(57)【要約】【課題】本発明は、静電容量型の濃度センサおよびその信号処理方法に関し、濃度センサの回路規模を小さくすることを目的とする。【解決手段】本開示における濃度センサ１００は、静電容量素子１と、矩形波発生部２と、チャージアンプ３と、アナログ／デジタル変換器４と、リアクタンス演算部５と、変換タイミング生成部６とを備え、矩形波発生部２は、第１の周波数の矩形波信号と第２の周波数の矩形波信号を選択的に出力する周波数切り替え部２Ａを有している。【選択図】図１
2020148691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査液の誘電率を検出するための静電容量素子と、
前記静電容量素子に矩形波信号を印加する矩形波発生部と、
前記静電容量素子から出力される信号を増幅するチャージアンプと、
前記チャージアンプから出力された信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器と、
前記アナログ／デジタル変換器で変換された信号に基づいて前記検査液のリアクタンス量を演算して、前記リアクタンス量に応じた信号を出力するリアクタンス演算部と、
前記アナログ／デジタル変換器の変換タイミングを決定する変換タイミング生成部と、
を備え、
前記矩形波発生部は、第１の周波数の矩形波信号と第２の周波数の矩形波信号を選択的に出力する周波数切り替え部を有している、
濃度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の濃度センサの信号処理方法であって、
前記矩形波発生部から前記第１の周波数の矩形波信号が１周期出力される期間を第１の期間とし、前記矩形波発生部から前記第２の周波数の矩形波信号が１周期出力される期間を第２の期間とし、
前記第１の期間における前記矩形波信号の立ち上がりのタイミングから立ち下がりのタイミングの間の期間を第３の期間とし、かつ、前記矩形波信号の立ち下がりのタイミングから立ち上がりのタイミングの間の期間を第４の期間とし、
前記第２の期間における前記矩形波信号の立ち上がりのタイミングから立ち下がりのタイミングの間の期間を第５の期間とし、かつ、前記矩形波信号の立ち下がりのタイミングから立ち上がりのタイミングの間の期間を第６の期間とし、
前記第３の期間において前記チャージアンプの応答遅延に対応する期間を第７の期間とし、前記第３の期間において前記第７の期間を除いた期間を第８の期間とし、
前記第４の期間において前記チャージアンプの応答遅延に対応する期間を第９の期間とし、前記第４の期間において前記第９の期間を除いた期間を第１０の期間とし、
前記第５の期間において前記チャージアンプの応答遅延に対応する期間を第１１の期間とし、前記第５の期間において前記第１１の期間を除いた期間を第１２の期間とし、
前記第６の期間において前記チャージアンプの応答遅延に対応する期間を第１３の期間とし、前記第６の期間において前記第１３の期間を除いた期間を第１４の期間として、
前記アナログ／デジタル変換器は、
前記第８の期間において、第１の変換タイミングで第１のデジタル値を出力し、前記第１の変換タイミングより後の第２の変換タイミングで第２のデジタル値を出力し、
前記第１０の期間において、第３の変換タイミングで第３のデジタル値を出力し、前記第３の変換タイミングより後の第４の変換タイミングで第４のデジタル値を出力し、
前記第１２の期間において、第５の変換タイミングで第５のデジタル値を出力し、前記第５の変換タイミングより後の第６の変換タイミングで第６のデジタル値を出力し、
前記第１４の期間において、第７の変換タイミングで第７のデジタル値を出力し、前記第７の変換タイミングより後の第８の変換タイミングで第８のデジタル値を出力し、
前記リアクタンス演算部は、
前記第１の変換タイミングと前記第１のデジタル値と前記第２の変換タイミングと前記第２のデジタル値から、前記第７の期間の前記立ち上がりのタイミングにおける値を第１の演算値として算出し、
前記第３の変換タイミングと前記第３のデジタル値と前記第４の変換タイミングと前記第４のデジタル値から、前記第１０の期間の前記立ち上がりのタイミングにおける値を第２の演算値として算出し、
前記第５の変換タイミングと前記第５のデジタル値と前記第６の変換タイミングと前記
第６のデジタル値から、前記第１１の期間の前記立ち上がりのタイミングにおける値を第３の演算値として算出し、
