示す概略グラフ。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る環境検出装置１Ｃの概略回路図。
【図１３】環境検出装置１Ｃにおける、信号発生器１０の出力する電圧の周波数と、信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）と、の関係を示す、シミュレーションによる特性図。
【図１４】環境検出装置１Ｃにおいて、第１サーミスタＲi及び第２サーミスタＲiiの抵抗値を固定し、第３サーミスタＲiiiの抵抗値を１ｋΩから１０ｋΩまで変化させた場合における、第３サーミスタＲiiiの抵抗値と、信号発生器１０から１Ｖpp（ピークピーク値が１Ｖ）かつ周波数が共振周波数ｆ３の電圧を出力したときに信号発生器１０に流れる電流と、の関係を、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の結合係数の値ごとに示した概略グラフ。
【図１５】同場合における、第３サーミスタＲiiiの抵抗値と、信号発生器１０から１Ｖpp（ピークピーク値が１Ｖ）かつ周波数が共振周波数ｆ２の電圧を出力したときに信号発生器１０に流れる電流と、の関係を、前記結合係数の値ごとに示した概略グラフ。
【図１６】同場合における、第３サーミスタＲiiiの抵抗値と、信号発生器１０から１Ｖpp（ピークピーク値が１Ｖ）かつ周波数が共振周波数ｆ１の電圧を出力したときに信号発生器１０に流れる電流と、の関係を、前記結合係数の値ごとに示した概略グラフ。
【図１７】第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の結合係数と、信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）が極大値となる共振周波数（図１３の共振周波数ｆ６）と、の関係を示す概略グラフ。
【図１８】本発明の実施の形態４に係る環境検出装置１Ｄの概略回路図。
【図１９】環境検出装置１Ｄにおける、信号発生器１０の出力する電圧の周波数と、信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）と、の関係を示す、シミュレーションによる特性図。
【図２０】本発明の実施の形態５に係る環境検出装置１Ｅの概略回路図。
【図２１】環境検出装置１Ｅにおける、信号発生器１０の出力する電圧の周波数と、信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）と、の関係を示す、シミュレーションによる特性図。
【図２２】本発明の実施の形態６に係る環境検出装置１Ｆの概略回路図。
【図２３】環境検出装置１Ｆにおける、信号発生器１０の出力する電圧の周波数と、信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）と、の関係を示す、シミュレーションによる特性図。
【図２４】環境検出装置１Ｂ〜１Ｆにおける、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２のサイズ及び配置の一例を示す模式図。
【図２５】本発明の実施の形態７に係る環境検出装置１Ｇの概略回路図。
【図２６】環境検出装置１Ｇにおける、信号発生器１０の出力する電圧の周波数と、信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）と、の関係を示す、シミュレーションによる特性図。
【図２７】本発明の実施の形態８に係る環境検出装置１Ｈの概略回路図。
【図２８】環境検出装置１Ｈにおいて、外乱ノイズに起因する電流（ノイズ電流）の周波数と、信号発生器１０の出力する共振周波数ｆiの電圧に起因する電流（測定対象電流）の周波数と、が重なった場合における、ノイズ電流と測定対象電流の周波数成分を示す概略特性図。
【図２９】共振周波数ｆiをノイズ電流の周波数から遠ざけた場合における、ノイズ電流と測定対象電流の周波数成分を示す概略特性図。
【図３０】本発明の実施の形態９に係る環境検出装置１Ｊの概略回路図。
【図３１】環境検出装置１Ｊにおける、信号発生器１０の出力する電圧の周波数と、信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）と、の関係を示す、シミュレーションによる特性図。
【図３２】環境検出装置１Ｊにおける、第１容量Ｃ１、第２容量Ｃ２、第５容量Ｃ５、及び第６容量Ｃ６の電極サイズ及び電極配置の一例を示す概略斜視図。
【図３３】環境検出装置１Ｊにおいて第１サーミスタＲ１の抵抗値を１０ｋΩに固定し、第２サーミスタＲ２の抵抗値を１ｋΩから１０ｋΩまで変化させた場合における、第２サーミスタＲ２の抵抗値と、信号発生器１０から１Ｖpp（ピークピーク値が１Ｖ）かつ周波数が共振周波数ｆiiの電圧を出力したときに信号発生器１０に流れる電流と、の関係を示す概略グラフ。
【図３４】同場合における、第２サーミスタＲ２の抵抗値と、信号発生器１０から１Ｖpp（ピークピーク値が１Ｖ）かつ周波数が共振周波数ｆiの電圧を出力したときに信号発生器１０に流れる電流と、の関係を示す概略グラフ。
【図３５】本発明の実施の形態１０に係る環境検出装置１Ｋの概略回路図。
【図３６】本発明の実施の形態１１に係る環境検出装置１Ｍの概略回路図。
【図３７】環境検出装置１Ｍにおける、第９容量Ｃ９及び第１０容量Ｃ１０と、第２空間に存在する金属板２５と、の相互接続イメージを示す模式図。
【図３８】本発明の実施の形態１２に係る環境検出装置１Ｎの概略回路図。
【図３９】環境検出装置１Ｎにおける第１容量Ｃ１近傍の概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る共振周波数測定装置１Ａの概略回路図である。共振周波数測定装置１Ａは、信号発生器１０と、電流検出手段１１と、演算部としてのコントローラ１２と、第１コイルＬ１と、第２コイルＬ２と、容量（コンデンサ）Ｃと、を備える。容量Ｃは、第２コイルＬ２の寄生容量や、線間容量等であってもよい。第１コイルＬ１と、第２コイルＬ２と、容量Ｃとが、共振周波数が未知の共振回路を構成する。信号発生器１０は、前記共振回路の共振周波数を含む所定周波数範囲の全体において強度を有する電圧信号を発生し、前記共振回路に印加する。信号発生器１０が出力する電圧信号は、前記所定周波数範囲の全体において略一様な強度を有するホワイトノイズであってもよい。信号発生器１０は、ホワイトノイズとは別に、単一周波数の交流電圧を発生可能であってもよい。信号発生器１０は、電圧出力タイプに限定されず、電流出力タイプであってもよい。
【００１８】
信号発生器１０の出力端子間に、第１コイルＬ１及び電流検出手段１１が設けられる。電流検出手段１１は、シャント抵抗であってもよいし、非接触電流センサであってもよい。コントローラ１２は、マイコン（マイクロコントローラ）等を含み、各種演算処理を行う。第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２は、互いに磁気的に結合する。容量Ｃは、第２コイルＬ２の両端子間に接続される。各素子の定数の一例を挙げると、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２のインダクタンス値は１００ｎＨ、容量Ｃの容量値は１μＦである。以下において、各素子の定数は、各素子に付した符号によって示す。
【００１９】
共振周波数測定装置１Ａにおいて、信号発生器１０、第１コイルＬ１、電流検出手段１１、及びコントローラ１２は、一次側回路５を構成する。第２コイルＬ２及び容量Ｃは、二次側回路７を構成する。一次側回路５及び二次側回路７は、互いに配線を渡すことのできない第１空間及び第２空間に分けて配置される。第１空間は、ケーブルで電源を取ることの可能な通常空間である。第２空間は、第１空間と仕切り部材で仕切られた閉鎖空間であってもよいし、樹脂やゴム等の内部であってもよい。
