(57)【要約】      （修正有）【課題】種々の被測定物に対応でき、温度や湿度および電磁界などの周辺環境変化の影響を除去でき、ワンタッチ取付可能で、小形軽量、安定性良く、非接触，無光、高感度・高精度に非侵襲で静電容量変化を検出すること、及び、流量を測定することができる共振検知センサーを提供する。【解決手段】共振手段に共振周波数で出力信号が急峻なピークを持つ共振特性を持たせ、電極間で発生する静電容量変化によって共振手段の共振特性も変化するので、定常状態において周波数最適調整手段が自動的に広範囲に周波数掃引してサーチした共振周波数を基準周波数駆動信号として周波数可変型発振手段からその電極と共振手段間に入力し、電極間で静電容量変化が発生した場合に共振周波数も変わるので共振手段の出力が急峻に変化し、静電容量変化を高感度・高精度に検知する。【選択図】図１
2014219373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブやホース又は空隙を間に存在させうる少なくとも一対の電極と、電極間の静電容量の変化に応じて共振特性を変化させる共振手段と、その共振手段に自動周波数掃引によって得られる基準周波数の駆動信号を入力する周波数可変型発振手段と、前記発振手段の周波数を最適化するための演算機能を持った周波数最適調整手段を具備し、前記最適調整手段によって電流検出手段の電流が最大値又は最適値になるように周波数調整を事前に行い、すなわち液体や気体や粉末（以下、流体という。）の定常状態又は流体が前記電極を通過するときに共振又は最適状態になるよう自動周波数掃引によって周波数調整をして基準周波数を設定し、前記電極間における静電容量変化などによる共振周波数の変化を前記電流検出手段の出力の変化として検出することを特徴とする共振検知センサ。
【請求項２】
チューブやホース又は空隙を間に存在させうる少なくとも一対の電極と、その上流側に前記チューブやホースを間に存在させうる少なくとも一対のヒータと、前記電極間の静電容量の変化に応じて共振特性を変化させる共振手段と、前記共振手段に自動周波数掃引によって得られる基準周波数の駆動信号を入力する周波数可変型発振手段と、前記発振手段の周波数を最適化するための演算機能を持った周波数最適調整手段と、前記ヒータをパルス状波形に駆動するためのパルス加熱手段を具備し、前記最適調整手段によって電流検出手段の電流が最大値又は最適値になるように周波数調整を事前に行い、すなわち流体が通常状態において共振又は最適状態になるよう周波数調整をして基準周波数を設定し、さらに前記電極の上流に設けられたヒータを加熱するためのパルス加熱手段でそのチューブやホース内の流体を加熱して、前記電極間に存在する流体の温度変化に基づく静電容量の変化等による共振周波数の変化を前記電流検出手段の出力の変化として検出することを特徴とする共振検知センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、固体、液体、気体、粉末などの物質中の異物混入、気泡混入、混合比変化、変質及び粉体通過、充填部の吐出、液切れ、液滴通過、間欠流れなどに伴う静電容量の変化（以下、静電容量変化という。）や流量変化及び流量を、非侵襲で高感度に精度良く測定することができるワンタッチ取付可能な共振検知センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  現在、例えばチューブ内を流れる液体中の気泡を非侵襲で検知するひとつの方法として、超音波の利用がある。超音波を使用する場合は、主に送信側の超音波センサと受信側の超音波センサを一対として使用する方法と、送受信を１つで行う方法がある。【０００３】  超音波センサを使用した場合、超音波振動エネルギーにより、チューブ内の液に含まれる空気が発泡し、細かな気泡となってチューブ内に現れたりするので、精度良く安定性良く気泡検出することが困難である。