前記第７の変換タイミングと前記第７のデジタル値と前記第８の変換タイミングと前記第８のデジタル値から、前記第１４の期間の前記立ち上がりのタイミングにおける値を第４の演算値として算出し、
前記第１から第４の演算値を用いて、前記誘電率に対応した出力信号を生成する、
濃度センサの信号処理方法。
【請求項３】
請求項１に記載の濃度センサの信号処理方法であって、
前記矩形波発生部から前記第１の周波数の矩形波信号が１周期出力される期間を第１の期間とし、前記矩形波発生部から前記第２の周波数の矩形波信号が１周期出力される期間を第２の期間とし、
前記第１の期間における前記矩形波信号の立ち上がりのタイミングから立ち下がりのタイミングの間の期間を第３の期間とし、かつ、前記矩形波信号の立ち下がりのタイミングから立ち上がりのタイミングの間の期間を第４の期間とし、
前記第２の期間における前記矩形波信号の立ち上がりのタイミングから立ち下がりのタイミングの間の期間を第５の期間とし、かつ、前記矩形波信号の立ち下がりのタイミングから立ち上がりのタイミングの間の期間を第６の期間とし、
前記第３の期間において前記チャージアンプの応答遅延に対応する期間を第７の期間とし、前記第３の期間において前記第７の期間を除いた期間を第８の期間とし、
前記第４の期間において前記チャージアンプの応答遅延に対応する期間を第９の期間とし、前記第４の期間において前記第９の期間を除いた期間を第１０の期間とし、
前記第５の期間において前記チャージアンプの応答遅延に対応する期間を第１１の期間とし、前記第５の期間において前記第１１の期間を除いた期間を第１２の期間とし、
前記第６の期間において前記チャージアンプの応答遅延に対応する期間を第１３の期間とし、前記第６の期間において前記第１３の期間を除いた期間を第１４の期間として、
前記アナログ／デジタル変換器は、
前記第８の期間において、第１の変換タイミングで第１のデジタル値を出力し、前記第１の変換タイミングより後の第２の変換タイミングで第２のデジタル値を出力し、
前記第１０の期間において、第３の変換タイミングで第３のデジタル値を出力し、前記第３の変換タイミングより後の第４の変換タイミングで第４のデジタル値を出力し、
前記第１２の期間において、第５の変換タイミングで第５のデジタル値を出力し、前記第５の変換タイミングより後の第６の変換タイミングで第６のデジタル値を出力し、
前記第１４の期間において、第７の変換タイミングで第７のデジタル値を出力し、前記第７の変換タイミングより後の第８の変換タイミングで第８のデジタル値を出力し、
前記リアクタンス演算部は、
前記第１の変換タイミングと前記第１のデジタル値と前記第２の変換タイミングと前記第２のデジタル値から、前記第８の期間の前記立ち下がりのタイミングにおける値を第１の演算値として算出し、
前記第３の変換タイミングと前記第３のデジタル値と前記第４の変換タイミングと前記第４のデジタル値から、前記第９の期間の前記立ち下がりのタイミングにおける値を第２の演算値として算出し、
前記第５の変換タイミングと前記第５のデジタル値と前記第６の変換タイミングと前記第６のデジタル値から、前記第１２の期間の前記立ち下がりのタイミングにおける値を第３の演算値として算出し、
前記第７の変換タイミングと前記第７のデジタル値と前記第８の変換タイミングと前記第８のデジタル値から、前記第１３の期間の前記立ち下がりのタイミングにおける値を第４の演算値として算出し、
前記第１から第４の演算値を用いて、前記誘電率に対応した出力信号を生成する、
濃度センサの信号処理方法。
【請求項４】
前記第１の演算値をＣ１、前記第２の演算値をＣ２、前記第３の演算値をＣ３、前記第４の演算値をＣ４としたとき、前記誘電率に対応した出力信号は、（Ｃ３×Ｃ４−Ｃ２×Ｃ１）／（Ｃ４−Ｃ２）の演算式に基づいて生成される、請求項２または請求項３に記載の濃度センサの信号処理方法。
【請求項５】
濃度センサは、さらに、前記第３の期間と前記第４の期間のデューティー比もしくは前記第５の期間と前記第６の期間のデューティー比の少なくとも一方を調節するデューティー比演算部を有し、
前記変換タイミング生成部は、
前記第１の期間において、
前記第３の期間の立ち上がりのタイミングから前記第１のタイミングまでの時間と、前記第４の期間の立ち下がりのタイミングから前記第３のタイミングまでの時間を等しくなるように、前記第１のタイミングと前記第３のタイミングが設定されている、もしくは、前記第３の期間の立ち上がりのタイミングから前記第２のタイミングまでの時間と、前記第４の期間の立ち下がりのタイミングから前記第４のタイミングまでの時間が等しくなるように、前記第２のタイミングと前記第４のタイミングが設定されており、かつ、