【００２０】
図２に示すようなホワイトノイズである電圧を信号発生器１０が発生した場合、信号発生器１０の出力電流（電流検出手段１１により検出した電流）の時間波形は図３のようになる。図３の出力電流波形の周波数特性を図４に示す。この周波数特性は、電流検出手段１１により検出した時間軸の電流測定結果をコントローラ１２が例えばＦＦＴ（高速フーリエ変換）することで得られる。図５は、図４の縦軸のスケールを拡大したグラフである。図６は、図１の信号発生器１０の出力電流のゲインの周波数特性を示すグラフである。図５及び図６より、信号発生器１０の出力電流が極小となる、すなわち信号発生器１０側から見たインピーダンスが極大となる第１共振周波数ｆａが分かる。図４及び図６より、信号発生器１０の出力電流が極大となる、信号発生器１０側から見たインピーダンスが極小となる第２共振周波数ｆｂが分かる。
【００２１】
本実施の形態では、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、及び容量Ｃからなる共振回路の第１共振周波数ｆａ及び第２共振周波数ｆｂを含む所定周波数範囲の全体において強度を有する電圧信号を信号発生器１０から前記共振回路に印加する。そしてコントローラ１２は、電流検出手段１１により検出した電流（信号発生器１０の出力電流）からフーリエ変換等により当該電流の周波数特性を導出し、この周波数特性により前記共振回路の第１共振周波数ｆａ及び第２共振周波数ｆｂを導出する。これにより、信号発生器１０の出力電圧を周波数掃引して第１共振周波数ｆａ及び第２共振周波数ｆｂを導出する場合と比較して、第１共振周波数ｆａ及び第２共振周波数ｆｂの導出を迅速化できる。具体例を挙げれば、周波数掃引の場合、１００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数範囲を１０ＫＨｚ幅で測定し、各周波数での測定時間を１０ｍｓｅｃとすると、全周波数範囲の測定に９．９ｓｅｃを要する。これに対し、本実施の形態の場合、例えばホワイトノイズ等の電圧信号の印加時間を１０ｍｓｅｃ、ＦＦＴ等の計算時間を１０ｍｓｅｃとすれば、２０ｍｓｅｃで測定が完了する。
【００２２】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る環境検出装置１Ｂの概略回路図である。環境検出装置１Ｂは、実施の形態１の共振周波数測定装置１Ａと比較して、二次側回路７に、サーミスタＲが追加されている。サーミスタＲは、第２コイルＬ２の両端子間に、容量Ｃと並列に接続される。サーミスタＲは、周辺環境によってインピーダンスが変化する回路素子の例示であり、ここでは温度によって抵抗値が変化する受動素子（温度検出素子）である。容量Ｃ及びサーミスタＲは、好ましくは同一パッケージに封止される。第１空間は、非検出対象の空間である。第２空間は、検出対象となる環境を有する空間である。第２空間は、樹脂やゴム等の検出対象物の内部であってもよい。
【００２３】
各素子の定数の一例を挙げると、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２のインダクタンス値は１００ｎＨ、サーミスタＲの２５℃における抵抗値は１０ｋΩ、容量Ｃの容量値は１０μＦである。第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の結合係数はＫとする。環境検出装置１Ｂにおいて、信号発生器１０側から見たインピーダンスＺは、第１共振周波数ｆａにおいて極大となる。第１共振周波数ｆａ、及び第１共振周波数ｆａにおけるインピーダンスＺは、それぞれ下記式１及び式２で示される。
【数１】
2020063987.tif 000003
【数２】
2020063987.tif 000004
【００２４】
上記式２の右辺において、インダクタンス値Ｌ１、Ｌ２及び容量値Ｃは既知数である。また、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の相対位置関係から結合係数Ｋを事前に特定できれば、Ｋは既知数である。そうすると、式２の右辺における未知数はＲのみとなる。式２の左辺のインピーダンスＺは、信号発生器１０から第１共振周波数ｆａの交流信号（ここでは交流電圧）を出力した場合における当該電圧を、同場合に信号発生器１０又は第１コイルＬ１に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）で除することで導出できる。導出したインピーダンスＺを用いて、サーミスタＲの抵抗値Ｒを導出し、現在の温度を検出することができる。第１共振周波数ｆａは、実施の形態１と同様に導出できる。コントローラ１２は、第１共振周波数ｆａの導出後、信号発生器１０の出力電圧を、第１共振周波数ｆａの交流電圧信号（単一周波数の信号）とする。信号発生器１０に流れる電流は、第１共振周波数ｆａにおいて極小値となる。温度が高いほどサーミスタＲの抵抗値は低くなることから、第１共振周波数ｆａにおいて信号発生器１０に流れる電流は、温度が高いほど大きくなる。
【００２５】
図８は、環境検出装置１Ｂの第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の結合係数Ｋが低い場合における、信号発生器１０の出力する電圧の周波数と、信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）と、の関係を示す、シミュレーションによる特性図である。図９は、結合係数Ｋが高い場合における同関係を示すシミュレーションによる特性図である。図８及び図９に示すように、環境検出装置１Ｂにおいて、信号発生器１０に流れる電流は、信号発生器１０の出力電圧の周波数が下記式３で示される第２共振周波数ｆｂのときに極大となる。すなわち、環境検出装置１Ｂにおいて、信号発生器１０側から見たインピーダンスＺは、下記式３で示される第２共振周波数ｆｂにおいて極小となる。
【数３】
2020063987.tif 000005
【００２６】
上記式３の右辺において、インダクタンス値Ｌ２及び容量値Ｃは既知数である。第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の相対位置関係が不確かで結合係数Ｋを既知数とできない場合、式３の右辺においてＫのみが未知数となる。したがって、実施の形態１と同様に導出できる第２共振周波数ｆｂを利用して、結合係数Ｋを導出することができる。ここで導出した結合係数Ｋを、上記式２によりサーミスタＲの抵抗値Ｒを導出する際に利用することで、結合係数Ｋが事前に分からない場合でも抵抗値Ｒを正確に導出できる。
【００２７】
図１０は、環境検出装置１ＢのサーミスタＲの抵抗値と、信号発生器１０から１Ｖpp（ピークピーク値が１Ｖ）かつ周波数が第１共振周波数ｆａの電圧を出力した場合に信号発生器１０に流れる電流（周波数特性における極小値の電流）と、の関係を、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の結合係数の値ごとに示した概略グラフである。図１０において、Ｋ＝0.99のグラフは、Ｋ＝0.9のグラフとほぼ重なっている。図１０に示すように、結合係数Ｋの値により、サーミスタＲの抵抗値と、信号発生器１０に流れる電流の極小値と、の関係は異なる。様々な結合係数Ｋの値における、サーミスタＲの抵抗値と、信号発生器１０に流れる電流の極小値と、の関係を事前にテーブルに記憶しておくことで、結合係数Ｋの導出後、信号発生器１０に流れる電流の極小値からサーミスタＲの抵抗値を迅速に導出できる。
【００２８】