このため、細かな気泡による誤検知をふせぐのに検知感度を変えるにも検知精度に限界がでてくる。【０００４】  また、静電容量変化を非侵襲で検出する方法としてマイクロ波の利用もある。駆動周波数がＧＨｚオーダであるので電磁波の外部漏洩を防ぐためのシールド構造が複雑であることと特殊なマイクロ波専用部品を使用することから製造コストが高いものとなっている。さらに、温度や湿度および電磁界などの周辺環境の変化にも影響されやすいので安定性が悪く、駆動周波数の可変範囲が狭く自動調整も困難であるため感度調整やゼロ点調整にも問題がある。また、ワンタッチ取付が不可能な構造となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  本願発明は、種々の被測定物に対応でき、温度や湿度および電磁界などの周辺環境変化の影響を除去でき、ワンタッチ取付可能で、小形軽量、安定性良く、非接触，無光、高感度・高精度に非侵襲で静電容量変化を検出すること及び流量を測定することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  請求項１の発明に係る共振検知センサは、種々の被測定物に対応でき、温度や湿度および電磁界などの周辺環境変化の影響を除去するため及び測定感度を最適化するために、広範囲に周波数掃引することによって共振周波数を検出し測定用駆動周波数を最適値に設定すること（以下、オートゼロという）、前記オートゼロをワンタッチ操作又は任意のタイミング信号で自動的に行うこと、ワンタッチ取付構造にすること、オートゼロ機能によって高感度・高精度にすることができるため小型軽量でカード構造のプローブも可能となること、安定性を良くするために測定用駆動周波数を比較的低周波数に下げることもできることを最も主要な特徴とする。
請求項２の発明に係る共振検知センサは、流量を測定するために請求項１の発明に係る共振検知センサの上流側をパルス加熱することによって被測定物に温度マークを付けることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】  この発明の共振検知センサによれば、周波数可変型発振回路と駆動周波数最適調整回路によって駆動信号の基準周波数を共振周波数や任意の最適値に簡単に調整でき、管路を切断しないで非侵襲でワンタッチ取り付け可能な構造に成っているので、流体や固体中の静電容量変化を小形軽量、安定性良く、非接触，無光、高感度・高精度に非侵襲で検出するという利点及び被測定物に温度マークを付けることによって流量を測定するという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の共振検知センサの第一実施例の構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】この発明の共振検知センサの他の実施例の検出部の構成を示す断面図である。
【図４】共振回路の共振特性図である。
【図５】この発明の共振検知センサの他の実施例の検出部の構成図である。
【図６】この発明の共振検知センサの他の実施例の検出部の構成図である。
【図７】この発明の共振検知センサの第二実施例の構成図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ’断面図である。
【図９】実施例二の他の実施例のヒータ部の構成図である。
【図１０】実施例二の他の実施例の構成図である。
【図１１】実施例一の他の実施例の構成図である。
【図１２】この発明の共振検知センサの他の実施例の検出部の構成図である。
【図１３】この発明の共振検知センサの他の実施例の検出部の構成図である。
【図１４】図１３のＣ−Ｃ’断面図である。
【図１５】この発明の共振検知センサの他の実施例の検出部の構成を示す断面図である。
【図１６】この発明の共振検知センサの他の実施例の検出部の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】  請求項１の発明における共振検知センサは、共振手段に共振周波数で出力信号が急峻なピークを持つ共振特性を持たせ、電極間で発生する静電容量変化によって共振手段の共振特性も変化するので、定常状態において周波数最滴調整手段が自動的にサーチした共振周波数を基準周波数駆動信号として周波数可変型発振手段からその電極と共振手段間に入力し、電極間で発生する静電容量変化によって共振周波数も変わるので共振手段の出力が急峻に変化し、静電容量変化を高感度に検知することが出来る。