前記第２の期間において、
前記第５の期間の立ち上がりのタイミングから前記第５のタイミングまでの時間と、前記第６の期間の立ち下がりのタイミングから前記第７のタイミングまでの時間を等しくなるように、前記第５のタイミングと前記第７のタイミングが設定されている、もしくは、前記第５の期間の立ち上がりのタイミングから前記第６のタイミングまでの時間と、前記第６の期間の立ち下がりのタイミングから前記第８のタイミングまでの時間が等しくなるように、前記第６のタイミングと前記第８のタイミングが設定されており、前記デューティー比演算部は、
前記第１のデジタル値と前記第３のデジタル値が、前記チャージアンプの基準電位に対して対称な値となるか、前記第２のデジタル値と前記第４のデジタル値が、前記チャージアンプの基準電位に対して対称となるように、前記デューティー比を決定する、かつ、前記第５のデジタル値と前記第７のデジタル値が、前記チャージアンプの基準電位に対して対称な値となるか、前記第６のデジタル値と前記第８のデジタル値が、前記チャージアンプの基準電位に対して対称となるように、前記デューティー比を決定する、
請求項４に記載の濃度センサの信号処理方法。
【請求項６】
前記濃度センサは、出力が前記静電容量素子と前記チャージアンプとの間に接続された可変電流注入部をさらに有し、
前記可変電流注入部は、
前記第３の期間では、前記第１のデジタル値と前記第２のデジタル値の差が小さくなるように前記静電容量素子と前記チャージアンプの間に注入する電流値を決定し、
前記第４の期間では、前記第３のデジタル値と前記第４のデジタル値の差が小さくなるように前記静電容量素子と前記チャージアンプの間に注入する電流値を決定し、
前記第５の期間では、前記第５のデジタル値と前記第６のデジタル値の差が小さくなるように前記静電容量素子と前記チャージアンプの間に注入する電流値を決定し、
前記第６の期間では、前記第７のデジタル値と前記第８のデジタル値の差が小さくなるように前記静電容量素子と前記チャージアンプの間に注入する電流値を決定する、
請求項４に記載の濃度センサの信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、静電容量型の濃度センサおよびその信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量型の濃度センサは、一対の電極からなるコンデンサを検査液の中に配置し、検査液の誘電率の変化を静電容量の変化として検出する構造である。しかしながら、静電容量の測定においては、コンデンサで静電容量として検出されるリアクタンス成分と、検査液の導電性によるレジスタンス成分が含まれる。
【０００３】
このレジスタンス成分を信号処理において抑制する手法として、コンデンサによる検出信号に対して交流電源や検波回路を用いた同期検波を行うことが知られている。
【０００４】
なお、この出願の開示に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−１００９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、同期検波を行うための交流電源回路や検波回路は、アナログ回路として回路規模が大きくなってしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本開示はこのような問題を解決し、濃度センサにおける回路規模を小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様における濃度センサは、検査液の誘電率を検出するための静電容量素子と、静電容量素子に矩形波信号を印加する矩形波発生部と、静電容量素子から出力される信号を増幅するチャージアンプと、チャージアンプから出力された信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器と、アナログ／デジタル変換器で変換された信号に基づいて検査液のリアクタンス量を演算して、リアクタンス量に応じた信号を出力するリアクタンス演算部と、アナログ／デジタル変換器の変換タイミングを決定する変換タイミング生成部とを備え、矩形波発生部は、第１の周波数の矩形波信号と第２の周波数の矩形波信号を選択的に出力する周波数切り替え部を有している。