図１１は、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の結合係数と、信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）が極大値となる共振周波数（第２共振周波数ｆｂ）と、の関係を示す概略グラフである。図１１に示すように、結合係数Ｋが高くなるほど、第２共振周波数ｆｂは高くなる。結合係数Ｋと、第２共振周波数ｆｂと、の関係を事前にテーブルに記憶しておくことで、第２共振周波数ｆｂの特定後、結合係数Ｋを迅速に導出できる。なお、図１０及び図１１においては、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２のインダクタンス値は１００ｎＨ、サーミスタＲの２５℃における抵抗値は１０ｋΩ、容量Ｃの容量値は１μＦとした。
【００２９】
本実施の形態によれば、検出対象の環境を有する空間に配置される二次側回路７は、受動素子（受動部品）のみで構成され、半導体素子や電源を含まない。このため、環境検出装置１Ｂは、検出対象が高温となる場合でも好適に使用可能である。また、温度検出に利用する第１共振周波数ｆａ及び第２共振周波数ｆｂの導出が実施の形態１と同様に迅速化されることから、温度検出も迅速化できる。
【００３０】
（実施の形態３）
図１２は、本発明の実施の形態３に係る環境検出装置１Ｃの概略回路図である。環境検出装置１Ｃは、図７に示した実施の形態２の環境検出装置１Ｂと比較して、二次側回路７の容量Ｃ及びサーミスタＲが、第１共振回路２１、第２共振回路２２、及び第３共振回路２３に替わっている。第１共振回路２１、第２共振回路２２、及び第３共振回路２３は、共に第２コイルＬ２に接続され、かつ互いに並列接続される。
【００３１】
第１共振回路２１、第２共振回路２２、及び第３共振回路２３は、好ましくは同一パッケージに封止される。なお、第１共振回路２１、第２共振回路２２、及び第３共振回路２３は、全てが同一パッケージに封止されてもよいし、１つ毎に同一パッケージに封止されてもよいし、１つと２つに分けて同一パッケージに封止されてもよい。また、第１共振回路２１、第２共振回路２２、及び第３共振回路２３は、サーミスタを除く、インダクタ、及び容量のみ全てが同一パッケージに封止されてもよいし、１つ毎に同一パッケージに封止されてもよいし、１つと２つに分けて同一パッケージに封止されてもよい。同様に、共振回路全体ではなく、インダクタ、容量、サーミスタの任意の素子を含まない状態で全てが同一パッケージに封止されてもよいし、１つ毎に同一パッケージに封止されてもよいし、１つと２つに分けて同一パッケージに封止されてもよい。
【００３２】
第１共振回路２１は、第１インダクタＬ３と、第１容量（第１コンデンサ）Ｃiと、第１サーミスタＲiと、を含む。第１インダクタＬ３及び第１容量Ｃiは、互いに直列接続される。第１サーミスタＲiは、第１インダクタＬ３に直列接続され、第１容量Ｃiに並列接続される。
【００３３】
第２共振回路２２は、第２インダクタＬ４と、第２容量（第２コンデンサ）Ｃiiと、第２サーミスタＲiiと、を含む。第２インダクタＬ４及び第２容量Ｃiiは、互いに直列接続される。第２サーミスタＲiiは、第２インダクタＬ４に直列接続され、第２容量Ｃiiに並列接続される。
【００３４】
第３共振回路２３は、第３インダクタＬ５と、第３容量（第３コンデンサ）Ｃiiiと、第３サーミスタＲiiiと、を含む。第３インダクタＬ５及び第３容量Ｃiiiは、互いに直列接続される。第３サーミスタＲiiiは、第３インダクタＬ５に直列接続され、第３容量Ｃiiiに並列接続される。
【００３５】
第１サーミスタＲi、第２サーミスタＲii、及び第３サーミスタＲiiiは、それぞれ周辺環境によってインピーダンスが変化する回路素子の例示であり、ここでは温度によって抵抗値が変化する受動素子（温度検出素子）である。第１サーミスタＲi、第２サーミスタＲii、及び第３サーミスタＲiiiは、互いに温度変化の異なりうる位置に設けられる。
【００３６】
各素子の定数の一例を挙げると、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２のインダクタンス値は１００μＨ、第１インダクタＬ３、第２インダクタＬ４、及び第３インダクタＬ５のインダクタンス値は１ｍＨ、第１容量Ｃiの容量値は１μＦ、第２容量Ｃiiの容量値は１０μＦ、第３容量Ｃiiiの容量値は１００μＦ、第１サーミスタＲiの２５℃における抵抗値は５ｋΩ、第２サーミスタＲii及び第３サーミスタＲiiiの２５℃における抵抗値は１０ｋΩである。第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の結合係数はＫとする。
【００３７】
図１３は、環境検出装置１Ｃにおける、信号発生器１０の出力する電圧の周波数と、信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）と、の関係を示す、シミュレーションによる特性図である。図１３において、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の結合係数Ｋは0.9とした。各素子の定数は、上記例示の値とした。図１３に示すように、信号発生器１０に流れる電流は、信号発生器１０の出力する電圧の周波数が共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３のときに極小値となり、同電圧の周波数が共振周波数ｆ４、ｆ５、ｆ６のときに極大値となる。すなわち、環境検出装置１Ｃにおいて、信号発生器１０側から見たインピーダンスは、同電圧の周波数が共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３のときに極大値となり、同電圧の周波数が共振周波数ｆ４、ｆ５、ｆ６のときに極小値となる。
【００３８】
共振周波数ｆ１及びｆ４は、第２コイルＬ２と第１共振回路２１とによる共振周波数である。共振周波数ｆ２及びｆ５は、第２コイルＬ２と第２共振回路２２とによる共振周波数である。共振周波数ｆ３及びｆ６は、第２コイルＬ２と第３共振回路２３とによる共振周波数である。第１共振回路２１、第２共振回路２２、及び第３共振回路２３の各素子の定数は、共振周波数ｆ１〜ｆ６が互いに異なるように設定される。
【００３９】
共振周波数ｆ１〜ｆ６は、Ｌ２≪Ｌ３、Ｌ２≪Ｌ４、かつＬ２≪Ｌ５という条件下で、それぞれ以下の式で示される。
【数４】
2020063987.tif 000006
【数５】
2020063987.tif 000007
また、共振周波数ｆ１における信号発生器１０側からみたインピーダンスＺ１は、第２共振回路２２及び第３共振回路２３のインピーダンスを無視できるという条件下で、以下の式で示される。
【数６】
2020063987.tif 000008
なお、共振周波数ｆ２における信号発生器１０側からみたインピーダンスＺ２は、上記式１０における第１共振回路２１の各素子の定数（Ｌ３、Ｃi、Ｒi）を、第２共振回路２２の各素子の定数（Ｌ４、Ｃii、Ｒii）で置換したものとなる。また、共振周波数ｆ３における信号発生器１０側からみたインピーダンスＺ３は、上記式１０における第１共振回路２１の各素子の定数（Ｌ３、Ｃi、Ｒi）を、第３共振回路２３の各素子の定数（Ｌ５、Ｃiii、Ｒiii）で置換したものとなる。
【００４０】