【００１０】  請求項２の発明における共振検知センサは、請求項１の発明における共振検知センサに増設したヒータによってパルス状波形に加熱されたチューブやホース内流体内に温度マークをつけて静電容量変化を起こすので、前記変化を下流の前記電極で高感度に検知することが出来る。
【実施例】
【００１１】  以下、図に示す実施例によりこの発明をさらに詳細に説明する。なお、これによりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１２】  図１は、この発明の第一実施例の共振検知センサ１の構成図である。この共振検知センサ１は、少なくとも一組以上の電極対から成る検出部１０と、周波数可変型発振回路３と，前記電極間の静電容量の変化に応じて共振特性を変化させる共振回路２と，入力側に電流−電圧変換回路を備えた検波増幅回路４と、駆動周波数最適調整回路５とにより構成されている。【００１３】  検出部１０は、図２（図１のＡ−Ａ’矢視断面図）に示すように、流体Ｌが流れる非金属製パイプ１１と、その非金属製パイプ１１を挟む電極１２および電極１３とから成っている。電極１３は、発振回路３に接続されており、非金属製パイプ１１の外周面に合致する曲面状に形成した電極である。電極１２は、共振回路２に接続されており、非金属製パイプ１１の外周面に合致する曲面状に形成した電極である
非金属製パイプ１１に流体Ｌのみ充填されている状態と気泡や異物Ｆが混入した状態とで、電極１２と電極１３の間の静電容量が変化する。電極１３はグランドに接地し、電極１２をアクティブ電極として使用しても同様の効果が得られる。【００１４】  周波数可変型発振回路３は、電圧可変型発信器やプログラマブル波形発生器等を使用して構成することができる。発振周波数は、例えば１ｋＨｚ〜１ＧＨｚである。前記発信器を広範囲に周波数掃引することによって基準周波数を決定し駆動信号として出力する。【００１５】  共振同路２は、インダクタ、セラミック共振子を使用して構成し、Ｑの高い共振特性や用途に合った最適特性を持たせる。検出開始の前の定常状態又は任意状態において駆動信号の基準周波数が共振周波数になるよう駆動周波数最適調整回路５で手動又は自動で駆動周波数を調整しておくことによって、その共振特性は、前記電極１２と電極１３間の静電容量の変化により、図４に示すようにシフトする。そこで、前記発振回路３から入力される基準周波数の駆動信号に対して出力する共振回路電流の振幅が変化する。【００１６】  共振周波数は例えば、直列共振回路であれば共振電流が最大となる周波数、並列共振回路であれば共振電流が最小となる周波数として手動又は自動で調整することができる。駆動周波数最適調整回路５は、ワンチップマイクロコンピュータで構成することによって駆動周波数の自動設定や任意周波数設定、各種演算をより簡単に行わせることができる。【００１７】  検波増幅回路４は、前期共振回路２の高周波電流出力を検波して信号の振幅の変化を抽出し、電圧変換した信号を増幅回路から検出信号として出力する。【００１８】  以上の共振検知センサ１では、電極１２と電極１３の間の静電容量が変化すると、その時だけ検出信号が変化するので静電容量の変化を検知できる。また、この変化回数の計量や検出信号の変化の大きさと時間長から気泡の大きさなどを推定することが出来る。【００１９】  この検出部１０では、電極１２と電極１３とがパイプ１１に密着して固定されているので、小形軽量で、検出のＳ／Ｎ比も高くすることができる。【００２０】  他の実施例としては、図２の検出部１０に代えて、図３の検出部２０を用いたものが挙げられる。この検出部２０は、電極２２および電極２３が平板電極となっているので、構造が簡単で低コストのメリットがある。【００２１】  さらに他の実施例としては、図２の検出部１０に代えて、図５の検出部３０を用いたものが挙げられる。この検出部３０は、電極３２と電極３３が電極対になりお互い向き合った構造に成っているので、チューブやホースまたはパイプの端部の近傍に設置して前記端部からのペーストなどの吐出物や液滴や粉末などの通過が検出できる。又電極部を絶縁材でコーティングしたり、電極３２と電極３３の間にチューブやホースまたはパイプを設置しても同様の効果がある。