【０００９】
本開示の一態様における濃度センサの信号処理方法は、静電容量素子と矩形波発生部とチャージアンプとアナログ／デジタル変換器とリアクタンス演算部と変換タイミング生成部とを備えた濃度センサにおいて、矩形波の立ち上がりのタイミングから立ち下がりのタイミングの間で応答遅延期間を除く期間を第１の期間とし、矩形波の立ち下がりのタイミングから立ち上がりのタイミングの間で応答遅延期間を除く期間を第２の期間として、アナログ／デジタル変換器は、第１の期間において、第１のデジタル値と第２のデジタル値を出力し、第２の期間において、第３のデジタル値と第４のデジタル値を出力し、リアクタンス演算部は、第１のデジタル値と第２のデジタル値に基づいて立ち上がりのタイミングにおける第５のデジタル値を算出し、第３のデジタル値と第４のデジタル値に基づいて立ち下がりのタイミングにおける第６のデジタル値を算出する。
【発明の効果】
【００１０】
この構成により、濃度センサの回路規模を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本開示の濃度センサの回路ブロック図である。
【図２】図２は、本開示の濃度センサ内での信号を示す波形図である。
【図３】図３は、変形例の濃度センサ内での信号を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、本開示の実施の形態に係る濃度センサについて、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される形状、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１３】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構造については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。
【００１４】
図１は、濃度センサ１００の回路ブロック図である。濃度センサ１００は、基本構成として静電容量素子１と矩形波発生部２とチャージアンプ３とアナログ／デジタル変換器４（以下、Ａ／Ｄ変換器と称する。）とリアクタンス演算部５と変換タイミング生成部６とを備えている。
【００１５】
静電容量素子１は、一対の電極１Ａ，１Ｂで構成されている。静電容量素子１は、検査液の中に配置されて、液中における静電容量を検出する。検査液は、例えばガソリンやアルコールなどである。なお、検査液中の静電容量は、検査液の誘電率に比例する。検査液の誘電率は、検査液の濃度と相関がある。つまり、検査液中における静電容量の検出は、検査液の濃度の検出と見做すことができる。矩形波発生部２は、周波数が異なる少なくとも２種類の矩形波信号を生成する。矩形波発生部２は、周波数切り替え部２Ａを有する。周波数切り替え部２Ａは、少なくとも２種類の矩形波信号から一つの矩形波信号を適宜選択する。矩形波発生部２は周波数切り替え部２Ａで選択した矩形波信号を出力する。矩形波発生部２から出力された矩形波信号は、電極１Ａに入力される。チャージアンプ３は、電極１Ｂに接続される。チャージアンプ３は電極１Ｂの電荷量に応じた信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器４は、チャージアンプ３から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。リアクタンス演算部５は、Ａ／Ｄ変換器４から出力されたデジタル信号を用いて検査液の誘電率を演算する。検査液の誘電率は、検査液の濃度に比例する。つまり、リアクタンス演算部５は、検査液の濃度に応じた信号を出力する。変換タイミング生成部６は、Ａ／Ｄ変換器４における変換タイミングを決定する。変換タイミング生成部６は、変換タイミングを指示するトリガー信号を生成し、Ａ／Ｄ変換器４に入力する。
【００１６】
次に、濃度センサ１００における信号処理方法について説明する。図２に濃度センサ１００内における信号の波形図を示す。なお、図２における横軸は時間を示しており、縦軸は電圧を示している。波形Ａは、矩形波発生部２から出力された信号の波形である。波形Ｂは、チャージアンプ３から出力された信号の波形である。
【００１７】