共振周波数ｆ１において、第２コイルＬ２及び第２共振回路２２を通る経路のインピーダンス、並びに第２コイルＬ２及び第３共振回路２３を通る経路のインピーダンスは、第２コイルＬ２及び第１共振回路２１を通る経路のインピーダンスよりも十分に大きい。このため、共振周波数ｆ１における信号発生器１０側から見たインピーダンスＺ１は、近似的に、インダクタンス値Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、容量値Ｃi、抵抗値Ｒi、及び結合係数Ｋの式で表される（上記式１０）。ここで、インダクタンス値Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、及び容量値Ｃiは既知数である。また、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の相対位置関係から結合係数Ｋを事前に特定できれば、Ｋは既知数である。一方、共振周波数ｆ１における信号発生器１０側から見たインピーダンスＺ１は、信号発生器１０から共振周波数ｆ１の交流信号（ここでは交流電圧）を出力した場合における当該電圧を、同場合に信号発生器１０又は第１コイルＬ１に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）で除することで導出できる。導出したインピーダンスＺ１を用いて、第１サーミスタＲiの抵抗値Ｒiを導出し、第１サーミスタＲiの置かれた場所の現在の温度を検出することができる。温度が高いほど第１サーミスタＲiの抵抗値は低くなることから、共振周波数ｆ１において信号発生器１０又は第１コイルＬ１に流れる電流は、温度が高いほど大きくなる。
【００４１】
共振周波数ｆ２において、第２コイルＬ２及び第１共振回路２１を通る経路のインピーダンス、並びに第２コイルＬ２及び第３共振回路２３を通る経路のインピーダンスは、第２コイルＬ２及び第２共振回路２２を通る経路のインピーダンスよりも十分に大きい。このため、共振周波数ｆ２における信号発生器１０側から見たインピーダンスＺ２は、近似的に、インダクタンス値Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４、容量値Ｃii、抵抗値Ｒii、及び結合係数Ｋの式で表される。ここで、インダクタンス値Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４、及び容量値Ｃiiは既知数である。また、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の相対位置関係から結合係数Ｋを事前に特定できれば、Ｋは既知数である。一方、共振周波数ｆ２における信号発生器１０側から見たインピーダンスＺ２は、信号発生器１０から共振周波数ｆ２の交流信号（ここでは交流電圧）を出力した場合における当該電圧を、同場合に信号発生器１０又は第１コイルＬ１に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）で除することで導出できる。導出したインピーダンスＺ２を用いて、第２サーミスタＲiiの抵抗値Ｒiiを導出し、第２サーミスタＲiiの置かれた場所の現在の温度を検出することができる。温度が高いほど第２サーミスタＲiiの抵抗値は低くなることから、共振周波数ｆ２において信号発生器１０又は第１コイルＬ１に流れる電流は、温度が高いほど大きくなる。
【００４２】
共振周波数ｆ３において、第２コイルＬ２及び第１共振回路２１を通る経路のインピーダンス、並びに第２コイルＬ２及び第２共振回路２２を通る経路のインピーダンスは、第２コイルＬ２及び第３共振回路２３を通る経路のインピーダンスよりも十分に大きい。このため、共振周波数ｆ３における信号発生器１０側から見たインピーダンスＺ３は、近似的に、インダクタンス値Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、容量値Ｃiii、抵抗値Ｒiii、及び結合係数Ｋの式で表される。ここで、インダクタンス値Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、及び容量値Ｃiiiは既知数である。また、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の相対位置関係から結合係数Ｋを事前に特定できれば、Ｋは既知数である。一方、共振周波数ｆ３における信号発生器１０側から見たインピーダンスＺ３は、信号発生器１０から共振周波数ｆ３の交流信号（ここでは交流電圧）を出力した場合における当該電圧を、同場合に信号発生器１０又は第１コイルＬ１に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）で除することで導出できる。導出したインピーダンスＺ３を用いて、第３サーミスタＲiiiの抵抗値Ｒiiiを導出し、第３サーミスタＲiiiの置かれた場所の現在の温度を検出することができる。共振周波数ｆ３は、実施の形態１と同様に導出できる。温度が高いほど第３サーミスタＲiiiの抵抗値は低くなることから、共振周波数ｆ３において信号発生器１０又は第１コイルＬ１に流れる電流は、温度が高いほど大きくなる。
【００４３】
第１サーミスタＲi、第２サーミスタＲii、及び第３サーミスタＲiiiの各抵抗値を導出するにあたり、共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３における信号発生器１０側からみたインピーダンスＺ１〜Ｚ３の３つの式を連立方程式として解いてもよい。
【００４４】
上述の共振周波数ｆ４の式（式７）の右辺において、インダクタンス値Ｌ２、Ｌ３及び容量値Ｃiは既知数である。第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の相対位置関係が不確かで結合係数Ｋを既知数とできない場合、式７の右辺においてＫのみが未知数となる。したがって、実施の形態１と同様に導出できる共振周波数ｆ４を利用して、結合係数Ｋを導出することができる。ここで導出した結合係数Ｋを、抵抗値Ｒi、Ｒii、Ｒiiiを導出する際に利用することで、結合係数Ｋが事前に分からない場合でも抵抗値Ｒi、Ｒii、Ｒiiiを正確に導出できる。共振周波数ｆ５を利用して式８から結合係数Ｋを導出してもよいし、共振周波数ｆ６を利用して式９から結合係数Ｋを導出してもよい。
【００４５】
図１４は、環境検出装置１Ｃにおいて、第１サーミスタＲi及び第２サーミスタＲiiの抵抗値を固定し、第３サーミスタＲiiiの抵抗値を１ｋΩから１０ｋΩまで変化させた場合における、第３サーミスタＲiiiの抵抗値と、信号発生器１０から１Ｖpp（ピークピーク値が１Ｖ）かつ周波数が共振周波数ｆ３の電圧を出力したときに信号発生器１０に流れる電流と、の関係を、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の結合係数の値ごとに示した概略グラフである。図１４において、Ｋ＝0.99のグラフは、Ｋ＝0.9のグラフとほぼ重なっている（後述の図１５及び図１６においても同様）。
【００４６】
図１４に示すように、結合係数Ｋの値により、第３サーミスタＲiiiの抵抗値と、共振周波数ｆ３において信号発生器１０に流れる電流と、の関係は異なる。様々な結合係数Ｋの値における、第３サーミスタＲiiiの抵抗値と、共振周波数ｆ３において信号発生器１０に流れる電流と、の関係を事前にテーブルに記憶しておくことで、結合係数Ｋの導出後、共振周波数ｆ３において信号発生器１０に流れる電流から、第３サーミスタＲiiiの抵抗値を迅速に導出できる。
【００４７】
図示は省略したが、結合係数Ｋの値により、第２サーミスタＲiiの抵抗値と、共振周波数ｆ２において信号発生器１０に流れる電流と、の関係は異なる。様々な結合係数Ｋの値における、第２サーミスタＲiiの抵抗値と、共振周波数ｆ２において信号発生器１０に流れる電流と、の関係を事前にテーブルに記憶しておくことで、結合係数Ｋの導出後、共振周波数ｆ２において信号発生器１０に流れる電流から、第２サーミスタＲiiの抵抗値を迅速に導出できる。
【００４８】
同様に、図示は省略したが、結合係数Ｋの値により、第１サーミスタＲiの抵抗値と、共振周波数ｆ１において信号発生器１０に流れる電流と、の関係は異なる。様々な結合係数Ｋの値における、第１サーミスタＲiの抵抗値と、共振周波数ｆ１において信号発生器１０に流れる電流と、の関係を事前にテーブルに記憶しておくことで、結合係数Ｋの導出後、共振周波数ｆ１において信号発生器１０に流れる電流から、第１サーミスタＲiの抵抗値を迅速に導出できる。
【００４９】