【００２２】  さらに他の実施例としては、図５の検出部３０に代えて、図６の検出部４０を用いたものがある。この検出部４０は、電極４２と電極４３が電極対になりお互い向き合った構造に成っているので、チューブやホースまたはパイプの端部に電極４２を設置し、その下に電極４３を設置することにより前記端部からのペーストなどの吐出物の有無が検出できる。なお、電極４３は平板ではなく多面体や複雑な構造物であっても同様の効果が得られる。【００２３】  さらに他の実施例としては、検出部として図１２に示す様な構成図のものが挙げられる。電極７２と電極７３がお互い向き合った構造に成っているので、電極７２と電極７３の間に物体７１の厚みの違いやその内部の気泡及び粗密度によって静電容量変化が起こる。従って、その物体７１の検出位置を変えながら測定することによって、表面粗さや厚みおよび内部の粗密度が測定できる。【００２４】  さらに他の実施例としては、図１の検出部１０に代えて図１１の検出部１００を用いたものが挙げられる。この検出部１００は、非金属製容器１１０の外周面に合致する曲面状に形成したコモン電極１０１ａ〜１２３ａおよびアクティブ電極１０１〜１２３を使用する。【００２５】  この検出部１００では、電極対アレー（１０１、１０１ａ）〜（１２３、１２３ａ）が構成されており、その各出力をマルチプレクサ７に接続してセレクト信号によりスキャンすることによって各検出部の出力信号が得られる。【００２６】  非金属製容器１１０内に液体や粉末及び固形物等が存在する場合、その界面の位置で大きな静電容量変化があるのでそのレベルを知ることができる。
又界面以下の位置で静電容量変化が起こった場合は異物として検出することができる。【００２７】  さらに他の実施例としては、図１の検出部１０に代えて図１３の検出部８０を用いたものが挙げられる。検出部８０はカード状電極の一例である。検出部８０は、図１４（図１３のＣ−Ｃ’矢視断面図）に示すように、流体Ｌが充填された非金属製パイプ１１と、その非金属製パイプ１１を挟む電極８２および電極８３とから成っている。【００２８】  図１５は検出部８０の電極の配置を９０度回転させたものである。図１６に示すように図１４の検出部８０と、検出部８０を例えば９０度回転させた図１５の検出部８０ａを一定の隙間を空けて重ねることによりチューブ内の静電容量変化を漏れなく検出することができる。カード電極はプリント基板上にスルーホールを設けて製作することもできる。
【実施例２】
【００２９】  図７は、この発明の第二実施例の共振検知センサ８の構成図である。なお、これによりこの発明が限定されるものではない。この共振検知センサ８は、少なくとも一組以上の電極から成る検出部１０と、ヒータ部５０と、周波数可変型発振回路３と，共振回路２と，検波増幅回路４と、駆動周波数最適調整回路５と、パルス加熱回路６から構成されている。【００３０】  ヒータ部５０は、図８（図７のＢ−Ｂ’矢視断面図）に示すように、流体Ｌが充填された非金属製パイプ１１と、その非金属製パイプ１１を挟むヒータ５１およびヒータ５２とから成っている。ヒータ５１とヒータ５２は直列接続されその両端はパルス加熱回路６に接続されている。それらの両ヒータは、非金属製パイプ１１の外周面に合致する曲面状に形成されている。【００３１】  非金属製パイプ１１に充填されている流体Ｌをパルス状に加熱することにより静電容量を局部的に変化させると、その静電容量の変化は下流にある検出部１０によって検出される。流体Ｌが流れているとその加熱された部分が移動するので、それを静電容量の変化として検出し、その加熱開始時間からその検出までの時間（移動時間）Ｔとその移動距離Ｐから流体Ｌの流速Ｐ／Ｔを演算するこができる。【００３２】  演算機能を備えた駆動周波数最適調整回路５においては、パルス加熱回路にヒータ出力のトリガ信号を出し、検波増幅回路４からの検出信号の変化が出るまでの時間Ｔをカウントし、その移動距離Ｐから流体Ｌの流速Ｐ／Ｔを演算する。ヒータの上流側に温度センサを設けると、ヒータを流体の温度に対して一定温度上昇させることができる。【００３３】  他の実施例としては、図７のヒータ部５０に代えて、図９のヒータ部を用いたものが挙げられる。この検出部６０は、非金属製パイプ１１にヒータ線を巻きつけたものである。構造が簡単で低コストのメリットがある。【００３４】  さらに他の実施例としては、図１０に示した共振検知センサが挙げられる。図１０は、図７の共振検知センサ８に検出部１０ａを増設した共振検知センサ９の構成図である。共振検知センサ８の検出部１０の下流側に同一性能の検出部１０ａを増設したことを特徴としている。検出部を２個設けることによって、上流側でつけられた温度マークが下流側の二つの検出部１０と検出部１０ａ間を通過する時間Ｔと検出部１０と１０ａの取り付けピッチＰ１からその時の流量を計算する。