タイミングｔ１，ｔ５，ｔ９は、波形Ａにおける立ち上がりのタイミングである。タイミングｔ３，ｔ７は、波形Ａにおける立ち下がりのタイミングである。波形Ａは、タイミ
ングｔ１からタイミングｔ３の期間Ｗ２の電圧がｈｉｇｈである。タイミングｔ３からタイミングｔ５の期間Ｗ３の電圧がｌｏｗである。また、タイミングｔ５からタイミングｔ７の期間Ｗ５の電圧がｈｉｇｈである。タイミングｔ７からタイミングｔ９の期間Ｗ６の電圧がｌｏｗである。なお、波形Ａにおけるタイミングｔ１からタイミングｔ５の期間Ｗ１の周波数と、タイミングｔ５からタイミングｔ９の期間Ｗ２の周波数は異なっている。また、波形Ａは、期間Ｗ１の波形と期間Ｗ２の波形が繰り返えされる波形である。例えば、期間Ｗ１における波形Ａの周波数は、期間Ｗ２における波形Ａの周波数の３／２とすることができる。図中におけるＶｒｅｆは、基準電圧である。基準電位Ｖｒｅｆは、波形Ａの中間電位である。
【００１８】
波形Ｂで示すチャージアンプ３から出力された信号は、波形Ａのｈｉｇｈ／ｌｏｗの切り替わり動作において応答が遅延する。この応答が遅延する期間を応答遅延期間と称する。波形Ｂにおいて、タイミングｔ１からタイミングｔ２の期間Ｗ７は、矩形波信号のｌｏｗからｈｉｇｈの切り替わり動作における応答遅延期間である。タイミングｔ３からタイミングｔ４の期間Ｗ９は、矩形波信号のｈｉｇｈからｌｏｗの切り替わり動作における応答遅延期間である。タイミングｔ５からタイミングｔ６の期間Ｗ１１は、矩形波信号のｌｏｗからｈｉｇｈの切り替わり動作における応答遅延期間である。タイミングｔ７からタイミングｔ８の期間Ｗ１３は、矩形波信号のｈｉｇｈからｌｏｗの切り替わり動作における応答遅延期間である。
【００１９】
なお、期間Ｗ８において波形Ｂは、傾きが一定な直線となる。期間Ｗ１０において波形Ｂは、傾きが一定な直線となる。期間Ｗ１２において波形Ｂは、傾きが一定な直線となる。期間Ｗ１４において波形Ｂは、傾きが一定な直線となる。なお、期間Ｗ８、期間Ｗ１０、期間Ｗ１２、期間Ｗ１４における波形Ｂの傾きは、検査液に生じるレジスタンス成分により生じる傾きである。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換器４は、変換タイミング生成部６から出力されるトリガー信号に応じてデジタル値に変換する。図２においてＤ１〜Ｄ８は、波形Ｂのデジタル値を示している。デジタル値Ｄ１は、波形Ｂにおける変換タイミングｓ１の電圧の値である。デジタル値Ｄ２は、波形Ｂにおける変換タイミングｓ２の電圧の値である。デジタル値Ｄ３は、波形Ｂにおける変換タイミングｓ３の電圧の値である。デジタル値Ｄ４は、波形Ｂにおける変換タイミングｓ４の電圧の値である。デジタル値Ｄ５は、波形Ｂにおける変換タイミングｓ５の電圧の値である。デジタル値Ｄ６は、波形Ｂにおける変換タイミングｓ６の電圧の値である。デジタル値Ｄ７は、波形Ｂにおける変換タイミングｓ７の電圧の値である。デジタル値Ｄ８は、波形Ｂにおける変換タイミングｓ８の電圧の値である。
【００２１】
なお、期間Ｗ１においては、タイミングｔ１から変換タイミングｓ１までの時間とタイミングｔ３から変換タイミングｓ３までの時間が等しくなるように、変換タイミングｓ１と変換タイミングｓ３が設定されている。また、タイミングｔ１から変換タイミングｓ２までの時間とタイミングｔ３から変換タイミングｓ４までの時間が等しくなるように、変換タイミングｓ２と変換タイミングｓ４が設定されている。期間Ｗ２においては、タイミングｔ５から変換タイミングｓ５までの時間とタイミングｔ７から変換タイミングｓ７までの時間が等しくなるように、変換タイミングｓ５と変換タイミングｓ７が設定されている。また、タイミングｔ５から変換タイミングｓ６までの時間とタイミングｔ７から変換タイミングｓ８までの時間が等しくなるように、変換タイミングｓ５と変換タイミングｓ７が設定されている。
【００２２】
そして、期間Ｗ８における波形Ｂの電圧Ｖと時刻ｔの関係は、式１で表すことができる。
【００２３】
【数１】
2020148691.tif 000003
【００２４】
期間Ｗ１０における波形Ｂの電圧Ｖと時刻ｔの関係は、式２で表すことができる。
【００２５】
【数２】
2020148691.tif 000004
【００２６】
期間Ｗ１２における波形Ｂの電圧Ｖと時刻ｔの関係は、式３で表すことができる。
【００２７】
【数３】
2020148691.tif 000005
【００２８】
期間Ｗ１４における波形Ｂの電圧Ｖと時刻ｔの関係は、式４で表すことができる。