図１５は、環境検出装置１Ｃにおいて、第１サーミスタＲi及び第２サーミスタＲiiの抵抗値を固定し、第３サーミスタＲiiiの抵抗値を１ｋΩから１０ｋΩまで変化させた場合における、第３サーミスタＲiiiの抵抗値と、信号発生器１０から１Ｖpp（ピークピーク値が１Ｖ）かつ周波数が共振周波数ｆ２の電圧を出力したときに信号発生器１０に流れる電流と、の関係を、前記結合係数の値ごとに示した概略グラフである。図１５より、第３サーミスタＲiiiの抵抗値が変化しても、信号発生器１０から共振周波数ｆ２の電圧を出力したときに信号発生器１０に流れる電流は変化しない。したがって、共振周波数ｆ２における信号発生器１０側から見たインピーダンスＺ２を用いて第２サーミスタＲiiの抵抗値を導出するにあたり、第３サーミスタＲiiiの抵抗値変化の影響は無視できることが分かる。図示は省略したが、同様に第１サーミスタＲiの抵抗値変化の影響も無視できる。
【００５０】
図１６は、環境検出装置１Ｃにおいて、第１サーミスタＲi及び第２サーミスタＲiiの抵抗値を固定し、第３サーミスタＲiiiの抵抗値を１ｋΩから１０ｋΩまで変化させた場合における、第３サーミスタＲiiiの抵抗値と、信号発生器１０から１Ｖpp（ピークピーク値が１Ｖ）かつ周波数が共振周波数ｆ１の電圧を出力したときに信号発生器１０に流れる電流と、の関係を、前記結合係数の値ごとに示した概略グラフである。図１６より、第３サーミスタＲiiiの抵抗値が変化しても、信号発生器１０から共振周波数ｆ１の電圧を出力したときに信号発生器１０に流れる電流は変化しない。したがって、共振周波数ｆ１における信号発生器１０側から見たインピーダンスＺ１を用いて第１サーミスタＲiの抵抗値を導出するにあたり、第３サーミスタＲiiiの抵抗値変化の影響は無視できることが分かる。図示は省略したが、同様に第２サーミスタＲiiの抵抗値変化の影響も無視できる。
【００５１】
図示は省略したが、上記と同様に、共振周波数ｆ３における信号発生器１０側から見たインピーダンスＺ３を用いて第３サーミスタＲiiiの抵抗値を導出するにあたり、第１サーミスタＲi及び第２サーミスタＲiiの抵抗値変化の影響は無視できる。
【００５２】
図１７は、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の結合係数と、信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）が極大値となる共振周波数（図１３の共振周波数ｆ６）と、の関係を示す概略グラフである。図１７に示すように、結合係数Ｋが高くなるほど、共振周波数ｆ６は高くなる。図示は省略したが、共振周波数ｆ４、ｆ５についても同様のことがいえる。結合係数Ｋと、共振周波数ｆ６（又は共振周波数ｆ４若しくはｆ５）と、の関係を事前にテーブルに記憶しておくことで、共振周波数ｆ６（又は共振周波数ｆ４若しくはｆ５）の特定後、結合係数Ｋを迅速に導出できる。
【００５３】
本実施の形態によれば、互いに異なる３箇所（第１サーミスタＲi、第２サーミスタＲii、及び第３サーミスタＲiiiの各位置）の温度を迅速に検出できる。また、第１サーミスタＲi、第２サーミスタＲii、及び第３サーミスタＲiiiの抵抗値を導出するにあたり、互いに磁気的に結合する第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２は一組で足りるため、各サーミスタに対して別々にコイル組を設ける場合と比較して、部品点数が少なくて済み、コスト安である。
【００５４】
（実施の形態４）
図１８は、本発明の実施の形態４に係る環境検出装置１Ｄの概略回路図である。環境検出装置１Ｄは、図１２に示した実施の形態３の環境検出装置１Ｃと比較して、第１インダクタＬ３と第１容量Ｃiの位置が互いに入れ替えられ、第２インダクタＬ４と第２容量Ｃiiの位置が互いに入れ替えられ、第３インダクタＬ５と第３容量Ｃiiiの位置が互いに入れ替えられた点で相違し、その他の点で一致する。
【００５５】
図１９は、環境検出装置１Ｄにおける、信号発生器１０の出力する電圧の周波数と、信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）と、の関係を示す、シミュレーションによる特性図である。図１９において、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の結合係数Ｋは0.9とした。各素子の定数は、第１サーミスタＲiの２５℃における抵抗値は１０ｋΩとした他は、図１３の場合と同じ値とした。環境検出装置１Ｄにおいても、環境検出装置１Ｃと同様に、信号発生器１０に流れる電流は、信号発生器１０の出力する電圧の周波数が共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３のときに極小値となり、同電圧の周波数が共振周波数ｆ４、ｆ５、ｆ６のときに極大値となる。本実施の形態も、実施の形態３と同様の効果を奏することができる。
【００５６】
（実施の形態５）
図２０は、本発明の実施の形態５に係る環境検出装置１Ｅの概略回路図である。環境検出装置１Ｅは、図１２に示した実施の形態３の環境検出装置１Ｃと比較して、第１サーミスタＲiの位置が第１インダクタＬ３と並列かつ第１容量Ｃiと直列に変更され、第２サーミスタＲiiの位置が第２インダクタＬ４と並列かつ第２容量Ｃiiと直列に変更され、第３サーミスタＲiiiの位置が第３インダクタＬ５と並列かつ第３容量Ｃiiiと直列に変更された点で相違し、その他の点で一致する。
【００５７】
図２１は、環境検出装置１Ｅにおける、信号発生器１０の出力する電圧の周波数と、信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）と、の関係を示す、シミュレーションによる特性図である。図２１において、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の結合係数Ｋは0.9とした。各素子の定数は、図１３の場合と同じ値とした。環境検出装置１Ｅにおいても、環境検出装置１Ｃと同様に、信号発生器１０に流れる電流は、信号発生器１０の出力する電圧の周波数が共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３のときに極小値となり、同電圧の周波数が共振周波数ｆ４、ｆ５、ｆ６のときに極大値となる。本実施の形態も、実施の形態３と同様の効果を奏することができる。
【００５８】
（実施の形態６）
図２２は、本発明の実施の形態６に係る環境検出装置１Ｆの概略回路図である。環境検出装置１Ｆは、図１８に示した実施の形態４の環境検出装置１Ｄと比較して、第１サーミスタＲiの位置が第１インダクタＬ３と直列かつ第１容量Ｃiと並列に変更され、第２サーミスタＲiiの位置が第２インダクタＬ４と直列かつ第２容量Ｃiiと並列に変更され、第３サーミスタＲiiiの位置が第３インダクタＬ５と直列かつ第３容量Ｃiiiと並列に変更された点で相違し、その他の点で一致する。
【００５９】
図２３は、環境検出装置１Ｆにおける、信号発生器１０の出力する電圧の周波数と、信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）と、の関係を示す、シミュレーションによる特性図である。図２３において、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の結合係数Ｋは0.9とした。各素子の定数は、図１３の場合と同じ値とした。環境検出装置１Ｆにおいても、環境検出装置１Ｃと同様に、信号発生器１０に流れる電流は、信号発生器１０の出力する電圧の周波数が共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３のときに極小値となり、同電圧の周波数が共振周波数ｆ４、ｆ５、ｆ６のときに極大値となる。本実施の形態も、実施の形態３と同様の効果を奏することができる。
【００６０】