測定流量範囲を広げるために、ヒータの下流側に三つ以上の電極対を設け、流速や流量に合わせてレンジ切り替えすることもできる。【００３５】  さらに他の実施例としては、図１の検出部１０に代えて、図１１の検出部１００を用いたものがある。この検出部１００は、非金属製容器１１０の外周面に合致する曲面状に形成したコモン電極１０１ａ〜１２３ａおよびアクティブ電極１０１〜１２３を使用する。【００３６】  この検出部１００では、電極対アレー（１０１、１０１ａ）〜（１２３、１２３ａ）が構成されており、その各出力をマルチプレクサ７に接続してセレクト信号によりスキャンすることによって各検出部の出力信号が得られる。【００３７】  非金属製容器１１０内に液体や粉末及び固形物等が存在する場合、その界面の位置で大きな静電容量変化があるのでそのレベルを知ることができる。
また界面以下の位置で静電容量変化が起こった場合は異物として検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】  この発明は、管路を切断しないで非侵襲でワンタッチ取り付け可能な構造に成っており、流体や固体中の静電容量変化や流量を小形軽量、安定性良く、非接触，無光、高感度・高精度に非侵襲で検出及び測定することのできる共振検知センサに関する。
例えば、電解液注液時の電解液供給配管内の気泡や異物検知および液切れ検知、液晶真空充填システム（ＯＤＦ）における液晶滴下の滴下確認、びん内液中にある異物の検出、セミドライ加工のオイル間欠流れの確認、点滴チューブ内の気泡や異物混入及び液切れ検出、粉体の流れ確認、ディスペンサなどからのペーストの滴下確認及び狭い箇所へのグリスや接着剤などの吐出確認、液滴の滴下確認、容器内レベル測定、容器内の液中異物検出、非接触型フローセンサ、非接触型フロースイッチなどに有用である。又検出部（電極）の厚みをカード状に薄くできるので検出スペースの狭いところへの応用、例えばインクジェットのインキ滴の通過確認や通過速度の測定などにも有用である。また、流量の非侵襲測定にも有用である。
尚、本件の実施例では直列共振の例を挙げたが並列共振の場合も同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００３９】１  共振検知センサ
２  共振回路
３  周波数可変型発振回路
４  検波増幅回路
５  駆動周波数最適調整回路
６  パルス加熱回路
７  マルチプレクサ
８  共振検知センサ
９  共振検知センサ
１０  検出部
１１  非金属製パイプ
【図１】
2014219373.tif 000003
【図２】
2014219373.tif 000004
【図３】
2014219373.tif 000005
【図４】
2014219373.tif 000006
【図５】
2014219373.tif 000007
【図６】
2014219373.tif 000008
【図７】
2014219373.tif 000009
【図８】
2014219373.tif 000010
【図９】
2014219373.tif 000011
【図１０】
2014219373.tif 000012
【図１１】
2014219373.tif 000013
【図１２】
2014219373.tif 000014
【図１３】
2014219373.tif 000015
【図１４】
2014219373.tif 000016
【図１５】
2014219373.tif 000017
【図１６】
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