【００２９】
【数４】
2020148691.tif 000006
【００３０】
そして、式１から式４を用いて応答遅延時間における波形を演算することができる。例えば、式１におけるｔ１の演算値Ｃ１は、式５で表される。
【００３１】
【数５】
2020148691.tif 000007
【００３２】
式２におけるｔ５の演算値Ｃ２は、式６で表される。
【００３３】
【数６】
2020148691.tif 000008
【００３４】
式３におけるｔ５の演算値Ｃ３は、式７で表される。
【００３５】
【数７】
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【００３６】
式４におけるｔ９の演算値Ｃ４は、式８で表される。
【００３７】
【数８】
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【００３８】
検査液の静電容量ＣＬとチャージアンプ３の出力値との関係は、式９で表すことができる。
【００３９】
【数９】
2020148691.tif 000011
【００４０】
なお、式９によって演算された静電容量には、検査液によるレジスタンス成分が含まれない。
【００４１】
以上のように濃度センサ１００は、周波数が異なる２種類の矩形波信号を用いて検査液の静電容量を検出する構成としたことで、静電容量素子１からの出力信号に含まれるレジスタンス成分を排除できる。この結果、従来の濃度センサで行っていた同期検波が不要となり交流電源や検波回路といったアナログ回路の削減ができる。つまり、濃度センサ１００を構成する矩形波発生部２に、周波数の異なる２種類の矩形波信号を選択的に出力する周波数切り替え部２Ａを設けたことで、濃度センサ１００の回路規模を小さくすることができるのである。
【００４２】
そして、矩形波発生部２から周波数が異なる２種類の矩形波信号を出力することで、前述したデジタル値Ｄ１からＤ８を抽出することができる。そして、デジタル値Ｄ１からＤ８から演算値Ｃ１からＣ４を算出することでレジスタンス成分を含まない静電容量を求めることができるのである。また、検査液の静電容量は、上述したように演算値Ｃ１からＣ４を用いた式９により求めることができる。
【００４３】
濃度センサ１００は、さらにデューティー比演算部７を有してもよい。デューティー比演算部７は、期間Ｗ８と期間Ｗ１０が等しくなるように、期間Ｗ１における期間Ｗ３と期間Ｗ４のデューティー比を決定する。かつ、デューティー比演算部７は、期間Ｗ１２と期間Ｗ１４が等しくなるように、期間Ｗ２における期間Ｗ５と期間Ｗ６のデューティー比を決定する。なお、デューティー比演算部７は、Ａ／Ｄ変換器４の出力端と矩形波発生部２の間に接続されており、矩形波発生部２から出力される矩形波信号（図２における波形Ａ）のデューティー比を調節する。
【００４４】
デューティー比演算部７による矩形波信号のデューティー比の調整について説明する。
期間Ｗ１におけるデューティー比の決定は、デジタル値Ｄ１とデジタル値Ｄ３が、基準電位Ｖｒｅｆに対して対称となるように期間Ｗ１における矩形波のデューティー比を決定することができる。または、デジタル値Ｄ２とデジタル値Ｄ４が、基準電位Ｖｒｅｆに対して対称となるように期間Ｗ１における矩形波信号のデューティー比を決定することができる。
【００４５】
期間Ｗ２におけるデューティー比の決定は、デジタル値Ｄ５とデジタル値Ｄ７が、基準電位Ｖｒｅｆに対して対称となるように期間Ｗ２における矩形波信号のデューティー比を決定することができる。または、デジタル値Ｄ６とデジタル値Ｄ８が、基準電位Ｖｒｅｆに対して対称となるように期間Ｗ２における矩形波信号のデューティー比を決定することができる。
【００４６】
なお、２つのデジタル値が基準電位Ｖｒｅｆに対して対称であるとは、各デジタル値と基準電位Ｖｒｅｆの差の絶対値が等しいことを意味する。例えば、デジタル値Ｄ１が５Ｖで基準電位Ｖｒｅｆが０Ｖであればデジタル値Ｄ３は−５Ｖとなる。
【００４７】
また、濃度センサ１００は、可変電流注入部８を有してもよい。可変電流注入部８は、期間Ｗ８、期間Ｗ１０、期間Ｗ１２、期間Ｗ１４における波形Ｂの傾きをなくすよう、電流を静電容量素子１とチャージアンプ３の間に注入する。可変電流注入部８は、電流演算部８Ａと反転アンプ８Ｂと電流選択回路８Ｃを有している。電流選択回路８Ｃは、抵抗ＲとスイッチＳＷを直列に接続した複数の直列体を並列接続した構成である。電流選択回路８ＣのスイッチＳＷの側は、反転アンプ８Ｂを介して矩形波発生部２の出力経路に接続されている。電流選択回路８Ｃの抵抗Ｒの側は、静電容量素子１とチャージアンプ３の間に接続されている。