実施の形態３〜６において、第１インダクタＬ３、第２インダクタＬ４、及び第３インダクタＬ５は、配線等のインダクタンスを利用してもよい。第１容量Ｃi、第２容量Ｃii、及び第３容量Ｃiiiは、線間容量等であってもよい。一組の第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２を利用して検出する環境情報の数は、３つに限定されず、２つ又は４つ以上であってもよい。すなわち、第２コイルＬ２に接続する共振回路の数は、３つに限定されず、２つ又は４つ以上であってもよい。図２４は、環境検出装置１Ｂ〜１Ｆにおける、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２のサイズ及び配置の一例を示す模式図である。図２４に示すように、環境検出装置１Ｂ〜１Ｆにおいて、第２コイルＬ２の面積を第１コイルＬ１の面積よりも大きくしてもよい。第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の面積の大小関係を逆にしてもよい。このように、境界３５を挟んで対向して互いに磁気的に結合するコイルの一方の面積を他方の面積よりも大きくすることで、両コイルの位置合わせが容易となり、磁気結合を確実にでき、また結合係数のばらつきも抑制できる。
【００６１】
（実施の形態７）
図２５は、本発明の実施の形態７に係る環境検出装置１Ｇの概略回路図である。環境検出装置１Ｇは、信号発生器１０と、電流検出手段１１と、コントローラ１２と、第１共振回路１５と、を備える。信号発生器１０の出力端子間に、第１共振回路１５及び電流検出手段１１が設けられる。
【００６２】
第１共振回路１５は、互いに直列接続された、第１インダクタＬiと、第１容量（第１コンデンサ）Ｃ１と、第１サーミスタＲ１と、第２容量（第２コンデンサ）Ｃ２と、を有する。第１インダクタＬiは、配線等のインダクタンスであってもよい。第１サーミスタＲ１は、周辺環境によってインピーダンスが変化する回路素子の例示であり、ここでは温度によって抵抗値が変化する受動素子（温度検出素子）である。第１サーミスタＲ１は、第１容量Ｃ１の信号発生器１０とは反対側の電極と、第２容量Ｃ２の信号発生器１０とは反対側の電極と、の間に接続される。
【００６３】
環境検出装置１Ｇにおいて、第１容量Ｃ１及び第２容量Ｃ２の信号発生器１０側の電極（第１電極）、並びに当該電極同士の間の回路（信号発生器１０、電流検出手段１１、第１インダクタＬi）及びコントローラ１２は、一次側回路５を構成する。第１容量Ｃ１及び第２容量Ｃ２の信号発生器１０とは反対側の電極（第２電極）、並びに当該電極同士の間の回路（第１サーミスタＲ１）は、二次側回路７を構成する。一次側回路５及び二次側回路７は、互いに配線を渡すことのできない第１空間及び第２空間に分けて配置される。第１空間は、非検出対象の空間であり、ケーブルで電源を取ることの可能な通常空間である。第２空間は、検出対象となる環境を有する空間であり、第１空間と仕切り部材で仕切られた閉鎖空間であってもよいし、樹脂やゴム等の検出対象物の内部であってもよい。第１容量Ｃ１及び第２容量Ｃ２の、信号発生器１０側の電極と、信号発生器１０とは反対側の電極とは、第１空間及び第２空間の境界を挟んで互いに対向して容量結合する。
【００６４】
各素子の定数の一例を挙げると、第１インダクタＬiのインダクタンス値は１００ｍＨ、第１容量Ｃ１及び第２容量Ｃ２の容量値は１ｐＦ、第１サーミスタＲ１の２５℃における抵抗値は１０ｋΩである。第１インダクタＬiのインダクタンス値は、可変であってもよい。
【００６５】
図２６は、環境検出装置１Ｇにおける、信号発生器１０の出力する電圧の周波数と、信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）と、の関係を示す、シミュレーションによる特性図である。各素子の定数は、上記例示の値とした。図２６に示すように、信号発生器１０に流れる電流は、信号発生器１０の出力する電圧の周波数が第１共振回路１５の共振周波数ｆiのときに極大値となる。すなわち、環境検出装置１Ｇにおいて、信号発生器１０側から見たインピーダンスＺは、同電圧の周波数が共振周波数ｆiのときに極小値となる。
【００６６】
インピーダンスＺ及び共振周波数ｆiは、以下の式で示される。
【数７】
2020063987.tif 000009
【数８】
2020063987.tif 000010
【００６７】
インピーダンスＺの式（上記式１１）の右辺の角周波数ωに、上記式１２で示される共振周波数ｆiに対応する角周波数（＝２π×ｆi）を代入すると、インピーダンスＺはＲ１と一致する（Ｚ＝Ｒ１となる）。したがって、信号発生器１０から共振周波数ｆiの交流信号（ここでは交流電圧）を出力した場合における当該電圧を、同場合に信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）で除することで、第１サーミスタＲ１の抵抗値Ｒ１を導出し、第１サーミスタＲ１の位置における現在の温度を検出することができる。共振周波数ｆiは、実施の形態１と同様に導出できる。温度が高いほど第１サーミスタＲ１の抵抗値は低くなることから、共振周波数ｆiにおいて信号発生器１０に流れる電流は、温度が高いほど大きくなる。
【００６８】
本実施の形態によれば、検出対象の環境を有する空間に配置される二次側回路７は、受動素子（受動部品）のみで構成され、半導体素子や電源を含まない。このため、環境検出装置１Ｇは、検出対象が高温となる場合でも好適に使用可能である。また、温度検出に利用する共振周波数ｆiの導出が実施の形態１と同様に迅速化されることから、温度検出も迅速化できる。第１インダクタＬiのインダクタンス値を可変とすれば、外乱ノイズが強く現れる周波数と共振周波数ｆiが重なった場合に、第１インダクタＬiのインダクタンス値の変更により、外乱ノイズが強く現れる周波数から共振周波数ｆiを遠ざけることができ、外乱ノイズによる影響を抑制できる。
【００６９】
（実施の形態８）
図２７は、本発明の実施の形態８に係る環境検出装置１Ｈの概略回路図である。環境検出装置１Ｈは、図２５に示した実施の形態７の環境検出装置１Ｇと比較して、第１共振回路１５が第３容量Ｃ３及び第４容量Ｃ４を更に有する点で相違し、その他の点で一致する。第３容量Ｃ３は、第１容量Ｃ１と信号発生器１０との間に接続される。第４容量Ｃ４は、第２容量Ｃ２と信号発生器１０との間に接続される。第３容量Ｃ３及び第４容量Ｃ４は、共に一次側回路５の一部であって第１空間に存在する。第３容量Ｃ３及び第４容量Ｃ４の容量値の一方又は両方が可変であってもよい。第３容量Ｃ３の容量値及び第４容量Ｃ４の容量値は、例えば１ｆＦである。第１インダクタＬiは、第３容量Ｃ３及び第４容量Ｃ４のＥＳＬ（等価直列インダクタンス）であってもよい。
【００７０】
環境検出装置１Ｈにおいて、好ましくはＣ１≫Ｃ３であり、その場合、第１容量Ｃ１及び第３容量Ｃ３の直列合成容量Ｃは、以下の式に示すように、近似的にＣ３となる。
【数９】
2020063987.tif 000011
同様に、好ましくはＣ２≫Ｃ４であり、その場合、第２容量Ｃ２と第４容量Ｃ４の直列合成容量は、近似的にＣ４となる。
【００７１】
第１容量Ｃ１及び第２容量Ｃ２は、電極同士が第１空間及び第２空間の境界を挟んで互いに対向して容量結合する関係で、容量値を正確に定めることが難しい場合がある。そうすると、共振周波数ｆiの特定が難しく、信号発生器１０から出力する信号の周波数を見つけるのが難しい。そのような場合、本実施の形態のように第３容量Ｃ３及び第４容量Ｃ４を設けることで、第１容量Ｃ１及び第２容量Ｃ２の容量値のばらつきによる共振周波数ｆiのばらつきを抑制でき、共振周波数ｆiの特定が容易となる。なお、Ｃ１≫Ｃ３及びＣ２≫Ｃ４でなくても、共振周波数ｆiのばらつきを抑制する効果は得られるが、抑制効果の観点から、Ｃ１＞Ｃ３及びＣ２＞Ｃ４であるとよい。また、図２５に示した実施の形態７の環境検出装置１Ｇに対して第３容量Ｃ３及び第４容量Ｃ４の一方のみを追加した場合でも、共振周波数ｆiのばらつきを抑制する効果は得られる。