【００４８】
電流演算部８Ａは、第３の期間Ｗ３において、波形Ｂの傾きが小さくなるような電流値を決定し、その電流値に合う直列体のスイッチＳＷをＯＮにして電流を注入する。つまり、電流演算部８Ａは、第３の期間Ｗ３においてデジタル値Ｄ１とデジタル値Ｄ２の差が小さくなるように電流値を決定し、その電流値にあった直列体のスイッチＳＷをＯＮにして電流を注入する。
【００４９】
電流演算部８Ａは、第４の期間Ｗ４において、波形Ｂの傾きが小さくなるような電流値を決定し、その電流値に合う直列体のスイッチＳＷをＯＮにして電流を注入する。つまり、電流演算部８Ａは、第４の期間Ｗ４においてデジタル値Ｄ３とデジタル値Ｄ４の差が小さくなるように電流値を決定し、その電流値にあった直列体のスイッチＳＷをＯＮにして電流を注入する。
【００５０】
電流演算部８Ａは、第５の期間Ｗ５において、波形Ｂの傾きが小さくなるような電流値を決定し、その電流値に合う直列体のスイッチＳＷをＯＮにして電流を注入する。つまり、電流演算部８Ａは、第５の期間Ｗ５においてデジタル値Ｄ５とデジタル値Ｄ６の差が小さくなるように電流値を決定し、その電流値にあった直列体のスイッチＳＷをＯＮにして電流を注入する。
【００５１】
電流演算部８Ａは、第６の期間Ｗ６において、波形Ｂの傾きが小さくなるような電流値を決定し、その電流値に合う直列体のスイッチＳＷをＯＮにして電流を注入する。つまり、電流演算部８Ａは、第６の期間Ｗ６においてデジタル値Ｄ７とデジタル値Ｄ８の差が小さくなるように電流値を決定し、その電流値にあった直列体のスイッチＳＷをＯＮにして電流を注入する。
【００５２】
なお、濃度センサ１００におけるリアクタンス演算部５、変換タイミング生成部６、デ
ューティー比演算部７、電流演算部８Ａは、何れもデジタル処理が実施されるものであり、ＩＣやマイコン等の処理回路の一部として実現される。
【００５３】
（変形例）
図２で説明した信号処理方法の変形例について図３を用いて説明する。なお、図３における図２との相違点は、演算値Ｃ１からＣ４を演算値Ｃ５からＣ８に時刻を変更しただけである。他の波形Ａ、波形Ｂ、タイミングｔ１からｔ９および変換タイミングｓ１からｓ８は、図２と同様であり説明を省略する。
【００５４】
演算値Ｃ５は、式１におけるｔ３の電圧値であり、式１０で表される。
【００５５】
【数１０】
2020148691.tif 000012
【００５６】
演算値Ｃ６は、式２におけるｔ３の電圧値であり、式１１で表される。
【００５７】
【数１１】
2020148691.tif 000013
【００５８】
演算値Ｃ７は、式３におけるｔ７の電圧値であり、式１２で表される。
【００５９】
【数１２】
2020148691.tif 000014
【００６０】
演算値Ｃ８は、式４におけるｔ７の電圧値であり、式１３で表される。
【００６１】
【数１３】
2020148691.tif 000015
【００６２】
検査液の静電容量ＣＬとチャージアンプ３の出力値との関係は、式１４で表すことができる。
【００６３】
【数１４】
2020148691.tif 000016
【００６４】
なお、式１４によって演算された静電容量にも、検査液によるレジスタンス成分が含まれず、図２で説明した効果と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本開示の濃度センサは、特に自動車などの内燃機関用途において有効となる。
【符号の説明】
【００６６】
１  静電容量素子
２  矩形波発生部
２Ａ  周波数切り替え部
３  チャージアンプ
４  アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）
５  リアクタンス演算部
６  変換タイミング生成部
７  デューティー比演算部
８  可変電流注入部
１００  濃度センサ
Ｃ１〜Ｃ８  演算値
Ｄ１〜Ｄ８  デジタル値
ｓ１〜ｓ８  変換タイミング
ｔ１〜ｔ９  タイミング
Ｗ１〜Ｗ１４  期間
Ｖｒｅｆ  基準電位
【図１】
2020148691.tif 000017
【図２】
2020148691.tif 000018
【図３】
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