【００７２】
図２８は、環境検出装置１Ｈにおいて、外乱ノイズに起因する電流（ノイズ電流）の周波数と、信号発生器１０の出力する共振周波数ｆiの電圧に起因する電流（測定対象電流）の周波数と、が重なった場合における、ノイズ電流と測定対象電流の周波数成分を示す概略特性図である。図２８に示すように、ノイズ電流が共振周波数ｆiにおいて大きな成分を有する場合、測定対象電流がノイズ電流に埋もれて正確な測定ができなくなる。そのような場合、第１インダクタＬiのインダクタンス値、第３容量Ｃ３の容量値、及び第４容量Ｃ４の容量値の少なくともいずれかを可変とすれば、共振周波数ｆiを変更することで対応できる。図２９は、共振周波数ｆiをノイズ電流の周波数から遠ざけた場合における、ノイズ電流と測定対象電流の周波数成分を示す。図２９の状態であれば、測定対象電流を正確に検出することができる。
【００７３】
本実施の形態によれば、実施の形態７と同様の効果に加え、第１容量Ｃ１及び第２容量Ｃ２の容量値のばらつきによる共振周波数ｆiのばらつきを抑制することができる。
【００７４】
（実施の形態９）
図３０は、本発明の実施の形態９に係る環境検出装置１Ｊの概略回路図である。環境検出装置１Ｊは、図２５に示した実施の形態７の環境検出装置１Ｇと比較して、第２共振回路１７を更に備える点で相違し、その他の点で一致する。第１共振回路１５及び第２共振回路１７は、互いに並列接続され、かつ互いに共振周波数が異なる。
【００７５】
第２共振回路１７は、第１共振回路１５と同等の構成である。すなわち、第２共振回路１７は、互いに直列接続された、第２インダクタＬiiと、第５容量（第５コンデンサ）Ｃ５と、第２サーミスタＲ２と、第６容量（第６コンデンサ）Ｃ６と、を有する。第２サーミスタＲ２は、周辺環境によってインピーダンスが変化する回路素子の例示であり、ここでは温度によって抵抗値が変化する受動素子（温度検出素子）である。第２サーミスタＲ２は、第５容量Ｃ５の信号発生器１０とは反対側の電極と、第６容量Ｃ６の信号発生器１０とは反対側の電極と、の間に接続される。第５容量Ｃ５及び第６容量Ｃ６は、電極同士が第１空間及び第２空間の境界を挟んで互いに対向して容量結合する。第１サーミスタＲ１及び第２サーミスタＲ２は、互いに温度変化の異なりうる位置に設けられる。
【００７６】
第１共振回路１５の各素子の定数は、例えば実施の形態７と同じである。第２共振回路１７の各素子の定数の一例を挙げると、第２インダクタＬiiのインダクタンス値は１０ｍＨ、第５容量Ｃ５及び第６容量Ｃ６の容量値は１ｐＦ、第２サーミスタＲ２の２５℃における抵抗値は１ｋΩである。第２共振回路１７の各素子の定数は、第２共振回路１７の共振周波数ｆiiが第１共振回路１５の共振周波数ｆiと異なるように設定される。
【００７７】
図３１は、環境検出装置１Ｊにおける、信号発生器１０の出力する電圧の周波数と、信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）と、の関係を示す、シミュレーションによる特性図である。各素子の定数は、上記例示の値とした。図３１に示すように、信号発生器１０に流れる電流は、信号発生器１０の出力する電圧の周波数が共振周波数ｆi、ｆiiのときに極大値となる。すなわち、環境検出装置１Ｊにおいて、信号発生器１０側から見たインピーダンスＺは、同電圧の周波数が共振周波数ｆi、ｆiiのときに極小値となる。
【００７８】
環境検出装置１Ｊでは、信号発生器１０から共振周波数ｆi、ｆiiの交流電圧を出力した各場合における当該電圧を、同場合に信号発生器１０に流れる電流（電流検出手段１１の検出する電流値）で除することで、第１サーミスタＲ１及び第２サーミスタＲ２の抵抗値をそれぞれ導出し、第１サーミスタＲ１及び第２サーミスタＲ２の各位置における現在の温度を検出することができる。共振周波数ｆi、ｆiiは、実施の形態１と同様に導出できる。
【００７９】
図３２は、環境検出装置１Ｊにおける、第１容量Ｃ１、第２容量Ｃ２、第５容量Ｃ５、及び第６容量Ｃ６の電極サイズ及び電極配置の一例を示す概略斜視図である。各容量は、第１空間及び第２空間の境界２０を挟んで対向する導体板の組合せである。第２容量Ｃ２の第１電極Ｃ２−１及び第６容量Ｃ６の第１電極Ｃ６−１は、図示の例では共通の１枚の導体板としているが、別々の導体板であってもよい。第１容量Ｃ１の第１電極Ｃ１−１の面積は、第１容量Ｃ１の第２電極Ｃ１−２の面積よりも大きい。第２容量Ｃ２の第１電極Ｃ２−１及び第６容量Ｃ６の第１電極Ｃ６−１を成す１枚の導体板の面積は、第２容量Ｃ２の第２電極Ｃ２−２及び第６容量Ｃ６の第２電極Ｃ６−２の合計面積よりも大きい。第５容量Ｃ５の第１電極Ｃ５−１の面積は、第５容量Ｃ５の第２電極Ｃ５−２の面積よりも大きい。各容量において、第１電極と第２電極の大小関係を逆にしてもよい。このように、一方の電極を他方の電極よりも大きくすることで、第１電極と第２電極の位置合わせが容易となり、容量結合を確実にでき、また容量値のばらつきも抑制できる。一方の電極を他方の電極よりも大きくすることは、実施の形態７〜１２のいずれにも適用でき、同様の効果を奏することができる。
【００８０】
図３３は、環境検出装置１Ｊにおいて第１サーミスタＲ１の抵抗値を１０ｋΩに固定し、第２サーミスタＲ２の抵抗値を１ｋΩから１０ｋΩまで変化させた場合における、第２サーミスタＲ２の抵抗値と、信号発生器１０から１Ｖpp（ピークピーク値が１Ｖ）かつ周波数が共振周波数ｆiiの電圧を出力したときに信号発生器１０に流れる電流と、の関係を示す概略グラフである。図３４は、同場合における、第２サーミスタＲ２の抵抗値と、信号発生器１０から１Ｖpp（ピークピーク値が１Ｖ）かつ周波数が共振周波数ｆiの電圧を出力したときに信号発生器１０に流れる電流と、の関係を示す概略グラフである。図３３より、共振周波数ｆiiにおいて、第２サーミスタＲ２の抵抗値が２倍になると、信号発生器１０に流れる電流が１／２になる関係が分かる。これは、オームの法則に従ったもので、共振周波数ｆiiでは、第１共振回路１５のインピーダンスが第２共振回路１７のインピーダンスと比較して十分に大きいため無視でき、信号発生器１０側から見たインピーダンスが第２サーミスタＲ２の抵抗値と実質的に一致するためである。一方、図３４より、共振周波数ｆiでは、第２サーミスタＲ２の抵抗値は、信号発生器１０に流れる電流に影響していないことが分かる。これは、共振周波数ｆiでは、第２サーミスタＲ２を含む第２共振回路１７のインピーダンスが第１共振回路１５のインピーダンスと比較して十分に大きいため無視でき、信号発生器１０側から見たインピーダンスが第１サーミスタＲ１の抵抗値と実質的に一致するためである。以上より、電流検出手段１１を共通としても（第１共振回路１５及び第２共振回路１７に流れる電流の合計が電流検出手段１１に流れても）、共振周波数ｆiにおいて第１共振回路１５に流れる電流と、共振周波数ｆiiにおいて第２共振回路１７に流れる電流と、の双方を好適に検出できる。
【００８１】
本実施の形態によれば、実施の形態７と同様の効果に加え、共通の信号発生器１０及び電流検出手段１１により、複数箇所（第１サーミスタＲ１の位置及び第２サーミスタＲ２の位置）の温度を検出できる。なお、電流検出手段１１は、第１共振回路１５及び第２共振回路１７の各々に対して別々に設けられてもよい。１つの信号発生器１０に対して、共振回路は、３つ以上並列接続されてもよい。
【００８２】
（実施の形態１０）
図３５は、本発明の実施の形態１０に係る環境検出装置１Ｋの概略回路図である。環境検出装置１Ｋは、図３０に示した実施の形態９の環境検出装置１Ｊと比較して、第１共振回路１５が第３容量Ｃ３及び第４容量Ｃ４を更に有し、第２共振回路１７が第７容量Ｃ７及び第８容量Ｃ８を更に有する点で相違し、その他の点で一致する。第１共振回路１５の構成は、図２７に示した実施の形態８の環境検出装置１Ｈの第１共振回路１５の構成と同じである。第７容量Ｃ７は、第５容量Ｃ５と信号発生器１０との間に接続される。第８容量Ｃ８は、第６容量Ｃ６と信号発生器１０との間に接続される。第７容量Ｃ７及び第８容量Ｃ８は、共に一次側回路５の一部であって第１空間に存在する。
【００８３】
本実施の形態において第２共振回路１７に第７容量Ｃ７及び第８容量Ｃ８を設けた目的及び効果は、図３０に示した実施の形態９の環境検出装置１Ｊにおいて第１共振回路１５に第３容量Ｃ３及び第４容量Ｃ４を設けた目的及び効果と同じである。本実施の形態によれば、実施の形態９と同様の効果に加え、第１容量Ｃ１及び第２容量Ｃ２の容量値のばらつきによる共振周波数ｆiのばらつき、並びに第５容量Ｃ５及び第６容量Ｃ６の容量値のばらつきによる共振周波数ｆiiのばらつきを抑制することができる。
【００８４】
（実施の形態１１）
図３６は、本発明の実施の形態１１に係る環境検出装置１Ｍの概略回路図である。図３７は、環境検出装置１Ｍにおける、第９容量Ｃ９及び第１０容量Ｃ１０と、第２空間に存在する金属板２５と、の相互接続イメージを示す模式図である。環境検出装置１Ｍは、図２５に示した実施の形態７の環境検出装置１Ｇと比較して、第１共振回路１５が、第９容量Ｃ９及び第１０容量Ｃ１０を有する点で相違し、その他の点で一致する。
【００８５】
各素子の定数の一例を挙げると、第１インダクタＬiのインダクタンス値は１０ｍＨ、第１容量Ｃ１及び第２容量Ｃ２の容量値は１０ｐＦ、第１サーミスタＲ１の２５℃における抵抗値は１００Ω、第９容量Ｃ９及び第１０容量Ｃ１０の容量値は１０ｐＦである。
【００８６】
本実施の形態では、図３７に示すように、二次側回路７が存在する第２空間に、金属板２５が置かれている。第９容量Ｃ９は、第１容量Ｃ１と金属板２５との間に生じる寄生容量である。第１０容量Ｃ１０は、第２容量Ｃ２と金属板２５との間に生じる寄生容量である。第９容量Ｃ９及び第１０容量Ｃ１０は、測定精度に影響を与える。その影響を抑制するために、下記条件を満たすように第１サーミスタＲ１の抵抗値を設定する。
【数１０】
2020063987.tif 000012
これにより、第９容量Ｃ９及び第１０容量Ｃ１０の影響の影響を実質的に無くすことができる。
【００８７】
本実施の形態によれば、実施の形態７と同様の効果に加え、第２空間に金属板２５が存在する場合であっても、金属板２５による測定精度への影響を抑制することができる。金属板２５による測定精度への影響を抑制するための構成は、実施の形態８〜１０、１２にも適用することができる。
【００８８】
（実施の形態１２）
図３８は、本発明の実施の形態１２に係る環境検出装置１Ｎの概略回路図である。図３９は、環境検出装置１Ｎにおける第１容量Ｃ１近傍の概略断面図である。環境検出装置１Ｎは、図２５に示した実施の形態７の環境検出装置１Ｇと比較して、第１共振回路１５が、第１１容量Ｃ１１を有する点で相違し、その他の点で一致する。第１１容量Ｃ１１は、例えば配線に付加された寄生容量である。例えば信号発生器１０と第１インダクタＬiとを接続する配線にシールド線を使用すると、配線に寄生容量が付加されて測定の誤差の原因となる。第１１容量Ｃ１１による測定への影響は、第１１容量Ｃ１１の容量値が同じであれば、第１容量Ｃ１及び第２容量Ｃ２の容量値が大きいほど小さくなる。
【００８９】
本実施の形態では、図３９に示すように、第１容量Ｃ１の第１電極Ｃ１−１と第２電極Ｃ１−２との間に、高誘電率部３１、３２が設けられる。図示は省略したが、第２容量Ｃ２の第１及び第２電極の間にも、同様に高誘電率部が設けられるとよい。高誘電率部３１、３２の一方のみが設けられてもよい。高誘電率部３１は、第１電極Ｃ１−１と、第１及び第２空間を隔てる境界部３５と、の間に設けられ、第１電極Ｃ１−１の第２電極Ｃ１−２側を好ましくは全面的に覆う。高誘電率部３２は、第２電極Ｃ１−２と境界部３５との間に設けられ、第２電極Ｃ１−２の第１電極Ｃ１−１側を好ましくは全面的に覆う。ここでは、第２空間は、検出対象物である樹脂やゴム等の粘弾性材の内部であり、高誘電率部３２は、第２空間を成す粘弾性材に当該粘弾性材よりも誘電率の高い物質、例えばチタン酸バリウム等からなるフィラーを混ぜ込んだものである。高誘電率部３１も、高誘電率部３２と同様に構成できる。
【００９０】
本実施の形態によれば、電極間に高誘電率部を設けて第１容量Ｃ１及び第２容量Ｃ２の容量値を高めることで、第１１容量Ｃ１１による測定への影響を抑制できる。なお、第１容量Ｃ１及び第２容量Ｃ２の一方の容量値のみを高める場合でも第１１容量Ｃ１１による測定への影響を抑制する効果が得られるが、両方の容量値を高めることでその効果を高めることができる。
【００９１】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
【００９２】
各実施の形態の環境検出装置において、周辺環境は温度に限定されず、例えば湿度又は圧力であってもよい。すなわち、周辺環境によってインピーダンスが変化する回路素子は、サーミスタＲに限定されず、湿度検出素子（湿度センサ）又は圧力検出素子（圧力センサ）であってもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１Ａ  共振周波数測定装置、
１Ｂ〜１Ｈ、１Ｊ、１Ｋ、１Ｍ、１Ｎ  環境検出装置、
１０  信号発生器、１１  電流検出手段、１２  コントローラ（演算部）、１５  第１共振回路、１７  第２共振回路、２１  第１共振回路、２２  第２共振回路、２３  第３共振回路、２５  金属板、３１、３２  高誘電率部、３５  境界部
【図１】
2020063987.tif 000013
【図２】
2020063987.tif 000014
【図３】
2020063987.tif 000015
【図４】
2020063987.tif 000016
【図５】
2020063987.tif 000017
【図６】
2020063987.tif 000018
【図７】
2020063987.tif 000019
【図８】
2020063987.tif 000020
【図９】
2020063987.tif 000021
【図１０】
2020063987.tif 000022
【図１１】
2020063987.tif 000023
【図１２】
2020063987.tif 000024
【図１３】
2020063987.tif 000025
【図１４】
2020063987.tif 000026
【図１５】
2020063987.tif 000027
【図１６】
2020063987.tif 000028
【図１７】
2020063987.tif 000029
【図１８】
2020063987.tif 000030
【図１９】
2020063987.tif 000031
【図２０】
2020063987.tif 000032
【図２１】
2020063987.tif 000033
【図２２】
2020063987.tif 000034
【図２３】
2020063987.tif 000035
【図２４】
2020063987.tif 000036
【図２５】
2020063987.tif 000037
【図２６】
2020063987.tif 000038
【図２７】
2020063987.tif 000039
【図２８】
2020063987.tif 000040
【図２９】
2020063987.tif 000041
【図３０】
2020063987.tif 000042
【図３１】
2020063987.tif 000043
【図３２】
2020063987.tif 000044
【図３３】
2020063987.tif 000045
【図３４】
2020063987.tif 000046
【図３５】
2020063987.tif 000047
【図３６】
2020063987.tif 000048
【図３７】
2020063987.tif 000049
【図３８】
2020063987.tif 000050
【図３９】
2020063987.tif 000051